JP2005211964A - 積層体の製造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 打ち抜き後の金属板材を所定角度だけ回転させたのちに積層しながらも、プレス加工機械を高速稼働した場合にもダイとポンチとの相対位置を常に高精度に保持できる積層体の製造方法およびその装置を提供する。
【解決手段】 上金型１の下降時に、被加工材８から金属板片２７を打ち抜くとともに、ダイ１０および回転用筒体２３を下降する上金型１で押し下げて、相互に連通したダイ１０のガイド孔１０ａおよび回転用筒体２３の保持孔２３ａの各々の内部に挿入保持されている金属板片２７を打ち抜いた金属板片２７の厚み分だけ押し下げて積層用固定筒体２４の内部空間に金属板片２７を１枚ずつ挿入する。上金型１の上昇時に、弾性部材１２，３０の付勢力によりダイ１０および回転用筒体２３を上限位置まで上昇させて、保持孔２３ａをガイド孔１０ａおよび挿入口２４ａに対し離間状態で回転用筒体２３を所定角度だけ回転させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、珪素鋼板などの薄板鋼板からプレス加工により打ち抜いた所要枚数の金属板片を積層して、相互に固着することにより構成する、モータの固定子や回転子或いはトランスの積層鉄心などの積層体を製造する方法およびその装置に関するものである。

従来、斯かるモータの固定子や回転子或いはやトランスなどの積層鉄心を製造するに際しては、先ず、広幅の薄板鋼板を裁断して帯状板材とし、この帯状板材からなる被加工材を間欠的に移送しながらプレス加工によって所定形状の金属板片を打ち抜き、その打ち抜いた金属板片を整列状態に積層し、その積層した金属板片を所定枚数だけ固着してブロック化する工程を経ていた。ところが、上記広幅の薄板鋼板は、これの圧延形成工程で使用される圧延ローラの撓みなどに起因して、幅方向の断面形状が幅方向全体にわたって一様でなく、ばらつきが存在する。そのため、打ち抜いた金属板片をそのまま積層して積層体を製造した場合には高さ精度の悪いものとなり、このような積層体をモータの固定子や回転子の積層鉄心として用いると、スロットの倒しや軸孔の直角度などに極めて悪い影響を与える。

そこで、従来では、金属板片の板厚偏差を相殺或いは分散しながら当該金属板片を積層固定することにより、高さ精度の良好な積層体を製造する方法および装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この製造手段では、打ち抜いた金属板片をかしめる打ち抜きステーションに配設されたブランキングダイをインデックス手段を介してプレスストローク毎に所定角度だけ回転させることによって打ち抜き後の金属板片を１枚ずつ回転させ、打ち抜いた金属板片の一つ前に打ち抜き後の金属板片に対する相対位置を変えたのちに順次積層するようにして、各金属板片の板厚偏差を相殺或いは分散するように図っている。したがって、図４に示すように、この製造手段の対象となる金属板片２７は、積層方向の軸心に対し回転対称となる形状を有したものに限られる。同図の金属板片２７は、中心部のリング状部分から１２０°の等間隔でほぼＴ字状部分が径方向に延びた平面視形状を有しているので、この金属板片２７を１２０°の角度単位で回転させたのちに積層することができ、これにより、高さ精度の良好な積層体２５を得ることができる。
特開２００３−１９５２１号公報

しかしながら、上記積層体２５の製造手段では、打ち抜き加工を行うプレス加工機械の下金型であるダイを回転させているため、特に、プレス加工機械を高速稼働させる場合には、上金型のパンチと下金型のダイとの相互の位置合わせが困難となり、出来上がった積層体２５の形状精度が悪化するという問題を有している。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、打ち抜き後の金属板片を所定角度だけ回転させたのちに積層して各金属板片の板厚偏差を相殺或いは分散して積層しながらも、プレス加工機械を高速稼働した場合にもダイとポンチとの相対位置を常に高精度に保持できる積層体の製造方法およびその装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明の積層体の製造方法は、上金型の下降時に、前記上金型のポンチで被加工材を所定形状の金属板片に打ち抜くとともに、上下動自在のダイおよび上下動自在で、且つ回転自在の回転用筒体をそれぞれ下降する前記上金型で下限位置に押し下げることにより、前記ダイ、前記回転用筒体および積層用固定筒体を互いに密着させて、相互に連通した前記ダイのガイド孔および前記回転用筒体の保持孔の各々の内部に積層状態で挿入保持されている金属板片を打ち抜いた金属板片の厚み分だけ押し下げて、前記保持孔内の最下部の金属板片を前記積層用固定筒体の挿入口から内部空間に挿入させ、前記上金型の上昇時に、弾性部材の付勢力により前記ダイおよび前記回転用筒体を上限位置まで上昇させて、前記保持孔を前記ガイド孔および前記挿入口に対しそれぞれ離間する状態としたのち、前記回転用筒体を所定角度だけ回転させることを特徴としている。

