JP4574255B2 - 分割積層コアの製造方法と製造用順送り金型 - Google Patents

Description

本発明は、例えばモータのステータコアなどのように環状の積層コア製品を、予め複数に分割して製造するための分割積層コアの製造方法と製造用順送り金型に関する。

従来技術の一つとして、円周方向に沿って複数に分割した分割コア片を打抜き加工した後に積層固着して分割積層コアを造り、各分割積層コアに巻線作業を行った後に当該各分割積層コアを相互に連結して環状の積層コア製品を製造し、これによって巻線作業や組立作業を容易に行うことが、例えば特許文献１乃至３などの提案によって知られている。
特開２００３−７９１１１号公報 特許第３２７９２７９号公報 特許第３４６１５５２号公報

これら従来技術によると、例えばモータのステータコアに適用した図１（ａ）で示す分割積層コア１のように、外周側のヨーク部２ａと内周側の歯部２ｂの間を磁極部２ｃで連結した略Ｔ字状の各分割コア片２が、所定の積層枚数毎に整列した垂直積み状態で積層固着され、ヨーク部２ａの両側に設けた嵌合部３（３ａ，３ｂ）を介して各分割積層コア１を相互に連結すると、図１（ｂ）で示すような環状の積層コア製品が製造される。

従来技術のように、各分割コア片を整列した垂直積み状態で積層固着した分割積層コアを用い、環状の積層コア製品を製造した場合には、各分割積層コアを連結する継目部分が円周方向の一定位置に配置され、打抜き加工時における変形やバリ或いは連結時における隙間なども集中することになるので、鉄損などの磁気特性にバラツキを生じてモータの回転むらや回転トルクを低下させる恐れがある。

そこで本発明では、これら従来技術による分割積層コアの課題を解決し得る分割積層コアの製造方法と製造用順送り金型を提供するものであって、製造用順送り金型を用いて帯状コア材料から各分割コア片を打抜き加工する際に、最終工程である外形打抜き及び積層固着工程において、打ち抜きダイをスキュー回転させながらダイ穴内に回転積みすることによって、スキュー付きの分割積層コアを連続状態で容易且つ大量に製造することを可能にしている。

また、最近における市場からの要求として、例えばマグネットモータなどのモータコアに対する電気及び磁気特性の向上が望まれているが、これらモータコアの構造では回転子（ロータ）側をスキュー積層することが困難であるので、固定子（ステータ）側をスキュー積層することになるが、このステータコアに対するスキュー積層を本発明のように順送り金型内で行うことにより、生産性を低下させずに電気及び磁気特性を向上させることが期待できる。

本発明による分割積層コアの製造方法は、順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、打ち抜きダイには外形打抜きした分割コア片を回転積みするダイ穴を少なくとも２個所に形成し、所定のスキュー角度ずつ打ち抜きダイを回転させながら、パンチで外形打抜きした分割コア片を一方のダイ穴内へ積層枚数分を積層した後に、他方のダイ穴がパンチに整合する位置まで打ち抜きダイをシフト回転させ、所定のスキュー角度ずつ打ち抜きダイを回転させながら、他方のダイ穴内へ積層枚数分の分割コア片を積層する繰り返によって、順送り金型内で連続的にスキュー付き積層コアを製造するものであり（請求項１）、前記ダイ穴は打ち抜きダイを４等分した９０度間隔で４個所に形成し、９０度シフト回転させながら対向する２個所ずつを交互に用い、同時に２列を外形打抜きすると共に、積層固着する形態（請求項２）を採ることもできる。

本発明による別の分割積層コアの製造方法は、順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、打ち抜きダイには外形打抜きした分割コア片を回転積みするダイ穴を少なくとも２個所に形成し、所定のスキュー角度ずつ打ち抜きダイを回転させながら、前記各ダイ穴のそれぞれに対応するパンチで同時に外形打抜きした分割コア片を当該各ダイ穴内へ積層枚数分を積層した後に、最初の位置まで打ち抜きダイをシフト回転させ、同様の外形打抜き及び積層の繰り返しによって、順送り金型内で連続的にスキュー付き積層コアを製造する。（請求項３）

