JPH10150751A - かご型回転子の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】銅や銅合金等の融点が高い導電材料を用いた場
合であっても、短絡環の割れ、ひび等の無いかご回転子
を製造することができる、かご型回転子の製造方法およ
び製造装置を提供する。 【解決手段】回転子鉄心２１０の両端に形成される短絡
環２２０、２３０と、これらの短絡環を相互に連結する
ロータバー２４０とを、溶融させた導電材料を用いてダ
イキャスト法により一体成形するかご型回転子の製造装
置であって、一体成形に必要なキャビティが自身の内部
に形成された金型（固定型１１０および可動型１２０）
と、キャビティに面した金型内壁面のうち、短絡環２２
０、２３０のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成する
ための２つの凸状部分（ブロック１５０、１６０の各先
端部）のみを局所的に加熱するヒータ１５１、１６１
と、溶融させた導電材料をキャビティ内に射出するプラ
ンジャチップ１９０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータに使用され
るかご型回転子の製造方法および製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ用のかご型回転子の製造方法とし
て、従来より、回転子鉄心の両端に形成される２つの短
絡環と、これらの短絡環を連結する複数のロータバーと
を導電材料を用いてダイキャスト法により一体成形する
方法が知られている。

【０００３】このような製造方法は、例えば、特開平６
−８６５１６号公報にも記載されている。ここでは、特
に、導電材料として、銅あるいは銅合金を使用してい
る。銅や銅合金は、アルミニウムやアルミニウム合金と
比較して導電率が高いため、ロータバーや短絡環は、こ
のような素材で形成することが望ましい。導電率が低い
場合、これを補うべく回転子自体を大きくしなければな
らず、結果としてモータが大型化してしまうからであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて、銅や銅合金等の
融点が高い素材を用いてダイキャストを行う場合、融点
が高い分、溶融状態にある素材と、金型との温度差は大
きくなる。溶融中の素材と、金型との温度差が大きくな
れば当然、素材から金型への熱の移動量も増大する。

【０００５】しかしながら、素材の凝固時において素材
から金型への熱の移動量が増えてしまうと、素材の凝固
収縮作用だけでなく、素材から与えられた熱量による金
型の膨張作用も無視できなくなる。

【０００６】特に、前述の短絡環では、モータ軸を通す
ための貫通孔を形成する金型の凸状部分を溶融素材が囲
むような形となるため、中心に位置する凸状部分の膨張
作用と、これを取り囲む溶融素材の凝固収縮作用との相
乗的な拘束力が生じ、凝固時において短絡環にひびや割
れが発生しやすくなる。

【０００７】このような問題点を鑑み、本発明の目的
は、銅や銅合金等の融点が高い導電材料を用いた場合で
あっても、短絡環のひびや割れの無いかご型回転子を製
造することができるかご型回転子の製造方法および製造
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のかご型回転子の製造方法の一態様によれば、
回転子鉄心の両端に形成される２つの短絡環と、前記２
つの短絡環を相互に連結するロータバーとを、溶融させ
た導電材料を用いてダイキャスト法により一体成形する
かご型回転子の製造方法であって、前記一体成形に必要
なキャビティに面した金型内壁面のうち、前記２つの短
絡環のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成するための
２つの凸状部分のみを局所的に加熱し、前記溶融させた
導電材料を前記キャビティ内に射出するかご型回転子の
製造方法が提供される。

【０００９】上記目的を達成するための本発明のかご型
回転子の製造方法のその他の態様によれば、 回転子鉄
心の両端に形成される２つの短絡環と、前記２つの短絡
環を相互に連結するロータバーとを、溶融させた導電材
料を用いてダイキャスト法により一体成形するかご型回
転子の製造方法であって、前記回転子鉄心のモータ軸用
孔に金属棒を挿入し、金型の内部において、前記モータ
軸用孔に挿入した前記金属棒の両端に、前記２つの短絡
環のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成するための２
つの抜き勾配付きブロックを当接させるともに、当該２
つのブロックのそれぞれが前記金属棒の軸方向の熱膨張
に合わせて移動できるように当該２つのブロックを支持
し、前記溶融させた導電材料を前記金型内のキャビティ
に射出することを特徴とするかご型回転子の製造方法が
提供される。

