JP2014161196A - 積層鉄心のスロット溝加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータや発電機の磁極とするための積層鉄芯の単位素材であるセクタワークに、高精度かつ効率よく放射状に並んだスロット溝を加工することができる積層鉄芯のスロット溝加工装置を提供する。
【解決手段】 独立してスライド動作可能に並設された多数枚のスライド板３２…の出入り状態によって任意の曲線を点の集合として作出する曲線ガイド装置３０によってセクタワークＷを案内することにより、セクタワークＷの姿勢をピッチ送り間隔毎に自動的に変化させながらのピッチ送りを可能とし、これによって個々に異なるスロット溝の個別的な姿勢制御を省略しての高速打ち抜き加工を実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種のモータや発電機における界磁磁極や回転子磁極を形成するための積層鉄心の単位素材であるセクタワークに高精度、高能率でスロット溝を加工することができる積層鉄心のスロット溝加工装置に関する。

モータや発電機は、界磁磁界と回転子磁界との相互作用によって回転運動や起電力を発生する装置である。一部の特殊な交流モータや小型直流モータに永久磁石が使用される場合を除き、モータ等における磁界の形成には鉄心とコイルの組合せによる電磁石が利用される。

電線に電流を流すと電線の周囲にアンペールの右ねじの法則に従って磁界が発生する。コイルは、発生する磁気を重畳的に強めるための繰返し構造体であり、コイルに組み合わされる鉄心は、コイルの磁界生成機能を飛躍的に高めることができる磁力線の良好な導体である。

コイルと鉄心の組合せにおいては、一つの面倒な問題がある。この問題は、鉄心が磁力線の良好な導体であると同時に、電流の良好な導体でもあるということに起因している。すなわち、コイル由来の磁力線が鉄心内を通過すると、この磁力線の周りにレンツの法則に従って渦電流が発生する。渦電流が発生するだけであれば鉄心にジュール熱が発生する程度の影響にとどまるのであるが、モータ設計者にとって不幸なことに、渦電流は，コイル由来の磁力線を打ち消す向きの磁力線を発生させる向きに発生するのである。

上記問題は、磁力線はよく通すが電気は通さないというような性質を有する鉄心材料を用いることによって根本的に解決することができる。しかし、このような注文に応じることができる鉄心材料は知られていない。純鉄に適量のケイ素を添加したケイ素鋼板がわずかにそのような二律背反的性質を有することが知られているのみである。

そこで、考えられたのが、ケイ素鋼板の薄板を防錆塗料兼用の絶縁塗料を介して多数枚積層して形成する積層鉄心である。積層鉄心は、導体と不導体とが交互に配置された層状の内部構造に起因する電磁的な方向性を持つ。積層鉄心は、コイル由来の磁力線が積層されたケイ素鋼板の面方向に沿って絶縁塗料を横断することなく通過するともに、通過する磁力線によって発生する渦電流が絶縁塗料によって遮断される向きにして使用される。

上記のように、渦電流によって生じる不都合については、先賢による積層鉄心の発明によって一応の解決を見たといえる。しかし、積層鉄心は、その冗長な構造から示唆されるように、必然的に製造工程が冗長で煩雑であるという問題を有する。本発明は、積層鉄心の製造過程で生じる問題の一つを解決することを希望してなされたものである。

モータ等は回転機構であり、このためモータ等の構成部材の多くは、円形もしくは円環状、または、これを幾つかに分割したセクタ状の形状を有する。このことは積層鉄心についてもそのまま該当する。つまり、積層鉄心は、円環状またはセクタ状の同一寸法に形成した多数枚のケイ素鋼板を積み重ねて製造される。積層鉄心の単位素材であるケイ素鋼板がセクタ状に形成されるのは、定寸法のケイ素鋼板からできるだけ多数枚の単位素材を得るための板取り上の工夫である。

本発明の主たる対象物は大型のモータ等であり、大型のモータ等においては、積層鉄心用の単位素材は、上記理由により殆んど例外なくセクタ状に形成される。積層鉄心に組み合わされるコイルは、積層鉄心にスロット溝と称する軸方向の溝を形成し、この溝内に装填される。このスロット溝は、積層鉄心の単位素材であるセクタワークの段階で形成される。

