JP5193873B2 - モータ用回転子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ用回転子及びその製造方法に関するものである。

通常、モータ用回転子は、回転軸に設けらた磁石取り付け部と、磁石取り付け部の表面に複数の永久磁石が配置されて構成された永久磁石層とを備えている。しかしながら、モータ用回転子が高速で回転すると、遠心力により複数の永久磁石が破損するおそれがある。そこで、特許第２８４７７５６号公報に示すように、永久磁石層上に強化繊維材料からなる糸が巻回されて形成された糸巻回層と、回転軸に対して磁石取り付け部の軸線方向の両側に配置された第１及び第２の環状部材と、第１及び第２の環状部材に対して固定され且つ糸巻回層の表面を接触して覆う筒体とを備えたモータ用回転子が提案された。そして、糸巻回層には、硬化性樹脂が含浸されている。また、第１及び第２の環状部材と筒体とは、溶接により固定されている。
特許第２８４７７５６号公報

しかしながら、糸巻回層内に含浸された硬化性樹脂は、糸同士を繋ぐ役割を果たすものの、樹脂自体の強度は低い。そのため、従来のモータ用回転子では、１５万回転／分以上のような高速で回転すると遠心力により筒体が膨れ、筒体と糸巻回層との間に空隙ができる。そのため、糸巻回層内に含浸された樹脂に空隙の方向に遠心力が加わると、樹脂が破損するおそれがある。

本発明の目的は、高速で回転しても、糸巻回層内に含浸された樹脂が破損するのを防ぐことができるモータ用回転子及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、糸巻回層を巻回した糸の終端を容易に留めることができるモータ用回転子及びその製造方法を提供することにある。

本願発明が改良の対象とするモータ用回転子は、回転軸に設けられた磁石取り付け部と、磁石取り付け部の表面に複数の永久磁石が配置されて構成された永久磁石層と、永久磁石層上に強化繊維材料からなる糸が巻回されて形成された糸巻回層と、回転軸に対して設けられ且つ磁石取り付け部の軸線方向の両側にそれぞれ配置された第１及び第２の環状部材と、第１及び第２の環状部材に対して固定され且つ糸巻回層の表面を回転軸の径方向外側から覆う筒体とを備えている。そして、糸巻回層に硬化性樹脂が含浸されている。なお、ここでいう「磁石取り付け部の軸線方向の両側にそれぞれ配置された第１及び第２の環状部材」とは、磁石取り付け部に近接して第１及び／または第２の環状部材を配置する場合と、磁石取り付け部と間隔を隔てて第１及び／または第２の環状部材を配置する場合の両方を含むものである。本発明のモータ用回転子では、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間に隙間が形成されている。そして、この隙間に硬化性樹脂が充填されて硬化性樹脂が硬化してなる樹脂層が形成されている。本発明のように、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間の隙間に樹脂層を形成すると、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間に十分に樹脂が満たされることになる。その結果、モータ用回転子が高速で回転しても、筒体と糸巻回層との間に空隙ができない。また、糸巻回層内に含浸された硬化性樹脂の一部が硬化して形成される厚みの薄い樹脂層に比べて、硬化性樹脂のみで積極的に形成された樹脂層の筒体に対する接合強度は高い。そのため、モータ用回転子が高速で回転して糸巻回層内に含浸された樹脂に遠心力が加わっても、糸巻回層の外側に積極的に形成した樹脂層により、糸巻回層内に含浸された樹脂と糸との間に剥離が発生するのを防止することができる。

特に、回転軸が１５万回転／分以上の高速で回転する高速回転モータに用いられるモータ用回転子では、その遠心力により糸巻回層内の樹脂が剥離し易くなり、またクラックが発生し易くなる。そのため、このような高速回転モータに、本発明のモータ用回転子を用いると、糸巻回層内の樹脂の剥離やクラックの発生を有効に防ぐことができる。

第１の環状部材は、筒体の回転軸の軸線方向の一方側に位置する開口部内に嵌合し、且つ第１の環状部材には、糸巻回層と筒体との間に硬化性樹脂を充填するための１以上の樹脂充填用通路を形成するのが好ましい。また、第２の環状部材で筒体の他方の開口部は密封しておく。このようにすれば、第１の環状部材が筒体の回転軸の軸線方向の一方側に位置する開口部内に嵌合された後に、糸巻回層と筒体との間に硬化性樹脂を充填できるため、糸巻回層と筒体との間の間隙を硬化性樹脂で完全に満たすことができる。

１以上の樹脂充填用通路は、第１の環状部材を軸線方向に貫通し且つ径方向外側に向かって開口し、更に、回転軸の周方向に等間隔をあけて形成するのが好ましい。このようにすれば、１以上の樹脂充填用通路が径方向外側に向かって開口していることにより、筒体の内周面に沿って十分な硬化性樹脂を充填することができる。また、１以上の樹脂充填用通路が、回転軸の周方向に間隔をあけて形成されていることにより、硬化性樹脂の充填が容易になる上、硬化性樹脂に含まれる気泡を脱泡させる際に、部分的な偏り無く、脱泡を行える。なお、１以上の樹脂充填用通路は、第１の環状部材を軸線方向に貫通する貫通孔として形成してもよい。このような貫通孔を形成しても、糸巻回層と筒体との間に硬化性樹脂を充填することができる。

