JPH0847221A - 鋳物の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットを有する部材にスロット部とこれに
接続する拡大部とを鋳造により形成するに際し、溶融金
属材料全体に凝固完了まで高圧力を加えられ、収縮巣の
無い健全な無欠陥鋳物が得られる鋳物の製造方法及び装
置を得る。 【解決手段】 スロット１ｂを有する部材の回転子鉄心
１を金型内で拡大部のエンドリング部１１ｂを圧縮する
方向に移動可能にし、溶融金属材料６を加圧充填して、
充填した溶融金属材料６が凝固するに従い発生する部材
１の両端間の差圧により部材１を拡大部１１ｂを圧縮す
る方向に移動させ、拡大部１１ｂを高圧力で押圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳物、特に狭小なス
ロットを有する部材にスロット部とその端部にスロット
部と接続する拡大部が形成されるような形状の鋳物の製
造方法及び装置に関し、例えば回転子鉄心に溶融した金
属材料を加圧充填して回転子導体を形成する方法及び装
置に関するものである。なお、この明細書においては、
かご形回転子の回転子導体形成の場合を例に説明する。

【０００２】

【従来の技術】図１１(a),(b) は一般的な鋳込み前のか
ご形回転子、即ち回転子鉄心を示すもので、(a)は一部
切り欠いて断面を表わす正面図、(b)は側面図であり、
図中１は回転子鉄心で、円形状鋼板１ａを積層して形成
され、積層方向に貫通するスロット１ｂと回転軸挿入部
１ｃを有している。従来、このかご形回転子は、スロッ
ト１ｂと回転軸挿入部１ｃとを打ち抜いた円形状鋼坂１
ａを必要枚数積層して回転子鉄心を形成し、次にアルミ
ニウムダイカストにより回転子導体（スロット導体及び
エンドリングで構成される）を形成した後、回転軸を挿
入して製造される。

【０００３】図１２は例えば特公昭５６−４７５５５号
公報に示された従来のかご形回転子の鋳込装置を示す断
面図で、図中、２は仮軸、３はカラー、４はナットで回
転子鉄心１は仮軸２及びカラー３を介してナット４で締
め付けられて一体化されている。５は成形後製品を取り
出すための押出棒、６は溶融したアルミニウムなどの導
体材料、７は溶融導体材料６を注入するスリーブ、８は
鋳込み圧力を加えるプランジャ、９は固定金型、１０は
中間金型、１１は移動金型である。矢印は溶融導体材料
６の流れを表わす。

【０００４】従来のかご形回転子のダイカスト法は仮軸
２、カラー３及びナット４で一体化した回転子鉄心１
を、中間金型１０の円筒状の空孔に挿入し、中間金型１
０及び移動金型１１を固定金型９に加圧して型締めを行
う。しかる後、スリーブ７に注入された溶融導体材料６
がプランジャ８によって加圧され、回転子鉄心１のスロ
ット１ｂの中を流れ、スロット部及びエンドリング部に
高速で充填され、急速冷却された後、固定金型９と中間
金型１０との間で金型を開き、押出棒５によりスロット
導体とエンドリングが形成された回転子鉄心１を押し出
す。

【０００５】図１３(a),(b) はこのようにして得られた
従来のかご形回転子を示すもので、(a)は断面図、(b)は
側面図であり、１ｄはエンドリング、１ｅはスロット導
体、６ａは収縮巣(ヒケ巣)である。ダイカスト法では、
溶融した導体材料６を高速で充填するので、空気やガス
を巻込むとともに、凝固が完了するまで高圧力を維持し
ておらず、スロット導体１ｅ、エンドリング１ｄに収縮
巣（ヒケ巣）６ａが生じ、密度の低下につながってい
た。例えば、純アルミニウムの密度は２.７g/cm³である
が、この従来例の回転子導体のアルミニウム密度はせい
ぜい２.６g/cm³前後と低かった。この密度低下が回転子
に誘起された二次電流の導通を妨げ、ひいては回転トル
クを低下させていた。従って、現状では密度低下（収縮
巣による導通低下）を考慮して、回転子導体の材料特性
を十二分に発揮させる設計がなされていない。そこで、
所望のモータ特性を得るために、回転子の厚さを増した
り、一次側の固定子の巻線を太くする等の手段が取られ
ている。そのため、モータ自身が大きくなり、小型軽量
化のための支障となるばかりでなく、余分な材料が必要
でコストアップにつながっていた。さらに、スロット導
体１ｅ内に生じた巣により回転子の強度低下が生じ、高
速回転時の断線及び破壊につながる危険性があった。

【０００６】上記のような問題点を解決するため、最近
ではスロット及びエンドリングが形成される空間（以下
エンドリング部と記す）内に、溶融した導体材料、例え
ば溶融アルミニウムを遅い流動速度で充填させ、上記溶
融アルミニウムを４００kg／cm² 以上の高圧下で凝固さ
せる溶湯鍛造法（加圧凝固鋳造法）が導入されている。

【０００７】図１４は例えば特開昭６２−１２３５７号
公報に示された従来のかご形回転子の鋳込装置を示す断
面図で、図中、５は押出棒、１４はノックアウトポンチ
で、押出棒５を連動して上昇させる。１５はポンチ、１
６はプレス等の移動テーブル、１７は支柱、１１は上型
で、支柱１７により移動テーブル１６と連結されてい
る。９は下型で、溶融アルミニウム６を収容する湯溜り
９ａが設けられ、押出棒５を備えている。上型１１と下
型９で回転子鉄心１を嵌合挿入できるキャビティ９ｃと
キャビティ９ｃへ溶融アルミニウム６を導入するゲート
９ｂが構成されている。２０はプレスのボルスタ、２１
はノックアウト用下板で、ノックアウトポンチ１４にネ
ジ止めされている。４１はキャビティ９ｃ上端にゲート
９ｂと対向位置に設けられたガス排出口である。なお、
図１５は図１４におけるポンチ１５が下降し、下型９の
湯溜り９ａに押し込まれた充填、加圧状態を示す拡大断
面図である。

