JP5323400B2 - 積層鉄心の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子や回転子等に用いられる積層鉄心の製造装置に関し、特に、複数の鉄心薄板が熱硬化性接着剤により固着された積層鉄心の製造装置に関する。

モータ等の回転電機用の積層鉄心は一般に、電磁鋼板のフープ材（帯状薄鋼板）を素材として、順送り金型装置により製造される。順送り金型装置では、フープ材に対してパイロット孔やスロット部、内径ティース等の型抜き加工が順次行われて鉄心薄板が連続的にかたちづくられ、外形打抜き後の鉄心薄板を所定の枚数積層して固着させることにより積層鉄心が製造される。鉄心薄板の固着には、各鉄心薄板にかしめ用の凹凸を形成しておき、積層時に圧着させてかしめ結合させる積層かしめ法や、積層後にレーザ溶接等によって鉄心薄板を結合する積層溶接法も存在するが、結合部位の磁気特性の劣化等が生じ難いことから、順送り金型装置内でフープ材の表面に熱硬化性や熱可塑性の接着剤を塗布し、外形打抜きと同時に鉄心薄板を積層して接着させる積層接着法が広く採用されている。

熱硬化性の接着剤を用いた積層接着法では、積層される鉄心薄板に塗布された接着剤を硬化させるための加熱装置（ヒータ等の熱源）が設けられる場合がある。そのような場合、加熱装置周辺に位置するダイ等の部材が高温となって熱膨張や変形等が生じることにより、加工精度が低下する等の不都合が生じることがあるため、加熱装置からその周辺の部材への熱伝達を抑制する等の対策がなされている。

例えば、表面に加熱・加圧することにより接着力を生じる絶縁被膜を施した電磁鋼板をシート状に打抜き、得られたシート状鉄心を所定枚数積層した後に加熱・加圧して一体化する積層鉄心の製造方法において、上型および下型により打抜かれたシート状鉄心を下型内に積層していき、下型の上側には打抜き用ダイを配置し、下型の中央部には誘導加熱する高周波誘導加熱装置を配置し、下型の下部側にはワーク保持用ダイを配置し、高周波誘導装置の上下には打抜き用ダイとワーク保持用ダイへの熱伝導を遮断する断熱材を設け、前記下型の中央部の高周波誘導加熱装置により加熱して積層したシート状鉄心を接着して一体化する積層鉄心の製造方法が知られている（特許文献１参照）。

また、上記のような熱伝達の抑制のかわりに、加熱装置周辺を冷却する方法も考えられる。例えば、ダイやスクイズリング等の周辺に外部から冷却用流体を導くための流路を設け、当該冷却用流体によりダイやスクイズリング等を冷却する技術が知られている（特許文献２参照）。

特開２００５−２１０８１７号公報 特開２００７−２６８５４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、加熱コイル（高周波誘導加熱装置）の上下に断熱材を設けた構成であるため、加熱コイルの周囲への熱伝達を抑制することができないという問題があった。また、積層鉄心の製造装置を高速で稼働させたり、断熱材の設置スペースを小さく設定したりする場合には、汎用の断熱材では周囲に悪影響を及ぼさない程度まで熱伝達を抑制することが難しいという問題もあった。

また、上記特許文献２に記載された発明では、金型内に冷却用流体を導くための流路を設ける必要があるため、金型の構造が複雑化かつ大型化し、装置コストも嵩むという問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、接着剤を硬化させる加熱手段を備えた場合であっても、金型の構成を複雑化させることなく、加熱手段からその周囲の部材への不要な熱伝達を効果的に抑制することを可能とする積層鉄心の製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、熱硬化性の接着剤により複数の鉄心薄板（２）を積層接着してなる積層鉄心（１）を製造する装置（１１）であって、帯状薄鋼板（３）に対して所定の型抜きを行う型抜き手段（１４〜１６，２４〜２６）と、前記型抜きされた前記帯状薄鋼板から前記鉄心薄板の外形を打抜く外形打抜き手段（１７，２７）と、前記鉄心薄板または前記帯状薄鋼板において前記鉄心薄板が形成される部位に接着剤を塗布する接着剤塗布手段（２１）と、前記外形打抜き手段の打抜き方向側に配置され、前記鉄心薄板が内部に積層される積層手段と、前記積層手段の内部に積層された前記鉄心薄板間に付着した前記接着剤を加熱して硬化させる加熱手段（３２）と、前記加熱手段の周囲を覆うように設けられた真空層を内部に有する真空断熱手段（３３）とを備えた構成とする。

