(57)【要約】【課題】金属シート材を圧縮することなく引っ張り状態でせん断して打ち抜くことができて、打ち抜き部分に残留歪が生じるのを抑制することができる金属シート材の打ち抜き方法及び打ち抜き装置を提供する。【解決手段】刃先１３，１６を有するダイ１１及びパンチ１５を用いて、金属シート材Ｍを打ち抜く。ダイ１１及びパンチ１５のうちで、少なくともダイ１１の刃先角Ｒ１が９０度以下のものを用いる。パンチ１５に設けられた応力付与部１７により、金属シート材Ｍに降伏点を越えないように引張応力を作用させた状態で、金属シート材Ｍの打ち抜きを行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ刃先を有するダイ及びパンチを用いて金属シート材を打ち抜くようにした金属シート材の打ち抜き方法において、
前記ダイ及びパンチとしてそれぞれ刃先角が９０度以下のものを用いるとともに、前記金属シート材に降伏点を越えない範囲で引張応力を作用させた状態で、金属シート材の打ち抜きを行うことを特徴とした打ち抜き方法。
【請求項２】
金属シート材に孔を打ち抜くに際して、孔の内側位置の金属シート材に引張応力を作用させることを特徴とした請求項１に記載の打ち抜き方法。
【請求項３】
回転電機のコアを構成するコア板を打ち抜くことを特徴とした請求項１または２に記載の打ち抜き方法。
【請求項４】
金属シート材を張設状態で保持するための保持手段と、保持された金属シート材を打ち抜くための刃先をそれぞれ有するダイ及びパンチとを備えた金属シート材の打ち抜き装置において、
前記ダイ及びパンチの刃先角を９０度以下に設定し、
前記パンチには金属シート材の打ち抜きに先立って、金属シート材にその降伏点を越えない範囲で引張応力を作用させるための応力付与部を設けたことを特徴とする打ち抜き装置。
【請求項５】
前記応力付与部を前記パンチの先端面に設けられた突部により構成したことを特徴とする請求項４に記載の打ち抜き装置。
【請求項６】
前記突部よりなる応力付与部の輪郭を刃先の輪郭よりも小さく、かつ応力付与部の輪郭の相似形にしたことを特徴とする請求項５に記載の打ち抜き装置。
【請求項７】
前記突部よりなる応力付与部をパンチの先端面に脱着交換可能に取り付けたことを特徴とする請求項５または６に記載の打ち抜き装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属シート材から回転電機のコアを構成するコア板等を打ち抜く場合等に用いられる打ち抜き方法及び打ち抜き装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の金属シート材の打ち抜き装置においては、抜き孔の開口端縁に刃先を有するダイに対して、先端周縁に刃先を有するパンチが接離可能に対向配置されている。そして、ダイ上の打ち抜き位置に金属シート材が配置された状態で、パンチがダイに向かって接近移動されることにより、そのパンチ及びダイの刃先間で金属シート材が打ち抜かれる。
【０００３】
ところが、この打ち抜き装置により、金属シート材が打ち抜かれる際には、パンチの刃先により金属シート材の打ち抜き部分が圧縮や引張り等によって塑性変形され、その後にせん断される。このため、金属シート材の打ち抜き部分に残留歪が生じて、打ち抜き製品の品質低下を招いていた。例えば、磁性鋼板よりなる金属シート材からモータ等の回転電機におけるステータコア等のコア板を打ち抜き成形した場合、残留歪が生じると、磁気特性の低下を招いていた。特に、この残留歪が回転電機のコイルを巻回するティース部に発生すると、回転電機の性能に大きな影響が与えられる。
【０００４】
このような問題に対処する方法として、アニールによる歪の緩和，ワイヤカットによる加工法，シェービング加工による歪の除去等が考えられる。しかしながら、アニールによる歪の緩和は、せん断加工後において熱処理炉による熱処理が必要なため、加工に要する全体の時間が長くなる。ワイヤカットによる加工法は、加工に要する時間が長くなるばかりでなく、ワークの歩留まりが良くない。シェービング加工による歪の除去は、せん断後にシェービング加工が必要になって、アニールによる歪の除去と同様に加工に要する全体時間が長くなる。
【０００５】
また、例えば特許文献１〜特許文献３に開示されるような打ち抜き方法も従来から提案されている。