大型のモータ等においては、積層されるケイ素鋼板、つまりセクタワークの高さは数メートルにおよぶ。セクタワーク一枚の厚みは、０．６ミリないし０．７ミリであることを思えば、所要積み重ね枚数の多さは想像に難くない。さらに、上記のようにスロット溝はセクタワークの段階で形成される必要がある。この際、一枚のセクタワークに形成すべきスロット溝の数は、モータ等の仕様によって異なるが、セクタワークの状態において櫛歯状に観察され、完成状態の積層鉄心においてスロット溝が見事な縞模様に見えるほど多数であると表現することができる。

大型モータ等の積層鉄心に必要とされる数千枚にも及ぶセクタワークの一枚一枚について、それぞれ所定の要求精度によるピッチ間隔で多数個のスロット溝を形成することが必要である。したがって、所要枚数のセクタワークに形成すべきスロット溝の総数は膨大であるといえる。また、隣接するスロット溝のピッチ間隔に対する要求精度は、通常０．０２ミリ以内程度とごく高度である。また、多数のスロット溝は、セクタワークに対して放射状の配置となるように形成する必要があり、このため隣接するスロット溝の角度姿勢は、一個一個で全て異なっている。

セクタワークに対するスロット溝の加工自体は、簡単な打ち抜き作業であり、いわゆる単純作業に属する。膨大な量の単純作業を一定の作業コスト内で完了させるには、一般的には、単位時間当たりの加工サイクルを増やすという手法が採用される。

しかしながら、セクタワークにスロット溝を形成する作業については、上記一般的な高能率化手法を採用することが困難であるという事情がある。その理由としては、先ず、セクタワークの形状が円弧状であり、このような形状は、位置決め、ピッチ送り等の取り扱いにおいて極めて不便である。また、このことに加え、要求精度が高度であること、およびスロット溝の角度姿勢が一個一個で異なること、作業の高速化の要求等が重なって一見容易な単純打抜き作業を極めて難度の高い作業としている。

上記のような理由により、従来、セクタワークに対するスロット溝の加工に関しては、単位時間当たりの加工サイクルを増やすという一般的な手法の採用が断念され、これに代えて、一加工で多数個のスロット溝、例えば１０スロット溝単位で一気に打ち抜く方法が採用されている。そして、このような方法を実現するために、例えば、１０スロット溝単位の櫛歯状の凸型を放射状に形成したポンチと、１０スロット溝単位の櫛歯状の凹型を放射状に形成したダイとの組合せが用いられる。

一般論として、一加工で同一作業内容を同時に実行する方法は、特に小物加工分野において反復作業を省力化する方法として理にかなった方法であると言える。しかし、このことは、打ち抜かれるのが製品である場合にはそのまま妥当するが、セクタワークのように、打ち抜かれて残る部分が製品であるような場合には、そのまま妥当しない場合があることに注意しなければならない。

すなわち、櫛歯状のポンチとダイの組合せを使用する従来の加工方法に関しては、いくつかの問題点が指摘される。

櫛歯状のポンチとダイ、つまり金型が高価である。しかもモータ等のサイズが異なる毎に、また、サイズが同一であっても、スロット数が異なる毎に専用のポンチとダイを使用する必要があり、応用が利かないという問題がある。技術の多様化により、産業社会においては多種多様なモータや発電機が使用され、小ロット多品種生産の要請は高まる一方である。これに対応するためには、膨大な種類の金型を準備しておく必要がある。

これに対して、スロット溝を一個単位で打ち抜く方法を採用すれば、安価で容易に交換できる単純な金型を採用することができるとともに、スロット数やサイズの異なるセクタワークに同一の金型で対応することができる場合が多い。しかし、この方法を採用して、作業能率を従来以上に維持するためには、先に記述したように、位置決め、ピッチ送り等の取り扱いにおいて極めて不便な形状を伴うセクタワークを高速かつ高精度でピッチ送りする手法を確立する必要がある。逆にいえば、これが困難であるために、一工程で多数のスロット溝を形成する従来方法が採用されていると言える。

一工程で多数個のスロット溝を同時に打ち抜く従来の方法において指摘すべきより重要な問題点は、隣接するスロット溝間に形成される突極部分、つまり、打ち抜かれないで櫛歯状に残存する部分に歪が発生してしまうという問題がある。この問題は、ポンチを下降させて打ち抜き作業を実行したのち、ポンチを上昇させる動作によって発生する。

打抜き加工周辺部分における歪み発生問題は、素材をせん断する打抜き加工の加工特性によって発生する。したがって、厳密には、打抜き加工全般に共通に発生する問題である。ただし、この加工歪の問題は、通常は、無視し得る範囲に収めることができる。しかし、セクタワークに多数個のスロット溝を同時に打ち抜く従来の方法においては、無視し得ない程度の歪が発生し、大量の欠陥品が生産されてしまう場合がある。