上記課題を解決するためになされた第２の発明として、前記外形打抜き手段は、外形打抜きパンチ（１７）と外形打抜きダイ（２７）とを有し、前記積層手段は、前記外形打抜きダイに隣接して設けられた筒状のスクイズリング（３１）を有し、前記加熱手段は、前記スクイズリングの周囲に配置された構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明として、前記積層手段は、前記スクイズリングの両軸端を挟み込む一対の断熱部材（４１，４２）を更に有する構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第４の発明として、前記加熱手段は、前記スクイズリングの外周面に設けられた環状凹部（３１ｅ）に収容された構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第５の発明として、前記真空断熱手段は、その内周面（３３ａ）が前記スクイズリングの外周面（３１ｂ）に接するように設けられた構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第６の発明は、前記外形打抜きダイ内においてその軸線方向に移動自在に配置され、前記鉄心薄板を支持する支持手段（６１）を更に有する構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第７の発明として、真空層を内部に有する第２の真空断熱手段（５３）を更に備え、前記第２の真空断熱手段が、前記接着剤塗布手段および前記型抜き手段と、前記加熱手段とを隔てるように配置された構成とすることができる。

上記第１の発明によれば、接着剤を硬化させる加熱手段を備えた場合であっても、その加熱手段の周囲を覆うように設けられた真空層を内部に有する真空断熱手段を備えることで、冷却用流体を導く場合のように金型の構成を複雑化させることなく、加熱手段からその周囲の部材への不要な熱伝達を効果的に抑制することが可能となる。

上記第２の発明によれば、鉄心薄板が積層接着されるスクイズリングからその周囲の部材への不要な熱伝達をより効果的に抑制することが可能となる。

上記第３の発明によれば、スクイズリングの両端部からその周囲の部材への不要な熱伝達をより効果的に抑制することが可能となる。

上記第４の発明によれば、スクイズリングの周囲に真空断熱手段を設けることが容易となり、真空断熱手段を備えることによる金型の構成の複雑化を回避することができる。

上記第５の発明によれば、加熱手段およびスクイズリングからその周囲の部材への不要な熱伝達をより効果的に抑制することが可能となる。

上記第６の発明によれば、スクイズリングと外形打抜きダイとの間に断熱部材を設けた場合でも、積層される鉄心薄板を外形打抜きダイ内において安定的に支持することが可能となる。

上記第７の発明によれば、加熱手段から接着剤塗布手段および型抜き手段への不要な熱伝達をより確実に抑制することが可能となる。

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は本発明に係る積層鉄心の製造装置により製造された積層鉄心の模式的な斜視図であり、図２は図１の積層鉄心についてのストリップレイアウトの一例を示す図である。

図１に示すように、積層鉄心１は、例えば、モータの回転子（ロータ）として用いられるものであり、熱硬化性の接着剤により所定枚数の鉄心薄板２が積層接着された構成を有する。積層鉄心１は、中央に軸孔ｄが設けられ、この軸孔ｄの周囲には所定間隔で複数のスロットＳが設けられている。

図２に示すように、積層鉄心１の製造工程は、鉄心薄板の基本形状を形成する型抜き工程（１）〜（３）と、鉄心薄板（より厳密には、フープ材３において鉄心薄板が形成される部位）に接着剤を塗布する接着剤塗布工程（４）と、鉄心薄板の外形を打抜く外形打抜き工程（５）と、鉄心薄板を積層する積層工程（６）と、積層された鉄心薄板を加熱する加熱工程（７）とからなる。

