JP5469759B1 - 回転子鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】打ち抜きによる切り滓の発生を防止し、精度よくキー部を有する軸孔を形成でき、更に、鉄心片の厚み偏差をなくし、磁気的特性の平均化を行う回転子鉄心の製造方法及び回転子鉄心を提供する。
【解決手段】帯状金属薄板１８に、キー部１３、１４の輪郭を形成し、軸孔１２の内側に位置する内側領域２５と内側領域２５に連続し、軸孔１２の外側に位置する外側領域２６を有する打ち抜き孔２２、２３を、打ち抜き形成する第１工程と、キー部１３、１４を避ける凹部３５、３６を有し打ち抜き孔２２、２３に連通する軸孔１２を、打ち抜き形成する第２工程と、軸孔１２が形成された鉄心片１１を外形抜きして積層する第３工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸孔が設けられ、この軸孔には内側に突出するキー部が設けられたモータに使用する回転子鉄心及びその製造方法に関する。

従来、磁性を有する帯状金属薄板から固定子又は回転子等の円形板状の鉄心片を打ち抜き積層する場合、その板厚偏差を解消し、円周方向の磁気特性のバラツキを無くして回転子鉄心の均一化を図るために、積層する円形板状の各鉄心片を所定角度ずつ相対回転（例えば、積層途中の回転子鉄心を回転）させて所定の厚さに積層（所謂、転積）している。

特許文献１には回転子鉄心の製造方法が記載されており、各鉄心片の軸孔を加工するパンチ及びダイを所定角度（この例では９０度）ずつ角度位置を変えて、凹状のキー部を１枚毎に異なる位置に形成し、この鉄心片の積層時に、ダイ内で既に積層された鉄心片集合体を所定角度回転させながら鉄心片の積層、即ち、各鉄心片の転積を行っていた。

また、特許文献２には、軸孔内に対向して突出する（凸状の）キー部を有する回転子鉄心において、キー部の円周方向両側面にキー部の側面にその接線方向が連続する円弧部を設け、回転子が高速回転する場合にキー部の根元に発生する応力集中を軽減することが開示されている。

特開昭５６−４４３６７号公報 特開２００８−３１２３２１号公報

しかしながら、特許文献１記載の鉄心片の製造においては、対となるパンチ及びダイを回転させながら、キー部を形成する必要があり、極めて複雑な機械構成となり、更に、各キー部の位置精度が悪くなり、回転子鉄心の軸孔に挿入するシャフトと軸孔との精度が悪くなり、高精度のモータには適さないという問題があった。

また、特許文献２の技術は、キー部の根元に発生する応力集中を軽減して高速の回転子を造ることを目的としており、本発明とは課題が異なり、更に、特許文献１と同様、鉄心片に軸孔を形成する場合に発生するパンチ及びダイの消耗、プレス時に発生する抜き滓の問題、装置構成の簡略化による機械的精度の向上等については全く触れられていない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、軸孔に突出状態でキー部を有する回転子鉄心を、打ち抜きによる切り滓の発生を防止し、精度よくキー部を有する軸孔を形成でき、更に、鉄心片の厚み偏差をなくし、磁気的特性の平均化を行って製造する方法及び回転子鉄心を提供することを目的とする。

