JP6037270B2 - モータコアの樹脂モールド方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばマグネットを内蔵したモータコアを樹脂モールドするモータコアの樹脂モールド方法に関する。

ロータの内部に磁石を備え、ステータで発生する回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用によりロータを回転させる埋込磁石型モータが知られている。この埋込磁石型モータのロータは、シャフトと、シャフトに軸支されるロータコアと、ロータコアに固定されるマグネットを有する。ロータコアは、軸方向に電磁鋼板を積層して構成される積層コアが用いられ、この積層コアには、マグネットが挿入される挿入孔が複数形成されている。ロータコアの挿入孔に挿入され固定されるマグネットは、挿入孔に対してクリアランスがあるため、挿入後に孔内にて任意の位置で固定することが困難となるおそれがある。これに対して、例えば径方向における外側か内側のいずれかに寄せて組み付けられていると、磁束バランスの偏りや偏心を抑えることができるためモータ出力向上に寄与することできる。また、マグネットが遠心力や振動等が作用して破損するのを防ぐため、マグネットと孔壁面との隙間に樹脂を充填することで保護している。この場合、挿入孔内に挿入されるマグネットの固定は、通常接着剤や熱硬化性樹脂などを用いて行われるが、マグネットを挿入孔内で位置決めしたまま固着するのは困難である。

そこで、ロータコアの挿入孔の内壁に樹脂材料からなる半球状の突起部材を形成してマグネットの周囲に隙間を形成してから、マグネットの全周を樹脂により覆うロータの製造方法が提案されている（特許文献１、図９参照）。

特開２００７−１５９２２３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示す電磁鋼板が積層プレスされたロータコアの挿入孔の内壁面に予め突起部材を樹脂材料で形成する具体的な方法は開示されていない。樹脂による突起部材をポッティングで形成するのは、高さ管理が難しく現実ではない。ロータコアの挿入孔に挿入されたマグネットの位置決めができないとモータ出力がばらつく一因となる。
また、ネオジム磁石やジスプロシウムを含んだ希土類磁石においては、製造工程で熱履歴が重なると減磁する現象が起きるため、可能な限り加熱回数や加熱時間を短くしたいという要求もある。

本発明の目的は上記従来技術の課題を解決し、簡易な方法でモータコアの挿入孔に挿入されるマグネットの位置決めを行うことができモータ特性を向上させることが可能なモータコアの樹脂モールド方法を提供することにある。

本発明に係るモータコアの樹脂モールド方法は、上記目的を達成するため、次の構成を備える。断面矩形状のマグネットの一側面にパターンが形成されたマスクを重ね合わせる工程と、前記マスク上に硬化性樹脂を供給してスクリーン印刷を行う工程と、前記マグネットからマスクを除去して形成された樹脂パターンを硬化させて複数の樹脂突起を形成する工程とを含み、前記断面矩形状のマグネットの少なくとも一側面に均一な高さで複数の樹脂突起が形成されたマグネットを用意する工程と、モータコアに形成された挿入孔に前記マグネットを挿入し、当該マグネットを前記挿入孔の孔壁面に前記樹脂突起を当接させて当該孔壁面と前記マグネットの一側面とのクリアランスを所定量に保って位置決めする工程と、前記マグネットが位置決めされた前記モータコアを型開きしたモールド金型に搬入してクランプする工程と、前記モールド金型から前記挿入孔に前記モールド樹脂を充填して加熱硬化させて前記マグネットを前記モータコアに対して一体に樹脂モールドする工程と、を含むことを特徴とする。

上記マグネットの少なくとも一側面に均一な高さで複数の樹脂突起が形成されたマグネットをモータコアの挿入孔に挿入することで、マグネットを挿入孔内で位置決めした状態で樹脂突起により形成されたマグネット側面と孔壁面との隙間にモールド樹脂を充填して一体に樹脂モールドすることができる。
よって、マグネットを挿入孔の径方向内側若しくは径方向外側に寄せて樹脂モールドしたり、マグネットの周囲に孔壁面との間に所定のクリアランスを設けて樹脂モールドしたりすることができ、モータ特性を向上させることができる。
また、マグネットの一側面にスクリーン印刷で樹脂突起を形成することができるので、樹脂突起の高さが均一に形成することができ、モータコアの挿入孔内の位置決めが高精度に行える。

