JP5556060B2 - 積層体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、珪素鋼板等の金属板材から打抜いた単板を積層固着して構成するモータやトランスの積層鉄心等の積層体の製造方法および製造装置に関するものである。

従来、モータやトランス等の積層鉄心を製造する場合、表面に接着剤の塗布された珪素鋼板等の金属板材を所定の形状に打抜き、打抜いた単板を保持ブロック体内に落下させて順次積層する。この保持ブロック体内において、積層された単板を加圧しながら誘導加熱によって加熱する。加熱することによって単板上の接着剤を溶融して、保持ブロック体で加圧規制しながら複数の単板を相互に接着する。接着後の積層体を保持ブロック体から順次押し出して積層体を得る製造方法があった（例えば、特許文献１参照）。

図５は特許文献１に記載された従来の積層体の製造装置を示す側面断面図である。図５において、表面に接着剤の塗布された金属板材１０をプレス機構によりパンチ１とダイ２の打抜き部で所定の形状の単板３に打抜き、打抜いた単板３は下方に順次押し出される。打抜き部の下方に配置された複数の保持ブロック体４で圧力発生源７により側方加圧しながら、保持ブロック体４の外周に配置された高周波加熱源５によって保持ブロック体４に加圧規制された単板３を加熱する。単板３を加熱することによって単板３上の接着剤を溶融して相互に接着し、複数の単板３を接着した積層体６を保持ブロック体４から順次押し出して積層体６を得ていた。

特開２００２−３０７６３６号公報

近年、モータには従来以上の省電力化や振動・騒音の低減など求められているが、従来の積層体を得るためのかしめ固着による積層方法やレーザー固着による積層方法では積層された単板が固着部分で導通しており、これがモータの電力損失の要因になっている。

このため、積層品の固着部分が導通せず、電力損失を最小限に抑えることのできる積層固着方式である接着剤による積層方法が考案されており、接着剤による積層方法によって省電力化に対して電流の損失を低減し、さらに振動・騒音の低減には積層体の高精度化することが必要になってきている。

しかしながら、前記従来の構成ではプレス機構で打抜いた単板は保持ブロック体で側方加圧および加熱され、順次押し出されて積層体として取り出されるが、加熱されながら積層体として取り出されているため、十分な放熱が行われておらず、取り出し時の積層体の温度が接着剤の溶融硬化反応温度よりも高くなる。そのため、単板間の接着剤が完全に硬化しておらず、取り出し時の振動や取り出し後の積層体を自然冷却した時、積層体の各部分の熱収縮力の違いによって積層体の接着面にずれや変形が生じて垂直度・平行度等が悪化するために必要な精度が得られないという課題を有していた。

本発明は前記の課題を解決するもので、所望の垂直度・平行度の精度が悪化しないよう接着剤が完全に硬化した状態で積層体を取り出す積層体の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した積層体の製造方法は、表面に接着剤の塗布された板材を所定の形状に打抜いた単板を保持ブロック体内に押し出して順次積層し、保持ブロック体において、積層された単板を側方加圧しながら加熱手段により加熱して単板の表面の接着剤を溶融し、単板を保持ブロック体をなす複数の保持ブロックで加圧規制しながら冷却手段により溶融した接着剤の温度を下げて固化させた後に、保持ブロック体から複数の単板からなる積層体を順次押し出すことを特徴とする。

また、請求項２に記載した発明は、請求項１の積層体の製造方法であって、単板を複数の保持ブロックで加圧規制しながら冷却手段により冷却して接着剤を固化させる際に、複数の保持ブロックのうち少なくとも１つの保持ブロックの冷却温度を変えて冷却することを特徴とする。

また、請求項３に記載した積層体の製造装置は、表面に接着剤の塗布された板材を所定の形状の単板に打抜く打抜き部と、打抜き部の下方に積層した単板を側方加圧する複数の保持ブロックからなる保持ブロック体と、保持ブロック体に加圧規制された単板を加熱する加熱手段と、加熱手段の下方で保持ブロック体に加圧規制された複数の単板からなる積層体を冷却する冷却手段とを備え、保持ブロック体から積層体を順次押し出すことを特徴とする。

