(57)【要約】【課題】  回転子の加工精度を向上させることができる回転電機の回転子の加工方法を提供すること。【解決手段】  回転軸１１６と、回転軸１１６に内輪部が圧入された転がり軸受け１２０と、回転軸１１６に圧入されたポールコア１１２、１１４とを有する回転子１００の外周面を切削加工する回転子加工方法であって、転がり軸受け１２０の外輪部の位置を加工基準位置に設定するとともに、外輪部と内輪部に回転軸１１６に沿って反対方向の荷重を加えた状態を維持しながら回転子１００の外周面を切削加工する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸に内輪部が圧入された転がり軸受けと、前記回転軸に圧入された回転子鉄心とを有する回転子の外周面を切削加工する回転電機の回転子の加工方法において、
前記転がり軸受けの外輪部の位置を加工基準位置に設定するとともに、前記外輪部と前記内輪部に前記回転軸に沿って反対方向の荷重を加えた状態を維持しながら前記回転子の外周面を切削加工することを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記転がり軸受けは、前記内輪部と前記外輪部の間に配置された複数のボールと、前記複数のボールを回転可能に保持するホルダとを備え、
前記内輪部の外周側に形成された前記ボールとの対向面と、前記外輪部の内周側に形成された前記ボールとの対向面は、前記ボールの外形に沿った形状を有しており、
前記前記外輪部と前記内輪部に前記回転軸に沿って反対方向の荷重を加えることにより、前記外輪部に対して前記ボールを挟んで配置される前記内輪部の径方向の移動を制限することを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記回転子鉄心の外周面に対して径方向に押圧した状態で周方向に荷重を加える回転駆動手段を用いて前記回転子を回転させることを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記回転駆動手段によって加えられる荷重は、前記周方向に沿った成分とともに、前記回転軸に沿った成分を有することを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記回転駆動手段は、前記回転子鉄心の外周面に押圧した状態で当接する駆動ベルトを有しており、この駆動ベルトを前記回転子鉄心の外周面に対して傾斜させた状態で当接させることを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかにおいて、
前記回転子鉄心を挟んで前記転がり軸受けと反対側であって、前記回転軸の外周面に当接することにより、前記回転軸の径方向に沿った移動を、回転可能なローラによって拘束することを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記回転軸の一方端近傍には界磁巻線に結線されたスリップリングが備わっており、
前記スリップリングの外周面に刃具を当接した状態で、前記刃具に対して前記スリップリングを相対的に回転させることにより、前記スリップリングの外周面を切削加工することを特徴とする回転電機の回転子の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用交流発電機等の回転電機の回転子の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機等の回転電機は、界磁巻線を有する回転子と、その外周側に配置された固定子とを備えている。この回転子は回転軸に圧入された回転子鉄心を備えており、この回転子鉄心を挟んだ回転軸の２箇所を転がり軸受けを用いて回転可能に支持する構造が採用されている。ところで、この回転子が回転時に振動すると、異音の発生やスリップリングの異常摩耗等の原因となるため、振動の発生を抑制する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この提案では、振動抑制体を用いることにより、回転子鉄心の爪部の振動を抑えている。