本発明による分割積層コア製造用順送り金型は、順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、パンチに対して回転可能にした打ち抜きダイには、外形打抜きした分割コア片を所定のスキュー角度で回転積みするダイ穴を１又は複数個所に形成し、このダイ穴の回転方向の長さを積層枚数とスキュー角度との積にコア幅の幅寸法を加えた長さ以上の扇形状とし、ダイ穴をスキュー回転させると共に、最初の位置にダイ穴をシフト回転させる回転駆動部を打ち抜きダイ側に設けた。（請求項４）

本発明による別の分割積層コア製造用順送り金型は、順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、パンチに対して回転可能にした打ち抜きダイには、外形打抜きした分割コア片を所定のスキュー角度で回転積みするダイ穴を複数個所に形成し、このダイ穴の回転方向の長さを積層枚数とスキュー角度との積にコア幅の幅寸法を加えた長さ以上の扇形状とし、ダイ穴をスキュー回転させると共に、次の位置にダイ穴をシフト回転させる回転駆動部を打ち抜きダイ側に設けた。（請求項５）

本発明による分割積層コアの製造方法と製造用順送り金型では、スキューを付与した分割積層コアを順送り金型を用いて帯状コア材料から容易且つ大量に連続状態で製造できると共に、複数列の同時打抜き加工も可能であるから生産効率も向上し、このスキュー付きの分割積層コアを環状に連結した積層コア製品は、各分割積層コアを連結する継目部分がスキューの付与によって円周方向に分散配置され、打抜き加工時における変形やバリ或いは連結時における隙間などの集中を解消し、鉄損などの磁気特性にバラツキを生じてモータの回転むらや回転トルクを低下させることがなく、性能向上に寄与できる。

本発明の分割積層コアの製造方法と製造用順送り金型について、本発明をモータのステータの製造に適用した添付図面の実施形態に基づいて詳細に説明するが、図２（ａ）はモータのステータ用の分割積層コア５を示し、図２（ｂ）は複数の分割積層コア５を用いて製造される積層コア製品１０を示し、図３乃至図７は分割積層コア５を構成する分割コア片６を、２列で打抜き加工する第１の実施形態である。

分割積層コア５は、環状の積層コア製品１０を円周方向に沿って複数に分割した状態で順送り金型１１によって製造されるが、所定枚数に積層された各分割コア片６は円周方向へ一定角度ずつずらせた状態すなわちスキュー付きであると共に、上下に隣接する各分割コア片６は結合手段によって相互に連結されており、図示の実施形態では結合手段としてかしめ結合が用いられている。

各分割コア片６は、外周側のヨーク部６ａと内周側の歯部６ｂの間を磁極部６ｃで連結した略Ｔ字状に形成され、磁極部６ｃには励磁用のステータコイル（固定子巻線）が巻装（図示を省略）されるが、このステータコイルの巻線作業を容易にするために分割積層コア５の形態が採られており、ヨーク部６ａの両側には連結用として凹凸状の切欠による嵌合部７（７ａ，７ｂ）を、歯部６ｂの内側には歯溝９をそれぞれ設けると共に、ヨーク部６ａと磁極部６ｂにはかしめ突起８が設けられている。

次に、図３は帯状コア材料Ｗから分割コア片６を打抜き加工した後に、打抜き加工した分割コア片６を積層して固着する順送り金型１１の要部縦断面図を、図４は順送り金型１１の各工程で打抜き加工される製品レイアウト図を示すが、順送り金型１１は、各種パンチＰを設けた上型１２と、各種ダイＤを設けた下型１３と、下型１３側へ昇降移動する上型１２を案内するガイドポスト１４と、打抜き加工後に帯状コア材料Ｗから各パンチＰを引き離すストリッパープレート１５などを備えている。

