(57)【要約】【課題】磁路有効断面積を低下させず、接着剤のはみ出しによる不良を防止する電磁機器を提供する。【解決手段】電磁機器は、圧粉磁芯と、圧粉磁芯の穴に挿入され、接着剤で固定された回転軸と、を備えており、圧粉磁芯の穴に挿入された回転軸の部分の表面には、回転軸の回転方向に溝が形成されている。【選択図】図４
2014011855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧粉磁芯と、
前記圧粉磁芯の穴に挿入され、接着剤で前記圧粉磁芯に固定された回転軸と、
を備え、
前記圧粉磁芯の穴に挿入された前記回転軸の部分の表面には、前記回転軸の回転方向に溝が形成されていることを特徴とする電磁機器。
【請求項２】
前記溝は、前記回転軸の一周に渡り形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁機器。
【請求項３】
前記回転軸に形成された溝は、前記圧粉磁芯の前記穴の入り口の近傍に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁機器。
【請求項４】
前記圧粉磁芯の穴は、前記圧粉磁芯を貫通する穴であり、
前記回転軸に形成された溝は、前記圧粉磁芯の穴の２つの入り口の内の少なくとも１つの入り口の近傍に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁機器。
【請求項５】
前記回転軸には、前記回転軸と前記圧粉磁芯との相対的な位置決めのため、前記圧粉磁芯の穴には挿入できない大きさの凸部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁機器。
【請求項６】
前記電磁機器は、モータであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁機器。
【請求項７】
前記モータは、ブラシ付き直流モータであることを特徴とする請求項６に記載の電磁機器。
【請求項８】
圧粉磁芯の穴に回転軸を挿入し、
前記圧粉磁芯と前記回転軸の相対的な位置を決定し、接着剤により前記回転軸を前記圧粉磁芯に固定する電磁機器を製造するにあたり、
前記圧粉磁芯の穴に挿入される前記回転軸の部分の表面には、前記回転軸の回転方向に溝が形成されていることを特徴とする電磁機器の製造方法。
【請求項９】
前記溝は、前記回転軸の一周に渡り形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１０】
前記回転軸に形成された溝は、前記圧粉磁芯の穴の入り口の近傍に位置することを特徴とする請求項８又は９に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１１】
前記圧粉磁芯の穴は、前記圧粉磁芯を貫通する穴であり、
前記回転軸に形成された溝は、前記圧粉磁芯の穴の２つの入り口の内の少なくとも１つの入り口の近傍に位置することを特徴とする請求項８又は９に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１２】
前記圧粉磁芯と前記回転軸の相対的な位置は、前記溝が、前記圧粉磁芯の穴の中において、前記圧粉磁芯の穴の入り口の近傍に位置する様に前記回転軸を前記穴に挿入することにより決定されることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１３】
前記回転軸には、前記圧粉磁芯の穴には挿入できない大きさの凸部が設けられており、
前記圧粉磁芯と前記回転軸の相対的な位置は、前記回転軸の凸部が前記圧粉磁芯の穴をあけた端部に接することにより決定されることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１４】
前記電磁機器は、モータであることを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１５】
前記モータは、ブラシ付き直流モータであることを特徴とする請求項１４に記載の電磁機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁芯を用いた電磁機器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータやトランス、リアクタ等の各種電磁機器の磁芯としては、これまで積層鋼板が主に用いられてきたが、近年、磁芯の渦電流損を低減することを目的に軟磁性粉末の表面に絶縁性被膜を形成して絶縁性を高めた圧粉磁芯が開発されてきている。圧粉磁芯の利点は、３次元形状でも成形することが可能なことである。たとえば使用する磁芯の巻き線部のみを低くした段差形状を形成することで、巻き線の長さを短くすることができるため、銅損を減少させて電磁機器の効率を向上させることができる。
