(57)【要約】【課題】鉄損を抑制でき、もって高性能なモータ用コアを製造することのできるモータ用コアの製造方法と製造装置を提供する。【解決手段】モータ用コアの製造方法であって、磁性材料を堆積させて磁性面材Ｊを形成し、磁性面材Ｊの上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材Ｚを形成し、これら磁性面材Ｊの形成と絶縁性面材Ｚの形成を順次繰り返して所定厚みのモータ用コアを製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ用コアの製造方法であって、
磁性材料を堆積させて磁性面材を形成し、該磁性面材の上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材を形成し、これら磁性面材の形成と絶縁性面材の形成を順次繰り返して所定厚みのモータ用コアを製造するモータ用コアの製造方法。
【請求項２】
磁性材料を堆積させる第１のステーション、絶縁材料を堆積させる第２のステーション、第１、第２のステーションの間にあって不活性ガス雰囲気にある第３のステーションを備え、基材を第１、第２、第３のステーション間で移送させる製造装置を用意し、第３のステーションを介して第１のステーションと第２のステーションに基材を順次移送させながら磁性面材と絶縁性面材を順次形成する請求項１に記載のモータ用コアの製造方法。
【請求項３】
磁性材料の堆積と絶縁材料の堆積がCVD法にて実行される請求項１または２に記載のモータ用コアの製造方法。
【請求項４】
磁性材料を堆積させる第１のステーション、
絶縁材料を堆積させる第２のステーション、
第１、第２のステーションの間にあって不活性ガス雰囲気にある第３のステーション、
基材を第１、第２、第３のステーション間で移送させる移送手段、を備え、
前記移送手段によって、第３のステーションを介して第１のステーションと第２のステーションに基材を順次移送させながら磁性面材と絶縁性面材を順次形成し、所定厚みのモータ用コアを製造するモータ用コアの製造装置。
【請求項５】
第１のステーション、第２のステーションがCVDにて磁性材料の堆積と絶縁材料の堆積を実行する請求項４に記載のモータ用コアの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコアやロータコアといったモータ用コアの製造方法と製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。
【０００３】
モータの性能を向上させるには、モータ内部で発生する各種損失を如何に低減できるかが課題である。例えば、電気入力後においては、モータを構成するコイルにおいて導体抵抗損失に起因する銅損が生じ、ロータやステータには渦電流損失やヒステリシス損失に起因する鉄損（または高周波鉄損）が生じ、これらの損失に応じてモータ効率やトルク性能が低下することとなる。この渦電流損失は磁束密度の変化によって齎される損失であり、ヒステリシス損失は磁束密度波形に起因する損失である。
【０００４】
ところで、ステータコアやロータコアといったモータ用コアは電磁鋼板を所定厚さまで積層し、電磁鋼板同士をかしめや溶接にて接合することでコアの一体化が図られており、たとえば特許文献１にはかしめによる接合方法が開示されている。
【０００５】
これらかしめや溶接にて電磁鋼板同士を接合する方法では、電磁鋼板同士が面接触していることで上記する鉄損が生じ易い。
【０００６】
かしめによる方法ではさらに、電磁鋼板のかしめの際に磁区が乱され、これによって磁束流れが阻害されることで鉄損が増大するといった課題もある。
【０００７】
一方、溶接による方法ではさらに、溶接箇所を介してコア内部が短絡し易くなり、結果として大きな渦電流が発生して鉄損が増大するといった課題がある。
【０００８】
また、これらかしめや溶接による接合方法以外に接着剤によって電磁鋼板同士の一体化を図る方法もあるが、接着剤にて接着する方法では、往々にして耐熱性能の低い接着剤による接着箇所において、モータ駆動時の高温雰囲気下でその接着強度が低下してしまい易く、コア自体の耐久性低下に直結するといった課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−９６３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、鉄損を抑制でき、もって高性能なモータ用コアを製造することのできるモータ用コアの製造方法と製造装置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】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明によるモータ用コアの製造方法は、磁性材料を堆積させて磁性面材を形成し、該磁性面材の上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材を形成し、これら磁性面材の形成と絶縁性面材の形成を順次繰り返して所定厚みのモータ用コアを製造するものである。
