(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、接着剤で圧粉磁芯に固定された回転軸と、を備えており、穴があけられた圧粉磁芯の端部には、穴を取り囲む凸部が形成されている。【選択図】図３
2014011856.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、
を備えた電磁機器であって、
前記穴があけられた前記圧粉磁芯の端部には、前記穴を取り囲む凸部が形成されていることを特徴とする電磁機器。
【請求項２】
前記圧粉磁芯の穴は、前記圧粉磁芯を貫通する穴であり、
前記凸部は、前記圧粉磁芯の穴があけられた２つの端部の内の少なくとも１つの端部に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】
前記凸部は、前記圧粉磁芯の穴と同心であ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】
前記凸部は、磁路となることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁機器。
【請求項５】
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４のいずれか１項に記載の電磁機器。
【請求項６】
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５に記載の電磁機器。
【請求項７】
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て、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の製造方法であって、
前記穴があけられた前記圧粉磁芯の端部には、前記穴を取り囲む凸部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８】
前記圧粉磁芯の穴は、前記圧粉磁芯を貫通する穴であり、
前記凸部は、前記圧粉磁芯の穴があけられた２つの端部の内の少なくとも１つの端部に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項９】
前記凸部は、前記穴と同心であることを特徴とする請求項７又は８に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１０】
前記凸部は、磁路となることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１１】
前記電磁機器は、モータであることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の電磁機器の製造方法。
【請求項１２】
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１１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、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、を備えた電磁機器であって、前記穴があけられた前記圧粉磁芯の端部には、前記穴を取り囲む凸部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、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て、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の製造方法であって、前記穴があけられた前記圧粉磁芯の端部には、前記穴を取り囲む凸部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
圧粉磁芯の回転軸を挿入する穴を取り囲むように、穴をあけた圧粉磁芯の端部に凸部を設けることで、磁路有効断面積を低下させずに接着剤を溜める溜り部を形成できる。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】一実施形態による圧粉磁芯の回転子の概略的な上面図及び断面図。
【図２】回転子の凸部の例示的な形状を示す図。
【図３】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４】一実施形態による回転子を作成する金型の概略的な断面図。
【図５】比較例１の回転子の概略的な上面図及び断面図。
【図６】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圧粉磁芯による回転子１の概略を示し、図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。回転子１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１を貫通する穴（貫通孔）であり、回転子１の回転軸方向の２つの端部２４１及び２４２を貫いている。さらに、本実施形態においては、内輪部２４の穴２３があけられた２つの端部２４１及び２４２に、穴２３と略同心であり、穴２３より大きい直径の円状で、回転軸方向に盛り上がる凸部２０を設けている。つまり穴２３の入り口を取り囲む様に凸部２０を設けている。なお、図１においては、回転子１の回転軸方向の両側の端部２４１及び２４２に凸部２０を設けているが、いずれか一方の端部のみに設ける形態であっても良い。また、凸部２０は、穴２３を取り囲むのであれば円状以上の形状であっても良い。
【００１４】
図２は、凸部２０の様々な断面形状を示す図である。図２（Ａ）に示す様に凸部２０は、台形状とすることができる。また、図２（Ｂ）に示す様に凸部２０は、半円状とすることができる。さらに、図２（Ｃ）に示す様に凸部２０は、かまぼこ状とすることができる。なお、凸部２０が穴２３と隣接していると、回転子１を作成する金型のパンチ形状が鋭角になり、パンチの耐久性が著しく低下する可能性がある。これを避けるために、凸部２０は、穴２３と同心円状に、かつ、穴２３とは離れた位置に形成することができる。なお、凸部２０を台形形状とする場合、その傾斜角度を好ましくは４５度以下とする。これは、傾斜角度が４５度より大きいと、粉末を圧縮するのに必要な力が大きくなるためである。
【００１５】
図３は、円柱形上である回転軸１１を回転子１の穴２３に挿入し、回転軸１１と回転子１との相対的な位置を決定した後、回転軸１１を接着剤４２で回転子１に固定した状態を示している。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と回転子１の穴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の挿入前に、回転軸１１の外周面と回転子１の穴２３の内周面の両方又はいずれか一方に接着剤４２を塗布しておくことで、回転軸１１は回転子１の内周に接着固定される。なお、先に回転軸１１を穴２３に挿入し、挿入後に接着剤４２を隙間に投入して接着固定することもできる。本実施形態においては、図３に示す様に、回転軸１１の外周面と凸部２０の内周面により接着剤４２を溜めるための溜り部３３が、回転軸１１の周りに形成される。さらに、凸部２０により磁気路の有効断面積を大きくすることができ、磁気飽和を起こり難くするとの利点を有する。
【００１６】
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１に示す回転子１を形成するための原料として、絶縁被膜のある純鉄粉末であるヘガネス社製のＳｏｍａｌｏｙ７００  ３Ｐを使用した。図４は、図１の回転子１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４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１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、凸部２０を含む回転子１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４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。
【００１７】
回転子１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、上記原料をダイス７２と下パンチ７４で形成される貫通孔７１の空間に充填し、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、回転軸１１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１１と穴２３の中心が同一になる位置で、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１の巻き線部２１の上下方向から被せ、その後、回転軸１１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。
【００１８】
比較例１は、図５に示す凸部２０のない回転子６０を形成するために、図４の上パンチ７３及び下パンチ７４の加圧面の形状を変更した以外は、実施例１と同じである。なお、図５（Ａ）は回転子６０の上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。比較例２は、図６に示す回転子７０を形成するために、図４の上パンチ７３及び下パンチ７４の加圧面の形状を変更した以外は、実施例１と同じである。なお、図６（Ａ）は回転子７０の上面図であり、図６（Ｂ）は、図６（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７０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。
【００１９】
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測定した。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の直流モータの逆起定数（ｍＶｓ／ｒａｄ）を示す。
実施例１：２５．３
比較例１：２４．８
比較例２：２３．６
【００２０】
実施例１では、比較例１及び比較例２と比較して逆起定数が大きいことが分かる。これは、凸部２０を設けることにより、回転子の磁路有効断面積が比較例１及び比較例２より大きくなったためである。なお、比較例２は、溜り部２５を形成することで、比較例１より回転子の磁路有効断面積が小さくなり、よって、逆起定数が一番小さくなっている。さらに、実施例１では、比較例１の様に接着剤のはみ出しが生じることもない。
【００２１】
以上、圧粉磁芯の回転軸を挿入する穴をあけた端部の少なくとも一つに、当該穴を取り囲む様に凸部２０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。
【００２２】
なお、上記実施形態においては、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１（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】
2014011856.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014011856.tif 000005
【図４】
2014011856.tif 000006
【図５】
2014011856.tif 000007
【図６】
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