JP2014064387A - 積層鉄心の製造方法および積層鉄心製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】花弁形等の異形の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に実現可能とする。
【解決手段】積層鉄心の製造方法において、間欠移送されるフープ材Ｗから鉄心薄板２を外形ｈ３に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック工程と、フープ材Ｗから鉄心薄板２を打抜いて分離させる打抜き工程と、鉄心薄板２を積層して積層体を形成する積層工程とを有し、プッシュバック工程が、鉄心薄板２の中心位置Ｃを基準として所定の角度αずつ回転させた複数の異なる外形ｈ３の配置に基づき実施される構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、花弁形等の異形（非円形）の外形を有する複数の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造方法および積層鉄心製造装置に関する。

従来、永久磁石界磁式の電動機において、コギングトルクの低減を図ることを目的として、ロータに用いられる積層鉄心（鉄心薄板）の外形を花弁形としたものが知られている（特許文献１参照）。この従来の電動機では、積層された鉄心薄板を捻って所定のスキュー角を与えるとともに、そのスキュー角に合わせて着磁したリング状の永久磁石をロータの内側に嵌装することにより、コギングトルクの低減と共に組み立て工数の削減を図ることができる。

特許４０８０２７３号公報

ところで、上記特許文献１の従来技術では、所定のスキュー角が与えられた積層鉄心（ロータ）が用いられているが、積層された鉄心薄板を捻る作業は容易ではなく、また、スキュー角を精度良く設定することが難しいという問題があった。特に、上記従来技術のようにロータの内側（円筒状孔）に永久磁石が嵌装されるものとは異なり、ロータの軸孔の周囲に設けられた複数の磁石装着孔に永久磁石が嵌装される構成では、積層された鉄心薄板をスキューさせることはより困難となる。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、花弁形等の異形の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に実現可能とした積層鉄心の製造方法および積層鉄心製造装置を提供することを主目的とする。

本発明の第１の側面では、非円形の外形（ｈ３）を有する複数の鉄心薄板（２）を積層してなる積層鉄心（１）の製造方法であって、間欠移送される帯状薄鋼板（Ｗ）から前記鉄心薄板を前記外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック工程（工程（５））と、前記帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を打抜いて分離させる打抜き工程（工程（６））と、前記鉄心薄板を積層して積層体（３）を形成する積層工程（工程（７））とを有し、前記プッシュバック工程は、前記鉄心薄板の中心位置（Ｃ）を基準として所定の角度（α）ずつ回転させた複数の異なる外形の配置に基づき実施されることを特徴とする。

この第１の側面による積層鉄心の製造方法では、所定の角度ずつ回転させた外形の配置に基づきプッシュバック工程を実施することにより、非円形（花弁形等）の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に製造することが可能となる。

本発明の第２の側面では、上記第１の側面に関し、前記打抜き工程では、前記非円形の外形を内包する円形または当該外形に外接する円形であるダミー外形（ｈ４）に沿って前記鉄心薄板が打抜かれることを特徴とする。

この第２の側面による積層鉄心の製造方法では、円形のダミー外形により、非円形の外形を有する複数の鉄心薄板の積層工程を、従来の円形の外形を有する鉄心薄板と同様の機構（円筒形の内周面を有するダイおよびスクイズリング等）を用いて実施することが可能となる。この場合、積層鉄心の周囲に形成されるスクラップ部（非円形の鉄心薄板の外形とダミー外形との間の部分）は、積層鉄心と仮結合（嵌合）された状態であるため、治具等を用いて容易に取り外すことができる。

本発明の第３の側面では、上記第１または第２の側面に関し、前記プッシュバック工程よりも前に実施され、積層後に永久磁石がそれぞれ嵌装される複数の磁石装着孔（ｈ１）を形成する磁石装着孔形成工程を更に有することを特徴とする。

この第３の側面による積層鉄心の製造方法では、永久磁石が嵌装される複数の磁石装着孔を設けた構成の積層鉄心において、磁石装着孔の加工や配置に影響を及ぼすことなく、所定のスキュー角度を容易に付与することが可能となる。

本発明の第４の側面では、上記第１の側面に関し、前記非円形の外形は、前記鉄心薄板の中心を基準とした回転対称形をなすことを特徴とする。

この第４の側面による積層鉄心の製造方法では、積層工程において積層体に均等な側圧を付与することができ、積層体における鉄心薄板同士をかしめや接着により良好に結合させることが可能となる。

