JP2018024118A - シート状部材の成形方法及び装置 - Google Patents

シート状部材の成形方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 工程数を増加させることなくシート状部材を所定の形状に成形することができるシート状部材の成形方法及び装置を提供する。【解決手段】 絶縁紙１１を第１成形部２１ａの内部に押し込むと、絶縁紙１１は第１成形部２１ａの形状に沿った第１形状に成形される。第１成形部２１ａ内の第１形状の絶縁紙１１を第２金型２２の内部に押し込むと、絶縁紙１１は前金型３１の前成形部３１ａ、前誘い込み部３１ｃ、折り曲げ凸部３１ｄ、後金型３２の後成形部３２ａ、後誘い込み部３２ｃにより変形されて第２形状に成形される。第２形状の絶縁紙１１は、前端部１１ａ及び後端部１１ｂが第１方向Ｄ１において重なり、前端部１１ａ及び後端部１１ｂ側に向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように傾斜している。第２金型２２の内部に挿入されて第２形状に成形された絶縁紙１１は、ステータコア２のスロット２ａに挿入される。【選択図】 図４

Description

本発明は、シート状部材を変形させて所定の形状に成形するシート状部材の成形方法及び装置に関する。
回転電機のステータにおいては、異相コイル間の絶縁を確保するために、各コイルの相間に絶縁紙が介設される。この種の絶縁紙は、一対の絶縁板部と、両絶縁板部を一体に連結する一対の連結脚部とを備えている。絶縁板部は比較的面積の広い板状に形成されている。また、両連結脚部は細長い帯状に形成され、各絶縁板部の側端部から互いに平行に延設されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、一方の絶縁板部は、ステータコアの軸線方向の一方端から突出するコイルエンドの相間に介設されて各相を絶縁する。他方の絶縁板部は、ステータコアの軸線方向の他方端から突出するコイルエンドの相間に介設されて各相を絶縁する。そして、両絶縁板部を連結している連結脚部は、コイルを巻回支持するために設けられたステータコアのスロットに挿入される。
特開２０１３−１２１２９７号公報
特許文献１では、連結脚部及び絶縁板部に折り目を形成し、この折り目に沿って変形させて絶縁紙を所定の形状に成形しているが、折り目を形成する工程の分、工程数が増加し、工程時間も増加する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工程数を増加させることなくシート状部材を所定の形状に成形することができるシート状部材の成形方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明のシート状部材の成形方法は、シート状部材を変形させて所定の形状に成形するシート状部材の成形方法であって、前記シート状部材を、第１金型の第１方向に凹状に形成された第１成形部の中に、第１押込み部材により前記第１方向に押し込み、前記第１成形部の形状に沿った第１形状に成形する第１工程と、前記第１成形部の中に押込まれた状態の前記第１形状のシート状部材を、第２金型の前記第１方向とは異なる第２方向に貫通する第２成形部の中に、第２押込み部材により前記第２方向に押し込み、前記第２成形部の形状に沿った前記所定の形状に成形する第２工程と、を備えることを特徴とする。
本発明のシート状部材の成形方法によれば、シート状部材を第１金型の第１成形部の中に押し込んで第１形状に成形し、第１成形部の中に押込まれた状態の第１形状のシート状部材を、第２金型の第２成形部の中に押し込んで所定の形状に成形するので、絶縁紙に折り目を形成せずに、絶縁紙を所定の形状に成形することができる。これにより、折り目を形成する工程を有するものに比べて、工程数を削減することができる。
また、前記第２成形部は、前記シート状部材の押込み方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなるように傾斜して形成されており、前記第２工程では、前記シート状部材は前記第２成形部の下流側端部の形状に沿った前記所定の形状に成形されることが好ましい。
この構成によれば、第２成形部は、シート状部材の押込み方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなるように傾斜しているので、シート状部材を第２成形部に形成された斜面に沿って押し込むことにより、シート状部材に大きな力を加えることなく、シート状部材を第１形状よりも幅が狭い所定の形状に成形することができる。
