JP5227664B2

JP5227664B2 - 積層鉄心の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP5227664B2
Application number: JP2008144405A
Authority: JP
Inventors: 俊生原
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: JP2009291059A

Description

本発明は、回転電機の固定子や回転子等に用いられる積層鉄心の製造方法及び製造装置に関し、特に、外形の異なる複数種類の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造装置及び製造方法に関する。

モータ等の回転電機用の積層鉄心は一般に、電磁鋼板のフープ材（帯状薄鋼板）を素材として、順送り金型装置により製造される。順送り金型装置では、フープ材に対して所定の打抜き加工が順次行われて鉄心薄板が連続的にかたちづくられ、外形打抜き後の鉄心薄板を所定の枚数積層して固着させることにより積層鉄心が製造される。この種の金型装置において、外形等が異なる鉄心薄板を所定枚数ずつ積層した積層鉄心を製造する技術が存在する。

例えば、外形等が異なる２種以上のコア片を打抜くための複数のフープ材を並列状態で供給し、これらのフープ材を上型金型と下型金型を用いて打抜き、該下型金型の同一のダイ部内に所定の順序でコア片として順次に積層して一体化した後に、ダイ部内から取り出すようにした積層コアの製造方法が存在する（特許文献１参照）。

特許第２８７６１４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明は、外形等が異なる複数のフープ材を金型内に並列状態で供給する構成であるため、金型が大型化し、装置コストが嵩むという問題があった。また、各フープ材から打抜かれた複数種類のコア片を積層する際に、ダイ装置を回転駆動させる手段を必要とするため、金型の構造が複雑化し、装置コストが嵩むという問題もあった。さらに、外形の異なる複数種類の鉄心薄板は、打抜き後の積層の際に精度良く位置合わせすることが難しいという問題もあった。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、外形の異なる複数種類の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造において、各鉄心薄板を精度良く位置合わせしながら積層させることを可能とする積層鉄心の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、外形の異なる複数種類の鉄心薄板（２ａ〜２ｃ）を積層してなる積層鉄心（１）の製造装置（１１）であって、間欠移送される帯状薄鋼板（３）の前記各鉄心薄板が形成される領域内にガイド孔（Ｄ）を打抜くガイド孔打抜き手段と、前記帯状薄鋼板から前記各鉄心薄板を半抜きまたは打抜きした後にプッシュバックする鉄心薄板打抜き手段（２４〜２６，３４〜３６）と、前記プッシュバックされた各鉄心薄板を前記帯状薄板鋼板から順次分離させながら積層する分離積層手段とを備え、前記分離積層手段は、前記プッシュバックされた各鉄心薄板を前記帯状薄板鋼板から分離させるパンチ（２７）と、前記分離された各鉄心薄板が内部に順次積層されるダイ（３７）と、前記各鉄心薄板の前記ガイド孔に挿通されることにより、前記各鉄心薄板の積層をガイドするガイド部材（８１）とを有する構成とする。

上記課題を解決するためになされた第２の発明として、前記ダイ内に配置され、積層される前記鉄心薄板を支持する支持手段（７２）を更に有する構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第３の発明として、前記分離積層手段は、前記ダイの下方に設けられ、かつ前記各鉄心薄板の外周の少なくとも一部と圧接するスクイズリング（７０）を更に有する構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第４の発明として、前記ガイド部材は、前記パンチ側から前記ダイ側に向けて進退自在に設けられ、前記パンチが前記鉄心薄板を前記ダイ内に押し込む際に、前記ダイ内に進出する構成とすることができる。

上記課題を解決するためになされた第５の発明は、外形の異なる複数種類の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造方法であって、間欠移送される帯状薄鋼板の前記各鉄心薄板が形成される領域内にガイド孔を打抜くガイド孔打抜き工程と、前記帯状薄鋼板から前記各鉄心薄板を半抜きまたは打抜きした後にプッシュバックする鉄心薄板打抜き工程と、前記プッシュバックされた各鉄心薄板を前記帯状薄板鋼板から順次分離させながら積層する積層工程とを備え、前記積層工程では、前記プッシュバックされた各鉄心薄板がパンチにより前記帯状薄板鋼板から分離され、当該分離された各鉄心薄板がダイ内部に順次積層されるとともに、当該各鉄心薄板が積層される際には、各鉄心薄板の前記ガイド孔に前記積層をガイドするガイド部材が挿通される構成とする。

