(57)【要約】【課題】簡便にかつ精度よく電磁鋼板をプレス加工できるプレス加工用パンチを提供する。【解決手段】複数枚を積層して回転電機のロータを構成する電磁鋼板１０の夫々に対し、磁石を回転電機の回転軸心に沿う状態で外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った磁石穴の縁部と電磁鋼板１０のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮するべく、電磁鋼板１０に当接して電磁鋼板１０を圧縮変形させる打込面１と、打込面１と交差する側面２とを備え、これら打込面１と側面２とは、これらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチＸ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚を積層して回転電機のロータを構成する電磁鋼板の夫々に対し、磁石を前記回転電機の回転軸心に沿う状態で外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った前記磁石穴の縁部と前記電磁鋼板のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮するよう、
前記電磁鋼板に当接して前記電磁鋼板を圧縮変形させる打込面と、当該打込面と交差する側面とを備え、これら打込面と側面とは、これらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチ。
【請求項２】
前記側面の周囲であって、前記打込面から打込方向手前側に、前記電磁鋼板の表面を押圧する押圧面を接続してある請求項１に記載のプレス加工用パンチ。
【請求項３】
前記押圧面が、前記打込面から離間するほど前記打込方向手前側に後退している請求項２に記載のプレス加工用パンチ。
【請求項４】
電磁鋼板を圧縮変形させる打込面と当該打込面と交差する側面とを備え、これら打込面と側面とがこれらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチを用いて、
磁石を回転電機の回転軸心に沿う状態で前記電磁鋼板の外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った前記磁石穴の縁部と前記電磁鋼板のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮するプレス加工工程と、
前記プレス加工した前記電磁鋼板の複数を積層する積層工程と、を有する回転電機のロータの製造方法。
【請求項５】
電磁鋼板を圧縮変形させる打込面と当該打込面と交差する側面とを備え、これら打込面と側面とがこれらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチを用いて、
磁石を回転電機の回転軸心に沿う状態で前記電磁鋼板の外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った前記磁石穴の縁部と前記電磁鋼板のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮し、
前記領域を圧縮した電磁鋼板の複数を積層して形成された回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁鋼板をプレス加工するプレス加工用パンチ、および、当該電磁鋼板の複数を積層して形成された回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式の回転電機は、複数の電磁鋼板を積層して形成したロータ鉄心と、当該ロータ鉄心に設けられた磁石穴に挿入される永久磁石とを備えるロータを有する。
【０００３】
特許文献１には、このような電磁鋼板をプレス加工する技術が記載してある。詳述すると、電磁鋼板における磁石を抱えるブリッジ部の一部に、基材の一表面より窪んだ領域である段差部をプレス加工用パンチによって形成する。プレス加工により段差を設けると、くぼみ部分の領域の端に盛上部が生じる。当該盛上部が形成されると、電磁鋼板の厚みの寸法精度が劣り、回転電機のロータコアを形成する際に電磁鋼板を積層した場合、盛上部の分だけ積層構造に隙間ができる。そのため、ロータコアの完成精度が低下し、所定寸法に収めようとすれば、積層する電磁鋼板の枚数が少なくなる場合も生じうる。そこで、段差部を形成することによって生じた盛り上がりを平坦化する処理を行い、電磁鋼板の厚みの寸法精度を向上させていた。
【０００４】
ロータコアを所定寸法に収めて形成するためには、許容される盛上部を３μｍ以下に抑える必要がある。特許文献１に記載の方法では、段差部を設ける際にできた盛上部は、平坦化処理を行うことで許容範囲以下に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法では、電磁鋼板をプレス加工して生じた盛上部を許容寸法に抑えるべく平坦化処理を行う必要があるため、煩雑であった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、簡便にかつ精度よく電磁鋼板をプレス加工できるプレス加工用パンチ、および、当該電磁鋼板を積層して形成された回転電機のロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るプレス加工用パンチの第一特徴構成は、複数枚を積層して回転電機のロータを構成する電磁鋼板の夫々に対し、磁石を前記回転電機の回転軸心に沿う状態で外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った前記磁石穴の縁部と前記電磁鋼板のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮するよう、
前記電磁鋼板に当接して前記電磁鋼板を圧縮変形させる打込面と、当該打込面と交差する側面とを備え、これら打込面と側面とは、これらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設した点にある。
【０００９】
プレス加工用パンチを電磁鋼板に打ち込んだ際には、打込面が電磁鋼板に対して打撃力を付加する。特に、本発明のプレス加工用パンチは面取り部を備えていないため、面取り部が電磁鋼板に対して打撃力を付加することはなく、電磁鋼板に付加される塑性変形は、打込面によって打撃力を付加された部位のみとなる。このため、電磁鋼板は打込面が打ち込まれた打込方向のみが塑性変形し、打込方向とは異なる方向に塑性変形することはない。そのため、本発明のプレス加工用パンチによってプレス加工すれば、形成されるプレス段差部の周縁に盛上部が形成され難くなる。
従って、本構成によれば、プレス加工後の平坦化処理を行う必要がないなど、簡便にかつ精度よく電磁鋼板をプレス加工することができる。
【００１０】
本発明に係るプレス加工用パンチの第二特徴構成は、前記側面の周囲であって、前記打込面から打込方向手前側に、前記電磁鋼板の表面を押圧する押圧面を接続した点にある。
【００１１】
仮にプレス加工によってプレス段差部の周縁に盛上部が形成されたとしても、本構成のように電磁鋼板の表面を押圧する押圧面が設けてあれば、プレス加工用パンチを電磁鋼板に打ち込んだときに当該押圧面がプレス段差部の周縁を押圧して、盛上部を押圧することができる。その結果、当該盛上部をプレス加工用パンチの打ち込みと略同時に押圧して、プレス段差部の周縁を直ちに平坦化することができる。
【００１２】
本発明に係るプレス加工用パンチの第三特徴構成は、前記押圧面が、前記打込面から離間するほど前記打込方向手前側に後退する点にある。
【００１３】
本構成によれば、押圧面が、打込面から離間するほど打込方向手前側に後退するように、テーパ状に形成してある。そのため、押圧面は、プレス段差部の周縁のみを押圧することができる。従って、仮にプレス加工によって盛上部が形成されたとしても、当該盛上部が形成されるプレス段差部の周縁のみを押圧して盛上部を平坦化することができる。
さらに、本構成であれば、そのテーパ形状のため、押圧面がプレス段差部の周囲から離間するにしたがい、電磁鋼板の表面を押圧し難くなっている。これにより、押圧面がプレス段差部の周縁から離間した部位を押圧して、プレス段差部の周縁を押圧しないといった事態を回避して、押圧面は確実にプレス段差部の周縁を押圧することができる。
【００１４】
本発明に係る回転電機のロータの製造方法の特徴構成は、電磁鋼板を圧縮変形させる打込面と当該打込面と交差する側面とを備え、これら打込面と側面とがこれらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチを用いて、
磁石を回転電機の回転軸心に沿う状態で前記電磁鋼板の外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った前記磁石穴の縁部と前記電磁鋼板のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮するプレス加工工程と、
前記プレス加工した前記電磁鋼板の複数を積層する積層工程と、を有する点にある。
【００１５】
本方法では、打込面と側面との境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチを用いて電磁鋼板をプレス加工するため、形成されるプレス段差部の周縁に盛上部は形成され難くなる。よって、プレス加工工程を行なった後の電磁鋼板を平坦化処理することなく、当該電磁鋼板を積層してロータを製造することができるため、簡便、迅速かつ精度よくロータを製造することができる。
【００１６】
本発明に係る回転電機のロータの特徴構成は、電磁鋼板を圧縮変形させる打込面と当該打込面と交差する側面とを備え、これら打込面と側面とがこれらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチを用いて、
磁石を回転電機の回転軸心に沿う状態で前記電磁鋼板の外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴の外側領域のうち、径方向に沿った前記磁石穴の縁部と前記電磁鋼板のエッジ部との距離が最も短い領域を含む領域を板厚方向に圧縮し、
前記領域を圧縮した電磁鋼板の複数を積層して形成された点にある。
【００１７】
