特許 7229470 金属板積層品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-17

(45)【発行日】2023-02-28

(54)【発明の名称】金属板積層品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/22 20060101AFI20230220BHJP

   B23K 26/066 20140101ALI20230220BHJP

【ＦＩ】

B23K26/22

B23K26/066

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018115965

(22)【出願日】2018-06-19

(65)【公開番号】P2019217522

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-06-03

(73)【特許権者】

【識別番号】307038034

【氏名又は名称】日鉄電磁株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 乙彦

【審査官】後藤 泰輔

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２５５１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４５６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３４７５６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／２２

Ｂ２３Ｋ ２６／０６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定形状の金属板抜き型内積層金型の下型ダイ外郭抜き穴の上端面角部を切り刃とし、側面をワーク保持穴とし、このワーク保持穴の積層方向の切り刃から近い距離に細穴を設けて金属板の側面を露出させ、集光レンズを金型内に設置したレーザービーム溶接機構によりこの金属板の側面にレーザービームを照射して金型内で板相互間を溶接させる金属板積層品の製造方法において、
金属板の板厚を０.３５ｍｍ～０.２ｍｍとし、レーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くすることを特徴とする金属板積層品の製造方法。

【請求項2】

加工位置に集光する前にレーザービームの上下部分を遮蔽物を設置してエネルギーの一部を吸収させることにより、レーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くすることを特徴とする請求項１記載の金属板積層品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属板を打ち抜きながら金型のワーク保持穴内に積層し、その側面にレーザービームを照射して金型内で板相互間を溶接させる金属板積層品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

所定形状の金属板抜き型内積層金型の下型ダイ外郭抜き穴の上端面角部を切り刃とし、側面をワーク保持穴とし、このワーク保持穴の積層方向の切り刃から近い距離に細穴を設けて金属板の側面を露出させ、レーザービーム溶接機構によりこの金属板の側面にレーザービームを照射して金型内で板相互間を溶接させる金属板積層品の製造方法は、金型内レーザー溶接金属板積層品製造法として知られている。例えば特許文献１、特許文献２には、金型内であることは明示されていないが、積層された金属板の側面をレーザー溶接する技術が記載されている。

【0003】

一般的な金型内レーザー溶接金属板積層品製造方法は、溶接に使用するレーザービームを、レーザー機本体で励起ランプとロッドにより発振させ、２～６分岐しレンズで集光し各光ファイバーの入口を通して、抜き金型内に装着した各出射ユニット内の光ファイバーの出口から放射状に出しレンズで平行にし再びレンズで加工位置に集光する仕組みとなっている。形状はレンズも光ファイバーも同じ円形でレーザービームの加工位置形状も円形である。光ファイバーの直径は入口のレンズの実用集光精度の制約から一般的に０．６ｍｍである。レーザービームの加工位置の直径は、出口のレンズの実用集光精度から光ファイバー直径より少し大きく最小でも０．８～０．９ｍｍとなる。

【0004】

なお、小型薄厚板の金属板積層品では光ファイバー直径０．４ｍｍも用いるが、入口の集光精度管理は厳重となる。もし精度が狂い光ファイバーの入口を焼損させると修理が必要で費用は購入金額に近いので実際の生産現場では敬遠する。

【0005】

また、溶接強度を確保するための深い溶け込みはスパッタやブローホール発生等溶接不良の原因となるため採用できない。金型内の抜き油が多く有る溶接では、気化が激しく生じるのでこれを溶融池からすばやく大気中に逃がして製品が求める良好な溶接や外観を実現させるため溶接深さを浅くする必要がある。以上から一般的スポット溶接は直径が０．８～０．９ｍｍ、深さ０．３ｍｍぐらいの鍋形状となる。