また、請求項４〜７に記載した発明は、請求項３の積層体の製造装置の単板を加圧規制しながら冷却手段により冷却して接着剤を固化させる複数の保持ブロックにおいて、複数の保持ブロックのうち少なくとも１つの保持ブロックの冷却温度を変えて冷却すること、また冷却手段は、保持ブロック体から押し出される積層体の進行方向とは逆方向に冷媒を流す冷却回路を有すること、また、保持ブロックの単板と接する面に部分的に凸部を設けること、また保持ブロック体の上下のそれぞれの保持ブロックを介して単板を加圧する圧力発生源をさらに備え、単板の積層方向の下流側の圧力発生源の加圧力が、単板の積層方向の上流側の圧力発生源の加圧力より大きいことを特徴とする。

前述した製造方法および装置によれば、保持ブロック体で積層した単板を加圧規制しながら単板上に塗布された接着剤を固化でき、精度のよい積層体を得ることができる。

本発明によれば、積層体の垂直度・平行度の精度を向上することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１における積層体の製造装置の側面断面図 本発明の実施形態２における加熱された積層体の温度分布図 本発明の実施形態２における積層体の製造装置の平面断面図 本発明の実施形態４における保持ブロックの平面断面図 従来の積層体の製造装置を示す側面断面図

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における積層体の製造装置の側面断面図である。ここで、前記従来例を示す図５において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を用いて示し、その詳細な説明を一部省略する。

図１において、パンチ１とダイ２は表面に接着剤の塗布された金属板材１０をプレス機構により所定の形状の単板３に打抜く打抜き部である。打抜き部の下方に積層された単板３を上下に配置された圧力発生源７によって側方加圧する複数の保持ブロック体４と、保持ブロック体４の外周に保持ブロック体４により加圧規制された単板３を加熱する加熱手段の高周波加熱源５を配置している。保持ブロック体４は高周波加熱源５の内側に配置されているため、積層した単板３を加熱する際に加熱されることを防ぐために非磁性材料または絶縁材料で構成されている。

さらに、保持ブロック体４の下方には冷却手段の冷却回路１５を有して、積層された単板３を冷却かつ加圧する複数の保持ブロックからなる保持ブロック体１４があり、保持ブロック体１４は上下に配置された圧力発生源１７により積層された単板３を側方加圧している。圧力発生源１７は単板３を側方加圧することにより単板３と保持ブロック体１４との間に摩擦力を発生させ、打抜かれた単板３が順次押し出される際に単板同志を単板の進行方向に加圧密着させる。

また、保持ブロック体１４は下方に押し出される単板３を所望の精度に整列させる役割も果たす。さらに、保持ブロック体１４に配置された冷却回路１５は冷却穴が配置され、そこに冷媒が順次流されており、高周波加熱源５により加熱されて押し出されてくる積層した単板３の熱量を奪う。冷媒には水、油、エマルジョン、空気、窒素ガス、ＣＯ_２などを使用する。また、冷媒の代わりに、ヒートパイプの一端を保持ブロック体１４に挿入し、ヒートパイプの他端を冷媒で冷却することで単板３の熱量を奪う方式としてもよい。

係る構成によれば高周波加熱源５により加熱されて押し出されてくる単板３を保持ブロック体１４で所望の精度に積層整列し、かつ具備している冷却回路１５により溶融した単板３上の接着剤を溶融硬化反応温度まで下げ、接着剤を完全に固化させた後に、保持ブロック体１４から複数の単板３からなる積層体６を順次押し出して積層体６を得ることにより、積層体６の垂直度・平行度の精度を向上することができる。

また、本実施形態１において、圧力発生源１７はばね等で保持ブロック体１４を押圧しているが、油圧シリンダ、空圧シリンダ等を使用して保持ブロック体１４を積層した単板３の方向に可動させることで単板３を側方加圧してもよい。

