(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が軸孔となっている円筒状のボス部、該ボス部の一端側から半径方向に展長されたディスク部、および該ディスク部の外周から等間隔で軸方向他端側に延長された複数の爪部を有する回転子鉄心の製造方法であって、
ア）前記ボス部、前記軸孔のボス部側孔部、前記ディスク部および前記爪部の予備形状のそれぞれを成形する仮成形工程、
イ）外周のバリを除去するフラッシュ抜きと、前記軸孔のディスク部側孔部を成形する孔抜き工程、
ウ）前記爪部を軸方向に折り曲げて折り曲げ部、爪先端部を成形するとともに前記爪先端部をテーパ状に先細り加工するしごき工程、
エ）前記ボス部の厚さと平面度を確保する仕上げ成形であるサイジング工程、
を備え、
前記仮成形工程では、ビレットを塑性加工して前記軸孔の前記ボス部側孔部を成形するとともに、前記爪部が前記ボス部の外周に放射状に配列され、かつ、反ボス部側に位置する前記爪部の外側面と前記ディスク部の外側面とが半径方向に同一平面を形成している仮成形品を成形しておき、
前記孔抜き工程では、前記仮成形品を、前記同一平面側で受けながら、前記ボス部側孔部の内径より小径のパンチで前記軸孔の残部を打ち抜いて、前記ボス部側孔部より径小の前記ディスク部側孔部を形成することで、前記軸孔を形成するとともに、前記軸孔の中間に、前記ボス部側孔部から前記ディスク部側孔部に曲線でつながる段差部を形成することを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、
前記仮成形工程は、前記ビレットを、中心に円柱状突起を有する円環状の溝が設けられた型で受け、上方から加圧することで、上面に前記ディスク部および前記爪部を形成するとともに、下面に前記ボス部側孔部および円筒状の前記ボス部を同時に成形することを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機の回転子鉄心の製造方法において、
前記孔抜き工程は、前記ボス部の外周を位置決め基準とする位置決め用ガイドと、小径の孔抜き用の前記パンチとが同心で連接するように配され、前記ボス部の外周を位置決め基準として、前記軸孔のボス部側孔部の底面から前記ディスク部側孔部を形成することを特徴とする回転電機の回転子鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の爪を有する回転電機の回転子鉄心（ポールコア）の製造方法に関し、とくにポールコアの軸孔とシャフトとの嵌合性の向上にかかわる。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機等の回転電機の回転子として、内部が軸孔となっている円筒状のボス部、ボス部の一端から半径方向に展長されたディスク部、およびディスク部の外周から等間隔で軸方向他端側に延長された複数の爪部を有するポールコア（クローポール）が使用されている。ポールコアの隣接した爪部の間は、ディスク部の外周に達するＶ字状の溝（Ｖ溝）となっている。
【０００３】
一対のポールコアは対向して組み合わされ、一方のコアのＶ溝内に他方のコアの爪部が入り込み、所要の隙間を有して互いに噛み合い、ボス部外周と爪部内周との間に磁界コイルが収容され、軸孔にシャフトが圧入されて一体化され、ランデル型ロータコアとなっている。
【０００４】
このポールコアの製造は、生産性の観点から冷間鍛造または熱間鍛造が採用されている。
特許文献１には、ポールコアの製造方法として、図７に示す如く、ボス部２ａを下向き状態にして配置し、上型ｍ３ａのパンチｐおよび下型ｍ３ｂの中央部のダイｄで概形品のボス部２ａに軸孔２ｂを打ち抜き、同時に該上型ｍ３ａの各対応する部位の成形面で、その各爪部４ａをしごき加工して延伸しつつ、ディスク部３ａと９０度の角度になるまで折曲し、これによって各爪部４ａの両側内面の段差部４ａ１を、該下型（ダイ）ｍ３ｂの爪部整形用の段差部ｆ２に圧接して段差部４ｂに整形する鍛造方法が記載されている。
