JPH07201616A - 積層コアの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】材料供給からコアシートのプレス，積層，レー
ザ溶接，積層コア排出までの工程を連続的に行って高品
質な積層コアを能率よく生産できるようにした積層コア
の製造装置を提供する。 【構成】薄鋼板のフープ材２からコアシート４を打ち抜
きする上抜き式の順送型打抜プレス１と、打抜プレスの
上方に連設して打ち抜き加工されたコアシートを積層状
態に収容保持するコアガイド５と、コアガイドに積層保
持されたコアシートに対してその周上複数箇所に分散配
備し、かつ打抜プレスの動作タクトに同期させて規定枚
数ずつコアシートの重ね合わせ部にレーザ光を照射する
溶接用のレーザ加工ヘッド６と、溶接接合された積層コ
アをコアガイドの上端から排出するコア排出機構９とを
組合わせて構成し、材料供給からコアシートのプレス，
積層，レーザ溶接，積層コア排出までの工程を装置内で
一貫して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスクドライブ
装置の駆動モータに適用するステータコアなどを対象と
した積層コアの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭記したモータの積層形のスターテコア
は、打抜プレスにより薄鋼板のフープ材から所定形状の
コアシートを打ち抜いた後、規定枚数のコアシートを積
層して一体に固着して作られる。この場合に、積層した
コアシートを一体化する方法としては、リベット，クリ
ップなどの締結部材を使用するほか、コアシートにあら
かじめ凸面状のダボを形成してコアシート相互間を一体
にかしめる「ダボかしめ工法」などが知られている。

【０００３】しかしながら、これらの従来工法は外径寸
法１０mm以下の超小形モータへの適用が困難であるほ
か、特に「ダボかしめ工法」はダボが積層コアの磁気特
性を低下させるなどの問題があることから、その改善策
としてレーザ溶接法を応用し、積層コアシートの外周面
上で一体に溶接接合するようにした積層コアが、本発明
と同一出願人より特開平５−３０６９０号として既に提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
にレーザ溶接法を採用して積層コアを量産するには、コ
アシートのプレス打ち抜き，コアシートの積層，レーザ
溶接、および積層コアの次工程（積層コアは次工程でコ
アの表面処理を施した後、コイル捲線，樹脂封止などの
工程を経てステータコアが完成する）への排出など、各
工程間を有機的に組合わせて効率よく稼働できる一貫生
産ラインの開発が製造コストの低減化を図る上からも極
めて重要なテーマとなる。

【０００５】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は打抜プレスとレーザ溶接機器とを有
機的に組合わせ、材料供給からコアシートのプレス，積
層，レーザ溶接，積層コア排出までの工程を連続的に行
って高品質な積層コアを能率よく一貫生産できるように
した積層コアの製造装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による積層コアの製造装置は、薄鋼板のフー
プ材からコアシートを打ち抜きする上抜き式の順送型打
抜プレスと、打抜プレスの上方に連設して打ち抜き加工
されたコアシートを積層状態に収容保持するコアガイド
と、コアガイドに積層保持されたコアシートに対してそ
の周上複数箇所に分散配備し、かつ打抜プレスの動作に
同期させてコアシート相互間の重ね合わせ部にレーザ光
を照射する溶接用のレーザ加工ヘッドと、溶接接合され
た積層コアをコアガイドの上端から排出するコア排出機
構とを組合わせて構成するものとする。

【０００７】また、前記構成の製造装置は、具体的に次
記のような態様で実施することができる。 （１）打抜プレスがコアシートの打抜きダイス，ポンチ
のほかに、コアシートの抜きバリを整形する面取りポン
チを備えている。 （２）複数基のレーザ加工ヘッドを、それぞれ光ファイ
バを介してレーザ発振器に付設のレーザ光分割ユニット
に分岐接続する。

【０００８】（３）前項（２）におけるレーザ光分割ユ
ニットを、それぞれ反射率を変えてレーザ発振器の出射
光路上に配置した各レーザ加工ヘッドの光ファイバに対
応する反射ミラーと、各反射ミラーと対をなして光ファ
イバの入射側に配置した集光レンズとで構成する。 （４）コアシートの板厚変化を検出する計測手段と、該
計測手段の測定値を基にレーザ光の照射点を最適位置に
移動調整するレーザ加工ヘッドの位置決め調整手段を備
える。

