(57)【要約】      （修正有）【課題】ハブ部とヨーク部が一体で十分な強度と精度を有するようにすること。【解決手段】円板状鋼板１の中央部をその外周端を抑えながら加圧して、その穴１１の周囲にハブ部より大径の増肉部５１１を生成させた円錐凹状の第１中間体５１を作成し、次いでその増肉部５１１を含む中心部を扱いて縮径させ、かつ高さを延ばしてハブ部予定部５２１を成形し、更にその外周側を加圧して底壁予定部５２２を成形し、ハブ部予定部５２１側を増肉した第２中間体５２を作成する。ハブ部予定部５２１の内周を整圧し、外周を扱いた上で、上端を圧縮加工してハブ部を成形し、その間に底壁予定部５２２を加圧して底壁部を成形し、かつ外周の側壁予定部を成形した第３中間体を作成する。その後、ハブ部の形状を保持しながら、側壁予定部の絞り加工と扱きとを同時に行って発電機用一体形ローターを完成させる。【選択図】図１
2011104607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ部とその基部から放射方向に延びる底壁部及びその外周端から該ハブ部の軸方向と平行な方向に延びる側壁部からなる有底円筒状のヨーク部とが一体成形された磁石発電機用ローターを鋼板から冷間鍛造成形によって成形する、鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法であって、
中央部に穴を開口してある円板状鋼鈑の中央部を、該円板状鋼鈑の外周端を抑えながら加圧操作して、該中央部の穴の周囲に最終段階のハブ部径より大径の増肉部を生成させ、かつ、該増肉部の周囲を、該増肉部を最下部とする円錐容器状に成形して第１中間体を作成する第１工程と、
前記第１中間体の中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分を扱いて縮径させながらその高さを伸ばしてハブ部予定部を成形し、引き続いて、該ハブ部予定部より外周側を加圧してヨーク部の底壁予定部を成形するとともに、該底壁予定部の過剰素材をハブ部予定部側に流動させることにより、該ハブ部予定部を増肉させた第２中間体を作成する
第２工程と、
前記第２中間体のハブ部予定部の内周を整圧し、かつ該ハブ部予定部の外周を扱いた上で、その上端を加圧して圧縮加工することにより、ハブ部の成形を完了させ、その間に前記ヨーク部の底壁予定部を加圧して底壁部の成形を完了させるとともに、その外周の側壁予定部を成形した第３中間体を作成する
第３工程と、
前記第３中間体のハブ部の形状を保持しながら、そのヨーク部の側壁予定部の絞り加工と扱きとを同時に行い、ハブ部とヨーク部の同軸性及びヨーク部の真円度を確保して発電機用一体形ローターを完成させる第４工程と、
を順次行う鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程の円板状鋼板の中央部の加圧は、前記増肉部の径に相当する先端径を有する上型パンチにより行い、前記円板状鋼板の外周端の抑えは、環状上型を該外周端に圧接することで行い、かつ前記増肉部は、下型の中央開口部に、前記上型パンチの前記加圧によって前記円板状鋼板の中央部を押し込むことで生成させ、
前記増肉部の周囲の該増肉部を最下部とする円錐容器状への成形は、以上の加圧過程で、該増肉部の周囲を前記下型の中央開口部を最下部とし外周方向に向かって上向き傾斜するテーパ面に沿った形状に変形させることによって行われるようにした請求項１の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法。
【請求項３】
前記第２工程における前記第１中間体の中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分の扱きは、該第１中間体を上下反転させて下型に配置し、これによって、中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分を下型マンドレルの上部に外装状態にし、かつ該円錐容器状の部分の中央部の穴を該下型マンドレル上部中央の円柱状の係止突起に外装し、上型を、該中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分を扱き動作させることにより行い、
該中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分より外周側の加圧は、前記上型を、前記扱き操作に引き続いて、該中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分より外周側に押圧動作をさせることにより行うこととした請求項１又は２の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法。
【請求項４】
前記第３工程のハブ部予定部の内周の加圧及び外周の扱きは、前記第２中間体を環状下型上に配置し、これによって、該第２中間体の中央のハブ部予定部の基部を、該環状下型の中央部に突出状態に配してあるハブ部の大径の基部内周を成形する円筒状下型マンドレルに外装し、かつ同時に該ハブ部予定部の中央の穴を、該円柱状下型マンドレルの中央部に突出状態に配してある円柱ピンに外装し、更に該ハブ部の上部及び基部外周の成形は、環状の成形上型を該ハブ部予定部に扱き下降をさせることで行い、
前記ハブ部予定部の上端の加圧は、成形上型の中央から筒状パンチを下降させ、これで加圧動作させることにより行い、