目的に沿う第１の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、磁性を有する帯状金属薄板から、中央に軸孔を有し該軸孔には半径方向内側に凸状となったキー部を有する鉄心片を打ち抜き、該鉄心片を複数枚積層して形成する回転子鉄心の製造方法であって、
前記帯状金属薄板に、前記キー部の輪郭を形成し、前記軸孔の内側に位置する内側領域と、前記内側領域に連続し、前記軸孔の外側に位置する外側領域を有する打ち抜き孔を、第１のパンチ及び該第１のパンチと対となる第１のダイを用いて、打ち抜き形成する第１工程と、
前記キー部を避ける凹部を有し前記打ち抜き孔に連通する前記軸孔を、第２のパンチ及び該第２のパンチと対となる第２のダイを用いて打ち抜き形成する第２工程と、
前記軸孔が形成された前記鉄心片を外形抜きして積層する第３工程とを有し、
前記第３工程で外形抜きされる鉄心片は、別位置で前記帯状金属薄板に形成される第１、第２の鉄心片を有し、
前記第１の鉄心片は前記第１工程で、前記打ち抜き孔が前記第２工程で形成される軸孔の０度位置と１８０度位置に対向して形成され、かつ前記軸孔の９０度位置及び２７０度位置には、前記内側領域を含み外側線が前記軸孔の範囲より大きい第１、第２の捨て孔が形成され、
前記第２の鉄心片は前記第１工程で、前記打ち抜き孔が前記第２工程で形成される軸孔の９０度位置と２７０度位置に対向して形成され、かつ前記軸孔の０度位置及び１８０度位置には、前記内側領域を含み外側線が前記軸孔の範囲より大きい第３、第４の捨て孔が形成され、
前記第２のパンチ及び前記第２のダイには前記軸孔を形成する刃物の他に、前記キー部を避ける前記凹部を形成して前記内側領域を抜き落とす刃物が、０度、９０度、１８０度、２７０度位置にそれぞれ設けられ、
前記第１、第２の鉄心片は、前記第３工程で９０度の転積を行いながら交互に積層される。

第２の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、第１の発明に係る回転子鉄心の製造方法において、前記第１〜第４の捨て孔は、前記キー部に対して円周方向に対称に形成されている。

第３の発明に係る回転子鉄心は、第１の発明に係る回転子鉄心の製造方法によって製造される回転子鉄心であって、前記軸孔の０度、９０度、１８０度、２７０度位置には、前記軸孔の真円の半径線を部分的に切断する切欠き凹部が形成されている。
なお、以上の第１〜第３の発明において、軸孔の０度、９０度、１８０度、２７０度位置は相対角度を示しており、軸孔の特定の位置を決めるわけではない。

第１、第２の発明に係る回転子鉄心の製造方法においては、帯状金属薄板に、キー部の輪郭を形成する打ち抜き孔と、キー部を避ける凹部を有する軸孔とを分けて、打ち抜き形成しているので、消耗期間が短い第１のパンチ及び第１のダイと、消耗期間の長い第２のパンチ及び第２のダイとを別々に効率的に管理できる。
特に、第１のパンチ及び第１のダイによって形成される打ち抜き孔は、キー部の輪郭を形成する内側領域と、これに連続し軸孔の外側に位置する外側領域とを有しているので、第１工程と第２工程の打ち抜き線を分離することができ、これによって、第１工程と第２工程の打ち抜き処理が異なる位置となり（即ち、打ち抜き輪郭線の一部が重なる）、抜き滓の発生がなくなる。

特に、第１、第２の発明に係る回転子鉄心の製造方法及び第３の発明に係る回転子鉄心は、上記作用効果の他、第１、第２のパンチ及びダイを回転させることなく、０度位置及び１８０度位置に、内側に突出するキー部を形成することができる。
更に、鉄心片は９０度角度で転積が可能となるので、厚み及び磁気的特性の均一な回転子鉄心を製造できる。

第２の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、第１〜第４の捨て孔が、キー部に対して円周方向に対称に形成されているので、刃物の均等消耗を確保でき、より鉄心片の形状均一性を確保できる。

また、第３の発明に係る回転子鉄心においては、回転子鉄心の軸孔の０度、９０度、１８０度、２７０度位置に、軸孔の真円の半径線を部分的に切断する切欠き凹部が形成されているので、軸孔に挿通するシャフトが、略９０度の円弧角に分かれて軸孔に接することになる。これによって、軸孔とシャフトの当たりが均等化し、応力集中が緩和され、より精密にシャフトを軸孔に位置決めすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法の説明図である。 同製造方法の第１工程における打ち抜き孔の拡大平面図である。 同製造方法で製造された回転子鉄心の斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法の説明図である。 同製造方法の第１工程における打ち抜き孔及び捨て孔の拡大平面図である。 軸孔を形成する第２のパンチの断面図である。 同製造方法で製造された回転子鉄心の斜視図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法について説明するが、理解を容易にするため、まず、製造された回転子鉄心１０について説明する。なお、回転子鉄心１０とこれに使用する鉄心片１１は平面視して形状が同一の場合、同一の符号を用いて説明する（以下の実施の形態においても同じ）。

