JP2007014122A - 積層鉄心及びその鉄心単板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工装置が複雑化することなく、端部用鉄心単板の充分な結合力を確保する。
【解決手段】板材２を長手方向に順送りし、第１〜第４のパンチ加工機３ａ〜３ｄにより順次パンチ加工して、積層鉄心を形成する所定枚数の積層用鉄心単板と端部用鉄心単板とを形成する。第２のパンチ加工機３ｂのパンチ１３ｃにより端部用鉄心単板に対する貫通孔を打ち抜き、第３のパンチ加工機３ｃのパンチ１３ｅにより全数の鉄心単板に対して貫通孔に対応する位置に凹部を形成する。凹部形成時に反対側凸部が形成され、その凸部の形状を凹部に圧入可能に形成する。積層状態で、凹部及び凸部を圧入により嵌合し、各積層用鉄心単板同士が結合され、端部用鉄心単板においても隣接する積層用鉄心単板に対して同様に凹凸部の圧入による強固な嵌合状態が実現される。貫通孔が形成された後に凹部を形成することから、凹部形成時に貫通孔内に生じるだれが露出することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータやソレノイドなどの積層鉄心及びその鉄心単板の製造方法に関するものである。

従来、電動モータなどの積層コアにあっては、薄板状の鉄心単板を厚さ方向に積層して形成しているため、各単板同士に径方向のずれが生じないようにする必要がある。例えば単板の所定位置に周方向に配置された複数の凹部を形成し、それと同時に反対側に凸部が形成され、その凹部と凸部とを嵌合し、凸部を凹部に圧入するようにかしめて積層コア（積層鉄心）を形成するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

なお、上記鉄心単板を積層しただけでは、その積層方向の端部にて上記した凸部が残ってしまうため、上記特許文献のものでは、積層鉄心の端部に位置する鉄心単板（端部用鉄心単板）だけには凸部が没入して隠れるようになる孔として貫通孔を形成し、凸部が積層鉄心の端面に露出しないようにしている。

上記したような積層鉄芯用の鉄心単板を加工する方法として、帯状の板材を長手方向に鉄心単板の大きさに応じた所定のピッチで順送りし、そのピッチに合わせて並べられた各パンチにより各部分を打ち抜いていき、最終的に積層鉄心の各鉄心単板を所定の形状に形成するようにした順送り加工方法がある。この加工方法の一例として、第１の工程では、ピッチの基準となるパイロット孔打ち抜きと、ティースにおけるコアスロット側部分を形成するティース（コアスロット）打ち抜きとを行い、第２の工程では、例えば積層枚数に合わせて１回だけ加工するようにプログラム処理することにより、端部用鉄心単板となる部分に対して上記貫通孔を形成する貫通孔打ち抜きを行い、第３の工程では、モータ軸を通す軸孔を形成する軸孔打ち抜きと、上記凹部（凸部）を周方向に複数の所定位置（貫通孔と同じ位置）に形成する型押しとを行い、第４の工程でティースの外周を形成すると同時に板材から抜くために外周部分の打ち抜きを行うようにしたものがある。
特開平７−２９８５２７号公報

従来の上記したような順送り加工装置では、第２の工程で貫通孔を形成するパンチは例えばカムを利用して積層枚数に合わせて１回だけ打ち抜き加工するが、第３の工程で凹部を形成するパンチ加工を端部用鉄心単板に対しても行っている（固定パンチ）。これは、第３の工程でも端部用鉄心単板のみパンチを行わないようにパンチ加工機を設計すると加工装置が高騰化してしまうため、そのような高騰化を避けるためである。したがって、端部用鉄心単板に対しても他の積層用鉄心単板と同じくパンチ加工が行われるため、貫通孔の内径を凹部形成用パンチの径よりも若干大きくして、貫通孔の内周面が凹部形成用パンチによりこじられないようにしている。