上記第１及び第５の発明によれば、外形の異なる複数種類の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造において、ガイド部材が各鉄心薄板のガイド孔に挿通されてその積層がガイドされるため、各鉄心薄板を精度良く位置合わせしながら積層させることが可能となる。外形の異なる各鉄心薄板は、間欠移送される同一の帯状薄鋼板から打抜くことができるため、金型を大型化する必要がないという利点もある。

上記第２の発明によれば、ダイ内において積層される鉄心薄板を安定的に支持できるため、外形の異なる各鉄心薄板間をより精度良く位置合わせすることが可能となる。

上記第３の発明によれば、外形の異なる各鉄心薄板をより精度良く位置合わせしながら互いに固着させることが容易となる。

上記第４の発明によれば、ガイド部材は、各鉄心薄板の積層処理時には、ダイ内への進出によりその積層をガイドすることができる一方、帯状薄鋼板の間欠移送時には、ダイ内からの後退によりその間欠移送を阻害しないようにすることができる。

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は本発明の製造装置および製造方法により製造された積層鉄心の模式的な斜視図であり、図２は図１の積層鉄心についてのストリップレイアウトの一例を示す図である。

図１に示すように、積層鉄心１は、例えば、レゾルバ等の装置に用いられるものであり、外形の異なる３種類の鉄心薄板２ａ〜２ｃが所定枚数ずつ積層された構成を有する。第１の鉄心薄板２ａは、長円形の外形を有し、その中心から長手方向の一方側（図１では右側）に偏倚した位置に軸孔Ｄが設けられている。第２の鉄心薄板２ｂは、円形の外形を有し、その中央部に軸孔Ｄが設けられている。また、第３の鉄心薄板２ｃは、長円形の外形を有し、その中心から長手方向の一方側（図１では左側）に偏倚した位置に軸孔Ｄが設けられている。

図２に示すように、積層鉄心１の製造工程は、フープ材３に対して鉄心薄板２ａ〜２ｃの外形形成等を行う前半打抜き工程（１）〜（６）と、鉄心薄板２ａ〜２ｃをフープ材３から順次分離させながら積層する分離積層工程（７）とからなる。

前半打抜き工程において、フープ材３は、パイロット孔Ｐの打抜き（１）と、計量用の鉄心薄板（即ち、積層鉄心１の最下層に位置する鉄心薄板）に対するかしめ孔Ｃ１の打抜き（２）と、軸孔Ｄの打抜き及び計量用以外の鉄心薄板に対するかしめ部（ここでは、上側凹部及び下側凸部を有する半抜きのダボ形状）Ｃ２形成（３）と、各鉄心薄板２ａ〜２ｃを半抜き（場合によっては打抜き）した後にプッシュバックする（即ち、パンチの下降をフープ材３の板厚の途中で停める加工を実施した後に、元の位置に嵌め込むようにして戻す）各鉄心薄板の外形形成（４）〜（６）とを順次施されて、外形の異なる各鉄心薄板２ａ〜２ｃの基本形状が形成される。

前半打抜き工程の後には分離積層工程（７）が実施される。この分離積層工程（７）では、プッシュバックされた各鉄心薄板２ａ〜２ｃをフープ材３から順次分離させながら積層させる。このとき、計量用の鉄心薄板に形成されたかしめ孔Ｃ１または計量用以外の鉄心薄板に形成されたかしめ部Ｃ２が、隣接する鉄心薄板間で互いに嵌合することにより、所定枚の鉄心薄板が互いに固着されて積層鉄心１が形成される。より詳細には、最下層に位置する計量用の鉄心薄板のかしめ孔Ｃ１に、その上の２番目に位置する鉄心薄板のかしめ部Ｃ２の下側凸部が嵌入され、さらに、２番目に位置する鉄心薄板のかしめ部Ｃ２の上側凹部に、その上の３番目に位置する鉄心薄板のかしめ部Ｃ２の下側凸部が嵌入されるという要領で、鉄心薄板間の固着が実施される。

