(57)【要約】【課題】  先細り形状の鋼製棒状突起物の圧造成形において、高度な潤滑皮膜を必要とせず背面工具との間に生じるバリを少なくし、かつ背面部の成形をより良好に行うことができるとともに、成形用の工具の長寿命化を図ることが可能な圧造成形装置の実現を課題とする。【解決手段】  先端が先細りしている鋼製の棒状突起物の成形装置であって、予備成形した被加工材３１ａを背面工具３２上に保持し、この被加工材３１ａ上に自由回転する回転ロール４１を圧接させながら先細り形状の先端部に向けて転動させることにより、前記被加工材３１ａを塑性変形させて先細り形状に成形することを特徴とする。【選択図】  図１
2014025022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が先細りしている鋼製の棒状突起物の圧造成形装置であって、
予備成形した被加工材と、
前記被加工材をその上に保持する背面工具と、
前記背面工具に保持された前記被加工材上を自由回転する自由回転ロールと、を有し、
前記自由回転ロールを前記被加工材に圧接させながら先端部に向けて転動させることにより、前記被加工材を塑性変形させて先細り形状に成形する、
ことを特徴とする圧造成形装置。
【請求項２】
前記被加工材の予備成形は冷間鍛造、温間鍛造または熱間鍛造によって行われることを特徴とする請求項１に記載の圧造成形装置。
【請求項３】
先端が先細りしている鋼製の棒状突起物の圧造成形方法であって、
予備成形した被加工材を背面工具上に保持し、
該被加工材上に自由回転する自由回転ロールを圧接させながら先端部に向けて転動させ、
前記被加工材を塑性変形させて先細り形状に成形する、
ことを特徴とする圧造成形方法。
【請求項４】
前記被加工材の予備成形は冷間鍛造、温間鍛造または熱間鍛造によって行われることを特徴とする請求項３に記載の圧造成形方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載された圧造成形方法によって製造されたことを特徴とするロータコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧造成形装置、それを用いた圧造成形方法、及びその圧造成形方法を用いて製造された自動車用交流発電機のロータコアに関し、特に、先細り形状の鋼製棒状突起物の圧造成形において、高度な潤滑皮膜を必要とせず背面工具との間に生じるバリを少なくし、かつ背面部の成形をより良好に行うことができるとともに、成形用の工具の長寿命化を図った圧造成形装置、それを用いた圧造成形方法、及びその圧造成形方法を用いて製造された自動車用交流発電機のロータコアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼製の先細りの棒状突起物を直接押し出し成形で加工することは、高い加工圧を必要とするため難しい。そのため、通常は比較的低い加工圧で成形可能な予備成形形状物を予め冷間鍛造などによって造り、これを軸方向にしごき加工して先細り形状の加工材を得るようにしている。【０００３】
図２は、このような先細り形状の爪部が成形される自動車用交流発電機のロータコア１０を示す図であり、（ａ）はロータコア１０の軸に垂直な平面での断面図、（ｂ）はロータコア１０の軸を通る平面Ａ−Ａでの垂直断面図、（ｃ）は爪部１１の一つの側面図である。【０００４】
このような先細り形状の物は、通常、熱間鍛造、温間鍛造あるいは冷間鍛造で作られるが、温間鍛造及び熱間鍛造では、金型の摩耗が激しく、形状の安定性が悪いという問題がある。このため、通常は成形後に機械加工で形状を安定化して使用される。なお、爪部の長い物や爪部先端が尖った形状の物は成形圧力が非常に高くなるため、通常の方法では製造出来ない。【０００５】
また、このような爪部の長い物や爪部先端が尖った形状のものを直接冷間鍛造で成形することもできるが、そのためには非常に高い圧力を必要とし、難しいという問題がある。そのため、中間素材を冷間鍛造などによって予備成形し、この予備成形品を加工して所望の形状を得るようにしている。【０００６】
図３は、この冷間鍛造などによって予備成形された予備成形品を示す図であり、（ａ）は中間素材の軸に垂直な平面での断面図、（ｂ）は中間素材の軸を通る平面Ａ−Ａでの垂直断面図、（ｃ）は中間素材の爪部相当部の一つの側面図である。
図に示すように、中間素材２０を冷間鍛造などによって予備成形し、この予備成形品の爪部相当部２１を適当な角度に広げた後、しごき加工を行って所望の形状を得る。【０００７】
このような場合のしごき加工で重要なのは、しごき工具と鋼製被加工材が高圧下で直接接触する摺動加工であるので、工具と加工材の間の焼付けやかじりを防ぐことである。そのためには、被加工材表面にリン酸塩皮膜のような高度の潤滑膜を作る必要がある。【０００８】
図４は、従来のしごき摺動加圧時の被加工材としごきダイの関係を示す図であり、（ａ）はしごき成形前の被加工材３１ａと背面工具（マンドレル）３２としごきダイ３３の位置と形状を示し、（ｂ）はしごき成形後の被加工材３１ｂと背面工具（マンドレル）３２、しごきダイ３３及びバリ３４の位置と形状を示しており、しごき成形の前後を対称位置に配置して示した。【０００９】
図において、３１ａはしごき成形前の被加工材を示し、３１ｂはしごき成形後の被加工材を示し、３２は背面工具（マンドレル）を示し、３３はしごきダイを示し、３４は背面工具（マンドレル）との間で生じるバリを示す。【００１０】
このような摺動加圧による圧造成形では、前述したように、常に良好な被加工材表面の潤滑膜が必要になるとともに、潤滑膜の品質のバラツキを小さくする必要がある。【００１１】