【特許文献１】特開平１１−１３６９１４号公報（第２−４頁、図１−１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された回転子のように回転子の振動する部位に振動抑制体を装備することでその部位の振動自体を抑制することは可能であるが、その前提として回転子の加工精度が低いと回転時の振動を防止することができないという問題があった。例えば、回転軸の一方端近傍に設けられたスリップリングは、回転子の組み付け終了後にその表面が切削されるが、回転軸の中心とスリップリング外周円の中心とがずれていると、回転時にスリップリング表面が振動し、ブラシの異常摩耗を招くことになる。また、回転子鉄心の表面についても同様である。特に、回転子に転がり軸受けを取り付けた状態でスリップリング等の外周面を加工する場合には、刃具が当接する側から荷重がかかるため、転がり軸受けの外輪部を拘束しても内輪部の位置がずれてしまい、加工精度が低下するという問題が顕著になる。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転子の加工精度を向上させることができる回転電機の回転子の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の回転子の加工方法は、回転軸と、回転軸に内輪部が圧入された転がり軸受けと、回転軸に圧入された回転子鉄心とを有する回転子の外周面を切削加工するものであり、転がり軸受けの外輪部の位置を加工基準位置に設定するとともに、外輪部と内輪部に回転軸に沿って反対方向の荷重を加えた状態を維持しながら回転子の外周面を切削加工することが望ましい。具体的には、上述した転がり軸受けは、内輪部と外輪部の間に配置された複数のボールと、複数のボールを回転可能に保持するホルダとを備え、内輪部の外周側に形成されたボールとの対向面と、外輪部の内周側に形成されたボールとの対向面は、ボールの外形に沿った形状を有しており、外輪部と内輪部に回転軸に沿って反対方向の荷重を加えることにより、外輪部に対してボールを挟んで配置される内輪部の径方向の移動を制限することが望ましい。これにより、ボールと外輪部および内輪部との間に径方向の隙間がある場合であっても、内輪部と外輪部に対して回転軸方向に沿って互いに反対方向に荷重を加えることにより、この径方向の隙間をなくすことができるため、加工時に径方向に加わる荷重によって回転子が径方向に偏心することがなく、切削加工時の加工精度を向上させることができる。
【０００６】
また、上述した回転子鉄心の外周面に対して径方向に押圧した状態で周方向に荷重を加える回転駆動手段を用いて回転子を回転させることが望ましい。このように、回転駆動手段によって回転子を回転させるために径方向に荷重が加わった場合であっても回転子が径方向に偏心することがないため、確実に切削加工時の加工精度を向上させることができる。
【０００７】
また、上述した回転駆動手段によって加えられる荷重は、周方向に沿った成分とともに、回転軸に沿った成分を有することが望ましい。具体的には、上述した回転駆動手段は、回転子鉄心の外周面に押圧した状態で当接する駆動ベルトを有しており、この駆動ベルトを回転子鉄心の外周面に対して傾斜させた状態で当接させることが望ましい。これにより、１つの回転駆動手段を用いて回転子の回転駆動と同時に、転がり軸受けの内輪部に対して一方向へ荷重を加えることが可能になり、加工装置全体の簡略化が可能になる。
【０００８】
また、上述した回転子鉄心を挟んで転がり軸受けと反対側であって、回転軸の外周面に当接することにより、回転軸の径方向に沿った移動を、回転可能なローラによって拘束することが望ましい。これにより、回転駆動時に径方向に荷重を受ける場合であっても転がり軸受けとローラによって回転子の径方向の移動を制限することが可能になり、加工精度を上げることができる。
【０００９】
また、上述した回転軸の一方端近傍には界磁巻線に結線されたスリップリングが備わっており、スリップリングの外周面に刃具を当接した状態で、刃具に対してスリップリングを相対的に回転させることにより、スリップリングの外周面を切削加工することが望ましい。これにより、スリップリングの外周切削における加工精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の回転子の加工方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の回転子加工装置の部分的な構成を示す図である。この回転子加工装置は、回転子１００に備わったスリップリング１３０、１３２の外周を所定の外形寸法および面粗度で切削加工するためのものである。
【００１２】
回転子１００は、例えば車両用交流発電機に用いられており、界磁巻線１１０、ポールコア（回転子鉄心）１１２、１１４、回転軸１１６等を備えており、回転軸１１６の一部に転がり軸受け１２０が圧入されている。この転がり軸受け１２０は、フレームに取り付けられた転がり軸受け（図示せず）とともに回転子１００を回転可能にフレームで支持するためのものである。ポールコア１１２、１１４の軸方向端面には冷却ファン１２２、１２４が取り付けられている。また、回転軸１１６の一方端側には、一対のスリップリング１３０、１３２が設けられている。スリップリング１３０、１３２のそれぞれは、界磁巻線１１０の両端に接続されており、励磁電流がブラシ装置（図示せず）およびスリップリング１３０、１３２を介して界磁巻線１１０に供給されるようになっている。