【００１２】
本発明のモータ用コアの製造方法は、磁性材料を堆積させて磁性面材を形成し、磁性面材の上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材を形成し、これら二種類の面材の形成を順次繰り返すことにより、かしめや溶接、接着剤等によることなくモータ用コアを製造することのできる方法である。したがって、上記するかしめや溶接の具備する課題、中でも鉄損が生じ易いといった課題を効果的に解消することができるものである。
【００１３】
モータ用コアは、ステータコアやロータコアを包含する意味である。したがって、本発明の製造方法にてステータコアを製造する場合は、磁性面材、絶縁性面材ともに、円環状のヨークと該ヨークから径方向に突出する複数のティースを備えた面材を形成することになる。また、ロータコアを製造する場合は、中央にシャフト軸孔を備えた円環状の面材を形成することになる。
【００１４】
本発明の製造方法では、磁性面材は磁性材料を堆積させて、絶縁性面材は絶縁材料を堆積させてそれらの面材を順次形成することから、それぞれに固有の、しかも任意の厚みで面材を形成することが可能になる。また、従来の電磁鋼板を積層する方法では、電磁鋼板の薄膜化が困難であって、せいぜい0.15mm程度の板厚が限界であったのに対して、磁性材料を堆積させる方法で磁性面材が形成されることから、磁性面材の薄膜化が可能になる。
【００１５】
ここで、磁性面材、絶縁性面材の形成方法は、磁性面材と絶縁性面材をともにCVD法やPVD法で形成する方法や、磁性面材をCVD法やPVD法にて形成し、絶縁性面材をゾルゲル法にて形成する方法などが適用できる。特にCVD法を適用することで、PVD法のように真空雰囲気を形成することなく、ナノオーダーの薄厚の磁性面材を容易に形成することが可能になる。
【００１６】
また、磁性材料としては鉄やコバルト、ニッケルや、これらにケイ素が加えられた材料粉末、電磁鋼板と同様の材料粉末などが挙げられる。一方、絶縁材料は、ガラス粉末、アルミニウムやステンレスなどの非磁性金属粉末、尿素樹脂やメラミン樹脂、フェノール樹脂をはじめとする熱硬化性樹脂粉末などが挙げられる。
【００１７】
また、本発明のモータ用コアの製造方法の他の実施の形態は、磁性材料を堆積させる第１のステーション、絶縁材料を堆積させる第２のステーション、第１、第２のステーションの間にあって不活性ガス雰囲気にある第３のステーションを備え、基材を第１、第２、第３のステーション間で移送させる製造装置を用意し、第３のステーションを介して第１のステーションと第２のステーションに基材を順次移送させながら磁性面材と絶縁性面材を順次形成するものである。
【００１８】
磁性面材、絶縁性面材をそれぞれ形成する固有の第１、第２のステーションを有し、第１、第２の各ステーションの間に窒素ガス等の不活性ガスで双方のステーションを遮蔽する第３のステーションを介在させた製造装置を用いて本発明の製造方法を実施することで、磁性面材の薄膜化が図られ、鉄損が生じ難いモータ用コアを効率的に製造することが可能になる。
【００１９】
ここで、第１、第２のステーションともにCVD装置を有していて、CVDにて双方のステーションで磁性面材と絶縁性面材が形成されるのがよい。
【００２０】
第１、第２のステーションの間に不活性ガス雰囲気下にある第３のステーションが介在し、第１のステーションから第３のステーションを経て第２のステーションへ基材が移送し、また、第２のステーションから第３のステーションを経て第１のステーションへ基材が移送することで、磁性材料と絶縁材料が混ざり合うことが効果的に解消される。特に、第３のステーションで不活性ガスが比較的高圧でパージされる形態では、第３のステーションを基材が通過した際に、パージされる不活性ガスで磁性面材等から余分に堆積された材料を吹き飛ばし（基材に近い磁性材料に比して密着性が低く、結果として吹き飛ばされる）、所望膜厚の磁性面材や絶縁性面材を形成することができる。
【００２１】
また、本発明はモータ用コアの製造装置にも及ぶものであり、この製造装置は、磁性材料を堆積させる第１のステーション、絶縁材料を堆積させる第２のステーション、第１、第２のステーションの間にあって不活性ガス雰囲気にある第３のステーション、基材を第１、第２、第３のステーション間で移送させる移送手段、を備え、前記移送手段によって、第３のステーションを介して第１のステーションと第２のステーションに基材を順次移送させながら磁性面材と絶縁性面材を順次形成し、所定厚みのモータ用コアを製造するものである。
【００２２】
ここで、基材を移送させる移送手段は、手動、自動のいずれであってもよいが、自動式の移送手段が好ましく、たとえば、モータ等のアクチュエータで駆動する駆動棒に基材を装備しておき、駆動棒の往復動によってこの基材を各ステーション間に順次移送させる形態などを挙げることができる。このような移送手段では、磁性面材や絶縁性面材の膜厚に応じて、各ステーションでの基材の停止時間がコンピュータ制御され、次にコンピュータからの指令でCVD装置が作動し、磁性材料や絶縁材料といった原料ガスがキャリアガスとともに基材に照射されるような装置構成を適用できる。各ステーションでの基材の停止時間と原料ガスの単位時間当たりの噴射量を制御することにより、所望膜厚の磁性面材や絶縁性面材が形成できる。
