JP5352445B2

JP5352445B2 - 積層鉄心の製造方法

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Publication number: JP5352445B2
Application number: JP2009298291A
Authority: JP
Inventors: 彰博橋本
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: CN102111042B; CN102111042A; JP2011139605A; US8286331B2; US20110154650A1

Description

本発明は、板状材料から歩留りよく板取りすることができ、かつ生産性にも優れた例えばステッピングモータに使用される固定子鉄心を含む積層鉄心の製造方法に関する。

従来、ステッピングモータ用の積層鉄心は、回転子鉄心と固定子鉄心のエアギャップが非常に小さいため、両鉄心片間の打ち抜きカスが幅狭となって、抜き途中で破断し、金型のダイ下方に落下せずに２度抜きすることがある。また、スクラップの引っ掛かりに起因して金型が破損する恐れもある。また、極歯（磁極軸片部）を所望の多数形状で打ち抜きできない場合には、回転子鉄心片と固定子鉄心片を別々の金型で打ち抜かねばならず、材料歩留りが低下し、非常にコストがかかるという問題があった。

上記した問題を解決するための従来技術として、例えば、特許文献１に記載のように、回転子鉄心片及び固定子鉄心片の少なくとも一方の表面に、コイニング処理によって、板厚方向に押圧して平たく伸ばした薄肉箇所を設け、一つの金型で回転子鉄心片と固定子鉄心片の共取りを可能にしたものが提案されていた。

また、特許文献２には特許文献１記載の積層鉄心の製造方法において、薄肉箇所が周方向にも伸びて、巻線を施す箇所に膨出部を形成するので、極歯の側面の膨出部を除去する仕上げ抜きを行っていた。

特許第２９５５８０４号公報特許第２８８７４２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、コイニングにより薄肉箇所を形成する際に、特に磁極先端部を内径方向に延伸する場合に、板厚方向片側を押圧しているので、磁極片部に反りが出てしまい、かしめ精度及びコアの内径精度が安定しないという問題があった。そして、延伸量を増やそうと押圧を深くいれた場合は反りも大きくなってしまい、製品品質に悪影響を与えていた。

一方、特許文献２記載の技術においては、薄肉部（薄肉箇所）を形成することによって周方向に発生する膨出部のみを除去しているが、磁極軸片部を押圧するとその変形は磁極軸片部の傾きのみでなく、その半径方向内側に連結される磁極歯片部の傾きも発生する。更に薄肉化によって延伸量を増やそうとする程、押圧が広く、深くなっていくため、スロット全体やパイロット孔に歪みを生じてしまい、これらは特許文献２記載の技術では修正が十分でなく、場合によって、コイニング工程以降の打ち抜き精度の悪化を招いたり、打ち抜かれた固定子鉄心片を積層して形成された固定子鉄心の各磁極の磁気的特性にバラツキが発生するという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、薄肉箇所を形成して磁極片部を延伸するに際して、磁極片部の反りをなくして磁極片部を延伸することが可能となり、かしめ精度及び回転子鉄心片と固定子鉄心片の共取り時の積層鉄心の寸法精度を向上する積層鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る積層鉄心の製造方法は、薄板条材から、１）回転子鉄心片と、２）該回転子鉄心片に軸心を合わせて配置され、環状のヨーク片部と該ヨーク片部の半径方向内側に一体的に連接されて磁極軸片部及び磁極歯片部を有する磁極片部とを備える固定子鉄心片を打ち抜き形成し、前記固定子鉄心片をダイ内で積層する積層鉄心の製造方法において、
前記固定子鉄心片の前記磁極片部は、隣り合う前記磁極片部を形成する仕上げスロットより小さい予備スロットを打ち抜きした後、前記磁極軸片部の一部又は全部のコイニング加工を行って前記磁極片部を半径方向内側に延伸し、しかる後に前記仕上げスロットを打ち抜き並びに前記磁極歯片部の成形を行って形成する。

本発明の積層鉄心の製造方法において、前記仕上げスロットの成形と同時に、又はその前後に前記コイニング加工によって発生した曲げくせを矯正する矯正加工を行うのが好ましい。
一般にコイニング加工を行うと、その箇所から内側の磁極軸片部及びこれに連結する磁極歯片部に反りが発生するので、この反り（曲げくせ）をプレスで押圧する又はストリッパーで押さえる等の矯正加工を行って曲げくせを無くす。特に、隣り合う磁極歯片部が連結している場合には、固定子鉄心片の半径方向内側が浮き上がる（又は下がる）ので、この矯正加工を行うことにより材料に塑性変形を発生させて平面化する。