【００１０】上記目的を達成するための本発明のかご型
回転子の製造装置の一態様によれば、回転子鉄心の両端
に形成される２つの短絡環と、前記２つの短絡環を相互
に連結するロータバーとを、溶融させた導電材料を用い
てダイキャスト法により一体成形するかご型回転子の製
造装置であって、前記一体成形に必要なキャビティが自
身の内部に形成された金型と、前記キャビティに面した
金型内壁面のうち、前記２つの短絡環のそれぞれにモー
タ軸用の貫通孔を形成するための２つの凸状部分のみを
局所的に加熱する２つのヒータと、前記溶融させた導電
材料を前記キャビティ内に射出する射出装置とを備えた
ことを特徴とするかご型回転子の製造装置が提供され
る。

【００１１】上記目的を達成するための本発明のかご型
回転子の製造装置のその他の態様によれば、 回転子鉄
心の両端に形成される２つの短絡環と、前記２つの短絡
環を相互に連結するロータバーとを、溶融させた導電材
料を用いてダイキャスト法により一体成形するかご型回
転子の製造装置であって、前記回転子鉄心のモータ軸用
孔に挿入される金属棒と、前記金属棒を挿入された回転
子鉄心がセットされる金型とを備え、前記金型は、前記
金属棒の両端に各々が当接し、前記一体成形時に前記２
つの短絡環のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成する
２つの抜き勾配付きブロックと、前記２つのブロックの
それぞれが前記金属棒の軸方向の熱膨張に合わせて移動
できるよう、当該２つのブロックを独立に支持する２つ
の弾性部材と、前記溶融させた導電材料を前記金型の内
部に射出する射出装置とを備えたことを特徴とするかご
型回転子の製造装置が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るかご型回転子
の製造方法の一実施形態について添付図面を参照しなが
ら説明する。

【００１３】本発明の第１の実施形態では、図１に示す
加圧鋳造装置１００を用いて、図２、図３に示すかご型
回転子２００の導体部分を製作する。図１は、加圧鋳造
装置１００の縦断面を概略的に表した断面図、図２は、
かご型回転子２００の縦断面を概略的に表した断面図、
図３は、モータ軸が挿入された状態にあるかご型回転子
２００の外観と、かご型回転子２００と組み合わされる
固定子３００の外観を示した外観図である。

【００１４】かご型回転子２００は、回転子鉄心２１０
と、回転子鉄心２１０の両端に形成された短絡環２２
０、２３０と、短絡環２２０、２３０を連結するロータ
バー２４０とを有して構成される。導体部分である、短
絡環２２０、２３０とロータバー２４０は、加圧鋳造装
置１００にてダイキャスト法により一体成形される。

【００１５】加圧鋳造装置１００は、固定型１１０と、
可動型１２０とを有して構成される。図１においては、
短絡環２２０、２３０とロータバー２４０の成形途中に
あるため、固定型１１０と可動型１２０は、型締めされ
た状態にあるが、型開きを行なう場合には、可動型１２
０を図中左側に移動させ、固定型１１０から離間させ
る。可動型１２０の内部には、入れ子１４０が着脱可能
に嵌合している。入れ子１４０の中心部には、貫通孔１
４１が形成されている。貫通孔１４１には、抜き勾配
（先端に近づく程直径が小さくなるようなテーパ）が付
けられた円筒状の金型ブロック１６０が挿入されてい
る。金型ブロック１６０は、成形時において、短絡環２
３０の中心部に、モータ軸を通すための貫通孔を形成す
るための部材である。金型ブロック１６０の先端部は、
回転子鉄心２１０の一方の端面に当接している。固定型
１１０の内部には、入れ子１３０が着脱可能に嵌合して
いる。入れ子１３０の中心部には、前述と同様、貫通孔
１３１が形成されており、そこには、金型ブロック１６
０と同形状の金型ブロック１５０が逆向きで挿入されて
いる。金型ブロック１５０は、短絡環２２０の中心部
に、モータ軸を通すための貫通孔を形成するための部材
である。金型ブロック１５０の先端部は、回転子鉄心２
１０の他方の端面に当接している。もちろん、金型ブロ
ック１５０、１６０以外の部材を用いて各貫通孔を形成
しても構わない。要は、各貫通孔の形状に即した凸状部
分を有する部材であればよい。