フープ材３は、型抜き工程において、パイロット孔Ｐの打抜き（１）と、スロットＳの打抜き（２）と、軸孔ｄの打抜き（３）とを順次施されて、鉄心薄板２の基本形状が形成される。続く接着剤塗布工程（４）において、鉄心薄板の接着剤塗布面における所定部位Ｅに熱硬化性の接着剤がスポット状に塗布される。なお、計量用の鉄心薄板（即ち、積層鉄心１の最下層に位置する鉄心薄板）に対しては接着剤の塗布は行われない。

次に、外形打抜き工程（５）において、鉄心薄板の外形Ｄが打抜かれて鉄心薄板２が完成する。打抜かれた鉄心薄板２は、積層工程（６）において順次積層され、更に加熱工程（７）において各鉄心薄板２間の接着剤が加熱によって硬化することで、互いに固着される。

図３は本発明の積層鉄心の製造装置を構成する順送り金型装置の概略構成図であり、図４は加熱工程に対応する下金型の構成の一部を説明する拡大図であり、図５は図４Ｘ部の拡大詳細図である。なお、図３の順送り金型装置１１に示した（１）〜（７）の符号は、図２に示した各工程（１）〜（７）との対応を示すものである。

図３に示すように、順送り金型装置１１は、上下方向に移動する上金型１２とこれに対向する下金型１３との間において、それらを横切る方向にフープ材３を間欠移送しながら、図２に示した各工程（１）〜（７）を実施するものである。

上金型１２には、型抜き工程（１）〜（３）を実施するための各種の型抜きパンチ１４〜１６と、外形打抜き工程（５）を実施するための外形打抜きパンチ１７とが装着されている。一方、下金型１３には、型抜きパンチ１４〜１６とそれぞれ対をなす型抜きダイ２４〜２６と、外形打抜きパンチ１７と対をなす外形打抜きダイ２７とが装着されている。また、上金型１２にはストリッパープレート２０が取り付けられており、このストリッパープレート２０は、その下降動作によりフープ材３を下金型１３の上面１３ａに当接させ、型抜きまたは打抜き加工後にフープ材３から各パンチ１４〜１７を容易に離間させる。

パンチ１４はパイロット孔Ｐを打抜くための先端形状を有する。フープ材３が図３の矢印方向に間欠移送される際には、打抜かれたパイロット孔Ｐに図示しないパイロットピンが挿入されることで、型抜き工程（１）〜（３）、接着剤塗布工程（４）および外形打抜き工程（５）におけるフープ材３の位置合わせが可能となる。型抜きパンチ１５，１６は、それぞれスロットＳおよび軸孔ｄを打抜くための先端形状を有し、また、外形打抜きパンチ１７は、外形Ｄを打抜くための先端形状を有する。

また、下金型１３には、接着剤塗布工程（４）を実施するための接着剤塗布装置２１が設けられている。この接着剤塗布装置２１は、周知の装置であるため詳細な説明は省略するが、鉄心薄板（フープ材３において鉄心薄板が形成される部位）の接着剤塗布面（ここでは、下面）に向けて適量の接着剤を吐出することで、所定位置にスポット状に接着剤を塗布する。

図４および図５に示すように、打抜かれた鉄心薄板２がその内部に順次積層される外形打抜きダイ２７の下方には、積層工程（６）を実施するための略円筒状のスクイズリング３１が設けられている。スクイズリング３１は、その内周面３１ａが鉄心薄板２の外周と圧接するように設けられており、これにより、外形打抜きダイ２７から順次押し込まれる鉄心薄板が互いに密着する。スクイズリング３１の外周面３１ｂには、その周方向に沿って環状の凹部３１ｅが設けられている。この凹部３１ｅには、加熱工程（７）を実施するための加熱ヒータ３２が収容されている。加熱ヒータ３２としては、例えば、凹部３１ｅに収容可能な略円筒状に形成されたシリコンラバーヒータを用いることができる。

