WO2023209813A1 - 積層鉄心並びにその製造装置および製造方法 - Google Patents

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WO2023209813A1
WO2023209813A1 PCT/JP2022/018926 JP2022018926W WO2023209813A1 WO 2023209813 A1 WO2023209813 A1 WO 2023209813A1 JP 2022018926 W JP2022018926 W JP 2022018926W WO 2023209813 A1 WO2023209813 A1 WO 2023209813A1
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pitch
core
iron core
laminated
core thin
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PCT/JP2022/018926
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English (en)
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Inventor
英朗 堀井
隆彦 小林
Original Assignee
黒田精工株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies

Definitions

  • the present invention relates to a laminated iron core used for a motor core, etc., and a manufacturing apparatus and manufacturing method thereof.
  • the core thin plates (thin steel plates) that make up the laminated core are sequentially punched out in a predetermined shape from electrical steel sheets, and then a predetermined number of sheets are laminated and then bonded together.
  • a method for joining thin iron core plates a method is known in which a plurality of laminated thin iron core plates are joined together by welding (laser welding, etc.).
  • a method for manufacturing a laminated core using welding involves applying a laser beam spot to each overlap or wall portion of laminated steel plates (core thin plates) in order to ensure sufficient bonding strength between the core thin plates.
  • a method is known in which three or more adjacent steel plates are sequentially welded and joined by sequentially irradiating the laser beam and making the spot diameter of the laser beam more than twice the thickness of the steel plate (see Patent Document 1). .
  • the pitch (interval) of adjacent welds is made as small as possible (i.e., the area where adjacent welds overlap). By setting (as large as possible), it is possible to improve the bonding strength between the thin iron core plates by welding.
  • the amount of heat stored in the weld (that is, the amount of melting in the weld) gradually increases as welding progresses. Therefore, as a result of intensive studies by the inventors of the present application, it has been found that due to such an increase in the amount of heat stored in the welded parts, the temperature after welding increases, especially in the welded parts located on the inner side of the laminated core (center side in the laminated direction). It has been found that the amount of shrinkage (tensile residual stress) during lowering may increase excessively. Such an increase in the amount of shrinkage of the weld may cause deformation in the laminated core.
  • an object of the present invention is to suppress excessive heat accumulation in the welded portion while ensuring the necessary bonding strength between the core thin plates when manufacturing a laminated core by welding.
  • a method for manufacturing a laminated iron core in which a plurality of laminated iron core thin plates are joined together by successively forming a plurality of spot-shaped welds on the laminated iron core thin plates. and a first welded portion constituting the plurality of welded portions is formed at a first pitch in the stacking direction on a first iron core thin plate group consisting of a part of the plurality of iron core thin plates.
  • the plurality of welded parts are applied to a second core thin plate group consisting of a part of the plurality of core thin plates adjacent to the first iron core thin plate group.
  • the third iron core thin plate group consisting of a part of the plurality of iron core thin plates adjacent to the second iron core thin plate group is It is preferable that the method further includes a third welding step of forming a third welded portion constituting a plurality of welded portions at a third pitch different from the second pitch in the stacking direction.
  • the third pitch is preferably larger than the second pitch.
  • the third pitch may be smaller than the second pitch.
  • the necessary bonding strength between the iron core thin plates can be more stably secured according to the thermal conductivity of the material forming the iron core thin plates.
  • the third pitch may be the same as the first pitch.
  • the necessary bonding strength between the iron core thin plates can be stably secured with a simple configuration depending on the thermal conductivity of the material forming the iron core thin plates.
  • the first welding process, the second welding process, and the third welding process may be repeatedly performed.
  • the first welding process further includes a temperature measuring process of sequentially measuring the temperature of the first welding part, and the timing of starting the second welding process is determined by the first welding process. It is preferable that the temperature is determined based on the temperature of the first welding part.
  • the pitch of the welded portion can be appropriately changed depending on the temperature of the welded portion.
  • the laminated core is configured by N pieces (N is an integer) of the thin core plates, and the at least one welded portion is formed in the Nth thin core plate. , it is preferable that the pitch at which the welded portion is formed is changed.
  • the Nth core thin plate i.e., the last core thin plate to be welded
  • the Nth core thin plate can be reliably joined regardless of the change in the pitch of the welded portions in one laminated core.
  • a laminated iron core manufacturing apparatus that connects a plurality of laminated iron core thin plates by continuously forming a plurality of spot-shaped welds on the laminated iron core thin plates.
  • a laser irradiation unit that forms the plurality of welds by irradiating the plurality of thin iron core plates with a spot-shaped laser beam; and a laser controller that controls irradiation of the laser beam by the laser irradiation unit.
  • the laser irradiation unit performs first welding forming the plurality of welds on a first core thin plate group consisting of a part of the plurality of iron core thin plates.
  • the plurality of welded parts are formed at a first pitch in the lamination direction, and the plurality of welded parts are formed on a second core thin plate group consisting of a part of the plurality of core thin plates adjacent to the first iron core thin plate group.
  • the constituting second welded portions are formed at a second pitch in the stacking direction, and the second pitch is larger than the first pitch.
  • the invention further includes a progressive die for sequentially punching out the plurality of thin iron core plates from a strip-shaped thin steel plate that is intermittently transferred and stacking the plurality of thin iron core plates, and the laser irradiation unit is configured to In the mold, it is preferable that the laser beam be provided so as to be able to irradiate an iron core holding member that holds the iron core thin plate whose outer shape has been punched out from the strip-shaped thin steel plate.
  • the laser irradiation unit under the control of the laser controller, selects a third core thin plate group consisting of a part of the plurality of core thin plates adjacent to the second core thin plate group.
  • a third welding part constituting the plurality of welding parts is formed in the lamination direction at a third pitch different from the second pitch.
  • the laser irradiation unit may repeatedly form the first weld, the second weld, and the third weld.
  • the laser controller further includes a temperature sensor that sequentially measures the temperature of the first weld, and the laser controller measures the temperature of the second weld based on the temperature of the first weld. It is advisable to determine the timing of the start of formation.
  • the pitch of the welded portion can be appropriately changed depending on the temperature of the welded portion.
  • the laminated core may be configured of N thin core plates (N is an integer), and the at least one welded portion may be formed in the Nth thin core plate. .
  • the Nth core thin plate i.e., the last core thin plate to be welded
  • the Nth core thin plate can be reliably joined regardless of the change in the pitch of the welded portions in one laminated core.
  • a fifteenth aspect of the present invention provides a laminated core in which a plurality of laminated core thin plates are joined by a plurality of spot-shaped welds continuously formed on the laminated core thin plates,
  • the plurality of welded parts are first welded parts formed at a first pitch in the stacking direction of the plurality of iron core thin plates with respect to a first core thin plate group consisting of a part of the plurality of iron core thin plates.
  • a second welded portion formed at a second pitch in the stacking direction on a second core thin plate group consisting of a part of the plurality of core thin plates adjacent to the first core thin plate group; , the second pitch is larger than the first pitch.
  • a diagram showing main parts of a laminated iron core manufacturing apparatus according to an embodiment Plan view showing an example of a welded part in a laminated core Explanatory diagram showing an example of the pitch of welds formed in a laminated core Explanatory diagram showing an example of a weld formed at the end of a laminated core Explanatory diagram showing an example of a laminated core having multiple regions with different weld pitches
  • An explanatory diagram showing examples of pitch combinations of welded parts in the laminated core shown in Fig. 5 A diagram showing a first modification of the laminated core manufacturing apparatus shown in FIG. 1
  • FIG. 1 is a diagram showing the main parts of a laminated core manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a laminated core manufacturing apparatus 1 includes a progressive mold 3 and a welding device 5 attached thereto.
  • the progressive mold 3 produces a laminated iron core 13 formed by laminating a plurality of thin iron core plates 11 (thin plate-shaped core pieces) by performing metal press processing on a hoop material W (coiled metal material) made of an electromagnetic steel plate. Manufacture.
  • the progressive mold 3 includes an upper mold 15 that is provided to be able to reciprocate in the vertical direction, and a lower mold 16 that is fixed to a holder (not shown).
  • the upper mold 15 has a plurality of punches for punching the hoop material W (FIG. 1 shows only the punch 19 for punching the outer shape of the thin iron core plate 11), and a punch holder 21 for holding the punches.
  • the upper die 15 also includes a plurality of guide posts (only the guide post 23 is shown here) extending vertically to guide the vertical movement of the punch holder 21, and a stripper guide (not shown). It has a stripper plate 25 that is slidably supported by and separates the hoop material W after punching from the punch.
  • the hoop material W is punched to form internal shapes such as pilot holes (positioning holes), slots, teeth, etc., as necessary. Thereby, the shape of the core thin plates 11 constituting the laminated core 13 is continuously formed in the hoop material W before the outer shape is punched out.
