JP6911698B2

JP6911698B2 - 回転電機用コアの製造装置

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Publication number: JP6911698B2
Application number: JP2017203597A
Authority: JP
Inventors: 宏金原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: JP2019076910A

Description

本開示は、回転電機用コアの製造装置に係り、特に、複数のコア薄板をカシメ積層して積層コアを成形する回転電機用コアの製造装置に関する。

回転電機のロータのコア及びステータのコアには、磁性体薄板を所定の形状に成形したコア薄板を積層した積層コアが用いられる。コア薄板は、順送プレス成形装置を用い、帯状の薄板金属材料に対し、スリット部や軸穴部等の打抜加工を順次行い、カシメ突起を成形し外形打落を行って成形される。複数のコア薄板の積層は、１つのコア薄板におけるカシメ突起の凹部と、次に積み重ねるコア薄板におけるカシメ突起の凸部とを嵌合させカシメ付けることで行われる（特許文献１）。

特許文献２には、プレス装置等において、下金型に置かれたワークに上金型が当接するタッチ点の確定方法として、手動動作による目視方法、プレス装置の駆動電流の検出値を用いる方法、上金型に取付けた荷重計の荷重増加を用いる方法が述べられている。

特許文献３には、プレス装置において上金型を支持するスライドの下死点位置の検出のために、プレス装置の支柱に対向するスライドの面にスケールを設け、支柱に設けた読取センサによってスケールを読み取ることが開示されている。

特開平８−２２８４６１号公報特開平１１−３００５００号公報特開２０１１−１７３１４０号公報

コア薄板にカシメ突起を設けて複数のコア薄板を積層する場合、カシメ突起のコア薄板の表面の凹部の深さと裏面の凸部の高さとはほぼ同じであるので、カシメ突起の大きさを代表して、凹部の深さをカシメ深さと呼ぶ。カシメ深さが深すぎると凹部が破断しやすく、カシメ深さが浅いと積層の締結力が不足する。そこで、カシメ深さを所定の許容精度内に収める必要がある。一方で、コア薄板の素材である金属板ワークには板厚のばらつきがあり、カシメ深さの精度には、金属板ワークの板厚のばらつきが加算されることになる。したがって、金属板ワークの板厚のばらつきの影響を考慮して、かしめ深さを所定の許容精度内に収める必要がある。

カシメ突起の成形に用いられる順送プレス成形装置等には、従来から下死点の検出やその制御が行われているが、金属板ワークの板厚のばらつきを加工工程で直接的に測定することは困難である。そこで、素材の金属板ワークの板厚にばらつきがあっても、コア薄板にカシメ突起を成形する場合のカシメ深さを許容精度内に確保できる回転電機用コアの製造装置が要望される。

本開示に係る回転電機用コアの製造装置は、複数のコア薄板がカシメ積層された積層コアを成形する回転電機用コアの製造装置であって、コア薄板の素材である金属板ワークが配置された下金型と、金属板ワークにカシメ突起を成形するカシメパンチを有し下金型の上方側に対向して配置された上金型と、カシメパンチに懸る圧力を検出するためにカシメパンチに設けられたカシメ圧力検出部と、上金型を上下方向に所定のストロークで往復運動させる往復運動機構と、上金型の下死点におけるカシメパンチの下端位置と下金型の基準高さ位置との間の距離をカシメパンチのダイハイトとして、カシメ圧力検出部の検出結果に応じてダイハイトを調整するダイハイト調整部と、を備える。

金属板ワークにカシメ突起を成形する場合のカシメ深さとカシメパンチのカシメ圧力との間には、例えば、カシメ深さを深くするとカシメ圧力が高くなり、カシメ深さが浅いとカシメ圧力が低くなる等の相関関係がある。換言すれば、カシメ圧力が過大の場合はカシメ深さが深すぎ、カシメ圧力が過小の場合はカシメ深さが浅すぎると考えられる。金属板ワークの板厚がばらつく場合、カシメパンチの高さ位置であるダイハイトを同じとして、板厚が厚い方向にばらつくと、カシメ深さが深くなりすぎ、カシメ圧力が過大になる。逆に、板厚が薄い方向にばらつくと、カシメ深さが浅くなりすぎ、カシメ圧力が過小になる。

上記構成によれば、カシメパンチにカシメ圧力検出部が設けられ、カシメ突起成形の際のカシメパンチの圧力を検出できる。したがって、金属板ワークの板厚を測定しなくても、検出されたカシメパンチの圧力に応じてダイハイトをリアルタイムで調整することが可能になる。例えば、予め定めた所定の圧力許容範囲と検出圧力とを比較し、検出圧力が圧力許容範囲を超えて大きい場合にはダイハイトを小さくし、検出圧力が圧力許容範囲を超えて小さい場合にはダイハイトを大きくする。これにより、素材の金属板ワークの板厚にばらつきがあっても、板厚の測定を行うことなく、次のカシメ突起成形の工程におけるダイハイトが適切になり、そのカシメ深さを所定の許容精度の範囲内に収めることができるので、コア薄板の複数枚の積層が適切に行える。

上記構成の回転電機用コアの製造装置によれば、素材の金属板ワークの板厚にばらつきがあっても、コア薄板にカシメ突起を成形する場合のカシメ深さを許容精度の範囲内に確保できる。