図３は本発明の積層鉄心の製造装置を構成する順送り金型装置の概略構成図であり、図４および図５は分離積層工程の詳細を説明する図３Ｘ部の拡大詳細図である。なお、図３の順送り金型装置１１に示した（１）〜（７）は、図２に示した各工程（１）〜（７）との対応を示すものである。

図３に示すように、順送り金型装置１１は、上金型１２および下金型１３を備えており、これら金型間に装置の一方側（図３では左側）からフープ材３が供給される。フープ材３は、所定ピッチ（工程間距離）で間欠移送されながら鉄心薄板の打抜き加工や積層等が実施される。順送り金型装置１１は、上下方向に移動する上金型１２に取り付けられた複数のパンチ２１〜２６と、下金型１３に取り付けられた複数のダイ３１〜３６とにより前半打抜き工程（１）〜（６）を実施する。また、順送り金型装置１１は、上金型１２に取り付けられた押込パンチ２７と、下金型１３に取り付けられたダイ３７とにより分離積層工程（７）を実施する。上金型１２にはストリッパープレート１４が取り付けられている。ストリッパープレート１４は、その下降動作によりフープ材３を下金型１３の上面１３ａに当接させ、打抜き加工後にフープ材３から各パンチ２１〜２７を容易に離間させる。順送り金型装置１１の各種動作はコントローラ１５により総括的に制御される。

パンチ２１はパイロット孔Ｐに対応する先端形状を有する。フープ材３を図３の矢印方向に間欠移送する際に、打抜かれたパイロット孔Ｐに図示しないパイロットピンが挿入されることで、各工程（１）〜（７）におけるフープ材３の位置合わせが可能となる。

パンチ２２は４個のかしめ孔Ｃ１に対応する先端形状を有する。パンチ２２は、その先端部（下端部）がフープ材３を打抜き可能な打抜き位置（下降位置）と、その先端部がフープ材３を打抜き不能な待機位置（上昇位置）との間を進退移動可能なように設けられている。パンチ２２の上部には、その進退移動を実現するための周知のカム機構４１およびカム駆動装置４２が設けられている。カム駆動装置４２は、例えば、ソレノイドやシリンダ装置からなり、コントローラ１５の制御指令に基づきカム機構４１を駆動する。パンチ２２は、計量用の鉄心薄板を加工する場合には打抜き位置に移動し、計量用の鉄心薄板以外を加工する場合には待機位置に移動する。

パンチ２３ａおよびパンチ２３ｂは、それぞれ軸孔Ｄおよびその周囲に形成される４個のかしめ部Ｃ２に対応する先端形状を有する。ダイ３３の内部には、パンチ２３ｂに対向するように設けられた受け部材４３が配置されている。受け部材４３は、その下端に接続されたばね４４により上方（パンチ２３ｂの方向）に付勢されており、この付勢力により、半抜きのダボ形状を有するかしめ部Ｃ２を形成することが可能となる。

パンチ２４〜２６は、それぞれ鉄心薄板２ａ〜２ｃの外形に対応する先端形状を有する。パンチ２４〜２６は、その先端部がフープ材３を半抜き可能となる打抜き位置（下降位置）と、その先端部がフープ材３を半抜き不能となる待機位置（上昇位置）との間を進退移動可能に設けられている。パンチ２４〜２６の上部には、それらの進退移動を実現するための周知のカム機構５１〜５３およびカム駆動装置５４〜５６がそれぞれ設けられている。カム駆動装置５４〜５６はコントローラ１５の制御指令に基づきカム機構５１〜５３を駆動する。例えば、パンチ２４は、対応する鉄心薄板２ａを加工する場合には打抜き位置に移動し、それ以外の鉄心薄板２ｂ，２ｃの場合には待機位置に移動することになる（パンチ２５，２６も同様）。図３は、パンチ２４が打抜き位置にあり、パンチ２５，２６が待機位置にある場合を示している。