  • the upper part of the upper mold 15 is fixed to a slide part (not shown) that reciprocates in the vertical direction (for example, moves up and down with a stroke of about 25 mm to 35 mm).
  • the rotational motion of the crankshaft 29 driven by the upper mold drive motor 27 is converted into vertical movement of the upper mold 15 via a connecting rod (not shown).
  • the sliding portion also detects the rotational phase of the crankshaft 29 (rotation angle from the reference rotational position of the crankshaft 29) and generates an encoder signal (hereinafter referred to as "synchronization signal") indicating the detection result.
  • An encoder 31 is provided.
  • the lower mold 16 includes a die 33, a die plate 34, a die holder 35, and a squeeze ring 36 (core holding member).
  • the die 33 is provided with a generally circular punched hole into which the generally cylindrical punch 19 is inserted.
  • the punch 19 cooperates with the die 33 to punch out the outer shape of the thin iron core plate 11.
  • the periphery of the die 33 is held by a die plate 34.
  • the lower surface of the die plate 34 is supported by a die holder 35.
  • the squeeze ring 36 is connected to the lower end of the die 33 and applies side pressure (tightening force) to the thin iron core plates 11 laminated therein.
  • the inner diameter of the squeeze ring 36 is set to be the same as the inner diameter of the die 33 (set to be the same as the inner diameter, or set to be slightly smaller or slightly larger than the inner diameter), and the squeeze ring 36 is inserted into the die by the punch 19.
  • the thin iron core plates 11 punched into the interior of the core plate 11 are sequentially moved downward while being held with a predetermined lateral pressure.
  • the core thin plates 11 whose outer shapes are punched out of the hoop material W are sequentially pushed into the die 33 by the punch 19 so as to overlap the previously punched core thin plates 11 in the die 33.
  • the core thin plate 11 in the die 33 and squeeze ring 36 moves toward the discharge side (downward in this case) with a movement amount roughly equivalent to the thickness of the core thin plate 11. Move intermittently.
  • the core holding member for holding the punched thin iron core plates 11 may be a squeeze ring as long as it accommodates at least a plurality of thin iron core plates 11 and is used for laminating them. 36, any substantially cylindrical member can be used.
  • the core holding member may not only be used to apply lateral pressure to the laminated thin core plates 11, but also be used to align the core pieces through cylindrical holes (guide holes). good.
  • the shape of the hole in the core holding member is not limited to a circle, but may also have various shapes such as a rectangle, a fan shape, a trapezoid, a T shape, etc. in accordance with the shape of the core thin plate 11.
  • the iron core thin plates 11 are caulked together by forming caulking irregularities on the vertically adjacent iron core thin plates 11 in the progressive die 3, or It is also possible to bond the iron core thin plates 11 together by applying an adhesive to at least one of the adjacent iron core thin plates 11.
  • the welding device 5 includes a laser irradiation section 41, an irradiation adjustment section 42, a laser oscillator 43, and a laser controller 44.
  • the laser irradiation unit 41 is provided so as to be able to irradiate laser light into the squeeze ring 36 through an opening 46 that opens on the side (peripheral wall) of the squeeze ring 36.
  • the laser irradiation unit 41 includes a condenser lens (not shown) that condenses laser light.
  • the focused laser beam is irradiated onto a predetermined position on the circumferential surface of the thin iron core plates 11 stacked inside the squeeze ring 36 .
  • the irradiated laser beam has a predetermined spot shape on the circumferential surface of the iron core thin plate 11.
  • the spot shape of the laser beam is approximately circular, but is not limited to this, and may be other shapes (for example, elliptical or rectangular).
  • the laser irradiation unit 41 can spray shielding gas (argon, helium, etc.) onto the welded portion of the iron core thin plate 11 by sending out shielding gas (argon, helium, etc.) from its tip.
  • the laser irradiation units 41 are provided according to the number of welding locations in the laminated core 13. For example, in the example shown in FIG. 2, which will be described later, laser irradiation units 41 are provided so as to correspond to four welding locations, respectively. Further, the laser beam irradiation by the laser irradiation unit 41 is not limited to the iron core thin plates 11 laminated within the squeeze ring 36, but also the iron core thin plates 11 laminated within the die 33 or any other substantially cylindrical member. can be implemented for. In that case, the installation position of the laser irradiation unit 41 can be changed as appropriate to the vicinity of the irradiation position on the iron core thin plate 11 (for example, on the die 33, the die plate 34, etc.).
  • the irradiation adjustment section 42 can change the irradiation angle and the like of the laser beam irradiated from the laser irradiation section 41 by holding the laser irradiation section 41 in a movable manner.
  • the initial position of the laser irradiation unit 41 may be set, for example, so that the irradiation direction of the laser beam is a horizontal direction (a direction perpendicular to the lamination direction of the thin iron core plates 11).
  • the irradiation adjustment unit 42 adjusts the laser beam by tilting the tip of the laser irradiation unit 41, in which the light exit opening is formed, up and down by a rotation axis perpendicular to both the stacking direction of the thin iron core plates 11 and the laser beam irradiation direction.
  • the irradiation angle can be changed.
  • the irradiation adjustment section 42 can move the laser irradiation section 41 in the horizontal direction.
  • the irradiation adjustment unit 42 changes the focal position of the laser beam with respect to the circumferential surface of the thin iron core plate 11, and changes the size of the spot shape of the laser beam (i.e., the diameter of the laser beam on the surface of the plurality of thin iron core plates 11 in the laminated state). ) can be changed.
  • the laser oscillator 43 is connected to the laser irradiation section 41 via the optical cable 47, so that the oscillated laser beam can be introduced into the laser irradiation section 41.
  • a YAG laser oscillator, a CO 2 laser oscillator, a fiber laser oscillator, or the like can be appropriately employed as the laser oscillator 43.
  • the laser controller 44 is connected to the laser oscillator 43 and controls the output and oscillation form of the laser beam by the laser oscillator 43 by sending power and control signals to the laser oscillator 43. Thereby, the irradiation of laser light from the laser irradiation section 41 is controlled.
  • the laser oscillator 43 can generate a pulsed oscillation by making the irradiation time relatively short, or continuous oscillation by making the irradiation time relatively long. Further, the laser oscillator 43 can also suspend the irradiation of laser light from the laser irradiation section 41 as necessary.
  • the laser controller 44 is connected to, for example, the encoder 31 of the progressive die 3 and receives a synchronization signal from the encoder 31.
  • the laser controller 44 adjusts the timing of irradiation of the laser beam onto the thin iron core plate 11 based on the synchronization signal (the timing of punching out the thin iron core plate 11, and the timing of the movement (lowering) of the thin iron core plate 11 in the squeeze ring 36), and further , the output and oscillation form of laser light can be changed.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a welded portion 59 in the laminated core 13.
  • FIG. 2 shows an example in which the laminated core 13 is formed as a rotor (armature).
  • the laminated core 13 has a central portion 53 in which a shaft hole 51 into which a motor shaft (not shown) is inserted is formed, and four teeth projecting in the radial direction from the central portion 53 at equal intervals in the circumferential direction. It is composed of 54.
  • a magnetic pole portion 55 is provided at the outer end of each tooth 54 and extends on both sides in the circumferential direction facing a stator (not shown).
  • Each welding portion 59 is a portion (welding trace) formed by heating and melting the laminated iron core 13 (iron core thin plate 11) by irradiating the laminated iron core 13 with a laser beam.
  • a welded portion 59 is formed on the outer peripheral surface of the magnetic pole portion 55 of each tooth 54, respectively.
  • Each weld 59 is continuous in the stacking direction of the core thin plates 11 in the laminated core 13 (in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2) (that is, as part of a weld trace including a series of welds 59). It is formed.
  • the pitches of the welded portions 59 at multiple locations in the circumferential direction shown in FIG. 2 are the same. That is, the pitches of the plurality of welded portions 59 formed continuously in the stacking direction at the plurality of locations are changed in the same way (or at the same time) at the same position in the stacking direction. However, the plurality of welded portions 59 at the plurality of locations may be formed at different pitches at the same position in the stacking direction.
  • the shape of the core thin plates 11 constituting the laminated core 13 is not limited to the example shown in FIG. 2, and various shapes such as a square, a sector, a trapezoid, a T-shape, and a U-shape can be adopted. Further, the number and position of the welded portions 59 in the laminated core 13 can be changed as appropriate.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the pitch of welded portions 59 formed in the laminated core 13.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a welded portion 59 formed at the end of the laminated core 13. 3 and 4, for convenience of explanation, a welded portion 59 and its surroundings in the laminated core 13 (a plurality of laminated core thin plates 11) are schematically shown.
