本發(fā)明涉及疊片鐵芯的制造方法、疊片鐵芯以及用于制造疊片鐵芯的焊機(jī)。

背景技術(shù)：

疊片鐵芯為電動(dòng)機(jī)的部件，將加工為指定形狀的多片鐵芯片相互重疊并對(duì)它們進(jìn)行接合從而形成疊片鐵芯。電動(dòng)機(jī)具有由疊片鐵芯制成的轉(zhuǎn)子(rotor)及定子(stator)，并經(jīng)過(guò)在定子上卷繞線圈(coil)的工序、和在轉(zhuǎn)子上安裝軸的工序等而完成。以往，采用疊片鐵芯的電動(dòng)機(jī)被用作冰箱、空調(diào)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)工具等的驅(qū)動(dòng)源，近年來(lái)，也被用作混合動(dòng)力車的驅(qū)動(dòng)源。

作為在疊片鐵芯的制造過(guò)程中對(duì)在上下方向上相鄰的電磁鋼板之間進(jìn)行接合的方法，已知有焊接(參考日本專利實(shí)開(kāi)昭61-437號(hào)公報(bào))。通過(guò)單獨(dú)使用焊接進(jìn)行的接合，或通過(guò)并用焊接和型鍛部(swaged portion)進(jìn)行的接合在成本以及工作效率性方面較為優(yōu)異，以往被廣泛采用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
如日本專利實(shí)開(kāi)昭61-437號(hào)公報(bào)的第2圖所示，在層壓體的厚度方向的整體上形成焊縫(焊接部)的情況下，考慮到焊接的穩(wěn)定性，從焊接開(kāi)始至結(jié)束都在相同的條件下進(jìn)行。但是，根據(jù)本發(fā)明人們的研究，在于層壓體的厚度方向上形成一定長(zhǎng)度(例如，50mm以上)的焊縫的情況下，存在于焊縫的中途產(chǎn)生裂紋的頻率變高這一問(wèn)題(參考圖6)。本發(fā)明人們認(rèn)為，由于焊縫的層壓體的厚方向中央部的應(yīng)力變得最大，因此在焊縫上產(chǎn)生裂紋。如果在焊縫上產(chǎn)生裂紋，則存在無(wú)法滿足產(chǎn)品尺寸、機(jī)械強(qiáng)度等品質(zhì)要求的情況而使成品率下降。既存在于剛焊接后就觀察到焊縫裂紋的產(chǎn)生的情況，也存在于剛焊接后雖然未觀察到焊縫裂紋的產(chǎn)生，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后便觀察到的情況。因此，實(shí)施焊接之后，例如可進(jìn)行48小時(shí)的經(jīng)過(guò)觀察從而對(duì)產(chǎn)品的好壞進(jìn)行判定。上述經(jīng)過(guò)觀察的必要性成為妨礙制造過(guò)程效率化的一個(gè)原因。

本發(fā)明將對(duì)能夠充分高水平地實(shí)現(xiàn)較高的成品率以及制造過(guò)程的效率化這兩方面的疊片鐵芯的制造方法、疊片鐵芯以及焊機(jī)進(jìn)行說(shuō)明。

本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)所涉及的疊片鐵芯的制造方法包括：得到由多片鐵芯片相互重疊而成的層壓體的層壓工序，以及在層壓體的側(cè)面形成沿層壓體的厚度方向延伸的焊縫的焊接工序。在焊接工序中，使形成焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫的端部時(shí)的輸入熱量。

