(57)【要約】【課題】  低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのレーザピーニング装置を提供する。【解決手段】  低鉄損の電磁鋼板からなるロータ２００に対し、液体６８０を経由してレーザ６９０を照射するためのレーザ照射手段６１０と、ロータ２００の磁石挿入口２０１の内周面におけるブリッジ部側に沿って、レーザ６９０が照射されるように、レーザの照射スポットに対してロータ２００を相対的に移動させるための駆動手段とを有する。【選択図】            図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ素材として低鉄損の電磁鋼板を使用するロータであって、
ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側は、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニングを適用することによって、強度が向上している
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記レーザが照射されるブリッジ部側の部位は、ロータが回転する際に磁石に働く遠心力に基づいて、高い応力が発生する部位であることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記ロータにおいては、１極あたりの磁石が複数に分割されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記ブリッジ部側は、段差を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
前記段差は、片側あるいは両側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
【請求項６】
ロータ素材として低鉄損の電磁鋼板を使用するロータ製造方法であって、
磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニングを適用することによって、前記ブリッジ部側の強度を向上させる
ことを特徴とするロータ製造方法。
【請求項７】
前記レーザが照射されるブリッジ部側の部位は、ロータが回転する際に磁石に働く遠心力に基づいて、高い応力が発生する部位であることを特徴とする請求項６に記載のロータ製造方法。
【請求項８】
前記ロータは、複数であり、積層されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のロータ製造方法。
【請求項９】
前記ロータは、押し圧状態で保持されることを特徴とする請求項８に記載のロータ製造方法。
【請求項１０】
前記ロータにおいては、１極あたりの磁石が複数に分割されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載のロータ製造方法。
【請求項１１】
前記ブリッジ部側は、段差を有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載のロータ製造方法。
【請求項１２】
前記段差は、片側あるいは両側に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のロータ製造方法。
【請求項１３】
前記段差は、プレスによって形成されることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のロータ製造方法。
【請求項１４】
前記ロータは、打ち抜きによって形成されることを特徴とする請求項６〜１３のいずれか１項に記載のロータ製造方法。
【請求項１５】
低鉄損の電磁鋼板からなるロータに対し、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニング方法であって、
レーザの照射スポットに対して前記ロータを相対的に移動させ、前記ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、レーザを照射することによって、前記ブリッジ部側の強度を向上させる
ことを特徴とするレーザピーニング方法。
【請求項１６】
レーザの照射面に位置する液体を流動させることによって、前記レーザの照射面において発生する加工屑を、レーザの光路から排除することを特徴とする請求項１５に記載のレーザピーニング方法。
【請求項１７】
前記ロータは、複数であり、積層されていることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載のレーザピーニング方法。
【請求項１８】
前記ロータは、押し圧状態で保持されることを特徴とする請求項１７に記載のレーザピーニング方法。
【請求項１９】
前記レーザの照射スポットの中心は、前記ロータの板厚に対する中央部で、板厚の２分の１の範囲に位置することを特徴とする請求項１８に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２０】
前記レーザの照射スポットは、前記ロータの内周方向に移動しかつ前記ロータの積層方向に送られており、前記レーザの照射スポットの送りピッチは、前記ロータの板厚と略一致していることを特徴とする請求項１９に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２１】
前記レーザの照射スポットは、前記ロータの積層方向に移動しかつ前記ロータの円周方向に送られており、前記レーザの照射スポットの移動ピッチは、前記ロータの板厚と略一致していることを特徴とする請求項１９に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２２】
前記レーザの照射スポットの径を前記ロータの板厚によって除した値は、１．１〜３の範囲内に位置することを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２３】
前記レーザの照射スポットに対する前記ロータの相対的な移動は、レーザの照射スポットに対するロータの相対的な位置の検出および／又はレーザピーニング状態の検出に基づいて制御されることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２４】
前記レーザの照射スポットに対するロータの相対的な位置の検出は、前記レーザの照射スポットの周辺を光学的に観察することで得られる映像を利用することを特徴とする請求項２３に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２５】
前記レーザピーニング状態の検出は、レーザの照射によって生じるプラズマの発光を利用することを特徴とする請求項２３に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２６】
前記レーザピーニング状態の検出は、レーザの照射によって生じるプラズマによって誘起される音響を利用することを特徴とする請求項２３に記載のレーザピーニング方法。
【請求項２７】
低鉄損の電磁鋼板からなるロータに対し、液体を経由してレーザを照射するためのレーザ照射手段と、
前記ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に沿って、レーザが照射されるように、レーザの照射スポットに対して前記ロータを相対的に移動させるための駆動手段と
を有することを特徴とするレーザピーニング装置。
【請求項２８】
レーザの照射面に位置する液体を流動させるための液体流動手段を有することを特徴とする請求項２７に記載のレーザピーニング装置。
【請求項２９】
積層された複数のロータを、押し圧状態で保持するための押圧手段を有することを特徴とする請求項２７又は請求項２８に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３０】