しかしながら、端部用鉄心単板を積層する場合にはその貫通孔には隣接する積層用鉄心単板の凸部が突入することになるが、上記したように貫通孔の内径が凸部よりも大きいため、それら同士は遊嵌状態である。また、凹部の孔径の基準値を例えば３ｍｍとした場合には貫通孔の内径を１０μｍ程度大きくすることが考えられる。この大きさは小さいものではあるが圧入とはならず、隣接する積層用鉄心単板に対する端部用鉄心単板の固着力が弱いという問題があった。さらに、順送りによる送りピッチの精度が悪いと上記１０μｍの余裕では吸収しきれず、凹部形成用パンチにより貫通孔の内周面がこじられたりする場合があり、その場合にはより一層固着力が弱まってしまう。

それに対して、貫通孔を第２の工程ではなく第３の工程で形成するべく、その加工機に貫通孔用に別の金型を設けることにより切り換えてパンチ加工することが考えられるが、加工装置が複雑化により高騰化してしまう。なお、固着力を確保するためには接着などがあるが、工程が増えるという問題がある。

このような課題を解決して、加工装置が複雑化することなく、積層鉄心における端部用鉄心単板の充分な結合力を確保することを実現するために本発明に於いては、請求項１では、所定枚数の積層用鉄心単板を積層し、さらに前記所定枚数の積層用鉄心単板の積層方向の一端に端部用鉄心単板を積層して形成された積層鉄心であって、前記積層用鉄心単板が、その一方の端面にパンチ加工された凹部と、他方の端面に前記凹部のパンチ加工と同時に前記積層状態で前記凹部に圧入可能な形状に形成された凸部とを有し、前記端部用鉄心単板が、前記積層状態で前記凸部に対応する位置に形成された前記凸部よりも小径の貫通孔と、前記貫通孔の位置に前記凹部と同じパンチ加工により形成された凹部とを有し、前記積層状態で、前記所定枚数の積層用鉄心単板及び前記端部用鉄心単板の隣接するもの同士が、前記凸部を前記凹部に圧入させた凹凸嵌合により一体的に結合されているものとした。

請求項２では、請求項１の積層鉄心において、前記積層鉄心がモータの積層鉄心であって、前記積層用鉄心単板と前記端部用鉄心単板とに、前記モータの軸を支持する軸孔が形成されかつ当該軸孔を中心として周方向に複数の前記凹部及び前記貫通孔が配設されているものとした。

あるいは、帯状の板材をその長手方向に順送りしかつ当該順送りに応じて所定のパンチ加工を行うことにより、積層鉄心において積層された所定枚数の積層用鉄心単板と当該積層方向の一端に積層された１枚の端部用鉄心単板とを形成する積層鉄心の鉄心単板の製造方法であって、前記板材の前記積層用鉄心単板として形成される部分の一方の面の所定位置に凹部を形成すると同時に他方の面に積層状態で前記凹部に圧入可能な形状の凸部を形成する工程と、前記板材の前記端部用鉄心単板として形成される部分であって前記凸部に対応する位置に前記凸部よりも小径の貫通孔を形成する工程とを有し、前記貫通孔を形成する工程が前記凹部及び凸部を形成する工程よりも先に行われるものとした。

請求項４では、請求項３の製造方法において、前記積層鉄心がモータの積層鉄心であって、前記凹部及び前記凸部を形成する工程において前記モータの軸を支持する軸孔と当該軸孔を中心として周方向に複数の前記凹部とが形成されるものとした。

このように本発明によれば、積層鉄心における積層方向の一端部に配置された端部用鉄心単板に、隣接する積層用鉄心単板の凸部に対応する位置に凸部よりも小径の貫通孔を形成し、かつ貫通孔の位置に凸部が圧入嵌合し得る凹部を所定枚数積層される積層用鉄心単板の凹部と同じに形成する。これにより、端部用鉄心単板においても隣接する積層用鉄心単板に対して積層用鉄心単板同士の凹凸嵌合と同様に圧入による強固な嵌合状態が実現される。貫通孔が形成された後に凹部を形成することから、端部用鉄心単板にあっては、凹部形成時に貫通孔内に生じるだれを貫通孔内で吸収することができ、反対側となる他方の面に凸部が形成されることがない。

