JP7318877B1

JP7318877B1 - 積層体の製造装置及び製造方法

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Publication number: JP7318877B1
Application number: JP2023070099A
Authority: JP
Inventors: 洋平鈴木; 倖太阿部; 武志山本
Original assignee: HILLTOP
Current assignee: HILLTOP
Priority date: 2023-04-21
Filing date: 2023-04-21
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2043-04-21

Abstract

【課題】積層方向の直角性を確保でき、打ち抜き材相互間の接着強度も確保できる積層体の製造技術の実現。【解決手段】加工対象物24をパンチ14とダイ12との間に搬送するローラ26と、加工対象物24の上面に接着剤20を塗布するディスペンサ22を備え、パンチ14の下降及び上昇の繰り返しによって打ち抜かれた打抜き材50が、ダイ12の貫通孔15内に積層される製造装置10。貫通孔15内には受け治具16が配置され、パンチ14の下端面14aには凹部46が形成され、打抜き時には加工対象物24上の接着剤20が凹部46内に収納されると共に、打抜き材50がパンチ14の下端面14aと受け治具16の上端面16aとの間で挟持され、２層目以降の打抜き材50b～50eは、一つ下に位置する打抜き材上の接着剤20によって固定される。【選択図】図１

Description

この発明は積層体の製造装置及び製造方法に係り、特に、アモルファス合金薄等の軟磁性材料をプレス金型を用いて打ち抜くと共に、打ち抜かれた複数枚の打抜き材間を接着剤を介して積層固定する技術に関する。

モータ等に用いられる積層コアは、軟磁性材料を所定の形状にプレス加工した打抜き材を複数枚積層し、相互間を接着剤等を用いて固着することにより製造される。
例えば特許文献１には、打ち抜き部において帯状磁性金属板を所定形状のコア材に打ち抜いた後、接着剤塗布部において各コア材の裏面に接着剤を塗布し、一体化部において各コア材を積層硬化させることによって積層コアを得る方法が開示されている。
特開２０２０－０８９２０８

ところで、積層コアに要求される製品品質として、図面寸法通りに積層されていること、すなわち打抜かれた軟磁性材料同士の平面方向の位置ずれが生じないこと、また平面方向と積層方向の直角度が良いこと、さらには軟磁性材料同士の接着力が強固であり、一定の力を加えてもコアがばらばらに分解しないことが挙げられる。

これに対し特許文献１の製法では、打ち抜かれたコア材が一体化部の治具内を自然落下して積層される構造であるため、各コア材が垂直に下降せず、平面方向と積層方向の直角度が劣る傾いた状態で接着積層されてしまう可能性がある。
すなわち、軟磁性材料自体が極めて薄いため、コア材はダイ内部で多少湾曲されながら打抜かれることとなり、パンチによって押し込まれる際にダイ内面と擦れ合うことで垂直落下が妨げられることが予想される。
また、打抜き材が湾曲された状態で治具内に積層されていくと、接着剤との密着性が悪くなり、積層固定強度が低下することも懸念される。

本発明は、このような現状に鑑みて案出されたものであり、打ち抜き材を金型内で接着積層するに際し、平面方向への位置ずれが生じることがなく、積層方向の直角性を確保できると共に、打ち抜き材相互間の接着強度も確保できる技術の実現を目的としている。

この目的を達成するため、本発明に係る製造装置は、パンチ及びダイよりなるプレス金型と、加工対象物をパンチとダイとの間に順次搬送する搬送機構と、加工対象物の上面に接着剤を所定のタイミングで塗布するディスペンサとを備え、パンチの下降及び上昇を繰り返すことによって加工対象物が複数回打ち抜かれ、打抜き材の積層体がダイの貫通孔内に形成される構造の装置であって、さらに、ダイの貫通孔内に受け治具が配置され、パンチの下端面には凹部が形成され、加工対象物をパンチが打ち抜く際には、加工対象物の上面に配置された接着剤がパンチの凹部内に非接触で収納されると共に、打抜き材がパンチの下端面と受け治具の上端面との間で挟持され、積層体の２層目以降の打抜き材は、一つ下に位置する打抜き材の上面に塗布された接着剤によって相互に固定されることを特徴としている。

このように、パンチによって加工対象物が打ち抜かれた際に、打抜き材がダイの貫通孔内を落下するのではなく、貫通孔内に待機していた受け治具の上端面とパンチの下端面との間で挟持されると共に、積層体の２層目以降の打抜き材は接着剤によって位置が固定される仕組みを備えているため、この製造装置を用いた場合には、各打抜き材間に平面方向の位置ずれが生じることがなく、平面方向と積層方向の直角性を確保できると共に、打ち抜き材相互間の接着強度も確保可能となる。

