JP4752613B2 - 積層部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アモルファス薄帯を巻き取って形成される積層体から積層部品を製造する方法に関する。

アモルファス材料は薄く、硬いため、従来は、トロイダルコア等のようにドーナツ状に巻回して積層したものを焼鈍し、樹脂含浸して固めたものにコイルを巻き付けて使用することが一般的であった。
また、モータコアの材料として使用する場合には、アモルファス薄板を何層かに積層して、その積層体をモータコアの形状に加工して利用している。
例えば、特許文献１には、高耐熱性接着剤を塗布したアモルファス薄板を複数枚積み重ねて加熱接着した積層材よりコアシートを作製し、そのコアシートを焼鈍したものを複数枚積層してモータコアを製造する技術が記載されている。

また、特許文献２では、アモルファス薄板と電磁鋼板とを接着フィルムを介して接合した積層材からプレス機によりコアシートを打ち抜き、その複数枚のコアシートをかしめ積層してモータコアを製造する技術が記載されている。
特開昭５８−１７５６５４号公報 特開２００３−２５９６１０号公報

しかし、アモルファス材料は、焼鈍後、脆くなり取り扱いが困難である。
また、特許文献１に記載される様に、アモルファス薄板の表面に接着剤を塗布する場合は、接着層が不均一になり易く、接着強度にムラができると、占積率が低下する恐れがある。同様に、特許文献２に示される様に、接着フィルムを用いた場合でも、フィルム層が厚くなるため、占積率が低下する問題があった。
更に、従来の公知技術では、積層材からコアシートを作製し、そのコアシートを２次元的に積層してモータコアとして使用しているので、従来の電磁鋼板を積み重ねたモータコアと同様の形状にとどまり、３次元的なコア形状を形成することは困難であった。

また、形状の異なる板材を重ね合わせて３次元的な形状にすることは、量産性が低く、大幅なコストアップになる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、薄くて硬いアモルファス薄帯を容易に取り扱うことができ、その結果、加工性及び生産性の向上を図ることにより、低コストな積層部品を製造できる製造方法を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、帯状のアモルファス薄帯を所定回数巻き取って積層体を形成し、この積層体から積層部品を製造する方法であって、アモルファス薄帯から部分的に保持部を残して所定の部品形状を切り抜く第１切断工程と、部品形状を切り抜いたアモルファス薄帯の表面に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、接着剤が塗布されたアモルファス薄帯を所定回数巻き取って積層体を形成する巻取り工程と、積層体から保持部で切断して部品形状を切り離す第２切断工程とを有することを特徴とする。

一般に、アモルファス薄帯は、板厚が極めて薄い（例えば０．０２〜０．０６ｍｍ）ため、取り扱いが困難である。これに対し、本発明では、アモルファス薄帯を巻き取って積層体を形成し、この積層体から積層部品を製造するので、取り扱いが容易である。特に、積層体から部品形状を切り離す時は、保持部のみを切断すれば良いので、加工性及び生産性が向上する。
また、アモルファス薄帯は、優れた磁気特性を有しているので、本発明の積層部品を回転電機の鉄心に適用した場合に、従来の電磁鋼板を積層して形成される積層鉄心と比べて、より低損失な鉄心を提供できる。
さらに、異なる部品形状を積層方向に重ねることにより、３次元的な部品形状を製造することも可能である。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した積層部品の製造方法において、第１切断工程では、部品形状をレーザー加工によって切り抜くことを特徴とする。
本発明では、薄くて硬いアモルファス薄帯からレーザー加工によって容易に部品形状を切り抜くことができる。

