JP2020114592A

JP2020114592A - 金属薄帯の加工方法

Info

Publication number: JP2020114592A
Application number: JP2019005852A
Authority: JP
Inventors: 建史福山; Kenji Fukuyama
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-07-30

Abstract

【課題】金属薄帯から等脚台形形状の個片を打抜き加工によって得る金属薄帯の加工方法において、工具調整を改善することが可能な加工方法を提供する。【解決手段】本発明である金属薄帯の加工方法は、金属薄帯２の帯幅を跨ぐ大きさのパンチ３により、等脚台形形状の個片に打抜いて加工する方法である。また、本発明である金属薄帯の加工方法は、前記個片の、上底長さがＡ、下底長さがＢであるとき、金属薄帯の長手方向に、Ａ＋Ｂピッチで所定のピッチで打抜き加工する方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、金属薄帯を、等脚台形形状の個片に加工する金属薄帯の加工方法に関するものである。

近年、環境意識の高まりを背景として、自動車産業はもとより、産業インフラ関連産業やエレクトロニクス関連作業などにおいて、モーターの小型・軽量化や、高効率・省電力化への要求が高まっている。特に、高効率・省電力化に対する手段として、モーターの鉄心に低損失な軟磁性材料を使用することが知られている。
一般的なモーターでは、軟磁性材料として電磁鋼板が採用されており、その厚みやＳｉの含有量などによって損失レベルが異なるものが利用されている。
その他の軟磁性材料には、電磁鋼板よりも透磁率が高く、鉄損（コアロス）が低いアモルファス合金や、ナノ結晶合金などの高機能材料が存在する。特に、Ｆｅ基やＣｏ基のアモルファス合金は、結晶粒界が形成されないことから、保磁力の小さい軟磁性材料にできることが知られている。
モーターの鉄心をアモルファ合金の軟磁性材料で作製すると、電磁鋼板に比べて１/１０以下の鉄損の低減が期待でき、高効率・省電力なモーターにできると考えられている。

一方、アモルファス合金は、結晶粒が合金中に形成されないよう、合金溶湯を急冷凝固する必要があり、例えば、回転する冷却ロール表面に合金溶湯を供給し、合金溶湯をロール表面にて連続的に凝固させて作製する。この製法は、単ロール法と呼ばれ、薄帯状のアモルファス合金が得られる。

これまでに、モーター用の鉄心として、上述のアモルファス合金薄帯を用いた積層鉄心が、各種提案されている。
例えば、鉄心形状に加工されたアモルファス合金薄帯を複数枚積層して構成した、アモルファス合金板を備えた積層鉄心がある（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば、別体のヨーク部とティース部からなる分割鉄心で形成された積層鉄心がある。この際、分割鉄心は、ヨーク部の形状に加工されたアモルファス合金個片を積層して形成したヨーク部材と、ティース部の形状に加工されたアモルファス合金個片を積層して形成したティース部材とを備えている（例えば、特許文献２参照）。
ここで、ティース部の形状としては、長方形や等脚台形などが考えられる。

特開２００８−２３６９１８号公報特開２０１４−１５５３４７号公報

特許文献２に示される、分割鉄心のティース部材を作製しようとする場合、アモルファス合金薄帯を、打抜き加工などの方法によって、所定の形状に個片化する必要がある。一方、一般的に、打抜き加工における、ダイとパンチとのクリアランスには、材料の厚さに対する適正な範囲が存在する。上述したアモルファス合金薄帯の厚さは、数十μｍ程度であるため、適正なクリアランスはかなり狭く、クリアランスの調整はかなり難しいという課題があった。

そこで本発明では、上記事情に鑑み、金属薄帯から等脚台形形状の個片を打抜き加工によって得る金属薄帯の加工方法において、工具の調整を容易に行うことが可能な加工方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するために、金属薄帯を、帯幅を跨ぐ大きさのパンチにより、等脚台形形状の個片に打抜き加工することを特徴とする金属薄帯の加工方法を提供する。

また、本発明は、前記個片の、上底長さがＡ、下底長さがＢであるとき、前記個片を、前記金属薄帯の長手方向に、Ａ＋Ｂピッチで打抜き加工することが好ましい。

本発明によれば、打抜き工具、すなわち、パンチとダイの形状やクリアランスに関する調整が容易であり、工具の調整に掛かる工数を少なくして打抜加工できる。したがって、工具調整を改善した方法で、効率よく、金属薄帯から等脚台形形状の個片を加工することが可能となり、モーター用鉄心に用いられるティース部材の作製にとってきわめて有用である。