【００１６】なお、本実施形態では、固定型１１０、可
動型１２０、入れ子１３０、１４０、金型ブロック１５
０、１６０の各部材を、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格熱間工
具鋼）を用いて製作した。

【００１７】また、固定型１１０には、スリーブ１７０
が装着されている。スリーブ１７０は、金型の分割面に
設けられたゲート１８０に接続している。ゲート１８０
は、入れ子１３０、１４０の内部空間につながってい
る。スリーブ１７０の側面には、注入口１７１が形成さ
れている。注入口１７１より流し込まれた導電材料は、
プランジャチップ１９０によって押し込まれ、入れ子１
３０、１４０と回転子鉄心２１０と間に形成されたキャ
ビティに射出される。

【００１８】金型ブロック１５０、１６０には、ヒータ
１５１、１６１が埋め込まれている。本実施形態では、
ヒータ１５１、１６１に、通電により発熱する加熱用コ
イルを用いている。ヒータ１５１、１６１は、短絡環２
２０、２３０のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成す
るための２つの凸状部分（すなわち、円筒状の金型ブロ
ック１５０、１６０の先端部分）を、局所的に加熱する
ためのものである。

【００１９】つぎに、かご型回転子２００の具体的な製
造作業について説明する。

【００２０】かご型回転子２００の製造にあたっては、
最初に回転子鉄心２１０を製作する。

【００２１】回転子鉄心２１０の製作では、まず、多数
のスロットが周縁部に形成され、かつ、モータ軸を通す
ためのモータ軸用孔が中央部に形成された円板状の鋼板
（回転子鉄心片）２１１を所定枚数用意する。これらの
回転子鉄心片２１１は、各スロットの位置を合わせつつ
積層し、その後仮止めする。仮止めには、回転鉄心子２
１１のそれぞれに折り曲げ可能な爪をあらかじめ形成し
ておき、各回転子鉄心片２１１を積層した段階で、各回
転子鉄心の爪を一斉に折り曲るような固着方法を用いて
も構わない。最後に、各スロットの内壁に絶縁層（本実
施形態では、セラミック皮膜）２５０を形成する。完成
した回転子鉄心２１０は、加熱炉等に入れて、所定の温
度（本実施形態では、２００〜３００℃程度）になるま
で加熱する。また、固定型１１０、可動型１２０、入れ
子１３０、１４０、金型ブロック１５０、１６０につい
ても、ガスバーナー等を用いて前述と同様な温度（２０
０〜３００℃程度）になるまで加熱する。

【００２２】そして、本実施形態では、さらに、加熱用
コイル１５１、１６１を用いて金型ブロック１５０、１
６０を加熱し、金型ブロック１５０、１６０の金型温度
を、その周囲の金型温度よりも高めに（本実施形態で
は、５００〜６００℃程度）に設定する。