（請求項３の発明）
請求項１に記載した積層部品の製造方法において、第１切断工程では、部品形状をプレス機によって打ち抜くことを特徴とする。
本発明では、薄くて硬いアモルファス薄帯からプレス機によって容易に部品形状を切断（打ち抜く）ことができる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの積層部品の製造方法において、巻取り工程では、アモルファス薄帯を巻き取る際に、部品形状の位置が積層体の各層で一致する様に、アモルファス薄帯の巻取り位置を検出して、その検出位置をフィードバックしながら巻き取ることを特徴とする。
これにより、積層体の各層で部品形状の位置がずれることなく、一致するので、精度の良い積層部品を製造できる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの積層部品の製造方法において、巻取り工程では、アモルファス薄帯を円形状または楕円形状または長円形状または多角形状に巻き取って積層することを特徴とする。
アモルファス薄帯を巻き取る際に、必ずしもロール状（円形状）に巻き取る必要はなく、例えば、楕円形状、長円形状、多角形状に巻き取ることもできる。特に、長円形状及び多角形状に巻き取る場合は、積層体の直線部分（平面部分）から部品形状を切り抜くことができるので、精度の良い積層部品を製造できる。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの積層部品の製造方法において、接着剤塗布工程では、液状の接着剤をノズルから微小な液滴として吐出させ、且つアモルファス薄帯に対する接着剤の吐出位置及び吐出量を制御しながら塗布することを特徴とする。
これにより、少ない接着剤で薄く均一な接着層を形成することが可能であり、占積率の高い積層部品を製造できる。

（請求項７の発明）
請求項１〜６に記載した何れかの積層部品の製造方法において、複数のアモルファス薄帯が準備され、第１切断工程では、複数のアモルファス薄帯からそれぞれ保持部を残して部品形状を切り抜き、巻取り工程では、接着剤が塗布された複数のアモルファス薄帯を重ね合わせて巻き取ることを特徴とする。
１枚のアモルファス薄帯を巻き取って積層する方法以外に、複数のアモルファス薄帯を準備して、その複数のアモルファス薄帯を重ね合わせて巻き取ることもできる。この場合、各アモルファス薄帯の巻取り位置を検出して、その検出位置をフィードバックしながら巻き取ることにより、各アモルファス薄帯に切り抜かれた部品形状の位置を精度良く合わせることができる。
また、本発明では、複数のアモルファス薄帯にそれぞれ異なる部品形状を切り抜くこともできる。この場合、積層方向に異なる部品形状を重ねることができるので、３次元形状の積層部品を容易に且つ低コストに製造できる。

（請求項８の発明）
請求項１〜６に記載した何れかの積層部品の製造方法において、複数のアモルファス薄帯と、帯状のシート部材とが準備され、第１切断工程では、複数のアモルファス薄帯とシート部材とからそれぞれ保持部を残して部品形状を切り抜き、巻取り工程では、接着剤が塗布された複数のアモルファス薄帯とシート部材とを重ね合わせて巻き取ることを特徴とする。
本発明では、アモルファス薄帯だけでなく、アモルファス材料以外のシート部材をアモルファス薄帯と重ね合わせて巻き取ることもできる。

（請求項９の発明）
請求項８に記載した積層部品の製造方法において、シート部材は、絶縁シートであり、複数層に１層の割合で挟み込まれていることを特徴とする。
これにより、各層間の電気絶縁をより確実に確保できるので、例えば、積層部品を回転電機の鉄心に適用した場合に、鉄損を低減できる。また、絶縁シートは、積層体の各層毎ではなく、複数層に１枚の割合で挟み込むので、占積率を大きく損なうことなく、各層間の絶縁を確保できる。

（請求項１０の発明）
請求項８に記載した積層部品の製造方法において、シート部材は、電磁鋼板であることを特徴とする。
この場合、アモルファス薄帯と電磁鋼板とを重ね合わせることにより、磁気特性の異なる積層部品を製造できる。また、アモルファス薄帯と電磁鋼板との比率（枚数）を適宜変えることにより、さまざまな磁気特性を持った積層部品を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

実施例１では、本発明の積層部品をモータのステータコアに適用した一例を説明する。 図１（ａ）はステータコア１の平面図、同図（ｂ）はステータコア１の一部斜視図、図２はコアシート２の輪郭を切り抜いたアモルファス薄帯３の平面図、図３はステータコア１の製造工程図である。
本実施例のステータコア１は、図１（ｂ）に示す様に、複数枚のコアシート２を積層して構成される。各コアシート２には、図１（ａ）に示す様に、リング形状を有するコアバック２ａの内周に複数のティース部２ｂが設けられている。
このステータコア１の製造方法を図３に示す製造工程図を基に説明する。
先ず、帯状のアモルファス薄帯３がロール状に巻かれたアモルファスロール体３Ａを準備する。