本実施形態において、アモルファス合金薄帯２から等脚台形形状のアモルファス合金個片を打抜き加工するのに用いる加工装置１の斜視概念図である。本実施形態における、パンチ３とダイ４のクリアランス調整を示した模式図である。本実施形態に用いられるアモルファス合金薄帯２を示す図である。本実施形態において、加工装置１のダイ４上に載置されたアモルファス合金薄帯２を（a）上から示した模式図と、（ｂ）断面を示した模式図である。本実施形態における打抜き加工の手順（（ａ）〜（ｆ））を順に示した模式図である。本実施形態において、打抜き後の加工装置１におけるダイ４上に載置されたアモルファス合金薄帯２を上から示した模式図である。本実施形態において、パンチ３、ダイ４、及び逆押し５を複数使用した加工装置を上から示した模式図である。

以下、本発明について、実施形態を用いて詳細に説明する。本実施形態は、等脚台形柱状のアモルファス合金個片を、アモルファス合金薄帯からパンチとダイを用いた打抜き加工によって得る例である。
図１に本実施形態の加工に用いる加工装置１の斜視概念図を示す。
加工装置１は、パンチ３、ダイ４、逆押し５、及び不図示のワーク押えを備え、パンチ３とダイ４の間にアモルファス合金薄帯２を設置できるようにしている。

また、ダイ４は、等脚台形形状の切り欠き部を有し、パンチ３と逆押し５は、ダイ４の切り欠き部に対応する等脚台形形状を有する。
ここで、ダイ４の切り欠き部、パンチ３及び逆押し５は、アモルファス合金薄帯２の帯幅を跨ぐ大きさを有する。
なお、アモルファス合金薄帯２の帯幅を跨ぐとは、図１に示すように、パンチ３及び逆押し５が、アモルファス合金薄帯２の両側からはみ出した状態をいう。

また、ダイ４の切り欠き部には、切り欠き部の下側から逆押し５が挿入され、ダイ４に設置されたアモルファス合金薄帯２の両面に、パンチ３及び逆押し５の先端面が接触できるようにしている。そして、アモルファス合金薄帯２を、パンチ３の両側に配置された不図示のワーク押えとダイ４との間に強く挟んでから、不図示のプレス装置によって、パンチ３に荷重を印加する。その結果、良好な打抜き加工が出来た場合、等脚台形形状のアモルファス合金個片を打抜くことができる。

ここで、打抜き加工における、パンチとダイとのクリアランスは、板厚の３％〜２０％程度が適正な範囲とされる。従って、打抜き加工するためには、予め、適正なクリアランス範囲を確認し、その後、加工が適正範囲内で行われるように、厳正にクリアランス管理をしながら加工をしなければならない。
アモルファス合金薄帯２は、通常５〜５０μｍ程度の厚さであるため、材料の厚さに依存するクリアランスの適正範囲は著しく狭く、その調整は困難を極める。

従来のパンチとダイのクリアランス調整では、ダイに対するパンチの位置関係を上下左右に確認しながら、シビアな微調整をする必要があった。
しかし、本実施形態のパンチ３とダイ４では、パンチ３の形状が、ダイ４の切り欠き部に対応する形状であるので、図２に示すように、パンチ３をダイ４の切り欠き部に押し付けて（図２（ａ））、等脚台形の対称軸である矢印方向に移動することで、両側に均等なクリアランスを設けることが可能である。また、打抜き形状は上下底長差より高さの比が大きく、その比の分だけパンチ３の移動より精度の高いクリアランス調整が出来る。

また、パンチの摩耗によりクリアランスが変化した場合でも、上述した方法によって、上下左右の位置関係に気を遣うことなく、容易に、適正なクリアランスの調整を行うことが可能となる。

ここで、本実施形態では、ダイ４の切り欠き部とパンチ３及び逆押し５との間に片側０．００２５ｍｍ程度のクリアランスを形成するように、ダイ４に対してパンチ３と逆押し５を位置決めした。

また、本実施形態では、単ロール法によって形成された、幅３０ｍｍ、厚さ２４．８μｍのアモルファス合金薄帯２を準備し、図３に示すように、予め、アモルファス合金薄帯２の帯幅方向端部が、アモルファス合金個片の台形形状の脚と合うように斜めに切断した。

次に、打抜き加工前の準備について図４を用いて説明する。
まず、準備したアモルファス合金薄帯２を加工装置１におけるダイ４上に載置する。この際、打抜き後に残こされるアモルファス合金個片６ａ（図４における斜線パターン部分）が、打抜かれるアモルファス合金個片６ｂ（図４におけるドットパターン部分）に対応する形状となる位置に、アモルファス合金薄帯２を設置する。