【０００９】

【作用】上記の構成において、打抜プレスに自動供給さ
れた薄鋼板のフープ材はダイス，ポンチのプレス操作に
よりコアシートが打ち抜かれた上で、１枚ずつ順に打抜
プレスの上部に設置したマガジン構造のコアガイドの中
に押し込まれ、その側圧を利用して積層状態に保持され
る。そして、打抜プレスの動作サイクル，つまりポンチ
が上死点付近に上昇してコアガイド内に収容保持されて
いるコアシートの積層体が加圧された時点にタイミング
を合わせて、レーザ加工ヘッドよりコアシート相互間の
重ね合わせ部に向けて周囲複数箇所よりレーザ光を照射
し、コアシート同志を溶接接合する。このレーザ溶接工
程を規定枚数のコアシートについて連続的に行うことで
一体化した積層コアが完成する。また、溶接接合された
積層コアはコアガイド内で順に上方に押上げられ、その
上端からコア排出機構の操作で側方に排出された後、シ
ュートなどの搬送手段を経て次工程に移送される。

【００１０】この場合に、打抜プレスの金型に、コアシ
ートのせん断切り口に生成した抜きバリ、特に次工程で
コイル捲線を施すスリット抜き部に生じた抜きバリを整
形して平滑化する面取りポンチを組み込んでコアシート
を両面から面打ちすることにより、積層状態でのコアシ
ート相互の密着性が良くなってレーザ溶接の溶接不良が
防げるほか、せん断切り口が平滑となるので、抜きバリ
のエッジに起因する次工程での表面塗装不良，およびコ
イル捲線工程でのコイル素線の断線が回避できる。な
お、従来の製造法では、積層コアの完成品に対してコア
シートのせん断切り口に残る抜きバリを別なバレル研磨
工程で平滑化するようにしているが、打抜プレスの内部
で抜きバリ整形の面打ちを行うことで、従来実施してい
たバレル研磨工程が省略できる。

【００１１】また、コアガイドの周囲に分散配備した複
数基のレーザ加工ヘッドを、それぞれ光ファイバを介し
てレーザ発振器に付設したレーザ光分割ユニットに分岐
接続することで、コアシートに対してレーザ光を同時に
多点照射して溶接が行える。ここで、前記のレーザ光分
割ユニットを、それぞれ反射率を変えてレーザ発振器の
出射光路上に配置した各レーザ加工ヘッドの光ファイバ
に対応する反射ミラーと、各反射ミラーと対をなして光
ファイバの入射側に配置した集光レンズを具備した構成
とし、かつ各反射ミラーの反射率を適正に設定すること
により、レーザ発振器から出射したレーザ光を各基のレ
ーザ加工ヘッドへ等分に分配して伝送することができ
る。

【００１２】また、コアシートの板厚変化を監視する計
測手段と、該計測手段の測定値を基にレーザ光の照射点
を最適位置に移動調整するレーザ加工ヘッドの位置決め
調整手段を備えることで、フープ材の板厚公差，コアシ
ートの抜きバリなどに起因するレーザ加工ヘッドと適正
なレーザ光照射位置（コアシート相互間の重ね合わせ
部）とのずれを補正し、レーザ加工ヘッドを最適な位置
に移動調整してレーザ溶接が行える。

【００１３】

【実施例】以下、小形モータのステータコアを対象とし
た積層コアの製造装置の本発明実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。まず、図１（ａ）において、積層コア
の製造装置は大別して順送型の打抜プレス１と、打抜プ
レス１へコアシートの材料である薄鋼板のフープ材２を
自動供給するオートリール３と、打抜プレス１の上部に
連設して打ち抜きされたコアシート４を積層状態に収容
保持するコアガイド（マガジン構造）５と、コアガイド
５の周囲複数箇所（図示例では３箇所）に分散配備した
溶接用のレーザ加工ヘッド６と、レーザ加工ヘッド６の
レーザ光源であるＹＡＧレーザ発振器７と、コアガイド
２の上端から溶接済みの積層コア完成品８を側方に排出
するプッシャ式のコア排出機構９とを組合わせて構成さ
れている。なお、１０はコア完成品８を次工程に搬送す
るシュートである。

【００１４】ここで、前記の打抜プレス１は、上押し式
の油圧プレス１ａ，ポンチ１ｂ，ダイ１ｃ，ストリッパ
プレート１ｄ，ダイプレート１ｅなどから構成されてい
る。また、打抜プレス１の金型は、図２で表すようにフ
ープ材２に対して内径抜き，スリット抜き，スリットの
抜きバリを整形する面打ち，外径抜きの工程に対応して
順に並ぶポンチ，ダイを備えたダイフロー式順送抜型が
採用されており、コアシート４は外径抜きの後にポンチ
１ｂの突き上げで上方に打ち抜かれ、１枚ずつ順にコア
ガイド５の中に押し込まれる。

