(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材を内挿する挿入孔を備え、内挿された前記軸部材と一体回転し、或いは、前記軸部材に対して相対回転する樹脂射出成形製の回転部材であって、
回転軸芯に沿う前記回転部材の両側に前記軸部材に当接する第１軸支部および第２軸支部を備えると共に、これら軸支部の間に中間部を備え、
前記回転軸芯から何れか一つの径外方向に沿った前記回転部材の内外面間の壁厚につき、
前記中間部の壁厚が、前記第１軸支部に隣接する端部位置、又は、前記第２軸支部に隣接する端部位置で最小となるように構成してある樹脂射出成形製の回転部材。
【請求項２】
前記中間部の壁厚が最大となる位置が、前記中間部の両端部位置を除く何れかの位置に形成してある請求項１に記載の樹脂射出成形製の回転部材。
【請求項３】
前記回転部材が、モータのロータ部と、前記ロータ部と一体回転するインペラ部と、前記ロータ部と前記インペラ部とを接続するシャフト部とを備え、少なくとも前記シャフト部が前記中間部として構成してある請求項１又は２に記載の樹脂射出成形製の回転部材。
【請求項４】
モータのロータ部と、当該ロータ部と一体回転するインペラ部と、前記ロータ部と前記インペラ部とを接続するシャフト部とを備えると共に、軸部材を内挿する挿入孔を備え、前記軸部材に支持される第１軸支部および第２軸支部を前記挿入孔の両側に備える樹脂射出成形製の回転部材の作製に際し、
複数に分割した金型を型締めして形成するキャビティの形状を、
前記第１軸支部と前記第２軸支部との間に位置する中間部の壁厚が、前記第１軸支部に隣接する端部位置、又は、前記第２軸支部に隣接する端部位置で最小となるように構成したのち、
前記挿入孔を形成する中子を挿通した状態で前記キャビティに溶融樹脂を注入し、
注入した樹脂の外側表面から硬化させる樹脂射出成形製の回転部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材を内挿する挿入孔を備え、内挿された前記軸部材と一体回転し、或いは、前記軸部材に対して相対回転する樹脂射出成形製の回転部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動型の電動アクチュエータであるモータは、種々の機器に組み込まれ、数多く利用されている。車載用途においても、オイルポンプやウォーターポンプ、パワーステアリング装置、シート、ドアなどの駆動にモータが利用されている。
【０００３】
当該モータを形成するロータユニットは、中心に軸部材が貫通する軸部材挿入孔が形成された円柱状のヨーク及び当該ヨークの内部に軸部材挿入孔に沿って内蔵されたマグネットを有するロータと、ロータの一端側に設けられたインペラと、を備える。軸部材挿入孔の内周面には、軸部材を支持する軸支部を有する。
【０００４】
特許文献１には、ロータと軸支部とが樹脂射出成形により一体に構成されていることが記載してある。また、特許文献２には、軸部材に対するロータの軸支部が、少なくとも摺動性のある樹脂材料で形成してあることが記載してある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２０３７３号公報
【特許文献２】特開２００３−５６４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２のロータでは、軸支部の内周面の略全面が軸部材の外周面と接する状態となるように、軸部材が軸支部の内部を挿通している。このように軸支部のできるだけ長い領域を軸部材が軸支することで、軸部材のガタつき等の発生を抑制しようとするものである。
【０００７】
しかし、仮に軸支部の内周面に凸部が形成されるなど当該内周面の表面形状が均一でない場合、当該凸部と軸部材とが接触して軸支部の一方と軸部材とが適切に当接しなくなる虞が生じる。その結果、軸部材の回転軸芯と軸部材挿入孔の軸芯とが一致しなくなり、ロータの回転精度が悪化する。
【０００８】
