JP7541607B1 - 回転電機用インサート部材 - Google Patents
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Abstract
Description
として、前記先端部側から前記基端部側に向かって順にプロットされた前記平均実体部比率が0.98を初めて超えた位置を図上基端部として、前記図上先端部から前記図上基端部までの距離を前記突起部の平均最大高さとしたとき、前記突起部の平均最大高さが前記インサート部材の外径の0.08%以上である。
[構造・製造方法]
図1は、実施形態に係る回転電機用インサート部材1(以下、「インサート部材1」と称する)の全体図、及びその外周面の一部を拡大した拡大図である。本実施形態では、インサート部材1の中心軸Cに沿う方向を軸方向とし、軸方向と直交し中心軸Cからインサート部材1の外周面側へ向かう方向を径方向とする。また、インサート部材1の外周面に沿う、中心軸C回りの方向を周方向とする。このような軸方向・径方向・周方向とは、インサート部材1において、各要素における相対的な位置関係を示すための方向に過ぎない。
のではない。典型的には、製造性及び加工性を考慮したJIS FC250相当材等の片状黒鉛鋳鉄を用いることができる。
インサート部材1の突起部10によって、実体部領域21と非実体部領域22とが画定される。図2に示すように、実体部領域21と非実体部領域22は、長さd1(本発明における「所定の軸方向長さ」の一例)を有する線分20を所定の切断面に重ねたときに当該線分20が突起部10と重なる領域か否かによって特定される。より詳しくは、長さd1の範囲において、線分20が突起部10と重なる領域が実体部領域21として定義され、線分20が突起部10と重ならない領域が非実体部領域22として定義される。なお、線分20は、所定の切断面において内周面40と平行(つまり、中心軸Cと平行)な仮想
の線分であり、実体部領域21や非実体部領域22を特定するために便宜上設けられる線分である。
図2に示すように、線分20を基端部12側に向かって(線分20を矢印A20の方向に沿って)所定のピッチで移動し、実体部比率が1.00になるまで実体部比率の取得を繰り返し、グラフ上に取得した実体部比率をプロットすることで、所定の切断面に現れる複数の突起部10の形状を集約した一つの形状としてグラフ化できる。これを「実体部集計図」と称する。実体部集計図は、縦軸に突起部10の高さ方向における先端部11からの距離である測定高さを表し、横軸に実体部比率を表したグラフである。また、実体部比率を求める作業を、複数の所定の切断面で行い、平均実体部集計図を作成することで、平均的に、インサート部材1における突起部10の形成状態を把握することができる。この際、何れの所定の切断面においても、高さ方向の基準点は「長さd1(所定の軸方向長さ)の範囲内における複数の突起部10のうち、最も突出している突起部10の先端部11」とし、線分20を移動するピッチも同様のピッチとする。これにより、複数の所定の切断面においても測定高さが一義的に決定されうる。また、本実施形態では、平均実体部集計図に現れるグラフ形状により特定される突起部を、平均実体部集計図における「集約された突起部」と称する。図3は、本実施形態に係るインサート部材1の一例として、所定のピッチを0.05mm、長さd1を14.7mmとし、あるサンプルの6つの所定の切断面から断続的に取得できる平均実体部比率を順にプロットした平均実体部集計図を示している。図3に示すように、平均実体部集計図に現れるグラフ形状により特定される突起部を、集約された突起部30として示している。
以下では、実体部領域21と非実体部領域22の測定方法について、図2を用いて説明する。はじめに、測定用試料の調整方法について説明する。中心軸Cを含み且つ軸方向に沿う方向に切断したインサート部材1を、さらに樹脂包埋と研磨が可能な大きさに切断し、実体部比率を測定する一切断面を下に向け樹脂包埋を行う。樹脂が固化した後、一切断面側を流水中にて耐水エメリー紙を用いて研磨する。このとき、耐水エメリー紙の番手は、#220、#400、#800、#1000、#1500の順で交換する。研磨が終了したら、実体部比率の測定を行う。研磨が終了した後の観察面は、所定の切断面に相当する。
