(57)【要約】【課題】ナットの締付トルクと締付角度との関係から信頼性の高い軸力評価を行うことのできる、ロータのナット締付における軸力評価方法を提供する。【解決手段】ロータのナットを締め付ける際には、ロータコアに軸方向から圧縮力を付与しつつ、締付トルク及び締付角度を測定して、締付トルクと締付角度との関係が線形領域に到達した以降のその傾きに基づき軸力の良否判断を行うので、信頼性の高い軸力評価を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体で構成される筒状のロータコア内にロータシャフトを挿通し、該ロータシャフトにナットを締め付けて、両者を締結してなるロータのナット締付における軸力評価方法であって、
前記ナットを締め付ける際には、前記ロータコアに軸方向から圧縮力を付与しつつ、締付トルク及び締付角度を測定して、締付トルクと締付角度との関係が線形領域に到達した以降のその傾きに基づき軸力の良否判断を行うことを特徴とするロータのナット締付における軸力評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層コアに挿通されたロータシャフトにナットを締め付ける際に、ロータシャフトに生じる軸力を評価する、ロータのナット締付における軸力評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、回転電機に備えられるロータを組み立てる際には、ロータシャフトをロータコアの挿通孔に挿通して、ロータシャフトにナットを締め付けて、そのナットの締付トルクを管理して、ひいては、ロータシャフトの軸力（締付力）を管理するようにしている。すなわち、まずロータシャフト単品に歪ゲージを貼付した後、該ロータシャフト単品に引張荷重を付与して、ロータシャフト単品おける軸方向に沿う歪み量と引張荷重（軸力）との関係を取得しておく。そして、実際に、ロータシャフトをロータコアの挿通孔に挿通してナットにて締め付けて、締付トルクと締付角度（ロータシャフトの歪み量に対応）との関係を取得する。この締付トルクと締付角度（ロータシャフトの歪み量に対応）との関係と、ロータシャフト単品の歪み量（ナットの締付角度に対応）と軸力との関係とに基づいて、所望の軸力を得るためのナットの締付トルクを算出する。その後、ナットの締め付けの際には、この締付トルクを管理することにより、軸力を管理するようにしている。
【０００３】
しかしながら、締付トルクと締付角度との間には、ロータコアとロータシャフトとの間の摩擦係数μが関わるために、摩擦係数μの変動により、軸力を精度良く管理することができない。すなわち、予め設定した所定の締付トルクによりナットを締め付けても、摩擦係数μが大きい場合、所定の締付角度（ロータシャフトの歪み量に対応）よりその締付角度が大きくなり、所定の軸力よりも大きな軸力が作用するようになる。要するに、ロータコアとロータシャフトとの間の摩擦係数μの変動により、締付トルクと締付角度との関係（締付角度に対する締付トルクのトルク線図）において、その線形領域の傾きがばらつくために、軸力を精度良く管理することができない。なお、前記摩擦係数μの変動は、生産工程で手袋に付着する油分に起因するものと推定され、これを対策するためには、常時、手袋への油分の有無を検証する必要があるが、この検証結果は保証できるものではなく、しかも、検証作業が、締付の作業効率を悪化させる要因となり、採用することが困難である。
【０００４】
しかも、ロータコアは、一般的に、複数の磁性薄板を積層してなる積層体で構成されるものであり、これら複数の磁性薄板はかしめにより結合されているために、その結合具合により、図６に示すように、締付トルクと締付角度との関係（締付角度に対する締付トルクのトルク線図）において、ロータコア毎に、締付トルクと締付角度との関係がばらつくようになる。これにより、予め設定した所定の締付トルクによりナットを締め付けても、ロータコア毎に、所定の締付トルクに対応する締付角度が相違することになり、正確に軸力を管理することができない。
【０００５】
そこで、特許文献１には、螺子に加えられる締付トルクを螺子の締付角度に対して表示するトルク線図から制御上の締付開始角度を求め、この締付開始角度を基準として所定の回転角度だけ螺子を締め付ける方法であって、締付トルクと締付角度の最新ｎ個の計測データからトルク勾配を随時算出し、そのトルク勾配が安定したか否かを判定して、安定した場合には、その安定領域におけるトルク勾配が前記トルク線図の角度軸と交わった点を締付開始角度とすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された螺子の締付方法では、そもそも被締付部材が一部材（一体物）であり、ロータコアのような複数の薄板による積層体ではないので、締付トルクと締付角度との関係が図６に示すようにばらつくことはなく、特許文献１に記載された螺子の締付方法を採用しても、上述した問題を解決することはできない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ナットの締付トルクと締付角度との関係から信頼性の高い軸力評価を行うことのできる、ロータのナット締付における軸力評価方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、積層体で構成される筒状のロータコア内にロータシャフトを挿通し、該ロータシャフトにナットを締め付けて、両者を締結してなるロータのナット締付における軸力評価方法であって、前記ナットを締め付ける際には、前記ロータコアに軸方向から圧縮力を付与しつつ、締付トルク及び締付角度を測定して、締付トルクと締付角度との関係が線形領域に到達した以降のその傾きに基づき軸力の良否判断を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、ロータコアに軸方向から圧縮力を付与することで、積層体で構成されるロータコアを、一部材（一体物）からなるロータコアに疑似的に変換させた状態（圧縮変形させた状態）とし、締付トルクと締付角度との関係において、前記変換させた時以降の線形領域のみを軸力評価に使用するので、積層体で構成されるロータコアの結合具合を考慮することなく、ロータ（ロータシャフト）の軸力評価を行うことができる。しかも、締付トルクと締付角度との関係における線形領域の傾きに基づいて軸力を評価するので、ロータコアとロータシャフトとの間の摩擦係数μの変動による軸力の異常を検出することができる。このように、請求項１の発明によれば、締付トルクと締付角度との関係から信頼性の高い軸力評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ロータに対して第１の実施形態に係る軸力評価方法を実施する様子を示した模式図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る軸力評価方法によって測定された締付角度に対する締付トルクのトルク線図である。
【図３】図３は、評価用トルク線図である。
【図４】図４は、ロータに対して第２の実施形態に係る軸力評価方法を実施する様子を示した模式図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る軸力評価方法によって測定された締付角度に対する締付トルクのトルク線図である。
【図６】図６は、ロータコア毎に、締付角度に対する締付トルクのトルク線図がばらつくことを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、いわゆるハイブリッド車両等に搭載される回転電機に用いられるロータ１のナット４をナットランナ３０により締め付けている様子を示す模式図であり、後述する、第１の実施形態に係る軸力評価方法を実施する様子を示した模式図である。該ロータ１が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動（回生制動）状態にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示されるロータ１と、ロータ１の外周側に所定の隙間をあけて配置され、巻線コイルが巻回される円環状のステータ（図示略）とから構成される。
【００１３】
図１に示すように、ロータ１は、筒状のロータコア２と、該ロータコア２内に挿通されるロータシャフト３と、該ロータシャフト３に設けられた雄ねじ部２１に噛みあうナット４とを備えている。ロータコア２は、所定枚数の磁性薄板１０を積層してなる筒状の積層体１１と、該積層体１１に埋め込んで配置される複数の磁石１２とを含む、積層コアである。
【００１４】
積層体１１は、所定の形状に打ち抜かれた所定枚数の磁性薄板１０をカシメ等で結合して構成される。各磁性薄板１０、１０の積層方向が、ロータコア２（積層体１１）の軸方向に一致する。積層体１１は、各磁性薄板１０をカシメ等で結合されるが、各磁性薄板１０の歪み等により、隣接する磁性薄板１０、１０間に僅かな隙間を有する。その結果、ロータコア２の積層体１１は、各磁性薄板１０の結合具合、すなわち、各磁性薄板１０、１０の板厚のばらつきや、積層時における各磁性薄板１０、１０間の各隙間のばらつき等により、軸方向の寸法にばらつきが生じるようになる。磁性薄板１０としては、例えば、電磁鋼板を用いることができる。
【００１５】
積層体１１は、径方向中央部に配置され、ロータシャフト３が挿通される挿通孔１５と、外周側に周方向に間隔を置いて複数形成され、磁石１２が挿入される磁石孔１６とを有する。積層体１１に設けた挿通孔１５及び各磁石孔１６は、ロータコア２の軸方向に沿って貫通している。各磁石孔１６に挿入される磁石１２は、ロータ１の各磁極を形成する永久磁石である。磁石１２は、回転電機のステータに巻回される巻線コイルに所定の通電を行うことで発生する回転磁界と協働してトルクを発生し、これによってロータ１が回転する。