さらに、前記第２成形部には、前記シート状部材の一方の端部と他方の端部とが前記第１方向において重なるように、前記一方の端部を前記他方の端部の外側に誘導する誘い込み部が形成され、前記第２工程では、前記シート状部材は前記誘い込み部の形状に沿って変形され、前記一方の端部と前記他方の端部とが重なる前記所定の形状に成形されることが好ましい。
この構成によれば、シート状部材を、一方の端部と他方の端部とが重なる所定の形状に容易に成形することができる。
本発明のシート状部材の成形装置は、シート状部材を変形させて所定の形状に成形するシート状部材の成形装置であって、第１方向に凹状に形成された第１成形部を有し、前記シート状部材を前記第１成形部の形状に沿った第１形状に成形する第１金型と、前記シート状部材を、前記第１成形部の中に前記第１方向に押し込み、前記第１形状に成形する第１押込み部材と、前記第１方向とは異なる第２方向に貫通する第２成形部を有し、前記第１形状のシート状部材を前記第２成形部の形状に沿った前記所定の形状に成形する第２金型と、前記第１成形部の中に押込まれた状態の前記第１形状のシート状部材を、前記第２金型の中に前記第２方向に押し込み、前記所定の形状に成形する第２押込み部材と、を備え、前記第２成形部は、前記シート状部材の押込み方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする。
本発明のシート状部材の成形装置によれば、シート状部材を第１金型の第１成形部の中に押し込んで第１形状に成形し、第１成形部の中に押込まれた状態の第１形状のシート状部材を、第２金型の第２成形部の中に押し込んで所定の形状に成形することにより、絶縁紙に折り目を形成せずに、絶縁紙を所定形状に成形することができる。これにより、折り目を形成する工程を有するものに比べて、工程数を削減することができる。さらに、第２成形部は、シート状部材の押込み方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなるように傾斜しているので、シート状部材を第２成形部に形成された斜面に沿って押し込むことにより、シート状部材に大きな力を加えることなく、シート状部材を第１形状よりも幅が狭い所定の形状に成形することができる。
また、前記第２成形部は、前記シート状部材の一方の端部と他方の端部とが前記第１方向において重なるように、前記一方の端部を前記他方の端部の外側に誘導する誘い込み部を有することが好ましい。
この構成によれば、第２成形部の誘い込み部により、シート状部材を、一方の端部と他方の端部とが重なる所定の形状に容易に成形することができる。
本発明によれば、工程数を増加させることなくシート状部材を所定の形状に成形することができる。
本発明の成形装置により成形された絶縁紙が挿入されるステータを示す斜視図。 ステータコアとコイルセグメントと絶縁紙とを示す分解斜視図。 コイルセグメントを示す斜視図。 絶縁紙成形装置を示す斜視図。 第１金型と第２金型とを示す分解斜視図。 第２金型の前金型を示す斜視図。 第２金型の後金型を示す斜視図。 絶縁紙を第１金型に押し込んだ状態の絶縁紙成形装置を示す斜視図。 第１形状の絶縁紙と第２金型と第２押込みパンチとを示す斜視図。 第２形状の絶縁紙と第２金型とを示す斜視図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２に示すように、電動機や発電機などの回転電機は、円筒状に形成されたステータ１と、ステータ１の内側に回転自在に配置されたロータ（図示せず）とを備える。
ステータ１は、ステータコア２と、コイル３とを備える。ステータコア２は、円筒形状であり、回転軸方向に貫通する複数のスロット２ａが周方向に間隔を存して複数設けられている。各スロット２ａは、ステータコア２の径方向断面形状がステータコア２の中心側から径方向に向かって放射状に延びるように形成されており、ステータコア２に形成されたスリット２ｂを介してステータコア２の内周面に連通している。なお、スリット２ｂは設けなくてもよい。
コイル３は、コイルセグメント４の脚部４ａをスロット２ａに一方から挿入し、スロット２ａの他方から突出した突出部分を周方向に捩り曲げて溶接することにより構成される。
図３に示すように、コイルセグメント４は、複数本、実施形態では４本の断面長方形状の導体（平角線の導線）を幅の広い方の面が対向するように１列に整列させて１つの束にしてＵ字状に形成したものであり、一対の脚部４ａ，４ａと、両脚部４ａ，４ａの一方端（図では上端）を連結する頭部４ｂとからなる。
