JP2017017855A - 積層鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心を効率的に製造するのに有用な製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る積層鉄心の製造方法は、順送り金型に帯状の鉄心材料を供給する工程と、鉄心材料から第１の形状を有する鉄心片を打ち抜く工程と、第１の形状を有する鉄心片を複数枚重ねてなる第１積層ブロックを得る工程と、鉄心材料から第２の形状を有する鉄心片を打ち抜く工程と、第２の形状を有する鉄心片を複数枚重ねてなる第２積層ブロックを得る工程と、第１積層ブロックと第２積層ブロックとを含む積層体を順送り金型から排出する工程と、積層体を構成する積層ブロックの積層順を入れ替える工程と、積層ブロックの積層順を入れ替えた後の積層体を一体化させる工程とを含む。【選択図】図７

Description

本開示は、積層鉄心の製造方法に関し、より詳しくは形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心の製造方法に関する。

積層鉄心はモーターの部品であり、所定の形状に加工された複数の鉄心片を積み重ね、これらを締結することによって形成される。モーターは積層鉄心からなる回転子（ロータ）及び固定子（ステータ）を備え、固定子にコイルを巻き付ける工程、回転子にシャフトを取り付ける工程などを経て完成する。積層鉄心が採用されたモーターは、従来、冷蔵庫、エアコン、ハードディスクドライブ、電動工具等の駆動源として使用され、近年ではハイブリッドカーの駆動源としても使用されている。

積層鉄心の製造には一般に順送り金型が使用される。この順送り金型内において、帯状の鉄心材料から鉄心片が連続的に打ち抜かれるとともに所定の積厚になるまで複数の鉄心片が積み重ねられる。順送り金型から排出される積層体は、その積厚が製造すべき積層鉄心の厚さに応じた公差内に収まっていることが求められる。しかし、帯状の鉄心材料は必ずしも板厚が均一ではないため、つまり板厚偏差があるため、単に所定の枚数の鉄心片を積層させたのでは板厚偏差の影響によって積層体の積厚が公差内に収まらない場合がある。

特許文献１は、積層する鉄心片の厚みを事前に測定し、そのデータに基づいて打抜装置を制御することにより、鉄心片の厚みのバラツキの如何にかかわらず一定厚の積層鉄心を得る装置を開示する。

特許文献２は、カウンタボアを有する積層鉄心、すなわち、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心の製造方法を開示する。特許文献２に記載の製造方法においては、積層枚数が指定されているカウンタボアを除くカウンタボアの内の一つを指定して積層枚数を補正する制御プログラムが利用される。なお、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心は、カウンタボアを有するものに限られず、積層鉄心の内部に冷媒流路を有するものが他の例として挙げられる（特許文献３参照）。

特開昭５２−１５６３０５号公報 特開平１１−５５９０６号公報 特開２０１０−２６３７５７号公報

上述のように、特許文献２に記載の発明においては、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心を製造するに際し、特定の箇所の積層枚数を補正する制御プログラムを採用している。しかし、近年では、例えば特許文献３に記載の冷媒流路を有する積層鉄心のように、積層鉄心の構成が複雑化しており、従来の制御プログラムによる積層枚数の補正では十分に対応できない場合があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心を効率的に製造するのに有用な方法を提供することを目的とする。

本発明は、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心の製造方法に関する。この製造方法は、順送り金型に帯状の鉄心材料を供給する工程と、鉄心材料から第１の形状を有する鉄心片を打ち抜く工程と、第１の形状を有する鉄心片を複数枚重ねることによって第１積層ブロックを得る工程と、鉄心材料から第２の形状を有する鉄心片を打ち抜く工程と、第２の形状を有する鉄心片を複数枚重ねることによって第２積層ブロックを得る工程と、第１積層ブロックと第２積層ブロックとを含む積層体を順送り金型から排出する工程と、積層体を構成する積層ブロックの積層順を入れ替える工程と、積層ブロックの積層順を入れ替えた後の積層体を一体化させる工程とを含む。