  • the pitch of the welding portion 59 can be changed.
  • the pitch of the welds 59 corresponds to the distance between the centers of adjacent welds 59 (or the geometric centers of their external shapes).
  • the pitch of the welding part 59 can be changed by changing the irradiation direction or irradiation position of the laser beam from the laser irradiation section 41, changing the output of the laser beam by the laser oscillator 43 (including stopping), and changing the output of the laser beam by the laser oscillator 43. This can be achieved by at least one change in the oscillation form.
  • the shape of the welded portion 59 (roughly corresponding to the shape of a spot-shaped laser beam) is approximately circular. Further, the outer diameter of the welded portion 59 (particularly the diameter in the laminating direction of the thin iron core plates 11) is larger than three times and smaller than four times the thickness of each thin iron core plate 11 in the laminating direction (vertical direction in FIG. 3). It is set.
  • Each weld 59 may be formed on four or five adjacent thin iron core plates 11, but here, the four thin iron core plates 11 are connected in consideration of the strength of the connection by each weld 59. is formed.
  • the amount of heat storage in the welded portion may be adjusted by changing the beam diameter (diameter of the light beam) of the laser beam without changing the pitch of the welded portion 59.
  • a weld 59 is formed at the boundary between adjacent (paired) iron core thin plates 11, and the size of the laser beam spot shape is changed (for example, 0.5 times the thickness of the iron core thin plates 11, (the diameter can be selectively changed to 1x or 1.5x).
  • each weld 59 is located at the boundary between adjacent thin iron core plates 11.
  • the relative position of the welded portion 59 with respect to the thin iron core plate 11 can be changed as appropriate, taking into consideration the overlap between each welded portion 59 and a plurality of thin iron core plates 11 to which each welded portion 59 is coupled.
  • the center of the welded portion 59 may be located at the center of the thin iron core plate 11 in the thickness direction.
  • FIG. 3(A) shows an example in which the pitch P1 of the welded portion 59 is set to the same size as the thickness of the thin iron core plate 11.
  • the core thin plates 11 stacked in the squeeze ring 36 are punched each time each core thin plate is punched out (that is, only by the thickness of one core thin plate) even when the laser beam irradiation position is fixed. It moves intermittently in a direction substantially perpendicular to the laser beam irradiation direction. Therefore, even if the laser beam is continuously irradiated from the laser irradiation part 41, the influence of the irradiation when the iron core thin plate 11 is stationary becomes large, and the welded part 59 is formed at a pitch P1 as shown in FIG. 3(A). can be formed.
  • FIG. 3(B) shows an example in which the pitch P2 of the welded portion 59 is set to twice the thickness of the thin iron core plate 11.
  • FIG. 3C shows an example in which the pitch P3 of the welded portion 59 is set to three times the thickness of the thin iron core plate 11.
  • the size of the outer diameter of the welded portion 59 and the pitch applicable to the welded portion 59 are as shown in FIGS. It is not limited to the example shown. For example, by setting the outer diameter of the welded portion 59 larger, it is also possible to adopt a larger pitch. Furthermore, the pitch of the welded portions 59 is not limited to an integral multiple of the thickness of the thin iron core plate 11, and may be set to any size.
  • the welding portion 59 located at the rearmost portion (in this case, the top) of the plurality of welding portions 59 formed at the pitch P1 is changed to the pitch P2.
  • pitches other than pitches P1 and P2 for example, a pitch larger than pitch P1 and smaller than pitch P2, or a pitch smaller than pitch P1 etc.
  • the welding part 59 located at the rearmost part of the plurality of welding parts 59 formed at the pitch P1 and the welding part 59 located at the forefront of the plurality of welding parts 59 formed at the pitch P2 are individually separated.
  • the pitch between them may be a pitch other than the pitches P1 and P2.
  • the relative position of each welded portion 9 formed at the changed pitch (here, pitch P2) with respect to each core thin plate 11 can be adjusted.
  • Such a configuration is similarly applicable to changes in pitches other than pitches P1 and P2.
  • the rearmost core thin plate 11 in the laminated core 13 (here, the core located at the top layer of the laminated core 13) is used at the same pitch.
  • the welded portion 59 may not be formed at the rearmost portion of the laminated core 13, or if the welded portion 59 is formed, it may protrude from the end face of the laminated core 13.
  • the welding device 5 can change the pitch for the rearmost core thin plate 11 of the laminated core 13 as necessary.
  • FIG. 4 shows an example in which the pitch P3 of the welded portion 59 is changed to a smaller pitch P1.
  • the laminated core 13 is composed of N core thin plates 11 (N is an integer)
  • the welded portion 59A is formed so that at least one welded portion is formed on the Nth core thin plate 11A to be welded last.
  • the pitch to be formed is changed.
  • the laser beam for forming the corresponding weld portion 59 is applied to the core thin plate 11A. It cannot be welded as it is because it protrudes from the upper edge of the. Therefore, by changing the pitch of the Nth iron core thin plate 11A from pitch P3 to pitch P1, a welded portion 59A is formed in the Nth iron core thin plate 11A.
  • FIG. 4 shows an example in which the pitch of only the welded part 59 formed last is changed
  • the pitch is not limited to this, and a plurality of welded parts formed on one or more iron core thin plates 11 at the rearmost part are changed.
  • 59 pitch may be changed.
  • the pitch of the welded portion 59 may be changed as long as at least the last core thin plate 11A to be welded is appropriately coupled to the adjacent core thin plate 11, and is not limited to a change from pitch P3 to pitch P1. .
  • pitch P1 the same pitch as the thickness of the core thin plates 11
  • the bonding force at the ends of the laminated core 13 increases, and the strength of the entire laminated core 13 can be stably maintained.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example in which the laminated core 13 has a plurality of regions with welded portions 59 having different pitches.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a combination of pitches of welded portions 59 in the laminated core shown in FIG. 5.
  • the plurality of pitches of the welded portions 59 described above are determined with respect to a plurality of regions (here, first to third regions R1 to R3) divided in the lamination direction of the laminated core 13. It is possible to apply each.
  • the first to third regions R1 to R3 each include a block made up of a plurality of core thin plates 11 (first to third core thin plate groups).
  • region R1 constitutes the lower part of the laminated core 13 (including the lowest layer of core thin plate 11 where welding to one laminated core 13 is started).
  • Region R2 constitutes an intermediate portion of laminated core 13.
  • Region R3 constitutes the upper part of the laminated core 13 (including the uppermost layer of the core thin plate 11 where welding to one laminated core 13 is completed).
  • the number of core thin plates 11 constituting regions R1-R3 is not necessarily set in advance (before the start of welding), but can be set as a result of changing the pitch of welding portions 59.
  • welding pattern 1 has small pitch P1 (first pitch in welding pattern 1), medium pitch P2 (second pitch in welding pattern 1), and large pitch P3 for regions R1, R2, and R3, respectively.
  • the amount of heat stored in the welded portion 59 gradually increases as welding progresses in the region R1 where the pitch is relatively small (heat dissipation becomes difficult).
  • the pitch in region R2 here, changing from a small pitch to a medium pitch
  • the amount of heat storage in the subsequent welded portion 59 is reduced. The increase can be suppressed.
  • the amount of heat stored in the welded portion 59 gradually increases as welding progresses in region R2 as well.
  • the pitch in region R3 here, changing from medium pitch to large pitch
  • the amount of heat storage in the subsequent welded part 59 is reduced. The increase can be suppressed.
  • Welding pattern 2 is an example in which medium pitch P2 (first pitch in welding pattern 2) and large pitch P3 (second pitch in welding pattern 2) are applied to region R1 and regions R2 and R3, respectively. . That is, in welding pattern 2, the pitch of the welded portions 59 increases in the transition from region R1 to region R2, and in the subsequent region R3, the same pitch as in region R2 is applied. That is, in welding pattern 2, two welding processes (first and second welding processes) in which the pitches of welded portions 59 are different from each other are performed.
  • region R3 of welding pattern 3 the same pitch as in region R2 is applied, but if it is possible to suppress the amount of heat storage in welded portion 59 in region R2, as shown in welding pattern 4, the welded portion is again 59 can be reduced (in this case, changed to a large pitch), thereby increasing the bonding strength of the thin iron core plates 11 in the region R3 (ends of the laminated iron core 13). Such pitch reduction can also be adopted in region R3 of welding pattern 2.
  • the region in which the pitch of the welded portions 59 is changed in the laminated core 13 is not limited to the regions R1-R3 illustrated in FIG. 5.
  • the number of such regions and their sizes that is, the number of core thin plates 11 constituting the regions
  • the welding pattern is not limited to that illustrated in FIG. 6.
  • any one of welding patterns 1-4 may be repeatedly performed on one laminated core 13. In that case, for example, in welding pattern 1, after the region R1-R3 shown in FIG. -R3 may be set.