【００１５】一方、図３で示すように、コアガイド５の
上端には押圧ばね１１で付勢されたコアシート４の押え
板１２が設置されており、かつこの押え板１２を貫通し
てその上方には、積層状態でコアガイド５に収容保持さ
れているコアシート４の板厚変化を計測する（コアガイ
ド内に充填されているコアシート積層体の全体高さを監
視し、その測定値から１枚当たりのコアシートの板厚変
化を検出する）接触式変位センサ１３を備えている。ま
た、レーザ加工ヘッド６はコアガイド５の周壁に開口し
たレーザ光の透過穴５ａに臨ませて側方に配置されてお
り、かつレーザ加工ヘッド６は、２枚の傾斜カム板１
４，１５およびカム板１５にボールねじを介して連結し
たステップモータ１６とからなる位置決め調整機構１７
を介して上下方向へ移動可能に支持されている。そし
て、前記した変位センサ１３の出力信号を基に、コント
ローラ１８の出力指令によってレーザ加工ヘッド６が最
適高さ位置（コアシート相互間の重ね合わせ部）に移動
調整されるように連係されている。

【００１６】次に図４，図５でレーザ溶接部の光学系を
説明する。すなわち、コアシート４の周面に対向して周
囲に分散配備した３基のレーザ加工ヘッド６は、個々に
光ファイバ１９を介してＹＡＧレーザ発振器７の出射側
に付設したレーザ光分割ユニット２０に分岐接続されて
いる。ここで、レーザ光分割ユニット２０は図５で詳記
するように、レーザ光の出射光路上に並べて配置した３
組の反射ミラー２１と、各反射ミラー２１と対をなして
光ファイバ１９の各入射側に対向配置した集光レンズ２
２とからなる。そして、前記の反射ミラー２１はＹＡＧ
レーザ発振器７に近い方から、それぞれ反射率が３３
％，５０％に設定した２枚の半透鏡と、反射率１００％
の反射ミラーを組合わせるものとする。これにより、前
記の半透鏡がビームスプリッタとして機能し、ＹＡＧレ
ーザ発振器７から出射したレーザ光は光量が３等分され
た上で光ファイバ１９を通じて各レーザ加工ヘッド６に
伝送されるようになる。

【００１７】また、図６はレーザ加工ヘッド６の内部構
造図であり、光ファイバ１９を接続したケース６ａ内に
はコリメートレンズ６ｂ，集光レンズ６ｃ，保護ガラス
６ｄを内蔵し、さらに先端ノズル６ｅ，およびサイドノ
ズル６ｆを通じてよりコアシート４のレーザ溶接地点に
アシストガスを吹き付けるアシストガス供給管路６ｇを
備えている。

【００１８】次に前記構成の製造装置による積層形ステ
ータコアの製造方法を図１（ｂ）を参照して工程順に説
明する。まず、コア材料である薄鋼板のフープ材２をオ
ートリール３により打抜プレス１へ自動供給する。ここ
で、フープ材２を順送しながら油圧プレス１ａによりポ
ンチ１ｂを駆動すると、図２で述べた内径抜き，スリッ
ト抜き，面打ち，外径抜き工程を経て所定形状のコアシ
ート４が上方に打ち抜かれて順にコアガイド５の中に押
し込まれ、その側圧で積層状態に保持される。また、ス
リット抜き工程で生じたせん断切り口のバリは次の面打
ち工程で平坦に整形される。

【００１９】そして、コアガイド５がコアシート４の積
層体で満杯の状態になったところで、次に打抜プレス１
のプレス動作に合わせてレーザ加工ヘッド６よりコアシ
ート４の周面上に向けてレーザ光の照射を行う。すなわ
ち、ポンチ１ｂが上死点付近に上昇すると、コアガイド
５に積層状態で収容されているコアシート４同志が互い
に密着し合うように加圧されるので、これにタイミング
を合わせてコアシート４の周囲３箇所でコアシート相互
間の重ね合わせ部に向けてレーザ光を照射する。これに
より、２枚のコアシート４が一体に溶接接合される。な
お、図１（ｂ）において、コア完成品８（２枚重ねの積
層コア）に表示した符号Ｗはレーザ溶接箇所を表してい
る。このレーザ照射はあらかじめ設定した積層コアの規
定枚数分（図示例では２枚）だけ連続して行い、次の積
層コアとの境界ではレーザ照射を一回休止する。また、
コアシート４の板厚公差，抜きバリなどに起因してレー
ザ光の照射位置と積層されたコアシート４の重ね合わせ
部とが高さ方向で正確に一致しない場合には、先記した
変位センサ１３（コアシート積層体の高さ変化を検出す
る）の出力信号を基にコントローラ１８からの指令で位
置決め調整機構１７を制御し、レーザ加工ヘッド６を最
適位置に補正する。

【００２０】また、打抜プレス１の動作タクトに合わせ
てコア排出機構９を間欠的に作動させ、コアガイド５の
上端から順に溶接接合された積層コア完成品８を側方に
排出し、シュート１０を経て次のコア表面塗装処理工程
へ送出する。この場合に、打抜プレス１で打ち抜いたコ
アシート４を、打抜プレスの上方に設置したコアガイド
５の中に押し込んで積層保持させ、かつコアガイド５の
最上位から側方へ搬出するようにしたので、シュート８
を用いて次工程に移送できるほか、積層コアのレーザ溶
接接合状態の目視による確認，並びにレーザ加工ヘッド
６のメンテナンスも打抜プレス１との干渉なしに容易に
行える。