また、本発明のモータ用回転子では、第２の環状部材は、磁石取り付け部の軸線方向の他方側の端部に隣接した位置に配置し、回転軸と同心的に配置された環状の仕切壁部材を第１及び第２の環状部材の間に配置することができる。また仕切壁部材は、磁石取り付け部の軸線方向の一方側の端部に隣接して位置し且つ第１の環状部材との間に底部を有する環状の通路を形成するように配置する。仕切壁部材の外周部には、糸巻回層を形成する糸に連続する連続糸が通り且つ樹脂充填用通路から充填された硬化性樹脂が通る１以上の糸通過用凹部を形成する。そして糸通過用凹部を通過した連続糸を環状の通路内に入れ、通路の底部上に高張力で巻回して連続糸巻回層を形成する。また、連続糸巻回層に硬化性樹脂を含浸する。連続糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間にも隙間を形成する。そして、この隙間にも樹脂充填用通路から充填された硬化性樹脂が充填され、この硬化性樹脂が硬化して、樹脂層とつながる樹脂層の延長部を形成する。このように、連続糸を環状の通路内に入れ、通路の底部上に高張力で巻回して連続糸巻回層を形成すれば、連続糸巻回層内の連続糸と第１の環状部材及び仕切壁部材との摩擦、または連続糸どうしの摩擦により、連続糸巻回層から糸がほどけることがなく、糸巻回層を形成する糸の終端を容易に且つ確実に留めることができる。なお、１以上の糸通過用凹部は、樹脂充填用通路から充填された硬化性樹脂が通るように形成されているため、仕切壁部材を設けても、１以上の糸通過用凹部を通して、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間に隙間に硬化性樹脂を充填することができる。

連続糸は、連続糸巻回層内の連続糸がほどけるのを防止できる張力（例えば３ｋｇｆ以上の高張力）で通路の底部上に巻回するのが好ましい。

複数の糸通過用凹部は、回転軸の周方向に間隔をあけて形成するのが好ましい。このようにすれば、糸巻回層を巻回した糸の終端位置がどのような位置であっても、糸巻回層を形成した糸を容易に環状の通路内に入れることができる。また、１以上の糸通過用凹部を通して、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間に隙間に硬化性樹脂を充填する際にも、硬化性樹脂を容易に充填することができる。

硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。このようにすれば、硬化性樹脂を充填した後も硬化性樹脂を未硬化の状態にしておくことができ、必要な時に加熱により樹脂を硬化できる。

なお、本発明のモータ用回転子は、回転軸の両端が軸受け支持される両軸式軸受けタイプの回転子と、回転軸の一方の端部だけが軸受け支持される片軸式軸受けタイプの回転子の両方に用いることができる。

回転軸を、軸受けによって支持される第１の回転軸部と、第１の環状部材と、磁石取り付け部を含む軸中央部と、第２の回転軸部とが軸線方向に順番に並んで形成された複合構造とすることができる。このような回転軸を用いる場合には、仕切壁部材は、軸中央部に嵌合される筒状部と、筒状部の一端に一体に設けられた環状の仕切壁部とから構成することができる。そして筒状部の一端が、第１の環状部材と当接した状態で、第１の環状部材と仕切壁部と筒状部とによって囲まれた通路を形成することができる。このようにすれば、回転軸構造体の軸中央部に仕切壁部材を嵌合することにより、連続糸巻回層を形成するために用いる環状の通路を容易に形成することができる。

また、第１の回転軸部と、第１の環状部材と、軸中央部と、第２の回転軸部とは一体に形成するのが好ましい。このようにすれば、複合構造を切削加工や鋳造により容易に形成できる。

軸中央部は、回転軸の中央部に一体に形成された円柱形状を有するように構成できる。第２の環状部材には、回転軸に嵌合されるボス部と該ボス部の軸中央部側の端部から径方向に延びる環状部とが一体になった構造を有しているのを用いることができる。第２の環状部材は、第２の回転軸部に嵌合されて、軸中央部の第２の回転軸部側の端面と当接した状態で位置決めすることができる。また筒体は、筒本体と、筒本体の他方の開口部側の端部から径方向内側に延びる環状のフランジ部とから一体に形成することができる。このような構造の第２の環状部材と筒体とを用いるときには、筒体の回転軸の軸線方向の一方側に位置する開口部の内周面と第１の環状部材の外周面とを結合する。そして、筒体に一体に形成されたフランジ部がボス部上に嵌合され且つフランジ部の環状の内面と第２の環状部材のボス部の外側端面とが当接するように、筒体を第１及び第２の環状部材とを組み合わればよい。このようにすれば、筒体の内部に第１及び第２の環状部材が配置されるように、筒体と第１及び第２の環状部材とを相対的にスライド移動することにより、筒体を第１及び第２の環状部材に容易に取付けることができる。

筒体を加熱してから、筒体を第１及び第２の環状部材に取付け、その後、筒体を冷却する焼嵌めにより、筒体を第１及び第２の環状部材に取付けることができる。このようにすれば、加熱されて膨張した筒体は第１及び第２の環状部材に取付けた後に収縮して、第１及び第２の環状部材にしっかりと取付けられる。

この場合、筒本体の一方の開口部内には、筒体内に段差部を形成するように回転軸の径方向内側に突出する突出部を一体に形成し、仕切壁部の径方向外側端部を段差部と係合するのが好ましい。このようにすると、筒体の係合用段差部と仕切壁部に設けた被係合用突部とが係合して、筒体の抜け止めを図ることができる。

