(57)【要約】【課題】樹脂割れの発生を低減し、且つ樹脂割れが生じた場合であっても樹脂の飛散を防止できる回転子積層鉄心の製造方法を提供する。【解決手段】  磁石挿入孔２に充填された樹脂によって、直方体状の永久磁石３が積層鉄心５に固定される回転子積層鉄心１００の製造方法であって、軸方向に位置する永久磁石３端面と磁石挿入孔２の軸方向端面の間に形成される第一樹脂充填空間１０と、磁石挿入孔２の内壁と永久磁石３の一対の対向する側面との間に第二樹脂充填空間２０およびこれらの連接空間３０を形成するように永久磁石３を保持する工程と、樹脂を一箇所の連接空間３０側から注入して樹脂モールド４を形成する工程を備える。第一樹脂充填空間１０における樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ１に対して、第二樹脂充填空間２０における樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ２を１．０５倍以上とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石挿入孔に充填された樹脂によって、直方体状の磁石が積層鉄心に固定される回転子積層鉄心の製造方法であって、
前記磁石を、前記磁石挿入孔内に挿入し、前記積層鉄心の軸方向に位置する前記磁石端面それぞれと、前記磁石挿入孔の前記軸方向端面の間に形成される第一樹脂充填空間と、二つの前記第一樹脂充填空間と一体となって側面視において額縁状の樹脂充填空間を形成するように、前記磁石挿入孔の内壁と前記磁石の一対の対向する側面との間に第二樹脂充填空間、および前記第一樹脂充填空間と前記第二樹脂充填空間を連接する連接空間と、を形成するように前記磁石を保持する工程と、
前記積層鉄心を前記軸方向に加圧しながら、前記樹脂を一箇所の前記連接空間側から注入して、前記第一樹脂充填空間、前記第二樹脂充填空間および前記連接空間に樹脂モールドを形成する工程とを備え、
前記樹脂を注入したときの当該樹脂の合流部が前記第二樹脂充填空間に位置するように、前記第一樹脂充填空間における前記樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ１に対して、前記第二樹脂充填空間における前記樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ２を１．０５倍以上とする回転子積層鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子積層鉄心の製造方法に関する。より詳細には、磁石挿入孔に充填された樹脂によって積層鉄心に磁石が固定される回転子積層鉄心の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータに用いる回転子積層鉄心（ロータ）は、複数の鋼板をかしめ積層し、中央のシャフト孔の周囲に形成された積層鉄心の各磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後に、積層鉄心を一対の型に挟持して型締めを行うことにより製造される。特許文献１においては、各磁石挿入孔に樹脂をプランジャによって注入し、樹脂モールドを形成して永久磁石を固定する方法が開示されている。
【０００３】
しかし、製造工程の際の冷却工程や使用環境により、熱膨張差に起因して磁石と樹脂に引張応力が生じ、磁石表層部に樹脂割れを生じる場合がある。樹脂割れは、相対的に強度の低い樹脂の合流部（ウェルド部）に生じやすい。樹脂割れが生じると、割れた樹脂が飛散してしまう恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２６６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情を考慮し、樹脂割れの発生を低減し、且つ樹脂割れが生じた場合であっても樹脂の飛散を防止できる回転子積層鉄心の製造方法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】
【０００６】
