(57)【要約】【課題】生産効率を向上させるとともに、安価でかつ強度の高い回転電機のロータシャフトおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】ロータコア２０が装着されるコア装着部１２と、コア装着部１２と一体化されて回転軸５０に嵌合する嵌合部１３とを有するモータのロータシャフト１１において、ロータコア２０を保持するためにコア装着部１２に形成されたフランジ部１２ａと、ケース５１との間にベアリング２３を介装するためにフランジ部１２ａに形成されたベアリング介装部２４と、コア装着部１２からベアリング介装部２４の反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形されたテーパ部１４と、ベアリング介装部２４から嵌合部１３までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形されたテーパ部１５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体が装着される磁性体装着部と、前記磁性体装着部と一体化されて回転軸に嵌合する嵌合部とを有する回転電機のロータシャフトにおいて、
前記磁性体を保持するために前記磁性体装着部に形成された環状フランジ部と、
ケースとの間にベアリングを介装するために前記環状フランジ部に形成されたベアリング介装部と、
前記磁性体装着部から前記ベアリング介装部の反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形された第１テーパ部と、
前記ベアリング介装部から前記嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形された第２テーパ部と、
を備えることを特徴とする回転電機のロータシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載する回転電機のロータシャフトにおいて、
前記ベアリング介装部は、前記第２テーパ部の内周側に設けられていることを特徴とする回転電機のロータシャフト。
【請求項３】
磁性体が装着される磁性体装着部と、前記磁性体装着部と一体化されて回転軸に嵌合する嵌合部とを有する回転電機のロータシャフトの製造方法において、
単一の素材から、前記磁性体装着部と、前記磁性体を保持するために前記磁性体装着部に形成される環状フランジ部と、前記磁性体装着部から前記環状フランジ部とは反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第１テーパ部と、前記環状フランジ部から前記嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第２テーパ部とを鍛造により同時に成形する鍛造工程と、
前記鍛造工程により成形された成形体の中心部を芯抜き加工して前記嵌合部を形成する芯抜き工程と、
を含むことを特徴とする回転電機のロータシャフトの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載する回転電機のロータシャフトの製造方法において、
前記芯抜き工程では、前記嵌合部に対するスプライン加工を同時に行うことを特徴とする回転電機のロータシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に使用するロータシャフトおよびその製造方法に関する。より詳細には、鍛造により成形されるロータシャフトおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機に使用する回転子（ロータ）の構成部品であるロータシャフトは、鍛造または鋳造により製造されている。例えば、鍛造によりロータシャフトを製造する場合には、まず、図９に示す中空形状のシャフト素材１２０と、図１０に示す円板形状のフランジ素材１３０とを準備する。そして、鍛造により、シャフト素材１２０から、図１１に示すように、スプラインが形成されたシャフト部１１１を成形する。同様に、鍛造により、フランジ素材１３０から図１２に示すフランジ部１１２を成形する。次に、シャフト部１１１とフランジ部１１２とを、図１３に示すように、溶接により接合する。その後、機械加工することにより、図１４に示す形状のロータシャフト１１０が完成する。
一方、鋳造によりロータシャフトを製造する場合には、図１５に示すように、シャフト部１１１とフランジ部１１２とを一体成形する。その後、機械加工することにより、図１４に示す形状のロータシャフト１１０が完成する。
【０００３】
ここで、鍛造によるロータシャフトの製造技術によれば、鋳造による場合と比べると機械加工の工数は少ないが、シャフト部１１１とフランジ部１１２とを別々に成形して、それらを溶接により一体化する必要があり工程数が増えてしまい、生産効率が良くないという問題がある。また、一体化された部分において強度が低下するおそれもあった。
