(57)【要約】【課題】容易に作製でき、しかも磁石の耐遠心力性を向上させることが可能なロータを得る。【解決手段】ロータ１０は、円筒磁石１４および保護層１６を備える。円筒磁石１４は、加熱されることで縮径するとともに常温で復径する性質を有し、シャフト１２の周囲に設けられる。高速回転による円筒磁石１４の破損を防止するための保護層１６は、熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックから形成され、円筒磁石１４の外周面１４Ｓを覆うように設けられる。保護層１６は、円筒磁石１４から保護層１６に向けての拡径方向の応力が付与されて円筒磁石１４の外周面１４Ｓに固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
加熱されることで縮径するとともに常温で復径する性質を有し、前記シャフトの周囲に設けられた円筒磁石と、
熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックから形成され、前記円筒磁石の外周面を覆うように設けられて、高速回転による前記円筒磁石の飛散を防止するための保護層と、を備え、
前記保護層は、前記円筒磁石から前記保護層に向けての拡径方向の応力を付与されて前記円筒磁石の前記外周面に固定されている、
ロータ。
【請求項２】
前記保護層は、前記繊維強化プラスチックの前躯体を前記円筒磁石の前記外周面上で硬化させたのちに前記円筒磁石を常温に戻すことで前記円筒磁石の前記外周面に固定されている、
請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記保護層は、炭素繊維強化プラスチックから形成される、
請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のロータを備えた、
電動機。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機と、
前記ロータの前記シャフトに連結された圧縮機構と、を備え、
前記電動機の回転力が前記シャフトを介して前記圧縮機構に伝達されて、前記圧縮機構にて冷媒を圧縮する、
圧縮機。
【請求項６】
シャフトと、
加熱されることで縮径するとともに常温で復径する性質を有し、前記シャフトの周囲に設けられた円筒磁石と、
熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックから形成され、前記円筒磁石の外周面を覆うように設けられて、高速回転による前記円筒磁石の飛散を防止するための保護層と、を備えたロータの製造方法であって、
熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックの前躯体を、前記円筒磁石の前記外周面に密着させて覆うように配置する工程と、
前記円筒磁石および前記前躯体を加熱し、前記円筒磁石を縮径させた状態で前記前躯体を硬化させる工程と、
硬化した前記前躯体と縮径した前記円筒磁石とを常温に戻し、前記円筒磁石から前記前躯体に向けての拡径方向の応力が付与されるように前記円筒磁石の前記外周面上に前記保護層を形成する工程と、を備える、
ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータおよびその製造方法、ならびに電動機および圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なモータ（電動機）は、ロータおよびステータを備える。ロータは、シャフトと、シャフトの周囲に設けられた磁石（永久磁石）とを含む。ロータが回転する際、シャフトの周囲に設けられた磁石には、遠心力が作用する。ロータが高速で回転した場合、遠心力を受けた磁石に割れが発生し、磁石の破片が飛散してしまうことがある。
【０００３】
特開２００９−０１７７０８号公報（特許文献１）に開示されているように、磁石に割れが発生することを防止するために、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon  Fiber  Reinforced  Plastic）等から形成される保護層を、磁石の外周面を覆うように設けることが一般的である。保護層は、遠心力を受けた磁石の変形量を小さく抑えることで、磁石に割れが発生することを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１７７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