加工歪みの発生機序は、次のようであると推測される。ポンチが下降すると、ポンチとダイが噛み合ってスロット溝が打ち抜かれる。打ち抜かれた断片は落下する。この際の断片の分離はせん断による。せん断面は、素材がずれ応力に対抗できないで破断して形成される面であり、せん断面の態様は、通常、自由にコントロールすることができない。凸の破断面となることもあり、凹の破断面となることもあり、これらの破断態様が併存するＳ字形の破断面となることもある。一方、スロット溝が打ち抜かれた時点では、スロット溝間の突極部分は、櫛歯状のポンチの歯と歯との間に挟み込まれた状態である。この状態でポンチが上昇すると、ポンチの歯間に挟み込まれていた突極部分がポンチとワークのせん断面間の摩擦力によってポンチとともに引き上げられ、上反りの歪が発生するのである。

上記加工歪は、せん断破断面の態様によっては発生せず、したがって、何時発生するかを予測することができないことから、監視負担が大きい。一方、スロット溝を一個一個打ち抜く場合には、突極部分が歯と歯の間に挟み込まれる状況自体が生し得ないことにより、加工歪は殆んど発生しない。

本発明は、上記の問題点、具体的には、作業能率を向上させる目的で採用される櫛歯状の金型を使用する場合には、最終製品であるモータ等の仕様の違いに応じて膨大な数の金型を準備する必要があったという問題、櫛歯状の金型を使用することによる特有の加工歪の発生が避けられなかったという問題を解決することを目的とする。このため、櫛歯状の金型の採用を断念し、スロット溝を一個一個加工する方針を採用することとし、この方法を採用する場合において、加工能率を一定水準以上に維持するために必要とされる、セクタワークの高速かつ高精度のピッチ送り技術の確立を前提的解決課題とし、この技術を適用した積層鉄芯のスロット溝加工装置を提供することを最終的目的とする。

上記課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明は次のような解決手段を採用する。

（解決手段１）
本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置は、ケイ素鋼板の薄板を所定の中心角を有する弧状に形成してなるセクタワークに所定ピッチで放射状に配置された多数のスロット溝を形成するための打抜きプレス装置と、この打抜きプレス装置の打抜き動作に同期してセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えるピッチ駆動装置と、ピッチ送り運動を与えられたセクタワークをスロット溝の放射状姿勢に対応して刻々と姿勢変化させながら案内する曲線ガイド装置とを備える。この際の曲線ガイド装置は、独立してスライド動作可能に並設された多数枚のスライド板の出入り状態によって任意の曲線を点の集合として作出する自在曲線形成ユニットと、自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に任意の曲線を与えるように整列させるスライド板整列ユニットとからなる。そして、このような曲線ガイド装置は、自在曲線形成ユニットによってセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を作出し、また、ピッチ駆動装置は、セクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を付与したワークベースにセクタワークを搭載し、自在曲線形成ユニットによって作出された円弧曲線にワークベースの外周部または内周部を押し付ける向きに付勢しながらセクタワークをピッチ送りするとともに、打抜きプレス装置は、ピッチ送りされるセクタワークの内周部または外周部に放射状に配置されたスロット溝を打ち抜くことを特徴とする。

上記解決手段１は、本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置を構成する基本的構成部材と、各基本的構成部材に含まれるサブユニット、および各基本的構成部材固有の機能、並びに、基本的構成部材相互間の動作の連携関係を示している。

スロット溝加工装置の基本的構成部材は、打抜きプレス装置と、ピッチ駆動装置と、曲線ガイド装置である。曲線ガイド装置は、自在曲線形成ユニットとスライド板整列ユニットとの２単位のサブユニットからなる。スロット溝加工装置の加工対象は、ケイ素鋼板の薄板を所定の中心角を有する弧状に形成してなるセクタワークである。セクタワークは、円環状の全形部品の分割片である弧状の被加工物である。ピッチ駆動装置は、その構成部材としてセクタワークを搭載するためのワークベースを備える。

打抜きプレス装置は、セクタワークの内周円弧部または外周円弧部に所定ピッチ間隔のスロット溝を一個単位で打ち抜く装置である。このような機能を負担する打抜きプレス装置が、単一のスロット溝に対応する単純なポンチとダイの組合せや、回転運動をプレスラムの往復運動に変換する一般的な機構を含むことは、逐一表現するまでもなく自明の前提事項である。