【０００８】まず、円周方向に均等に設けた多数のスロ
ット１ｂ及び回転軸挿入部１ｃを打抜いた円形の薄鉄板
１ａをスロット１ｂが積層方向に貫通するように多数積
み重ねて回転子鉄心とする。次いで、上型１１及び下型
９を約２５０℃に予熱しておき、下型９のキャビティ９
ｃ内に上記多数個のスロット１ｂを有するかご形回転子
鉄心をそのスロット１ｂが重力方向となるように嵌合挿
入し、移動テーブル１６を下降し、支柱１７により連結
した上型１１を下型９に加圧して型締めを行う。その
後、上型１１の注入口１１ａより溶融アルミニウム６を
下型９の湯溜り９ａにその液面がゲート９ｂ以下である
ように注入し、速やかに上ポンチ１５を下降させ、湯溜
り９ａに溜った溶融アルミニウム６を押出し、キャビテ
ィ９ｃ内の回転子鉄心１のスロット１ｂとエンドリング
部に遅い流動速度で溶融アルミニウム６を流し込む。溶
融アルミニウム６の流動速度は、上ポンチ１５のスピー
ドを制御しながら行う。溶融アルミニウム６はゲート９
ｂａ近傍のスロットから順に上方へ満たされ、ゲート９
ｂ近傍の上端エンドリング部からガス排出口４１に到達
する。溶融アルミニウム６充填後、溶融または半溶融状
態で約４００kg/cm²以上の高圧力を加えて凝固させる。
上型１１と下型９を開き、押出棒５により回転子導体が
形成された回転子鉄心を押出す。

【０００９】図１６(a),(b)は溶湯鍛造で得られたかご
形回転子の例を示すもので、(a)は断面図、(b) は側面
図である。このように溶湯鍛造法では溶融アルミニウム
を低速で充填するため、空気やガスの巻込みが少なく、
さらに凝固完了まで高圧力を維持するので、収縮巣が生
ずることなく高密度の電気導体を得ることができる。

【００１０】図１７は溶湯鍛造で得られたアルミニウム
密度が２.６７g/cm³のかご形回転子のトルク特性及び効
率を、２.５７g/cm³のダイカスト品と対比して示す特性
図である。縦軸はトルク(kg・cm)及び効率(％)をそれぞ
れ表わし、横軸は回転数(rpm)を表わしており、イは溶
湯鍛造品のトルク特性曲線、ロはダイカスト品のトルク
特性曲線、ハは溶湯鍛造品の効率特性曲線、ニはダイカ
スト品の効率特性曲線である。図から明らかなように、
溶湯鍛造によるアルミニウムが高密度のものの方がモー
タのトルク特性も効率も向上している。このように、溶
湯鍛造によればモータ特性をダイカスト法に比べ向上さ
せることができ、そのため、回転子導体の材料特性を十
二分に発揮させる回転子の限界設計がなされ、モータの
小型軽量化、省資材あるいはコストダウンが可能とな
る。

【００１１】しかしながら、上記溶湯鍛造法による場合
でも、例えばエンドリングの断面積に比べ個々のスロッ
トの断面積が比較的小さい場合には、溶融アルミニウム
が下端のエンドリング部からスロット、さらに上端のエ
ンドリング部へと充填され、凝固する過程において、上
端のエンドリング部よりスロット部が先に凝固する。そ
の際、加圧力も下端のエンドリング部からスロット、上
端のエンドリング部の順に伝えられるが、スロットが先
に凝固すれば、その圧力は上端のエンドリング部には伝
わらない。そのため上端のエンドリングには凝固が完了
するまで高圧力をかけることができず、収縮巣が発生す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ダイカスト法では、かご形回転子の回転子導体全体に収
縮巣が発生する。また溶湯鍛造法では、溶融導体材料の
凝固にばらつきが生じ、例えば上端のエンドリング部よ
りスロット部が先に凝固する場合には上端のエンドリン
グに収縮巣が発生する。そのため電気導通の低下をきた
して、モータのトルク、効率に悪影響を及ぼすという問
題点があった。

【００１３】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、溶融金属材料全体に凝固が完了す
るまで高圧力を加えられ、収縮巣の無い健全な無欠陥鋳
物が得られる鋳物の製造方法及び装置を提供することを
目的とするものである。具体的には例えば、スロット導
体及びエンドリングを形成する溶融導体材料全体に、凝
固が完了するまで高圧力を加えられ、収縮巣のない健全
な回転子導体が得られるかご形回転子の製造方法及び装
置を提供することを目的とし、結果としてモータの効率
及びトルク特性が向上し、モータの小型軽量化が図れる
かご形回転子を得ようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
鋳物の製造方法は、スロットを有する部材に溶融した金
属材料を加圧充填して凝固させ、上記スロット部と、こ
れに接続され上記部材の少なくとも一端部に配設される
拡大部を上記金属で形成する際に、上記部材を金型内で
上記拡大部を圧縮する方向に移動可能にすると共に、上
記溶融金属材料を加圧充填して、充填した上記溶融金属
材料が凝固するに従って発生する上記部材の両端間の差
圧で上記部材が上記拡大部を圧縮する方向に移動するよ
うにしたものである。

【００１５】また、スロットを有する部材を溶融金属材
料加圧充填時にその流動抵抗により移動しないように保
持している。

【００１６】また、充填した溶融金属材料が凝固する時
に生じる体積収縮量によりスロットを有する部材の移動
量を規定し、上記溶融金属材料を上記収縮量余分に加圧
充填している。

【００１７】また、スロットを有する部材をこれを保持
する中子と共に移動可能に保持している。

【００１８】さらに、請求項５に係る鋳物の製造方法
は、前記の如き鋳物を製造する際に、弾性体を有し、拡
大部を加圧する加圧機構を設け、溶融金属材料を加圧充
填し、充填される溶融金属材料が伝える圧力により上記
加圧機構が蓄勢変形し、充填された溶融金属材料が凝固
するに従って上記加圧機構の復元力により上記拡大部を
加圧するようにしたものである。