なお、コイルセグメント４は、複数の平角線を幅方向に整列させた束であればよく、例えば、複数の平角線を幅の狭い方の面が対向するように１列に整列させたものであってもよい。
頭部４ｂの中央には、平角線の整列方向にＳ字状に湾曲するＳ字状部４ｃが形成されている。また、頭部４ｂは、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から両脚部４ａ，４ａに向かって下方に傾斜している。コイルセグメント４の脚部４ａは、対応するスロット２ａに一方から挿入されている。スロット２ａの他方からは、コイルセグメント４の脚部４ａが突出している。
なお、本実施形態のコイル３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルであり、各スロット２ａに挿入されるコイルセグメント４の脚部４ａは、周方向に、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に並ぶ。
図２に示すように、ステータコア２の各スロット２ａには、絶縁を確保するための絶縁紙１１（シート状部材）が挿入されている。この絶縁紙１１は、硬質な紙製又は薄手の樹脂製のシート材から構成されており、スロット２ａの形状に沿って挿入されている。
次に、絶縁紙１１をスロット２ａの形状に沿った形状に成形し、挿入する絶縁紙成形装置２０(図４参照)について説明を行う。
図４に示すように、絶縁紙成形装置２０は、第１金型２１と、第２金型２２と、第１押込みパンチ２３（第１押込み部材）と、第２押込みパンチ２４（第２押込み部材）とを備えている。絶縁紙成形装置２０は、ステータコア２（図２参照）の上方に配置されて使用される。なお、図４においては、絶縁紙１１を透明で図示している。
第１金型２１は、左右方向である第１方向Ｄ１に凹状で、且つ上下方向である第２方向Ｄ２に貫通して形成された第１成形部２１ａと、第２方向Ｄ２に貫通し、第２押込みパンチ２４が挿入される押込み孔２１ｂとを備えている。なお、第１成形部２１ａは、少なくとも下端が開口していればよく、第２方向Ｄ２に貫通していなくてもよい。第１成形部２１ａが第２方向Ｄ２に貫通していない場合には、第１成形部２１ａの上端と絶縁紙１１の上端との間に隙間を設け、この隙間から押込みパンチを挿入する。
第１成形部２１ａには、後述する第１形状に成形された絶縁紙１１の前端部１１ａ及び後端部１１ｂ（図９参照）に当接し、絶縁紙１１が抜け出るのを防止するためのストッパ部２１ｃが２個形成されている。なお、ストッパ部２１ｃを、第１成形部２１ａの上下方向の全長に亘って形成せず、上端や下端等の１部分にのみ形成するようにしてもよい。
図５に示すように、第２金型２２は、前金型３１と、後金型３２とを備えている。前金型３１と後金型３２とは、例えばボルト（図示せず）により固定されている。なお、前金型３１と後金型３２とを１部品から構成するようにしてもよい。
図６に示すように、前金型３１は、第２方向Ｄ２に貫通して形成された前成形部３１ａと、第２方向Ｄ２に貫通し、第２押込みパンチ２４が挿入される前押込み凹部３１ｂとを備えている。
前成形部３１ａは、上端が第１成形部２１ａの前側半分と同じ形状で形成され、下端に向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように傾斜して形成されている。前成形部３１ａには、下端に向かうにつれて前成形部３１ａの第１方向Ｄ１の幅を狭くし、絶縁紙１１の前端部１１ａ（図９参照）を折り曲げるための前誘い込み部３１ｃが形成されている。また、前成形部３１ａの下端は、前誘い込み部３１ｃとは逆側の端部から前誘い込み部３１ｃに向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように形成されている。なお、同じ形状とは、若干異なる形状も含む。
また、前成形部３１ａの前誘い込み部３１ｃに近い部分には、絶縁紙１１の前端部１１ａが後端部１１ｂ（図９参照）の内側となるように前端部１１ａを折り曲げるための折り曲げ凸部３１ｄが形成されている。なお、前成形部３１ａの上端は、後述する第１形状の絶縁紙１１を前成形部３１ａの内部に挿入しやすくするためにテーパ（図示せず）が形成されている。また、折り曲げ凸部３１ｄの部分を、前金型３１とは別部材により構成し、この別部材を前金型３１に固定するようにしてもよい。
図７に示すように、後金型３２は、第２方向Ｄ２に貫通して形成された後成形部３２ａと、第２方向Ｄ２に貫通し、第２押込みパンチ２４が挿入される後押込み凹部３２ｂとを備えている。