円筒形状を有する磁石の外周面上に、ＣＦＲＰ等から形成される保護層を設けるための手法としては、たとえば、次の２つの手法が挙げられる。一つは、圧入を利用する、いわゆる締まりばめによる手法である。この手法では、円筒形状を有する保護層（ＣＦＲＰ等）の内側に、円筒磁石が圧入される。円筒磁石の周囲に配置された保護層には、圧入により残留応力が発生しており、保護層は、円筒磁石に圧縮応力を付与する。この圧縮応力により、磁石の耐遠心力性を向上させることが可能となる。しかしながらこの手法では、適度な圧縮応力が発生するような圧入を行う必要があるため、磁石および保護層に、高い寸法精度（加工精度ないし成型精度）が要求される。
【０００６】
もう一つは、接着剤を用いる、いわゆる隙間ばめによる手法である。この手法では、円筒形状を有する保護層（ＣＦＲＰ等）の内周面と円筒磁石の外周面との間に、接着剤が供給される。保護層の内周面と円筒磁石の外周面との間の空間は、接着剤により埋められるため、上記の締まりばめによる手法に比べて、磁石および保護層に高い寸法精度は要求されない。しかしながらこの手法では、接着剤を供給するという工程が必要になる。さらに、円筒磁石の周囲に配置された保護層には、残留応力がほとんどまたは全く発生せず、円筒磁石には圧縮応力が付与されないため、上記の締まりばめによる手法に比べて、磁石の耐遠心力性を向上させることができない。
【０００７】
本発明は、上述のような実情に鑑みて為されたものであって、容易に作製でき、しかも磁石の耐遠心力性を向上させることが可能なロータおよびその製造方法、ならびに電動機および圧縮機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】
【０００８】
本発明に基づくロータは、シャフトと、加熱されることで縮径するとともに常温で復径する性質を有し、上記シャフトの周囲に設けられた円筒磁石と、熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックから形成され、上記円筒磁石の外周面を覆うように設けられて、高速回転による上記円筒磁石の飛散を防止するための保護層と、を備え、上記保護層は、上記円筒磁石から上記保護層に向けての拡径方向の応力を付与されて上記円筒磁石の上記外周面に固定されている。
【０００９】
好ましくは、上記保護層は、上記繊維強化プラスチックの前躯体を上記円筒磁石の上記外周面上で硬化させたのちに上記円筒磁石を常温に戻すことで上記円筒磁石の上記外周面に固定されている。
【００１０】
好ましくは、上記保護層は、炭素繊維強化プラスチックから形成される。
本発明に基づく電動機は、上記のロータを備える。
【００１１】
本発明に基づく圧縮機は、上記の電動機と、上記ロータの上記シャフトに連結された圧縮機構と、を備え、上記電動機の回転力が上記シャフトを介して上記圧縮機構に伝達されて、上記圧縮機構にて冷媒を圧縮する。
【００１２】
本発明に基づくロータの製造方法は、シャフトと、加熱されることで縮径するとともに常温で復径する性質を有し、上記シャフトの周囲に設けられた円筒磁石と、熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックから形成され、上記円筒磁石の外周面を覆うように設けられて、高速回転による上記円筒磁石の飛散を防止するための保護層と、を備えたロータの製造方法であって、熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックの前躯体を、上記円筒磁石の上記外周面に密着させて覆うように配置する工程と、上記円筒磁石および上記前躯体を加熱し、上記円筒磁石を縮径させた状態で上記前躯体を硬化させる工程と、硬化した上記前躯体と縮径した上記円筒磁石とを常温に戻し、上記円筒磁石から上記前躯体に向けての拡径方向の応力が付与されるように上記円筒磁石の上記外周面上に上記保護層を形成する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