根據(jù)上述制造方法，通過(guò)使焊縫的中央部的輸入熱量比端部的輸入熱量更多，可充分高度地抑制在焊縫上產(chǎn)生裂紋。在以1次焊接增加中央部的輸入熱量的情況下，通過(guò)提高相對(duì)中央部的應(yīng)力的負(fù)荷能力(load bearing capacity)而抑制裂紋的產(chǎn)生，在分多次增加輸入熱量的情況下，通過(guò)在提高負(fù)荷能力的基礎(chǔ)上，緩和因先前的焊接而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而抑制裂紋的產(chǎn)生。因此，可不施行例如在實(shí)施焊接后的經(jīng)過(guò)觀察，并能夠使得疊片鐵芯的制造過(guò)程效率化。另外，通過(guò)將增加輸入熱量的部位限定于中央部，可充分地抑制因焊接時(shí)施加的熱量使疊片鐵芯的性能降低。

在使用如利用電弧放電的焊機(jī)(例如TIG焊機(jī))般的可通過(guò)電流值調(diào)整輸入熱量的焊機(jī)的情況下，在焊接工序中，優(yōu)選使形成焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的焊接電流值高于形成焊縫的端部時(shí)的焊接電流值。再者，在使用例如激光焊機(jī)的情況下，在焊接工序中，使形成焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的激光輸出高于形成焊縫的端部時(shí)的激光輸出即可。

為使形成焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫的端部時(shí)的輸入熱量，在焊接工序中，也可使形成焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的焊接速度慢于形成焊縫的端部時(shí)的焊接速度。或者，焊接工序也可包含對(duì)須形成焊縫的部位的長(zhǎng)度方向的中央部進(jìn)行多次焊接。此時(shí)，可在形成須形成焊縫的部位的整體之后對(duì)中央部進(jìn)行再次焊接，也可在只對(duì)中央部進(jìn)行焊接之后再對(duì)整體進(jìn)行焊接。另外，也可使多條焊縫在須形成焊縫的部位的中央部重疊。

本發(fā)明的其它觀點(diǎn)所涉及的疊片鐵芯具有由多片鐵芯片相互重疊而成的層壓體，以及在層壓體的側(cè)面沿層壓體的厚度方向延伸的焊縫。關(guān)于在與厚度方向正交的方向上的焊縫的截面面積，焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部的截面面積大于焊縫的端部的截面面積。如上所述，該疊片鐵芯可充分高度地抑制焊縫中的裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)，還可被十分高效地制造。另外，由于輸入熱量較多的部位被限定于中央部，因此可充分地抑制焊接時(shí)施加的熱量所導(dǎo)致的性能降低，以及焊縫的截面面積增大而使在疊片鐵芯的厚度方向上的電氣短路的產(chǎn)生增多所導(dǎo)致的性能降低。

本發(fā)明的其它觀點(diǎn)所涉及的焊機(jī)為用于制造上述疊片鐵芯的焊機(jī)。該焊機(jī)具有焊槍、使焊槍沿層壓體的側(cè)面在層壓體的厚度方向上移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及用于控制從焊槍向?qū)訅后w的側(cè)面的輸入熱量的控制部?？刂撇靠刂茝暮笜屜?qū)訅后w的輸入熱量，以使形成焊縫的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫的端部時(shí)的輸入熱量。通過(guò)該焊機(jī)，能夠十分高效地制造焊縫中的裂紋的產(chǎn)生被充分高度地抑制的疊片鐵芯。

根據(jù)本發(fā)明所涉及的疊片鐵芯的制造方法、疊片鐵芯以及焊機(jī)，能夠充分高水平地實(shí)現(xiàn)較高的成品率以及制造過(guò)程的效率化。

