JP6059024B2 - 回転子の製造方法 - Google Patents

Description

電動機に用いられ、積層鉄心（鉄心本体）の周囲に設けられた複数の磁石挿入孔に永久磁石が樹脂封止され、かつ中央の軸孔にシャフト（回転軸）が装着される回転子の製造方法に関する。

電動機に用いられる電機子ロータとして、積層鉄心の周囲に設けられた複数の磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、積層鉄心を加熱した後、磁石挿入孔に溶融樹脂を充填し、永久磁石を樹脂封止することが、特許文献１等によって知られている。

更に、鉄心片を複数積層して周囲に磁石挿入孔が設けられた積層鉄心を形成し、各磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後加熱し、磁石挿入孔に溶融した樹脂を充填して樹脂封止し、この場合の余熱によって積層鉄心の温度が高い状態で、中央の軸孔にシャフトを熱膨張差を利用して嵌め込むことも知られている（特許文献２参照）。

特開２０１１−０６７０９４号公報 特開２０１２−１６５５７３号公報

特許文献２においては、積層鉄心は樹脂封止工程の前で、１５０℃〜２００℃に加熱され、樹脂封止装置に投入されて樹脂封止完了後、シャフトの組付け工程に移送される間に、１４０℃〜１８０℃の余熱温度の範囲に自然冷却されて、シャフトが組付けられる構成となっている。しかしながら、この方法においては、樹脂封止完了後の積層鉄心に対し、樹脂の充填確認の検査を行う場合、又は樹脂封止工程の後移送途中でラインがストップした場合等、積層鉄心が温間嵌めが可能な温度以下に下がってしまう場合があり、そうすると、積層鉄心を一旦ラインから取外し、別途加温装置等によって温間嵌めが可能な温度まで、再加熱した後、ラインに再投入しなければならず、生産性の低下を招くばかりか、作業者に余分な負担をかける上、再加熱のための装置、及びエネルギーが必要となる。

更に、一旦温度が低下した積層鉄心を再加熱すると、磁石挿入孔内で硬化した樹脂が積層鉄心の熱変形に追従できず、応力を受けて破損したり、積層鉄心８０と樹脂８１との界面（図５（Ａ）参照）で剥離８２、永久磁石８３及び積層鉄心８０と樹脂８１との界面（図５（Ｂ）参照）で剥離８５、８６が生じる等の積層鉄心の不良を招く原因となる。なお、図５（Ｃ）は常温で正常な場合の永久磁石８３の樹脂封止状態を示す。ｄ１は常温時の磁石挿入孔８７の幅を、ｄ２は再加熱時の磁石挿入孔８７の幅を示す。

更には、積層鉄心の樹脂封止直後に、シャフトを軸孔に入れるとすると、積層鉄心の樹脂封止の工程に合わせて、シャフトを軸孔に嵌め込むことが必要となる。積層鉄心の加熱及び樹脂封止には時間がかかり、シャフトの嵌め込みは短時間で済むので、製造のタイミングが合わないという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、樹脂封止時の余熱を有効に利用し、かつラインに支障が生じても、永久磁石が樹脂封止された積層鉄心を再加熱することがない回転子の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る回転子の製造方法は、複数の鉄心片を積層して形成され、中央に軸孔を周囲に複数の磁石挿入孔を有する積層鉄心の前記各磁石挿入孔に永久磁石を入れて、前記永久磁石の樹脂封止を行う回転子の製造方法において、
前記各磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された前記積層鉄心の加温を行う予熱工程と、
前記積層鉄心を上型と下型で挟持した状態で、前記上型又は前記下型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を前記磁石挿入孔に流し、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に固定する樹脂封止工程と、
前記樹脂封止工程が終了した前記積層鉄心を保温する保温工程と、
前記保温工程を経て加温状態にある前記積層鉄心の軸孔にシャフトを温間嵌めするシャフト組付け工程とを有し、
前記保温工程では、前記積層鉄心を１００℃〜１７０℃の範囲で保温する。

なお、第１の発明に係る回転子の製造方法において、予熱工程での積層鉄心の予熱温度は、例えば１５０℃〜２００℃（より好ましくは、１６０℃〜１８０℃）程度であり、保温工程で温風炉を使用する場合は、予熱工程と保温工程での処理を同じ加熱手段を用いてよい。

