(57)【要約】【課題】低コストかつ短時間でコイルをモールドできる樹脂の充填方法を提供すること。【解決手段】モータを構成するコイル３２を樹脂６０でモールドして一体的に封止する樹脂の充填方法であって、コイル３２に電源１００を接続し、電源１００からコイル３２に電流を流してコイル３２を発熱させるとともに、該コイル３２に電流を流した状態で、コイル３２の周辺に樹脂６０を充填することで、樹脂６０を所定の充填温度に加熱して充填する。【選択図】図６
2020092521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを構成するコイルを樹脂でモールドして一体的に封止する樹脂の充填方法であって、
該コイルに電源を接続する電源接続ステップと、
該電源接続ステップの後、該電源から該コイルに電流を印加してコイルを発熱させる電流印加ステップと、
該電流印加ステップを実施しながら樹脂を充填することで、樹脂を所定温度に加熱し充填する樹脂充填ステップと、
を少なくとも含む樹脂の充填方法。
【請求項２】
該モータは、
径方向に放射状に突出した複数のティースを有する筒状のステータコアおよび該複数のティースの各々に巻回されたコイルを含むステータ部と、
該ステータ部の内側に空隙を介して回転自在に保持されたロータと、
該ロータの中心に挿入された回転軸と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の樹脂の充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを構成するコイルをモールドする樹脂の充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータを構成するコイルは、熱伝導を上げてコイルの熱を逃がしたり、コイルを衝撃等から守ったりするために樹脂によってモールドされている。また、モータを高効率化するためには、線占積率を上げる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）が、線占積率を向上させるとコイルの巻線間の隙間が小さくなるため、モールドする際に樹脂が隙間に入りにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９４３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような場合において、モールド用の樹脂の加熱と注入を繰り返し実施して、該樹脂を段階的にコイル周辺に充填していく方法が簡便であるが、樹脂の加熱に炉が必要となり生産コストが増大することや、充填完了までに時間がかかり生産性が下がることが問題となっていた。
【０００５】
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、低コストかつ短時間でコイルをモールドできる樹脂の充填方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータを構成するコイルを樹脂でモールドして一体的に封止する樹脂の充填方法であって、該コイルに電源を接続する電源接続ステップと、該電源接続ステップの後、該電源から該コイルに電流を印加してコイルを発熱させる電流印加ステップと、該電流印加ステップを実施しながら樹脂を充填することで、樹脂を所定温度に加熱し充填する樹脂充填ステップと、を少なくとも含むものである。
【０００７】
この構成によれば、電源からコイルに電流を印加してコイルを発熱させる電流印加ステップと、電流印加ステップを実施しながら樹脂を充填することで、樹脂を所定温度に加熱し充填する樹脂充填ステップとを備えるため、コイルの発熱によって樹脂の粘度が低下し、注入速度を速めることができる。このため、樹脂の充填完了までの時間が短縮されて生産性の向上を図ることができ、かつ、加熱炉を準備する必要がなくなるため生産コストの低減を実現できる。
【０００８】
この構成において、該モータは、径方向に放射状に突出した複数のティースを有する筒状のステータコアおよび該複数のティースの各々に巻回されたコイルを含むステータ部と、該ステータ部の内側に空隙を介して回転自在に保持されたロータと、該ロータの中心に挿入された回転軸と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コイルに通電させながらモールド用の樹脂を充填することにより、コイルの発熱によって樹脂の粘度が低下し、注入速度を速めることができるため、充填完了までの時間の短縮を図り、生産性の向上に繋がる。また、加熱炉を準備する必要がなくなるため生産コストの低減に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態に係る樹脂の充填方法が適用されるモータの要部の構成例を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図２は、モータのステータ部を駆動する機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る樹脂の充填方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、モータのステータ部に治具が装着された状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４の上面図である。