また、他の方法としては、断面矩形状のマグネットの少なくとも一側面に紫外線硬化性樹脂を滴下若しくは塗布することにより均一な高さで複数の樹脂突起が成形されたマグネットを用意する工程と、モータコアに形成された挿入孔に前記マグネットを挿入し、当該マグネットを前記挿入孔の孔壁面に前記樹脂突起を当接させて当該孔壁面と前記マグネットの一側面とのクリアランスを所定量に保って位置決めする工程と、前記マグネットが位置決めされた前記モータコアを型開きしたモールド金型に搬入してクランプする工程と、前記モールド金型から前記挿入孔に前記モールド樹脂を充填して加熱硬化させて前記マグネットを前記モータコアに対して一体に樹脂モールドする工程と、を含むことを特徴とする。
これにより、紫外線硬化性樹脂を用いて複数の樹脂突起を形成することで、マグネットの製造工程で熱履歴をかける時間や回数が減らせるので、熱減磁現象が発生することなく、マグネットの性能を低下させることがなくなる。

また前記樹脂突起は紫外線硬化性樹脂に紫外線照射することにより硬化したものであることが望ましい。これにより、例えば希土類磁石を用いた場合でも、製造工程で熱履歴をかける時間や回数が減らせるので、熱減磁現象が発生することなく、マグネットの性能を低下させることがなくなる。

前記樹脂突起は、前記マグネットの一側面のみならず長手方向端面にも形成されていると、マグネットの周囲のみならず長手方向端面もモールド樹脂で封止することができるので、マグネットをモールド樹脂でくるむように封止して保護することができる。

上述したモータコアの樹脂モールド方法を用いれば、簡易な方法でモータコアの挿入孔に挿入されるマグネットの位置決めを行うことができモータ特性を向上させることが可能なモータコアの樹脂モールド方法を提供することができる。

マグネットに樹脂突起を形成する工程を示す説明図である。 モータコアに図１のマグネットを挿入する工程を示す説明図である。 図２に続く樹脂モールド工程を示す説明図である。 図３に続く樹脂モールド工程を示す説明図である。 モータコアの挿入孔に対するマグネットの位置決めの他例を示す断面説明図である。 マグネットに形成される樹脂突起の形態を示す斜視図である。

以下、本発明に係るモータコアの樹脂モールド方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。以下では、モータコアとして永久磁石型のロータ（回転子）コアについて説明するものとする。尚、モータコアはロータコアに限らずステータ（固定子）コアであってもよい。

ロータは、図示しないシャフトと該シャフトに軸支されるモータコア１と、モータコア１の挿入孔２に挿入されるマグネット３を備えている（図２（Ｂ）参照）。挿入孔２に挿入されるマグネット３は、同サイズのマグネット３を２個直列に並べて挿入されているが、単一のマグネット３を用いてもよい。モータコア１には図示しないシャフトが挿入される中心貫通孔１ａが設けられている。マグネット３は例えば着磁前の磁性体ブロックであり、ネオジム磁石などの希土類焼結磁石やフェライト焼結磁石などが用いられる。モータコア１は、例えばプレス加工により打ち抜かれた電磁鋼板等の板状磁性体が積層された積層コア（積層鉄心）が用いられる。

図２（Ｂ）において、断面矩形の直方体状のマグネット３の少なくとも一側面３ａには樹脂突起４が形成されている。樹脂突起４は、本実施例ではマグネット３の側面３ａと挿入孔２の径方向外側の孔壁面２ｂとの間にクリアランスを設けるものであり、高さが均一でマグネット３が挿入孔２内で傾かないように形成されていることが好ましい。本実施例では、樹脂突起４がマグネット３の径方向外側側面３ａに形成されており、マグネット３を径方向内側の孔壁面２ａに寄せて位置決めされるようになっている。

例えば、図６（Ａ）に示すように、円柱状（円板状）に形成された樹脂突起４がマグネット３の側面３ａの四隅を含む複数箇所に形成されていてもよい。樹脂突起４は列状に並んでいなくてもよく、例えば千鳥状に配置されていたり、散点状に配置されていたりしてもよい。
また、図６（Ｂ）に示すように、樹脂突起４はマグネット３の側面３ａの両側に長手方向に沿って連続する突条に設けられていてもよい。いずれもマグネット３が垂直軸と中心とする矢印Ｐ方向及び水平軸を中心とする矢印Ｑ方向に傾かないように形成されていればよい。