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、以下の態様において上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
［１］：  磁石挿入孔に充填された樹脂によって、直方体状の磁石が積層鉄心に固定される回転子積層鉄心の製造方法であって、
前記磁石を、前記磁石挿入孔内に挿入し、前記積層鉄心の軸方向に位置する前記磁石端面それぞれと、前記磁石挿入孔の前記軸方向端面の間に形成される第一樹脂充填空間と、二つの前記第一樹脂充填空間と一体となって側面視において額縁状の樹脂充填空間を形成するように、前記磁石挿入孔の内壁と前記磁石の一対の対向する側面との間に第二樹脂充填空間、および前記第一樹脂充填空間と前記第二樹脂充填空間を連接する連接空間と、を形成するように前記磁石を保持する工程と、
前記積層鉄心を前記軸方向に加圧しながら、前記樹脂を一箇所の前記連接空間側から注入して、前記第一樹脂充填空間、前記第二樹脂充填空間および前記連接空間に樹脂モールドを形成する工程とを備え、
前記樹脂を注入したときの当該樹脂の合流部が前記第二樹脂充填空間に位置するように、前記第一樹脂充填空間における前記樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ１に対して、前記第二樹脂充填空間における前記樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ２を１．０５倍以上とする回転子積層鉄心の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、樹脂割れの発生を低減し、且つ樹脂割れが生じた場合であっても樹脂の飛散を防止できる回転子積層鉄心の製造方法を提供できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る回転子積層鉄心の一例を示す要部の模式的斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ切断部断面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ切断部断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ切断部断面図。
【図５】磁石挿入孔における樹脂モールドの形成位置を説明するための模式図。
【図６】実施形態に係る回転子積層鉄心の製造工程の一例を示す模式的断面図。
【図７】参考例に係る回転子積層鉄心の製造工程を説明するための模式的断面図。
【図８】参考例に係る永久磁石と磁石挿入孔の膨張・収縮および樹脂割れについて説明するための模式図。
【図９】比較例１に係るウエルドの形成位置を示す図。
【図１０】比較例２に係るウエルドの形成位置を示す図。
【図１１】比較例３に係るウエルドの形成位置を示す図。
【図１２】比較例４に係るウエルドの形成位置を示す図。
【図１３】実施例１に係るウエルドの形成位置を示す図。
【図１４】実施例２に係るウエルドの形成位置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り種々の設計変更が可能であり、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
図１は、実施形態に係る回転子積層鉄心の一例の要部の模式的斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ切断部断面図である。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ切断部断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ切断部断面図である。また、図５は、図２で示す磁石挿入孔２に形成された樹脂モールドの充填空間を説明するための説明図である。位置関係を説明するために、適宜、図中でｘｙｚ座標を用いる。
【００１１】
