JP6401466B2 - 積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電動機を構成する固定子（ステータ）又は回転子（ロータ）の積層鉄心及びその製造方法に関する。
電動機を構成するステータ又はロータの鉄心（積層鉄心）は、例えば、図７に示すプレスライン８０を用い、薄い電磁鋼板（板材）８１を所定の形状に打ち抜き、打ち抜かれた鉄心片を所定枚数積層すると共に、かしめ又は溶接などの手段で締結することにより、製造される。なお、図７中の符号８２は電磁鋼板８１を巻き戻すアンコイラ、符号８３は巻き戻される電磁鋼板８１の弛みを検知するセンサ、符号８４は電磁鋼板８１のひずみを取り除くレベラ、符号８５は鉄心片の打ち抜き等を行う順送り金型８６を備えたプレス、である。
ここで、図８（Ａ）に示すように、積層する鉄心片８７の締結手段としてかしめを用いる場合、かしめの深さは、所定の締結力を得るために重要な製造条件となる。
ここで、図８（Ａ）に示すように、積層する鉄心片８７の締結手段としてかしめを用いる場合、かしめの深さは、所定の締結力を得るために重要な製造条件となる。
ところで、近年、電動機の性能向上のため、より薄い電磁鋼板を用いた鉄心が増加している。しかし、電磁鋼板の厚みが薄くなるほど、鉄心片を所定の厚みまで積層するための打抜き枚数が増加するため、鉄心片を１枚ずつ打ち抜く従来の製造方法を採用した場合、電磁鋼板の板厚が薄くなるに伴って鉄心の生産性が低下する。
この対策として、電磁鋼板を複数枚重ねて同時に打ち抜く方法がある。これにより、生産性は、鉄心片を１枚ずつ打ち抜く場合の整数倍（例えば、２枚重ねの場合は２倍）となり、薄板化に伴う生産性の低下を防止できる（例えば、特許文献１参照）。
この対策として、電磁鋼板を複数枚重ねて同時に打ち抜く方法がある。これにより、生産性は、鉄心片を１枚ずつ打ち抜く場合の整数倍（例えば、２枚重ねの場合は２倍）となり、薄板化に伴う生産性の低下を防止できる（例えば、特許文献１参照）。
例えば、２枚重ねの電磁鋼板から打ち抜かれた鉄心片を２枚ずつ順次積層するに際し、その締結手段としてかしめを用いる場合も、かしめの深さは、前記した鉄心片を１枚ずつ順次積層する場合と同じく、締結力に大きく影響する。
ここで、図８（Ａ）に示すように、鉄心片８７を１枚ずつ順次積層する場合、かしめの深さが、１枚の電磁鋼板（鉄心片８７）の板厚と同程度であれば、かしめによる締結は十分可能である。例えば、板厚０．３ｍｍの電磁鋼板を用いる場合、鉄心片に形成するかしめの深さを板厚と同じ０．３ｍｍに設定すれば、鉄心片のかしめ締結は可能である。
ここで、図８（Ａ）に示すように、鉄心片８７を１枚ずつ順次積層する場合、かしめの深さが、１枚の電磁鋼板（鉄心片８７）の板厚と同程度であれば、かしめによる締結は十分可能である。例えば、板厚０．３ｍｍの電磁鋼板を用いる場合、鉄心片に形成するかしめの深さを板厚と同じ０．３ｍｍに設定すれば、鉄心片のかしめ締結は可能である。
しかし、図８（Ｂ）に示すように、２枚重ねにした鉄心片８８、８９を１セットとして順次積層する場合、かしめの深さを、１枚の電磁鋼板（鉄心片８８）の板厚である０．３ｍｍに設定しても、かしめによる締結ができないか、また、締結ができても実用上必要な締結力が得られなかった。
また、積層方向に隣り合う２枚重ねにした鉄心片８８、８９同士の締結に、溶接や接着剤を用いることも考えられるが、この場合、溶接や接着剤の塗布を行う工程を新たに設ける必要があり、生産性の低下を招くと共に、設備投資が必要となってコスト上昇を招く。
また、積層方向に隣り合う２枚重ねにした鉄心片８８、８９同士の締結に、溶接や接着剤を用いることも考えられるが、この場合、溶接や接着剤の塗布を行う工程を新たに設ける必要があり、生産性の低下を招くと共に、設備投資が必要となってコスト上昇を招く。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、生産性向上の手段として、重ねて配置した板材から重ね鉄心片を打ち抜き順次積層した場合でも、既存の設備を用いて、かしめによる締結が可能で、しかも、実用上必要な締結力を得ることが可能な積層鉄心及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る積層鉄心は、重ねて配置した少なくとも２枚の板材から打ち抜かれた重ね鉄心片を順次積層し、積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片同士を、該重ね鉄心片に設けられた複数のかしめ部によって締結した積層鉄心において、
前記かしめ部は、Ｖかしめであって、一方側にかしめ突起が形成され、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝が形成され、しかも、前記かしめ突起の幅方向両側が鉄心片本体から切り離され、前記かしめ突起を積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片の前記かしめ嵌合溝に向けて突出させ、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしており、平面視して、前記かしめ嵌合溝に対する前記かしめ突起の突出幅を、１枚の前記板材の板厚の２％以上６％以下の範囲内にしている。