特許文献１に記載の従来方法においては、第１工程で予備成形パンチ及びダイにより、金属シート材上に傾斜面を有する窪みを形成する。そして、次の第２工程で穿孔用パンチ及びダイにより、金属シート材の窪みに貫通孔を打ち抜き成形する。
【０００６】
特許文献２に記載の従来方法においては、先端部に、除肉突起と、せん断部と、前段整形部とを備えたパンチを使用している。また、抜き孔の開口端部に、テーパ状の受孔を備えたダイを使用している。そして、このパンチ及びダイにより、金属シート材に貫通孔を打ち抜き成形する際には、まず除肉突起により金属シート材の打ち抜き部をダイの抜き孔内に押し込む。続いて、ダイの抜き孔内に押し込まれた部分をせん断部によりせん断して、貫通孔を打ち抜き成形している。その後、貫通孔を前段整形部により整形して、前段ビス座を形成している。
【０００７】
特許文献３に記載の従来方法においては、抜き孔の開口端部に、刃先と、その刃先から抜き孔に向かって縮径方向に傾斜して延びる第１及び第２テーパ面からなる切面とを備えたダイを使用している。そして、このダイ及びパンチにより、金属シート材に打ち抜き加工を施すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−５０４１１号公報
【特許文献２】特開２００４−６６３１５号公報
【特許文献３】特開２００８-１３２５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの特許文献１〜特許文献３の従来の打ち抜き方法においては、次のような問題があった。
特許文献１に記載の従来方法では、金属シート材上に窪みを形成する工程と、その窪みに貫通孔を打ち抜き成形する工程とが別になっている。このため、加工の要する時間が長くなるばかりでなく、特に窪みの形成により残留歪が生じるおそれがあった。
【００１０】
また、特許文献２及び特許文献３に記載の従来方法では、ダイの抜き孔の開口端部にテーパ面が設けられて、ダイの刃先が鈍角状に形成されている。このため、パンチ及びダイにより金属シート材に打ち抜き加工が施される際に、金属シート材の打ち抜き部分がダイのテーパ面に沿って抜き孔内に引き込まれながら変形されて、せん断により打ち抜かれる。よって、変形によって残留歪が生じるばかりでなく、打ち抜き部分の引き込みによりせん断力が低下して、せん断面にバリが生じるばかりでなく、塑性変形により残留歪が生じるおそれがあった。
【００１１】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、打ち抜き部分に残留歪が生じることを防止できるとともに、高精度にせん断できる金属シート材の打ち抜き方法及び打ち抜き装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、打ち抜き方法に係る発明では、それぞれ刃先を有するダイ及びパンチを用いて金属シート材を打ち抜くようにした金属シート材の打ち抜き方法において、前記ダイ及びパンチとしてそれぞれ刃先角が９０度以下のものを用いるとともに、前記金属シート材に降伏点を越えないように引張応力を作用させた状態で、金属シート材の打ち抜きを行うことを特徴としている。
【００１３】
従って、この発明の金属シート材の打ち抜き方法においては、金属シート材は塑性変形されることなく、金属シート材に作用する引張応力によってせん断力が助長された状態で打ち抜かれる。それとともに、刃先角が９０度以下のパンチ及びダイを用いているので、金属シート材がダイの抜き孔内に引き込まれることなく、ダイの刃先位置で正確に打ち抜きが行われる。このため、金属シート材の打ち抜き部分に残留歪が生じることを防止できるとともに、高精度打ち抜きが可能となる。よって、打ち抜き部分の残留歪等に起因する打ち抜き製品の品質低下を防止することができる。
【００１４】
前記の打ち抜き方法において、金属シート材に孔を打ち抜くに際して、孔の内側位置の金属シート材に引張応力を作用させるとよい。
前記の打ち抜き方法において、回転電機のコアを構成するコア板を打ち抜くとよい。
【００１５】
