(57)【要約】【課題】ティースを損傷させることなくインサート成形して、粉末成形による特性を活かしたステータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】粉末成形によって製作されたステータリングの内周部又は外周部に、その径方向に突出するティース６が周向に間隔をおいて複数固定されるとともに、該ティース６は、その外側方に一体に突出するインサート部１２がステータリングにインサート成形されてなるステータの製造方法であって、予めティース６を製作しておき、該ティース６を粉末成形金型２１内に保持する際に、インサート部１２の下面を下側支持パンチ２９により支持することにより、該インサート部１２の外側にダイ２３により囲まれるステータリング形成用キャビティ４１を形成し、該キャビティ４１に複合軟磁性粉末を充填した後、インサート部１２の上面に上側パンチ２５を当接させながらキャビティ４１内の複合軟磁性粉末を圧縮成形する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末成形によって製作されたステータリングの内周部又は外周部に、その径方向に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されるとともに、該ティースは、その外側方に一体に突出するインサート部が前記ステータリングにインサート成形されてなるステータの製造方法であって、
予めティースを製作しておき、該ティースを粉末成形金型内に保持する際に、前記インサート部の下面を下側支持パンチにより支持することにより、該インサート部の外側にダイにより囲まれるステータリング形成用キャビティを形成し、該キャビティに複合軟磁性粉末を充填した後、インサート部の上面に上側パンチを当接させながら前記キャビティ内の複合軟磁性粉末を圧縮成形することを特徴とするステータの製造方法。
【請求項２】
複合軟磁性粉末を用いた粉末成形により前記ティースを製作しておくことを特徴とする請求項１記載のステータの製造方法。
【請求項３】
ステータリングの内周部又は外周部に径方向に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されたステータであって、
前記ステータリングは、複合軟磁性粉末による粉末成形によって形成されるとともに、ステータリングの内周部に、ティースの外側方に一体に突出するインサート部がインサート成形されてなり、
前記ティースのインサート部の厚さは、該インサート部が固定される部分のステータリングの厚さに等しいことを特徴とするステータ。
【請求項４】
前記ティースは複合軟磁性粉末を用いた粉末成形により製作されていることを特徴とする請求項３記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータリングの内周部又は外周部に、その径方向に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されてなるステータ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータのステータは、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているように、ステータリングの内周部に半径内方に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定された複雑な形状とされている。
このステータの製作には、薄い鋼板を多数積層して製作する場合と、粉末成形により製作する場合とがある。鋼板の積層構造とする場合は、各鋼板を薄くすることにより、渦電流損による損失を低減しているが、粉末成形の場合は、絶縁被膜を形成した微細な鉄粉を圧縮成形して製作するため、成形体の内部の鉄粒子が互いに絶縁されて、鋼板の積層構造の場合よりも、渦電流損失を小さくすることができる。
また鋼板の積層構造の場合は、薄い板を積み重ねて構造体とするため、その形状は二次元的であり、これに対して、粉末成形による場合は粉末を金型内に充填して成形するため、形状の自由度が大きい。このため、この粉末成形体のモータステータへの応用が検討されている。
【特許文献１】特開２００５−２６１１８２号公報
【特許文献２】特開２００６−５４９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記ステータを粉末成形で製作する場合、特にティースの形状がより複雑になると、ティースをステータリングと分けて別個に製作しておき、これを粉末成形によってステータリングにインサート成形することが考えられる。