本発明の第５の側面では、非円形の外形（ｈ３）を有する複数の鉄心薄板（２）を積層してなる積層鉄心（１）を製造する製造装置（１０）であって、間欠移送される帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を前記外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック部と、前記鉄心薄板を打抜いて前記帯状薄鋼板から分離させる打抜き部と、前記鉄心薄板を積層して積層体を形成する積層部とを備え、前記プッシュバック部は、前記外形に沿って前記鉄心薄板の打抜きまたは半抜きを実施するパンチ（Ｐ５）およびダイ（Ｄ５）と、前記鉄心薄板の中心位置を基準として前記外形の配置を所定の角度ずつ回転変位させるべく、前記パンチおよび前記ダイを回転させる回転機構（２１）とを有することを特徴とする。

このように本発明によれば、花弁形等の異形の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に実現可能となるという優れた効果を奏する。

実施形態に係る積層鉄心の製造方法を適用したストリップレイアウトを示す図 実施形態に係る積層鉄心の製造方法を用いて製造された積層鉄心のスキューの例を示す斜視図 積層体におけるスクラップ部の分離工程を示す説明図 実施形態に係る順送り金型装置の概略構成図 工程（５）におけるパンチに設けられたカッターの構成を示す模式図 図６に示したカッターによる切欠き部の形成を示す模式的説明図 工程（５）におけるパンチおよびダイの回転動作を示す説明図 図１に示したストリップレイアウトの変形例を示す図

以下、本発明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は本発明の実施形態に係る積層鉄心の製造方法を適用したストリップレイアウトを示す図であり、図２は製造された積層鉄心のスキューの例を示す斜視図であり、図３は積層体におけるスクラップ部の分離工程を示す説明図である。

図１に示すように、積層鉄心１（図２参照）の製造工程は、電磁鋼板のフープ材（帯状薄鋼板）Ｗに対して実施される（１）パイロット孔ｐの打抜き加工、（２）磁石装着孔ｈ１の打抜き加工（磁石装着孔形成工程）、（３）かしめ計量孔ｋ１の打抜き加工、（４）後にモータ等のロータ軸が挿入されるロータ軸孔ｈ２の打抜きおよびかしめ突起ｋ２の切起し加工、（５）鉄心薄板２の外形ｈ３の打抜きまたは半抜きおよびプッシュバック加工（プッシュバック工程）、（６）鉄心薄板２のダミー外形ｈ４の打抜き加工（打抜き工程）、（７）鉄心薄板２の積層（積層工程）の各工程から主として構成される。なお、工程（Ｉ１）〜工程（Ｉ３）はアイドル工程である。

工程（２）では、積層後に永久磁石がそれぞれ嵌装される複数（ここでは、４つ）の磁石装着孔ｈ１が形成される。各磁石装着孔ｈ１は、矩形状をなし、後の工程（４）で形成されるロータ軸孔ｈ２を外囲するように周方向に等間隔に配置される。なお、鉄心薄板２に形成される磁石装着孔の形状、数量および配置については、ここで示すものに限らず種々の変更が可能である。

工程（３）では、計量用の鉄心薄板２（すなわち、積層鉄心１の最下層に位置する鉄心薄板）に対するかしめ計量孔ｋ１が形成される。かしめ計量孔ｋ１は、磁石装着孔ｈ１の間において、後の工程（４）で形成されるロータ軸孔ｈ２を外囲するように周方向に等間隔に配置される。このかしめ計量孔ｋ１の形成は、所定回数（例えば、５０回）毎に実施され、これにより、積層鉄心１の積層枚数が決定される。一方、計量用以外の鉄心薄板２については、工程（４）においてかしめ突起ｋ２が形成される。このかしめ突起ｋ２の形成は、パンチＰ３の押し込み量をフープ材Ｗの板厚に対する所定の割合に設定することにより行われる。なお、上記工程（２）〜（４）については、順序を任意に入れ替えて実行することが可能である。

工程（５）では、鉄心薄板２はその非円形（異形）の外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックされる。ここで、鉄心薄板２は、パンチＰ５の押し込み量をフープ材Ｗの板厚に対する所定の割合に設定することにより外形ｈ３に沿って打抜きまたは半抜きされ、その後、打抜きまたは半抜きされた部分がプッシュバックされてフープ材Ｗ内に押し戻される。これにより、鉄心薄板２は、外形に沿って切り離された状態でフープ材Ｗの孔（外形ｈ３）に嵌合する。