【０００５】
しかしながら、この鍛造方法では、軸孔２ｂの成形をパンチｐにより一度のプレス工程で行っている。この軸孔２ｂを一度のプレス工程で打ち抜く場合、プレスのスライド移動量が大きくなる。このため、スライドの移動精度に依存してずれが増大する恐れがある。また、プレス荷重が増大し製造装置が大型化するとともに生産性が低下する問題がある。さらに、孔抜きパンチｐは上型、ボス部成形用パンチは下型と、別型配置であり、上下の型同士の心出し精度が劣るため、ボス部と軸孔の心ずれが起こり易い。
【０００６】
特許文献２には、図８に示す如く、小径部、テーパ部および大径部を有する孔加工用の成形パンチｐ１を用いて、予め形成した抜き孔（逆テーパ部付き下孔）Ｈ１を開けた被加工物に、プレスによってテーパ形状をもつ段差孔Ｈ２を成形する段差孔加工方法が提案されている。
【０００７】
この段差孔加工方法では、段差穴Ｈ２の形成を、まず貫通抜き孔Ｈ１を形成し、次に、大径部をパンチｐ１により成形している。このため、プレスの際に余肉ｙが小径部側および口端に流動する割合が大きい。この流動した余肉ｙは、ポールコアを組み立てる際に、軸孔に圧入するシャフトやベアリングカラーと干渉し、シャフト圧入時の抵抗負荷の増大や、ベアリングの嵌合強度を低下させる欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３６０９７４５号公報
【特許文献２】特許第２９３５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の目的は、ポールコアとシャフトの嵌合強度を維持しつつ、組立時のシャフト圧入抵抗負荷を低減できる回転電機の回転子鉄心の製造方法の提供にある。
請求項２または３に記載の発明の目的は、ポールコアの軸孔およびボス部の精度および軸孔の段差形状の軸心位置の精度を、正確に形成できる回転電機の回転子鉄心の製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の要旨は、図３に示す如く、円盤状のビレット６を、中心に円柱状突起６１を有する円環状の溝６２が設けられたダイ６Ａで受け、上方からパンチ６Ｂで加圧し、上面に半径方向に同一平面を形成する外側面を有するディスク部３および爪部４（予備形状部６９）を形成するとともに、下面の中央に円柱状凹部６８（軸孔５のボス部側孔部５１）を鍛造により形成する（仮成形工程）。つぎに、図４に示す如く、ボス部２の外周を下方からダイ７Ａで受け、ディスク部３側の上記平面（ディスク部端面３Ａ）を上方からダイ７Ｂで受け、ボス部２側から軸孔５のボス部側孔部５１を中心孔用パンチ７Ｃで押圧し、軸孔５のディスク部側孔部５２を同軸心で打ち抜く（孔抜き工程）。
【００１１】
軸孔５のディスク部側孔部５２の内径は、ボス部側孔部５１の内径より、所定の寸法だけ径小となるようにパンチ７Ｃの外径が設定されている。これにより、軸孔５は、ボス部側孔部５１の内径がディスク部側孔部５２の内径より所定寸法だけ大きく、ボス部側孔部５１とディスク部側孔部５２との間は、後述するごとくボス部側孔部５１からディスク部側孔部５２に曲線でつながる段差部５３となっている。
この構成では、シャフトが嵌合する軸孔５に段差部５３があり、段差部５３の位置を変更することで、軸方向の嵌合代（ディスク部側孔部５２）の長さを調整する自由度が得られる。嵌合強度の大きいディスク部側孔部５の長さを調整することで、ポールコア１とシャフトの嵌合強度を適正に設定したり、組立時のシャフト圧入抵抗負荷を低減できる。
【００１２】
