JP6240365B1 - 磁石埋め込み型コアの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マグネットの固定に用いる樹脂における不要樹脂の発生を抑制可能とする。【解決手段】磁石埋め込み型コア１の製造方法において、固形状態の樹脂材料３３を磁石挿入孔３に挿入する樹脂挿入工程と、樹脂材料３３を溶解させる溶解工程と、磁石挿入孔３内を加圧する加圧工程とを有し、溶解工程では、予熱されたマグネット４を磁石挿入孔３に挿入することにより、樹脂材料３３の少なくとも一部を溶解させる構成とする。【選択図】図４

Description

本発明は、内部にマグネットが埋め込まれた磁石埋め込み型コアの製造方法に関する。
従来、磁石埋め込み型コアの製造に関し、ロータコアの軸線方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔にそれぞれマグネットを挿入した後に、その磁石挿入孔に樹脂を充填し、その充填した樹脂を硬化させることにより、ロータコアにマグネットを固定する技術が開発されている。このようにマグネットを磁石挿入孔内に樹脂で固定することにより、マグネットの破損を防止することができ、また、ステータ側に形成される回転磁界にロータコアを安定的に追従させることが可能となる。
この種の磁石埋め込み型コアの製造方法に関しては、例えば、上型および下型を備えたモールド金型において、ロータコアが中間型と共にモールド金型内に搬入され、下型には、筒状のポットとそのポット孔内にプランジャが昇降可能に設けられ、プランジャを上動させることによりポット内で溶融したモールド樹脂を圧送し、これにより、モールド樹脂は、中間型と下型との間に形成されたランナ及びゲートを通じてロータコアにおける磁石挿入孔内に充填された後に加熱硬化する樹脂モールド方法が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１４−７９０５６号公報
ところで、上記特許文献１に記載のような従来技術では、樹脂モールド後にモールド金型を型開きして、ロータコアを取り出す際に、中間型等に設けられた樹脂通路には硬化した樹脂が残留しているため、それらの不要な樹脂（以下、「不要樹脂」という。）は最終的にロータコアから分離されて廃棄される。したがって、磁石埋め込み型コアの製造に際しては、樹脂材料コストの低減等の観点から、そのような不要樹脂の発生を抑制することが望ましい。
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、マグネットの固定に用いる樹脂における不要樹脂の発生を抑制可能とする磁石埋め込み型コアの製造方法を提供することを主目的とする。
本発明の第１の側面では、モータコア（２）を軸線方向に沿って形成された磁石挿入孔（３）に対し、樹脂の充填によりマグネット（４）が埋め込まれた磁石埋め込み型コア（１）の製造方法であって、固形状態の樹脂材料（３３）を前記磁石挿入孔に挿入する樹脂挿入工程と、前記磁石挿入孔内において前記樹脂材料を溶解させる溶解工程と、前記磁石挿入孔内を加圧する加圧工程とを含み、前記溶解工程では、予熱された前記マグネットを前記磁石挿入孔に挿入することにより、前記樹脂材料の少なくとも一部を溶解させることを特徴とする。
この第１の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、固形状態の樹脂材料を磁石挿入孔に挿入すると共に、この磁石挿入孔に予熱されたマグネットを挿入することにより磁石挿入孔内の樹脂材料を溶解させるため、外部で溶解した樹脂を磁石挿入孔内に導くための樹脂通路が不要となり、マグネットの固定に用いる樹脂における不要樹脂の発生を抑制することが可能となる。
本発明の第２の側面では、上記第１の側面に関し、前記樹脂材料は熱硬化性樹脂からなり、前記モータコアを加熱することにより、前記加圧工程において加圧された前記樹脂材料を硬化させる熱硬化工程を更に含むことを特徴とする。
この第２の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、樹脂材料として熱硬化性樹脂を用いることにより、製造後の磁石埋め込み型コア（すなわち、磁石挿入孔内のマグネットを固定している樹脂）の耐熱性を容易に確保することができる。
本発明の第３の側面では、上記第１または第２の側面に関し、前記樹脂挿入工程よりも前に前記モータコアを予熱するコア予熱工程を更に含むことを特徴とする。