更に前記ヨーク部の底壁予定部の加圧は、前記成形上型を、前記ハブ部予定部の扱き下降に引き続いて下降させて該底壁予定部に加圧動作させることにより行うこととした請求項１、２又は３の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法。
【請求項５】
前記第４工程のハブ部の形状の保持は、円筒状上型の内周部に第３中間体のハブ部の上部外周を挿入保持させ、該円筒状上型に外装状態の円環状上型パンチの下部内周に該ハブ部の基部外周を挿入保持させ、更に該円環状上型パンチの下端に該第３中間体のヨーク部の底壁部を当接させて行い、
前記ヨーク部の側壁予定部の絞り加工と扱きとは、該円筒状上型及び該円環状上型パンチを同時に下降させ、下型の内周との間で、該第３中間体のヨーク部の側壁予定部の絞り加工及び扱き動作をさせることにより行うこととした請求項１、２、３又は４の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法。
【請求項６】
磁石発電機に装着される磁石発電機用一体型ローターであって、
ハブ部とヨーク部とからなり、該ヨーク部は、前記ハブ部の基部から径方向に延びる底壁部及びその外周端から該ハブ部の軸方向と平行な方向に延びる側壁部からなる有底円筒状をなし、
前記底壁部は、前記ハブ部と連続する内側寄りの部分が径方向に延びる平面を有し、かつ前記側壁部と連続する外側寄りの部分より軸方向に厚い肉厚を有し、
前記外側寄りの部分は、前記内側寄りの平面から前記側壁部の開口端側に向けて離反するように傾斜または湾曲して形成された磁石発電機用一体型ローター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハブ部とこれをその中心に位置させた底壁部及び側壁部からなるほぼ有底円筒状のヨーク部とが一体成形された磁石発電機用一体型ローター及びこれを鋼板から冷間鍛造成形によって製造する、磁石発電機用一体型ローター及び鋼板からの冷間鍛造成形によるその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電機用のローターは、前記のように、ハブ部とヨーク部とからなるものであるが、その強度と精度とが発電機の性能に影響するため、個別に作成した硬く強度の高いハブ部用部品とヨーク部用部品とを結合して製造することで、回転軸への取付強度や回転に際しての精度を確保していた。近年、製造工程数を低減し、コストを削減する趣旨からそれらを一体成形する技術が提案されている。また、発電機以外の機械用ローターの一部では実行されてきている。
【０００３】
特許文献１の技術は磁石発電機の製造方法であり、前記ハブ部とヨーク部との一体成形に関する技術の内の一つである。
これは、板材をプレス加工してローターの中間形状物を成形する前処理工程と、前記中間形状物を仕上げ加工する仕上げ工程とを含む、ボス部及びフライホイール部を有するローターを一体成形する磁石発電機の製造方法であり、該仕上げ工程は、該中間形状物を冷間鍛造する冷鍛工程と、冷間鍛造された該中間形状物を切削加工する切削工程とを含む工程であるものである。
【０００４】
この特許文献１の技術は、それ以前の個別に作成したハブ部とヨーク部とを結合する技術及びブロック状の原料を被加工材として冷間鍛造又は熱間鍛造で行う一体成形の技術と比較して、工程数を減少させ得るとされ、その面での利点は認めることができる。
しかしこの特許文献１の製造方法では、素材の流れを適切にコントロールしてボス部側を厚肉にし、かつフライホイール部側を薄肉にすることが困難であり、更にボス部側の硬度を高めて十分に強化することもできないと思われる。即ち、ハブ部の強度が十分に確保されないうちにローターの形状がほぼできあがってしまうので、その十分な強度を得るための冷間鍛造が困難になってしまい、この種の磁石発電機用として要求される強度と精度とを両立することができないものとなっていると云わざるを得ない。
【０００５】
特許文献２の技術も磁石発電機の製造方法であり、前記ハブ部とヨーク部との一体成形に係る技術の一つである。
これは、板材に対する冷間鍛造の初期段階においてヨークの底壁部と側壁部との境目の厚さを前記底壁部の最終段階の厚さに形成することにより、前記板材に対する前記冷間鍛造の、それ以降における前記板材の材料の前記側壁部への流れと前記ヨークの底壁部への流れとを明確に分配することを特徴とする磁石発電機の製造方法であり、以上の磁石発電機において、板材の前記底壁部の材料を前記ボス部の径方向に寄せること、前記板材の材料を順次起こして行くことによって前記側壁部を成形すること、及び前記ボス部が軸方向に繰り返し圧縮されること、が適用されることがある、とされるものである。
【０００６】
従って、この特許文献２の技術によれば、冷間鍛造の初期段階に前記境目に形成した流れ制御部によって、その後の冷間鍛造工程で、底壁部側の素材を側壁部側ではなく、ボス部側に適切に流動させることができるため、ヨークの側壁部及び底壁部、並びにボス部の肉厚を予め設定された通りに形成することが可能になるとされ、更に繰り返される冷間鍛造工程で加工硬化が生じ、これによって各部の表面硬度が高まり、その後の焼き入れ処理等が不要になるとされている。
【０００７】
しかし、特許文献２の技術によれば、前記流れ制御部は、前記のように、ヨークの底壁部と側壁部の境目に位置するものであり、ボス部の増肉は、底壁部からの流動にのみ依存するものであり、工程数の少ない冷間鍛造で、確実に予定のボス部の肉厚が得られるかは疑問である。
