(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記特許文献1の従来技術では、所定のスキュー角が与えられた積層鉄心(ロータ)が用いられているが、積層された鉄心薄板を捻る作業は容易ではなく、また、スキュー角を精度良く設定することが難しいという問題があった。特に、上記従来技術のようにロータの内側(円筒状孔)に永久磁石が嵌装されるものとは異なり、ロータの軸孔の周囲に設けられた複数の磁石装着孔に永久磁石が嵌装される構成では、積層された鉄心薄板をスキューさせることはより困難となる。
【0005】
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、花弁形等の異形の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に実現可能とした積層鉄心の製造方法および積層鉄心製造装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1の側面では、非円形の外形(h3)を有する複数の鉄心薄板(2)を積層してなる積層鉄心(1)の製造方法であって、間欠移送される帯状薄鋼板(W)から前記鉄心薄板を前記外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック工程(工程(5))と、前記帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を打抜いて分離させる打抜き工程(工程(6))と、前記鉄心薄板を積層して積層体(3)を形成する積層工程(工程(7))とを有し、前記プッシュバック工程は、前記鉄心薄板の中心位置(C)を基準として所定の角度(α)ずつ回転させた複数の異なる外形の配置に基づき実施されることを特徴とする。
【0007】
この第1の側面による積層鉄心の製造方法では、所定の角度ずつ回転させた外形の配置に基づきプッシュバック工程を実施することにより、非円形(花弁形等)の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に製造することが可能となる。
【0008】
本発明の第2の側面では、上記第1の側面に関し、前記打抜き工程では、前記非円形の外形を内包する円形または当該外形に外接する円形であるダミー外形(h4)に沿って前記鉄心薄板が打抜かれることを特徴とする。
【0009】
この第2の側面による積層鉄心の製造方法では、円形のダミー外形により、非円形の外形を有する複数の鉄心薄板の積層工程を、従来の円形の外形を有する鉄心薄板と同様の機構(円筒形の内周面を有するダイおよびスクイズリング等)を用いて実施することが可能となる。この場合、積層鉄心の周囲に形成されるスクラップ部(非円形の鉄心薄板の外形とダミー外形との間の部分)は、積層鉄心と仮結合(嵌合)された状態であるため、治具等を用いて容易に取り外すことができる。
【0010】
本発明の第3の側面では、上記第1または第2の側面に関し、前記プッシュバック工程よりも前に実施され、積層後に永久磁石がそれぞれ嵌装される複数の磁石装着孔(h1)を形成する磁石装着孔形成工程を更に有することを特徴とする。
【0011】
この第3の側面による積層鉄心の製造方法では、永久磁石が嵌装される複数の磁石装着孔を設けた構成の積層鉄心において、磁石装着孔の加工や配置に影響を及ぼすことなく、所定のスキュー角度を容易に付与することが可能となる。
【0012】
本発明の第4の側面では、上記第1の側面に関し、前記非円形の外形は、前記鉄心薄板の中心を基準とした回転対称形をなすことを特徴とする。
【0013】
この第4の側面による積層鉄心の製造方法では、積層工程において積層体に均等な側圧を付与することができ、積層体における鉄心薄板同士をかしめや接着により良好に結合させることが可能となる。
【0014】
本発明の第5の側面では、非円形の外形(h3)を有する複数の鉄心薄板(2)を積層してなる積層鉄心(1)を製造する製造装置(10)であって、間欠移送される帯状薄鋼板から前記鉄心薄板を前記外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック部と、前記鉄心薄板を打抜いて前記帯状薄鋼板から分離させる打抜き部と、前記鉄心薄板を積層して積層体を形成する積層部とを備え、前記プッシュバック部は、前記外形に沿って前記鉄心薄板の打抜きまたは半抜きを実施するパンチ(P5)およびダイ(D5)と、前記鉄心薄板の中心位置を基準として前記外形の配置を所定の角度ずつ回転変位させるべく、前記パンチおよび前記ダイを回転させる回転機構(21)とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
