(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】
【0005】
特許文献1の方法は以下の点において改善の余地があった。すなわち、この方法では、切曲げ加工によってスリットラインLを形成する際、積層鉄心のヨーク部となる領域を横切るように折り曲げ線も形成される(特許文献1の
図7参照)。切曲げ加工後、折れ曲がった部分(ヨーク部の一部)を押し戻しても、切曲げ加工に起因する歪又は応力がヨーク部に残存しやすいという課題があった。
【0006】
本開示は、分割型積層鉄心用の加工体(以下、場合により、「分割型加工体」という。)であって複数のパーツに分けるための切断線の形成に伴う歪などの影響が十分に小さい加工体を製造する方法を提供することを目的とする。また、本開示は、この製造方法によって製造された複数の分割型加工体から積層鉄心を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示は分割型加工体の製造方法に関する。この製造方法は、(A)巻重体から引き出された被加工板を順送り金型に供給する工程と、(B)順送り金型における打抜き加工により、周方向に並ぶ複数のパーツからなり且つ環状部を有する加工体を得る工程とを含む。上記(B)工程では、加工体のパーツとなる部分の全体を、当該パーツの両隣に位置する部分をそれぞれ固定した状態で、被加工板の厚さ方向に変位させることにより、環状部となる領域を横切る切断線を形成する。
【0008】
本開示においては、加工体のパーツとなる部分の全体を被加工板の厚さ方向に変位させることによって上記切断線を形成する。加工体のパーツとなる部分の全体を変位させるため、切断線の形成に伴う歪などが当該パーツに残留することを十分に抑制できる。
【0009】
上記切断線を形成するに際し、加工体のパーツとなる部分の全体を被加工板の厚さ方向に変位させる態様である限り、切断線の形成は、(1)切曲げ加工によって実施してもよいし、(2)打抜き加工によって実施してもよい。
(1)切曲げ加工によって切断線を形成する場合
切曲げ加工によって、少なくとも一本の切断線を形成するとともに、環状部よりも外側又は内側に折り曲げ線を形成すればよい(
図6(d)参照)。環状部よりも外側又は内側に折り曲げ線を形成するため、加工体を製造する過程において折り曲げ線が形成された領域を加工体から排除することができる。このため、複数のパーツに分けるための切断線の形成に伴う歪などの影響が十分に小さい加工体が得られる。
(2)打抜き加工によって切断線を形成する場合
打抜き加工によって、少なくとも一本の切断線を形成すればよい(
図11(d)参照)。打抜き加工によって、切断線のみを形成できない場合は、切断線とともに加工体の外周又は内周の一部を形成すればよい。加工体のパーツとなる部分の全体を被加工板の厚さ方向に変位させることによって切断線を形成するため、パーツに折り曲げ線が形成されない。このため、複数のパーツに分けるための切断線の形成に伴う歪などの影響が十分に小さい加工体が得られる。
【0010】
分割型の加工体を効率的に製造する観点から、上記(B)工程は、加工体の外周を打ち抜くことによって加工体の環状部を形成するに先立ち、(b−1)環状部用の貫通孔を形成する工程と、(b−2)加工体が周方向に並ぶ複数のパーツに分割されるように、径方向に延びる複数の切断線を環状部に形成する工程とをこの順序で含んでもよい。上記(B)工程は、上記(b−2)工程後、(b−3)被加工板の厚さ方向に変位させたパーツを元の位置に戻す工程を更に含んでもよい。変位させたパーツを例えば順送り金型におけるプッシュバックによって元に位置に戻すことで、周方向に並ぶ複数のパーツが結合された状態の加工体を順送り金型で製造することができる。
【0011】
