JP2015142453A - 積層鉄心の製造方法および積層鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】高い剥離強度と剛性とを有する積層鉄心を製造すること。【解決手段】鉄心材Ｓ同士のダボＤを嵌合させた後、鉄心材Ｓの積層方向の外周面Ｒから中心方向に接着剤Ａを浸透させることにより、ダボＤ同士を接着剤で固着させる。この場合に、鉄心材Ｓに形成される複数のダボＤのうちの３０％以上が接着剤Ａで固着されればよい。接着剤Ａで固着されるダボＤの中心位置が、鉄心材Ｓの積層方向の外周面Ｒから８ｍｍ以内の位置に形成されればよい。接着剤Ａの粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下であることが望ましい。鉄心材Ｓの板厚は０．５０ｍｍ以下であることが望ましい。また、積層鉄心の直径または最大長が１００ｍｍより大きいことが望ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、カシメと接着剤との併用により鋼板を締結した積層鋼板を用いてモータや発電機などの回転機の鉄心を製造する積層鉄心の製造方法および積層鉄心に関する。

一般に、モータや発電機の鉄心として電磁鋼板の積層体（積層鋼板）が用いられる。このような積層鋼板による鉄心(積層鉄心)では、モータや発電機の製造時および使用時に、積層体を構成する電磁鋼板が一定以上の力で結合（締結）されている必要がある。

鋼板の締結方法として、ボルトによる固定や溶接、あるいは鋼板同士の接着などもあるが、もっとも頻繁に使用される鋼板の締結方法として、カシメと呼ばれる方法がある。カシメとは、鋼板のそれぞれに対してカシメパンチにより押し出し加工を施して、鋼板のカシメパンチとの反対側に部分的に凸形状（カシメパンチ側は凹形状）を形成し、各鋼板に形成された凸形状の部位（凸形状部）を嵌合させることで鋼板同士を互いに固定する方法である。このような凸形状部をダボと称する。

具体的に、カシメ加工では、鉄心のプレス加工工程で形成されたダボに対して、金型内での次工程あるいは金型の外に設けられた次工程で、ダボの位置を合わせて上下から圧力をかけてダボ同士を互いに嵌合させることにより、鋼板を一体化させている。

このようにカシメ加工が施されて製造された積層鋼板において、積層された鋼板同士の締結力が弱いと、モータや発電機の製造中に鋼板同士が剥離したり、製品（モータや発電機）の使用中に鋼板が剥離したりするため、好ましくない。一方、鋼板同士の締結力を高めようとカシメ点数を増加させると、カシメ部周辺の加工歪や弾性応力場によって鉄心の磁気特性が劣化する。そのため、カシメ１点あたりの締結力を高くすることが求められる。

カシメによる締結力を意味する剥離強度（鋼板の剥離が生じる限界値）は、ダボの高さ（カシメ深さ）や、ダボを形成するカシメパンチとダイ穴との間のクリアランスなどに影響されるため、これらを調整することによって、ある程度制御することは可能である。しかしながら、ダボの高さを高くするには限界がある。また、ダボの高さを高くするに従って鋼板のダボ周辺の加工領域が広がるので、鋼板の磁気特性が劣化する。また、クリアランスの調整にも、安定的な加工を行う上で限界がある。したがって、これらの調整に依らずに剥離強度を向上させる技術が期待されている。

剥離強度に加え、鉄心の剛性を確保することも、製品の信頼性確保や騒音低減の点で重要である。すなわち、モータ自体の電磁振動や外力により鉄心が変形すると、鉄心の振動による騒音増加の原因となる。さらに、変形により鋼板同士が剥離すると、さらに騒音が大きくなるばかりでなく、製品の長期的な信頼性が低下する。したがって、剥離強度に加え、鉄心の剛性を確保する技術が期待されている。