【００１３】
本実施形態の回転子加工装置は、回転子１００を回転駆動する回転駆動部（回転駆動手段）１０と、回転子１００に備わった転がり軸受け１２０の外周部を支持する筒状部材２０と、ポールコア１１２、１１４を挟んで転がり軸受け１２０と反対側であって回転軸１１６の一部に当接するローラ３０と、スリップリング１３０、１３２の外周を切削する刃具４０とを備えている。
【００１４】
図２は、回転駆動部１０の概要を示す図である。回転駆動部１０は、駆動ベルト１２と、この駆動ベルト１２をポールコア１１２、１１４の外周面に沿って張るために所定間隔で配置された２つのローラ１４、１６を含んで構成されている。図２に示すように、２つのローラ１４、１６を用いて駆動ベルト１２に所定の張力を持たせた状態で、ポールコア１１２、１１４の外周面に駆動ベルト１２を当接させる。駆動モータ（図示せず）を用いて駆動ベルト１２を一方向に回転させると、駆動ベルト１２とポールコア１１２、１１４との間の摩擦力によってポールコア１１２、１１４の外周面に周方向の駆動力（荷重）が作用し、回転子１００を一方向に回転させることができる。
【００１５】
図３は、筒状部材２０の概要を示す図である。筒状部材２０は、転がり軸受け１２０が当接する側が開口した円筒形状を有する。この開口部は、転がり軸受け１２０の外輪部１２０ａの外周面と一方の軸方向端面とに当接する段付き断面形状を有し、外輪部１２０ａの径方向位置および軸方向位置を拘束する。
【００１６】
また、図１に示すように、筒状部材２０には、側面の一部に軸方向に沿った開口部２２が形成されている。この開口部２２は、刃具４０の先端をスリップリング１３０、１３２に当接するためのものである。刃具４０は、回転軸１１６と垂直な向きＶおよび平行な向きＨに移動可能（駆動部は図示せず）であり、スリップリング１３０、１３２の加工時には筒状部材２０の開口部２２を通して刃具４０がスリップリング１３０、１３２の表面に沿って軸方向に移動する。
【００１７】
ローラ３０は、回転駆動部１０の駆動ベルト１２を回転子１００に押圧したときに、この押圧方向に回転軸１１６が移動しないように回転軸１１６の位置を拘束するためのものである。図１では、１つのローラ３０が図示されているが、回転軸１１６が移動しないようにするためには少なくとも２つのローラ３０が用いられている。
【００１８】
ところで、図３に示すように、転がり軸受け１２０は、円環形状の外輪部１２０ａおよび内輪部１２０ｂと、これら外輪部１２０ａと内輪部１２０ｂとの間に配置された複数のボール１２０ｃと、複数のボール１２０ｃを回転可能に保持するホルダ１２０ｄとを備えている。外輪部１２０ａの内周側に形成されたボール１２０ｃとの対向面と、内輪部１２０ｂの外周側に形成されたボール１２０ｃとの対向面のそれぞれは、ボール１２０ｃの外形に沿った形状を有している。具体的には、ボール１２０ｃの回転を妨げない程度のほぼ均一な隙間が生じるように、それぞれの対向面は、ボール１２０ｃの半径よりも若干大きい半径を有する球面形状をなしている。このように、ボール１２０ｃと外輪部１２０ａあるいは内輪部１２０ｂの間には隙間があるため、回転駆動部１０によって回転子１００が一方向から押圧されると、これらの隙間の分だけ偏心してしまう。このため、本実施形態では、外輪部１２０ａと内輪部１２０ｂに回転軸１１６に沿って反対方向の荷重を加えてそれぞれの軸方向位置を相対的にずらしてこれらの隙間をなくしている。このように隙間がなくなった状態における外輪部１２０ａの外周面が加工基準位置となる。
【００１９】
図４は、加工時の転がり軸受け１２０の状態を示す図である。図４に示すように、転がり軸受け１２０の外輪部１２０ａは、外周面と軸方向に沿った右側端面が筒状部材２０に当接して位置が拘束されている。この状態において、回転軸１１６が右方向（図１においてポールコア１１２、１１４からスリップリング１３０、１３２に向かう方向）に荷重がかかって、回転軸１１６に圧入された転がり軸受け１２０の内輪部１２０ｂが右方向に押圧されると、図４に示すように、内輪部１２０ｂの一部にボール１２０ｃの一部が確実に当接するまで内輪部１２０ｂが右方向に移動するとともに、外輪部１２０ａの一部にボール１２０ｃの一部が確実に当接するまでボール１２０ｃが右方向に移動する。このように、ボール１２０ｃが部分的に外輪部１２０ａおよび内輪部１２０ｂと確実に当接した状態を維持することが可能になるため、加工時に回転駆動部１０が回転子１００を一方向から押圧しても、外輪部１２０ａが径方向に移動して偏心することがない。
【００２０】