このポールコア１は、軸方向の嵌合代を長く設定してシャフトとの嵌合強度を大きくすることにより、発電機の使用においてポールコア１がシャフトに対して相対回転する不具合を防ぐことができる。また、軸方向の嵌合代を適正に設定することにより、シャフトの圧入力が増加し、圧入途中で固着して組立できない等の不具合を防止できる。さらに、大きな嵌合強度を必要としない機種では、軸方向の嵌合代を短く設定して、シャフトの圧入を低負荷にすることで、組立効率を向上することも可能である。
【００１３】
また、一般にプレスのスライドにはスライド方向に対し振れ誤差が存在し、その結果、スライド量に応じてパンチ偏心位置ずれが大きくなる。ボス部の全長を１回のプレスで打ち抜き、軸孔を成形する場合は、プレスのスライド移動量が大きいので、パンチの偏心誤差が比例して増大し軸孔の形成位置が狙い位置からのずれ量が増す。この発明では、軸孔の成形は、鍛造とパンチによる打ち抜きとの２回に分けているので、１回当たりのスライド移動量が減り、軸孔の振れを小さくできる。
【００１４】
すなわち、２回目の打ち抜き加工では、パンチによる穿孔の開始位置は、１回目の鍛造による加工の終了端までスライド移動されているので、２回目のこの位置は適正狙い位置に調整しておくことができる。これは、２回目加工における軸振れ精度が、１回目の加工終了から２回目の加工終了までのスライド移動量の影響だけにとどめることが可能であることによる。
【００１５】
また、打ち抜き方向が、初回の鍛造による成形の大径側から、パンチにより小径孔の成形を行うことで、前工程の軸孔予定の円柱状凹部６８（軸孔５のボス部側孔部５１）の底面から後工程の小径孔に至る断面が連続となる曲線をなし（材料のダレと呼ぶ）、バリ、そりを生じ難い。このため、バリの落下や、シャフト組立によるそりの変形に伴うバリの発生や脱落、落下させることが減り、コイル絶縁部に傷をつけたり、バリによる圧入時の噛み込みを防ぐことができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、仮成形工程は、円盤状のビレットを、中心に円柱状突起を有する円環状の溝が設けられた下型で受け、上方から上型で加圧し、ビレット上面にディスク部を形成するとともに、下面の中央に軸孔の円柱状凹部（ボス部側孔部）および円筒状のボス部を同時に形成する。
【００１７】
この構成では、ボス部と軸孔の一部（ボス部側孔部）とを同一の下型に連接一体に設けた円柱状突起を有する円環状の溝で成形している。このため、仮成形品のボス部外周と軸孔の一部となる円柱状凹部との軸心を、正確に一致させることが容易かつ低コストにできる。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、孔抜き工程のダイは、上下合わせ型の一方でボス部の外周を位置決めするガイドと、このガイドの軸心に設置させた軸孔用パンチを備え、ボス部外周を位置決め基準として、軸孔予定の溝底面から軸孔を形成することを特徴とする。
【００１９】
この構成では、ボス部と円柱状凹部とを連接一体の同一のパンチまたはダイで成形し、またはボス部を基準として円柱状凹部の加工を行う。このため、円柱状凹部の成形、およびその後工程の抜き孔の成形において、ボス部外周を同一基準面に用いることができ、ボス部外周円筒と円柱状凹部の同軸精度を向上できる。この結果、従来の工法に比べ同心性が格段に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】回転電機の回転子鉄心の斜視図である。
【図２】ポールコア製造工程のフローチャートである。
【図３】仮成形工程図である。
【図４】フラッシュ孔抜き工程である。
【図５】しごき工程図である。
【図６】サイジング工程である。
【図７】従来の回転子鉄心のフラッシュ孔抜き、しごき工程図である。
【図８】従来の段差付き軸孔の成形工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明を実施するための形態を図に示す実施例とともに説明する。
【実施例】