この第３の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、樹脂材料の溶解に必要な熱量がマグネットの熱量のみでは不足している場合でも、磁石挿入孔内の樹脂材料をより確実に溶解させることが可能となる。
本発明の第４の側面では、上記第１から第３の側面のいずれかに関し、前記溶解工程では、少なくとも前記樹脂挿入工程よりも後に前記モータコアを加熱することにより、前記樹脂材料を溶解させることを特徴とする。
この第４の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、樹脂材料の溶解に必要な熱量がマグネットの熱量のみでは不足している場合でも、磁石挿入孔内の樹脂材料をより確実に溶解させることが可能となる。
本発明の第５の側面では、上記第１から第４の側面のいずれかに関し、前記樹脂材料は、顆粒状の原料樹脂を成型してなることを特徴とする。
この第５の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、樹脂挿入工程や溶解工程において顆粒状（すなわち、比較的小径）の原料樹脂が磁石挿入孔の外に飛散等することを抑制できると共に、磁石挿入孔に充填した樹脂における空隙の発生を抑制することが可能となる。
本発明の第６の側面では、上記第５の側面に関し、前記樹脂材料は、前記磁石挿入孔を画定する面（３ａ−３ｄ）の少なくとも１つに当接可能な当接面（３３ａ、３３ｂ）を有することを特徴とする。
この第６の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、モータコア（すなわち、磁石挿入孔を画定する面）から樹脂材料への伝熱量が高まり、磁石挿入孔内の樹脂材料をより迅速に溶解させることが可能となる。
本発明の第７の側面では、上記第１から第４の側面のいずれかに関し、前記樹脂材料は、顆粒状をなすことを特徴とする。
この第７の側面による磁石埋め込み型コアの製造方法では、磁石挿入孔の形状や樹脂材料の必要量に拘わらず、樹脂材料を磁石挿入孔に容易に挿入することが可能となる。
このように本発明によれば、磁石埋め込み型コアの製造において、マグネットの固定に用いる樹脂における不要樹脂の発生を抑制することが可能となる。
本発明の実施形態に係る製造方法によって製造された埋込磁石型ロータの斜視図 図１に示した埋込磁石型ロータの平面図 図１に示した埋込磁石型ロータの製造装置の要部断面図 図３に示した製造装置による埋込磁石型ロータの製造方法における主要工程を示す説明図 ロータコアの予熱工程を示す説明図 マグネットの予熱工程を示す説明図 図４に示したマグネット挿入工程（III）、（IV）の途中工程を示す説明図 図４に示した樹脂挿入工程（I）の変形例を示す説明図
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、それぞれ本発明の実施形態に係る製造方法によって製造された埋込磁石型ロータ１の斜視図および平面図である。
図１に示すように、埋込磁石型ロータ（磁石埋め込み型コア）１は、モータ等の構成部品であり、積層鉄心からなるロータコア（モータコア）２と、このロータコア２に設けられた複数の磁石挿入孔３にそれぞれ収容されたマグネット４とを有している。ロータコア２を構成する積層鉄心は、複数枚の電磁鋼板が公知の結合方法（かしめ結合、レーザ溶接等）により互いに結合された状態で積層されたものである。ロータコア２は、平面視において略円環状をなし、その中央に開口する軸孔５には、軸線方向に伸びるシャフト（図示せず）が取り付けられる。
複数の磁石挿入孔３は、互いに同一の形状を有し、ロータコア２を軸方向に沿ってそれぞれ設けられている。磁石挿入孔３は、平面視において略矩形状をなす。また、本実施形態では、磁石挿入孔３がロータコア２の周方向の４箇所に等間隔に配置された例を示しているが、これに限らず、磁石挿入孔３の形状、数、及び配置等については種々の変更が可能である。ここでは、複数の磁石挿入孔３は、ロータコア２を貫通しているが、これに限らず、ロータコア２（積層鉄心）を構成する鉄心薄板（例えば、最下層の鉄心薄板）に磁石挿入孔３を構成する孔を設けないことにより、磁石挿入孔３を有底の筒状とすることも可能である。
