(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無方向性電磁鋼板からなる固定子積層鉄芯内径を拡大させた状態で、無収縮性熱硬化型樹脂による樹脂封止を行い、該固定子積層鉄芯に５ＭＰａ以上の引張り応力を残留させることを特徴とする樹脂封止型電動モータ固定子の製造方法。
【請求項２】
無方向性電磁鋼板からなる固定子積層鉄芯を、無収縮性熱硬化型樹脂により樹脂封止する金型において、中子に外径拡大機構を有し、該固定子積層鉄芯に５ＭＰａ以上の引張り応力を残留させることを特徴とする樹脂封止型電動モータ固定子の樹脂封止用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電製品、自動車等に用いられる樹脂封止型電動モータ固定子の製造方法及び樹脂封止用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動モータの小型軽量化、高効率化の要求から、コアの高磁束密度設計や高周波励磁駆動が行われ、そのためコア素材として低鉄損の電磁鋼板が提案されている（特開平８−６７９１３号公報、特開平１１−１８１５５７号公報、特開２０００−１２９４０９号公報等）。
【０００３】
一方、電動モータでは、電気絶縁性、耐食性等の目的から、樹脂材料により封止することが行われている。樹脂材料としては、流動性やトラッキング性に優れた、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂のような熱硬化型樹脂（特開平８−７９９９７号公報、特開平８−１１３６１９号公報等）や、難燃性熱可塑性樹脂（特開２０００−１５６９５０号公報）、高熱伝導アルミナ粒子や低熱膨張シリカ粒子を複合化した樹脂材料（特開平４−３３９５８号公報、特開平８−２８３４４８号公報）が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電磁鋼板を電動モータコアに使用すると、コア鉄損は電磁鋼板の素材鉄損より大きくなる。これは、コア内で、電磁鋼板は均一な交番磁場で励磁されてなく、また無歪み、無応力状態で使用されないためである。すなわち、コアの製造プロセスである、素材スリット、打ち抜き、積層、樹脂封止の各製造段階で、加工による残留応力が発生、累積され、鉄損が次第に増大する。そのため、高価な低鉄損材料を用いても効果が十分に得られず、コストパフォーマンスが低い。これを回避するため、コアを積層した段階で、歪み取り焼鈍を行い、残留応力を緩和させる方法があるが、生産性を欠くこと、さらに、樹脂封止により再び鉄損が増大するという問題がある。
【０００５】
これは前述した封止に用いられる樹脂の硬化、熱収縮量が、電磁鋼板の熱収縮量よりも大きいため、封止、冷却後にコアに圧縮応力が残留するためである。樹脂の熱膨張率を低減させる、あるいは鋼板に近付ける目的で、上述したような低熱膨張の無機材料を複合化した樹脂は、脆く機械的強度が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は素材鉄損によらずコアの鉄損を低減することができ、電動モータの小型化、高効率化を図ることができる樹脂封止型電動モータ固定子、その製造方法及び樹脂封止用金型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述の課題を解決するため、樹脂封止時の材料挙動、および鉄損変化を詳細に検討した結果、本発明を完成したもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）無方向性電磁鋼板からなる固定子積層鉄芯内径を拡大させた状態で、無収縮性熱硬化型樹脂による樹脂封止を行い、該固定子積層鉄芯に５ＭＰａ以上の引張り応力を残留させることを特徴とする樹脂封止型電動モータ固定子の製造方法。
（２）無方向性電磁鋼板からなる固定子積層鉄芯を、無収縮性熱硬化型樹脂により樹脂封止する金型において、中子に外径拡大機構を有し、該固定子積層鉄芯に５ＭＰａ以上の引張り応力を残留させることを特徴とする樹脂封止型電動モータ固定子の樹脂封止用金型。
尚、本発明において、外周部の引張り残留応力とは、文献「残留応力（黒田正夫著：共立出版）」に示される方法、例えばＸ線回析法による表層の残留応力、あるいは歪みゲージを用いた切断法などで測定された応力である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて詳細を説明する。
前記（１）記載の発明に係わる樹脂封止型（図示しない）電動モータ固定子の積層鉄芯１の一例を図１に示す。ここで、積層鉄芯１の外周部２の周方向に例えば前記（１）又は（２）の発明に係る方法により引張り応力が残留している。外周部に引張り残留応力を付与することにより、磁歪の逆体積効果による鉄損増大を抑制し、樹脂封止型電動モータ固定子の鉄損を低減できる。
外周部の引張り残留応力は、鉄損増大を抑制するためには、少なくとも、０MPa以上であることが好ましく、さらに好ましくは、磁歪効果の飽和現象のため５MPa以上であれば十分であり、またスロット等切り欠き部の疲労強度以下であることが好ましい。
【０００９】
図２は、前記（１）及び（３）記載の発明に係わる樹脂封止用金型の一例であり、封止前の積層鉄芯１が中子７に固定された状態の初期状態を示す断面図である。ここで、押上げ装置１０を介して、テーパ付ピストン９を図面上で上方向に動かすと、周方向に４分割された円筒状外殻８の外径が図３に示すように拡大する。ここで、円筒状外殻８の周方向分割数は、２以上の任意の数で良いが、拡大時の隙間に樹脂が流れ込むことを防止するため、ティース３の数以下とし、また分割箇所は、ティース部であることが望ましい。
【００１０】
