JP4947985B2 - 積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータコアなどに適用される積層体の製造方法に関するものである。

所定の形状に打ち抜いた板材を積み重ねて積層体を製造する場合、その接合方法として板材に加工した凸部と、該板材に隣接する他の板材に加工した凹部とを嵌合させ、そのかしめ力によって板材どうしを接合させる方法が用いられる。

その製造方法としては、間欠的に送られた金属板材をパンチとダイにて打ち抜き、その打ち抜かれた板材を、ダイの下方に位置し、かつ板材の外径よりも若干小さい内径の中央孔を有するリング（側圧リングという）の中を通すことにより、板材の外側周面と側圧リングの内径部とに発生する摩擦力（側圧）と、パンチの打ち抜き力によって板材の上方から発生する力により積載された板材どうしを密着加圧し、これにより既に板材に加工されている凸部と凹部とを嵌め合わせることで固定することにより、積層体を製造する方法が用いられている。

このとき、前記側圧が強すぎると板材がそってしまい、弱すぎるとかしめ固定することができなくなる。また、板材間に隙間があると電気抵抗が大きくなり、積層体がモータコアである場合にはモータの効率が悪くなるため、板材どうしの密着性が良好であることも要求される。

板材が円形状である場合、板材に加工するかしめ用の凹凸部の中心からの設置位置ｒを、板材の外側周部までの半径寸法をＲとした場合、ｒ＞０．８Ｒに設定しようとすると、加工時における板材外形の抜き部位近傍に凹凸部があるため、その抜き加工用の刃物工具を設置することが構造上困難であり、またｒ＜０．７Ｒとすると、かしめるための側圧が板材の外側周部に作用し、側圧の発生場所と凹凸部の位置が離れているため、板材どうしが良好にかしまらず、板材間に隙間が発生したりする。そのため、凹凸の設置位置は０．７Ｒ≦ｒ≦０．８Ｒとするのが一般的である。

以下、従来の積層体の製造の一例について、図面を参照しながら説明する。

図７は従来の積層体製造装置の概略構成を示す正面断面図、図８は従来の側圧リング（製品が挿入された状態）の平面図、図９は従来の側圧リングの平面図、図１０は従来の積層体の平面図、図１１は従来の積層体のかしめ状態を示す正面断面図である。

図７において、上下面において一定の間隔で凹凸状となる突起部２３が形成された原板材２２が、一定の間隔で板材抜き落し工程へ間欠的に送られてくる。送られてきた原板材２２が一旦停止したとき、打抜きパンチ２１が下降して原板材２２を押下する。そして、打抜きパンチ２１が原板材２２と共に打抜きダイ２４の中に入ることにより、打抜きパンチ２１の先端形状と同じ形状の板材２６が原板材２２から打ち抜かれる。

その後、前記と同じようにして間欠的に送られる原板材２２から板材２６が打ち抜かれて、次々と打抜きダイ２４の中に積層され、原板材２２から板材２６が打抜きパンチ２１によって打ち抜かれるたびに、打抜きダイ２４の中に積載された板材２６が、板材２６の板厚分だけ下方に移動していく。そして、打ち抜かれた板材２６は、打抜きダイ２４の中を通過し、打抜きダイ２４の下に配置されている側圧リング２５の中に入っていく。

図８，図９に示すように、側圧リング２５の内径は、打抜かれた板材２６の外径よりも若干小さくしてあるため、板材２６の外側周面２６ａと側圧リング２５の内側周面２５ａとに摩擦力が発生する。さらに、上方から打抜きパンチ２１にて打ち抜かれた板材２６が側圧リング２５の中に入ってくる。

前記摩擦力よりも板材２６において打抜きパンチ２１にて上方から加圧される力の方が大きいため、側圧リング２５に積載された板材２６は徐々に下方に移動していく。そのとき、打ち抜かれた板材２６どうしは密着し、板材２６に形成されている突起部２３の凸部と、その下に積載されている板材２６の突起部２３の凹部が嵌合し、板材２６どうしがかしめ固定されて、図１０，図１１に示すように、積層体２７が形成される。

突起部２３の設置位置を、板材２６の外側周面２６ａ近くに設置すれば、該外側周面２６ａと側圧リング２５の内側周面２５ａとに発生する摩擦力の影響を大きく受けるため、突起部２３の凸部と凹部とが深く嵌り合い、強固なかしめ力を発生させることができる。ただし、突起部２３をあまり板材２６の外側周面２６ａの近くに設置すると、突起部２３近傍の外側周面２６ａの形状が変形してしまうため、突起部２３の設置位置ｒは、板材２６の外径をＲとすると、ｒ≦０．８Ｒの範囲にすることが適切である。