マグネット４は、略直方体状をなし、磁石挿入孔３に挿入された状態で磁石挿入孔３に充填された樹脂６によって固定されている。樹脂６は、後述する樹脂材料３３（図４参照）が硬化したものに相当する。マグネット４は、例えば、フェライト系の焼結マグネットや、ネオジムマグネット等の永久磁石（着磁前のものを含む）によって構成することができる。マグネット４の軸方向長さは、磁石挿入孔３の軸方向長さよりも僅かに小さく設定されており、マグネット４の端面（ここでは、上面）は、樹脂６によって被覆されている。ただし、マグネット４の軸方向長さは変更可能であり、また、マグネットの端面の少なくとも一部が磁石挿入孔３の開口から露出する構成も可能である。樹脂６としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
また、マグネット４は、磁石挿入孔３において内側（ロータコア２の中心側）に偏倚しており、マグネット４の内側に位置する内面４ａは、磁石挿入孔３の内側に位置する内面３ａに当接した状態にある。なお、図面においては、説明の便宜上、磁石挿入孔３を画定する各面（内面３ａを除く）とマグネット４の対応する各側面（内面４ａを除く）との隙間は、実用上のサイズよりも大きく示されている。
図３は、実施形態に係る埋込磁石型ロータ１の製造装置２０の要部断面図である。図３では、製造装置２０にロータコア２がセットされた状態が示されており、このロータコア２の断面は、図２中のA−A線断面に相当する。
製造装置２０は、ロータコア２に設けられた磁石挿入孔３に収容されたマグネット４を樹脂６により埋設するための樹脂充填装置であり、互いに上下に対向して設けられた上型２１および下型２２と、ロータコア２を必要に応じて加熱するための加熱装置２３とを備える。
上型２１の下部には、後述する加圧工程においてロータコア２の上面２ａに当接する下面２１ａが形成されている。上型２１の下部には、下面２１ａから突出し、かつ各磁石挿入孔３の上部にそれぞれ嵌め込み可能な形状（略直方体状）を有する凸部２１ｂが形成されている。また、下型２２の上部には、ロータコア２が載置される上面２２ａが形成されている。ロータコア２が下型２２に載置されることにより、各磁石挿入孔３の下部開口が下型２２の上面２２ａによって閉鎖される。
本実施形態では、上方に位置する上型２１が可動側であり、下方に位置する下型２２を固定側である。上型２１は、図示しない昇降装置によって上下動可能であり、下型２２との間に挟持したロータコア２を加圧することが可能である。ただし、これに限らず、上型２１および下型２２の固定側と可動側との関係は適宜変更可能である。
加熱装置２３は、下型２２に載置されたロータコア２を外囲するように配置され、詳細は図示しないが、ここでは、ロータコア２を誘導加熱するための加熱用コイルを備えた高周波誘導加熱装置である。ただし、加熱装置２３としては、これに限らず、少なくともロータコア２を所望の温度まで昇温可能な限りにおいて、任意の方式の加熱装置を採用することが可能である。
図４は、図３に示した製造装置２０による埋込磁石型ロータ１の製造方法（樹脂充填）における主要工程を示す説明図であり、図５は、ロータコア２の予熱工程（以下、「コア予熱工程」という。）を示す説明図であり、図６は、マグネット４の予熱工程（以下、「マグネット予熱工程」という。）を示す説明図であり、図７は、図４に示すマグネット挿入工程（III）、（IV）の途中工程を示す説明図である。
埋込磁石型ロータ１の製造では、まず、図４（I）、（II）に示すように、下型２２にロータコア２がセットされた後に、固形状態の樹脂材料３３が磁石挿入孔３の上部開口から挿入される樹脂挿入工程が実施される。ここで、固形状態の樹脂材料３３は、必ずしも固体からなるものに限定されず、少なくとも磁石挿入孔３への挿入時に一定の形を保持可能な状態（実質的に流動しない状態）であればよい。
本実施形態では、樹脂材料３３として、顆粒状の原料樹脂を一次加工（図示しない打錠機によって成型）したものを用いる。この一次加工は、後述する溶解工程等での樹脂材料３３の温度に比べてより低い温度で実施される。原料樹脂には、ビーズ状、フレーク状、円柱状等の任意の形状を有し、かつ磁石挿入孔３の開口から投入可能なサイズの粉体、パウダー、タブレット等が含まれる。これにより、樹脂挿入工程や後述する溶解工程において顆粒状（すなわち、比較的小径）の樹脂材料３３が磁石挿入孔３の外に飛散等することを抑制できると共に、磁石挿入孔３に充填した樹脂における空隙の発生を抑制することが可能となる。