上記製造方法によれば、積層鉄心の製造過程において、複数の積層ブロックが任意の順で積み重ねられている積層体が製造される。その後、その積層順を入れ替える工程を経て積層鉄心が製造される。したがって、上記積層体を構成する最後の積層ブロックとして、積厚がある程度変動しても積層鉄心の性能に大きな影響を与えない積層ブロックを適宜選択することができる。この最後の積層ブロックの積厚を調整するとともに、その後、積層体を構成する積層ブロックの積層順を入れ替えることで、積厚が公差以内である積層鉄心を効率的に製造することができる。

上述の「積層鉄心の性能に大きな影響を与えない積層ブロック」の一例は、積層体を構成する積層ブロックのうち、積厚が比較的厚い積層ブロックである。すなわち、例えば、積層体を構成する積層ブロックのうち、第２積層ブロックが順送り金型内において最後に形成されるものとした場合、この第２積層ブロックは最も積厚が厚い又は二番目の積厚を有することが好ましい。この場合、積層鉄心の積厚が公差以内に収まるように、第２積層ブロックの積層枚数を調整すればよい。

本発明において、積層体を構成する積層ブロックのうち、第１積層ブロックが順送り金型内において最初に形成されるものとした場合、この第１積層ブロックは最も積厚が厚い又は二番目の積厚を有してもよい。この場合、第１積層ブロックがカシメによって一体化されたものであると、順送り金型から積層体を安定的に排出することができるという効果が奏される（図８参照）。

本発明によれば、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心を効率的に製造するのに有用な製造方法が提供される。

図１は回転子（ロータ）用の積層鉄心の一例を示す斜視図である。 図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線における模式断面図である。 図３は順送り金型を備えた積層体製造装置の一例を示す概略図である。 図４は積層体製造装置で製造される積層体の一例を示す模式断面図である。 図５は形状の異なる２種類以上の鉄心片を製造するための打抜きレイアウトの一例を示す模式図である。 図６は鉄心片を積層させる機構と、積層体を金型から排出する機構とを模式的に示す断面図である。 図７は積層体製造装置で製造される積層体の他の例を示す模式断面図である。 図８（ａ）は支持体が上昇した状態を示す模式断面図であり、図８（ｂ）は支持体が降下した状態を示す模式断面図である。

図面を参照しながら、本発明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。

＜第一実施形態＞
（回転子用積層鉄心）
図１及び図２は本実施形態に係る回転子用の積層鉄心Ｒの斜視図及び断面図である。積層鉄心Ｒの形状は略円筒形である。積層鉄心Ｒは、複数の鉄心片からなる積層体１０と、積層体１０の中央部に位置しておりシャフト（不図示）を挿入するための軸孔１２とを備える。図２に示すように、軸孔１２は両端部の内径が段階的に拡大しているカウンタボアである。すなわち、軸孔１２は、その両端部に形成されており且つ最も内径が大きい第１の拡径部１２ａと、その内側にそれぞれ形成された第２の拡径部１２ｂと、二つの第２の拡径部１２ｂを連通するように形成された軸孔本体部１２ｃとによって構成されている。

積層体１０は、軸孔１２の内径の大きさに応じた三対の積層ブロック１０ａ，１０ｂ，１０ｃ（計六個）によって構成されている。図２に示すように、積層体１０は、下から積層ブロック１０ａ、積層ブロック１０ｂ、積層ブロック１０ｃ、積層ブロック１０ｃ、積層ブロック１０ｂ、積層ブロック１０ａの順序で積層されている。なお、鉄心材料の板厚偏差の影響を抑制するため、各積層ブロック間で転積がされていることが好ましい。ここでいう転積とは、積層ブロックを積層させて積層体を得るに際し、既に積み重ねされている積層ブロックの積層体と、当該積層体に新たに積み重ねる積層ブロックとの角度を相対的にずらすことをいう。