本発明のモータ用回転子は、次のように製造することができる。

回転軸として、軸受けによって支持される第１の回転軸部と、第１の環状部材と、磁石取り付け部を含む軸中央部と、第２の回転軸部とが軸線方向に順番に並んで一体に形成された複合構造を有するものを用意する。また第１の環状部材には、筒体の回転軸の軸線方向の一方側に位置する開口部内に嵌合された後に、糸巻回層と筒体との間に硬化性樹脂を充填するために利用される１以上の樹脂充填用通路を予め形成しておく。さらに外周部に糸巻回層を形成する糸に連続する連続糸が通り且つ樹脂充填用通路から充填された硬化性樹脂が通る１以上の糸通過用凹部が形成されて、回転軸と同心的に配置され且つ第１及び第２の環状部材の間に配置される環状の仕切壁部材を用意する。そして仕切壁部材を、回転軸の軸中央部に嵌合して、仕切壁部材と第１の環状部材との間に底部を有する環状の通路を形成するように配置する。このように各部材を準備した上で、まず軸中央部に含まれる磁石取り付け部上に永久磁石層を形成する。次に前述の永久磁石層を形成する前または後に、軸中央部の軸線方向の他方側の端部に第２の環状部材が当接するように、第２の環状部材を第２の回転軸部に嵌合して回転軸に対して第２の環状部材を固定する。そして永久磁石層上に強化繊維材料からなる糸を、仕切壁部材の径方向外側の外周部と第２の環状部材の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面との間に隙間が形成される程度に巻回して糸巻回層を形成する。次に糸巻回層に第１の硬化性樹脂を含浸する。そして糸巻回層を形成する糸に連続する連続糸を糸通過用凹部を通して環状の通路内に入れ、底部上に高張力で第１の環状部材の径方向外側の外周部と仕切壁部材の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面との間に隙間が形成される程度に巻回して連続糸巻回層を形成する。次に連続糸巻回層に第２の硬化性樹脂を含浸する。次に糸巻回層及び連続糸巻回層の表面を回転軸の径方向外側から覆うように筒体を第１及び第２の環状部材に対して固定する。その後、第１の環状部材に形成した１以上の樹脂充填用通路及び仕切壁部材に形成した１以上の糸通過用凹部を通して、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間の隙間に第３の硬化性樹脂を充填する。また１以上の樹脂充填用通路を通して、連続糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間の隙間に第４の硬化性樹脂を充填する。最後に、第３及び第４の硬化性樹脂を硬化させる。

以上のようにモータ用回転子を製造すれば、嵌合等の単純な作業で各部品を組み合わせるだけで、本発明のモータ用回転子を製造することができる。また、筒体を第１及び第２の環状部材に取付けた後に、糸巻回層と筒体との間に硬化性樹脂を充填できるため、糸巻回層と筒体との間を硬化性樹脂で十分に満たすことができる。

第１〜第４の硬化性樹脂は、いずれも同じ材質の熱硬化性樹脂とする場合には、第３及び第４の硬化性樹脂は、第１及び第２の硬化性樹脂が硬化する前に充填し、第１〜第４の硬化性樹脂を一緒に硬化させるのが好ましい。このようにすれば、第１〜第４の硬化性樹脂の相互の樹脂の結合強度を高めることができる。

また第１〜第４の硬化性樹脂を一緒に硬化させる前に第１〜第４の硬化性樹脂に含まれる気泡を１以上の樹脂充填用通路及び１以上の糸通過用凹部を通して脱泡させるのが好ましい。このようにすれば、樹脂層内に間隙なく樹脂が満たされるため、モータ用回転子が高速で回転しても、筒体と糸巻回層との間に空隙ができ難い。

筒体を加熱してから、筒体を第１及び第２の環状部材に取付け、その後、筒体を冷却する焼嵌めにより、筒体を第１及び第２の環状部材に取付けることができる。このようにすれば、加熱されて膨張した筒体は第１及び第２の環状部材に取付けた後に収縮して、第１及び第２の環状部材にしっかりと取付けられる。

