JP2020146693A - 接合加工機、積層体製造装置及び積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】母材の絶縁破壊なしに各層を高い締結力で固定可能にした接合加工機、積層体製造装置及び積層体を提供する。【解決手段】接合加工機１１には、カシメ加工時に層３の接合部７を上から押し込むツール２２が形成され、このツール２２の先端に突部２６が形成される。接合加工機１１は、プレス加工後に重ねられた２つの層３の群に対し、最上位の層３に形成された接合部７を上から押し込むことにより、上下の接合部７同士を係止する。このとき、ツール２２の突部２６によって接合部７が塑性変形され、この変形によって形成された膨張部２９によって、上下の層３同士がきつく固定される。【選択図】図８

Description

本発明は、母材を積層した積層体の各層の群を固定する接合加工機、積層体製造装置及び積層体に関する。

従来、母材が環状に複数層巻かれた積層体を製造する積層体製造装置が周知である（特許文献１等参照）。この種の積層体製造装置は、例えば母材に切り欠き等の加工を入れながら、これを周状に巻き送りしていくことで、母材を複数の層に形成する。そして、母材の各層は、例えば溶接加工やカシメ加工などにより、上下の層同士が固定される。

特開平６−３０３７４７号公報

ところで、複数層の固定に溶接加工を用いた場合、この工法では高い締結力を得ることができるが、背反として、母材の絶縁破壊を伴う可能性があり、材料特性を阻害する要因となってしまう。また、複数層の固定にカシメ工法を用いた場合、母材の絶縁破壊はないものの、高い締結力は得られない問題があった。

本発明の目的は、母材の絶縁破壊なしに各層を高い締結力で固定可能にした接合加工機、積層体製造装置及び積層体を提供することにある。

前記問題点を解決する接合加工機は、母材を複数層に積層することで設けられた層の群を、各層に各々形成された接合部を介して固定する構成であって、前記接合部の凹部に押し当てられるツールの先端に突部を設け、重ねられた前記層に対して最上層の前記接合部を前記突部で押し込むことにより、重なり合う層同士の前記接合部を固定する。

前記問題点を解決する積層体製造装置は、プレス加工によって母材に加工形状部を形成するプレス加工機と、前記母材を複数層に積層することで設けられた層の群を、各層の前記加工形状部の位置が合わされつつ、各層に各々形成された接合部を介して固定する接合加工機とを備え、前記接合加工機は、前記接合部の凹部に押し当てられるツールの先端に突部が設けられ、前記突部で前記凹部の内面を押し込むことにより、重なり合う層同士の前記接合部を固定する。

前記問題点を解決する積層体は、複数層に積層された層の群が、各層に設けられた加工形状部の位置が合わされつつ、各層に形成された接合部を介して固定されている構成であって、少なくとも１つ以上の前記接合部には、上下の層同士を係止するために塑性変形によって形成された膨張部が設けられている。

本発明によれば、母材の絶縁破壊なしに各層を高い締結力で固定することができる。

一実施形態の積層体の斜視図。 積層体製造装置の構成図。 プレス加工機の概略図。 接合加工機の概略図。 （ａ）は接合加工機のツールの正面図、（ｂ）は接合加工機のツールの裏面図。 プレス加工機の作動図であり、（ａ）が非作動時の図、（ｂ）が作動時の図。 接合加工機の作動図であり、（ａ）が非作動時の図、（ｂ）が作動時の図。 ツールの突部で接合部を塑性変形させて層同士を固定する際の概要図。 接合加工機の座部が移動した様子を示す作動図。 （ａ）〜（ｃ）は別例のツールの裏面図。