順送り金型１１には、帯状コア材料Ｗが間欠移送される送り方向Ｆに沿って工程（イ）乃至工程（ト）の各種打抜き機構部が設けられており、工程（イ）では、パンチＰ１とダイ（図示を省略）によって、帯状コア材料Ｗにパイロット穴１６が打抜き加工され、このパイロット穴１６にパイロットピン（図示を省略）を係止させ、帯状コア材料Ｗを所定ピッチで送り方向Ｆへ間欠移送させると共に、各工程では帯状コア材料Ｗにに対して図５で示すような打抜き加工が順次行われる。

工程（ロ）では、パンチＰ２とダイ（図示を省略）によって、分割コア片６に歯溝９を形成するための抜き穴１７が打抜き加工され、工程（ハ）では、パンチＰ３とダイ（図示を省略）によって、計量穴１８が打抜き加工されるが、この計量穴１８は既に打抜き加工された分割コア片６のかしめ突起８との間を分離させるために、所定枚数積層される最初の分割コア片６が通過する時にのみパンチＰ３が下降して打抜き加工が行われ、その後には所定の積層枚数分が通過するまでパンチＰ３は上昇位置で待機するようにしている。

工程（ニ）では、パンチＰ４とダイ（図示を省略）によって、分割コア片６に嵌合部７（７ａ，７ｂ）を形成するための抜き穴１９（１９ａ，１９ｂ）が打抜き加工され、工程（ホ）では、パンチＰ５とダイＤ５によって、分割コア片６にヨーク部６ａと歯部６ｂ及び磁極部６ｃの輪郭を形成するための抜き穴２０（２０ａ，２０ｂ）が打抜き加工され、工程（ヘ）では、パンチＰ６とダイ（図示を省略）によって、各分割コア片６の結合手段であるかしめ突起８が打抜き加工される。

かしめ突起８は、分割コア片６に対して下面側に凸部８ａを形成すると共に、上面側に凹部８ｂを形成し、上下に隣接する各分割コア片６，６の凸部８ａと凹部８ｂとを相互にかしめ結合するものであって、凸部８ａと凹部８ｂを例えば図６（ａ）のようにＺ字状の切り起し片によって形成したり、図６（ｂ）のように半抜き状のだぼとだぼ穴によって形成することが可能であるが、かしめ突起８以外の結合手段としてレーザーを用いて溶着することも可能である。

工程（ト）は、パンチＰ７とダイＤ７によって、円弧状をした内径部２１と外径部２２を含む扇形状の外形打抜き部２３を打抜いて、帯状コア材料Ｗから分割コア片６の外形打抜きを行うと共に、ダイＤ７内に積層された所定枚数の各分割コア片６を結合手段によって固着する積層固着工程であって、この外形打抜きを行う際には例えば軸受け部材２４でダイＤ７を回転可能に支持させ、所定角度の割り出しが可能なモータＭに連動させたタイミングベルトその他の動力伝導手段２５によって、ダイＤ７を円周方向に所定角度毎に回転させながら、各分割コア片６を回転積みして分割積層コア５にスキューを付与する。

この外形打抜き及び積層固着工程を図７で詳細に説明すると、図７はダイＤ７の上面図であって、ダイＤ７には円周方向へ所定のシフト回転角度β（図示では９０度）毎に扇形状をした外形抜きダイ孔２６（２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ）を設け、図４のレイアウト図のように対向する２列状態で帯状コア材料Ｗから各分割コア片６の外形打抜き加工を行うが、まず計量穴１８を設けた１枚目を図７（ａ）のようにダイ孔２６Ａとダイ孔２６Ｃに抜き込んた後に、かしめ突起８を設けた２枚目から積層枚数ｎまでを順次抜き込み、その都度ダイＤ７を微少なスキュー回転角度α（例えば３゜）ずつスキュー回転（α回転）させながら、図７（ｂ）のように積層及びかしめ結合を行なう。