図３に示すように、回転子鉄心１０は厚みが０．１５〜０．５ｍｍの複数枚の鉄心片１１を積層して形成され、中央に半径Ｒ（図２参照）の軸孔１２が、軸孔１２の半径方向外側領域には、図示しない複数の磁石挿入孔（特許文献２の図３、図４参照）が形成されている。軸孔１２の０度位置及び１８０度位置の対向する位置には、半径方向内側に凸状となったキー部１３、１４を備えている。キー部１３、１４の両側には軸孔１２の半径位置より外側まで食い込み、軸孔１２の外径とは段差を有して半径方向外側に凹となった窪み部１５、１６をそれぞれ備えている。鉄心片１１はかしめ積層、溶接、接合等によって固定され、一つの回転子鉄心１０を形成する（以下の実施の形態でも同じ）。

この回転子鉄心１０の製造方法について図１、図２を参照しながら説明する。
図示しないプレス装置内にフープ材からなり磁性を有する帯状金属薄板１８が、幅方向両側に予め設けられたパイロット孔１９、２０をガイドとして搬送される。この帯状金属薄板１８はプレス装置内の金型（図示せず）の１ショット動作と同期してパイロット孔１９のピッチ（＝パイロット孔２０のピッチ）毎に搬送されている。

まず、図１（Ａ）、図２に示すように、帯状金属薄板１８に、キー部１３、１４の輪郭を形成する打ち抜き孔２２、２３を、図示しない第１のパンチ及び第１のパンチと対となる第１のダイを用いて、打ち抜き形成する。この打ち抜き孔２２、２３は軸孔１２の円周方向０度位置と１８０度位置に対向して形成されている（以上、第１工程）。なお、この実施の形態においては、０度位置と１８０度位置を帯状金属薄板１８の幅方向に設定する。

図２に示すように、各打ち抜き孔２２、２３は軸孔１２の半径線２４の内側に位置する内側領域２５と、内側領域２５に連続し、軸孔１２の半径線２４の外側に位置する外側領域２６とを有する。そして、内側領域２５にキー部１３、１４の主要部、即ち半径方向内側部の輪郭が形成され、外側領域２６にキー部１３、１４の根元部分の輪郭が形成されている。内側領域２５と外側領域２６とは直線状の輪郭線２８、２９で連続され、外側領域２６には、キー部１３、１４の根元に円弧状の窪み部３０、３１が形成され、キー部１３、１４の根元に応力集中が生じないようにしている（以下の実施の形態でも同様）。

各打ち抜き孔２２、２３の輪郭線２８、２９の途中位置で半径線２４が交差し、外側領域２６の側部は軸孔１２に対して半径方向に幅を有する段３２、３３を形成して、内側領域２５に連結されている。
次に、図１（Ｂ）に示すように、図示しない第２のパンチとこれと対となる第２のダイによって、キー部１３、１４を避ける凹部３５、３６を有し、打ち抜き孔２２、２３に連続する軸孔１２を打ち抜き形成する（以上、第２工程）。第２のパンチ及び第２のダイの切断線を図２に二点鎖線で示す。

この後、図１（Ｃ）に示すように、鉄心片１１の外形抜きを行い、ダイ内に外形抜きした鉄心片１１を積層する。なお、この実施の形態では、鉄心片１１の所定位置に図示しないかしめ部を形成して各鉄心片１１をかしめ積層している。
この場合、図示しない周知のダイ回転駆動機構によって、一枚の鉄心片１１が積層される毎に、ダイを１８０度回転する。帯状金属薄板１８の幅方向に厚みの相違、又は磁気的特性の相違がある場合は、１８０度転積によって、回転子鉄心１０の特性が均一化される（以上、第３工程）。