【００２１】次に、発明者等が行って前記装置の実機テ
スト結果について記す。すなわち、板厚0.５mmのけい素
鋼板より打ち抜きプレスした直径１６mmのコアシートを
２枚重ねし、レーザ加工ヘッド（集光レンズの焦点距離
ｆ＝５０mm，焦点外し量＋４mm，出力パワーを0.２Ｗ）
により周囲３箇所よりビード幅0.５〜１mm，溶け込み深
さ0.２mmとなるようにレーザ溶接を行って製作した積層
コアについて評価したところ、積層コアの溶接強度は１
０Kgｆ／点，良品率９８％以上の良結果の得られること
が確認された。

【００２２】なお、図５（ａ),（ｂ）において、（ａ）
図は２枚重ねの積層コア，（ｂ）は７枚重ねの積層コア
の完成品を示しており、いずれも周囲３箇所でコアシー
ト４の相互間がレーザ溶接されている。また、図示実施
例では積層コアとしてモータのステータコアを例示した
が、それ以外に積層形磁気ヘッドなどの各種積層コアの
製造にも実施適用できることは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれ
ば、薄鋼板のフープ材供給からコアシートのプレス打ち
抜き，積層，レーザ溶接，排出までの一連した製造工程
を一貫して自動的に行い、高精度，高品質の積層コアを
低コストで能率よく量産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の説明図であり、（ａ）は装置全
体の構成図、（ｂ）は積層コアの製造工程を表す図

【図２】図１における打抜プレスのコアシートプレス工
程を表す説明図

【図３】図１におけるレーザ加工ヘッドの位置決め調整
機構の詳細構造図

【図４】図１におけるレーザ溶接部の光学系の構成配置
を表す斜視図

【図５】図１におけるレーザ光分割ユニットの構成模式
図

【図６】図１におけるレーザ加工ヘッドの内部構造を表
す断面図

【図７】積層コア完成品の外観斜視図であり、（ａ）は
積層数２枚，（ｂ）は積層数７枚の積層コアの外観図

【符号の説明】

１ 打抜プレス １ａ 油圧プレス １ｂ ポンチ １ｃ ダイ ２ フープ材 ３ オートリール ４ コアシート ５ コアガイド ６ レーザ加工ヘッド ７ ＹＡＧレーザ発振器 ８ 積層コア完成品 ９ コア排出機構 １０ シュート １１ 変位センサ １７ 位置決め調整機構 １９ 光ファイバ ２０ レーザ光分割ユニット ２１ 反射ミラー ２２ 集光レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松村 慶一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 森田 篤 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】規定枚数のコアシートを積層し、コアシー
   トの相互間を溶接接合して一体化した積層コアの製造装
   置であって、薄鋼板のフープ材からコアシートを打ち抜
   きする上抜き式の順送型打抜プレスと、打抜プレスの上
   方に連設して打ち抜き加工されたコアシートを積層状態
   に収容保持するコアガイドと、コアガイドに積層保持さ
   れたコアシートに対してその周上複数箇所に分散配備
   し、かつ打抜プレスの動作に同期させてコアシート相互
   間の重ね合わせ部にレーザ光を照射する溶接用のレーザ
   加工ヘッドと、溶接接合された積層コアをコアガイドの
   上端から排出するコア排出機構とを組合わせて構成した
   ことを特徴とする積層コアの製造装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の積層コアの製造装置におい
   て、打抜プレスがコアシートの打抜きダイス，ポンチの
   ほかに、コアシートの抜きバリを整形する面取りポンチ
   を備えていることを特徴とする積層コアの製造装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の積層コアの製造装置におい
   て、複数基のレーザ加工ヘッドを、それぞれ光ファイバ
   を介してレーザ発振器に付設のレーザ光分割ユニットに
   分岐接続したことを特徴とする積層コアの製造装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の積層コアの製造装置におい
   て、レーザ光分割ユニットが、それぞれ反射率を変えて
   レーザ発振器の出射光路上に配置した各レーザ加工ヘッ
   ドの光ファイバに対応する反射ミラーと、各反射ミラー
   と対をなして光ファイバの入射側に配置した集光レンズ
   を具備していることを特徴とする積層コアの製造装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の積層コアの製造装置におい
   て、コアシートの板厚変化を検出する計測手段と、該計
   測手段の測定値を基にレーザ光の照射点を最適位置に移
   動調整するレーザ加工ヘッドの位置決め調整手段を備え
   たことを特徴とする積層コアの製造装置。