JP2007336608A

JP2007336608A - 積層鉄心製造方法

Info

Publication number: JP2007336608A
Application number: JP2006161844A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Yaguchi; 忠義矢口; Hironobu Okudaira; 博信奥平
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: JP4886375B2

Abstract

【課題】
かしめ結合部で仮固着した不要部の除去を容易かつ確実に行えるようにした積層鉄心製造方法を提供する。
【解決手段】
順送り金型を用いてかしめ結合部Ｋを設けた不要部Ｒと鉄心部１０の鉄心部を一体形成した鉄心打抜き板Ａを打抜き加工し、外形抜きした各鉄心打抜き板Ａをダイ内に積層させ、所定枚数毎にかしめ結合部で仮固着して半製品Ｔを製造し、鉄心部をコイル巻線１１で結束した後に、仮固着したかしめ結合部Ｋを含む不要部Ｒを除去して積層鉄心を製造する方法であって、不要部Ｒを鉄心部１０の内側に設けると共に、不要部Ｒは順送り金型で一旦打抜き加工した後に鉄心部１０にプッシュバックし、不要部Ｒを鉄心部１０に圧接状態で嵌合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層鉄心を順送り金型によって製造する積層鉄心製造方法に係り、詳しくは、かしめ結合部で仮固着した不要部の除去を容易かつ確実に行えるようにする技術に関する。

積層鉄心は電動モータのコア等に広く用いられているが、その製造方法として、順送り金型を用いて、かしめ結合部を有する不要部と鉄心部とを一体形成してなる鉄心打抜き板を帯状鉄心材料から打抜き、打ち抜いた鉄心打抜き板をダイ内に順次積層させ、積層した鉄心打抜き板を所定枚数毎にかしめ結合部で仮固着することにより半製品を形成し、順送り金型から取り出した半製品の鉄心部を拘束手段によって拘束した後、不要部を除去するものが公知となっている。

例えば、特許文献１には「積層する電気鉄板の、最初の１枚のみは打ち抜き、２枚目以降については打ち抜き寸前迄にとどめた突出部を設け、互に隣接する電気鉄板を該突起部により嵌着結束したあと、本固着してから前記仮結束部を取り除く」技術が記載されている。

また、特許文献２には「ローター（回転子）の成形方法に関し、シャフト穴内側へマンドレル穴を有しかつシャフト穴と僅かな幅の継ぎにより仮芯部を形成して積層後にマンドレルを挿入して鉄心両側にエンドリングをダイキャストで成形した後にシャフト穴の軸方向に向かう力を仮芯部へ加えて除去する」技術が記載されている。

また、特許文献３には「コアシートの貫通孔やスロット穴等のスクラップ部分の少なくとも一部を重ね合わせ用の半抜き部として形成して積層一体化した後に、シャフトを圧入する際あるいは圧入後にこの半抜き部を除去する」技術が記載されている。

また、特許文献４は本出願人による先願特許であって、特許文献４には「薄板の不要な除去部を半抜きあるいは完全打抜きから押し戻して薄板の打抜き穴へ圧入状態で嵌合（ブッシュバックと呼ぶ）保持し、不要な除去部へかしめ結合による仮固着手段を形成して、積層一体化後に金型外において仮固着された不要な除去部を除去する」技術が記載されている。

また、特許文献５も本出願人による先願特許であって、特許文献５には「不要な除去部を除去し易くするために不要な除去部へ逃げ穴を形成して嵌合穴側への展延を防止する点および外形打抜き時に不要な除去部をパンチ側から打抜きに先立って押圧変形させて除去し易くする」技術が記載されている。

また、特許文献６には「鉄心片本体部から突出した接合部をかしめ結合したのち鉄心板同士を接着結合し、それから該接合部を除去する」技術が記載されている。

さらに、特許文献７には「コアに形成した複数のコアリブを一体化した中心に中心穴を有する環状の連結部を有し、この連結部の磁路形成部より中心側を力シメて積層一体化したのちに、このかしめ部を除去する」技術が記載されている。

