(57)【要約】【課題】摩擦撹拌を用いて撹拌を行った場合でも強度を維持することができる回転子およびこの回転子の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかる回転子は、棒状をなす複数の導体と、円板状をなし、一方の面が複数の導体の一端に連なるとともに、少なくとも複数の導体に連なる側と反対側の表面が、摩擦撹拌により撹拌されてなる第１の端絡環と、円板状をなし、一方の面が複数の導体の他端に連なるとともに、少なくとも複数の導体に連なる側と反対側の表面が、該摩擦撹拌により撹拌されてなる第２の端絡環と、第１および第２の端絡環の間に設けられている筒状の鉄心であって、中心軸方向に沿って複数の導体をそれぞれ挿通可能な複数の挿通孔が形成された鉄心と、を備え、第１および第２の端絡環のうち少なくとも一方の端絡環が、複数の導体と一体化されている。【選択図】図１
2017051009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状をなす複数の導体と、
円板状をなし、一方の面が前記複数の導体の一端に連なるとともに、少なくとも前記複数の導体に連なる側と反対側の表面が、摩擦撹拌により撹拌されてなる第１の端絡環と、
円板状をなし、一方の面が前記複数の導体の他端に連なるとともに、少なくとも前記複数の導体に連なる側と反対側の表面が、摩擦撹拌により撹拌されてなる第２の端絡環と、
前記第１および第２の端絡環の間に設けられている筒状の鉄心であって、中心軸方向に沿って前記複数の導体をそれぞれ挿通可能な複数の挿通孔が形成された鉄心と、
を備え、
前記第１および第２の端絡環のうち少なくとも一方の端絡環が、前記複数の導体と一体化されていることを特徴とする回転子。
【請求項２】
前記第１および第２の端絡環は、前記摩擦撹拌により撹拌されてなることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
棒状をなす複数の導体と、該複数の導体をそれぞれ挿通可能な複数の挿通孔が形成された筒状をなす鉄心と、前記複数の導体の一端に連なる第１の端絡環と、前記複数の導体の他端に連なる第２の端絡環とを備えた回転子の製造方法であって、
前記鉄心に対して、前記第１および第２の端絡環を形成するための二つの母材のうち少なくとも一方の母材を前記複数の導体と一体的に成形する一体成形ステップと、
前記一体成形ステップで成形された母材に対して、該母材の中心軸方向で前記鉄心を含む領域を摩擦撹拌する摩擦撹拌ステップと、
前記摩擦撹拌ステップによる摩擦撹拌後の母材の表面であって、少なくとも前記複数の導体に連なる側と反対側の表面が、前記摩擦撹拌により撹拌されてなる表面となるように該母材を切断して一方の端絡環を成形する成形ステップと、
を含むことを特徴とする回転子の製造方法。
【請求項４】
前記成形ステップは、前記一方の母材とともに、他方の母材を前記複数の導体と一体的に成形することを特徴とする請求項３に記載の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子およびこの回転子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転磁界を形成する固定子と、該固定子の内部に設けられ、回転磁界の形成により回転する回転子とを備えた誘導電動機が知られている。誘導電動機は、入力される交流電源の種類によって、単相誘導電動機と三相誘導電動機とに大別される。このうち三相誘導電動機は、汎用モータとして広く用いられている。
【０００３】
三相誘導電動機は、太い導体（バー）がかご形に配置された回転子を有する。回転子は、鉄心と、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金を用いて形成される複数の導体と、エンドリングとを備えている。回転子は、複数の鋼板が積層されてなる鉄心に複数の導線を挿通し、該導体の両端をエンドリングによって固定することにより作製される（例えば、特許文献１，２を参照）。
【０００４】
特許文献１，２では、導体とエンドリングとを摩擦撹拌により接合して固定している。摩擦撹拌を用いることにより、ろう付けなどの接合方法と比して低コストで接合を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７３０５３１号公報