【図６】図６は、樹脂充填ステップを示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る樹脂の充填方法が適用されるモータの要部の構成例を模式的に示す分解斜視図である。図２は、モータのステータ部を駆動する機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る樹脂の充填方法が適用されるモータ１０は、図１に示すように、例えばインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである。モータ１０は、ケーシング１１とロータ２０とステータ部３０とセンサ基板４０とを備える。
【００１３】
ケーシング１１は有底筒状に形成されており、開口部に不図示の蓋部が装着されることによりモータ１０の外装体を構成する。ケーシング１１の内部空間１１Ａにはロータ２０とステータ部３０とが収容されている。
【００１４】
ロータ２０は、略円柱状に形成された鉄心２１と、この鉄心２１の外周部に固着された円筒状の多極のマグネット２２とを有する。ロータ２０（鉄心２１）の中心には回転軸２３が圧入（挿入）されて一体化されている。回転軸２３の両端にはそれぞれロータ２０を回転自在に支持する軸受２４が装着されている。これら軸受２４は、それぞれケーシング１１及び蓋部に支持されている。
【００１５】
センサ基板４０は、ロータ２０のマグネット２２の磁極の位置を検出するものである。センサ基板４０は、ロータ２０の近傍に軸方向に所定距離を置いて、ケーシング１１の外側または内側に配置されている。センサ基板４０は、円板状に形成された基板本体４１と、この基板本体４１の所定位置に実装された複数（例えば３つ）のホールＩＣ（磁気センサ）４２とを備える。
【００１６】
ステータ部３０は、径方向に放射状に突出した複数（例えば６つ）のティース３１Ａを有する筒状のステータコア３１と、複数のティース３１Ａの各々にインシュレータ３３（絶縁材；図６参照）を介して電線３２Ａが巻回されたコイル３２とを備える。ステータコア３１は、ケーシング１１の内部空間１１Ａに圧入によって固定されている。なお、各ティース３１Ａは、該ティース３１Ａの先端面とロータ２０のマグネット２２の周囲との間に一定の隙間（空隙）を介して配置されている。
【００１７】
コイル３２は、対向するティース３１Ａをそれぞれ一組として三相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相）に分けられて各相がそれぞれ結線され、グロメット１２（図６参照）を通じてケーシング１１の外側に引き出される。コイル３２には、図２に示すように、電源１００に接続された駆動ユニット３５が接続されている。駆動ユニット３５は、例えば、インバータ回路を備えて構成される。駆動ユニット３５は、ホールＩＣ４２が検出したロータ２０の磁極の位置に対応して各コイル３２に流れる電流を切り替えて回転磁界を発生させてロータ２０を回転させる。本実施形態では、駆動ユニット３５は、各コイル３２に流れる電流値を所望の値に変更することができ、さらに、上述のように、各コイル３２に電流を切り替えて流すだけではなく、各コイル３２に所望の電流値を同時に流すこともできる。
【００１８】
本実施形態のモータ１０は、熱伝導を上げてコイル３２の熱を逃がしたり、該コイル３２を衝撃等から守ったりするため、コイル３２の周囲に液状の樹脂が充填され、この樹脂を硬化させることによってコイル３２をモールドしている。一方、モータ１０は、該モータ１０の高効率化を図るために、コイル３２の線占積率を従来のものに比べて高く構成されている従来のコイルの線占積率が５５％程度であるのに対して、本実施形態のコイル３２の線占積率は８０％程度である。線占積率とは、コイルの断面積に対する電線が占める割合であり、線占積率が高くなるほど電線間の隙間（空隙）が小さくなる。このため、線占積率を向上させるとモールド用に充填された液状の樹脂がコイル３２の電線３２Ａの隙間に入りにくくなる。
【００１９】
次に、上記したモータ１０のコイル３２を樹脂でモールドする樹脂の充填方法について説明する。図３は、本実施形態に係る樹脂の充填方法の手順を示すフローチャートである。樹脂の充填方法は、図３に示すように、治具装着ステップＳＴ１と、電源接続ステップＳＴ２と、電流印加ステップＳＴ３と、樹脂充填ステップＳＴ４と、樹脂硬化ステップＳＴ５と、治具離脱ステップＳＴ６とを備える。