以下、接合加工機、積層体製造装置及び積層体の一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１に示すように、積層体１は、母材２を環状に複数周巻き付けることにより、複数の環状の層３が積層方向（図１のＺ軸方向）に積まれた筒形状をなしている。母材２は、例えば帯状の鋼板からなる。積層体１の内周面には、積層体１の高さ方向（図１のＺ軸方向）に延びる加工形状部４が、積層体１の内周面５の周方向において等間隔に複数（本例は４箇所）形成されている。加工形状部４は、母材２の一部を切り欠いて形成される切欠部６である。各層３は、各々の層３に形成された接合部７を介して上下層同士が固定されている。

図２に示すように、積層体１を製造する積層体製造装置８は、母材２を巻き取って環状に送る巻き加工機９と、巻き加工後の母材２をプレス加工するプレス加工機１０と、プレス加工後に積層された層状の母材２を固定する接合加工機１１とを備える。巻き加工機９、プレス加工機１０及び接合加工機１１は、一体の装置としてユニット化されている。

巻き加工機９は、複数の搬送ローラ１２と、環状に加工される母材２の径に応じて可動する可動ローラ１３とを備える。可動ローラ１３は、母材２の径方向（図２の矢印Ａ方向）において位置が切り替わることにより、環状に形成される母材２の径を設定する。

図３に示すように、プレス加工機１０の金型部１４は、固定型１５と、固定型１５に対して可動する可動型１６とを備える。可動型１６は、母材２の一部分を切断する切断部１７と、母材２を所定圧によって押し出す打出部１８とを備える。打出部１８は、切断部１７の両側に配置されるように一対設けられている。固定型１５には、切断部１７及び打出部１８が通過できる逃げ部１９が形成されている。逃げ部１９は、例えば貫通孔である。プレス加工機１０は、切断部１７によって母材２の縁部に加工形状部４をプレス成形するとともに、一対の打出部１８によって母材２に複数の接合部７をプレス加工する。切欠部６は、母材２の縁部の一部分を切り欠いた形状となっている。

図２に戻り、同図の一部拡大図に示すように、接合部７は、母材２の片方の面側が穴形状となったボス状の突起からなる。ボス状の突起をなす接合部７は、凸部２７及び凹部２８を有した形状となっている。接合部７は、例えば円筒状の突起であって、切欠部６の両側に一対配置されている。接合部７の凹部２８は、開口が円形状となっている。

図４に示すように、接合加工機１１は、層状に複数周積み重ねられた層３の群を載置する座部２０と、機械的な衝撃を接合部７に与えて各層３を固定するヘッド部２１とを備える。ヘッド部２１は、座部２０に対して上下方向に移動する。接合加工機１１は、カシメ加工によって層３の群を一体に固定するカシメ機である。ヘッド部２１には、カシメ加工において、上下層同士で位置決めされた接合部７に上方から押圧する力を加える棒状のツール２２が一対形成されている。接合加工機１１は、積層された複数の層３の群を、各層３の加工形状部４の位置が合わされながら、各層３に各々形成された接合部７を介して固定する。

図５（ａ）に示すように、ツール２２の先端には、母材２の上下の層３同士を接合部７で固定する際に作用する突部２６が形成されている。図５（ｂ）に示すように、突部２６は、例えば半円球状の突起により形成されている。突部２６は、接合加工機１１による加工の際、接合部７の凹部２８の内面を押し込むことにより、重なり合う層３同士の接合部７を固定する。本例の場合、突部２６が上の層３の接合部７を、その凹部２８内で上から押して塑性変形させることにより、その変形部分である膨張部２９を下の層３に食い込ませて、上下の層３を固定する。

次に、図６〜図９を用いて、本実施形態の積層体製造装置８の作用について説明する。
図６（ａ）に示すように、帯状の母材２は、巻き加工機９によって環状に巻かれながらプレス加工機１０に搬送される。図６（ｂ）に示すように、母材２が所定量搬送されると、母材２の搬送が一旦停止され、プレス加工機１０の可動型１６が下方に作動することで母材２がプレス加工される。このプレス加工時、切断部１７によって母材２に切欠部６が形成され、打出部１８によって一対の接合部７が形成される。プレス加工機１０は、環状に巻かれながら搬送されてくる母材２に対し、周方向に等間隔で切欠部６が形成されるように、母材２のプレス加工を周期的に繰り返す。