  • one or more of the above-described welding patterns 1-4 may be combined and executed.
  • the laminated core 13 when manufactured by welding, the necessary bonding strength between the core thin plates 11 is ensured, and excessive heat accumulation in the welded portion 59 is suppressed. As a result, the laminated core 13 has the necessary bonding strength between the core thin plates 11, and the amount of shrinkage of the welded portion 59 is suppressed (that is, manufacturing accuracy is improved).
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams showing first and second modifications of the laminated core manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1, respectively.
  • the same components as those in the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • matters not specifically mentioned below are the same as those of the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1.
  • a temperature sensor 61 capable of measuring the temperature of the welded part 59 immediately after welding (forming) is provided in the welding apparatus 5. It is being The laser controller 44 is connected to the temperature sensor 61 and receives the temperature detection result (detection signal) from the temperature sensor 61. Thereby, the laser controller 44 can determine the timing of changing the pitch of the welding portion 59 based on the temperature detection result.
  • the temperature of the welded part 59 formed in the region R1 is sequentially measured, and the laser controller 44 determines the timing ( Or at a timing when this state continues for more than a predetermined time), the small pitch P1 of the welded portion 59 can be changed to the medium pitch P2 (that is, the formation of the welded portion in the region R2 can be started). Accordingly, the number of core thin plates 11 forming regions R1 and R2 is also changed.
  • the welding device 5 can be provided independently of the progressive die 3.
  • the welding device 5 has a support base 71 on which the laminated thin iron core plates 11 are supported.
  • the support base 71 is provided with a pair of fixing members 72, 72 that sandwich both end surfaces of the laminated thin iron core plates 11.
  • the laser irradiation unit 41 is movable along the guide rail 75 in the stacking direction with the stacked iron core thin plates 11 fixed to the support stand 71. Thereby, the welding device 5 can weld a plurality of thin iron core plates 11 while changing the pitch of the welding portions 59, similarly to the welding device 5 shown in FIG.
  • the welding method of the welding device 5 according to the present invention is not limited to laser welding, but also arc welding such as TIG (Tungsten Inert Gas) welding, MIG welding (Metal Inert Gas), and Mag (Metal Active Gas) welding. , electron beam welding, etc. may also be used.
  • arc welding such as TIG (Tungsten Inert Gas) welding, MIG welding (Metal Inert Gas), and Mag (Metal Active Gas) welding.
  • electron beam welding etc.

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Abstract

【課題】積層鉄心を製造において、鉄心薄板間の必要な結合強度を確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制する。 【解決手段】積層鉄心の製造方法は、積層された複数の鉄心薄板１１に対してスポット状の複数の溶接部５９を連続して形成することにより、複数の鉄心薄板１１を結合させ、複数の鉄心薄板１１の一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、複数の溶接部５９を構成する第１の溶接部を積層方向に第１のピッチで形成する第１の溶接工程と、第１の溶接工程の後に、第１の鉄心薄板群に隣接する複数の鉄心薄板１１の一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、複数の溶接部５９を構成する第２の溶接部を積層方向に第２のピッチで形成する第２の溶接工程と、を含み、第２のピッチは、第１のピッチよりも大きい構成とする。

Description

積層鉄心並びにその製造装置および製造方法
　本発明は、モータコア等に用いられる積層鉄心並びにその製造装置および製造方法に関する。
  従来、積層鉄心の製造では、積層鉄心を構成する各鉄心薄板（薄板状の鋼板）が、材料の電磁鋼板から所定の形状で順次打ち抜かれた後、所定枚数積層された状態で結合される。
　鉄心薄板同士を結合させる方法の１つとして、積層した複数の鉄心薄板を溶接（レーザ溶接等）によって結合させる方法が知られている。溶接を用いた積層鉄心の製造方法としては、例えば、鉄心薄板間の十分な結合強度を確保するために、積層した鋼板（鉄心薄板）のそれぞれ重ね合わせ目または板肉部にレーザビームのスポットを順次照射し、そのレーザビームのスポット直径を鋼板板厚の２倍超とすることにより、隣接する３枚以上ずつの鋼板を順次溶接して結合する方法が知られている（特許文献１参照）。
特開平９－１４９６０５号公報
　上記特許文献１のようにレーザ等を用いて複数のスポット状の溶接部を連続して形成する方法では、隣接する溶接部のピッチ（間隔）をできるだけ小さく（すなわち、隣接する溶接部が重なり合う領域をできるだけ大きく）設定することにより、溶接による鉄心薄板間の結合強度を向上させることができる。
　一方、隣接する溶接部のピッチを小さく設定して連続的に溶接を行うと、溶接が進むにつれて溶接部の蓄熱量（すなわち、溶接部の溶融量）が徐々に大きくなる。そこで、本願発明者らが鋭意検討した結果、そのような溶接部への蓄熱量の増大によって、特に、積層鉄心のより内側（積層方向における中心側）に位置する溶接部では、溶接後の温度低下時の収縮量（引張残留応力）が過度に増大する場合があることを見出した。そのような溶接部の収縮量の増大は、積層鉄心における変形の原因となり得る。
　本発明は、以上の背景に鑑み、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度を確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制することを課題とする。