回転子積層鉄心（ロータ）１００は、複数枚の電磁鋼板１が積層された積層鉄心５を有する。積層鉄心５の軸心は、図中のＺ軸方向（ロータ軸方向）と一致する。積層鉄心５は、磁石挿入孔２および軸孔９が形成された複数枚の積層した電磁鋼板１をかしめることで製造される、周知の積層鉄心（コア）が用いられる。積層鉄心５には、図１に示すように、複数の磁石挿入孔２が設けられている。各磁石挿入孔２内に直方体状の永久磁石３が樹脂モールド４によって固定されている。なお、図１中の電磁鋼板１や磁石挿入孔２の形状、配置、数等は説明の便宜上の例であって、任意に設計できる。
【００１２】
永久磁石３のＹ方向（短手方向）間で互いに対向する一対の側面３Ｙ（図３、４参照）は、磁石挿入孔２内の内壁と当接もしくは極近接した状態にある。換言すると、永久磁石３のＹ方向間距離は、磁石挿入孔２内に挿入できる程度のクリアランスを有するように設計される。磁束損失を防ぐ観点から、磁石挿入孔２の短手方向と永久磁石３の短手方向の長さのクリアランスは、永久磁石３の長手方向（Ｘ方向）の６０％以上の領域で０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。モータ性能向上の観点から、一対の対向する側面３Ｙの面積を他の一対の対向する側面および頂面、底面に比して広く設計することが好ましい。
【００１３】
永久磁石３のＸ方向間で互いに対向する一対の側面３Ｘ（図２参照）は、磁石挿入孔２の内壁と所定の間隙をもって対向配置され、これらの間隙には樹脂モールド４が形成されている。この永久磁石３の側面３Ｘと磁石挿入孔２の内壁の間に形成される一対の空間を第二樹脂充填空間２０という（図５参照）。また、図２に示すように、永久磁石３の頂面３Ｚ（Ｚ軸方向上方側の面）および底面３Ｚ（Ｚ軸方向下方側の面）と、磁石挿入孔２端面の間に形成される空間にも樹脂モールド４が充填されている。この樹脂が充填されている一対の空間を第一樹脂充填空間１０という（図５参照）。また、第一樹脂充填空間１０と第二樹脂充填空間２０の共通の延在空間であって、これらを連接する磁石挿入孔２内の空間に樹脂モールド４が形成されている。この四か所の延在空間を連接空間３０という（図５参照）。
【００１４】
樹脂モールド４は、第一樹脂充填空間１０、第二樹脂充填空間２０および連接空間３０に形成され、側面視において額縁状に形成されている。額縁状の樹脂モールド４には、製造工程で樹脂を注入したときの合流先端面に樹脂接合部（合流部）であるウエルド６が形成されている。このウエルド６は、第二樹脂充填空間２０に一箇所形成されている（図２参照）。樹脂注入は、四か所の連接空間３０のいずれか一箇所から行われる。
【００１５】
第一樹脂充填空間１０における樹脂の流入方向に直交する断面積をＳ１（図４参照），第二樹脂充填空間２０における樹脂の流入方向に直交する断面積Ｓ２（図３参照）としたときに、断面積Ｓ１に対して断面積Ｓ２を１．０５倍以上にする。その理由は後述する。
【００１６】
次に、本実施形態に係る回転子積層鉄心１００の製造方法を、図６を用いつつ説明する。但し、以下の製造方法に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１７】
回転子積層鉄心１００の製造は、永久磁石３を、磁石挿入孔２内の所定位置に保持する磁石保持工程と、一対の型によって積層鉄心５を当該積層鉄心５の軸方向に加圧しながら、一箇所の連接空間３０から樹脂を磁石挿入孔２に注入して樹脂モールド４を形成する樹脂モールド形成工程とを備える。樹脂モールドに用いる樹脂には、硬化剤を添加させることが好ましい。また、硬化剤の他、充填剤、繊維（主としてガラス繊維）等の補強材等を適宜加えてもよい。
【００１８】
まず、搬送トレイ（図示省略）に載置された下型５２に積層鉄心５をセットする。次に、積層鉄心５の各磁石挿入孔２に永久磁石３を挿入する。下型５２には、積層鉄心５を位置決めするためのガイド（図示省略）が設けられている。これにより、下型５２の樹脂注入路５３が、各磁石挿入孔２の連接空間３０を介して樹脂を注入できる位置に配置される（図６参照）。
【００１９】