附圖說(shuō)明

圖1為表示由疊片鐵芯制成的定子的一個(gè)例子的立體圖。

圖2A為模式性地表示圖1中所示的疊片鐵芯的焊縫的深度的縱截面圖。

圖2B為圖2A的b-b線中的橫截面圖。

圖2C為圖2A的c-c線中的橫截面圖。

圖3為表示具有連續(xù)模的層壓體制造裝置的一個(gè)例子的示意圖。

圖4為表示用于制造鐵芯片的沖壓布局的一個(gè)例子的圖。

圖5為表示焊機(jī)的一個(gè)例子的示意圖。

圖6為表示在一定條件下橫跨層壓體的厚度方向的整體形成焊縫的情況下的焊接裂紋產(chǎn)生頻率的圖表。

圖7為表示實(shí)施例1～4中的焊接電流的曲線的圖表。

圖8為表示焊接電流和熔透面積(相對(duì)值)的關(guān)系的圖表。

圖9為表示實(shí)施例5中的焊接速度(焊槍的移動(dòng)速度)的曲線的圖表。

圖10為表示焊接速度和熔透面積(相對(duì)值)的關(guān)系的圖表。

圖11A為表示焊接工序的其它例子的模式圖。

圖11B為表示焊接工序的其它例子的模式圖。

圖11C為表示焊接工序的其它例子的模式圖。

圖12A為表示焊接工序的其它例子的模式圖。

圖12B為表示焊接工序的其它例子的模式圖。

圖13為表示焊縫的其它例子的模式圖。

圖14為表示焊縫的其它例子的模式圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在以下說(shuō)明中，對(duì)同一要素或是具有相同功能的要素用同一符號(hào)表示，并省略重復(fù)的說(shuō)明。

圖1為構(gòu)成定子的疊片鐵芯S的立體圖。疊片鐵芯S的形狀為大致圓筒形，位于中央部的開(kāi)口Sa為用于配置轉(zhuǎn)子(不圖示)的開(kāi)口。疊片鐵芯S具有大致圓環(huán)狀的軛部Sy和從軛部Sy的內(nèi)周側(cè)向中心方向延伸的齒部St。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的用途及性能，軛部Sy的寬度(圖1中的W)為2～40mm左右。圖1所示的疊片鐵芯S具有6個(gè)齒部St。應(yīng)予說(shuō)明，齒部St的個(gè)數(shù)不限定于6個(gè)。

如圖1所示，疊片鐵芯S具有由多片被加工為指定形狀的鐵芯片M相互重疊而成的層壓體10、形成于齒部St的型鍛部2、和在層壓體10的側(cè)面10a沿層壓體10的厚度方向延伸的多條焊縫11。在本實(shí)施方式中，共計(jì)3條焊縫從層壓體10的上面橫跨至下面(橫跨層壓體10的厚度方向的整體)而形成。應(yīng)予說(shuō)明，在此，雖然例示了并用利用型鍛部2進(jìn)行的接合和利用焊接(焊縫11)進(jìn)行的接合的情況，但也可單獨(dú)以焊接進(jìn)行接合。另外，焊縫11的條數(shù)不限定于3條，可根據(jù)疊片鐵芯的形狀、大小進(jìn)行設(shè)定，以滿足必需的強(qiáng)度。

圖2A為模式性地表示疊片鐵芯S的焊縫11的深度的縱截面圖。在焊縫11的長(zhǎng)度方向(層壓體10的厚度方向)的中央部11a處，焊縫11形成于從層壓體10的側(cè)面10a至與端部11b、11b相比更深的位置。圖2B為圖2A的b-b線中的橫截面圖。圖2C為圖2A的c-c線中的橫截面圖。即，關(guān)于在與層壓體10的厚度方向正交的方向上的焊縫11的截面面積(熔透面積)，上述焊縫11的長(zhǎng)度方向的中央部11a的截面面積大于焊縫11的端部11b、11b的截面面積。如后所述，這是由在焊接工序中，使形成焊縫11的長(zhǎng)度方向的中央部11a時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫11的端部11b、11b時(shí)的輸入熱量而引起的。

圖3為表示用于制造層壓體10的裝置的一個(gè)例子的示意圖。該圖所示的層壓體制造裝置100具有：安裝有放卷機(jī)構(gòu)C的展卷機(jī)110、從放卷機(jī)構(gòu)C拉出的帶狀的鐵芯材料(以下稱為“被加工板W”)的輸送裝置130、對(duì)被加工板W進(jìn)行沖壓加工的連續(xù)模140、和使連續(xù)模140工作的壓機(jī)120。