図７（ａ）に示すように、プレス加工された母材２が複数周巻かれて層状とされた後、接合加工機１１は、この層状の母材２に対してカシメ加工を実行する。カシメ加工は、例えば母材２が１周分積層される度に毎回実施されることが好ましい。また、カシメ加工時、最下層の層３の接合部７は、座部２０の上面に複数形成された溝３０に各々嵌合される。

図７（ｂ）に示すように、接合加工機１１は、カシメ加工時、座部２０上に層状の母材２を乗せ、ヘッド部２１を下方に作動させる。このとき、ヘッド部２１のツール２２を、最上層に位置する接合部７の凹部２８に挿し込んで上から押し込むことにより、積層方向に並ぶ接合部７同士を固定する。これにより、上の層３の接合部７の凸部２７が、下の層３の凹部２８に押し込まれる。

このとき、図８に示すように、接合加工においてツール２２が最上層の接合部７の凹部２８を上から押し込んだ場合、突部２６から最上層の接合部７に同図の矢印Ｃ方向の荷重が加わる。そして、突部２６による押し込みが加えられた接合部７の凸部２７が幅方向（図８の矢印Ｄ方向）に塑性変形することにより、荷重が加えられた接合部７の凸部２７に膨張部２９が形成される。この膨張部２９は、例えば凸部２７の外周面一帯に形成されて、下層の接合部７の凹部２８に食い込む。これにより、上下の層３の接合部７同士が係止することになり、上下の層３がきつく固定される。

図９に示すように、接合加工機１１は、座部２０に載置される層３の数が増加していくにつれて、座部２０が下方に移動する。すなわち、層３が順次積層されていくにつれて、接合加工機１１の座部２０が下方に移動することにより、座部２０の高さ方向の位置が調整される。そして、一連の巻き工程、プレス工程及びカシメ加工が実施されることにより、複数の層３が積層方向に連なった積層体１が製造される。

上記実施形態の積層体製造装置８及び接合加工機１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
接合加工機１１のツール２２の先端に突部２６を設け、重ねられた層３に対して最上層の接合部７を突部２６で押し込むことにより、重なり合う層３同士の接合部７を固定する。このように、本例の場合、層３同士を溶接加工によって固定するのではなく、重ねられた２つの層３に対し、最上層の接合部７にツール２２の突部２６を押し当て、このときの荷重によって接合部７を塑性変形させて、接合部７同士をきつく固定する。このように、接合部７同士の摩擦力が増大し、互いがしっかりと係止し合う。よって、母材２の絶縁破壊なしに各層３を高い締結力で固定することができる。

母材２は、帯材である。接合部７は、母材２の片方の面側に凹部２８を有するボス状の突起である。よって、凸部２７及び凹部２８の関係によって係止する接合部７を、接合部７の塑性変形によって互いにきつく固定することができる。

環状に巻き送りされて複数層の筒形状に形成された層３の群を、各層３の切欠部６の位置が合わされつつ、各層３に形成された接合部７を介して固定する。よって、母材２を絶縁破壊なしに各層３が高い締結力で固定された積層体１を製造することができる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ツール２２の先端の突部２６の形状を、半球状以外の他の形状に変更してもよい。図１０（ａ）が四角状とした例であり、図１０（ｂ）が長円状とした例であり、図１０（ｃ）が星型とした例である。

・突部２６は、１つのみ形成されることに限らず、複数設けてもよい。
・ツール２２が複数設けられる場合、所定のツール２２にのみ突部２６が形成されてもよい。

・ツール２２は、複数設けられることに限定されず、１つとしてもよい。
・ツール２２の先端に凹形状や溝形状等を設けて、残った部分をツール先端の突部２６としてもよい。

・ツール２２は、先端が接合部７の凹部２８内に挿し込まれる加工態様をとることに限定されず、接合部７の形状に応じて、種々の加工態様をとることができる。
・膨張部２９の形状は、上下層同士を固定できる形状であればよい。