【００１９】そして、請求項６に係る前記の如き鋳物の
製造装置は、スロットを有する部材が金型内で上記拡大
部を圧縮する方向に移動可能に構成し、溶融金属材料を
加圧充填し、充填した上記溶融金属材料が凝固するに従
って発生する上記部材の両端間の差圧により上記部材を
上記拡大部を圧縮する方向に移動させるようにしたもの
である。

【００２０】また、溶融金属材料加圧充填時にその流動
抵抗によりスロットを有する部材が移動しないように保
持する保持手段を備えている。

【００２１】さらに、スロットを有する部材の移動量を
規定する移動量規定手段を備えている。

【００２２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１.以下、本発明を図について説明する。図
１は本発明の実施の形態１に係わるかご形回転子の製造
装置を示す断面構成図である。図において、１はスロッ
トを有する部材、この場合は回転子鉄心である。１１は
上型、１１ｂはこの上型１１の下端に設けられ、上型１
１と中間型１０とで形成される拡大部である上エンドリ
ング部、この中間型１０は溶融金属材料である溶融導体
材料６の流路を形成し、また加熱した回転子鉄心１の保
温壁の役目を果たす。さらに中間型１０には拡大部であ
る下エンドリング部１０ｂと、下型９に設けられた湯溜
まり９ａに収容された溶融導体材料６を導入するための
ゲート１０ａが設けられている。４１は上エンドリング
形成部１１ｂから型外に通じ、キャビティ内の空気やガ
スを排出するためのガス排出口である。２は回転子鉄心
１を保持する仮軸であり、回転子鉄心１の軸穴とのはめ
合いによる摩擦により溶融導体材料６が充填完了するま
での間回転子鉄心１を金型内の所定の位置に保持する機
能を有している。この仮軸２はナット３により上型１１
に取り付けられ固定されている。また、仮軸２下端部は
下エンドリング部１０ｂの内周壁を形成している。８ａ
は上部加圧プランジャであり、上型１１、仮軸２、ナッ
ト３、回転子鉄心１及び中間型１０からなる上部可動側
金型７０を吊り下げており、この上下動により下型への
挿入及び加圧を行う。８ｂは下部加圧プランジャであり
通常は図のように湯溜まり９ａの底面の一部を形成して
おり、溶融導体材料の加圧および製品の押し出しを行
う。矢印は溶融導体材料６の流れを表わす。

【００２３】なお、回転子鉄心１上端と上型１１下端と
の間には、回転子鉄心１が軸方向上方に移動して(浮上
して)上エンドリングを加圧するための加圧代(Ｌ)分隙
間を設けている。加圧代(Ｌ)は上エンドリング部１１ｂ
に充填された溶融導体材料６が凝固（液相から固相に相
変態）するときの体積収縮量を予め算出することによ
り、その長さを決定する。

【００２４】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込み、
さらに仮軸２を上型１１の穴に挿入し、ナット３により
上型１１に固定する。さらに回転子鉄心部分を中間型１
０に嵌合挿入し、以上組み合わせた金型全体を上部可動
側金型７０として、上部加圧プランジャ８ａに固定す
る。次いで余熱した下型９の湯溜まり９ａに溶融したア
ルミニウム等の導体材料６を所定量注いだ後上部加圧プ
ランジャ８ａを降下させ余熱した上部可動側金型７０を
湯溜まり９ａに挿入、加圧する。この過程で溶融導体材
料６がゲート１０ａ、下エンドリング部１０ｂ、スロッ
ト１ｂを経て上エンドリング部１１ｂに到達する。この
際、溶融導体材料６の流速は過度にガスや空気を巻き込
むことのないよう、比較的低速（レイノルズ数が２万以
下）にするのがよい。

【００２５】予め型内やスロット内にあったガスや空気
は大部分がガス排出口４１で排出され、溶融導体材料６
がこのガス排出口４１に達すると、この部分の導体材料
６は急速に冷却されて凝固する。この時点より、加圧プ
ランジャ８ａによる加圧力が急速に立ち上がり、湯溜ま
り９ａ、ゲート１０ａを介して製品に４００kg/cm²以上
の高圧力が加えられる。この際、スロット１ｂ内の充填
された溶融導体材料６が凝固することにより発生する回
転子鉄心１両端間の差圧を受けて、即ち回転子鉄心１の
下端面が圧力を受けて、回転子鉄心１が軸方向上方へ移
動（浮上）し、上エンドリングを同様に４００kg/cm²以
上の高圧力で加圧する。

【００２６】例えば、断面積が０.１６cm²のスロット１
ｂを２６個有する直径４３mm、長さ５５mmの回転子鉄心
１に溶融アルミニウム６を鋳込んで、２６個のスロット
導体と、断面積が６.０cm²で、高さが２０mmのエンドリ
ングを形成する場合には、予め上部可動側金型７０を４
００℃、下型９を２５０℃に加熱しておき、湯溜り９ａ
に溶融導体材料６として７６０℃に加熱した溶融アルミ
ニウムを注ぎ、加圧プランジャ８ａを６mm/secの速度で
下降させ上部可動側金型７０を湯溜まり９ａに挿入し、
５００kg／cm² の圧力をかけて凝固させた。溶融アルミ
ニウムの充填速度はレイノルズ数１万以下である。な
お、加圧代(Ｌ)は計算上は２mmであるが、余裕をみて５
mmに設定した。

【００２７】図１４からわかるように、一般にスロット
１ｂの断面積はエンドリング１ｄの断面積に比べて小さ
く、しかもエンドリング１ｄはその名のごとくリング状
につながっている。従ってスロット１ｂとエンドリング
１ｄの寸法のバランスによっては、エンドリング１ｄが
凝固するよりはるかに速くスロット１ｂ内の導体材料６
が凝固してしまう。このような場合には加圧プランジャ
８ａにより加えられる圧力は上エンドリング部１１ｂに
達せず、従って上エンドリング部１１ｂ内の溶融導体材
料６は常圧または不十分な加圧力の下で凝固し、上エン
ドリング部１１ｂの断面のほぼ中央に収縮巣６ａが生じ
ることになる。