そして、本発明の積層鉄心の製造方法においては、前記磁極片部の延伸は、板厚の３０〜８０％（好ましくは４６〜６５％、更に好ましくは５０〜６０％）の範囲で行うのが好ましい。板厚の延伸が短ければ磁極歯片部の半径方向の延伸量が不足し、多すぎると、材料厚も薄くなって磁気的特性も劣化し、かつ磁極片部の変形も大きくなる。

本発明の積層鉄心の製造方法において、前記薄板条材は初期工程で第１のパイロット孔を形成し、該第１のパイロット孔を基準にして、前記回転子鉄心片の打ち抜き、前記予備スロットの打ち抜き、前記コイニング加工、及び前記仕上げスロットの形成を行い、前記仕上げスロットの形成と同時又は形成後に、前記仕上げスロットを基準として第２のパイロット孔の形成を行い、該第２のパイロット孔を基準としてその後のプレス加工を行うのがよい。これによって、より正確な固定子鉄心片の製造が可能となる。

この場合、前記第２のパイロット孔は前記第１のパイロット孔より直径が大きく、前記第１のパイロット孔の上に抜き直し形成されるのがよい。なお、第２のパイロット孔を第１のパイロット孔と別位置に形成することもできる。

そして、この積層鉄心の製造方法において、上下に配置される前記固定子鉄心片はかしめ部を介して積層され、前記かしめ部は前記第２のパイロット孔を基準として形成されるのがよい。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、前記磁極歯片部は、半径方向内側に形成される環状片を残した状態で、前記磁極歯片部の半径方向内側に形成される隣り合う小歯を形成する第１のスリット及び隣り合う前記磁極片部を形成する第２のスリットを抜き落し形成した後、前記小歯の半径方向内側端部を形成する円形抜きを行って形成するのが好ましい。

この場合、前記環状片の半径方向最小幅部の幅は０．１ｍｍ以上であるのがよく、これによって、環状片を円形に保持した状態で切断ができる。

本発明に係る積層鉄心の製造方法は、固定子鉄心片の磁極片部を、隣り合う磁極片部を形成する仕上げスロットより小さい予備スロットを打ち抜きした後、磁極軸片部の一部又は全部をコイニング加工を行って磁極片部を半径方向内側に延伸し、しかる後に仕上げスロットを打ち抜き及び磁極歯片部の成形を行って形成するので、磁極軸片部のコイニング箇所を安定して延伸できると共に、コイニング加工後に仕上げスロットを打ち抜き形成することによって、コイニング加工によって変形した磁極片部を含むスロット全体を寸法通りに成形でき、固定子鉄心片の仕上げ精度が向上する。

更に、仕上げスロットの成形と同時に又はその前後にコイニング加工によって発生した曲げくせ（反り）を矯正する矯正加工を行うことによって、コイニング加工によって発生した磁極軸片部及びこれに続く磁極歯片部の変形を無くし、固定子鉄心片の平面化を図ることができる。

本発明に係る積層鉄心の製造方法において、磁極片部の延伸を、板厚の３０〜８０％の範囲で行うことによって、固定子鉄心片の内側に形成される小歯の形成代を十分に確保できる。

そして、この積層鉄心の製造方法において、薄板条材は初期工程で第１のパイロット孔を形成し、第１のパイロット孔を基準にして、回転子鉄心片の打ち抜き、予備スロットの打ち抜き、コイニング加工、及び仕上げスロットの形成を行い、仕上げスロットの形成と同時又は形成後に、仕上げスロットを基準として第２のパイロット孔の形成を行い、第２のパイロット孔を基準としてその後のプレス加工を行うことによって、コイニングによって生じる固定子鉄心片の変形を再度修正して、より精度の高い固定子鉄心片を製造できる。

ここで、第２のパイロット孔は第１のパイロット孔より直径が大きく、第１のパイロット孔の上に抜き直し形成することによって、薄板条材から固定子鉄心片を形成する板取り効率が向上できると共に、第１のパイロット孔が形成されている位置の有効利用ができる。

更に、上下に配置される固定子鉄心片をかしめ部を介して積層して、かしめ部を第２のパイロット孔を基準として形成することによって、磁極片部の形成位置を基準にして、かしめ部の形成位置を決定できる。