前記かしめ部は、Ｖかしめであって、一方側にかしめ突起が形成され、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝が形成され、しかも、前記かしめ突起の幅方向両側が鉄心片本体から切り離され、前記かしめ突起を積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片の前記かしめ嵌合溝に向けて突出させ、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしており、平面視して、前記かしめ嵌合溝に対する前記かしめ突起の突出幅を、１枚の前記板材の板厚の２％以上６％以下の範囲内にしている。
前記目的に沿う第２の発明に係る積層鉄心は、重ねて配置した少なくとも２枚の板材から打ち抜かれた重ね鉄心片を順次積層し、積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片同士を、該重ね鉄心片に設けられた複数のかしめ部によって締結した積層鉄心において、
前記かしめ部は、Ｖかしめであって、一方側にかしめ突起が形成され、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝が形成され、しかも、前記かしめ嵌合溝の深さは１枚の前記板材の板厚の２倍以上となって、前記かしめ突起の幅方向両側が鉄心片本体から切り離され、前記かしめ突起を積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片の前記かしめ嵌合溝に向けて突出させ、前記鉄心片本体と該鉄心片本体から切り離された前記かしめ突起の幅方向両側との間には板厚方向に隙間が形成され、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしている。
前記かしめ部は、Ｖかしめであって、一方側にかしめ突起が形成され、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝が形成され、しかも、前記かしめ嵌合溝の深さは１枚の前記板材の板厚の２倍以上となって、前記かしめ突起の幅方向両側が鉄心片本体から切り離され、前記かしめ突起を積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片の前記かしめ嵌合溝に向けて突出させ、前記鉄心片本体と該鉄心片本体から切り離された前記かしめ突起の幅方向両側との間には板厚方向に隙間が形成され、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしている。
第１、第２の発明に係る積層鉄心において、前記重ね鉄心片のうち、上側に位置する鉄心片の側面にはせん断面及び破断面が形成され、下側に位置する鉄心片の側面には破断面が形成されてもよい。
前記目的に沿う第３の発明に係る積層鉄心の製造方法は、重ねて配置した少なくとも２枚の板材に複数のかしめ部を形成するかしめ形成工程と、前記かしめ部が形成された前記板材から重ね鉄心片を打ち抜いて順次積層する打抜き積層工程とを有する積層鉄心の製造方法において、
前記かしめ形成工程では、固定配置されるかしめ形成用のダイと、該ダイと対となるパンチとを有し、しかも、前記ダイの内幅を前記パンチの幅より広くし、かつ、前記ダイと前記パンチとのクリアランスを１枚の前記板材の板厚の２％以上６％以下の範囲内に設定したかしめ形成手段を用いて、前記重ねられた板材の一方側にかしめ突起を形成すると共に、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝を形成し、前記かしめ突起の幅方向両側を前記板材から切り離し、更に、前記かしめ突起を前記重ねられた板材の一方側に突出させ、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしてＶかしめである前記かしめ部を形成する。
前記かしめ形成工程では、固定配置されるかしめ形成用のダイと、該ダイと対となるパンチとを有し、しかも、前記ダイの内幅を前記パンチの幅より広くし、かつ、前記ダイと前記パンチとのクリアランスを１枚の前記板材の板厚の２％以上６％以下の範囲内に設定したかしめ形成手段を用いて、前記重ねられた板材の一方側にかしめ突起を形成すると共に、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝を形成し、前記かしめ突起の幅方向両側を前記板材から切り離し、更に、前記かしめ突起を前記重ねられた板材の一方側に突出させ、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしてＶかしめである前記かしめ部を形成する。
前記目的に沿う第４の発明に係る積層鉄心の製造方法は、重ねて配置した少なくとも２枚の板材に複数のかしめ部を形成するかしめ形成工程と、前記かしめ部が形成された前記板材から重ね鉄心片を打ち抜いて順次積層する打抜き積層工程とを有する積層鉄心の製造方法において、