また特許文献１について述べたのと同様に、ボス部の強度が十分に確保されないうちにローターの形状がほぼできあがってしまうものであるので、この種の磁石発電機として要求される強度と精度とが両立できないものとなっていると云わざるを得ない。
【０００８】
なお、他の機械部品としての一体型ローターでは、ローターの側壁部の内外面を切削加工して精度を確保しており、コスト削減効果が薄れてしまっていた。
さらに、ローター形状に発電機用としての特段の配慮がないため、発電機用の部品をローターに取付けようにも取付けられなかったり、ローターの駆動源と共振を起こしたりしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０８−３３１８１４号公報
【特許文献２】特開２００２−３６９４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消し、鋼板からハブ部とヨーク部とを一体化したローターを冷間鍛造によって成形する製造方法であって、要求される強度を確保すべく、製造過程で、各部の肉厚を適切に設定し、かつ硬度及び精度を確保すべく、必要な鍛造工程を繰り返す、鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法を提供することを解決の課題とする。
また、望ましい形状を有する発電機用一体形ローターを提供することを解決の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１は、ハブ部とその基部から放射方向に延びる底壁部及びその外周端から該ハブ部の軸方向と平行な方向に延びる側壁部からなる有底円筒状のヨーク部とが一体成形された磁石発電機用ローターを鋼板から冷間鍛造成形によって成形する、鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法であって、
中央部に穴を開口してある円板状鋼板の中央部を、該円板状鋼板の外周端を抑えながら加圧操作して、該中央部の穴の周囲に最終段階のハブ部径より大径の増肉部を生成させ、かつ、該増肉部の周囲を、該増肉部を最下部とする円錐容器状に成形して第１中間体を作成する第１工程と、
前記第１中間体の中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分を扱いて縮径させながらその高さを延長させてハブ部予定部を成形し、引き続いて、該ハブ部予定部より外周側を加圧してヨーク部の底壁予定部を成形するとともに、該底壁予定部の過剰素材をハブ部予定部側に流動させることにより、該ハブ部予定部を増肉させた第２中間体を作成する第２工程と、
前記第２中間体のハブ部予定部の内周を加圧し、かつ該ハブ部予定部の外周を扱いた上で、その上端を加圧して圧縮加工することにより、ハブ部の成形を完了させ、その間に前記ヨーク部の底壁予定部を加圧して底壁部の成形を完了させるとともに、その外周の側壁予定部を成形した第３中間体を作成する第３工程と、
前記第３中間体のハブ部の形状を保持しながら、そのヨーク部の側壁予定部の絞り加工と扱きとを同時に行い、ハブ部とヨーク部の同軸性及びヨーク部の真円度を確保して発電機用一体形ローターを完成させる第４工程と、
を順次行う鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法である。
【００１２】
本発明の２は、本発明の１の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法において、
前記第１工程の円板状鋼板の中央部の加圧は、前記増肉部の径に相当する先端径を有する上型パンチにより行い、前記円板状鋼板の外周端の抑えは、環状上型を該外周端に圧接することで行い、かつ前記増肉部は、下型の中央開口部に、前記上型パンチの前記加圧によって前記円板状鋼板の中央部を押し込むことで生成させ、
前記増肉部の周囲の該増肉部を最下部とする円錐容器状への成形は、以上の加圧過程で、該増肉部の周囲を前記下型の中央開口部を最下部とし外周方向に向かって上向き傾斜するテーパ面に沿った形状に変形させることによって行われるようにしたものである。
【００１３】
本発明の３は、本発明の１又は２の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法において、
前記第２工程における前記第１中間体の中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分の扱きは、該第１中間体を上下反転させて下型に配置し、これによって、中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分を下型マンドレルの上部に外装状態にし、かつ該円錐容器状の部分の中央部の穴を該下型マンドレル上部中央の円柱状の係止突起に外装し、上型を、該中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分を扱き動作させることにより行い、
該中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分より外周側の加圧は、前記上型を、前記扱き操作に引き続いて、該中央部近傍の増肉部を含む円錐容器状の部分より外周側に押圧動作をさせることにより行うこととしたものである。
【００１４】
本発明の４は、本発明の１、２又は３の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法において、