。自動幅ツールによる測定は、階調濃度を使用した自動測定のため、実体部領域21に相当するインサート部材エリアと、非実体部領域22に相当する樹脂エリアとの自動識別が妥当となるように都度階調濃度を調整し、所定のピッチ毎に移動し、任意の測定高さにおける実体部領域21の長さを測定する。本実施形態における線分20は、当該自動幅ツールの測定位置を示している。線分20をインサート部材1の径方向に沿って、先端部11側から基端部12側に向かって移動することで、先端部11からの任意の測定高さにおける、実体部領域21の軸方向長さを測定することができる。この際、線分20を、一切断面において、長さd1の範囲内で最も突出している突起部10の先端部11から、基端部12側に向かって、所定のピッチである0.05mm又は0.025mm毎に移動させ、測定を行う。
図3には、あるサンプルに基づいた平均実体部比率を順にプロットした平均実体部集計図を示している。図2と図3に示すように、平均実体部集計図において「長さd1の範囲内における複数の突起部10のうち、最も突出している突起部10の先端部11」に相当する位置を「図上先端部」と称する。図上先端部は、上述の集約された突起部30の先端部と一致する位置である。図上先端部における測定高さは0mmであり、平均実体部比率は0となる。また、「平均実体部集計図においてプロットされた点のうち、平均実体部比率が0.98を初めて超えた位置」を「図上基端部」と称する。
11側よりも幅広になるように形成される。これによると、アルミニウム合金でインサート部材1を鋳込む際に、鋳型内に流し込むアルミニウム合金を、突起部10の基端部12側へ流し込みやすくできるため、インサート部材1とモーターケースとの接合部分に空隙が生じることを防止できる。また、突起部10に負荷が掛かった際に、突起部10が折損しにくくなる。突起部10の先端部11の形状は特に限定されず、極大ピーク値≦0.50となるように形成されていれば、例えば、先端部11が丸形状や角形状やフラット形状に形成されていてもよい。
値が0.08を下回る場合、インサート部材1の製造過程において突起部10の形成が困難になる虞や、突起部10が折損しやすくなる虞がある。これに対し、極小ピーク値の平均実体部比率を0.08以上とすることで、突起部10の数が過度に少なくなってしまうことを抑制できる。また、突起部10が過度に細くなることに起因する強度不足を解消し、突起部10が破損し難くなる。
サンプルを用いた試験・シミュレーションにより、本発明の実施例1~13のインサート部材1及び比較例に係るインサート部材を評価した。具体的には、実施例及び比較例のインサート部材(以下、実施例等という)について、各種パラメータの測定・評価、実体切断試験、引張シミュレーション、せん断シミュレーションを行った。
各実施例等に係るインサート部材の各種パラメータの測定及び評価を行った。表1には、実施例等に係るインサート部材の各項目の結果を示す。また、実施例等に係るインサート部材は、所定のピッチを0.05mm又は0.025mm、長さd1を14.7mm又は5.57mmとして、突起部の平均最大高さh1が小さい場合は高い対物レンズ倍率を選択し、平均実体部集計図を作成した。なお、参考例として、突起部30を有さないインサート部材の各種パラメータを表1に示す。
項目1では、各実施例等における平均実体部集計図において、インサート部材の外径ODに対する集約された突起部30の平均最大高さh1の割合を百分率で求めた。これにより、実施例等における集約された突起部30が、インサート部材の外径ODの0.08%以上1%以下の範囲内で形成されているか否かを確認した。