実施の形態における回転電機用コアの製造装置の構成図である。図１の回転電機用コアの製造装置において、素材の金属板ワークが順次搬送されて成形される過程を示す図である。図２（ａ）は、各成形ステーションを示す図であり、（ｂ）は、各成形ステーションにおける金属板ワークの上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図２のカシメ・切落ステーションにおける詳細工程を示す図である。図３（ａ）は、カシメ・切落ステーションに軸穴抜きが終わった金属板ワークが搬送された状態を示す図であり、（ｂ）は、カシメパンチによるカシメ突起成形とカシメ付けが行われた状態を示す図であり、（ｃ）は、切落が行われた状態を示す図である。（ｄ）は、積層コアの斜視図である。図１において、カシメパンチの部分と、金属板ワークとの関係を示す図である。図４（ａ）は、カシメパンチとそれに設けられるカシメ圧力検出部の部分の断面図であり、（ｂ）は、１枚の金属板ワークについてカシメ突起を示す図である。金属板ワークの板厚のばらつき範囲と、カシメ深さの許容精度との比較図である。金属板ワークの板厚がばらついた場合において、所定のカシメ深さを確保するためのカシメパンチのダイハイトの例を示す図である。実施の形態における回転電機用コアの製造装置において用いられるカシメ・切落成形方法の手順を示すフローチャートである。カシメパンチとカシメ圧力検出部について他の構成例を示す図である。図７のカシメ・切落成形方法を用いない従来技術において、カシメ突起を有する複数のコア薄板の積層例を示す図である。カシメ突起を有する複数のコア薄板の積層例について、従来技術を用いた場合と、図７のカシメ・切落成形方法を用いた場合の比較図である。

以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、積層コアとして、回転電機のロータコアを述べるが、これは説明のための例示であって、ステータコアであってもよい。以下に述べる積層コアを構成するコア薄板の枚数、カシメ突起の個数、形状、材質等は、説明のための例示であって、回転電機用コアの製造装置の仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、回転電機用コアの製造装置１０の構成図である。以下では、特に断らない限り、回転電機用コアの製造装置１０を、コアの製造装置１０と呼ぶ。コアの製造装置１０は、素材である金属板ワーク８を複数の成形ステーションに順次搬送して、所定の形状を有するコア薄板９０の成形を行い、複数のコア薄板９０をカシメ積層して積層コア９２（図３参照）を成形する順送プレス成形装置である。図２は、コアの製造装置１０の各成形ステーションにおいて、金属板ワーク８が順次搬送されて成形される過程を示す図である。図３は、各成形ステーションの内で、カシメパンチ４０を用いて加工が行われるカシメ・切落ステーションにおける詳細工程を示す図である。

最初に、図１を用いて、コアの製造装置１０の基本構成を説明し、次に、図２を用いて、コアの製造装置１０の各成形ステーションの内容を述べ、図３を用いて、カシメパンチ４０を用いるカシメ・切落ステーションの詳細を述べる。そして、再び図１に戻り、コアの製造装置１０におけるカシメ深さの制御について説明する。

図１において、コアの製造装置１０は、金属板ワーク８が配置される下金型３０、及び、カシメパンチ４０を有し下金型３０に対向して配置された上金型５０と、制御装置７０とを備える。

コアの製造装置１０は、基台であるベース１２、ベース１２の上方側に設けられ内部に駆動機構１３を含むクラウン１４、ベース１２から立設してクラウン１４を支持する２つの柱部であるコラム１６を含む。さらに、コラム１６に案内されて上下方向に移動可能なスライド部１８と、クラウン１４に設けられる駆動機構１３の駆動力をスライド部１８に伝達するスライド駆動部２０を含む。

図１に、コアの製造装置１０についての上下方向を示す。上下方向は、重力方向に平行な方向で、ベース１２側が下方側であり、クラウン１４側が上方側である。上下方向は、カシメ突起８０の成形方向でもあり、カシメ突起８０の成形に用いるカシメパンチ４０が上下する軸方向でもある。以下では、特に断らない限り、コアの製造装置１０の上下方向を軸方向と示す。

クラウン１４に設けられる駆動機構１３は、スライド駆動部２０を介してスライド部１８をコラム１６に沿って上下方向に所定のストロークで駆動する往復運動機構である。往復運動機構としては、出力軸が回転するモータと、モータの出力軸に接続されたクランク軸とで構成されるクランク運動機構が用いられる。クランク運動機構に代えて、所定の往復ストロークを有する油圧昇降機構を用いてもよい。

駆動機構１３をクランク運動機構等の往復運動機構で行う場合は、上金型５０の最下降点は、往復運動機構の下死点に当たることから、上金型５０の最下降点は上金型５０の下死点と呼ばれる。そこで、往復運動機構の所定ストロークの下限位置を、下金型３０の基準高さ位置ＧＬから測り、これを上金型５０の下死点位置ＬＤＰと呼ぶ。下金型３０の基準高さ位置ＧＬは、下金型３０の上面の高さ位置に取る。これは例示であって、コアの製造装置１０においてこれ以外の高さ位置を下金型３０の基準高さ位置ＧＬとしてよい。

スライド部１８は、コラム１６に案内されて軸方向に沿って上下する部材である。スライド駆動部２０は、スライド部１８の上方側に設けられ、クラウン１４に内蔵される駆動機構１３の駆動力をスライド部１８に伝達する機構部品で、例えば、昇降軸と軸受等で構成される。

下金型３０は、ベース１２の上面に設けられ、金属板ワーク８を所定の位置に配置して保持するワーク保持金型である。金属板ワーク８は、車両に搭載される回転電機用コアに用いられる素材としての磁性体薄板のシートで、コイル状に巻かれ、図示しない搬送機構によって、コイルの巻始め端の側から順次、下金型３０の上に搬送される。

上金型５０は、スライド部１８の下方側の底面に固定して取り付けられる。上金型５０は、下金型３０に対向して配置され、下金型３０と一組になって、金属板ワーク８の搬送方向に沿って複数の成形ステーションを成形する。