そして、本発明に係る積層鉄心の製造方法において、磁極軸片部は、半径方向内側に形成される環状片を残した状態で、磁極軸片部の半径方向内側に形成される隣り合う小歯を形成する第１のスリット及び隣り合う磁極片部（磁極歯片部）を形成する第２のスリットを抜き落し形成した後、小歯の半径方向内側端部を形成する円形抜きを行って形成することによって、小歯の溝及び半径方向内側の円弧精度を向上できる。また、刃物の精度を向上できる他、その寿命も増すことになる。

この場合、環状片の半径方向最小幅部の幅は０．１ｍｍ以上とすることによって、抜き落とされる環状片を環状の状態で切り落とすことができ、結果として、小歯の内側円の精度が向上する。

本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を用いて製造された固定子鉄心と回転子鉄心の斜視図である。（Ａ）は同固定子鉄心に用いる固定子鉄心片の斜視図、（Ｂ）はＡ−Ａ矢視断面図である。本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を示す工程図である。本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法を示す工程図である。本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法の説明図である。

図１に、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法によって製造された固定子鉄心１０及び回転子鉄心１１を示すが、これらはステッピングモータに使用され、固定子鉄心１０は平面視して環状のヨーク部１２とこのヨーク部１２の内側に設けられている複数の磁極部１３とを有している。固定子鉄心１０及び回転子鉄心１１はそれぞれ磁性鋼板からなる固定子鉄心片１４及び回転子鉄心片１５をかしめ積層して構成されている。なお、１６、１７はかしめ部を、１７ａは軸孔を示し、かしめ部１６、１７は周知の半抜きかしめ又はＶ字かしめが使用されている。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、固定子鉄心片１４は環状のヨーク片部１８と、ヨーク片部１８の半径方向内側に一体的に形成された複数（この実施の形態では８）の磁極片部１９とを有している。磁極片部１９はヨーク片部１８の内側に連結される磁極軸片部２０と、磁極軸片部２０の更に内側に連接される磁極歯片部２１とを有し、磁極歯片部２１の半径方向内側には複数の小歯２２がそれぞれ形成されている。この実施の形態では、各磁極軸片部２０の一部（又は全部）に半径方向には一定幅で周方向に連続するコイニング加工による溝２４が形成され、この部分に薄肉部（薄肉箇所）２５が形成されている。

図３、図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心の製造方法は、磁性鋼板からなる薄板条材２７を、（Ａ）〜（Ｋ）のステーションを有する金型装置（順送金型装置）を用い、（Ａ）〜（Ｋ）の工程を経て製造される。以下、これらについて詳しく説明する。

ステーション（Ａ）（即ち、工程（Ａ）、以下同じ）では、薄板条材２７に対となる第１のパイロット孔２８と固定子鉄心片１４の各磁極軸片部２０と磁極歯片部２１の周方向の概略形状を形成する予備スロット２９を形成する。この実施の形態では、磁極片部１９は８個（複数）有するので、８個の予備スロット２９を同時に形成する。なお、予備スロット２９は以下に説明する仕上げスロット３０に対して小さく、少し（例えば、板厚の０．５〜１０倍）の仕上げ代を有している。

ステーション（Ｂ）では、薄板条材２７を第１のパイロット孔２８で位置決めして、回転子鉄心片１５のかしめ部１７と軸孔１７ａを打ち抜き形成する。ステーション（Ｃ）はアイドルステーションである。なお、回転子鉄心片１５と固定子鉄心片１４は同一軸心上に形成される。

ステーション（Ｄ）では、回転子鉄心片１５を抜き落とす。抜き落とされた回転子鉄心片１５は金型内で積層されて回転子鉄心１１を形成する。
ステーション（Ｅ）では、第１のパイロット孔２８を基準にして、予備スロット２９で形成された磁極軸片部２０の一部をリング状のパンチで押圧して各磁極軸片部２０に対して均等にコイニング加工を行う。このとき、金型装置のストリッパーがコイニング部（溝２４）より半径方向外側領域を押さえ、コイニング部より半径方向内側を開放状態としているため、コイニングによる余肉が半径方向内側に逃げることになる。このコイニング加工によって磁極軸片部２０を半径方向内側に板厚の３０〜８０％延伸する。

