JP6171811B2 - 回転電機用ロータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機や発電機等の回転電機用のロータの製造方法及び製造装置に関するものである。

磁石挿入穴を有する薄板円板状鋼板を厚み方向に複数枚積層してロータコアを形成し、このロータコアを軸方向に連通する磁石挿入穴に磁石を挿通した回転電機用ロータが知られている（特許文献１参照）。このものでは、磁石挿入穴の近くに軸方向に貫通する樹脂注入穴を形成し、この樹脂注入穴に樹脂を充填すると共に、スリットを介して磁石挿入穴にも樹脂を導き、当該樹脂により各薄板円板状鋼板を接着することにより、ロータの剛性を向上させるようにしている。

特開２００１−１５７３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、基本的に樹脂注入穴の内周面のみが樹脂と接触するため、樹脂と薄板円板状鋼板との接触面積が小さく、ロータの剛性を十分には向上できないものであった。

そこで本発明は、樹脂と薄板円板状鋼板との接触面積が従来より大きくかつ樹脂内に生じ得る気泡を外部に逃し得る回転電機用ロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の回転電機用ロータの製造方法では、磁石挿入穴とは別の第１穴を有する薄板円板状鋼板と、磁石挿入穴とは別の前記第１穴より大きい第２穴を有する薄板円板状鋼板とを備えている。そして、前記第１，第２の穴が軸方向に連通した状態で交互に積層して形成されるロータコアを備えた回転電機用ロータの製造方法であって、初期状態設定工程と樹脂充填工程とを有している。ここで、上記の初期状態設定工程は、前記第１穴及び第２穴で構成される連通穴が鉛直方向を向くように前記ロータコアを位置決めすると共に、樹脂の前記連通穴への供給時に樹脂の最下端を制限するためのガイド部材を前記連通穴に挿通した状態とする工程である。上記の樹脂充填工程は、前記初期状態設定工程の後に、前記連通穴への一定圧力の樹脂の供給を開始し、樹脂が前記連通穴に充填するにつれて前記ガイド部材を下降させる工程である。本発明では、前記樹脂充填工程に、前記第２穴の一つを満たす樹脂内に生じる気泡を、前記ガイド部材の外周とまだ樹脂の侵入していない前記連通穴との間の隙間より鉛直下方に逃す気泡逃し工程を含む。

本発明によれば、樹脂と薄板円板状鋼板との接触面積が拡大する分、ロータの剛性を高めることができるほか、ガイド部材により鉛直上方より順番に一つずつ第２穴の内部を樹脂で完全に充填することができる。

本発明の第１実施形態の回転電機用ロータの断面図である。 同じくロータの正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図である。 比較例の場合の樹脂の充填方法を説明するための連通穴の縦断面図である。 第１実施形態の初期状態設定工程及び樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第１実施形態の樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第１実施形態の樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第１実施形態の樹脂充填終了後の後工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第２実施形態の樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第３実施形態の初期状態設定工程及び樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第３実施形態の樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第３実施形態の樹脂充填終了後の後工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第４実施形態の初期状態設定工程及び樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第４実施形態の樹脂充填工程を説明するための連通穴の縦断面図である。 第４実施形態の樹脂充填終了後の後工程を説明するための連通穴の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の回転電機用ロータ（以下、単に「ロータ」という。）１の断面図、図２はロータ１の正面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図である。

図１、図２に示したように、ロータ１には、珪素鋼板等の薄板電磁鋼板を用いて円板状に形成し、その薄板円板状鋼板３を厚み方向に複数積層することにより全体として円柱状とした鋼板積層体（以下、「ロータコア」という。）２を有する。磁石を収容するため、このロータコア２にはロータコア２の軸方向に貫通する複数のスロット４，５を、ロータコア２の円周方向に八等分した位置に形成してある。すなわち、ロータコア２の径方向外側に位置するスロット４はロータコア２の軸方向に直交する断面がほぼ一直線状に、また外側スロット４よりも内周側に位置するスロット５はロータコア２の軸方向に直交する断面がくの字状に形成されている。

８つの各外側スロット４には、各外側スロット４の断面形状よりも一回り小さな板状またはバー状の永久磁石１１が外側磁石として挿入される。一方、８つの各内側スロット５には、各内側スロット５の断面形状よりも一回り小さな板状またはバー状の永久磁石１２が二つで一組の内側磁石として挿入される。そして、外側スロット４と外側磁石１１との隙間、内側スロット５と内側磁石１２との隙間にエポキシ樹脂等の樹脂材料を注入または充填した後に樹脂を熱硬化させることによって、各磁石１１，１２を位置決め固定する。

ロータコア２の軸心に形成される軸穴６には、ロータシャフト１５が挿通される。ロータコア２の軸穴６の一部に軸心に向けて突出させることにより形成したキー７を、ロータシャフト１５の外周に設けたキー溝１６と係合させることによって、ロータコア２とロータシャフト１５の両者が一体的に回転するよう構成している。

ロータコア２には、小径穴２２（第１穴）と、小径穴２２より径の大きい大径穴２３（第２穴）とで構成される連通穴２１を、ロータコア２の円周を八等分する位置にかつ軸穴６と軸心を同じくする同心円上に形成している。詳細には、各内側スロット５の折れ曲り部の内周側に連通穴２１を位置させている。連通穴２１を構成する小径穴２２と大径穴２３とは、連通する空間を形成していればよく、同芯状態に形成しても同芯状態に形成していなくてもよい。

図３に示したように、小径穴２２を有する薄板円板状鋼板３と、大径穴２３を有する薄板円板状電磁鋼板３とを鋼板３の厚み方向に交互に積層することにより、小径穴２２と大径穴２３とが交互に配置された連通穴２１とする。