　本発明の第１の側面では、積層された複数の鉄心薄板に対してスポット状の複数の溶接部を連続して形成することにより、前記複数の鉄心薄板を結合させる積層鉄心の製造方法であって、前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第１の溶接部を積層方向に第１のピッチで形成する第１の溶接工程と、前記第１の溶接工程の後に、前記第１の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第２の溶接部を前記積層方向に第２のピッチで形成する第２の溶接工程と、を含み、前記第２のピッチは、前記第１のピッチよりも大きい構成とする。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度を確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制することができる。
　本発明の第２の側面では、前記第２の溶接工程の後に、前記第２の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第３の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第３の溶接部を前記積層方向に前記第２のピッチと異なる第３のピッチで形成する第３の溶接工程を更に含むとよい。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度をより安定的に確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制することができる。
　本発明の第３の側面では、前記第３のピッチは、前記第２のピッチよりも大きいとよい。
　これによると、鉄心薄板を形成する材料の熱伝導率に応じて、溶接部への過度の蓄熱をより安定的に抑制することができる。
　本発明の第４の側面では、前記第３のピッチは、前記第２のピッチよりも小さいとよい。
　これによると、鉄心薄板を形成する材料の熱伝導率に応じて、鉄心薄板間の必要な結合強度をより安定的に確保することができる。
　本発明の第５の側面では、前記第３のピッチは、前記第１のピッチと同一であるとよい。
　これによると、鉄心薄板を形成する材料の熱伝導率に応じて、簡易な構成により鉄心薄板間の必要な結合強度を安定的に確保することができる。
　本発明の第６の側面では、前記第１の溶接工程、前記第２の溶接工程、及び前記第３の溶接工程が繰り返し実行されるとよい。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度をより適切に確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱をより適切に抑制することができる。
　本発明の第７の側面では、前記第１の溶接工程は、前記第１の溶接部の温度を順次測定する温度測定工程を更に含み、前記第２の溶接工程の開始のタイミングは、前記第１の溶接部の前記温度に基づき決定されるとよい。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、溶接部の温度に応じて、溶接部のピッチの変更を適切に行うことができる。
　本発明の第８の側面では、前記積層鉄心は、Ｎ枚（Ｎは整数）の前記鉄心薄板によって構成され、前記Ｎ枚目の前記鉄心薄板に少なくとも１つの前記溶接部が形成されるように、前記溶接部を形成するピッチが変更されるとよい。
　これによると、１つの積層鉄心における溶接部のピッチの変更に拘わらず、Ｎ枚目の鉄心薄板（すなわち、最後に溶接される鉄心薄板）を確実に結合させることができる。
　本発明の第９の側面では、積層された複数の鉄心薄板に対してスポット状の複数の溶接部を連続して形成することにより、前記複数の鉄心薄板を結合させる積層鉄心の製造装置であって、前記複数の鉄心薄板に対してスポット状のレーザ光を照射することにより、前記複数の溶接部を形成するレーザ照射部と、前記レーザ照射部による前記レーザ光の照射を制御するレーザコントローラと、を備え、前記レーザ照射部は、前記レーザコントローラの制御により、前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第１の溶接部を積層方向に第１のピッチで形成し、前記第１の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第２の溶接部を前記積層方向に第２のピッチで形成し、前記第２のピッチは、前記第１のピッチよりも大きい構成とする。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度を確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制することができる。
　本発明の第１０の側面では、間欠移送される帯状薄鋼板から前記複数の鉄心薄板を順次打ち抜き、前記複数の鉄心薄板を積層する順送り金型を更に備え、前記レーザ照射部は、前記順送り金型において、前記帯状薄鋼板から外形を打ち抜かれた前記鉄心薄板を保持する鉄心保持部材内に前記レーザ光を照射可能に設けられるとよい。
　これによると、順送り金型によって打ち抜かれ、積層状態とされた複数の鉄心薄板を、溶接によって安定的に結合させることができる。
　本発明の第１１の側面では、前記レーザ照射部は、前記レーザコントローラの制御により、前記第２の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第３の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第３の溶接部を前記積層方向に前記第２のピッチと異なる第３のピッチで形成するとよい。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度をより安定的に確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制することができる。
　本発明の第１２の側面では、前記レーザ照射部は、前記第１の溶接部、前記第２の溶接部、及び前記第３の溶接部の形成を、繰り返し実行するとよい。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度をより安定的に確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱をより安定的に抑制することができる。
　本発明の第１３の側面では、前記第１の溶接部の温度を順次測定する温度センサを更に含み、前記レーザコントローラは、前記第１の溶接部の前記温度に基づき前記第２の溶接部の形成開始のタイミングを決定するとよい。
　これによると、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、溶接部の温度に応じて、溶接部のピッチの変更を適切に行うことができる。
　本発明の第１４の側面では、前記積層鉄心は、Ｎ枚（Ｎは整数）の前記鉄心薄板によって構成され、前記Ｎ枚目の前記鉄心薄板に少なくとも１つの前記溶接部が形成されるとよい。
　これによると、１つの積層鉄心における溶接部のピッチの変更に拘わらず、Ｎ枚目の鉄心薄板（すなわち、最後に溶接される鉄心薄板）を確実に結合させることができる。
　本発明の第１５の側面では、積層された複数の鉄心薄板に対して連続して形成されたスポット状の複数の溶接部により、前記複数の鉄心薄板が結合された積層鉄心であって、前記複数の溶接部は、前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、前記複数の鉄心薄板の積層方向に第１のピッチで形成された第１の溶接部と、前記第１の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、前記積層方向に第２のピッチで形成された第２の溶接部と、を含み、前記第２のピッチは、前記第１のピッチよりも大きい構成とする。
　これによると、溶接による積層鉄心の製造時に、鉄心薄板間の必要な結合強度を確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱が抑制される。その結果、鉄心薄板間の必要な結合強度を有し、かつ溶接部の収縮量が抑制された（すなわち、製造精度が高められた）積層鉄心を実現できる。
　このように本発明によれば、溶接によって積層鉄心を製造する場合に、鉄心薄板間の必要な結合強度を確保しつつ、溶接部への過度の蓄熱を抑制することが可能となる。
実施形態に係る積層鉄心の製造装置の要部を示す図 積層鉄心における溶接部の一例を示す平面図 積層鉄心に形成される溶接部のピッチの例を示す説明図 積層鉄心の端部に形成される溶接部の例を示す説明図 積層鉄心が溶接部のピッチの異なる複数の領域を有する例を示す説明図 図５に示した積層鉄心における溶接部のピッチの組み合わせの例を示す説明図 図１に示した積層鉄心の製造装置の第１の変形例を示す図 図１に示した積層鉄心の製造装置の第２の変形例を示す図
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る積層鉄心の製造装置１の要部を示す図である。
　図１に示すように、積層鉄心の製造装置１は、順送り金型３及びそれに付設された溶接装置５を備える。
　順送り金型３は、電磁鋼板からなるフープ材Ｗ（コイル状の金属材料）に対して金属プレス加工を行うことにより、鉄心薄板１１（薄板状のコア片）を複数積層してなる積層鉄心１３を製造する。順送り金型３は、上下方向に往復運動可能に設けられた上型１５と、図示しないホルダに固定された下型１６と、を有する。
　上型１５は、フープ材Ｗを打ち抜くための複数のパンチ（図１には、鉄心薄板１１の外形打ち抜き用のパンチ１９のみを示す。）と、それらパンチを保持するパンチ保持体２１を有する。また、上型１５は、パンチ保持体２１の昇降動作をガイドするために上下に延在する複数のガイドポスト（ここでは、ガイドポスト２３のみを示す。）と、ストリッパ用ガイド（図示せず）によってスライド自在に支持され、打ち抜き後のフープ材Ｗをパンチから分離させるストリッパプレート２５とを有する。