鉄心の剥離強度と剛性とを確保するために、鋼板（鉄心材）同士を接着することが有効なことが知られている。しかしながら、金型の内部で接着剤を全面に塗布してから積層・固着することには種々の困難が伴う。例えば、鉄心材の全面を接着しようとする場合、接着剤の塗布量が多いと、占積率が低下するだけでなく、鉄心端部から接着剤が漏れ出て種々のトラブルを招く原因となる。反対に、接着剤の塗布量が少ないと、接着力が有効に確保されない。また、減圧された容器の中で積層鋼板を接着剤（含浸剤）に浸漬して、鋼板間の空隙に含浸剤を充填することにより鋼鈑同士を固着して一体化させる、いわゆる含浸接着によれば、生産性が著しく劣る。また、例えば特許文献１に記載されているように、電磁鋼板の表面に接着性絶縁被膜を有する鋼板を適用し、カシメ加工を併用して積層固着する場合にも、高温かつ長時間の焼鈍を必要とするため、生産性が劣る。

そこで、鉄心の締結をカシメで行いつつ、鉄心材を部分的に接着する技術が開示されている。例えば、特許文献２には、交互に積層されたカシメを形成した鋼板とジャンピングカットされた鋼板との間を接着剤で固着する技術が記載されている。

特開２００２−１９１１４２号公報 特開２００９−７２０１４号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、ダボ位置と接着剤による固着位置とが別の位置となっているため、カシメ１点当たりの剥離強度を高めることはできない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い剥離強度と剛性とを有する積層鉄心を製造可能な積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、高い剥離強度と剛性とを有する積層鉄心を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る積層鉄心の製造方法は、鋼板を用いた複数の鉄心材のそれぞれに凸形状のダボを形成し、鉄心材同士の該ダボを嵌合させて一体化する積層鉄心の製造方法であって、前記鉄心材同士のダボを嵌合させた後、前記鉄心材の積層方向の外周面から中心方向に接着剤を浸透させることにより、前記ダボ同士を該接着剤で固着させるステップを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る積層鉄心の製造方法は、上記発明において、前記鉄心材に形成される複数のダボのうちの３０％以上が前記接着剤で固着されることを特徴とする。

また、本発明に係る積層鉄心の製造方法は、上記発明において、前記接着剤で固着されるダボの中心位置が、前記鉄心材の積層方向の外周面から８ｍｍ以内の位置に形成されることを特徴とする。

また、本発明に係る積層鉄心の製造方法は、上記発明において、前記接着剤の粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る積層鉄心は、上記発明により製造されることを特徴とする。

また、本発明に係る積層鉄心は、上記発明において、前記鉄心材の板厚が０．５０ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明に係る積層鉄心は、上記発明において、直径または最大長が１００ｍｍより大きいことを特徴とする。

本発明によれば、高い剥離強度と剛性とを有する積層鉄心を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る積層鉄心の製造方法により製造される積層鉄心の概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施の形態の積層鉄心のダボの短辺方向の断面を示す模式図である。 図３は、本実施の形態のダボ周辺各部を示す模式図である。 図４は、本実施例の剥離強度測定に用いる積層鉄心の概略構成を示す模式図である。 図５は、本実施例の剥離強度測定方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

本発明の一実施形態に係る積層鉄心は、複数の鉄心材を積層して製造される。鋼板（電磁鋼板）は、プレス工程において金型によって鉄心材の所定の形状に打ち抜かれると同時に、鋼板の上方から下降するカシメパンチにより鉄心材Ｓの所定の位置に下方に凸形状のダボが形成される。次に、ダボが形成された複数の鉄心材が、ダボ同士が重なるように積み重ねられ、上方から押し込まれることにより、上方の鉄心材Ｓのダボが下方の鉄心材Ｓのダボの内部（凹部）に嵌合する。

なお、本実施の形態において、ダボは、平面形状が矩形状に形成され、長辺方向の断面形状がＶ字状に形成される。これにより、Ｖカシメによる積層鉄心が製造される。

図１は、本実施の形態の積層鉄心の積層方向の上面図である。本実施の形態の積層鉄心の製造処理では、上記のように複数の鉄心材Ｓが積層された積層鉄心Ｃの積層方向の外周面Ｒに接着剤Ａを塗布することにより、接着剤Ａを各鉄心材Ｓの中心方向に浸透させる。ここで、外周面Ｒとは、積層鉄心Ｃの表面のうち、積層方向の上下面を除いた面を意味する。これにより、図１に長方形で示すダボＤのうち、各鉄心材Ｓの外周面Ｒの周辺に形成されたダボＤの位置まで接着剤Ａが浸透し、各位置の上下のダボＤ同士が固着する。