前記第３工程のハブ部予定部の内周の加圧及び外周の扱きは、前記第２中間体を環状下型上に配置し、これによって、該第２中間体の中央のハブ部予定部の基部を、該環状下型の中央部に突出状態に配してあるハブ部の大径の基部内周を成形する円筒状下型マンドレルに外装し、かつ同時に該ハブ部予定部の中央の穴を、該円柱状下型マンドレルの中央部に突出状態に配してある円柱ピンに外装し、更に該ハブ部の上部及び基部外周の成形は、環状の成形上型を該ハブ部予定部に扱き下降をさせることで行い、
前記ハブ部予定部の上端の加圧は、成形上型の中央から筒状パンチを下降させ、これで加圧動作させることにより行い、
更に前記ヨーク部の底壁予定部の加圧は、前記成形上型を、前記ハブ部予定部の扱き下降に引き続いて下降させて該底壁予定部に加圧動作させることにより行うこととしたものである。
【００１５】
本発明の５は、本発明の１、２、３又は４の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法において、
前記第４工程のハブ部の形状の保持は、円筒状上型の内周部に第３中間体のハブ部の上部外周を挿入保持させ、該円筒状上型に外装状態の円環状上型パンチの下部内周に該ハブ部の基部外周を挿入保持させ、更に該円環状上型パンチの下端に該第３中間体のヨーク部の底壁部を当接させて行い、
前記ヨーク部の側壁予定部の絞り加工と扱きとは、該円筒状上型及び該円環状上型パンチを同時に下降させ、下型の内周との間で、該第３中間体のヨーク部の側壁予定部の絞り加工及び扱き動作をさせることにより行うこととしたものである。
【００１６】
本発明の６は、磁石発電機に装着される磁石発電機用一体型ローターであって、
ハブ部とヨーク部とからなり、該ヨーク部は、前記ハブ部の基部から放射方向に延びる底壁部及びその外周端から該ハブ部の軸方向と平行な方向に延びる側壁部からなる有底円筒状をなし、
前記底壁部は、前記ハブ部と連続する内側寄りの部分が径方向（放射方向）に延びる平面を有し、かつ前記側壁部と連続する外側寄りの部分より厚い肉厚を有し（軸方向に厚い厚さ寸法を有し）、
前記外側寄りの部分は、前記内側寄りの平面から前記側壁部の開口端側に向けて離反するように傾斜または湾曲して形成された磁石発電機用一体型ローターである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の１の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法によれば、一枚の円板状鋼鈑からハブ部及びヨーク部が一体となった磁石発電機用のローターを、少ない工程数で、ハブ部の十分な強度、ハブ部とヨーク部との高い真円度及び同軸性を確保しながら製造することができる。
【００１８】
その第１工程で、中央部に適切な径の増肉部を形成した第１中間体を形成することで、次工程でハブ部予定部の増肉が良好に行えるようにすることができる。
第２工程で、ハブ部予定部を成形し、底壁予定部を加圧成形する過程で、その部位の過剰素材をハブ部予定部側に流動させ、ハブ部予定部を十分に増肉し、これによって次工程で、予定の肉厚を有し、かつ塑性流動による内部加工硬化から十分な強度を持ったハブ部を成形することができることになる。
【００１９】
第３工程で、ハブ部及びヨーク部の底壁部の成形を完了させることにより、最後の工程である第４工程では、ヨーク部の側壁部の成形と、ハブ部及びヨーク部の同軸性及び真円度の確保のみを行うことができることになる。即ち、この第３工程まで、十分な強度を持ったハブ部を成形すべく、大部分を、十分な肉厚及び硬度を確保するための鍛造工程に費やし、目的の結果を得ることとなっているものである。
第４工程では、前記のように、ハブ部とヨーク部の同軸性及びヨーク部の真円度を確保している。
【００２０】
こうして、本発明の１の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法によれば、一枚の円板状鋼板からハブ部とヨーク部とが一体となったローターを得ることができるものであるため、工程数を減少させ、コストを低減することができる。また前記のように、ヨーク部の加工に優先してハブ部の加工を行い、必要な肉厚と硬度とを確保しているため、得られるローターの十分な強度が得られる。更に、前記のように、十分な精度も確保できるので、発電機に適用された際に、安定した回転を確保し得、騒音の発生等を減少させ、かつ寿命を延長することができることになる。加えて、冷間鍛造による製法であって、必要な部位に加工硬化による必要な硬度が得られるため、焼き入れ等も不要である。それ故、熱間鍛造のような成形時の加熱が不要であり、また当然、焼き入れのための加熱も不要であり、そのような加熱の際に発生するＣＯ2の排出が削減される利点もある。
【００２１】
また本発明６の発電機用一体形ローターによれば、発電機用の部品を外面に確実に取付け支持でき、ローターの駆動源からの振動に対する周波数特性をそのピークを共振点からずらして好ましいものに変更することができる。
【００２２】
本発明の２の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法によれば、第１中間体の中央部に目的に適合する十分な厚さの増肉部を形成し、かつそれ自体をその増肉部を中心とする円錐容器状に成形することができる。それ故、その後の工程で、予定通りの厚さと強度を持ったハブ部を容易に成形することができることになる。
【００２３】