このようにティースをインサート成形してステータを製造する場合、粉末成形時に例えば数百ＭＰａ〜数ＧＰａもの高圧が作用するため、その圧力によってインサート部品にクラック等の損傷が発生しないように工夫する必要がある。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ティースを損傷させることなくインサート成形して、粉末成形による特性を活かしたステータ及びそ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】
【０００５】
本発明のステータの製造方法は、粉末成形によって製作されたステータリングの内周部又は外周部に、その径方向に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されるとともに、該ティースは、その外側方に一体に突出するインサート部が前記ステータリングにインサート成形されてなるステータの製造方法であって、予めティースを製作しておき、該ティースを粉末成形金型内に保持する際に、前記インサート部の下面を下側支持パンチにより支持することにより、該インサート部の外側にダイにより囲まれるステータリング形成用キャビティを形成し、該キャビティに複合軟磁性粉末を充填した後、インサート部の上面に上側パンチを当接させながら前記キャビティ内の複合軟磁性粉末を圧縮成形することを特徴とする。
【０００６】
すなわち、ティースのインサート部の上下面を上側パンチと下側支持パンチとによって支持した状態としながら、インサート部の外側方で粉末を圧縮するようにして、インサート部の上下面の上では粉末の圧縮がされないようにしている。したがって、粉末成形時にインサート部の側面にのみ圧力が作用することになるので、ティースに無理な力が作用せず、クラック等の発生を防止することができる。
なお、複合軟磁性粉末は、鉄粉末の表面に酸化物堆積膜が形成された酸化物被覆鉄粉末である。
【０００７】
この場合、複合軟磁性粉末を用いた粉末成形により前記ティースを製作しておくとよく、ステータリング及びティースの全部が複合軟磁性粉末により製造されることになり、磁気特性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明のステータは、ステータリングの内周部又は外周部に径方向に突出するティースが周方向に間隔をおいて複数固定されたステータであって、前記ステータリングは、複合軟磁性粉末による粉末成形によって形成されるとともに、ステータリングの内周部に、ティースの外側方に一体に突出するインサート部がインサート成形されてなり、前記ティースのインサート部の厚さは、該インサート部が固定される部分のステータリングの厚さに等しいことを特徴とする。
この場合、前記ティースは複合軟磁性粉末を用いた粉末成形により製作されている構成とするとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ステータリングの粉末成形時に、ティースのインサート部の上下面の上で粉末の圧縮がされないようにして、その側面にのみ圧力が作用するようにしたので、ティースに無理な力が作用せず、クラック等の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のステータの一実施形態について、図面に基づいて説明する。
このステータ１は、第１ステータ２、第２ステータ３、第３ステータ４からなる三相モータのステータであり、それぞれのステータ２〜４は、ステータリング５と、これらステータリング５の内周部に周方向に間隔をおいて固定された半径内方に突出する複数のティース６〜８とを備える構成とされている。
前記各ステータリング５は、いずれも内径、外径とも同じ寸法の断面長方形のリング状
に形成されており、これら三つのステータリング５を厚さ方向（又は高さ方向）に積み重ねて一体化した構造となっている。
【００１１】
前記ティース６〜８は、ステータリング５の内側に突出する極歯部１１を有している。これら極歯部１１は各ステータリング５の厚さ寸法（又は高さ寸法）よりも長い、例えば直方体状に形成され、その長さ方向を各ステータリング５の厚さ方向に向けて固定されている。この場合、外側に配置される第１ステータ２及び第３ステータ４の各ステータリング５に一体の各ティース６，８は、直方体をなす極歯部１１の一方の短辺がステータリング５の上下面の一方の面と面一とされていることにより、極歯部７の他方の端部がステータリング５の厚さの範囲から突出した状態に固定されており、中央の第２ステータ３におけるステータリング５に一体のティース７は、直方体の極歯部１１の中央部がステータリング５に固定されていることにより、両端部がステータリング５の上下の両方向に突出した状態とされている。