続いて、本発明の第２の実施の形態に係る回転子鉄心４０の製造方法について説明する。まず、図７を参照しながら、この回転子鉄心４０の基本的構成について説明する。なお、第１の実施の形態に係る回転子鉄心１０及びその鉄心片１１と同一の構成を有するものは同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
図７に示すように、回転子鉄心４０は帯状金属薄板１８（図４参照）から打ち抜き形成された複数枚の鉄心片４１、４２（第１、第２の鉄心片の一例）を交互に積層して形成され、中央に軸孔４４とその周囲に図示しない複数の磁石挿入孔（特許文献２の図３、図４参照）を有している。

回転子鉄心４０の軸孔４４の０度位置、１８０度位置には対向するキー部１３、１４を有する。軸孔４４の９０度位置及び２７０度位置には、外側線５４（図５参照）が軸孔４４の真円の半径線（内径円）より外側にある凹溝５０、５１がそれぞれ形成されている。なお、凹溝５０、５１は後述する捨て孔５５、５６、５５ａ、５６ａの軸孔４４の半径方向外側領域になり、回転子鉄心４０を構成する鉄心片４１、４２の９０度転積が可能となる。また、この凹溝５０、５１は軸孔４４の９０度位置及び２７０度位置で軸孔４４の真円の半径線を部分的に切断する切欠き凹部を形成する。更に、外側線５４と外側線５４の両側にあって真円の半径線から半径方向外側に向いた線分とによって段が形成されている。

そして、回転子鉄心４０のキー部１３、１４の両側には軸孔４４の半径位置より外側まで食い込み、軸孔４４の外形（真円の半径線）とは段差を有し、半径方向外側に窪む窪み部１５、１６を備えている。この窪み部１５、１６が軸孔４４の真円の半径線（完全円）を軸孔４４の０度位置及び１８０度位置で切断する切欠き凹部を形成する。

以上の説明から明らかなように、回転子鉄心４０の軸孔４４の０度、９０度、１８０度、２７０度位置には、軸孔４４の真円の半径線を部分的に切断する切欠き凹部が設けられているので、シャフトと軸孔の接触性が向上し、応力集中を緩和し、より緊密かつ正確にシャフトを軸孔に固定することができる。
回転子鉄心４０は、鉄心片４１、４２がかしめ積層、溶接、接合等によって固定される。

次に、この回転子鉄心４０の製造方法について説明する。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、回転子鉄心４０の製造にあっては、異なる鉄心片４１、４２を順次製造する。図４（Ａ）及び図５に示すように、鉄心片４１を形成するに当たって、０度位置及び１８０度位置に、キー部１３、１４の輪郭を形成する打ち抜き孔２２、２３を第１のパンチ及び第１のダイによって形成する。この打ち抜き孔２２、２３は、第１の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法と同様、キー部１３、１４の輪郭を有し、軸孔４４の内側に位置する内側領域２５と、内側領域２５に直線（輪郭線２８、２９）で連続し、軸孔４４の外側に位置する外側領域２６を有する。

図５に示すように、鉄心片４１の軸孔４４の９０度位置、２７０度位置には、内側領域２５を含み、外側線５４が軸孔４４の半径位置より外側にある第１、第２の捨て孔５５、５６を左右対称に形成する。この第１、第２の捨て孔５５、５６の円周方向幅は、キー部１３、１４の幅より広いことが条件で、通常は打ち抜き孔２２、２３の円周方向幅と同一にするのがよい。