本発明の一実施の形態のモータ用回転子の断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すモータ用回転子に用いる回転軸構造体の正面図及び右側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すモータ用回転子に用いる仕切壁部材３の正面図及び右側面図である。 図１に示すモータ用回転子に用いる永久磁石層の分解斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すモータ用回転子に用いる第２の環状部材の右側面図及び背面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示すモータ用回転子に用いる筒体の右側面図及び背面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示すモータ用回転子の製造方法の前半部を説明するために用いる図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図１に示すモータ用回転子の製造方法の後半部を説明するために用いる図である。 本発明の他の実施の形態のモータ用回転子の筒体と仕切壁部材との係合部分の拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、１５万回転／分以上の高速で回転する高速回転モータに用いる本発明の一実施の形態のモータ用回転子の断面図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本例のモータ用回転子に用いる回転軸構造体の正面図及び右側面図である。図１に示すように、本例のモータ用回転子は、回転軸構造体１と、仕切壁部材３と、永久磁石層５と、第２の環状部材７と、糸巻回層９と、樹脂層１１と、連続糸巻回層１３と、樹脂層延長部１５と、筒体１７とを有している。回転軸構造体１は、本発明の回転軸１９を含むものであり、本例ではマルテンサイト系ステンレス鋼から構成されている。この回転軸構造体１は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、軸受けによって支持される第１の回転軸部１９Ａと、第１の環状部材２１と、軸中央部２３と、第２の回転軸部１９Ｂとが軸線方向（回転軸１９の軸線Ｘが延びる方向）に順番に並んで一体に形成された複合構造を有している。第１の環状部材２１は、後述する磁石取り付け部２９の軸線Ｘが延びる方向の一方側（後述する第２の環状部材７が取付けられる側と反対側）の端部に隣接した位置に形成されている。第１の環状部材２１は、第１の回転軸部１９Ａよりも径寸法が大きく、第１の回転軸部１９Ａと同芯の小径部２５と、小径部２５より径寸法の大きい大径部２７とを有している。大径部２７には、糸巻回層９と筒体１７との間に硬化性樹脂を充填するための４つの樹脂充填用通路２７ａが形成されている。４つの樹脂充填用通路２７ａは、回転軸構造体１の周方向に等間隔で形成されており、大径部２７を回転軸１９の軸線Ｘが延びる方向に貫通し且つ径方向外側に向かって開口している。軸中央部２３は、回転軸構造体１（回転軸１９）の中央部に形成された円柱形状を有しており、第１の環状部材２１よりも小さい径寸法を有している。軸中央部２３の図１に向かって左側部分には、後述する仕切壁部材３が嵌合されている。軸中央部２３の仕切壁部材３が嵌合されていない部分（図１に向かって右側部分）が磁石取り付け部２９を構成している。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本例のモータ用回転子に用いる仕切壁部材３の正面図及び右側面図である。仕切壁部材３は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、軸中央部２３に嵌合される筒状部３１と、筒状部３１の一端に一体に設けられた環状の仕切壁部３３とを有している。筒状部３１は軸中央部２３に嵌合されて、筒状部３１の一端が、第１の環状部材２１の大径部２７と当接している。そして環状の仕切壁部３３は、回転軸構造体１（回転軸１９）と同心的に配置されている。これにより、仕切壁部３３は、第１の環状部材２１と第２の環状部材７との間に配置される。この状態で、第１の環状部材２１と筒状部３１と仕切壁部３３とによって囲まれた通路３５が形成されている［図７（Ｂ）参照］。仕切壁部３３の外周には、４つの糸通過用凹部３３ａが形成されている。４つの糸通過用凹部３３ａは、回転軸１９の周方向に等間隔をあけて形成されており、仕切壁部３３を軸線Ｘが延びる方向に貫通し且つ径方向外側に向かって開口している。４つの糸通過用凹部３３ａには、糸巻回層９を形成する後述の糸８に連続して後述の連続糸巻回層１３を形成する連続糸１０が通る［図８（Ａ）参照］。また、４つの糸通過用凹部３３ａは、４つの樹脂充填用通路２７ａから充填された硬化性樹脂を通す役割も果たしている。

図４は、本例のモータ用回転子に用いる永久磁石層５の分解斜視図である。図４は、第１の回転軸部１９Ａと第１の環状部材２１とを省略した回転軸構造体１を含むロータの構造を示している。永久磁石層５は、この図４に示すように、回転軸１９の軸線Ｘが延びる方向に並ぶ第１の分割ロータ磁極ユニット３７と、第２の分割ロータ磁極ユニット３９とを備えており、磁石取り付け部２９の表面に配置されている。第１の分割ロータ磁極ユニット３７は、磁石取り付け部２９の表面の一部上に２個の第１の種類の永久磁石磁極部４１と２個の磁性材料からなる第１の種類の突極部４３とが回転軸１９の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第２の分割ロータ磁極ユニット３９は、磁石取り付け部２９の表面の残りの一部上に２個の第２の種類の永久磁石磁極部４５と２個の磁性材料からなる第２の種類の突極部４７とが回転軸１９の周方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。第１の分割ロータ磁極ユニット３７と第２の分割ロータ磁極ユニット３９とは、回転軸１９の軸線Ｘに平行に沿い且つ第１の種類の永久磁石磁極部４１の中心を通る仮想中心線Ｃ１と軸線Ｘに平行に沿い且つ第２の種類の永久磁石磁極部４５の中心を通る仮想中心線Ｃ１′とが一致し、軸線Ａに沿い且つ第１の種類の突極部４３の中心を通る仮想中心線Ｃ２と軸線Ｘに平行に沿い且つ第２の種類の突極部４７の中心を通る仮想中心線Ｃ２′とが一致するようにして、回転軸１９の軸線Ｘが延びる方向に並んで配置されている。

また、第１の種類の永久磁石磁極部４１の極弧角が第２の種類の永久磁石磁極部４５の極弧角よりも小さく、第１の種類の突極部４３の開角が第２の種類の突極部４７の開角よりも大きくなっている。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本例のモータ用回転子に用いる第２の環状部材７の右側面図及び背面図である。第２の環状部材７は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、環状部４９と、回転軸１９に嵌合されるボス部５１とを一体に有している。環状部４９は、ボス部５１の軸中央部２３側の端部から径方向に延びている。第２の環状部材７は、第２の回転軸部１９Ｂに嵌合され、軸中央部２３の第２の回転軸部１９Ｂ側の端面と環状部４９とが当接した状態で位置決めされている。このため、第２の環状部材７は、磁石取り付け部２９の軸線Ｘが延びる方向の他方側（第１の環状部材２１が取付けられる側と反対側）の端部に隣接した位置に配置される。このように、第１の環状部材２１及び第２の環状部材７は、軸中央部２３の軸線Ｘが延びる方向の両側にそれぞれ形成される。この結果、第１の環状部材２１及び第２の環状部材７は、磁石取り付け部２９の両側にそれぞれ配置されることになる。