以上が、コアの製造装置１０の基本構成である。図２は、コアの製造装置１０において、磁性体薄板のシートから回転電機のロータに用いられるロータコアを成形する複数の成形ステーションの内容を示す図である。図２（ａ）に示すように、複数の成形ステーションは、成形工程の上流側から下流側に向かって、搬入ステーション、パイロット穴ステーション、スリット抜きステーション、軸穴抜きステーション、カシメ・切落ステーション、搬出ステーションの順に配置される。図２（ｂ）と（ｃ）は、各成形ステーションにおける金属板ワーク８の状態を示す図で、（ｂ）は金属板ワーク８の上面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

搬入ステーションでは、コイル状に巻かれた状態の磁性体薄板のシートを長尺の金属板ワーク８として引き出し、下金型３０のパイロット穴ステーションに配置する。磁性体の薄板シートとしては、電磁鋼板のシートを用いることができる。

パイロット穴ステーションでは、長尺の金属板ワーク８に、長手方向に沿って所定ピッチで複数の送り穴であるパイロット穴３２を打ち抜く成形が行われる。金属板ワーク８は、このパイロット穴３２を用いて搬送され、下流側の各ステーションにおいては、パイロット穴３２によって金属板ワーク８の成形領域の位置決めが行われる。図２（ｂ）の例では、４つのパイロット穴３２で囲まれた領域が、各成形ステーションにおける成形領域である。

パイロット穴３２の成形が終わると、長尺の金属板ワーク８は、パイロット穴３２の１ピッチ分下流側に送られ、スリット抜きステーションの成形領域に位置決めされる。スリット抜きステーションでは、ロータの複数の磁石挿入孔３４を打ち抜く成形が行われる。磁石挿入孔３４の成形が終わると、金属板ワーク８は、パイロット穴３２の１ピッチ分下流側に送られ、軸穴抜きステーションの成形領域に位置決めされる。軸穴抜きステーションでは、ロータの中心穴である軸穴３６を打ち抜く成形が行われる。軸穴３６の成形が終わると、金属板ワーク８は、パイロット穴３２の１ピッチ分下流側に送られ、カシメ・切落ステーションの成形領域に位置決めされる。

カシメ・切落ステーションでは、複数のカシメ突起８０が成形され、その次に、ロータコアの外形となる円環状に切り落とす外形抜きが行われ、円環状のコア薄板９０が成形される。カシメ・切落ステーションの部分の下金型３０には、切り落されたコア薄板９０を受け止める受台３１が設けられる。受台３１の上には、既に先行する成形過程でカシメ突起８０が成形され外形抜きされて切り落されたコア薄板９０が載置されている。カシメ・切落ステーションでは、搬送されてきた金属板ワーク８にカシメ突起８０が成形されるとその下面の凸部が、受台３１の上に既に載置されているコア薄板９０のカシメ突起８０の凹部に嵌め込まれカシメ付けられる。その後、外形抜きが行われる。

図２（ｃ）の例では、受台３１の上に、互いにカシメ付けられて積層された４枚のコア薄板９０が載置されている。その上に金属板ワーク８が搬送されてカシメ突起８０が成形され、その下面の凸部が、受台３１の上の４枚のコア薄板９０の内で最も上側に載置されているコア薄板９０の上面の凹部に嵌め込まれカシメ付けられる。図２は、カシメ付けが行われ外形抜きが行われる直前の状態を示す。

図３は、カシメ・切落ステーションにおいて行なわれる複数の成形工程について、順を追って示す断面図である。図３の各図は、図２（ｃ）と同様に、図２（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図３の各図では、下金型３０及び受台３１の図示を省略し、代わって、上金型５０のカシメパンチ４０とその上に設けられるカシメ圧力検出部６０を示す。また、カシメ・切落ステーションに搬送されカシメ突起８０、外形抜きの成形が行われて５枚目のコア薄板９０となる部分を斜線で示す。

図３（ａ）は、先行して成形されて積層された４枚のコア薄板９０の上に、金属板ワーク８が搬送された状態を示す図である。金属板ワーク８には、磁石挿入孔３４と軸穴３６が成形済みであるが、磁石挿入孔３４はＣ−Ｃ線上にないので図示されていない。カシメパンチ４０は、下死点位置ＬＤＰよりも上方側にある。

図３（ｂ）は、（ａ）の状態から、上金型５０が下死点位置ＬＤＰまで下降し、カシメパンチ４０が押付力Ｆで金属板ワーク８を下方に押付け、塑性変形によってカシメ突起８０を成形した状態を示す。このとき、成形されたカシメ突起８０の下面側の凸部は、既に積層されている４枚のコア薄板９０の内で最も上方側に載置されたコア薄板９０の上面側の凹部に嵌め込まれカシメ付けられる。金属板ワーク８、及び、下金型３０側からカシメパンチ４０が受けるカシメ圧力Ｐは、カシメ圧力検出部６０によって検出され、信号線７１によって制御装置７０に伝送される。

図３（ｃ）は、カシメ突起８０が成形された金属板ワーク８の部分について図示しない切落パンチを用いて外形抜きを行って、金属板ワーク８から切落し、５枚のコア薄板９０が積層された積層コア９２と分離した状態を示す図である。カシメパンチ４０の図示は省略した。

図３（ｄ）は、５枚のコア薄板９０が互いにカシメ突起８０によってカシメ付けられ一体化された積層コア９２を示す斜視図である。上記の工程を繰り返して、所定の枚数のコア薄板９０を積層して、積層体のロータコアが得られる。さらに、積層体の磁石挿入孔３４にそれぞれに永久磁石を配置し、軸穴３６にロータ軸を固定して回転電機のロータが成形される。