このように本発明によれば、花弁形等の異形の外形を有する複数の鉄心薄板をスキュー状態で積層してなる積層鉄心を容易に実現可能となるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0017】
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。
【0018】
図1は本発明の実施形態に係る積層鉄心の製造方法を適用したストリップレイアウトを示す図であり、
図2は製造された積層鉄心のスキューの例を示す斜視図であり、
図3は積層体におけるスクラップ部の分離工程を示す説明図である。
【0019】
図1に示すように、積層鉄心1(
図2参照)の製造工程は、電磁鋼板のフープ材(帯状薄鋼板)Wに対して実施される(1)パイロット孔pの打抜き加工、(2)磁石装着孔h1の打抜き加工(磁石装着孔形成工程)、(3)かしめ計量孔k1の打抜き加工、(4)後にモータ等のロータ軸が挿入されるロータ軸孔h2の打抜きおよびかしめ突起k2の切起し加工、(5)鉄心薄板2の外形h3の打抜きまたは半抜きおよびプッシュバック加工(プッシュバック工程)、(6)鉄心薄板2のダミー外形h4の打抜き加工(打抜き工程)、(7)鉄心薄板2の積層(積層工程)の各工程から主として構成される。なお、工程(I1)〜工程(I3)はアイドル工程である。
【0020】
工程(2)では、積層後に永久磁石がそれぞれ嵌装される複数(ここでは、4つ)の磁石装着孔h1が形成される。各磁石装着孔h1は、矩形状をなし、後の工程(4)で形成されるロータ軸孔h2を外囲するように周方向に等間隔に配置される。なお、鉄心薄板2に形成される磁石装着孔の形状、数量および配置については、ここで示すものに限らず種々の変更が可能である。
【0021】
工程(3)では、計量用の鉄心薄板2(すなわち、積層鉄心1の最下層に位置する鉄心薄板)に対するかしめ計量孔k1が形成される。かしめ計量孔k1は、磁石装着孔h1の間において、後の工程(4)で形成されるロータ軸孔h2を外囲するように周方向に等間隔に配置される。このかしめ計量孔k1の形成は、所定回数(例えば、50回)毎に実施され、これにより、積層鉄心1の積層枚数が決定される。一方、計量用以外の鉄心薄板2については、工程(4)においてかしめ突起k2が形成される。このかしめ突起k2の形成は、パンチP3の押し込み量をフープ材Wの板厚に対する所定の割合に設定することにより行われる。なお、上記工程(2)〜(4)については、順序を任意に入れ替えて実行することが可能である。
【0022】
工程(5)では、鉄心薄板2はその非円形(異形)の外形に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックされる。ここで、鉄心薄板2は、パンチP5の押し込み量をフープ材Wの板厚に対する所定の割合に設定することにより外形h3に沿って打抜きまたは半抜きされ、その後、打抜きまたは半抜きされた部分がプッシュバックされてフープ材W内に押し戻される。これにより、鉄心薄板2は、外形に沿って切り離された状態でフープ材Wの孔(外形h3)に嵌合する。
【0023】
この工程(5)(工程(I2)、工程(I3)、工程(6)を併せて参照)は、順次打抜かれる鉄心薄板2a〜2d毎に異なる角度の外形h3の配置で実施される。ここで、工程(6)に示す第1の鉄心薄板2aの外形h3は、基準位置から反時計回り方向に角度α回転した配置となっている。次に、工程(I3)に示す第2の鉄心薄板2bの外形h3は、第1の鉄心薄板2aから反時計回り方向に角度α回転した配置(すなわち、基準位置から反時計回り方向に角度2α回転した配置)となっている。次に、工程(I2)に示す第3の鉄心薄板2cの外形h3は、第2の鉄心薄板2bから反時計回り方向に角度α回転した配置(すなわち、基準位置から反時計回り方向に角度3α回転した配置)となっている。さらに、次に、(5)に示す第4の鉄心薄板2dの外形h3は、第3の鉄心薄板2cから反時計回り方向に角度α回転した配置(すなわち、基準位置から反時計回り方向に角度4α回転した配置)となっている。
【0024】
このように、工程(5)は、その工程毎に鉄心薄板2の中心位置Cを基準として一定の角度αずつ回転させた複数の異なる外形の配置に基づき実施される。これにより、積層鉄心1には、他の孔(磁石装着孔h1等)の加工や配置に影響を及ぼすことなく、所定のスキュー角度(ここでは、3α)を付与することができる。ただし、磁石装着孔h1、かしめ計量孔k1、かしめ突起k2については、工程(5)での外形の回転に拘わらず、鉄心薄板2において同じ位置にそれぞれ形成される。なお、ここでは説明の便宜上、異なる回転角度で外形が配置された4つの鉄心薄板2a〜2dについて示したが、実用上は、より微少な回転角度を用いて、異なる配置の外形を有するより多くの鉄心薄板が加工される。また、スキュー角度3αは、ここでは15°に設定されているが、これに限らず適宜変更することができる。
【0025】