後成形部３２ａは、上端が第１成形部２１ａの後側半分と同じ形状で形成され、下端に向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように傾斜して形成されている。後成形部３２ａには、下端に向かうにつれて後成形部３２ａの第１方向Ｄ１の幅を狭くし、絶縁紙１１の後端部１１ｂを折り曲げるための後誘い込み部３２ｃが形成されている。
また、後成形部３２ａの下端は、後誘い込み部３２ｃとは逆側の端部から後誘い込み部３２ｃに向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように形成されている。なお、後成形部３２ａの上端は、後述する第１形状の絶縁紙１１を後成形部３２ａの内部に挿入しやすくするためにテーパ（図示せず）が形成されている。
第２金型２２は、前金型３１の前成形部３１ａ及び後金型３２の後成形部３２ａがステータコア２のスロット２ａの真上に位置するように配置されている。
次に、絶縁紙成形装置２０を用いて絶縁紙１１を所定の形状に成形してステータコア２のスロット２ａに挿入する動作の流れについて説明する。
先ず、図８に示すように、移動機構（図示せず）により第１押込みパンチ２３を第１方向Ｄ１に移動させ、第１押込みパンチ２３により、矩形状の絶縁紙１１を第１成形部２１ａの内部に押し込む。この押込みにより、絶縁紙１１は変形されて第１成形部２１ａの形状に沿った第１形状（図８及び図９参照）に成形される。その後、移動機構により第１押込みパンチ２３を移動して、第１成形部２１ａから抜き取る。
第１押込みパンチ２３を第１成形部２１ａから抜き取った後も、第１形状に成形された絶縁紙１１の前端部１１ａ及び後端部１１ｂがストッパ部２１ｃに当接するので、絶縁紙１１が第１成形部２１ａから抜け出るのを防止することができる。
次に、図９に示すように、移動機構（図示せず）により第２押込みパンチ２４を下方に移動させ、第２押込みパンチ２４により、第１成形部２１ａ内の第１形状の絶縁紙１１を第２金型２２の内部に押し込む。絶縁紙１１は、第２金型２２を構成する前金型３１の前成形部３１ａと、第２金型２２を構成する後金型３２の後成形部３２ａとにより形成された空間に押し込まれる。なお、図９においては、第１金型２１の図示を省略している。
上記押込みにより、図１０に示すように、絶縁紙１１の後端部１１ｂは、後金型３２の後誘い込み部３２ｃにより内側方向に折り曲げられ、絶縁紙１１の前端部１１ａは、前金型３１の前誘い込み部３１ｃ及び折り曲げ凸部３１ｄにより、内側方向に折り曲げられる。これにより、絶縁紙１１の前端部１１ａ及び後端部１１ｂは、第１方向Ｄ１において重なる第２形状に成形される。この成形の際、絶縁紙１１の前端部１１ａは、前金型３１の折り曲げ凸部３１ｄにより、後端部１１ｂの内側となるように折り曲げられる。
また、上記押込みにより、絶縁紙１１は、前金型３１の前成形部３１ａ及び後金型３２の後成形部３２ａに沿って変形される。前成形部３１ａ及び後成形部３２ａは、前誘い込み部３１ｃ及び後誘い込み部３２ｃ側に向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように形成されているので、絶縁紙１１は、前端部１１ａ及び後端部１１ｂ側に向かうにつれて前後方向Ｄ３の幅が狭くなるように傾斜し、ステータコア２のスロット２ａに挿入可能でスロット２ａに沿った第２形状に形成される。なお、図１０においては、第２形状の絶縁紙１１が第２金型２２から全て押し出された状態を描いている。
絶縁紙成形装置２０は、第２金型２２の前成形部３１ａ及び後成形部３２ａがステータコア２のスロット２ａの真上に位置するように配置されており、第２押込みパンチ２４をさらに押込むと、第２金型２２の内部に挿入されて第２形状に成形された絶縁紙１１は、スロット２ａに挿入される（図２参照）。第２押込みパンチ２４を、第２金型２２の下端まで押しこむと、第２形状に成形された絶縁紙１１は全てスロット２ａに挿入される。
次に、第２形状の絶縁紙１１が挿入されたスロット２ａの隣のスロット２ａを第２金型２２の前成形部３１ａ及び後成形部３２ａの真下に位置させるように回転機構（図示せず）によりステータコア２を回転させた後、再び絶縁紙成形装置２０を駆動して、スロット２ａに第２形状の絶縁紙１１を挿入する。この制御を、全てのスロット２ａに対して行うことで、全てのスロット２ａに第２形状の絶縁紙１１が挿入される。
そして、スロット２ａに挿入された第２形状の絶縁紙１１により形成された内部空間に、コイルセグメント４の脚部４ａが挿入される（図１参照）。この状態では、脚部４ａは、絶縁紙１１により覆われているので、絶縁状態が確保される。