【００２２】
図１は、車両用交流発電機の回転子に使用されるポールコア（クローポール）１を示す。ポールコア１は、円筒状のボス部２と、このボス部２の一端側から径方向に展長したディスク部３とを備える。このディスク部３の外周部分からは、爪状磁極を形成する複数の爪部４が軸方向の他端側に延長されている。ボス部２の中心部は、軸孔５となっている。このポールコア１は、一対が対向して配されるとともに磁界コイルが内装され、軸孔５にシャフトが圧入されてランデル型ロータコアに組み立てられる。
【００２３】
ポールコア１の製造工程は、図２に示すように、
ア）中心に軸孔予定の円柱状凹部を有する円筒状ボス部、および爪部の予備形状を成形する仮成形工程
イ）円筒状凹部の底を打ち抜き軸孔を成形する孔抜き工程、および外周のバリを除去するフラッシュ抜き工程
ウ）爪部を軸方向に折り曲げて折り曲げ部、爪先端部を成形するとともに、爪先端部をテーパ状に先細り加工するしごき工程
エ）ボス部の厚みと平面度を確保する仕上げ成形のサイジング工程
の加工順を採用する。  
なお、図２のフローチャートでは、孔抜き工程とフラッシュ抜き工程とを同時に行うフラッシュ孔抜き工程を採用している。
【００２４】
図３〜図６は、上記のそれぞれの加工工程を示しており、以下に図に従ってポールコア１の製造工程を説明する。
図３は仮成形工程を示し、（ａ）は加工前を、（ｂ）は加工後を示している。円盤状のビレット６を、中心に円柱状の突起６１を有する円環状の溝６２と、その外周の円環皿状凹所６３と、さらにその外周に等間隔に放射状に延長された複数の爪部予備形状凹所６４とが設けられたダイ６Ａで受ける。
そして、上方から、円板状凹所６６を有するパンチ６Ｂで、ビレット６を加圧、鍛造する。
【００２５】
これにより、図３（ｂ）に示すように、ビレット６の図示下面には、円柱状の突起６１を有する円環状の溝６２により成形された、中央に円柱状凹部６８（以下、ボス部側孔部５１と呼ぶ）とボス部２とが成形される。同時に、ボス部２の外周に径方向に展長するディスク部３と、ボス部２の外周に放射状に配列される爪部４の予備形状部６９が成形される。かくして、反ボス部側に位置するディスク部３の外側面と爪部４（予備形状部６９）の外側面とが半径方向に同一平面を形成している一次仮成形品７が鍛造される。
【００２６】
図４は孔抜き工程を示す。
一次仮成形品７の図示下面（以下、ボス部端面２Ａと呼ぶ）を円筒状の下ダイ７Ａで受け、一次仮成形品７の図示上面（前述のディスク部３の外側面と爪部４の外側面とが連続している平面のことで、以下、ディスク部端面３Ａと呼ぶ）に上ダイ７Ｂを設置する。このとき、円筒状の下ダイ７Ａは、ボス部２の外周基準で嵌合するように位置決め用ガイド７Ｄの型内径が設定されており、ボス部２の軸中心が下ダイ７Ａの軸中心と一致するように構成されている。そして、円筒状の下ダイ７Ａの軸中心に、孔抜き用の中心孔パンチ７Ｃがスライド可能に連接して組付けられ、ボス部２の軸中心と、中心孔パンチ７Ｃの軸中心は常に一致するように構成されている。
【００２７】
そして、一次仮成型品７は、ディスク部端面３Ａを上ダイ７Ｂによって加圧することで中心孔パンチ７Ｃによってボス部側孔部５１（円柱状凹部６８）の底部から軸孔５２が穿孔され、二次仮成形品８が成形される。このとき、孔抜き用の中心孔パンチ７Ｃの外径は前工程で形成されたボス部側孔部５１の内径よりも径小に設定されているため、図４（ｂ）に示すように、軸孔５は、径大のボス部側孔部５１と径小の軸孔（以下、ディスク部側孔部）５２との境界に段差部５３を有する段差状の軸孔５となっている。
【００２８】
ここで、中心孔パンチ７Ｃは孔内径の大きい側から穿孔するので、孔内径の大きい孔底に中心孔パンチ７Ｃが当接して穿孔が始まる。つまり、ボス部２の軸方向長さ（厚み）の全域に渡って穿孔するのではなく、孔内径の大きい孔底から短いストロークにて穿孔を完了させることが可能となる。このことは、鍛造機のスライドのスライド移動量が少ない分、パンチの狙い位置決め移動精度が高まり、打ち抜き孔の軸孔５の振れを小さくできる。