本開示に係る積層鉄心の製造方法は、上記製造方法によって加工体を製造する工程と、複数の加工体を積み重ね、これらを締結することによって積層鉄心を得る工程とを備える。この方法によって製造される積層鉄心は、歪などの影響が十分に小さい複数の加工体からなるため、十分に優れた磁気特性を有する。なお、加工体を締結する方法はいかなるものであってもよい。例えば、カシメ、溶接、接着又は樹脂材料によって複数の加工体同士を締結すればよい。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、分割型の積層鉄心用の加工体であって複数のパーツに分けるための切断線の形成に伴って生じる歪などの影響を十分に小さい加工体が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【0015】
<積層鉄心及び加工体>
図1は固定子を構成する分割型の積層鉄心Sの斜視図である。積層鉄心Sの形状は略円筒形であり、中央部に位置する開口Saは回転子(不図示)を配置するためのものである。積層鉄心Sは複数の加工体MSによって構成されている。積層鉄心Sは環状のヨーク部Syと、ヨーク部Syの内周側から中心方向に延びるティース部Stとを有する。モータの用途及び性能にもよるが、ヨーク部Syの幅は2〜40mm程度である。積層鉄心Sは、計12個の鉄心片Sdからなり、各鉄心片Sdが1本のティース部Stを有することで、計12本のティース部Stを有する。隣り合うティース部Stの間には「スロット」と称される空間(以下、「スロットSl」という。)が形成されている。
【0016】
積層鉄心Sは、
図2に示す加工体MSを積み重ね、これらを締結することによって製造される。加工体MSを締結する方法はいかなるものであってもよい。例えば、カシメ、溶接、接着又は樹脂材料によって複数の加工体同士を締結すればよい。コスト及び作業効率性の点から、カシメ及び溶接が従来から広く採用されている。一方、モータの高いトルク及び低い鉄損を優先させる場合には、カシメ又は溶接の代わりに、樹脂材料又は接着剤を採用すればよい。加工体MSに仮カシメを設け、これによって加工体MS同士を締結させた後、最終的に仮カシメを積層体から除去することによって積層鉄心Sを得てもよい。なお、「仮カシメ」とは打抜き加工によって製造される複数の加工体を一時的に一体化させるのに使用され且つ製品(積層鉄心)を製造する過程において取り除かれるカシメを意味する。
【0017】
加工体MSに仮カシメを設けない場合、
図2に示すように、平面視における加工体MS及び積層鉄心Sの形状は同一である。加工体MSは、開口Saを構成する貫通孔Maと、ヨーク部Syを構成する環状部Myと、ティース部Stを構成する突出部Mtとを有する。加工体MSは、計12個のパーツMdからなり、各パーツMdが一本の突出部Mtを有することで、計12本の突出部Mtを有する。隣り合う突出部Mtの間にはスロットSlを構成するスロット孔Mlが形成されている。
【0018】
加工体MSの環状部Myは、環状部Myを横切るように形成された複数の切断線Mcを有する。切断線Mcは凸部と凹部が嵌合するように形成されている。なお、切断線Mcの形状は
図1,2に示す凹凸状に限定されず、直線状(径方向に対して傾斜していてもよい)、曲線状及びこれらの組み合わせであってもよい。
【0019】
<打抜き装置>
図3は積層鉄心Sを構成する加工体MSを打抜き加工によって製造する打抜き装置の一例を示す概要図である。同図に示す打抜き装置100は、巻重体Cが装着されるアンコイラー110と、巻重体Cから引き出された電磁鋼板(以下「被加工板W」という。)の送り装置130と、被加工板Wに対して打抜き加工を行う順送り金型140と、順送り金型140を動作させるプレス機械120とを備える。
【0020】
アンコイラー110は、巻重体Cを回転自在に保持する。巻重体Cを構成する電磁鋼板の長さは例えば500〜10000mである。巻重体Cを構成する電磁鋼板の厚さは0.1〜0.5mm程度であればよく、積層鉄心Sのより優れた磁気的特性を達成する観点から、0.1〜0.3mm程度であってもよい。電磁鋼板(被加工板W)の幅は50〜500mm程度であればよい。
【0021】
送り装置130は被加工板Wを上下から挟み込む一対のローラ130a,130bを有する。被加工板Wは、送り装置130を介して順送り金型140へと導入される。順送り金型140は、被加工板Wに対して打抜き加工、切曲げ加工、プッシュバックなどを連続的に実施するためのものである。
【0022】
<積層鉄心の製造方法>