（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２における加熱された積層体の温度分布図、また図３は積層体の製造装置の平面断面図である。なお、図２，図３において、図１で説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を用いて示し、その詳細な説明を一部省略する。

また、図２において、高周波加熱源により加熱された積層した単板３の温度分布は、単板３の外周部分の温度が高くなっており、内側にいくに従って温度が低くなっている。しかし、積層した単板内の最大温度や最低温度の分布は単板３の平面形状に依存しており、単純に外周部分の温度が最大となるわけではない。したがって、強制冷却する際にも積層した単板３の温度分布に合わせた冷却方法が必要となる場合がある。

図３において、積層した単板３の温度分布が異なるため、例えば保持ブロック体１４をなす複数の保持ブロック１４ａ〜１４ｄのうち、例えば単板３の熱量の大きい部分に隣接している保持ブロック１４ａは冷却回路１５ａの冷媒温度を低くする、または冷媒速度を速くする、または冷却回路１５ａの冷却穴の断面積を大きくする、または冷却回路１５ａの冷却穴の数を増やす等により冷却温度を低くするため冷却能力を上げる。

係る構成によれば、不均一に加熱された単板３をできるだけ均一に冷却することができ、単板３の熱収縮による寸法変化の差異を小さくできることから、積層体６の垂直度・平行度の精度を向上することができる。

なお、本実施形態２において、保持ブロック体１４の冷却能力を上げる際に保持ブロック体１４の材料を非磁性の超硬またはりん青銅、アームズブロンズ、ベリリウム銅などの銅合金、または表面を陽極酸化して酸化膜をつけたアルミ合金などの熱伝導性のよい材料を使用することで冷却能力に差をつけてもよい。

（実施形態３）
図１において、保持ブロック体１４の各保持ブロックに配置される冷却回路１５（冷却穴）は積層した単板３が押し出されてくる方向と平行に配置し、冷却回路１５に流す冷媒は積層した複数の単板３からなる積層体６が保持ブロック体１４から押し出される進行方向とは逆方向に流す。

係る構成によれば、保持ブロック体１４の下方にいくほど保持ブロック体１４に配置された冷却回路１５に流れる冷媒の温度は初期温度に近くなっており、保持ブロック体１４の冷却能力は保持ブロック体１４の下方ほど冷却能力が高い状態になり、保持ブロック体１４から排出される積層体６の温度管理が容易になる。このことにより、積層体６の垂直度・平行度の精度を向上することができる。

（実施形態４）
図４は本発明の実施形態４における保持ブロック体の平面断面図である。また、図４において、図３で説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を用いて示し、その詳細な説明を一部省略する。

図４に示すように、保持ブロック１４ａ〜１４ｄを積層した単板３を所望の精度に積層整列および冷却するため単板３に対して４方向に配置し、単板３を側方から加圧するとともに冷却している。しかし、保持ブロック１４ａ〜１４ｄにおいて、単板３と接する面は単板３の形状に依存し、保持ブロック１４ａおよび保持ブロック１４ｃは、単板３の曲面で接触することになる。この曲面で接触させると、保持ブロック１４ａ，１４ｃと単板３は冷却されていく過程で温度が変化するため、各々の熱膨張係数の違いによって、保持ブロック１４ａ，１４ｃと単板３が接触する部分が変化して単板３の整列精度が悪化する。

そのため、保持ブロック１４ａ，１４ｃには単板３との接触面に少なくとも１つの部分的凸部を設け、保持ブロック１４ａ，１４ｃと単板３が温度変化しても接触する部分が変化しない場所に凸部１８を配置する。

係る構成によれば、保持ブロック体１４と単板３は冷却されていく過程で温度変化をしても接触する位置が変化せず、安定して所望の精度に単板３を整列させ、積層体６の垂直度・平行度の精度を向上することができる。