【0006】

さて、板を順に打ち抜く金型内レーザー溶接金属板積層品を上下単体に分離する方法は溶接休止で行うが、溶接する板と板を合わせた厚みは１．０ｍｍとなる。これを積層する板の厚みのバラツキで溶接位置が移動することを考慮し、分離を確実に行い上下板が溶接されないようにスポット溶接径より少し大きくする。基本の２枚溶接で分離可能な一枚の板厚は１．０／２で０．５ｍｍ以上となる。３枚溶接では板厚０．３５ｍｍ（１．０５ｍｍ）となる。

【0007】

図１、図２は従来技術の金属板積層品の溶接図で、スポット溶接円３３の直径は全て０．８～０．９ｍｍである。図１の板厚０．５ｍｍ積層品では、熔接中心３４を板相互間中心に設定していて熔接中心３４の位置が板厚のバラツキ積層で０．１ｍｍ移動しても単体分離は支障なく溶接強度も確保される。図２の板厚０．３５ｍｍ積層品では、熔接中心３４を３枚の中央板の厚みの中心に設定していて熔接中心３４の位置が０．１ｍｍ移動しても単体分離は支障なく溶接強度も確保される。

【0008】

しかし、最近の金属板積層品は特にモーター等に用いる電磁鋼板を積層してなる電磁コアーでは、電気性能を上げるため薄厚板化していて従来では０．３５ｍｍの板厚が０．２ｍｍを必要としている。しかもコアー全体の大きさ重量は従来と変わらないため溶接強度は従来と同じ必要があり、さらにコアーの大型化でより強い溶接強度を求められている。

【0009】

図３の板厚が０．２ｍｍの金属板積層品の溶接図では、積層品単体に分離可能とするにはスポット溶接円３３の直径が０．８～０．９ｍｍのままでは５枚（１．０ｍｍ）溶接となり、熔接中心３４の位置は５枚の板の中央板の中心に設定され、分離する積層品端板１０では中央板より溶接長さが短いため必要溶接強度が得られない。特に熔接中心の位置が０．０５ｍｍ移動すると積層品端板１０の溶接長さは半分以下となる。

【0010】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開平７－２５５１５１号公報

【文献】特開平９－１４９６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

従って本発明の目的は、金属板が０.３５ｍｍ～０.２ｍｍに薄厚板化した場合にも、必要溶接強度を得ることができる金属板積層品の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の課題を解決するためになされた本発明は、所定形状の金属板抜き型内積層金型の下型ダイ外郭抜き穴の上端面角部を切り刃とし、側面をワーク保持穴とし、このワーク保持穴の積層方向の切り刃から近い距離に細穴を設けて金属板の側面を露出させ、集光レンズを金型内に設置したレーザービーム溶接機構によりこの金属板の側面にレーザービームを照射して金型内で板相互間を溶接させる金属板積層品の製造方法において、金属板の板厚を０.３５ｍｍ～０.２ｍｍとし、レーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くすることを特徴とするものである。

【0014】

本発明においては、レンズで加工位置に集光する前にレーザービームの上下部分を遮蔽物を設置してエネルギーの一部を吸収させることにより強度を弱らせて溶接させず、レーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くすることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る金属板積層品の製造方法によれば、レーザービームの上下部分に遮蔽物を設置し、エネルギーの一部を吸収させることにより強度を弱らせて溶接させず、上下積層方向の溶接長さを自由に短くする。このため本発明においては、金属板積層品の必要溶接強度を確保でき、これにより図３に示す弱い溶接の積層品端板１０をなくし、また上下積層品単体に確実に分離できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】板厚０．５ｍｍの従来技術の実施例の金型内レーザー溶接金属板積層品の溶接図。

【図2】板厚０．３５ｍｍの従来技術の実施例の金型内レーザー溶接金属板積層品の溶接図。

【図3】新薄板材の従来技術での実施例の金型内レーザー溶接金属板積層品の溶接図。

【図4】本発明の実施例１の金型内レーザー溶接金属板積層方法の全体概略断面図。

【図5】 新薄板材の本発明の実施例１の金型内レーザー溶接金属板積層品の溶接図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に本発明の実施例１について、図４と図５を参照しながら説明する。
図４は金型内レーザー溶接金属板積層装置を示した断面図である。１３は金属板抜き型内積層金型を構成する上型外郭抜きパンチ、１４は下型外郭抜きダイである。下型外郭抜きダイ１４には下型ダイ外郭抜き穴１５が形成されており、その上端面角部は切り刃１６となっている。