請求項２に係る発明の積層体製造装置は、被加工材を所定形状の金属板片に打ち抜き加工するポンチとストリッパプレートとを少なくとも備えた上金型と、前記ポンチで打ち抜かれ金属板片を挿入保持するガイド孔を有して上下動自在に設けられ、下降する前記ストリッパプレートにより弾性部材の付勢力に抗して上限位置から下限位置に押し下げられるダイと、鉛直の配置で固定されて、打ち抜かれた各金属板片を内部空間に積層状態で挿入させる積層用固定筒体と、前記積層用固定筒体に対し外嵌して回転自在で、且つ上下動自在に支持され、下動する前記ダイにより弾性部材の付勢力に抗して上限位置から下限位置に押し下げられたときに上下に位置する前記ガイド孔と前記積層用固定筒体の挿入口とを相互に連通する保持孔を有した回転用筒体と上限位置の前記回転用筒体を所定角度だけ回転させる回転駆動源とを備えていることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項２の積層体製造装置おいて、回転用筒体の保持孔は、上限位置に上昇したときに、上方のダイのガイド孔および下方の積層用固定筒体の挿入口に対しそれぞれ離間するよう設定されている。

請求項１の発明では、打ち抜き後の金属板片を１枚ずつ回転させて、一つ前に打ち抜き後の金属板片に対する相対位置を変えたのちに順次積層することにより、各金属板片の板厚偏差を相殺或いは分散されて、高さ精度の良好な積層体を得ることを可能としながらも、従来方法のようにダイを回転させる手段とは異なり、ダイを、これのガイド孔がポンチと合致して対向する配置を保持しながら上下動させるだけであるから、プレス加工機械を高速稼働する場合においても、パンチとダイのガイド孔との相対位置を高精度に保つことが可能であり、高い形状精度が要求される積層体を高品質に、且つ高い生産性で製造することが可能となる。しかも、打ち抜き後の金属板片を所定角度だけ回転させるに際して、回転用筒体の保持孔に挿入保持している各金属板片をダイのガイド孔内の金属板片および積層用固定筒体の挿入口内の金属板片に対し離間した状態としているので、保持孔内の金属板片が挿入された時の積層配置をそのまま確実に保持した状態で所定角度だけ回転されるから、各金属板片を高い積層精度を維持して積層することができ、これによっても一層高品質の積層体を得ることができる。

請求項２の発明では、請求項１の積層体の製造方法を忠実に具現化して同様の効果を確実に得ることができる。すなわち、打ち抜き後の金属板片を回転させる回転用筒体を備えているので、各金属板片の板厚偏差を相殺或いは分散されて、高さ精度の良好な積層体を得ることを可能としながらも、弾性部材により上限位置に保持されているダイと回転用筒体とを下降する上金型のストッリパプレートで下限位置に押し下げる構成としたことにより、プレス加工機械を高速稼働する場合においても、パンチとダイのガイド孔との相対位置を高精度に保つことが可能であり、高い形状精度が要求される積層体を高品質に、且つ高い生産性で製造することが可能となる。しかも、この製造装置では、打ち抜き後の金属板片を所定角度だけ回転させる回転筒体が、積層用固定筒体を恰も回転軸心として回転自在で、且つ積層用固定筒体に摺動しながら上下動自在に支持されていので、自体の保持孔と積層用固定筒体の挿入口との相対位置精度が常に高く保持される。