本発明の３の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法によれば、次工程でハブ部を成形するのに適合する肉厚を有するハブ部予定部を容易に成形することができる。またヨーク部の底壁予定部もその過剰素材をハブ部予定部側に流動させながら後工程で底壁を成形するのに適合する形状に成形することができる。
【００２４】
本発明の４の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法によれば、目的とする形状、精度及び強度を備えたハブ部及びヨーク部の底壁部が成形できる。また次工程で真円度を確保できるヨーク部の側壁予定部を成形することもできる。
【００２５】
本発明の５の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法によれば、第３工程で成形されたハブ部及びヨーク部の底壁部を確実に保持しながら、ヨーク部の側壁部をハブ部とヨーク部の同軸性及び真円度を確保しながら成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】(a)は成形用材料である円板状鋼板の断面図、(b)第１工程で成形された第１中間体の断面図、(c)は第２工程で成形された第２中間体の断面図。
【図２】(a)は第３工程で成形された第３中間体の断面図、(b)は第４工程で成形完了した発電機用一体形ローターの断面図。
【図３】第４工程で成形完了した発電機用一体形ローターの平面図。
【図４】鍛造装置で成形加工を行う第１工程を示す断面図。
【図５】鍛造装置で成形加工を行う第２工程を示す断面図。
【図６】鍛造装置で成形加工を行う第３工程を示す断面図。
【図７】鍛造装置で成形加工を行う第４工程を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
この実施の形態の鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法は、基本的に、図１及び図４〜図７に示すように、
第１工程で、中央部に穴１１を開口してある円板状鋼板１の中央部を、該円板状鋼板１の外周端１２を可動の環状上型２１で抑えながら、該環状上型２１の中央に昇降自在に配した上型パンチ３１で加圧して、固定の下型４１の中央開口部４１１に押し込み操作することにより、前記中央部の穴１１の周囲に該上型パンチ３１の先端面の径にほぼ相当する径Ｄ１の増肉部５１１を生成させ、該増肉部５１１の周囲を、以上の上型パンチ３１による加圧過程で、該下型４１の中央開口部４１１の上端を最下部とする外周方向に向かって上向き傾斜のテーパ面４１２に沿って上向きテーパ状の側板部５１２に成形して（全体としては円錐容器状に成形して）第１中間体５１を成形し、
第２工程で、該第１中間体５１を上下反転させて固定の環状下型４２の上面上に配置し、これによって、中央部の増肉部５１１を含む円錐容器状の凹部を該環状下型４２の中央部に突出状態に固設した下型マンドレル６１の円錐状部６１１に外装し、かつ該円錐容器状の凹部の上端にあたる増肉部５１１の中央に開口してある穴１１を、該下型マンドレル６１の円錐状部６１１の中央上端に突出状態に構成してある円柱状の係止突起６１２に外装し、他方、扱き用の中央穴部２２１を有する可動の上型２２で、該中央部の増肉部５１１を含む円錐状容器状部の中央部付近を扱いて縮径させながらその高さを延長させてハブ部予定部５２１を成形し、引き続いて該上型２２により該ハブ部予定部５２１より外周側の部分を加圧してヨーク部の底壁予定部５２２を成形するとともに、該部位の過剰素材をハブ部予定部５２１側に流動させることにより、該ハブ部予定部５２１を増肉させて第２中間体５２を成形し、
第３工程で、該第２中間体５２を、固定の環状下型４３の上面上に配置し、これによって、中央のハブ部予定部５２１を、該環状下型４３の中央部に突出状態に固設してある円筒状下型マンドレル６２の円錐部６２１に外装し、かつ同時に、該ハブ部予定部５２１の中央部の穴１１を、該円筒状下型マンドレル６２の中央部に同様に突出状態に固設してある円柱ピン６３に外装状態とし、その後、可動の環状の成形上型２３を加圧下降させて、該ハブ部予定部５２１の内周側には、該円筒状下型マンドレル６２の上部の円錐部６２１の外形に従ったハブ部５４１の大径の基部５４１１の内周形状及び該円柱ピン６３の外形に従ったハブ部５４１の小径上部５４１２の内形を成形し、更に該ハブ部予定部５２１の外周側には、該ハブ部５４１の小径上部５４１２の外形及び基部５４１１の大径の外周を成形し、加えてヨーク部の底壁部５４２を成形するとともに、該環状の成形上型２３の中央空洞部２３１を下降し、これによって、下降下部では、相対的に、前記円柱ピン６３をその中心空洞部２４１に進入させる筒状パンチ２４で、該ハブ部予定部５２１の上端を加圧してその高さ寸法を圧縮し、かつハブ部５４１の上端部形状を形成することにより、該ハブ部５４１の硬度を高め、更に上記ヨーク部の底壁部５４２の加圧成形により該部位の過剰素材をヨーク部の側壁部予定部５３１となる外周側に流動させ、ハブ部５４１及びヨーク部の底壁部５４２を成形し、ヨーク部の側壁部予定部５３１を成形した第３中間体５３を成形し、
