JP2008011664A - 積層鉄心製造方法、積層鉄心製造装置および積層鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】 順送り金の大型化等をまねくことなく、巻線部にバリの突出等が無い積層鉄心の製造を行うための積層鉄心製造方法および積層鉄心製造装置を提供する。
【解決手段】 第５工程において、最上端に積層される鉄心薄板Ａ１対し、巻線部輪郭打抜きパンチＰＯによる磁極部Ｊの外周部位Ｅの打抜き加工を行った後、第６工程において、外形打抜きパンチＰＩによる鉄心薄板Ａ１，Ａ２の外形Ｆの打抜き加工と、鉄心薄板Ａ１，Ａ２のダイＤ側への抜き込みを行う。外形打抜きパンチＰＩにおける磁極部Ｊに対応する部位の輪郭ＪＩは、巻線部輪郭打抜きパンチＰＯおける磁極部Ｊに対応する部位の輪郭ＪＯに対し、僅かな幅Ｓをもって内側に位置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層鉄心製造方法、積層鉄心製造装置および積層鉄心に係り、詳しくは、帯状薄鋼板から鉄心薄板を打抜く際に生じるバリによって巻線が損傷されることを防止する技術に関する。

回転電機用の積層鉄心は、スロットやティース等の切削加工が煩雑かつ困難であることから、電磁鋼板のフープ材（帯状薄鋼板）を素材として順送り金型によって製造されることが多い。例えば、固定子用の積層鉄心は、通常、順送り金型内で間欠移送されるフープ材に対してパイロット穴やスロット、内径ティース、外形等の打抜き加工を順次行うことによって多数枚の鉄心薄板を連続的に得た後、これら鉄心薄板をダイ内で所定枚数ごとに積層／固着させることによって製造される。

鉄心薄板の打抜き加工部位にはパンチとダイとのクリアランス等に起因するバリ（かえり）が多少なりとも生じるが、巻線部のバリは、コイル巻線の被覆等を損傷させたり、巻線作業の円滑化を阻害したりする原因となっていた。バリは、切削加工やショットブラスト等によって除去することも可能であるが、このような方法を採った場合、加工工数や製造コストが増加する他、除去されたバリが異物となって製品や金型に付着する虞がある。そこで、金型本体や他の鉄心薄板に押し付けることにより、順送り金型内でバリを潰す方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、「打抜きステーションの内の少なくとも１つが、ダイ側あるいはストリッパー側に、当該ステーションよりも上流側における加工形状に対応した形状の突起を備えたバリ除去ステーションを具備する」技術が記載されている。

また、特許文献２には、「鉄心構成片の外形打抜きを行う最終工程の積層ダイ中に設けられた受け台にバリ潰し用突起を形成する」技術が記載されている。

また、特許文献３には、「第１のコア板のスロットを一面側から打抜く工程と、第２のコア板のスロットを他面側から打抜く工程と、両コア板の外形を打抜く工程とを順次行った後、コア板を積層させることによって第１のコア板のバリと第２のコア板のバリとを衝接させて潰す」技術が記載されている。

また、特許文献４には、「積層鉄心の最下端に位置する鉄心構成片のスロットを上方に打抜き、それ以外の鉄心構成片のスロットを下方に打抜き、その後に外形打抜きとかしめ結合とを行うことで、上向きのバリと下向きのバリとを衝接させて潰す」技術が記載されている。

また、特許文献５には、「積層鉄心の少なくとも下端に位置する打抜き鋼板を打抜く際には輪郭の内側を打抜き、積層鉄心の少なくとも上端に位置する打抜き鋼板を打抜く際には輪郭の外側を打抜くことで、上向きのバリと下向きのバリとを衝接させて潰す」技術が記載されている。
特許第２５２７４９８号公報 特許第２５５２９６５号公報 特許第３３７３３７０号公報 特許第３４９２００８号公報 特許第２８０８５５５号公報