すなわち、一枚目の分割コア片６を打ち抜いてパンチＰ７が上昇している間に、ダイＤ７を所定のスキュー回転角度α分だけ矢印方向へ回転させると共に、帯状コア材料Ｗを所定量だけ間欠移送させ、次にパンチＰ７が下降する際に二枚目の分割コア片６を打ち抜くようにし、これを積層枚数ｎ（図示の実施形態では５枚）分だけ順次繰り返しながらダイ孔２６Ａ，２６Ｃ内に積層させ、１枚目の計量穴１８には２枚目のかしめ突起８の凸部８ａが嵌合し、２枚目以降は先に打抜きした分割コア片６のかしめ突起８の凹部８ｂに、後で打抜きした分割コア片６のかしめ突起８の凸部８ａが嵌合してかしめ結合され、これによって図２で示すようなスキュー付きの分割積層コア５が製造される。

また、ダイ孔２６Ａ，２６Ｃ内に積層枚数ｎの分割コア片６を抜き落とした後には、ダイＤ７をシフト回転させてパンチＰ７と整合する位置にダイ孔２６Ｂとダイ孔２６Ｄを移動させ、当該ダイ孔２６Ｂ，２６Ｄを用いてダイ孔２６Ａ，２６Ｃの場合と同様に、積層枚数ｎの分割コア片６を打抜き加工して積層及びかしめ結合を行なうようにし、作業を中断することなくスキュー付きの分割積層コア５を連続状態で製造することができるが、この間にダイ孔２６Ａ，２６Ｃ内の分割積層コア５は、ダイＤ７の下側に押し出すと共に、例えばコンベア装置等の搬出手段（図示を省略）で次工程へ移送して空の状態にし、次の分割積層コア５の製造に使用できるように準備しておく。

なお、図７で示す実施形態では５枚の分割コア片６を積層した分割積層コア５を製造しているので、計量穴１８を打抜き加工する工程（ハ）のパンチＰ３は、５枚目毎に打抜きが可能な位置まで降下するように作動させると共に、ダイＤ７はステッピングモータなどのモータＭによって、分割積層コア５にスキューを付与するためにスキユー回転角度α×５枚分回転させた後に、分割コア片６の打抜き位置を所定のシフト回転角度β分だけ離れているダイ孔２６Ａ，２６Ｃ又はダイ孔２６Ｂ，２６Ｄに切り換えするように、５枚目毎に所定のシフト回転角度βである９０度からスキユー回転角度α×５枚分を引いた角度分だけ回転させる。

次に、図８は分割コア片６の積層枚数が多い分割積層コア５を製造する際に用いる第２の実施形態であって、積層枚数が例えば３０枚とか５０枚のように多い場合には、スキユーを付与することによってダイＤ７の回転角度が大きくなり、第１の実施形態における図７のようにダイＤ７を９０度間隔で４等分してダイ孔を設けることができないので、ダイＤ７を１８０度間隔で２等分して円弧の長い扇形状をしたダイ孔２６（２６Ａ，２６Ｂ）を対称位置に設け、これによって図４のレイアウト図で示すような２列を同時に打抜き加工する場合にも適合できるようにしている。

この第２の実施形態では、扇形状をしたダイ孔２６（２６Ａ，２６Ｂ）の円弧長さは、（スキュー回転角度α×積層枚数ｎ）＋コア幅に相当する以上を有しており、各ダイ孔２６Ａ，２６Ｂの一端側から他端側までの間を「（α×ｎ）゜」の回転角度で、ダイＤ７をスキュー回転角度α毎に矢印方向へ回転させながら、パンチＰ７が積層枚数ｎ分の分割コア片６を順次同時打抜きすると共に、各ダイ孔２６Ａ，２６Ｂに抜き込まれた各分割コア片６は図７による第１の実施形態の場合と同様に、ダイＤ７内で積層固着されてスキユー付き分割積層コアが製造される。

以上のように、順送り金型１１の最終工程には第１の実施形態の場合は、ダイＤ７を４等分して９０度間隔で４個所に各ダイ孔２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄを設け、また第２の実施形態の場合は、ダイＤ７を２等分して１８０度間隔で２個所に各ダイ孔２６Ａ，２６Ｂを設け、いずれの場合にもダイＤ７に対して積層枚数ｎ分のスキュー回転α×ｎを行った後に、シフト回転βによって抜き落とすダイ孔２６の切り換えを行いながら、２個所の各ダイ孔を用いて一枚の帯状コア材料Ｗからそれぞれ分割積層コア５を能率良く製造することが可能である。

