JP2011182619A - 積層鉄心の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステータ内周端に均一かつ広い平滑面を形成する積層鉄心の製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】 スクラップ半抜工程において真円状のスクラップ半抜き３１が施されているため、スクラップ４５に幅の広い部分が存在せず、ステータ内周Ｃｉｓには引張力の作用による面積の大きな破断が生じなくなる。すなわち、ステータ内周Ｃｉｓには、その下部に製品性能を低下させない程度のごく小さな破断面４６のみが生じる。すなわち、ステータ内周Ｃｉｓには、その下部に製品性能を低下させない程度のごく小さな破断面４６のみが生じ、平滑面４７の面積が広くなる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、回転電機の固定子や回転子に用いられる積層鉄心の製造方法および製造装置に係り、ステータ内周端に均一かつ広い平滑面を形成する技術等に関する。

回転電機用の積層鉄心は、スロットや小歯等の切削加工が煩雑かつ困難であることから、順送り金型装置によって電磁鋼板のフープ材（帯状薄鋼板）から製造されることが多い。例えば、固定子用の積層鉄心は、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、内周小歯、外形等の打抜き加工を順次行うことによって環状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一定枚数ずつ積層一体化させることによって製造される。

鉄心薄板の打抜き加工面には加工欠陥（バリ、ダレ、破断等）が多少なりとも生じるが、ステッピングモータ用の積層鉄心においては、ステータの磁極とロータの磁極とがごく小さい空隙（エアギャップ）をもって対峙することから、磁極の先端面（内周面あるいは外周面）の加工欠陥が製品性能を低下させる要因となる。そこで、順送り金型の最終工程で鉄心薄板に後処理（シェービング加工）を施し、磁極先端の加工欠陥を除去して平滑な端面を得る方法が公知となっている（特許文献１，２参照）。なお、打抜き加工面の後処理としては、ブローチ加工やホーニング加工も採用されている。

特開平６−２６９１４９号公報 特開２０００−５０５７９号公報

しかしながら、ステッピングモータ用の積層鉄心では、前述したようにステータとロータとのエアギャップがごく小さいため、ステータ用の鉄心薄板とロータ用の鉄心薄板とをフープ材の同一部位から打ち抜く場合、後処理のための加工代（余肉）を確保することができないことが多かった。この場合、ステータ用の鉄心薄板とロータ用の鉄心薄板とを個別に（すなわち、異なるフープ材から）形成しなければならず、フープ材の歩留まりが低下して素材コストが上昇する他、順送り金型が２基必要となって設備コストも上昇する問題があった。

また、ステータ用の鉄心薄板とロータ用の鉄心薄板とをフープ材の同一部位から打ち抜き、かつ、ロータの磁極とステータの磁極とにそれぞれ小歯が設けられるものでは、ロータが打ち抜かれた時点で外周小歯に対応する凹部と凸部とがフープ材に形成される。そのため、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、次工程でステータ内周打抜パンチ８によってステータ内周Ｃｉｓを円形に打ち抜く際において、ステータ内周Ｃｉｓの凸部３２に対応する部位でスクラップ４５の幅（径方向寸法）が広くなり、大きな引張力（図中に矢印で示す）が作用することで該部位に面積の大きく不連続な破断面４６が生じる。そして、図１２（ｃ）に示すように、ロータ用鉄心薄板（図示せず）側の小歯の角度間隔とステータ用鉄心薄板７１の小歯７２の角度間隔とは異なっていることから、後工程でステータ用鉄心薄板７１側の小歯７２を形成した際に小歯７２の内周側端面における平滑面４７の面積が不均一かつ小さくなり、ステッピングモータの性能が低下する（回転特性等が悪化する）虞があった。

また、ステータ用鉄心薄板７１の内周（ステータ内周Ｃｉｓ）と小歯７２とを同時に形成した場合（１つのパンチ／ダイ組で打ち抜いた場合）、図１３（ａ）に示すように小歯７２の角部にチッピング８１が生じたり、図１３（ｂ）に示すように応力の集中に起因するダレ８２が生じて内周側端面における平滑面４７の面積が更に減少する問題があった。