このようにして、接着剤ＡでダボＤの内部（積層上下のダボＤの内外周）が固着された場合、製造された積層鉄心Ｃの鉄心材Ｓ間の剥離強度が高くなる。これは、上下のダボＤ同士が剥離しようとする際の剪断応力に対する抵抗力が増加するためと考えられる。

図２は、締結された鉄心材ＳのダボＤの短辺方向の断面を示す模式図である。なお、以下では、図３に示すように、ダボＤの周辺各部を、ダボ上面ｄ１、ダボ下面ｄ２、ダボ凸側側面ｄ３、ダボ凹側側面ｄ４、鉄心材上面ｃ１、鉄心材下面ｃ２と称する。図２に示すように、鉄心材Ｓ１および鉄心材Ｓ２のブロックと、鉄心材Ｓ３より下方のブロックとが剥離しようとする場合、鉄心材Ｓ２と鉄心材Ｓ３との間に図２に矢印で示す剥離力ｆ１が働く。また、対向するダボ凸側側面ｄ３とダボ凹側側面ｄ４とが接着剤Ａにより固着されることにより、ダボＤの側面（ダボ凸側側面ｄ３、ダボ凹側側面ｄ４）に充填された接着剤Ａに、図２に矢印で示す剪断力ｆ２が働く。この場合には、ダボ凸側側面ｄ３とダボ凹側側面ｄ４とが固着されずに鉄心材Ｓ２と鉄心材Ｓ３とが剥離しようとする場合より、剥離強度が増すと考えられる。

なお、ダボＤの位置や接着剤Ａの粘度を調整することにより、接着剤Ａで固着するダボＤの数を全ダボＤ数の３０％以上とする。このように剥離強度が高くなったダボＤの個数比率を３０％以上とすることで、積層鉄心Ｃの剥離強度が向上する。

また、大気圧下で外周面Ｒに塗布した接着剤Ａは、粘度に依らず外周面Ｒから各鉄心材Ｓの中心方向に概ね８ｍｍの位置まで浸透する。そこで、接着剤Ａで固着するダボＤの中心位置を、外周面Ｒからの距離（外周面ＲからダボＤの中心までの最短距離）が８ｍｍ以内の位置に形成する。

また、接着剤Ａの粘度は、２００ｍＰａ・ｓ以下とする。これより粘度が高い接着剤Ａによれば、鉄心材Ｓ間の空隙の程度によっては鉄心材Ｓの中心方向に十分に浸透しないため、十分な剥離強度を得られない場合がある。

以上、説明したように、本実施の形態の積層鉄心の製造処理によれば、鉄心材Ｓを積層させた後に外周面Ｒに接着剤Ａを塗布することにより、簡便に鉄心材Ｓ間の空隙に接着剤Ａ（含浸剤）を浸透させることができる。これにより、ダボＤ同士の嵌合の摩擦力のみで締結された積層鋼板より、高い剥離強度と剛性とを有する積層鉄心を得ることできる。

また、特に板厚が０．５０ｍｍ以下の薄い鉄心材Ｓを使用して製造された積層鉄心では、ダボＤ位置での強度が低下するため剥離強度が低下するが、本実施の形態の積層鉄心の製造処理によれば、剥離強度を向上させることが可能である。

なお、本発明は、上記したＶカシメの他、丸みを帯びた凸形状のダボＤによる丸カシメなど、通常のいずれのカシメ加工にも適用可能である。

また、本発明により製造された積層鉄心Ｃは、直径（もしくは最大長）が１００ｍｍを超えるような大きな鉄心に有効である。これは、鉄心の外径が大きいと、鉄心に局部的な応力が作用した場合に、作用点から締結点までの距離が長くなるため剥離力として作用するトルクが大きくなり、鉄心材Ｓの剥離が起こりやすく、かつ、鉄心の剛性低下に伴う変形量も大きくなるからである。

また、本発明により製造された積層鉄心Ｃは、モータや発電機用の鉄心に適している。モータや発電機用の鉄心は、電磁振動による騒音が大きく、かつ振動に耐えて長期の信頼性が必要とされ、強い締結力が求められるからである。