本実施形態では、回転軸１１６に対して右方向に荷重を加える機構として回転駆動部１０を用いている。回転駆動部１０の駆動ベルト１２は、図１に示すように、回転軸１１６に対して傾斜して配置されている。具体的には、反スリップリング側の回転軸１１６に近づくように駆動ベルト１２の当接面が傾斜している。このため、駆動ベルト１２をポールコア１１２、１１４に押圧して変形させたときに、駆動ベルト１２からポールコア１１２、１１４を回転軸１１６に沿ってスリップリング１３０、１３２側に押圧する成分（軸方向荷重）が発生する。この軸方向荷重によって、内輪部１２０ｂがスリップリング１３０、１３２側に押圧される。
【００２１】
次に、上述した回転子加工装置を用いて回転子１００のスリップリング１３０、１３２の外周面を切削加工する場合の概略的な工程を説明する。
（１）まず、転がり軸受け１２０の外輪部１２０ａに筒状部材２０を取り付けた状態で回転軸１１６の所定位置を複数のローラ３０上に載せる。
（２）次に、回転子１００の上部に配置されていた回転駆動部１０を下降させ、駆動ベルト１２をポールコア１１２、１１４の表面に押圧する。
（３）次に、この状態を維持しながら回転駆動部１０を動作させ、駆動ベルトを一方向に移動させて回転子１００を回転させる。
（４）次に、刃具４０の先端をスリップリング１３０（あるいは１３２）の表面に当接するまで移動させる。
（５）次に、刃具４０の径方向位置を維持しながら刃具４０を軸方向に沿って移動させ、スリップリング１３０、１３２の外周面全体を、所定の直径および面粗度となるように切削加工する。スリップリング１３０、１３２の外周面全体の切削加工が終了した後、回転子１００の回転が停止され、回転駆動部１０が上昇した後に、回転子１００が取り出される。
【００２２】
このように、本実施形態の回転子加工装置では、回転子１００に備わった転がり軸受け１２０のボール１２０ｃと外輪部１２０ａおよび内輪部１２０ｂとの間に径方向の隙間がある場合であっても、内輪部１２０ｂと外輪部１２０ａに対して回転軸１１６方向に沿って互いに反対方向に荷重を加えることにより、この径方向の隙間をなくすことができるため、加工時に径方向に加わる荷重によって回転子１００が径方向に偏心することがなく、切削加工時の加工精度を向上させることができる。特に、回転駆動部１０によって回転子１００を回転させるために径方向に荷重が加わった場合であっても回転子１００が径方向に偏心することがないため、確実に切削加工時の加工精度を向上させることができる。
【００２３】
また、回転駆動部１０によって回転子１００に対して加えられる荷重は、周方向に沿った成分とともに、回転軸１１６に沿った成分（軸方向荷重）を有している。具体的には、回転駆動部１０の駆動ベルト１２をポールコア１１２、１１４の外周面に対して傾斜させた状態で当接させることにより軸方向荷重を発生させている。これにより、１つの回転駆動部１０を用いて回転子１００の回転駆動と同時に、転がり軸受け１２０の内輪部１２０ｂに対して一方向へ荷重を加えることが可能になり、回転子加工装置全体の構造の簡略化が可能になる。
【００２４】
〔第２の実施形態〕
ところで、上述した第１の実施形態では、転がり軸受け１２０が取り付けられた状態の回転子１００に対してスリップリング１３０、１３２の外周面を切削加工したが、転がり軸受け１２０が取り付けられる前にスリップリング１３０、１３２等の外周面を切削加工する場合も考えられる。次に、このような回転子１００Ａの加工精度を向上させる場合の工夫について説明する。
【００２５】
図５は、第２の実施形態の回転子加工装置の概略構成を示す図である。図５に示す回転子加工装置は、回転子１００Ａのスリップリング側端部に設けられた凹部を回転可能な端部保持治具５０に取り付けた状態で、ポールコア１１２、１１４を挟んで反対側に位置する回転軸１１６の外周（転がり軸受けの取り付け位置に対応する外周位置）を三方チャック５２によって把持する。この三方チャック５２は、調心玉軸受け５４を介して固定治具５６によって固定されている。調心玉軸受け５４は、取り付けられた回転軸１１６が傾斜して三方チャック５２全体が傾斜したときにこの傾斜にあわせて内輪部の回転中心軸が傾斜する。このため、回転軸１１６が撓んで各転がり軸受けに対応する中心軸が偏心している場合であっても、この撓んで傾斜した回転軸１１６にあわせて調心玉軸受け５４の回転中心を傾斜させ、三方チャック５２と端部保持治具５０間を結ぶ軸Ａでスリップリングを切削することにより、スリップリング切削後の外周円筒軸は、前記軸Ａに平行な軸となる。一方切削機械一般に見受けられる、調心玉軸受けを付加しない三方チャックとセンタ（端部保持治具）による回転軸１１６の固定の場合、回転軸１１６の撓みが三方チャック５２の内周面と端部保持治具５０の円錐面により三方チャック５２中心と端部保持治具５０中心を結ぶ軸に矯正され、三方チャック５２から解除された切削加工後の回転軸１１６は撓みがその弾性により復元され、スリップリング切削後の外周円筒部の中心軸はその撓みに沿った向きとなる。回転子を使用する際の回転軸となる各転がり軸受け１２０等を基準とする軸に対し、前記軸受け１２０とスリップリング円筒面を結ぶ軸の傾きは、前記切削機械一般の場合に比べ第２の実施形態の場合の方が小さくなる。したがって回転軸１１６が有する撓みの影響によるスリップリングの傾きを減少させることができる。