前記かしめ形成工程では、固定配置されるかしめ形成用のダイと、該ダイと対となるパンチとを有し、しかも、前記ダイの内幅を前記パンチの幅より広くしたかしめ形成手段を用いて、前記重ねられた板材の一方側にかしめ突起を形成すると共に、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝を形成し、前記パンチによる押圧は、前記かしめ嵌合溝の深さが１枚の前記板材の板厚の２倍以上となるまで行って、前記かしめ突起の幅方向両側を前記板材から切り離し、更に、前記かしめ突起を前記重ねられた板材の一方側に突出させ、前記板材と該板材から切り離された前記かしめ突起の幅方向両側との間に板厚方向に隙間を形成し、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしてＶかしめである前記かしめ部を形成する。
前記かしめ形成工程では、固定配置されるかしめ形成用のダイと、該ダイと対となるパンチとを有し、しかも、前記ダイの内幅を前記パンチの幅より広くしたかしめ形成手段を用いて、前記重ねられた板材の一方側にかしめ突起を形成すると共に、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝を形成し、前記パンチによる押圧は、前記かしめ嵌合溝の深さが１枚の前記板材の板厚の２倍以上となるまで行って、前記かしめ突起の幅方向両側を前記板材から切り離し、更に、前記かしめ突起を前記重ねられた板材の一方側に突出させ、前記板材と該板材から切り離された前記かしめ突起の幅方向両側との間に板厚方向に隙間を形成し、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしてＶかしめである前記かしめ部を形成する。
本発明に係る積層鉄心及びその製造方法は、重ねて配置した板材から打ち抜かれた重ね鉄心片に、一方側にかしめ突起が形成され、他方側にかしめ嵌合溝が形成され、しかも、かしめ突起を積層方向に隣り合う重ね鉄心片のかしめ嵌合溝（重ねられた板材の一方側）に向けて突出させ、かつ、かしめ突起の幅をかしめ嵌合溝の内幅より広くしたかしめ部を形成するので、生産性向上の手段として、重ね鉄心片を打ち抜き順次積層した場合でも、既存の設備を用いて、かしめによる締結が可能で、しかも、実用上必要な締結力を得ることができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２、図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心１０は、重ねて配置した２枚の板材（電磁鋼板からなる条材）１１、１２から打ち抜かれた対となる鉄心片１３、１４（重ね鉄心片を構成）を１セットとして順次積層し、積層方向に隣り合う対となる鉄心片１３、１４同士を、この対となる鉄心片１３、１４に設けられた複数のかしめ部１５によって締結したものである。以下、詳しく説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２、図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心１０は、重ねて配置した２枚の板材（電磁鋼板からなる条材）１１、１２から打ち抜かれた対となる鉄心片１３、１４（重ね鉄心片を構成）を１セットとして順次積層し、積層方向に隣り合う対となる鉄心片１３、１４同士を、この対となる鉄心片１３、１４に設けられた複数のかしめ部１５によって締結したものである。以下、詳しく説明する。
積層鉄心１０には、回転子（ロータ）と固定子（ステータ）の積層鉄心がある。
この積層鉄心１０は、環状（又は円盤状）の対となる鉄心片１３、１４を順次積層して形成されるものであり、各鉄心片１３、１４は、周方向に連結部が設けられていない一体構造のものであるが、円弧状の鉄心片部を環状（又は円盤状）に連結できる分割構造のものでもよい。
また、積層鉄心１０を構成する鉄心片１３と鉄心片１４の各厚みＴは、例えば、０．２５〜０．５ｍｍ程度である。なお、対となる鉄心片１３と鉄心片１４の厚みは、同じであるが、上記した範囲内で異なってもよい。
この積層鉄心１０は、環状（又は円盤状）の対となる鉄心片１３、１４を順次積層して形成されるものであり、各鉄心片１３、１４は、周方向に連結部が設けられていない一体構造のものであるが、円弧状の鉄心片部を環状（又は円盤状）に連結できる分割構造のものでもよい。
また、積層鉄心１０を構成する鉄心片１３と鉄心片１４の各厚みＴは、例えば、０．２５〜０．５ｍｍ程度である。なお、対となる鉄心片１３と鉄心片１４の厚みは、同じであるが、上記した範囲内で異なってもよい。
積層方向に隣り合う対となる鉄心片１３、１４同士は、この鉄心片１３、１４の周方向に所定のピッチで形成された複数のかしめ部１５で結合されている。
かしめ部１５は、下側（一方側）にかしめ突起１６が形成され、上側（他方側）にかしめ突起１６が嵌入するかしめ嵌合溝１７が形成された、平面視して四角形（ここでは、長方形）のＶかしめである。
具体的には、図１（Ａ）に示すように、かしめ突起１６は、かしめ部１５を除く対となる鉄心片本体１８に連接し、この鉄心片本体１８の下面１９から下方へ向けて突出する対となる傾斜部２０と、この２つの傾斜部２０の先端部に連接し、鉄心片本体１８の下面１９に略平行な底部２１とで構成されている。この四角形のかしめ部１５の大きさは、例えば、長さが３〜１０ｍｍ程度、幅が０．５〜５ｍｍ程度、である。