請求項３の発明では、回転用筒体の保持孔に挿入保持している各金属板片がダイのガイド孔内の金属板片および積層用固定筒体の挿入口内の金属板片に対し離間した状態として回転されるので、保持孔内の金属板片が挿入された時の積層配置をそのまま確実に保持した状態で所定角度だけ回転させることができるから、各金属板片を高い積層精度を維持して積層することができ、一層高品質の積層体を得ることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る積層体の製造方法を具現化した積層体製造装置の打ち抜き加工前の状態を示す縦断面図、図２は同製造装置の打ち抜き加工中の状態を示す縦断面図である。これらの図において、プレス加工機械（図示せず）により上下動される上金型１は、帯状板材からなる被加工材８を打ち抜き加工するポンチ２がポンチホルダ３固定され、且つポンチプレート４に保持され、ポンチプレート４の下方にストリッパプレート７を備えた周知の構成を有している。

一方、プレス加工機械の下金型９は、構成を大別すると、ダイ１０、ダイホルダ１１、回転用筒体２３および積層用固定筒体２４を備えて構成されている。ダイ１０は、ポンチ２の断面形状に対応したガイド孔１０ａを有し、ダイホルダ１１の保持内面１１ａに摺動しながら上下動することにより、上記ガイド孔１０ａがポンチ２に合致した配置で相対向する所定の相対位置に常に保持されながら上下動するようになっている。また、ダイ１０は、圧縮コイルスプリング１２により受圧部材１３および連結部材１４を介して常時上方に付勢され、ダイホルダ１１に固定されたストッパ１７に押し付けられた上限位置に保持されている。上記連結部材１４は、上端がダイ１０に固定され、且つ下端に受圧部材１３が固着されて、基台１８とダイホルダ１１との間に介設固定された中間台１９の挿通孔部１９ａの孔周面に設けられた軸受部材２０にラジアルベアリング２１を介して円滑に上下動するように保持されている。上記圧縮コイルスプリング１２は、基台１８に螺着されたねじ部材２２と受圧部材１３との間に介在されており、受圧部材１３は圧縮コイルスプリング１２の付勢力により中間台１９の下面に押し付けられている。

ダイ１０のガイド孔１０ａの下方には、積層用固定筒体２４が鉛直に立った配置で下端部が基台１８の固定孔１８ａに嵌合され、且つ基台１８に固着した保持部材２８により保持されて立設されている。この積層用固定筒体２４は、ポンチ２により被加工材８を打ち抜いた図２の金属板片２７の平面視形状と同形状の断面形状を有して、順次打ち抜かれて上端開口から内部空間に押し込まれる各金属板片２７を整列状態で積層するものである。したがって、積層用固定筒体２４は、上端に開口した挿入口２４ａをダイ１０のガイド孔１０ａに正確に合致して対向する位置決め状態で固定されている。

上記積層用固定筒体２４には、これの外径とほぼ等しい内径を有する回転用筒体２３が外嵌されている。この回転用筒体２３は、積層用固定筒体２４の外周面回りに回転自在で、且つ当該外周面に摺動自在に保持されているとともに、ダイ１０の支持孔１０ｂにラジアルベアリング２９を介して回転自在で、且つ上下動自在に保持されている。この回転用筒体２３の上端部には、打ち抜き後の金属板片２７の外形とほぼ等しい形状を有して、上方から圧入された金属板片２７を摩擦力で保持できる保持孔２３ａが形成されており、回転用筒体２３は、保持孔２３ａが上方のガイド孔１０ａおよび下方の挿入口２４ａに合致した位置決め状態で回転および上下動するように積層用固定筒体２４に外嵌されている。