円筒状外殻８の外径を拡大することによって、積層鉄芯１の周方向に引張応力を発生させることができる。円筒状外殻８の外径拡大量は、テーパ付ピストン９の上昇量で制御しても良いし、最上点まで押し上げて、拡大量を常に一定に保持する機構でも良い。この状態で、樹脂材料の硬化温度に保たれた上下金型５、６を適切な型締め力で閉塞させ、注入孔１１より、加圧された熱硬化型樹脂複合材料を空隙４′に注入、硬化させる。この時、射出圧力で円筒状外殻８が押し戻されないよう、押し上げ装置１０を用いて、テーパ付ピストン９を固定する。充分硬化した後、テーパ付ピストン９を下降させ、金型５、６を開放し、樹脂封止された固定子（１、４、１２）を取り出し、室温で放冷する。樹脂と鉄芯の熱収縮差により発生する熱応力よりも大きな引張応力を、積層鉄芯１の周方向に発生させた状態で封止することにより、冷却後も周方向に引張応力を残留させることができる。
【００１１】
図４には、固定子積層鉄芯を、少なくとも金型温度より高い温度で予熱して、中子に焼嵌めした状態で樹脂封止を行い、引張り応力を残留させる場合に用いる樹脂封止用金型装置の一例を示す。ここで、積層鉄芯１は、金型温度よりも高い温度まで予め加熱した状態で中子７に固定する。
積層鉄芯の加熱温度は、鉄芯コアバックに引張り応力を発生させるためには、少なくとも金型温度以上であることが必要であり、さらに効果を十分に発揮するためには、金型温度＋１０℃以上が好ましく、一方、封止後の離型性のため、金型温度＋２０℃以下であることが好ましい。
【００１２】
積層鉄芯の加熱温度は、鉄芯コアバックに引張り応力を発生させるためには、少なくとも金型温度以上であることが必要であり、さらに効果を十分に発揮するためには、金型温度＋１０℃以上が好ましく、一方、封止後の離型性のため、金型温度＋２０℃以下であることが好ましい。
【００１３】
この時、積層鉄芯１の内径は、中子７に円滑に挿入させるため、中子７の外径よりわずかに大きくなっている。積層鉄芯１の温度が低下すると、熱収縮により、積層鉄芯１は中子７に固定され、積層鉄芯１の周方向に引張り応力を発生させることができる。この状態で、適当な時間放置し、積層鉄芯１の表面温度が、金型温度よりも低くなった時点で、樹脂材料の硬化温度に保たれた上下金型５、６を適切な型締め力で閉塞させ、注入孔１１より、加圧された熱硬化型樹脂複合材料を空隙４′に注入、硬化させる。充分硬化した後、金型６、７を開放し、抜き取り装置１３を押し上げて、樹脂封止された固定子（１、４、１２）を取り出し、室温で放冷する。樹脂と鉄芯の樹脂硬化温度を基準とした熱収縮差により発生する熱応力よりも大きな引張応力を、積層鉄芯１の周方向に発生させた状態で封止することにより、冷却後も周方向に引張応力を残留させることができる。
【００１４】
【実施例】
本発明に係わる樹脂封止型電動モータ固定子を製造し、鉄損の測定を実施した。実施例、参考例、および比較例に用いた材料の寸法、機械的特性を以下に示す。
素材：
（鉄芯）厚み：０．３５mmの無方向性電磁鋼板
積層高さ：５０mm
固定子外径：９０mm
固定子内径：６０mm
コアバック幅：５mm
線膨張係数：１．４５×１０−５（１／℃）
弾性率：１４０GPa
（樹脂）無収縮熱硬化型樹脂
樹脂封止高さ：鉄芯上下５０mm
線膨張係数：１．８×１０−５（１／℃）
弾性率：８GPa
硬化温度：１２０℃
【００１５】
図２及び図４に示す金型を用いた場合の実施例、参考例、および比較例の条件を以下に示す。
（実施例１）（中子外径拡大：図２に示す金型を使用）
外径拡大量：０．０２mm
金型表面温度：１２０℃
鉄芯予熱温度：１００℃
（参考例）（鉄芯焼き嵌め：図４に示す金型を使用）
中子：固定
金型表面温度：１２０℃
鉄芯予熱温度：１４０℃
（比較例：図４に示す金型を使用）
中子：固定
金型表面温度：１２０℃
鉄芯予熱温度：１００℃
表１に、Ｘ線を用いた、コアバック部の周方向残留応力測定結果及び鉄損測定結果を、参考例および比較例と共に示す。
【００１６】
【表１】
0004879419.tif 000002
【００１７】
表１から明らかなように、上述した本発明に係わる樹脂封止型電動モータ固定子は、コアバック部に、周方向引張残留応力が発生しており、その量に応じて、鉄損も低減していることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる樹脂封止型電動モータ固定子は、素材鉄損によらず、コアの鉄損を低減することができ、電動モータの小型化、高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電動モータ固定子の積層鉄芯の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係わる、樹脂封止用金型装置の初期状態を示すもので、（ａ）は立面断面図及び（ｂ）は平面断面図である。
【図３】本発明に係わる、樹脂封止用金型装置の最終状態を示すもので、（ａ）は立面断面図及び（ｂ）は平面断面図である。
【図４】本発明に係わる、別の樹脂封止用金型装置を示す立面断面図である。
【符号の説明】
１  積層鉄芯                        ２  外周部（コアバック部）
３  ティース部                      ４  樹脂
４′  樹脂充填部                    ５  上部金型
６  下部金型                        ７  中子
８  円筒状外殻                      ９  テーパ付ピストン
１０  押し上げ装置                  １１  樹脂材注入孔
１２  銅製巻線                      １３  抜き取り装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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