(57)【要約】【課題】高精度の内径寸法を確保でき、かつ、生産性を向上させることができるステータコア、モータ、およびステータコアの製造方法を提供すること。【解決手段】ナノ結晶軟磁性材料の薄帯１が積層されたステータコア１０１であって、内径部の内径寸法精度が±３０μｍ以下であり、かつ、内径真円度は３０μｍ以下である。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ結晶軟磁性材料の薄帯が積層されたステータコアであって、
内径部の内径寸法精度が±３０μｍ以下であり、かつ、内径真円度は３０μｍ以下である、
ステータコア。
【請求項２】
前記内径寸法精度が±１５μｍ以下であり、かつ、前記内径真円度は１０μｍ以下である、
請求項１に記載のステータコア。
【請求項３】
請求項１または２に記載のステータコアと、
前記ステータコアの上下面を挟持して設けられる補強板と、
前記ステータコアおよび前記補強板を固定する締結部材と、
前記ステータコアの内径部に設けられる回転子と、を備える、
モータ。
【請求項４】
ナノ結晶軟磁性材料の薄帯を打抜く複数の加工工程を含むステータコアの製造方法であって、
前記複数の加工工程のそれぞれを実行可能であり、互いに独立して設けられた複数の金型を用いて、前記加工工程毎に必要な押さえ圧を前記薄帯に付加する、
ステータコアの製造方法。
【請求項５】
前記複数の金型は、前記加工工程の順に並列に並んで設けられている、
請求項４に記載のステータコアの製造方法。
【請求項６】
前記複数の加工工程は、
位置決め用のガイド穴を前記薄帯に形成する工程と、
巻線用のスロット穴を前記薄帯に形成する工程と、
締結部材が挿通される締結穴を前記薄帯に形成する工程と、
ティース部の端面に囲まれた内径穴を前記薄帯に形成する工程と、
外径部分を打抜き、コアシートを形成する工程と、を含む、
請求項４または５に記載のステータコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯を用いたステータコア、モータ、およびステータコアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータのステータ（固定子）に含まれるステータコア（固定子鉄心）には、一般的に電磁鋼板が用いられている。しかし、より一層の高効率化、高出力化、省エネルギー化、および小型化などを図るために、非晶質やナノ結晶粒を有する薄帯を用いたステータコアが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ナノ結晶軟磁性材料の薄帯を用いてステータコアを製作する方法としては、プレス加工を用いることができる。しかし、プレス加工では、プレス装置の精度が求められる。また、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯は、電磁鋼板の厚み（例えば、０．３５ｍｍ）の約１／１０以下（例えば、０．０３ｍｍ）であるため、金型のクリアランスを数μｍとする必要がある。よって、プレス加工で用いる金型の製作は、非常に困難である。
【０００４】
プレス加工以外の方法としては、アモルファス積層コアの加工方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、絶縁性樹脂を塗布したナノ結晶軟磁性材料薄板の積層体をワイヤ放電加工して所定のコア形状に切断した後、切断面をエッチング処理する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１４５９１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１９８８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ステータコアでは内径寸法が重要であるが、特許文献２に開示されているアモルファス積層コアの加工方法では、以下の課題がある。
【０００７】
ワイヤ放電加工により内径寸法を精度よく仕上げるためには、まず、最終的な内径寸法よりも小さくするための荒加工が必要となる。その後、微小電流を用いて時間をかけて最終的な内径寸法に仕上げることになる。したがって、特許文献２の方法では、膨大な加工時間を要するため、生産性が低い。
【０００８】
本開示の一態様の目的は、高精度の内径寸法を確保でき、かつ、生産性を向上させることができるステータコア、モータ、およびステータコアの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係るステータコアは、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯が積層されたステータコアであって、内径部の内径寸法精度が±３０μｍ以下であり、かつ、内径真円度は３０μｍ以下である。