　なお、詳細な説明は省略するが、順送り金型３では、フープ材Ｗに対し、パイロット孔（位置決め用孔）、スロット、及びティース等の内部形状の打ち抜き加工が必要に応じて行われる。これにより、積層鉄心１３を構成する鉄心薄板１１の形状が、外形を打ち抜かれる前にフープ材Ｗにおいて連続的にかたちづくられる。
　上型１５の上部は、上下方向に往復運動（例えば、２５ｍｍ～３５ｍｍ程度のストロークで上下動）するスライド部（図示せず）に固定されている。スライド部では、上型駆動用のモータ２７によって駆動されるクランク軸２９の回転運動がコネクティングロッド（図示せず）を介して上型１５の上下方向の運動に変換される。また、スライド部には、クランク軸２９の回転位相（クランク軸２９の基準回転位置からの回転角度）を検出し、その検出結果を示すエンコーダ信号（以下、「同期信号」という。）を発生するエンコーダ３１が設けられている。
　下型１６は、ダイ３３、ダイプレート３４、ダイホルダ３５、及びスクイズリング３６（鉄心保持部材）を備える。
　ダイ３３には、略円柱状のパンチ１９が挿入される略円形の外形打ち抜き穴が設けられる。パンチ１９は、ダイ３３と協働して鉄心薄板１１の外形を打ち抜く。ダイ３３の周囲は、ダイプレート３４によって保持されている。ダイプレート３４の下面は、ダイホルダ３５によって支持される。
　スクイズリング３６は、ダイ３３の下端に連なり、その中に積層された鉄心薄板１１に対して側圧（締め付け力）を付与する。スクイズリング３６の内径は、ダイ３３の内径と同等の大きさに設定（内径と同一に設定または内径よりも僅かに小さく若しくは僅かに大きく設定）されており、スクイズリング３６は、パンチ１９によってダイ３３内に打ち抜かれた鉄心薄板１１を所定の側圧をもって保持しながら順次下方に移動させる。
　フープ材Ｗから外形を打ち抜かれた鉄心薄板１１は、先に打ち抜かれたダイ３３内の鉄心薄板１１の上に重なるように、パンチ１９によってダイ３３内に順次押し込まれる。これにより、ダイ３３内およびスクイズリング３６内の鉄心薄板１１は、新たに鉄心薄板１１が打ち抜かれる度に、鉄心薄板１１の厚さに概ね相当する移動量をもって排出側（ここでは、下方）に間欠的に移動する。
　なお、順送り金型３において、打ち抜かれた鉄心薄板１１を保持するための鉄心保持部材としては、少なくとも複数の鉄心薄板１１を収容し、且つそれらの積層に供されるものであれば、スクイズリング３６に限らず略筒状をなす任意の部材を用いることができる。また、鉄心保持部材としては、積層された鉄心薄板１１に対して側圧を付与することを目的とするものだけでなく、筒穴（ガイド穴）によって鉄心片を整列させることを目的とするものでもよい。さらに、鉄心保持部材の穴形状としては、円形のみならず、鉄心薄板１１の形状に合わせて、方形、扇型、台形、Ｔ形等の種々の形状を採用することができる。
　また、溶接装置５によるレーザ溶接を行う前に、順送り金型３において、上下に隣接する鉄心薄板１１にかしめ用の凹凸を形成することによって鉄心薄板１１同士をかしめ結合させたり、或いは、上下に隣接する鉄心薄板１１の少なくとも一方に接着剤を塗布することによって鉄心薄板１１同士を結合させたりすることも可能である。
　溶接装置５は、レーザ照射部４１、照射調整部４２、レーザ発振器４３、及びレーザコントローラ４４を備える。
　レーザ照射部４１は、スクイズリング３６の側部（周壁）に開口する開口部４６を通して、スクイズリング３６内にレーザ光を照射可能なように設けられる。レーザ照射部４１は、レーザ光を集光する集光レンズ（図示せず）を備える。集光されたレーザ光は、スクイズリング３６内に積層された鉄心薄板１１の周面における所定位置に照射される。照射されたレーザ光は、鉄心薄板１１の周面において所定のスポット形状を有する。本実施形態では、レーザ光のスポット形状は、略円形状をなすが、これに限らず、他の形状（例えば、楕円形状や矩形状）であってもよい。また、レーザ照射部４１は、その先端からシールドガス（アルゴン、ヘリウム等）を送出することにより、鉄心薄板１１の溶接部に対して吹き付けることが可能である。
　なお、レーザ照射部４１は、積層鉄心１３における溶接箇所の数に応じて設けられる。例えば、後述する図２の例では、４つの溶接箇所にそれぞれ対応するようにレーザ照射部４１が設けられる。また、レーザ照射部４１によるレーザ光の照射は、スクイズリング３６内に積層された鉄心薄板１１に限らず、ダイ３３その他の略筒状をなす他の任意の部材内に積層された鉄心薄板１１に対して実施され得る。その場合、レーザ照射部４１の設置位置は、鉄心薄板１１に対する照射位置の近傍（例えば、ダイ３３やダイプレート３４等）に適宜変更することができる。
　照射調整部４２は、レーザ照射部４１を変位可能に保持することにより、レーザ照射部４１から照射されるレーザ光の照射角度等を変更可能である。レーザ照射部４１は、例えば、レーザ光の照射方向を水平方向（鉄心薄板１１の積層方向に直交する方向）とするように初期位置が設定され得る。照射調整部４２は、鉄心薄板１１の積層方向およびレーザ光の照射方向にともに直交する回動軸によって、光出射口が形成されたレーザ照射部４１の先端を上下に傾けることにより、レーザ光の照射角度を変更することができる。
　また、照射調整部４２は、レーザ照射部４１を水平方向に移動させることができる。これにより、照射調整部４２は、鉄心薄板１１の周面に対するレーザ光の焦点位置を変更し、レーザ光のスポット形状のサイズ（すなわち、積層状態の複数の鉄心薄板１１の表面におけるレーザ光の径）を変更することができる。
　レーザ発振器４３は、光ケーブル４７を介してレーザ照射部４１に接続されることにより、発振されたレーザ光をレーザ照射部４１に導入することができる。なお、レーザ発振器４３としては、ＹＡＧレーザ発振器、ＣＯ２レーザ発振器、またはファイバレーザ発振器等を適宜採用することができる。
　レーザコントローラ４４は、レーザ発振器４３に接続され、レーザ発振器４３に電力および制御信号を送出することによりレーザ発振器４３によるレーザ光の出力や発振形態を制御する。これにより、レーザ照射部４１からのレーザ光の照射が制御される。レーザ発振器４３は、レーザ光の発振形態について、照射時間を比較的短くすることによりパルス発振とするか、或いは、照射時間を比較的長くすることにより連続発振とすることができる。また、レーザ発振器４３は、必要に応じてレーザ照射部４１からのレーザ光の照射を休止させることもできる。
　また、レーザコントローラ４４は、例えば、順送り金型３のエンコーダ３１に接続され、エンコーダ３１からの同期信号を受信する。レーザコントローラ４４は、同期信号（鉄心薄板１１の打ち抜きタイミング、延いてはスクイズリング３６における鉄心薄板１１の移動（下降）のタイミング）に基づき、鉄心薄板１１に対するレーザ光の照射タイミングを調整し、さらに、レーザ光の出力や発振形態を変更することができる。
　図２は、積層鉄心１３における溶接部５９の一例を示す平面図である。
　図２には、積層鉄心１３がロータ（電機子）として形成された例が示されている。積層鉄心１３は、軸心に図示しないモータシャフトが嵌入される軸孔５１が形成された中央部５３と、中央部５３から周方向に等しい間隔をおいて径方向に突設された４つのティース５４とから構成されている。各ティース５４の外端には、図示しないステータに対峙する周方向両側に拡がった磁極部５５が設けられている。
　積層鉄心１３の外周面には、平面視において周方向に所定の間隔をおいて複数箇所に溶接部５９が形成される。各溶接部５９は、積層鉄心１３（鉄心薄板１１）に対するレーザ光の照射による加熱溶融によって形成された部位（溶接痕）である。ここでは、各ティース５４の磁極部５５の外周面にそれぞれ溶接部５９が形成されている。各溶接部５９は、積層鉄心１３における鉄心薄板１１の積層方向（図２の紙面に垂直な方向）に連なるように連続的に（すなわち、一連の溶接部５９を含む溶接痕の一部として）形成される。
　なお、図２に示した周方向の複数箇所における溶接部５９のピッチは、それぞれ同一である。すなわち、それら複数箇所においてそれぞれ連続して積層方向に形成される複数の溶接部５９のピッチは、積層方向の同一位置において同様に（または同時に）変更される。ただし、それら複数箇所における複数の溶接部５９は、積層方向の同一位置において互いに異なるピッチで形成されてもよい。積層鉄心１３を構成する鉄心薄板１１の形状は、図２に示した例に限らず、方形、扇型、台形、Ｔ形、及びコ字形等の種々の形状を採用することができる。また、積層鉄心１３における溶接部５９の数や位置については適宜変更することが可能である。
　図３は、積層鉄心１３に形成される溶接部５９のピッチの例を示す説明図である。図４は、積層鉄心１３の端部に形成される溶接部５９の例を示す説明図である。図３および図４では、説明の便宜上、積層鉄心１３（積層された複数の鉄心薄板１１）における溶接部５９及びその周辺を模式的に示している。
　図３（Ａ）－（Ｃ）に示すように、溶接装置５では、溶接部５９のピッチを変更することが可能である。溶接部５９のピッチは、隣接する溶接部５９の中心（またはその外形の幾何中心）間の距離に相当する。溶接部５９のピッチの変更は、レーザ照射部４１からのレーザ光の照射方向や照射位置の変更、レーザ発振器４３によるレーザ光の出力の変更（休止を含む）、及びレーザ発振器４３によるレーザ光の発振形態の変更の少なくとも１つにより実現可能である。
　溶接部５９の形状（スポット状のレーザ光の形状に概ね相当）は略円形である。また、溶接部５９の外径（特に、鉄心薄板１１の積層方向の径）は、積層方向（図３における上下方向）における各鉄心薄板１１の厚さの３倍より大きく且つ４倍よりも小さく設定されている。各溶接部５９は、隣接する４枚または５枚の鉄心薄板１１上に形成され得るが、ここでは、各溶接部５９による結合の強度を考慮して、４枚の鉄心薄板１１を結合させるように形成されている。ただし、積層鉄心の製造装置１では、溶接部５９のピッチを変更することなく、レーザ光のビーム径（光線の径）を変更することにより、溶接部の蓄熱量を調整してもよい。例えば、隣接する（対をなす）鉄心薄板１１の各々の境界部に溶接部５９を形成し、レーザ光のスポット形状のサイズを変更する（例えば、鉄心薄板１１の板厚の０．５倍、１倍、１．５倍の径を選択的に変更する）ことができる。