ａ）第１切断工程…アモルファスロール体３Ａからアモルファス薄帯３を引き出して、図２に示す様に、コアシート２の輪郭（部品形状と呼ぶ）を切り抜く。ここでは、コアシート２がアモルファス薄帯３から完全に切り離されることはなく、部分的に保持部３ａを残した状態で切り抜かれている。部品形状の切り抜きは、例えば、図３に示す様に、プレス機４（金型）による打ち抜き、あるいはレーザー加工により切断することができる。
ｂ）接着剤塗布工程…部品形状を切り抜いたアモルファス薄帯３に接着剤を塗布する。接着剤には、例えば、ポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂等を用いることができる。この接着剤塗布工程では、インクジェット方式やバブルジェット（登録商標）方式等の様に、ノズル５から接着剤を微小な液滴として吐出し、部分的に微細に塗布する方法を用いる。この時、ノズル５からの吹き付け量や吹き付け位置を制御することにより、所望の接着厚さや接着パターンを得ることができるので、少ない接着剤で、薄く均一な接着層を形成できる。

ｃ）巻取り工程…アモルファス薄帯３に所定の張力をかけながら所定回数巻き取って積層体６を形成する。この時、巻取り形状は、図３に示すロール状（円形状）でも良いが、例えば、図４に示す様に、（ａ）楕円形状、（ｂ）長円形状、（ｃ）四角形状等に巻き取ることもできる。なお、ロール状（円形状）に巻き取る場合は、コアシート２の曲率が小さくなる様に、巻取り半径を大きく取ることが望ましい。同様に、楕円形状に巻き取る場合は、曲率の小さい領域（図示ハッチング領域）にコアシート２を積層する方が良い。
また、長円形状や四角形状に巻き取る場合は、積層体６の直線部分（図示ハッチング領域）にコアシート２を積層することができる。
この巻取り工程では、エンコーダ等を用いてアモルファス薄帯３の巻取り位置（回転位置）を検出し、その検出位置をフィードバックしながら張力をかけて巻き取ることにより、コアシート２の積層位置を合わせることができる。

ｄ）接合工程…上記の積層体６を加熱炉等に入れて接着剤を熱硬化させる。これにより、熱硬化した接着剤によって各層同士が接合される。
ｅ）第２切断工程…積層されたコアシート群を保持部３ａで切断して、接着硬化させた積層体６から切り離す。
ｆ）焼鈍工程…積層体６から切り離したコアシート群を概ね３００〜６００℃の範囲で焼鈍して、所望の磁気特性を得る。
ｇ）成形工程…必要に応じて、仕上げ加工（例えばコア外周の研削加工）を実施してステータコア１を得る。

（実施例１の効果）
実施例１では、部品形状を切り抜いたアモルファス薄帯３を巻き取って積層体６を形成し、この積層体６からコアシート群を切り離してステータコア１を製造するので、薄くて硬いアモルファス材料の取り扱いが容易になり、加工性が向上する。特に、アモルファス薄帯３からコアシート群を切り離す時は、保持部３ａのみを切断すれば良いので、生産性が向上して低コストにステータコア１を製造できる。
また、アモルファス材料は、優れた磁気特性を有しているので、複数枚の電磁鋼板を積層して形成される従来品と比べて、より低損失なステータコア１を提供できる。

巻取り工程では、アモルファス薄帯３の巻取り位置（回転位置）を検出し、その検出位置をフィードバックしながら張力をかけて巻き取ることにより、コアシート２の積層位置を合わせることができる。その結果、精度の良いステータコア１を製造できる。
また、接着剤塗布工程では、液状の接着剤をノズル５から微小な液滴として吐出させ、且つ接着剤の吐出位置及び吐出量を制御しながら塗布することにより、少ない接着剤で薄く均一な接着層を形成することが可能であり、占積率の高いステータコア１を製造できる。

