(57)【要約】【課題】積層された板材に過度な温度変化を生じさせることなく、積層状態の板材を溶接して高品質の積層部品を製造する。【解決手段】積層部品の製造装置１は、鋼板３を円板状の板材３Ａに打ち抜いて、板材３Ａを積層状態で保持するダイ１１と、ダイ１１の側壁に形成された開口部１１Ｄを介して積層状態の板材３Ａにレーザ光Ｌを照射するレーザ照射装置７とを備えている。  ダイ１１とパンチ１２により、鋼板３から板材３Ａが順次打ち抜かれると、打ち抜かれた板材３Ａはダイ穴１１Ａの保持部１１Ｃに積層状態で保持される。  開口部１１Ｄに２０枚の板材３Ａが露出した時点で、開口部１１Ｄを介して積層状態の板材３Ａに照射ヘッド１８からレーザ光Ｌが照射されるとともに、照射ヘッド１８が下降端から上昇端まで上昇される。これにより、積層状態の２０枚の板材３Ａがレーザ溶接されて、積層部品２が完成する。【選択図】  図１
2020036485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復移動されるパンチと、上記パンチが挿入されるダイ穴によって板状素材から所定形状の板材を打ち抜くとともに、上記ダイ穴に連設されて打ち抜かれた板材を順次積層して保持する保持部が設けられるダイと、上記保持部に形成された開口部から露出する板材にレーザ光を照射するレーザ照射装置とを備え、
上記開口部を介して板材にレーザ光を照射して隣接する板材同士を溶接することにより、所定枚数の板材からなる積層部品を製造する積層部品の製造装置において、
上記開口部の上記板材の積層方向に沿った長さは、上記所定枚数の板材を露出可能な長さに設定されており、
上記レーザ照射装置は、上記開口部を介して保持部に保持された板材にレーザ光を照射する照射ヘッドと、当該照射ヘッドを上記板材の積層方向に沿って移動させる移動機構とから構成されており、
上記開口部を介して上記照射ヘッドから板材にレーザ光を照射させながら当該照射ヘッドを上記板材の積層方向に沿って上記開口部の一端側から他端側へと移動させることにより、上記積層部品を製造することを特徴とする積層部品の製造装置。
【請求項２】
上記板材の積層方向は上下方向であり、上記レーザ照射装置は、照射ヘッドによってレーザ光を板材に照射しながら、上記移動機構により上記照射ヘッドを上記開口部の下方側から上方側へと移動させることを特徴とする請求項１に記載の積層部品の製造装置。
【請求項３】
上記開口部は、上記板材の積層方向を長手方向とするスリット状に形成されており、
上記開口部の下方側の端部から上記板材の積層方向に沿って上記開口部の上方側に向けてシールドガスを供給するガス供給機構が設けられることを特徴とする請求項２に記載の積層部品の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層部品の製造装置に関し、より詳しくは、金属の板材を複数枚積層させてそれらをレーザ光により溶接することにより、例えばモータの積層コアを製造する場合に好適な積層部品の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属の板材を積層してそれらを溶接することで積層部品を製造するようにした製造装置は公知である（例えば特許文献１）。