また、成型された樹脂材料３３は、磁石挿入孔３の形状に適合した略直方体形状を有しており、磁石挿入孔３への挿入が完了した状態では、図４（II）に示すように、その四方の側面（図４（II）では内面３３ａ、外面３３ｂのみが示されている。）が、それぞれ対応する磁石挿入孔３の内面３ａ、外面３ｂ、左面３ｃ、右面３ｄ（図２を併せて参照）に当接（近接する場合を含む）する。
なお、樹脂材料３３は、その四方の側面の少なくとも１つが、挿入完了時に磁石挿入孔３の対応する面に当接すればよい。ただし、四方の側面の全てが磁石挿入孔３の対応する面に当接することで、ロータコア２（すなわち、磁石挿入孔３を画定する各面）から磁石挿入孔３内の樹脂材料３３への伝熱量がより高まり、後述する溶解工程や熱硬化工程において、磁石挿入孔３内の樹脂材料３３をより迅速に処理することが可能となる。
また、樹脂材料３３の投入量（容積）は、後述するマグネット挿入工程においてマグネット４が磁石挿入孔３に挿入された場合に、溶解した樹脂材料３３が磁石挿入孔３の上部開口から溢れ出ない程度（或いは、僅かに溢れ出る程度）に設定するとよい。
また、埋込磁石型ロータ１の製造では、図５に示すように、上記樹脂挿入工程よりも前に加熱炉４１においてロータコア２を所定の温度まで予熱するコア予熱工程を実施することが可能である。これにより、後述するように、マグネット４の予熱による熱量のみでは樹脂材料３３の溶解に必要な熱量が不足している場合でも、磁石挿入孔３内の樹脂材料３３をより確実に溶解させることが可能となる。なお、コア予熱工程には、必ずしも加熱炉４１を用いる必要はなく、少なくともロータコア２を所望の温度まで加熱可能な限りにおいて任意の加熱装置を用いることが可能である。場合によっては、上記樹脂挿入工程よりも前に加熱装置２３を用いてコア予熱工程を実施してもよい。
次に、図４（III）、（IV）に示すように、先に樹脂材料３３が挿入された各磁石挿入孔３にマグネット４を挿入するマグネット挿入工程が実施される。ここで、図６に示すように、マグネット挿入工程の前に加熱炉５１においてマグネット４を所定の温度まで予熱するマグネット予熱工程を実施することが可能である。
このマグネット予熱工程によりマグネット４に蓄積された熱量は、磁石挿入孔３内でマグネット４に接する樹脂材料３３（その少なくとも一部）を溶解させるのに利用することができる。これにより、マグネット挿入工程は、樹脂材料３３を溶解させる溶解工程の一部を構成する。この溶融工程では、少なくとも樹脂材料３３が溶融（流動）可能な温度となるように樹脂材料３３の加熱を制御する必要がある。また、この溶解工程では、上述のコア予熱工程により予熱されたロータコア２の熱も利用することができる。なお、マグネット挿入工程により予熱されたマグネット４の温度と、コア予熱工程により予熱されたロータコア２の温度とが略同一温度になるように制御するとよい。
さらに、予熱されたマグネット４およびロータコア２（それらの少なくとも一方）の熱量のみでは樹脂材料３３の溶解に必要な熱量が不足している場合には、図４（III）、（IV）に示すマグネット挿入工程の少なくとも一部において、加熱装置２３によって樹脂材料３３を溶解させる溶解工程を実行することができる。この場合、図４（III）、（IV）における加熱装置２３による溶解工程と共に、或いはその溶解工程の代わりに、図４（I）、（II）に示す樹脂挿入工程の少なくとも一部において、同様の溶解工程を実行することも可能である。
マグネット挿入工程では、磁石挿入孔３に対するマグネット４の挿入量に応じて、図７に示すように、磁石挿入孔３内において溶解した樹脂材料３３の液面５２が徐々に上昇し、この液面５２は、最終的に図４（IV）に示すように、ロータコア２の上面２ａ付近まで到達する（すなわち、磁石挿入孔３への樹脂材料３３の充填が完了する。）。
この場合、磁石挿入孔３へのマグネット４の挿入は、マグネット４の内面４ａを磁石挿入孔３の内面３ａに当接（摺接）させた状態で実行する（すなわち、内面３ａによってマグネット４の挿入をガイドさせる）とよい。
次に、図４（V）に示すように、上型２１を下降させることにより、ロータコア２が上型２１と下型２２との間に加圧状態で挟持（所定の力で型締め）される加圧工程（圧縮成形工程）が実施される。このとき、上型２１の各凸部２１ｂが磁石挿入孔３内にそれぞれ嵌め込まれ、これにより、磁石挿入孔３内が加圧される。なお、上型２１および下型２２の少なくとも一方に磁石挿入孔３の空気を外部に導くベント部（例えば、磁石挿入孔３と外部とを連通する溝）を設けることができる。