図４（Ｂ）に示すように、鉄心片４２の製造は鉄心片４１とは別工程（別位置）で行われ、鉄心片４１を製造する金型（パンチ及びダイ）とは別の金型を使用して製造される。
この鉄心片４２は、０度位置と１８０度位置に第３、第４の捨て孔５５ａ、５６ａが、９０度位置と２７０度位置には、打ち抜き孔２２、２３が、第１のパンチ及び第１のダイによってそれぞれ形成されている。従って、鉄心片４１を９０度回転すると、鉄心片４２の形状と同一となり、鉄心片４１の窪み部３０、３１は第３、第４の捨て孔５５ａ、５６ａの外側領域に一致することになり、鉄心片４２の窪み部３０、３１は第１、第２の捨て孔５５、５６の外側領域に一致することになる。

なお、１）鉄心片４１の製造にあっては、打ち抜き孔２２、２３と第１、第２の捨て孔５５、５６とを、２）鉄心片４２の製造にあっては、打ち抜き孔２２、２３と第３、第４の捨て孔５５ａ、５６ａとをそれぞれ加工するパンチ及びダイを一つの金型に造り込み、これらを同時に作動させるのが好ましい（以上、第１工程）。

この後、図４（Ｃ）に示すように、鉄心片４１、４２に第２のパンチ及び第２のダイによって、それぞれ軸孔４４と、キー部１３、１４を避ける凹部５７を形成する。第２のパンチ及び第２のダイには、軸孔４４を形成する刃物の他に、凹部５７を形成して内側領域２５を抜き落とす刃物が、０度、９０度、１８０度、２７０度位置に形成されている。この第２のパンチ及び第２のダイの切断形状の輪郭線５８を図６に実線で示す。この図に重ねて、鉄心片４１に形成される打ち抜き孔２２、２３（０度位置、１８０度位置）及び鉄心片４２に形成される打ち抜き孔２２、２３（９０度、２７０度）位置を示すが、キー部１３、１４を避ける凹部５７及びこれらを連結する軸孔４４の外形線（輪郭線５８）がそれぞれ形成されている。

輪郭線５８と２点鎖線で示す打ち抜き孔２２、２３が長さを有して重なることはない、即ち、同一の外形を２度抜きすることがないので、線状の切り滓等は発生しない。この加工によって、回転子鉄心１０の軸孔１２と同一形状のキー部１３、１４を備えた軸孔４４を有する鉄心片４１、４２が形成される（以上、第２工程）。
この後、図４（Ｄ）に示すように、鉄心片４１、４２の外形抜きを行い、ダイ内にこれらを積層するが、１枚の鉄心片４１、４２を積層するごとに積層された鉄心片４１、４２の９０度転積（即ち、ダイを９０度回転させる）を行う。これによって、幅方向に厚みが異なり、縦方向と横方向では磁気的特性が異なる帯状金属薄板１８からより均一厚み、より均一磁気的特性の回転子鉄心４０が製造できる（以上、第３工程）。

従って、本発明の第２の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法は、要約すると、０度位置及び１８０度位置に打ち抜き孔２２、２３を、９０度位置及び２７０度位置に第１、第２の捨て孔５５、５６を形成した鉄心片４１と、９０度位置及び２７０度位置に打ち抜き孔２２、２３を、０度位置及び１８０度位置に第３、第４の捨て孔５５ａ、５６ａを形成した鉄心片４２とを別々の工程で製造し、次に一つの工程で鉄心片４１、４２の軸孔４４を打ち抜き形成し、最後の工程で、鉄心片４１、４２の外形抜きを行って９０度転積を行っている。

鉄心片４１の軸孔４４の形成にあっては、帯状金属薄板１８の所定位置で、キー部１３、１４の輪郭を形成し、軸孔４４の内側に位置する内側領域２５と、内側領域２５に連続し、軸孔４４の外側に位置する外側領域２６を有する打ち抜き孔２２、２３が、０度位置、１８０度位置に形成され、かつ９０度位置及び２７０度位置に第１、第２の捨て孔５５、５６が形成されている。