なお、各連通穴２１を構成する小径穴２２と大径穴２３とは、各連通穴２１のそれぞれにおいて交互に配置されればよい。このため、小径穴２２のみを有する薄板円板状鋼板と大径穴２３のみを有する薄板円板状鋼板とを交互に積層する方法であってよい。さらに、上記した方法に限定されるものでない。例えば、円周方向に配置される複数の連通穴２１を小径穴２２と大径穴２３とが円周方向において交互に設けられた同一形状の薄板円板状鋼板を積層して上記した連通穴２１を形成することもできる。すなわち、上記した小径穴２２と大径穴２３とが円周方向において交互に設けられた同一形状の薄板円板状鋼板を、円周方向の八等分位置の角度だけずらせたものと角度位置をずらせないものとを交互に積層して各連通穴２１を形成することができる。また、上記した小径穴２２と大径穴２３とが円周方向において交互に設けられた同一形状の薄板円板状鋼板を、円周方向に八等分位置ずつずらせて順次積層することによっても、各連通穴２１を形成することもできる。

このように、小径穴２２と大径穴２３とで構成される連通穴２１に樹脂３１を一定圧力で注入（供給）すると、注入（供給）された樹脂３１は小径穴２２と大径穴２３とに充填される。この場合、連通穴２１はロータコア２の軸方向にデコボコしているため、積層された薄板円板状鋼板３と充填された樹脂３１との接触面積が、連通穴が単なる円筒状穴である場合よりも増加する。接触面積が増加すると、その分、鋼板３同士を強固に接着できるため、ロータ１の剛性を向上できる。また、大径穴２３を有する薄板円板状鋼板３を両側から挟んでいる小径穴２２を有する薄板円板状鋼板３同士は、大径穴２３に露出して互いに対面する側面（小径穴２２の周縁）同士が、充填された樹脂３１を介して接着固定される。この点でも、ロータ１の剛性を向上できる。

ところで、連通穴２１に一定圧力の樹脂３１を供給するだけの比較例では、連通穴２１に充填された樹脂３１内に空気溜まりが生じることがある。この空気溜まりは、充填された樹脂３１の強度を低下させ、ロータコア２の捩れ方向の剛性及び曲げ方向の剛性を低下させ、ロータ１回転時の騒音・振動を悪化させる。また、複数ある連通穴２１の一部に空気だまりが偏在する場合には、充填された樹脂３１と空気溜まりとの質量の偏在によってロータコア２の回転バランスが低下し、ロータ１回転時の騒音・振動を悪化させる。

この空気溜まりは、下記のメカニズムにより生ずることを本出願人が確認しているので、これを図４を参照して説明する。図４は比較例の場合の樹脂の充填工程を説明するための連通穴２１の断面図である。すなわち、比較例では、鉛直上方より連通穴２１に一定圧力で注入（供給）された樹脂３１は連通穴２１を鉛直下方に向かい、小径穴２２、大径穴２３を順次満たして充填される。その際、図４（Ａ）に示したように、小径穴２２から大径穴２３に樹脂３１が充填される際に大径穴２３の周縁へと樹脂３１が充填しつつ、その大径穴２３の次にくる小径穴２２を樹脂３１が塞ぐ。このため、大径穴２３の周縁領域に連通穴２１の外部へと排出されない空気３５が残留することとなる。そして、連通穴２１への樹脂３１の供給圧力により大径穴２３の全域に樹脂３１が充填されると圧力により潰されて空気が一旦はほぼ消失する。しかしながら、樹脂３１の供給圧力がなくなった後には、図４（Ｂ）に示したように、大径穴２３の内部に残された空気３５が充填された樹脂３１内で気泡３２として浮遊してくる。そして、これら気泡３２が順次合体して成長することにより、図４（Ｃ）に示したように、連通穴２１中央の樹脂３１内に空気溜まり３３が形成されることとなる。

比較例において空気溜まり３３が形成された理由は、一定圧力の樹脂３１が連通穴２１内の空間を自由に落下するままにしておいた、つまり大径部２３の周縁に存在する空気を外気に逃す機会を与えることなく樹脂３１を充填したためと考えられる。従って、大径穴２３の一つに樹脂３１を充填してから隣接する次の大径穴２３に樹脂３１を充填させる速度を制限する必要がある。大径部２３の周縁に存在する空気が気泡となって、まだ樹脂３１が充填されていない箇所を経由して連通穴２１の外部に逃げる機会が生じ得るようにするのである。そこで本発明の第１実施形態では、大径部２３の周縁に存在する空気が気泡となって外気に逃げる機会が生じるように、大径穴２３の一つに樹脂３１を充填してから隣接する次の大径穴２３に樹脂３１を充填させる速度を制限するようにした樹脂充填方法を開発した。

以下、初期状態設定工程＃１、各連通穴２１への樹脂充填工程＃２及び樹脂充填終了後の後工程＃４を図５，図６，図７，図８を参照して説明する。図５，図６，図７，図８は初期状態設定工程＃１、樹脂充填工程＃２及び樹脂充填終了後の後工程＃４を説明するための連通穴２１の縦断面図である。詳細には、図５（Ａ）は初期状態設定工程＃１を示したものである。図５（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）、図７（Ｅ）、図７（Ｆ）は樹脂充填工程＃２のうちの樹脂充填開始、ガイド部材下降、樹脂充填、ガイド部材下降、樹脂充填の各工程を示したものである。図８は樹脂充填終了後の後工程＃４を示したものである。なお、８つある連通穴２１に対する初期状態設定工程＃１、樹脂充填工程＃２及び樹脂充填終了後の後工程＃４は同様であるので、ここでは、１つの連通穴２１だけで代表させて示してある。また、１つの連通穴２１のうち鉛直方向の最上段の穴を形成しているのは大径穴２３であるとする。