第１の発明に係る回転子の製造方法は、前記保温工程で、前記積層鉄心を１００℃〜１７０℃（より好ましくは、１２０℃〜１５０℃）の範囲で保温する。これによって、永久磁石が樹脂封止された積層鉄心の温度を樹脂封止時の温度又はその近傍に維持することができる。更に、シャフトを軸孔に挿入する温間嵌めも容易に行える。

第２の発明に係る回転子の製造方法は、複数の鉄心片を積層して形成され、中央に軸孔を周囲に複数の磁石挿入孔を有する積層鉄心の前記各磁石挿入孔に永久磁石を入れて、前記永久磁石の樹脂封止を行う回転子の製造方法において、
前記各磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された前記積層鉄心の加温を行う予熱工程と、
前記積層鉄心を上型と下型で挟持した状態で、前記上型又は前記下型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を前記磁石挿入孔に流し、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に固定する樹脂封止工程と、
前記樹脂封止工程が終了した前記積層鉄心を保温装置によって保温する保温工程と、
前記保温装置内で、又は前記保温装置から取り出した加温状態にある前記積層鉄心の軸孔にシャフトを温間嵌めするシャフト組付け工程とを有し、
前記保温装置は、１）温風炉、２）前記積層鉄心を覆うバンドヒータ又はラバーヒータ、３）ホットプレート、及び４）誘導加熱のいずれか１又は２以上である。

そして、第１、第２の発明に係る回転子の製造方法において、前記積層鉄心はテーブルと該テーブルに立設されたガイド軸を備えた搬送トレイに載置された状態で、前記予熱工程、前記樹脂封止工程、前記保温工程が行われてもよい。

本発明に係る回転子の製造方法においては、以下の効果を有する。
（１）樹脂封止工程とシャフト組付け工程との間で、製品（樹脂封止された積層鉄心）の検査を行った場合や、ラインストップが発生した場合も、移送中の製品（積層鉄心）をラインから取り出して再加熱する必要がなく、作業者の負担増、及び生産性の低下を防止できる。

（２）樹脂封止後の積層鉄心の温度が下がったために行う再加熱を防止でき、樹脂と積層鉄心の間の剥離や亀裂等の不具合を無くすことができる。
（３）ラインのサイクルタイムの設定上、工程間の移動や待ちに時間がかかる場合でも、樹脂封止工程とシャフト組付け工程との間に保温工程を入れることで、積層鉄心の温度を低下させることがない。

本発明の一実施の形態に係る回転子の製造方法の具体的な工程図である。 本発明の一実施の形態に係る回転子の製造方法を示す概略工程図である。 本発明の一実施の形態に係る回転子の製造方法に適用する積層鉄心の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る回転子の製造方法に用いるモールド金型装置の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ従来例に係る回転子の製造方法の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図３、図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転子（回転子鉄心とも称する）の製造方法は、図示しないプレス装置によって複数の鉄心片１１をかしめ積層して形成され、中央に軸孔１２を周囲に複数の磁石挿入孔１３を有する積層鉄心１４の各磁石挿入孔１３に永久磁石１５を入れて、永久磁石１５の樹脂封止を行うものである。

そして、図１、図２及び図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転子の製造方法は、各磁石挿入孔１３に永久磁石１５が挿入された積層鉄心１４の加温を行う予熱工程１８と、積層鉄心１４を上型１９と下型２０で挟持した状態で、上型１９又は下型２０の一方に設けられた樹脂溜めポット２４から樹脂を磁石挿入孔１３に流し、永久磁石１５を磁石挿入孔１３に固定する樹脂封止工程２７と、樹脂封止工程２７が終了した積層鉄心１４を冷却させることなく保温装置によって保温する保温工程２８と、保温装置内で、又は保温装置から取り出した加温状態にある積層鉄心１４の軸孔１２にシャフト（図示しない）を温間嵌めするシャフト組付け工程３０とを有する。以下、これらについて具体的に説明する。