また、軸部材挿入孔として長尺状の孔を樹脂の射出成形によって形成する場合、各部位の冷却条件の差異等によって歪が生じることが多い。一方、これら歪の発生を除去するために、別の機械加工を行なうこととすれば、加工工数が増大し、製品コストが上昇してしまうなどの不都合が生じる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、簡便に軸部材の回転軸芯と軸部材挿入孔の軸芯とを一致させることができる樹脂射出成形製の回転部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る樹脂射出成形製回転部材の第１特徴構成は、軸部材を内挿する挿入孔を備え、内挿された前記軸部材と一体回転し、或いは、前記軸部材に対して相対回転する樹脂射出成形製の回転部材であって、回転軸芯に沿う前記回転部材の両側に前記軸部材に当接する第１軸支部および第２軸支部を備えると共に、これら軸支部の間に中間部を備え、
前記回転軸芯から何れか一つの径外方向に沿った前記回転部材の内外面間の壁厚につき、前記中間部の壁厚が、前記第１軸支部に隣接する端部位置、又は、前記第２軸支部に隣接する端部位置で最小となるように構成した点にある。
【００１１】
一般に、樹脂材料の射出成形によって樹脂製品を製造する場合、樹脂材料には、硬化するに従って体積が減少する「ヒケ」が生じる。本発明の技術は、第１軸支部および第２軸支部の間の中間部に発生するヒケの量を、双方の軸支部で発生するヒケの量よりも大きくするものである。樹脂材料が硬化する際に発生するヒケの量は、樹脂材料の体積に応じた量となる。即ち、本発明では、中間部におけるヒケ量を双方の軸支部におけるヒケ量より増大させるべく、上記中間部に充填する樹脂材料の量を多く設定する。
【００１２】
回転部材が上手く軸部材に支持されるためには、中間部の全域に亘って軸部材が干渉しない構成にするのが好ましい。そのため、本発明においては、中間部の壁厚が、第１軸支部に隣接する端部位置、又は、第２軸支部に隣接する端部位置の何れかの位置で最小となるように構成してある。つまり、中間部の何れの位置においても、その壁厚を、双方の端部位置の壁厚のうち小さい方の壁厚よりも大きく設定することで、中間部の全域に亘って十分なヒケ量を確保する。これにより、回転部材は、軸部材に対して確実に第1軸支部及び第２軸支部のみにおいて支持され、軸部材に対して回転部材が完全に同一軸芯状に保持されることとなる。
【００１３】
このように中間部の内径を大径に形成できるのは、樹脂材料の硬化特性に基づく。金型内に射出された樹脂は、金型と接する領域から冷却される。本発明の回転部材にあっては、注入した樹脂材料の主に外側表面から硬化が始まる。硬化に際して樹脂材料には所定の縮みが生じる。よって、後から硬化する内部の樹脂は、外側表面の既に硬化した領域に拘束され、結果的に、双方の軸支部の内径に対して中間部の内径が広がった形状となる。
【００１４】
このように、所定領域への樹脂材料の注入量を調節し、ヒケの発生態様を制御することで、回転軸芯と挿入孔の軸芯とが一致し、軸部材に対して第１軸支部および第２軸支部で確実に軸支される回転部材を得ることができる。
【００１５】
本発明に係る樹脂射出成形製の回転部材の第２特徴構成は、前記中間部の壁厚が最大となる位置を、前記中間部の両端部位置を除く何れかの位置に形成した点にある。
【００１６】
本構成のごとく、中間部について、壁厚が最大となる位置をその長手方向の端部ではなく中程の位置に設定することで、ヒケ量の大きな箇所を回転部材のより中央側に配置することができる。よって、回転部材に軸部材を挿通したとき、第１軸支部と第２軸支部との間で回転部材と軸部材とが干渉するのをより確実に防止し、回転精度に優れた回転部材を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る樹脂射出成形製の回転部材の第３特徴構成は、前記回転部材が、モータのロータ部と、前記ロータ部と一体回転するインペラ部と、前記ロータ部と前記インペラ部とを接続するシャフト部とを備え、少なくとも前記シャフト部を前記中間部として構成した点にある。
【００１８】