以上が、コアの製造装置１０の各成形ステーションの内容、及び、カシメパンチ４０を用いるカシメ・切落ステーションの説明である。再び図１に戻り、カシメ突起８０におけるカシメ深さの制御に関するコアの製造装置１０の構成を述べる。図１では、上金型５０の一部を破断して、カシメ・切落ステーションにおけるカシメパンチ４０と、カシメパンチ４０に設けられるカシメ圧力検出部６０を示す。図１の例では、４つのカシメパンチ４０と４つのカシメ圧力検出部６０が設けられるが、紙面の手前側の３つのカシメパンチ４０とこれらにそれぞれ設けられる３つのカシメ圧力検出部６０が図示される。残りの１つのカシメパンチ４０とそれに設けられる１つのカシメ圧力検出部６０は、図示されているカシメパンチ４０とカシメ圧力検出部６０に対して紙面の向こう側に配置されているため図示されない。カシメパンチ４０の個数が４つであるので、コア薄板９０について成形されるカシメ突起８０が４箇所である。これは説明のための例示であって、コア薄板９０について成形されるカシメ突起８０の数は４つ以外でもよく、例えば、１つ、２つ、３つ、５つ以上であってもよい。

カシメ圧力検出部６０は、金属板ワーク８にカシメ突起８０が成形される際にカシメパンチ４０が受けるカシメ圧力Ｐを検出する圧力センサである。検出されたカシメ圧力Ｐは、信号線７１で制御装置７０に伝送される。図１では、４つのカシメ圧力検出部６０に対応して、４本の信号線７１が示される。かかるカシメ圧力検出部６０としては、小型軽量のピエゾ素子が用いられる。ピエゾ素子に代えて、半導体歪ゲージ式のダイヤフラム圧力センサでもよい。

図１においてＤＨと示すのは、カシメパンチ４０のダイハイトである。カシメパンチ４０のダイハイトＤＨとは、上金型５０の下死点位置ＬＤＰにおけるカシメパンチ４０の下端位置と、下金型３０の基準高さ位置ＧＬとの間の距離である。以下では、カシメパンチ４０のダイハイトＤＨを、特に断らない限り、ダイハイトＤＨと呼ぶ。ダイハイトＤＨが大とは、下金型３０の基準高さ位置ＧＬを基準として軸方向の上方側にカシメパンチ４０の下端位置があることを示す。ダイハイトＤＨが過大の場合は、カシメ深さが浅くなっている状態である。ダイハイトＤＨが過小の場合は、カシメ深さが深くなっている状態である。図１では、ダイハイトＤＨを金属板ワーク８に接触しない上方側に示したが、下金型３０の基準高さ位置ＧＬ、上金型５０の下死点位置ＬＤＰ、ダイハイトＤＨの関係を示すためである。実際には、ダイハイトＤＨは金属板ワーク８の上面よりさらに下方側の位置にある。

コアの製造装置１０は、カシメ圧力検出部６０の検出値に応じてダイハイトＤＨを調整する機能を有する。

ダイハイトＤＨの調整用に、クラウン１４の駆動機構１３は、一括ダイハイト調整機構１５を含む。一括ダイハイト調整機構１５は、制御装置７０の制御の下で、往復運動機構である駆動機構１３のストロークを標準ストロークから変更し、上金型５０の下死点位置ＬＤＰを調整する。これによって、上金型５０に設けられる複数のカシメパンチ４０のダイハイトＤＨの調整が一括して行われる。かかる一括ダイハイト調整機構１５は、公知の下死点調整機構を用いることができる。

図１では、上金型５０に二点鎖線で個別ダイハイト調整機構５１を含むが、個別ダイハイト調整機構５１は、４つのカシメパンチ４０のそれぞれのダイハイトＤＨを独立に調整する場合に用いられる。その詳細については、後述する。

制御装置７０は、コアの製造装置１０における他の要素の動作を全体的に統括して制御する。制御装置７０は、順送プレス成形装置としての順送工程のための移動制御部７２を含む。移動制御部７２は、駆動機構１３の動作を制御して、上金型５０を所定のストロークの範囲内で上下移動させる。制御装置７０は、さらに、ダイハイト調整部７４を含む。

制御装置７０のダイハイト調整部７４は、カシメ圧力検出部６０の検出結果に応じてカシメパンチ４０のダイハイトＤＨを調整する。ダイハイトＤＨの調整は、金属板ワーク８に成形するカシメ突起８０のカシメ深さを所定の許容範囲内に収めるためである。具体的には、カシメ圧力検出部６０によって検出されたカシメ圧力Ｐを、予め定めた所定の圧力許容範囲と比較し、検出されたカシメ圧力Ｐが圧力許容範囲を超えて大きい場合にはダイハイトＤＨを大きくする。逆に、検出されたカシメ圧力Ｐが圧力許容範囲を超えて小さい場合にはダイハイトＤＨを小さくする。

図４は、カシメパンチ４０の部分と、金属板ワーク８との関係を示す図である。図４（ａ）は、図１における４つのカシメパンチ４０の一部と、それらに設けられるカシメ圧力検出部６０の部分を抜き出して示す断面図であり、（ｂ）は、カシメ突起８０が成形された金属板ワーク８を示す図である。

図４（ａ）において、上金型ホルダ５２は、上金型５０の内部に設けられた案内空間で、上金型５０にリテーナ５４が固定して配置される。リテーナ５４は、４つのカシメパンチ４０と４つのカシメ圧力検出部６０とを一体として固定保持するブロック部材である。したがって、４つのカシメパンチ４０は、上金型５０と一体となって軸方向に移動する。