前記レーザの照射スポットの中心は、前記ロータの板厚に対する中央部で、板厚の２分の１の範囲に位置するように、制御されることを特徴とする請求項２９に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３１】
前記駆動手段は、前記レーザの照射スポットを、前記ロータの内周方向に移動させかつ前記ロータの積層方向に送っており、前記レーザの照射スポットの送りピッチは、前記ロータの板厚と略一致していることを特徴とする請求項３０に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３２】
前記駆動手段は、前記レーザの照射スポットを、前記ロータの積層方向に移動させかつ前記ロータの円周方向に送っており、前記レーザの照射スポットの移動ピッチは、前記ロータの板厚と略一致していることを特徴とする請求項３０に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３３】
前記レーザの照射スポットの径を前記ロータの板厚によって除した値は、１．１〜３の範囲内に位置することを特徴とする請求項３０又は請求項３１に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３４】
前記駆動手段は、前記レーザの照射スポットに対するロータの相対的な位置の検出および／又はレーザピーニング状態の検出に基づいて制御されることを特徴とする請求項２７〜３３のいずれか１項に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３５】
前記レーザの照射スポットの周辺を光学的に観察するための撮像手段を有し、前記レーザの照射スポットに対するロータの相対的な位置の検出は、前記撮像手段によって観察された映像を利用することを特徴とする請求項３４に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３６】
前記レーザの照射によって生じるプラズマの発光を測定するための光測定手段を有し、前記レーザピーニング状態の検出は、前記光測定手段によって測定されたプラズマの発光を利用することを特徴とする請求項３４に記載のレーザピーニング装置。
【請求項３７】
前記レーザの照射によって生じるプラズマによって誘起される音響を測定するための音響測定手段を有し、前記レーザピーニング状態の検出は、前記音響測定手段によって測定された音響を利用することを特徴とする請求項３４に記載のレーザピーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ素材として低鉄損の電磁鋼板を使用するロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータのロータにおいては、スロットの角部で生じる応力集中を低減すると共に低減した応力集中を外周とスロットの最短部からずれた部位に生じさせることによって、モータの高速回転を可能とし、モータの小型軽量化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、磁石１極を２分割にして中央部にブリッジ部を設ける磁石保持構造によって、遠心力に対する強度を向上させ、モータの高速回転を可能とし、モータの小型軽量化を図っているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１６８０９号公報
【特許文献２】特開２００２−１１２４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、モータの最高回転数は、ロータに使用される電磁鋼板の強度に依存しているため、良好な機械的強度を有する電磁鋼板を使用する必要がある。良好な機械的強度を有する電磁鋼板は、鉄損が大きいため、モータの冷却が問題となる。つまり、ロータやロータ軸を冷却しなければならない問題を生じる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータと、当該ロータを製造するためのロータ製造方法およびレーザピーニング方法並びにレーザピーニング装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
ロータ素材として低鉄損の電磁鋼板を使用するロータであって、
ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側は、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニングを適用することによって、強度が向上している
ことを特徴とするロータである。
【０００７】
上記目的を達成するための請求項６に記載の発明は、
ロータ素材として低鉄損の電磁鋼板を使用するロータ製造方法であって、
磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニングを適用することによって、前記ブリッジ部側の強度を向上させる
ことを特徴とするロータ製造方法である。
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１５に記載の発明は、
低鉄損の電磁鋼板からなるロータに対し、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニング方法であって、
レーザの照射スポットに対して前記ロータを相対的に移動させ、前記ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、レーザを照射することによって、前記ブリッジ部側の強度を向上させる
ことを特徴とするレーザピーニング方法である。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項２７に記載の発明は、
低鉄損の電磁鋼板からなるロータに対し、液体を経由してレーザを照射するためのレーザ照射手段と、
前記ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に沿って、レーザが照射されるように、レーザの照射スポットに対して前記ロータを相対的に移動させるための駆動手段と
を有することを特徴とするレーザピーニング装置である。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、強度の必要とされる磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側の強度が、レーザの照射によって向上している。したがって、ロータ素材に基材強度の低い低鉄損の電磁鋼板を使用していても、モータの高速回転を可能とする必要な強度は確保されている。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを提供することができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、強度の必要とされる磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側の強度が、レーザの照射によって向上する。したがって、ロータ素材に基材強度の低い低鉄損の電磁鋼板を使用していても、製造されるロータにおいては、モータの高速回転を可能とする必要な強度が確保される。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのロータ製造方法を提供することができる。
【００１３】
請求項１５に記載の発明によれば、レーザの照射スポットに対してロータを相対的に移動させることで、ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、レーザが容易に照射される。また、ブリッジ部側の強度が、レーザの照射によって向上するため、レーザピーニング後においては、モータの高速回転を可能とする必要な強度が確保される。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのレーザピーニング方法を提供することができる。