糸巻回層９は、永久磁石層５上にアラミド繊維または炭素繊維からなる強化繊維材料からなる糸が高張力で巻回されて形成されている。糸巻回層９には、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）からなる硬化性樹脂が含浸されている。なお、本実施の形態では、硬化性樹脂として熱硬化性樹脂を用いているが、紫外線等の照射により硬化する光硬化性樹脂を用いてもよい。糸巻回層９は、仕切壁部材３の径方向外側の外周部と第２の環状部材７の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面と、糸巻回層９との間に隙間が形成される程度に糸が巻回されて形成されている［後述の図７（Ｄ）参照］。このため、糸巻回層９の外周面９ａと後述する筒体１７の筒本体５３の内周面５３ａとの間に隙間が形成されることになる。

この糸巻回層９と筒体１７との間に形成された隙間には、樹脂層１１が形成されている。この樹脂層１１は、糸巻回層９の外周面９ａと筒体５３の内周面５３ａとの間の隙間に、糸巻回層９に含浸されたものと同じ硬化性樹脂が充填され、この充填された硬化性樹脂が硬化して形成される。

連続糸巻回層１３は、糸巻回層９を形成する後述の糸８に連続する連続糸１０が、仕切壁部３３の糸通過用凹部３３ａを通過して環状の通路３５内に入り、通路３５の底部上に巻回されて形成されている。そして、連続糸１０は連続糸巻回層１３内の連続糸１０がほどけない程度の張力で通路３５の底部上に巻回されている。本例では、３ｋｇｆの高張力で連続糸１０を通路３５の底部上に巻回する。なお、連続糸巻回層１３内の連続糸１０がほどけない程度の張力であれば、３ｋｇ以上の張力で連続糸１０を通路３５の底部上に巻回してもよい。連続糸巻回層１３内には、糸巻回層９に含浸されたものと同じ硬化性樹脂が含浸されている。連続糸巻回層１３は、第１の環状部材２１の径方向外側の外周部と仕切壁部材３の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面と、連続糸巻回層１３との間に隙間が形成される程度に糸が巻回されて形成されている［後述の図８（Ａ）参照］。このため、連続糸巻回層１３の外周面１３ａと後述する筒体５３の内周面５３ａとの間に隙間が形成されることになる。

樹脂層延長部１５は、この連続糸巻回層１３の外周面１３ａと筒本体５３の内周面５３ａとの間の隙間に、糸巻回層９に含浸されたものと同じ硬化性樹脂が樹脂層１１に連続して充填され、この充填された硬化性樹脂が硬化して樹脂層１１と連続して形成されている。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、本例のモータ用回転子に用いる筒体１７の右側面図及び背面図である。筒体１７は、非磁性体のチタンまたはチタン合金からなり、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、、筒本体５３と、筒本体５３の他方の開口部５６側の端部から径方向内側に延びる環状のフランジ部５５とを一体に有している。そして、筒本体５３の一方の開口部５４の内周面と第１の環状部材２１の外周面２１ａとが結合している（図１及び２参照）。また、フランジ部５５がボス部５１上に嵌合され且つフランジ部５５の環状の内面５５ａと第２の環状部材７のボス部５１の外側端面５１ａとが当接している。本例では、筒体１７は、焼嵌めにより第１及び第２の環状部材２１，７に取付けられている。これにより、筒本体５３は、糸巻回層９の表面を回転軸構造体１の径方向外側から覆うことになる。また、このように、筒体１７が第１及び第２の環状部材２１，７に組み合わされることにより、第１の環状部材２１が筒本体５３の一方の開口部５４に嵌合されることになる。また、第２の環状部材７が筒本体５３の他方の開口部５６を密封することになる。

次に、本例のモータ用回転子の製造方法について説明する。図７（Ａ）〜（Ｄ）は、本例のモータ用回転子の製造方法の前半部を説明する図であり、図８（Ａ）〜（Ｄ）は、本例のモータ用回転子の製造方法の後半部を説明する図である。まず、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、仕切壁部材３の筒状部３１の一端が第１の環状部材２１と当接するように、仕切壁部材３を回転軸構造体１の軸中央部２３に嵌合して、仕切壁部３３と第１の環状部材２１との間に底部３５ａを有する環状の通路３５を形成した。次に、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、軸中央部２３の外面に露出した磁石取り付け部２９上に永久磁石層５（２個の第１の種類の永久磁石磁極部４１、２個の第１の種類の突極部４３、２個の第２の種類の永久磁石磁極部４５及び２個の第２の種類の突極部４７）を形成した。そして、軸中央部２３の軸線Ｘが延びる方向の他方側（第１の環状部材２１が取付けられる側と反対側）の端部に第２の環状部材７の環状部４９が当接するように、第２の環状部材７を第２の回転軸部１９Ｂに嵌合した。

次に、図７（Ｄ）に示すように、永久磁石層５上に強化繊維材料からなる糸８を、仕切壁部３３の径方向外側の外周部と環状部４９の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面Ｆ１との間に隙間が形成される程度に高張力で巻回して糸巻回層９を形成した。そして、糸巻回層９に第１の硬化性樹脂Ｒ１を含浸した。

次に、図８（Ａ）に示すように、糸巻回層９を形成する糸８に連続する連続糸１０を糸通過用凹部３３ａを通して環状の通路３５内に入れ、通路３５の底部３５ａ（仕切壁部材３の筒上部３１の外周）上に第１の環状部材２１の径方向外側の外周部と仕切壁部３３の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面Ｆ２との間に隙間が形成される程度に高張力で巻回して連続糸巻回層１３を形成した。本例では、連続糸１０を３ｋｇｆ以上の張力で通路３５の底部３５ａ上に巻回した。そして、連続糸巻回層１３に第２の硬化性樹脂Ｒ２を含浸した。本例では、第２の硬化性樹脂Ｒ２として、糸巻回層９に含浸した第１の硬化性樹脂Ｒ１と同じ硬化性樹脂を用いた。なお、第２の硬化性樹脂Ｒ２として用いる硬化性樹脂については、第１の硬化性樹脂Ｒ１と同じ硬化性樹脂に限定されるものではない。

