(57)【要約】【課題】カシメパンチとダイ穴との間のクリアランスやカシメ深さの調整に依らずに、高いカシメ強度を得ること。【解決手段】複数の鋼板Ｓのそれぞれに凸形状のダボＤを形成し、鋼板Ｓ同士のダボＤを嵌合させて一体化するに当たり、ダボＤを形成する際、鋼板Ｓに凸形状を形成するカシメパンチ５の進行に対向して、鋼板Ｓの降伏応力以上の圧力を加える。この場合、カシメパンチ５の全ストロークにおいて、カシメパンチ５の進行に対向して鋼板Ｓに加える最大の圧力が、鋼板Ｓの降伏応力以上であればよい。カシメパンチ５の進行に対向して鋼板Ｓに加える圧力は、鋼板Ｓの降伏応力の２倍以下であることが望ましい。また、カシメパンチ５の先端部の断面形状がＶ字状であることが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼板のそれぞれに凸形状のダボを形成し、鋼板同士の該ダボを嵌合させて一体化する積層鉄心製造方法であって、
前記ダボを形成する際、前記鋼板に凸形状を形成するカシメパンチの進行に対向して、該鋼板の降伏応力以上の圧力を加えるステップを含むことを特徴とする積層鉄心製造方法。
【請求項２】
前記カシメパンチの全ストロークにおいて、該カシメパンチの進行に対向して前記鋼板に加える最大の圧力が、該鋼板の降伏応力以上であることを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心製造方法。
【請求項３】
前記カシメパンチの進行に対向して前記鋼板に加える圧力は、該鋼板の降伏応力の２倍以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層鉄心製造方法。
【請求項４】
前記カシメパンチの先端部の断面形状がＶ字状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層鉄心製造方法。
【請求項５】
複数の鋼板のそれぞれに凸形状のダボを形成し、鋼板同士の該ダボを嵌合させて一体化する積層鉄心製造装置であって、
前記ダボを形成する際、前記鋼板に凸形状を形成するカシメパンチの進行に対向して、該鋼板の降伏応力以上の圧力を加える手段を備えることを特徴とする積層鉄心製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ・発電機の鉄心に用いられる、電磁鋼板を打抜き加工（プレス加工）しカシメにより締結して製造する積層鉄心製造方法および積層鉄心製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば特許文献１に記載されているように、モータや発電機の鉄心として電磁鋼板の積層体（積層鉄心）が用いられる。このような積層鉄心では、モータ・発電機の製造時および使用時に、積層体を構成する電磁鋼板が一定以上の力で結合（締結）されている必要がある。
【０００３】
鋼板の締結方法として、ボルトによる固定や溶接、あるいは鋼板同士の接着などもあるが、もっとも頻繁に使用される鋼板の締結方法として、カシメと呼ばれる方法がある。カシメとは、薄鋼板のそれぞれに対してカシメパンチにより押し出し加工を施して、部分的に鋼板のカシメパンチとの反対側に凸形状（カシメパンチ側は凹形状）を形成し、各鋼板に形成された凸形状の部位（凸形状部）を嵌合させることで鋼板同士を互いに固定する方法である。このような凸形状部をダボと称する。
【０００４】
具体的に、カシメ加工では、鉄心のプレス加工工程で形成されたダボに対して、プレス金型内での次工程あるいは金型の外に設けられた次工程で、ダボの位置を合わせて上下から圧力をかけてダボ同士を互いに嵌合させることにより、積層鉄心を一体化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３８５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにカシメ加工が施されて製造された積層鉄心において、積層された鋼板同士の締結力が弱いと、モータや発電機の製造中に積層鉄心の鋼板同士が剥離したり、製品（モータ・発電機）の使用中に積層鉄心の鋼板が剥離したりするため、好ましくない。一方、モータ特性を改善するためには、鋼板自体を薄板化することやカシメ点数を低減することが好ましい。しかしながら、その場合、積層鉄心全体としての締結力は低下する傾向がある。そのため、カシメ１点あたりの締結力を高くすることが求められる。
【０００７】