この特許文献１の製造装置においては、積層状態の上下の板材（芯部材４）の双方にかかるようにレーザ光によるスポット溶接を繰り返すことにより、製品としての積層部品を製造するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４１８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の製造装置においては、スポット溶接を繰り返すことで板材への入熱と冷却を繰り返すことになり、その温度変化の繰り返しによって板材が変質し、結果として製品としての積層部品の品質が低下する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した事情に鑑み、本発明は、往復移動されるパンチと、上記パンチが挿入されるダイ穴によって板状素材から所定形状の板材を打ち抜くとともに、上記ダイ穴に連設されて打ち抜かれた板材を順次積層して保持する保持部が設けられるダイと、上記保持部に形成された開口部から露出する板材にレーザ光を照射するレーザ照射装置とを備え、
上記開口部を介して板材にレーザ光を照射して隣接する板材同士を溶接することにより、所定枚数の板材からなる積層部品を製造する積層部品の製造装置において、
上記開口部の上記板材の積層方向に沿った長さは、上記所定枚数の板材を露出可能な長さに設定されており、
上記レーザ照射装置は、上記開口部を介して保持部に保持された板材にレーザ光を照射する照射ヘッドと、当該照射ヘッドを上記板材の積層方向に沿って移動させる移動機構とから構成されており、
上記開口部を介して上記照射ヘッドから板材にレーザ光を照射させながら当該照射ヘッドを上記板材の積層方向に沿って上記開口部の一端側から他端側へと移動させることにより、上記積層部品を製造するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
このような構成によれば、板材に過度な温度変化を生じさせることなく、その変質を可及的に低減させ、品質の高い積層部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１において、１は積層部品２の製造装置であり、この製造装置１は、一枚の鋼板３から順次所定形状の板材３Ａを打ち抜くとともに、打ち抜かれた板材３Ａを一時的に積層させて保持する金型装置６と、積層状態に保持された所定数（２０枚）の板材３Ａに側方からレーザ光Ｌを照射してそれらを溶接するレーザ照射装置７と、金型装置６及びレーザ照射装置７の作動を制御する制御装置８とを備えている。
なお、本実施例では２０枚積層した板材３Ａを溶接して積層部品２を製造するようにしているが、この板材３Ａの積層枚数は例示であって、所要に応じて積層枚数を変更しても良い。
【０００９】
金型装置６は、上下方向に貫通するダイ穴１１Ａを有するダイ１１と、このダイ１１のダイ穴１１Ａの上端開口部の上方側に配置されて、昇降ヘッド１３によって昇降されてダイ穴１１Ａに嵌合可能なパンチ１２とを備えている。
鋼板３は図示しない間欠送り機構により左方側から供給されてから間欠的に所定寸法ずつ右方側へ送りこまれるようになっており、それに伴って鋼板３がダイ穴１１Ａ上と載置面１１Ｂ上に間欠的に搬入されるようになっている。
非作動状態の昇降ヘッド１３はダイ１１の載置面１１Ｂよりも上方側の上昇端に停止している。昇降ヘッド１３は制御装置８によって昇降作動を制御されるようになっており、間欠送り機構による鋼板３の間欠搬入作動に合わせて昇降ヘッド１３はパンチ１２を上昇端と下降端とに交互に昇降させるようになっている。パンチ１２が下降端まで下降されると、パンチ１２の下端部１２ａがダイ穴１１Ａに鋼板３の厚さと同じ寸法だけ嵌合（挿入）されるようになっており、パンチ１２が上昇端まで上昇されるとパンチ１２の下端部１２ａは載置面１１Ｂ上の鋼板３よりも少し上方側に支持されるようになっている。