また、打ち抜き装置に係る発明では、金属シート材を打ち抜くための刃先を有するダイ及びパンチと、前記金属シート材を打ち抜き位置で保持するための保持手段とを備えた金属シート材の打ち抜き装置において、前記ダイ及びパンチのうちで、少なくともダイの刃先角を９０度以下に設定し、前記パンチには金属シート材の打ち抜きに先立って、金属シート材にその降伏点を越えない範囲で引張応力を作用させるための応力付与部を設けたことを特徴としている。
【００１６】
前記の打ち抜き装置において、前記応力付与部を前記パンチの先端面に設けられた突部により構成するとよい。
前記の打ち抜き装置において、前記突部よりなる応力付与部の輪郭を刃先の輪郭よりも小さく、かつ応力付与部の輪郭の相似形となるように構成するとよい。
【００１７】
前記の打ち抜き装置において、前記突部よりなる応力付与部をパンチの先端面に脱着交換可能に取り付けるとよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、この発明によれば、金属シート材を高精度に打ち抜くことができるとともに、打ち抜き部分に残留歪が生じることを防止できるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の金属シート材の打ち抜き装置を示す部分断面図。
【図２】図１の打ち抜き装置におけるパンチの底面図。
【図３】同打ち抜き装置の打ち抜き動作状態を示す部分断面図。
【図４】図３に続いて打ち抜き動作状態を示す部分断面図。
【図５】同打ち抜き装置により打ち抜き加工されるモータのステータコアのコア板を示す平面図。
【図６】図５のステータコアのコア板を磁性鋼板よりなる金属シート材から打ち抜き加工する場合の方法を示す部分平面図。
【図７】第２実施形態の金属シート材の打ち抜き装置を示す部分断面図。
【図８】実施形態の打ち抜き装置により打ち抜き可能なモータのロータコアのコア板を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下に、この発明を金属シート材からモータのステータコア用のコア板を打ち抜くための打ち抜き方法及び打ち抜き装置に具体化された第１実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２１】
図５に示すように、この実施形態の打ち抜き装置により打ち抜き成形されるステータコアのコア板Ｃ１は、円環状のヨーク部Ｃｙと、そのヨーク部Ｃｙの内周に所定の角度間隔をおいて突設された複数のティース部Ｃｔとを備えている。各ティース部Ｃｔにはコイル（図示しない）が巻回される。コア板Ｃ１は、磁性鋼板よりなる。
【００２２】
前記コア板Ｃ１の打ち抜き成形時には、図６に実線で示すように、前記磁性鋼板よりなる金属シート材Ｍに対して、ティース部Ｃｔの両側を形成するための複数の孔Ａが打ち抜かれる。続いて、図６に一点鎖線で示すように、金属シート材Ｍ上の孔Ａの形成部分の外周側及び内周側に対して、コア板Ｃ１の外周縁Ｃａ及び内周縁Ｃｂが打ち抜き成形されることにより、コア板Ｃ１が形成される。内周縁Ｃｂの打ち抜き成形によりティース部Ｃｔの先端が形成され、その結果ティース部Ｃｔが形成される。そして、この実施形態の打ち抜き装置は、磁性鋼板よりなる金属シート材Ｍからティース部Ｃｔ用の孔Ａを打ち抜き成形する場合に具体化されている。
【００２３】
図１に示すように、この実施形態の打ち抜き装置においては、中心に抜き孔１２を有するダイ１１が装備され、その抜き孔１２の開口端部の周縁には刃先１３が形成されている。このダイ１１の刃先１３は、その刃先角Ｒ１が９０度以下（実施形態では９０度）となるように設定されている。ダイ１１の上部には、金属シート材Ｍを打ち抜き位置で保持するための保持手段としての環状のストリッパ１４が接離可能に対向配置されている。ダイ１１の抜き孔１２の上方においてストリッパ１４内には、パンチ１５が上下方向へ相対移動可能に配置されている。パンチ１５の先端外周縁には、ダイ１１の刃先１３と対応する刃先１６が形成されている。このパンチ１５の刃先１６は、その刃先角Ｒ２が９０度以下（実施形態では９０度）となるように設定されている。そして、図６に示すように、ダイ１１及びパンチ１５の刃先１３，１６により、金属シート材Ｍにティース部Ｃｔ用の孔Ａが打ち抜き成形される。
【００２４】