特開昭５５−１３６６５号公報特公平７−１２３３４３号公報特開昭５５−１３６６５号公報特開平５−１０３４４９号公報特許第３５２３３３０号公報特開平１１−３０８８２１号公報特開２００３−８８００９号公報

これらの特許文献による従来技術は、いずれも鉄心部を打抜き加工した後にスクラップとなる不要部を利用し、かしめ結合等の結合手段で各鉄心板を積層状態で仮固着して一体化した後に、この不要部を除去して積層鉄心を得るものであって、製品となった積層鉄心にかしめ結合部等の結合手段が残らないために電気性能の向上等が実現できる。

しかしながら、仮固着した積層鉄心から不要部を除去する除去作業は容易ではなく、特に金型内に積層する各鉄心板に対してスキューを設けた場合には、不要部にも同様にスキュー分の傾きが形成されるため、各鉄心板における不要部が整合状態となる整列積みの場合に比べて除去作業は一層困難となる。

例えば、特許文献２の場合にはシャフト穴の軸線方向へ向かう力を加えて不要部を除去するようにしているが、実際には多数枚積層した状態で除去するためには大きな力が必要になる。また、除去する際に継ぎ部分がばり状に残る可能性があるため、除去後のシャフト穴にシャフトを装着する際に支障を来す恐れがあり、特許文献４，５の場合でも不要部の除去を容易かつ確実に行うことが困難であった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、各鉄心板にスキューを付与した積層鉄心の場合でも、かしめ結合部で仮固着した不要部の除去を容易かつ確実に行えるようにした積層鉄心製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る積層鉄心製造方法は、順送り金型を用いて、かしめ結合部を有する不要部と鉄心部とを一体形成してなる鉄心打抜き板を帯状鉄心材料から打抜き、打ち抜いた鉄心打抜き板をダイ内に順次積層させ、積層した鉄心打抜き板を所定枚数毎にかしめ結合部で仮固着することにより半製品を形成し、順送り金型から取り出した半製品の鉄心部を拘束手段によって拘束した後、不要部を除去することによって積層鉄心を製造する方法であって、前記不要部を順送り金型で半抜き加工または打抜き加工する工程と、当該不要部を前記鉄心部にプッシュバックすることによって当該不要部を当該鉄心部に圧接状態で嵌合させる工程とを含むことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の積層鉄心製造方法において、前記拘束手段は、前記鉄心部を本固着する本固着手段であることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の積層鉄心製造方法において、前記拘束手段は、前記鉄心部を一時的に拘束する拘束治具であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載の積層鉄心製造方法において、前記拘束治具は、前記鉄心部が本固着されるまで当該鉄心部を拘束することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の積層鉄心製造方法において、前記不要部は、前記鉄心部の内側に嵌合する複数の分離加工部を有し、
前記かしめ結合部が前記分離加工部に設けられたことを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項５に記載の積層鉄心製造方法において、前記複数の分離加工部を連結する連結部を更に有し、前記かしめ結合部が前記分離加工部と前記連結部との少なくとも一方に設けられたことを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項６に記載の積層鉄心製造方法において、前記連結部が環状を呈することを特徴とする。

本発明による積層鉄心製造方法によれば、不要部の除去によって積層鉄心にかしめ結合部が存在しなくなるため、電動モータのコア等の積層鉄心に適用した場合には、その電気および磁気性能を向上させることができる。また、不要部はプッシュバックされた分離加工部によって鉄心部に圧接状態で嵌合しているだけなので、その除去作業が極めて容易となり、各鉄心部にスキューが付与されている場合にも容易かつ確実に除去することができる。

本発明による積層鉄心製造方法について、本発明を回転電機（モータ）の回転子（ロータ）に適用したいくつかの実施形態およびその変形例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る順送り金型のレイアウト図であり、図２は第１実施形態に係る積層鉄心の半製品を示す平面図である。本実施形態では、間欠送りされた帯状鉄心材料（以下、フープ材と記す）Ｗに対して図１に示す各工程を順次施し、所定枚数の鉄心打抜き板Ａを積層仮固着して図２に示す半製品Ｔ１を製造する。