【００２３】
また、第３のステーションでは不活性ガスをパージするパージ装置が装備されていて、少なくとも第１、第２のステーションにおいてCVD装置等が作動している際には第３のステーションにて不活性ガスのパージが実行され、たとえば第１のステーションにおける磁性材料が第２のステーションに流れ込むことが防止される制御が実行されるのがよい。
【００２４】
また、第３のステーションを基材が通過した際に、所定量の不活性ガスのパージにより、所定の膜厚よりも厚く堆積している領域の磁性材料や絶縁材料は密着力が弱いことから吹き飛ばされ、この余分量の材料の吹き飛ばしによって磁性面材や絶縁性面材の膜厚の精度向上を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明のモータ用コアの製造方法と製造装置によれば、磁性材料を堆積させて磁性面材を形成し、磁性面材の上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材を形成し、これら二種類の面材の形成を順次繰り返すことにより、所望の膜厚の磁性面材を容易に形成することができ、鉄損の生じ難いモータ用コアを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のモータ用コアの製造装置の実施の形態の模式図である。
【図２】図１のII−II矢視図である。
【図３】図１のIII−III矢視図である。
【図４】基材およびマスキング部材を説明した斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に、本発明のモータ用コアの製造方法を説明した図である。
【図６】製造されたモータ用コア（ステータコア）の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明のモータ用コアの製造装置とこの製造装置を用いた本発明のモータ用コアの製造方法の実施の形態を説明する。なお、図示するモータ用コアはステータコアであるが、ロータコアも図示する製造装置および製造方法にて製造される。
【００２８】
（モータ用コアの製造装置と製造方法の実施の形態）
図１は本発明のモータ用コアの製造装置の実施の形態の模式図であり、図２，３はそれぞれ、図１のII−II矢視図、およびIII−III矢視図である。また、図５は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に、本発明のモータ用コアの製造方法を説明した図である。なお、以下の説明ではモータ用コアとしてステータコアを例にしてその製造方法とともに説明する。
【００２９】
図示する製造装置１００は、磁性材料を堆積させて磁性面材を形成し、磁性面材の上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材を形成し、これら磁性面材の形成と絶縁性面材の形成を順次繰り返して所定厚みのモータ用コアを製造する製造方法において、磁性材料や絶縁材料を堆積させる際に適用される製造装置である。製造装置１００は、磁性面材を形成する第１のステーション１０、絶縁性面材を形成する第２のステーション２０、第１、第２のステーション１０，２０の間にあって不活性ガス雰囲気にある第３のステーション３０と、基材５０を第１、第２、第３のステーション１０，２０，３０間で移送させる（Ｙ方向）モータ４０（移送手段）から大略構成されている。
【００３０】
第１のステーション１０は、ヒータ１とCVD装置を装備しており、CVD装置を構成する材料供給部２，３，４からそれぞれ、Fe(C5H7O2)3ガス、Zn(C5H7O2)2ガス、Mn(C5H7O2)2ガスが炉内に提供されるようになっている。
【００３１】
モータ４０の駆動にて第１のステーション１０〜第２のステーション２０まで往復動（Ｙ方向）する基材５０が第１のステーション１０に移送されて停止すると、コンピュータ制御にてCVD装置が作動し、各材料供給部２，３，４から固有のガスが基材５０に提供される（Ｘ１方向）。なお、図示するCVD装置は、不図示のキャリアガス供給部からキャリアガスの供給もおこなわれ、ヒータ１にて高温雰囲気とされた第１のステーション１０、第２のステーション２０内においてそれぞれ基材上に磁性材料と絶縁材料が堆積される熱CVD装置である。このようなCVD装置には、熱CVD装置以外にも、化学反応促進のために光を照射する光CVD装置、ガスをプラズマ化するプラズマCVD装置など、多様な形態のCVD装置が存在し、かつ本製造装置にて適用可能である。
【００３２】
ここで、図４は基材およびマスキング部材を説明した斜視図である。
モータ４０の駆動で各ステーション１０，２０，３０間を往復動する移送棒４１の先端には平面視円盤状の基材５０が装備されており、基材５０の上面には、製造されるべきステータコアの外側輪郭を規定する円環状のマスキング部材５１と、その内側にあってロータコアとティース間のスロットを模擬したマスキング部材５２が取り付けられている。