特許文献１，２の方法を採った場合、順送り金型にバリ潰し専用の工程を設けることになるため、装置の体格が大きくなって設備コストや設置スペースが増大する問題があった。また、特許文献３，４の方法を採った場合、通常とは逆方向に打ち抜きを行う工程を設けることになるため、やはり装置の体格が大きくなって設備コストや設置スペースが増大する他、金型の上方にスクラップの処理機構を設置する必要もあった。一方、特許文献５の方法は、金型を大きくすることなく実施可能であるが、次のような問題を内包していた。すなわち、特許文献３，４の方法も同様であるが、特許文献５の方法では、上向きのバリと下向きのバリとを衝接させるものであるため、全てのバリが平らに潰れることはあり得ず、折れ曲がったバリの一部が積層鉄心の外側に向かうことが避けられなかった。そして、積層鉄心の外側に折れ曲がったバリは、当然のことながら、コイル巻線の被覆等を損傷させて絶縁破壊を起こす要因となるため、特許文献５の方法もその採用が躊躇されていた。更に、特許文献１〜５の方法では、バリが潰れる際に微少な破片（鉄粉）が周囲に飛び散って付着することにより、金型（ダイやスクイズリング等）の摩耗が促進されたり、積層鉄心における鉄心薄板の密着が阻害されりする等の問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、順送り金の大型化等をまねくことなく、巻線部にバリの突出等が無い積層鉄心の製造を行うための積層鉄心製造方法および積層鉄心製造装置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、巻線部を有する鉄心薄板を帯状薄鋼板から外形抜きし、外形抜きした鉄心薄板をダイおよびスクイズリング内で順次積層／一体化させて積層鉄心を製造する方法であって、前記積層鉄心の上端に位置する鉄心薄板を含む上部鉄心薄板の外形抜きに先立ち、前記巻線部の輪郭の外側を下方に打ち抜くように構成し、前記上部鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、他の鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、所定の幅をもって内側に位置することを特徴とする。

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、前記上部鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、他の鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、略０．０５ｍｍの幅をもって内側に位置することを特徴とする。

また、請求項３の発明に係る積層鉄心製造装置は、順送り金型を用いて、巻線部を有する鉄心薄板を帯状薄鋼板から打ち抜き、打ち抜いた鉄心薄板をダイおよびスクイズリング内で順次積層／一体化させて積層鉄心を製造する装置であって、前記鉄心薄板の外形を打抜く外形打抜きパンチを有する外形打抜き手段と、前記外形内抜き手段よりも前工程に設置され、前記鉄心薄板における巻線部の輪郭の外側を下方に打ち抜く巻線部輪郭打抜きパンチを有する巻線部輪郭打抜き手段と、前記巻線部輪郭打抜きパンチを打抜き位置と非打抜き位置との間で切り換える切換手段とを備え、前記巻線部輪郭打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、前記外形打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、所定の幅をもって内側に位置す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装置において、前記巻線部輪郭打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、前記外形打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、略０．０５ｍｍの幅をもって内側に位置することを特徴とする。

また、請求項５の発明に係る積層鉄心は、上端部に位置する鉄心薄板を含む上部鉄心薄板における巻線部の輪郭の外側が、下端部に位置する鉄心薄板を含む下部鉄心薄板側に打ち抜かれ、前記下部鉄心薄板における巻線部の輪郭の外側が、前記上部鉄心薄板側に打ち抜かれ、前記上部鉄心薄板における巻線部の輪郭が前記下部鉄心薄板における巻線部の輪郭に対し、所定の幅をもって内側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、最上端の鉄心薄板の巻線部の輪郭を２枚目の鉄心薄板の巻線部の輪郭に対して内側に位置させることで、最上端の鉄心薄板のバリが２枚目の鉄心薄板のバリの内側に嵌り込んだ状態で潰されることになり、バリどうしを衝接させることに起因する積層鉄心の外側へのバリの突出が防止される。また、２枚目の鉄心薄板のバリは、最上端の鉄心薄板を囲繞する状態でスクイズリング内で緊締されるため、やはり積層鉄心の外側には突出しない。また、内抜き工程での前記巻線部の輪郭を外抜き工程での巻線部の輪郭に対して略０．０５ｍｍの幅をもって内側に位置させたものでは、最上端の鉄心薄板のバリが潰される際に微少な鉄粉等が発生しても、その鉄粉が最上端の鉄心薄板と２枚目の鉄心薄板との間に封入されて外部に飛散しなくなる。