まず、本発明の一実施の形態に係る回転子の製造方法（特に、樹脂封止工程）に用いるモールド金型装置３１について、図３、図４を参照しながら説明する。
図４に示すように、モールド金型装置３１は、固定状態で配置される下部材３２及び上部材３３と、これらを連結する４本のガイド支柱３４とを有している。下部材３２上に配置された昇降手段の一例である油圧シリンダー３５に駆動されて昇降する昇降台３６が設けられ、昇降台３６の上に下型２０が配置されている。

一方、上部材３４の直下には、支持フレーム３８を介して上型１９が設けられ、この実施の形態では、上型１９に設けられた複数の樹脂溜めポット２４から樹脂がダミープレート（カルプレートとも称される）３９を通じて積層鉄心１４のそれぞれ対応する磁石挿入孔１３に充填されている。
上型１９を上下に貫通した樹脂溜めポット２４にはそれぞれプランジャ４０が設けられ、加熱して溶解した樹脂が、上部材３３の中央に配置された油圧シリンダー４０ａに連結されたプランジャ４０によって押し出されている。

図１に示すように、積層鉄心１４は、プレス装置によって、薄板磁性鋼板からかしめ部付きの鉄心片１１が形成され、プレス装置内でかしめ積層された後、テーブル（板材）４１とその中央に立設されたガイド軸４２を備える搬送トレイ４３（図４参照）に載置された状態（ステップＳ１）で、各磁石挿入孔１３に未磁化の永久磁石１５を入れて（ステップＳ２）、予熱装置で予熱を行い、所定温度（約１６０℃〜１８０℃）になった状態で、モールド金型装置３１の上型１９と下型２０の間に配置される（ステップＳ３）。

なお、常温（例えば、２０℃〜３０℃）のガイド軸４２の直径は軸孔１２の直径と実質同一となって、容易にガイド軸４２を軸孔１２に挿入すること、及び軸孔１２からガイド軸４２を抜くことが可能となっている。そして、ガイド軸４２と軸孔１２の円周方向の位置決めのために、軸孔１２には１８０度対称位置にキー４４（図３参照）が設けられている。

軸孔にキーを設けない場合は、搬送トレイ４３に積層鉄心１４の所定の位置に形成された孔（図示しない）などに嵌入する位置決め部材を設けておくが、この場合も、ガイド軸と軸孔の寸法を同一にしておき（１０^-5程度の誤差はあってもよい）、ガイド軸の先側にテーパーなどを設けて縮径し、容易にガイド軸が軸孔に嵌入できる構造としておく。

予熱装置は、１）温風炉、２）積層鉄心１４を覆うバンドヒータ又はラバーヒータ、３）ホットプレート、及び４）誘導加熱のいずれか１又は２以上を採用することが可能であるが、大量生産を行うには、コンベアに載せて搬送トレイ４３に載った積層鉄心１４を挿入された永久磁石１５ごと加熱する温風炉を使用するのが好ましい。

下型２０の上に搬送トレイ４３に載った積層鉄心１４を載せた後、油圧シリンダー３５を延ばして、下型２０を上昇させ、上型１９と下型２０で積層鉄心１４を挟持する。そして、加熱された積層鉄心１４の磁石挿入孔１３に樹脂を充填する。この場合、樹脂（熱硬化性樹脂）は、溶融状態であるので、容易に樹脂溜めポット２４からダミープレート３９のランナーを介して磁石挿入孔１３に流れ込み、硬化する（ステップＳ４）。

樹脂の硬化後、ダミープレート３９を除去して、磁石挿入孔１３からオーバーフローした樹脂を除去し、図示しない保温装置に入れる。保温装置の温度を例えば１００℃〜１７０℃（より好ましくは１２０℃〜１５０℃）程度にして積層鉄心１４の温度を保持する（ステップＳ５）。ここで、１００℃未満の場合は、軸孔の拡径が不十分で、温間嵌めがスムーズに行われないことがあり、１７０℃を超えると封止した永久磁石の磁気的性能が低下する問題が生じる。この後、直ちに、搬送トレイ４３から樹脂封止された永久磁石１５を有する積層鉄心１４を除去し、軸孔１２にシャフトを挿入する。この場合、シャフトの温度は常温で、積層鉄心１４は加熱されているので、シャフトは１００℃〜１７０℃に加熱された軸孔１２にスムーズに挿入されることになり、積層鉄心１４の温度が下がると、シャフトが軸孔１２に締結状態で嵌入される温間嵌めが行われることになる（ステップＳ６）。