図４（ａ）は、加工装置１におけるダイ４の上に、アモルファス合金薄帯２を載置した状態を上から示したものであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のおけるＡＡ’方向の断面図を示している。
ここで、加工装置１により加工される個片の形状は、高さが帯幅の３０ｍｍ、上底が４ｍｍ、下底が８ｍｍとなる等脚台形とした。

次に、本実施形における打抜き加工の詳細について、図５を用いて順に説明する。
まず、アモルファス合金薄帯２の上側にパンチ３が存在する状態から、不図示のプレス装置により、パンチ３に荷重が印加される（図５（ａ））。この際、アモルファス合金薄帯２は、パンチ３の両側に配置された不図示のワーク押えと、ダイ４とによって挟まれて強く押さえられる。
パンチ３の先端面がアモルファス合金薄帯２に接触した後（図５（ｂ））、パンチ３と逆押し５が押し込まれてアモルファス合金薄帯２を打抜く（図５（ｃ））。
打ち抜いた後、パンチ３と逆押し５を打抜く前の位置まで戻し（図５（ｄ））、更にパンチ３のみを上側に移動する（図５（ｅ））。
その後、アモルファス合金薄帯２を、不図示の薄帯送り機構で１２ｍｍ移動することにより、打抜いたアモルファス合金個片６ｂと残ったアモルファス合金個片６ａを押し出して移動させる（図５（ｆ））。
なお、本実施形態では、打抜いたアモルファス合金個片６ｂと残ったアモルファス合金個片６ａを押し出して移動させているが、吸着パッドなどを用いて１個１個取り出しても構わない。

図６は、図５（ｆ）の状態からパンチ３を外した状態を上から示したものであり、１回の打抜きで、等脚台形形状の個片を２個得ることができる。
図５の動作を続けることにより、効率よく、等脚台形形状のアモルファス合金個片を加工することが可能となる。

以上より、アモルファス合金薄帯の帯幅を跨ぐ大きさのパンチとダイを用いることで、工具のクリアランス調整を容易にし、工具の調整に掛かる工数を削減することができる。
また、一般的に、クリアランスの適正範囲を外れると工具寿命は短くなることが知られているが、工具の調整工数が短くなるので、適正なクリアランス範囲の管理が容易となり、工具寿命の改善も期待できる。
更に、アモルファス合金薄帯の送りピッチを最適化することにより、１回の打抜きで２個の個片を得ることができるので、アモルファス合金個片の生産性向上も可能となる。

本実施形態では、一組のパンチ３とダイ４を用いているが、図７に示すように、複数パンチ３’と複数ダイ４’の構成にしても構わない。この際、複数パンチ３’と複数ダイ４’におけるパンチとダイの数が、それぞれｎ個であった場合、同時に（２×ｎ）個の個片を作製することができ、アモルファス合金薄帯２を、不図示の薄帯送り機構で（１２×ｎ）ｍｍ移動することによって、更に効率よく、アモルファス合金個片を得ることが可能となる。

本実施形態では、1層のアモルファス合金薄帯２を用いているが、アモルファス合金薄帯２を２層以上に重ねた後に、打抜き加工しても構わない。
これにより、アモルファス合金材料の厚みが増して、パンチとダイのクリアランス調整がより容易になる。また、積層して用いられるアモルファス合金個片の更なる生産性向上も期待できる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲において、内容を変更することが可能である。
例えば、本発明は、アモルファス組織を維持したまま製品となるものだけでなく、アモルファス合金薄帯として打抜き加工され、その後にナノ結晶化されるナノ結晶合金用のアモルファス合金薄帯にも適用可能である。ここで、製造工程における部材の流れを考慮して、打抜き加工する前に連続熱処理によりナノ結晶化しても構わない。

１加工装置
２アモルファス合金薄帯
３パンチ
３’複合パンチ
４ダイ
４’複合ダイ
５逆押し
６ａ、６ｂアモルファス合金個片

Claims

金属薄帯を、帯幅を跨ぐ大きさのパンチにより、等脚台形形状の個片に打抜き加工する
ことを特徴とする金属薄帯の加工方法。
前記個片の、上底長さがＡ、下底長さがＢであるとき、
前記個片を、前記金属薄帯の長手方向に、Ａ＋Ｂピッチで打抜き加工する
ことを特徴とする請求項１に記載の金属薄帯の加工方法。