次に積層鉄心Sの製造方法について説明する。積層鉄心Sは、加工体MSを製造するプロセス(下記(A)工程及び(B)工程)と、複数の加工体MSから積層鉄心Sを製造するプロセス(下記(C)工程)とを経て製造される。より具体的には、積層鉄心Sの製造方法は以下の工程を備える。
(A)巻重体Cから引き出された被加工板Wを順送り金型140に供給する工程。
(B)順送り金型140における打抜き加工により、周方向に並ぶ複数のパーツMdからなり且つ環状部Myを有する加工体MSを得る工程。
(C)複数の加工体MSを積み重ね、これらを締結することによって積層鉄心Sを得る工程。
【0023】
まず、電磁鋼板の巻重体Cを準備し、これをアンコイラー110に装着する。巻重体Cから引き出された電磁鋼板(被加工板W)を順送り金型140に供給する((A)工程)。
【0024】
順送り金型140において被加工板Wの打抜き加工を実施することによって加工体MSを連続して製造する((B)工程)。本実施形態の(B)工程は、加工体MSの外周を打ち抜くことによって加工体MSを形成するに先立ち、以下の工程をこの順序で含む。
(b−1)環状部Myの内側開口(貫通孔Ma及びスロット孔Ml)を形成する工程。
(b−2)環状部Myとなる領域を横切る複数の切断線Mcを形成する工程。
(b−3)被加工板Wの厚さ方向に変位させたパーツMd1を元の位置に戻す工程。
【0025】
図4〜6を参照しながら(B)工程について説明する。
図4は、順送り金型140によって連続的に実施される打抜き加工のレイアウト全体を示す平面図である。
図4の(a)〜(f)は以下のB1〜B6ステップが実施された後の被加工板Wの状態を示す平面図である。
図5は
図4の(a)〜(c)の拡大図であり、
図6は
図4の(d)〜(f)の拡大図である。なお、打抜き加工のレイアウトは
図4に示すものに限定されるものではなく、プレス荷重のバランスをとるためのステップを加えてもよいし、例えば仮カシメを形成するためのステップを加えてもよい。また、以下のB1ステップ、B2ステップ及びB3ステップはいかなる順序で実施してもよい。
【0026】
B1ステップは、パイロット孔Pが形成された被加工板Wに対して計12個のスロット孔Mlを形成する工程である(
図4(a)及び
図5(a)参照)。なお、パイロット孔Pは順送り金型140における被加工板Wの位置決めを行うためのものである。
【0027】
B2ステップ((b−1)工程)は、貫通孔Maを形成する工程である(
図4(b)及び
図5(b)参照)。この工程を実施することにより、12個のスロット孔Mlと貫通孔Maがつながった状態となり、環状部Myの内側開口が形成される。
【0028】
B3ステップは、次のB4ステップにおいて、切曲げ加工を実施しやすいように、折り曲げ線Lbの両端に相当する位置に計12個の開口H1を形成する工程である(
図4(c)及び
図5(c)参照)。隣り合う2つの開口H1を結んだ線(折り曲げ線Lb)が環状部Myを通過しないように、各開口H1はスロット孔Mlの径方向であって環状部Myとなる領域よりも外側に形成されている。なお、開口H1は必ずしも形成しなくてもよいが、上述の位置に開口H1を形成することで、切曲げ加工に使用するパンチの摩耗を抑制できるという効果が奏される。
【0029】
被加工板Wをより一層折り曲げやすくするため、
図7に示すように、折り曲げ線Lbの両端に位置する2つの開口H1を結んだ線(折り曲げ線Lb)の途中に更に開口H2を形成してもよい。開口H2が長手方向を有する形状(例えば長方形、楕円形)である場合、その長手方向と折り曲げ線Lbの方向とを一致させることが好ましい。なお、折り曲げ線Lbの両端に位置する開口H1も長手方向を有する形状(例えば長方形、楕円形)である場合、それらの長手方向と折り曲げ線Lbの方向も一致させることが好ましい(
図7参照)。
【0030】
B4ステップ((b−2)工程)は、切曲げ加工によって切断線Mcを形成する工程である(
図4(d)及び
図6(d)参照)。この工程において、加工体MSのパーツMd1となる部分の全体を上方に配置されたパンチ(不図示)によって下方に変位させることによって切断線Mcを形成する。このとき、下方に変位させるパーツMd1の両隣に位置する部分(パーツMd2,Md2)をそれぞれ固定した状態とする。このようにして切断線Mcを形成することで、パーツMd1がその両隣の部分から切断される。