【００１４】
請求項２７に記載の発明によれば、駆動手段によって、レーザの照射スポットに対してロータを相対的に移動させることで、ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、レーザ照射手段からのレーザを容易に照射することができる。したがって、ブリッジ部側の強度を、レーザの照射によって向上させることが可能であり、レーザピーニング装置により加工された後においては、モータの高速回転を可能とする必要な強度を確保することができる。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのレーザピーニング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
実施の形態１に係るロータ製造方法においては、ロータ素材として低鉄損の電磁鋼板を使用しており、磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、液体を経由してレーザを照射するレーザピーニングを適用することによって、ブリッジ部側の強度を向上させている。
【００１７】
ロータは、内部に永久磁石が埋め込まれ、例えば、埋込型永久磁石式同期モータ（ＩＰＭモータ）に適用される。ＩＰＭモータは、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、燃料電池車（ＦＣＶ）の駆動用モータとして用いられる。
【００１８】
ロータに関する基礎的な解析結果を参照し、レーザピーニングによって強化されるブリッジ部側を説明する。図１は、ＦＥＭ弾性解析に係るロータの形状を説明するための平面図である。
【００１９】
ロータ１００は、８極ロータであり、永久磁石を内蔵している。また、ロータ１００においては、磁石１極が２個に分割されており、２箇所の磁石挿入口１０１，１０２が形成されている。したがって、ロータ１００が回転すると、磁石には遠心力が働くことになる。なお、ロータ１００の外周側における磁石を保持する部位１０５を、アウターブリッジ部、挿入口１０１，１０２の間の部位を、センターブリッジ部１０６と参照する。
【００２０】
ロータ１００にＦＥＭ弾性解析を適用し、回転状態における、特に磁石に働く遠心力に基づく応力分布を検討した。その結果、アウターブリッジ部１０５の磁石側と、センターブリッジ部１０６の付け根部とに、応力集中部が存在していた。
【００２１】
次に、電磁鋼板１枚からなるダミーロータを試作し、ロータ単板スピンテストを適用し、ロータにおける塑性変形の開始および進行を検討した。なお、磁石の挿入口には、ロータ１枚分に相当するダミー磁石を挿入し、また、放電加工（ワイヤカット）によって、ロータ形状を形成した。
【００２２】
ロータ単板スピンテストにおいては、塑性変形の開始および進行に係る回転数を応力解析よって予測し、停止回転数を設定し、複数の水準の回転数で検討した。塑性変形の度合いは、エッチピット法に基づき、エッチピットの発生している領域の面積の大きさにより評価した。なお、大気との摩擦熱の影響を排除するため、チャンバー内の空気を排気し、真空とした状態で、室温で実施した。
【００２３】
塑性変形は、フォンミーゼス（von Mises）応力の分布における、アウターブリッジ部およびセンターブリッジ部の応力集中部から開始していた。また、最大応力（フォンミーゼス応力）が、引張試験によって得られる材料（ロータ）の降伏応力の値に対応する回転数に達すると、塑性変形が開始した。
【００２４】
なお、塑性変形開始の回転数を越えてからは、回転数の増加に伴って、塑性変形は進行する。また、外形の寸法変化が明らかに認められるのは、塑性変形が進行し、ブリッジ部を貫通してからである。これは、例えば、エッチピット発生領域を観察することによって、確認することができる。
【００２５】
図２は、ロータの静的強度を測定する方法を説明するための平面図である。なお、ロータは、ブリッジ部以外は塑性変形しないので、ブリッジ部の強度によって代表させている。
【００２６】
ロータ１１０は、磁石１極分、この場合、６０度の範囲の部位であり、半径方向で拘束される（ロータ１枚）。磁石挿入口１１１，１１５には、磁石形状のツール１１２，１１６が回転自在に配置される。ツール１１２，１１６は、磁石挿入穴１１１，１１５のロータ径方向外側の辺を構成する直線部１１１Ａ，１１５Ａとのみ接触している。ツール１１２，１１６の重心位置であるセンタには、ピン穴１１３，１１７が形成されており、ピン１１４，１１８が挿入されている。
【００２７】
ブリッジ部の静的強度は、ピン１１４，１１８を上方（ロータ径方向）に引っ張るための荷重（引張力）Ｆと、Ａ点における変位との関係によって測定される。
【００２８】
図３は、ブリッジ部の静的強度（引張り特性）の測定結果を説明するためのグラフであり、Ａ点における変位と荷重との関係を示している。測定に使用したロータ（比較例）は、磁石６極形状を有しており、電磁鋼板（３５Ａ３００）を打ち抜いて、外径１００ｍｍのロータを作成している。電磁鋼板の厚みは、０．３５ｍｍであり、周波数５０Ｈｚで最大磁束密度が１．５Ｔにおける鉄損（Ｗ／ｋｇ）は、３．００（Ｗ１５／５０）以下である。
【００２９】
変位−荷重曲線は、応力−歪曲線と似た関係になっており、変位が小さい初期において、鋭く直線的に立ち上がるが、その後、直線から外れて、勾配が緩やかになっている。これは、応力集中部において降伏が起こり始める（塑性変形が始まる）からである。また、変位がさらに増加すると、加工硬化しながら塑性変形することになる。
【００３０】
直線と変位−荷重曲線との間に、１０μｍのずれが発生した時点における荷重によって、降伏力（あるいは強度）を、定義する。例えば、図３に示される比較例に係る変位−荷重曲線においては、２１０Ｎである。
【００３１】
また、ブリッジ部の静的強度は、ロータ単板スピンテストにおける強度と関係している。例えば、ロータ単板スピンテストにおいては、回転数を増すにつれて、径の永久変形による増加は、指数関数的に増加する。したがって、径が所定量だけ、例えば２０μｍだけ増加する回転数を、使用限界回転数と定義する場合、ブリッジ部の静的強度に適用されたロータ（比較例）の使用限界回転数は、約２．０８×１０４ｒｐｍである。
【００３２】
さらに、ＦＥＭ弾性解析をブリッジ部の静的強度の測定に適用して得られた応力分布は、回転状態における応力分布と類似しており、特に、応力集中部の位置は同一であった。
【００３３】
以上のように、ロータ（電磁鋼板）の磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側は、応力集中が生じ、モータの高速回転を可能とするためには、強度が必要とされる部位である。
【００３４】
次に、レーザピーニングを説明する。
【００３５】
レーザピーニングにおいては、例えば、グリーンのパルス状のレーザが、水や油などの液体中で、被加工材に照射される。レーザは、被加工材の表面に高圧プラズマを発生させる。プラズマは、液体中にあるため、急激な膨張が抑制され、反力を生じる。反力は、被加工材に衝撃波として伝わり、圧縮残留応力を付与し、被加工材の表面の硬さを増加させる。
【００３６】
したがって、ロータにレーザピーニングを施すと、加工硬化により材料強度が向上する。なお、プラズマはレーザと材料表面の相互作用（アブレーション）によって発生するが、プラズマは液体中では短時間で冷却され、金属の微粒子となって材料表面近くに留まることになる。したがって、ホースなどを使用して、液体を材料表面に供給し、液体を流動させることによって、材料表面近くの微粒子をレーザの光路から排除し、散乱によるエネルギロスを防ぐことが好ましい。
【００３７】