このようにスクイズリング３１の環状凹部３１ｅに加熱ヒータ３２を収容させることで、スクイズリングの周囲に加熱ヒータ３２を設置する作業（位置決め等）が容易となり、下金型１３の構成の複雑化を回避することができる。

スクイズリング３１の外側には、その外周面３１ｂを覆うように真空断熱体３３が設けられている。この真空断熱体３３は、例えば、ステンレス鋼によって形成され、スクイズリング３１と同心の略円筒状を呈し、スクイズリングの外周面３１ｂに接する内壁３３ａとこれに対向する外壁３３ｂとからなる二重構造を有する。内壁３３ａおよび外壁３３ｂの上下端は上壁３３ｃおよび下壁３３ｄによりそれぞれ連結されており、これにより、真空断熱体３３の内部には密閉された真空状態の真空層Ｖが画成されている。なお、真空層Ｖの大きさや形状は図４，５に示したものに限らず適宜変更可能である。

このような真空断熱体３３を設けて加熱ヒータ３２を外囲することにより、接着剤を硬化させるための加熱ヒータ３２を備えた場合であっても、下金型１３の構成を複雑化させることなく、加熱ヒータ３２からその周囲の部材（外形打抜きダイ２７や下金型１３の一部など）への不要な熱伝達を効果的に抑制することが可能となる。真空断熱体３３は、スクイズリング３１の外周面３１ｂに沿って設けられているため、スクイズリング３１からその周囲の部材への不要な熱伝達をより効果的に抑制することができる。真空断熱体３３は、真空層Ｖにより、断熱性に優れ、しかも軽量化や省スペース化が容易である。また、加熱ヒータ３２から周囲への放熱が抑制されることにより、加熱ヒータ３２の出力を低減できるという省エネ効果も期待できる。

円筒状の真空断熱体３３がスクイズリング３１の全周を覆うように配置されることで、スクイズリング３１の周囲の部材への不要な熱伝達が効果的に抑制されるが、加熱ヒータ３２による加熱の程度やその周囲部材の配置によっては、スクイズリング３１の外周面３１ｂの一部を覆うように真空断熱体３３を配置してもよい。また、真空断熱体３３を複数に分割したような態様で、真空層を内部に有する複数の真空断熱体が、スクイズリング３１の外周面３１ｂに沿って連ねて配置される構成も可能である。

スクイズリング３１の上面３１ｃおよび下面３１ｄは、それぞれ真空断熱体３３の上壁３３ｃおよび下壁３３ｄと略同じ高さに位置する。スクイズリング３１および真空断熱体３３の両軸端には、それらをともに挟み込むように一対の断熱部材４１，４２が設けられている。断熱部材４１,４２は、低熱伝導率かつ低熱膨張率係数の材料で環状をなすように形成される。断熱部材４１,４２の材料としては、例えば、カーボン繊維をエポキシ、ポリイミドなどの樹脂で成形したＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）を用いることができる。断熱部材４１,４２の内周面４１ａ，４２ａは、積層される鉄心薄板２側に露出して、外形打抜きダイ２７の内周面２７ａおよびスクイズリング３１の内周面３１ａと連なるように形成されている。また、断熱部材４１,４２の外周面４１ｂ，４２ｂは、真空断熱体３３の外周面３３ｂと連なるように形成されている。上側の断熱部材４１は、その上下面４１ｃ，４１ｄを外形打抜きダイ２７およびスクイズリング３１で挟持される。

このように断熱部材４１,４２を設けることにより、スクイズリング３１および真空断熱体３３の両端部からその周囲の部材（外形打抜きダイ２７や下金型１３の一部など）への不要な熱伝達をより効果的に抑制することが可能となる。

また、真空断熱体３３の外側には、略円筒状のホルダユニット５１が設けられている。図６にも示すように、真空断熱体３３および断熱部材４１，４２がホルダユニット５１に嵌入されることで、真空断熱体３３、断熱部材４１，４２、スクイズリング３１および加熱ヒータ３２が一体的に収容された積層ユニット５２が構成される。このような積層ユニット５２を構成することにより、真空断熱体３３を保護しつつ、安定的な断熱効果を達成することが可能となる。ホルダユニット５１に熱伝導率が比較的小さい材料を用いることで、断熱効果を一層高めることが可能である。