積層ブロック１０ａは第１の拡径部１２ａを構成するものであり、積層ブロック１０ｂと同じ積厚を有する。積層ブロック１０ａを構成する複数枚の鉄心片はカシメ１ａによって互いに締結されている。積層ブロック１０ｂは第２の拡径部１２ｂを構成するものである。積層ブロック１０ｂを構成する複数枚の鉄心片もカシメ１ａによって互いに締結されている。積層ブロック１０ｃは軸孔本体部１２ｃを構成するものであり、積層ブロック１０ａ，１０ｂ，１０ｃのうち、最も積厚が厚い積層ブロックである。本実施形態においては、積厚がある程度変動しても積層鉄心Ｒの性能に大きな影響を与えない積層ブロックに積層ブロック１０ｃが該当する。積層ブロック１０ｃを構成する複数枚の鉄心片もカシメ１ａによって互いに締結されている。

図２に示すとおり、積層ブロック１０ａ，１０ｂ，１０ｃのそれぞれの最下層をなす鉄心片にはカシメ１ａの代わりに穿孔１ｂが形成されている。最下層をなす鉄心片に穿孔１ｂを形成することで、積層鉄心Ｒの製造過程において積層ブロックに対して他の積層ブロックを積み重ねたときに、これらが互いに締結されることを防止できる。なお、積層鉄心Ｒを構成する複数の積層ブロックは溶接や接着によって最終的に一体化される。各鉄心片に樹脂充填用の開口（不図示）を形成し、この開口に樹脂を充填することによって複数の積層ブロックを一体化させてもよい。

（積層体製造装置）
図３は、形状の異なる２種類以上の鉄心片を打抜き加工によって積層体を製造するための装置の一例を示す概要図である。この積層体製造装置１００によって、図４に示す積層体２０が作製される。積層体２０は積層ブロック１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって構成される点において図２に示す積層体１０と同じであるが、これらの積層ブロックの積層順が異なる。図４に示すように、積層体２０は、下から積層ブロック１０ｂ（第１積層ブロック）、積層ブロック１０ａ、積層ブロック１０ａ、積層ブロック１０ｂ、積層ブロック１０ｃ、積層ブロック１０ｃ（第２積層ブロック）の順序で積層されている。積層体２０を構成する積層ブロックの順序を入れ替えることによって図１に示す積層体１０が得られる。

積層体製造装置１００は、巻重体Ｃが装着されるアンコイラー１１０と、巻重体Ｃから引き出された帯状の鉄心材料（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。

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Ｒ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。

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、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。

図５は積層体２０を構成する鉄心片を製造するための打抜きレイアウトを示す模式図である。図５（ａ）に示す工程は被加工板Ｗにパイロット孔Ｈｐと必要に応じて穿孔１ｂとを形成する工程である。図５（ｂ）に示す工程は被加工板Ｗに必要に応じてカシメ１ａを形成する工程である。図５（ｃ）〜（ｅ）は被加工板Ｗに開口５ｃ、開口５ｂ及び開口５ａのいずれかを形成する工程である。なお、開口５ａが第１の拡径部１２ａを構成し、開口５ｂが第２の拡径部１２ｂを構成し、開口５ｃが軸孔本体部１２ｃを構成する。穿孔１ｂ及びカシメ１ａ、並びに開口５ａ、開口５ｂ及び開口５ｃをそれぞれ形成するためのパンチ（不図示）は突出長さが可変であり、製造すべき鉄心片の態様に応じて適宜、穿孔１ｂ又はカシメ１ａ、並びに開口５ａ、開口５ｂ又は開口５ｃが被加工板Ｗに形成される。図５（ｆ）に示す工程は鉄心片の外周を打ち抜く工程（開口５ｄを形成する工程）である。