また、例えば、特許文献１に示されるように、しごき工具など成形用の工具の長寿命化を図るために、成形工具の表面を硬質膜で被覆して工具と被加工材との摩擦係数を低減させさせるなどの手段も必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１１２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の圧造成形方法によれば、以下のような問題があった。
（１）潤滑膜の品質にバラツキがあると、背面工具（マンドレル）への圧力が変動するので、それが原因となって背面形状にバラツキを生じることがあり、したがって常に均質な潤滑膜が必要になるという問題があった。
（２）また、このような方法では、潤滑膜の良否、バラツキに対して結果が敏感で、潤滑膜が不充分の場合、摩擦が大きくなって、被加工材が摩擦把持により大きく塑性流動し、背面工具（マンドレル）との間に生じるバリが大きくなり、背面の成形が不充分になりやすいという問題があった。
（３）さらに、しごき工具は高圧下で被加工材の表面を摺動するため、背面工具（マンドレル）との間にある程度のバリが発生することは避けられない。また、しごき工具にも負荷がかかるため、工具の寿命に対する影響も考慮せざるを得ないという問題があった。【００１４】
従って、本発明の目的は、先細り形状の鋼製棒状突起物の圧造成形において、高度な潤滑皮膜を必要とせず背面工具との間に生じるバリを少なくし、かつ背面部の成形をより良好に行うことができるとともに、成形用の工具の長寿命化を図ることが可能な圧造成形装置、それを用いた圧造成形方法、及びその圧造成形方法を用いて製造された自動車用交流発電機のロータコアを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の目的を達成するため、先端が先細りしている鋼製の棒状突起物の圧造成形装置であって、予備成形した被加工材と、前記被加工材をその上に保持する背面工具と、前記背面工具に保持された前記被加工材上を自由回転する自由回転ロールと、を有し、前記自由回転ロールを前記被加工材に圧接させながら先端部に向けて転動させることにより、前記被加工材を塑性変形させて先細り形状に成形する、ことを特徴とする圧造成形装置を提供するものである。【００１６】
以上の構成において、前記被加工材の予備成形は冷間鍛造、温間鍛造または熱間鍛造によって行われることが望ましい。【００１７】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、先端が先細りしている鋼製の棒状突起物の圧造成形方法であって、予備成形した被加工材を背面工具上に保持し、該被加工材上に自由回転する自由回転ロールを圧接させながら先端部に向けて転動させ、前記被加工材を塑性変形させて先細り形状に成形する、ことを特徴とする圧造成形方法を提供するものである。【００１８】
以上の構成において、前記被加工材の予備成形は冷間鍛造、温間鍛造または熱間鍛造によって行われることが望ましい。【００１９】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、上記の圧造成形方法によって製造されたことを特徴とするロータコアを提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上に述べたように、予め予備成形した被加工材を背面工具（マンドレル）上に保持して、この予備成形した被加工材上に自由回転する自由回転ロールを圧接させながら先細り形状の先端部に向けて転動させ、この転動により、前記被加工材を塑性変形させて先細り形状に成形させているので、発生する加工熱が回転するロールに移転されより低い温度で成形でき、高度な潤滑剤を必要とせず、また潤滑剤のばらつきの影響を受けることが少ない。【００２１】
更に成形時の最大荷重は殆どが線荷重となるために、荷重をより効率的に使用する事が出来る上、ロールへの熱移転で温度上昇が抑えられ工具の熱膨張も小さくなり、したがって、加圧面のバリの発生は少なく、背面部の成形が充分な精度で可能になる。また、成形用の工具にかかる負荷も少なくなるので、成形用工具の長寿命化が可能になる。【００２２】
また、本発明の圧造成形装置を用いると、圧造成形が容易に実現できるように構成されているので、先細り形状の鋼製棒状突起物を、高度な潤滑皮膜を必要とせず、背面工具との間に生じるバリを少なくして、かつ背面部の成形をより良好に圧造成形できるとともに、装置自身として長寿命化が可能になる。【００２３】
また、自動車用交流発電機のロータコア（回転子）の場合、従来の成形方法では作ることが困難な、長爪や先端が鋭角化した構造を簡単かつ効果的に安価につくることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態による圧造成形装置を示す図であり、（ａ）はしごき成形前の被加工材と背面工具（マンドレル）と自由回転ロールの位置と形状を示す図、（ｂ）はしごき成形後の被加工材と背面工具（マンドレル）、自由回転ロール及びバリの位置と形状を示す図である。
【図２】自動車用交流発電機のロータコアを示す図であり、（ａ）はロータコアの軸に垂直な平面での断面図、（ｂ）はロータコアの軸を通る平面Ａ−Ａでの垂直断面図、（ｃ）は爪部の一つの側面図である。
【図３】中間素材の予備成形を示す図であり、（ａ）は中間素材の軸に垂直な平面での断面図、（ｂ）は中間素材の軸を通る平面Ａ−Ａでの垂直断面図、（ｃ）は中間素材の爪部相当部の一つの側面図である。