図５（Ａ）に示したように、初期状態設定工程＃１では連通穴２１が鉛直方向を向くように、据え付け台６１ａの上にロータコア２を配置する。ここで、据え付け台６１ａｊはガイド部材移動設備６１の一部を構成するものである。ガイド部材移動設備６１はガイド部材４１を鉛直方向に移動可能である。

連通穴２１は、大径穴２３と小径穴２２とが連通穴２１の軸方向に交互に繰り返される穴であるので、複数ある大径穴２３を次のように区別する。すなわち、鉛直方向の上方より第１段目に位置する大径穴２３を第１大径穴２３ａ、鉛直方向の上方より第２段目に位置する大径穴２３を第２大径穴２３ｂ、鉛直方向の上方より第３段目に位置する大径穴２３を第３大径穴２３ｃという。以下、同様である。

同様に、複数ある小径穴２２を次のように区別する。すなわち、鉛直方向の上方より第１段目に位置する小径穴２２を第１小径穴２２ａ、鉛直方向の上方より第２段目に位置する小径穴２２を第２小径穴２２ｂ、鉛直方向の上方より第３段目に位置する小径穴２２を第３小径穴２２ｃという。以下、同様である。

連通穴２１を鉛直方向に移動可能な円柱状のガイド部材４１を、連通穴２１に鉛直下方より挿通しておく。このガイド部材４１は、ガイド部材移動設備６１に連結する。このガイド部材４１は、一定圧力の樹脂３１を連通穴２１に鉛直上方より注入（供給）するときに樹脂３１の最先端（鉛直方向の最下端）を制限するためのものである。このガイド部材４１は、ガイド部材４１の鉛直方向の上端４１ａを鉛直下方に移動させる（つまり樹脂３１の最先端位置をコントロールする）ことによって、連通穴２１の内部に空気溜まりが生じることがないようにするためのものである。

上記のガイド部材移動設備６１は、据え付け台６１ａの他、図示しないが、モータ、このモータの回転速度を遅くする機構、遅くされたモータの回転運動をガイド部材４１の上下運動に変換する機構で構成する。そして、当該ガイド部材移動設備６１を用い、図５（Ａ）に示す初期状態設定工程＃１でモータを逆転させることによってガイド部材４１を初期状態に位置させ、樹脂充填工程＃２になると、モータを正転させることによってガイド部材４１を下降させる。ここで、ガイド部材４１の下降させる速度は、モータの回転速度によって任意に制御可能である。

ガイド部材４１の上端４１ａが、連通穴２１に一定圧力で供給される樹脂３１の最先端（鉛直方向の最下端）位置となるので、第１大径穴２３ａが開口しかつ第１小径穴２２ａが全ては開口しない位置をガイド部材４１の初期位置として設定しておく。第１大径穴２３ａが開口する位置にガイド部材４１を設定するのは、一定圧力の樹脂３１を第１大径穴２３ａの周縁にまで侵入させるためである。

第１小径穴２２ａが全ては開口しない位置にガイド部材４１を設定するのは、次の理由からである。すなわち、第１大径穴２３ａに樹脂３１を侵入させるときに第１小径穴２２ａまで全て開口させてしまうと、樹脂３１が第２大径穴２３ｂに直ぐに侵入することになって、第１大径穴２３ａに侵入する樹脂３１に作用している圧力が保たれなくなる。一方、樹脂３１に作用する一定圧力を保ちつつ、ガイド部材外周４１ｂと第１小径穴２２ａとの間の隙間４２から圧力の一部が漏れるようにしておくと、第１大径穴２３ａの周縁に存在する空気を気泡として当該隙間４２から鉛直下方の外気に逃すことができる。そこで、第１小径穴２２ａが全ては開口しない位置にガイド部材４１の鉛直方向位置を設定することで、樹脂３１に作用する一定圧力を保ちつつ、ガイド部材外周４１ｂと第１小径穴２２ａとの間の隙間４２から圧力の一部が漏れるようにするためである。ここで、「大径穴２３が開口する」とは、大径穴２３の空間にガイド部材４１が存在しないことを意味させるものとする。また、「小径穴２２が全ては開口しない」とは、小径穴２２の空間にガイド部材４１の一部が存在することを意味させるものとする。

また、図５（Ａ）に示したように初期状態設定工程＃１では第１大径穴２３ｂの上面を覆って、樹脂供給装置５１の供給口５１ｂと第１大径穴２３ａとの隙間から樹脂３１が漏れ出ないように樹脂供給装置５１の供給口５１ｂを取り付けておく。

次に、図５（Ｂ）に示した樹脂充填工程＃２に移ると、この樹脂充填工程＃２には気泡逃し工程＃３を含んでいる。

樹脂充填工程＃２では、最初に樹脂供給装置５１の供給通路５１ａに介装している常閉の開閉バルブ５１ｃを全閉状態から全開状態へと切換える。これによって、熱硬化する前には流動体である樹脂３１が鉛直上方から連通穴２１の上方開口端２１ａより一定圧力で流入する。このとき、ガイド部材４１は第１小径穴２２ａが全ては開口しない位置にある。このため、一定圧力の樹脂３１は連通穴２１の中心から第１大径穴２３ａの周縁へと加圧状態を保ちつつ侵入する（矢印参照）と共に、第１大径穴２３ａの直ぐ下にある第１小径穴２２ａの一部に侵入する。このとき、気泡逃し工程＃３となり、樹脂３１の侵入と入れ替わりに第１大径穴２３ａの周縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気は気泡となって、圧力の一部が漏れている隙間４２へと移動する。すなわち、気泡はガイド部材４１の外周４１ｂと第１小径穴２２ａとの隙間４２から鉛直下方の外気へと逃される。ここで、ガイド部材４１の外周４１ｂと第１小径穴２２との隙間４２からは圧力の一部が漏れても樹脂３１が侵入して流れ落ちることがないように隙間量を予め調整しておく。