【００２６】
図６は、第２の実施形態の回転子加工装置の他の例を示す図である。図６に示す回転子加工装置は、図５に示した回転子加工装置に備わった調心玉軸受け５４を等速ジョイント５８に置き換えた構成を有している。等速ジョイント５８は、転がり軸受けと同様に内輪部および外輪部とボールを内蔵しており、内輪部に回転子１００Ａの回転軸１１６が取り付けられる。この等速ジョイント５８は、外周側を固定する固定治具５６の回転中心の向きと回転軸１１６の回転中心の向きとが異なる場合であっても回転軸１１６の回転を維持することができる。したがって、回転軸１１６が有する撓みの影響によるスリップリングの傾きを減少させることができる。
【００２７】
図７は、第２の実施形態の回転子加工装置の他の例を示す図である。図７に示す回転子加工装置は、回転子１００Ａの回転軸１１６を三方チャック５２によって直接把持している。この三方チャック５２は、ユニバーサルジョイント６０に固定されており、回転中心の径方向位置を回転子１００Ａの回転軸１１６の回転中心と一致させることができる。図５、図６の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図８は、第２の実施形態の回転子加工装置の他の例を示す図である。図８に示す回転子加工装置は、回転子１００Ａの回転軸１１６の両端を固定治具６２、６４によって回転子１００Ａが回転可能に保持しながら、刃具６６、６８、７０を用いてスリップリング１３０、１３２と、ポールコア１１２、１１４を挟んだ回転軸１１６の両側およびポールコア１１２、１１４の外径を切削加工する。これにより、回転子１００Ａを固定し直すことなく、共通の基準位置を用いて各部を切削することが可能になり、加工精度を向上させることが可能になる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において変形実施が可能である。例えば、第１の実施形態では、駆動ベルト１２を用いた回転駆動部１０によって回転子１００を回転させたが、ローラ等を用いて回転させるようにしてもよい。また、駆動ベルト１２を傾斜させた状態でポールコア１１２、１１４を押圧することにより、軸方向の荷重を発生させているが、回転駆動部１０とは別の加圧部材を用いて軸方向の荷重を発生させるようにしてもよい。
【００３０】
また、上述した第１の実施形態では、スリップリング１３０、１３２の外周を切削加工したが、それ以外の部位（ポールコア１１２、１１４の外周等）を切削加工するようにしてもよい。また、外周面を切削する場合のみならず、内周面を切削する場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態の回転子加工装置の部分的な構成を示す図である。
【図２】回転駆動部の概要を示す図である。
【図３】筒状部材の概要を示す図である。
【図４】加工時の転がり軸受けの状態を示す図である。
【図５】第２の実施形態の回転子加工装置の概略構成を示す図である。
【図６】回転子加工装置の他の例を示す図である。
【図７】回転子加工装置の他の例を示す図である。
【図８】回転子加工装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  回転駆動部
１２  駆動ベルト
２０  筒状部材
３０  ローラ
４０  刃具
１００  回転子
１１２、１１４  ポールコア
１１６  回転軸
１２０  転がり軸受け
１２０ａ  外輪部
１２０ｂ  内輪部
１２０ｃ  ボール
１２０ｄ  ホルダ
１２２、１２４  冷却ファン
１３０、１３２  スリップリング
【図１】
2006187163.tif 000003
【図２】
2006187163.tif 000004
【図３】
2006187163.tif 000005
【図４】
2006187163.tif 000006
【図５】
2006187163.tif 000007
【図６】
2006187163.tif 000008
【図７】
2006187163.tif 000009
【図８】
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