【0018】

所定形状の金属板１１を、材料板１２から上型外郭抜きパンチ１３と下型外郭抜きダイ１４で抜き落とし、外郭抜き穴の側面１５をワーク保持穴とし、打ち抜かれた金属板１１をこのワーク保持穴の内部に相互に密着した状態で順に積層して行き、ワーク保持穴の下端部に達すると落下して取り出される。

【0019】

このワーク保持穴のダイ切り刃１６から近い距離に細穴１７を設けて、金属板１１の側面を露出させ、レーザービーム溶接機構により金型内でレーザービームを照射して板相互間を溶接させる。

【0020】

レーザービーム溶接機構は、ロッド１８に励起ランプ１９から光を照射してレーザービーム２０を取り出し、分岐ミラー２１で分岐し、レンズ２２で光ファイバー２３の入口に集光させるが、実用集光精度の制約から光ファイバーは直径０．６ｍｍで金型内に装着した出射ユニットまでレーザービームを通し、出射ユニットは光ファイバー２３の出口から放射状に放出されたレーザービームをレンズ２４で平行にし、レンズ２５で金属板１１の側面の加工位置２６に集光させる構造である。

【0021】

本発明では、０.３５ｍｍ～０.２ｍｍの板厚に応じてレーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くする。このために、加工位置に集光する前にレーザービームの上下部分を遮蔽物を設置してエネルギーの一部を吸収させ強度を弱らせることにより溶接させず、レーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くする。すなわち、レーザービームの積層方向上下を短くする遮蔽物３１、３２をレーザービームを加工位置に集光させるレンズ２５の後に設置し、上下のレーザービームのエネルギーの一部を吸収する。これらの遮蔽物３１、３２は材質がアルミニュウムで、レーザービームを吸収しやすく表面を黒くアルマイト（陽極酸化処理）加工し、光を吸収し熱として放出する。

【0022】

金型の抜き落としタイミングに合わせてレーザービームを照射する。図４に示される金属板積層品２７は、単体に分離させたものである。分離はレーザービームの照射溶接を分離するタイミングで休止し、金属板１１間を溶接しないようにして行う。

【0023】

【0024】

図５は本発明による板厚０．２ｍｍの金属板積層品の溶接図で、スポット溶接３３の直径０．８～０．９ｍｍで上下長０．５ｍｍとし、熔接中心３４の位置は３枚板の中央板厚み中心に設定する。従来技術の図３の様に分離のため板の合わせ枚数５枚必要のところを、３枚として板厚のバラツキで溶接中心位置が０．０５ｍｍ移動しても積層品端板１０の溶接強度に支障はない。

【0025】

【0026】

【0027】

【0028】

【0029】

以上に説明したように、本発明によれば、０.３５ｍｍ～０.２ｍｍの板厚に応じてレーザービームの加工位置のスポット溶接円形状の板積層方向上下部を短くすることにより、必要溶接強度を得ることができる。

【符号の説明】

【0030】

１０ 積層品端板
１１ 所定形状の金属板
１２ 材料板
１３ 上型外郭抜きパンチ
１４ 下型外郭抜きダイ
１５ 外郭抜き穴の側面
１６ ダイ切り刃
１７ 金属板を露出させレーザービームを通す細穴
１８ ロッド
１９ 励起ランプ
２０ レーザービーム
２１ 分岐ミラー
２２ 光ファイバー入光用レンズ
２３ 光ファイバー
２４ 光ファイバー放射平行レンズ
２５ 加工位置集光レンズ
２６ 金属板側面の加工位置
２７ 金属板積層品
３１ 上固定遮蔽物
３２ 下固定遮蔽物
３３ スポット溶接円
３４ 熔接中心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】