　図３（Ａ）－（Ｃ）では、各溶接部５９の中心は、隣接する鉄心薄板１１の境界に位置する。ただし、鉄心薄板１１に対する溶接部５９の相対位置は、各溶接部５９の結合対象となる複数の鉄心薄板１１と各溶接部５９との重なりを考慮した上で、適宜変更可能である。例えば、溶接部５９の中心は、鉄心薄板１１の厚さ方向の中心に位置してもよい。
　図３（Ａ）は、溶接部５９のピッチＰ１が、鉄心薄板１１の厚さと同じ大きさに設定された例を示している。上述のように、スクイズリング３６内に積層された鉄心薄板１１は、レーザ光の照射位置が固定されている場合でも、各鉄心薄板が打ち抜かれる度に（すなわち、１枚の厚さ分だけ）レーザ光の照射方向に略直交する方向に間欠的に移動する。このため、レーザ照射部４１からレーザ光が連続的に照射された場合でも、鉄心薄板１１の静止時における照射の影響が大きくなり、図３（Ａ）に示すようなピッチＰ１で溶接部５９が形成され得る。
　図３（Ｂ）は、溶接部５９のピッチＰ２が、鉄心薄板１１の厚さの２倍に設定された例を示している。図３（Ｃ）は、溶接部５９のピッチＰ３が、鉄心薄板１１の厚さの３倍に設定された例を示している。これらのピッチは、レーザ発振器４３によるレーザ光の出力（休止を含む）の変更、及びレーザ発振器４３によるレーザ光の発振形態の変更の少なくとも一方により実現可能である。
　なお、溶接部５９の外径の大きさや溶接部５９に適用可能なピッチは、少なくとも各鉄心薄板１１間に必要とされる結合力を確保可能な限り、図３（Ａ）－（Ｃ）に示した例に限定されない。例えば、溶接部５９の外径をより大きく設定することにより、より大きなピッチを採用することも可能である。また、溶接部５９のピッチは、鉄心薄板１１の厚さの整数倍に限らず、任意の大きさに設定され得る。
　また、例えば溶接部５９のピッチＰ１がピッチＰ２に変更される場合、ピッチＰ１で形成された複数の溶接部５９において最後部（ここでは、最上部）に位置する溶接部５９が、ピッチＰ２で形成される複数の溶接部５９における最前部（ここでは、最下部）に位置する溶接部５９となる。ただし、溶接部５９のピッチＰ１およびピッチＰ２の境界に位置する溶接部のピッチについては、ピッチＰ１、Ｐ２以外のピッチ（例えば、ピッチＰ１より大きく且つピッチＰ２より小さいピッチや、ピッチＰ１より小さいピッチなど）としてもよい。より詳細には、ピッチＰ１で形成された複数の溶接部５９において最後部に位置する溶接部５９と、ピッチＰ２で形成される複数の溶接部５９において最前部に位置する溶接部５９とを個別の溶接部５９とし、それらの間のピッチを、ピッチＰ１、Ｐ２以外のピッチとしてもよい。これにより、変更後のピッチ（ここでは、ピッチＰ２）で形成される各溶接部９の各鉄心薄板１１に対する相対位置を調整することができる。このような構成は、ピッチＰ１、Ｐ２以外の他のピッチの変更についても同様に適用可能である。
　また、ピッチＰ２またはピッチＰ３のように鉄心薄板１１の厚さよりも大きなピッチを用いる場合、同一ピッチで積層鉄心１３における最後部の鉄心薄板１１（ここでは、積層鉄心１３の最上層に位置する鉄心薄板１１またはそれに隣接する鉄心薄板１１）まで溶接部５９を形成できない場合がある。つまり、積層鉄心１３の最後部に溶接部５９が形成されないか、または溶接部５９が形成された場合に積層鉄心１３の端面からはみ出してしまう場合がある。
　そこで、溶接装置５は、鉄心薄板１１の厚さよりも大きなピッチを用いる場合には、積層鉄心１３の最後部の鉄心薄板１１に対してピッチを必要に応じて変更することができる。
　図４は、溶接部５９のピッチＰ３が、より小さいピッチＰ１に変更された例を示している。積層鉄心１３がＮ枚（Ｎは整数）の鉄心薄板１１によって構成される場合、最後に溶接されるＮ枚目の鉄心薄板１１Ａに少なくとも１つの溶接部が形成されるように、溶接部５９Ａを形成するピッチが変更される。
　より詳細には、図４に示したピッチＰ３による溶接では、Ｎ枚目（図４では、最上層）の鉄心薄板１１Ａについては、対応する溶接部５９を形成するためのレーザ光が鉄心薄板１１Ａの上縁からはみ出してしまうため、そのまま溶接することはできない。そこで、Ｎ枚目の鉄心薄板１１Ａについては、ピッチＰ３からピッチＰ１に変更することにより、Ｎ枚目の鉄心薄板１１Ａに溶接部５９Ａが形成されるようにする。
　なお、図４の例では、最後に形成される溶接部５９のみのピッチを変更した例を示したが、これに限らず、最後部の１以上の鉄心薄板１１に形成される複数の溶接部５９のピッチが変更されてもよい。また、溶接部５９のピッチの変更は、少なくとも最後に溶接される鉄心薄板１１Ａがそれに隣接する鉄心薄板１１に対して適切に結合されればよく、ピッチＰ３からピッチＰ１への変更には限定されない。
　また、このようなピッチの変更は、少なくとも直前のピッチよりも小さいピッチに変更されればよく、ピッチＰ１への変更には限定されない。ただし、ピッチＰ１（鉄心薄板１１の厚さと同じ大きさのピッチ）に変更することで、積層鉄心１３の端部の結合力が高まり、積層鉄心１３全体の強度を安定的に維持できるという利点がある。
　図５は、積層鉄心１３が溶接部５９のピッチの異なる複数の領域を有する例を示す説明図である。図６は、図５に示した積層鉄心における溶接部５９のピッチの組み合わせの例を示す説明図である。
　上述の溶接部５９の複数のピッチは、例えば図５に示すように、積層鉄心１３の積層方向に区分けされた複数の領域（ここでは、第１－第３の領域Ｒ１－Ｒ３）に対してそれぞれ適用することが可能である。第１－第３領域Ｒ１－Ｒ３は、それぞれ複数の鉄心薄板１１（第１－第３の鉄心薄板群）からなるブロックを含む。
　図５の例では、領域Ｒ１は、積層鉄心１３の下部（１つの積層鉄心１３に対する溶接が開始される最下層の鉄心薄板１１を含む）を構成する。領域Ｒ２は、積層鉄心１３の中間部を構成する。領域Ｒ３は、積層鉄心１３の上部（１つの積層鉄心１３に対する溶接が終了する最上層の鉄心薄板１１を含む）を構成する。ただし、領域Ｒ１－Ｒ３を構成する鉄心薄板１１の数は、必ずしも事前（溶接の開始前）に設定されるものではなく、溶接部５９のピッチを変更した結果として設定され得る。
　図６において、溶接パターン１は、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対し、それぞれ小ピッチＰ１（溶接パターン１における第１のピッチ）、中ピッチＰ２（溶接パターン１における第２のピッチ）、大ピッチＰ３（溶接パターン１における第３のピッチ）が適用された例である。つまり、溶接パターン１では、溶接部５９のピッチは、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の順に徐々に大きくなる。すなわち、溶接パターン１では、溶接部５９のピッチが互いにことなる３つの溶接工程（第１－第３の溶接工程）が実行される。
　この溶接パターン１では、比較的ピッチの小さい領域Ｒ１では溶接が進むにつれて溶接部５９への蓄熱量が徐々に増大する（放熱し難くなる）。しかしながら、溶接パターン１では、そのような蓄熱が過大となる前に、領域Ｒ２においてピッチを増大させる（ここでは、小ピッチから中ピッチに変更する）ことにより、その後の溶接部５９における蓄熱量の増大を抑制することができる。
　また、溶接パターン１では、領域Ｒ２においても溶接が進むにつれて溶接部５９への蓄熱量が徐々に増大する。しかしながら、溶接パターン１では、そのような蓄熱が過大となる前に、領域Ｒ３においてピッチを増大させる（ここでは、中ピッチから大ピッチに変更する）ことにより、その後の溶接部５９における蓄熱量の増大を抑制することができる。
　溶接パターン２は、領域Ｒ１および領域Ｒ２、Ｒ３に対し、それぞれ中ピッチＰ２（溶接パターン２における第１のピッチ）および大ピッチＰ３（溶接パターン２における第２のピッチ）が適用された例である。つまり、溶接パターン２では、溶接部５９のピッチは、領域Ｒ１から領域Ｒ２への移行において増大し、その後の領域Ｒ３では、領域Ｒ２と同一のピッチが適用される。すなわち、溶接パターン２では、溶接部５９のピッチが互いにことなる２つの溶接工程（第１、第２の溶接工程）が実行される。
　この溶接パターン２では、鉄心薄板１１の材料の熱伝導率が比較的低い場合でも、領域Ｒ１に対してピッチＰ２（中ピッチ）を適用することにより、各溶接部５９における蓄熱を抑制することができる。
　また、溶接パターン２では、領域Ｒ１における溶接が進むにつれて溶接部５９への蓄熱量が徐々に増大する。しかしながら、溶接パターン２では、そのような蓄熱が過大となる前に、領域Ｒ２においてピッチを増大させる（ここでは、中ピッチから大ピッチに変更する）ことにより、その後の溶接部５９における蓄熱量の増大を抑制することができる。
　なお、鉄心薄板１１の材料の熱伝導率が溶接パターン１の場合と比べて高い場合には、溶接パターン３に示すように、領域Ｒ１および領域Ｒ２、Ｒ３に対し、それぞれ小ピッチＰ１（溶接パターン３における第１のピッチ）および中ピッチＰ２（溶接パターン３における第２のピッチ）が適用されてもよい。
　さらに、溶接パターン３の領域Ｒ３では、領域Ｒ２と同一のピッチが適用されるが、領域Ｒ２において溶接部５９における蓄熱量が抑制可能な場合には、溶接パターン４に示すように、再び溶接部５９のピッチを低減（ここでは、大ピッチに変更）し、これにより、領域Ｒ３（積層鉄心１３の端部）における鉄心薄板１１の結合強度を増大させることもできる。このようなピッチの低減は、溶接パターン２の領域Ｒ３においても採用可能である。