特に、請求項２によれば、積層鉄心がモータ用の場合にはモータの軸を支持する軸孔を凹部と同時にパンチ加工することにより、その軸孔の整合と各凹凸部の整合とを高精度化することができると共に、端部用鉄心単板に対しては、先に形成されている貫通孔の影響を受けることなく新たに凹部を軸孔と同時に形成することになるため、凹凸嵌合の整合の高精度化を同様に確保し得る。

あるいは、請求項３の製造方法によれば、上記請求項１と同様の効果を奏し得るものであり、また請求項４によれば、上記請求項２と同様の効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された積層コアの鉄心単板加工装置１の模式的レイアウト図である。図において、鉄心単板の素材となる帯状の金属製板材２をその長手方向（図の矢印Ａ）に所定ピッチで送り、その送り方向に所定のピッチに合わせて各パンチ加工機３ａ・３ｂ・３ｃ・３ｄが配設されている。このようにして、板材２を長手方向に順送りして所定のパンチ加工を順番に行って鉄心単板を形成する順送り加工が行われるようになっている。

各パンチ加工機３ａ〜３ｄにより、順送りされる板材２に対してそれぞれ所定の形状のパンチ加工を行い、図２に示されるような積層鉄心４を形成する各鉄心単板が形成される。例えばモータ用の積層鉄心４は、板厚方向に所定枚数積層される積層用鉄心単板５ａと、その積層方向の一端部に積層される１枚の端部用鉄心単板５ｂとからなる。

両鉄心単板５ａ・５ｂにあっては、その外形は図３に示されるように形成されており、同一である。図３において、中央にはモータ軸（図２の２１）を通すための軸孔６が形成されており、外周部には仕様に応じた数のティース７及びコアスロット８となる部分が形成されていると共に、軸孔６とティース７及びコアスロット８との間には積層状態で隣り合う鉄心単板同士を結合するために凹凸嵌合となる凹部９ａが周方向に複数設けられている。図ではその表面側に凹部９ａが形成されているものが示されており、その場合には裏面側の対応する位置に凸部（９ｂ）が形成されている。

これら軸孔６・ティース７（コアスロット８）・凹部（凸部）９ａが、上記各パンチ加工機３ａ〜３ｄによる各加工工程を経ることにより形成される。図示例では、第１のパンチ加工機３ａで、各パンチ加工機３ａ〜３ｄでの位置決めとなるパイロット孔１０とコアスロット８となる部分（図４（ａ）の左側に示されるハッチング部分）をそれぞれ対応するパンチ１３ａ・１３ｂで打ち抜く。このコアスロット８となる部分の打ち抜きにはティース７となる部分の形成でもある。なお、本図示例では、パンチ加工を示す図において打ち抜く部分をハッチングにより示す。

次の第２のパンチ加工機３ｂでは、図４（ａ）の右側に示されるように、端部用鉄心単板となるものに対する貫通孔１１の打ち抜きを行う。この第２のパンチ加工機３ｂにあっては、例えば図５に示されるように下側にダイプレート１２が配設され、その上側に上下動するパンチプレート１３が配設されている。この構成は他のものと同じである。なお、この第２のパンチ加工機３ｂのパンチプレート１３には、貫通孔１１の径に対応させた径のロッド状のパンチ１３ｃが軸線方向（図の上下方向）に変位可能に支持されている。ダイプレート１２にはパンチ１３ｃに対応するダイ１２ａが一体的に固設されている。他のパンチ加工機にあってはパンチプレートにパンチは固定されており、ダイに関しては、他のパンチ加工機において第２のパンチ加工機３ｂと同様であり、特に図示しないものに関してはその説明を省略する。