昇降ヘッド１３によりパンチ１２が上昇端にある状態で、鋼板３が間欠送り機構により載置面１１Ｂ（ダイ穴１２Ａ）に搬入されると、昇降ヘッド１３によりパンチ１２が下降端まで下降されるので、ダイ穴１１Ａを覆った鋼板３に上方側からパンチ１２が降下されてその下端部１２ａがダイ穴１１Ａに嵌合される。これにより、ダイ穴１１Ａの形状に倣った板材３Ａが打ち抜かれるようになっている。
このように、鋼板３が間欠的に所定寸法ずつダイ穴１１Ａ上に搬入されるタイミングに合わせて、昇降ヘッド１３によってパンチ１２が上昇端から下降端へ下降されることで、順次、同一形状の板材３Ａが打ち抜かれるようになっている。
パンチ１２によって打ち抜かれる板材３Ａは円板状となっており、この板材３Ａが２０枚積層された状態でレーザ光Ｌにより溶接されることで積層部品２が製造されるようになっている。製品としての積層部品２はモータの心材として用いられるようになっている。
【００１０】
本実施例では、ダイ穴１１Ａに積層された２０枚の板材３Ａを溶接して積層部品２を製造するようにしているので、積層される２０枚の板材３Ａ毎にスペーサ３Ｂを介在させるようにしている。スペーサ３Ｂは、板材３Ａと同じ寸法の円形となっているが、スペーサ３Ｂとしてはレーザによる溶接性が悪い材料を採用している。
上述したように、鋼板３が間欠的にダイ穴１１Ａ上に搬入されるタイミングに合わせてパンチ１２が昇降されて順次、同一形状の板材３Ａが２０枚打ち抜かれると、図示しない切断・挿入機構によってスペーサ３Ｂがダイ穴１１Ａ内の２０枚毎の板材３Ａ上に積層されるようになっている。なお、スペーサ３Ｂの切断・挿入技術としては、例えば特公平５５−６１３３１号公報に開示された方法で実施することができる。また、板材３Ａと同一形状で異なる材料のスペーサ３Ｂを用いることは、例えば特公平４−８０６２５号公報等により公知である。
【００１１】
次に、ダイ１１は、上下方向にダイ穴１１Ａが貫通した筒状に形成されて、図示しない固定フレームの所定高さ位置に固定されている。ダイ穴１１Ａにおける上端部よりも下方側の領域は、打ち抜かれた数十枚の板材３Ａを積層状態で一時的に保持する保持部１１Ｃとなっている。
上述したように、鋼板３が所定寸法ずつダイ穴１１Ａに間欠的に搬入されるタイミングに合わせて昇降ヘッド１３によりパンチ１２が下降端まで下降されることで板材３Ａが打ち抜かれると、打ち抜かれた板材３Ａは順次ダイ穴１１Ａ内の下方側へ押し下げられるので、上下位置の板材３Ａが重合して積層状態となって保持部１１Ｃに保持され、その後、積層状態における２０枚の板材３Ａがレーザ光Ｌによって溶接されると、製品としての積層部品２はダイ穴１１Ａの下端部１１Ａａの開口から下方側の図示しない回収容器内に落下するようになっている。
本実施例においては、昇降ヘッド１３によりパンチ１２を順次２０回繰り返し昇降させて鋼板３から板材３Ａを２０枚打ち抜くことで、それら２０枚の板材３Ａをダイ穴１１Ａ内の保持部１１Ｃ内に積層状態で保持させ、その後、上述したように1枚のスペーサ３Ｂをダイ穴１１Ａ内に挿入することで、２０枚の板材３Ａ毎にそれらの上に１枚のスペーサ３Ｂが介在された状態で、数十枚の板材３Ａをダイ穴１１Ａの保持部１１Ｃに一時的に保持するようになっている。そして、上下の２０枚毎の板材３Ａの境界部として、スペーサ３Ｂが介在されている。
なお、板材３Ａの打ち抜きが終わってスクラップとなる残材部分は、間欠送り機構による搬入作動に伴って載置面１１Ｂの隣接位置の支持部材１０上を摺動して図示しない廃棄手段上に載置されるようになっている。
【００１２】
しかして、本実施例のダイ１１の側壁には、保持部１１Ｃとしてのダイ穴１１Ａに連通させて上下方向の細長いスリットからなる開口部１１Ｄが形成されており、この開口部１１Ｄを介して積層状態の２０枚の板材３Ａにレーザ光Ｌを上下方向の直線状に照射できるようになっている。