以下、図面を参照して、本発明を適用した積層鉄心製造装置の一実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態の積層鉄心製造装置は、電動モータの固定子（ステータ）に用いいられる分割型積層鉄心を１個ずつ製造するものである。

図１は実施形態に係るストリップレイアウトを示す図であり、図２は実施形態に係る計量孔用パンチを駆動するカム機構を示す概念図であり、図３は実施形態に係る巻線部輪郭打抜きパンチを駆動するカム機構を示す概念図であり、図４は実施形態に係る分割型積層鉄心を示す平面図であり、図５は実施形態に係る実施形態に係る分割型積層鉄心を示す斜視図である。図６は実施形態に係る内抜きパンチの輪郭と外抜きパンチの輪郭とを示す平面図である。

フープ材Ｗには、順送り金型内で間欠送りされながら、第１工程〜第６工程の加工が施される。
（１）第１工程・・・パイロット穴用パンチＰＰによる一対のパイロット穴Ｐの打抜き加工。
（２）第２工程・・・各鉄心薄板Ａ（後述）に対し、小孔用パンチＰＨによる３箇所の第１小孔Ｈ１と１箇所の第２小孔Ｈ２との打抜き加工。

（３）第３工程・・・最下端に積層される鉄心薄板Ａに対し、計量孔用パンチＰＫ１による３箇所の計量孔（貫通孔）Ｋｌの打抜き加工。なお、第３工程には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、計量孔用パンチＰＫ１をフープ材Ｗに対して進退させるべく、カムＣＫ１や流体シリンダＨＣ１からなるカム機構ＣＭ１が設置されており、鉄心薄板Ａには、所定枚数ごと（例えば、５０枚ごと）に計量孔用パンチＰＫ１によって計量孔Ｋｌが穿孔される。

（４）第４工程・・・２枚目以降に積層される鉄心薄板Ａに対し、かしめ突起用パンチＰＫ２による３箇所のかしめ突起Ｋ２の半抜き加工。かしめ突起Ｋ２は、積層時に各鉄心薄板Ａを固着・一体化させるものであり、計量孔Ｋｌに対して同位置かつ同形状（同一輪郭）に形成される。

（５）第５工程・・・最上端に積層される鉄心薄板Ａ１対し、巻線部輪郭打抜きパンチＰＯによる磁極部（巻線部）Ｊの外周部位Ｅの打抜き加工（巻線部輪郭打抜きパンチＰＯによる外抜き加工）。第５工程には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、巻線部輪郭打抜きパンチＰＯをフープ材Ｗに対して進退させるべく、カムＣＫ２や流体シリンダＨＣ２からなるカム機構ＣＭ２（切換手段）が設置されており、最上端に積層される鉄心薄板Ａ１の磁極部Ｊの外周部位Ｅが打抜かれた後、カム機構ＣＭ２によって巻線部輪郭打抜きパンチＰＯが後退されられ、他の鉄心薄板Ａ２は第５工程での打抜き加工を受けずに後述する第６工程に進む。

（６）第６工程・・・各鉄心薄板Ａに対し、外形打抜きパンチＰＩによる鉄心薄板Ａ１，Ａ２の外形Ｆの打抜き加工（外形打抜きパンチＰＩによる内抜き加工）と、鉄心薄板Ａ１，Ａ２のダイＤおよびスクイズリングＳＱ内への積層・かしめ結合。これにより、鉄心薄板Ａ１，Ａ２は、ダイＤおよびスクイズリングＳＱ内で積層・緊締されながら、計量孔Ｋｌおよびかしめ突起Ｋ２によって固着／一体化されて図４および図５に示す積層鉄心Ｃとなる。このとき、最下層に積層される計量孔Ｋ１を有する鉄心薄板Ａから所定積層枚数の１枚前までは本工程の外形打抜きパンチＰＩにより外形全体が打抜かれるが、最上端に積層される鉄心薄板Ａ１は第５工程で磁極部Ｊの輪郭が打抜かれており、第６工程では磁極部Ｊ以外の部分が打抜かれることになる。本実施形態の場合、図６に示すように、外形打抜きパンチＰＩにおける磁極部Ｊに対応する部位の輪郭ＪＩは、第５工程での巻線部輪郭打抜きパンチＰＯおける磁極部Ｊに対応する部位の輪郭ＪＯに対し、僅かな（本実施形態では、０．０５ｍｍ）幅Ｓをもって内側に位置している。