図４に示すように、ホルダユニット５１の一方側には、真空断熱体３３と同様の真空層Ｖを内部に有する第２の真空断熱体５３が設けられている。この第２の真空断熱体５３は、下金型１３において加熱工程（７）に用いられる加熱ヒータ３２と、これに隣接する接着剤塗布工程（４）に用いられる接着剤塗布装置２１との間を隔てるように配置される。第２の真空断熱体５３は、下金型１３の高さ方向において、下金型１３の上面１３ａ近傍からホルダユニット５１の下面位置まで延在する。第２の真空断熱体５３は、例えば、ホルダユニット５１の一方側の外周面を覆うように設けた半円筒状として構成したり、ホルダユニット５１の一方側の外周面と接する平板状として構成したりすることができる。

このような第２の真空断熱体５３を更に設けることにより、加熱ヒータ３２から接着剤塗布装置２１および型抜きダイ２６等への不要な熱伝達をより確実に抑制することが可能となり、隣接する工程への悪影響を回避することができる。

上記構成の順送り金型装置１１において、図１に示した積層鉄心１を製造する場合、まず、フープ材３は、間欠移送されながら、型抜きパンチ１４〜１６によってパイロット孔Ｐ、軸孔ｄおよびスロットＳが順次打抜かれる。続いて、鉄心薄板の下面に接着剤塗布装置２１によって接着剤が塗布される。その後、外形打抜きパンチ１７によって鉄心薄板の外形が打抜かれ、打抜き後の鉄心薄板が外形打抜きダイ２７内に押し込まれる。外形打抜きダイ２７内に押し込まれた鉄心薄板は、先に打抜かれた鉄心薄板上に積層され、新たな鉄心薄板が積層される度に外形打抜きダイ２７下部のスクイズリング３１内へと順次押し込まれる。

スクイズリング３１内に押し込まれた鉄心薄板は、スクイズリング３１の内周面に圧接しながら移動することで互いに密着する。このとき、加熱ヒータ３２の加熱により各鉄心薄板間の接着剤が硬化し、これにより、所定枚数の鉄心薄板が固着された積層鉄心が形成される。最終的にスクイズリング３１の下部から排出された積層鉄心は、周知の搬出装置を用いて装置外に押し出され、次工程に送られる。

図７は図４に示した下金型の構成の変形例を示す図である。この変形例では、外形打抜きダイ２７の内部に、外形打抜きダイ２７内で積層される鉄心薄板（積層体）を支持する支持装置６１が設けられている。支持装置６１は、フープ材３から分離された鉄心薄板が載置される受け台６２と、この受け台６２を支持する支軸６３と、この支軸６３の下端に接続され、支軸６３をその軸方向変位させて受け台６２の昇降動作を行う昇降機構６４とを有している。この昇降機構６４により、受け台６２は、外形打抜きダイ２７の上端付近の上限位置から、スクイズリング３１下方の下限位置（搬出位置）の間を昇降可能である。昇降機構６４は、例えば、油圧シリンダから構成される。

図７の変形例に係る順送り金型装置において、図１に示した積層鉄心１を製造する場合、支持装置６１の受け台６２は、上限位置において積層鉄心の最下層となる鉄心薄板が載置された後、新たな鉄心薄板が積層されるたびに、その鉄心薄板１枚の厚み分だけ下降する。この支持装置６１により、外形打抜きダイ２７内において積層される鉄心薄板を安定的に支持できるため、積層鉄心の密着性を向上させることができる。また、スクイズリング３１と外形打抜きダイ２７との間に断熱部材４１を設けた場合でも、積層される鉄心薄板を外形打抜きダイ２７内において安定的に支持することが可能となるという利点もある。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、接着剤を加熱して硬化させる加熱手段として、実施形態で示した加熱ヒータの代わりに励磁コイルを設置し、鉄心薄板に渦電流を発生させて、そのジュール熱で加熱する方式を用いてもよい。