以上のように、レーザピーニングを適用することによって、部材の強度を向上させることが可能である。したがって、実施の形態１に係るロータ製造方法においては、ロータ素材に基材強度の低い低鉄損の電磁鋼板を使用していても、製造されるロータにおいては、モータの高速回転を可能とする必要な強度が確保される。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのロータ製造方法を提供することができる。なお、トルクや効率等のモータ性能に対する、レーザピーニングによる影響は、殆ど見られない。
【００３８】
図４は、実施の形態１に係るレーザピーニング装置を説明するための側面図である。
【００３９】
レーザピーニング装置６００は、レーザを照射するための本体部（レーザ照射手段）６１０と、被加工材２００が配置される槽６６０とを有する。被加工材２００は、数枚から数十枚程度の積層されたロータ（低鉄損の電磁鋼板）からなり、１対の押さえ板（押圧手段）２２０によって位置が変化しないように押し圧状態で保持されている。なお、押さえ板２２０は、ロータ２００の磁石挿入口２０１に対応した位置に、磁石挿入口２０１と略同一形状の開口部を有する。
【００４０】
本体部６１０は、レーザ発振器６２０、出力調整装置６３０、シャッタ６４０、レンズ６５０を有する。槽６６０は、側面に配置される窓部６７０を有し、レーザが透過する液体である水６８０を保持して、また、２軸移動テーブル（不図示）が配置されている。
【００４１】
レーザ発振器６２０は、Ｑスイッチ変調器を有しており、波長１０６４ｎｍの赤外線レーザ（ＱスイッチＹＡＧレーザ）を発生させる。ＱスイッチＹＡＧレーザは、非常に高いピーク出力のパルス発振（パルス幅が数ｎｓから数十ｎｓ）が得られる点で好ましい。また、近赤外領域（波長１０６４ｎｍ）の出力を、水に吸収され難い第２高調波（波長５３２ｎｍ）に変換して使用することが好ましく、エネルギ的に有利となる。
【００４２】
なお、レーザ発振器６２０に適用されるレーザは、ＱスイッチＹＡＧレーザに限定されず、ガラスレーザ、銅蒸気レーザ、エキシマレーザ等を適用することも可能である。また、水中を遠距離透過させる必要がある場合、銅蒸気レーザまたはＹＡＧレーザ（第２高調波）による緑色パルスレーザが好ましい。
【００４３】
出力調整装置６３０は、レーザ発振器６２０から出射されたレーザ６９０の出力を調整し、レーザ６９０のパルス当りのエネルギを所定値に制御するために使用され、例えば、偏光素子とスプリッタとを組み合わせた機構を有する。シャッタ６４０は、出力調整装置６３０からのレーザ６９０を、必要に応じて遮断するための機械的あるいは電気的機構を有する。
【００４４】
レンズ６５０は、シャッタ６４０を通過したレーザ６９０の焦点を、磁石挿入口２０１の内周面に合わせるために使用される。窓部６７０は、レーザ６９０に対する透過性を有する材料から形成され、レーザ６９０を槽６６０の内部に側方から導入するため使用される。
【００４５】
２軸移動テーブルは、窓部６７０を通過した側方からのレーザ６９０が照射されるロータ２００を、２次元的に移動させるために使用される。例えば、２軸移動テーブルは、磁石挿入口２０１の内周面の所定部位に、レーザ６９０が一様に照射されるように、押さえ板２２０によって保持されたロータ２００を移動させる。この場合、ロータ２００を図４の矢印で示される斜め方向に移動させる場合、レーザ６９０の焦点位置が変化しないため好ましい。
【００４６】
つまり、２軸移動テーブルは、ロータ２００の磁石挿入口２０１の内周面におけるブリッジ部側に沿って、レーザ６９０が照射されるように、レーザ６９０の照射スポットに対してロータ２００を相対的に移動させるための駆動手段である。
【００４７】
以上のように、実施の形態１に係るレーザピーニング装置においては、２軸移動テーブル（駆動手段）を使用することで、ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、本体部（レーザ照射手段）からのレーザを容易に照射することができる。したがって、ブリッジ部側の強度を、レーザの照射によって向上させることが可能であり、レーザピーニング装置により加工された後のロータは、モータの高速回転を可能とする必要な強度を確保することができる。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのレーザピーニング装置を提供することができる。
【００４８】
次に、レーザピーニング装置の動作を説明する。
【００４９】
ロータ２００を数枚から数十枚程度積層し、押さえ板２２０によって位置が変化しないように押し圧状態で保持し、槽６６０内部に配置し、２軸移動テーブルに取付ける。
【００５０】
次に、レーザ発振器６２０を稼動させ、レーザ６９０を発生させる。レーザ発振器６２０からのレーザ６９０は、出力調整装置６３０によって、その出力が調整される。パルス当りのエネルギが所定値に制御されたレーザ６９０は、シャッタ６４０を通過する。そして、レーザ６９０の焦点は、レンズ６５０によって調整され、窓部６７０を透過し、槽６６０の内部に側方から導入される。
【００５１】
レーザ６９０は、磁石挿入口２０１の内周面におけるブリッジ部側に照射され、高圧プラズマを発生させる。プラズマの発生によって引き起こされる衝撃波は、ブリッジ部側に伝わり、圧縮残留応力を付与し、ブリッジ部側の表面の硬さを増加させる。
【００５２】
押さえ板２２０によって保持されたロータ２００は、２軸移動テーブルによって駆動される。その結果、レーザ６９０の照射スポットは、ブリッジ部側に沿って移動し、ロータが回転する際に磁石に働く遠心力に基づいて高い応力が発生する部位を加工する。つまり、強度が必要とされる部位の強度が、効率的に向上する。
【００５３】
なお、ロータ２００は、電気的特性を向上させるための絶縁コーティングが表面に施されており、絶縁層を有する。したがって、ロータ２００の表面にレーザ６９０を直接照射する場合、プラズマによるアブレーションによって絶縁層が破壊される。一方、実施の形態１においては、磁石挿入口２０１の内周面に、角度θの斜め方向からレーザが照射されるため、絶縁層の破壊は端面から３μｍ程度に抑えられる。したがって、ロータ２００の絶縁劣化が実質的に防げる。
【００５４】
図５は、レーザの照射スポットの移動経路を説明するための側面図である。
【００５５】
レーザ６９０の照射スポットＳは、押さえ板２２０の側面が基点となり、ロータ２００の磁石挿入孔内周面周方向（内周方向）に移動する。移動ピッチは、例えば、０．１４９ｍｍである。
【００５６】
所定ピッチの移動を繰り返し、所定距離の加工が終了し、一方の折り返し点に到達すると、レーザ６９０の照射スポットＳは、内周方向に対して直角な方向であるロータ２００の積層方向に送られる。送りピッチは、例えば、０．１４９ｍｍである。所定ピッチの送りが終了すると、レーザ６９０の照射スポットＳは、他方の折り返し点に向かって、ロータ２００の内周方向を逆向きに移動する。
【００５７】
上記移動および送り動作を反復し、レーザ６９０の照射スポットＳが、加工を開始した押さえ板２２０の逆側に配置される押さえ板２２０の所定位置に到達することで、加工が終了する。
【００５８】
つまり、レーザ６９０の照射スポットＳは、内周方向に配置される折り返し点に到達する毎に積層方向に送られ、かつ内周方向に沿って所定ピッチの移動を繰り返すように制御されており、強度が必要とされる部位に、レーザ６９０が照射される。なお、レーザ６９０の照射スポットの径、送りピッチおよび移動ピッチは、非照射部位（隙間）が生じないように設定される。
【００５９】
押さえ板２２０の側面を含めてレーザ６９０を照射することは、磁石挿入口２０１の内周面を均一に加工するために好ましい。また、特に、実施の形態１においては、ロータ２００を積層しているため、一枚ずつ加工する場合と比較して、工数を削減することができる。また、押さえ板２２０に照射されるレーザ６９０の照射回数（パルス数）も削減されるため、レーザ６９０を有効に利用することができる。
【００６０】
図６は、レーザの照射角度と磁石挿入口の内周面との関係を説明するための断面図である。
【００６１】