図５（ａ）はステータコア１の断面図、同図（ｂ）はステータコア１の平面図である。 この実施例２では、ステータコア１を３次元的に製造する方法について説明する。
本実施例のステータコア１は、図５に示す様に、リング状のコアバック２ａと、このコアバック２ａの内周に固定される複数のティース部２ｂとで構成される。
以下に、ティース部２ｂの製造方法を説明する。
ティース部２ｂは、図６に示す様に、形状の異なる４層（ａ層〜ｄ層）の部品を積層して構成される。

実施例１と同様に、帯状のアモルファス薄帯３がロール状に巻かれたアモルファスロール体３Ａを準備する。
ａ）第１切断工程…アモルファスロール体３Ａからアモルファス薄帯３を引き出して、所定の部品形状を切り抜く。この時、ティース部２ｂを構成する各層（ａ層〜ｄ層）の部品形状が異なるため、例えば、図７に示す様に、ａ層→ｂ層→ｃ層→ｄ層の順（その逆でも良い）に各層の部品形状に合わせて、且つ各層毎に重ね合わされる層数に応じて切り抜いていく。

以後、実施例１と同様に、接着剤塗布工程→巻取り工程→接合工程→第２切断工程→焼鈍工程→成形工程を経てティース部２ｂが製造される。なお、本実施例のティース部２ｂは、周方向（図６の左右方向）の中心から右側半分と左側半分とが対称形状であるので、例えば、右側半分（ｄ層→ｃ層→ｂ層→ａ層）→左側半分（ａ層→ｂ層→ｃ層→ｄ層）の順に切り抜いて巻き取ることができる。
この実施例２の製造方法によれば、３次元的な部品形状（ティース部２ｂ）を容易に且つ低コストに製造できる。なお、ティース部２ｂと同様の方法でコアバック２ａを３次元的に製造することもできる。

図８は複数のアモルファス薄帯３を重ねて巻き取る方法を示す工程図である。
実施例１及び実施例２では、１枚のアモルファス薄帯３に部品形状を切り抜いて巻き取る方法を記載したが、この実施例２では、複数枚のアモルファス薄帯３を重ね合わせて巻き取る方法を説明する。
先ず、帯状のアモルファス薄帯３がロール状に巻かれたアモルファスロール体３Ａを複数準備する。

ａ）第１切断工程…各アモルファスロール体３Ａからそれぞれアモルファス薄帯３を引き出して、個別に部品形状（図２参照）を切り抜く。
ｂ）接着剤塗布工程…部品形状を切り抜いたアモルファス薄帯３に接着剤を塗布する。 ｃ）巻取り工程…複数のアモルファス薄帯３を重ね合わせた後、例えばロール状に巻き取って積層体６を形成する。この時、各アモルファス薄帯３の巻取り位置を検出して、その検出位置をフィードバックしながら巻き取ることにより、各アモルファス薄帯３に切り抜かれた部品形状の位置を精度良く合わせることができる。
この後、実施例１と同様に、接合工程→第２切断工程→焼鈍工程→成形工程を経てステータコア１が製造される。

図９は積層部品の積層構造を示す断面図である。
実施例３に記載した製造方法によれば、例えば、複数枚のアモルファス薄帯３と共に、例えば帯状の絶縁シート７を合わせて巻き取ることも可能である。
この場合、例えば、図９に示す様に、絶縁シート７をアモルファス薄帯３の複数層に１枚の割合で挟み込むことにより、各層間の電気絶縁を確実に確保できるため、ステータコア１の鉄損を低減できる。また、絶縁シート７は、アモルファス薄帯３の各層毎ではなく、複数層に１枚の割合で挟み込むことで、アモルファス材料の占積率を大きく損なうことなく、各層間の絶縁を確保できる。
また、絶縁シート７以外にも、例えば、帯状の電磁鋼板８を合わせて巻き取ることもできる。その一例を図１０に示す。この場合、アモルファス薄帯３と電磁鋼板８とを組み合わせることにより、さまざまな磁気特性を持たせた積層部品を製造することができる。