第４工程で、第３中間体５３を、それぞれ、そのハブ部５４１の小径上部５４１２は、可動の円筒状上型２５の内周部に係止させ、そのハブ部５４１の基部５４１１は、該円筒状上型２５に外装状態の円環状上型パンチ２６の下部内周に係止させて、両上型２５、２６に保持させ、かつ該第３中間体５３のヨーク部の底壁部５４２を該円環状上型パンチ２６の下端に当接させた上で、該円筒状上型２５及び該円環状上型パンチ２６を同時に下降させ、固定の下型４４の内周との間で、該第３中間体５３のヨーク部の側壁予定部５３１の絞り加工と扱きとを同時に行い、それ自体の真円度及びハブ部５４１との同軸性を確保した側壁部５４３を成形し、これによって発電機用一体形ローター５４の製造を完了するものである。
【００２９】
以下、以上に示した鋼板からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法を順次詳しく説明する。
【００３０】
前記第１工程の円板状鋼板１は、先に述べ、図１に示すように、中央部に穴１１を開口してある、文字通りの円板状の鋼板である。材質的には、十分な展延性を有するものであることに加えて、発電機用のローターとして適合する適当な材料でもあるべきである。
【００３１】
該第１工程は、前記し、図４に示すように、下面が平坦な環状となっている環状上型２１、該環状上型２１の中央部の貫通穴に昇降自在に配してある上型パンチ３１、下型４１及び該下型４１の上面周縁部に固設してある環状の案内下型４１３を用いて行われる。
該下型４１は、同図に示すように、その中央に、該上型パンチ３１より若干大径の中央開口部４１１を開口し、かつ該中央開口部４１１の周囲にこれを中心とする上向き傾斜のテーパ面４１２を有する構成となっている。該テーパ面４１２は、これを全体としてみれば、円錐状凹面ということができる。また前記環状の案内下型４１３は、前記円板状鋼板１の中心を前記下型４１の中心と一致させて配するためのガイドとなるものであり、その内径を該円板状鋼板１の径に対応させてある。
【００３２】
該第１工程では、前記円板状鋼板１は、その中央の穴１１を該下型４１の中央に対応させた状態で該下型４１上に配する。該円板状鋼板１は、その周縁部が該下型４１の円環状の上面に載置した状態になる。なお、これは、該円板状鋼板１を前記案内下型４１３の内側に装入すれば自ずとそうなる。
この後、前記上型パンチ３１及び環状上型２１を下降させ、該上型パンチ３１を該円板状鋼板１の中央部に押し当てて絞って行く。この間に該環状上型２１の下面が、円錐凹状に絞られつつある該円板状鋼板１の周端に圧接するに至り、その放射方向への延びを抑えるように機能する。該上型パンチ３１による加圧は継続し、図４に示すように、円錐凹状に絞られた該円板状鋼板１の中央部は下型４１の中央開口部４１１に押し込まれた状態となり、その周囲は該下型４１のテーパ面４１２に沿った上向きテーパ状の側板部５１２に成形され（全体としては円錐容器状に成形され）、第１中間体５１が成形されることになり、第１工程は終了する。
【００３３】
該第１工程において、図１(b)及び図４に示すように、該第１中間体５１の中央部の穴１１の周囲には、前記上型パンチ３１の先端面の径にほぼ相当する径Ｄ１の増肉部５１１が生成される。このような増肉部５１１は、以上のような上型パンチ３１で加圧して絞り、該増肉部５１１となる部位を前記下型４１の中央開口部４１１中に押し込むこと、及びこのとき、該増肉部５１１となる部位の周囲の部位の周端を、前記のように、前記環状上型２１の下面で抑え、その延びを抑制する結果として得られる。なお、この径Ｄ１は、より小さい方が増肉効果を高めることができるが、目的とするハブ部５４１の径より大径とすべきものである。
【００３４】
第２工程は、図５に示すように、上面が基本的に平坦な環状となっている環状下型４２、その中央穴に固設されている下型マンドレル６１及び上型２２を用いて行われる。
該下型マンドレル６１は、その上部が上細りの円錐状部６１１に構成され、更に該円錐状部６１１の上端中央には、前記第１中間体５１の増肉部５１１の中央に開口している穴１１に緩みなく挿入状態となりうる円柱状の係止突起６１２が構成してある。また前記上型２２は、反転させた第１中間体５１の増肉部５１１及びその周囲近傍の側板部５１２を扱き加工してハブ部予定部５２１を形成すべく、その中央穴部２２１を該当する径のテーパ状に形成してあり、更に、該上型２２は、反転させた第１中間体５１の増肉部５１１及びその周囲近傍の側板部５１２より外周側の側板部５１２を絞り加工して該部位をヨーク部の底壁予定部５２２に成形すべく、その環状の下端面を形成してある。
【００３５】
第２工程では、前記第１中間体５１を上下反転させて前記環状下型４２の円環状の上面上に載せ、このとき同時に、該第１中間体５１の中央の凹部中に、該環状下型４２の中央部に固設した前記下型マンドレル６１の円錐状部６１１を挿入状態にし、更に該凹部上端の増肉部５１１に開口してある穴１１中に、該円錐状部６１１の上端中央に立ち上げた係止突起６１２を挿入状態とする。該係止突起６１２が該第１中間体５１の中央の穴１１に挿入状態となることにより、該第１中間体５１は正確に型の中央に位置決めされることになる。この後、図５に示すように、この状態で、前記上型２２が下降して、その中央穴部２２１で該第１中間体５１の増肉部５１１及びその周囲近傍の側板部５１２を扱き加工して縮径させながらその高さを延長させてハブ部予定部５２１を成形し、引き続いて、該上型２２の環状の下端面で該ハブ部予定部５２１より外周側の側板部５１２を加圧して（据込）ヨーク部の底壁予定部５２２を成形する。またこのとき、該底壁予定部５２２を作成する部位の過剰素材をハブ部予定部５２１側に流動させ、該ハブ部予定部５２１を増肉させる。こうして第２中間体５２を成形し、第２工程は終了する。
【００３６】