次に、図８（Ｂ）に示すように、筒体１７を焼嵌めにより第１及び第２の環状部材２１，７に取付けた。具体的には、筒体１７を加熱し膨張させてから、筒本体５３の一方の開口部５４が第１の環状部材２１の外周に位置し、フランジ部５５がボス部５１上に位置するように、筒体１７を第１及び第２の環状部材２１，７に取付けた。その後、筒体１７を冷却した。これにより、筒体１７は収縮して、筒本体５３の一方の開口部５４が第１の環状部材２１の外周と強く結合し、フランジ部５５の環状の内面と第２の環状部材７のボス部５１の外側端面とが強く当接する。これにより、筒体１７は、第１及び第２の環状部材２１，７にしっかりと取付けられる。

次に、図８（Ｃ）に示すように、樹脂充填用通路２７ａ及び糸通過用凹部３３ａを通して、糸巻回層９の外周面９ａと筒本体５３の内周面５３ａとの間の隙間に第３の硬化性樹脂Ｒ３を充填した。次に、樹脂充填用通路２７ａを通して、連続糸巻回層１３の外周面１３ａと筒本体５３の内周面５３ａとの間の隙間に第４の硬化性樹脂Ｒ４を充填した。なお、第３及び第４の硬化性樹脂Ｒ３，Ｒ４は、第１及び第２の硬化性樹脂Ｒ１，Ｒ２が硬化する前に充填した。また、第３及び第４の硬化性樹脂Ｒ３，Ｒ４にも、糸巻回層９に含浸した第１の硬化性樹脂Ｒ１と同じ硬化性樹脂を用いた。なお、第３及び４の硬化性樹脂Ｒ３，４として用いる硬化性樹脂についても、第１の硬化性樹脂Ｒ１と同じ硬化性樹脂に限定されるものではない。

次に、図８（Ｄ）に示すように、モータ用回転子を真空室Ｖ内に配置し、真空ポンプＰで真空室Ｖ内を真空にし、第１〜第４の硬化性樹脂Ｒ１〜Ｒ４に含まれる気泡を樹脂充填用通路２７ａ及び糸通過用凹部３３ａを通して脱泡させた。そして、モータ用回転子を加熱して、第１〜第４の硬化性樹脂Ｒ１〜Ｒ４を一緒に硬化させてモータ用回転子を完成した。

本例のモータ用回転子によれば、糸巻回層９の外周面９ａと筒本体５３の内周面５３ａとの間の隙間に樹脂層１１を形成するので、糸巻回層９の外周面９ａと筒本体５３の内周面５３ａとの間に樹脂が満たされ、モータ用回転子が高速で（例えば１５万回転／分以上の回転数で）回転しても、筒本体５３と糸巻回層９との間に空隙ができにくい。また、糸巻回層９内に含浸された硬化性樹脂に比べて、樹脂層１１の硬化性樹脂は樹脂同士が強く結着している。そのため、モータ用回転子が高速で回転して糸巻回層９内に含浸された樹脂に遠心力が加わっても、樹脂層１１により、糸巻回層９内に含浸された樹脂が保護される。そのため、糸巻回層９内の樹脂が破損するのを防ぐことができる。また、第１の環状部材２１が筒本体５３の一方の開口部５４内に嵌合された後に、糸巻回層９と筒本体５３との間に硬化性樹脂を充填するので、糸巻回層９と筒本体５３との間を硬化性樹脂で十分に満たすことができる。また、嵌合等の単純な作業で各部品（１，３等）を組み合わせるだけで、モータ用回転子を製造することができる。

図９は、本発明の他の実施の形態のモータ用回転子の筒体と仕切壁部材との係合部分の拡大図である。なお、図９では、上述した本発明の実施の形態であるモータ用回転子１と共通する部位に、モータ用回転子１に付された符号の数に１００の数を加えた符号を付して説明を一部省略する。この例では、筒本体１５３の一方の開口部１５４内には、筒本体１５３内に段差部１５３ｂを形成するように、回転軸構造体１０１の径方向内側に突出する環状の突出部１５３ｃを一体に形成している。そして、仕切壁部１３３の径方向外側端部１３３ｂを段差部１５３ｂに係合している。なお、本例では、仕切壁部１３３の径方向外側端部１３３ｂは、突出部１５３ｃ側に向かって突出している。これは、連続糸巻回層１１３の終端が仕切壁部１３３より外部に出るのを防ぐためである。このように筒本体１５３内に段差部１５３ｂを形成すると、筒体１１７をより強固に第１及び第２の環状部材に取付けることができる。

なお、本実施の形態では、仕切壁部材３，１０３を配置して連続糸巻回層１３，１１３を形成する例を示したが、本発明において、仕切壁部材の配置及び連続糸巻回層の形成は、任意である。連続糸巻回層を形成しない場合には、第１の環状部材及び第２の環状部材は、磁石取り付け部の両側にそれぞれ近接して取付けられることになる。また、この場合は、糸の終端は、樹脂層によって固定することになる。