図５（Ｂ）の状態で一定時間が経過すれば、第１大径部２３ａを満たす樹脂３１の内部の空気は、気泡となってガイド部材４１の外周４１ａと第１小径穴２２ａとの隙間４２から鉛直下方の外気へと逃されることで完全に抜けているはずである。このため、一定時間が経過したときには、図６（Ｃ）に示したようにガイド部材４１を、一定量、つまり第２大径穴２３ｂが開口しかつ第２小径穴２２ｂが全ては開口しない位置まで下降させる。

すると、図６（Ｄ）に示したように、一定圧力の樹脂３１は連通穴２１の中心から第２大径穴２３ｂの周縁へと加圧状態を保ちつつ侵入する（矢印参照）と共に、第２大径穴２３ｂの直ぐ下にある第２小径穴２２ｂに侵入する。このとき、気泡逃し工程＃３となり、樹脂３１の侵入と入れ替わりに第２大径穴２３ｂの周縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気は気泡となって、圧力の一部が漏れている隙間４２へと移動する。すなわち、気泡はガイド部材４１の外周４１ｂと第２小径穴２２ｂとの隙間４２から鉛直下方の外気へと逃される。

図６（Ｄ）の状態で一定時間が経過すれば、第２段大径部２３を満たす樹脂３１の内部の空気は、気泡となってガイド部材４１の外周４１ｂと第２小径穴２２ｂとの隙間４２から鉛直下方の外気へと逃されることで完全に抜けているはずである。このため、一定時間が経過したときには、図７（Ｅ）に示したようにガイド部材４１を一定量、つまり第３大径穴２３ｃが開口しかつ第３小径穴２２ｃが全ては開口しない位置まで下降させる。

すると、図７（Ｆ）に示したように、一定圧力の樹脂３１は連通穴２１の中心から第３大径穴２３ｃの周縁へと加圧状態を保ちつつ侵入する（矢印参照）と共に、第３大径穴２３ｃの直ぐ下にある第３小径穴２２ｃに侵入する。このとき、気泡逃し工程＃３となり、樹脂３１の侵入と入れ替わりに第３大径穴２３ｃの周縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気は気泡となって、圧力の一部が漏れている隙間４２へと移動する。すなわち、気泡はガイド部材４１の外周４１ｂと第３小径穴２２ｃとの隙間４２から鉛直下方の外気へと逃される。

以下、上記図７（Ｅ）と図７（Ｆ）と同様の工程を繰り返す。これによって、ガイド部材４１を一定量ずつ下降させるほど、その下降するガイド部材４１の上端４１ａを追いかけるように樹脂３１が残りの各大径部２３を満たしてゆく。これによって、第１、第２、第３、…、の大径部２３の内部を完全３１に樹脂３１で充填することができる。

このようにして、全ての大径部２３への樹脂３１の充填を終了したときには、樹脂供給装置５１の供給通路５１ａに介装している開閉バルブ５１ｃを全開状態から全閉状態へと切換えて樹脂３１の供給を停止する。これで、樹脂充填工程＃２を終了する。

次には図８に示す樹脂充填終了後の後工程＃４に移る。樹脂充填終了後の後工程＃４では、図８に示したように、樹脂供給装置５１を外す。この後は、例えば図８に示した状態でロータコア２の全体を加熱し連通穴２１に充填してある樹脂３１を固化する。樹脂３１を固化した後には据え付け台６１ａからロータコア２を取り外す。

第１実施形態では、大径部２３の周縁に残る空気を気泡として小径部２２とガイド部材外周４１ｂとの隙間４２をから鉛直下方の外気へと逃すためガイド部材４１を一定時間保持させ、その後に一定量下降させて再び一定時間保持させる場合で説明した。しかしながら、この場合に限られない。例えば、ガイド部材４１が小径部２２を通過している間に、大径部２３の周縁に残る空気を気泡として小径部２２とガイド部材外周４１ｂとの隙間４２から鉛直下方の外気へと逃すことで、ガイド部材４１を連続的に下降させることができる。

本実施形態では、大径部２３の周縁に侵入した樹脂３１の内部に残留する空気を気泡としてガイド部材４１の外周４１ｂと、まだ樹脂３１の侵入していない連通穴２１との間の隙間４２を通って鉛直下方の大気中に抜けさせる必要がある。このため、各小径穴２２とガイド部材４１との隙間量としては、樹脂３１にフィラーが含まれている場合に次の条件１を満足するように設定する。

条件１：空気が流出する最少径≪隙間量≪樹脂内部のフィラー径
上記の条件１は、各小径穴２２とガイド部材４１の外周４１ｂとの間の隙間４２を空気は通過するけれども、樹脂に含まれるフィラーは通過し得ないようにするための隙間量に関する条件である。