【００３３】
第１のステーション１０では、ヒータ１を作動して反応炉を500〜800℃程度の反応に適した温度雰囲気とし、CVD法にて磁性材料が基材５０に提供され、図５ａで示すように所定厚みの磁性面材Ｊが形成される。なお、第１のステーション１０の側壁にはガス排気口１１が装備され、磁性面材Ｊの形成過程や形成後において炉内で不要なガスは排気されるようになっている。このことは、第２のステーション２０におけるガス排気口２１も同様である。
【００３４】
マスキング部材５１，５２で囲まれた堆積空間５３に磁性材料を供給することから、形成される磁性面材Ｊは電磁鋼板を打ち抜き加工した場合と同様に、円環状のヨークとヨークから径方向内側に突出する複数のティースからなる所望のステータコア形状を呈する。
【００３５】
このように、CVDを適用して磁性材料を堆積させながら磁性面材Ｊを形成することから、たとえばナノオーダーの薄膜の磁性面材Ｊを形成できることは勿論のこと、厚み自由度の高い磁性面材Ｊの形成が可能になる。
【００３６】
第１のステーション１０でCVDにて磁性面材Ｊが形成されている過程においては、第１のステーション１０と第２のステーション２０の間に介在する第３のステーション３０に装備されているヒータ１を作動させ、炉内を400〜800℃程度の温度雰囲気下として、窒素ガス等の不活性ガスを材料供給部７から炉内にパージする（Ｘ３方向）。
【００３７】
この不活性ガスのパージにより、第１のステーション１０と第２のステーション２０の間に不活性ガスのカーテンが形成され、第２のステーション２０が磁性材料で汚染されるのを抑止することができ、以後の第２のステーション２０における絶縁性面材の形成過程で、絶縁材料と磁性材料が混ざり合うコンタミが効果的に抑止される。
【００３８】
また、第３のステーション３０を基材５０が通過した際に、所定量の不活性ガスのパージにより、所定の膜厚よりも厚く堆積している領域の磁性材料や絶縁材料は密着力が弱いことから吹き飛ばされ、この余分量の材料の吹き飛ばしによって磁性面材Ｊや絶縁性面材Ｚの膜厚の精度向上を図ることができる。
【００３９】
第３のステーション３０を経由して第２のステーション２０に基材が入ると、第２のステーション２０では、ヒータ１を作動して反応炉を400〜700℃程度の反応に適した温度雰囲気とし、CVD法にて絶縁材料が基材５０上で形成されている磁性面材Ｊの上に提供され（Ｘ２方向）、図５ｂで示すように所定厚みの絶縁性面材Ｚが形成される。
【００４０】
ここで、第２のステーション２０は、ヒータ１とCVD装置を装備しており、CVD装置を構成する材料供給部５，６からそれぞれ、SiH4ガス、H2＋O2ガスが炉内に提供されるようになっている。
【００４１】
磁性面材Ｊと同様、絶縁性面材ＺもCVDにて形成されることから、たとえばナノオーダーの薄膜の絶縁性面材Ｚを形成できることは勿論のこと、厚み自由度の高い絶縁性面材Ｚの形成が可能になる。
【００４２】
第２のステーション２０でCVDにて絶縁性面材Ｚが形成されている過程においても、第３のステーション３０に装備されている窒素ガス等の不活性ガスを収容する材料供給部７から不活性ガスが炉内にパージされ（Ｘ３方向）、第１のステーション１０と第２のステーション２０の間に不活性ガスのカーテンが形成され、第１のステーション１０が絶縁材料で汚染されるのを抑止するようになっている。
【００４３】
磁性面材Ｊ、絶縁性面材Ｚが形成されたら、基材５０を第２のステーション２０から第３のステーション３０を介して再度第１のステーション１０に移送し、図５ｃで示すように絶縁性面材Ｚの上にCVDにて別途の磁性面材Ｊを形成する。
【００４４】
このように磁性面材Ｊと絶縁性面材Ｚの形成を順次繰り返す製造方法により、図６で示すように所定厚みのステータコアＳＣが製造される。
【００４５】
図示する製造装置１００を用いた製造方法によれば、基材５０上に磁性材料を堆積させて磁性面材Ｊを形成し、磁性面材Ｊの上に絶縁材料を堆積させて絶縁性面材Ｚを形成し、これら二種類の面材Ｊ，Ｚの形成を順次繰り返することにより、たとえばナノオーダーの薄膜を含む所望の膜厚の磁性面材Ｊ，絶縁性面材Ｚを容易に形成することができ、鉄損の生じ難いモータ用コアであるステータコアＳＣを製造することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１…ヒータ、２，３，４，５，６，７…材料供給部、１０…第１のステーション、２０…第２のステーション、３０…第３のステーション、４０…モータ（移送手段）、４１…移送棒、５０…基材、５１，５２…マスキング部材、５３…堆積空間、１００…製造装置（モータ用コアの製造装置）、Ｊ…磁性面材（面材）、Ｚ…絶縁性面材（面材）、ＳＣ…ステータコア
【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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