図４（ａ）において、金属板ワーク８を二点鎖線で示す。図４（ａ）は、金属板ワーク８の板厚ｔが標準的な値のｔ０であり、カシメ圧力検出部６０によって検出されたカシメ圧力Ｐが予め定めた圧力許容範囲にある場合の例である。この場合には、ダイハイトＤＨの調整が行われず、ダイハイトＤＨは、金属板ワーク８の板厚ｔ＝ｔ０に対する標準的な値のＤＨ０にある。金属板ワーク８は、基準高さ位置ＧＬにある下金型３０の上面で支持され、カシメパンチ４０の下端位置がダイハイトＤＨ０の高さ位置まで突出することによって、カシメ突起８０が成形される。

図４（ｂ）は、（ａ）の標準的な板厚ｔ０、標準的なダイハイトＤＨ０の下で金属板ワーク８において成形されたカシメ突起８０を示す図である。カシメ突起８０は、金属板ワーク８の上面９から窪んだ凹部と、下面７から突き出す凸部を有する。金属板ワーク８の上面９からの凹部の深さは、標準的なカシメ深さｄ０である。金属板ワーク８の下面７からの凸部の高さｄ０’の値は、カシメ深さｄ０の値とほとんど同じで、やや小さめである。以下では、カシメ突起８０の大きさを代表して、カシメ深さｄ０を用いる。

長尺の金属板ワーク８の板厚ｔは、搬送方向及び搬送方向対して直交する方向に沿って一様ではなく、標準的な板厚ｔ０からばらつく。図５は、金属板ワーク８の板厚ｔのばらつき範囲と、カシメ深さｄの許容精度との比較図である。図５において、右側の縦軸に金属板ワーク８の板厚ｔをとり、左側の縦軸にカシメ深さｄをとる。そして、板厚ｔの標準的な板厚ｔ０と、カシメ深さｄの標準的な値ｄ０を同じレベルとして、金属板ワーク８の板厚ｔのばらつき範囲と、カシメ深さｄの許容精度を、それぞれ矢印範囲で示す。図５に示すように、カシメ深さｄの許容精度は、金属板ワーク８の板厚ｔのばらつき範囲に比べ、かなり狭く、正確な制御を必要とする。これは、金属板ワーク８の板厚ｔのばらつき範囲は、素材である磁性体薄板の圧延等の機械的なばらつき寸法で定まるのに対し、カシメ深さｄの許容精度は、複数のコア薄板９０を積層した積層体の高さ寸法や平行度の仕様によって定まるためである。例えば、積層体の高さ寸法の許容精度の仕様が±ΔＨであって、積層されるコア薄板９０の枚数がＮ枚であると、１枚のコア薄板９０におけるカシメ深さｄの許容精度は、単純計算上で｛（±ΔＨ）／Ｎ｝となり、Ｎが増加するほど、厳しい許容精度となる。

図６は、金属板ワーク８の板厚ｔがばらついた場合において、標準的なカシメ深さｄ０を確保するためのカシメパンチ４０のダイハイトＤＨの例を示す図である。図６（ｂ）は、板厚ｔ＝ｔ０の場合であり、（ａ）は、板厚ｔ＝ｔ１（＜ｔ０）の場合であり、（ｃ）は、板厚ｔ＝ｔ２（＞ｔ０）の場合である。各図は、図４に対応する断面図である。（ｂ）の場合は、板厚ｔ＝ｔ０であるので、図４と同じダイハイトＤＨ＝ＤＨ０で、カシメ深さは標準的なｄ０である。

板厚ｔ＝ｔ１（＜ｔ０）の場合、（ｂ）と同じダイハイトＤＨ＝ＤＨ０とすると、板厚ｔがｔ０より薄いので、カシメ突起８０の箇所で破断しやすくなる。また、上面９からのカシメ深さｄがｄ=ｄ０よりも浅くなり、下面７からの凸部の突出高さが高くなり、積層の際のカシメ付けの強度が不十分となる。そこで、カシメ深さｄ＝ｄ０を確保できるダイハイトＤＨ＝ＤＨ１（＜ＤＨ０）とする。

板厚ｔ＝ｔ２（＞ｔ０）の場合、（ｂ）と同じダイハイトＤＨ＝ＤＨ０とすると、板厚ｔがｔ０より厚いので、破断の恐れはない。しかし、上面９からのカシメ深さｄがｄ＝ｄ０よりも深くなり、下面７からの凸部の突出高さが低くなり、積層の際のカシメ付けの強度が不十分となる。そこで、カシメ深さｄ＝ｄ０を確保できるダイハイトＤＨ＝ＤＨ２（＞ＤＨ０）とする。

このように、金属板ワーク８の板厚ｔがばらつくと、それに応じてダイハイトＤＨを調整する必要がある。複数のコア薄板９０を積層する場合には、１枚１枚のコア薄板９０のカシメ突起８０の成形の都度、ダイハイトＤＨを調整する必要がある。ダイハイトＤＨを調整するには、１枚１枚のコア薄板９０のカシメ突起８０の成形の都度、金属板ワーク８の板厚ｔを測定すればよいが、順送工程で金属板ワーク８の板厚をリアルタイムで測定することは困難である。