開口部１１Ｄを右方側から見た形状は、上下方向に細長い長方形となっている。開口部１１Ｄの上下方向寸法（長さ）は、積層状態となった２０枚の板材３Ａの上下方向寸法に、上下位置の２枚分のスペーサ３Ｂの上下方向寸法を合わせた寸法よりも少し長い寸法に設定されている。また、開口部１１Ｄの幅は、レーザ光Ｌが干渉することなく通過できる寸法に設定されている。
これにより、積層された２０枚分の板材３Ａの側部（外周部）及び上下２枚のスペーサ３Ｂの側部（外周部）が、開口部１１Ｄを介してダイ１の外部に一度に露出できるようになっている。
そしで、本実施例では、このように積層状態の２０枚分の板材３Ａが開口部１１Ｄから露出した状態となったら、開口部１１Ｄを介して積層状態の２０枚の板材３Ａの側部（外周部）にレーザ光Ｌを上下方向一直線状に照射して、溶接するようになっている。
【００１３】
次に、レーザ照射装置７は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器１７と、上記開口部１１Ｄを介して積層状態の板材３Ａの側部にレーザ光Ｌを照射する照射ヘッド１８と、レーザ発振器１７から照射ヘッド１８にレーザ光Ｌを導く光ファイバ１９と、下降端と上昇端とにわたって昇降ヘッド１８を往復昇降させる昇降機構２１と、開口部１１Ｄ内にシールドガスＧを供給するガス供給機構２２とを備えている。上記レーザ発振器１７、昇降機構２１及びガス供給機構２２の作動は制御装置８に制御されるようになっている。
レーザ発振器１７はＹＡＧレーザであり、照射スポット径が板材３Ａの厚さの４〜５倍程度のパルスレーザ光Ｌを発振するようになっている。
照射ヘッド１８は、支持部材１０Ｂに固定された鉛直方向のガイド軸２３に沿って昇降可能となっており、かつ、昇降ヘッド１８は昇降機構２３によって破線で示した下降端と実線で示した上昇端とに往復昇降されるようになっている。これにより、開口部１１Ｄに露出した積層状態の２０枚の板材３Ａの最下端の板材３Ａから最上端の板材３Ａにわたってレーザ光Ｌを照射できるようになっている。なお、レーザ発振器１７はファイバーレーザやその他適宜の方式のレーザ発振器に変更しても良い。また、パルスレーザ光Ｌを発振する代わりに、連続波（ＣＷ）レーザ光を発振するレーザ発振器１７を用いても良い。
開口部１１Ｄにおける下端の底部には、ガス供給通路１１Ｅの先端を上方に向けて開口させてあり、このガス供給通路１１Ｅはパイプ２４を介してガス供給機構２２と連通している。レーザ光Ｌが照射ヘッド１８から開口部１１Ｄを介して板材３Ａに照射される際には、シールドガスＧとしての窒素がガス供給通路１１Ｅを介して開口部１１Ｄ内に上方に向けて供給される。その際、シールドガスＧとしての窒素は空気よりも軽いため、開口部１１Ｄの上方へとシールドガスＧが噴射されて、溶接個所に供給されるようになっている。これにより、レーザ光Ｌにより板材３Ａが溶接される際に酸化等による溶接欠陥が発生するのを防止できるようにしている。
【００１４】
以上の構成において、以下のようにして積層部品２の製造が行われる。すなわち、照射ヘッド１８が破線で示す下降端に位置し、かつ、レーザ発振器１７及びガス供給機構２２が作動されていない状態において、間欠送り機構による鋼板３の間欠搬入作動に合わせてパンチ１２が上昇端と下降端とに昇降されることで、鋼板３から順次板材３Ａが打ち抜かれ、打ち抜かれた板材３Ａは保持部１１Ｃに積層状態で保持される。そして、パンチ１２により２０枚の板材３Ａが打ち抜かれると、上述したようにして１枚のスペーサ３Ｂが下方側の板材３Ａ上に積層される。