本発明では、中間部を形成する領域に樹脂材料を多く充填したり、或いは、特に中間部の中央領域に対する充填量を増やす必要がある。その点、本構成のシャフト部は、磁石などを備えたロータ部とインペラ部とを接続する部位であって、その外表面の形状が特に制限されるわけではない。よって、ヒケ量を調節するために、シャフト部の外形を、例えば紡錘状に形成することは容易である。また、当該シャフトの位置は、ロータ全体の中間位置でもある。よって、本構成のごとくシャフト部を中間部とし、ヒケ量を多く設定することで、回転精度に優れたモータ用のロータを得ることができる。
【００１９】
本発明に係るロータユニットの製造方法の特徴構成は、モータのロータ部と、当該ロータ部と一体回転するインペラ部と、前記ロータ部と前記インペラ部とを接続するシャフト部とを備えると共に、軸部材を内挿する挿入孔を備え、前記軸部材に支持される第１軸支部および第２軸支部を前記挿入孔の両側に備える樹脂射出成形製の回転部材の作製に際し、複数に分割した金型を型締めして形成するキャビティの形状を、
前記第１軸支部と前記第２軸支部との間に位置する中間部の壁厚が、前記第１軸支部に隣接する端部位置、又は、前記第２軸支部に隣接する端部位置で最小となるように構成したのち、
前記挿入孔を形成する中子を挿通した状態で前記キャビティに溶融樹脂を注入し、
注入した樹脂の外側表面から硬化させる点にある。
【００２０】
本方法は、ロータユニットを製造するに際し、中間部の壁厚につき、例えば第１軸支部或いは第２軸支部に隣接する両端部の何れかで最小となるようにキャビティを形成して樹脂を注入するものである。本方法であれば、中間部の両端部における樹脂のヒケ量に対して中間部の中ほどの位置におけるヒケ量を大きくすることができる。
また、注入した樹脂の冷却に際して外側表面から冷却することで、溶融した樹脂の硬化順序を外側を先に、内側を後に設定することができる。よって、ロータユニットのうち軸部材を挿通する孔の内径が、両端部の軸支部では小径となり、その間の中間部では大径となる。この結果、得られたロータユニットは、軸部材によって安定確実に軸支されることとなる。しかも、軸部材の回転軸芯と挿入孔の軸芯とが一致して回転時に軸部材のガタつき等が発生せず、回転精度の優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の回転部材を示す斜視概略図である。
【図２】本発明の回転部材を示す断面図である。
【図３】本発明の回転部材の製造過程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の樹脂射出成形製の回転部材は、軸部材を内挿する軸部材挿入孔を備え、内挿された軸部材と一体回転し、或いは、軸部材に対して相対回転するものである。本実施形態では、軸部材と一体回転する回転部材として、車載のウォーターポンプに用いられるインナーロータ型モータのロータユニットを例示する。このロータユニットは、ロータにウォーターポンプのインペラが一体化されたものである。
【００２３】
図１，図２に示すように、本発明の回転部材Ｘは、ヨーク１１及びマグネット１２を有するロータ部１０と、ロータ部と一体回転するインペラ部２０と有する。ロータ部１０とインペラ部２０とはシャフト部３０によって接続され、これらは樹脂材料によって一体成形されている。当該樹脂材料は、軸部材挿入孔４０が軸部材Ｙと摺動することから、例えば高い耐熱性と剛性とを有する難燃性樹脂であるＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）にガラスファイバー（ＧＦ）を混入した材料などが用いられる。ＰＰＳおよびＧＦの混合物において、ＧＦの割合は、例えば１５〜４５％程度とすることができる。ただし、これらの配合比率はこれに限られるものではない。このように樹脂材料の成分比率を変更することで、当該樹脂材料が硬化する際に発生するヒケ量を変更することができる。
【００２４】
ヨーク１１は、後述する中央貫通孔１１ａ、マグネット挿入孔１１ｂなどが形成された円板状の抜板を積層して、中心に軸部材Ｙが貫通する軸部材挿入孔４０が形成された円柱状に構成される。当該マグネット挿入孔１１ｂには平板状のマグネット１２が挿入される。
【００２５】
インペラ部２０は、ロータ部１０の一端側にロータ部１０よりも小径のシャフト部３０を介して設けられる。インペラ部２０は、ロータ部１０と一体となって回転し、羽２１がウォーターポンプの水に作用する。インペラ部２０には、圧力バランス孔２２等が備えられている。