【００１０】
本開示の一態様に係るモータは、本開示の一態様に係るステータコアと、前記ステータコアの上下面を挟持して設けられる補強板と、前記ステータコアおよび前記補強板を固定する締結部材と、前記ステータコアの内径部に設けられる回転子と、を備える。
モータ。
【００１１】
本開示の一態様に係るステータコアの製造方法は、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯を打抜く複数の加工工程を含むステータコアの製造方法であって、前記複数の加工工程のそれぞれを実行可能であり、互いに独立して設けられた複数の金型を用いて、前記加工工程毎に必要な押さえ圧を前記薄帯に付加する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、高精度の内径寸法を確保でき、かつ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施の形態に係るコアシートの加工工程を順に示す上面図
【図２】本開示の実施の形態に係るコアシートの加工工程に用いられる金型の側面図
【図３】従来の金型を用いた打抜きにより形成されたコアシートの上面図
【図４】従来の金型の側面図
【図５Ａ】本開示の実施の形態に係るステータコアの上面図
【図５Ｂ】本開示の実施の形態に係るステータコアの側面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００１５】
＜コアシートの製造方法＞
本開示の実施の形態に係るコアシートの製造方法（ステータコアの製造方法の一例）について、図１を用いて説明する。図１は、本開示の実施の形態に係るコアシートの加工工程を順に示す上面図である。
【００１６】
ここでは例として、厚み（以下、板厚ともいう）が３０μｍであるナノ結晶軟磁性材料の薄帯１（以下、単に「薄帯１」ともいう）に対して打抜き加工を行い、１枚のコアシートを製造する工程について説明する。
【００１７】
なお、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯１の製造方法としては、例えば、溶融された磁性材料を冷却高速回転ローラ上に落下させ、その表面にて瞬時に冷却する方法が知られている。しかし、この方法では、溶融された磁性材料の落下速度や冷却速度、冷却ひずみなどのコントロールは難しい。そのため、圧延材である電磁鋼板などとは異なり、製造された薄帯１には、厚みのばらつきが生じる。
【００１８】
一方で、製造された薄帯１は、電磁鋼板に比べて、透磁率が高く、鉄損が非常に低い特性を有しているため、優位性の高い材料である。
【００１９】
ナノ結晶軟磁性材料としては、以下のものを用いることができる。例えば、ナノ結晶軟磁性材料は、鉄を質量比で９３％〜９４％含み、かつ、１０ｎｍ程度のα鉄（α−Fe）の粒の周りにアモルファス磁性層を備えた、高鉄濃度型の超低損失ナノ結晶軟磁性材料である。
【００２０】
アモルファス磁性層は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（B）、リン（P）、銅（Cu）などの一般的な元素で構成され、レアメタル系を含まない組成である。そのため、アモルファス磁性層は、材料の高騰によるリスクが小さい理想的な材料である。また、アモルファス磁性層は、低鉄損で高磁束密度を達成することができる。よって、高鉄濃度型の超低損失ナノ結晶軟磁性材料を、強磁場を必要とする用途（例えば、送電網に用いる大電流トランスや、モータ等）に用いることで、鉄損を減らすことによる省エネ化の点で、大きな貢献が見込まれる。
【００２１】
以下、図１に示す加工工程１〜５について説明する。なお、ここでは、工程数が５つである場合を例に挙げて説明するが、工程数は、製品や打抜き性によって５つ以外であってもよい。
【００２２】
まず、加工工程１では、複数のガイド穴２を打抜き形成する。ガイド穴２は、加工工程２以降において位置決め用として機能する穴である。各ガイド穴２は、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯１の幅方向（図の上下方向）および長手方向（図の左右方向）に離間して形成される。
【００２３】
次に、加工工程２では、複数のスロット穴３を打抜き形成する。例えば、図１に示すように、９つのスロット穴３が円形状に形成される。各スロット穴３には、巻線（図示略）が設けられる。なお、巻線は、隣り合うスロット穴３間の部分であるティース部の幅方向（後述の図５Ａ参照）に巻回されてもよい。また、スロット穴３の個数や形状は、図１の図示に限定されない。
【００２４】
次に、加工工程３では、複数の締結穴４を打抜き形成する。例えば、図１に示すように、３つの締結穴４がスロット穴３の周囲に形成される。締結穴４には、最終的なステータコアの組み立ての際に、締結部材（例えば、ボルト）が挿入される（後述の図５Ａ、図５Ｂ参照）。