また、樹脂３１にフィラーが含まれていない場合に次の条件２を満足するように、樹脂３１に作用させる供給圧力を設定する。

条件２：空気が隙間を排出する最低圧力≪樹脂の供給圧力≪樹脂が隙間を排出する最低圧力
上記の条件２は、各小径穴２２とガイド部材４１の外周４１ｂとの間の隙間４２を空気は通過するけれども、樹脂３１に含まれるフィラーは通過し得ないようにするための樹脂に作用させる供給圧力に関する条件である。

ここで、条件２の空気が隙間を排出する最低圧力とは空気の隙間４２での圧力損失ΔＰ１のこと、条件２の樹脂が隙間を排出する最低圧力とは樹脂の隙間４２での圧力損失ΔＰ２のことである。ΔＰ１，ΔＰ２は次の式により求めることができる。

ΔＰ１＝ｆ（Ｖ，Ａ，Ｌ，μ１） …（１）
ΔＰ２＝ｆ（Ｖ，Ａ，Ｌ，μ２） …（２）
ただし、Ｖ：充填速度、
Ａ：隙間４２の断面積、
Ｌ：隙間４２の長さ、
μ１：空気の動粘度、
μ２：樹脂の動粘度、
ここで、第１実施形態の作用効果を説明する。

第１実施形態では、磁石挿入穴４，５とは別の小径穴２２（第１穴）を有する薄板円板状鋼板３と、磁石挿入穴４，５とは別の小径穴２２より大きい大径穴２３（第２穴）を有する薄板円板状鋼板３とを備えている。そして、小径穴、大径穴が軸方向に連通した状態で交互に積層して形成されるロータコア２を備えたロータ１（回転電機用ロータ）の製造方法であって、初期状態設定工程＃１と樹脂充填工程＃２とを有している。ここで、上記の初期状態設定工程＃１は、小径穴２２及び大径穴２３で構成される連通穴２１が鉛直方向を向くようにロータコア２を位置決めすると共に、樹脂３１の連通穴２１への供給時に樹脂３１の最下端を制限するためのガイド部材４１を連通穴２１に挿通した状態とする工程である。上記の樹脂充填工程＃２は、初期状態設定工程＃１の後に、連通穴２１への一定圧力の樹脂３１の供給を開始し、樹脂３１が連通穴２１に充填するにつれてガイド部材４１を下降させる工程である。第１実施形態では、樹脂充填工程＃２に、大径穴２３の一つを満たす樹脂３１内に生じる気泡を、ガイド部材４１の外周４１ｂとまだ樹脂の侵入していない連通穴２１との間の隙間４２より鉛直下方に逃す気泡逃し工程＃３を含む。第１実施形態によれば、樹脂３１と薄板円板状鋼板３との接触面積が拡大する分、ロータコア２の剛性を高めることができるほか、ガイド部材４１により鉛直上方より順番に一つずつ大径穴２３の内部を樹脂３１で完全に充填することができる。言い換えると、連通穴２１に空気溜まりが生じることがないので、充填された樹脂３１の強度を低下させることがない。これによって、ロータコア２の捩れ方向の剛性及び曲げ方向の剛性を比較例よりも向上させ、ロータ１回転時の騒音・振動の悪化を防止できる。また、複数ある連通穴２１の一部に空気だまりが偏在することもないので、充填された樹脂３１と空気溜まりとの質量の偏在によってロータコア２の回転バランスが低下し、ロータ１回転時の騒音・振動を悪化させることを防止できる。

（第２実施形態）
図９は第２実施形態の樹脂充填工程＃２を説明するための連通穴の縦断面図である。ここで、図９（Ｅ）、図９（Ｆ）は樹脂充填工程＃２のうちのガイド部材下降、樹脂充填の各工程を示したものである。第１実施形態の図７（Ｅ）、図７（Ｆ）と同一部分には同一の符号を付している。

第１実施形態ではガイド部材４１の上端４１ａを平面で形成していた。一方、第２実施形態はガイド部材４１の上端４１ａに鉛直上方に突出する円錐状の突起７１を形成したものである。

このように第２実施形態では、ガイド部材４１の上端４１ｂが相違するだけであり、初期状態設定工程＃１、各連通穴２１への樹脂充填工程＃２及び樹脂充填終了後の後工程＃４で実行することは第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態の図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）、図８に対応する図は第２実施形態では省略した。また、各工程での説明も省略する。

第２実施形態によれば、ガイド部材４１の上端４１ｂは先が尖った形状であるので、大径穴２３（第２穴）の内部への樹脂３１の流動性をガイド部材４１の上端４１ｂが平面形状である場合より向上できる。

（第３実施形態）
図１０，図１１，図１２は第３実施形態の初期状態設定工程＃１、各連通穴２１への樹脂充填工程＃２及び樹脂充填終了後の後工程＃４を説明するための連通穴２１の縦断面図である。詳細には、図１０（Ａ）は初期状態設定工程＃１を示したものである。図１０（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１１（Ｄ）は樹脂充填工程＃２のうちの樹脂充填開始、駒下降、充填終了間近の各工程を示したものである。図１２は樹脂充填終了後の後工程＃４を示したものである。第１実施形態の図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）、図８と同一部分には同一の符号を付している。

第１実施形態はガイド部材移動設備６１を用いて円柱状のガイド部材４１を下降させるものであった。一方、第３実施形態は、円柱状のガイド部材４１に代えて、連通穴２１を鉛直方向に移動可能な円盤状の駒８１を配置したものである。

第３実施形態では、設備は据え付け台９１だけで、駒８１を鉛直方向に下方移動可能な設備は備えていない。また、据え付け台９１には、連通穴２１を下降してくる駒８１がすっぽり嵌り込む収納穴９１ｂを開けておく。