カシメによる締結力（カシメ強度）は、ダボの高さ（カシメ深さ）や、ダボを形成するカシメパンチとダイ穴との間のクリアランスなどに影響されるため、これらを調整することによって、ある程度制御することは可能である。しかしながら、ダボの高さを高くするには限界がある。また、ダボの高さを高くするに従って鋼板のダボ周辺の加工領域が広がるので、導入された加工歪の影響で鋼板の磁気特性が劣化する。また、クリアランスの調整にも、安定的な加工を行う上で限界がある。従って、これらの調整に依らずにカシメ強度を向上させる技術が期待されている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カシメパンチとダイ穴との間のクリアランスやカシメ深さの調整に依らずに、高いカシメ強度が得られる積層鉄心製造方法および積層鉄心製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る積層鉄心製造方法は、複数の鋼板のそれぞれに凸形状のダボを形成し、鋼板同士の該ダボを嵌合させて一体化する積層鉄心製造方法であって、前記ダボを形成する際、前記鋼板に凸形状を形成するカシメパンチの進行に対向して、該鋼板の降伏応力以上の圧力を加えるステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る積層鉄心製造方法は、上記発明において、前記カシメパンチの全ストロークにおいて、該カシメパンチの進行に対向して前記鋼板に加える最大の圧力が、該鋼板の降伏応力以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る積層鉄心製造方法は、上記発明において、前記カシメパンチの進行に対向して前記鋼板に加える圧力は、該鋼板の降伏応力の２倍以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る積層鉄心製造方法は、上記発明において、前記カシメパンチの先端部の断面形状がＶ字状であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る積層鉄心製造装置は、複数の鋼板のそれぞれに凸形状のダボを形成し、鋼板同士の該ダボを嵌合させて一体化する積層鉄心製造装置であって、前記ダボを形成する際、前記鋼板に凸形状を形成するカシメパンチの進行に対向して、該鋼板の降伏応力以上の圧力を加える手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、カシメパンチとダイ穴との間のクリアランスやカシメ深さの調整に依らずに、高いカシメ強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る積層鉄心製造装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施の形態のカシメパンチの先端部の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本実施例のモータ用の鉄心の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施例の剥離強度試験に用いる積層鉄心の概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施例の背圧と剥離強度との関係を示す図である。
【図６】図６は、本実施例の背圧とモータ鉄損比との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る積層鉄心製造装置の概略構成を示す模式図である。また、図２は、図１に示すカシメパンチの先端部の構成を示す模式図である。図１に示すように、積層鉄心製造装置は、金型１とカシメパンチ５とを備える。金型１は、板押さえ２と、ダイ３と、押し上げ機構４とを備える。板押さえ２により上方から押さえられた鋼板Ｓが、上方から下降するカシメパンチ５によって、ダイ３に形成されたダイ穴に押し込まれることにより、鋼板Ｓのカシメパンチ５との反対側（下方）に凸形状にダボＤが形成される。
【００１８】
押し上げ機構４は、ダイ穴の下方から鋼板Ｓに向かって上昇し、鋼板Ｓに形成されたダボＤの底部に図１に矢印で示す圧力（背圧）を加えることにより、カシメ加工された鋼板Ｓをダイから分離する。この押し上げ機構４により、ダボＤの形状や寸法の安定化をはかることができる。
【００１９】
カシメパンチ５は、先端部の断面がＶ字状に形成されており、Ｖ字状のダボＤを形成する。このようなダボＤによるカシメをＶカシメと呼ぶ。このカシメパンチ５の先端部の寸法は、図２に示すように、長さＬ、幅Ｗ、および先端長さＴで規定される。
【００２０】
本発明者らは、このような金型１およびカシメパンチ５を用いてダボＤを形成する際、カシメパンチ５に対向して押し上げ機構４で鋼板Ｓを挟み、その押し上げ力で鋼板Ｓに加える背圧を調整することにより、カシメ強度を高めることができるという知見を得た。すなわち、鋼板Ｓと接するカシメパンチ５の先端部の面積（先端長さＴ×幅Ｗ）当たりの圧力（以下、背圧という）が鋼板Ｓの降伏応力以上である場合に、カシメ強度が高まることを知見した。これは、鋼板ＳにダボＤを形成する際にダボＤの底部に強い背圧を加えることにより、ダボＤの底部が潰されてその幅が広がり、嵌合時の応力が増加するためと考えられる。
【００２１】
ここで、カシメ強度の指標として、次式（１）で定義される剥離強度を用いる。このとき、カシメ加工が施された積層鉄心を積層の軸方向と平行な力で引っ張って、引き剥がされない最大の力をＦｍａｘとし、１枚の鋼板中のカシメ点数をｎとする。
【００２２】
【数１】
2015142448.tif 000003
【００２３】
このとき、カシメパンチ５および押し上げ機構４により鋼板Ｓに加える背圧は、次式（２）で定義される。したがって、この背圧を鋼板Ｓの降伏応力以上とする。ここで、鋼板Ｓの降伏応力は、圧延方向と圧延直角方向とで測定されたそれぞれの降伏応力の平均値とする。