展卷機(jī)110以使放卷機(jī)構(gòu)C可自由旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)其進(jìn)行保持。構(gòu)成放卷機(jī)構(gòu)C的電磁鋼板的長(zhǎng)度例如為500～10000m。構(gòu)成放卷機(jī)構(gòu)C的電磁鋼板的厚度為0.1～0.5mm左右即可，從使疊片鐵芯S的磁力特性更優(yōu)異的觀點(diǎn)來(lái)看，也可為0.1～0.3mm左右。電磁鋼板(被加工板W)的寬度為50～500mm左右即可。

輸送裝置130具有從上下將被加工板W夾入的一對(duì)輥130a、130b。被加工板W經(jīng)由輸送裝置130而被導(dǎo)入連續(xù)模140。連續(xù)模140為用于對(duì)被加工板W連續(xù)實(shí)施沖壓加工、半沖壓加工、根據(jù)需要的復(fù)位等操作的機(jī)構(gòu)。

圖4為表示用于制造構(gòu)成層壓體10的鐵芯片M的沖壓布局的模式圖。在圖4的位置(a)處實(shí)施在被加工板W上形成定位孔P的工序。在圖4的位置(b)處實(shí)施形成分別構(gòu)成軛部Sy的內(nèi)周面和齒部St的側(cè)面的共計(jì)6個(gè)的開(kāi)口H1的工序。在圖4的位置(c)處實(shí)施在構(gòu)成齒部St的部分形成型鍛部2的工序。應(yīng)予說(shuō)明，在制造構(gòu)成層壓體10中的最下層的鐵芯片M時(shí)，形成穿孔(不圖示)以代替型鍛部2。在圖4的位置(d)處實(shí)施形成構(gòu)成開(kāi)口Sa的開(kāi)口H2的工序。在圖4的位置(e)處實(shí)施形成構(gòu)成軛部Sy的外周面的開(kāi)口H3的工序。通過(guò)形成開(kāi)口H3可得到圖4的位置(f)所示的形狀的鐵芯片M。通過(guò)對(duì)多片鐵芯片M進(jìn)行層壓可得到層壓體10(層壓工序)。

圖5為表示焊機(jī)的一個(gè)例子的示意圖，其表示從層壓體10上端進(jìn)行焊接的中途。該圖所示的TIG(Tungsten Inert Gas)焊機(jī)200具有：焊條210(焊槍)、惰性氣體輸出裝置220、使焊條210沿層壓體10的側(cè)面10a移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)230、以及用于控制從焊條210向?qū)訅后w10的側(cè)面10a的輸入熱量的控制裝置240(控制部)。在利用焊接夾具250a、250b將層壓體10夾入以在其厚度方向上施加壓縮力的狀態(tài)下，在層壓體10的側(cè)面10a形成焊縫11(焊接工序)。由此，可制造通過(guò)型鍛部2以及焊接對(duì)在上下方向上相鄰的鐵芯片M之間進(jìn)行接合而成的疊片鐵芯S。

在TIG焊接中，鎢被用作焊條210的原料。另外，為了將焊接部位從大氣中隔絕以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，可一邊將來(lái)自惰性氣體輸出裝置220的惰性氣體(氬、氦等)噴至焊接部位一邊實(shí)施焊接。移動(dòng)機(jī)構(gòu)230由沿層壓體10的側(cè)面10a在層壓體10的厚度方向上延伸的導(dǎo)向器231、和使可自由滑動(dòng)地設(shè)置于該導(dǎo)向器231的焊條支承體211滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(不圖示)構(gòu)成。作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體例子可列舉伺服電動(dòng)機(jī)(servomotor)等。