このように、本実施形態の絶縁紙成形装置２０によれば、絶縁紙１１に折り目を形成せずに、絶縁紙１１を第２形状（所定の形状）に成形することができる。これにより、折り目を形成する工程を有するものに比べて、工程数を削減することができる。
なお、上記実施形態では、絶縁紙を第２形状（所定の形状）に成形する装置に本発明を適用しているが、所定の形状に成形するものは絶縁紙に限らず、包装紙等の様々な形態のシート状部材を所定の形状に成形する装置に本発明は適用可能である。
上記実施形態では、第２金型により絶縁紙の前端部及び後端部が重なる第２形状に絶縁紙を成形しているが、第２金型により成形する絶縁紙の形状は、第１金型では成形できない形状であればよい。すなわち、第２金型は、絶縁紙を第１金型では成形できない形状に成形するものであり、上端から下端に向かうにつれて前後方向の幅が狭くなるような傾斜面、誘い込み部、折り曲げ凸部は、なくてもよい。
１…ステータ、２…ステータコア、２ａ…スロット、２ｂ…スリット、３…コイル、４…コイルセグメント、４ａ…脚部、１１…絶縁紙、１１ａ…前端部、１１ｂ…後端部、２０…絶縁紙成形装置、２１…第１金型、２１ａ…第１成形部、２１ｂ…押込み孔、２１ｃ…ストッパ部、２２…第２金型、２３…第１押込みパンチ、２４…第２押込みパンチ、３１…前金型、３１ａ…前成形部、３１ｂ…前押込み凹部、３１ｃ…前誘い込み部、３１ｄ…折り曲げ凸部、３２…後金型、３２ａ…後成形部、３２ｂ…後押込み凹部、３２ｃ…後誘い込み部

Claims (5)

  1. シート状部材を変形させて所定の形状に成形するシート状部材の成形方法であって、
    前記シート状部材を、第１金型の第１方向に凹状に形成された第１成形部の中に、第１押込み部材により前記第１方向に押し込み、前記第１成形部の形状に沿った第１形状に成形する第１工程と、
    前記第１成形部の中に押込まれた状態の前記第１形状のシート状部材を、第２金型の前記第１方向とは異なる第２方向に貫通する第２成形部の中に、第２押込み部材により前記第２方向に押し込み、前記第２成形部の形状に沿った前記所定の形状に成形する第２工程と、
    を備えることを特徴とするシート状部材の成形方法。
  2. 請求項１に記載のシート状部材の成形方法において、
    前記第２成形部は、前記シート状部材の押込み方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなるように傾斜して形成されており、
    前記第２工程では、前記シート状部材は前記第２成形部の下流側端部の形状に沿った前記所定の形状に成形されることを特徴とするシート状部材の成形方法。
  3. 請求項１又は２に記載のシート状部材の成形方法において、
    前記第２成形部には、前記シート状部材の一方の端部と他方の端部とが前記第１方向において重なるように、前記一方の端部を前記他方の端部の外側に誘導する誘い込み部が形成され、
    前記第２工程では、前記シート状部材は前記誘い込み部の形状に沿って変形され、前記一方の端部と前記他方の端部とが重なる前記所定の形状に成形されることを特徴とするシート状部材の成形方法。
  4. シート状部材を変形させて所定の形状に成形するシート状部材の成形装置であって、
    第１方向に凹状に形成された第１成形部を有し、前記シート状部材を前記第１成形部の形状に沿った第１形状に成形する第１金型と、
    前記シート状部材を、前記第１成形部の中に前記第１方向に押し込み、前記第１形状に成形する第１押込み部材と、
    前記第１方向とは異なる第２方向に貫通する第２成形部を有し、前記第１形状のシート状部材を前記第２成形部の形状に沿った前記所定の形状に成形する第２金型と、
    前記第１成形部の中に押込まれた状態の前記第１形状のシート状部材を、前記第２金型の中に前記第２方向に押し込み、前記所定の形状に成形する第２押込み部材と、
    を備え、
    前記第２成形部は、前記シート状部材の押込み方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなるように傾斜して形成されていることを特徴とするシート状部材の成形装置。
  5. 請求項４に記載のシート状部材の成形装置において、
    前記第２成形部は、前記シート状部材の一方の端部と他方の端部とが前記第１方向において重なるように、前記一方の端部を前記他方の端部の外側に誘導する誘い込み部を有することを特徴とするシート状部材の成形装置。
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