本構成によれば、打込面と側面との境界位置に面取り部を備えない状態で連設してあるプレス加工用パンチを用いて電磁鋼板をプレス加工するため、形成されるプレス段差部の周縁に盛上部は形成され難くなる。従って、本構成の回転電機のロータは、プレス加工を行なった後の厚み精度の優れた電磁鋼板を積層して形成するため、寸法精度の優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電磁鋼板を示す上面視外略図である。
【図２】プレス段差部を形成した電磁鋼板の要部概略図である。
【図３】プレス段差部を形成した電磁鋼板の要部概略図である。
【図４】本発明のプレス加工用パンチの概略図である。
【図５】電磁鋼板を積層して形成されたロータの斜視図である。
【図６】本発明のプレス加工用パンチを使用してプレス加工する場合の概略図である。
【図７】従来のプレス加工用パンチを使用してプレス加工する場合の概略図である。
【図８】本発明の別実施形態のプレス加工用パンチの概略図である。
【図９】本発明の別実施形態のプレス加工用パンチの概略図である。を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のプレス加工用パンチは、例えばハイブリッド車や電気自動車の駆動源として利用可能な回転電機のロータを構成する電磁鋼板をプレス加工する。本実施形態では、当該回転電機を永久磁石型モータである電動モータとして使用する場合のロータを構成する電磁鋼板をプレス加工する場合について説明する。
【００２０】
図１〜４に示したように、本発明のプレス加工用パンチＸは、複数枚を積層して回転電機のロータを構成する電磁鋼板１０の夫々に対し、永久磁石２０を回転電機の回転軸心Ｚに沿う状態で外周縁部の近傍で貫通保持する磁石穴１１の外側領域のうち、径方向に沿った磁石穴１１の縁部と電磁鋼板１０のエッジ部１３との距離が最も短い領域を含む領域を板厚ｔ方向に圧縮するよう、電磁鋼板１０に当接して電磁鋼板１０を圧縮変形させる打込面１と、打込面１と交差する側面２とを備え、これら打込面１と側面２とは、これらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してある。
【００２１】
ロータは、複数の電磁鋼板１０を積層させて構成される。当該電磁鋼板１０には、その径方向の外側領域に、その周方向に沿って、永久磁石２０を配置する磁石穴１１を複数形成してある。永久磁石２０は、複数の電磁鋼板１０を積層させ、各電磁鋼板１０に形成された磁石穴１１を連通させて形成された空間に貫通保持される。
ロータの径方向外側には、ロータと同様に複数の電磁鋼板を積層させて構成されるステータが配置される。ステータにはコイルが配置され、コイルに通電を行うことにより、ステータに磁界が発生し、永久磁石２０を備えたロータが回転する。
【００２２】
本実施形態の磁石穴１１は、永久磁石２０の電磁特性に鑑み、電磁鋼板１０のエッジ部１３から磁石穴１１の両端部のそれぞれの距離は、異なるように設計されている。よって、磁石穴１１における縁部のうち最もエッジ部１３に近い外方縁部１２と、当該エッジ部１３との間の領域であるアウターブリッジ部１４が「径方向に沿った磁石穴１１の縁部と電磁鋼板１０のエッジ部１３との距離が最も短い領域」となる。
当該アウターブリッジ部１４には、ロータの回転時に永久磁石２０に働く遠心力に基づいて高い応力が作用する。従って、アウターブリッジ部１４の周辺を強化できれば、低鉄損の電磁鋼板のままロータをさらに高速回転させることができるようになる。
本発明のプレス加工用パンチＸは、アウターブリッジ部１４を板厚方向に圧縮してアウターブリッジ部１４の周辺を強化する。
【００２３】
打込面と側面とが交差する角部３は、これらの境界位置に面取り部を備えない状態で連設してある。「面取り部を備えない状態」とは、打込面および側面が例えば直交交差する所謂「ピン角」のことであるが、鋭い縁を有するように成形すれば、直交する態様に限定されるものではない。尚、角部３は、使用によって多少磨耗した場合であっても、鋭い縁を有する状態を維持できれば「面取り部を備えない状態」態様に含まれる。
【００２４】
プレス加工用パンチＸは、例えばＳＫＤ１１（合金工具鋼）、ＳＫＨ５１（高速度工具鋼）、ＳＫＨ４０（粉末高速度工具鋼）などで形成されるが、これらに限られるものではない。プレス加工用パンチＸは、打込面の面圧が、例えば３９０〜６００ｋｇ/ｍｍ2程度を有する、圧縮強度の高い材質で構成するとよい。
【００２５】
プレス加工用パンチＸを電磁鋼板１０におけるアウターブリッジ部１４に打ち込むプレス加工工程を行なうことにより、プレス段差部３０が形成される（図２，３）。
図２および図３（ｂ）には、当該プレス段差部３０に対向する位置に別のプレス段差部３０’を形成して、電磁鋼板１０の表裏をプレス加工する場合を示す。これら一対のプレス段差部３０，３０’は、各別に形成してもよく、同時に形成してもよい。また、電磁鋼板１０の周囲に形成される全てのプレス段差部３０，３０’についても各別に形成してもよく、同時に形成してもよい。
また、図３（ｃ）には、電磁鋼板１０の片面にのみプレス段差部３０を形成する場合を示す。
【００２６】
通常、鋼板をプレス加工した場合、形成されたプレス段差部３０の周辺は強化（歪強化）することができる。即ち、プレス加工の際に鋼板に対して打撃力を加えることで、金属結晶に塑性変形を与え、結晶中の転位を増加させて硬化させることができる。本実施形態のように電磁鋼板１０の表裏にプレス段差部３０、３０’を形成すれば、プレス段差部３０、３０’の周辺、特にプレス段差部３０、３０’で挟まれた領域を歪強化することができる。これにより、電磁鋼板１０におけるアウターブリッジ部１４の周辺を強化することができるため、低鉄損の電磁鋼板のままロータをさらに高速回転させることができる。