【００２３】以上の予熱作業を行なったら、回転子鉄心
２１０を入れ子１４０側にセットし、固定型１１０と可
動型１２０とを型締めする。

【００２４】一方、導電材料（本実施形態では、銅また
は銅合金）については、アルゴンガス等の不活性ガス雰
囲気中で不純物が入らないように溶融する。

【００２５】溶融させた導電材料は、注入口１７１から
スリーブ１７０内に流し込む。スリーブ１７０内に注入
された溶融導電材料は、その後プランジャチップ１９０
により、ゲート１８０に向かって押し込まれ、キャビテ
ィ内に射出される。具体的には、ゲート１８０を通過し
た導電材料の一部は、入れ子１３０と回転子鉄心２１０
の一端との間に形成されたキャビティ内に充填され、残
りの一部が、各ゲートを通って、入れ子１４０と回転子
鉄心２１０の他端との間に形成されたキャビティ内に充
填される。

【００２６】入れ子１３０側のキャビティに充填された
導電材料は、円筒状の金型ブロック１５０の周囲で凝固
して短絡環２２０となり、入れ子１４０側のキャビティ
に充填された導電材料は、金型ブロック１６０の周囲で
凝固して、短絡環２３０となる。

【００２７】そして、本実施形態によれば、あらかじめ
金型ブロック１５０、１６０を局所的に加熱して、金型
ブロック１５０、１６０の温度を、その周囲の温度より
も高くしてあるため、導電材料から金型ブロック１５
０、１６０への熱の移動量が従来と比較して小さくな
る。導電材料から金型ブロック１６０、１６０への熱の
移動量が小さくなれば、その分だけ、金型ブロック１５
０、１６０の熱膨張量が減少する。金型ブロック１５
０、１６０の熱膨張量が減少すれば、導電材料が凝固し
て短絡環２２０、２３０が形作られる際、短絡環２２
０、２３０に対する金型ブロック１５０、１６０の拘束
の度合いが小さくなり、短絡環２２０、２３０のひび、
割れが抑止される。

【００２８】図４には、本実施形態の鋳造工程おける金
型ブロック１５０の温度変化と、従来の鋳造工程におけ
る金型ブロック１５０の温度変化（導電材料として銅を
使用し、金型ブロック１５０、１６０の局所加熱を行な
わずにダイキャストを行なった場合の温度変化、導電材
料としてアルミニウムを使用し、金型ブロック１５０、
１６０の局所加熱を行なわずにダイキャストを行なった
場合の温度変化）が具体的に示されている。

【００２９】本実施形態によれば、同図に示すように、
射出開始から型開きを行なうまでの間、金型ブロック１
５０が従来よりも高温に保たれる。特に図示しないが、
金型ブロック１６０についても同様な結果となった。

【００３０】なお、型開きを行なってから、次の射出を
行なうまでの間には、完成した回転子２００を入れ子１
４０から押し出す押し出し作業、回転子２００を取り出
したのち、入れ子１３０、１４０の内壁に離型材を塗布
するとともに金型の冷却を図る作業、つぎの回転鉄心を
セットする作業等が行なわれる。また、金型自体がある
程度暖まれば、それ以降、予熱を行なう必要はない。こ
れらについては、従来の鋳造工程においても同様であ
る。

【００３１】つぎに、本発明の第２の実施形態について
説明する。

【００３２】本実施形態では、図５に示す加圧鋳造装置
４００を使用する。

【００３３】加圧鋳造装置４００の特徴とするところ
は、回転子鉄心２００のモータ軸用孔に挿入される金属
棒４３０と、金属棒４３０の一方の端部に金型ブロック
１５０の先端を押し当てておくためのばね４１０と、金
属棒４３０の他端に金型ブロック１６０の先端を押し当
てておくためのばね４２０とを設けている点にある。ば
ね４１０は、固定型１１０に形成された穴１１１内に配
置され、ばね４２０は、可動型１２０に形成された穴１
１２に配置されている。金型棒４３０については、熱膨
張率が比較的大きな材料（ジュラルミンや黄銅等の合金
や、マンガン、スズ、亜鉛等の金属、あるいは、異方性
を考慮したニッケル金属）で形成されている。その他の
部材については、第１の実施形態と同様であるため説明
は省略する。