【００２６】
軸部材挿入孔４０は、中央貫通孔１１ａのさらに径方向の内側に樹脂材料により形成される。軸部材挿入孔４０は、ロータ部１０からシャフト部３０を介してインペラ部２０までを貫通するように回転部材Ｘの回転軸芯上に形成される。軸部材挿入孔４０には軸部材Ｙが挿入される。回転部材Ｘの両側には第１軸支部４１ａと第２軸支部４１ｂとが形成してある。軸部材Ｙは、軸部材挿入孔４０に挿入された状態では、第１軸支部４１ａおよび第２軸支部４１ｂにのみ当接する。つまり、軸部材Ｙは、第１軸支部４１ａと第２軸支部４１ｂとの中間部として形成したシャフト部３０の内面には当接しない。
【００２７】
本実施形態では、第１軸支部４１ａは、軸部材挿入孔４０においてその外周にロータ部１０が構成される位置に対応した部位に形成され、第２軸支部４１ｂは、軸部材挿入孔４０においてその外周にインペラ部２０が構成される位置に対応した部位に形成される。
中間部４１ｃはこれら軸支部４１ａ，４１ｂの間に形成される。
【００２８】
本発明の回転部材Ｘは、回転軸芯Ｚから何れか一つの径外方向に沿った回転部材Ｘの内外面間の壁厚につき、第１軸支部４１ａと中間部４１ｃとの境界における中間部４１ｃの側の第１壁厚ｔ１、および、第２軸支部４１ｂと中間部４１ｃとの境界における中間部４１ｃの側の第２壁厚ｔ２のうち何れか薄い方の壁厚に対し、中間部４１ｃのうち何れの位置においてもその第３壁厚ｔ３が同じ若しくは大きくなるように構成してある。
本実施形態では第１壁厚ｔ１および第２壁厚ｔ２は同等の厚みに設定してあるが、第１壁厚ｔ１および第２壁厚ｔ２の厚みは異なる態様であってもよい。
【００２９】
本実施形態では、軸部材Ｙの回転軸芯Ｚと軸部材挿入孔４０の軸芯とを一致させるため、回転部材Ｘの両端部に軸部材Ｙを軸支する第１軸支部４１ａおよび第２軸支部４１ｂを形成している。
また、中間部４１ｃにおいて確実にヒケを発生させるため、中間部４１ｃの中央部の外形を紡錘状に形成し、中央部の壁厚を両端部における壁厚よりも大きく設定してある。
【００３０】
通常、樹脂材料の硬化は、図３に示したように成形時に使用する金型Ｍ１〜Ｍ４と接する領域から始まる。さらに、樹脂材料の硬化速度は、金型の一部である中子Ｍ３ａに接する軸部材挿入孔４０の側よりも、冷却され易い回転部材Ｘの外表面の側のほうが早い。即ち、シャフト部３０が形成される領域においては、注入した樹脂材料の外側表面から樹脂材料の硬化が始まり、ヒケ部４２は、既に硬化した外側表面側の樹脂材料よりも、緩やかに硬化する軸部材挿入孔４０の側に確実に形成される。即ち、当該ヒケ部４２は、軸部材挿入孔４０における径方向の外方に向って凹入するように形成される。
【００３１】
このように中間部４１ｃにおいてヒケ部４２を軸部材挿入孔４０における径方向の外方に向かわせることにより、軸部材挿入孔４０の内表面に凸部が形成されるのを確実に防止することができる。これにより、軸部材Ｙを回転部材Ｘの両端部に位置する第１軸支部４１ａおよび第２軸支部４１ｂによって確実に軸支することができるため、軸部材Ｙの回転軸芯Ｚと軸部材挿入孔４０の軸芯とが確実に一致する。そのため、回転時に軸部材Ｙのガタつき等が発生するのを防止することができる。
【００３２】
具体的には、中間部４１ｃにおける樹脂材料の注入量を、第１軸支部４１ａと中間部４１ｃとの境界位置における中間部４１ｃの側に注入する樹脂量、および、第２軸支部４１ｂと中間部４１ｃとの境界位置における中間部４１ｃの側に注入する樹脂量よりも多くする。注入量が多いことで、その部分の冷却速度が緩和され、結果的に、注入量の少ない箇所に比べてヒケ量が増大する。
【００３３】
中間部４１ｃにおける樹脂材料の注入量が、その両側の第１軸支部４１ａおよび第２軸支部４１ｂに対する注入量よりも多くなるほど、硬化後の中間部４１ｃでのヒケ量が増大する。その結果、中間部４１ｃにおける軸部材Ｙとの接触をより確実に防止することができる。
【００３４】
本実施形態では、中間部４１ｃは、軸部材挿入孔４０においてシャフト部３０を構成する位置に対応した部位に形成している。上述したように、本発明では、中間部４１ｃを形成する領域に充填する樹脂材料の注入量を多くする必要があるが、シャフト部３０の形状は特に制限を受けない。よって、樹脂材料の充填態様を任意に設定することができる。