一方、鋳造によるロータシャフトの製造技術によれば、鋳造品の表面性状が悪いため加工に時間がかかり生産効率が良くないという問題がある。また、鋳造の際に鋳巣が形成さてしまうおそれがある。そのため鋳巣対策としてとりべを設けると、材料（素材）の歩留まりが悪化するという問題もあった。
【０００４】
そこで、生産効率を向上させることができるロータシャフトの製造技術として、鍛造によりロータシャフトを製造して工程数を削減することができる技術が提案されている（特許文献１）。このロータシャフトの製造技術では、カップ部（フランジ部）とシャフト部とを同時に一体形成する。これにより、高強度を確保することができるとともに、シャフト部とカップ部との圧入（接合）工程を省くことができ、工程数を低減することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−６７６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来技術では、鍛造の性質上、素材の流れ込みを確保するために成形部分の断面積比が細かく制約されており、形状や寸法に対する設計自由度が少なくなるという問題があった。また、高い鍛造精度が要求されるため、金型や鍛造設備が高価になってしまうという問題もあった。このため、生産効率が向上しても、製品コストの上昇を招いてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、生産効率を向上させるとともに、安価でかつ強度の高い回転電機のロータシャフトおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る回転電機のロータシャフトは、磁性体が装着される磁性体装着部と、前記磁性体装着部と一体化されて回転軸に嵌合する嵌合部とを有する回転電機のロータシャフトにおいて、前記磁性体を保持するために前記磁性体装着部に形成された環状フランジ部と、ケースとの間にベアリングを介装するために前記環状フランジ部に形成されたベアリング介装部と、前記磁性体装着部から前記ベアリング介装部の反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形された第１テーパ部と、前記ベアリング介装部から前記嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形された第２テーパ部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この回転電機のロータシャフトは、磁性体装着部からベアリング介装部の反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形された第１テーパ部と、ベアリング介装部から嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形された第２テーパ部とを有し、ロータシャフト全体としては、徐々に縮径していく筒形状となっている。このため、ロータシャフトの外周面および内周面にアンダーカット形状が存在しない。そして、このような徐々に縮径していく筒形状は、素材の多いところから少ないところへ変形させることにより成形することができるので、鍛造により単一の素材から割れなどを生じさせることなく高い強度を確保して成形することができる。また、鍛造の際に、素材の流れ込みが十分に確保されるため、従来技術のように成形部分の断面積比が細かく制約されることがない。従って、ロータシャフトの形状や寸法に対する設計自由度が大きくなり、従来技術のように高い鍛造精度が要求されなくなるため、金型や鍛造設備が高価になることもない。
【０００９】
また、ロータシャフトを鍛造により形成することができるので、磁性体装着部と嵌合部とを一体成形することができる。従って、磁性体装着部（フランジ部）と嵌合部（シャフト部）とを接合する接合工程が不要になるので生産効率が向上する。
【００１０】
本発明に係るロータシャフトにおいては、前記ベアリング介装部は、前記第２テーパ部の内周側に設けられていることが望ましい。
【００１１】
ベアリング介装部を第２テーパ部の外周側に設けると、ベアリングが回転軸から離れた位置に配置されてしまう。そうすると、モータが大型化するとともに、高速回転時にロータの回転ぶれが生じやすくなってしまう。そして、ロータに回転ぶれが生じてしまうと、モータの性能が低下する。
そこで、本発明に係るロータシャフトでは、ベアリング介装部を、第２テーパ部の内周側に設けている。これにより、ベアリングを回転軸にできるだけ近付けて配置することができる。従って、モータが大型化することを回避することができるともに、高速回転時にロータの回転ぶれを生じにくくすることができる。