順送り金型１４０は、打抜き加工によって得た鉄心片を順次重ね合わせることによって積層体２０を製造する機能と、製造した積層体２０を排出する機能とを有する。図６に示すとおり、鉄心片の外周抜きを行うパンチＰの下方にはダイ１４１が配置され、ダイ１４１の下にスクイズリング１４１ａが配置されている。スクイズリング１４１ａは、鉄心片の外径よりも一回り小さい内径を有する。パンチＰによって打ち抜かれた鉄心片はダイ１４１のスクイズリング１４１ａの上側開口に圧入される。カシメ１ａによって締結されるべき鉄心片同士はパンチＰの押圧力と支持体１４２の反力とスクイズリング１４１ａの内面との摩擦力とによって締結される。他方、スクイズリング１４１ａの下側開口からは徐々に鉄心片が押し出されてくる。支持体１４２上に積層体２０が形成されると、支持体１４２は下方に移動し、ステージ１４３と面一となる。この状態において側方に位置するプッシャー１４５が作動し、積層体２０を次の工程へと搬送する。

（回転子用積層鉄心の製造方法）
次に積層鉄心Ｒの製造方法について説明する。この製造方法は以下の工程をこの順序で含む。
・順送り金型１４０に被加工板Ｗを供給する工程。
・順送り金型１４０により、開口５ｂが形成された鉄心片３ｂを被加工板Ｗから打ち抜く工程。
・複数枚の鉄心片３ｂを重ねることによって積層ブロック１０ｂを得る工程。
・順送り金型１４０により、開口５ａが形成された鉄心片３ａを被加工板Ｗから打ち抜く工程。
・複数枚の鉄心片３ａを重ねることによって積層ブロック１０ａを得る工程。
・順送り金型１４０により、開口５ａが形成された鉄心片３ａを被加工板Ｗから打ち抜く工程。
・複数枚の鉄心片３ａを重ねることによって積層ブロック１０ａを得る工程。
・順送り金型１４０により、開口５ｂが形成された鉄心片３ｂを被加工板Ｗから打ち抜く工程。
・複数枚の鉄心片３ｂを重ねることによって積層ブロック１０ｂを得る工程。
・順送り金型１４０により、開口５ｃが形成された鉄心片３ｃを被加工板Ｗから打ち抜く工程。
・複数枚の鉄心片３ｃを重ねることによって積層ブロック１０ｃを得る工程。
・順送り金型１４０により、開口５ｃが形成された鉄心片３ｃを被加工板Ｗから打ち抜く工程。
・複数枚の鉄心片３ｃを重ねることによって積層ブロック１０ｃを得る工程。
・図４に示す構成の積層体２０を順送り金型１４０から排出する工程。
・積層体２０を構成する積層ブロックの積層順を入れ替えることによって積層体１０を得る工程。この工程は、例えばロボットアームによって自動で実施してもよいし、手作業によって実施してもよい。
・積層体１０を構成する積層ブロックを溶接や接着などによって一体化させる工程。

上述のとおり、本実施形態においては、積層ブロック１０ｃの積厚が多少変動しても積層鉄心Ｒの性能に大きな影響を及ぼさない。したがって、積層体２０の製造において最後に製造される積層ブロック１０ｃ（第２積層ブロック）の積厚を調整し、最終的に得られる積層鉄心Ｒの積厚が公差内に収まるようにすればよい。例えば、積層体２０の積厚が目標積厚よりも薄ければ一枚又は複数枚の鉄心片３ｃを積層ブロック１０ｃに付加すればよく、積層体２０の積厚が目標積厚よりも厚ければ一枚又は複数枚の鉄心片３ｃを積層ブロック１０ｃから取り除けばよい。本実施形態によれば、複雑な制御プログラムを採用しなくても、形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心を効率的に製造することができる。