項目2では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、集約された突起部30の平均最大高さh1の中央位置から図上先端部までの範囲において図上基端部の位置を除いた平均実体部比率の合計値よりも、図上先端部の位置を除いた平均実体部比率の合計値の方が大きいか否かの判定を行った。各実施例等における平均実体部集計図を基に、図上基端部側が図上先端部側よりも大きい場合(つまり、図上基端部側の方が太い場合)には「〇」とし、集約された突起部30の図上基端部側が図上先端部側と同等又は図上先端部側よりも小さい場合には「×」とした。
項目3では、各実施例等における平均実体部集計図にプロットされる平均実体部比率において、平均実体部比率の差が0.10以下、且つ測定高さの差が0.05mm以上となる2点以上の測定点を含むか否かを判別した。当該条件に合致し得る点を含む場合には「
〇」とし、含まない場合には「×」とした。
項目4では、各実施例等における平均実体部集計図において、極大ピーク及び極小ピークが存在し、且つ極大ピークが突起部の平均最大高さh1の中央位置よりも図上先端部側に位置し、極小ピークよりも図上先端部側である場合には「〇」とし、極大ピークが突起部の平均最大高さh1の中央位置よりも図上先端部側に位置し、極小ピークよりも図上基端部側である場合又は平均実体部集計図上にピークが現れない場合には「×」とした。
項目5では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、極小ピーク値を求めた。項目6では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、極大ピーク値と極小ピーク値との差を求めた。
項目7では、各実施例等における平均実体部集計図を基に、極大ピークが図上先端部よりも図上基端部側に位置している場合には「〇」とし、平均実体部集計図上にピークが現れない場合には「×」とした。
実体切断試験では、実施例等におけるインサート部材をモーターケースに相当するアルミニウム合金で鋳込んだ。また、インサート部材とアルミニウム合金とが接合した状態で、20mm四方になるようにテストピースを切り出すことで接合強度を確認した。この際、インサート部材とアルミニウム合金との接合が、実体切断試験を行った6個全てのテストピースにおいて維持されている場合はA0とし、一部のテストピースにおいてインサート部材とアルミニウム合金とが剥離した場合にはB0とし、実体切断試験を行った6個全てのテストピースにおいてインサート部材とアルミニウム合金とが剥離した場合にはC0
とした。その結果を表4に示し、詳細については後述する。
通常、アルミニウム合金で鋳込まれたインサート部材を、鋳込まれた状態から切り出した場合、インサート部材の外部に位置するアルミニウム合金がダイキャスト後の冷却過程で凝固収縮及び熱収縮することで、インサート部材の外周面に形成されている突起部を締め付け、インサート部材とアルミニウム合金とが接合していた状態から、締め付け力の一部が解放されてしまう。そのため、実際の接合強度を測定することは困難である。これに対し、本シミュレーションでは、平均実体部集計図を基に複数の突起部を1つに集約した形状の突起を形成し、アルミニウム合金と鋳鉄製のインサート部材との線膨張係数差により膨張量に差が生じた時の、突起部の径方向における変位差をCAE解析によるシミュレーションにて評価した。この際、温度条件として、高温時:150℃、中温時:85℃の条件で評価を行った。代表例として、図3を参照しながら説明する。
せん断シミュレーションでは、1つのモデル突起部が外周面に形成されたインサート部材をアルミニウム合金で鋳込んだモデルを作成しインサート部材に掛かる軸トルクを想定したせん断評価を行った。本シミュレーションでは、軸方向及び周方向に発生するせん断を想定した荷重を、アルミニウム合金で鋳込んだ当該モデル突起部に加えた。この際、せん断荷重はモーター軸トルク相当の荷重がインサート外周面に作用したと仮定して、アルミニウム合金とインサート部材の径方向の変位差について、その変位差の突起部の平均最大高さh1に対する割合に基づき、表3のように判定を行った。
インサート部材1の外周面に突起部10を形成することで、インサート部材1とその外周面側のモーターケースとの接合強度を向上させることができる。また、モーターケース