【００１２】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る回転電機のロータシャフトの製造方法は、磁性体が装着される磁性体装着部と、前記磁性体装着部と一体化されて回転軸に嵌合する嵌合部とを有する回転電機のロータシャフトの製造方法において、単一の素材から、前記磁性体装着部と、前記磁性体を保持するために前記磁性体装着部に形成される環状フランジ部と、前記磁性体装着部から前記環状フランジ部とは反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第１テーパ部と、前記環状フランジ部から前記嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第２テーパ部とを鍛造により同時に成形する鍛造工程と、前記鍛造工程により成形された成形体の中心部を芯抜き加工して前記嵌合部を形成する芯抜き工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この回転電機のロータシャフトの製造方法では、鍛造工程において、単一の素材から、磁性体装着部と、磁性体を保持するために磁性体装着部に形成される環状フランジ部と、磁性体装着部から環状フランジ部とは反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第１テーパ部と、環状フランジ部から嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第２テーパ部とが、鍛造により同時に成形される。そして、芯抜き工程において、鍛造工程により成形された成形体の中心部が芯抜き加工されて嵌合部が形成される。
【００１４】
ここで、嵌合部を形成するために行う芯抜き加工は、鍛造の一種である。このため、鍛造工程と芯抜き工程とを同一の鍛造装置で実施することができる。このように、この製造方法では、ロータシャフトを鍛造により形成することができるので、磁性体装着部（フランジ部）と嵌合部（シャフト部）とをほとんど同時に一体成形することができる。従って、磁性体装着部と嵌合部とを接合する接合工程が不要になるので生産効率が向上する。
【００１５】
また、この製造方法では、鍛造工程において、磁性体装着部から環状フランジ部とは反対側端部までの外周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第１テーパ部と、環状フランジ部から嵌合部までの内周面に、軸方向に徐々に縮径する形状に成形される第２テーパ部とを成形する。つまり、ロータシャフト全体として、徐々に縮径していく筒形状をなしている。そして、このような形状は、素材の多いところから少ないところへ変形させることにより成形することができるので、単一の素材から割れなどを生じさせることなく高い強度を確保して成形することができる。また、このような形状により、鍛造工程において、素材の流れ込みが十分に確保されるため、従来技術のように成形部分の断面積比が細かく制約されることがない。従って、ロータシャフトの形状や寸法に対する設計自由度が大きくなり、従来技術のように高い鍛造精度が要求されなくなるため、金型や鍛造設備が高価になることもない。
【００１６】
本発明に係る回転電機のロータシャフトの製造方法においては、前記芯抜き工程では、前記嵌合部に対するスプライン加工を同時に行うことが望ましい。
【００１７】
このように、嵌合部を形成する際に行う芯抜き加工と、嵌合部に対するスプライン加工とを同時に行うことにより、ロータシャフトの生産効率をさらに向上させることができるからである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る回転電機のロータシャフトおよびその製造方法によれば、生産効率を向上させるとともに、安価でかつ強度の高い回転電機のロータシャフトを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のロータシャフトおよびその製造方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。まず、本発明に係るロータシャフトを備えるロータについて、図１を参照しながら説明する。図１は、ロータの概略構成を示す断面図である。なお、ロータは軸対称形状であるから、図１にはロータ半分を示している。
【００２０】
図１に示すように、ロータ１０は、モータの回転軸５０に嵌合するロータシャフト１１と、ロータシャフト１１に組み付けられた中空円筒状のロータコア２０とを備えている。ロータコア２０は、ロータシャフト１１のコア装着部１２の外周面に対して嵌合して固定されている。このとき、ロータコア２０の一端面がコア装着部１２のフランジ部１２ａに保持されている。一方、ロータコア２０の他端面は、内周側において固定部材２５により押さえ付けられている。
【００２１】
ここで、ロータシャフト１１の外周側に、ロータコア２０が装着されるコア装着部１２が形成されている。このコア装着部１２の端部に環状のフランジ部１２ａが形成されている。そして、コア装着部１２からフランジ部１２ａとは反対側端部に向かって、ロータシャフト１１の外周側には、軸方向に徐々に縮径する形状に成形されたテーパ部１４が形成されている。このテーパ部１４の端部（コア装着部１２と反対側）に、ケースとの間にベアリング２１を介装するためのベアリング介装部２２が形成されている。これにより、ロータシャフト１１の一端が、ベアリング２１によって軸支されるようになっている。