【特許文献２】特許第５１５６２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２のように摩擦撹拌により撹拌を行った場合、摩擦撹拌された領域の周辺領域には摩擦による熱のみが伝達される。このため、伝達された熱によって周辺領域の機械的な強度が低下し、回転子の破損などを引き起こすおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摩擦撹拌を用いて撹拌を行った場合でも強度を維持することができる回転子およびこの回転子の製造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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回転子は、棒状をなす複数の導体と、円板状をなし、一方の面が前記複数の導体の一端に連なるとともに、少なくとも前記複数の導体に連なる側と反対側の表面が、摩擦撹拌により撹拌されてなる第１の端絡環と、円板状をなし、一方の面が前記複数の導体の他端に連なるとともに、少なくとも前記複数の導体に連なる側と反対側の表面が、摩擦撹拌により撹拌されてなる第２の端絡環と、前記第１および第２の端絡環の間に設けられている筒状の鉄心であって、中心軸方向に沿って前記複数の導体をそれぞれ挿通可能な複数の挿通孔が形成された鉄心と、を備え、前記第１および第２の端絡環のうち少なくとも一方の端絡環が、前記複数の導体と一体化されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる回転子は、上記の発明において、前記第１および第２の端絡環は、前記摩擦撹拌により撹拌されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる回転子の製造方法は、棒状をなす複数の導体と、該複数の導体をそれぞれ挿通可能な複数の挿通孔が形成された筒状をなす鉄心と、前記複数の導体の一端に連なる第１の端絡環と、前記複数の導体の他端に連なる第２の端絡環とを備えた回転子の製造方法であって、前記鉄心に対して、前記第１および第２の端絡環を形成するための二つの母材のうち少なくとも一方の母材を前記複数の導体と一体的に成形する一体成形ステップと、前記一体成形ステップで成形された母材に対して、該母材の中心軸方向で前記鉄心を含む領域を摩擦撹拌する摩擦撹拌ステップと、前記摩擦撹拌ステップによる摩擦撹拌後の母材の表面であって、少なくとも前記複数の導体に連なる側と反対側の表面が、前記摩擦撹拌により撹拌されてなる表面となるように該母材を切断して一方の端絡環を成形する成形ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる回転子の製造方法は、上記の発明において、前記一体成形ステップは、前記一方の母材とともに、他方の母材を前記複数の導体と一体的に成形することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、摩擦撹拌を用いて撹拌を行った場合でも強度を維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる回転子の製造方法を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる回転子の要部の構成を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる回転子の製造方法を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかる回転子の製造方法を説明する図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態２にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の構成を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の構成を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面とともに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる回転子の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態１にかかる回転子の構成を示す断面図である。図１，２に示す回転子１は、誘導電動機に用いられ、固定子の内部に設けられて該固定子の回転磁界に応じて回転するものである。
【００１６】
回転子１は、太い導体（バー）がかご形に配置されたかご形回転子である。回転子１は、複数のバー（導体）１０と、エンドリング（端絡環）１１，１２と、鉄心１３と、を備えている。
【００１７】
バー１０は、例えば銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、角柱状（棒状）をなしている。バー１０は、回転子１の構成に応じて複数設けられる。本実施の形態１では、バー１０は、鋳造によりエンドリング１１，１２と一体的に成形されてなり、長手方向の両端部でエンドリング１１，１２とそれぞれ接続している。なお、本明細書では、１６本のバー１０を用いるものとして説明するが、この数に限らず、設計に応じた数だけ設けられる。バー１０は、角柱状をなすもののほか、円柱状など棒状をなすものであれば適用可能である。また、ここでいう銅合金は、銅を主成分とする合金である。アルミニウム合金もまた同様である。