上記回転用筒体２３には、下端に円盤状のフランジ部２３ｂが一体形成されており、このフランジ部２３ｂに、圧縮コイルスプリング３０により上方に常時付勢されたリング状の支持板３１がスラストベアリング３２を介して押し付けられている。したがって、回転用筒体２３は、通常時に圧縮コイルスプリング３０の付勢力を支持板３１を介して受けることにより、ラジアルベアリグ２９がダイ１０の支持孔１０ｂにおけるガイド孔１０ａとの段部に当接する上限位置に押し上げられている。すなわち、上記圧縮コイルスプリング３０は、基台１８に螺着されたねじ部材３３とリング状の受圧部材３４との間に介装されているとともに、受圧部材３４は、上端が上記支持板３１に固着されて保持部材２８に摺動自在に貫通された連結軸部材３７の下端に固着されていることにより、圧縮コイルスプリング３０が受圧部材、連結軸部材３７、支持板３１およびフランジ部２３ｂを介して回転用筒体２３を上方に押し上げている。

上記回転用筒体２３には、中間部分に従動ギヤ３８が外嵌固定されており、この従動ギヤ３８は駆動ギヤ３９に噛み合っている。さらに、駆動ギヤ３９のギヤ軸４０には従動プーリ４１が嵌着支承されており、この従動プーリ４１と駆動プーリ４２とにタイミングベルト４３が巻回され、駆動プーリ４２が駆動源のステッピングモータ４４により回転駆動される。したがって、回転用筒体２３はステッピングモータ４４の駆動により所定角度だけ回転されるようになっている。

上記回転用筒体２３は、従動ギヤ３８とダイ１０との間の箇所がラジアルベアリング４７を介して上部保持ブラケット４８に回転自在で、且つ上下動自在に保持されているとともに、従動ギヤ３８とフランジ部２３ｂとの間の箇所がラジアルベアリング４９を介して下部保持ブラケット５０に回転自在で、且つ上下動自在に保持されている。また、下部保持ブラケット５０の下面には、フランジ部２３ｂを回転自在に支持するためのスラストベアリング５１が設けられている。

つぎに、上記積層体製造装置の作用について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。被加工材８への打ち抜き工程前の通常時には、図１に示すように、ダイ１０が、圧縮コイルスプリング１２の付勢力を受圧部材１３および連結部材１４を介し受けて、ストッパ１７に当接する上限位置に押し上げられているとともに、回転用筒体２３が、圧縮コイルスプリング３０の付勢力を受圧部材３４、連結軸部材３７、支持板３１およびフランジ部２３ｂを介し受けて、ラジアルベアリング２９がダイ１０の支持孔１０ｂとガイド孔１０ａとの段差部に当接する上限位置に押し上げられている。

したがって、図３（ａ）に示すように、回転用筒体２３の保持孔２３ａとダイ１０のガイド孔１０ａとの間に隙間が生じているとともに、上記保持孔２３ａと積層用固定筒体２４の挿入口２４ａとの間にも隙間が生じている。なお、図３（ａ）には、ダイ１０のガイド孔１０ａ内に打ち抜き加工後の８枚の金属板片２７が積層状態に挿入保持されているとともに、回転用筒体２３の保持孔２３ａに打ち抜き加工後の８枚の金属板片２７が挿入保持されており、積層用固定筒体２４に金属板片２７が１枚も挿入されていない状態を例示してある。このとき、帯状の被加工材８は、矢印方向に間欠的に材料送りされて、図の右端がダイ１０のガイド孔１０ａを通過したときに位置決め停止される。

続いて、図２に示すように、プレス加工機械の作動により上金型１が下降されて、ポンチ２が被加工材８を所定形状の金型板片２７に打ち抜く。この打ち抜き下降時には、下降する上金型１のストリッパプレート７がダイ１０を下方に向け加圧するので、ダイ１０は、圧縮コイルスプリング１２の付勢力に抗して、中間台１９に当接する下限位置まで押し下げられる。一方、回転用筒体２３は、上述のように下動するダイ１０により下方に加圧されて、圧縮コイルスプリング３０の付勢力に抗して、支持板３１が保持部材２８に当接する下限位置まで押し下げられる。

上述の作用により、図３（ｂ）に示すように、ダイ１０のガイド孔１０ａ、回転用筒体２３の保持孔２３ａおよび積層用固定筒体２４の挿入口２４ａは隙間無く連通する状態となるので、ポンチ２により打ち抜かれた金属板片２７がダイ１０のガイド孔１０ａ内に押し込まれることにより、ダイ１０のガイド孔１０ａ内および回転用筒体２３の保持孔２３ａ内にそれぞれ挿入保持されている各金属板片２７は、互いに隙間無く積層した状態を保持しながら、１枚の金属板片２７の厚み分だけ下方に押し下げられて、保持孔２３ａ内の最下部に挿入保持されていた金属板片２７が保持孔２３ａから押し出されて積層用固定筒体２４の挿入口２４ａ内に押し込められ、その位置に保持される。