この工程（５）（工程（Ｉ２）、工程（Ｉ３）、工程（６）を併せて参照）は、順次打抜かれる鉄心薄板２ａ〜２ｄ毎に異なる角度の外形ｈ３の配置で実施される。ここで、工程（６）に示す第１の鉄心薄板２ａの外形ｈ３は、基準位置から反時計回り方向に角度α回転した配置となっている。次に、工程（Ｉ３）に示す第２の鉄心薄板２ｂの外形ｈ３は、第１の鉄心薄板２ａから反時計回り方向に角度α回転した配置（すなわち、基準位置から反時計回り方向に角度２α回転した配置）となっている。次に、工程（Ｉ２）に示す第３の鉄心薄板２ｃの外形ｈ３は、第２の鉄心薄板２ｂから反時計回り方向に角度α回転した配置（すなわち、基準位置から反時計回り方向に角度３α回転した配置）となっている。さらに、次に、（５）に示す第４の鉄心薄板２ｄの外形ｈ３は、第３の鉄心薄板２ｃから反時計回り方向に角度α回転した配置（すなわち、基準位置から反時計回り方向に角度４α回転した配置）となっている。

このように、工程（５）は、その工程毎に鉄心薄板２の中心位置Ｃを基準として一定の角度αずつ回転させた複数の異なる外形の配置に基づき実施される。これにより、積層鉄心１には、他の孔（磁石装着孔ｈ１等）の加工や配置に影響を及ぼすことなく、所定のスキュー角度（ここでは、３α）を付与することができる。ただし、磁石装着孔ｈ１、かしめ計量孔ｋ１、かしめ突起ｋ２については、工程（５）での外形の回転に拘わらず、鉄心薄板２において同じ位置にそれぞれ形成される。なお、ここでは説明の便宜上、異なる回転角度で外形が配置された４つの鉄心薄板２ａ〜２ｄについて示したが、実用上は、より微少な回転角度を用いて、異なる配置の外形を有するより多くの鉄心薄板が加工される。また、スキュー角度３αは、ここでは１５°に設定されているが、これに限らず適宜変更することができる。

鉄心薄板２の外形ｈ３は、径方向外側に凸状をなす同形の４つの円弧の両端が互いに接続された形状（４枚の花弁形）を有している。この外形ｈ３については、少なくとも非円形であれば、ここに示すものに限らず種々の変更が可能である。

工程（６）では、ダミー外形ｈ４に沿って鉄心薄板２が打ち抜かれる。ダミー外形ｈ４は、非円形の外形ｈ３と同心でかつ外形ｈ３を内包する円形をなしている。これにより、鉄心薄板２は、最終的に不要となるスクラップ部Ｓ（すなわち、ダミー外形ｈ４と外形ｈ３との間の領域）が周囲に残った状態で打抜かれ、工程（７）においてその状態のまま積層される。工程（７）では、打抜かれた鉄心薄板２のかしめ突起ｋ２の凸部が、下側の鉄心薄板２のかしめ突起ｋ２の凹部に嵌入されることにより、順次かしめ結合される。最終的に、かしめ計量孔ｋ１が形成された鉄心薄板２によって鉄心薄板２間が分離され、所定枚の鉄心薄板２が互いに固着された積層体３が形成される。なお、ダミー外形ｈ４については、外形ｈ３を内包するものに限定されず、例えば、外形ｈ３に外接する円形でもよい。

上記工程（１）〜（７）によって得られた積層体３にはスクラップ部Ｓが残留する。しかしながら、スクラップ部Ｓは、上述のように鉄心薄板２の外形に沿って切り離された状態にあるため、所定の取外用治具（図示せず）等を用いて図３に示すように積層鉄心１から容易に取り外すことができる。後に詳述するように、工程（５）では、スクラップ部Ｓには平面視において径方向に延びる切欠き溝Ｎが複数形成されており、各切欠き溝Ｎを起点としてスクラップ部Ｓを切断することができる。

図３では図示を簡略化しているが、スクラップ部Ｓの除去により、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようなスキューが付与された積層鉄心１が得られる。図２（Ａ）に示した積層鉄心１は、工程（５）において所定のスキュー角度を一方向に付与した例であり、図２（Ｂ）に示した積層鉄心は、スキュー角度の付与方向を中間で逆転させた（すなわち、後述するサーボモータ２４の回転方向を反転させた）Ｖ字スキューの例である。積層鉄心１は、永久磁石界磁式の回転電機のロータに用いられる。

図４は実施形態に係る積層鉄心の製造方法を用いる順送り金型装置の概略構成図であり、図５は工程（５）におけるパンチに設けられたカッターの構成を示す模式図であり、図６はカッターによる切欠き部の形成を示す模式的説明図であり、図７は工程（５）におけるパンチおよびダイの回転動作を示す説明図である。