ここで、金属板ワーク８にカシメ突起８０を成形する場合のカシメ深さｄとカシメパンチ４０のカシメ圧力Ｐとの間には一定の相関関係がある。例えば、カシメ深さｄを深くするとカシメ圧力Ｐが高くなり、カシメ深さｄが浅いとカシメ圧力Ｐが低くなる。換言すれば、カシメ圧力Ｐが過大の場合はカシメ深さｄが深すぎ、カシメ圧力Ｐが過小の場合はカシメ深さｄが浅すぎると考えられる。金属板ワーク８の板厚ｔがばらつく場合、カシメパンチ４０の高さ位置であるダイハイトＤＨが同じとして、板厚ｔが厚い方向にばらつくと、カシメ深さｄが深くなりすぎ、カシメ圧力Ｐが過大になる。逆に、板厚ｔが薄い方向にばらつくと、カシメ深さｄが浅くなりすぎ、カシメ圧力Ｐが過小になる。金属板ワーク８の板厚ｔが与えられた条件の下でのカシメ深さｄとカシメ圧力Ｐとの相関関係は、予め実験的に、あるいはシミュレーションによって求められる。

そこで、コアの製造装置１０では、金属板ワーク８の板厚ｔのリアルタイムの測定を行わず、カシメ突起８０の成形の際にカシメパンチ４０が受けるカシメ圧力Ｐを、カシメ圧力検出部６０を用いてリアルタイムで検出する。

図７は、コアの製造装置１０の制御装置７０において用いられるカシメ・切落成形方法の手順を示すフローチャートである。各手順は、制御装置７０が、積層コア成形プログラムを実行することで実現される。コアの製造装置１０が始動すると、初期化が行われる。カシメパンチ４０のダイハイトＤＨは、標準的な値のＤＨ＝ＤＨ０に設定される。その後、積層コア成形プログラムが立ち上がり、金属板ワーク８が下金型３０に保持されながら、図２で述べた各成形ステーションに順次搬送される。

カシメ・切落ステーションに搬送（Ｓ１０）されると、パイロット穴３２を用いて４つのカシメパンチ４０の真下に金属板ワーク８が位置決めされる。そして、制御装置７０の移動制御部７２の機能によって、上金型５０が軸方向の下方側に下降する。そして、ＤＨ＝ＤＨ０の設定の下で、４つのカシメパンチ４０が金属板ワーク８に４つのカシメ突起８０を成形する。それと同時に、既に先行するコア薄板９０が下金型３０の受台３１に積層されている場合には、最も上方側のコア薄板９０の間でカシメ付けが行われる（Ｓ１２）。４つのカシメ突起８０の成形及びカシメ付けのときに、４つのカシメ圧力検出部６０は、それぞれカシメ圧力Ｐを検出し（Ｓ１４）、信号線７１を経て、制御装置７０に伝送される。制御装置７０では、検出された４つのカシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０を算出する（Ｓ１６）。

次に、４つのカシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０を、予め定めた圧力許容範囲以内にあるか否かが判定される（Ｓ１８）。予め定めた圧力許容範囲は、許容上限圧力ＰＨと許容下限圧力ＰＬとで規定される。Ｓ１８は、ＰＬ≦Ｐ０≦ＰＨか否かの判定である。許容上限圧力ＰＨと許容下限圧力ＰＬは、コアの製造装置１０におけるカシメ深さｄの許容精度の仕様に基づいて、実験あるいはシミュレーションによって予め求められたカシメ深さｄとカシメ圧力Ｐとの関係を用いて設定される。予め求められたカシメ深さｄとカシメ圧力Ｐとの関係、及び、カシメ深さｄの許容精度の仕様に基づいて定められる圧力許容範囲は、制御装置７０のメモリに予め記憶されているので、その関係を読み出して、Ｓ１８の判定が行われる。

Ｓ１８の判定が肯定される場合は、カシメ深さｄが許容精度内にあってダイハイトＤＨが適切であるので、４つのカシメパンチ４０のいずれについてもダイハイトＤＨの変更は行われない。Ｓ１８の判定が否定されるときは、カシメパンチ４０のダイハイトＤＨが不適切な場合であるので、次に、カシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０がＰＨを超えるか否かが判定される（Ｓ２０）。Ｓ２０は、Ｐ０＞ＰＨか否かの判定である。Ｓ２０が肯定される場合は、カシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０が高く、カシメ深さｄが許容精度を超えて深すぎる状態で、４つのカシメパンチ４０のダイハイトＤＨが過小状態である。そこで、４つのカシメパンチ４０のダイハイトＤＨを共に大きくする（Ｓ２２）。ダイハイトＤＨの増加量は、カシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０が圧力許容範囲に入るように設定される。金属板ワーク８の板厚ｔが与えられた条件の下でのカシメ深さｄ＝ｄ０となるカシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０とダイハイトＤＨの関係は、実験的に、またはシミュレーション等で予め求められる。求められた関係は、制御装置７０のメモリに記憶されるので、その関係を用いて、ダイハイトＤＨの増加量を定めることができる。

Ｓ１８とＳ２０が共に否定される場合は、カシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０がＰＬ未満であり、カシメ深さｄが許容精度の範囲を超えて浅すぎる状態で、カシメパンチ４０のダイハイトＤＨが過大状態である。そこで、カシメパンチ４０のダイハイトＤＨを小さくする（Ｓ２４）。ＤＨの減少量は、制御装置７０のメモリに記憶されているカシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０とダイハイトＤＨの関係を用いて設定される。

その後、制御装置７０におけるダイハイト設定値の更新が行われる（Ｓ２６）。更新は、Ｓ２２，Ｓ２４の結果に基づいて行われ、Ｓ１８が肯定の場合には、ダイハイト設定値はそのままで、更新時間のみが更新される。更新結果は、制御装置７０のメモリのダイハイト設定値に上書きされる。