図１及び図２に示すように、前記パンチ１５の先端面には、金属シート材Ｍの打ち抜きに先立って、金属シート材Ｍにその降伏点を越えないように引張応力を作用させるための応力付与部１７が形成されている。この応力付与部１７は、パンチ１５の先端面に一体に形成された突部によって構成されている。そして、この突部よりなる応力付与部１７の輪郭が、パンチ１５の刃先１６の輪郭と相似形で、その輪郭よりも小さくなるように形成されている。
【００２５】
次に、前記のように構成された打ち抜き装置により、ステータコアのコア板Ｃ１におけるティース部Ｃｔ用の孔Ａを打ち抜き成形する場合の打ち抜き方法について説明する。
この打ち抜き装置の動作時には、図１に示すように、ストリッパ１４の下降により、金属シート材Ｍがダイ１１とストリッパ１４との間に挟持固定されて、ダイ１１上の所定の打ち抜き位置に押圧保持される。この状態で、パンチ１５がダイ１１に向かって接近移動されると、図３に示すように、パンチ１５の先端面に設けられた突部よりなる応力付与部１７が金属シート材Ｍに当接して、その応力付与部１７により金属シート材Ｍに降伏点を越えない範囲で引張応力が付与される。このとき、応力付与部１７の輪郭がパンチ１５の刃先１６の輪郭よりも小さい相似形となるように形成されているので、図３に示すように、応力付与部１７の輪郭と刃先１６の輪郭との間に刃先１６，１３の延長方向において全周ほぼ一様な断面形状の隙間Ｓが形成される。
【００２６】
そして、図４に示すように、この引張応力の作用状態において、金属シート材Ｍがパンチ１５及びダイ１１の刃先１６，１３間でせん断により打ち抜かれて、ティース部Ｃｔ用の孔Ａが形成される。この場合、金属シート材Ｍが引張応力の作用状態でせん断により打ち抜かれるため、その引張応力によってせん断力が自然に助長される。それとともに、ダイ１１及びパンチ１５の刃先１３，１６の刃先角Ｒ１，Ｒ２が９０度以下となるように設定されているため、金属シート材Ｍが刃先１３，１６間で曲がり等を生じることなく、良好な切れ味で鋭利に打ち抜かれる。よって、金属シート材Ｍの打ち抜き部分、つまりティース部Ｃｔ用の孔Ａの周縁部に残留歪が発生するおそれはなく、高品質のコア板Ｃ１を形成することができる。
【００２７】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）  この実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置においては、ダイ１１及びパンチ１５の刃先角Ｒ１が９０度のものを用いている。そして、パンチ１５に設けられた応力付与部１７により、金属シート材Ｍに降伏点を越えないように引張応力を作用させた状態で、金属シート材Ｍの打ち抜きを行うようにしている。
【００２８】
このため、パンチ１５及びダイ１１の刃先１６，１３間において金属シート材Ｍに曲げや延び等の塑性変形を生じさせることなく、引張応力を作用させた状態でせん断により打ち抜くことができる。このため、金属シート材Ｍに作用する引張応力によってせん断力を助長させることができ、金属シート材Ｍを良好な切れ味で鋭利にかつ正確に打ち抜くことができる。よって、従来方法とは異なり、打ち抜き部分に残留歪が生じることを防止することができて、打ち抜き製品の品質が低下するおそれを防止することができ、しかも高精度なコア板Ｃ１を形成できる。
【００２９】
（２）  この実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置では、ダイ１１及びパンチ１５として、刃先角Ｒ１，Ｒ２が９０度のものを用いている。このため、金属シート材Ｍをダイ１１の抜き孔１２内に引き込むことなく、ダイ１１及びパンチ１５の刃先１３，１６間で鋭利に打ち抜くことができる。また、刃先角Ｒ１，Ｒ２が９０度未満の鋭角をなす場合と比較して、刃先１３，１６の鈍化を遅らせることができて、ダイ１１及びパンチ１５の耐久性を向上できる。
【００３０】
（３）  この実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置では、磁性鋼板よりなる金属シート材Ｍから、モータのステータコアにおけるコア板Ｃ１を打ち抜く場合に具体化している。このため、ステータコアのコア板Ｃ１の打ち抜き成形に際して、コイルを巻回するティース部Ｃｔに残留歪が生じることを防止することができて、そのティース部Ｃｔの残留歪により磁気特性の低下を招くおそれを防止することができる。従って、磁気特性に優れ、高効率の回転電機を得ることができる。