【００２０】
［治具装着ステップＳＴ１］
図４は、モータのステータ部に治具が装着された状態を示す斜視図であり、図５は、図４の上面図である。治具装着ステップＳＴ１は、ステータ部３０にモールド用の治具５０を装着するステップである。モールド用の治具５０は、円板状のベース部５１と、このベース部５１に立設される円柱状の支柱部５２とを備える。ベース部５１は、モータ１０のケーシング１１よりも大径に形成されて、ケーシング１１を載置できるようになっている。支柱部５２は、ステータ部３０の対向するティース３１Ａの先端面間の距離に相当する直径を有する。支柱部５２は、ステータ部３０の各ティース３１Ａの先端面で形成される空間に挿入されて、該空間への樹脂の侵入を防止する。支柱部５２には、ケーシング１１の形状に合わせて段部５２Ａが形成されている。また、治具５０には、該治具５０に振動を付与する振動ユニット５３が接続されている。
【００２１】
ケーシング１１内にステータ部３０を圧入した状態でケーシング１１に治具５０を装着する。具体的には、図４に示すように、治具５０の支柱部５２をステータ部３０の各ティース３１Ａの先端面で形成される空間に挿入し、ケーシング１１をベース部５１上に載置する。この際、治具５０の表面には、モールド用の樹脂が付着しないように離型剤が塗布されている。
【００２２】
ケーシング１１に治具５０を装着することにより、図４及び図５に示すように、ステータ部３０における隣接するコイル３２（ティース３１Ａ）間にそれぞれ充填空間５４が形成される。この充填空間５４は、ステータコア３１と、ティース３１Ａ及びコイル３２と、治具５０の支柱部５２とによってそれぞれ区画される。
【００２３】
［電源接続ステップＳＴ２］
電源接続ステップＳＴ２は、治具５０を装着されたケーシング１１内のコイル３２に電源１００を接続するステップである。本実施形態では、図４及び図５に示すように、コイル３２に接続された駆動ユニット３５と電源１００とを接続するが、各コイル３２にそれぞれ電流が流れるように電源１００と接続されていれば他の接続態様であってもよい。
【００２４】
［電流印加ステップＳＴ３］
電流印加ステップＳＴ３は、電源接続ステップＳＴ２の後、電源１００からコイル３２に電流を流してコイル３２を発熱させるステップである。本実施形態では、駆動ユニット３５を動作させ、すべてのコイル３２に同時に所定値の電流を流す。ここで、電流印加ステップＳＴ３でコイル３２に流す電流値は、モータ１０の運転時に通常流れる電流値（例えば１１Ａ程度）に比べて十分に小さい電流値（例えば２Ａ程度）に設定され、熱硬化性樹脂を用いる場合には樹脂が硬化（ゲル化）する硬化温度（例えば８０℃程度）より低い充填温度（８０℃弱）に保持できる電流値に設定される。この電流値と樹脂の温度との関係は、使用する樹脂に応じて事前に実験などによって規定されている。
【００２５】
［樹脂充填ステップＳＴ４］
図６は、樹脂充填ステップを示す側断面図である。樹脂充填ステップＳＴ４は、電流印加ステップＳＴ３を実施しながら、コイル３２間に形成された充填空間５４（コイル３２の周辺）に樹脂６０を充填することで、所定温度に加熱された樹脂６０をコイル３２の電線３２Ａの隙間に注入するステップである。本実施形態では、充填される樹脂６０はエポキシ系の熱硬化性樹脂（例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂など）が採用される。この樹脂６０は、上記した硬化温度（８０℃）よりも低い温度帯では、温度を上げると粘度が低くなる性質がある（例えば、４０００［ｍＰａ・ｓ］：４０℃、１６００［ｍＰａ・ｓ］：６０℃、１２００［ｍＰａ・ｓ］：８０℃）。このため、コイル３２の発熱によって樹脂６０の温度を硬化温度（８０℃）付近の充填温度まで上げると、樹脂６０の粘度が低下し、線占積率を向上させたコイル３２の電線３２Ａの隙間に樹脂６０を注入する速度を速めることができる。また、本実施形態では、樹脂６０を充填する際に振動ユニット５３を動作させて治具５０を振動させている。この構成によれば、治具５０から振動がコイル３２に伝達されて、このコイル３２が振動することで樹脂６０がコイル３２の電線３２Ａの隙間に注入されやすくなる。また、振動させながら樹脂６０を充填することで、ボイドの発生を抑制することができる。充填が終了すると振動ユニット５３の動作を停止する。
【００２６】
また、この樹脂６０は、硬化温度（８０℃）に至るとすぐに硬化を開始するものではなく、一定時間（例えば、５分程度）は粘度が低い状態を保持している。このため、樹脂６０の充填温度を樹脂６０の硬化温度まで高めることができ、粘度が低下した分だけ樹脂６０の充填時間の短縮を図ることができる。
【００２７】
［樹脂硬化ステップＳＴ５］