また、突起部２３の設置位置を、より板材２６の中央部内側に設置すると、側圧リング２５と板材２６とに発生する前記摩擦力の影響が少ないため、突起部２３の凸部と凹部とが嵌り合う力は、板材２６の強度のみのため、突起部２３における嵌め合う力に板材２６の強度が負けて、板材２６に反りが発生して、十分なかしめ力を発生することができず、板材２６間に隙間が発生する。板材２６が薄くなればなるほど、その悪影響は顕著になる。そのため突起部２３の設置位置は、ｒ≧０．７Ｒの範囲にすることが適切である。

したがって、前記条件と合わせることにより、一般的に既述した０．７Ｒ≦ｒ≦０．８Ｒの範囲に突起部２３の設置位置を設定している。

また、従来では、かしめ固定することにより前記板材に発生する反りを防止するため、最終抜き落しを行う工程よりも前の工程において、かしめ固定により発生する反りとは逆の方向に、事前に板材を反らせておく方法が採用されていた（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２４３６６９号公報

従来、前記かしめ用の突起部の設置位置は、一般的に０．７Ｒ≦ｒ≦０．８Ｒであるが、モータコアに用いる積層体の場合、磁界，磁力密度の関係上、突起部の設置位置は、板材の半径の半分（ｒ≒０．５Ｒ）に設置することが適切であり、そのようにすることにより、モータの特性が向上する。特に板材の厚さが薄くなる（ｔ≦０．３ｍｍ）と、その効果は大きくなる。

しかしながら、突起部の設置位置を板材の外側周面よりも離れた中心部（中央部）方向に設置しようとすると、側圧が発生する外側周面よりも、かしめ固定する位置が離れているため、板材に反りが発生し、板厚によるかしめ圧を発生させる力が弱くなり、かしめ固定が難しくなる。特に板厚が０．１ｍｍ以下と薄いと、さらに難しい。そのため、従来技術では、前記０．７Ｒ≦ｒ≦０．８Ｒの範囲に突起部（かしめ位置）を設定せざるを得なかった。

また、かしめ固定位置を板材の中心部付近に設定しようとすると、板材に反りが発生する。その対策として、既述したように反りが発生する方向と逆の方向に製品を反らせる方法があるが、その方法を適用すると、反り修正工程が必要であり、板材の反りは、加工スピード、あるいは加工油の種類などの加工条件によって異なってくるため、板材にどれくらいの反りを前もって発生させておくかの設定が非常に難しくなってくる。この方法の基本的な考えは、板材に反りが発生することが前提である。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、所定の形状に打ち抜いた板材を、板材を反らすことなく、かしめ固定させることにより、板材どうしに隙間のない、強固な積層体を得ることを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の積層体の製造方法では、それぞれ凹部と凸部とが設けられた複数の板材を側圧リング内に積載し、隣接する板材の前記凹部と前記凸部とを重ね合わせ、かつ前記凹部と前記凸部をかしめて積層体を製造する製造方法において、前記板材の外径よりも小さい前記側圧リングの内径部との間で第１摩擦力を発生させるように形成された外側周面と、前記側圧リングから前記側圧リングの中央へ延出する加圧部材が配置できるように前記外側周面よりも前記板材の内部に向かって形成されたスロット部と、前記加圧部材の先端との間で第２摩擦力を発生させるように形成された前記スロット部の内側周面とを備えた前記板材に対して、前記側圧リングの内径部で前記板材の外側周面に第１摩擦力を発生させ、かつ前記加圧部材の先端で前記スロット部の内側周面に第２摩擦力を発生させた状態で前記かしめを行うことを特徴とする。これにより、板材の積層面の中央部から外側周面までの距離Ｒと、板材の凸部と他の板材の凹部とのかしめ部分の中央部から板材の積層面の中央部までの距離ｒが、０．４Ｒ＜ｒ＜０．７Ｒを満たすようにすることが可能になる。