次に、モールド金型５の一例について図３を参照して説明する。以下の説明では、モールド金型５の一例として上型１０を固定型とし下型７を可動型として説明するものとする。

モータコア１は、中間型６と共にモールド金型５に搬入される。モータコア１が載置される中間型６には、カル６ａがポット８と対向する位置に設けられている。カル６ａには下型７のクランプ面との間に形成されるランナ６ｂ（樹脂路）が連通している。ランナ６ｂは、中間型６を板厚方向に貫通するゲート６ｃと連通している。モータコア１は、挿入孔２と中間型６のゲート６ｃが連通するように位置合わせして中間型６に載置される。

下型７は、筒状のポット８とそのポット孔８ａ内にプランジャ９が昇降可能に設けられている。プランジャ９は公知のトランスファ機構によって駆動される。また、下型７には、ヒータ７ａが内蔵されている。
下型７には、中間型６がポット８のポット孔８ａとカル６ａが対向するように位置合わせてして載置される。ランナ６ｂは下型クランプ面との間で樹脂路が形成される。また、ゲート６ｃは、挿入孔２のマグネット３と径方向外側の孔壁面２ｂとの隙間に連通するようになっている。

上型１０のクランプ面側には、押圧ブロック１１が設けられている。モールド金型５をクランプすると、押圧ブロック１１がモータコア１の中心貫通孔１ａに挿入されて中間型６を押さえるようになっている（図４（Ｂ）参照）。また、上型１０にはヒータ１０ａが内蔵されている。

ここでモータコアの樹脂モールド方法の一例を図１乃至図５を参照して説明する。
図１（Ａ）において、断面矩形状のマグネット３を用意する。図１（Ｂ）に示すようにマグネット３の一側面３ａにパターン１２ａが形成されたメタルマスク１２（マスクに相当）を重ね合わせる。パターン１２ａは貫通孔であり、後述する樹脂を印刷する箇所に設けられている。尚、ここでは、説明上マグネット３を一個用意する場合について説明しているが、複数のマグネット３を隙間なく整列して並べておきその上にメタルマスク１２を重ね合わせて樹脂を印刷する方が効率的である。

図１（Ｃ）において、メタルマスク１２上に熱硬化性樹脂を供給してスクリーン印刷を行う。具体的には、メタルマスク１２上に液状の紫外線硬化性樹脂１３を供給し、スキージユニット１４を走査して紫外線硬化性樹脂１３をマスク面に一様に塗布する。このとき、紫外線硬化樹脂１３はパターン１２ａを通じてマグネット３の側面３ａに均一な高さ及び形状で塗布される。

次に、図１（Ｄ）において、マグネット３からメタルマスク１２を除去する。次いで、露出したマグネット３の側面３ａに形成された樹脂パターン（紫外線硬化性樹脂１３）に対して、図示しないＵＶ光照射装置より紫外線照射を行う。これにより、樹脂パターンを硬化させて複数の樹脂突起４が形成される。このように、紫外線硬化性樹脂１３を用いて樹脂突起４を形成することで、例えば希土類磁石を用いた場合でも、製造工程で熱履歴をかける時間や回数が減らせるので、熱減磁現象が発生することなく、マグネット３の性能を低下させることがなくなる。

次に図２（Ａ）において、モータコア１を用意する。モータコア１は、電磁鋼板が積層プレスされた形成された積層コアである。モータコア１には、中心貫通孔１ａ及びその周縁部にマグネット３の挿入孔２が形成されている。

次に図２（Ｂ）において、モータコア１に形成された挿入孔２にマグネット３を挿入する。このとき、マグネット３を挿入孔２の径方向外側の孔壁面２ｂに対して樹脂突起４により所定のクリアランスを保って位置決めする。詳しくは、マグネット３は樹脂突起４を径方向外側に向けて挿入孔２に挿入され、マグネット３は径方向内側の孔壁面２ａに寄せて位置決めされる。なお、この場合、樹脂突起４の向きを揃えて挿入するために、所定の向きに揃えて並べたマグネット３を挿入孔２に順次挿入していくことで、マグネット３の向き確実に揃えて挿入することができる。さらに、マグネット３の向きを揃えて挿入するために、樹脂突起４の有無を撮像や接触により判定してから挿入することで、マグネット３の向きをより確実に揃えて挿入できるようにしてもよい。また、挿入孔２に挿入されたマグネット３の位置を測定することで、マグネット３の向きを確認して良品として後の処理に流すこともできる。