ピッチ駆動装置は、ワークベースに搭載したセクタワークに、形成するべきスロット溝のピッチ間隔に対応する間隔でピッチ送り運動を与える装置である。解決手段１におけるピッチ駆動装置は、具体的構成によって限定される必要がなく、小物板金部品の打抜き作業に一般的に使用される各種のピッチ駆動装置が含まれる。このピッチ駆動装置は、次に説明する曲線ガイド装置によって作出された円弧曲線にワークベースの外周部または内周部を押し付ける向きに付勢しながらセクタワークをピッチ送りする機能を有し、打抜きプレス装置と同期して作動する。なお、曲線ガイド装置によって作出された円弧曲線にワークベースの外周部を押し付ける場合は、セクタワークの内周円弧部位が加工対象とされ、また、円弧曲線にワークベースの内周部を押し付ける場合は、セクタワークの外周円弧部位が加工対象とされる。

曲線ガイド装置は、ピッチ駆動装置によってピッチ送り運動を与えられたセクタワークをスロット溝の放射状姿勢に対応して刻々と姿勢変化させながら案内する案内装置である。

曲線ガイド装置は、２単位のサブユニットである自在曲線形成ユニットとスライド板整列ユニットからなる複合的装置である。このうち、自在曲線形成ユニットは、独立してスライド動作可能に並設された多数枚のスライド板を備え、そのスライド板の出入り状態によって任意の曲線を点の集合として作出するユニットである。このユニットは、前後方向にスライドするように整列されたピアノの鍵盤のような機構と比喩すれば理解し易い。一方、スライド板整列ユニットは、自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に任意の曲線を与えるように整列させるユニットである。つまり、自在曲線形成ユニットが備える多数枚のスライド板を駆動するユニットである。

ここで、例えば、セクタワークの内周部に放射状姿勢で配列されたスロット溝を加工する場合、セクタワークを搭載するワークベースには、セクタワークの外周円弧半径に一致する凸の円弧曲線を付与したものが使用されるとともに、自在曲線形成ユニットには、スライド板整列ユニットによってワークベースに付与した凸の円弧曲線に相補的な凹の円弧曲線が付与される。そして、ピッチ駆動装置は、ワークベースを介してセクタワークを自在曲線形成ユニットに付与された凹の円弧曲線に沿って姿勢変化させながらピッチ送り運動を与え、ピッチ駆動装置と同期する関係にある打抜きプレス装置は、セクタワークが停止した瞬間のタイミングに合わせてセクタワークの内周部に順次にスロット溝を打ち抜く。このようにして形成された一群のスロット溝は、自動的に自在曲線形成ユニットに付与された凹の円弧曲線の中心を中心とする放射状の配置となる。すなわち、ピッチ駆動装置と打抜きプレス装置を、一個一個のスロット溝に対する個別の姿勢に配慮することなく高速で運転することが可能であり、これが解決手段１の基本的な狙いである。

上記加工動作は、セクタワークの外周部を加工する場合にも同様である。ただし、外周部加工の場合、自在曲線形成ユニットに与える円弧曲線は、セクタワークの内周円弧半径に一致する凸の円弧曲線であり、ワークベースに与える円弧曲線は、凸の円弧曲線と相補的な関係にある凹の円弧曲線である。また、上記と同様の作業要領に従って、自在曲線形成ユニットおよびワークベースに与える円弧曲線の半径を変化させることにより、異なるサイズのセクタワークの内周部加工および外周部加工にも簡単に適応することができる。

（解決手段２）
本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置は、上記解決手段１に記載の発明を基本発明として、その基本発明に含まれるスライド板整列ユニットが、少なくともＸ方向とＹ方向との２軸コンピュータ制御によって平面上に任意の曲線を描くことができる制御ヘッドを備え、制御ヘッドに取り付けた接触子をセクタワークの外周円弧半径または内周円弧手径に一致する半径の円弧曲線を描きながら自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に接触させる動作によって自在曲線形成ユニットにセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を与えることを特徴とする。

上記解決手段２は、曲線ガイド装置を構成する自在曲線形成ユニットに任意の曲線を与えるように駆動する機能を負担するスライド板整列ユニットの具体的な一態様を示している。

基本的な考え方は、コンピュータ制御によってＸ−Ｙ平面状の任意の位置をとり得る制御ヘッドに接触子を持たせ、接触子を自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に順次に接触させてスライド板を駆動することによって自在曲線形成ユニットに曲線を付与するという考え方である。なお、このような動作の背景には、自在曲線形成ユニットにおける多数枚のスライド板が、スライド動作を許容するアンロック状態とスライド動作を禁止するロック状態とをとり得ることが当然の前提とされている。