さらに、図４（V）に示す状態において、加圧工程において加圧された樹脂材料３３を熱硬化させるべく、ロータコア２を加熱する熱硬化工程が実施される。このとき、樹脂材料３３では、加熱による化学反応（架橋反応）が進行する。また、熱硬化工程における樹脂材料３３の温度は、所定の温度上限値以下となるように制御され、その加熱状態が所定時間維持される。
図８は、図４に示した樹脂挿入工程（I）の変形例を示す説明図である。上述の例では、樹脂材料３３として、顆粒状の原料樹脂を成型したものを用いたが、これに限らず、図８に示すように、樹脂挿入工程（I）において顆粒状の原料樹脂をそのまま使用することも可能である。
これにより、磁石挿入孔３の形状や樹脂材料３３の必要量に拘わらず、樹脂材料３３を磁石挿入孔３に容易に挿入することが可能となる。なお、樹脂材料３３の形態としては、顆粒状に限らず、他の形状（例えば、シート状）を採用することもできる。
以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、樹脂材料３３として熱硬化性樹脂を用いる例と示したが、これに限らず、熱可塑性樹脂を用いることも可能である。熱可塑性樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂における熱硬化工程の代わりに、冷却による固化工程が実施される。また、上記実施形態では、磁石挿入孔３においてマグネット４を内側に偏倚して配置した例を示したが、これに限らず、磁石挿入孔３におけるマグネット４の位置は適宜変更することが可能である。例えば、平面視における磁石挿入孔３の中央にマグネット４を配置してもよい。なお、上記実施形態に示した本発明に係る磁石埋め込み型コアの製造方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
１ 埋込磁石型ロータ（磁石埋め込み型コア）
２ ロータコア（モータコア）
２ａ 上面
３ 磁石挿入孔
３ａ 内面
３ｂ 外面
３ｃ 左面
３ｄ 右面
４ マグネット
４ａ 内面
５ 軸孔
６ 樹脂
２０ 製造装置
２１ 上型
２１ａ 下面
２１ｂ 凸部
２２ 下型
２２ａ 上面
２３ 加熱装置
３３ 樹脂材料
３３ａ 内面（当接面）
３３ｂ 外面（当接面）
４１ 加熱炉
５１ 加熱炉
５２ 液面

Claims (7)

  1. モータコアに軸線方向に沿って形成された磁石挿入孔に対し、樹脂の充填によりマグネットが埋め込まれた磁石埋め込み型コアの製造方法であって、
    固形状態の樹脂材料を前記磁石挿入孔に挿入する樹脂挿入工程と、
    前記磁石挿入孔内において前記樹脂材料を溶融させる溶融工程と、
    前記磁石挿入孔内を加圧する加圧工程と
    を含み、
    前記溶融工程では、予熱された前記マグネットを前記磁石挿入孔に挿入することにより、前記樹脂材料の少なくとも一部を溶融させることを特徴とする磁石埋め込み型コアの製造方法。
  2. 前記樹脂材料は熱硬化性樹脂からなり、
    前記モータコアを加熱することにより、前記加圧工程において加圧された前記樹脂材料を硬化させる熱硬化工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の磁石埋め込み型コアの製造方法。
  3. 前記樹脂挿入工程よりも前に前記モータコアを予熱するコア予熱工程を更に含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁石埋め込み型コアの製造方法。
  4. 前記溶融工程では、少なくとも前記樹脂挿入工程よりも後に前記モータコアを加熱することにより、前記樹脂材料を溶融させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁石埋め込み型コアの製造方法。
  5. 前記樹脂材料は、顆粒状の原料樹脂を成型してなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁石埋め込み型コアの製造方法。
  6. 前記樹脂材料は、前記磁石挿入孔を画定する面の少なくとも１つに当接可能な当接面を有することを特徴とする請求項５に記載の磁石埋め込み型コアの製造方法。
  7. 前記樹脂材料は、顆粒状をなすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の磁石埋め込み型コアの製造方法。
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