【００１８】
エンドリング１１，１２は、例えば銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。エンドリング１１（第１の端絡環）は、複数のバー１０の一端に連なっている。エンドリング１２（第２の端絡環）は、複数のバー１０の他端に連なっている。エンドリング１１，１２は、少なくともバー１０に連なる側と反対側の表面が、摩擦撹拌によって改質されてなる（図２の撹拌領域Ｒ１）。
【００１９】
鉄心１３は、例えば複数の電磁鋼板１３ａが積層されてなる。電磁鋼板１３ａは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼（例えば鉄にケイ素を添加したもの）を用いて形成され、中空円盤状をなしている。また、電磁鋼板１３ａには、板厚方向に貫通し、バー１０を挿通可能な貫通孔が、バー１０の数に応じて複数形成されている。鉄心１３は、複数の電磁鋼板１３ａが端面を揃えて積層されることにより、円筒状をなすとともに、複数の貫通孔が連通することによりバー１０を挿通する挿通孔１３１を形成している。なお、鉄心１３は、中心軸と直交する断面の外縁が円をなすものに限らず、楕円や多角形をなすものであってもよい。
【００２０】
回転子１は、複数の電磁鋼板１３ａが積層されてなる鉄心１３の挿通孔１３１に複数のバー１０が挿通され、該バー１０の両端がエンドリング１１，１２によってそれぞれ固定されることで作製される。また、回転子１の中空空間には、誘導電動機のシャフトが挿通する。
【００２１】
つぎに、回転子１の製造方法について図３〜図８を参照して説明する。図３〜５は、本実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。図６は、本実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する平面図である。図７は、本実施の形態１にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する断面図である。図８は、本実施の形態１にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。なお、図７，８は、回転子１の中心軸Ｎ０（バー１０の長手方向）を通過し、かつこの中心軸と平行な平面を切断面とする部分断面図である。
【００２２】
まず、複数のバー１０を挿通可能な複数の貫通孔が形成されている複数の電磁鋼板１３ａを積層する（図３参照）。複数の電磁鋼板１３ａを積層することで、各電磁鋼板１３ａの貫通孔が連通してなる挿通孔１３１が形成された円筒状の鉄心１３が形成される。
【００２３】
次に、鉄心１３に対して、バー１０と、エンドリング１１を形成するための母材１１０と、エンドリング１２を形成するための母材１２０とを鋳造により一体成形する（図４参照、一体成形ステップ）。具体的には、母材１１０，１２０を成形するための鋳型（図示せず）に鉄心１３を取り付け、バー１０、母材１１０および母材１２０を構成する液状の成形材料を鋳型に流し込んで冷却することにより、母材１１０および母材１２０（図４参照）が成形されるとともに、挿通孔１３１に充填、固化されてなる複数のバー１０（図２を参照）が成形される。これにより、鉄心１３に対してバー１０、母材１１０および母材１２０を一体的に鋳造成形した成形体を得ることができる。
【００２４】
母材１１０は、エンドリング１１を形成するためのものであって、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。母材１１０は、外径がエンドリング１１（または鉄心１３）の外径より大きく、内径がエンドリング１１（または鉄心１３）の内径より小さい。
【００２５】
母材１２０は、エンドリング１２を形成するためのものであって、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。母材１２０は、外径がエンドリング１２（または鉄心１３）の外径より大きく、内径がエンドリング１２（または鉄心１３）の内径より小さい。
【００２６】
続いて、母材１１０に対して摩擦撹拌により改質処理を行なう（図５参照：摩擦撹拌ステップ）。摩擦撹拌では、撹拌部材２００を用いて母材１１０の撹拌処理を行う。撹拌部材２００は、先端にプローブ２０１を同軸上に有するショルダ２０２を備える。プローブ２０１およびショルダ２０２は、円筒状をなし、プローブ２０１の外径はショルダ２０２の外径より小さい。ショルダ２０２は、自身の中心軸Ｎ１のまわりに回転可能である（矢印Ｙ１）。ショルダ２０２が回転すると、ショルダ２０２に取り付けられているプローブ２０１も連動して回転する。
【００２７】