磁石挿入口２０１の大きさおよび形状にも依存するが、３ｍｍ厚の押さえ板２２０を使用し、レーザ６９０の入射角を６０度とした場合、一般的な０．３５ｍｍ厚のロータのサイズであれば、３０〜４０枚を積層した状態で、磁石挿入口２０１の内周面に、レーザを照射することが可能である。
【００６２】
なお、レーザ６９０の照射によって、磁石挿入口２０１の内周面におけるブリッジ部側が塑性変形し、マクロな歪みが発生する場合、レーザ照射を均一とすることが困難となる恐れがある。そのため、レーザ照射中において、押さえ板２２０は、５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の押圧力で、積層されたロータ２００を保持し、歪みの発生を抑制することが好ましい。
【００６３】
以上のように、実施の形態１に係るレーザピーニング方法においては、レーザの照射スポットに対してロータを相対的に移動させることで、ロータの磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部側に、レーザが容易に照射される。また、ブリッジ部側の強度が、レーザの照射によって向上するため、レーザピーニング後においては、モータの高速回転を可能とする必要な強度が確保される。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを製造するためのレーザピーニング方法を提供することができる。
【００６４】
なお、全体の位置関係にも依存するが、例えば、焦点距離が２００ｍｍ程度のレンズ６５０を使用する場合、レーザの照射位置が±５ｍｍ程度移動しても、同等な効果が得られる。したがって、この場合は、ロータ２００の移動方向として、上下方向を適用することも可能である。また、実施の形態１においては、レーザ６９０の照射スポットを固定して、ロータ２００を移動させているが、ロータ２００を固定して、レーザ６９０の照射スポットを移動させることも可能である。
【００６５】
また、レーザ６９０の照射スポットの移動経路を変更することも可能である。例えば、積層方向に折り返し点を配置し、レーザ６９０の照射スポットＳが、折り返し点に到達する毎に内周方向に送り、積層方向に沿って所定ピッチの移動を繰り返すように、制御することも可能である。
【００６６】
図７は、実施の形態１に係るロータを説明するための平面図である。
【００６７】
ロータ２００は、磁石６極形状を有しており、電磁鋼板（３５Ａ３００）を打ち抜くことで形成されている。ロータ２００のサイズは、外径が１００ｍｍであり、厚みが０．３５ｍｍである。ロータ２００は、レーザピーニングの際においては、積層（１０枚）されており、一括に加工された。
【００６８】
磁石挿入口２０１，２０２の内周面におけるレーザが照射された部位は、アウターブリッジ部２０５の磁石挿入口側２０３と、センターブリッジ部２０６の磁石挿入口側２０４である。また、レーザのエネルギは、６０ｍＪである。レーザの照射スポットの径は、Φ０．４ｍｍである。レーザのパルス密度は、１３５パルス／ｍｍ２である。
【００６９】
図８は、図７に示されるロータのブリッジ部の引張り特性（降伏強度）を説明するためのグラフである。
【００７０】
上記条件で製造されたロータのブリッジ部の降伏応力は、２７８Ｎであり、レーザピーニングが施されていない比較例の降伏応力は、２１０Ｎである。つまり、ロータ２００は、強度が上昇している。なお、ロータ２００の使用限界回転数は、約２．４×１０４ｒｐｍであり、比較例の使用限界回転数は、約２．０８×１０４ｒｐｍである。
【００７１】
図９は、図７に示されるセンターブリッジ部のＩＸ−ＩＸ断面におけるビッカース硬さ分布を示しているグラフ、図１０は、図７に示されるアウターブリッジ部のＸ−Ｘ断面におけるビッカース硬さ分布を示しているグラフである。
【００７２】
図９における距離の原点および９００μｍの点は、センターブリッジ部の端面（磁石挿入口側）に対応している。図１０における距離の原点および１０００μｍの点は、アウターブリッジ部の端面（磁石挿入口側および外周面）に対応している。なお、ビッカース硬さの測定荷重は、２５ｇｆである。また、硬さ測定は、断面における板中央部において行っている。
【００７３】
センターブリッジ部２０６は、磁石挿入口２０１，２０２によって挟まれており、両側に、レーザピーニングが施された磁石挿入口側２０４が存在する。そのため、センターブリッジ部２０６は、端面（原点および９００μｍの点）から０．３〜０．４ｍｍ離れた位置まで、硬化しており、端面において最大硬さを示している。なお、電磁鋼板（３５Ａ３００）の基材のビッカース硬さは、「２００」程度である。
【００７４】
アウターブリッジ部２０５は、一方の端面にのみ磁石挿入口２０１，２０２が配置されており、片側のみに、レーザピーニングが施された磁石挿入口側２０３が存在する。そのため、アウターブリッジ部２０５は、端面（原点）から０．３〜０．４ｍｍ離れた位置まで、硬化しており、端面（原点）において最大硬さを示している。なお、レーザピーニングが施されていない端面（１０００μｍの点）から０．２〜０．３ｍｍ離れた位置まで、硬化している。これは、打ち抜き歪によるものである。
【００７５】
また、実施の形態１に係るロータを使用したモータと、レーザピーニングが施されていないロータを使用したモータとにおいて、１８０００ｒｐｍかつ６０ｋＷでの効率を比較したところ、実施の形態１に係るロータを使用したモータの方が効率の点で優れていた。主な要因は、トルクが増大したためと考えられる。したがって、レーザピーニングに基づくロータコア鉄損の増加は僅少であるといえる。また、焼き嵌め温度、磁石接着剤のキュア温度等のロータを製造する段階で付与される温度およびモータの動作温度は、レーザピーニングに基づく加工硬化を劣化させることはない。
【００７６】
以上のように、実施の形態１に係るロータは、強度の必要とされる磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部の強度が、レーザの照射によって向上している。したがって、ロータ素材に基材強度の低い低鉄損の電磁鋼板を使用していても、モータの高速回転を可能とする必要な強度は確保されている。つまり、低鉄損の電磁鋼板を使用して、モータの高速回転を可能とするロータを提供することができる。
【００７７】
なお、ロータ素材（電磁鋼板）の板厚は、特に０．３５ｍｍに限定されず、他の板厚、例えば、０．２０ｍｍを適用することも可能である。また、レーザを斜めから照射しているため、レーザの照射スポットは、楕円状であり、垂直入射の場合に比べて、面積が大きくなる。そのため、レンズ６５０と磁石挿入口２０１の内周面との間の距離を調整し、垂直入射の場合と同等の効果が得られるようにすることも可能である。
【００７８】
図１１は、実施の形態２に係るロータを説明するための平面図、図１２は、図１１に示されるセンターブリッジ部の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図、図１３は、図１１に示されるアウターブリッジ部の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに関する断面図、図１４は、図１１に示されるロータを積層した状態におけるセンターブリッジ部の断面図、図１５は、図１１に示されるロータを積層した状態におけるアウターブリッジ部の断面図である。
【００７９】
実施の形態２に係るロータ３００は、ブリッジ部に段差を有する点で、実施の形態１に係るロータ２００と概して異なっている。つまり、ロータ３００の磁石挿入口３０１，３０２の内周面において、アウターブリッジ部３０５の磁石挿入口側３０３およびセンターブリッジ部３０６の磁石挿入口側３０４の板面の片側に、段差３０３Ａ，３０４Ａが形成されている。
【００８０】
実施の形態２においては、段差形成前のロータ３００の素材厚みｔは、０．３５ｍｍであり、段差厚みΔｔを素材厚みｔで除した比率（段差比率）は、３パーセントである。また、段差３０３Ａ，３０４Ａは、例えば、プレスによって形成することが可能である。