樹脂硬化ステップＳＴ５は、充填された樹脂を硬化させるステップである。本実施形態では、熱硬化性樹脂を使用しているため、コイル３２に流れる電流値を調整して、樹脂６０の温度を硬化温度、もしくはそれ以上に上昇させる。これにより、充填空間５４（コイル３２周辺）に充填された樹脂６０は硬化されることにより、硬化された樹脂６０でコイル３２がモールドされる。樹脂が硬化すると、コイル３２へ電流を流すことを中止し電源１００への接続を解除する。
【００２８】
［治具離脱ステップＳＴ６］
治具離脱ステップＳＴ６は、ケーシング１１から治具５０を取り外すステップである。本実施形態では、治具５０の表面に離型剤が塗布されているため、治具５０に所定の力を加えることで治具５０をケーシング１１から取り外すことができる。治具５０が取り外された各ティース３１Ａで形成される空間にはロータ２０が配置され、モータ１０が組み立てられる。
【００２９】
次に、変形例について説明する。上記した実施形態では、樹脂６０としてエポキシ系の熱硬化性樹脂を使用したが、これに限るものではなく、熱可塑性樹脂（例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ：登録商標）を使用することもできる。熱可塑性樹脂は、加熱によりガラス転移温度または融点に達すると軟化する性質を有する樹脂であり、電流印加ステップＳＴ３において、コイル３２に流す電流値は、モータ１０の運転時に通常流れる電流値（例えば１１Ａ程度）に比べて大きい電流値に設定される。この構成では、通常の電流値では融点に至らないが、充填時の電流値で融点（例えば、３３４℃程度）を超えるように設定される。この電流値と樹脂の温度との関係は、使用する樹脂に応じて事前に実験などによって規定されている。
【００３０】
この変形例によっても、コイル３２の発熱によって樹脂の温度を融点付近の充填温度まで上げると樹脂の粘度が低下するため、線占積率を向上させたコイル３２の電線３２Ａの隙間に樹脂を注入する速度を速めることができる。また、この構成では、加熱を中止すると、樹脂の温度が低下して硬化するため、樹脂の取り扱いが容易になるといった利点もある。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、モータ１０を構成するコイル３２を樹脂６０でモールドして一体的に封止する樹脂の充填方法であって、コイル３２に電源１００を接続する電源接続ステップＳＴ２と、電源接続ステップＳＴ２の後、電源１００からコイル３２に電流を印加してコイル３２を発熱させる電流印加ステップＳＴ３と、電流印加ステップＳＴ３を実施しながら樹脂６０を充填することで、樹脂６０を所定の充填温度に加熱し充填する樹脂充填ステップＳＴ４とを備えるため、コイル３２の発熱によって樹脂６０の粘度が低下し、注入速度を速めることができる。このため、樹脂６０の充填完了までの時間が短縮されて生産性の向上を図ることができ、かつ、従来のように、加熱炉を準備する必要がなくなるため生産コストの低減を実現できる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、モータ１０は、径方向に放射状に突出した複数のティース３１Ａを有する筒状のステータコア３１および複数のティース３１Ａの各々に巻回されたコイル３２を含むステータ部３０と、ステータ部３０の内側に空隙を介して回転自在に保持されたロータ２０と、ロータ２０の鉄心２１の中心に挿入された回転軸２３と、を備えるため、複数のティース３１Ａの各々に巻回されたコイル３２を樹脂６０で容易にモールドすることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態では、モータ１０として、インナーロータ型のＤＣブラシレスモータを例示したが、コイルを樹脂でモールドできる構成であれば、リニアモータ、コアレスモータなど、どのような種類のモータであってもよい。さらに、アウターロータ型のモータであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  モータ
１１  ケーシング
２０  ロータ
２１  鉄心
２３  回転軸
３０  ステータ部
３１  ステータコア
３１Ａ  ティース
３２  コイル
３２Ａ  電線
３５  駆動ユニット
４０  センサ基板
４２  ホールＩＣ
５０  治具
５１  ベース部
５２  支柱部
５３  振動ユニット
５４  充填空間（コイルの周辺）
６０  樹脂
１００  電源
【図１】
2020092521.tif 000003
【図２】
2020092521.tif 000004
【図３】
2020092521.tif 000005
【図４】
2020092521.tif 000006
【図５】
2020092521.tif 000007
【図６】
2020092521.tif 000008