また、ダイ３４〜３６の内部には、パンチ２４〜２６に対向するように設けられた受け部材６１〜６３が配置されている。受け部材６１〜６３は、その下端に接続されたばね６４〜６６によりそれぞれ上方（各パンチ２４〜２６の方向）に付勢されており、この付勢力により、各鉄心薄板２ａ〜２ｃを半抜きした後にプッシュバックすることが可能となる。

押込パンチ２７は、ダイ３７とともに鉄心薄板の分離手段を構成する。押込パンチ２７は、プッシュバックされた各鉄心薄板２ａ〜２ｃをダイ３７側に押圧する機能を有し、各鉄心薄板２ａ〜２ｃをフープ材３から分離してダイ３７内に押し込む。図４および図５にも示すように、ダイ３７は、外形の異なる各鉄心薄板２ａ〜２ｃの外周の少なくとも一部と圧接するように設けられている。フープ材３から分離された各鉄心薄板２ａ〜２ｃはダイ３７の内部に順次積層される。

ダイ３７の下方に同心状に設けられたスクイズリング７０は、ダイ３７とともに鉄心薄板の積層手段を構成する。スクイズリング７０は、ダイ３７と同様に各鉄心薄板２ａ〜２ｃの外周の少なくとも一部と圧接するように設けられており、これにより、鉄心薄板の積層がガイドされる。

図４および図５に示すように、ダイ３７の内部には、ダイ３７内で積層される鉄心薄板（積層体）を支持する支持装置７２が設けられている。支持装置７２は、フープ材３から分離された鉄心薄板が載置される受け台７３と、この受け台７３を支持する支軸７４と、この支軸７４の下端に接続され、支軸７４を伸縮させて受け台７３の昇降動作を行う昇降機構７５とを有している。この昇降機構７５により、受け台７３は、ダイ３７の上端付近の上限位置から、スクイズリング７０下方の下限位置（搬出位置）の間を昇降可能である。昇降機構７５は、例えば、油圧シリンダから構成される。また、受け台７３には、その上面に開口する凹部７３ａが設けられている。

また、押込パンチ２７の軸心には、各鉄心薄板２ａ〜２ｃの軸孔Ｄに嵌入可能な外径を有する略円柱形のガイドピン８１が挿通配置されている。ガイドピン８１の上部にはカム機構８２が設けられている。カム機構８２は、ガイドピン８１の中間には、鍔部材８３が設けられている。この鍔部材８３は、テーパ状をなすその上部がカム板８４のカム面８４ａに対して摺動可能に設けられており、これにより、ガイドピン８１の進退（上下）移動が実現される。また、下金型１３にはカム板８４を水平方向に駆動するカム駆動片８５が設けられている。

図４に示す上金型１２の上昇時には、カム駆動片８５は、その先端に設けられた傾斜部８５ａがカム板８４の挿通孔８４ｂに挿入され、傾斜部８５ａの一部が挿通孔８４ｂの傾斜した内面と係合した状態にある。このとき、カム板８４は後退位置（左端位置）にあり、ガイドピン８１も後退位置（上昇位置）にある。一方、図５に示す上金型１２の下降時（即ち、フープ材３から各鉄心薄板２ａ〜２ｃを分離する際）には、カム駆動片８５の傾斜部８５ａは、カム板８４の挿通孔８４ｂを貫通してその直胴部８５ｂがカム板８４の挿通孔８４ｂの内面に係合した状態となる。このとき、図５に矢印で示すように、カム板８４はその後端部に設けられたばね８６の付勢力に抗して支持台８７上を前進位置（右端位置）に移動し、ガイドピン８１がその後端部に設けられたばね８８の付勢力に抗して前進位置（下降位置）に移動する。これにより、ガイドピン８１は、押込パンチ２７の先端からダイ３７側に向けて進出した状態となり、分離された鉄心薄板およびダイ３７内で積層された鉄心薄板の軸孔Ｄに嵌入された状態となる。