また、図１（Ｂ）に示すように、かしめ突起１６（少なくとも底部２１）の幅方向両側は、鉄心片本体１８から切り離（切断）された構成となっている。
かしめ部１５は、下側（一方側）にかしめ突起１６が形成され、上側（他方側）にかしめ突起１６が嵌入するかしめ嵌合溝１７が形成された、平面視して四角形（ここでは、長方形）のＶかしめである。
具体的には、図１（Ａ）に示すように、かしめ突起１６は、かしめ部１５を除く対となる鉄心片本体１８に連接し、この鉄心片本体１８の下面１９から下方へ向けて突出する対となる傾斜部２０と、この２つの傾斜部２０の先端部に連接し、鉄心片本体１８の下面１９に略平行な底部２１とで構成されている。この四角形のかしめ部１５の大きさは、例えば、長さが３〜１０ｍｍ程度、幅が０．５〜５ｍｍ程度、である。
また、図１（Ｂ）に示すように、かしめ突起１６（少なくとも底部２１）の幅方向両側は、鉄心片本体１８から切り離（切断）された構成となっている。
上記したかしめ突起１６は、図１（Ａ）、図２に示すように、積層方向に隣り合う対となる鉄心片１３、１４のかしめ嵌合溝１７に向けて突出し、かつ、図１（Ｂ）に示すように、かしめ突起１６の幅Ｗをかしめ嵌合溝１７の内幅Ｓより広くしている。なお、かしめ部１５を平面視した際の、かしめ嵌合溝１７に対するかしめ突起１６の突出幅Ｅは僅かであるが、図１（Ｂ）では誇張して示している。
具体的には、かしめ嵌合溝１７の深さＤは、１枚の板材１１（鉄心片１３、以下同様）の板厚Ｔの２倍以上にし、また、かしめ突起１６の突出幅Ｅは、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下の範囲内にしている。このかしめ突起１６の突出幅Ｅは、｛（かしめ突起１６の幅Ｗ）−（かしめ嵌合溝１７の内幅Ｓ）｝／２、である。
上記した１枚の板材１１の板厚Ｔは、板材１１と板材１２の厚みが同じである場合、一方の板材１１（又は板材１２）の厚みを用いるが、板材１１と板材１２の厚みが異なる場合、板材１１と板材１２の平均厚みを用いるのがよい（以下、同様）。
具体的には、かしめ嵌合溝１７の深さＤは、１枚の板材１１（鉄心片１３、以下同様）の板厚Ｔの２倍以上にし、また、かしめ突起１６の突出幅Ｅは、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下の範囲内にしている。このかしめ突起１６の突出幅Ｅは、｛（かしめ突起１６の幅Ｗ）−（かしめ嵌合溝１７の内幅Ｓ）｝／２、である。
上記した１枚の板材１１の板厚Ｔは、板材１１と板材１２の厚みが同じである場合、一方の板材１１（又は板材１２）の厚みを用いるが、板材１１と板材１２の厚みが異なる場合、板材１１と板材１２の平均厚みを用いるのがよい（以下、同様）。
ここで、かしめ嵌合溝の深さＤが板厚Ｔの２倍未満の場合、十分な深さが得られず、かしめ突起の突出量が少なくなって、対となる鉄心片同士のかしめ部による十分な締結力（例えば２０Ｎ以上、以下同様）が得られないおそれがある。
なお、かしめ嵌合溝の深さＤが板厚Ｔの２倍以上であれば、かしめ部によって十分な締結力が得られるため、上限値については規定していないが、かしめ突起形成の際に、傾斜部が引き伸ばされ、積層方向に隣り合う傾斜部間に隙間が形成されて、電気的特性が低下することを考慮すれば、上限値は、例えば、４倍程度、更には３倍程度、である。
従って、かしめ嵌合溝１７の深さＤを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２倍以上（重ねた板材１１、１２の全板厚の１倍以上）とすることが好ましいが、更には２．５倍以上にすることが好ましい。
なお、かしめ嵌合溝の深さＤが板厚Ｔの２倍以上であれば、かしめ部によって十分な締結力が得られるため、上限値については規定していないが、かしめ突起形成の際に、傾斜部が引き伸ばされ、積層方向に隣り合う傾斜部間に隙間が形成されて、電気的特性が低下することを考慮すれば、上限値は、例えば、４倍程度、更には３倍程度、である。
従って、かしめ嵌合溝１７の深さＤを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２倍以上（重ねた板材１１、１２の全板厚の１倍以上）とすることが好ましいが、更には２．５倍以上にすることが好ましい。
また、かしめ突起の突出幅Ｅが板厚Ｔの２％未満の場合、突出幅が少なくなって、対となる鉄心片同士のかしめ部による十分な締結力が得られないおそれがある。
一方、かしめ突起の突出幅Ｅが板厚Ｔの６％超の場合、かしめ部形成の際の押圧力が大きくなるため、かしめ突起の底部が、積層方向に隣り合うかしめ嵌合溝の底部に接触せず、積層方向に隣り合うかしめ部間に隙間が形成されたり、また、かしめ嵌合溝の周囲が盛り上がってしまい、鉄心片が傾いた状態で積層されるおそれがある。
従って、平面視した際のかしめ嵌合溝１７に対するかしめ突起１６の突出幅Ｅを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下（重ねた板材１１、１２の全板厚の１％以上３％以下）の範囲内とすることが好ましいが、下限を３％、更には４％とすることが好ましい。なお、板材の板厚Ｔが厚くなるに伴い、かしめ突起１６の突出幅Ｅが小さくてもかしめ部による締結力が高められるため、板材の板厚Ｔが厚くなると共に、かしめ突起１６の突出幅Ｅを小さくしてもよい。