本スライド板整列ユニットにおいては、予め、コンピュータの記憶装置にサイズの異なる多数種のセクタワークに対応する円弧曲線をプログラムしておくことができるので、段取り替えを簡単に完了することができる。

（解決手段３）
本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置は、解決手段１に記載の発明を基本発明として、その基本発明に含まれるスライド板整列ユニットが、予めセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線に形成した曲線ゲージ板を自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に押し付ける型押し機構を備え、型押し機構を介して曲線ゲージ板を多数枚のスライド板に押し付ける動作によって自在曲線形成ユニットにセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を与えることを特徴とする。

上記解決手段３は、曲線ガイド装置を構成する自在曲線形成ユニットに任意の曲線を与えるように駆動する機能を負担するスライド板整列ユニットの別の具体的な態様を示している。

すなわち、解決手段３は、解決手段２におけるコンピュータ制御機構を省略し、装置全体を低コスト化することが目標とされる。自在曲線形成ユニットにおける多数枚のスライド板は、単純な水平移動体の集合物であり、外部から特定の形状を有する物品を押し付ける動作によって、全体としてその物品の形状を写しとるように移動することができる。型押し機構は、このような機能を有する自在曲線形成ユニットに対し、所望の形状に成形したゲージ板を押し付ける動作によって所望の形状を与えることができる。

（解決手段４）
本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置は、上記解決手段１ないし解決手段３のいずれかに記載の発明を基本発明として、基本発明の構成部材であるピッチ駆動装置が、ステッピングモータによってダイレクトドライブする巻胴と、巻胴に巻き付けるテーブ状の鋼索とを備え、巻胴に鋼索の中間部を巻き付けるとともに、鋼索の両端をワークベースに連結し、巻胴を所定の角度間隔でステップ駆動することによって鋼索の一端側を巻き解きながら鋼索の他端側を巻き取る動作よってワークベースに搭載したセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えることを特徴とする。

上記解決手段４は、ピッチ駆動装置の具体的な一態様を示している。

ピッチ送り運動は加速動作と停止動作とが高頻度で交番する間欠運動であり、間欠運動を高速かつ高精度で実現するためには、駆動力を強化するとともに、運動系の慣性質量を極力低減する必要がある。

ステッピングモータは、ピッチ駆動装置のエネルギー源であり、正確な角度間隔を提供することができる。また、巻胴は、ステッピングモータによってダイレクトドライブされることによってステッピングモータの正確な角度間隔を誤差要因を介入させることなく鋼索に伝達することができる。鋼索は、巻胴の一定角度毎の円周長さを直線的長さの運動に変換してワークベースに伝達することができる。この際の鋼索は、そのテープ状の態様によって慣性質量を無視し得る程度に仕上げることができる。このような動力伝達系における系の慣性質量は、回避できないステッピングモータ自体の慣性モーメントおよびセクタワーク自体の慣性質量を除けば、実質的に巻胴と鋼索とワークベースに起因するもののみである。ここで、巻胴は、鋼索を巻き付ける簡単な機能を実現することができれば足りるので軽量素材の使用および大量の肉抜き構造の採用が容易である。また、ワークベースについてもセクタワークを搭載することができれば足りるので、同様のことが言える。

セクタワークは、上記のように極力軽量化され、かつ誤差累積要素を有しない動力伝達系を介して加速方向と減速方向との双方について強制駆動される。具体的には、セクタワークを搭載したワークベースは、中間部を巻胴によって駆動される鋼索の一端によってピッチ送り方向に牽引されて加速する。また、停止する際には、鋼索の他端によって逆方向に牽引されて停止する。すなわち、鋼索という引張り力のみしか伝達できない一方向性の動力伝達要素を採用しながらも、本発明のピッチ駆動装置は、ワークベースを加速方向と減速方向との双方向に積極駆動することができる。これによって、高速かつ高精度のピッチ送りが可能とされる。

（解決手段５）
本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置は、上記解決手段１ないし解決手段３のいずれかに記載の発明を基本発明として、基本発明の構成部材であるピッチ駆動装置が、同期駆動する２基のリニヤモータを備え、この２基のリニヤモータとワークベースとをそれぞれテープ状の鋼索を介して連結し、一方のリニヤモータによってセクタワークに形成するスロット溝のピッチ間隔で鋼索を牽引するとともに、他方のリニヤモータによって等量の鋼索を供給する動作よってワークベースに搭載したセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えることを特徴とする。