上記の構成においては、縮径した円筒磁石の外周面上で前躯体が硬化することで、円筒磁石の外周面に保護層が形成されるため、容易に作製でき、しかも磁石の耐遠心力性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態におけるロータが適用された圧縮機を示す断面図である。
【図２】実施の形態におけるロータを示す断面図である。
【図３】実施の形態におけるロータの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図４】実施の形態におけるロータの製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図５】実施の形態におけるロータの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図６】比較例１におけるロータを示す断面図である。
【図７】比較例２におけるロータを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。図１は、実施の形態におけるロータ１０が適用された圧縮機１００を示す断面図である。
【００１６】
（圧縮機１００）
図１に示すように、圧縮機１００は、スクロール型の圧縮機であり、ハウジング１、カバー５、圧縮機構６、弁ユニット９、シャフト１２、およびモータ２０を備える。ハウジング１は、モータハウジング２、フロントハウジング３、および吐出ハウジング４を含む。モータハウジング２は、モータ２０を収容している。モータハウジング２とカバー５とによって形成される空間内には、モータ駆動回路２２が設けられる。モータ駆動回路２２は、クラスタブロック２４を介してモータ２０に電気接続されている。
【００１７】
フロントハウジング３の内側には、バランサ一体型ブッシュ１８が設けられている。吐出ハウジング４は、有底円筒状の形状を有し、モータハウジング２の開口端を閉じるように配置される。シャフト１２に連結された圧縮機構６は、旋回スクロール７および固定スクロール８を含む。旋回スクロール７と固定スクロール８との間には、圧縮室Ｒ１が形成される。固定スクロール８には、吐出口８Ｈが設けられる。
【００１８】
電動機としてのモータ２０は、ステータ１１およびロータ１０を含む。モータ２０が生成した回転力は、シャフト１２およびバランサ一体型ブッシュ１８を介して旋回スクロール７に伝達される。旋回スクロール７が固定スクロール８に対して公転することで、圧縮機構６が作動する。圧縮室Ｒ１内に吸入された冷媒は、圧縮室Ｒ１内で圧縮機構６により圧縮される。圧縮された冷媒は、弁ユニット９を押し開いて吐出室Ｒ２内に到達し、吐出ポート４Ｈを通して図示しない所定の装置へ供給される。
【００１９】
（ロータ１０）
図２は、実施の形態におけるロータ１０を示す断面図である。ロータ１０は、シャフト１２、円筒磁石１４、および保護層１６を備える。円筒磁石１４は、円筒状の形状を有し、シャフト１２の周囲を取り囲むように設けられる。円筒磁石１４は、加熱されることで縮径するとともに常温で復径する（拡径する）性質を有する材料から形成される。円筒磁石１４の具体的な材料としては、たとえば、ネオジム焼結磁石などの希土類焼結磁石に、ラジアル配向を施したものを用いることができる。
【００２０】
保護層１６は、円筒状の形状を有する。保護層１６は、高速回転による円筒磁石１４の破損または飛散を防止するための部材であり、円筒磁石１４の外周面１４Ｓを覆うように設けられる。保護層１６は、熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチックから形成される。保護層１６の材料としては、たとえば、エポキシ樹脂をマトリクスとして含有する、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いることができる。保護層１６の材料としては、ＣＦＲＰ以外の、各種の繊維強化プラスチックが用いられても構わない。
【００２１】