【００２５】
次に、加工工程４では、内径穴５を打抜き形成する。内径穴５は、例えば、モータの効率を左右するロータ外径とステータの内径とのエアーギャップを決める重要な要素である。ここでの内径穴５の打抜きにより、真上から見たときに各ティース部の端面で囲まれた円形状の開口部（以下、内径部という。後述の図５Ａ参照）が形成される。
【００２６】
次に、加工工程５では、外径部分６（換言すれば、円周部分）を打抜く。図１では、外径部分６が円形である場合を例に挙げたが、他の形状（例えば、四角形等）であってもよい。
【００２７】
上述した加工工程１〜５により、１枚のコアシートが製造される。
【００２８】
このように製造された複数のコアシートを積層することにより、ステータコア（後述の図５Ａ、図５Ｂ参照）を製造することができる。
【００２９】
＜金型の構成＞
加工工程１〜５に用いられる順送型の金型７０について、図２を用いて説明する。図２は、金型７０の側面図である。
【００３０】
図２に示すように、金型７０は、加工工程１〜５のそれぞれを実行可能な金型１０、２０、３０、４０、５０を有する。金型１０、２０、３０、４０、５０は、互いに独立して並列に並んで設けられている。
【００３１】
金型１０は、ガイド穴２（図１参照）を打抜き形成する金型である。金型２０は、複数のスロット穴３（図１参照）を打抜き形成する金型である。金型３０は、複数の締結穴４（図１参照）を打抜き形成する金型である。金型４０は、内径穴５（図１参照）を打抜き形成する金型である。金型５０は、外径部分６（図１参照）を打抜き形成する金型である。
【００３２】
金型１０、２０、３０、４０、５０の上型について説明する。図２に示すように、金型１０、２０、３０、４０、５０は、それぞれ、パンチ１１、２１、３１、４１、５１と、それらを保持する役割のパンチプレート１３、２３、３３、４３、５３と、板押さえプレート１４、２４、３４、４４、５４と、上ダイセット１２、２２、３２、４２、５２と、を有する。上ダイセット１２、２２、３２、４２、５２は、上ダイセットホルダ６０に保持されている。上ダイセットホルダ６０は、プレス機（図示略）のスライド８０に固定されている。
【００３３】
金型１０、２０、３０、４０、５０の下型について説明する。図２に示すように、金型１０、２０、３０、４０、５０は、それぞれ、ダイ１５、２５、３５、４５、５５と、それらを保持する役割のダイプレート１７、２７、３７、４７、５７と、下ダイセット１６、２６、３６、４６、５６と、を有する。下ダイセット１６、２６、３６、４６、５６は、下ダイセットホルダ６２に保持されている。下ダイセットホルダ６２は、プレス機のボルスタ８１に固定されている。
【００３４】
上述したとおり、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯１は、圧延材である電磁鋼板などとは異なり、厚みにばらつきが生じる。例えば図２に示すように、薄帯１の板厚は、不均一であり、うねっている状態（波打っている状態）となる。
【００３５】
具体的には、薄帯１の板厚の中央値が３０μｍである場合、板厚偏差が５μｍ程度あるため、薄帯１の板厚の範囲は２５μｍ〜３５μｍとなる。
【００３６】
このように板厚が大きくばらついた薄帯１を加工工程毎に順次打抜くために、金型７０は、加工工程１〜５のそれぞれを実行可能な金型１０、２０、３０、４０、５０を独立して備えている。金型１０、２０、３０、４０、５０のそれぞれでは、板押さえプレート１４、２４、３４、４４、５４と、ダイプレート１７、２７、３７、４７、５７とで薄帯１を確実に押さえ、打抜き精度を確保するために加工工程毎に必要な押さえ圧を薄帯１に付加できる。したがって、微小クリアランスにおいても高精度の打抜きを実現でき、薄帯１の板厚のばらつきを吸収することが可能になる。
【００３７】
＜従来の金型＞
従来の金型を用いて、板厚にばらつきがある上記薄帯１に対して打抜きを行った場合について、図３を用いて説明する。図３は、従来の金型を用いて上述した加工工程１〜５を行うことで形成されたコアシートの上面図である。
【００３８】
図３において二点鎖線で示す真円形状２０１は、従来の金型の切刃（すなわち、パンチおよびダイ）の形状である。しかしながら、実際に打抜かれた内径穴の形状２００は、真円形状２０１からずれており、歪な形状となっている。
【００３９】
上述した従来の金型について、図４を用いて説明する。図４は、従来の金型３７０の側面図である。図４において、図２と同じ構成要素には、同一符号を付している。
【００４０】
図４に示す金型３７０は、加工工程１〜３を実行可能な金型３１０、および、加工工程４〜５を実行可能な金型３２０を有する点で、図２に示した金型７０と異なる。すなわち、金型７０では、加工工程１〜５のそれぞれに対応した金型１０、２０、３０、４０、５０が独立して設けられている構成であるのに対し、金型３７０では、そのような構成ではない。