図１０（Ａ）に示したように、初期状態設定工程＃１ではこの据え付け台９１の上端９１ａに連通穴２１が鉛直方向を向くようにロータコア２を配置する。そして、駒８１を鉛直上方の開口端２１ａから連通穴２１の上端に収納する。この場合、駒８１の外周８１ｂと第１小径穴２２ａとの間に所定の摩擦力が働いて駒８１が鉛直下方に落下することがないように、駒８１の外周８１ｂと第１小径穴２２ａとの間の隙間量を設定しておく。

なお、ここでは、全ての小径穴２２が仕様通りに形成されているものとする。従って、駒８１の外周８１ｂと各小径穴２２との間には同じ値の摩擦力が働くため、駒８１が鉛直下方に自然落下することはない。

また、図１０（Ａ）に示したように初期状態設定工程＃１では第１大径穴２３ｂの上面を覆って、樹脂供給装置５１の供給口５１ｂと第１大径穴２３ａとの隙間８２から樹脂が漏れ出ないように樹脂供給装置５１の供給口５１ｂを取り付けておく。

次に、図１０（Ｂ）に示した樹脂充填工程＃２に移ると、この樹脂充填工程＃２には気泡逃し工程＃３を含んでいる。

樹脂充填工程＃２では、最初に樹脂供給装置５１の供給通路５１ａに介装している常閉の開閉バルブ５１ｃを全閉状態から全開状態へと切換える。これによって、熱硬化する前には流動体である樹脂３１が鉛直上方から連通穴２１の上方開口端２１ａより一定圧力で流入する。このとき、駒８１は第１小径穴２２ａが全ては開口しない位置にあるとする。このため、一定圧力の樹脂３１は連通穴２１の中心から第１大径穴２３ａの周縁へと加圧状態を保ちつつ侵入する（矢印参照）と共に、第１大径穴２３ａの直ぐ下にある第１小径穴２２ａの一部に侵入する。このとき、気泡逃し工程＃３となり、樹脂３１の侵入と入れ替わりに第１大径穴２３ａの周縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気は気泡となって、圧力の一部が漏れている隙間８２へと移動する。すなわち、気泡は駒８１の外周８１ｂと第１小径穴２２ａとの隙間８２から鉛直下方の外気へと逃される。ここで、駒８１の外周８１ｂと第１小径穴２２との隙間８２からは圧力の一部が漏れても樹脂３１が侵入して流れ落ちることがないように隙間量を予め調整しておく。

気泡逃し工程＃３が一定時間継続すれば、第１大径部２３ａを満たす樹脂３１の内部の空気は、気泡となってガイド部材４１の外周４１ａと第１小径穴２２ａとの隙間８２から鉛直下方の外気へと逃されることで完全に抜けているはずである。このため、気泡逃し工程＃３が一定時間継続した後には、図１１（Ｃ）に示したように駒８１が、一定量、つまり第２大径穴２３ｂが開口しかつ第２小径穴２２ｂが全ては開口しない位置まで下降しているものとする。

すると、図１１（Ｃ）に示したように、一定圧力の樹脂３１は連通穴２１の中心から第２大径穴２３ｂの周縁へと加圧状態を保ちつつ侵入する（矢印参照）と共に、第２大径穴２３ｂの直ぐ下にある第２小径穴２２ｂに侵入する。このとき、気泡逃し工程＃３となり、樹脂３１の侵入と入れ替わりに第２大径穴２３ｂの周縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気は気泡となって、圧力の一部が漏れている隙間８２へと移動する。すなわち、気泡は駒８１の外周８１ｂと第２小径穴２２ｂとの隙間８２から鉛直下方の外気へと逃される。

以下、上記図１１（Ｃ）と同様の工程を繰り返すと、やがて図１１（Ｄ）に示したように駒８１が収納穴９１ｂに嵌り込む。すると、図１１（Ｄ）に示したように、一定圧力の樹脂３１は連通穴２１の中心から最下段の大径穴２３の周縁へと加圧状態を保ちつつ侵入する（矢印参照）。このとき、気泡逃し工程＃３となり、樹脂３１の侵入と入れ替わりに最下段の大径穴２３ｃの縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気は気泡となって、圧力の一部が漏れている隙間８２へと移動する。すなわち、気泡は駒８１の外周８１ｂと収納穴９１ｂとの隙間８２から鉛直下方の外気へと逃される。

第３実施形態でも、大径部２３の周縁に残る空気を気泡として小径部２２とガイド部材外周４１ｂとの隙間８２から鉛直下方の外気へと逃すため、便宜上、駒８１を一定時間保持させ、その後に一定量下降させて再び一定時間保持させる場合で説明した。しかしながら、この場合に限られない。例えば、駒８１が小径部２２を通過している間に、大径部２３の周縁に残る空気を気泡として小径部２２と駒外周８１ｂとの隙間８２から鉛直下方の外気へと逃すことで、駒８１を連続的に下降させることができる。以下では、駒８１を連続的に下降させる場合で説明する。

さて、図１０（Ｂ）、図１１（Ｃ）にも示したように連通穴２１への樹脂３１の注入（供給）中には、充填力Ｆ１が駒８１に対して鉛直下方の向きに、摩擦力Ｆ２が駒８１の外周８１ｂとその周縁にある小径穴２のとの間に作用する。ここで、上記の充填力Ｆ１は樹脂３１に作用する一定圧力に受圧面積を乗算することによって得られる。上記の摩擦力Ｆ２は充填力Ｆ１と反対向きに作用する。