【００８１】
図１６は、ブリッジ部の引張り特性（降伏強度）と段差との関係を説明するためのグラフである。
【００８２】
ロータ３００は積層された後で、アウターブリッジ部磁石挿入口側３０３およびセンターブリッジ部磁石挿入口側３０４に対して、レーザピーニングが施されている。レーザのエネルギは、６０ｍＪである。レーザの照射スポットの径は、Φ０．４ｍｍである。レーザのパルス密度は、４５パルス／ｍｍ２である。ロータの積層方向に関する照射スポットの送りピッチおよび内周方向に関する照射スポットの移動ピッチは、０．１４９ｍｍである。
【００８３】
図に示されるように、実施の形態２に係るロータ３００は実施の形態１に係るロータ２００に比べて、降伏強度が向上している。なお、破線は、レーザピーニングが施されていない比較例を示している。
【００８４】
以上のように、実施の形態２はブリッジ部に段差を有するため、ブリッジ部の強度をさらに向上させることが可能である。なお、段差は、板面の片側に配置されることに限定されず、両側に配置することも可能である。
【００８５】
図１７〜図１９は、実施の形態３に係るロータ製造方法を説明するための斜視図であり、図２０は、図１８に示されるレーザピーニング装置の要部を説明するための断面図である。なお、図１７は、ロータのホルダに対する取り付け、図１８は、図１７に続く、ロータに対するレーザピーニング、図１９は、図１８に続く、ホルダからのロータの取外しを示している。
【００８６】
レーザピーニング装置７００は、図１８に示されるように、レーザ発生部７１０と、ミラー７２０と、照射ヘッド７３０と、照射ヘッド７３０の駆動手段７３５とを有する。レーザ発生部７１０は、レーザ発振器および出力調整装置を有し、所定のエネルギを有するパルス状のレーザ７９０を出力する。ミラー７２０は、レーザ発生部７１０からのレーザ７９０の方向を変更し、照射ヘッド７３０に導入するためのレーザ伝送手段である。なお、レーザ伝送手段は、ミラー７２０に限定されず、例えば、光ファイバを適用することも可能である。
【００８７】
照射ヘッド７３０は、図２０に示されるように、概して長尺かつ細径の円筒状であり、窓部７７０、ミラー７４０、開口部７５５、給水管７５０、排気管７６０を有する。窓部７７０は、照射ヘッド７３０の一端に配置されており、ミラー７２０によって方向が変更されたレーザ７９０を照射ヘッド７３０の内部に導入するために使用される。
【００８８】
ミラー７４０は、非球面状であり、照射ヘッド７３０の他端に配置される。ミラー７４０は、例えば、銅、アルミニウム、銀、金などの熱伝導性の高い金属で成形され、かつ、反射面に誘電体多層膜コーティングが施されている。開口部７５５は、照射ヘッド７３０の他端近傍の側面に配置され、ミラー７４０に隣接している。
【００８９】
ミラー７４０は、窓部７７０を透過したレーザ７９０を反射することで、その方向を変更しかつ集光させる。反射したレーザ７９０は、開口部７５５を経由して、ロータ４００の磁石挿入口４０１の内周面におけるブリッジ部側４０３に、照射される。
【００９０】
給水管７５０は、レーザ７９０の照射の際に、照射ヘッド７３０の内部に水７８０を導入し、開口部７５５から流出させるために使用される。したがって、レーザ７９０は、流動している水７８０を経由して、ブリッジ部側４０３に照射される。
【００９１】
つまり、レーザピーニング装置７００は、レーザ７９０の照射面に位置する液体を流動させるための液体流動手段を有する。そのため、レーザの照射により発生するプラズマに基づいて形成され、ブリッジ部側４０３の表面近くに浮遊する金属の微粒子が、レーザ７９０の光路から排除される。したがって、レーザ７９０の散乱によるエネルギロスを防ぐことが可能である。
【００９２】
なお、ロータ４００は、図１７および図１９に示されるように、ホルダ４２０によって積層された後で、レーザピーニングが施される。ホルダ４２０は、ロータ４００の中心穴４１０が挿入される円筒部４３０と、積層された複数のロータ４００を、押し圧状態で保持するための押さえ板４４０とを有する。押さえ板４４０は、照射ヘッド７３０を通過可能とするための開口部４４５を有する。開口部４４５は、ロータ４００の磁石挿入口４０１と略同一の形状を有し、その配置位置も略同一である。また、ロータ４００の中心穴４１０は、ロータ４００の回転方向の位置決めのための切り欠き（不図示）が予め形成されている。
【００９３】
排気管７６０は、装置使用開始前に、照射ヘッド７３０の内部の空気を抜くために使用する。また、連続的な使用によって気泡となって析出した空気を排出するために使用する。
【００９４】
駆動手段７３５は、照射ヘッド７３０を軸方向に移動させる機能と、照射ヘッド７３０を径方向に回転させる機能とを有し、ロータ４００の磁石挿入口４０１の内周面におけるブリッジ部側４０３に沿って、レーザ７９０が照射されるように、レーザ７９０の照射スポットに対してロータ４００を相対的に移動させるために使用される。なお、照射ヘッド７３０を軸方向に移動させるかわりに、ロータ４００を上下動させることによっても、同様な機能を達成することが可能である。
【００９５】
次に、実施の形態３に係るロータ製造方法を説明する。
【００９６】
受け入れられたロータ４００は、切り欠きによって回転方向の位置決めがなされる一方、ホルダ４２０の円筒部４３０に順次挿入され、所定の積層枚数に達すると、押さえ板４４０によって、押し圧状態で保持される（図１７参照）。
【００９７】
次に、照射ヘッド７３０が、軸方向から押さえ板４４０の開口部４４５を経由して、積層されたロータ４００の磁石挿入口４０１に挿入される（図１８参照）。そして、給水管７５０から照射ヘッド７３０の内部に水７８０が導入される。一方、レーザ発生部７１０から出力されたレーザ７９０は、ミラー７２０、窓部７７０、照射ヘッド７３０の内部を経由して、ミラー７４０で反射および集光される（図２０参照）。反射および集光されたレーザ７９０は、開口部７５５を経由し、流動している水７８０を経由して、ブリッジ部側４０３に照射される。一方、照射ヘッド７３０は、駆動手段７３５によって制御され、回転及び軸方向に上下動を繰り返しながら、ブリッジ部側４０３に沿って移動し、必要な部位の強度を向上させる。
【００９８】
目的とする磁石挿入口４０１に対する加工が終了すると、照射ヘッド７３０は、磁石挿入口４０１から抜き出され、径方向に回転し、次の磁石挿入口４０１に位置決めされる。そして、照射ヘッド７３０による上記加工が繰り返される。
【００９９】
ロータ４００に形成されている全ての磁石挿入口４０１に対する加工が終了すると、ホルダ４２０から取外され、出荷される（図１９参照）。
【０１００】
以上のように、実施の形態３においても、強度の必要とされる磁石挿入口の内周面におけるブリッジ部の強度を、レーザの照射によって向上させることが可能である。
【０１０１】
図２１は、実施の形態４に係るレーザピーニング装置を説明するための側面図である。実施の形態１と同様の機能を有する部材については類似する符号を使用し、重複を避けるため、その説明を省略する。
【０１０２】
レーザピーニング装置８００は、レーザ６９０の照射スポットに対するロータ８５０の相対的な位置の検出するための位置検出手段８１０と、レーザピーニング状態を検出するため状態検出手段８２０とを有する点で、実施の形態１に係るレーザピーニング装置６００と概して異なっている。
【０１０３】
位置検出手段８１０は、レーザ６９０の照射スポットの周辺を光学的に観察するための撮像手段８１１と、槽６６０の側面に形成される窓部８１２とを有する。撮像手段は、例えば、ビデオカメラであり、窓部８１２に近接して配置される。
【０１０４】
位置検出手段８１０は、窓部８１２を介して撮像手段８１１によって観察された映像を利用し、例えば、フレームを画像解析することで、レーザ６９０の照射スポットに対するロータ８５０の相対的な位置を検出することが可能である。撮像手段８１１の設置位置は、特に限定されず、例えば、槽６６０の内部や上方に配置することも可能である。
【０１０５】