ダイＤから排出された積層鉄心Ｃは、磁極部Ｊにコイル巻線ＳＣを施こした後（あるいは、コイルアッセンブリの取り付けを行った後）、図４中に二点鎖線で示すように、環状に連結することで固定子ＳＴとなる。

図７に示すように、ダイＤ内に抜き込まれた２枚目以降の鉄心薄板Ａ２は、外形打抜きパンチＰＩによって外形Ｆが下方に打ち抜かれるため、磁極部Ｊの外周に上向きのバリＢ２が形成される。そして、積層された鉄心薄板Ａ２間では、下方の鉄心薄板Ａ２のバリＢ２が上方の鉄心薄板Ａ２の外周に外嵌することになるため、スクイズリングＳＱによって緊締されることも相俟って、バリＢ２が積層鉄心Ｃの外周面から突出することがない。なお、バリＢ２は、上向きに形成されているため、ダイＤやスクイズリングＳＱの内周面を傷つける虞が殆どない。

一方、図８に示すように、ダイＤ内に抜き込まれた最上端の鉄心薄板Ａ１は、巻線部輪郭打抜きパンチＰＯによって外周部位Ｅ（すなわち、磁極部Ｊの外側）が下方に打ち抜かれているため、磁極部Ｊの外周に下向きのバリＢ１が形成される。そして、鉄心薄板Ａ１側の磁極部Ｊの輪郭ＪＩが、鉄心薄板Ａ２側の磁極部Ｊの輪郭ＪＯに対し内側に位置しているため、鉄心薄板Ａ１側のバリＢ１は鉄心薄板Ａ２側のバリＢ２の内側に嵌り込むかたちとなる。

ダイＤやスクイズリングＳＱ内で鉄心薄板Ａ１が鉄心薄板Ａ２に押し付けられると、バリＢ１は、図９（ａ）に示すように、まず鉄心薄板Ａ２の上面に沿って内側に曲げられる。そして、鉄心薄板Ａ１と鉄心薄板Ａ２とが密着すると、図９（ｂ）に示すように、バリＢ１は、完全に潰されて鉄心薄板Ａ１と鉄心薄板Ａ２との間に封入される。なお、鉄心薄板Ａ１側の磁極部Ｊの輪郭ＪＩと鉄心薄板Ａ１側の磁極部Ｊの輪郭ＪＯとの差がごく小さいため、バリＢ１が潰される際に微少な鉄粉が発生しても、その鉄粉は積層鉄心Ｃの外部に飛散する虞は殆どない。これにより、完成した積層鉄心Ｃでは、図１０に示すように、磁極部Ｊの外面にバリの突出が生じなくなり、巻き回されたコイル巻線ＳＣの被覆が損傷されることが無くなった。なお、本発明者等が、外形打抜きパンチＰＩにおける磁極部Ｊに対応する部位の輪郭ＪＩと、巻線部輪郭打抜きパンチＰＯおける磁極部Ｊに対応する部位の輪郭ＪＯとの差を種々に変えて試験を行ったところ、輪郭ＪＩが輪郭ＪＯに対して０．０５ｍｍの幅をもって内側に位置させた場合において、積層鉄心Ｃの外面が最も平滑になることが確認できた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では電動モータの固定子用の分割型積層鉄心に本発明を適用したが、本発明は、電動モータの回転子用の分割型積層鉄心に適用してもよいし、発電機の固定子や回転子用の分割型積層鉄心に適用してもよい。また、上記実施形態では単一の磁極部を有する分割型積層鉄心に本発明を適用したが、本発明は、複数(例えば、２〜４個)の磁極部を備えた分割型積層鉄心に適用してもよいし、非分割型（環状）の積層鉄心に適用してもよい。また、上記実施形態では最上端に積層される鉄心薄板の磁極部のみを巻線部輪郭打抜きパンチによって打抜くようにしたが、最上端から複数枚の鉄心薄板の磁極部を巻線部輪郭打抜きパンチによって打抜くようにしてもよい。その他、順送り金型の具体的レイアウト等についても、上記実施形態での例示に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るストリップレイアウトを示す図である。 実施形態に係る計量孔用パンチを駆動するカム機構を示す概念図である。 実施形態に係る巻線部輪郭打抜きパンチを駆動するカム機構を示す概念図である。 実施形態に係る分割型積層鉄心を示す平面図である。 実施形態に係る分割型積層鉄心を示す斜視図である。 実施形態に係る内抜きパンチの輪郭と外抜きパンチの輪郭とを示す平面図である。 実施形態の作用を示す説明図である。 実施形態の作用を示す説明図である。 実施形態の作用を示す説明図である。 実施形態の作用を示す説明図である。