本発明によれば、糸巻回層の外周面と筒体の内周面との間の隙間に樹脂層を形成したので、糸巻回層の外周面と内周面との間に十分に樹脂が満たされることになり、その結果、モータ用回転子が高速で回転しても、筒体と糸巻回層との間に空隙ができないという利点が得られる。また、糸巻回層内に含浸された硬化性樹脂の一部が硬化して形成される厚みの薄い樹脂層に比べて、硬化性樹脂のみで積極的に形成された樹脂層の筒体に対する接合強度は高くなる。そのため、モータ用回転子が高速で回転して糸巻回層内に含浸された樹脂に遠心力が加わっても、糸巻回層の外側に積極的に形成した樹脂層により、糸巻回層内に含浸された樹脂と糸との間に剥離が発生するのを防止することができる。

また、第１の環状部材が筒体の回転軸の軸線方向の一方側に位置する開口部内に嵌合された後に、糸巻回層と筒体との間に硬化性樹脂を充填するので、糸巻回層と筒体との間を硬化性樹脂で十分に満たすことができる。

さらに仕切壁部材を設けて、仕切壁部材と第１の環状部材との間に環状の通路を形成し、糸巻回層を形成した糸に連続する連続糸を環状の通路内に入れ、通路の底部上に高張力で巻回して連続糸巻回層を形成すれば、連続糸巻回層内の連続糸と第１の環状部材及び仕切壁部材との摩擦、または連続糸どうしの摩擦により、連続糸巻回層から糸がほどけることがなく、糸巻回層を形成する糸の終端を容易に且つ確実に留めることができる利点が得られる。

Claims (16)