　積層鉄心１３において溶接部５９のピッチが変更される領域は、図５に例示した領域Ｒ１－Ｒ３に限定されない。そのような領域の数や、それらの大きさ（すなわち、領域を構成する鉄心薄板１１の数）は適宜変更可能である。また、溶接パターンは、図６に例示されたものには限定されない。例えば、１つの積層鉄心１３において、溶接パターン１－４のいずれかが繰り返し実行されてもよい。その場合、例えば溶接パターン１では、図５に示した領域Ｒ１－Ｒ３（より厳密には、構成する鉄心薄板１１の枚数が低減された領域Ｒ１－Ｒ３）の後（上側）に、再び領域Ｒ１－Ｒ３が設定され得る。さらに、１つの積層鉄心１３において、上述の溶接パターン１－４のうちの１以上のパターンが組み合わされて実行されてもよい。
　このような積層鉄心１３では、溶接による製造時に、鉄心薄板１１間の必要な結合強度が確保され、かつ溶接部５９への過度の蓄熱が抑制される。その結果、積層鉄心１３は、鉄心薄板１１間の必要な結合強度を有し、かつ溶接部５９の収縮量が抑制される（すなわち、製造精度が高められる）。
　図７及び図８は、それぞれ図１に示した積層鉄心の製造装置１の第１及び第２の変形例を示す図である。図７及び図８では、図１に示した製造装置１と同一の構成要素については、同一の符号が付されている。また、第１及び第２の変形例に関し、以下で特に言及しない事項については、図１に示した製造装置１と同様とする。
　図７に示すように、第１の変形例に係る積層鉄心の製造装置１では、溶接された（形成された）直後の溶接部５９の温度を測定可能な温度センサ６１が溶接装置５に設けられている。レーザコントローラ４４は、温度センサ６１に接続され、温度センサ６１からの温度検出結果（検出信号）を受信する。これにより、レーザコントローラ４４は、その温度検出結果に基づき、溶接部５９のピッチの変更のタイミングを決定することができる。
　例えば、図６に示した溶接パターン１では、領域Ｒ１において形成される溶接部５９の温度を順次測定し、レーザコントローラ４４は、その測定された温度が所定温度（閾値）以上となったタイミング（またはその状態が所定時間を超えて継続したタイミング）で、溶接部５９の小ピッチＰ１を中ピッチＰ２に変更する（すなわち、領域Ｒ２における溶接部の形成を開始する）ことができる。これに応じて、領域Ｒ１、Ｒ２を構成する鉄心薄板１１の数も変更される。
　また、図８に示すように、第２の変形例に係る積層鉄心の製造装置１では、溶接装置５を順送り金型３とは独立して設けることも可能である。
　溶接装置５は、積層された鉄心薄板１１が支持される支持台７１を有する。支持台７１には、積層された鉄心薄板１１の両端面を挟持する一対の固定部材７２、７２が設けられている。
　溶接装置５では、積層された鉄心薄板１１が支持台７１に固定された状態で、レーザ照射部４１がガイドレール７５に沿ってその積層方向に移動可能である。これにより、溶接装置５では、図１に示した溶接装置５と同様に、溶接部５９のピッチを変更しながら、複数の鉄心薄板１１の溶接を行うことができる。
　以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。上記実施形態に示した本発明に係る積層鉄心並びにその製造装置および製造方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
　例えば、本発明に係る溶接装置５の溶接手法としては、レーザ溶接に限らず、Ｔｉｇ（Tungsten Inert Gas）溶接、Ｍｉｇ溶接（Metal Inert Gas）、及びＭａｇ（Metal Active Gas）溶接などのアーク溶接や、電子ビーム溶接などが用いられてもよい。
１　：積層鉄心の製造装置
３　：順送り金型
４　：溶接パターン
５　：溶接装置
１１：鉄心薄板
１３：積層鉄心
１５：上型
１６：下型
１９：パンチ
２１：パンチ保持体
２５：ストリッパプレート
２７：モータ
２９：クランク軸
３１：エンコーダ
３３：ダイ
３６：スクイズリング
４１：レーザ照射部
４２：照射調整部
４３：レーザ発振器
４４：レーザコントローラ
４６：開口部
４７：光ケーブル
５１：軸孔
５３：中央部
５４：ティース
５５：磁極部
５９：溶接部
６１：温度センサ
７１：支持台
７２：固定部材
７５：ガイドレール
Ｒ１：第１の領域（第１の鉄心薄板群）
Ｒ２：第２の領域（第２の鉄心薄板群）
Ｒ３：第３の領域（第３の鉄心薄板群）
Ｗ　：フープ材

Claims (15)

  1. 　積層された複数の鉄心薄板に対してスポット状の複数の溶接部を連続して形成することにより、前記複数の鉄心薄板を結合させる積層鉄心の製造方法であって、
    　前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第１の溶接部を積層方向に第１のピッチで形成する第１の溶接工程と、
    　前記第１の溶接工程の後に、前記第１の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第２の溶接部を前記積層方向に第２のピッチで形成する第２の溶接工程と、
    を含み、
    　前記第２のピッチは、前記第１のピッチよりも大きい、積層鉄心の製造方法。
  2. 　前記第２の溶接工程の後に、前記第２の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第３の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第３の溶接部を前記積層方向に前記第２のピッチと異なる第３のピッチで形成する第３の溶接工程を更に含む、請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
  3. 　前記第３のピッチは、前記第２のピッチよりも大きい、請求項２に記載の積層鉄心の製造方法。
  4. 　前記第３のピッチは、前記第２のピッチよりも小さい、請求項２に記載の積層鉄心の製造方法。
  5. 　前記第３のピッチは、前記第１のピッチと同一である、請求項４に記載の積層鉄心の製造方法。
  6. 　前記第１の溶接工程、前記第２の溶接工程、及び前記第３の溶接工程が繰り返し実行される、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法。
  7. 　前記第１の溶接工程は、前記第１の溶接部の温度を順次測定する温度測定工程を更に含み、
    　前記第２の溶接工程の開始のタイミングは、前記第１の溶接部の前記温度に基づき決定される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法。
  8. 　前記積層鉄心は、Ｎ枚（Ｎは整数）の前記鉄心薄板によって構成され、
    　前記Ｎ枚目の前記鉄心薄板に少なくとも１つの前記溶接部が形成されるように、前記溶接部を形成するピッチが変更される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層鉄心の製造方法。
  9. 　積層された複数の鉄心薄板に対してスポット状の複数の溶接部を連続して形成することにより、前記複数の鉄心薄板を結合させる積層鉄心の製造装置であって、
    　前記複数の鉄心薄板に対してスポット状のレーザ光を照射することにより、前記複数の溶接部を形成するレーザ照射部と、
    　前記レーザ照射部による前記レーザ光の照射を制御するレーザコントローラと、
    を備え、
    　前記レーザ照射部は、前記レーザコントローラの制御により、
    　前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第１の溶接部を積層方向に第１のピッチで形成し、
    　前記第１の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第２の溶接部を前記積層方向に第２のピッチで形成し、
    　前記第２のピッチは、前記第１のピッチよりも大きい、積層鉄心の製造装置。
  10. 　間欠移送される帯状薄鋼板から前記複数の鉄心薄板を順次打ち抜き、前記複数の鉄心薄板を積層する順送り金型を更に備え、
    　前記レーザ照射部は、前記順送り金型において、前記帯状薄鋼板から外形を打ち抜かれた前記鉄心薄板を保持する鉄心保持部材内に前記レーザ光を照射可能に設けられる、請求項９に記載の積層鉄心の製造装置。
  11. 　前記レーザ照射部は、前記レーザコントローラの制御により、
    　前記第２の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第３の鉄心薄板群に対し、前記複数の溶接部を構成する第３の溶接部を前記積層方向に前記第２のピッチと異なる第３のピッチで形成する、請求項９または請求項１０に記載の積層鉄心の製造装置。
  12. 　前記レーザ照射部は、前記第１の溶接部、前記第２の溶接部、及び前記第３の溶接部の形成を、繰り返し実行する、請求項１１に記載の積層鉄心の製造装置。
  13. 　前記第１の溶接部の温度を順次測定する温度センサを更に含み、
    　前記レーザコントローラは、前記第１の溶接部の前記温度に基づき前記第２の溶接部の形成開始のタイミングを決定する、請求項９または請求項１０に記載の積層鉄心の製造装置。
  14. 　前記積層鉄心は、Ｎ枚（Ｎは整数）の前記鉄心薄板によって構成され、
    　前記Ｎ枚目の前記鉄心薄板に少なくとも１つの前記溶接部が形成される、請求項９または請求項１０に記載の積層鉄心の製造方法。
  15. 　積層された複数の鉄心薄板に対して連続して形成されたスポット状の複数の溶接部により、前記複数の鉄心薄板が結合された積層鉄心であって、
    　前記複数の溶接部は、
    　前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第１の鉄心薄板群に対し、前記複数の鉄心薄板の積層方向に第１のピッチで形成された第１の溶接部と、
    　前記第１の鉄心薄板群に隣接する前記複数の鉄心薄板のうちの一部からなる第２の鉄心薄板群に対し、前記積層方向に第２のピッチで形成された第２の溶接部と、を含み、
    　前記第２のピッチは、前記第１のピッチよりも大きい、積層鉄心。
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