図6(d)に示すとおり、計12個のパーツMdのうち、1つおきの計6個のパーツMdに対して切曲げ加工を実施することで、計12本の切断線Mcを形成することができる。
【0031】
なお、ここでは上方に配置されたパンチによって加工体MSのパーツMdとなる部分の全体を下方に変位させる場合を例示したが、下方に配置されたパンチによって当該部分の全体を上方に変位させてもよい。また、パンチによって当該部分の全体が被加工板の厚さ方向に変位し且つ切断線Mcを適切に形成できる限り、当該部分においてパンチの端面Paが当接する領域は部分的であっても(
図8(a))、当該部分の全体にパンチの端面Paが当接してもよい(
図8(b))。なお、パンチの移動速度を高めてもパーツMdに変形が生じにくい観点から、
図8(b)に示すように当該部分の全体にパンチの端面Paが当接することが好ましい。
【0032】
B5ステップ((b−3)工程)は、被加工板Wの厚さ方向に変位させたパーツMdを元の位置に戻す工程である(
図4(e)及び
図6(e)参照)。この工程はプッシュバックによって実施することができる。
【0033】
B6ステップは、加工体MSの外周を打ち抜く工程(開口H3を形成する工程)である(
図4(f)及び
図6(f)参照)。開口H3は折り曲げ線Lbよりも内側に位置している。このため、加工体MS(環状部My)の外周を打ち抜くことによって、折り曲げ線Lbが形成された領域を加工体MSから排除することができる。これにより、切断線Mcの形成に伴う歪などの影響が十分に小さい加工体MSが得られる。
【0034】
上記B1〜B6工程を経て得られた加工体MS(
図2)を所定の枚数重ね合せ、これらを締結することによって積層鉄心Sが得られる((C)工程)。加工体MSを締結する方法はいかなるものであってもよく、上述のとおり、例えば、カシメ、溶接、接着、樹脂材料及びこれらの組み合わせを適宜採用すればよい。
【0035】
以上、本開示の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、切曲げ加工によって切断線Mcを形成する場合を例示したが、打抜き加工によって切断線Mcを形成してもよい。
図9〜11を参照しながら、打抜き加工によって切断線Mcを形成する(B)工程について説明する。
図9は、順送り金型140によって連続的に実施される打抜き加工のレイアウト全体を示す平面図である。
図9の(a)〜(e)は以下のB1´〜B5´ステップが実施された後の被加工板Wの状態を示す平面図である。
図10は
図9の(a)〜(c)の拡大図であり、
図11は
図9の(d)及び(e)の拡大図である。なお、打抜き加工のレイアウトは
図9に示すものに限定されるものではない。また、以下のB1´ステップ、B2´ステップ及びB3´ステップはいかなる順序で実施してもよい。
【0036】
B1´ステップ((b−1)工程)は、上述のB1ステップと同一の工程であり、パイロット孔Pが形成された被加工板Wに対して計12個のスロット孔Mlを形成する工程である(
図9(a)及び
図10(a)参照)。
【0037】
B2´ステップは上述のB2ステップと同一の工程であり、環状部My用の貫通孔Maを形成する工程である(
図9(b)及び
図10(b)参照)。
【0038】
B3´ステップは、次のステップ(B4´ステップ)において、打抜き加工が実施しやすいように、スロット孔Mlの径方向の外側であって加工体MSの外周(開口H3の周縁部)に相当する位置に計12個の開口H1´を形成する工程である(
図9(c)及び
図10(c)参照)。
【0039】
B4´ステップは、打抜き加工によって切断線Mcを形成するとともに、打ち抜いたパーツMdをプッシュバックによって元の位置に戻す工程である((b−2)工程及び(b−3)工程)。この工程において、加工体MSのパーツMd1となる部分の全体をパンチ(不図示)によって打ち抜くことによって切断線Mcを形成する。このとき、下方に変位させるパーツMd1の両隣に位置する部分(パーツMd2,Md2)をそれぞれ固定した状態とする。このようにして切断線Mcを形成することで、パーツMd1がその両隣の部分から切断される。