状態検出手段８２０は、レーザ６９０の照射によって生じるプラズマによって誘起される音響を測定するための音響測定手段８２１を有する。音響測定手段８２１は、例えば、圧電素子を利用するマイクロフォンであり、ロータ８５０の近傍に配置される。
【０１０６】
レーザピーニング状態の差異は、音響に影響を及ぼす。そのため、状態検出手段８２０は、音響測定手段８２１によって測定された音響を利用し、例えば、出力をＡＤ変換した信号の波形を解析したり、音響をシャドウグラフによって可視化した画像を解析することで、レーザピーニング状態を検出することが可能である。
【０１０７】
一方、レーザピーニング状態は、レーザ６９０の照射面の構成に影響される。例えば、レーザ６９０の照射スポットが、ロータ８５０の板厚の中央部位を移動する場合と、ロータ８５０の重ね合せ面を含んだ領域を移動する場合とでは、レーザピーニング状態に差異を生じる。
【０１０８】
したがって、レーザピーニング状態の検出に基づいて、状態検出手段８２０は、レーザ６９０の照射スポットに対するロータ８５０の相対的な位置を、リアルタイムかつ高精度で把握することが可能である。なお、音響測定手段８２１の設置位置は、特に限定されず、例えば、槽６６０の外部に配置することも可能である。
【０１０９】
レーザピーニング装置８００は、位置検出手段８１０および状態検出手段８２０の検出結果を利用して、レーザ６９０の照射スポットに対してロータ８５０を相対的に移動させるための駆動手段である２軸移動テーブル（不図示）を制御する。そのため、レーザ６９０の照射スポットの移動経路を、高精度で管理することが可能である。なお、位置検出手段８１０および状態検出手段８２０の一方を、必要に応じて適宜省略したり、位置検出手段８１０および／又は状態検出手段８２０を複数配置することも可能である。
【０１１０】
また、レーザピーニング状態は、レーザ６９０の照射スポットが、ロータ８５０と押さえ板２２０の重ね合せ面を含んだ領域を移動する場合や、押さえ板２２０の板厚の中央部位を移動する場合や、押さえ板２２０の外側端面を移動する場合においても、差異を生じる。したがって、レーザピーニング状態を識別するための閾値を適宜設定することで、状態検出手段８２０を、例えば、制御異常の検出手段として利用することも可能である。
【０１１１】
さらに、レーザピーニング状態の検出は、音響を利用することに限定されない。例えば、音響測定手段８２１を、レーザの照射によって生じるプラズマの発光を測定するための光測定手段によって代替することが可能である。光測定手段は、例えば、カラーフィルタ、イメージインテンシファイア、ＣＣＤ等のデバイスによって構成され、槽６６０の側面に形成される窓部を介して、プラズマの発光分布を測定できるように配置される。
【０１１２】
図２２は、図２１に示されるレーザピーニング装置に係るレーザの照射スポットの移動経路を説明するための側面図である。
【０１１３】
被加工材であるロータ８５０は、板厚が０．３５ｍｍである電磁鋼板（３５Ａ２３０）を打ち抜くことで形成されている。レーザのエネルギは、７０ｍＪである。レーザの照射スポットＳの径は、Φ０．４ｍｍである。レーザのパルス密度は、５０パルス／ｍｍ２である。
【０１１４】
照射スポットＳは、内周方向に配置される折り返し点に到達する毎に積層方向に送られ、かつ内周方向に沿って所定ピッチの移動を繰り返すように制御される。ロータ８５０の積層方向に関する照射スポットＳの送りピッチおよび内周方向に関する照射スポットＳの移動ピッチは、２種類の条件を設定した。
【０１１５】
条件１においては、送りピッチは、０．３５ｍｍであり、ロータ８５０の板厚と略一致しており、移動ピッチは、０．１４１ｍｍである。条件２においては、送りピッチおよび移動ピッチは、同一の０．１４１ｍｍである。
【０１１６】
なお、条件１においては、照射スポットＳが、ロータ８５０の重ね合せ面に沿った方向に延長するロータ８５０の板厚中心を通過するように、２軸移動テーブルを制御している。したがって、照射スポットＳは、内周方向に関し、各ロータ８５０を一回のみ通過する。
【０１１７】
図２３は、図２１に示されるレーザピーニング装置に係るロータにおけるビッカース硬さ分布を示しているグラフである。ビッカース硬さの測定荷重は、５０ｇｆである。
【０１１８】
条件１および条件２に係るビッカース硬さ分布は、略一致している。条件１の送りピッチは０．３５ｍｍであり、条件２の送りピッチは、０．１４１ｍｍであるため、条件２の送りピッチを、条件１の送りピッチで除した値は、０．４０２である。したがって、条件１は、条件２に比べて、レーザピーニングの照射回数を約４割に削減することが可能であり、施工時間を短縮することで、製造コストの削減を図ることができる。
【０１１９】
なお、図２３に示されるビッカース硬さ分布は、図９および図１０に示されるビッカース硬さ分布と若干異なる。しかし、ビッカース硬さは、測定荷重が２５ｇｆの場合、５０ｇｆの場合に比べて、「１０」程度上昇する傾向が存する。また、電磁鋼板（３５Ａ３００）の基材のビッカース硬さは、「２００」程度であり、電磁鋼板（３５Ａ２３０）の基材の硬さは、「２１０」程度である。つまり、上記差異は、ビッカース硬さの測定荷重およびロータ８５０の基材が異なることが要因であると思われる。
【０１２０】
以上のように、実施の形態４は、位置検出手段および状態検出手段を有するため、レーザの照射スポットに対してロータを相対的に移動させるための駆動手段を、高精度で制御することが可能である。そのため、レーザの照射スポットの移動経路、送りピッチおよび移動ピッチを、高精度で管理することで、レーザピーニングの照射回数を削減し、施工時間の短縮および製造コストの削減を容易に図ることができる。
【０１２１】
なお、レーザの照射スポットの送りピッチが、ロータの板厚と略一致している場合、照射スポットの径は、ロータの板厚より大きいことが必要である。また、照射スポットの淵においては、プラズマの圧力が低下する傾向がある。そのため、照射スポットの径は、ロータの板厚の１．１倍以上であることが好ましく、１．２倍以上であることがさらに好ましい。
【０１２２】
一方、照射スポットの径を大きくする場合、レーザ発振器の容量が増加して、設備コストの上昇を引き起こす。入手可能なレーザ発振器の容量および価格を考慮すれば、照射スポットの径は、ロータの板厚の３倍以下であることが好ましく、２．５以下であることがさらに好ましい。
【０１２３】
したがって、照射スポットの径をロータの板厚によって除した値は、１．１〜３の範囲内であることが好ましく、１．２〜２．５の範囲内であることがさらに好ましい。
【０１２４】
さらに、レーザの照射スポットの中心が、ロータの板厚に対する中央部で、２分の１の幅の範囲に入ることが好ましい。この場合、必要な強度が、確実に確保される。
【０１２５】
また、実施の形態１と同様、レーザ６９０の照射スポットの移動経路を変更することも可能である。積層方向に折り返し点を配置し、レーザ６９０の照射スポットＳが、折り返し点に到達する毎に内周方向に送り、積層方向に沿って所定ピッチの移動を繰り返すように、制御することも可能である。
【０１２６】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【０１２７】
例えば、実施の形態２に係る段差を、実施の形態１および実施の形態３に係るブリッジ部に適用することも可能である。また、実施の形態１および実施の形態４に係るレーザピーニング装置に、液体流動手段を設けることも可能である。
【０１２８】
なお、モータの電磁的な性能を向上させるためには、ロータの磁石位置を可能な限りステータに近づけ、アウターブリッジ部の幅を狭くすることで、電磁特性を向上させるのが好ましい。一方、モータの高速回転時の強度維持を考慮すると、アウターブリッジ部の幅は、広いほうが好ましい。そのため、両者の効果を考慮して、アウターブリッジ部は、約１ｍｍ幅としている。
【０１２９】
図２４は、レーザピーニングによるアウターブリッジ部の変形を説明するための斜視図である。
【０１３０】