第２工程においては、以上に述べ、図１(c)及び図５に示すとおり、前記第１中間体５１の増肉部５１１及びその周囲近傍の側板部５１２からハブ部予定部５２１が成形される。このハブ部予定部５１１の増肉の度合いは、該ハブ部予定部５２１の径Ｄ２と高さＨによって決まる。大径の前記増肉部５１１及びその周囲の側板部５１２を、より小径に、かつ高さＨが余り低くならないように、扱き、引き続いてその周囲を据込むと、得られるハブ部予定部５２１は、増肉され、逆の態様の扱き及び引き続く据込を行うと、減肉されることになる。本件のように、増肉を必要とする場合は、当然、前者のようになるように、前記増肉部５１１の径Ｄ１をハブ部予定部５２１の径Ｄ２より大径に、かつハブ部予定部５２１の高さＨを高めに設定しておくべきである。
【００３７】
第３工程は、図６に示すように、内側部分が平坦で、周方向途中から外周方向に向かって上向き傾斜になる環状の上面を備えた環状下型４３、該環状下型４３の中央空洞部に、ここから突出する状態に固設してある円筒状下型マンドレル６２、該円筒状下型マンドレル６２の中空部に、更にここから突出する状態に固設してある円柱ピン６３、環状の成形上型２３及び該環状の成形上型２３の中央空洞部２３１に昇降自在に配した筒状パンチ２４を用いて行われる。
前記円筒状下型マンドレル６２は、図６に示すように、その上部に、第２中間体５２の中央のハブ部予定部５２１の内部に位置してハブ部５４１の大径の基部５４１１の内周を成形する円錐部６２１を備えている。また該円錐部６２１は、同図に示すように、該ハブ部５４１の基部５４１１の内周形状に対応すべく、最上端は錐状に尖らず、該基部５４１１内周上端の径に対応する円形端面となっている。
【００３８】
前記円柱ピン６３は、図６に示すように、ハブ部５４１の小径上部５４１２の内径に対応する径の円柱状部材である。前記環状の成形上型２３は、その内周下部は、ハブ部５４１の小径上部５４１２及び基部５４１１の外周形状に対応する内周形状に構成し、下面は、基本的に、ヨーク部の底壁部５４２の上面形状に対応する形状としたものである。また前記筒状パンチ２４は、同図に示すように、下端に開口する円筒状の部材であり、下方に突出状態に位置する前記円柱ピン６３を、その中心空洞部２４１で外装状態となりつつ下降できるように構成してあるものである。更に該筒状パンチ２４は、その下端が、前記ハブ部５４１の小径上部５４１２の上端形状に対応する形状に構成してある。
【００３９】
第３工程では、前記第２中間体５２を、前記環状下型４３の内側部分が平坦で外側部分が外周方向に向かって上向き傾斜となっている上面上に配置し、中央のハブ部予定部５２１の内周側を、前記円筒状下型マンドレル６２の円錐部６２１に外装状態にし、かつ該ハブ部予定部５２１の上部中央の穴１１を、該円筒状下型マンドレル６２の中央部に固設された円柱ピン６３に外装状態にする。
その後、上方から、前記環状の成形上型２３を下降させ、図６に示すように、その内周下部でハブ部予定部５２１を加圧し、これによってハブ部５４１の小径上部５４１２及び基部５４１１の外周形状を成形するとともに、前記円筒状下型マンドレル６２の円錐部６２１でハブ部５４１の基部５４１１の内周形状を成形し、かつ前記円柱ピン６３でハブ部５４１の小径上部５４１２の内周形状を成形する。また更に前記成形上型２３の下面で第２中間体５２のヨーク部の底壁予定部５２２が加圧され、ヨーク部の底壁部５４２が成形される。同時に、更に該底壁部５４２の外周側にヨーク部の側壁部予定部５３１も成形される。また該成形上型２３が下降すると同時に、中央空洞部２３１を前記筒状パンチ２４も下降し、上方に伸びたハブ部５４１の小径上部５４１２の上端を加圧・圧縮し上端部を成形する。こうして第３中間体５３を成形し、第３工程は終了する。図２(a)は、こうして製造された第３中間体５３の断面を示している。
【００４０】
なお、以上の成形上型２３によるヨーク部の底壁部５４２の成形過程で、その部位の過剰素材がハブ部５４１側に流動して増肉し、該ハブ部５４１の必要な肉厚を確保し、他方、前記成形上型２３及び前記筒状パンチ２４の加圧成形動作による加工硬化で、ハブ部５４１に十分な硬度を確保することができたものでもある。
【００４１】
第４工程は、図７に示すように、円筒状上型２５、該円筒状上型２５に外装状態の円環状上型パンチ２６及び下型４４を用いて行われる。
前記円筒状上型２５は、図７に示すように、その下部内周を、第３中間体５３のハブ部５４１の小径上部５４１２の外径とほぼ一致させ、該小径上部５４１２をその中心に外装保持できる内径寸法に形成した部材である。前記円環状上型パンチ２６は、同図に示すように、その中央部の最下部直上までの間に該円筒状上型２５を外装し、その最下部の内周は、ハブ部５４１の基部５４１１の外周形状及び外径とほぼ一致させ、該基部５４１１をその中心に外装保持できる内径寸法に形成した部材である。また該円環状上型パンチ２６は、以上のように、ハブ部５４１の基部５４１１をその中心に外装保持した状態で、その下端が該第３中間体５３のヨーク部の底壁部５４２に良好に接合できるように構成してあるものである。更に前記下型４４は、該円環状上型パンチ２６及び円筒状上型２５に保持されて下降する該第３中間体５３のヨーク部の側壁部５４３を成形すべく、その内周を円筒状内面に構成した型部材である。
【００４２】
第４工程では、図７に示すように、前記円筒状上型２５及び該円筒状上型２５に外装状態の円環状上型パンチ２６に前記第３中間体５３を保持させた上で、そのヨーク部の側壁予定部５３１に外周絞り加工及び扱き加工を施して、側壁部５４３を成形する。