【００２８】ところが、この実施の形態ではこのような
事態を避けるために上型１１下端と回転子鉄心１上端の
間に加圧代(Ｌ)を設け、回転子鉄心１が軸方向仮軸２に
沿って上方へ移動できるように構成している。然して、
スロット１ｂ内に充填された溶融導体材料６が凝固し、
上エンドリング１１ｂ内の溶融導体材料６が溶融または
半溶融状態で取り残されても、スロット１ｂ内の充填さ
れた溶融導体材料６が凝固することにより発生する回転
子鉄心１両端間の差圧を受けて、即ち回転子鉄心１の下
端面が溶融導体材料６の圧力を受けて軸方向上方へ移動
（浮上）し、上エンドリングを押圧する。従って、継続
して回転子鉄心１を介して上エンドリング部１１ｂに加
圧力を伝達、維持することが可能となる。即ち回転子鉄
心１が中間型１０をシリンダーとするピストンとして作
用し、上エンドリング部１１ｂの圧力を維持し、溶融導
体材料６を高圧下で凝固させて、収縮巣の発生を防ぐこ
とができる。なお、回転子鉄心１は溶融導体材料６加圧
充填時にその流動抵抗により軸方向に移動（浮上）しな
いように保持されているので、上エンドリング部１１ｂ
を狭くすることなく溶融導体材料６を所定量充填でき
る。さらに、充填した溶融導体材料６が凝固する時に生
じる体積収縮量により回転子鉄心１の移動量を規定し、
溶融導体材料６を加圧充填しているので、上エンドリン
グ部１１ｂを十分加圧できる。

【００２９】なお、この実施の形態においては、仮軸２
とのはめあいによる摩擦により、溶融導体材料６充填時
には回転子鉄心１は溶融導体材料６の流動抵抗により軸
方向に移動(浮上)しないように保持しており、溶融導体
材料６の充填後は立ち上がる圧力（即ち回転子鉄心１両
端間の差圧）により回転子鉄心１が軸方向に移動（浮
上）できるように保持しているが、同様の機能を有する
保持手段であれば別の手段でもよい。

【００３０】図２は回転子鉄心保持手段の他の実施態様
を示す要部断面構成図で、仮軸２及び中間型１０に保持
手段である係止部、この場合は小突起５４ａ，５４ｂを
設け、これにより回転子鉄心１を係止し、溶融導体材料
６充填中の浮上を防止している。然して、充填後立ち上
がる圧力(差圧)により浮上する回転子鉄心１により小突
起５４ａ，５４ｂは塑性変形して拘束を解除する。この
小突起５４ａ，５４ｂは例えば回転子鉄心１を仮軸２に
はめた後はがねでたたく、あるいはスポット溶接等で簡
単に形成でき、はめあいによる摩擦を利用する上記実施
の形態より簡便である。

【００３１】また、図３は回転子鉄心保持手段のさらに
他の実施態様を示す要部断面構成図で、仮軸２及び中間
型１０に保持手段である係止部、この場合は仮軸２及び
中間型１０に凹部を設け、この凹部に配設した小球５５
ａ，５５ｂにより保持するようにしたもので、図２に示
す実施態様と同様の効果を奏す。この場合回転子鉄心１
の浮上により小球５５ａ，５５ｂは弾性変形し、拘束を
解除する。なお、係止部は仮軸２及び中間型１０のどち
らか一方に形成されていればよい。

【００３２】実施の形態２.図４は本発明の実施の形態
２に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構成図で
ある。図において、５０は回転子鉄心１上端と上型１１
下端との間に装入され、加圧代(Ｌ)の長さを決め、溶融
導体材料６がスロット内を上昇しエンドリング部に充填
されるまで回転子鉄心１を所定の位置に留めておくため
の保持手段と移動量規定手段を兼ねる金属製スペーサで
ある。スペーサ５０は溶融導体材料６と同じ材質もしく
は電気的特性に優れた金属材料で作られており、溶融導
体材料６の高温、高圧により凝固完了後は充填された導
体材料６と一体化してエンドリングを形成する機能を兼
ね備えている。この場合は溶融導体材料６と同じアルミ
ニウムのリングである。

【００３３】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込みさ
らにスペーサ５０を仮軸にはめ込んだ後、それを上型１
１にナット３により固定する。さらにその回転子鉄心部
分を中間型１０に嵌合挿入し、上部可動側金型７０とし
て、上部加圧プランジャ８ａに固定する。次いで下型９
の湯溜まり９ａに溶融導体材料である溶融アルミニウム
６を所定量注いだあと上部加圧プランジャ８ａを降下さ
せ上部可動側金型７０を湯溜まり９ａに挿入、加圧す
る。この過程で実施の形態１で述べたプロセスと同じプ
ロセスにより、製品に４００kg/cm²以上の高圧力が加え
られる。

【００３４】一般には上記実施の形態において述べたよ
うに、上エンドリング部１１ｂの断面のほぼ中央に収縮
巣が生じることになる。ところが、この実施の形態２に
おいても、スロット１ｂの溶融導体材料６が凝固し、上
エンドリング部１１ｂ内の溶融導体材料６が溶融または
半溶融状態で取り残されても、スロット１ｂ内の溶融導
体材料６が凝固することにより 上記実施の形態におい
て述べた原理によって、回転子鉄心１を介して上エンド
リング部１１ｂに加圧力を伝達、維持することが可能と
なる。即ち、溶融導体材料６が充填されるまでスペーサ
５０により固定されていた回転子鉄心１が、溶融導体材
料６充填直後に立ち上がる高圧と高温によりスペーサ５
０が溶解及び変形するため軸方向に移動（浮上）し、中
間型１０をシリンダーとするピストンとして作用し、上
エンドリング部の圧力を維持し、溶融導体材料６を高圧
下で凝固させることができる。従って収縮巣の発生を防
止できる。さらに、スペーサ５０を用いることにより、
加圧代(Ｌ)、回転子鉄心１移動量を簡単に規定でき、回
転子鉄心１の位置決め、保持が楽に行える。また、特に
この実施の形態のように導体材料６と同じ材質のもので
作られたスペーサを使用した場合、出来上がったエンド
リングを、導体材料６が本来有する材料強度および電気
的特性を損なわないものに仕上げることができる。然し
てリング状のスペーサの方が不均一部分がなくなり望ま
しい。