この第２のパンチ加工機３ｂにあっては、図示例では制御装置１４により制御されるシリンダ１５を備え、シリンダ１５によりパンチプレート１３の往復動（上下動）方向に直交する向きに押し引き（水平動）されることによりパンチプレート１３の上面上で摺動するようにされたカムプレート１６が設けられている。カムプレート１６のパンチプレート１３に対する摺接面には凹部１６ａが設けられており、凹部１６ａにおけるカムプレート１６の変位方向に対応する両対向壁面が斜面として形成されている。また、パンチ１３ｃの頭部には凹部１６ａと略補完的形状をなす凸部を有するブロック状カム１７が一体的に設けられている。通常は、そのブロック状カム１７の凸部が凹部１６ａ内に受容されており、他のパンチ加工機と同様にパンチプレート１３が上下動してもパンチ１３ｃが板材２に達しないようにされている。

カムプレート１６は板材２の所定の送り回数に１回だけシリンダ１５により押されて図の右方向に変位する。すると、凹部１６ａの斜面とブロック状カム１７の対応する斜面とのガイドによりパンチ１３ｃが図の下方に押し出され、凹部１６ａがブロック状カム１７に対応する位置から外れて、図５（ｂ）に示されるようにカムプレート１６の平坦面からなる下面とブロック状カム１７の頂部とが当接する状態となる。そして、通常のパンチ加工の動作に合わせてパンチプレート１３が図の二点鎖線の位置から矢印Ｂに示されるように下降すると、板材２のその時に位置する部分に貫通孔１１が形成される。その所定の送り回数は、上記積層鉄心４を構成する積層用鉄心単板５ａと端部用鉄心単板５ｂとの積層枚数と同じであり、その端部用鉄心単板５ｂは所定の送り回数で１枚形成される。図示例のもの（図２）では３０回に１回である。

したがって、第２のパンチ加工機３ｂにおける板材２に対する加工にあっては、例えば所定の送り回数の最後に、端部用鉄心単板５ｂとするべく上記したように貫通孔１１を形成する加工を行い、それ以外の送りの時にはカムプレート１６を待機させておく（図５（ａ））。カムプレート１６の待機状態では上記したように板材２には貫通孔１１が形成されず、板材２が送られるだけである。その場合には、図４（ｂ）の右側に示されるように貫通孔１１が形成されない積層用鉄心単板５ａとなって次の第３のパンチ加工機３ｃに送られる。

第３のパンチ加工機３ｃでは、図６の左側に示されるように、軸孔６を形成する打ち抜きをパンチ１３ｄにより行うと共に積層用鉄心単板５ａに形成する凹部９ａの加工を行う。第３の加工機３ｃにおける凹部９ａの加工にあっては、例えば図７に示されるように、パンチ１３ｅの下降が板材２を突き抜けるまでには至らず、板厚の途中までの所定量だけ下降するようにパンチプレート１３の下降量が設定されている。これにより、板材２には、図に示されるようにパンチ１３ｅ側に凹部９ａが形成され、それにより反対側に押し出される肉により凸部９ｂが形成される。これら凹部９ａ及び凸部９ｂの径にあっては、積層状態の隣り合う積層用鉄心単板５ａ同士で圧入状態で凹凸嵌合するように設定されている。例えば凹部９ａの内径Ｄ１を３．０００ｍｍとした場合には、凸部９ｂの外径Ｄ２を３．００５ｍｍとすると良い。

そして、第４の加工機３ｄでは、図６の右側に示されるように、積層用鉄心単板５ａ（端部用鉄心単板５ｂ）の外周を形成するべく外周部分をパンチ１３ｆにより円環状に打ち抜く。それにより、図３で示される形状の積層用鉄心単板５ａが形成される。なお、外形にあっては端部用鉄心単板５ｂも同一形状である。

この第４のパンチ加工機３ｄの下方にて各鉄心単板５ａ・５ｂが所定枚数積層状態に貯留されるようにして良い。１つの積層鉄心４の形成に必要な枚数が貯留されたら、次の組み立て工程で積層方向に加圧するなどして凹部９ａに凸部９ｂを圧入し、各鉄心単板５ａ・５ｂ同士を結合して一体化した積層鉄心４を形成することができる。