【００３４】このように、金型ブロック１５０、１６０
のそれぞれを軸方向に移動可能に支持するともに、これ
らを比較的熱膨張率が高い金属棒４３０の両端に押し当
てておけば、短絡環２２０、２３０が形作られる際、金
属棒４３０の熱膨張により金型ブロック１５０、１６０
がそれぞれ外側に僅かに移動する。金型ブロック１５０
の先端にはテーパが付けられているため、金型ブロック
１５０が外側に移動すれば、その分だけ、短絡環２２０
の内周位置における金型ブロック１５０の外径が減少す
る。これと同様に、金型ブロック１６０が外側に移動す
れば、短絡環２３０の内周位置における金型ブロック１
６０の外径が減少する。これにより、短絡環２２０、２
３０に対する金型ブロック１５０、１６０の拘束力が小
さくなり、短絡環２２０、２３０のひび、割れが抑止さ
れる。

【００３５】つぎに、本発明の第３の実施形態について
説明する。

【００３６】本実施形態では、図６に示す加圧鋳造装置
５００を使用する。

【００３７】加圧鋳造装置５００の特徴とするところ
は、第２の実施形態で使用した金属棒４３０の内部に、
ヒータ（例えば加熱用コイル）５１０を埋め込んでいる
点にある。ヒータ５１０は、金属棒４３０の熱膨張を助
けるためのもので、射出の開始から終了まで間、金属棒
４３０を瞬間的に加熱する。

【００３８】これにより、導電材料の凝固時における、
短絡環２２０、２３０に対する金型ブロック１５０、１
６０の拘束力がよりいっそう小さくなる。

【００３９】つぎに、本発明の第４の実施形態について
説明する。

【００４０】本実施形態では、図７に示す加圧鋳造装置
６００を使用する。

【００４１】加圧鋳造装置６００は、回転子鉄心２００
に冷却羽根２６０とバランスピン２７０を形成すること
が可能な装置で、冷却羽根２６０とバランスピン２７０
の形状に即した入れ子６１０、６２０および金型ブロッ
ク６３０、６４０を使用している。そのほかは、第３の
実施形態と変わらない。

【００４２】図８（ａ）は、加圧鋳造装置６００を用い
て製作されたかご型回転子２００の正面図、図８（ｂ）
は、このかご型回転子２００の中央部の横断面図であ
る。

【００４３】図８（ａ）に示すようにバランスピン２７
０と冷却羽根２６０は、交互に設けられている。かご型
回転子２００の回転時において、冷却羽根２６０は放熱
を行ない、バランスピン２７０は、回転子２００の回転
のバランスをとる。スロット２８０は、図８（ｂ）に示
すように、周縁部に放射条に形成され、各スロット２８
０には導電材料が充填されている。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、銅や銅合
金等の融点が高い導電材料を用いた場合であっても、短
絡環の割れ、ひび等の無いかご回転子を製造することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態で使用する加圧鋳造装
置の概略断面図。