該第３中間体５３の保持は、同図に示すように、円筒状上型２５の下部内周で該第３中間体５３の小径上部５４１２の外周を外装状態でその中心に保持し、更に円環状上型パンチ２６の最下部の内周で、該第３中間体５３のハブ部５４１の基部５４１１の外周を同様に外装状態でその中心に保持することにより、実行し、かつその状態で、該円環状上型パンチ２６の下端を該第３中間体５３のヨーク部の底壁部５４２に当接させておく。
【００４３】
その後、図７に示すように、該円筒状上型２５及び該円環状上型パンチ２６を下降させ、下型４４の内周との間で、該第３中間体５３のヨーク部の側壁予定部５３１の絞り加工と扱きとを同時に行い、ヨーク部の側壁部５４３を成形し、これによって発電機用一体形ローター５４の製造を完了させ、第４工程は終了する。図２(b)は、発電機用一体形ローター５４の断面を示しており、図３は平面を示している。なお、第４工程は、扱き落とし加工法である。
【００４４】
なお、以上の絞り加工と扱きとにより、得られたヨーク部の側壁部５４３はそれ自体の真円度が確保され、該ヨーク部の側壁部５４３と前記ハブ部５４１との同軸性も確保されることになる。
【００４５】
最終製品の発電機用一体型ローター５４は、以上の工程により後述の形状を付与される。
ヨーク部の底壁部５４２は、特に図２(b)及び図７に示すように、ハブ部５４１寄りの内側部分５４２１と側壁部５４３寄りの外側部分５４２２とからなり、内側部分５４２１は外側部分５４２２より厚肉であるとともに、ローターの外側になる面に平面部５４２３を有し、また、外側部分５４２２は、前記平面部５４２３から側壁部５４３に向かうに従い側壁端面側（有底筒状の開口側端面側）に離れるように傾斜あるいは湾曲した形状の部分５４２４を有する。
【００４６】
平面部５４２３は一定の範囲に形成され、特に図２(b)に示すように、例えば、ローターの外径に対し１／３〜２／３、より好ましくは約半分の径Ｄ３の範囲に設けられ、傾斜あるいは湾曲した形状の部分５４２４の角度θは平面部５４２３の仮装延長面に対し３°〜１０°、より好ましくは約５°で傾斜するか、その外周端で該仮装延長面から肉厚ｔの０．７〜２倍、より好ましくは約０．８倍の距離ｌだけ離れるように湾曲し、底壁部５４２の外側部分５４２２と側壁部５４３とは直角より緩い角度で連続している。
【００４７】
なお、外側部分５４２２の肉厚ｔは側壁部５４３の肉厚より厚く構成されている。
なおまた、ローター内側に位置するステーター（不図示）のための開口を設けることを妨げない。
【００４８】
上述の形状により、ローターに発電機用の部品（不図示）を確実に固定する支持面を外面に確保するとともに、底壁部５４２の駆動源（不図示）からの振動に対する周波数特性をそのピークを１００Ｈｚ以上共振点からずらして好ましいものに変更させることができる。また、ヨーク部の底壁部５４２と側壁部５４３との緩い角度での連続は流動性を向上させる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の鋼鈑からの冷間鍛造成形による発電機用一体形ローターの製造方法は、文字通り、発電機用のローターの製造の分野で有効に利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１    円板状鋼板
１１  円板状鋼板の中央部の穴
１２  円板状鋼板の外周端
２１  第１工程で用いる環状上型
２２  第２工程で用いる上型
２２１  第２工程で用いる上型の中央穴部
２３  第３工程で用いる成形上型
２３１  第３工程で用いる成形上型の中央空洞部
２４  第３工程で用いる上型の筒状パンチ
２４１  筒状パンチの中心空洞部  
２５  第４工程で用いる円筒状上型
２６  第４工程で用いる円環状上型パンチ
３１  第１工程で用いる上型パンチ
４１  第１工程で用いる下型
４１１  第１工程で用いる下型の中央開口部
４１２  第１工程で用いる下型のテーパ面
４１３  第１工程で用いる案内下型
４２  第２工程で用いる環状下型
４３  第３工程で用いる環状下型
４４  第４工程で用いる下型
５１  第１中間体
５１１  増肉部
５１２  第１中間体の側板部
５２  第２中間体
５２１  ハブ部予定部
５２２  ヨーク部の底壁予定部
５３  第３中間体
５３１  ヨーク部の側壁部予定部
５４  発電機用一体形ローター
５４１  ハブ部
５４１１  ハブ部の基部
５４１２  ハブ部の小径上部
５４２  ヨーク部の底壁部
５４２１  底壁部のハブ部寄りの内側部分
５４２２  底壁部の側壁部寄りの外側部分
５４２３  内側部分の外側の面である平面部
５４２４  外側部分の外側の面である傾斜あるいは湾曲した形状の部分
５４３  ヨーク部の側壁部
６１  下型マンドレル
６１１  下型マンドレルの円錐状部
６１２  円錐状部の係止突起
６２  第３工程で用いる円筒状下型マンドレル
６２１  第３工程で用いる円筒状下型マンドレルの円錐部
６３  第３工程で用いる円柱ピン
Ｄ１  増肉部の径
Ｄ２  ハブ部予定部の径
Ｄ３  平面部の径
Ｈ    ハブ部予定部の高さ
θ    外側部分の傾斜あるいは湾曲した形状の部分の角度
ｔ    外側部分の肉厚
ｌ    外側部分の傾斜あるいは湾曲した形状の部分の最外端と内側部分の外側の面である平面部からの仮装延長線との間の距離
【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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