また、第１の実施形態のように各ダイ孔２６Ａ，２６Ｃと各ダイ孔２６Ｂ，２６Ｄを交互に使用すると、一方のダイ孔側から製品である分割積層コア５を取り出している間に、他方のダイ孔側で継続して分割積層コア５の製造を行うことができるので、作業時間のロスを軽減して作業能率の向上を図ることができると共に、各ダイ孔の使用頻度が１／２に軽減できるので、ダイＤ７の耐久寿命を向上させることが可能である。

また、図示した第１及び第２の実施形態ではシフト回転βをスキュー回転αと同方向すなわち時計方向に設定しているが、シフト回転βをスキュー回転αとは逆の反時計方向に設定する実施形態を採ることも可能であり、特に第２の実施形態のように切り換えする予備のダイ孔がない場合には、１個分の分割積層コア５を製造した後にダイＤ７を（α×ｎ）度分だけ逆回転させ、最初の１枚目打ち抜き位置へ戻して動作を繰り返すようにする形態を採ることも可能である。

さらに、スキュー回転角度αや積層枚数ｎなどに応じて、ダイＤ７を２等分又は４等分以外のシフト回転角度で等分して、例えば各ダイ孔を３個所或いは５個所以上に設ける形態を採ったり、図示の実施形態では２列にした打抜き加工のレイアウトを１列のみにし、複数個所にダイ孔を設けてシフト回転させたり、１個所に固定したダイ孔を用いて外形打抜き及び積層固着を行う形態を採ることも可能である。

次に、図９はさらに多数列の打抜き加工を行うことで生産効率を高めるようにした第３の実施形態によるレイアウト図であり、第１及び第２の実施形態では２列であったものを６列とし、２列の場合より幅広な帯状コア材料Ｗに対して第１列目ａと第４列目ｄを用いた打抜き加工と、第３列目ｃと第６列目ｆを用いた打抜き加工と、第２列目ｂと第５列目ｅを用いた打抜き加工を、順次繰り返しながら分割コア片６の打抜き加工を行うと共に、各分割コア片６を積層固着してスキュー付きの分割積層コア５を製造する。

この多数列の打抜き加工を行う図９のレイアウト図では、２列で打抜き加工を行う図４のレイアウト図の場合と同様に、最初に帯状コア材料Ｗを間欠移送させるパイロット穴１６の打抜き加工を行う工程（イ）を行った後に、工程（ロ）乃至工程（ト）の打抜き加工を上記した複数列の組合せによる同時施工で順次行いながら、各列の最終工程である外形打抜き及び積層固着工程（ト−１）（ト−２）（ト−３）では、ダイＤのスキュー回転によって１乃至複数のダイ孔２６内に各分割コア片６が回転積みされ、各列毎にそれぞれ分割積層コア５を製造することができる。

従って、図９のレイアウト図の各工程を実施する順送り金型（図示を省略）は、第１列目ａと第４列目ｄを用いた打抜き加工を行うパンチＰとダイＤによる第１の金型群と、第３列目ｃと第６列目ｆを用いた打抜き加工を行うパンチＰとダイＤによる第２の金型群及び、第２列目ｂと第５列目ｅを用いた打抜き加工を行うパンチＰとダイＤによる第３の金型群とが、帯状コア材料Ｗの移送方向Ｆに沿って配置されており、これによって金型自体は大型化するが、同時に大量の分割積層コア５を製造することができるので、製品の生産効率は大幅に向上する。