【００１６】
ロータシャフト３には、その一端側の外壁面から径方向外方に突設された環状突起部２０と、その他端側の外壁面に設けられる雄ねじ部２１とを有している。該ロータシャフト３は、鋼材を加工したものである。環状突起部２０は、そのロータコア２側の面が、軸方向に対して垂直な面に形成される。環状突起部２０には、周方向の一部に回り止め用溝部２２が形成される。ロータシャフト３の環状突起部２０から他端側の外径は、当然ながら、ロータコア２の挿通孔１５の内径よりも小径に設定される。
【００１７】
そして、ロータシャフト３を、その雄ねじ部２１側（他端側）からロータコア２の挿通孔１５に挿通して、ロータシャフト３の環状突起部２０をロータコア２の一端面に当接させつつ、ロータコア２の他端面から突出したロータシャフト３の雄ねじ部２１にナット４を所定の締付トルクで締め付けることでロータ１の組み立てが完了する。該ロータ１が回転電機に用いられるときには、ロータコア２をステータに対向させて、ロータシャフト３の軸方向の両端が軸受によって回転自在に支持され、ロータシャフト３が回転トルクを出力する出力軸となる。
【００１８】
次に、第１の実施形態に係る、ロータのナット締付における軸力評価方法を、図２及び図３に基づいて、図１も参照しながら説明する。
まず、ロータシャフト３を、その雄ねじ部２１側（他端側）からロータコア２の挿通孔１５に挿通して、ロータシャフト３の環状突起部２０をロータコア２の一端面に当接させつつ、ロータコア２の他端面からロータシャフト３の雄ねじ部２１を突出（露出）させた状態とする。この時、ロータシャフト３の環状突起部２０に設けた回り止め用溝部２２に、設備側の載置台（図示略）に設けた突起部（図示略）が係合される。その結果、ロータシャフト３の軸周りの回転が抑制される。引き続き、ロータシャフト３の雄ねじ部２１にナット４を噛み合せて、該ナット４にナットランナ３０に連結されたソケット３１を嵌合する。
【００１９】
そして、ナットランナ３０を駆動させて、ナット４を所定の締付トルクで締め付ける。すると、ナット４の締め付けにより、ロータコア２には軸方向に圧縮力が徐々に付与される。この時、ナットランナ３０により締付トルク及び締付角度を測定して、図２に示すような、締付角度に対する締付トルクのトルク線図、すなわち締付トルクと締付角度との関係を取得する。
【００２０】
図２に示す測定されたトルク線図に基づいて、トルク線図が線形領域、すなわち、締付トルクの変化量／締付角度の変化量が一定となる領域に到達した時点（図２の点Ａ）を締付スタート（原点）として、それ以降の線形領域を図３に示す評価用トルク線図として取得する。
【００２１】
そして、図３に示す評価用トルク線図に基づいて、例えば、その傾きが基準の傾き（閾値）より大きい場合には、その締付が良好であると評価して、ひいては、予め設定した所定の締付トルクで締め付けた時の軸力が正常であると判断する。一方、その傾きが基準の傾きより小さい場合には、その締付が不良であると評価して、ひいては、予め設定した所定の締付トルクで締め付けた時の軸力が異常であると判断する。あるいは、例えば、基準の傾きが所定範囲を有する場合、取得した評価用トルク線図において、その傾きが基準の範囲内である場合には、予め設定した所定の締付トルクで締め付けた時の軸力が正常であると判断して、その傾きが基準の範囲外である場合には、予め設定した所定の締付トルクで締め付けた時の軸力が異常であると判断してもよい。
【００２２】
以上説明した、第１の実施形態に係る軸力評価方法によれば、測定されたトルク線図において、積層体１１で構成されるロータコア２を、ナット４の締め付けによる圧縮力を付与することで一部材（一体物）からなるロータコア２に疑似的に変換させた時（ロータコア２を圧縮変形させた時）以降に測定される線形領域だけを抜き取り、該線形領域を評価用トルク線図として使用する。これにより、ロータコア２毎に、締付トルクと締付角度との関係（測定されたトルク線図）がばらついても、評価用トルク線図を使用することで、軸力評価のための締付トルクと締付角度との関係（締付角度に対する締付トルクのトルク線図）を統一することができ、ロータコア２毎に信頼性の高い軸力評価を行うことができる。しかも、評価用トルク線図（締付角度に対する締付トルクの線形領域）の傾きにより、その締付が良好であるか否かが評価され、ひいては、予め設定した所定の締付トルクで締め付けた時の軸力が正常であるか否かを判断することができる。これにより、ロータコア２とロータシャフト３との間の摩擦係数μの変動による軸力の異常を検出することができる。
【００２３】