【００２４】
【数２】
2015142448.tif 000004
【００２５】
本実施の形態のＶカシメによれば、カシメパンチ５の先端部の寸法を調整することにより、鋼板Ｓのカシメパンチ５の先端部と接する部分が受ける背圧を容易に変更することが可能である。
【００２６】
これに対し、カシメパンチ５の先端部の断面が丸みを帯びた形状である場合には、ダボＤも丸みを帯びた凸形状に形成される。このような丸みを帯びた凸形状のダボＤによるカシメを丸カシメと呼ぶ。この場合、カシメパンチ５の先端部が広い。そのため、鋼板Ｓのカシメパンチ５の先端部と接する部分が受ける背圧を降伏応力以上とするためには、直径（長さＬ）が非常に小さいカシメパンチ５を用いるか、鋼板Ｓに背圧を加えるための力を非常に強くするかの何れかが必要である。したがって、Ｖカシメが好ましい。
【００２７】
背圧の最大値は、降伏応力の２倍以下とすることが望ましい。背圧が降伏応力の２倍以上になると、積層鉄心の磁気特性の劣化が顕著になる。この原因は、ダボＤの底部の加工度が過剰になり、また、ダボＤの底部以外の部分の変形が顕著になるためと推定される。
【００２８】
また、本実施の形態において、押し上げ機構４は、鋼板Ｓに与える背圧をバネによって得るものとした。バネによれば、カシメパンチ５が下降するにつれてバネが圧縮されてダボＤの底部が受ける力が増加する。この場合、少なくともカシメパンチ５の全ストローク中の最大の背圧が降伏応力以上となればよい。
【００２９】
なお、押し上げ機構４において背圧を得る方法は、上記のバネによるものに限定されない。例えば、油圧等の流体圧や空気圧等のガス圧など各種の方法が適用可能である。
【００３０】
以上、説明したように、本実施の形態の積層鉄心製造方法および積層鉄心製造装置によれば、鋼板Ｓの板厚、カシメ深さ、カシメパンチ５のクリアランスといった、積層鉄心の磁気特性へ悪影響を及ぼす可能性があり、かつ、細かい調整が困難な条件項目に依らずに、積層された鋼板Ｓ間の締結力を高めることが可能である。
【００３１】
上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。
【００３２】
（実施例）
本実施例では、３５Ａ３００グレード（ＪＩＳ  Ｃ２５５２）の降伏応力が４００ＭＰａである無方向性電磁鋼板を用いて、ブラシレスＤＣモータ（集中巻き、表面磁石型）用の積層鉄心を作製した。まず、プレス加工により、図３に示す鉄心を作製した。また、図１および図２に示すカシメ機構を用いて作製された鉄心に、図３に長方形で示すダボＤを形成し、鉄心同士を締結させるカシメ加工を施して、積層鉄心を作製した。その際、表１に示す条件（カシメパンチ５の寸法、背圧）に従って、モータ用の積層鉄心と剥離強度試験用の積層鉄心とを作製した。
【００３３】
剥離強度試験用の積層鉄心の積層枚数は、１０枚とした。またカシメ点数は、図３に示すように、１２点とした。剥離強度試験は、図４に矢印で示すように、締結された積層鉄心の軸方向に平行に引っ張って、引き剥がされない最大の力Ｆｍａｘを測定した。カシメ１点当たりの剥離強度は、Ｆｍａｘの測定値とカシメ点数とにより、上記式（１）に基づいて算出した。
【００３４】
また、モータ用の積層鉄心を用いて製造されたモータについて、モータ特性評価試験を行って、入力電力から出力、銅損、機械損を減算し、モータ鉄損を算出した。
【００３５】
表１は、カシメ加工の際の条件ごとの各試験結果を示す。また、図５は、ダボＤ形成時の背圧と剥離強度との関係を示す。このときに用いたカシメパンチ５の先端部の寸法は、幅Ｗは０．８ｍｍ、先端長さＴは０．５ｍｍである（表１の鉄心番号１〜８に対応）。表１および図５に示すように、ダボＤ形成時の背圧（カシメパンチ５の先端部から鋼板Ｓが受ける圧力)が鋼板Ｓの降伏応力以上であれば、高い剥離強度が得られることが確認された。
【００３６】
また、図６は、ダボ形成時の背圧と、表１の鉄心番号１に対応する積層鉄心を基準としたモータ鉄損比との関係を示す。このときに用いたカシメパンチ５の先端部の寸法は、幅Ｗは０．８ｍｍ、先端長さＴは０．５ｍｍである（表１の鉄心番号１〜８に対応）。表１および図６に示すように、鉄心番号１の積層鉄心を基準とした場合に、モータ鉄損の増加率は、背圧が降伏応力の２倍以下では１％以下であるが、背圧が降伏応力の２倍を超えると顕著に大きくなることがわかる。これにより、背圧は、降伏応力の２倍以下とすることが望ましいことが確認された。
【００３７】
【表１】
2015142448.tif 000005
【符号の説明】
【００３８】
１  金型
２  板押さえ
３  ダイ
４  押し上げ機構
５  カシメパンチ
Ｓ  鋼板（電磁鋼板）
Ｄ  ダボ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015142448.tif 000008
【図４】
2015142448.tif 000009
【図５】
2015142448.tif 000010
【図６】
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