本解決手段５は、上記解決手段４に示したピッチ駆動装置をリニア化したような構成であり、その動作は２基のリニヤモータを引き手とする綱引き運動に例えることができる。すなわち、ワークベースを挟んで２基のリニヤモータが設置され、各リニヤモータとワークベースとは、それぞれ鋼索を介して連結されている。２基のリニヤモータは、一方のリニヤモータが鋼索を牽引する方向に駆動される時、他方のリニヤモータが鋼索を等量弛める方向に同期駆動される。換言すれば、一方のリニヤモータがワークベースから遠のく方向に駆動される時、他方のリニヤモータがワークベースに接近する方向に同期駆動されるとも言える動作である。解決手段４に記載の方式に比べて、巻き胴を有しないことにより巻き胴の慣性モーメントの影響をも回避できるので、より高精度のステップ送りが可能になる。

本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置、すなわち、スロット溝を形成するための打抜きプレス装置と、この打抜きプレス装置の打抜き動作に同期してセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えるピッチ駆動装置と、ピッチ送り運動を与えられたセクタワークをスロット溝の放射状姿勢に対応して刻々と姿勢変化させながら案内する曲線ガイド装置とを備えてなる積層鉄芯のスロット溝加工装置は、円弧状のセクタワークを曲線ガイド装置を介して姿勢制御しながら、ピッチ駆動装置によってセクタワークに形成すべきスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与え、ピッチ駆動装置に同期動作する打抜きプレス装置によってセクタワークに放射姿勢で並ぶ多数のスロット溝を加工することができる。この際、ピッチ送りされるワークベースの姿勢は、曲線ガイド装置に案内されてピッチ送り毎に自動的に変化するので、個々のスロット溝に対する個々的な姿勢制御時間を省略しての高速加工が実現できる他、曲線ガイド装置が、独立してスライド動作可能に並設された多数枚のスライド板の出入り状態によって任意の曲線を点の集合として作出する自在曲線形成ユニットを備え、自在曲線形成ユニットによってセクタワークのサイズに応じた自由な曲線を形成し、形成した曲線に沿ってピッチ送りされるセクタワークを案内することができるので、従来のようにセクタワークのサイズ毎に異なる金型を準備する必要がなく、各種のサイズのセクタワークに簡単に適合させることができる。

また、セクタワークに対するピッチ送り運動の付与に関して、ステッピングモータまたは同期駆動する２基のリニヤモータを駆動源とし、この駆動源とセクタワークを搭載するワークベースとをテープ状の鋼索を介して連結してなる動力伝達系を特徴とするピッチ駆動機構を備える積層鉄芯のスロット溝加工装置においては、動力伝達系の慣性質量をごく小さい値に押さえることが可能であり、これにより、スロット溝を一個一個加工する方式を採用する場合に要求されるところの高速でのピッチ送りと高精度の位置決めとを両立している。

本発明の積層鉄芯のスロット構加工装置の実施形態を示す側面図である。 上記積層鉄芯のスロット溝加工装置の平面図である。 上記積層鉄芯のスロット溝加工装置の要部の平面図である。

以下、図面を引用しながら本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置の実施の形態例を説明する。

本発明の積層鉄芯のスロット溝加工装置は、共通ベース１０上に、基本的構成部材としての打抜きプレス装置２０、曲線ガイド装置３０、ピッチ駆動装置４０を搭載してなる（図１，図２）。

打抜きプレス装置２０は、蓄積した大きなイナーシャエネルギーを放出して重加工を実施する方式ではなく、モータのトルクによる直接的な加工を高速度で反復することができる方式である。打抜きプレス装置２０は、所要部材を有機的に配置するための縦型のフレーム２１を備える。

フレーム２１の天面には、駆動モータＭ１が設置され、フレーム２１の前面側には、上下方向の直線ガイド部材を介してプレスラム２３が配置され、プレスラム２３には、プレスロッド２Ｒを介してポンチＢ１が取り付けられている。プレスラム２３は、クランク２Ａ、連接棒２Ｂ、スイングアーム２Ｃ等から構成されるクランク機構２２を介して駆動モータＭ１によって駆動される。