・切欠部６は、積層体１の内周面５に設けられることに限らず、例えば積層体１の外周面に形成されてもよい。
・切欠部６及び接合部７は、各々別のプレス工程で製造されてもよい。

・加工形状部４は、切欠部６に限定されず、例えば孔や穴等の他の形状としてもよい。
・加工形状部４は、母材２の縁部に形成されず、母材２の幅方向の中心等の他の位置に設けてもよい。

・カシメ加工は、例えば母材２がある程度（例えば５巻き程度）巻かれた際に実施されてもよい。この場合、母材２がある程度巻かれてからカシメが行われるので、効率よく各層３のカシメを実行することができる。

・接合部７は、複数設けられることに限定されず、１つでもよい。
・接合部７は、切欠部６から離れた位置に配置されてもよい。
・接合部７は、ボス形状の突起に限定されず、母材２の上下層を係止することができる形状であればよい。

・母材２は、鋼板に限定されず、例えば樹脂材でもよい。
・母材２は、帯状に限定されず、円柱や四角柱等の他の形状としてもよい。
・積層体製造装置８は、接合加工機１１による接合加工時、母材２の各層３を積層体１の径方向に整列させる位置決め機構を備えてもよい。

・積層体１は、円筒形状に限定されず、例えば四角状等の他の筒形状としてもよい。
・積層体１は、例えば電機部品の鉄心などとしてもよい。また、積層体１は、母材２を積層してなる種々の機器や物品であればよい。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）プレス加工機によって母材に加工形状部を形成するプレス工程と、前記母材を複数層に積層することで設けられた層の群を、各層の前記加工形状部の位置が合わされつつ、各層に各々形成された接合部を介して接合加工機により固定する接合工程とを備え、前記接合加工機には、前記接合部の凹部に押し当てられるツールの先端に突部が設けられ、前記突部で前記凹部の内面を押し込むことにより、重なり合う層同士の前記接合部を固定する積層体製造方法。

１…積層体、２…母材、３…層、４…加工形状部、６…切欠部、７…接合部、８…積層体製造装置、１０…プレス加工機、１１…接合加工機、１４…金型部、２２…ツール、２６…突部、２７…凸部、２８…凹部、２９…膨張部。

Claims (5)

1. 母材を複数層に積層することで設けられた層の群を、各層に各々形成された接合部を介して固定する接合加工機であって、
   前記接合部の凹部に押し当てられるツールの先端に突部を設け、重ねられた前記層に対して最上層の前記接合部を前記突部で押し込むことにより、重なり合う層同士の前記接合部を固定する接合加工機。
2. 前記母材は、帯材であり、
   前記接合部は、前記母材の片方の面側に凹部を有するボス状の突起である
   請求項１に記載の接合加工機。
3. 環状に巻き送りされて複数層の筒形状に形成された前記層の群を、各層に形成された加工形状部の位置が合わされながら、前記各層に形成された前記接合部を介して固定する
   請求項１又は２に記載の接合加工機。
4. プレス加工によって母材に加工形状部を形成するプレス加工機と、
   前記母材を複数層に積層することで設けられた層の群を、各層の前記加工形状部の位置が合わされつつ、各層に各々形成された接合部を介して固定する接合加工機とを備え、
   前記接合加工機は、前記接合部の凹部に押し当てられるツールの先端に突部が設けられ、前記突部で前記凹部の内面を押し込むことにより、重なり合う層同士の前記接合部を固定する積層体製造装置。
5. 母材が複数層に積層されてなる層の群が、各層に設けられた加工形状部の位置が合わされつつ、各層に形成された接合部を介して固定されている積層体であって、
   少なくとも１つ以上の前記接合部には、上下の層同士を係止するために塑性変形によって形成された膨張部が設けられている積層体。