上型５１は、プレス装置（図示省略）の型駆動機構によって上下方向（図６におけるＺ軸方向）へ駆動される。上型５１および下型５２には、永久磁石３の位置を所定の位置に保持するための保持手段を有する。保持手段は、永久磁石３の位置を樹脂注入時に保持できればよく特に限定されない。図６の例では、保持ピン５４により、永久磁石３が上述した断面積Ｓ１、Ｓ２の関係を満たすように保持される。
【００２０】
下型５２には、積層鉄心５の各磁石挿入孔２の連接空間３０に連通される複数個の樹脂注入路５３を有する。一の磁石挿入孔２に対しては一つの樹脂注入路５３を有する。樹脂注入路５３は、先端が磁石挿入孔２の連接空間３０の端面に直結するように配置されている。樹脂注入路５３の形状は特に限定されないが、例えば、略円錐形（裁頭円錐形）に形成する。略円錐形、即ち、下面から上面へ断面積が漸次小さくなるように形成することで、積層鉄心５を下型５２から離間させる際に、樹脂残滓が積層鉄心５から切り離されて下型５２に残りやすくさせることができる。
【００２１】
次に、前述した一対の上型５１および下型５２を使用して積層鉄心５の各磁石挿入孔２に樹脂を注入する手順を説明する。下型５２の樹脂注入路５３への樹脂供給手段は特に限定されない。例えば、下型５２に各樹脂ポットを備え、当該樹脂ポットに樹脂を装填し、上型５１を下降させて一対の上型５１および下型５２を型閉じする。次に、プレス装置の動力によって一対の上型５１および下型５２を型締めして、上型５１と下型５２との間の積層鉄心５を上下方向（積層方向）に一定の加圧力で加圧する。このとき、各樹脂ポットに装填された樹脂は、下型５２をヒータで加熱することにより軟化させる。
【００２２】
次に、各樹脂ポット内で軟化された樹脂を各プランジャ（図示省略）等により加圧する。これにより、各樹脂ポット内の樹脂は、樹脂注入路５３を経由して各磁石挿入孔２内に充填される。これにより、第一樹脂充填空間１０、第二樹脂充填空間２０および連接空間３０に樹脂が充填される。そして、樹脂を硬化せしめることで樹脂モールド４となり、磁石挿入孔２内の永久磁石３が積層鉄心５に固定される。なお、樹脂モールド４は、第一樹脂充填空間１０、第二樹脂充填空間２０および連接空間３０に額縁状に形成されるが、Ｙ方向の側面３Ｙ面と磁石挿入孔２の隙間部に樹脂が充填されていてもよい。
【００２３】
続いて、上型５１を上昇させて一対の上型５１および下型５２を型開きする。そして、下型５２からも離間させる。このとき、樹脂注入路５３内の樹脂は、先端で積層鉄心５から切り離されて下型５２に付着する。換言すると、樹脂注入路５３内の樹脂は、応力が集中する積層鉄心５と下型５２との界面部分で磁石挿入孔２内に充填された樹脂から切り離される。
【００２４】
ここで、樹脂注入を下型５２の二か所の連接部に設けて樹脂注入口を設けた場合を考える（図７参照）。なお、説明の便宜上、同一の要素部材については同一の符号を付す。また、図６においては樹脂充填前の状態を図示していたが、図７においては、説明の便宜上、樹脂モールド４が形成された状態を図示している。
【００２５】
樹脂注入を二か所から行う場合、樹脂の接合部であるウエルドが第一樹脂充填空間１０にそれぞれ形成される。永久磁石３は、製造工程における冷却時にＺ軸方向に膨張するのに対して、樹脂モールド４は収縮する。このため、永久磁石３と樹脂モールド４の熱膨張差に起因して磁石表層部の樹脂モールド部に引張応力が発生し、強度の低いウエルド６に樹脂割れが発生する場合がある。また、使用環境によって永久磁石３と樹脂モールド４の熱膨張差に起因して樹脂割れが生じる場合もある。
【００２６】
樹脂割れが生じると、磁石挿入孔２の上面および下面である端面から、樹脂モールド４の一部が飛散する恐れがある。そのため、飛散対策用のプレートを配置する対策が必要となる。樹脂注入を図６中の下型５２の中央部、即ち、第一樹脂充填空間から樹脂を注入する場合、樹脂の接合部であるウエルド６は一つとなるが、図７中の磁石挿入孔２の上方に配置される第一樹脂充填空間１０にウエルド６が形成されるので、樹脂割れが生じた場合の樹脂モールド４の一部の飛散が問題となる。
【００２７】