【００２２】
一方、ロータシャフト１１の内周側に、回転軸５０に嵌合する嵌合部１３が形成されている。そして、嵌合部１３の内周面にはスプライン加工が施されている。また、ロータシャフト１１の内周側には、フランジ部１２ａから嵌合部１３に向かって、軸方向に徐々に縮径する形状に成形されたテーパ部１５が形成されている。このテーパ部１５の端部（フランジ部１２ａ側）に、ケース５１との間にベアリング２３を介装するためのベアリング介装部２４が形成されている。これにより、ロータシャフト１１の一端が、ベアリング２３によって軸支されるようになっている。つまり、ロータシャフト１１は、両端部において、ベアリング２１，２３により軸支されて回転可能になっている。
そして、フランジ部１２ａの内周側にベアリング介装部２４を設けているので、ベアリング２３を回転軸５０にできるだけ近付けて配置することができる。これにより、モータが大型化（特に径方向）することを防止することができるとともに、ロータシャフト１１の高速回転時における回転ぶれが生じにくくなる。
【００２３】
このように、ロータシャフト１１では、コア保持部１２と嵌合部１３とが一体成形されている。このため、コア保持部１２と嵌合部１３とを接合する必要がないため、工程数を低減することができる。そして、テーパ部１４，１５を形成して、ロータシャフト１１全体としては、徐々に縮径していく筒形状となっている。これにより、ロータシャフト１１は、外周面および内周面にアンダーカット形状が存在しない。そして、このような形状であれば、素材の多いところから少ないところへ変形させることにより成形することができるので、鍛造により割れなどを生じさせることなく高い強度を確保して成形することができる。また、鍛造の際に、素材の流れ込みが十分に確保されるため、従来技術のように加工部分の断面積比が細かく制約されることがない。従って、ロータシャフト１１の形状や寸法に対する設計自由度が大きくなり、従来技術のように高い鍛造精度が要求されなくなるため、金型や鍛造設備が高価になることもない。
【００２４】
次に、上記したロータシャフト１１の製造方法について、図２〜図８を参照しながら説明する。図２は、ロータシャフトの素材を鍛造装置にセットした状態を示す図である。図３は、鍛造中における素材の変形の様子を示す図である。図４は、鍛造終了時における素材の様子を示す図である。図５は、芯抜きパンチがセットされた状態を示す図である。図６は、芯抜きパンチによる芯抜き加工中における鍛造成形体の変形の様子を示す図である。図７は、芯抜き加工が終了した状態（機械加工前の）ロータシャフトを示す断面図である。図８は、図７に示すロータシャフトに対する機械加工の実施箇所を示す図である。
【００２５】
まず、図２に示すように、円柱状の素材１１ａを鍛造装置にセットする。具体的には、素材１１ａを下型パンチ３５上にセットする。このとき、上型パンチ３１、上型３１、および下型３６も所定位置にセットされている。そして、素材１１ａが鍛造装置にセットされた後に鍛造装置を稼働させると、図３に示すように、上型パンチ３０と上型３１とが下方へ移動して素材１１ａに対する鍛造が開始される。
【００２６】
ここで、ロータシャフト１１の全体形状を、徐々に縮径していく筒形状にしているので、上型パンチ３０と上型３１とが下方へ移動していくときに、素材１１ａは容量が多いところ（中央付近）から少ないところ（両端部）へ流れ込みながら変形していく。そして、図４に示すように、上型パンチ３０と上型３１とが所定位置まで移動して素材１１ａに対する鍛造が終了する。これにより、素材１１ａに、コア装着部１２と、フランジ部１２ａと、テーパ部１４，１５とが同時に成形される。そして、鍛造の際に、素材１１ａは容量が多いところから少ないところへ変形させられるため、素材の流れ込みが十分に確保されるので、割れなどを生じさせることなく高い強度を確保しながら素材１１ａを変形させる（成形する）ことができる。
【００２７】
続いて、図５に示すように、上型パンチ３０および下型パンチ３５が上型３１および下型３６から退避させられる一方、芯抜きパンチ３２が上型３１にセットされる。つまり、上型パンチ３０が芯抜きパンチ３２に交換された状態となる。芯抜きパンチ３２の外周にはスプライン加工部３２ａが設けられている。そして、図６に示すように、芯抜きパンチ３２が下降して、成形された素材１１ａの芯抜き加工が実施される。この芯抜き加工が終了すると、図７に示すように、嵌合部１３が成形されると同時に嵌合部１３の内周面にスプライン１３ａが形成され、ロータシャフト１１（機械加工前）が完成する。
【００２８】
ここで、素材１１ａに対する鍛造による成形加工と芯抜き加工とは、同一の鍛造装置内で連続して短時間で行われる。このため、コア装着部１２と嵌合部１３とをほとんど同時に一体成形することができる。また、コア装着部１２と嵌合部１３とを接合する接合工程が不要になる。このように、本実施の形態に係る製造方法によれば、生産効率を向上させるとともに、強度の高いロータシャフト１１を安価に得ることができる。
【００２９】