図9(d)に示すとおり、計12個のパーツMdのうち、一つおきの計6個のパーツMdに対して打抜き加工を実施することで、計12本の切断線Mcを形成することができる。また、加工体MSの外周の一部を構成する6本の切断線Mbが形成される。
【0040】
B5´ステップは、加工体MSの外周を打ち抜く工程(開口H3´を形成する工程)である((
図9(e)及び
図11(e)参照))。この工程では、加工体MSの外周のうち、上述のB4´ステップにおいて切断線Mbが形成されていない部分を切断する。これにより、開口H3´が形成される。この方法によっても上記実施形態の方法と同様、切断線Mcの形成に伴う歪などの影響が十分に小さい加工体MSを得ることができる。
【0041】
図9〜
図11に示す実施形態においては、打抜き加工とその後のプッシュバックによって切断線Mbと切断線Mcとを形成する場合を例示したが、打抜き加工とその後のプッシュバックによって切断線Mcのみを形成してもよい。その具体例について
図12及び
図13を参照しながら説明する。
図12は打抜き加工によって切断線Mcを形成する前の被加工板Wの状態を示す平面図である。
図12に示す状態は、
図4(b)に示す状態の被加工板Wに対し、一対の開口H4a,H4aと、その間に位置する開口H4bと、その外側に位置する2つの開口H5,H5とを更に形成した状態である。
図13(a)は打抜き加工によって切断線Mcを形成する前の状態を示す断面図(
図12に示すa−a線における断面図)であり、
図13(b)はパンチPnの降下によって打抜き加工によって切断線Mcを形成した後の状態を示す断面図である。
図13(b)に示す状態の後、打ち抜かれた部分(パーツMd1となる部分)はプッシュバックによって元の位置に戻される。
【0042】
図12において、粗い破線と一点鎖線とによって示された形状はパンチPnの端面Paの形状である。一方、
図12において、粗い破線と二点鎖線とによって示された形状はダイDの開口Daの形状である。パンチPnを下方に変位させることで(
図13(b)参照)、パーツMd1となる部分と、その両隣に位置する部分(パーツMd2,Md2となる部分)との間に切断線Mcがそれぞれ形成される。2本の切断線Mcは、環状部Myとなる領域を横切るようにそれぞれ形成される。なお、
図12において、細かい破線で示された線は加工体MSの外周(開口H3)の位置を示したものである。
【0043】
図12に示す複数の開口H4a,H4b,H5は、加工体MSとなる領域よりも外側に領域の強度を低くするためのものである。加工体MSとなる領域の外側に強度が低い領域を形成することで、
図13(b)に示すように、パンチPnによって打抜き加工したときに当該領域が延びる。これにより、打抜き加工の影響が加工体MSに残ることを十分に抑制できる。また、打抜き加工によってパーツMd1を完全に打ち抜くのではなく、当該領域においてパーツMd1となる部分が残りの被加工板Wと繋がった状態とすることで、プッシュバックをより安定的且つ確実に実施することができる。更に、例えば切曲げ加工を実施する場合にはパンチの端面を傾斜面とする必要があるのに対し、打抜き加工であれば、パンチPnの端面PaはパンチPnの移動方向に対して直交する面であればよい。
【0044】
図12に示すとおり、一対の開口H4a,H4aと、その間の開口H4bは加工体MSとなる領域よりも外側において、加工体MSの外周に沿うように形成されている。これらの開口H4a,H4a,H4bの位置は、パンチPnの端面Paの外周の一部(
図12における一点鎖線)と一致していることが好ましい。一対の開口H4a,H4aは、パンチの端面Paのコーナー部に相当する位置に形成されている。この位置に開口H4aを形成することで、打抜き加工に使用するパンチPnの摩耗を抑制できる。開口H4bは一対の開口H4a,H4aの間に形成されている。開口H4aと開口H4bとの間の部分4cは、打抜き加工時に破断しない程度の強度を有することが好ましい。なお、一対の開口H4a,H4aの間に2つ以上の開口H4bを形成してもよい。
【0045】