【００３５】実施の形態３.図５は本発明の実施の形態
３に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構成図で
ある。この実施の形態においては中子である仮軸２も軸
方向に移動できるように構成している。(Ｌ)は回転子鉄
心１上端と上型１１下端との間に設けられた、回転子鉄
心１が軸方向上方に移動して(浮上して)上エンドリング
を加圧するための加圧代で、(Ｌ’)は仮軸２上端と上型
１１天井との間に、仮軸２が移動可能なように設けられ
た隙間である。なお、Ｌ≧Ｃなる長さの条件を満たさな
くてはいけない。但しＣは導体材料が凝固するときに生
じる収縮に伴う回転子鉄心の軸方向移動量（浮上量）で
ある。他の実施の形態についても同様で、この条件を満
たさなければ十分に加圧できない。

【００３６】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込み、
さらに仮軸２を上型１１の穴に挿入し、ナット３により
上型１１に取り付ける。この時ナット３を回転すること
により、隙間(Ｌ’)の長さを調節する。さらに回転子鉄
心部分を中間型１０に嵌合挿入し、以上組み合わせた金
型全体を上部可動側金型７０として、上部加圧プランジ
ャ８ａに固定する。なお、回転子鉄心１は例えば仮軸２
とのはめ合いによる摩擦により溶融導体材料６充填完了
するまで金型内の所定の位置に保持されている。

【００３７】次いで下型９の溶融導体材料６が注がれた
湯溜まり９ａに上部加圧プランジャ８ａを降下させ上部
可動側金型７０を湯溜まり９ａに挿入、加圧する。この
過程で実施の形態１で述べたプロセスと同じプロセスに
より、製品に４００kg/cm²以上の高圧力が加えられる。

【００３８】この実施の形態３では 上型１１下端と回
転子鉄心１上端の間に加圧代(Ｌ)を、また仮軸２上端と
上型１１天井との間に隙間(Ｌ’)を設けて、回転子鉄心
１と仮軸２が軸方向上方へ移動できるように構成してい
る。然して、スロット１ｂの溶融導体材料６が凝固し、
上エンドリング部１１ｂ内の溶融導体材料６が溶融また
は半溶融状態で取り残されても、スロット１ｂ内の溶融
導体材料６が凝固することにより実施の形態１において
述べた原理によって、回転子鉄心１を介して上エンドリ
ング部１１ｂに加圧力を伝達、維持することが可能とな
る。従って収縮巣の発生を防止できる。

【００３９】この実施の形態３の場合、回転子鉄心１の
保持状態によってＬやＬ’の設定量が変わってくる。例
えば回転子鉄心１が仮軸２に固定されている場合、Ｌ’
＞Ｌ＞Ｃなる関係を満たさなければならない。また回転
子鉄心１が仮軸２に固定されておらず相対変位ができる
場合、２Ｌ’＝Ｌ＝Ｃと設定することにより上下対称の
回転子を成形することができる。一般には２Ｌ’＝Ｌ≧
Ｃなる条件を満たせばよい。

【００４０】実施の形態４.図６は本発明の実施の形態
４に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構成図で
ある。図において２ａは仮軸カバーで、例えば仮軸２と
螺合することにより回転子鉄心１を仮軸２に固定すると
ともに上エンドリング１１ｂの内周壁を形成する。仮軸
２上端と上型１１天井との間には隙間が設けてあり、仮
軸２が軸方向上方へ移動できるようになっており、回転
子鉄心１は仮軸２と仮軸カバー２ａによって一体化され
浮動中子を形成する。５２は弾性体、この場合はスプリ
ングで、溶融導体材料６がスロット内を上昇し上エンド
リング部１１ｂに充填されるまで浮動中子を所定の位置
に留めておくためのものであり、溶融導体材料６が充填
された後は充填後に立ち上がる高圧力（即ち回転子鉄心
１両端間の差圧）により弾性変形収縮し、浮動中子が軸
方向上方へ移動（浮上）するのを妨げない。このスプリ
ング５２は製品形状にほとんど影響の無い部分に設けて
あり、上型１１の中に組み込まれている。なお、スプリ
ング５２をスペーサに置き換えてもよく、スペーサが塑
性変形することにより同様の機能を果たす。

【００４１】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込み、
さらに仮軸カバー２ａで回転子鉄心１を固定し、浮動中
子を構成する。スプリング５２をはめ込んだ後、中間型
１０に浮動中子を嵌合挿入し、それを上型１１に固定
し、それらを上部可動側金型として、上部加圧プランジ
ャ８ａに固定する。次いで下型９の湯溜まり９ａに溶融
したアルミニウム等の溶融導体材料６を所定量注いだ
後、上部加圧プランジャ８ａを降下させ、上部可動側金
型を湯溜まり９ａに挿入、加圧する。この過程で実施の
形態１で述べたプロセスと同じプロセスによって製品に
４００kg/cm²以上の高圧力が加えられる。

【００４２】この実施の形態４においては、仮軸２上端
と上型１１天井との間に隙間を設けて、回転子鉄心１、
仮軸２及び仮軸カバー２ａを一体化して浮動中子を形成
し、これが一体となって軸方向上方へ移動できるように
構成している。然して、スロット１ｂの溶融導体材料６
が凝固し、上エンドリング部１１ｂ内の溶融導体材料６
が溶融または半溶融状態で取り残されても、スロット１
ｂ内の溶融導体材料６が凝固することにより実施の形態
１において述べた原理によって、回転子鉄心１を介して
上エンドリング部１１ｂに加圧力を伝達、維持すること
が可能となる。即ち溶融導体材料６が充填されるまでス
プリング５２により固定されていた浮動中子が、溶融導
体材料６の充填直後に立ち上がる高圧によるスプリング
５２の縮退により上方に移動し、その結果として回転子
鉄心１が中間型１０をシリンダーとするピストンとして
作用し、上エンドリング部の圧力を維持し、溶融導体材
料６を高圧下で凝固させて、収縮巣の発生を防ぐことが
できる。また、この実施の形態４では仮軸カバー２ａで
上エンドリング部１１ｂ内周壁を形成しており、上型１
１下端面が平板となるので上型１１の製造が容易にな
る。