本発明によれば、かしめ固定位置を前記のように０．４Ｒ＜ｒ＜０．７Ｒとなるように設定できるため、積層体の平面度を従来のものに比べて向上させることができる。しかも板材どうしのかしめ力も強固になる。本発明は、板材の板厚が薄い０．３ｍｍ以下の場合に特に効果的である。また、本積層体をモータコアに用いれば、鉄損（モータ損失）を減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するための積層体製造装置の概略構成を示す正面断面図、図２は本実施形態の側圧リング（製品が挿入された状態）の平面図、図３は本実施形態の側圧リングの平面図、図４は本実施形態の積層体の平面図、図５は本実施形態の積層体のかしめ状態を示す正面断面図である。

図１において、上下面において一定の間隔で凹凸状となる突起部１３が設置された原板材１２が、一定の間隔で板材抜き落し工程へ間欠的に送られてくる。送られてくる原板材１２は間欠的に停止し、停止時に打抜きパンチ１１が下降して原板材１２を押下し、打抜きダイ１４とによって所定の板材１６の形状に打ち抜かれる。打抜きパンチ１１は打抜きダイ１４の中に０．５ｍｍ程度挿入されるため、打ち抜かれた板材１６も打抜きパンチ１１によって押圧され、打抜きダイ１４の中に入る。

その後、前記と同様にして間欠的に送られる原板材１２から板材１６が打抜かれて、次々と打抜きダイ１４の中に積層され、原板材１２から板材１６が打抜きパンチ１１によって打ち抜かれるたびに、打抜きダイ１４の中に積層された板材１６は、板材１６の板厚分だけ下方に移動していく。打ち抜かれた板材１６は打抜きダイ１４の中を通過し、その下に配置されている側圧リング１５の中に入っていく。

図２，図３に示すように、側圧リング１５の内径は、打抜かれた板材１６の外径よりも若干小さくしてあるので、板材１６の外側周面１６ａと側圧リング１５の内径部１５ａとに摩擦力が発生する。つまり、かしめ固定時に、板材１６の外側周面１６ａから中央部（中心部）に向かう方向の第１摩擦力Ｆ１が板材１６に作用し、かしめが行われる。さらに上方から、打抜きパンチ１１にて打抜かれた板材１６が側圧リング１５の中に入ってくる。

前記第１摩擦力Ｆ１よりも、打抜きパンチ１１にて上方から加圧される力の方が大きいため、側圧リング１５に積層された板材１６は徐々に下方に移動していく。そのとき、打抜かれた板材１６どうしは密着し、板材１６に形成された突起部１３の凸部と、その下に積層された他の板材１６の突起部１３の凹部とが嵌り合って、板材１６どうしが、かしめ固定され、図４，図５に示すように、積層体１７が形成される。

本実施形態では、図２，図３に示すように、板材１６のスロット部１６ｂ間に、側圧リング１５から該側圧リング１５の中央の孔へ延出する加圧部材１８を放射状に多数個設置し、かつ加圧部材１８を板材方向へ付勢する弾性体１９を配置している。弾性体１９の圧力により加圧部材１８が押し出されることにより、加圧部材１８の先端と板材１６に形成された内側周面１６ｃとに摩擦力が発生する。つまり、板材１６の中心部から外側周面１６ａに向かう方向の第２摩擦力Ｆ２を板材１６に作用させ、かしめが行われることになる。

このときの加圧部材１８の押し出し量は、側圧リング１５内に配設された加圧部材１８の鍔部１８ａの厚さを変化させることにより調整することができ、また、加圧部材１８の圧力は弾性体１９の弾発力を変化させることにより調整することができる。加圧部材１８により発生する板材１６の内側周面１６ｃへの摩擦力が大きいと、板材１６の内側部分が変形し、また摩擦力が小さいと、突起部１３の凹凸が嵌合するために必要な圧力が得られず、板材１６間に隙間が発生したり、板材１６に反りが発生してしまう。そのため、隣接する突起部１３の凹凸が良好に嵌り合い、かつ板材１６の内側部分が変形しないように、摩擦力の調整が必要である。

また、加圧部材１８において板材１６の内側周面１６ｃに接する先端面は、ストレート形状よりも板材１６の形状に合わせて接する形状にすると、板材１６の内形部分を変形させる影響が少なく、摩擦力の調整が容易になる。

このような本実施形態の構成を採用することにより、板材１６の外側周面１６ａと内側周面１６ｃとに摩擦力を発生させることができるため、突起部１３の板材１６における設置位置ｒを０．４Ｒ＜ｒ＜０．７Ｒの範囲に設置することができる。