符号の説明

Ａ１ 鉄心薄板
Ａ２ 鉄心薄板
Ｂ１ バリ
Ｂ２ バリ
Ｃ 積層鉄心
ＣＭ２ カム機構（切換手段）
Ｄ ダイ
Ｊ 磁極部（巻線部）
ＪＩ 輪郭
ＪＯ 輪郭
ＰＩ 外形打抜きパンチ
ＰＯ 巻線部輪郭打抜きパンチ
ＳＣ コイル巻線
ＳＱ スクイズリング
ＳＴ 固定子
Ｗ フープ材（帯状薄鋼板）

Claims (5)

1. 順送り金型を用いて、巻線部を有する鉄心薄板を帯状薄鋼板から外形抜きし、外形抜きした鉄心薄板をダイおよびスクイズリング内で順次積層／一体化させて積層鉄心を製造する方法であって、
   前記積層鉄心の上端に位置する鉄心薄板を含む上部鉄心薄板の外形抜きに先立ち、前記巻線部の輪郭の外側を下方に打ち抜くように構成し、
   前記上部鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、他の鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、所定の幅をもって内側に位置することを特徴とする積層鉄心製造方法。
2. 前記上部鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、他の鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、略０．０５ｍｍの幅をもって内側に位置す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。
3. 順送り金型を用いて、巻線部を有する鉄心薄板を帯状薄鋼板から打ち抜き、打ち抜いた鉄心薄板をダイおよびスクイズリング内で順次積層／一体化させて積層鉄心を製造する装置であって、
   前記鉄心薄板の外形を打抜く外形打抜きパンチを有する外形打抜き手段と、
   前記外形内抜き手段よりも前工程に設置され、前記鉄心薄板における巻線部の輪郭の外側を下方に打ち抜く巻線部輪郭打抜きパンチを有する巻線部輪郭打抜き手段と、
   前記巻線部輪郭打抜きパンチを打抜き位置と非打抜き位置との間で切り換える切換手段と
   を備え、
   前記巻線部輪郭打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、前記外形打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、所定の幅をもって内側に位置することを特徴とする積層鉄心製造装置。
4. 前記巻線部輪郭打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭が、前記外形打抜き手段によって打抜かれた鉄心薄板における前記巻線部の輪郭に対し、略０．０５ｍｍの幅をもって内側に位置することを特徴とする、請求項３に記載の積層鉄心製造装置。
5. 上端部に位置する鉄心薄板を含む上部鉄心薄板における巻線部の輪郭の外側が、下端部に位置する鉄心薄板を含む下部鉄心薄板側に打ち抜かれ、
   前記下部鉄心薄板における巻線部の輪郭の外側が、前記上部鉄心薄板側に打ち抜かれ、
   前記上部鉄心薄板における巻線部の輪郭が前記下部鉄心薄板における巻線部の輪郭に対し、所定の幅をもって内側に位置することを特徴とする積層鉄心。
   

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