ここで、保護層１６は、繊維強化プラスチックの硬化前の前躯体（たとえばプリプレグ）を円筒磁石１４の外周面１４Ｓ上で硬化させ、常温に戻された円筒磁石１４から保護層１６に向けての拡径方向の応力を付与されることで円筒磁石１４の外周面１４Ｓに固定されている。ここで言う「固定されている」とは、保護層１６が円筒磁石１４の外周面１４Ｓに直接接合されている場合に限られず、円筒磁石１４の表面に被膜（塗膜）が形成され、その被膜に保護層１６が接合されている場合をも含む。また、保護層１６が円筒磁石１４の外周面１４Ｓに直接接合されている場合について、たとえば、径方向に延びる線Ｌ１，Ｌ２に沿ってロータ１０を切断し、保護層１６の一部１６Ｐと円筒磁石１４の一部１４Ｐとを切り出したとする。線Ｌ１，Ｌ２の内角θは、たとえば３０°である。
【００２２】
保護層１６が円筒磁石１４の外周面１４Ｓに直接接合されているとは、切り出した保護層１６の一部１６Ｐが円筒磁石１４の一部１４Ｐから容易には離間しない状態を言う。保護層１６が円筒磁石１４の外周面１４Ｓに直接接合されているとは、たとえば、切り出した保護層１６の一部１６Ｐを、円筒磁石１４の一部１４Ｐの重力方向の下方に位置させたとしても、これらが互いに分離しない状態を言う（保護層１６の一部１６Ｐが円筒磁石１４の一部１４Ｐから離れない状態（落下しない状態）を言う）。これは、円筒磁石１４の表面に被膜が形成され、その被膜に保護層１６が接合されている場合についても同様である。たとえば、円筒磁石１４の表面に被膜が形成され、その被膜に保護層１６が接合されている場合とは、切り出した保護層１６の一部を、円筒磁石１４の一部の重力方向の下方に位置させたとしても、切り出した保護層１６の一部が被膜から離れない（落下しない）状態を言う。
【００２３】
（ロータ１０の製造方法）
図３を参照して、ロータ１０を作製するためには、まず、円筒形状を有する円筒磁石１４が準備される。円筒磁石１４は、加熱されることで縮径するとともに常温で復径する性質を有している。次に、常温下において、前躯体１６Ｒ（硬化する前の状態のもの）を、円筒磁石１４の外周面１４Ｓに密着させて覆うように配置する。前躯体１６Ｒは、熱硬化性樹脂をマトリクスとして含有する繊維強化プラスチック（たとえばＣＦＲＰ）の前躯体である。図３に示す状態において（加熱前の状態において）、円筒磁石１４は、外径Ｄ１（外周面１４Ｓの直径）を有している。
【００２４】
図４を参照して、円筒磁石１４および前躯体１６Ｒを加熱する。図４に示すように、加熱の際には、円筒磁石１４の内側にはシャフト１２（図２参照）が配置されていないこと（円筒磁石１４の内側が中空であること）が好ましい。加熱された円筒磁石１４は、縮径する。図４に示す状態において（加熱されている状態において）、円筒磁石１４は、外径Ｄ２（外周面１４Ｓの直径）を有している。外径Ｄ２は、外径Ｄ１よりも小さい。
【００２５】
円筒磁石１４が縮径することに伴って、前躯体１６Ｒも、円筒磁石１４の外周面１４Ｓの形状変化に倣うように変形する。前躯体１６Ｒは、円筒磁石１４と同様に縮径する。この状態で（すなわち、円筒磁石１４を縮径させた状態で）、前躯体１６Ｒは、加熱されることによって硬化する。
【００２６】
図５を参照して、縮径した円筒磁石１４および硬化した前躯体（保護層１６）の温度を常温に戻す。円筒磁石１４は、加熱を解除されることで復径する。円筒磁石１４が外径Ｄ１を有するように広がろうとする。円筒磁石１４から硬化した前躯体に向けての拡径方向の応力が付与されることにより、円筒磁石１４の外周面１４Ｓ上に固定された保護層１６が形成される。この際、前躯体（保護層１６）は縮径した状態で硬化しているため、拡径して形成された保護層１６の内部には残留応力が発生する。結果として、保護層１６は、円筒磁石１４に圧縮応力を付与することになる（図５中の白矢印を参照）。この圧縮応力により、円筒磁石１４の耐遠心力性を向上させることが可能となる。以上のようにして得られた円筒磁石１４の内側にシャフト１２（図２）を嵌め込むことで、ロータ１０（同図）が得られる。
【００２７】
（作用および効果）
円筒磁石１４の外周面１４Ｓに保護層１６を設けるための手法として、円筒磁石１４の外周面１４Ｓに密着させて覆うように、前躯体１６Ｒが配置される。前躯体１６Ｒを硬化させることで、円筒磁石１４の外周面１４Ｓに保護層１６を形成できる。
【００２８】
図６（比較例１）を参照して、仮に、硬化した保護層１６ａを準備し、円筒磁石１４を保護層１６ａの内側に圧入してロータ１０ａを作製したとする。この手法では、適度な圧縮応力が発生するような圧入を行う必要があるため、円筒磁石１４および保護層１６ａに高い寸法精度（加工精度ないし成型精度）が要求されることになる。