なお、本実施形態４において、保持ブロック１４ａ〜１４ｄは４方向に配置しているが、単板３の形状によって少なくとも２方向に配置すればよい。また、保持ブロック１４ａ，１４ｃの凸部１８は単板３形状の曲率と保持ブロック１４ａ，１４ｃの曲率を変えることで、温度変化しても接触する部分が変化しないようにしてもよい。

（実施形態５）
図１において、保持ブロック体１４には上下に圧力発生源１７がそれぞれ配置され、これらの圧力発生源１７により積層された単板３を側方加圧している。保持ブロック体１４に配置されるそれぞれの圧力発生源１７は、単板３の積層方向の下流側となる積層体６の取り出し側端部の圧力発生源１７の加圧力が、単板３の積層方向の上流側となる打抜き部側端部の圧力発生源１７の加圧力より大きい。

係る構成によれば、保持ブロック体１４と積層した単板３が冷却されていく過程で温度変化し、取り出し側の単板３が小さくなることにより、単板３への側方加圧力が不安定にならず、保持ブロック体１４の取り出し側端部の側方加圧力を常時安定して作用させることができ、安定して所望の精度に積層した単板３を整列させ、積層体６の垂直度・平行度の精度を向上することができる。

本発明に係る積層体の製造方法および製造装置は、プレス加工により安価な構成で効率的に積層体の垂直度・平行度の精度を向上することができ、モータやトランスの積層鉄心以外に金属製立体形状体の製造方法や製造装置にも適用できる。

１ パンチ
２ ダイ
３ 単板
４，１４ 保持ブロック体
５ 高周波加熱源
６ 積層体
７，１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 圧力発生源
１０ 金属板材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 保持ブロック
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 冷却回路
１８ 凸部

Claims (7)

1. 表面に接着剤の塗布された板材を所定の形状に打抜いた単板を保持ブロック体内に押し出して順次積層し、
   前記保持ブロック体において、積層された前記単板を側方加圧しながら加熱手段により加熱して前記単板の表面の接着剤を溶融し、
   前記単板を前記保持ブロック体をなす複数の保持ブロックで加圧規制しながら冷却手段により前記溶融した接着剤の温度を下げて固化させた後に、前記保持ブロック体から複数の単板からなる積層体を順次押し出すことを特徴とする積層体の製造方法。
2. 前記単板を複数の保持ブロックで加圧規制しながら冷却手段により冷却して接着剤を固化させる際に、前記複数の保持ブロックのうち少なくとも１つの保持ブロックの冷却温度を変えて冷却することを特徴とする請求項１記載の積層体の製造方法。
3. 表面に接着剤の塗布された板材を所定の形状の単板に打抜く打抜き部と、前記打抜き部の下方に積層した前記単板を側方加圧する複数の保持ブロックからなる保持ブロック体と、前記保持ブロックに加圧規制された前記単板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の下方で前記保持ブロック体に加圧規制された複数の前記単板からなる積層体を冷却する冷却手段とを備え、前記保持ブロック体から前記積層体を順次押し出すことを特徴とする積層体の製造装置。
4. 前記複数の保持ブロックのうち少なくとも１つの保持ブロックの冷却温度を変えて冷却することを特徴とする請求項３記載の積層体の製造装置。
5. 前記冷却手段は、前記保持ブロック体から押し出される前記積層体の進行方向とは逆方向に冷媒を流す冷却回路を有することを特徴とする請求項３記載の積層体の製造装置。
6. 前記保持ブロックの前記単板と接する面に部分的に凸部を設けることを特徴とする請求項３記載の積層体の製造装置。
7. 前記保持ブロック体の上下のそれぞれに、前記保持ブロックを介して前記単板を加圧する圧力発生源をさらに備え、
   前記単板の積層方向の下流側の圧力発生源の加圧力が、前記単板の積層方向の上流側の圧力発生源の加圧力より大きいことを特徴とする請求項３記載の積層体の製造装置。

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