一方、かしめ突起の突出幅Ｅが板厚Ｔの６％超の場合、かしめ部形成の際の押圧力が大きくなるため、かしめ突起の底部が、積層方向に隣り合うかしめ嵌合溝の底部に接触せず、積層方向に隣り合うかしめ部間に隙間が形成されたり、また、かしめ嵌合溝の周囲が盛り上がってしまい、鉄心片が傾いた状態で積層されるおそれがある。
従って、平面視した際のかしめ嵌合溝１７に対するかしめ突起１６の突出幅Ｅを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下（重ねた板材１１、１２の全板厚の１％以上３％以下）の範囲内とすることが好ましいが、下限を３％、更には４％とすることが好ましい。なお、板材の板厚Ｔが厚くなるに伴い、かしめ突起１６の突出幅Ｅが小さくてもかしめ部による締結力が高められるため、板材の板厚Ｔが厚くなると共に、かしめ突起１６の突出幅Ｅを小さくしてもよい。
上記した重ねた状態で打ち抜かれた対となる鉄心片１３、１４のうち、上側に位置する（先に打ち抜かれた）鉄心片１３の側面（周面）にはせん断面及び破断面が形成され、下側に位置する（後に打ち抜かれた）鉄心片１４の側面（周面）には破断面が形成されている。
これにより、先に打ち抜かれた鉄心片１３と、後から打ち抜かれた鉄心片１４との区別ができる。
しかし、対となる鉄心片の打ち抜き条件（例えば、打ち抜き速度やクリアランス等）を種々変更することで、上記したせん断面と破断面の比率を変えることもできる。
これにより、先に打ち抜かれた鉄心片１３と、後から打ち抜かれた鉄心片１４との区別ができる。
しかし、対となる鉄心片の打ち抜き条件（例えば、打ち抜き速度やクリアランス等）を種々変更することで、上記したせん断面と破断面の比率を変えることもできる。
続いて、本発明の一実施の形態に係る積層鉄心１０の製造方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。
まず、図３に示すように、厚みが、例えば、０．２５〜０．５ｍｍ程度の板材（電磁鋼板からなる条材）１１、１２を２枚重ねて配置する。
ここで、２枚の板材１１、１２は、単に重ね合わせただけであるが、必要に応じて、かしめによる締結や溶接等を、予め行ってもよい。
まず、図３に示すように、厚みが、例えば、０．２５〜０．５ｍｍ程度の板材（電磁鋼板からなる条材）１１、１２を２枚重ねて配置する。
ここで、２枚の板材１１、１２は、単に重ね合わせただけであるが、必要に応じて、かしめによる締結や溶接等を、予め行ってもよい。
次に、上記した重ねて配置した２枚の板材１１、１２に、複数のかしめ部１５を形成する。なお、ここでは、板材１１、１２の幅方向両側に、位置決め用のパイロット孔２２を所定ピッチで形成する。また、積層順番が１番目の対となる鉄心片については、かしめ部１５を形成するのではなく、かしめ部１５が嵌入するかしめ孔（貫通孔）を形成する。
かしめ部１５の形成に際しては、図４に示すかしめ形成手段２３を用いる。
かしめ形成手段２３は、固定配置されるかしめ形成用のダイ２４と、このダイ２４と対となるパンチ２５とを有し、重ねた状態の板材１１、１２に対し、かしめ部１５（Ｖかしめ）を形成するものである。詳細には、ダイ２４に、断面四角形（ここでは、断面長方形）の貫通孔２６が形成され、パンチ２５は、ダイ２４の貫通孔２６に対応して断面四角形（ここでは、断面長方形）となって、その先部の長手方向両側角部を面取して斜辺部２７を形成したものである。なお、板材１１、１２を押さえるストリッパーは、図示していない。
かしめ部１５の形成に際しては、図４に示すかしめ形成手段２３を用いる。
かしめ形成手段２３は、固定配置されるかしめ形成用のダイ２４と、このダイ２４と対となるパンチ２５とを有し、重ねた状態の板材１１、１２に対し、かしめ部１５（Ｖかしめ）を形成するものである。詳細には、ダイ２４に、断面四角形（ここでは、断面長方形）の貫通孔２６が形成され、パンチ２５は、ダイ２４の貫通孔２６に対応して断面四角形（ここでは、断面長方形）となって、その先部の長手方向両側角部を面取して斜辺部２７を形成したものである。なお、板材１１、１２を押さえるストリッパーは、図示していない。
ここで、平面視したパンチ２５の長手方向両端については、図１（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、ダイ２４の貫通孔２６にパンチ２５が挿通可能な程度に、クリアランスを設定している（略無し）。
なお、パンチ２５の先部の長手方向両側に形成した斜辺部２７は、図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、２枚の板材１１、１２にパンチ２５を押圧した際、かしめ突起１６が重ねられた板材１１、１２の下側に突出するように、形成されている。具体的には、かしめ突起１６が積層方向に隣り合う対となる鉄心片１３、１４のかしめ嵌合溝１７に向けて突出するように、即ち、かしめ嵌合溝１７の深さＤが１枚の板材１１の板厚Ｔの２倍以上となるように、斜辺部２７が形成されている。
これにより、重ねて配置した２枚の板材１１、１２に対してパンチ２５を押圧することで、かしめ嵌合溝１７の深さＤを板厚Ｔの２倍以上にできる。