本発明では、上記第３のパンチ加工機３ｃにおいて、各鉄心単板５ａ・５ｂの区別無く全数に対してパンチ加工を行う。これは、第２のパンチ加工機３ｂのように区別してパンチ加工を行うようにすると、型の複雑化や制御の追加などにより加工装置が高騰化することを回避するためである。このように、第３のパンチ加工機３ｃを共通のパンチ加工とすることにより、パンチ加工装置全体を低廉化し得る。

そのため、第２のパンチ加工機３ｂにおける貫通孔１１の内径Ｄ３を凹部９ａの内径Ｄ１よりも小さく設定している（パンチ１３ｃの径を対応する大きさに設計する）。上記したように凹部９ａの内径Ｄ１を３．０００ｍｍとすると、貫通孔１１の内径Ｄ３は２．９００ｍｍにすると良い。

これにより、図８に示されるように、第３のパンチ加工機３ｃにおいて貫通孔１１に対してパンチ１３ｅによる加工が行われても、貫通孔１１の内径がパンチ１３ｅよりも小さいため、貫通孔１１の内周面がこじられることがなく、かつ貫通孔１１の位置に新たに凹部９ａが形成されることになる。したがって、端部用鉄心単板５ｂにも他の積層用鉄心単板５ａの凹部９ａと同じパンチ径及び深さ（パンチストローク量）の凹部９ａが形成され、端部用鉄心単板５ｂと隣接する積層用鉄心単板５ａとの間でも、積層用鉄心単板５ａ同士の凹凸嵌合と同じ凹凸嵌合となる。この時、小径の貫通孔１１に対して大径のパンチ１３ｅにより凹部９ａが形成されることから貫通孔１１の内周面にだれ２２が生じるが、上記したような径の関係としておくことにより、だれ２２を貫通孔１１内にて何ら問題なく収めることができるため、凹部９ａの形成により板材２の他方の面（図の下面）に凸部が形成されることはない。なお、モータの積層鉄心に用いる場合、軸孔６に対して貫通孔１１及び凸部９ｂは周方向に均等に配置されているため、積層の際に打ち抜いた鉄心単板５ａ・５ｂを所定の角度回転させて積層する回転積層方式によって積層鉄心４を成形することも可能である。

これにより、図９に示されるように、積層鉄心４の全ての鉄心単板５ａ・５ｂ同士が凹部９ａ及び凸部９ｂによる同じ凹凸嵌合であって圧入による結合状態となり、従来例のように端部用鉄心単板の貫通孔の内径を積層用鉄心単板の凸部の径よりも大きくしたために、端部用鉄心単板の隣接する積層用鉄心単板に対する結合力が弱くなってしまうという問題を解決することができる。

また、第３のパンチ加工機３ｃでは、図示例のように軸孔６と凹部９ａとを同時に形成するパンチ加工を行う。これにより、積層状態において、各軸孔６の整合と共に各凹部９ａ（凸部９ｂ）の整合とを高精度に行うことができる。本発明によれば、端部用鉄心単板５ｂに対しても軸孔６及び凹部９ａの加工を行うことから、端部用鉄心単板５ｂに対する軸孔６及び凹部９ａの位置精度が他の積層用鉄心単板５ａと同じである。

従来例のように、端部鉄心用単板５ｂに対して凹部９ａよりも大径の貫通孔を形成した後にその貫通孔に対しては凹部形成用パンチ１３ｅを空打ちとする加工方法では、軸孔６を基準として積層した場合に隣接する積層用鉄心単板５ａの凸部９ａに対して貫通孔の位置ずれが発生する虞があり、その位置ずれが発生した場合には凸部９ａの一部が貫通孔に嵌合することができない場合がある。本発明によれば、そのような問題が生じることがない。