次に図３（Ａ）において、型開きしたモールド金型５の下型７に設けられたポット８のポット孔８ａにモールド樹脂１５（例えば樹脂タブレットや液状樹脂）を供給する。また、中間型６を下型７上にカル６ａがポット孔８ａに対向するように位置合わせして重ね合わせる。中間型６には、モータコア１が挿入孔２とゲート６ｃに連通するように位置合わせして載置されている。モータコア１は中間型６に載置されてから下型７に搬入されても良いし、モータコア１と中間型６を個別に下型７へ搬入して重ね合わせてもいずれでもよい。

次に、図４（Ｂ）において、モールド金型５を型閉じする。即ち、下型７を上動させて上型１０とで中間型６及びモータコア１をクランプする。このとき、押圧ブロック１１は、モータコア１の中心貫通孔１ａに挿入されて中間型６を下型７とでクランプする。

次に、図４（Ｃ）において、トランスファ機構を作動させて、プランジャ９を上動させてポット８内で溶融したモールド樹脂１５（樹脂タブレット１５が溶融したもの）を圧送りする。このとき、モールド樹脂１５はカル６ａ、中間型６と下型７との間に形成されたランナ６ｂ及びゲート６ｃを通じて挿入孔２内充填され、加熱硬化される。これにより、マグネット３が挿入孔２内で一定方向に合わせるように位置決めされたままモータコア１に対して一体に樹脂モールドされる。よって、モータコア１の磁束バランスが乱れることなく、重心の偏りを抑えてモータ特性を向上させることができる。また、マグネット３の径方向外側がある程度の厚みをもって樹脂モールドされるため、遠心力等が作用したときにマグネット３によってモールド樹脂１５が加圧され破損してしまうことを防ぐことができる。

また、均一な高さの樹脂突起４を挿入孔２の孔壁面２ａに当接させることで孔壁面２ａと一側面３ａとのクリアランスを所定量に保って位置決めすることができる。このため、樹脂突起４の高さが同条件の樹脂モールドにおいて、モールド樹脂１５を均一に流動させることで均一な充填を実現することができる。これにより、このクリアランスに充填されたモールド樹脂１５の強度を高めると共にバランスの取れた高品位なモータコア１を均一な品質で量産することが可能となる。

尚、樹脂モールド後、モールド金型５を型開きして、モータコア１及び中間型６を取り出す。中間型６には、成形品カル、成形品ランナゲートを含む不要樹脂が一体に成形されている。モータコア１に対して中間型６を例えば押し下げることで、モータコア１と分離する。モータコア１は成形品として収納され、中間型６は不要樹脂が分離されてクリーニングされて再度利用することが好ましい。

次に、モータコア１の挿入孔２に対するマグネット３の位置決めの他例について図５を参照して説明する。
図５（Ａ）はマグネット３の側面３ａに形成された樹脂突起４を挿入孔２の径方向内側に向けて挿入される場合を示す。このとき、マグネット３は、挿入孔２の径方向外側の孔壁面２ｂに沿って位置決めされる。また、マグネット３は挿入孔２内で径方向内側の孔壁面２ａとの隙間に樹脂モールドされる。

図５（Ｂ）はマグネット３の樹脂突起４がマグネットの側面３ａのみならず長手方向両端面３ｂにも形成されている場合を例示する。これにより、マグネット３の周囲のみならず長手方向両端面にも金型面との間に隙間（クリアランス）が形成されるので、マグネット３をモールド樹脂１５でくるむように封止して保護することができる。

図５（Ｃ）は、図６（Ｂ）のマグネット３に示すように、樹脂突起４が側面３ａの両側に長手方向に連続する突条に設けられている場合を例示する。マグネット３は、挿入孔２の径方向内側の孔壁面２ａに沿って位置決めされる。また、マグネット３は挿入孔２内で径方向外側の孔壁面２ｂとの隙間に樹脂モールドされる。

上述したモールド金型５は、下型７が可動型、上型１０が固定型であったが、上型１０が可動型で下型７が固定型であってもよく、双方が可動型であってもよい。また、ポット８はシングルポットに限らず挿入孔２の数に対応して設けられるマルチポットであってもよい。
また、ポット８は、下型７に設けられている場合に限らず上型１０に設けられていてもよい。この場合、中間型６はモータコア１に重ね合わされて上型１０とでクランプされる。さらに、中間型６を用いずに下型７と上型１０とだけでクランプして成形してもよい。