【図４】従来のしごき摺動加圧時の被加工材としごきダイの関係を示す図であり、（ａ）はしごき成形前の被加工材と背面工具（マンドレル）としごきダイの位置と形状を示す図、（ｂ）はしごき成形後の被加工材と背面工具（マンドレル）、しごきダイ及びバリの位置と形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る圧造成形装置、それを用いた圧造成形方法、及びその圧造成形方法を用いて製造された自動車用交流発電機のロータコアを、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る圧造成形装置を示す図である。
図４と同一の内容には同一の符号を付したので重複する説明は省略するが、本実施の形態では、図３で示す冷間鍛造で予備成形された被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）を、自由回転ロール４１による転動加圧で圧造成形するようにしている。
【００２７】
即ち、背面工具（マンドレル）３２で保持した被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）上に、自由回転する自由回転ロール４１を圧接させながら、その自由回転ロール４１を爪部１１の先細り形状の先端部に向けて転動させ、この転動により、被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）を塑性変形させて、図２に示すような先細り形状に成形させる。このようにして、先細り形状の爪部が成形される自動車用交流発電機のロータコア１０が形成される。
【００２８】
このような転動加圧によれば、自由回転ロール４１は被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）の表面を回転しながら接しているので、自由回転ロール４１と被加工材３１との間には相対的摺動が殆どなく、相対摩擦も小さいうえ、熱移動により加工温度も抑えられる。更に、自由回転ロール４１の大きさや回転速度、ロールの冷却等を調整する事によって加工温度をコントロールすることもできる。そのため、被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）の表面に高度なリン酸塩皮膜のような潤滑剤を用いる必要がなく、また、潤滑剤の潤滑性能のバラツキの影響も少なくなる。
【００２９】
このため、背面工具（マンドレル）３２にかかる圧力の変動も少なくなるので、背面形状にバラツキを発生することが少なく、また、バリ３４の発生が少なくなる。そのため、バリ３４の除去が容易になり、また、バリ３４の発生が少なくなった分、材料のロスも少なくなる。
【００３０】
さらに成形工具としてのしごきダイに比べて、自由回転ロール４１に対する圧接負荷は小さくなるので、成形工具としての自由回転ロール４１の寿命は、しごきダイよりも長寿命となる。
【００３１】
自由回転ロール４１は、以上に述べたように被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）との摺動は殆どないため摩擦軽減のためその表面に高度な金属硬化層を設ける必要が無い。また、そのために、被加工材３１（３１ａ，３１ｂ）の表面は機械油程度の使用でよいことになる。
【００３２】
以上に述べたように、本実施の形態では、予め予備成形した被加工材を背面工具（マンドレル）上に保持して、この予備成形した被加工材上に自由回転するロールを圧接させながら先細り形状の先端部に向けて転動させ、この転動により、前記被加工材を塑性変形させて先細り形状に成形させているので、高度な潤滑剤を必要とせず、また潤滑剤のばらつきの影響を受けることが少ない。また荷重も面荷重から線荷重となっていくので荷重の伝達効率があがる。
【００３３】
この方法を用いることによって従来技術では困難な長爪や先端部鋭角化した自動車用交流発電機のロータコアの生産が可能となった。したがって、加圧面のバリの発生は少なく、背面部の成形が充分な精度で可能になる。また、成形用の工具にかかる負荷も少なくなるので、成形用工具の長寿命化が可能になる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、被加工材３１の予備成形は、冷間鍛造を例にとって説明したが、これに限られるものではなく、温間鍛造、熱間鍛造によって行っても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、以上に述べたように構成され実施されるので、複雑な構成の中の先細り形状の鋼製棒状突起物を、比較的容易に加工することができ、モータ、発電機、自動車、車両、燃焼機関、印刷機、製紙装置、製糸装置、織機など複雑な機械構成の製造に応用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ロータコア
１１  爪部
２０  中間素材
２１  爪部相当部
２２  牽引装置
３１，３１ａ、３１ｂ  被加工材
３２  背面工具（マンドレル）
３３  しごきダイ
３４  バリ
４１  自由回転ロール
【図１】
2014025022.tif 000003
【図２】
2014025022.tif 000004
【図３】
2014025022.tif 000005
【図４】
2014025022.tif 000006
【国際調査報告】
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2014025022.tif 000008
2014025022.tif 000009
2014025022.tif 000010