フープ材Ｗには、順送り金型装置内で間欠送りされながら、第１工程〜第７工程の加工が施される。
（１）第１工程・・・パイロット穴Ｐの打抜き加工
（２）第２工程・・・各鉄心打抜き板Ａ（後述）に対する３箇所のスロットＳの打抜き加工、および、積層される１枚目の鉄心打抜き板Ａに対する３箇所の計量孔（かしめ結合手段）Ｋｌの打抜き加工
（３）第３工程・・・各鉄心打抜き板Ａに対する不要部中心孔Ｈ（円孔）の打抜き加工
（４）第４工程・・・その外径が鉄心部１０（後述）の内径（軸孔径）と一致する円弧状孔ｈを各鉄心打抜き板Ａに対して打抜き加工することにより、不要部中心孔Ｈと各円弧状孔ｈとの間に、内側環状部Ｄ１、３箇所の分離片（分離加工部）Ｂ１、および、これら分離片Ｂ１を連結する細幅な環状連結部Ｃ１の形成
（５）第５工程・・・積層される２枚目以降の鉄心打抜き板Ａの各分離片Ｂ１に対し、かしめ用突起Ｋ２（かしめ結合手段）の切起し形成
（６）第６工程・・・各鉄心打抜き板Ａに対して分離片Ｂ１の外端を打抜き加工した後に、プッシュバックして環状連結部Ｃ１と分離片Ｂ１とが一体となった不要部Ｒの形成
（７）第７工程・・・不要部Ｒと鉄心部１０とからなる鉄心打抜き板Ａの外形抜き、および、かしめ結合部Ｋ（計量孔Ｋ１、かしめ用突起Ｋ２）によるダイ内での積層仮固着で半製品Ｔ１の製造

鉄心打抜き板Ａは、図２に示すように、内側環状部Ｄ１と３箇所のスロットＳを含む鉄心部１０と、３箇所の分離片Ｂ１を細幅の環状連結部Ｃ１で連結してなる不要部Ｒとから構成される。各分離片Ｂ１は、打抜き加工された後に内側環状部Ｄ１側にプッシュバックされ、これにより、鉄心部１０と不要部Ｒとが圧接状態で嵌合している。各分離片Ｂ１には、かしめ結合部Ｋとして、かしめ用突起Ｋ２（積層される２枚目以降）、または、かしめ用突起Ｋ２が嵌入する計量孔Ｋｌ（積層される１枚目）が形成されている。

半製品Ｔ１は、順送り金型の最終工程である第７工程に設けたパンチとダイによって、外形抜きした各鉄心打抜き板Ａをダイ内で積層し、上下に隣接する各鉄心打抜き板Ａをかしめ用突起Ｋ２で結合して仮固着すると共に、計量孔Ｋｌを有する鉄心打抜き板Ａによって所定枚数毎に分離することで形成される。

分離片Ｂ１に対するプッシュバックは、図３で動作原理を説明する従来技術によって実施される。図３（ａ）の場合は、内側環状部Ｄ１に対して不要部Ｒ側の分離片Ｂ１を一旦完全に打抜いた後に、内側環状部Ｄ１の内周に押し戻す完全打抜き方式であり、図３（ｂ）の場合は、内側環状部Ｄ１に対して分離片Ｂ１を板厚の半分程度に打抜いた後に、内側環状部Ｄ１の内周に押し戻す半抜き方式である。これにより、分離片Ｂ１と内側環状部Ｄ１とは、完全に剪断された後に圧接状態で嵌合することになる。

どちらの方式の場合においても、分離片Ｂ１（すなわち、不要部Ｒ）と内側環状部Ｄ１（すなわち、鉄心部１０）とが嵌合面（剪断面）Ｆを介して圧接状態で嵌合しているだけであるため、その後の不要部Ｒの除去作業が容易であると共に、分離片Ｂ１の下面側の凸部（かしめ用突起Ｋ２）と上面側の凹部とが嵌合することにより各鉄心打抜き板Ａどうしの仮固着が行われる。なお、打抜き加工時にバリが発生する恐れがあるため、図２に示すように、鉄心部１０の内周には、分離片Ｂ１に臨む部位に逃げｂ１，ｂ２を形成することが望ましい。