に対するインサート部材1の軸方向、周方向及び径方向における変位やずれを防止することができる。
10 :突起部
20 :線分
30 :集約された突起部
C :インサート部材の中心軸
Claims (8)
- 回転電機のアルミニウム合金製モーターケースに鋳込まれる略円筒形状のインサート部材であって、
前記インサート部材の外周面には、複数の突起部が形成され、
前記インサート部材の中心軸を含む仮想平面により前記インサート部材を軸方向に沿って、2分割に切断したときに前記中心軸の両側に一つずつ現れる切断面のうちの一方である一切断面において、前記インサート部材は、所定の軸方向長さの範囲において、前記インサート部材の内周面と平行な線分を前記一切断面に重ねた際に、前記線分上で前記突起部が前記線分に重なる実体部領域と、前記線分上で前記突起部が前記線分に重ならない非実体部領域と、を画定し、
前記線分上において、前記所定の軸方向の長さの範囲のうち、前記実体部領域の割合を示す値を実体部比率として、
前記インサート部材における前記一切断面において、前記線分を、前記突起部の先端部から基端部側に向かって、前記突起部の高さ方向に沿って所定のピッチで移動させた各測定点の前記実体部比率の値を順にプロットし、横軸に前記実体部比率を表し、縦軸に前記高さ方向における前記先端部からの距離を測定高さとして表した図を実体部集計図として、
複数の前記一切断面によって求められる前記各測定点における前記実体部比率の平均を平均実体部比率として、前記平均実体部比率をプロットした前記実体部集計図を平均実体部集計図として、
前記平均実体部集計図において、前記平均実体部比率が0の位置を図上先端部として、前記先端部側から前記基端部側に向かって順にプロットされた前記平均実体部比率が0.98を初めて超えた位置を図上基端部として、
前記図上先端部から前記図上基端部までの距離を前記突起部の平均最大高さとしたとき、前記突起部の平均最大高さが前記インサート部材の外径の0.08%以上であり、
前記平均実体部集計図において、
前記突起部の平均最大高さの中央位置から前記図上先端部までの範囲において、前記図上先端部の位置を除いた前記平均実体部比率の合計値よりも、
前記突起部の平均最大高さの前記中央位置から前記図上基端部までの範囲において、前記図上基端部の位置を除いた前記平均実体部比率の合計値の方が大きい、
回転電機用インサート部材。 - 前記突起部の平均最大高さが、前記インサート部材の外径の0.08%以上1%以下の範囲内で形成される、
請求項1に記載の回転電機用インサート部材。 - 前記平均実体部集計図にプロットされる2点以上の測定点であって、
前記2点以上の測定点の前記平均実体部比率の差が0.10以下であり且つ前記2点以上の測定点の前記測定高さの差が0.05mm以上 となる範囲内に、前記2点以上の測
定点を含む、
請求項1又は2に記載の回転電機用インサート部材。 - 前記平均実体部集計図にプロットされる複数の前記平均実体部比率は、
前記平均実体部比率の値が極大ピークと、前記平均実体部比率の値が極小ピークと、を有し、
前記極大ピークの位置は前記極小ピークの位置よりも前記図上先端部側に現れる、
請求項1から3の何れか一項に記載の回転電機用インサート部材。 - 前記平均実体部集計図において、
前記極小ピークにおける前記平均実体部比率の値が0.08以上である、
請求項4に記載の回転電機用インサート部材。 - 前記平均実体部集計図において、
前記極大ピークにおける前記平均実体部比率の値と、前記極小ピークにおける前記平均実体部比率の値との差が、0.02以上0.20以下である、
請求項4に記載の回転電機用インサート部材。 - 前記平均実体部集計図において、
前記極大ピークにおける前記平均実体部比率の値が0.50以下である、
請求項4に記載の回転電機用インサート部材。 - 前記インサート部材の前記外周面において、
前記突起部が、前記外周面の一部領域にのみ形成されている、
請求項1に記載の回転電機用インサート部材。
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