積層体の最上層を構成する打抜き材を打ち抜く際に、上記加工対象物の上面に接着剤が不存在となるように、上記ディスペンサによる接着剤塗布のタイミングを制御することにより、積層体の排出時にロボットハンド等に接着剤が付着することを回避できる。

上記受け治具にＺ軸ステージの駆動軸を接続し、パンチによる打抜き動作に応じて受け治具が必要量下降するように構成することにより、打抜き材が受け治具の上端面に積層されていっても、最上層に位置する打抜き材とパンチの下死点との距離を一定に維持することが可能となり、打抜き材の詰まりを防止できる。

上記ダイの下端に、ダイの貫通孔と連通する貫通孔を備えた排出部を設け、この排出部の貫通孔の下端開口が、ダイの貫通孔の下端開口よりも広くなるように構成すると共に、積層体の最上層を構成する打抜き材の打抜きが完了した際、パンチを打抜き動作時の下死点を越えて下降させると同時に、Ｚ軸ステージの駆動によって受け治具も必要量下降させることにより、パンチの下端面と受け治具の上端面によって挟持された状態の積層体をダイの貫通孔から排出部の貫通孔まで移送させるように運用することができる。
この結果、完成した積層体の形崩れを防止しながら、比較的広い排出部の貫通孔を介して外部に容易に取り出すことが可能となる。

受け治具とＺ軸ステージの駆動軸との間に弾性部材を介装させることにより、パンチの当接による衝撃から打抜き材及び受け治具を保護することが可能となる。また、弾性部材による付勢力によって打抜き材間の接着性を向上させる効果も期待できる。

上記受け治具の上端面に吸気口を形成し、積層体の最下層を構成する打抜き材が、吸気口からのエア吸引によって受け治具の上端面に固定されるように構成することもできる。

本発明に係る積層体の製造装置によれば、アモルファス合金等の軟磁性材料からなる高効率モータ用積層コアを、高品質かつ高い生産性で製造可能となる。

この発明に係る積層体の製造装置による、一層目（最下層）の打抜き加工品の打抜き準備状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、一層目の打抜き加工品の打抜き実行状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、二層目の打抜き加工品の打抜き準備状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、二層目の打抜き加工品の打抜き実行状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、三層目の打抜き加工品の打抜き準備状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、三層目の打抜き加工品の打抜き実行状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、四層目の打抜き加工品の打抜き準備状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、四層目の打抜き加工品の打抜き実行状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、五層目（最上層）の打抜き加工品の打抜き準備状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置による、五層目の打抜き加工品の打抜き実行状態を示す模式図である。この発明に係る積層体の製造装置から完成した積層体を取り出す様子を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
図１に示すように、本発明に係る積層体の製造装置10は、ダイ12及びパンチ14からなるプレス金型と、ダイ12の貫通孔15内に摺動自在に配置された受け治具16と、ストリッパープレート18と、接着剤20を供給するディスペンサ22と、加工対象物24を搬送するローラ26と、製品取出し用のロボットハンド（図示省略）と、制御部28を備えている。

受け治具16の上端面16aには、エア吸引用の吸気口32が形成されており、受け治具16の側面16bには吸気口32と連通する接続口34が形成されている。
この接続口34に吸気管（図示省略）を接続し、図示しない真空ポンプを稼働させることにより、吸気口32からのエア吸引が実現される。

受け治具16の下端面16cには、バネ部材36が接続されており、バネ部材36の下端面36aにはＺ軸ステージの駆動軸38が接続されている。

ダイ12の下部には、座ぐり孔40を備えた排出部42が形成されている。
ダイ12の貫通孔15は、パンチ14の外形に対応した形状・寸法の上端開口（切れ刃部）15aを備えており、その下端開口15bは座ぐり孔40の上端開口40aと連通している。
また、座ぐり孔40の下端開口40bは、貫通孔15の下端開口15bよりも広くなるように形成されている。

上記のようにダイ12の下部に座ぐり孔40を形成することで排出部42となす代わりに、比較的広径の貫通孔を備えたダイプレートをダイ12の下部に接続し、この貫通孔をダイの貫通孔15と連通させることによって排出部を形成してもよい。

受け治具16は、この排出部42の座ぐり孔40及びダイ12の貫通孔15に下方から挿通されており、その上端面16aが貫通孔15の上端開口15aよりも若干下に位置するようにＺ軸ステージの駆動軸38の高さが調整されている。

パンチ14は、図示しないプレス機からの加圧力を受けて下降し、ストリッパープレート18の貫通孔18aを通過してダイ12との間に配置された加工対象物24を打ち抜き、ダイ12の貫通孔15内に進入するように仕組まれている。
パンチ14の下端面14aには、接着剤20を非接触で収納するのに十分な寸法・形状を備えた凹部46が形成されている。