控制裝置240用于控制從焊條210向?qū)訅后w10的側(cè)面10a的輸入熱量。作為控制裝置240，可使用電腦。以往，在一系列的焊接作業(yè)中將焊接電流值以及焊接速度設(shè)為固定的條件。在該情況下，如圖6所示，存在于焊縫的中央部產(chǎn)生焊接裂紋的情況。與之相對(duì)的，如圖7的實(shí)施例1～4所示，在一系列的焊接作業(yè)中，通過(guò)在中途變更焊接電流值，以使形成焊縫11的中央部11a時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫11的端部11b、11b時(shí)的輸入熱量。通過(guò)這樣的焊接電流值的控制，可高度抑制焊接裂紋的產(chǎn)生。其結(jié)果是，焊接裂紋的產(chǎn)生為0％。

焊接電流值的曲線(profile)不限定于圖7所示形式。焊接開(kāi)始時(shí)的焊接電流值、焊接電流的最大值、維持焊接電流值的最大值的長(zhǎng)度、升高或降低焊接電流時(shí)的傾斜度等根據(jù)疊片鐵芯的規(guī)格適當(dāng)設(shè)定即可。焊接電流值的曲線不限定于如圖7所示的折線狀，也可為曲線狀。

圖8為表示焊接電流和熔透面積(相對(duì)值)的關(guān)系的圖表。圖8的縱軸“熔透面積比例”以在焊接電流115A以及焊接速度5mm/秒條件下實(shí)施焊接時(shí)的熔透面積(焊縫的截面面積)為基準(zhǔn)。如該圖表所示，熔透面積隨著焊接電流值的升高而增加。

在圖9的實(shí)施例5中，通過(guò)在一系列焊接作業(yè)中，在中途變更焊接速度(焊條210的移動(dòng)速度)，使形成焊縫11的中央部11a時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫11的端部11b、11b時(shí)的輸入熱量。通過(guò)這樣的焊接速度的控制，可高度抑制焊接裂紋的產(chǎn)生。其結(jié)果是，焊接裂紋的產(chǎn)生為0％。

焊接速度的曲線不限定于圖9所示形式。焊接開(kāi)始時(shí)的焊接速度、焊接速度的最小值、維持焊接速度最小值的長(zhǎng)度、降低焊接速度時(shí)的傾斜度等根據(jù)疊片鐵芯的規(guī)格適當(dāng)設(shè)定即可。焊接速度的曲線不限定于如9所示的折線狀，也可為曲線狀。

圖10為表示焊接速度和熔透面積(相對(duì)值)的關(guān)系的圖表。圖10的縱軸“熔透面積比例”以在焊接電流115A以及焊接速度5mm/秒的條件下實(shí)施焊接時(shí)的熔透面積(焊縫的截面面積)為基準(zhǔn)。如該圖表所示，熔透面積隨著焊接速度的下降而增大。

在上述說(shuō)明中，雖然例示了在一系列焊接作業(yè)中至少變更焊接電流值以及焊接速度的其中一方的情況，但也可在一系列焊接作業(yè)中通過(guò)連續(xù)實(shí)施多次焊接以形成焊縫11。通過(guò)在形成須形成焊縫的部分的整體之后對(duì)中央部進(jìn)行再次焊接，或在只焊接中央部之后再對(duì)整體進(jìn)行焊接，可使中央部的輸入熱量增多。另外，圖11A～圖11C為表示在一系列焊接作業(yè)中，通過(guò)3次焊接形成一條焊縫12的情況的模式圖。圖11A表示從層壓體10的一方的端部至中央部形成焊縫12a的工序。圖11B表示通過(guò)從層壓體10的另一方的端部至中央部形成焊縫12b，從而形成連為一體的焊縫12c的工序。圖11C表示通過(guò)在層壓體10的連為一體的焊縫12c的中央部形成焊縫12d，從而形成焊縫12的工序。再者，也可使焊縫12a、12b從層壓體10的中央部向端部分別形成。經(jīng)圖11A～圖11C所示的工序，也可使形成焊縫12的長(zhǎng)度方向上的中央部時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫的端部時(shí)的輸入熱量。

圖12A以及圖12B為表示在一系列焊接作業(yè)中通過(guò)2次焊接形成一條焊縫13的情況的模式圖。圖12A表示從層壓體10的一方的端部至超過(guò)中央部而又未抵達(dá)另一方的端部的位置形成焊縫13a的工序。圖12B表示通過(guò)從層壓體10的另一方的端部至超過(guò)中央部而又未抵達(dá)到上述一方的端部的位置形成焊縫13b，從而形成焊縫13的工序。焊縫13的中央部通過(guò)2次焊接(焊縫13a以及焊縫13b)形成。

經(jīng)圖12A以及圖12B所示的工序，也可使形成焊縫13的長(zhǎng)度方向的中央部時(shí)的輸入熱量多于形成焊縫的端部時(shí)的輸入熱量。再者，焊縫13a、13b也可分別從靠近層壓體10的一方的端部的位置向另一方的端部形成。另外，也可采用2個(gè)焊槍同時(shí)形成焊縫13a、13b。此時(shí)，對(duì)2個(gè)焊槍的移動(dòng)進(jìn)行設(shè)定以使它們不同時(shí)對(duì)相同的位置進(jìn)行焊接。

根據(jù)上述實(shí)施方式，通過(guò)使焊縫11、12、13的中央部的輸入熱量多于端部的輸入熱量，可充分高度地抑制在焊縫11、12、13上產(chǎn)生裂紋。因此，也可不實(shí)施例如實(shí)施焊接后的經(jīng)過(guò)觀察，而能夠使疊片鐵芯S的制造過(guò)程效率化。另外，通過(guò)將輸入熱量多的部位限定于中央部，可充分地抑制焊接時(shí)施加的熱量所導(dǎo)致的疊片鐵芯S的性能降低。

以上雖然對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明但本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式。例如，在上述實(shí)施方式中，雖然例示了橫跨利用型鍛部2進(jìn)行接合的層壓體10的厚度方向的整體形成連為一體的焊縫的情況，但也可如圖13所示斷續(xù)地形成多個(gè)焊縫14(例如長(zhǎng)度為5～20mm左右)。在該情況下，在各個(gè)焊縫14中，通過(guò)增多中央部的輸入熱量，能夠防止焊縫14的開(kāi)裂。

圖13所示的層壓體20由多個(gè)塊體20a、20a……構(gòu)成。構(gòu)成塊體20a的多片鐵芯片通過(guò)型鍛部相互接合。因此，即使焊縫14沒(méi)有橫跨整個(gè)層壓體20并連為一體，鐵芯片也不會(huì)分散開(kāi)。另一方面，塊體20a之間通過(guò)焊縫14相互接合。由多塊塊體20a、20a……構(gòu)成的層壓體20具有可通過(guò)對(duì)塊體20a進(jìn)行旋轉(zhuǎn)層壓而抑制被加工板W的板厚偏差的影響這一優(yōu)點(diǎn)。

另外，也可斷續(xù)地形成多列如圖14所示地并行延伸的多條焊縫15、16，并使它們的端部重疊，從而可對(duì)層壓體30的整體進(jìn)行接合。

在上述實(shí)施方式中，雖然例示了從一塊被加工板W沖壓鐵芯片的情況，但也可使多塊被加工板重疊并沖壓鐵芯。在該情況下，在同時(shí)使用多塊被加工板W的情況下，也可對(duì)種類、厚度和/或?qū)挾炔煌谋患庸ぐ暹M(jìn)行組合使用。再者，也可從一塊被加工板W沖壓轉(zhuǎn)子用鐵芯片和定子用鐵芯片。

在上述實(shí)施方式中，雖然例示了通過(guò)TIG焊接實(shí)施焊接工序的情況，但也可通過(guò)TIG焊接以外的電弧焊接和激光焊接實(shí)施焊接工序。