【００４３】実施の形態５.図７は本発明の実施の形態
５に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構成図で
ある。図において５３は仮軸２に載せられた保持手段の
重りであり、回転子鉄心１、仮軸２、仮軸カバー２ａに
よって構成される浮動中子を、溶融導体材料６が充填さ
れる時の流動抵抗により動かないように、所定の位置に
押さえている。なお、重り５３は溶融導体材料６が充填
完了後立ち上がる圧力により浮動中子が浮上できる程度
の重さでなければならない。

【００４４】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込み、
さらに仮軸カバー２ａで回転子鉄心１を固定し、浮動中
子を構成する。次に、中間型１０に浮動中子を嵌合挿入
し、さらにそれを上型１１に固定する。このとき上型１
１内に設けられた空間に、重り５３を入れ、仮軸２の上
に載せて、その重みにより溶融導体材料６充填時に浮動
中子が上方へ移動しないように押さえる。以上を上部可
動側金型として、上部加圧プランジャ８ａに固定する。
次いで下型９の湯溜まり９ａに溶融したアルミニウム等
の溶融導体材料６を所定量注いだ後上部加圧プランジャ
８ａを降下させ上部可動側金型を湯溜まり９ａに挿入、
加圧する。この過程で実施の形態１で述べたプロセスと
同じプロセスにより、加圧プランジャ８ａによる加圧力
が急速に立ち上がり、製品に400kg/cm²以上の高圧力が
加えられる。

【００４５】この実施の形態５においても、実施の形態
４と同様の動作、原理により、上エンドリング部１１ｂ
に加圧力を伝達、維持することが可能となる。その結
果、上エンドリング部の圧力を維持し、溶融導体材料６
を高圧下で凝固させて、収縮巣の発生を防ぐことがで
き、実施の形態４と同様の効果を奏する。以上、本発明
による実施の形態を数例示したが、いずれの方法も上部
加圧プランジャ８ａにより加圧する場合であった。しか
しながら、上部加圧プランジャ８ａにより上部可動側金
型が下型９に嵌合挿入された後、下部加圧プランジャ８
ｂで溶融導体材料６を金型内へ充填、加圧するようにし
てもよい。

【００４６】実施の形態６.続いて、本発明の実施の形
態６に係わるかご形回転子の製造装置を図８の断面構成
図で説明する。これは例えば大型の回転子鉄心（自重の
大きいもの）に適したものである。図において 上型１
１はエンドリング部の端面を形成し、１１ｂはこの上型
１１の下端に設けられた上エンドリング部、４１は上エ
ンドリング部１１ｂから型外に通じ、キャビティ内の空
気やガスを排出するためのガス排出口である。８は加圧
プランジャで、溶融導体材料６を金型内へ充填し加圧す
る。また、溶融導体材料６の凝固完了後、製品を押し出
す機能も有する。１０は中間型で、溶融導体材料６の流
路を形成し、また加熱した回転子鉄心１の保温壁の役目
を果たす。この中間型１０には下エンドリング部１０ｂ
と下型９に設けられた湯溜まり９ａに収容された溶融導
体材料６を導入するためのゲート１０ａが設けられてい
る。２は回転子鉄心１を保持する仮軸である。ナット３
は仮軸２、仮軸カバー２ａ、回転子鉄心１を固定し、一
体化して浮動中子を構成している。仮軸カバー２ａは上
エンドリング部１１ｂの内周壁を形成している。

【００４７】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込み、
さらに仮軸カバー２ａをはめ込みナット３で回転子鉄心
１を固定し、浮動中子を構成する。次に中間型１０に浮
動中子を嵌合挿入し、上型１１をかぶせて上部金型とす
る。次いで下型９の湯溜まり９ａに溶融したアルミニウ
ム等の導体材料６を所定量注いだ後上部金型を下型９に
固定し、加圧プランジャ８を上昇させ上部金型に溶融導
体材料６を充填し、加圧する。この過程で実施の形態１
で述べたプロセスと同じプロセスによって製品に４００
kg/cm²以上の高圧力が加えられる。

【００４８】この実施の形態６の場合、溶融導体材料６
が充填されるときの流動抵抗による浮動中子の軸方向の
移動(上昇)は浮動中子自身の重量によっておさえられて
いる。この実施の形態６においても、上記実施の形態と
同様、スロット１ｂの溶融導体材料６が凝固し、上部エ
ンドリング１１ｂ内の溶融導体材料６が溶融または半溶
融状態で取り残されても、スロット１ｂ内の溶融導体材
料６が凝固することにより回転子鉄心１を介して上エン
ドリング部１１ｂに加圧力を伝達、維持することが可能
となる。即ち溶融導体材料６が充填完了されるまで浮動
中子自身の重量により固定されていた浮動中子が、溶融
導体材料６の充填直後に立ち上がる高圧（回転子鉄心１
両端間の差圧）により軸方向上方に移動(浮上)し、その
結果として回転子鉄心１が中間型１０をシリンダーとす
るピストンとして作用し、上エンドリング部の圧力を維
持し、溶融導体材料６を高圧下で凝固させて、収縮巣の
発生を防ぐことができる。また、金型構造が簡略化でき
る。

【００４９】実施の形態７.図９は本発明の実施の形態
７に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構成図で
あり、図８に示した金型に対して、溶融導体材料を間接
的に充填、加圧する方法の一例、多数個取りの間接押し
込み例を示す。図において８は加圧プランジャで、これ
により 湯溜り９ａの溶融導体材料６を加圧する。加圧
された溶融導体材料６は湯道９ｃを通りゲート１０ａを
経て下エンドリング部１０ｂ、スロット１ｂ、上エンド
リング部１１ｂに充填される。この時、溶融導体材料６
の流動抵抗により回転子鉄心１を押し上げようとする力
が働くが、回転子鉄心１自身の重量により所定の位置を
維持する。もしも、溶融導体材料６の流動抵抗により回
転子鉄心１が浮き上がるような場合、図９に示すように
重り５３を浮動中子に付加すればよい。８ｃはポンチで
あり、ゲート１０ａの切断、製品のノックアウトを行
う。