パンチ14が下降する際、ストリッパープレート18も下降して加工対象物24を上から押さえる機能を果たす。
このストリッパープレート18は、パンチ14が上昇する際に加工対象物24をパンチ14から引き剥がす役割をも担う。

制御部28は、CPU及び記憶装置を備えたコンピュータよりなり、記憶装置内に格納された制御プログラムに従い、パンチ14の上下動や、Ｚ軸ステージの駆動軸38の上下動、ディスペンサ22による接着剤20の供給、ローラ26の回転、ロボットハンドの動作等を制御する機能を備えている。

加工対象物24としては、例えば軟磁性材料であるアモルファス合金箔が該当し、ロール状に巻回された帯状の加工対象物24が、ローラ26によってパンチ14とダイ12との間に連続的に供給される。
なお、加工対象物24の表面にプレス加工油は塗布されていない。

以下、この製造装置10を用いて加工対象物24を複数回数打ち抜き、軟磁性材料の積層体を形成する手順を説明する。
ここでは、便宜上５枚の打ち抜き材によって積層体が完成するものとして説明するが、積層枚数は「５」に限定されるものではなく、実際にはより多数枚の打抜き材によって積層体が形成される。

まず、ディスペンサ22から加工対象物24上にスポット的に滴下された接着剤20が、ローラ26の回転によってパンチ14とダイ12の間に搬送されると、図２に示すように、ローラ26の回転による加工対象物24の搬送が一時停止され、パンチ14が下降して加工対象物24を所定の形状に打ち抜く。
この際、ストリッパープレート18も一緒に下降し、加工対象物24の表面が平坦になるよう押さえ込む。

打ち抜かれた打抜き材50aは、ダイ12の貫通孔15内に待機していた受け治具16の上端面16aによって受け止められ、パンチ14の下端面14aとの間で挟持される。
この際、打抜き材50aの表面に塗布された接着剤20は、パンチ14の凹部46内に収納されるため、パンチ14の先端面に付着することはない。
また、受け治具16のバネ部材36の弾性力により、パンチ14の当接による衝撃が吸収される。

つぎに、図３に示すように、パンチ14及びストリッパープレート18が上昇し、ローラ26の回転によって次の接着剤20が塗布された加工対象物24がパンチ14とダイ12の間に搬送される。
また、ディスペンサ22からは新たな接着剤20が加工対象物24の表面に滴下される。

この際、先に打ち抜かれた１層目（最下層）の打抜き材50aは、吸気口32からのエア吸引によって受け治具16の上端面16aに確実に固定されているため、パンチ14が上昇して挟持状態が解除されたとしても、平面方向への位置ずれが生じる余地はない。
この時点で、Ｚ軸ステージの駆動軸38は打抜き材50aの厚さ分だけ下降している。

つぎに、図４に示すように、再びローラ26による加工対象物24の搬送が停止され、パンチ14が下降して加工対象物24を打ち抜く。
この結果、打ち抜かれた２層目の打抜き材50bは上記と同様、ダイ12の貫通孔15内に待機していた受け治具16によって受け止められる。
この場合も、打抜き材50bの表面に塗布された接着剤20は、パンチ14の凹部46内に非接触で収納される。

上記のように、Ｚ軸ステージの駆動軸38の下降によって受け治具16の上端面16aも打抜き材50aの１枚の厚さ分だけ下降しているため、パンチ14の下死点が１層目の打抜き時と同じであっても、２層目の打抜き材50bは詰まりを起こすこともなく、同じ圧力でパンチ14の下端面14aと受け治具16の上端面16aとの間で挟持される。

この２層目の打抜き材50bの裏面は、１層目の打抜き材50aの表面に塗布されていた接着剤20に接すると共に、バネ部材36からの付勢力も受けるため、１層目の打抜き材50aの表面に密着固定される。

つぎに、図５に示すように、パンチ14及びストリッパープレート18が上昇し、ローラ26の回転によって次の接着剤20が塗布された加工対象物24がパンチ14とダイ12の間に搬送される。
直前に打ち抜かれた２層目の打抜き材50bは、上記のように１層目の打抜き材50aの上面に塗布された接着剤20によって固着されるため、パンチ14が上昇して挟持状態が解除された後も受け治具16側に保持されており、平面方向への位置ずれが生じることがない。
この時点でも、Ｚ軸ステージの駆動軸38は打抜き材50bの厚さ分だけ下降している。