順送り金型で形成した半製品Ｔ１は、ダイから取り出されて次工程へ搬送され、除去治具で不要部Ｒが除去されることによって、所定枚数の鉄心部１０で構成された積層鉄心１００となる。この際、単に不要部Ｒを鉄心打抜き板Ａから除去すると、かしめ用突起Ｋ２で仮固着されていた各鉄心打抜き板Ａがばらけてしてしまう。

そこで、回転電機（モータ）の回転子（ロータ）を形成する際には、不要部Ｒを除去する前に鉄心部１０（すなわち、積層鉄心１００）を拘束する必要がある。第１実施形態の場合、鉄心部１０は、コイル巻線１１によって拘束（結束）される。なお、鉄心部１０の本固着手段としては、コイル巻線１１の他、ダイキャストモールディング、溶接、コーティング等、種々のものが採用可能である。

不要部Ｒは、半径方向へ移動可能な複数の加圧用把持片を備えた除去治具を用い、環状連結部Ｃ１を介して内方（中心側）に引き寄せることによって、分離片Ｂ１をプッシュバックした嵌合面Ｆから分離することで除去できる。例えば、図４で示すように半径方向へ縮径させて把持が可能な６本の加圧アームＪａを備えた除去治具Ｊ１を用い、内側環状部Ｄ１の内側と環状連結部Ｃ１の外側に形成された空間１２に各加圧アームＪａを挿入し、各分離片Ｂ１の両側に位置する肩部分を中心側に加圧する。これにより、細幅に形成された環状連結部Ｃ１が縮径するかたちで変形し、内側環状部Ｄ１の内側から各分離片Ｂ１が強制的に引き剥がされることで鉄心部１０から不要部Ｒが除去され、図５に示す積層鉄心１００が得られる。

この積層鉄心１００は、鉄心打抜き板Ａを仮固着していたかしめ結合部Ｋ（Ｋ１，Ｋ２）が存在しないため、電気および磁気性能を向上することができる。また、分離片Ｂ１は、プッシュバックによって内側環状部Ｄ１の内側に圧接状態で嵌合しているだけなので、その除去作業は極めて容易であって、各鉄心部１０にスキューが付与されている場合でも容易かつ確実に除去することができる。

＜第２実施形態＞
図６は第２実施形態に係る積層鉄心の半製品を示す平面図であり、図７は、第２実施形態に係る順送り金型のレイアウト図である。

第２実施形態に係る半製品Ｔ２では、細幅で半径方向へ放射状に延在する３本の分離片Ｂ２を環状連結部Ｃ２で連結すると共に、かしめ結合部Ｋ（Ｋ１，Ｋ２）を環状連結部Ｃ２に設けている。

また、第２実施形態に係る順送り金型のレイアウトでは、図７の工程（１Ｂ）のパイロット穴Ｐの打抜き加工と、工程（２Ｂ）におけるスロットＳの打抜き加工および、工程（７Ｂ）の鉄心部に対する外形抜きは変わらないが、工程（２Ｂ）では計量孔Ｋｌをより軸心側に打抜き加工するようにし、工程（３Ｂ）では計量孔Ｋｌより内側で鉄心部１０の中心に不要部中心孔Ｈを打抜き加工する。

また、工程（４Ｂ）では分離片Ｂ２を形成する部分を３箇所に残し、外形が鉄心部１０の内径と一致する扇状の円弧状孔ｈを３箇所に打抜き加工し、不要部中心孔Ｈとの間に各分離片Ｂ２を連結する環状連結部Ｃ２を形成すると共に、内側環状部Ｄ２と環状連結部Ｃ２との間に除去治具Ｊ１を挿入し得る空間１２を形成するようにしている。