【００４１】
金型３１０の上型について説明する。図４に示すように、金型３１０は、パンチ１１、２１、３１と、それらを保持する役割のパンチプレート３１３と、板押さえプレート３１４と、上ダイセット３１２と、を有する。上ダイセット３１２は、上ダイセットホルダ６０に保持されている。
【００４２】
金型３１０の下型について説明する。図４に示すように、金型３１０は、ダイ１５、２５、３５と、それらを保持する役割のダイプレート３１７と、下ダイセット３１６と、を有する。下ダイセット３１６は、下ダイセットホルダ６２に保持されている。
【００４３】
金型３２０の上型について説明する。図４に示すように、金型３２０は、パンチ４１、５１と、それらを保持する役割のパンチプレート３２３と、板押さえプレート３２４と、上ダイセット３２２と、を有する。上ダイセット３２２は、上ダイセットホルダ６０に保持されている。
【００４４】
金型３２０の下型について説明する。図４に示すように、金型３２０は、ダイ４５、５５と、それらを保持する役割のダイプレート３２７と、下ダイセット３２６と、を有する。下ダイセット３２６は、下ダイセットホルダ６２に保持されている。
【００４５】
このように、板押さえプレート３１４とダイプレート３１７、および、板押さえプレート３２４とダイプレート３２７は、それぞれ、２つ以上の加工工程に対応した構成である。
【００４６】
なお、ここでは例として、ステータの外径が比較的大きい（例えば、φ１１０ｍｍ程度）場合を想定しているため、板押さえプレートおよびダイプレートのそれぞれを２分割としたが、ステータの外径によっては、板押さえプレートおよびダイプレートのそれぞれを、分割しない構成であってもよい。
【００４７】
上述した構成である金型３７０では、図４に示すようにナノ結晶軟磁性材料の薄帯１の板厚がうねっている場合、打抜き精度を確保するために加工工程ごとに必要な押さえ圧が、薄帯１に付加されない。
【００４８】
すなわち、板押さえプレート３１４、３２４に傾きが発生し、薄帯１をパンチ１１、２１、３１、４１、５１で打抜く際に、ダイ１５、２５、３５、４５、５５内への引き込み現象が生じたり、打抜きの微小クリアランスが変わり、打抜き部分の周辺部に残留歪みなどが生じたりする。よって、金型３７０を用いて製造されたコアシートを積層したステータコアでは、必要とされる内径部の内径寸法精度および内径真円度が確保することができない。なお、そのステータコアでは、内径寸法精度が最大８０μｍ（内径真円度は５０μｍ）であった。
【００４９】
＜効果＞
上述した金型３７０に対し、図２に示した本実施の形態の金型７０では、加工工程１〜５のそれぞれに対応した金型１０、２０、３０、４０、５０が独立して設けられている。すなわち、板押さえプレート１４、２４、３４、４４、５４およびダイプレート１７、２７、３７、４７、５７が独立して設けられている。よって、例えば板厚のばらつきが±５μｍ以下であり、かつ、ステータ１つ分の範囲の板厚偏差が５μｍ以下である薄帯１に対しても、加工工程１〜５のそれぞれにおいて、必要な押さえ圧を確実に付加することができ、高精度の打抜きを実行できる。
【００５０】
よって、本実施の形態の金型７０を用いた打抜きでは、他の加工方法（例えば、ワイヤ放電加工、または、図４に示した金型３７０を用いた加工方法）に比べて、優れた内径寸法精度および内径真円度を有するコアシートを得ることができる。そして、そのコアシートを積層することにより、優れた内径部１０６の内径寸法精度（±３０μｍ以下、好ましくは、±１５μｍ以下）および内径真円度（３０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ以下）を有するステータコアを得ることができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、インナーロータ型モータ用ステータコアを製造する場合を例に挙げて説明したが、アウター型モータ用ステータコアを製造する場合でも、上記金型７０を用いることができる。その場合、優れた外径の寸法（例えば、±１５μｍ以下）および内径真円度（例えば、１０μｍ以下）を有するステータコアを得ることができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、ナノ結晶軟磁性材料の薄帯１の板厚の範囲が２５μｍ〜３５μｍある場合を例に挙げて説明したが、薄帯１の板厚の範囲は、これに限定されず、例えば、２０〜４０μｍの範囲であってもよい。その場合でも、必要とされる精度の内径寸法および内径真円度を得ることができる。
【００５３】
＜ステータコア＞