なお、パンチ２５の先部の長手方向両側に形成した斜辺部２７は、図１（Ａ）、（Ｂ）、図２に示すように、２枚の板材１１、１２にパンチ２５を押圧した際、かしめ突起１６が重ねられた板材１１、１２の下側に突出するように、形成されている。具体的には、かしめ突起１６が積層方向に隣り合う対となる鉄心片１３、１４のかしめ嵌合溝１７に向けて突出するように、即ち、かしめ嵌合溝１７の深さＤが１枚の板材１１の板厚Ｔの２倍以上となるように、斜辺部２７が形成されている。
これにより、重ねて配置した２枚の板材１１、１２に対してパンチ２５を押圧することで、かしめ嵌合溝１７の深さＤを板厚Ｔの２倍以上にできる。
また、パンチ２５の幅については、図１（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、かしめ突起１６の幅Ｗをかしめ嵌合溝１７の内幅Ｓより広くしたかしめ部１５を形成できるように、ダイ２４の内幅をパンチ２５の幅より広くしている。具体的には、ダイ２４とパンチ２５とのクリアランスＣＬを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下の範囲内に設定している。
なお、上記したダイ２４とパンチ２５とのクリアランスＣＬの範囲は、平面視して、かしめ嵌合溝１７に対するかしめ突起１６の突出幅Ｅを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下の範囲内にすることに基づいて設定している。
なお、上記したかしめ部１５は、重ねて配置した２枚の板材１１、１２を締結する機能も有する（以上、かしめ部形成工程）。
なお、上記したダイ２４とパンチ２５とのクリアランスＣＬの範囲は、平面視して、かしめ嵌合溝１７に対するかしめ突起１６の突出幅Ｅを、１枚の板材１１の板厚Ｔの２％以上６％以下の範囲内にすることに基づいて設定している。
なお、上記したかしめ部１５は、重ねて配置した２枚の板材１１、１２を締結する機能も有する（以上、かしめ部形成工程）。
次に、かしめ部１５が形成された板材１１、１２から対となる鉄心片１３、１４を、所望の形状に打ち抜き加工する。なお、図３には、回転子の積層鉄心に用いる鉄心片の打ち抜き状況を示しているが、打ち抜き形状が異なること以外は、固定子の積層鉄心に用いる鉄心片も略同様である。
まず、周方向に永久磁石の挿入孔２８を複数形成する。
続いて、複数形成した挿入孔２８の軸心位置に、軸孔（シャフト孔）２９を形成する。
そして、重ねて配置した板材１１、１２から、対となる鉄心片１３、１４を打ち抜くと共に、打ち抜かれた対となる鉄心片１３、１４を１セットとして、予め設定した厚みとなるまで順次積層して、積層鉄心１０を製造する（以上、打抜き積層工程）。
なお、重ねて配置した板材１１、１２を、上記したかしめ部形成工程と打抜き積層工程で順次搬送するに際しては、板材１１、１２をリフトアップした状態で行うため、かしめ部１５が搬送の妨げになることはない。
まず、周方向に永久磁石の挿入孔２８を複数形成する。
続いて、複数形成した挿入孔２８の軸心位置に、軸孔（シャフト孔）２９を形成する。
そして、重ねて配置した板材１１、１２から、対となる鉄心片１３、１４を打ち抜くと共に、打ち抜かれた対となる鉄心片１３、１４を１セットとして、予め設定した厚みとなるまで順次積層して、積層鉄心１０を製造する（以上、打抜き積層工程）。
なお、重ねて配置した板材１１、１２を、上記したかしめ部形成工程と打抜き積層工程で順次搬送するに際しては、板材１１、１２をリフトアップした状態で行うため、かしめ部１５が搬送の妨げになることはない。
以上の方法で得られた積層鉄心１０の各挿入孔２８に、挿入孔２８よりも断面が小さい未着磁の永久磁石を挿入し、更に液状の樹脂を充填した後、樹脂を硬化させて、挿入孔２８内に永久磁石を固定する。なお、各挿入孔２８には、着磁済みの永久磁石を挿入してもよい。
上記した積層鉄心１０の使用にあっては、永久磁石を着磁し、積層鉄心１０の軸孔２９に軸（シャフト）を挿通する（以上、組立て工程）。
上記した積層鉄心１０の使用にあっては、永久磁石を着磁し、積層鉄心１０の軸孔２９に軸（シャフト）を挿通する（以上、組立て工程）。
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、電動機を構成する鉄心に使用される２枚の電磁鋼板（上材と下材）を重ねて配置した後、図５（Ａ）に示すように、Ｖかしめを形成することにより、２枚の電磁鋼板を締結した。このＶかしめは、平面視して長方形（１ｍｍ×４ｍｍ）である。
なお、電磁鋼板の板厚は、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍの３水準とし、かしめの深さは、１枚の電磁鋼板の板厚の１．６倍〜２．４倍の間で変化させ、かしめを加工するパンチとダイのクリアランスは、０．００５ｍｍ、０．０１０ｍｍ、０．０１５ｍｍの３水準とした。
まず、電動機を構成する鉄心に使用される２枚の電磁鋼板（上材と下材）を重ねて配置した後、図５（Ａ）に示すように、Ｖかしめを形成することにより、２枚の電磁鋼板を締結した。このＶかしめは、平面視して長方形（１ｍｍ×４ｍｍ）である。
なお、電磁鋼板の板厚は、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍの３水準とし、かしめの深さは、１枚の電磁鋼板の板厚の１．６倍〜２．４倍の間で変化させ、かしめを加工するパンチとダイのクリアランスは、０．００５ｍｍ、０．０１０ｍｍ、０．０１５ｍｍの３水準とした。