本発明にかかる積層鉄心は、その端部用鉄心単板が隣接する積層用鉄心単板に対する凹凸嵌合において確実に圧入状態となり、モータの積層鉄心に限られず、ソレノイドやトランスなど、パンチ加工により形成される鉄心単板を積層して形成される種々の積層鉄心として有用である。

本発明が適用された積層鉄心の鉄心単板加工装置１の模式的レイアウト図である。 積層鉄心を示す側面図である。 積層用鉄心単板を示す図である。 （ａ）は端部用鉄心単板を形成するパンチ加工の第１及び第２の工程を説明する図であり、（ｂ）積層用鉄心単板を形成する場合を示す同様の図である。 （ａ）は第２のパンチ加工機の模式的要部破断側面図であり、（ｂ）は貫通孔のパンチ加工状態を示す（ａ）に対応する図である。 凹部９ａ及び軸孔をパンチ加工する第３の工程及び鉄心単板の外周を打ち抜く第４の工程を説明する図である。 第３のパンチ加工機及び積層用鉄心単板に対する凹部及び凸部の形状を示す模式的要部破断側面図である。 第３のパンチ加工機による端部用鉄心単板に対する凹部の形成状態を示す図７に対応する図である。 各鉄心単板同士の凹凸嵌合状態を示す要部拡大側断面図である。

符号の説明

２ 板材
３ａ・３ｂ・３ｃ・３ｄ パンチ加工機
４ 積層コア
５ａ 積層用鉄心単板、５ｂ 端部用鉄心単板
６ 軸孔
７ ティース
９ａ 凹部、９ｂ 凸部
１１ 貫通孔
１３ｃ パンチ、１３ｅ 凹部形成用パンチ

Claims (4)

1. 所定枚数の積層用鉄心単板を積層し、さらに前記所定枚数の積層用鉄心単板の積層方向の一端に端部用鉄心単板を積層して形成された積層鉄心であって、
   前記積層用鉄心単板が、その一方の端面にパンチ加工された凹部と、他方の端面に前記凹部のパンチ加工と同時に前記積層状態で前記凹部に圧入可能な形状に形成された凸部とを有し、
   前記端部用鉄心単板が、前記積層状態で前記凸部に対応する位置に形成された前記凸部よりも小径の貫通孔と、前記貫通孔の位置に前記凹部と同じパンチ加工により形成された凹部とを有し、
   前記積層状態で、前記所定枚数の積層用鉄心単板及び前記端部用鉄心単板の隣接するもの同士が、前記凸部を前記凹部に圧入させた凹凸嵌合により一体的に結合されていることを特徴とする積層鉄心。
2. 前記積層鉄心がモータの積層鉄心であって、
   前記積層用鉄心単板と前記端部用鉄心単板とに、前記モータの軸を支持する軸孔が形成されかつ当該軸孔を中心として周方向に複数の前記凹部及び前記貫通孔が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心。
3. 帯状の板材をその長手方向に順送りしかつ当該順送りに応じて所定のパンチ加工を行うことにより、積層鉄心において積層された所定枚数の積層用鉄心単板と当該積層方向の一端に積層された１枚の端部用鉄心単板とを形成する積層鉄心の鉄心単板の製造方法であって、
   前記板材の前記積層用鉄心単板として形成される部分の一方の面の所定位置に凹部を形成すると同時に他方の面に積層状態で前記凹部に圧入可能な形状の凸部を形成する工程と、
   前記板材の前記端部用鉄心単板として形成される部分であって前記凸部に対応する位置に前記凸部よりも小径の貫通孔を形成する工程とを有し、
   前記貫通孔を形成する工程が前記凹部及び凸部を形成する工程よりも先に行われることを特徴とする積層鉄心の鉄心単板の製造方法。
4. 前記積層鉄心がモータの積層鉄心であって、
   前記凹部及び前記凸部を形成する工程において前記モータの軸を支持する軸孔と当該軸孔を中心として周方向に複数の前記凹部とが形成されることを特徴とする請求項３に記載の積層鉄心の鉄心単板の製造方法。

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