【０００３】
圧粉磁芯をモータの回転子に適用する場合、回転軸を回転子に固定する必要がある。しかし、圧粉磁芯は、積層鋼板と異なり脆いため、回転軸を圧入しようとすると、割れたり、クラックが入ったりすることがある。そのため回転軸を圧入するのではなく、接着剤により回転軸を固定することを考えることができる。ここで、回転子の磁路有効断面積を大きくするためは、圧粉磁芯と回転軸の隙間は狭い方がよい。しかし、その隙間に合うように接着剤の量を調節するのは難しく、接着剤が隙間からはみ出すことがあった。接着剤がはみ出すと、回転子の寸法ばらつきが大きくなり、さらに、他の部材との干渉等の不良が多発する恐れがある。
【０００４】
このため、特許文献１は、圧粉磁芯の軸方向の端部の接着剤を塗布する側を、他の部分よりも低くし、これにより余分な接着剤を溜める溜り部を形成して接着剤がはみ出すことを防止する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６４８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法を圧粉磁芯の回転子に適用すると、接着剤を溜める溜り部を形成することで回転子の磁路有効断面積が低下しモータ特性が低下することになる。
【０００７】
本発明は、磁路有効断面積を低下させず、接着剤のはみ出しによる不良を防止する電磁機器及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によると、電磁機器は、圧粉磁芯と、前記圧粉磁芯の穴に挿入され、接着剤で前記圧粉磁芯に固定された回転軸と、を備え、前記圧粉磁芯の穴に挿入された前記回転軸の部分の表面には、前記回転軸の回転方向に溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様によると、電磁機器の製造方法は、圧粉磁芯の穴に回転軸を挿入し、前記圧粉磁芯と前記回転軸の相対的な位置を決定し、接着剤により前記回転軸を前記圧粉磁芯に固定する電磁機器を製造するにあたり、前記圧粉磁芯の穴に挿入される前記回転軸の部分の表面には、前記回転軸の回転方向に溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
回転軸の溝が接着剤を溜めるため、磁路有効断面積を低下させず、回転軸を挿入した際に接着剤がはみ出すことを防止することができる。よって、磁路有効断面積を低下させずに、接着剤がはみ出すことにより生ずる不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による回転軸の概略的な断面図。
【図２】一実施形態による圧粉磁芯の回転子の概略的な上面図及び断面図。
【図３】一実施形態による圧粉磁芯の回転子を示す概略的な斜視図。
【図４】回転軸に設けた溝の例示的な形状を示す図。
【図５】一実施形態による回転子に回転軸を接着剤で固定している状態を示す図。
【図６】一実施形態による回転子に回転軸を接着剤で固定している状態を示す図。
【図７】図２の回転子を作成する金型の概略的な断面図。
【図８】実施例１の回転子に使用した回転軸の概略的な断面図。
【図９】比較例１及び２の回転子に使用した回転軸の概略的な断面図。
【図１０】比較例２の回転子の概略的な上面図及び断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。また、各図において、同じ参照符号は、同様の要素を示している。なお、電磁機器として、圧粉磁芯を回転子として有するブラシ付き直流モータを使用して本実施形態を説明するが、何らかの軸を圧粉磁芯に挿入して使用する他の電磁機器に対しても本発明を適用可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態における回転子の回転軸１１の概略的な断面図である。なお、本実施形態において回転軸１１は円柱状であるものとする。図１に示す様に、回転軸１１の表面には、接着剤を溜めるための凹部を形成するため、回転軸１１の回転方向の一周に渡り溝１２を設けている。なお、溝１２は、回転方向の一周ではなく一部とすることもできる。また、図１においては溝１２を１つだけ設けているが、複数の溝１２を設けることもできる。