レーザピーニングにおいて、表面から約１ｍｍに及ぶ深さまで、圧縮残留応力層が形成される場合がある。したがって、約１ｍｍ幅のアウターブリッジ部５０５を有するロータ５００の磁石挿入口５０１の内周面におけるアウターブリッジ部側５０３に、レーザピーニングを施すと、アウターブリッジ部５０５全体が塑性変形を起こし、周方向に伸展し、３次元的な変形を起こす虞がある。
【０１３１】
アウターブリッジ部５０５が変形すると、ロータの積層率が悪化しかつ全体の剛性が劣化するため、遠心力による変形が大きくなる。また、変形は、必ずしも均等に生じないため、高速回転時のバランスが崩れて振動が発生し、破損の危険性が高くなる。また、レーザピーニングによって形成された圧縮残留応力が開放され、レーザピーニングの効果が効率的に発揮されない。
【０１３２】
図２５は、被加工材の厚さとレーザピーニング後の表面圧縮残留応力との関係を示しているグラフである。被加工材の厚さは、３〜１４ｍｍであり、同一条件でレーザピーニングを施している。被加工材の材質は、Ｆｅ−３％Ｓｉ合金である。
【０１３３】
図に示されるように、被加工材の厚さが薄い場合、変形によって表面圧縮残留応力が開放される。図２５のデータを外挿し、幅１ｍｍのアウターブリッジ部におけるアウターブリッジ部側にレーザピーニングを施した場合に当てはめると、１００ＭＰａ以下の低い表面圧縮残留応力しか期待できない。また、Ｆｅ−３％Ｓｉ合金からなる被加工材を使用して実行した種々の実験および解析によると、レーザピーニングによる圧縮残留応力層の厚さが、被加工材の厚さの１０〜２０％を超える場合、顕著な変形が引き起こされ、表面圧縮残留応力が開放される。
【０１３４】
したがって、１ｍｍ幅のアウターブリッジ部におけるアウターブリッジ部側に、レーザピーニングを施す場合、変形を抑制するためには、圧縮残留応力層の厚さは、０．２ｍｍ以下に制御することが好ましい。また、ロータを押し圧状態で保持する場合は、アウターブリッジ部が拘束されるため、レーザピーニングによる圧縮残留応力層の厚さを大きくすることが可能である。ロータを押し圧状態で保持するための押圧力は、例えば、５ｋｇｆ／ｃｍ２以上が好ましく、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２以下では効果が顕著ではない。
【０１３５】
図２６は、レーザの照射スポットの径と圧縮残留応力層の深さとの関係を示しているグラフである。なお、Ｆｅ−３％Ｓｉ合金からなる被加工材を使用している。
【０１３６】
図に示されるように、圧縮残留応力層の厚さは、照射スポットの径の大きさに略等しい。そのため、レーザのパルスエネルギを２０ｍＪとし、照射スポットの径を約０．２ｍｍとした場合、（押し圧状態で保持されていない）アウターブリッジ部の３次元的な変形を十分小さく制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】ＦＥＭ弾性解析に係るロータの形状を説明するための平面図である。
【図２】ロータの静的強度を測定する方法を説明するための平面図である。
【図３】ブリッジ部の静的強度（引張り特性）の測定結果を説明するためのグラフであり、Ａ点における変位と荷重との関係を示している。
【図４】実施の形態１に係るレーザピーニング装置を説明するための側面図である。
【図５】レーザの照射スポットの移動経路を説明するための側面図である。
【図６】レーザの照射角度と磁石挿入口の内周面との関係を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態１に係るロータを説明するための平面図である。
【図８】図７に示されるロータのブリッジ部の引張り特性（降伏強度）を説明するためのグラフである。
【図９】図７に示されるセンターブリッジ部のＩＸ−ＩＸ断面におけるビッカース硬さ分布を示しているグラフである。
【図１０】図７に示されるアウターブリッジ部のＸ−Ｘ断面におけるビッカース硬さ分布を示しているグラフである。
【図１１】実施の形態２に係るロータを説明するための平面図である。
【図１２】図１１に示されるセンターブリッジ部の線ＸＩＩ−ＸＩＩに関する断面図である。
【図１３】図１１に示されるアウターブリッジ部の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに関する断面図である。
【図１４】図１１に示されるロータを積層した状態におけるセンターブリッジ部の断面図である。
【図１５】図１１に示されるロータを積層した状態におけるアウターブリッジ部の断面図である。
【図１６】ブリッジ部の引張り特性（降伏強度）と段差との関係を説明するためのグラフである。
【図１７】実施の形態３に係るロータ製造方法を説明するための斜視図であり、ロータのホルダに対する取り付けを示している。
【図１８】実施の形態３に係るロータ製造方法を説明するための斜視図であり、図１７に続く、ロータに対するレーザピーニングを示している。
【図１９】実施の形態３に係るロータ製造方法を説明するための斜視図であり、図１８に続く、ホルダからのロータの取外しを示している。
【図２０】図１８に示されるレーザピーニング装置の要部を説明するための断面図である。
【図２１】実施の形態４に係るレーザピーニング装置を説明するための側面図である。
【図２２】図２１に示されるレーザピーニング装置に係るレーザの照射スポットの移動経路を説明するための側面図である。
【図２３】図２１に示されるレーザピーニング装置に係るロータにおけるビッカース硬さ分布を示しているグラフである。
【図２４】レーザピーニングによるアウターブリッジ部の変形を説明するための斜視図である。
【図２５】被加工材の厚さとレーザピーニング後の表面圧縮残留応力との関係を示しているグラフである。
【図２６】レーザの照射スポットの径と圧縮残留応力層の深さとの関係を示しているグラフである。
【符号の説明】
【０１３８】
１００・・ロータ、
１０１，１０２・・磁石挿入口、
１０５・・アウターブリッジ部、
１０６・・センターブリッジ部、
１１０・・ロータ、
１１１，１１５・・磁石挿入口、
１１２，１１６・・ツール、
１１１Ａ，１１５Ａ・・直線部、
１１３，１１７・・ピン穴、
１１４，１１８・・ピン、
２００・・ロータ、
２０１，２０２・・磁石挿入口、
２０３・・アウターブリッジ部磁石挿入口側、
２０４・・センターブリッジ部磁石挿入口側、
２０５・・アウターブリッジ部、
２０６・・センターブリッジ部、
２２０・・押さえ板、
３００・・ロータ、
３０１，３０２・・磁石挿入口、
３０３・・アウターブリッジ部磁石挿入口側、
３０３Ａ，３０４Ａ・・段差、
３０４・・センターブリッジ部磁石挿入口側、
３０５・・アウターブリッジ部、
３０６・・センターブリッジ部、
４００・・ロータ、
４０１・・磁石挿入口、
４０３・・ブリッジ部側、
４１０・・中心穴、
４２０・・ホルダ、
４３０・・円筒部、
４４０・・押さえ板、
４４５・・開口部、
５００・・ロータ、
５０１・・磁石挿入口、
５０３・・アウターブリッジ部磁石挿入口側、
５０５・・アウターブリッジ部、
６００・・レーザピーニング装置、
６１０・・本体部、
６２０・・レーザ発振器、
６３０・・出力調整装置、
６４０・・シャッタ、
６５０・・レンズ、
６６０・・槽、
６７０・・窓部、
６８０・・水、
６９０・・レーザ、
７００・・レーザピーニング装置、
７１０・・レーザ発生部、
７２０・・ミラー、
７３０・・照射ヘッド、
７４０・・ミラー、
７５０・・給水管、
７５５・・開口部、
７６０・・排気管、
７７０・・窓部、
７８０・・水、
７９０・・レーザ、
８００・・レーザピーニング装置、
８１０・・位置検出手段、
８１１・・撮像手段、
８１２・・窓部、
８２０・・状態検出手段、
８２１・・音響測定手段、
８５０・・ロータ、
Ｓ・・照射スポット、
ｔ・・素材厚み、
Δｔ・・段差厚み、
θ・・角度。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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