順送り金型装置（積層鉄心製造装置）１０は、装置内で間欠移送されるフープ材Ｗに対してプレス加工を行うものであり、上型１１に取り付けられたパンチＰ１〜Ｐ６と、上型１１に対応する下型１２に取り付けられたダイＤ５、Ｄ６（一部のダイのみを図示する）と、打抜き加工後のフープ材Ｗをパンチから分離させるストリッパプレート１３とを主として備える。

ここで、図４中の（１）〜（７）を付した各部は図１に示した各工程（１）〜（７）に対応しており、各部におけるパンチおよびそれに対応するダイによって打抜き等の加工が実施される。順送り金型装置１０において、例えば、図４中の（５）におけるパンチＰ５、ダイＤ５、回転機構２１、平押し部材２７およびばね２８は、鉄心薄板２を外形ｈ３に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック部を構成し、図４中の（６）におけるパンチＰ６およびダイＤ６は、鉄心薄板２を打抜いてフープ材Ｗから分離させる打抜き部を構成し、さらに、図４中の（７）におけるスクイズリング３６は、鉄心薄板２をかしめ結合して積層体３を形成する積層部を構成する。

図４において、工程（５）に用いられるパンチＰ５およびダイＤ５は、回転機構２１によって回転可能に設けられており、これにより、上述のように鉄心薄板２における外形の配置を変更することが可能となっている。回転機構２１は、ダイＤ５を保持するダイホルダ２２の周囲に巻きかけられたベルト２３と、このベルト２３を駆動するサーボモータ２４と、パンチＰ５を保持するパンチホルダ２５とダイホルダ２２とを連結するガイドピン２６とを有している。ガイドピン２６の下端は、上型１１（パンチＰ５）が下降した際（打抜きまたは半抜き加工時）に、ダイホルダ２２のガイド穴３０に挿入される。また、ダイＤ５内には、プッシュバックを実施するための平押し部材２７が設けられている。平押し部材２７は、半抜き部分に当接する平坦な上部と、ばね２８が接側された下部とを有しており、その下部に接続されたばね２８により上方（パンチＰ５の方向）に付勢されている。この付勢力により、半抜きされた各鉄心薄板２がプッシュバックされる。

なお、パンチＰ５、ダイＤ５および平押し部材２７は、鉄心薄板２の外形ｈ３と同様の異形形状を有している。また、ダイホルダ２２およびパンチホルダ２５は、それぞれベアリング等を介して上型１１および下型１２に回転可能に保持されている。

また、図５に示すように、パンチＰ５の側面には、工程（５）において鉄心薄板２の上面側に切欠き溝Ｎ（図３参照）を形成するための複数のカッター２９が取り付けられている。各カッター２９は、パンチＰ５の外形において径方向外側に凸状をなす部位にそれぞれ配置されており、これにより、図３に示したように、スクラップ部Ｓの薄肉の部位にそれぞれ切欠き溝Ｎが形成される。各カッター２９は、下端に設けられた鋭利な刃部２９ａを有し、工程（５）においてパンチＰ５が下降した際に、図６に示すように、刃部２９ａが鉄心薄板２の上面から食い込む（すなわち、スクラップ部Ｓが完全に切断されない程度に厚さ方向に切り欠かれる）ことにより、所定の深さの切欠き溝Ｎが形成される。なお、カッター２９の数量、配置および刃部２９ａの形状等については種々の変更が可能である。

工程（５）では、例えば、図７（Ａ）に示す状態（今回の工程（５）における外形配置）において半抜き加工（またはプッシュバック加工）が完了すると、サーボモータ２４が作動し、ダイホルダ２２（ダイＤ５）が、ガイドピン２６を介して連結されたパンチホルダ２５（パンチＰ５）と共に反時計回り方向に角度αだけ回転して、図７（Ｂ）に示す状態（次回の工程（５）における外形配置）となる。次に、図７（Ｂ）に示す状態で半抜き加工が完了すると、ダイＤ５およびパンチＰ５が反時計回り方向に角度αだけ回転して図７（Ｃ）に示す状態（３回目の工程（５）における外形配置）となる。次に、図７（Ｃ）に示す状態で半抜き加工が完了すると、ダイＤ５およびパンチＰ５が反時計回り方向に角度αだけ回転して図７（Ｄ）に示す状態（４回目の工程（５）における外形配置）となる。

なお、パンチＰ５およびダイＤ５の回転については、同一の積層体３において回転方向を逆転させたり、一時的に回転を停止したりすることが可能である。これにより、積層鉄心１に付与するスキューの状態を変更することが可能である。また、図１に示した工程（Ｉ２）および工程（Ｉ３）の少なくとも一方において、工程（５）と同様のプッシュバック部（平押し部材やばね等）を設けることにより、プッシュバック機能を追加することも可能である。これにより、工程（５）において打抜きまたは半抜きされた部分をフープ材Ｗ内に完全に押し戻すことができない場合でも、その後の工程（Ｉ２）および工程（Ｉ３）でのプッシュバックにより当該部分を確実にフープ材Ｗ内に押し戻すことが可能となる。