鉄心薄板2の外形h3は、径方向外側に凸状をなす同形の4つの円弧の両端が互いに接続された形状(4枚の花弁形)を有している。この外形h3については、少なくとも非円形であれば、ここに示すものに限らず種々の変更が可能である。
【0026】
工程(6)では、ダミー外形h4に沿って鉄心薄板2が打ち抜かれる。ダミー外形h4は、非円形の外形h3と同心でかつ外形h3を内包する円形をなしている。これにより、鉄心薄板2は、最終的に不要となるスクラップ部S(すなわち、ダミー外形h4と外形h3との間の領域)が周囲に残った状態で打抜かれ、工程(7)においてその状態のまま積層される。工程(7)では、打抜かれた鉄心薄板2のかしめ突起k2の凸部が、下側の鉄心薄板2のかしめ突起k2の凹部に嵌入されることにより、順次かしめ結合される。最終的に、かしめ計量孔k1が形成された鉄心薄板2によって鉄心薄板2間が分離され、所定枚の鉄心薄板2が互いに固着された積層体3が形成される。なお、ダミー外形h4については、外形h3を内包するものに限定されず、例えば、外形h3に外接する円形でもよい。
【0027】
上記工程(1)〜(7)によって得られた積層体3にはスクラップ部Sが残留する。しかしながら、スクラップ部Sは、上述のように鉄心薄板2の外形に沿って切り離された状態にあるため、所定の取外用治具(図示せず)等を用いて
図3に示すように積層鉄心1から容易に取り外すことができる。後に詳述するように、工程(5)では、スクラップ部Sには平面視において径方向に延びる切欠き溝Nが複数形成されており、各切欠き溝Nを起点としてスクラップ部Sを切断することができる。
【0028】
図3では図示を簡略化しているが、スクラップ部Sの除去により、
図2(A)、(B)に示すようなスキューが付与された積層鉄心1が得られる。
図2(A)に示した積層鉄心1は、工程(5)において所定のスキュー角度を一方向に付与した例であり、
図2(B)に示した積層鉄心は、スキュー角度の付与方向を中間で逆転させた(すなわち、後述するサーボモータ24の回転方向を反転させた)V字スキューの例である。積層鉄心1は、永久磁石界磁式の回転電機のロータに用いられる。
【0029】
図4は実施形態に係る積層鉄心の製造方法を用いる順送り金型装置の概略構成図であり、
図5は工程(5)におけるパンチに設けられたカッターの構成を示す模式図であり、
図6はカッターによる切欠き部の形成を示す模式的説明図であり、
図7は工程(5)におけるパンチおよびダイの回転動作を示す説明図である。
【0030】
順送り金型装置(積層鉄心製造装置)10は、装置内で間欠移送されるフープ材Wに対してプレス加工を行うものであり、上型11に取り付けられたパンチP1〜P6と、上型11に対応する下型12に取り付けられたダイD5、D6(一部のダイのみを図示する)と、打抜き加工後のフープ材Wをパンチから分離させるストリッパプレート13とを主として備える。
【0031】
ここで、
図4中の(1)〜(7)を付した各部は
図1に示した各工程(1)〜(7)に対応しており、各部におけるパンチおよびそれに対応するダイによって打抜き等の加工が実施される。順送り金型装置10において、例えば、
図4中の(5)におけるパンチP5、ダイD5、回転機構21、平押し部材27およびばね28は、鉄心薄板2を外形h3に沿って打抜きまたは半抜きした後にプッシュバックするプッシュバック部を構成し、
図4中の(6)におけるパンチP6およびダイD6は、鉄心薄板2を打抜いてフープ材Wから分離させる打抜き部を構成し、さらに、
図4中の(7)におけるスクイズリング36は、鉄心薄板2をかしめ結合して積層体3を形成する積層部を構成する。
【0032】
図4において、工程(5)に用いられるパンチP5およびダイD5は、回転機構21によって回転可能に設けられており、これにより、上述のように鉄心薄板2における外形の配置を変更することが可能となっている。回転機構21は、ダイD5を保持するダイホルダ22の周囲に巻きかけられたベルト23と、このベルト23を駆動するサーボモータ24と、パンチP5を保持するパンチホルダ25とダイホルダ22とを連結するガイドピン26とを有している。ガイドピン26の下端は、上型11(パンチP5)が下降した際(打抜きまたは半抜き加工時)に、ダイホルダ22のガイド穴30に挿入される。また、ダイD5内には、プッシュバックを実施するための平押し部材27が設けられている。平押し部材27は、半抜き部分に当接する平坦な上部と、ばね28が接側された下部とを有しており、その下部に接続されたばね28により上方(パンチP5の方向)に付勢されている。この付勢力により、半抜きされた各鉄心薄板2がプッシュバックされる。
【0033】
なお、パンチP5、ダイD5および平押し部材27は、鉄心薄板2の外形h3と同様の異形形状を有している。また、ダイホルダ22およびパンチホルダ25は、それぞれベアリング等を介して上型11および下型12に回転可能に保持されている。