以後、図６～図８に示すように、同様の手順によって３層目及び４層目の打抜き材50c, 50dの打抜き及び積層が繰り返えられた後、図９に示すように、５層目（最上層）の打抜き場面を迎える。
図示の通り、この最上層の打抜き材50eとなるべき加工対象物24の表面には接着剤20が塗布されていない。これは、最上層の打抜き材50eの打抜き時に接着剤20がパンチ14とダイ12の間の位置に来ないように、予めディスペンサ22による接着剤20の滴下のタイミングが制御されているためである（図５参照）。

つぎに、図１０に示すように、パンチ14が下降して加工対象物24を打ち抜き、５層目の打抜き材50eはダイ12の貫通孔15内に待機していた受け治具16によって受け止められるのであるが、この際、パンチ14はこれまでの下死点を越えて座ぐり孔40内にまで深く進行する。
また、これに呼応して受け治具16の方も深く下降する結果、打抜き材50a～50eの積層体52は、パンチ14の下端面14aと受け治具16の上端面16aによって挟持された状態で、狭い貫通孔15からより広い座ぐり孔40側へと移送される。

この後、図１１に示すように、図示しないロボットハンド等によって積層体52がダイ12の外に取り出される。
上記のように積層体52はダイ12の貫通孔15からスペースに余裕のある座ぐり孔40側に押し出されているため、容易に排出可能となる。
積層体52を取り出した後、さらなる接着強度を得るために樹脂含浸等による接着工程を設けてもよい。
この後、パンチ14、ストリッパープレート18及び受け治具16は、それぞれ元の位置まで上昇し、次の積層体52の加工に移行する。

上記においては、吸気口32からのエア吸引によって１層目の打抜き材50aを受け治具16の上端面16aに確実に固定することとしているが、エア吸引自体は本発明の必須の構成要件ではない。エア吸引なしでも１層目の打抜き材50aの位置を安定して維持できる場合には、吸気口32及び接続口34の形成を省略することができる。

10 積層体の製造装置
12 ダイ
14 パンチ
15 ダイの貫通孔
16 受け治具
18 ストリッパープレート
20 接着剤
22 ディスペンサ
24 加工対象物
26 ローラ
28 制御部
32 吸気口
36 バネ部材
38 Ｚ軸ステージの駆動軸
40 座ぐり孔
42 排出部
46 パンチの凹部
50a １層目（最下層）の打抜き材
50b ２層目の打抜き材
50c ３層目の打抜き材
50d ４層目の打抜き材
50e ５層目（最上層９の打抜き材
52 積層体

Claims

パンチ及びダイよりなるプレス金型と、
加工対象物をパンチとダイとの間に順次搬送する搬送機構と、
加工対象物の上面に接着剤を所定のタイミングで塗布するディスペンサとを備え、
パンチの下降及び上昇を繰り返すことによって加工対象物が複数回打ち抜かれ、打抜き材の積層体がダイの貫通孔内に形成される構造の装置であって、さらに、
ダイの貫通孔内に受け治具が配置され、
パンチの下端面には凹部が形成され、
加工対象物をパンチが打ち抜く際には、加工対象物の上面に配置された接着剤がパンチの凹部内に非接触で収納されると共に、打抜き材がパンチの下端面と受け治具の上端面との間で挟持され、
積層体の２層目以降の打抜き材は、一つ下に位置する打抜き材の上面に塗布された接着剤によって相互に固定されることを特徴とする積層体の製造装置。
積層体の最上層を構成する打抜き材を打ち抜く際、上記加工対象物の上面に接着剤が不存在となるように、上記ディスペンサによる接着剤塗布のタイミングが制御されることを特徴とする請求項１に記載の積層体の製造装置。
上記受け治具にはＺ軸ステージの駆動軸が接続されており、
パンチによる打抜き動作に応じて受け治具が必要量下降することを特徴とする請求項１に記載の積層体の製造装置。
上記ダイの下端には、ダイの貫通孔と連通する貫通孔を備えた排出部が設けられており、
排出部の貫通孔の下端開口は、ダイの貫通孔の下端開口よりも広く形成されており、
積層体の最上層を構成する打抜き材の打抜きが完了した際、パンチが打抜き動作時の下死点を越えて下降すると共に、Ｚ軸ステージの駆動によって受け治具も必要量下降することにより、パンチの下端面と受け治具の上端面によって挟持された状態の積層体がダイの貫通孔から排出部の貫通孔まで移送されることを特徴とする請求項３に記載の積層体の製造装置。
受け治具とＺ軸ステージの駆動軸との間には、弾性部材が介装されていることを特徴とする請求項３に記載の積層体の製造装置。
上記受け治具の上端面には吸気口が形成され、
積層体の最下層を構成する打抜き材は、吸気口からのエア吸引によって受け治具の上端面に固定されることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の積層体の製造装置。
請求項１～３に記載の何れかの製造装置を用いて、複数枚の打抜き材間が接着剤によって固定された積層体を製造する方法。