【００５０】この実施の形態７の場合も図８に示す実施
の形態６の直接押し込みの場合と同様の動作、原理によ
り上エンドリング部１１ｂの圧力を維持し、溶融導体材
料６を高圧下で凝固させて、収縮巣の発生を防ぐことが
できる。

【００５１】なお、溶融導体材料６が金型内に充填され
た後、凝固が完了するまでに湯道９ｃにおいて溶融導体
材料６が凝固してしまう場合には、金型内に充填された
溶融導体材料６に加圧力が伝達されなくなる。このよう
な場合には、ポンチ８ｃを上昇させることにより製品を
加圧するとよい。また、金型の部分は図８に示すものに
限るものではなく、上記実施の形態のどの方式の金型を
使用してもよい。

【００５２】実施の形態８.図１０は本発明の実施の形
態８に係わるかご形回転子の製造装置を示す断面構成図
で、図において ２ａは仮軸カバーで、回転子鉄心１を
仮軸２に固定し上エンドリング部１１ｂの内周壁を形成
する。回転子鉄心１は仮軸２と上記仮軸カバー２ａによ
って一体化し中子を形成する。この実施の形態８の場
合、中子は金型内で固定されており、動くことはない。
８０はエンドリング部を加圧する加圧機構で、この場合
上エンドリング部１１ｂの端面を形成するエンドリング
部押さえ板６０とエンドリング部押さえ板６０を保持す
る弾性体のスプリング５２で構成されている。

【００５３】まず、仮軸２に回転子鉄心１をはめ込み、
さらに仮軸カバー２ａで回転子鉄心１を固定し、中子を
形成する。次に、中間型１０に中子を嵌合挿入し、さら
にそれを上型１１に固定し、それらを上部可動側金型と
して上部加圧プランジャ８ａに固定する。次いで下型９
の湯溜まり９ａに溶融したアルミニウム等の導体材料６
を所定量注いだ後上部加圧プランジャ８ａを降下させ上
部可動側金型を湯溜まり９ａに挿入、加圧する。この過
程で実施の形態１で述べたプロセスと同じプロセスによ
り、加圧プランジャ８ａによる加圧力が急速に立ち上が
る。その加圧力によりスプリング５２が圧縮されエンド
リング部押さえ板６０が上方に押し上げられる。そして
加圧力とスプリング５２の復元力が釣り合った時点で
エンドリング部押さえ板６０が停止し、湯溜まり９ａ、
ゲート１０ａを介して製品に４００kg/cm²以上の高圧力
が加えられる。

【００５４】一般には最初の実施の形態において述べた
ように、上エンドリング部１１ｂの断面のほぼ中央に収
縮巣が生じることになる。ところが、この実施の形態８
ではエンドリング加圧機構８０を設けており、スロット
１ｂの溶融導体材料６が凝固し、上エンドリング部１１
ｂ内の溶融導体材料６が溶融または半溶融状態で取り残
されても、溶融導体材料６が充填された時点で蓄勢変形
したスプリング６０の復元力により上エンドリング部１
１ｂに圧力を加えることができる。その結果、上エンド
リング部１１ｂの圧力を維持でき、溶融導体材料６を高
圧下で凝固させて、収縮巣の発生を防止できる。この加
圧機構８０は金型へ溶融導体材料６を加圧充填する際の
加圧力を利用しており、他に加圧源を用いることなく、
簡単な構成で、エンドリング部の圧力を維持できるとい
う効果がある。

【００５５】なお、加圧機構の構成はこれに限るもので
はなく、またエンドリング部側面を押圧するようにして
も、下エンドリング部に設けてもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の鋳物の製造方法においては、スロットを有する部材に
溶融した金属材料を加圧充填して凝固させ、上記スロッ
ト部と、これに接続され上記部材の少なくとも一端部に
配設される拡大部とを上記金属で形成するに際し、上記
部材を金型内で上記拡大部を圧縮する方向に移動可能に
すると共に、上記溶融金属材料を加圧充填して、充填し
た上記溶融金属材料が凝固するに従って発生する上記部
材の両端間の差圧で上記部材が上記拡大部を圧縮する方
向に移動するようにしたので、上記部材を介して圧力低
下をきたすおそれのある上記スロット部より先、下流、
他方の拡大部をも加圧できるので、収縮巣の発生を防止
でき、健全な鋳物が得られる効果がある。例えば、かご
形回転子の場合は、回転子鉄心を介して圧力低下をきた
すおそれのある他方のエンドリングをも加圧できるの
で、即ち両方のエンドリングに加圧でき、収縮巣の発生
を防止し健全な回転子導体が得られ、回転子導体が強固
となり遠心力などによる破損が防止できるとともに、電
気抵抗が減少し、モータの効率及びトルク特性が向上
し、モータの小型軽量化が図れるかご形回転子が得られ
る効果がある。

【００５７】また、スロットを有する部材を溶融金属材
料加圧充填時にその流動抵抗により移動しないように保
持しているので、他方の拡大部を狭くすることなく溶融
金属材料を所定量充填できる。

【００５８】また、充填した溶融金属材料が凝固する時
に生じる体積収縮量によりスロットを有する部材の移動
量を規定し、上記溶融金属材料を上記収縮量余分に加圧
充填しているので、他方の拡大部を十分加圧できる。

【００５９】さらに、請求項５に係る鋳物の製造方法に
よれば、前記の如き鋳物を製造する際に、弾性体を有
し、拡大部を加圧する加圧機構を設け、溶融金属材料を
加圧充填し、充填される溶融金属材料が伝える圧力によ
り上記加圧機構が蓄勢変形し、充填された溶融金属材料
が凝固するに従って上記加圧機構の復元力により上記拡
大部を加圧するようにしたので、他に加圧源を用いるこ
となく、加圧充填する際の加圧力を利用して、上記拡大
部の圧力を維持でき収縮巣の発生を防止できる。