上記した２枚の電磁鋼板を１つのセットとし、この対となる電磁鋼板同士を、前記したかしめ形成手段２３を用いてかしめ積層し、図５（Ｂ）に示すように、電磁鋼板１枚あたりの板厚の１０倍程度の積層厚みとなった試験ブロックを製作した。
この試験ブロックを、図５（Ｃ）に示す引張り試験装置に設置し、かしめの締結力を測定した。詳細には、引張り試験装置の固定床上に試験ブロックを固定し、この試験ブロックの上面に治具の下面を両面テープで貼り付けて、治具を昇降機で垂直方向に引っ張り上げ、試験ブロックのかしめ締結が分離したときの引張り荷重を、かしめの締結力とした。
この試験ブロックを、図５（Ｃ）に示す引張り試験装置に設置し、かしめの締結力を測定した。詳細には、引張り試験装置の固定床上に試験ブロックを固定し、この試験ブロックの上面に治具の下面を両面テープで貼り付けて、治具を昇降機で垂直方向に引っ張り上げ、試験ブロックのかしめ締結が分離したときの引張り荷重を、かしめの締結力とした。
ここで、試験ブロックの引張り試験により得られたかしめの締結力を、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、電磁鋼板の板厚が、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍの結果である。この図６（Ａ）〜（Ｃ）の横軸は、１枚の電磁鋼板の板厚に対するかしめの深さ（倍）を示している。例えば、図６（Ａ）における横軸の２．０は、かしめの深さが１枚の電磁鋼板の板厚（０．２５ｍｍ）の２倍に相当するため、かしめの深さが０．５ｍｍであることを示している。
また、評価は、経験則から、締結力が２０Ｎ以上あれば、試験ブロックがかしめ部によって強固に締結され、取扱いにより分離することがなかったため、２０Ｎを基準とした。
なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、電磁鋼板の板厚が、０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍの結果である。この図６（Ａ）〜（Ｃ）の横軸は、１枚の電磁鋼板の板厚に対するかしめの深さ（倍）を示している。例えば、図６（Ａ）における横軸の２．０は、かしめの深さが１枚の電磁鋼板の板厚（０．２５ｍｍ）の２倍に相当するため、かしめの深さが０．５ｍｍであることを示している。
また、評価は、経験則から、締結力が２０Ｎ以上あれば、試験ブロックがかしめ部によって強固に締結され、取扱いにより分離することがなかったため、２０Ｎを基準とした。
図６（Ａ）〜（Ｃ）のいずれについても、かしめの深さを深くするに伴い、また、ダイとパンチのクリアランス（かしめ突起の突出幅）を大きくするに伴い、締結力の向上が図れることが確認された。
特に、板厚が０．２５ｍｍから０．５ｍｍまでの間の電磁鋼板を２枚重ねにしてＶかしめにより締結して積層する場合、かしめの深さを板厚の２倍以上に設定し、かつ、かしめ加工のクリアランスを０．０１ｍｍ〜０．０１５ｍｍに設定すれば、２０Ｎ以上の締結力が得られ、締結が可能であることが確認された。
特に、板厚が０．２５ｍｍから０．５ｍｍまでの間の電磁鋼板を２枚重ねにしてＶかしめにより締結して積層する場合、かしめの深さを板厚の２倍以上に設定し、かつ、かしめ加工のクリアランスを０．０１ｍｍ〜０．０１５ｍｍに設定すれば、２０Ｎ以上の締結力が得られ、締結が可能であることが確認された。
以上のことから、本発明の積層鉄心及びその製造方法を用いることで、生産性向上の手段として、重ねて配置した板材から鉄心片を打ち抜き順次積層した場合でも、既存の設備を用いて、かしめによる締結が可能で、しかも、実用上必要な締結力を得ることができることを確認できた。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の積層鉄心及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、重ねて配置した２枚の板材から、対となる鉄心片を重ねた状態で打ち抜いた場合について説明したが、例えば、重ねて配置した３枚以上の複数枚の板材から、鉄心片を重ねた状態で打ち抜き、この重ね鉄心片を順次積層してもよい。
前記実施の形態においては、重ねて配置した２枚の板材から、対となる鉄心片を重ねた状態で打ち抜いた場合について説明したが、例えば、重ねて配置した３枚以上の複数枚の板材から、鉄心片を重ねた状態で打ち抜き、この重ね鉄心片を順次積層してもよい。
また、前記実施の形態においては、かしめ部としてＶかしめについて説明したが、この形状に限定されるものではなく、例えば、断面レ字状や断面Ｕ字状のかしめであってもよい。
そして、前記実施の形態においては、対となる鉄心片同士を複数のかしめ部のみで締結した場合について説明したが、更に、溶接及び樹脂のいずれか一方又は双方を併用することもできる。なお、樹脂には、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を使用できるが、熱可塑性樹脂でもよい。