また、ステータ用の鉄心薄板とロータ用の鉄心薄板とをフープ材から同心に打ち抜くものでは、上述したスクラップがステータの内周面を打ち抜く工程で発生するが、ステッピングモータの積層鉄心ではこのスクラップに幅の非常に狭い部位が生じるため、ダイに抜き込まれたスクラップが浮き上がり（すなわち、スクラップ上がりが起こり）、パンチやダイの内部に入り込んで作動不良を招いたり、上面を通過するフープ材に傷を付けたりすることがあった。なお、従来装置では、図１４に示すように、外周に溝抜き部９ａが突設された小歯打抜パンチ９によってステータ用鉄心薄板７１の小歯７２を打ち抜くため、ワークＷの溝抜き部９ａに隣接する部位が内側に張り出し、図１５に示すように小歯７２の内周面の端部にバリ８３が形成されることがあった。そして、ステッピングモータ用の積層鉄心では、前述したようにステータとロータとのエアギャップがごく小さいため、最終工程で鉄心薄板に後処理（シェービング加工）を施し、上述したバリを除去する必要があった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、テータ内周端に均一かつ広い平滑面を形成する積層鉄心の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

第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、外周に小歯を有するロータ用鉄心薄板と、内周に小歯を有するステータ用鉄心薄板とを帯状薄鋼板から同心に打ち抜き、当該ロータ用鉄心薄板と当該ステータ用鉄心薄板とをダイ内でそれぞれ順次積層一体化させてロータ用積層鉄心とステータ用積層鉄心とを製造する方法であって、前記帯状薄鋼板からロータ用鉄心薄板を打ち抜く工程と、ロータ用鉄心薄板が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、ロータ用鉄心薄板の外径と略同径の半抜パンチを用いて当該ロータ用鉄心薄板と同心かつ真円形の半抜きを施す半抜工程と、前記半抜きが施された帯状薄鋼板からステータ用鉄心薄板の内周を前記半抜きと同心かつ環状に打ち抜く内周打抜工程と、前記内周が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、前記ステータ用鉄心薄板の小歯を打ち抜く小歯打抜工程とを含むことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る積層鉄心製造方法において、前記半抜パンチは、その先端に面取りが施されたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る積層鉄心製造方法において、前記内周打抜工程によって生じたスクラップは、スクラップエジェクタによってダイ内を落下させられることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明に係る積層鉄心製造方法において、前記内周打抜工程によって生じたスクラップの外周に浮上防止突起が突設され、当該浮上防止突起がダイに形成された浮上防止溝に嵌合することを特徴とする。

第５の発明に係る積層鉄心製造装置は、順送り金型を用いて、外周に小歯を有するロータ用鉄心薄板と、内周に小歯を有するステータ用鉄心薄板とを帯状薄鋼板の同一部位から打ち抜き、当該ロータ用鉄心薄板と当該ステータ用鉄心薄板とをダイ内でそれぞれ順次積層一体化させてロータ用積層鉄心とステータ用積層鉄心とを製造する装置であって、前記帯状薄鋼板からロータ用鉄心薄板を打ち抜くロータ用鉄心薄板打抜手段と、ロータ用鉄心薄板の外径と略同径の半抜パンチを有し、ロータ用鉄心薄板が打ち抜かれた前記帯状薄鋼板に対し、当該半抜パンチを用いて当該ロータ用鉄心薄板と同心かつ真円形の半抜きを施す半抜手段と、内周打抜パンチを備え、前記半抜きが施された帯状薄鋼板に対し、当該内周打抜パンチによってステータ用鉄心薄板の内周を前記半抜きと同心かつ環状に打ち抜く内周打抜手段と、小歯打抜パンチを備え、前記内周が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、当該小歯打抜パンチによって前記ステータ用鉄心薄板の小歯を打ち抜く小歯打抜手段とを含むことを特徴とする。