図２は、本実施形態における圧粉磁芯による回転子２０の概略を示し、図２（Ａ）は上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、図２の回転子２０の斜視図である。回転子２０は、巻き線を行う巻き線部２１と、直流モータにおいてマグネットに対向する外輪部２２と、内輪部２４と、を備えている。なお、内輪部２４には、外輪部２２及び内輪部２４と略同心であり、回転軸が挿入される穴２３が設けられている。なお、穴２３は、回転子２０を貫通する穴（貫通孔）であり、回転子２０の回転軸方向の２つの端部２４１及び２４２を貫いている。回転軸１１は、回転子２０の穴２３に挿入されて固定されるが、このとき、回転軸１１の溝１２が、穴２３内で、かつ、穴２３があけられた一方の端部、例えば、端部２４１の近傍に位置する様に回転軸１１は回転子２０に固定される。言い換えると、溝１２が、穴２３内において穴２３の２つの入り口のうちの一方の入り口の近傍に位置する様に、回転軸１１は回転子２０に固定される。
【００１４】
図４は、接着剤を溜めるための溝１２の様々な形状を示す断面図である。例えば、溝１２は、図４（Ａ）に示す長方形状３０とすることができる。また、溝１２は、図４（Ｂ）に示す甲丸状（かまぼこ状）３１とすることや、図４（Ｃ）に示す半円状３１とすることができる。なお、図４に示す形状は例示であり、これら以外の形状であっても良い。さらに、回転軸１１は、図４（Ｄ）に示す様に、回転軸１１の挿入方向に対して、溝１２の上流側に凸形状の凸部３４を設けた構成とすることもできる。ここで、凸部３４は、穴２３の径より大きく、穴２３には挿入されない様な大きさ・形状とする。なお、図４（Ｄ）の溝１２及び凸部３４は共に半円状であるが、溝１２及び凸部３４の形状は同じである必要はなく、それぞれ異なる形状とすることができる。
【００１５】
図５は、回転軸１１を回転子２０の穴２３に挿入し、接着剤４２で固定している状態を示している。なお、図５においては長方形状の溝１２を有する回転軸１１を示している。図５に示す様に、溝１２が回転子２０の穴２３の入り口近傍に位置する様に、回転軸１１は回転子２０に固定される。なおこのとき、溝１２が位置する端部側から回転軸１１を挿入することが好ましい。回転軸１１の径は、穴２３の径より僅かに小さく設定されており、回転軸１１を穴２３に内挿した際には、回転軸１１と穴２３の内周面との間には僅かな隙間が形成される様になっている。回転軸１１の外周面と回転子２０の穴２３の内周面の両方又はいずれか一方には、回転軸１１の挿入前に接着剤４２を塗布しておくことで、回転軸１１は回転子２０の内周に接着固定される。回転軸１１には接着剤を溜めるための溝１２を設けているため、隙間に入りきらなかった接着剤４２を、溝１２と回転子２０の穴２３の内周面で構成される接着剤の溜り部に溜めることができる。なお、溝１２を目安として、回転軸１１と回転子２０の相対的な位置を決めることが可能になる。つまり、溝１２が、回転子２０の穴２３内で、かつ、その入り口近傍となる様に、回転軸１１と回転子２０の相対位置を決定することができる。
【００１６】
図６は、図３（Ｄ）に示す凸部３４を有する回転軸１１を回転子２０の穴２３に挿入し、接着剤４２で固定している状態を示している。凸部３４が回転子２０の穴２３をあけた端部に接することで、回転軸１１と回転子２０の相対位置を決めることが可能になる。つまり、凸部３４を設けることで回転子２０に対する回転軸１１の位置決めが容易になる。
【００１７】
以下、本実施形態による効果について、実施例１、比較例１及び比較例２と呼ぶ回転子によりブラシ付き直流モータを作成して比較した。まず、本実施形態に従う実施例１の直流モータの製造方法について具体的に説明する。図２及び３に示す回転子２０を形成するための原料として、絶縁被膜を含む純鉄粉末であるヘガネス社製のＳｏｍａｌｏｙ７００  ３Ｐを使用した。図７は、回転子２０を形成するための金型の概略的な断面図を示している。図７の金型は、貫通孔７１を有するダイス７２と、貫通孔７１を上下に昇降可能な様に貫通孔７１に嵌められる下パンチ７４及び上パンチ７３と、回転子の回転軸を挿入する穴２３を形成するためのコア７５と、を備えている。なお、ダイス７２には、温間成形のためのヒータ７６が設けられている。ダイス７２と下パンチ７４で形成される貫通孔７１の空間に上記原料を充填して上パンチ７３で加圧することで回転子２０の成形を行う。なお、上パンチ７３及び下パンチ７４の加圧面には、回転子２０の回転軸方向の端部２４１及び２４２の形状を形成するための段差が設けられている。なお、図７において、巻き線部２１及び外輪部２２を形成するためのダイス７２の内側の形状については、図の簡略化のため省略している。