また、工程（５Ｂ）では環状連結部Ｃ２に対して積層する２枚目以降の鉄心部１０のかしめ用突起Ｋ２を切起し形成し、工程（６Ｂ）では内側環状部Ｄ２の内周に嵌合するパンチで打抜き加工を行い、各分離片Ｂ２と環状連結部Ｃ２とからなる不要部Ｒを半抜き加工または打抜き加工した後に、各分離片Ｂ２の外端が内側環状部Ｄ２に圧接状態で嵌合するように、不要部Ｒをプッシュバックさせる。

半製品Ｔ２は、図６に示したように、第１実施形態の場合と同様に鉄心部１０に対するコイル巻線１１を施した後、かしめ結合部Ｋ（Ｋ１，Ｋ２）を含む不要部Ｒを除去するが、第２実施形態の場合は空間１２に挿入して円周方向へ回転が可能な加圧アームを備えた除去治具（図示せず）を用い、細幅に形成された分離片Ｂ２を撓み変形させながら強制的に引き剥すと、内側環状部Ｄ２から各分離片Ｂ２が分離し、図５に示す積層鉄心１００が得られる。

＜第３実施形態＞
図８は第３実施形態に係る積層鉄心の半製品を示す平面図であり、図９は第３実施形態に係る順送り金型のレイアウト図である。

第３実施形態に係る半製品Ｔ３は、細幅で半径方向へ放射状に延在する３本の分離片Ｂ３を環状連結部Ｃ３で連結し、第２実施形態の場合と同様に不要部Ｒを形成しているが、かしめ結合部Ｋ（Ｋ１，Ｋ２）を環状連結部Ｃ３の内側（すなわち、第２実施形態における不要部中心孔に相当する部位）に形成している。

そのために、順送り金型で製造する際におけるレイアウト上では、図９の工程（１Ｃ）でパイロット穴Ｐの打抜き加工を行った後に、工程（２Ｃ）でスロットＳの打抜き加工と、積層する１枚目の鉄心部１０の中心部に計量孔Ｋｌを打抜き加工し、工程（３Ｃ）で分離片Ｂ３を形成する部分を３箇所に残し、外径が鉄心部１０の内径と一致する扇状の円弧状孔ｈを３箇所に打抜き加工するとともに、積層する２枚目以降の鉄心部１０の中心部にかしめ用突起Ｋ２を切起し形成する。

これにより、中心部に設けたかしめ結合部Ｋ（Ｋ１，Ｋ２）の外側に各分離片Ｂ３を連結する環状連結部Ｃ３が一体に形成されると共に、内側環状部Ｄ３と環状連結部Ｃ３と間には除去治具Ｊ１を挿入し得る空間１２が形成される。

また、工程（５Ｃ）では内側環状部Ｄ３に嵌合するパンチで打抜き加工を行い、不要部Ｒを内側環状部Ｄ３に対して半抜き加工または打抜き加工した後に、各分離片Ｂ３の外端が内側環状部Ｄ３に圧接状態で嵌合するようにプッシュバックさせ、工程（６Ｃ）では鉄心部の外形抜きを行い、鉄心打抜き板Ａを得る。

＜第１変形例＞
図１０は、第１変形例に係る半製品の平面図である。
同図に示すように、第１変形例では、積層鉄心１００の鉄心部１０の外周を拘束治具Ｊ２によって一時的に拘束した状態で不要部Ｒを除去する。なお、鉄心部１０は、コイル巻線等の本固着手段によって鉄心部１０が固着されるまで、拘束治具Ｊ２によって拘束される。また、拘束治具は、鉄心部１０の外周以外の部位、例えば、内側環状部Ｄの内周や外周等を拘束するものであってもよい。

＜第２変形例＞
図１１は、第２変形例に係る半製品の平面図である。
同図に示すように、第２変形例では、不要部Ｒが３箇所の分離片Ｂごとに分離されているが、鉄心部１０は各不要部Ｒに形成されたかしめ結合部Ｋにより、上述した各実施形態と同様に一体化されている。したがって、鉄心部１０を本固着手段（コイル巻線やダイキャストモールディング等）あるいは拘束治具により拘束した状態で各不要部Ｒを除去すれば、積層鉄心１００を得ることができる。なお、拘束治具によって拘束した場合には、拘束治具は、鉄心部１０を本固着手段によって本固着した後に取り外せばよい。