【0034】
また、
図5に示すように、パンチP5の側面には、工程(5)において鉄心薄板2の上面側に切欠き溝N(
図3参照)を形成するための複数のカッター29が取り付けられている。各カッター29は、パンチP5の外形において径方向外側に凸状をなす部位にそれぞれ配置されており、これにより、
図3に示したように、スクラップ部Sの薄肉の部位にそれぞれ切欠き溝Nが形成される。各カッター29は、下端に設けられた鋭利な刃部29aを有し、工程(5)においてパンチP5が下降した際に、
図6に示すように、刃部29aが鉄心薄板2の上面から食い込む(すなわち、スクラップ部Sが完全に切断されない程度に厚さ方向に切り欠かれる)ことにより、所定の深さの切欠き溝Nが形成される。なお、カッター29の数量、配置および刃部29aの形状等については種々の変更が可能である。
【0035】
工程(5)では、例えば、
図7(A)に示す状態(今回の工程(5)における外形配置)において半抜き加工(またはプッシュバック加工)が完了すると、サーボモータ24が作動し、ダイホルダ22(ダイD5)が、ガイドピン26を介して連結されたパンチホルダ25(パンチP5)と共に反時計回り方向に角度αだけ回転して、
図7(B)に示す状態(次回の工程(5)における外形配置)となる。次に、
図7(B)に示す状態で半抜き加工が完了すると、ダイD5およびパンチP5が反時計回り方向に角度αだけ回転して
図7(C)に示す状態(3回目の工程(5)における外形配置)となる。次に、
図7(C)に示す状態で半抜き加工が完了すると、ダイD5およびパンチP5が反時計回り方向に角度αだけ回転して
図7(D)に示す状態(4回目の工程(5)における外形配置)となる。
【0036】
なお、パンチP5およびダイD5の回転については、同一の積層体3において回転方向を逆転させたり、一時的に回転を停止したりすることが可能である。これにより、積層鉄心1に付与するスキューの状態を変更することが可能である。また、
図1に示した工程(I2)および工程(I3)の少なくとも一方において、工程(5)と同様のプッシュバック部(平押し部材やばね等)を設けることにより、プッシュバック機能を追加することも可能である。これにより、工程(5)において打抜きまたは半抜きされた部分をフープ材W内に完全に押し戻すことができない場合でも、その後の工程(I2)および工程(I3)でのプッシュバックにより当該部分を確実にフープ材W内に押し戻すことが可能となる。
【0037】
また、工程(6)においてパンチP6によって鉄心薄板2のダミー外形h4が打抜かれると、工程(7)では、鉄心薄板2はダイD6内に既に積層されている鉄心薄板群35上に積層され、その後、ダイD6下部のスクイズリング36内へと順次押し込まれる。ここでは、鉄心薄板2をダミー外形h4に沿って円形に打抜くことにより、非円形の外形h3を有する鉄心薄板2に対して、従来の円形の外形を有する鉄心薄板と同様の機構(円筒形の内周面を有するダイD6下部のスクイズリング36)を用いて積層工程を実施することができる。
【0038】
このように、上記積層鉄心の製造方法および順送り金型装置では、所定の角度ずつ回転させた鉄心薄板2の外形の配置に基づき工程(5)を実施するため、非円形(花弁形等)の外形を有する複数の鉄心薄板2をスキュー状態で積層してなる積層鉄心1を容易に実現可能となる。
【0039】
図8は
図1に示したストリップレイアウトの変形例を示す図である。上述の例では、工程(6)において、円形のダミー外形h4に沿って鉄心薄板2を打抜く構成としたが、
図8の変形例に示すように、工程(5)で半抜きおよびプッシュバック加工した外形h3に沿って打抜くことも可能である。この場合、パンチP6の形状は、外形h3の内接円とすることができる。或いは、パンチP6の形状を外形h3と同様の形状とし、パンチP6の回転機構を別途設けてもよい。なお、鉄心薄板2をその中心位置を基準とした回転対称形とし、その最大径部(円弧部)がスクイズリング36の直径相当部に接触する構成とすることにより、積層工程において積層体に均等な側圧(径方向内側への力)を付与することができ、円形(円筒形)のダイD6およびスクイズリング36においても適切な側圧を確保して鉄心薄板同士を良好に結合させることが可能となる。
【0040】
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単なる例示であって、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、上記実施形態では、鉄心薄板同士をかしめ結合する構成としたが、周知の接着方法により結合してもよい。なお、上記実施形態に示した本発明に係る積層鉄心の製造方法および積層鉄心製造装置の各構成要素は、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。