また、鉄心片４２の軸孔４４の形成にあっては、帯状金属薄板１８の所定位置で、キー部１３、１４の輪郭を形成し、軸孔４４の内側に位置する内側領域２５と、内側領域２５に連続し、軸孔４４の外側に位置する外側領域２６を有する打ち抜き孔２２、２３が、９０度位置、２７０度位置に形成され、かつ０度位置及び１８０度位置に第３、第４の捨て孔５５ａ、５６ａが形成されている。
第１〜第４の捨て孔５５、５６、５５ａ、５６ａは、キー部１３、１４に対して円周方向に対称に形成されているのが好ましい。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、回転子鉄心に上下に貫通する重量軽減用の孔を設ける場合や、磁石挿入孔の数や配置が異なる場合であっても本発明は適用される。

１０：回転子鉄心、１１：鉄心片、１２：軸孔、１３、１４：キー部、１５、１６：窪み部、１８：帯状金属薄板、１９、２０：パイロット孔、２２、２３：打ち抜き孔、２４：半径線、２５：内側領域、２６：外側領域、２８、２９：輪郭線、３０、３１：窪み部、３２、３３：段、３５、３６：凹部、４０：回転子鉄心、４１、４２：鉄心片、４４：軸孔、５０、５１：凹溝、５４：外側線、５５：第１の捨て孔、５６：第２の捨て孔、５５ａ：第３の捨て孔、５６ａ：第４の捨て孔、５７：凹部、５８：輪郭線

Claims (3)

1. 磁性を有する帯状金属薄板から、中央に軸孔を有し該軸孔には半径方向内側に凸状となったキー部を有する鉄心片を打ち抜き、該鉄心片を複数枚積層して形成する回転子鉄心の製造方法であって、
   前記帯状金属薄板に、前記キー部の輪郭を形成し、前記軸孔の内側に位置する内側領域と、前記内側領域に連続し、前記軸孔の外側に位置する外側領域を有する打ち抜き孔を、第１のパンチ及び該第１のパンチと対となる第１のダイを用いて、打ち抜き形成する第１工程と、
   前記キー部を避ける凹部を有し前記打ち抜き孔に連通する前記軸孔を、第２のパンチ及び該第２のパンチと対となる第２のダイを用いて打ち抜き形成する第２工程と、
   前記軸孔が形成された前記鉄心片を外形抜きして積層する第３工程とを有し、
   前記第３工程で外形抜きされる鉄心片は、別位置で前記帯状金属薄板に形成される第１、第２の鉄心片を有し、
   前記第１の鉄心片は前記第１工程で、前記打ち抜き孔が前記第２工程で形成される軸孔の０度位置と１８０度位置に対向して形成され、かつ前記軸孔の９０度位置及び２７０度位置には、前記内側領域を含み外側線が前記軸孔の範囲より大きい第１、第２の捨て孔が形成され、
   前記第２の鉄心片は前記第１工程で、前記打ち抜き孔が前記第２工程で形成される軸孔の９０度位置と２７０度位置に対向して形成され、かつ前記軸孔の０度位置及び１８０度位置には、前記内側領域を含み外側線が前記軸孔の範囲より大きい第３、第４の捨て孔が形成され、
   前記第２のパンチ及び前記第２のダイには前記軸孔を形成する刃物の他に、前記キー部を避ける前記凹部を形成して前記内側領域を抜き落とす刃物が、０度、９０度、１８０度、２７０度位置にそれぞれ設けられ、
   前記第１、第２の鉄心片は、前記第３工程で９０度の転積を行いながら交互に積層されることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の回転子鉄心の製造方法において、前記第１〜第４の捨て孔は、前記キー部に対して円周方向に対称に形成されていることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
3. 請求項１記載の回転子鉄心の製造方法によって製造される回転子鉄心であって、前記軸孔の０度、９０度、１８０度、２７０度位置には、前記軸孔の真円の半径線を部分的に切断する切欠き凹部が形成されていることを特徴とする回転子鉄心。

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