【図２】本発明の第１、第２、第３の実施形態で製造さ
れる回転子の概略断面図。

【図３】図２に示した回転子と、該回転子と組み合わさ
れる固定子の両方を示した外観図。

【図４】本発明の第１の実施形態における金型の温度変
化と、従来の鋳造工程における金型の温度変化を示した
グラフ。

【図５】本発明の第２の実施形態で使用する加圧鋳造装
置の概略断面図。

【図６】本発明の第３の実施形態で使用する加圧鋳造装
置の概略断面図。

【図７】本発明の第４の実施形態で使用する加圧鋳造装
置の概略断面図。

【図８】図７に示した加圧鋳造装置で製造された回転子
の概略断面図。

【符号の説明】

１００、４００、５００、６００：加圧鋳造装置、 １
１０：固定型、 １１１、１１２：穴、 １２０：可動
型、 １３０、１４０：入れ子、 １３１、１４１：貫
通孔、 １５０、１６０：抜き勾配付きブロック、 １
５１、１６１、５１０：ヒータ、 １７０： スリー
ブ、 １７１：注入口、 １８０：ゲート、 １９０：
プランジャチップ、 ２００：回転子、 ２１０：回転
子鉄心、２１１：回転子鉄心片、 ２２０、２３０：短
絡環、 ２４０：ロータリバー、２５０： 絶縁層、 ２
６０：冷却羽根、 ２７０：バランスピン、 ３００：固定子、 ４１０、４２０：ばね、 ４３０：
金属棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 平吉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大曽根 靖夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 妹尾 正治 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転子鉄心の両端に形成される２つの短絡
   環と、前記２つの短絡環を相互に連結するロータバーと
   を、溶融させた導電材料を用いてダイキャスト法により
   一体成形するかご型回転子の製造方法であって、 前記一体成形に必要なキャビティに面した金型内壁面の
   うち、前記２つの短絡環のそれぞれにモータ軸用の貫通
   孔を形成するための２つの凸状部分のみを局所的に加熱
   し、 前記溶融させた導電材料を前記キャビティ内に射出する
   かご型回転子の製造方法。
2. 【請求項２】回転子鉄心の両端に形成される２つの短絡
   環と、前記２つの短絡環を相互に連結するロータバーと
   を、溶融させた導電材料を用いてダイキャスト法により
   一体成形するかご型回転子の製造方法であって、 前記回転子鉄心のモータ軸用孔に金属棒を挿入し、 金型の内部において、前記モータ軸用孔に挿入した前記
   金属棒の両端に、前記２つの短絡環のそれぞれにモータ
   軸用の貫通孔を形成するための２つの抜き勾配付きブロ
   ックを当接させるともに、当該２つのブロックのそれぞ
   れが前記金属棒の軸方向の熱膨張に合わせて移動できる
   ように当該２つのブロックを支持し、 前記溶融させた導電材料を前記金型内のキャビティに射
   出することを特徴とするかご型回転子の製造方法。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記導電材料の射出中において前記金属棒を加熱するこ
   とを特徴とするかご型回転子の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１、２または３において、 前記導電材料は、銅または銅合金であることを特徴とす
   るかご型回転子の製造方法。
5. 【請求項５】回転子鉄心の両端に形成される２つの短絡
   環と、前記２つの短絡環を相互に連結するロータバーと
   を、溶融させた導電材料を用いてダイキャスト法により
   一体成形するかご型回転子の製造装置であって、 前記一体成形に必要なキャビティが自身の内部に形成さ
   れた金型と、 前記キャビティに面した金型内壁面のうち、前記２つの
   短絡環のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成するため
   の２つの凸状部分のみを局所的に加熱する２つのヒータ
   と、 前記溶融させた導電材料を前記キャビティ内に射出する
   射出装置とを備えたことを特徴とするかご型回転子の製
   造装置。
6. 【請求項６】回転子鉄心の両端に形成される２つの短絡
   環と、前記２つの短絡環を相互に連結するロータバーと
   を、溶融させた導電材料を用いてダイキャスト法により
   一体成形するかご型回転子の製造装置であって、 前記回転子鉄心のモータ軸用孔に挿入される金属棒と、 前記金属棒を挿入された回転子鉄心がセットされる金型
   とを備え、 前記金型は、 前記金属棒の両端に各々が当接し、前記一体成形時に前
   記２つの短絡環のそれぞれにモータ軸用の貫通孔を形成
   する２つの抜き勾配付きブロックと、 前記２つのブロックのそれぞれが前記金属棒の軸方向の
   熱膨張に合わせて移動できるよう、当該２つのブロック
   を独立に支持する２つの弾性部材と、 前記溶融させた導電材料を前記金型の内部に射出する射
   出装置とを備えたことを特徴とするかご型回転子の製造
   装置。