【００３１】
（４）  この実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置では、ティース部Ｃｔの両側を形成するための複数の孔Ａを打ち抜くためのダイ１１及びパンチ１５において前記の構成及び方法が実現されている。従って、コアの磁気特性に大きな影響を与えるティース部Ｃｔの両側を高精度に成形できる。
【００３２】
（５）  この実施形態の打ち抜き装置においては、前記応力付与部１７がパンチ１５の先端面に設けられた突部により構成されている。このため、応力付与部１７をパンチ１５に対して簡単にかつ丈夫に付設することができる。
【００３３】
（６）  この実施形態の打ち抜き装置においては、前記突部よりなる応力付与部１７の輪郭がパンチ１５の刃先１６の輪郭よりも小さい相似形となるように構成されている。このため、応力付与部１７により金属シート材Ｍに引張応力が付与されるとき、応力付与部１７の輪郭と刃先１６の輪郭との間に刃先１６，１３の延長方向において全周一様な断面形状の隙間Ｓが形成される。よって、刃先１６，１３の延長方向において金属シート材Ｍにほぼ均一な引張応力が付与されて、金属シート材Ｍを高精度に打ち抜くことができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、この発明を具体化した金属シート材の打ち抜き装置の第２実施形態を前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３５】
この第２実施形態においては、図７に示すように、突部よりなる応力付与部１７が、複数のボルト２０によりパンチ１５の先端面に脱着交換可能に取り付けられている。そして、金属シート材Ｍの材質や板厚等が変更された場合に、応力付与部１７を高さや面積が異なったものと脱着交換して、金属シート材Ｍに作用する引張応力を調整するようになっている。
【００３６】
従って、この第２実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（６）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（７）  この実施形態の打ち抜き装置においては、前記突部よりなる応力付与部１７がパンチ１５の先端面に脱着交換可能に取り付けられている。このため、突部の高さや面積が異なった複数種の応力付与部１７を用意しておけば、金属シート材Ｍの材質や板厚等が変更された場合に、応力付与部１７を異なったものと脱着交換することによって、金属シート材Ｍに作用する引張応力を容易に調整することができる。
【００３７】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  前記各実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置を、図８に示すように、モータのロータコアを構成するコア板Ｃ２の成形において、永久磁石を収容するための複数の貫通孔Ｐを打ち抜く場合に具体化すること。
【００３８】
・  前記各実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置を、回転電機のコアを構成するコア板Ｃ１，Ｃ２とは異なった製品を打ち抜く場合に具体化すること。
・  前記各実施形態の打ち抜き方法及び打ち抜き装置を、電磁鋼板以外の材質，例えば、アルミ板、ステンレススチール板等の金属シートを打ち抜く場合に具体化すること。
【００３９】
・  ダイ１１及びパンチ１５の刃先角Ｒ１，Ｒ２を９０度未満に形成すること。このようにすれば、金属シート材Ｍに対する切れ味が向上する。
【符号の説明】
【００４０】
１１…ダイ、１３…刃先、１４…保持手段としてのストリッパ、１５…パンチ、１６…刃先、１７…応力付与部、Ｍ…金属シート材、Ｒ１，Ｒ２…刃先角、Ｃ１…ステータコアのコア板、Ｃｔ…ティース部、Ａ…孔、Ｃ２…ロータコアのコア板、Ｐ…貫通孔。
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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