本発明により製造された積層鉄心の模式的な斜視図 図１の積層鉄心についてのストリップレイアウトの一例を示す図 本発明に係る順送り金型装置の概略構成図 図３に示した下金型の構成の一部を説明する拡大図 図４Ｘ部の拡大詳細図 積層ユニットの分解斜視図 図４に示した下金型の構成の変形例を示す図

符号の説明

１ 積層鉄心
２ 鉄心薄板
３ フープ材
１１ 順送り金型装置
１２ 上金型
１３ 下金型
１４〜１６ 型抜きパンチ
１７ 外形打抜きパンチ
２０ ストリッパープレート
２１ 接着剤塗布装置
２４〜２６ 型抜きダイ
２７ 外形打抜きダイ
３１ スクイズリング
３１ｅ 凹部
３２ 加熱ヒータ
３３ 真空断熱体
５１ ホルダユニット
５２ 積層ユニット
５３ 第２の真空断熱体
６１ 支持装置
６２ 受け台
６４ 昇降機構
ｄ 軸孔
Ｄ 外形
Ｐ パイロット孔
Ｓ スロット
Ｖ 真空層

Claims (4)

1. 熱硬化性の接着剤により複数の鉄心薄板を積層接着してなる積層鉄心を製造する装置であって、
   帯状薄鋼板に対して所定の型抜きを行う型抜き手段と、
   前記型抜きされた前記帯状薄鋼板から前記鉄心薄板の外形を打抜く外形打抜き手段と、
   前記鉄心薄板または前記帯状薄鋼板において前記鉄心薄板が形成される部位に接着剤を塗布する接着剤塗布手段と、
   前記外形打抜き手段の打抜き方向側に配置され、前記鉄心薄板が内部に積層される積層手段と、
   前記積層手段の内部に積層された前記鉄心薄板間に付着した前記接着剤を加熱して硬化させる加熱手段と、
   前記加熱手段の周囲を覆うように設けられた真空層を内部に有する真空断熱手段と
   を備え、
   前記外形打抜き手段は、外形打抜きパンチと外形打抜きダイとを有し、
   前記積層手段は、前記外形打抜きダイに隣接して設けられた筒状のスクイズリングを有し、
   前記加熱手段は、前記スクイズリングの外周面に設けられた環状凹部に収容され、
   前記真空断熱手段は、前記環状凹部の開口を塞ぐように前記スクイズリングの外周面を覆うことを特徴とする積層鉄心の製造装置。
2. 前記積層手段は、前記スクイズリングの両軸端を挟み込む一対の断熱部材を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の積層鉄心の製造装置。
3. 前記外形打抜きダイ内においてその軸線方向に移動自在に配置され、前記鉄心薄板を支持する支持手段を更に有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の積層鉄心の製造装置。
4. 熱硬化性の接着剤により複数の鉄心薄板を積層接着してなる積層鉄心を製造する装置であって、
   帯状薄鋼板に対して所定の型抜きを行う型抜き手段と、
   前記型抜きされた前記帯状薄鋼板から前記鉄心薄板の外形を打抜く外形打抜き手段と、
   前記鉄心薄板または前記帯状薄鋼板において前記鉄心薄板が形成される部位に接着剤を塗布する接着剤塗布手段と、
   前記外形打抜き手段の打抜き方向側に配置され、前記鉄心薄板が内部に積層される積層手段と、
   前記積層手段の内部に積層された前記鉄心薄板間に付着した前記接着剤を加熱して硬化させる加熱手段と、
   真空層を内部に有する第１及び第２の真空断熱手段と、
   を備え、
   前記第１の真空断熱手段は、前記加熱手段の周囲を覆うように設けられ、
   前記第２の真空断熱手段は、前記接着剤塗布手段および前記型抜き手段と、前記加熱手段とを隔てるように配置されたことを特徴とする積層鉄心の製造装置。

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