従来技術をモータのステータコアに適用した実施例であって、図１（ａ）は分割積層コアの斜視図を、図１（ｂ）は積層コア製品の斜視図を示す。 本発明をモータのステータコアに適用した実施例であって、図２（ａ）は分割積層コアの斜視図を、図２（ｂ）は積層コア製品の斜視図を示す。 図２（ａ）の分割積層コアを製造する順送り金型の要部断面図を示す。 図３の順送り金型を用いて分割積層コアを製造するレイアウト図を示す。 図３の順送り金型を用いて分割コア片を打ち抜く工程別の打抜き説明図を示す。 図２（ａ）の分割積層コアの各分割コア片を結合するかしめ突起の説明図を示す。 図３の順送り金型で実施する外形打抜き及び積層固着工程（ト）の説明図を示す。 図３の順送り金型で実施する他の実施形態による外形打抜き及び積層固着工程（ト）の説明図を示す。 他の順送り金型を用いて分割積層コアを製造する他のレイアウト図を示す。

符号の説明

Ｄ ダイ
Ｆ 送り方向
Ｍ モータ
Ｐ パンチ
Ｗ 帯状コア材料
ｎ 積層枚数
α スキュー回転角度
β シフト回転角度
５ 分割積層コア
６ 分割コア片
７ 嵌合部
８ かしめ突起
９ 歯溝
１０ 積層コア製品
１１ 順送り金型
１２ 上型
１３ 下型
１４ ガイドポスト
１５ ストリッパープレート
１６ パイロツト穴
１７，１９，２０ 抜き穴
１８ 計量穴
２１ 内径部
２２ 外径部
２３ （扇形状の）外形打抜き部
２４ 軸受け部材
２５ 動力伝導手段
２６ （外形抜き）ダイ孔

Claims (5)

1. 順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、打ち抜きダイには外形打抜きした分割コア片を回転積みするダイ穴を少なくとも２個所に形成し、所定のスキュー角度ずつ打ち抜きダイを回転させながら、パンチで外形打抜きした分割コア片を一方のダイ穴内へ積層枚数分を積層した後に、他方のダイ穴がパンチに整合する位置まで打ち抜きダイをシフト回転させ、所定のスキュー角度ずつ打ち抜きダイを回転させながら、他方のダイ穴内へ積層枚数分の分割コア片を積層する繰り返によって、順送り金型内で連続的にスキュー付き積層コアを製造することを特徴とした分割積層コアの製造方法。
2. 前記ダイ穴は、打ち抜きダイを４等分した９０度間隔で４個所に形成し、９０度シフト回転させながら対向する２個所ずつを交互に用い、同時に２列を外形打抜きすると共に、積層固着する請求項１に記載した分割積層コアの製造方法。
3. 順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、打ち抜きダイには外形打抜きした分割コア片を回転積みするダイ穴を少なくとも２個所に形成し、所定のスキュー角度ずつ打ち抜きダイを回転させながら、前記各ダイ穴のそれぞれに対応するパンチで同時に外形打抜きした分割コア片を当該各ダイ穴内へ積層枚数分を積層した後に、最初の位置まで打ち抜きダイをシフト回転させ、同様の外形打抜き及び積層の繰り返しによって、順送り金型内で連続的にスキュー付き積層コアを製造することを特徴とした分割積層コアの製造方法。
4. 順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、パンチに対して回転可能にした打ち抜きダイには、外形打抜きした分割コア片を所定のスキュー角度で回転積みするダイ穴を１又は複数個所に形成し、このダイ穴の回転方向の長さを積層枚数とスキュー角度との積にコア幅の幅寸法を加えた長さ以上の扇形状とし、ダイ穴をスキュー回転させると共に、最初の位置にダイ穴をシフト回転させる回転駆動部を、打ち抜きダイ側に設けたことを特徴とした分割積層コア製造用順送り金型。
5. 順送り金型に分割コア片の外形打ち抜き及び積層固着工程を設け、パンチに対して回転可能にした打ち抜きダイには、外形打抜きした分割コア片を所定のスキュー角度で回転積みするダイ穴を複数個所に形成し、このダイ穴の回転方向の長さを積層枚数とスキュー角度との積にコア幅の幅寸法を加えた長さ以上の扇形状とし、ダイ穴をスキュー回転させると共に、次の位置にダイ穴をシフト回転させる回転駆動部を、打ち抜きダイ側に設けたことを特徴とした分割積層コア製造用順送り金型。

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