その後、金属板ワーク８は、外形抜きが行われ、コア薄板９０の部分が切り落とされる（Ｓ２８）。既に下金型３０の受台３１に積層されていたコア薄板９０とカシメ付けが行われている場合には、積層コア９２が金属板ワーク８から分離される。Ｓ２８の工程が済むと、Ｓ１０に戻り、金属板ワーク８は、搬送方向に１ピッチ送られ、次のカシメ・切落処理が行われる。その処理において、ダイハイトＤＨはＳ２６で更新された値が用いられ、これによってダイハイトＤＨの調整が行われる。ダイハイトＤＨの調整は、制御装置７０のダイハイト調整部７４の制御の下で、クラウン１４の駆動機構１３に設けられる一括ダイハイト調整機構１５によって行われる。一括ダイハイト調整機構１５は、ダイハイトＤＨの更新値に従って、往復運動機構である駆動機構１３のストロークを標準ストロークから変更し、上金型５０の下死点位置ＬＤＰを調整する。これによって、上金型５０に設けられる４つのカシメパンチ４０のダイハイトＤＨの調整が一括して行われる。

上記では、カシメ圧力検出部６０は、カシメパンチ４０の下端位置とは反対側の背面側端部に設けられる。これは、カシメパンチ４０がカシメ圧力Ｐを受け止めても変形等が生じない十分な剛性とするためである。金属板ワーク８において、カシメ深さｄ０があまり深くない場合には、図８に示すカシメパンチ４１のように、カシメパンチ４１の内部で、カシメパンチ４１の下端位置に近い場所にカシメ圧力検出部６１を配置してよい。カシメパンチ４１の下端位置に近づけてカシメ圧力検出部６１を配置することで、検出されるカシメ圧力Ｐの精度が向上する。

上記では、図４で述べたように、４つのカシメパンチ４０を１つのリテーナ５４で保持し、一括ダイハイト調整機構１５で４つのカシメパンチ４０のダイハイトＤＨを一括して調整するものとした。この場合には、４つのカシメ圧力検出部６０が検出するカシメ圧力Ｐの平均値Ｐ０を用いているので、４つのカシメ突起８０に対応する箇所における金属板ワーク８の板厚ｔが異なっていれば、４箇所のカシメ深さｄは異なる値となる。

４箇所のカシメ深さｄについて均一化を図るには、１つのリテーナ５４に１つのカシメパンチ４０のみを配置するようにして、４つのリテーナ５４を用いる。各リテーナ５４の外周面を上金型ホルダ５２の内壁面に沿って軸方向に摺動可能に保持し、各リテーナ５４の軸方向位置を上金型５０に対し独立に変更できるようにして、それぞれのダイハイトＤＨを調整可能にする。

図１において、上金型５０に設けられる個別ダイハイト調整機構５１は、４つのダイハイト調整機構を有し、それぞれが４つのカシメパンチ４０のダイハイトＤＨを独立に調整する場合に用いられる。即ち、４つのカシメパンチ４０が配置される各リテーナ５４には、それぞれ専用のダイハイト調整機構が接続される。各ダイハイト調整機構は、対応するリテーナ５４の中に配置されるカシメパンチ４０に設けられたカシメ圧力検出部６０が検するカシメ圧力Ｐに応じて、軸方向の高さ位置を調整する。これによって、４つのカシメパンチ４０のそれぞれのダイハイトＤＨを個別に調整でき、４箇所のカシメ深さｄの均一化を図ることができる。かかるダイハイト調整機構としては、精密モータと、精密モータの回転運動をリテーナ５４の軸方向の運動に変換するねじとナット等の機構の組合せを用いることができる。この方法を用いる場合には、リテーナ５４が４つ、４つのダイハイト調整機構を含む個別ダイハイト調整機構５１が必要になるので、上金型５０の質量が増加し、大型化する。

上記構成のコアの製造装置１０によれば、カシメ・切落ステーションにおいてカシメ突起８０の成形およびカシメ付けが行われる都度、カシメパンチ４０が受けるカシメ圧力Ｐに基づいて、ダイハイトＤＨの調整が行われる。このダイハイトＤＨの調整は、カシメ圧力Ｐが検出されたカシメ突起８０の成形には反映されないが、金属板ワーク８が搬送の１ピッチ送られて次のカシメ突起８０の成形およびカシメ付けが行われる際に適用される。金属板ワーク８の板厚ｔが標準的な板厚ｔ０からばらついた場合、最初のコア薄板９０のカシメ深さｄは板厚ｄのばらつきの影響をそのまま受ける。金属板ワーク８の板厚ｔが、搬送の１ピッチの長さに比べて長い周期で緩やかにばらつく場合は、その次のコア薄板９０のカシメ深さｄは、ダイハイトＤＨの調整によって標準的なカシメ深さｄ０に近づく。

金属板ワーク８は順送プレス成形用にコイル状に巻かれた長尺材であり、例えば、数千個以上のコア薄板９０を成形可能な長さを有する。金属板ワーク８の板厚ばらつきの範囲は、この長尺の全長に渡っての板厚ばらつきであるので、搬送方向に沿った板厚ｔは、緩やかに変化する。また、積層コア９２におけるコア薄板９０の積層枚数は、回転電機の仕様にもよるが、数十枚以上の場合が多い。したがって、１つの積層コア９２に用いられる数十枚のコア薄板９０を成形するために必要な金属板ワーク８の長さは、コイル状に巻かれた金属板ワーク８の全長に比べればかなり短い。これらのことから、搬送の１ピッチごとにダイハイトＤＨのフィードバックを行うことで、積層コア９２に必要な枚数のコア薄板９０のカシメ深さｄは、全体として、標準的なカシメ深さｄ０に平均化する。これによって、積層コア９２において、コア薄板９０の複数枚の積層を適切に行うことができる。