そして、これらステータリング５が図１及び図２の矢印で示すように重ね合わせられることにより、各ステータリング５のティース６〜８が、三つのステータリング５の厚さの範囲内に配置されるとともに、周方向に順番に並べられた状態となり、これらティース６〜８の間に巻線（図示略）が架け渡される構成となっている。
【００１２】
このように構成されるステータ１において、各ティース６〜８は、ステータリング５にインサート成形されている。
すなわち、各ティース６〜８は、ステータリング５の内方に突出する極歯部１１の背部に、ステータリング５内に埋設されるインサート部１２が一体に形成された構造である。このインサート部１２は、相互に平行な上下面がほぼ台形状の平坦面をなしており、その上下面間の厚さ（又は高さ）がステータリング５の厚さ寸法（又は高さ寸法）と同じ寸法に形成されている。そして、このインサート部１２の台形の短辺が極歯部１１の背面に連続させられた状態でティース６〜８が構成されている。
【００１３】
この場合、外側に配置される第１ステータ２及び第３ステータ４の両ステータリング５に取り付けられるティース６，８のインサート部１２は、そのインサート部１２の一方の平坦面が、極歯部１１の長方形の短辺と面一とされている。また、中央の第２ステータ３のステータリング５に取り付けられるティース７のインサート部１２は、極歯部１１の中央部の背部に一体に形成されている。なお、この中央のステータリング５及び該ステータリング５に取り付けられるティース７は、図２の一点鎖線で示すステータリング５の厚さ方向の中央で二つ割りされており、それぞれ別個に製作した後に、両者を一体化した構成とされている。
【００１４】
また、各ステータリング５とティース６〜８とは、それぞれ複合軟磁性粉末を粉末成形して得られる複合軟磁性材によって製造されている。
複合軟磁性粉末は、少なくとも（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜が鉄粉末の表面に形成されたＭｇ含有酸化膜被覆鉄粉末であり、粒径が例えば３００μｍ以下のものが好適である。（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｏを含むＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物堆積膜とは、酸化処理鉄粉末表面の酸化鉄（Ｆｅ−Ｏ）とＭｇが反応を伴って当該鉄粉末表面に堆積した被膜をいう。その膜厚は、圧粉成形した複合軟磁性材の高磁束密度と高比抵抗を得るために、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。そして、この複合軟磁性粉末を圧粉成形して焼成した複合軟磁性材は、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト相を含有するＭｇ−Ｆｅ−Ｏ三元系酸化物を含むことが好ましい。
【００１５】
次に、以上のような構成のステータ１を製造する際に使用される粉末成形金型２１について、第１ステータ２を例にして説明する。
この粉末成形金型２１は、図３〜図７に示すように、ステータリング５の外周形状を形成するほぼ円形の孔２２を有するダイ２３と、このダイ２３の孔２２の中に配置されてステータリング５の内周形状を形成するコア２４と、これらダイ２３及びコア２４の間に形成されるリング状の空間内に上下から挿入される上側パンチ２５及び下型２６とから構成されている。
【００１６】
前記ダイ２３は、前記孔２２が上下ストレートに形成されている。また、コア２４は、ステータリング５の内周形状に沿う円形の外周面を有するとともに、その外周部に、ティース６の極歯部１１を係合させる上下挿通状態の切欠部２７が周方向に等間隔で形成されている。
【００１７】
前記下型２６は、ステータリング５の下面を形成するためのリング状の下パンチ２８と、ティース６のインサート部１２における下面に当接する下側支持パンチ２９と、ティース６の極歯部１１を下方から支持する極歯受け部材３０とから構成されている。この場合、下パンチ２８には、その内周部に、下側支持パンチ２９が上下移動自在に嵌合する切欠部３１が周方向に等間隔で形成されており、下側支持パンチ２９は、この切欠部３１に嵌合した状態でティース６のインサート部１２を下側から受けるようになっている。また、極歯受け部材３０は、コア２４の切欠部２７に上下移動自在に嵌合している。
【００１８】
前記上側パンチ２５は、ステータリング５の上面を形成するためのリング部３５と、極歯部１１の上方を支持する極歯押さえ部３６とが一体に形成された構成である。極歯押さえ部３６は、上側パンチ２５が下降した際にコア２４の切欠部２７に上下移動自在に嵌合するようになっている。
【００１９】
そして、この粉末成形金型２１を使用してステータ１を製造する方法について、第１ステータを例にして説明する。