本実施形態のように、突起部１３の設置位置を前記０．４Ｒ＜ｒ＜０．７Ｒとなるように設定した積層体１７をモータのコアに用いたところ、鉄損（モータ損失）が５％程度減少した。また、積層体の平面度を、従来の０．０２程度から０．０１以下に向上させることができた。さらに、板材１６どうしのかしめ力も強固になる。この効果は、板厚が薄い０．３ｍｍ以下の場合に特に有効であった。

また、本実施形態において、前記かしめ用の突起部１３の設置位置ｒを０．４Ｒ＜ｒ＜０．７Ｒの範囲で円形状の板材１６における円周上に１列のみではなく、外側周面１６ａ近傍に１列、また内側周面１６ｂ近傍に１列というように、多列に突起部１３を配置させてもよい。そのようにすれば、さらに強固で反りの少ない積層体を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、突起部１３の位置ｒを２種類、例えば図６に示すように、第１突起部１３ａの位置をｒ１＝０．６Ｒに設置し、また第２突起部１３ｂの位置をｒ２＝０．５Ｒに設置して、かしめるようにすることも可能である。

なお、本実施形態では、前記第１摩擦力Ｆ１と、この第１摩擦力Ｆ１の作用する位置よりも板材１６のかしめ部分（突起部１３）の中心付近に作用する第２摩擦力Ｆ２とを板材１６に作用させて、薄板の板材１６のかしめによる積層体の製造を実施したが、板材１６の外側周面１６ａから中央方向に作用する第１摩擦力と、板材１６のかしめ部分の中心から外側周面１６ａに作用する第２摩擦力とを作用させることにより薄板のかしめを行ってもよい。

さらに、第１摩擦力を板材半径（直径）方向に作用させ、第２摩擦力を板材円周方向に作用させ、この状態で薄板のかしめを行ってもよい。また、第１摩擦力の方向と第２摩擦力の方向とのなす角度がそれぞれ任意の角度となるように、第１摩擦力の方向と第２摩擦力の方向とを設定し、薄板のかしめを行うようにしてもよい。

本発明は、内部に空間が必要な積層構造体（特に金属薄板の積層体）に適用され、かしめ用の突起部の設置位置を板材のより内側に設定することができるため、特に、薄い板の積層体を製作するのに有効であって、これにより、例えば電力効率に優れたモータを製作する場合に有効である。

本発明の実施形態を説明するための積層体製造装置の概略構成を示す正面断面図 本実施形態の側圧リング（製品が挿入された状態）の平面図 本実施形態の側圧リングの平面図 本実施形態の積層体の平面図 本実施形態の積層体のかしめ状態を示す正面断面図 本実施形態における板材の変形例を示す平面図 従来の積層体製造装置の概略構成を示す正面断面図 従来の側圧リング（製品が挿入された状態）の平面図 従来の側圧リングの平面図 従来の積層体の平面図 従来の積層体のかしめ状態を示す正面断面図

符号の説明

１１ 打抜きパンチ
１２ 原板材
１３，１３ａ，１３ｂ 突起部
１４ 打抜きダイ
１５ 側圧リング
１６ 板材
１６ａ 外側周面
１６ｃ 内側周面
１７ 積層体
１８ 加圧部材
１９ 弾性体
Ｆ１ 第１摩擦力
Ｆ２ 第２摩擦力

Claims (2)

1. それぞれ凹部と凸部とが設けられた複数の板材を側圧リング内に積載し、隣接する板材の前記凹部と前記凸部とを重ね合わせ、かつ前記凹部と前記凸部をかしめて積層体を製造する製造方法において、
   前記板材の外径よりも小さい前記側圧リングの内径部との間で第１摩擦力を発生させるように形成された外側周面と、前記側圧リングから前記側圧リングの中央へ延出する加圧部材が配置できるように前記外側周面よりも前記板材の内部に向かって形成されたスロット部と、前記加圧部材の先端との間で第２摩擦力を発生させるように形成された前記スロット部の内側周面とを備えた前記板材に対して、
   前記側圧リングの内径部で前記板材の外側周面に第１摩擦力を発生させ、かつ前記加圧部材の先端で前記スロット部の内側周面に第２摩擦力を発生させた状態で前記かしめを行うことを特徴とする積層体の製造方法。
2. 前記板材の積層面の中央部から前記外側周面までの距離Ｒと、前記板材の凸部と他の板材の凹部とのかしめ部分の中央部から前記板材の積層面の中央部までの距離ｒが、０．４Ｒ＜ｒ＜０．７Ｒを満たすことを特徴とする請求項１記載の積層体の製造方法。

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