以上で具体的な実施形態や変形例の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明を回転電機（電動モータ）の回転子（ロータ）用の積層鉄心に適用し、不要部Ｒを回転軸の軸孔に圧接状態で嵌合させるようにしたが、回転電機の固定子（ステータ）用の積層鉄心に適用し、不要部Ｒを回転子の遊嵌孔にに圧接状態で嵌合させるようにしてもよい。また、不要部Ｒの除去前に行う鉄心部の拘束は、コイルアッセンブリ（インシュレータ）を用いてコイル巻線を装着する方法で行ってもよいし、前述したように、ダイキャストモールディングや、溶接、コーティング等、種々の方法で行ってもよい。なお、第１変形例のように拘束治具で鉄心部を拘束する方法を採れば、不要部が除去された後に本固着手段による固着が行われるため、不要部を除去する際にコイル巻線やダイキャストモールディング等が損傷されることがない。

第１実施形態に係る順送り金型のレイアウト図である。第１実施形態に係る積層鉄心の半製品を示す平面図である。プッシュバックの動作原理を示す説明図である。半製品から不要部を除去する工程を示す説明図である。電動モータ用のロータを示す斜視図である。第２実施形態に係る積層鉄心の半製品を示す平面図である。第２実施形態に係る順送り金型のレイアウト図である。第３実施形態に係る積層鉄心の半製品を示す平面図である。第３実施形態に係る順送り金型のレイアウト図である。第１変形例に係る積層鉄心の半製品を示す平面図である。第２変形例に係る積層鉄心の半製品を示す平面図である。

符号の説明

Ｗフープ材（帯状鉄心材料）
Ｂ，Ｂ１〜Ｂ３分離片（分離加工部）
Ｃ１〜Ｃ３環状連結部
Ｄ，Ｄ１〜Ｄ３内側環状部
Ｊ１除去治具
Ｊ２拘束治具（拘束手段）
Ｋかしめ結合部
Ｋ１計量孔（かしめ結合部）
Ｋ２かしめ用突起（かしめ結合部）
Ｔ１〜Ｔ３半製品
Ａ鉄心打抜き板
Ｆ嵌合面
Ｒ不要部
Ｔ半製品
１０鉄心部
１１コイル巻線（本固着手段：拘束手段）
１００積層鉄心

Claims

順送り金型を用いて、かしめ結合部を有する不要部と鉄心部とを一体形成してなる鉄心打抜き板を帯状鉄心材料から打抜き、打ち抜いた鉄心打抜き板をダイ内に順次積層させ、積層した鉄心打抜き板を所定枚数毎にかしめ結合部で仮固着することにより半製品を形成し、順送り金型から取り出した半製品の鉄心部を拘束手段によって拘束した後、不要部を除去することによって積層鉄心を製造する方法であって、
前記不要部を順送り金型で半抜き加工または打抜き加工する工程と、当該不要部を前記鉄心部にプッシュバックすることによって当該不要部を当該鉄心部に圧接状態で嵌合させる工程とを含むことを特徴とする積層鉄心製造方法。
前記拘束手段は、前記鉄心部を本固着する本固着手段であることを特徴とする、請求項１に記載の積層鉄心製造方法。
前記拘束手段は、前記鉄心部を一時的に拘束する拘束治具であることを特徴とする、請求項１に記載の積層鉄心製造方法。
前記拘束治具は、前記鉄心部が本固着されるまで当該鉄心部を拘束することを特徴とする、請求項３に記載の積層鉄心製造方法。
前記不要部は、前記鉄心部の内側に嵌合する複数の分離加工部を有し、
前記かしめ結合部が前記分離加工部に設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の積層鉄心製造方法。
前記不要部は、前記複数の分離加工部を連結する連結部を更に有し、
前記かしめ結合部が前記分離加工部と前記連結部との少なくとも一方に設けられたことを特徴とする、請求項５に記載の積層鉄心製造方法。
前記連結部が環状を呈することを特徴とする、請求項６に記載の積層鉄心製造方法。