第１および第５の発明によれば、半抜パンチによって真円形の半抜きが行われた後に、ステータ用鉄心薄板の内周が半抜きと同心かつ環状に打ち抜かれるため、ロータ用鉄心薄板の外周小歯に対応する凸部に起因する引張力が作用しなくなり、ステータ用鉄心薄板の内周には大きな破断が生じ難くなって広い平滑面を形成することができる。また、第２の発明によれば、スクラップの幅がごく小さい場合にも、半抜き時に凸部が脱落してダイやパンチに噛み込むことが起こり難くなる。また、第３の発明によれば、スクラップの幅がごく小さい場合にも、スクラップ上がりが効果的に抑制される。また、第４の発明によれば、スクラップの幅がごく小さい場合にも、スクラップ上がりが効果的に抑制される。

実施形態に係る前半のストリップレイアウト図である。 実施形態に係る後半のストリップレイアウト図である。 実施形態の第７工程における金型の縦断面図である。 実施形態に係るスクラップ半抜の形態を示す斜視図である。 実施形態に係るスクラップ半抜の形態を示す要部縦断面図である。 実施形態の第８工程における金型の縦断面図である。 実施形態に係るステータ内周打抜工程を示す要部縦断面図である。 実施形態に係るステータ内周打抜の形態を示す斜視図である。 実施形態の第９工程における金型の縦断面図である。 実施形態に係るステータ小歯打抜工程を示す要部縦断面図である。 ステータ内周打抜工程の一部変形例を示す斜視図である。 従来技術の問題点を示す斜視図である。 従来技術の問題点を示す斜視図である。 従来技術の問題点を示す斜視図である。 従来技術の問題点を示す斜視図である。

［実施形態］
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、ステッピングモータ用のステータ用積層鉄心とロータ用積層鉄心とを連続的に製造するものである。

≪実施形態の構成≫
＜加工の流れ＞

フープ材Ｗは、順送り金型内で間欠送りされながら、第１工程〜第１２工程のプレス加工が施され、これにより、ロータ用積層鉄心ＬＣｒおよびステータ用積層鉄心ＬＣｓが製造される。すなわち、フープ材Ｗには、図１に示すように、パイロット孔パンチ１によるパイロット孔Ｐの打抜工程（１）、ロータ計量孔パンチ２によるロータ計量孔Ｋｒ１の打抜工程（２）、ロータカシメパンチ３によるロータカシメ突起Ｋｒ２の半抜工程（３）、ロータ軸孔パンチ４によるロータ軸孔Ｈｒの打抜工程（４）、ロータ外形パンチ５によるロータ外形Ｏｒ（すなわち、ロータ用鉄心薄板６１）の打抜工程（５）、ステータスロットパンチ６によるステータスロットＳｓの打抜工程（６）、ロータ用鉄心薄板６１の外径と略同径のスクラップ半抜パンチ７によるスクラップ半抜工程（７）が行われる。

次いで、図２に示すように、ステータ内周打抜パンチ８によるステータ内周Ｃｉｓの打抜工程（８）、小歯打抜パンチ９によるステータ用鉄心薄板７１側の小歯７２の打抜工程（９）、ステータ計量孔パンチ１０によるステータ計量孔Ｋｓ１の打抜工程（１０）、ステータカシメパンチ１１によるステータカシメ突起Ｋｓ２の半抜工程（１１）、ステータ外形パンチ１２によるステータ外形Ｏｓ（すなわち、ステータ用鉄心薄板７１）の打抜工程（１２）が順次施される。なお、ロータ計量孔Ｋｒ１やステータ計量孔Ｋｓ１の打抜きは所定回数（例えば、５０回）ごとに１回のみ行われ、これにより、ロータ用鉄心薄板６１とステータ用鉄心薄板７１との積層枚数（すなわち、ロータ用積層鉄心ＬＣｒおよびステータ用積層鉄心ＬＣｓの厚み）が決定される。