また、マグネット３に設けられる樹脂突起４は、一側面のみに形成のみだけでなく、両側面に形成されていてもよい。この場合、マグネット３の両側面に設けられた樹脂突起４によりそれぞれが向けられた挿入孔２の孔壁面２ａに対してクリアランスを所定量に保って位置決めすることができ、樹脂によりマグネット３を縁切りし任意の位置に揃えて位置決めすることができるため、バランスよく樹脂モールドすることができる。この場合にも、孔壁面２ａに対するクリアランスを任意の量にすることができるため、モールド樹脂１５の流動を制御することが容易となり、より微細となるクリアランスに対しても適切にモールド樹脂１５を充填することができ、高品位なモータコア１を均一な品質で量産することが可能となる。

また、マグネット３の長手方向の片端面のみに樹脂突起４を形成することもできる。これにより、金型面との間に隙間を任意の値に設定することができるため、樹脂流動のコントロールに用いることもできる。

また、マグネット３に設けられる樹脂突起４は、紫外線硬化性樹脂１３に限らず他の硬化性樹脂であってもよく、一例として光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を用いてもよい。なお、成形品質及び生産性を考えると上述のスクリーン印刷による樹脂突起４の形成が好ましいが、各要件において許容されるのであればポッティングのような滴下方法や塗布方法といった各種の方法により成形してもよい。或いは、樹脂突起４となる樹脂テープ或いは樹脂シート等であってもよい。

また、マグネット３は挿入孔２の径方向内側の孔壁面２ａ若しくは径方向外側の孔壁面２ｂいずれかに寄せて沿って位置決めされていたが、樹脂突起４をマグネット３の対向する側面に設けることで、マグネット３の周囲にクリアランスを形成するように位置決めしてモールド樹脂１５により封止してもよい。

１ モータコア １ａ 中心貫通孔 ２ 挿入孔 ２ａ，２ｂ 孔壁面 ３ マグネット ３ａ 側面 ３ｂ 端面 ４ 樹脂突起 ５ モールド金型 ６ 中間型 ６ａ カル ６ｂ ランナ ６ｃ ゲート ７ 下型 ７ａ，１０ａ ヒータ ８ ポット ８ａ ポット孔 ９ プランジャ １０ 上型 １１ 押圧ブロック １２ メタルマスク １２ａ パターン １３ 紫外線硬化性樹脂 １４ スキージユニット １５ モールド樹脂

Claims (4)

1. 断面矩形状のマグネットの一側面にパターンが形成されたマスクを重ね合わせる工程と、前記マスク上に硬化性樹脂を供給してスクリーン印刷を行う工程と、前記マグネットからマスクを除去して形成された樹脂パターンを硬化させて複数の樹脂突起を形成する工程とを含み、前記断面矩形状のマグネットの少なくとも一側面に均一な高さで複数の樹脂突起が形成されたマグネットを用意する工程と、
   モータコアに形成された挿入孔に前記マグネットを挿入し、当該マグネットを前記挿入孔の孔壁面に前記樹脂突起を当接させて当該孔壁面と前記マグネットの一側面とのクリアランスを所定量に保って位置決めする工程と、
   前記マグネットが位置決めされた前記モータコアを型開きしたモールド金型に搬入してクランプする工程と、
   前記モールド金型から前記挿入孔に前記モールド樹脂を充填して加熱硬化させて前記マグネットを前記モータコアに対して一体に樹脂モールドする工程と、
   を含むことを特徴とするモータコアの樹脂モールド方法。
2. 断面矩形状のマグネットの少なくとも一側面に紫外線硬化性樹脂を滴下若しくは塗布することにより均一な高さで複数の樹脂突起が成形されたマグネットを用意する工程と、
   モータコアに形成された挿入孔に前記マグネットを挿入し、当該マグネットを前記挿入孔の孔壁面に前記樹脂突起を当接させて当該孔壁面と前記マグネットの一側面とのクリアランスを所定量に保って位置決めする工程と、
   前記マグネットが位置決めされた前記モータコアを型開きしたモールド金型に搬入してクランプする工程と、
   前記モールド金型から前記挿入孔に前記モールド樹脂を充填して加熱硬化させて前記マグネットを前記モータコアに対して一体に樹脂モールドする工程と、
   を含むことを特徴とするモータコアの樹脂モールド方法。
3. 前記樹脂突起は紫外線硬化性樹脂に紫外線照射することにより硬化したものである請求項１又は請求項２記載のモータコアの樹脂モールド方法。
4. 前記樹脂突起は、前記マグネットの一側面のみならず長手方向端面にも形成されている請求項１又は請求項２記載のモータコアの樹脂モールド方法。

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