一方、打抜きプレス装置２０のテーブル上には、刃物台２４が配置され、刃物台２４には、上方に位置するポンチＢ１と対をなすダイＢ２が配置されている。ポンチＢ１とダイＢ２とには、それぞれセクタワークＷに形成すべきサイズの凸歯と凹歯が形成され、ダイＢ２上に供給されたワークを打ち抜くことができる。

共通ベース１０上の打抜きプレス装置２０の前方位置には、左右一対のガイドレール１１，１１が敷設され、ガイドレール１１，１１を介して可動ベース３Ｂが設置されている。可動ベース３Ｂは、駆動モータＭ２によって回転駆動する送りネジ３によって打抜きプレス装置２０に接近し、または、打抜きプレス装置２０から遠のく方向に駆動される。

可動ベース３Ｂ上には、曲線ガイド装置３０が搭載されている。また、可動ベース３Ｂの内部スペースには、ピッチ駆動装置４０が組み込まれている。内部に組み込まれたピッチ駆動装置４０は、曲線ガイド装置３０の下方に位置している。可動ベース３Ｂの側面形状は、このような上下配置を可能とする目的によるものである。また、可動ベース３Ｂの打抜きプレス装置２０側には、ジョー部材が形成され、このジョー部材が、ピッチ駆動装置４０の構成部材であるワークベース４３にスライド面４４を提供している（図１）。

ピッチ駆動装置４０は、アウターロータ型のステッピングモータＭ３によってダイレクト駆動、つまり、減速機やカップリング要素等を介在させることなく直接駆動する巻き胴４１と、テープ状の鋼索４２と、上記ワークベース４３を主要部材としてなる。

ワークベース４３は、セクタワークＷを搭載する、いわば、滑り台であり、特定のサイズのセクタワークＷの円弧曲線に倣って成形される。ワークベース４３には、下垂片４Ｄが一体成形され、下垂片４Ｄは、スライド面４４から可動ベース３Ｂのジョー部材の内側に下垂している。つまり、ワークベース４３は、曲線ガイド装置３０側には移動できるが、打抜きプレス装置２０側には移動できない構造である。なお、ワークベース４３は、アルミ合金ダイキャストの機械加工仕上げ品であり、全体として十分な軽量化が図られている。

鋼索４２には、例えば、ステンレスばね鋼やベリリウムカッパーのように熱膨張率が小さく、耐錆性を有する金属素材をテープ状に成形したものが用いられる。巻き胴４１とワークベース４３とを連結するために使用される鋼索４２は１本である。鋼索４２の中間部は、巻き胴４１を丁度１周するように巻き付けられる（図３）。

鋼索４２の一端は、巻き胴４１から自然に伸びる方向に位置するワークベース４３の一端部（図３の４Ｔ位置）に連結され、鋼索４２の他端は、先に連結された鋼索４２と交差して巻き胴４１から自然に伸びる方向に位置するワークベース４３の反対側の一端部（図３の４Ｔ位置）に連結される。なお、ステッピングモータＭ３は、図示しない位置調節機構を備え、巻き胴４１の位置を調節することにより鋼索４２に必要なテンションを付与することができる。

なお、上記ピッチ駆動装置４０と打抜きプレス装置２０とは、所定の時差設定によって同期駆動される。この際設定される同期時差は、ワークベース４３に搭載されたセクタワークＷが停止してからプレスラム２３が加工してセクタワークＷにスロット溝を打ち抜くに至るまでの期間が最小になるようにカットアンドトライ手法によって設定される。

曲線ガイド装置３０は、ピッチ送りされるセクタワークＷの姿勢を制御する装置である（図１，図２）。曲線ガイド装置３０は、自在曲線形成ユニット３０Ａとスライド板整列ユニット３０Ｂとからなる。

自在曲線形成ユニット３０Ａは、収納ケース３１内に多数枚のスライド板３２…をスライド動作可能に収納してなる。スライド板３２…幅方向を上下方向に向けて厚み部分で直立する姿勢で一定の角度間隔で放射状に配列されている。この際の放射ラインの中心点は、打抜きプレス装置２０側に存在する。

収納ケース３１には、スライド板３２…の動作を禁止するロック板３Ｒ，３Ｒが取り付けられている。各スライド板３２は、ロック板３Ｒ，３Ｒを弛めることによって放射ラインに沿って進退動作をすることができる。

スライド板整列ユニット３０Ｂは、先に記述した可動ベース３Ｂを主要部材とし、図示しないゲージ板を備える一種の型押し機構である。この際使用されるゲージ板は、セクタワークＷの円弧曲線と同一の円弧曲線を有するように形成され、打抜きプレス装置２０に固定して使用される。