2つの開口H5,H5は、開口H4a,H4a,H4bの外側であり且つダイDの開口Daの外側周縁(
図12に示された二点鎖線のうち周方向に延びる部分)よりも内側において、開口H4a,H4a,H4bに沿うように形成されている。開口H5は、開口H4aと開口H4bとの間の部分4cの径方向外側から周方向の両方向(
図12においては左右方向)に延びている。このような位置に開口H5を形成することで、開口H5と開口H4aと開口H4bとにより、被加工板Wに「T字状」の部分が形成される(
図12参照)。開口H5と、開口H4b(又は開口H4a)との間隔(
図13(a)における幅w)は、被加工板Wの厚さの1〜5倍程度であればよい。幅wが被加工板Wの厚さの1倍以上であれば打抜き加工時に当該箇所が破断するのを十分に抑制でき、他方、5倍以下であれば打抜き加工時に当該箇所が優先的に変形し、これにより打抜き加工の影響が加工体MSに残ることを十分に抑制できる。なお、開口H5の個数は2つに限定されるものではなく、3つ以上であってもよい。また、開口H5の径方向の位置は、ダイDの開口Daの外側周縁の位置と一致していてもよい。
【0046】
これらの実施形態においても、パーツMd1となる部分の全体を、その両隣に位置するパーツMdとなる部分をそれぞれ固定した状態で、被加工板Wの厚さ方向に変位させることにより、2本の切断線Mcを形成することができる。
【0047】
上記実施形態においては、1つの鉄心片Sdが1つのティース部Stを有する場合を例示したが、1つの鉄心片Sdが複数のティース部Stを有していてもよい。
図14は8個の鉄心片Sdからなり且つ各鉄心片Sdが6本のティース部Stを有する積層鉄心を示す平面図である。
【0048】
上記実施形態においては、12個(偶数)のパーツMdからなる加工体MSを製造する場合を例示したが、奇数のパーツMdからなる加工体の製造に本開示に係る方法を適用してもよい。
図15は9個のパーツMdからなる加工体を示す平面図である。同図に示す加工体を製造するには、まず、9個のパーツのうち、粗いハッチングを付した3つのパーツMdに対して切曲げ加工(又は打抜き加工)を実施し、これにより、その両側に切断線Mc1を形成する。次に、その隣に位置する3つのパーツMd(細かいハッチングを付したパーツ)に対して切曲げ加工(又は打抜き加工)を実施し、これにより、その片方に切断線Mc2を形成する。これらの工程を経ることによって9個のパーツMdからなる加工体を得ることができる。つまり、奇数のパーツMdからなる加工体を製造する場合、パーツMdの数に応じて、複数個おきのパーツMdとなる部分に対して切曲げ加工又は打抜き加工を実施することで、分割型加工体を製造することができる。
【0049】
上記実施形態においては、切断線Mcを形成するための切曲げ加工又は打抜き加工に先立ち、パンチの摩耗を抑制するために開口H1又は開口H1´を形成する場合を例示したが、必ずしも開口H1及び開口H1´は形成しなくてもよい。
【0050】
上記実施形態においては、ヨーク部Syの内周側から中心方向に延びるティース部Stを有する積層鉄心Sを製造する場合を例示したが、ティース部Stが外側に延びる積層鉄心(例えばアウターロータ)の製造に本開示に係る方法を適用してもよい。
【0051】
環状部Myの外側に折り曲げ線Lbを形成する場合を例示したが(
図6(d)参照)、環状部Myの内側に折り曲げ線Lbを形成してもよい。この場合、以下の工程を経ることで分割型加工体を製造することができる。すなわち、切曲げ加工するパーツMdのみ先に外径抜きを実施し、これにより、このパーツMdの全体が被加工板Wの厚さ方向に変位できるようにする。その後、内側に位置する折り曲げ線Lbを支点としてパーツMdの全体を変位させることによって切断線Mcを形成する。切曲げ加工によって複数の切断線Mcを形成した後、貫通孔Maの形成(内径抜き)及び開口H3の形成(外径抜き)を実施すればよい。
【0052】
上記実施形態においては、1つの被加工板Wから加工体MSのみを打ち抜く場合を例示したが、1つの被加工板Wから加工体MS及び回転子用の加工体の両方を打ち抜いてもよい。更に、複数の被加工板Wを重ね合せて加工体を打ち抜くようにしてもよい。