まず、各ティース６を予め製作しておく。このティース６は粉末成形によって製作するのがよいが、鋼板の積層構造としてもよいし、溶製材によって製作してもよい。
このティース６の極歯部１１を図５に示すようにコア２４の切欠部２７内に係合させる。このとき、ティース６の上面はダイ２３及びコア２４の上面と面一となり、ティース６の極歯部１１の外側にリング状にキャビティ４１が形成され、該キャビティ４１の内周部にティース６のインサート部１２が突出した状態に配置される。この場合、キャビティ４１の深さ（厚さ）は、粉末の圧縮率の分、インサート部１２の厚さよりも大きく設定される。このため、下パンチ２８の上面は、下側支持パンチ２９の上面よりも下方に配置される。
【００２０】
この状態から複合軟磁性粉末Ａをキャビティ４１内に充填し、図６に示すように上側パンチ２５と下型２６との間で圧縮すると、ティース６のインサート部１２を一体に保持したステータリング５が形成される。この場合、ティース６のインサート部１２には複合軟磁性粉末Ａの圧縮に伴う圧力が作用するが、このインサート部１２の厚さ（高さ）はステータリング５の厚さ（高さ）と同一に形成されていることから、該インサート部１２の上下面では複合軟磁性粉末Ａが圧縮されないので、成形時の圧力は、図７に示すようにインサート部１２の外周の側面にのみ作用することになる。因みに、図８に示すように、ティース６のインサート部１２だけでなく極歯部１１の背面の一部まで含んでステータリング５を形成する場合であると、極歯部１１が金型の一部として構成されることになり、圧縮時の圧力が矢印のように作用して、極歯部１１とインサート部１２との境界部分にクラックが生じるおそれがある。これを本実施形態のようにインサート部１２をステータリング５と同じ厚さ寸法に設定しておくことにより、ティース６に作用する圧力を図に示すようにインサート部１２の側面のみとしてクラック等の発生を防止しているのである。
【００２１】
このようにして各ティース６を一体に組み込んでステータリング５を製造するのであるが、前述したように、中央の第２ステータ３におけるステータリング５及びティース７は厚さ方向（高さ方向）の中央でさらに二つに分割されているため、この分割された各ステータリング５Ａ，５Ｂ及びティース７Ａ，７Ｂにおいても分割面を上方に向けて成形することにより、他の二つのステータ２，４の場合と同様に、ティース６，８に金型の一部を負担させることなく成形することができる。
そして、このようにしてステータリング５に各ティース６〜８をインサートしてなる第１から第３ステータ２〜４を成形した後、焼成して、これらを厚さ方向（高さ方向）に積み上げ、ボルト等によって締結することにより、一組のステータ１が構成される。
【００２２】
なお、本発明は、上述の実施形態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において変更可能である。例えば、ティースの極歯部をすべて同じ直方体状としたが、各相で異なる形状の組み合わせとしてもよい。また、ステータリングの内周部に半径内方に突出するティースを備えたもので説明したが、ステータリングの外周部に半径外方に突出するするティースを備えたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のステータの一実施形態を示す要部の分解斜視図である。
【図２】図１のステータを組み立てた状態をステータリングの中心から見た側面図である。
【図３】図１の第１ステータを製造する際に使用される粉末成形金型の下型、コア、ダイを示す要部の平面図である。
【図４】図３の縦断面図である。
【図５】図４に示す状態からティースを配置した状態を示す縦断面図である。
【図６】図５に示す状態からキャビティ内に充填した粉末を圧縮した状態を示す縦断面図である。
【図７】図６のＸ−Ｘ線に沿う横断面図である。
【図８】比較例として示したステータリングの粉末成形中の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ステータ、２…第１ステータ、３…第２ステータ、４…第３ステータ、５…ステータリング、６〜８…ティース、１１…極歯部、１２…インサート部、２１…粉末成形金型、２２…孔、２３…ダイ、２４…コア、２５…上側パンチ、２６…下型、２７…切欠部、２８…下パンチ、２９…下側支持パンチ、３０…極歯受け部材、３１…切欠部、３５…リング部、３６…極歯押さえ部、４１…キャビティ、Ａ…複合軟磁性粉末
【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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