【００２９】
これに対して上述の実施の形態では、円筒磁石１４の外周面１４Ｓ上に設けられた前躯体１６Ｒを硬化させることで、円筒磁石１４の外周面１４Ｓに保護層１６を形成できる。したがって上述の実施の形態は、図６に示す場合に比べて、高い寸法精度（加工精度ないし成型精度）が要求されることはないため、容易に作製できると言える。
【００３０】
図７（比較例２）を参照して、仮に、硬化した保護層１６ｂを準備し、円筒磁石１４を保護層１６ｂの内側に配置し、円筒磁石１４と保護層１６ｂとの間の隙間を接着剤１５で埋めてロータ１０ｂを作製したとする。この手法（隙間ばめ）では、上記の図６に示す比較例１（締まりばめ）による手法に比べて、高い寸法精度は要求されない。しかしながらこの手法では、接着剤１５を供給するという工程が必要になる。さらに、円筒磁石１４の周囲に配置された保護層１６ｂには、残留応力がほとんどまたは全く発生しないため、上記の比較例１（締まりばめ）による手法に比べて、磁石の耐遠心力性を向上させることができない。
【００３１】
これに対して上述の実施の形態では、接着剤１５を供給するという工程が不要であり、接着剤１５を用いない分、部品点数を少なくすることができる。さらに、円筒磁石１４は、加熱を解除されることで復径する。円筒磁石１４が広がろうとすることに対して、前躯体（保護層１６）は縮径した状態で硬化しているため、保護層１６の内部に残留応力が発生する。結果として、保護層１６は、円筒磁石１４に圧縮応力を付与することになる。この圧縮応力により、円筒磁石１４の耐遠心力性を向上させることが可能となる。
【００３２】
実施の形態において、前躯体１６Ｒを硬化させる際の温度をより高くすることによって、円筒磁石１４は、より小さな外径Ｄ２を有するように縮径する。当該構成によれば、加熱を解除した後に、保護層１６の内部により大きな残留応力が発生する。結果として、保護層１６は、円筒磁石１４により大きな圧縮応力を付与することになり、円筒磁石１４の耐遠心力性をより向上させることが可能となる（より高速な回転に対応可能となる）。
【００３３】
［他の実施の形態］
上述の実施の形態は、圧縮機１００に適用されたロータ１０に基づいて説明した。圧縮機１００が動作している際に生じ得るロータ１０の温度を考慮して、前躯体１６Ｒを硬化させる際の温度が決定されるとよい。たとえば、圧縮機１００の動作中にロータ１０に生じ得る最高温度よりも高い温度で、前躯体１６Ｒを硬化させることができる。当該温度設定によれば、十分な耐遠心力性が得られる。また、前躯体１６Ｒとしては、シート状のプリプレグを用いる場合に限られない。他の前躯体１６Ｒとして、繊維自体に樹脂を含浸させたものを用い、円筒磁石１４に巻回してもよい（フィラメントワインディング法）。
【００３４】
上述の実施の形態は、圧縮機１００に適用されたロータ１０に基づいて説明した。上記の内容は、圧縮機以外の装置に搭載されるモータにも適用可能である。上記の内容は、スクロール式の圧縮機以外の圧縮機に搭載されるモータにも適用可能である（たとえば遠心式の圧縮機にも適用可能である）。
【００３５】
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３６】
１  ハウジング、２  モータハウジング、３  フロントハウジング、４  吐出ハウジング、４Ｈ  吐出ポート、５  カバー、６  圧縮機構、７  旋回スクロール、８  固定スクロール、８Ｈ  吐出口、９  弁ユニット、１０，１０ａ，１０ｂ  ロータ、１１  ステータ、１２  シャフト、１４  円筒磁石、１４Ｐ，１６Ｐ  一部、１４Ｓ  外周面、１５  接着剤、１６，１６ａ，１６ｂ  保護層、１６Ｒ  前躯体、１８  バランサ一体型ブッシュ、２０  モータ、２２  モータ駆動回路、２４  クラスタブロック、１００  圧縮機、Ｄ１，Ｄ２  外径、Ｌ１，Ｌ２  線、Ｒ１  圧縮室、Ｒ２  吐出室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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