＜スクラップ半抜工程＞
図３に示すように、第７工程の金型は、上型ホルダ２１にシートプレート２２およびパンチプレート２３を介して保持されたスクラップ半抜パンチ７と、下型ホルダ２４に保持されたダイ２５とを有している。スクラップ半抜パンチ７は、円柱形状を呈しており、下端に面取り７ａが施されている。図３中、符号２６で示す部材はストリッパ本体であり、フープ材Ｗをダイ２５に押し付けるストリッパプレート２７がその下面に固着されている。なお、符号２８で示す部材はノックピンであり、符号２９で示す部材はボルトである。

第７工程では、上型ホルダ２１と伴にスクラップ半抜パンチ７が下降すると、図４に示すように、ロータ外形Ｏｒの打抜きが行われたフープ材Ｗに対して真円状のスクラップ半抜き３１が施される。スクラップ半抜き３１はロータ用鉄心薄板６１側の小歯６２に対応する凸部３２の外側に施される。そして、スクラップ半抜パンチ７の下端に面取り７ａが施されているため、図５に示すように、凸部３２がスクラップ半抜き３１から脱落することなく斜め内側に傾斜した状態で繋がるようになる。

＜ステータ内周打抜工程＞
図６に示すように、第８工程の金型は、上型ホルダ２１にシートプレート２２およびパンチプレート２３を介して保持された円柱形状のステータ内周打抜パンチ８と、ステータ内周打抜パンチ８の下方に設置されたスクラップエジェクタ４１と、下型ホルダ２４に保持されたダイ４２とを有している。

スクラップエジェクタ４１は、ステータ内周打抜パンチ８よりも小径のエジェクタプレート４１ａと、エジェクタプレート４１ａの中央から上方に突設されたステム４１ｂとからなっており、ステータ内周打抜パンチ８に形成されたガイド孔８ａにステム４１ｂが摺動自在に嵌合している。ステム４１ｂの軸心にはガイドボルト４３がねじ込まれており、このガイドボルト４３の頭部がステータ内周打抜パンチ８に形成された内向フランジ８ｂに係止されている。ステータ内周打抜パンチ８のガイド孔８ａには圧縮コイルスプリング４４が収容されており、この圧縮コイルスプリング４４のばね力によってスクラップエジェクタ４１が常に下方に付勢されている。

パンチプレート２３が下降すると、図７（ａ）に示すように、その下端がスクラップ半抜き３１および凸部３２に係止されることで、スクラップエジェクタ４１が圧縮コイルスプリング４４を押し縮めながら上昇してステータ内周打抜パンチ８の下面に当接した後、ステータ内周打抜パンチ８がフープ材Ｗに食い込んでステータ内周Ｃｉｓの打ち抜きが開始される。パンチプレート２３が更に下降すると、図７（ｂ）に示すように、ステータ内周Ｃｉｓの打ち抜きが完了してフープ材Ｗからスクラップ４５が分離し、圧縮コイルスプリング４４のばね力によって突出したスクラップエジェクタ４１によってスクラップ４５が下方に落下させられる。

本実施形態では、スクラップ半抜工程において真円状のスクラップ半抜き３１が施された後、スクラップ半抜き３１と同心かつ環状にステータ内周Ｃｉｓが打ち抜かれるため、図８（ａ），（ｂ）に示すように、スクラップ４５に幅の広い部分が存在せず、ステータ内周Ｃｉｓには、従来装置で問題となっていた引張力の作用による面積の大きな破断面４６が生じなくなる。すなわち、ステータ内周Ｃｉｓには、その下部に製品性能を低下させない程度のごく小さな破断面４６のみが生じ、平滑面４７の面積が広くなる。その結果、図８（ｃ）に示すように、後述するステータ小歯打抜工程でステータ用鉄心薄板７１側の小歯７２を形成した際に小歯７２の内周側端面における平滑面４７の面積が均一かつ大きくなり、ステッピングモータの性能が有意に向上する（回転特性等が良好となる）。なお、本実施形態では、スクラップエジェクタ４１によってスクラップ４５を強制的に落下させるようにしたため、スクラップ４５の幅がごく小さいにもかかわらず、スクラップ上がりが効果的に抑制される。