型押し方式によるスライド板整列ユニット３０Ｂは、打抜きプレス装置２０に固定されたゲージ板に対して可動ベース３Ｂを介して自在曲線形成ユニット３０Ａを押し付ける動作によってゲージ板の円弧曲線、つまり、セクタワークＷの円弧曲線をスライド板３２…に機械的に記憶させることができる。なお、自在曲線形成ユニット３０Ａに記憶された円弧曲線は、多数のスライド板３２…の前端ポイントの集合によって表現される。

セクタワークＷを搭載したワークベース４３は、自在曲線形成ユニット３０Ａにおける多数のスライド板３２…の前端ポイントに常時接触しながらピッチ送りされる。この結果、ピッチ間隔毎に異なるスロット溝の個々的な姿勢制御を省略しての高速打ち抜き加工が実現される。

Ｗ セクタワークＷ
Ｍ３ ステッピングモータ
２０ 打抜きプレス装置
３０ 曲線ガイド装置
３０Ａ 自在曲線形成ユニット
３０Ｂ スライド板整列ユニット
３２ スライド板
４０ ピッチ駆動装置
４１ 巻き胴
４２ 鋼索
４３ ワークベース

Claims (5)

1. ケイ素鋼板の薄板を所定の中心角を有する弧状に形成してなるセクタワークに所定ピッチで放射状に配置された多数のスロット溝を形成するための打抜きプレス装置と、該打抜きプレス装置の打抜き動作に同期してセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えるピッチ駆動装置と、ピッチ送り運動を与えられたセクタワークをスロット溝の放射状姿勢に対応して刻々と姿勢変化させながら案内する曲線ガイド装置とを備え、
   前記曲線ガイド装置は、独立してスライド動作可能に並設された多数枚のスライド板の出入り状態によって任意の曲線を点の集合として作出する自在曲線形成ユニットと、該自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に任意の曲線を与えるように整列させるスライド板整列ユニットとからなり、
   前記曲線ガイド装置は、前記自在曲線形成ユニットによってセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を作出し、前記ピッチ駆動装置は、セクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を付与したワークベースにセクタワークを搭載し、前記自在曲線形成ユニットによって作出された円弧曲線に前記ワークベースの外周部または内周部を押し付ける向きに付勢しながらセクタワークをピッチ送りし、前記打抜きプレス装置は、ピッチ送りされるセクタワークの内周部または外周部に放射状に配置されたスロット溝を打ち抜くことを特徴とする積層鉄芯のスロット溝加工装置。
2. 前記スライド板整列ユニットは、少なくともＸ方向とＹ方向との２軸コンピュータ制御によって平面上に任意の曲線を描くことができる制御ヘッドを備え、該制御ヘッドに取り付けた接触子をセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を描きながら前記自在曲線形成ユニットの前記多数枚のスライド板に接触させる動作によって前記自在曲線形成ユニットにセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を与えることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心のスロット溝加工装置。
3. 前記スライド板整列ユニットは、予めセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線に形成した曲線ゲージ板を前記自在曲線形成ユニットの多数枚のスライド板に押し付ける型押し機構を備え、該型押し機構を介して前記曲線ゲージ板を前記多数枚のスライド板に押し付ける動作によって前記自在曲線形成ユニットにセクタワークの外周円弧半径または内周円弧半径に一致する半径の円弧曲線を与えることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心のスロット溝加工装置。
4. 前記ピッチ駆動装置は、ステッピングモータによってダイレクトドライブする巻胴と、該巻胴に巻き付けるテープ状の鋼索とを備え、前記巻胴に前記鋼索の中間部を巻き付けるとともに、前記鋼索の両端を前記ワークベースに連結し、前記巻胴を所定の角度間隔でステップ駆動することによって前記鋼索の一端側を巻き解きながら鋼索の他端側を巻き取る動作よって前記ワークベースに搭載したセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の積層鉄心のスロット溝加工装置。
5. 前記ピッチ駆動装置は、同期駆動する２基のリニヤモータを備え、該２基のリニヤモータと前記ワークベースとをそれぞれテープ状の鋼索を介して連結し、一方のリニヤモータによってセクタワークに形成するスロット溝のピッチ間隔で前記鋼索を牽引するとともに、他方のリニヤモータによって等量の鋼索を供給する動作よって前記ワークベースに搭載したセクタワークにスロット溝のピッチ間隔に対応するピッチ送り運動を与えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の積層鉄心のスロット溝加工装置。

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