本実施の形態のステータコア１０１について、図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、ステータコア１０１の上面図である。また、図５Ｂは、ステータコア１０１の側面図である。
【００５４】
図５Ｂに示すように、ステータコア１０１は、複数のコアシートが積層されたものである。ここでいうコアシートは、図２に示した金型７０を用いて、図１に示した加工工程１〜５を行うことにより製造されたものである。
【００５５】
また、図５Ａに示すように、ステータコア１０１は、複数のティース部１０５および内径部１０６を備える。各ティース部１０５には、巻線（図示略）が巻回される。
【００５６】
また、図５Ｂに示すように、ステータコア１０１の上下には、補強板１０２が積層されている。換言すれば、２枚の補強板１０２は、ステータコア１０１の上下を挟持して設けられている。ステータコア１０１は熱処理によって薄く脆い層が積層されているため、補強板１０２は、ステータコア１０１を上下方向から保護する。
【００５７】
補強板１０２は、ステータコア１０１よりも剛性が高く、丈夫な材質で構成されることが好ましい。このような材質としては、例えば電磁鋼板が挙げられるが、これに限定されず、ステンレス鋼板材料などであってもよい。
【００５８】
また、ステータコア１０１および補強板１０２は、それらを積層方向（図中の上下方向）に貫通する締結部材１０３（例えば、ボルト）によって締結ブロック１０４に固定される。
【００５９】
巻線を備えたステータコア１０１および補強板を含む構成は、全体としてステータと呼ぶことができる。このステータは、例えば、モータに用いられる。その場合、ステータコア１０１の内径部１０６内に回転子（図示略）が設けられる。
【００６０】
ステータコア１０１の内径はφ６０ｍｍ程度と比較的大きな径であるが、ステータコア１０１では、その内径に対して、内径寸法精度が±３０μｍ以下（好ましくは±１５μｍ以下）であり、かつ、内径真円度が３０μｍ以下（好ましくは１０μｍ以下）となる。すなわち、ステータコア１０１では、優れた内径寸法精度および内径真円度を確保できる。
【００６１】
なお、ステータコアの内径がφ６０ｍｍよりも小さくなれば、内径寸法精度および内径真円度はさらに向上する。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、厚さが不均一であるナノ結晶軟磁性材料の薄帯１を打抜き加工する際に、各工程において独立した加圧ができる金型７０を用いる。よって、加工工程毎に必要な押さえ圧を薄帯１に付加できるので、高精度の打抜きを実現でき、薄帯１の板厚のばらつきを吸収することが可能になる。したがって、ステータコア１０１において、高精度の内径寸法を確保できる。また、膨大な加工時間を要することないため、ステータコア１０１の生産性を向上させることができる。また、上記ステータコア１０１を用いて製造されたモータは、モータの効率が低下せず、高品位で安定化したものとなる。また、モータの生産性の向上や、コストダウンも可能となる。
【００６３】
なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本開示のステータコア、モータ、およびステータコアの製造方法は、モータ以外にトランス等の磁気応用した電子部品の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１  ナノ結晶軟磁性材料の薄帯
２  ガイド穴
３  スロット穴
４  締結穴
５  内径穴
６  外径部分
１０、２０、３０、４０、５０  金型
１１、２１、３１、４１、５１  パンチ
１２、２２、３２、４２、５２  上ダイセット
１３、２３、３３、４３、５３  パンチプレート
１４、２４、３４、４４、５４  板押さえプレート
１５、２５、３５、４５、５５  ダイ
１６、２６、３６、４６、５６  下ダイセット
１７、２７、３７、４７、５７  ダイプレート
６０  上ダイセットホルダ
６１  下スペーサホルダ
６２  下ダイセットホルダ
７０  金型
８０  プレス機のスライド
８１  プレス機のボルスタ
１０１  ステータコア
１０２  補強板
１０３  締結部材
１０４  締結ブロック
１０５  ティース部
１０６  内径部
２００  内径穴の形状
２０１  真円形状
３１０、３２０  金型
３１２、３２２  上ダイセット
３１３、３２３  パンチプレート
３１４、３２４  板押さえプレート
３１６、３２６  下ダイセット
３１７、３２７  ダイプレート
３６０  上ダイセットホルダ
３７０  金型
【図１】
2020092139.tif 000003
【図２】
2020092139.tif 000004
【図３】
2020092139.tif 000005
【図４】
2020092139.tif 000006
【図５Ａ】
2020092139.tif 000007
【図５Ｂ】
2020092139.tif 000008