【００１８】
回転子２０の形成において、最初に、ヒータ７６によりダイス７２を８０℃に加熱した。その後、貫通孔７１の内壁面に、摩擦低減のため、アセトンに分散させたステアリン酸リチウムを噴霧した。アセトンが揮発した後、上記原料を貫通孔７１と下パンチ７４で形成される空間に充填し、９００ＭＰａの成形圧で成形した。その後、大気中５３０℃で３０分間熱処理した。熱処理後、図８に示す凸部３４を有する回転軸８０に、紫外線硬化型嫌気性接着剤（アセック株式会社製、エースタイトＡＳ−５５１３）を塗布し、回転軸８０の凸部３４が回転子２０の回転軸方向の端部に接触する位置まで挿入した。その後、回転子２０の穴２３と、回転軸８０の中心が同一になる位置で、回転軸８０を挿入した方向の反対側からＵＶ照射を８ｍｍの距離より３秒間実施した。その後、巻き線用のインシュレータを回転子２０の巻き線部２１の上下方向から被せ、その後、回転軸８０に整流子を固定した。その後、φ０．１６の被覆銅線を用いて１２７回の巻き数コイルを各巻き線部２１に計５個作成し、整流子への結線を行ってブラシ付き直流モータを作成した。
【００１９】
比較例１は、図９に示す溝１２のない回転軸９０を使用した以外は、実施例１と同じである。比較例２は、図９に示す溝１２のない回転軸９０を使用したことと、回転子２０とは回転軸方向の端部の形状が異なる回転子１００を使用したこと以外は、実施例１と同じである。図１０に、比較例２の回転子１００の概略を示す。なお、図１０（Ａ）は回転子１００の上面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。比較例２は、特許文献１に開示されている様に、回転子１００の回転軸方向の各端部において、回転軸側の領域を低くし、つまり、穴２３を広げ、接着剤の溜り部２５を形成したものである。
【００２０】
実施例１、比較例１及び比較例２の各直流モータについて、その重要な特性である逆起定数を求めた。なお、比較例１では、接着剤がはみ出して横に広がり、巻き線用のインシュレータに干渉したため、干渉する部分に関しては、接着剤を剥離してインシュレータの組み込みを行った。以下に、実施例１のモータと、比較例１及び比較例２のモータの逆起定数（ｍＶｓ／ｒａｄ）を示す。
実施例１：２４．９
比較例１：２４．８
比較例２：２３．６
【００２１】
実施例１では、比較例１と異なり溝１２を有する回転軸８０を使用しているため、接着剤のはみ出しが生じることはない。なお、実施例１と比較例１の逆起定数は同等である。これは、回転子の磁路有効断面積が、実施例１と比較例１では同じであるためである。一方、実施例１は、比較例２より逆起定数が大きいことが分かる。これは、比較例２が、接着剤の溜り部２５を形成するために、回転子１００の回転軸側の端部を低くしたことで、回転子の磁路有効断面積が小さくなったためである。
【００２２】
以上、圧粉磁芯の回転軸の表面に、回転軸の円周方向の溝を形成することで、磁路有効断面積を低下させず、接着剤のはみ出しによる不良を防止する電磁機器を形成することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態においては、回転軸の溝が、回転軸を通すための穴２３の２つの入り口の一方の入り口近傍に位置する様にしていた。しかしながら、２つの溝を回転軸に設け、両方の入り口近傍に回転軸の溝が位置する様に回転軸を固定する形態であっても良い。また、穴２３が回転軸を貫通する貫通孔であるものとしていたが、回転軸を貫通しない穴であっても良い。つまり、具体的には、図２（Ｂ）において、端部２４２側には穴が無く、端部２４１側からの穴が途中で止まっている形態であっても良い。さらに、穴２３の形状を円柱状としていたが、多角形柱状とすることもできる。また、回転軸についても円柱状としていたが、多角形柱状とすることができる。
【図１】
2014011855.tif 000003
【図２】
2014011855.tif 000004
【図３】
2014011855.tif 000005
【図４】
2014011855.tif 000006
【図５】
2014011855.tif 000007
【図６】
2014011855.tif 000008
【図７】
2014011855.tif 000009
【図８】
2014011855.tif 000010
【図９】
2014011855.tif 000011
【図１０】
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