なお、図３（ｂ）の図示から明らかなように、ガイド孔１０ａおよび保持孔２３ａ並びに挿入口２４ａを含む積層用固定筒体２４の積層用内部空間の全体は、加圧されない限り金属板片２７を挿入された位置に保持できる断面形状に形成されている。また、ガイド孔１０ａおよび保持孔２３ａは、金属板片２７の厚さの整数倍の高さに設定されている。

ポンチ２による被加工材８の打ち抜き加工が終了すると、プレス加工機械の作動によって上金型１が上昇されるので、ストリッパプレート７による下金型９への押圧力が解除される。そのため、ダイ１０および回転用筒体２３は、圧縮コイルスプリング１２，３０の付勢力によって再び上限位置まで押し上げられる。このとき、ガイド孔１０ａおよび保持孔２３ａは上述のように金属板片２７の厚さの整数倍の高さに設定されていることから、図３（ｃ）に示すように、ガイド孔１０ａおよび保持孔２３ａは、所定枚数の全ての各金属板片２７を脱落することなく内部に完全に挿入した状態で確実に保持している。

上述のように回転用筒体２３の保持孔２３ａ内の最上部の金属板片２７および最下部の金属板片２７がガイド孔１０ａの最下部の金属板片２７および挿入口２４ａ内の金属板片２７に対しそれぞれ離間した状態になったときに、図３（ｄ）に矢印で示すように、ステッピングモータ４４が駆動して回転用筒体２３が所定角度だけ回転される。回転用筒体２３の保持孔２３ａ内に挿入保持されている各金属板片２７は、ダイ１０のガイド孔１０ａ内の金属板片２７および積層用固定筒体２４の挿入口２４ａ内の金属板片２７に対し離間していることから、当該金属板片２７から摩擦力などを一切受けることがないので、挿入された時の積層配置をそのまま確実に保持した状態で所定角度だけ回転される。これにより、各金属板片２７は、高い積層精度を維持して積層されることになる。

上記所定角度は任意に設定されるが、例えば、金属板片２７が図４に示すような３極モータ用コアからなる積層体２５の形成素材である場合には、１２０°の角度単位で回転用筒体２３が回転される。すなわち、回転用筒体２３は、１２０°、２４０°、０°の回転角度で順次回転される。

上述の回転用筒体２３の回転時には、被加工材８の間欠的な材料送りが行われ、以後、図３（ａ）〜（ｄ）の各工程が順次繰り返されて、積層用固定筒体２４内には、ポンチ２により順次打ち抜かれた後に回転用筒体２３の保持孔２３ａに挿入された時点で所定角度だけ回転された各金属板片２７が密着状態で積層しながら挿入されていく。このように積層された金属板片２７は所定枚数毎に相互に固着されて、所望の積層体２５とされる。。この積層体２５は、打ち抜き後の金属板片２７を１枚ずつ回転させて、一つ前に打ち抜き後の金属板片２７に対する相対位置を変えたのちに順次積層したことにより、各金属板片２７の板厚偏差を相殺或いは分散されて、高さ精度の良好なものとなる。

この実施の形態の積層体製造装置は、従来装置のようにダイを回転させる構造のものとは異なり、ダイ１０を、これのガイド孔１０ａがポンチ２と合致して対向する配置を保持しながらダイホルダ１１の保持内面に摺動させながら上下動させるだけであるから、プレス加工機械を高速稼働する場合においても、ポンチ２とダイ１０のガイド孔１０ａとの相対位置を高精度に保つことが可能であり、高い形状精度が要求される積層体２５を高品質に、且つ高い生産性で製造することが可能となる。