以上、本発明の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、図４に示す積層順の積層体２０を製造する場合を例示したが、例えば、図７に示す積層順で複数の積層ブロックを積層させてもよい。図７に示す積層体３０は、下から積層ブロック１０ｃ（第１積層ブロック）、積層ブロック１０ｂ、積層ブロック１０ａ、積層ブロック１０ａ、積層ブロック１０ｂ、積層ブロック１０ｃ（第２積層ブロック）の順序で積層されている。すなわち、積層体３０を構成する複数の積層ブロックのうち、最も積厚が厚い積層ブロックを積層体製造装置１００内において最初に形成している。かかる構成を採用することにより、順送り金型１４０から積層体３０を安定的に排出することができるという効果が奏される。その理由は以下のとおりである。図８に示すように、順送り金型１４０から作製済みの積層体３０を排出するために支持体１４２を下方に移動させると、その上の積層体３０は支持体１４２によって支持されない状態となる。積層体３０の最も下方に位置する積層ブロック１０ｃの積厚が十分に厚いと、図８（ｂ）に示す状態となっても、スクイズリング１４１ａから積層ブロック１０ｃが落下することを十分に抑制できる。

上記実施形態においては、内部にカウンタボアを有する積層鉄心Ｒを製造する場合を例示したが、内部に冷媒流路を有する積層鉄心の製造に本発明を適用してもよい。また、積層体を構成する積層ブロックの数は６個に限定されず、２個以上であればよく、好ましくは４〜６個であり、６〜１０個であってもよい。

上記実施形態においては、回転子用の積層鉄心Ｒを製造する場合を例示したが、固定子用の積層鉄心の製造に本発明を適用してもよい。また、上記実施形態においては、一枚の被加工板Ｗから鉄心片を打ち抜く場合を例示したが、複数の被加工板Ｗを重ね合せて鉄心を打ち抜くようにしてもよい。この場合、複数の被加工板Ｗを併用する場合、種類、厚さ及び／又は幅が異なるものを組み合わせて使用してもよい。更に、一つの被加工板Ｗから回転子用の鉄心片と固定子用の鉄心片の両方を打ち抜いてもよい。また、上記実施形態においては、カシメ１ａ及び穿孔１ｂによって一体化された積層ブロックを例示したが、最終製品である積層鉄心にカシメが残らないように、仮カシメを採用してもよい。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鉄心片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。

１ａ…カシメ、３ａ，３ｂ，３ｂ…鉄心片、１０，２０，３０…積層体、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…積層ブロック、１２…軸孔、１４０…順送り金型、Ｒ…積層鉄心、Ｗ…被加工板（鉄心材料）。

Claims (5)

1. 形状の異なる２種類以上の鉄心片を組み合わせて構成される積層鉄心の製造方法であって、
   順送り金型に帯状の鉄心材料を供給する工程と、
   前記鉄心材料から第１の形状を有する鉄心片を打ち抜く工程と、
   前記第１の形状を有する鉄心片を複数枚重ねることによって第１積層ブロックを得る工程と、
   前記鉄心材料から第２の形状を有する鉄心片を打ち抜く工程と、
   前記第２の形状を有する鉄心片を複数枚重ねることによって第２積層ブロックを得る工程と、
   前記第１積層ブロックと前記第２積層ブロックとを含む積層体を前記順送り金型から排出する工程と、
   前記積層体を構成する積層ブロックの積層順を入れ替える工程と、
   前記積層ブロックの積層順を入れ替えた後の積層体を一体化させる工程と、
   を含む、積層鉄心の製造方法。
2. 前記第２積層ブロックは、前記積層体を構成する積層ブロックのうち、前記順送り金型内において最後に形成されるものであり且つ最も積厚が厚い又は二番目の積厚を有する、請求項１に記載の積層鉄心の製造方法。
3. 前記積層鉄心の積厚が公差以内に収まるように、前記第２積層ブロックの積層枚数を調整する工程を更に含む、請求項２に記載の積層鉄心の製造方法。
4. 前記第１積層ブロックは、前記積層体を構成する積層ブロックのうち、前記順送り金型内において最初に形成されるものであり且つ最も積厚が厚い又は二番目の積厚を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層鉄心の製造方法。
5. 前記第１積層ブロックは、カシメによって一体化されている、請求項４に記載の積層鉄心の製造方法。

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