また、工程（６）においてパンチＰ６によって鉄心薄板２のダミー外形ｈ４が打抜かれると、工程（７）では、鉄心薄板２はダイＤ６内に既に積層されている鉄心薄板群３５上に積層され、その後、ダイＤ６下部のスクイズリング３６内へと順次押し込まれる。ここでは、鉄心薄板２をダミー外形ｈ４に沿って円形に打抜くことにより、非円形の外形ｈ３を有する鉄心薄板２に対して、従来の円形の外形を有する鉄心薄板と同様の機構（円筒形の内周面を有するダイＤ６下部のスクイズリング３６）を用いて積層工程を実施することができる。

このように、上記積層鉄心の製造方法および順送り金型装置では、所定の角度ずつ回転させた鉄心薄板２の外形の配置に基づき工程（５）を実施するため、非円形（花弁形等）の外形を有する複数の鉄心薄板２をスキュー状態で積層してなる積層鉄心１を容易に実現可能となる。

図８は図１に示したストリップレイアウトの変形例を示す図である。上述の例では、工程（６）において、円形のダミー外形ｈ４に沿って鉄心薄板２を打抜く構成としたが、図８の変形例に示すように、工程（５）で半抜きおよびプッシュバック加工した外形ｈ３に沿って打抜くことも可能である。この場合、パンチＰ６の形状は、外形ｈ３の内接円とすることができる。或いは、パンチＰ６の形状を外形ｈ３と同様の形状とし、パンチＰ６の回転機構を別途設けてもよい。なお、鉄心薄板２をその中心位置を基準とした回転対称形とし、その最大径部（円弧部）がスクイズリング３６の直径相当部に接触する構成とすることにより、積層工程において積層体に均等な側圧（径方向内側への力）を付与することができ、円形（円筒形）のダイＤ６およびスクイズリング３６においても適切な側圧を確保して鉄心薄板同士を良好に結合させることが可能となる。

本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、鉄心薄板同士をかしめ結合する構成としたが、周知の接着方法により結合してもよい。なお、上記実施形態に示した本発明に係る積層鉄心の製造方法および積層鉄心製造装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１ 積層鉄心
２ 鉄心薄板
１０ 順送り金型装置（積層鉄心製造装置）
２１ 回転機構
ｄ１ 内形
Ｄ１〜Ｄ６ ダイ
ｈ１ 磁石装着孔
ｈ２ ロータ軸孔
ｈ３ 外形
ｈ４ ダミー外形
ｋ１ かしめ計量孔
ｋ２ かしめ突起
ｐ パイロット孔
Ｐ１〜Ｐ６ パンチ
Ｓ スクラップ部
Ｗ フープ材（帯状薄鋼板）

Claims (5)

1. 非円形の外形を有する複数の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造方法であって、
   間欠移送される帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を前記外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック工程と、
   前記帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を打抜いて分離させる打抜き工程と、
   前記鉄心薄板を積層して積層体を形成する積層工程と
   を有し、
   前記プッシュバック工程は、前記鉄心薄板の中心位置を基準として所定の角度ずつ回転させた複数の異なる外形の配置に基づき実施されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
2. 前記打抜き工程では、前記非円形の外形を内包する円形または当該外形に外接する円形であるダミー外形に沿って前記鉄心薄板が打抜かれることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
3. 前記プッシュバック工程よりも前に実施され、積層後に永久磁石がそれぞれ嵌装される複数の磁石装着孔を形成する磁石装着孔形成工程を更に有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層鉄心の製造方法。
4. 前記非円形の外形は、前記鉄心薄板の中心を基準とした回転対称形をなすことを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
5. 非円形の外形を有する複数の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心を製造する製造装置であって、
   間欠移送される帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を前記外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック部と、
   前記鉄心薄板を打抜いて前記帯状薄鋼板から分離させる打抜き部と、
   前記鉄心薄板を積層して積層体を形成する積層部と
   を備え、
   前記プッシュバック部は、前記外形に沿って前記鉄心薄板の打抜きまたは半抜きを実施するパンチおよびダイと、前記鉄心薄板の中心位置を基準として前記外形の配置を所定の角度ずつ回転変位させるべく、前記パンチおよび前記ダイを回転させる回転機構とを有することを特徴とする積層鉄心製造装置。

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