【００３５】
＜回転部材の製造方法＞
本発明の樹脂射出成形製の回転部材Ｘは、例えば図３に示したように、複数の金型Ｍを用いて製造される。
【００３６】
当該金型Ｍは、四つに分割した金型Ｍ１〜Ｍ４を型締めして形成するキャビティの形状を、第１軸支部４１ａと第２軸支部４１ｂとの間に位置する中間部４１ｃの壁厚ｔが、第１軸支部４１ａの側における中間部４１ｃの端部の壁厚ｔ１と、第２軸支部４１ｂの側における中間部４１ｃの端部の壁厚ｔ２とのうち何れか一方において最も薄くなるように形成する。この場合、本実施形態のように、壁厚ｔ１と壁厚ｔ２とが等しくなるように構成してもよい。
【００３７】
金型Ｍは、上下左右（符号Ｍ１〜Ｍ４）に４分割されている。回転部材Ｘは、軸部材挿入孔４０を形成する中子Ｍ３ａを挿通した状態で、金型Ｍ３に設けられたゲートａからキャビティに溶融樹脂材料Ｒを注入して一体成形される（樹脂注入工程）。
【００３８】
金型Ｍの内部に挿入されたヨーク１１は、円板状の抜板に形成されたピン孔１１ｃにおいて側面支持用のピンｂ１によって支持される。この時、下部の金型Ｍ１がヨーク１１及びマグネット１２の被押し当て部５０に接触して、ヨーク１１及びマグネット１２を下方から支持する。被押当部５０は、第１被押当部５１と第２被押当部５２と第３被押当部５３とからなる。
【００３９】
第１被押し当て部５１は、金型Ｍ１に設けられた支持部ｄ１によって支持される。このように支持部ｄ１でマグネット１２をマグネット挿入孔１１ｂの内部で支持すれば、成形によってマグネット１２を適切な位置に精度良く固定することができる。第２被押当部５２は、金型Ｍ１に設けられたピン孔ｃを介して貫通されるピンｂ２によって支持される。第３押当部５３は、ヨーク１１の外周側においてヨーク１１が環状に支持される箇所である。第３被押当部５３は、金型Ｍ１の環状の支持部ｄ２によって支持される。
【００４０】
本発明のように、軸部材挿入孔４０にヒケ部４２を形成するには、注入した溶融樹脂材料Ｒの外側表面から優先的に硬化させるとよい（樹脂硬化工程）。当該硬化は、例えば、金型Ｍに中に溶融樹脂材料Ｒを充填した状態で所定温度の風を送風するなどの手法により行なう。
【００４１】
これにより、例えばシャフト部３０が形成される領域においては、注入した樹脂材料Ｒの外側表面から硬化が始まり、ヒケ部４２は、既に硬化した外側表面側の樹脂材料Ｒよりも、緩やかに硬化する軸部材挿入孔４０の側に確実に形成することができる。
【００４２】
ヨーク１１及びマグネット１２は樹脂材料の圧力に抗ってピンｂ１，ｂ２や支持部ｄ１，ｄ２によって所定位置に保持された状態である。従って、樹脂材料Ｒが硬化した後もそれらの位置が変動することなく、精度よく回転部材Ｘが一体成形される。
【００４３】
被押当部５２を支持するピンｂ２は、出退可能な押し出しピン（押し出し手段）でもある。成形時には引退位置にあってヨーク１１を支持するが、成形後にはインペラ部２０の方向へ突出することによって、一体成形後の回転部材Ｘを金型から押し出す（押し出し工程）。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の樹脂射出成形製の回転部材は、車載のウォーターポンプに用いられるインナーロータ型モータのロータユニットなどに利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｘ            回転部材
Ｙ            軸部材
Ｚ            回転軸芯
ｔ１          第１壁厚
ｔ２          第２壁厚
ｔ３          第３壁厚
Ｍ            金型
Ｒ            溶融樹脂
１０          ロータ部
２０          インペラ部
３０          シャフト部
４０          挿入孔
４１ａ        第１軸支部
４１ｂ        第２軸支部
４１ｃ        中間部
【図１】
0005418845.tif 000002
【図２】
0005418845.tif 000003
【図３】
0005418845.tif 000004