【００２７】
本発明のプレス加工用パンチＸは面取り部１０３を備えていないため、電磁鋼板１０に打ち込んだ際には、打込面１のみが電磁鋼板１０に対して打撃力を付加することができる。従って、電磁鋼板１０に付加される塑性変形は、打込面１によって打撃力を付加された部位のみとなるため、電磁鋼板１０は打込方向のみが塑性変形する。そのため、本発明のプレス加工用パンチＸによってプレス加工すれば、プレス段差部３０の周縁が盛り上がる盛上部は形成され難くなる。
【００２８】
回転電機のロータＲは、プレス加工した電磁鋼板１０の複数を積層する積層工程を行い、さらに、積層した電磁鋼板１０を樹脂射出成形用の金型に投入して射出成形を行うことにより製造される（図５）。
【００２９】
〔実施例〕
本発明のプレス加工用パンチＸおよび従来のプレス加工用パンチＹを使用して電磁鋼板１０をプレス加工し、形成されたプレス段差部３０の周縁がどのように変化するか、を比較した。
【００３０】
本発明のプレス加工用パンチＸにおける角部３は、打込面およびその側面が直交交差して形成される。一方、従来のプレス加工用パンチＹにおいて、その打込面１０１およびその側面１０２は、ある程度の曲率（Ｒ＝０．１）を有する面取り部１０３を介して接続している。プレス加工の結果を図６，７に示した。
【００３１】
両方のプレス加工用パンチは共に、長辺０．９５ｍｍ、短辺０．２５ｍｍのプレス段差部３０を形成した。従来のプレス加工用パンチＹにおいてで形成したプレス段差部３０の周縁には０．０１〜０．０１６ｍｍ程度の盛上部１０４（図７）が認められたが、本発明のプレス加工用パンチＸで形成したプレス段差部３０の周縁には、盛上部は殆ど認められなかった。
【００３２】
従来のプレス加工用パンチＹは所定の曲率を有する面取り部１０３を有する。当該プレス加工用パンチＹを電磁鋼板１０に打ち込んだ際には、打込面１０１および面取り部１０３が電磁鋼板１０に対して打撃力を付加する。打込面１０１に連設される面取り部１０３は、自身が有する曲率のため、当該打込み時には電磁鋼板１０の被打込面に対して打込方向（板厚方向）とは異なる方向に打撃力を付加する。
即ち、打込面１０１によって打撃力を付加された被打込面は、電磁鋼板１０の板厚方向に塑性変形するが、面取り部１０３によって打撃力を付加された被打込面は、面取り部１０３が有する曲率のため打込方向とは異なる方向に塑性変形する。そのため、面取り部１０３が引き起こした当該塑性変形の一部が電磁鋼板１０の表面（プレス段差部３０の周囲）に現れて盛上部１０４が形成される。
【００３３】
一方、本発明のプレス加工用パンチＸは面取り部１０３を備えていないため、電磁鋼板１０に打ち込んだ際には、電磁鋼板１０は、打込面１によって打撃力を付加された部位のみが打込方向に塑性変形するため、盛上部１０４は形成され難い。
【００３４】
〔別実施の形態１〕
図８に示したように、側面２の周囲において、打込面１から打込方向手前側に、電磁鋼板１０の表面を押圧する押圧面４を接続してもよい。
上述した実施例では、本発明のプレス加工用パンチＸによってプレス加工したとしても、盛上部１０４は形成され難いことを説明した。しかし、仮に盛上部１０４が形成されたとしても、本構成のように押圧面４を設けると、プレス加工用パンチＸを電磁鋼板１０に打ち込んだときに押圧面４がプレス段差部３０の周縁を押圧して盛上部１０４を押圧し、当該盛上部１０４を直ちに平坦化することができる。
【００３５】
〔別実施の形態２〕
図９に示したように、押圧面４が、打込面１から離間するほど打込方向手前側に後退するように形成してもよい。
盛上部１０４が形成される場合は、プレス段差部３０の周縁に形成される。本構成では、押圧面４が、打込面１から離間するほど打込方向手前側に後退するように、テーパ状に形成してある。そのため、押圧面４は、プレス段差部３０の周縁のみを押圧することができる。従って、仮に盛上部１０４が形成されたとしても、当該盛上部１０４が形成されるプレス段差部３０の周縁のみを押圧して盛上部１０４を平坦化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、回転電機のロータを構成すべく複数枚が積層される電磁鋼板をプレス加工するプレス加工用パンチに利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
Ｘ          プレス加工用パンチ
ｔ          板厚
Ｚ          回転軸心
１          打込面
２          側面
４          押圧面
１０        電磁鋼板
１１        磁石穴
１２        縁部
１３        エッジ部
２０        磁石
【図１】
2012029427.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012029427.tif 000008
【図７】
2012029427.tif 000009
【図８】
2012029427.tif 000010
【図９】
2012029427.tif 000011