しかも、打ち抜き後の金属板片２７を所定角度だけ回転させる回転用筒体２３は、積層用固定筒体２４を恰も回転軸心として回転自在で、且つ積層用固定筒体２４に摺動しながら上下動自在になっているので、自体の保持孔２３ａと積層用固定筒体２４の挿入口２４ａとの相対位置精度が常に高く保持されるとともに、自体の保持孔２３ａに挿入保持している各金属板片２７がダイ１０のガイド孔１０ａ内の金属板片２７および積層用固定筒体２４の挿入口２４ａ内の金属板片２７に対し離間した状態として回転されるので、保持孔２３ａ内の金属板片２７が挿入された時の積層配置をそのまま確実に保持した状態で所定角度だけ回転されるから、各金属板片２７を高い積層精度を維持して積層することができ、これによっても一層高品質の積層体２５を得ることができる。

プレス加工機械を高速稼働させる場合においても、パンチとダイとの相対位置を常に高精度に保持しながら、被加工材から打ち抜いた金属板片を所定角度だけ回転させたのちに積層することができるので、モータやトランスの積層鉄心などに用いる積層体を高い形状精度を維持しながら高い生産性で安価に製造するのに好適である。

本発明の一実施の形態に係る積層体の製造方法を具現化した積層体の製造装置の打ち抜き加工前の状態を示す縦断面図。 同上の製造装置の打ち抜き加工中の状態を示す縦断面図。 同上の製造装置における打ち抜き後の金属板材を回転させたのちに積層する過程を工程順に示した概略縦断面図。 本発明により製造できる積層体を示す斜視図。

符号の説明

１ 上金型
２ ポンチ
７ ストリッパプレート
８ 被加工材
１０ ダイ
１０ａ ガイド孔
１２ 圧縮コイルスプリング（弾性部材）
２３ 回転用筒体
２３ａ 保持孔
２４ 積層用固定筒体
２４ａ 挿入口
２５ 積層体
２７ 金属板片
３０ 圧縮コイルスプリング（弾性部材）
４４ ステッピングモータ（回転駆動源）

Claims (3)

1. 上金型の下降時に、前記上金型のポンチで被加工材を所定形状の金属板片に打ち抜くとともに、上下動自在のダイおよび上下動自在で、且つ回転自在の回転用筒体をそれぞれ下降する前記上金型で下限位置に押し下げることにより、前記ダイ、前記回転用筒体および積層用固定筒体を互いに密着させて、相互に連通した前記ダイのガイド孔および前記回転用筒体の保持孔の各々の内部に積層状態で挿入保持されている金属板片を打ち抜いた金属板片の厚み分だけ押し下げて、前記保持孔内の最下部の金属板片を前記積層用固定筒体の挿入口から内部空間に挿入させ、
   前記上金型の上昇時に、弾性部材の付勢力により前記ダイおよび前記回転用筒体を上限位置まで上昇させて、前記保持孔を前記ガイド孔および前記挿入口に対しそれぞれ離間する状態としたのち、前記回転用筒体を所定角度だけ回転させることを特徴とする積層体の製造方法。
2. 被加工材を所定形状の金属板片に打ち抜き加工するポンチとストリッパプレートとを少なくとも備えた上金型と、
   前記ポンチで打ち抜かれ金属板片を挿入保持するガイド孔を有して上下動自在に設けられ、下降する前記ストリッパプレートにより弾性部材の付勢力に抗して上限位置から下限位置に押し下げられるダイと、
   鉛直の配置で固定されて、打ち抜かれた各金属板片を内部空間に積層状態で挿入させる積層用固定筒体と、
   前記積層用固定筒体に対し外嵌して回転自在で、且つ上下動自在に支持され、下動する前記ダイにより弾性部材の付勢力に抗して上限位置から下限位置に押し下げられたときに上下に位置する前記ガイド孔と前記積層用固定筒体の挿入口とを相互に連通する保持孔を有した回転用筒体と
   上限位置の前記回転用筒体を所定角度だけ回転させる回転駆動源とを備えていることを特徴とする積層体製造装置。
3. 回転用筒体の保持孔は、上限位置に上昇したときに、上方のダイのガイド孔および下方の積層用固定筒体の挿入口に対しそれぞれ離間するよう設定されている請求項２に記載の積層体製造装置。
   

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