【００２９】
さらに、打ち抜き方向が径大孔側から径小孔を穿孔するので、径大孔の孔底から径小孔の始まる部位、つまり、段差部５３に孔底からディスク部側孔部５２に曲線でつながる、いわゆるダレが生じ、その結果、軸孔５の内部にはバリが発生し難い。また、同様に、そりが生じにくいため、シャフト圧入によりそり（孔部の成形に伴い、孔部の口端部に軸方向外側に向かって生じる薄膜状の余肉）の変形によるバリの発生等が低減できる。このため、バリの脱落が生じ難く、バリによるシャフト圧入時の噛み込みや、バリによりコイル絶縁部に傷をつけることが防止できる。
【００３０】
また、径大のボス部側孔部５１の軸中心と径小のディスク部側孔部５２の軸中心とは、ともにボス部２の外径基準に加工されたものであるから高い精度で一致しており、ボス部側孔部５１とディスク部側孔部５２とは軸中心を一致させることが容易である。
なお、二次仮成形品８の外周のバリ８１を切断、除去するフラッシュ抜き工程（図示二点鎖線）が、上記の孔抜き工程の前後もしくは同時に行われ、三次仮成形品９が形成される。
【００３１】
図５は、しごき工程を示す。
三次仮成形品９を、ダイ９Ａとパンチ９Ｂとにより、ボス部２の端面と、ディスク３の外側表面と連続する爪部４の外側側面を軸方向に押圧する。これにより、爪部４の外側側面が軸方向に平行となるよう爪部４を折り曲げ、折り曲げ後、外径方向に伸びる爪基底部４１から軸方向に折り曲げられた爪折り曲げ部４２、および軸方向に伸びる爪先端部４３を形成する。
さらに爪先端部４３はその先端の径方向厚みが爪基底部４１側に対しテーパ状に薄くなるように成形して、第４次仮成形品１０を製造する。                                
【００３２】
図６はサイジング工程を示す。
第４次仮成形品１０を、ダイ１０Ａとパンチ１０Ｂとにより、ボス部端面２Ａ、爪先端部４３、爪折り曲げ部４２、爪基底部４１、ディスク部３の側面を、軸方向に沿って押圧し、ボス部２の厚みと平面度を所定の寸法に成形する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明では、仮成形工程において鍛造により成形する軸孔５のボス部側孔部５１は、孔抜き工程における打ち抜きによるディスク部側孔部５２より内径を大きく設定し、ボス部側孔部５１とディスク部側孔部５２との間に段差部５３を形成している。このため、ボス部側孔部５１の内径、ディスク部側孔部５２の内径、および段差部５３の位置を選択することで、ポールコア１とシャフトの嵌合強度を適正に設定でき、嵌合強度を維持しつつ、組立時のシャフト圧入抵抗負荷を低減できる。
また、軸孔５を鍛造によるボス部側孔部５１と、打ち抜きによるディスク部側孔部５２との２回の孔抜き工程で成形しているので、プレスのスライド振れ誤差によりボス部厚みに沿ったパンチ孔抜き方向に生じる傾きが抑制でき、ボス部中心軸の同軸度が向上する。
【符号の説明】
【００３４】
１          ポールコア（回転電機の回転子鉄心）
２          ボス部
３          ディスク部
４          爪部
５          軸孔
５１        軸孔のボス部側孔部
５２        軸孔のディスク部側孔部
５３        段差部
６          ビレット
６８        円柱状凹部
７          一次仮成形品
８          二次仮成形品
９          三次仮成形品
１０        四次仮成形品
【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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