＜ステータ小歯打抜工程＞
図９に示すように、第９工程の金型は、上型ホルダ２１にシートプレート２２およびパンチプレート２３を介して保持された小歯打抜パンチ９と、小歯打抜パンチ９の下面に固着されたガイドプレート５１と、下型ホルダ２４に保持されたダイ５２とを有している。

小歯打抜パンチ９は、その外周に複数の保持スロット５５が軸方向に沿って形成された円柱形状のパンチホルダ５６と、各保持スロット５５に嵌め込まれた溝抜パンチ５７と、パンチホルダ５６の上部に外嵌して溝抜パンチ５７の脱落を防止する係止リング５８とを有している。また、ガイドプレート５１は、パンチホルダ５６と略同径で先端側にテーパが形成された円板状のガイド部５１ａと、ガイド部５１ａの中央から上方に突設されたステム５１ｂとからなっており、パンチホルダ５６に形成された保持孔５６ａにステム５１ｂが嵌合している。パンチホルダ５６およびガイドプレート５１（ガイド部５１ａ）の外径はステータ内周Ｃｉｓの径と同一または小さく設定されている。

パンチプレート２３が下降すると、図１０（ａ）に示すように、ガイドプレート５１がフープ材Ｗのステータ内周Ｃｉｓに嵌入する。この際、ガイド部５１ａの先端側にテーパが形成されているため、フープ材Ｗとガイドプレート５１との間に若干のずれがあっても、フープ材Ｗの位置が矯正されて円滑な嵌入が行われる。パンチプレート２３が更に下降すると、図１０（ｂ）に示すように、小歯打抜パンチ９のパンチホルダ５６がフープ材Ｗのステータ内周Ｃｉｓに嵌入し、溝抜パンチ５７がフープ材Ｗに食い込んでステータ用鉄心薄板７１側の小歯７２の打ち抜きが行われる。

本実施形態の場合、パンチホルダ５６の外径がステータ内周Ｃｉｓの径と略同一に設定されているため、溝抜パンチ５７がフープ材Ｗに食い込んだ際にパンチホルダ５６の外周によってバリの発生が抑制されて余肉が内側に突出しなくなり、ステータ用鉄心薄板７１の内周（ステータ内周Ｃｉｓ）にバリが発生することが防止される。これにより、ステータ用積層鉄心ＬＣｓに後加工を施すことなく高精度のエアギャップが得られ、製造工数や製造コストを増大させることなく、ステッピングモータ等の性能を向上させることができる。また、本実施形態では、円柱形状のパンチホルダ５６に保持スロット５５を形成し、この保持スロット５５に溝抜パンチ５７を嵌め込むようにしたため、小歯打抜パンチ９の製造が容易となって装置コストを低減させることができる。また、パンチホルダ５６の外径をステータ内周Ｃｉｓよりも小さくした場合、小歯７２の先端が内周側に張り出することで（余肉がパンチホルダ５６の外周面まで膨出することで）、ステータ内周Ｃｉｓの仕上がり径を小さくすることができる。これにより、ロータ用積層鉄心ＬＣｒとステータ用積層鉄心ＬＣｓとのエアギャップが小さくなり、ステッピングモータの性能を向上させることができる。