コイニング加工によって形成される溝２４（即ち、薄肉部２５に相当する）は、磁極軸片部２０の最内側にあるのが好ましく、これによって、延伸された磁極歯片部２１の歪みを最小にすることができる。なお、コイニング加工によって伸びた部分の体積（板厚ｔ×磁極軸片部２０の幅×伸び代）は、略溝２４の体積（溝２４の深さ×磁極軸片部２０の幅×溝２４の半径方向長さａ）に一致する。溝２４が深すぎると磁極軸片部２０の磁気的特性が悪くなるので、溝２４の深さを板厚の０．１〜０．５倍（より好ましくは、０．１〜０．４倍）の範囲とするのが好ましい（図２（Ｂ）参照）。

この実施の形態においては、隣り合う磁極歯片部２１は周方向に連結されているので、磁極軸片部２０を半径方向内側に延伸すると、コイニング加工による曲げくせが発生し、磁極歯片部２１が浮き上がる。従って、次のステーションでこの浮き上がりを押さえるプレス加工を行う。このプレス加工は、次のステーション（Ｆ）で用いるストリッパーで薄板条材２７を押圧してもよいし、ステーション（Ｅ）とステーション（Ｆ）の間に（又はステーション（Ｆ）の後に）曲げくせの矯正を行う矯正加工ステーションを設けてもよい。

ステーション（Ｆ）では、初期工程で形成した第１のパイッロト孔２８を基準として、曲げくせが矯正された薄板条材２７の進行方向下流側にある第１のパイロット孔２８を拡径して第２パイロット孔３２を形成する（即ち、パイロット孔の抜き直し形成）と共に、最終的な磁極軸片部２０の形状及び磁極歯片部２１の円周方向の形状を形成する仕上げスロット３０を打ち抜く。このとき、仕上げスロット３０は予備スロット２９の全周又は一部を除く全周を含むように打ち抜かれる。なお、第２のパイロット孔３２は第１のパイロット孔２８と別位置に形成することもできる。また、仕上げスロット３０の形成後に第２のパイロット孔３２を形成することもできる。

ステーション（Ｇ）では、第２のパイロット孔３２を基準にして、磁極歯片部２１の半径方向内側に形成される小歯２２及び隣り合う磁極歯片部２１の輪郭をそれぞれ形成する第１、第２のスリット３３、３４の打ち抜きを行う。

この第１、第２のスリット３３、３４について図５を参照しながら詳細に説明する。
図５において、スリット３３、３４はハッチングで示す。予備スロット２９で形成される輪郭線３７を二点鎖線で、コイニング加工によって半径方向に延伸された予備スロット２９の輪郭線３８をその内側に二点鎖線で示す。コイニング加工前の回転子鉄心片１５の打ち抜きラインを二点鎖線３９で、コイニング加工後の回転子鉄心片１５のラインを実線４０で示す。なお、第２のスリット３４は仕上げスロット３０の形成領域を一部含むように、ミスマッチして形成されるため、磁極歯片部２１の両端部に位置する小歯２２に僅かに凹部Ｍが形成される。これにより、打ち抜きが重なり合う部分の抜き残しやバリの発生を防止することができる。

ステーション（Ｈ）では、第２のパイロット孔３２を基準にして、かしめ部１６を形成する。最下部に位置する固定子鉄心片１４ではかしめ部１６はかしめ貫通孔となっているが、それ以降に積層される固定子鉄心片１４ではかしめ部１６は下方に凸状となっている。このかしめ貫通孔を形成するステーションは、ステーション（Ｈ）の前に別ステーションとして設けることもできる。なお、図１、図２に示す固定子鉄心片１４では、磁極片部１９の半径方向外側と内側に交互にかしめ部１６を設けているが、図４のステーション（Ｈ）以降に示すように、各磁極片部１９の半径方向内側とヨーク片部１８に２磁極ピッチで設けることもできる。また、磁気特性の更なる改善を図る場合は、ヨーク片部１８のみに形成してもよい。

続いて、ステーション（Ｉ）では、小歯２２の内側輪郭を形成する半径ｒの円形抜きを行う。これによって形成される小歯２２の輪郭を実線４１で示す。その結果、図５に示すように、半径ｒの外形線と実線４０で示す環状片からなる切り滓４４が除去される。ステーション（Ｆ）、（Ｇ）及び（Ｉ）で小歯２２を形成する磁極歯片部２１の成形が完了する。