そして、前記実施の形態においては、対となる鉄心片同士を複数のかしめ部のみで締結した場合について説明したが、更に、溶接及び樹脂のいずれか一方又は双方を併用することもできる。なお、樹脂には、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を使用できるが、熱可塑性樹脂でもよい。
１０：積層鉄心、１１、１２：板材、１３、１４：鉄心片、１５：かしめ部、１６：かしめ突起、１７：かしめ嵌合溝、１８：鉄心片本体、１９：下面、２０：傾斜部、２１：底部、２２：パイロット孔、２３：かしめ形成手段、２４：ダイ、２５：パンチ、２６：貫通孔、２７：斜辺部、２８：挿入孔、２９：軸孔
Claims (5)
- 重ねて配置した少なくとも２枚の板材から打ち抜かれた重ね鉄心片を順次積層し、積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片同士を、該重ね鉄心片に設けられた複数のかしめ部によって締結した積層鉄心において、
前記かしめ部は、Ｖかしめであって、一方側にかしめ突起が形成され、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝が形成され、しかも、前記かしめ突起の幅方向両側が鉄心片本体から切り離され、前記かしめ突起を積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片の前記かしめ嵌合溝に向けて突出させ、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしており、平面視して、前記かしめ嵌合溝に対する前記かしめ突起の突出幅を、１枚の前記板材の板厚の２％以上６％以下の範囲内にしていることを特徴とする積層鉄心。 - 重ねて配置した少なくとも２枚の板材から打ち抜かれた重ね鉄心片を順次積層し、積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片同士を、該重ね鉄心片に設けられた複数のかしめ部によって締結した積層鉄心において、
前記かしめ部は、Ｖかしめであって、一方側にかしめ突起が形成され、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝が形成され、しかも、前記かしめ嵌合溝の深さは１枚の前記板材の板厚の２倍以上となって、前記かしめ突起の幅方向両側が鉄心片本体から切り離され、前記かしめ突起を積層方向に隣り合う前記重ね鉄心片の前記かしめ嵌合溝に向けて突出させ、前記鉄心片本体と該鉄心片本体から切り離された前記かしめ突起の幅方向両側との間には板厚方向に隙間が形成され、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしていることを特徴とする積層鉄心。 - 請求項１又は２記載の積層鉄心において、前記重ね鉄心片のうち、上側に位置する鉄心片の側面にはせん断面及び破断面が形成され、下側に位置する鉄心片の側面には破断面が形成されていることを特徴とする積層鉄心。
- 重ねて配置した少なくとも２枚の板材に複数のかしめ部を形成するかしめ形成工程と、前記かしめ部が形成された前記板材から重ね鉄心片を打ち抜いて順次積層する打抜き積層工程とを有する積層鉄心の製造方法において、
前記かしめ形成工程では、固定配置されるかしめ形成用のダイと、該ダイと対となるパンチとを有し、しかも、前記ダイの内幅を前記パンチの幅より広くし、かつ、前記ダイと前記パンチとのクリアランスを１枚の前記板材の板厚の２％以上６％以下の範囲内に設定したかしめ形成手段を用いて、前記重ねられた板材の一方側にかしめ突起を形成すると共に、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝を形成し、前記かしめ突起の幅方向両側を前記板材から切り離し、更に、前記かしめ突起を前記重ねられた板材の一方側に突出させ、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしてＶかしめである前記かしめ部を形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。 - 重ねて配置した少なくとも２枚の板材に複数のかしめ部を形成するかしめ形成工程と、前記かしめ部が形成された前記板材から重ね鉄心片を打ち抜いて順次積層する打抜き積層工程とを有する積層鉄心の製造方法において、
前記かしめ形成工程では、固定配置されるかしめ形成用のダイと、該ダイと対となるパンチとを有し、しかも、前記ダイの内幅を前記パンチの幅より広くしたかしめ形成手段を用いて、前記重ねられた板材の一方側にかしめ突起を形成すると共に、他方側に該かしめ突起が嵌入するかしめ嵌合溝を形成し、前記パンチによる押圧は、前記かしめ嵌合溝の深さが１枚の前記板材の板厚の２倍以上となるまで行って、前記かしめ突起の幅方向両側を前記板材から切り離し、更に、前記かしめ突起を前記重ねられた板材の一方側に突出させ、前記板材と該板材から切り離された前記かしめ突起の幅方向両側との間に板厚方向に隙間を形成し、かつ、前記かしめ突起の幅を前記かしめ嵌合溝の内幅より広くしてＶかしめである前記かしめ部を形成することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
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