この場合、摩擦力Ｆ２より充填力Ｆ１を大きくしておくことで、両者の差の力（Ｆ１−Ｆ２）に応じて駒８１が下方に向けて移動する。言い換えると、この差の力（Ｆ１−Ｆ２）によって駒８１の下降速度が定まる。このため、駒８１の下降速度を次のように定める。すなわち、樹脂の侵入と入れ替わりに大径穴２３の周縁部から連通穴２１の中心へと追い出された空気が気泡として、駒外周８１ｂと小径穴２２の隙間８２から鉛直下方の外気に逃れる時間があるように駒８１の下降速度を設定する。

このように駒８１の下降速度を設定することで、駒８１が一定量ずつ下降するほど、その下降する駒８１の上端８１ａを追いかけるように樹脂３１が各大径部２３を満たしてゆく。これによって、第１、第２、第３、…、の大径部２３の内部を完全３１に樹脂で充填することができる。

全ての大径部２３を樹脂が満たした後には、駒８１は据え付け台９１台に設けている収納穴９１ｂに嵌り込む。これで、樹脂充填工程＃２を終了する。

次には図１２に示す樹脂充填終了後の後工程＃４に移る。樹脂充填終了後の後工程＃４では、図１２に示したように、樹脂供給装置５１を外す。この後は、例えば図１２に示した状態でロータコア２の全体を加熱し連通穴２１に充填してある樹脂３１を固化する。樹脂３１を固化した後に据え付け台９１からロータコア２を取り外す。この場合、駒８１はロータコア２に付属させたままでもよいし、ロータコア２から切り離してもよい。

第３実施形態によれば、ガイド部材は樹脂３１の供給圧力を受けて連通穴２１を下降し得る駒８１である。そして、駒８１の鉛直方向上端８１ａが小径穴２２（第１穴）の一つを全ては開口してない位置のとき、駒の下降速度を次のように設定する。すなわち、その小径穴２２の直ぐ上方に隣接する大径穴２３（第２穴）を満たす樹脂３１内に生じる気泡が、駒８１の外周８１ａとまだ樹脂３１の侵入していない連通穴２１との間の隙間８２より鉛直下方に逃されるように駒８１の下降速度を設定する。これによって、ガイド部材としての駒８１を下降させるための設備（動作機構）を無くすことが可能となり、設備投資額を低減できる。

（第４実施形態）
図１３，図１４，図１５は第４実施形態の初期状態設定工程＃１、各連通穴２１への樹脂充填工程＃２及び樹脂充填終了後の後工程＃４を説明するための連通穴２１の縦断面図である。詳細には、図１３（Ａ）は初期状態設定工程＃１を示したものである。図１３（Ｂ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）は樹脂充填工程＃２のうちの樹脂充填開始、駒下降、充填終了間近の各工程を示したものである。図１５は樹脂充填終了後の後工程＃４を示したものである。第３実施形態の図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１１（Ｄ）、図１２と同一部分には同一の符号を付している。

第３実施形態は円柱状の駒８１に作用する充填力Ｆ１と摩擦力Ｆ２との差の力を用いて駒８１を下降させるものであった。一方、第４実施形態は駒８１に作用する充填力と摩擦力との差の力を第３実施形態と同一に保ちつつ、充填力及び摩擦力を第３実施形態よりも増大させるようにしたものである。

これについて説明すると、第３実施形態において、大径穴２３の内部に空気が気泡として残存しない範囲で樹脂３１に作用させる供給圧力を上昇させることができれば、樹脂充填工程＃２に要する作業時間を短縮できる。駒の下降速度は充填力Ｆ１と摩擦力Ｆ２の差の力に依存するのであるから、駒の下降速度を第３実施形態と同じに保たせるため、充填力をＦ１からＦ１’（Ｆ１’＞Ｆ１）へと上昇させた分だけ、供給する樹脂３１に作用する充填圧力を上げる。そして、充填力と摩擦力の差の力が第３実施形態と同じになるように、駒の外周と小径穴２２との間の摩擦力をＦ２からＦ２’（Ｆ２’＞Ｆ２）へと大きくする。この場合、摩擦力は駒の外周の摩擦係数μに依存するものの、摩擦係数μを上げるのはなかなか困難である。そこで、第４実施形態では、駒を、鉛直下方のカップ状部位と鉛直上方の円筒状部位から構成し、樹脂３１に作用する圧力により連通穴２１の径方向外側に広がる形状とする。

詳細には、駒１０１を鉛直下方のカップ状部位１０２と鉛直上方の円筒状部位１０３から構成する。そして、円筒状部位１０３が樹脂３１に作用する圧力を受けて連通穴２１の径方向外側に移動し得るように、弾性を有する材料で駒１０１の全体を形成する。これによって、円筒状部位１０３は供給される樹脂３１に作用する圧力を受けることにより連通穴２１の径方向外側に広がって小径穴２２に圧接される。ただし、図１３，図１４，図１５にはロータコア軸方向の断面で駒１０１を示してある。このため、駒１０１の当該断面はＵ字状であり、駒１０１の鉛直方向上端１０１ａは上方に開口している。

第３実施形態と相違する部分を主に説明すると、第４実施形態では、樹脂３１に作用する供給圧力を第３実施形態より上昇させた分、樹脂３１に作用する圧力に受圧面積を乗算することによって得られる充填力Ｆ１’が第３実施形態の充填力Ｆ１より大きくなる。この第３実施形態より大きな充填力Ｆ１’は、図１３（Ｂ）、図１４（Ｃ）に示したように、駒１０１に対して鉛直下方の向きに作用する。一方、駒１０１の外周１０１ｂとその周縁にある小径穴２との間に作用する摩擦力Ｆ２’はこの充填力Ｆ１’と反対向きに作用する。