なお、最終的に小歯２２の溝形状と内形形状を有する金型（パンチ及びダイ）を用意して、小歯２２を形成することも可能であるが、金型の形状が複雑となるという問題がある。本実施の形態においては、小歯２２の溝と内形形状を別々の金型で打ち抜いているので、抜き滓（切り滓）４４が環状となるほか、金型の製造、メンテナンスが用意になるという利点がある。なお、切り滓４４の半径方向最小幅ｃは０．１ｍｍ（より、好ましくは０．２ｍｍ）以上とする。

次のステーション（Ｊ）で、固定子鉄心片１４の外形抜きを行い、ダイ内でかしめ積層する。ステーション（Ｋ）では固定子鉄心片１４及び回転子鉄心片１５が抜き落とされた薄板条材（スケルトン）を示す。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、寸法、磁極の数、極歯の形状を変更したものであっても本発明は適用される。
更には、磁極歯片部の内側に小歯を形成しない通常の固定子鉄心片を用いる積層鉄心にも本発明は適用される。

１０：固定子鉄心、１１：回転子鉄心、１２：ヨーク部、１３：磁極部、１４：固定子鉄心片、１５：回転子鉄心片、１６、１７：かしめ部、１７ａ：軸孔、１８：ヨーク片部、１９：磁極片部、２０：磁極軸片部、２１：磁極歯片部、２２：小歯、２４：溝、２５：薄肉部、２７：薄板条材、２８：第１のパイロット孔、２９：予備スロット、３０：仕上げスロット、３２：第２のパイロット孔、３３：第１のスリット、３４：第２のスリット、３７：予備スロットの輪郭線、３８：延伸した予備スロットの輪郭線、３９：二点鎖線（コイニング加工前の回転子鉄心片の打ち抜きライン）、４０：実線（コイニング加工後の回転子鉄心片の打ち抜きライン）、４１：実線（小歯の内径円）、４４：切り滓（抜き滓）、Ｍ：凹部

Claims

薄板条材から、１）回転子鉄心片と、２）該回転子鉄心片に軸心を合わせて配置され、環状のヨーク片部と該ヨーク片部の半径方向内側に一体的に連接されて磁極軸片部及び磁極歯片部を有する磁極片部とを備える固定子鉄心片を打ち抜き形成し、前記固定子鉄心片をダイ内で積層する積層鉄心の製造方法において、
前記固定子鉄心片の前記磁極片部は、隣り合う前記磁極片部を形成する仕上げスロットより小さい予備スロットを打ち抜きした後、前記磁極軸片部の一部又は全部のコイニング加工を行って前記磁極片部を半径方向内側に延伸し、しかる後に前記仕上げスロットを打ち抜き並びに前記磁極歯片部の成形を行って形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１記載の積層鉄心の製造方法において、前記仕上げスロットの成形と同時に又はその前後に前記コイニング加工によって発生した曲げくせを矯正する矯正加工を行うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１又は２記載の積層鉄心の製造方法において、前記磁極片部の延伸は、板厚の３０〜８０％の範囲で行うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記薄板条材は初期工程で第１のパイロット孔を形成し、該第１のパイロット孔を基準にして、前記回転子鉄心片の打ち抜き、前記予備スロットの打ち抜き、前記コイニング加工、及び前記仕上げスロットの形成を行い、前記仕上げスロットの形成と同時又は形成後に、前記仕上げスロットを基準として第２のパイロット孔の形成を行い、該第２のパイロット孔を基準としてその後のプレス加工を行うことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項４記載の積層鉄心の製造方法において、前記第２のパイロット孔は前記第１のパイロット孔より直径が大きく、前記第１のパイロット孔の上に抜き直し形成されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項４又は５記載の積層鉄心の製造方法において、上下に配置される前記固定子鉄心片はかしめ部を介して積層され、前記かしめ部は前記第２のパイロット孔を基準として形成されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項１〜６のいずれか１記載の積層鉄心の製造方法において、前記磁極歯片部は、半径方向内側に形成される環状片を残した状態で、前記磁極歯片部の半径方向内側に形成される隣り合う小歯を形成する第１のスリット及び隣り合う前記磁極片部を形成する第２のスリットを抜き落し形成した後、前記小歯の半径方向内側端部を形成する円形抜きを行って形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
請求項７記載の積層鉄心の製造方法において、前記環状片の半径方向最小幅部の幅は０．１ｍｍ以上であることを特徴とする積層鉄心の製造方法。