＜ステータ内周打抜工程の一部変形例＞
次に、ステータ内周打抜工程の一部変形例を説明する。
図１１（ａ）に示すように、本変形例では、ステータ内周打抜パンチ８の外周に複数の突起形成部８ｃが突設されており、これにより、スクラップ４５の外周に浮上防止突起４５ａが形成される。一方、図１１（ｂ）に示すように、ダイ４２には浮上防止溝４２ａが形成されており、これら浮上防止溝４２ａにスクラップ４５の浮上防止突起４５ａが嵌合することにより、スクラップエジェクタを備えた実施形態と同様に、スクラップ上がりが防止される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はステッピングモータ用のステータ用積層鉄心とロータ用積層鉄心とを製造する順送り金型に本発明を適用したが、一般のモータ用の積層鉄心を製造する順送り金型にも当然に適用可能である。また、ストリップレイアウトの構成や金型の具体的構造等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

７ スクラップ半抜パンチ
８ ステータ内周打抜パンチ
８ｃ 突起形成部
９ 小歯打抜パンチ
４１ スクラップエジェクタ
４２ａ 浮上防止溝
４５ スクラップ
４５ａ 浮上防止突起
４６ 破断
５７ 溝抜パンチ
５８ 係止リング
６１ ロータ用鉄心薄板
６１ａ 小歯
７１ ステータ用鉄心薄板
７１ａ 小歯
Ｗ フープ材

Claims (5)

1. 順送り金型を用いて、外周に小歯を有するロータ用鉄心薄板と、内周に小歯を有するステータ用鉄心薄板とを帯状薄鋼板から同心に打ち抜き、当該ロータ用鉄心薄板と当該ステータ用鉄心薄板とをダイ内でそれぞれ順次積層一体化させてロータ用積層鉄心とステータ用積層鉄心とを製造する方法であって、
   前記帯状薄鋼板からロータ用鉄心薄板を打ち抜く工程と、
   ロータ用鉄心薄板が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、ロータ用鉄心薄板の外径と略同径の半抜パンチを用いて当該ロータ用鉄心薄板と同心かつ真円形の半抜きを施す半抜工程と、
   前記半抜きが施された帯状薄鋼板からステータ用鉄心薄板の内周を前記半抜きと同心かつ環状に打ち抜く内周打抜工程と、
   前記内周が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、前記ステータ用鉄心薄板の小歯を打ち抜く小歯打抜工程と
   を含むことを特徴とする積層鉄心製造方法。
2. 前記半抜パンチは、その先端に面取りが施されたことを特徴とする、請求項１に記載された積層鉄心製造方法。
3. 前記内周打抜工程によって生じたスクラップは、スクラップエジェクタによってダイ内を落下させられることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された積層鉄心製造方法。
4. 前記内周打抜工程によって生じたスクラップの外周に浮上防止突起が形成され、当該浮上防止突起がダイに形成された浮上防止溝に嵌合することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された積層鉄心製造方法。
5. 順送り金型を用いて、外周に小歯を有するロータ用鉄心薄板と、内周に小歯を有するステータ用鉄心薄板とを帯状薄鋼板の同一部位から打ち抜き、当該ロータ用鉄心薄板と当該ステータ用鉄心薄板とをダイ内でそれぞれ順次積層一体化させてロータ用積層鉄心とステータ用積層鉄心とを製造する装置であって、
   前記帯状薄鋼板からロータ用鉄心薄板を打ち抜くロータ用鉄心薄板打抜手段と、
   ロータ用鉄心薄板の外径と略同径の半抜パンチを有し、ロータ用鉄心薄板が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、当該半抜パンチを用いて当該ロータ用鉄心薄板と同心かつ真円形の半抜きを施す半抜手段と、
   内周打抜パンチを備え、前記半抜きが施された帯状薄鋼板に対し、当該内周打抜パンチによってステータ用鉄心薄板の内周を前記半抜きと同心かつ環状に打ち抜く内周打抜手段と、
   小歯打抜パンチを備え、前記内周が打ち抜かれた帯状薄鋼板に対し、当該小歯打抜パンチによって前記ステータ用鉄心薄板の小歯を打ち抜く小歯打抜手段と
   を含むことを特徴とする積層鉄心製造装置。

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