この場合、摩擦力Ｆ２’は第３実施形態の摩擦力Ｆ２よりも大きくなる。すなわち、第３実施形態では、樹脂３１に作用する圧力が、円筒状部１０３を連通穴２１の径方向外側に広げることによって円筒状部位１０３を小径穴２２に押しつける（圧接する）。この押しつける力Ｆ３が駒１０１の外周１０１ｂと小径部２２との間に作用する摩擦力をＦ２からＦ２’へと増大させる。これは、円筒状部位１０３のロータコア軸方向の長さが第２実施形態の駒８１の厚さと同じでかつ円筒状部位１０１と第２実施形態の駒８１の各外周の摩擦係数が同じであっても、押しつけ力Ｆ３が駒外周１０１ｂの摩擦係数を見かけ上大きくするためである。ただし、充填力Ｆ１’と摩擦力Ｆ２’との差の力が、第３実施形態の充填力Ｆ１と摩擦力Ｆ２との差の力とほぼ同等となるように、円筒状部位１０３のロータコア軸方向の長さや駒外周１０ｂの摩擦係数を選択しておく。

第３実施形態では、駒１０１は、鉛直下方のカップ状部位１０２と鉛直上方の円筒状部位１０３とから構成されている。そして、円筒状部位１０３は駒１０１の鉛直上方より供給される樹脂３１に作用する圧力を受けることにより径方向外側に広がって小径穴２２（第１穴）に圧接される。駒１０１の下降速度が第３実施形態と同じとすれば、駒１０１の円筒状部位１０３が小径穴２２に圧接される分だけ駒１０１の外周１０１ｂと連通穴２１との間の摩擦力が大きくなり、その分、樹脂３１の供給圧力を上昇させることができる。これによって、連通穴２１への樹脂３１の充填を終了するまでの時間を短縮することができる。

１ ロータ
２ ロータコア
３ 薄板円板状鋼板
４ 外側スロット
５ 内側スロット
１１ 外側磁石
１２ 内側磁石
１５ ロータシャフト
２１ 連通穴
２２ 小径穴（第１穴 ）
２３ 大径穴（第２穴 ）
４１ ガイド部材
４２ 隙間
５１ 樹脂供給装置
６１ ガイド部材移動設備
８１ 駒
９１ 据え付け台
１０１ 駒
１０２ カップ状部位
１０３ 円筒状部位
１０４ 隙間

Claims (5)

1. 磁石挿入穴とは別の第１穴を有する薄板円板状鋼板と、磁石挿入穴とは別の前記第１穴より大きい第２穴を有する薄板円板状鋼板とを、前記第１，第２の穴が軸方向に連通した状態で交互に積層して形成されるロータコアを備えた回転電機用ロータの製造方法であって、
   前記第１穴及び第２穴で構成される連通穴が鉛直方向を向くように前記ロータコアを位置決めすると共に、樹脂の前記連通穴への供給時に樹脂の最下端を制限するためのガイド部材を前記連通穴に挿通した状態とし、かつ前記連通穴への一定圧力の樹脂の供給を行う樹脂供給装置を前記ロータコアの鉛直方向の上面に取り付ける初期状態設定工程と、
   前記初期状態設定工程の後に、前記連通穴への一定圧力の樹脂の供給を開始し、樹脂が前記連通穴に充填するにつれて前記ガイド部材を下降させる樹脂充填工程と
   を有し、
   前記樹脂充填工程に、前記第２穴の一つを満たす樹脂内に生じる気泡を、前記ガイド部材の外周とまだ樹脂の侵入していない前記連通穴との間の隙間より鉛直下方に逃す気泡逃し工程を含むことを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
2. 前記ガイド部材の上端は先が尖った形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用ロータの製造方法。
3. 前記ガイド部材は樹脂の供給圧力を受けて前記連通穴を下降し得る駒であり、
   前記駒の鉛直方向上端が前記第１穴の一つを全ては開口してない位置のとき、その第１穴の直ぐ上方に隣接する第２穴を満たす樹脂内に生じる気泡が、前記駒の外周とまだ樹脂の侵入していない前記連通穴との間の隙間より鉛直下方に逃されるように前記駒の下降速度を設定することを特徴とする請求項１に記載の回転電機用ロータの製造方法。
4. 前記駒は、鉛直下方のカップ状部位と鉛直上方の円筒状部位とから構成され、
   前記円筒状部位は前記駒の鉛直上方より供給される前記樹脂に作用する圧力を受けることにより前記連通穴の径方向外側に広がって前記第１穴に圧接されることを特徴とする請求項３に記載の回転電機用ロータの製造方法。
5. 磁石挿入穴とは別の第１穴を有する薄板円板状鋼板と、磁石挿入穴とは別の前記第１穴より大きい第２穴を有する薄板円板状鋼板とを、前記第１，第２の穴が軸方向に連通した状態で交互に積層して形成されるロータコアを備えた回転電機用ロータの製造装置であって、
   前記第１穴及び第２穴で構成される連通穴が鉛直方向を向くように前記ロータコアを位置決めすると共に、樹脂の前記連通穴への供給時に樹脂の最下端を制限するために前記連通穴に挿通されるガイド部材と、
   前記連通穴へ前記ロータコアの鉛直方向上方から一定圧力の樹脂の供給を行う樹脂供給装置と
   を備え、
   前記ガイド部材は、樹脂が前記連通穴に充填するにつれて下降され、前記第２穴の一つを満たす樹脂内に生じる気泡を、前記ガイド部材の外周とまだ樹脂の侵入していない前記連通穴との間の隙間より鉛直下方に逃すことを特徴とする回転電機用ロータの製造装置。

Images