【００６０】そして、請求項６に係る前記の如き鋳物の
製造装置においては、スロットを有する部材が金型内で
上記拡大部を圧縮する方向に移動可能に構成し、溶融金
属材料を加圧充填し、充填した上記溶融金属材料が凝固
するに従って発生する上記部材の両端間の差圧により上
記部材を上記拡大部を圧縮する方向に移動させるように
したので、上記部材を介して圧力低下をきたすおそれの
ある上記スロット部より先、下流、他方の拡大部をも加
圧できるので、収縮巣の発生を防止でき、健全な鋳物が
得られる効果がある。

【００６１】また、溶融金属材料加圧充填時にその流動
抵抗によりスロットを有する部材が移動しないように保
持する保持手段を備えているので、他方の拡大部を狭く
することなく溶融金属材料を所定量充填できる。

【００６２】さらに、スロットを有する部材の移動量を
規定する移動量規定手段を備え、充填した溶融金属材料
が凝固する時に生じる体積収縮量によりスロットを有す
る部材の移動量を規定し、上記溶融金属材料を上記収縮
量余分に加圧充填しているので、他方の拡大部を十分加
圧できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態１に係わる回転子鉄心保
持方法の他の実施態様を示す要部断面構成図である。

【図３】 本発明の実施の形態１に係わる回転子鉄心保
持方法のさらに他の実施態様を示す要部断面構成図であ
る。

【図４】 本発明の実施の形態２に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態３に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図６】 本発明の実施の形態４に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図７】 本発明の実施の形態５に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態６に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図９】 本発明の実施の形態７に係わるかご形回転子
の製造装置を示す断面構成図である。

【図１０】 本発明の実施の形態８に係わるかご形回転
子の製造装置を示す断面構成図である。

【図１１】 一般的な回転子鉄心を一部切り欠いて断面
を表わす正面図である。

【図１２】 従来のかご形回転子の鋳込装置を示す断面
図である。

【図１３】 従来のかご形回転子を示す断面図である。

【図１４】 従来の溶湯鍛造法によるかご形回転子の鋳
込装置を示す断面図である。

【図１５】 図１４の部分拡大断面図である。

【図１６】 溶湯鍛造法で得られたかご形回転子を示す
断面図である。

【図１７】 溶湯鍛造法によるかご形回転子のトルク特
性及び効率をダイカスト品と対比して示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１ 回転子鉄心、１ｂ スロット、１ｄ エンドリン
グ、１ｅ スロット導体、２ 仮軸、２ａ 仮軸カバ
ー、６ 溶融導体材料、８ 加圧プランジャ、８ａ上部
加圧プランジャ、８ｂ 下部加圧プランジャ、９ 下
型、９ａ 湯溜り、１０ 中間型、１０ｂ 下エンドリ
ング部、１１ 上型、１１ｂ 上エンドリング部、Ｌ
加圧代、５０ 金属製スペーサ、Ｌ’ 仮軸２と上型１
１との隙間、 ５２ 弾性体であるスプリング、５３
重り、５４ａ，５４ｂ 係止部である小突起、５５ａ，
５５ｂ 係止部を構成する小球、８０ 弾性体であるス
プリング５２とエンドリング部押え板６０で構成される
加圧機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 雄二 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スロットを有する部材に溶融した金属材
   料を加圧充填して凝固させ、上記スロット部と、これに
   接続され上記部材の少なくとも一端部に配設される拡大
   部とを上記金属で形成する鋳物の製造方法において、上
   記部材を金型内で上記拡大部を圧縮する方向に移動可能
   にすると共に、上記溶融金属材料を加圧充填して、充填
   した上記溶融金属材料が凝固するに従って発生する上記
   部材の両端間の差圧で上記部材が上記拡大部を圧縮する
   方向に移動するようにしたことを特徴とする鋳物の製造
   方法。
2. 【請求項２】 スロットを有する部材は溶融金属材料加
   圧充填時にその流動抵抗により移動しないように保持さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の鋳物の製造方
   法。
3. 【請求項３】 充填した溶融金属材料が凝固する時に生
   じる体積収縮量によりスロットを有する部材の移動量を
   規定し、上記溶融金属材料を加圧充填していることを特
   徴とする請求項１または２記載の鋳物の製造方法。
4. 【請求項４】 スロットを有する部材はこれを保持する
   中子と共に移動可能に保持されていることを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれかに記載の鋳物の製造方法。
5. 【請求項５】 スロットを有する部材に溶融した金属材
   料を加圧充填して凝固させ、上記スロット部と、これに
   接続され上記部材の少なくとも一端部に配設される拡大
   部とを上記金属で形成する鋳物の製造方法において、弾
   性体を有し、上記拡大部を加圧する加圧機構を設け、上
   記溶融金属材料を加圧充填し、充填される上記溶融金属
   材料が伝える圧力により上記加圧機構が蓄勢変形し、充
   填された溶融金属材料が凝固するに従って上記加圧機構
   の復元力により上記拡大部を加圧するようにしたことを
   特徴とする鋳物の製造方法。
6. 【請求項６】 スロットを有する部材に溶融した金属材
   料を加圧充填して凝固させ、上記スロット部と、これに
   接続され上記部材の少なくとも一端部に配設される拡大
   部とを上記金属で形成する鋳物の製造装置において、上
   記部材を金型内で上記拡大部を圧縮する方向に移動可能
   に構成し、上記溶融金属材料を加圧充填し、充填した上
   記溶融金属材料が凝固するに従って発生する上記部材の
   両端間の差圧により上記部材を上記拡大部を圧縮する方
   向に移動させるようにしたことを特徴とする鋳物の製造
   装置。
7. 【請求項７】 溶融金属材料加圧充填時にその流動抵抗
   によりスロットを有する部材が移動しないように保持す
   る保持手段が設けられていることを特徴とする請求項６
   記載の鋳物の製造装置。
8. 【請求項８】 スロットを有する部材の移動量を規定す
   る移動量規定手段が設けられていることを特徴とする請
   求項６または７記載の鋳物の製造装置。