次に、カシメ圧力検出部６０を用いるコアの製造装置１０の作用効果について、カシメ深さｄの許容精度と、カシメ圧力検出部６０を用いない従来技術との比較を述べる。図９は、図７のカシメ・切落成形方法を用いない従来技術において、カシメ突起８１を有する複数のコア薄板９１の積層例を示す図である。例えば、長尺の金属板ワーク８の板厚ｔが、幅方向に沿って一様でなく、一方側の端部の板厚が他方側の端部の板厚よりも厚い場合、従来技術では金属板ワーク８の板厚ｔのばらつきに対応できないままのカシメ突起８１を有するコア薄板９１が成形される。成形された各コア薄板９１では、板厚ｔの薄い他方側の端部でカシメ突起８１のカシメ深さｄが標準的な凸部の深さｄ０より浅くなり、板厚ｔの厚い一方側の端部でカシメ突起８１のカシメ深さｄが標準的なカシメ深さｄ０より深くなる。これによって、複数のコア薄板９１をカシメ付けして成形された積層コア９３は、高さ方向に傾斜した外形となり、高さ方向の平行度が低下する。

図１０は、長尺の金属板ワーク８の板厚ｔが、長手方向または幅方向に沿って一様でなく不規則にばらつく場合である。図１０（ａ）は、従来技術による積層コア９３を示し、（ｂ）は、図７のカシメ・切落方法を用いて成形した積層コア９２を示す図である。従来技術による積層コア９３は、カシメ深さｄが各コア薄板９１でばらつくため、高さ方向の寸法が定まらず、高さ方向の平行度が低下する。これに対し、図７のカシメ・切落方法を用いて成形した積層コア９２は、カシメ深さｄが各コア薄板９０でほぼ標準的なカシメ深さｄ０に成形されるので、高さ方向の寸法が一定値に定まり、高さ方向の平行度がよい。

上記では、積層コアとして、回転電機のロータコアを述べたが、積層コアとしては、回転電機のステータコアであっても、上記内容は同様に適用できる。ロータコアとステータコアとの相違点は、コアの形状である。コアの形状が相違しても、複数のコア薄板がカシメ積層されることは同じである。そして、そのために、カシメ・切落ステーションにおいて、カシメ突起の形成とカシメ付けと外径抜きの切り落としが行われること、カシメ圧力を検出してその結果に応じてダイハイトＤＨを調整することも同じである。したがって、上記構成の回転電機用コアの製造装置１０において、ロータコアの形状に関する上記内容を、ステータコアの形状に関する内容に適宜変更することで、回転電機のステータコアについても、同様に製造することができる。

上記構成の回転電機用コアの製造装置１０によれば、カシメパンチ４０にカシメ圧力検出部６０が設けられ、カシメ突起８０成形の際にカシメパンチ４０が受けるカシメ圧力Ｐを検出できる。したがって、金属板ワーク８の板厚ｔを測定しなくても、検出されたカシメパンチ４０のカシメ圧力Ｐに応じてダイハイトＤＨをリアルタイムで調整できる。例えば、予め定めた所定の圧力許容範囲と検出圧力を比較し、検出圧力が圧力許容範囲を超えて大きい場合にはダイハイトＤＨを小さくし、検出圧力が圧力許容範囲を超えて小さい場合にはダイハイトＤＨを大きくする。これにより、金属板ワーク８の板厚ｔのばらつきがあっても、板厚ｔの測定を行うことなく、次のカシメ突起成形の工程のダイハイトＤＨが適切になり、そのカシメ深さｄを所定の許容精度内に収めることができるので、コア薄板９０の複数枚の積層が適切に行える。

７下面、８金属板ワーク、９上面、１０（回転電機）コアの製造装置、１２ベース、１３駆動機構（往復運動機構）、１４クラウン、１５一括ダイハイト調整機構、１６コラム、１８スライド部、２０スライド駆動部、２２ボルスタ部、３０下金型、３１受台、３２パイロット穴、３４磁石挿入孔、３６軸穴、４０，４１カシメパンチ、５０上金型、５１個別ダイハイト調整機構、５２上金型ホルダ、５４リテーナ、６０，６１カシメ圧力検出部、７０制御装置、７１信号線、７２移動制御部、７４ダイハイト調整部、８０，８１カシメ突起、９０，９１コア薄板、９２，９３積層コア。

Claims

複数のコア薄板がカシメ積層された積層コアを成形する回転電機用コアの製造装置であって、
前記コア薄板の素材である金属板ワークが配置された下金型と、
前記金属板ワークにカシメ突起を成形する複数のカシメパンチを有し前記下金型の上方側に対向して配置された上金型と、
前記各カシメパンチに懸る圧力を検出するために前記各カシメパンチに設けられたカシメ圧力検出部と、
前記上金型を上下方向に所定のストロークで往復運動させる往復運動機構と、
前記上金型の下死点における前記カシメパンチの下端位置と前記下金型の基準高さ位置との間の距離を前記カシメパンチのダイハイトとして、前記各カシメ圧力検出部の検出結果に基づいて前記ダイハイトを調整するダイハイト調整部と、
を備える、回転電機用コアの製造装置。
請求項１に記載の回転電機用コアの製造装置であって、
複数の前記ダイハイト調整部を備え、
前記各ダイハイト調整部は、前記上金型の下死点における前記各カシメパンチの下端位置と前記下金型の基準高さ位置との間の距離を前記各カシメパンチの各ダイハイトとして、前記各カシメ圧力検出部の検出結果に応じて前記各ダイハイトをそれぞれ調整する、
回転電機用コアの製造装置。