なお、ガイドピン８１は、その進退移動により、各鉄心薄板の積層処理時には、ダイ３７内への進出によりその積層をガイドすることができる一方、フープ材３の間欠移送時には、図４に示すように、ダイ３７内から後退する（即ち、押込パンチ２７の内部に概ね収容された状態となる）ことによりその間欠移送を阻害しないようにすることができる。

上記構成の順送り金型装置１１において、図１に示した積層鉄心１を製造する場合、フープ材３は、まず、パンチ２１によってパイロット孔Ｐが形成された後、最下層に位置する鉄心薄板２ｃに対しては、パンチ２２によってかしめ孔Ｃ１が打抜かれる。続いて、パンチ２３ａによって軸孔Ｄが打抜かれる一方、その上に重なる２枚目〜４枚目までの鉄心薄板２ｃに対しては、パンチ２３ｂによってかしめ部Ｃ２が形成される。次に、パンチ２４が打抜き動作を行うとともに、パンチ２５，２６が待機動作を行うことで、鉄心薄板２ｃが半抜きされた後にプッシュバックされる。なお、鉄心薄板２ｃの上に重なる鉄心薄板２ｂ及び鉄心薄板２ａについても、２枚目以降の鉄心薄板２ｃと同様に加工される。

次に、プッシュバックされた各鉄心薄板２ａ〜２ｃは、押込パンチ２７によってフープ材３から順次分離されながらダイ３７に押し込まれて積層される。ダイ３７内に順次積層された鉄心薄板２ａ〜２ｃは、新たな鉄心薄板が積層されるのにともないダイ３７下部のスクイズリング７０内へと順次押し込まれる。鉄心薄板２ａ〜２ｃの積層の際には、ガイドピン８１が、上金型１２の下降の際に、押込パンチ２７の先端からダイ３７側に向けて進出した状態となり、分離された鉄心薄板およびダイ３７内で積層された鉄心薄板の軸孔Ｄに嵌入される。

このガイドピン８１の軸孔Ｄへの嵌入により鉄心薄板２ａ〜２ｃの積層がガイドされることで、各鉄心薄板２ａ〜２ｃを精度良く位置合わせしながら積層させることが可能となる。また、このとき、図５に示すように、ガイドピン８１の先端が鉄心薄板を貫通して受け台７３の凹部７３ａに嵌入されることで、ガイドピン８１の先端の位置ずれを防止して積層のガイドをより安定かつ高精度に実施することができるという利点がある。

支持装置７２の受け台７３は、上限位置において積層鉄心の最下層となる鉄心薄板が載置された後、新たな鉄心薄板が積層されるたびに、その鉄心薄板１枚の厚み分だけ下降する。この支持装置７２により、ダイ３７内において積層される鉄心薄板を安定的に支持できるため、外形の異なる各鉄心薄板をより精度良く位置合わせすることが可能となる。また、図５ではダイ３７内に１枚の鉄心薄板のみが示されているが、その後の鉄心薄板の分離時には、下降したパンチ２７と受け台７３との間に複数の鉄心薄板（積層体）が所定圧力で挟持された状態となるため、鉄心薄板間の密着性が高まり、それらをより確実に固着させることが可能となる。各鉄心薄板は、ダイ３７およびスクイズリング７０内において、外周面で生じる摩擦力により、上下に隣接する他の鉄心薄板と密接される。これにより、外形の異なる各鉄心薄板をより精度良く位置合わせしながら、かしめ部Ｃ２同士（またはかしめ部Ｃ２とかしめ孔Ｃ１）を係合させることによって互いに固着させることができる。

所定枚数の鉄心薄板同士を固着することにより最終的に１つの積層鉄心が形成されると、支持装置７２の受け台７３は下降位置まで移動する。これにより、スクイズリング７０下部から排出された積層鉄心１が、公知の搬出装置９１を用いて装置外に押し出され、次工程に送られる。

本発明を特定の実施形態に基づいて詳細に説明したが、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。例えば、各鉄心薄板を固着させる方法は、上述の積層かしめ法に限らず、例えば、順送り金型装置内に接着剤供給装置を設けて、フープ材の表面に接着剤を塗布した後に鉄心薄板を積層して接着させる方法や、スクイズリングの部分にレーザ光照射手段を設けて、積層状態の各鉄心板に対して側面側からレーザ光を照射して上下に隣接する鉄心板を溶着によって結合する方法を用いてもよい。また、鉄心薄板の外形やその積層順序等は種々の変更が可能である。