（ａ）ステータコアの平面図、（ｂ）ステータコアの一部斜視図である（実施例１）。 コアシートの輪郭を切り抜いたアモルファス薄帯の平面図である（実施例１）。 ステータコアの製造工程図である（実施例１）。 アモルファス薄帯の巻取り形状を示す側面図である（実施例１）。 （ａ）ステータコアの断面図、（ｂ）同平面図である（実施例２）。 ステータコアのティース部の斜視図である（実施例２）。 各層毎に部品形状を切り抜いたアモルファス薄帯の平面図である（実施例２）。 複数のアモルファス薄帯を重ねて巻き取る方法を示す工程図である（実施例３）。 積層部品の積層構造を示す断面図である（実施例４）。 積層部品の積層構造を示す断面図である（実施例４）。

符号の説明

１ ステータコア（積層部品）
３ アモルファス薄帯
３ａ 保持部
４ プレス機
５ ノズル
６ 積層体
７ 絶縁シート（シート部材）
８ 電磁鋼板（シート部材）

Claims (10)

1. 帯状のアモルファス薄帯を所定回数巻き取って積層体を形成し、この積層体から積層部品を製造する方法であって、
   前記アモルファス薄帯から部分的に保持部を残して所定の部品形状を切り抜く第１切断工程と、
   前記部品形状を切り抜いた前記アモルファス薄帯の表面に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
   前記接着剤が塗布された前記アモルファス薄帯を所定回数巻き取って前記積層体を形成する巻取り工程と、
   前記積層体から前記保持部で切断して前記部品形状を切り離す第２切断工程とを有することを特徴とする積層部品の製造方法。
2. 請求項１に記載した積層部品の製造方法において、
   前記第１切断工程では、前記部品形状をレーザー加工によって切り抜くことを特徴とする積層部品の製造方法。
3. 請求項１に記載した積層部品の製造方法において、
   前記第１切断工程では、前記部品形状をプレス機によって打ち抜くことを特徴とする積層部品の製造方法。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの積層部品の製造方法において、
   前記巻取り工程では、前記アモルファス薄帯を巻き取る際に、前記部品形状の位置が前記積層体の各層で一致する様に、前記アモルファス薄帯の巻取り位置を検出して、その検出位置をフィードバックしながら巻き取ることを特徴とする積層部品の製造方法。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの積層部品の製造方法において、
   前記巻取り工程では、前記アモルファス薄帯を円形状または楕円形状または長円形状または多角形状に巻き取って積層することを特徴とする積層部品の製造方法。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの積層部品の製造方法において、
   前記接着剤塗布工程では、液状の接着剤をノズルから微小な液滴として吐出させ、且つ前記アモルファス薄帯に対する接着剤の吐出位置及び吐出量を制御しながら塗布することを特徴とする積層部品の製造方法。
7. 請求項１〜６に記載した何れかの積層部品の製造方法において、
   複数の前記アモルファス薄帯が準備され、
   前記第１切断工程では、複数の前記アモルファス薄帯からそれぞれ前記保持部を残して前記部品形状を切り抜き、
   前記巻取り工程では、接着剤が塗布された複数の前記アモルファス薄帯を重ね合わせて巻き取ることを特徴とする積層部品の製造方法。
8. 請求項１〜６に記載した何れかの積層部品の製造方法において、
   複数の前記アモルファス薄帯と、
   帯状のシート部材とが準備され、
   前記第１切断工程では、複数の前記アモルファス薄帯と前記シート部材とからそれぞれ前記保持部を残して前記部品形状を切り抜き、
   前記巻取り工程では、接着剤が塗布された複数の前記アモルファス薄帯と前記シート部材とを重ね合わせて巻き取ることを特徴とする積層部品の製造方法。
9. 請求項８に記載した積層部品の製造方法において、
   前記シート部材は、絶縁シートであり、複数層に１層の割合で挟み込まれていることを特徴とする積層部品の製造方法。
10. 請求項８に記載した積層部品の製造方法において、
    前記シート部材は、電磁鋼板であることを特徴とする積層部品の製造方法。
    

Images