1. 回転軸に設けられた磁石取り付け部と、
   前記磁石取り付け部の表面に複数の永久磁石が配置されて構成された永久磁石層と、
   前記永久磁石層上に強化繊維材料からなる糸が巻回されて形成された糸巻回層と、
   前記回転軸に対して設けられ且つ前記磁石取り付け部の前記回転軸の軸線方向の両側にそれぞれ配置された第１及び第２の環状部材と、
   前記第１及び第２の環状部材に対して固定され且つ前記糸巻回層の表面を前記回転軸の径方向外側から覆う筒体とを備え、
   前記糸巻回層に硬化性樹脂が含浸されているモータ用回転子において、
   前記糸巻回層の外周面と前記筒体の内周面との間に隙間が形成され、
   前記隙間に硬化性樹脂が充填されて前記硬化性樹脂が硬化してなる樹脂層が形成され、
   前記第１の環状部材は、前記筒体の前記軸線方向の一方側に位置する開口部内に嵌合されており、且つ前記第１の環状部材には、前記糸巻回層と前記筒体との間に前記硬化性樹脂を充填するための１以上の樹脂充填用通路が形成されており、
   前記第２の環状部材は、前記筒体の他方の開口部を密封しており、
   前記第２の環状部材は、前記磁石取り付け部の前記軸線方向の他方側の端部に隣接した位置に配置され、
   前記回転軸と同心的に配置された環状の仕切壁部材が、前記第１及び第２の環状部材の間に配置され、
   前記仕切壁部材は、前記磁石取り付け部の前記軸線方向の一方側の端部に隣接して位置し且つ前記第１の環状部材との間に底部を有する環状の通路を形成するように配置され、
   前記仕切壁部材の外周部には、前記糸巻回層を形成する前記糸に連続する連続糸が通り且つ前記樹脂充填用通路から充填された前記硬化性樹脂が通る１以上の糸通過用凹部が形成されており、
   前記糸通過用凹部を通過した前記連続糸が、前記環状の通路内に入り、前記底部上に高張力で巻回されて連続糸巻回層が形成されており、
   前記連続糸巻回層に硬化性樹脂が含浸されており、
   前記連続糸巻回層の外周面と前記筒体の内周面との間には隙間が形成され、
   前記隙間に前記樹脂充填用通路から充填された前記硬化性樹脂が充填されて前記硬化性樹脂が硬化して前記樹脂層の延長部が形成されていることを特徴とするモータ用回転子。
2. 前記回転軸が１５万回転／分以上の高速で回転する高速回転モータに用いられる請求項１に記載のモータ用回転子。
3. 前記１以上の樹脂充填用通路は、前記第１の環状部材を前記軸線方向に貫通し且つ径方向外側に向かって開口し、更に、前記回転軸の周方向に間隔をあけて形成されている請求項１に記載のモータ用回転子。
4. 前記連続糸は、前記連続糸巻回層の連続糸がほどけるのを防止できる張力で前記底部上に巻回されている請求項１に記載のモータ用回転子。
5. 前記張力が、３ｋｇｆ以上の張力である請求項４に記載のモータ用回転子。
6. 複数の前記糸通過用凹部が、前記回転軸の周方向に間隔をあけて形成されている請求項１に記載のモータ用回転子。
7. 前記硬化性樹脂が、熱硬化性樹脂である請求項１に記載のモータ用回転子。
8. 前記回転軸は、軸受けによって支持される第１の回転軸部と、前記第１の環状部材と、前記磁石取り付け部を含む軸中央部と、第２の回転軸部とが前記軸線方向に順番に並んで形成された複合構造を有しており、
   前記仕切壁部材が、前記軸中央部に嵌合される筒状部と、前記筒状部の一端に一体に設けられた環状の仕切壁部とから構成され、
   前記筒状部の一端が前記第１の環状部材と当接した状態で前記第１の環状部材と前記仕切壁部と前記筒状部とによって囲まれた前記通路が形成されている請求項１に記載のモータ用回転子。
9. 第１の回転軸部と、前記第１の環状部材と、前記軸中央部と、第２の回転軸部とが一体に形成されている請求項８に記載のモータ用回転子。
10. 前記軸中央部は、前記回転軸の中央部に形成された円柱形状を有しており、
    前記第２の環状部材は、前記回転軸に嵌合されるボス部と該ボス部の前記軸中央部側の端部から径方向に延びる環状部とが一体になった構造を有しており、
    前記第２の環状部材は、前記第２の回転軸部に嵌合されて、前記軸中央部の前記第２の回転軸部側の端面と当接した状態で位置決めされており、
    前記筒体は、筒本体と、前記筒本体の前記他方の開口部側の端部から径方向内側に延びる環状のフランジ部とが一体に形成されており、
    前記筒体の前記一方の開口部の内周面と前記第１の環状部材の外周面とが結合され、前記フランジ部が前記ボス部上に嵌合され且つ前記フランジ部の環状の内面と前記第２の環状部材の前記ボス部の外側端面とが当接するように、前記筒体が前記第１及び第２の環状部材と組み合わされていることを特徴とする請求項８に記載のモータ用回転子。
11. 前記筒体は、焼嵌めにより前記第１及び第２の環状部材に固定されている請求項１に記載のモータ用回転子。
12. 前記筒本体の前記一方の開口部内には、前記筒体内に段差部を形成するように前記回転軸の径方向内側に突出する突出部が一体に形成されており、
    前記仕切壁部の径方向外側端部が前記段差部と係合されている請求項１１に記載のモータ用回転子。
13. 回転軸に設けられた磁石取り付け部と、
    前記磁石取り付け部の表面に複数の永久磁石が配置されて構成された永久磁石層と、
    前記永久磁石層上に強化繊維材料からなる糸が巻回されて形成された糸巻回層と、
    前記回転軸に対して前記回転軸の軸線方向に移動しないように設けられ且つ前記磁石取り付け部の前記軸線方向の両側に配置された第１及び第２の環状部材と、
    前記第１及び第２の環状部材に対して固定され且つ前記糸巻回層の表面を前記回転軸の径方向外側から覆う筒体とを備えたモータ用回転子の製造方法において、
    前記回転軸として、軸受けによって支持される第１の回転軸部と、前記第１の環状部材と、前記磁石取り付け部を含む軸中央部と、第２の回転軸部とが前記軸線方向に順番に並んで一体に形成された複合構造を有するものを用意し、
    前記第１の環状部材には、前記筒体の前記軸線方向の一方側に位置する開口部内に嵌合された後に、前記糸巻回層と前記筒体との間に前記硬化性樹脂を充填するために利用される１以上の樹脂充填用通路が形成されており、
    外周部に前記糸巻回層を形成する前記糸に連続する連続糸が通り且つ前記樹脂充填用通路から充填された前記硬化性樹脂が通る１以上の糸通過用凹部が形成されて、前記回転軸と同心的に配置され且つ前記第１及び第２の環状部材の間に配置される環状の仕切壁部材を用意し、
    前記仕切壁部材を、前記回転軸の前記軸中央部に嵌合して、前記仕切壁部材と前記第１の環状部材との間に底部を有する環状の通路を形成するように配置し、
    前記軸中央部に含まれる磁石取り付け部上に前記永久磁石層を形成し、
    前記永久磁石層を形成する前または後に、前記軸中央部の前記軸線方向の他方側の端部に前記第２の環状部材が当接するように、前記第２の環状部材を前記第２の回転軸部に嵌合して前記回転軸に対して前記第２の環状部材を固定し、
    前記永久磁石層上に強化繊維材料からなる糸を、前記仕切壁部材の径方向外側の外周部と前記第２の環状部材の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面との間に隙間が形成される程度に巻回して糸巻回層を形成し、
    前記糸巻回層に第１の硬化性樹脂を含浸し、
    前記糸巻回層を形成する前記糸に連続する連続糸を前記糸通過用凹部を通して前記環状の通路内に入れ、前記底部上に高張力で前記第１の環状部材の径方向外側の外周部と前記仕切壁部材の径方向外側の外周部とを結ぶ仮想面との間に隙間が形成される程度に巻回して連続糸巻回層を形成し、
    前記連続糸巻回層に第２の硬化性樹脂を含浸し、
    前記糸巻回層及び前記連続糸巻回層の表面を前記回転軸の径方向外側から覆うように前記筒体を前記第１及び第２の環状部材に対して固定し、
    前記第１の環状部材に形成した前記１以上の樹脂充填用通路及び前記仕切壁部材に形成した前記１以上の糸通過用凹部を通して、前記糸巻回層の外周面と前記筒体の内周面との間の前記隙間に第３の硬化性樹脂を充填し、
    前記１以上の樹脂充填用通路を通して、前記連続糸巻回層の外周面と前記筒体の内周面との間の前記隙間に第４の硬化性樹脂を充填し、
    前記第３及び第４の硬化性樹脂を硬化させることを特徴とするモータ用回転子の製造方法。
14. 前記第１〜第４の硬化性樹脂は、いずれも同じ材質の熱硬化性樹脂であり、前記第１及び第２の硬化性樹脂が硬化する前に前記第３及び第４の硬化性樹脂を充填し、前記第１〜第４の硬化性樹脂を一緒に硬化させる請求項１３に記載のモータ用回転子の製造方法。
15. 前記第１〜第４の硬化性樹脂を一緒に硬化させる前に前記第１〜第４の硬化性樹脂に含まれる気泡を前記１以上の樹脂充填用通路及び前記１以上の糸通過用凹部を通して脱泡させる請求項１４に記載のモータ用回転子の製造方法。
16. 前記筒体を焼嵌めにより前記第１及び第２の環状部材に固定する請求項１３に記載のモータ用回転子の製造方法。

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