このように、鋼板３が間欠送りされることに伴って、パンチ１２による２０枚の板材３Ａの打ち抜きと、１枚のスペーサ３Ｂのダイ穴１１Ａへの挿入作動が交互に行われることにより、積層状態の２０枚の板材３Ａと１枚のスペーサ３Ｂとが交互に位置した状態で保持部１１Ｃ内に保持され、それ等は徐々に下方の開口部１１Ａａに向けて降下されていく。
そして、ダイ１１の保持部１１Ｃ内に積層状態となった２０枚の板材３Ａが上記開口部１１Ｄから露出すると、その時点でレーザ発振器１７からレーザ光Ｌをパルス発振させるので、照射ヘッド１８を介して積層状態の最下端の板材３Ａにレーザ光Ｌが照射されるとともに、昇降機構２３により照射ヘッド１８が実線で示した上昇端まで上昇される。また、その際にはガス供給機構２２を作動させて、シールドガスＧを開口部１１Ｄ内に供給する。
これにより、積層状態の２０枚の板材３Ａの側部（外周部）に対して、それらの最下端部の板材３Ａから最上端の板材３Ａにわたって、レーザ光Ｌが照射されながら上昇されることで、それら積層状態の２０枚の板材３Ａの側部が上下方向の一直線状に溶接されるようになっている。これにより、積層状態の２０枚の板材３Ａが溶接部２Ａによって一体に溶接されて、製品としての最初の積層部品２が完成する。なお、レーザ光Ｌはスペーサ３Ｂに多少照射されても良く、その場合であってもスペーサ３Ｂは溶接性が悪い材料であるため、スペーサ３Ｂと製品部分とが溶接されることはない。
この後、レーザ発振器１７の作動が停止されて照射ヘッド１８によるレーザ光Ｌの照射が停止されるとともに、ガス供給機構２２によるシールドガスＧの供給も停止される。また、昇降機構２１により照射ヘッド１８は、実線で示す上昇端から破線で示す下降端まで下降して停止する。
【００１５】
他方、パンチ１２による板材３Ａの２０枚の打ち抜き作動と、１枚のスペーサ３Ｂのダイ穴１１Ａへの挿入作動とは継続して交互に行われているので、その後も積層状態の２０枚の板材３Ａと１枚のスペーサ３Ｂとが積層した状態で保持部１１Ｃ内に保持され、それ等は徐々に下方の開口部１１Ａａに向けて降下され、製造後の最初の積層部品２も保持部１１Ｃ内を下方の開口部１１Ａａに向けて降下されていく。
そして、ダイ１１の保持部１１Ｃ内に積層状態となった次の２０枚の板材３Ａが上記開口部１１Ｄから露出したら、その時点でレーザ発振器１７からレーザ光Ｌをパルス発振させて照射ヘッド１８を介して積層状態の最下端の板材３Ａに先ずレーザ光Ｌを照射するとともに、昇降機構２３により照射ヘッド１８を破線で示す下降端から実線で示した上昇端まで上昇させる。また、その際にはガス供給機構２２を作動させて、シールドガスＧをガス供給通路１１Ｅを介して開口部１１Ｄに上方に向けて供給する。
これにより、開口部１１Ｄに露出した積層状態の２０枚の板材３Ａに対して、それらの最下端部の板材３Ａから最上端の板材３Ａにわたってレーザ光Ｌが照射されながら上昇されることで、それら積層状態の２０枚の板材３Ａの側部が上下方向の一直線状に溶接される。これにより、積層状態の２０枚の板材３Ａが溶接部２Ａにより一体に溶接されて、製品として第２の積層部品２が完成する。
このような作動が繰り返されることで、保持部１１Ｃに積層状態で保持された２０枚の板材３が直線状の溶接部２Ａにより一体となって、製品としての積層部品２が製造されるようになっている。製造後の積層部品２は、鋼板３から打ち抜かれて順次保持部１１Ｃに積層されてくる２０枚の板材３Ａとスペーサ３Ｂとによって降下された後にダイ穴１１Ａの下端の開口部１１Ａａから下方側の回収容器に落下して回収される。
なお、この時、相上下する積層部品２の間には、１枚のスペーサ３Ｂが介在しているので、相前後する積層部品２は支障なく離隔して、スペーサ３Ｂとともに回収容器に回収されるようになっている。
【００１６】