これに対し、本実施形態によれば、樹脂注入を連接空間３０のいずれか一箇所側から行い、且つ断面積Ｓ１と断面積Ｓ２の条件を特定することにより、ウエルド６の位置を第二樹脂充填空間２０内に配置させることができる。即ち、ウエルド６の位置を発生応力の低いコア内部である第二樹脂充填空間２０にすることができる。これにより、樹脂割れを抑制できる。また、樹脂割れが生じた場合であっても、磁石挿入孔２の表層部ではなくコア内部にウエルド６を形成することで、樹脂割れの飛散を防止できる。
【００２８】
更に、本実施形態によれば、樹脂モールド４を磁石挿入孔２の端面から外部に突出する構造を採用していないので、磁石挿入孔２から凸形状を有する樹脂モールドを設ける場合に比して樹脂の使用量を削減できる。また、Ｙ方向間の永久磁石３側面と磁石挿入孔２とを当接もしくは極近接した状態にすることにより、磁束損失を抑制できる。
【００２９】
なお、本実施形態においては、磁石挿入孔２の形状を直方体形状とした例を説明したが、角部がＲ形状であってもよい。また、永久磁石３における直方体状は、完全な直方体の他、角部がＲ形状になっている立体も含む。また、二つの第一樹脂充填空間１０の断面積Ｓ１は、同一でも異なっていてもよい。二つの第二樹脂充填空間２０の断面積Ｓ２についても同様に、同一であっても異なっていてもよい。換言すると、いずれの断面積Ｓ１に対しても、断面積Ｓ２が１．０５倍以上の関係を満たしていればよい。また、下型５２側から樹脂を注入する方法を説明したが、上型５１側から樹脂を注入してもよい。更に、樹脂注入は、一箇所の連接空間３０から注入できればよく、樹脂の注入手段は任意に変更できる。
【００３０】
≪実施例≫
次に、CAE（computer aided engineering）により断面積Ｓ１に対して断面積Ｓ２を変更したときのウエルド６の形成位置を検討した結果の一例を示す。
【００３１】
（比較例１）  磁石挿入孔２に永久磁石３を挿入し、断面積Ｓ１と断面積Ｓ２が同一となるように配置し、樹脂として粘度が２０Ｐａ・ｓの不飽和ポリエステル樹脂を主成分とするＢＭＣ（Bulk  Molding  Compound）を用いて樹脂モールドを形成する場合について検討した。なお、樹脂には、硬化剤が含有されている。
（比較例２）  樹脂として、ＢＭＣに代えて１５Ｐａ・ｓのエポキシ樹脂を用いた点以外は、上記比較例１と同様にして樹脂モールドを形成する場合について検討した。なお、エポキシ樹脂には硬化剤も添加されている。
（比較例３）  断面積Ｓ２を断面積Ｓ１に対して１．０２５倍とした以外は比較例１と同様にして樹脂モールドを形成する場合について検討した。
（比較例４）  ＢＭＣに代えて比較例２の樹脂を用いた点以外は、上記比較例３と同様にして樹脂モールドを形成する場合について検討した。
（実施例１）  断面積Ｓ２を断面積Ｓ１に対して１．０５倍とした以外は比較例１と同様にして樹脂モールドを形成する場合について検討した。
（実施例２）  ＢＭＣに代えて比較例２の樹脂を用いた点以外は、上記実施例１と同様にして樹脂モールドを形成する場合について検討した。
【００３２】
図９〜１４に、比較例１〜４および実施例１，２の樹脂モールド４におけるウエルド６の発生位置の部分拡大図（図８中のＩＸ囲み線部参照）を示す。図９〜１１においては、これらの図の点線で囲った部分に示すように、磁石挿入孔２の表層にウエルド６が発生していることがわかる。一方、図１２〜図１４においては、磁石挿入孔２の表層にウエルド６が発生しておらず、コア内部の第二樹脂充填空間２０にウエルド６が位置していることがわかる。
【００３３】
断面積Ｓ２が断面積Ｓ１より大きい方がコア内部にウエルドを形成し易く、断面積Ｓ２が断面積Ｓ１の断面積の１．０５倍以上であればコア内部にウエルドラインを形成することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  電磁鋼板、２  磁石挿入孔、３  永久磁石、４  樹脂モールド、５、積層鉄心、６  ウエルド、９  軸孔、１０  第一樹脂充填空間、２０  第二樹脂充填空間、３０  連接空間、５１  上型、５２  下型、５３  樹脂注入路、５４  保持ピン、１００  回転子積層鉄心
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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