本発明により製造された積層鉄心の模式的な斜視図図１の積層鉄心についてのストリップレイアウトの一例を示す図本発明に係る順送り金型装置の概略構成図図２の分離積層工程の詳細を説明する図３Ｘ部の拡大詳細図図２の分離積層工程の詳細を説明する図３Ｘ部の拡大詳細図

符号の説明

１積層鉄心
２ａ〜２ｃ鉄心薄板
３フープ材
１１順送り金型装置
１２上金型
１３下金型
１４ストリッパープレート
１５コントローラ
２１〜２６パンチ
２７押込パンチ
３１〜３７ダイ
７０スクイズリング
７２支持装置
７３受け台
７５昇降機構
８１ガイドピン
８２カム機構
８３鍔部材
８４カム板
８４ａカム面
８５カム駆動片
８５ａ傾斜部
８５ｂ直胴部
９１搬出装置
Ｃ１かしめ孔
Ｃ２かしめ部
Ｄ軸孔
Ｐパイロット孔

Claims

外形の異なる複数種類の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造装置であって、
間欠移送される帯状薄鋼板の前記各鉄心薄板が形成される領域内にガイド孔を打抜くガイド孔打抜き手段と、
前記帯状薄鋼板から前記各鉄心薄板を半抜きまたは打抜きした後にプッシュバックする鉄心薄板打抜き手段と、
前記プッシュバックされた各鉄心薄板を前記帯状薄板鋼板から順次分離させながら積層する分離積層手段と
を備え、
前記分離積層手段は、前記プッシュバックされた各鉄心薄板を前記帯状薄板鋼板から分離させるパンチと、
前記分離された各鉄心薄板が内部に順次積層されるダイと、
前記各鉄心薄板の前記ガイド孔に挿通されることにより、前記各鉄心薄板の積層をガイドするガイド部材と
を有し、
前記ガイド部材は、前記パンチ側から前記ダイ側に向けて進出自在に設けられ、前記各鉄心薄板の前記積層時には前記ダイ内へ進出する一方、前記帯状薄鋼板の前記間欠移送時には前記ダイ内から後退することを特徴とする積層鉄心の製造装置。
前記ガイド部材は、前記各鉄心薄板の前記積層時には前記パンチの先端から前記ダイ側に向けて進出した状態となることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心の製造装置。
前記ダイ内に配置され、積層される前記鉄心薄板を支持する支持手段を更に有し、前記支持手段には、前記帯状薄鋼板から分離された各鉄心薄板が前記ダイ内において載置される受け台が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層鉄心の製造装置。
前記受け台は、その上限位置において、前記分離積層手段によって積層される前記鉄心薄板の最下層となる鉄心薄板が載置された後、新たな鉄心薄板が積層されるたびに、その前記鉄心薄板１枚の厚み分だけ下降することを特徴とする請求項３に記載の積層鉄心の製造装置。
外形の異なる複数種類の鉄心薄板を積層してなる積層鉄心の製造方法であって、
間欠移送される帯状薄鋼板の前記各鉄心薄板が形成される領域内にガイド孔を打抜くガイド孔打抜き工程と、
前記帯状薄鋼板から前記各鉄心薄板を半抜きまたは打抜きした後にプッシュバックする鉄心薄板打抜き工程と、
前記プッシュバックされた各鉄心薄板を前記帯状薄板鋼板から順次分離させながら積層する積層工程と
を備え、
前記積層工程では、前記プッシュバックされた各鉄心薄板がパンチにより前記ダイ内に押し込まれて前記帯状薄板鋼板から分離され、当該分離された各鉄心薄板がダイ内部に順次積層されるとともに、前記パンチが前記鉄心薄板を前記ダイ内に押し込む際には、前記パンチ側から前記ダイ側に向けて進出したガイド部材が各鉄心薄板の前記ガイド孔に挿通されることを特徴とする積層鉄心の製造方法。