以上のように、本実施例においては、金型装置６におけるダイ１１の側壁に上下方向の開口部１１Ｄを形成してあり、積層状態の２０枚の板材３Ａが開口部１１Ｄから露出した際にレーザ光Ｌをそれらの板材３Ａに下方から上方にわたって照射して溶接するようにしている。このような溶接を行うことにより、各板材３Ａに過度な温度変化を生じさせることなく、その変質を可及的に低減させ、品質の高い積層部品２を製造することができる。
また、保持部１１Ｃに積層状態で保持される板材３Ａは、下方側に位置する板材３Ａほど上方からの荷重が掛かることになるので、下方側において重合した上下の板材３Ａの隙間がなく密に積層されることになる。そのため、本実施例では、そのように隙間なく密に積層された状態の板材３Ａを効率的に溶接できるように、照射ヘッド１８と昇降機構２１により下方から上方にわたってレーザ光Ｌを移動させて照射するようにしている。
【００１７】
なお、上記実施例においては所定枚数（２０枚）の板材３Ａが開口部１１Ｄから全て露出してからレーザ溶接を開始しているが、２０枚の板材３Ａが全て開口部１１Ｄから露出する前に板材３Ａにレーザ光Ｌの照射を開始しても良い。つまり、積層状態の所定枚数（２０枚）における上部に位置する数枚の板材３Ａが開口部１１Ｄの上端部から露出していない状態で、下方側の板材３Ａに対してレーザ光Ｌの照射を開始し、レーザ光Ｌを照射している間に上部の数枚の板材３Ａが降下されて開口部１１Ｄから露出するのに合わせて、それらの板材３Ａにレーザ光Ｌを照射するようにしても良い。
また、上記実施例においては、照射ヘッド１８と昇降機構２１を１組だけ配置した構成となっているが、ダイ１１の側壁に開口部１１Ｄを並列に２箇所形成するとともに、それらに対向するように照射ヘッド１８、昇降機構２１を２組配置するようにしても良い。この場合には、積層状態の板材３Ａの側部（外周部）の２箇所をレーザ光Ｌによって上下方向直線状に溶接して積層部品２が製造されることになる。
また、上記スペーサ３Ｂとして板材３Ａと同じ材質の鋼板を採用して、スペーサ３Ｂの側部におけるレーザ光Ｌが照射される箇所を切り欠くことにより、上下の積層部品２を分離させるようにしても良い。その場合には、特公平４−８０６２５号公報や特開平１１−６９７３３号公報に開示された技術を用いてスペーサ３Ｂの形状を変更することができる。
さらに、上記実施例においては、積層状態の２０枚毎の板材３Ａの間に１枚のスペーサ３Ｂを介在させているが、スペーサ３Ｂは省略しても良い。この場合には、同一形状の板材３Ａのみが保持部１１Ｃに積層されることになるが、積層部品２を分離するために次のようにレーザ溶接すれば良い。つまり、所定枚数（２０枚）の板材３Ａにレーザ光Ｌを照射した後に、所要時間レーザ光Ｌの照射を停止させることで、上下位置の積層部品２を分離させることができる。
また、スペーサ３Ｂを省略する場合、製品としての積層部品２が分離しやすくするために、所定枚数（２０枚）の最上部の板材３Ａの形状を一部変形させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００１８】
１‥積層部品の製造装置        ２‥積層部品（製品）
３‥鋼板（板状素材）          ３Ａ‥板材
６‥金型装置                  ７‥レーザ照射装置
１１‥ダイ                    １１Ａ‥ダイ穴
１１Ｃ‥保持部                １１Ｄ‥開口部
１２‥パンチ                  １７‥レーザ発振器
１８‥照射ヘッド              ２１‥昇降機構（移動機構）
Ｌ‥レーザ光
【図１】
2020036485.tif 000003