これによって、樹脂封止後の積層鉄心の検査（例えば、樹脂の充填度合いなど）を行うことが容易となり、積層鉄心を再度加熱してシャフトを入れるわけではないので、樹脂と積層鉄心との界面に剥離が生じたり、クラックが生じることがなく、積層鉄心の生産性も向上する。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、前記実施の形態においては、予熱装置と保温装置を別々に設けたが兼用させることもできる。この場合、保温装置の温度を少し高めると、予熱装置の温度と同等になる。ここで、温風を使用する場合、温度が部分的に高くなった保温室であっても、温風の流れ方向等を変える、又は積層鉄心の加熱位置を変えることによって温度差を設けることができる。
前記実施の形態においては、予熱装置、保温装置として温風炉を用いたが、積層鉄心を覆うバンドヒータ、ラバーヒータ、ホットプレート、誘導加熱の一又は２以上を用いることもできる。

また、前記実施の形態においては、上型に樹脂溜めポットを用いたが、下型に樹脂溜めポットを形成し、積層鉄心の下から樹脂を封入することもできる。
また、前記実施の形態においては、一つの磁石挿入孔毎に樹脂溜めポットを設けているが、複数のグループの磁石挿入孔毎に一つの樹脂溜めポットを形成することもできる。
更に、前記した油圧シリンダーの代わりに電動シリンダーを用いることもできる。

１１：鉄心片、１２：軸孔、１３：磁石挿入孔、１４：積層鉄心、１５：永久磁石、１８：予熱工程、１９：上型、２０：下型、２４：樹脂溜めポット、２７：樹脂封止工程、２８：保温工程、３０：シャフト組付け工程、３１：モールド金型装置、３２：下部材、３３：上部材、３４：ガイド支柱、３５：油圧シリンダー、３６：昇降台、３８：支持フレーム、３９：ダミープレート、４０：プランジャ、４０ａ：油圧シリンダー、４１：テーブル、４２：ガイド軸、４３：搬送トレイ、４４：キー

Claims (3)

1. 複数の鉄心片を積層して形成され、中央に軸孔を周囲に複数の磁石挿入孔を有する積層鉄心の前記各磁石挿入孔に永久磁石を入れて、前記永久磁石の樹脂封止を行う回転子の製造方法において、
   前記各磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された前記積層鉄心の加温を行う予熱工程と、
   前記積層鉄心を上型と下型で挟持した状態で、前記上型又は前記下型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を前記磁石挿入孔に流し、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に固定する樹脂封止工程と、
   前記樹脂封止工程が終了した前記積層鉄心を保温する保温工程と、
   前記保温工程を経て加温状態にある前記積層鉄心の軸孔にシャフトを温間嵌めするシャフト組付け工程とを有し、
   前記保温工程では、前記積層鉄心を１００℃〜１７０℃の範囲で保温することを特徴とする回転子の製造方法。
2. 複数の鉄心片を積層して形成され、中央に軸孔を周囲に複数の磁石挿入孔を有する積層鉄心の前記各磁石挿入孔に永久磁石を入れて、前記永久磁石の樹脂封止を行う回転子の製造方法において、
   前記各磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された前記積層鉄心の加温を行う予熱工程と、
   前記積層鉄心を上型と下型で挟持した状態で、前記上型又は前記下型に設けられた樹脂溜めポットから樹脂を前記磁石挿入孔に流し、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に固定する樹脂封止工程と、
   前記樹脂封止工程が終了した前記積層鉄心を保温装置によって保温する保温工程と、
   前記保温装置内で、又は前記保温装置から取り出した加温状態にある前記積層鉄心の軸孔にシャフトを温間嵌めするシャフト組付け工程とを有し、
   前記保温装置は、１）温風炉、２）前記積層鉄心を覆うバンドヒータ又はラバーヒータ、３）ホットプレート、及び４）誘導加熱のいずれか１又は２以上であることを特徴とする回転子の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の回転子の製造方法において、前記積層鉄心はテーブルと該テーブルに立設されたガイド軸を備えた搬送トレイに載置された状態で、前記予熱工程、前記樹脂封止工程、前記保温工程が行われることを特徴とする回転子の製造方法。

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