その後、鍛造装置から取り出されたロータシャフト１１は、図８に破線で示す部位（ベアリング介装部やコア装着部など）に対して機械加工が実施されて、ロータシャフト１１が完成する。そして、機械加工が終了したロータシャフト１１に、ベアリング２１，２３、ロータコア２０などが装着され、ベアリング２１，２３、ロータコア２０などが装着されたロータシャフト１１が、回転軸５０に嵌合させられる。かくして、図１に示すロータ１０が完成する。
【００３０】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るロータシャフト１１によれば、テーパ部１４，１５を形成して、ロータシャフト１１全体として徐々に縮径していく筒形状にしているので、外周面および内周面にアンダーカット形状が存在しない。このため、鍛造により割れなどを生じさせることなく高い強度を確保して成形することができる。そして、鍛造により、コア装着部１２と嵌合部１３とが一体成形されるので、コア保持部１２と嵌合部１３とを接合する必要がないため工程数を低減することができる。また、鍛造の際に、素材の流れ込みが十分に確保されるため、従来技術のように加工部分の断面積比が細かく制約されることがないので、ロータシャフト１１の形状や寸法に対する設計自由度が大きくなる。これにより、従来技術のように高い鍛造精度が要求されなくなり、金型や鍛造設備が高価になることがない。これらのことから、本実施の形態に係るロータシャフト１１およびその製造方法によれば、生産効率を向上させるとともに、安価でかつ強度の高いロータシャフトを得ることができる。
【００３１】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態において、下型パンチ３５および下型３６を固定して上型パンチ３０および上型３１を移動させてロータシャフトの成形（鍛造）を行っているが、上型パンチ３０および上型３１を固定して下型パンチ３５および下型３６を移動させてロータシャフトの成形（鍛造）を行うこともできるし、上型パンチ３０および上型３１と下型パンチ３５および下型３６の両方を移動させてロータシャフトの成形（鍛造）を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ロータの概略構成を示す断面図である。
【図２】ロータシャフトの素材を鍛造装置にセットした状態を示す図である。
【図３】鍛造中における素材の変形の様子を示す図である。
【図４】鍛造終了時における素材の様子を示す図である。
【図５】芯抜きパンチがセットされた状態を示す図である。
【図６】芯抜きパンチによる芯抜き加工中における鍛造成形体の変形の様子を示す図である。
【図７】芯抜き加工が終了した状態（機械加工前の）ロータシャフトを示す断面図である。
【図８】図７に示すロータシャフトに対する機械加工の実施箇所を示す図である。
【図９】従来の鍛造によるロータシャフト製造におけるシャフト部の素材の概略構成を示す断面図である。
【図１０】従来の鍛造によるロータシャフト製造におけるフランジ部の素材の概略構成を示す断面図である。
【図１１】図９に示すシャフト素材を鍛造によりシャフト部に成形した状態を示す図である。
【図１２】図１０に示すシャフト素材を鍛造によりフランジ部に成形した状態を示す図である。
【図１３】鍛造により成形されたシャフト部とフランジ部を接合した状態を示す図である。
【図１４】従来のロータシャフトの概略構成を示す断面図である。
【図１５】従来の鋳造によるロータシャフト製造における鋳造成形体の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    ロータ
１１    ロータシャフト
１１ａ  素材
１２    コア装着部
１２ａ  フランジ部
１３    嵌合部
１３ａ  スプライン
１４    テーパ部（第１テーパ部）
１５    テーパ部（第２テーパ部）
２０    ロータコア
２１    ベアリング
２２    ベアリング介装部
２３    ベアリング
２４    ベアリング介装部
２５    固定部材
３０    上型パンチ
３１    上型
３２    芯抜きパンチ
３２ａ  スプライン加工部
３５    下型パンチ
３６    下型
５０    回転軸
５１    ケース
【図１】
2008245433.tif 000003
【図２】
2008245433.tif 000004
【図３】
2008245433.tif 000005
【図４】
2008245433.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008245433.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008245433.tif 000013
【図１２】
2008245433.tif 000014
【図１３】
2008245433.tif 000015
【図１４】
2008245433.tif 000016
【図１５】
2008245433.tif 000017