次に、第２の実施形態に係る、ロータのナット締付における軸力評価方法を、図３及び図５に基づいて、図４も参照しながら説明する。当該第２の実施形態の説明においては、第１の実施形態との相違点を主に説明する。
当該第２の実施形態に係る軸力評価方法を実施する際には、以下の構成部材が必要となる。すなわち、図４に示すように、ロータコア２の他端面に当接するワッシャ部材３５が設けられる。ワッシャ部材３５の内径は、ソケット３１の外径よりも大径に形成される。ワッシャ部材３５のロータコア２側とは反対側の面に当接する押圧治具３６が設けられる。押圧治具３６は、ソケット３１を内部に収めるように有底円筒状に形成される。押圧治具３６の開放側の軸方向端面がワッシャ部材３５に当接される。該押圧治具３６にはシリンダ装置等で構成される加圧装置３７が連結されている。そして、加圧装置３７の駆動により、押圧治具３６がワッシャ部材３５を介してロータコア２を軸方向に沿って押圧（圧縮）する。
【００２４】
なお、加圧装置３７の押圧力は、ロータコア２を基準の軸方向長さに到達するまで圧縮する程度に設定される。この基準の軸方向長さは、積層体１１で構成されるロータコア２を一部材（一体物）からなるロータコア２に疑似的に変換させた状態の軸方向長さ、すなわち、各磁性薄板１０の板厚のばらつきや、各磁性薄板１０、１０間の各隙間のばらつき等が無いものと仮定した設計上の軸方向長さに相当する。
【００２５】
第２の実施形態に係る軸力評価方法では、まず、ロータシャフト３を、その雄ねじ部２１側（他端側）からロータコア２の挿通孔１５に挿通して、ロータシャフト３の環状突起部２０をロータコア２の一端面に当接させつつ、ロータコア２の他端面からロータシャフト３の雄ねじ部２１を突出（露出）させた状態として、該雄ねじ部２１にナット４を噛み合せる。引き続き、ナット４に、ナットランナ３０に連結されたソケット３１を嵌合する。
次に、ロータコア２の他端面で、ソケット３１の径方向外方の位置にワッシャ部材３５を載置する。引き続き、ワッシャ部材３５のロータコア２側とは反対側の面に、押圧治具３６の開放側の軸方向端面を当接する。
【００２６】
そして、ナットランナ３０を駆動させて、ナット４の締め付けを開始すると同時に、加圧装置３７を駆動させることで、押圧治具３６がワッシャ部材３５を介してロータコア２を軸方向に沿って押圧（圧縮）する。その後、加圧装置３７からの押圧力により、ロータコア２を基準の軸方向長さに到達するまで圧縮させた時点で、加圧装置３７の駆動を停止すると共に、ナットランナ３０によるナット４の締め付けを継続して、予め設定した所定の締付トルクで締め付ける。
【００２７】
この締め付け時、ナット４の締め付け開始から、ナットランナ３０により締付トルク及び締付角度を測定して、図５に示すような、締付角度に対する締付トルクのトルク線図（締付トルクと締付角度との関係）を取得する。この第２の実施形態では、加圧装置３７からの押圧力を利用して、積層体１１で構成されるロータコア２を、一部材（一体物）からなるロータコア２に疑似的に変換させる構成（ロータコア２を基準の軸方向長さまで圧縮変形させる構成）を採用している。また、第２の実施形態では、加圧装置３７により、ロータコア２に軸方向に沿う圧縮力を付与するので、図５に示すトルク線図を参照すると、第１の実施形態に係るトルク線図（図２参照）に比べて、締付初期においてその締付トルクの増加が抑えられ、その立ち上がりが遅れるようになる。
【００２８】
そして、図５に示す測定されたトルク線図に基づいて、トルク線図が線形領域に到達した時点（図５の点Ａ）を締付スタート（原点）として、それ以降の線形領域を図３に示す評価用トルク線図として取得する。その後の軸力評価方法は、第１の実施形態と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００２９】
以上説明した、第２の実施形態に係る軸力評価方法では、第１の実施形態に係る軸力評価方法と同様の作用効果を奏することができる。しかも、第２の実施形態に係る軸力評価方法では、ロータコア２に軸方向に沿って圧縮力を付与する加圧装置３７を使用するので、第１の実施形態に比べ、締付初期の段階で、積層体１１で構成されるロータコア２を一部材（一体物）からなるロータコア２に疑似的に変換させることができる。しかも、第２の実施形態に係る軸力評価方法では、ナット４の締付初期は、締付トルクの増加が抑制されるので、第１の実施形態に係る軸力評価方法よりも、ナットランナ３０による締付時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  ロータ，２  ロータコア，３  ロータシャフト，４  ナット，１１  積層体
【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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