外周面Ｒから鉄心材Ｓの中心方向に接着剤Ａを浸透させる浸透処理は、上記のように鉄心材Ｓを積層させた後に外周面Ｒに接着剤Ａを塗布するかわりに、大気圧下で積層鉄心Ｃを接着剤Ａ（含浸剤）中に浸漬する方法によってもよい。なお、減圧下で積層鉄心Ｃを接着剤Ａ（含浸剤）中に浸漬してもよいが、減圧雰囲気中で含浸作業を行うことは作業能率が悪い。したがって、製造コスト抑制の観点から、大気圧下で接着剤Ａの浸透処理を行うことが望ましい。

また、いったんカシメ加工により鉄心材Ｓ同士を一体化させてから歪取り焼鈍を施した後に、上記のように接着剤Ａの浸透処理を行うことにより、さらに剥離強度を高めることが可能である。

上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様などに応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。

［実施例］
本実施例では、表１に示す板厚（０．３５ｍｍ，０．２０ｍｍ）の電磁鋼板を鉄心材Ｓに用いて、図４に示す集中巻きブラシレスＤＣモータの固定鉄心（直径２００ｍｍ、バックヨーク幅１５ｍｍ）を製造し、剥離強度を測定した。その際、図４に長方形で示す位置にダボＤを形成した。ダボＤは短辺１ｍｍ、長辺３ｍｍ、ダボ高さは板厚の１．５倍のサイズのＶ字状とし、外周面Ｒに最も近いダボＤの中心までの距離Ｘｋを５〜１２ｍｍの範囲で変化させた。次に、大気圧下で、粘度が異なる接着剤Ａを外周面Ｒから塗布し、３時間放置して鉄心材Ｓ間に浸透させて鉄心材Ｓ同士を固着させた。剥離強度として、図５に矢印で示すように、積層鉄心Ｃを軸方向に平行に引っ張って、剥離が生じたときの力を測定した。また、鉄心材Ｓをはがして接着剤Ａの浸透領域の幅（浸透距離）Ｘｓの平均値と、この浸透領域内に形成されているダボＤの個数の全ダボＤに対する比率（個数比率）とを求めた。

表１は、上記各条件下における剥離強度の測定結果を示す。表１に示すように、本発明によれば、単にカシメ加工や側面からの浸透による含浸接着あるいはこれら両者を併用した場合に比べて、高い剥離強度が得られていることが確認された。また、接着剤Ａ塗布面（鉄心材Ｓの外周面Ｒ）とダボＤの中心との間の距離Ｘｋが８ｍｍ以下であれば、接着剤Ａの粘度が２００ｍＰａ・ｓより高い場合にも剥離強度向上の効果が認められた。また、接着剤Ａの粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下であれば、ダボＤの中心と接着剤Ａ塗布面（鉄心材Ｓの外周面Ｒ）との距離が８ｍｍより大きく離れている場合にも、剥離強度向上の効果が認められた。

Ｓ 鉄心材
Ｃ 積層鉄心
Ｄ ダボ
Ａ 接着剤

Claims (7)

1. 鋼板を用いた複数の鉄心材のそれぞれに凸形状のダボを形成し、鉄心材同士の該ダボを嵌合させて一体化する積層鉄心の製造方法であって、
   前記鉄心材同士のダボを嵌合させた後、前記鉄心材の積層方向の外周面から中心方向に接着剤を浸透させることにより、前記ダボ同士を該接着剤で固着させるステップを含むことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
2. 前記鉄心材に形成される複数のダボのうちの３０％以上が前記接着剤で固着さ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. 前記接着剤で固着されるダボの中心位置が、前記鉄心材の積層方向の外周面から８ｍｍ以内の位置に形成されることを特徴とする請求項２に記載の積層鉄心の製造方法。
4. 前記接着剤の粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法により製造されることを特徴とする積層鉄心。
6. 前記鉄心材の板厚が０．５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の積層鉄心。
7. 直径または最大長が１００ｍｍより大きいことを特徴とする請求項５または６に記載の積層鉄心。

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