摩擦撹拌では、ショルダ２０２を回転させながら母材１１０の表面（バー１０が連なる側と反対側の表面）に押し当てることで発生した摩擦熱により母材１１０が軟化して、さらにショルダ２０２の回転力によって当接部周辺が塑性流動して練り混ざり、その後固化することで母材１１０の撹拌領域が改質される。摩擦撹拌を用いることにより、撹拌後の金属組織が微細化するため、鋳造材と比して硬度を高くすることができる。また、摩擦撹拌は、銅などの材料を融点以下の低温で接合することができるとともに、接合後の残留応力や変形が、溶融溶接した場合の残留応力や変形と比して小さい。
【００２８】
摩擦撹拌では、ショルダ２０２を、中心軸Ｎ１のまわりに回転（自転：図５の矢印Ｙ１）させながら、母材１１０の中心軸Ｎ２のまわりに周回（公転：図５の矢印Ｙ２）させることによって、各母材１１０を撹拌する。図６に示すように、ショルダ２０２の移動により、摩擦撹拌による撹拌領域Ｒ１は、母材１１０の表面において円環状をなしている。なお、この撹拌領域Ｒ１の径方向（母材１１０の径方向）の長さ（幅）は、ショルダ２０２の外径と略等しい。換言すれば、ショルダ２０２の外径を調整することにより、撹拌領域Ｒ１の幅を調整することができる。また、撹拌領域Ｒ１は、図７に示す断面図のように、母材１１０との境界が弧状をなしている。
【００２９】
ここで、摩擦撹拌において、摩擦撹拌された領域（撹拌領域Ｒ１）の周辺領域は摩擦による熱のみが伝達される。例えば、撹拌領域Ｒ１の周辺領域には、撹拌されずに摩擦熱のみが伝達した熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２が生じる（図７参照）。熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２は、ショルダ２０２の移動方向に沿って、それぞれ円環状に形成される。熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２が発生すると、この領域の機械的な強度が熱により低下し、回転子１の破損などを引き起こすおそれがある。そのため、本実施の形態１では、母材１１０の一部を切断して、母材１１０から熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２を除去する処理を施す。
【００３０】
母材１１０の径方向において、外周側および内周側で母材１１０を切断する切断位置Ｃ１，Ｃ２間の距離をｔ１、熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２間の最短距離をｔ２とすると、ｔ１≦ｔ２が成り立つ。また、本実施の形態１では、鉄心１３の外周側と内周側との間の径（幅）をｔ３、バー１０の径をｔ４、母材１１０の表面における撹拌領域Ｒ１の幅（ショルダ２０２の径）をｔ５とすると、鉄心１３の内周側と外周側との間の径ｔ３が切断位置間の距離ｔ１以下であり（ｔ３≦ｔ１）、バー１０の径ｔ４が撹拌領域Ｒ１の幅ｔ５より小さい（ｔ４＜ｔ５）。換言すれば、撹拌領域Ｒ１は、中心軸Ｎ２（鉄心１３の中心軸）方向で鉄心１３を含んでいる（ｔ３＜ｔ５）。
【００３１】
上述した関係を満たす切断位置Ｃ１，Ｃ２で母材１１０を切断することにより、図８に示すエンドリング１１を成形することができる（成形ステップ）。エンドリング１１は、熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２を有しないため、熱によりエンドリングとしての機械的な強度が低下することを抑制し、エンドリング１１としての強度を維持したものとなっている。
【００３２】
また、エンドリング１２についても、上述したエンドリング１１の製造工程と同様にして、母材１２０を切断することにより形成することができる。
【００３３】
なお、母材１１０（および母材１２０）の切り出し処理において、例えば、ｔ１≦０．７ｔ５を目安として外周側および内周側で母材１１０を切断する切断位置Ｃ１，Ｃ２間の距離ｔ１を設定して切断位置を決定するものであってもよい。
【００３４】
また、母材１１０（および母材１２０）の切り出し処理では、ｔ１≦ｔ２を満たし、熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２を有しないエンドリング１１（エンドリング１２）を形成することができれば、図８に示す断面においてバー１０の中心軸に対して左右対称に切り出さなくてもよい。母材１１０とバー１０とが撹拌接合し、かつ切断後のエンドリング１１が熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２を含まなければ母材１１０の切り出し位置（切断面の位置）はいかなる場所であってもよく、鉄心１３の側面の一部を切断する位置であってもよい。
【００３５】
上述した実施の形態１によれば、回転子１において、母材１１０を摩擦撹拌により撹拌した際に生じた熱影響領域（熱影響領域Ｈ１１，Ｈ１２）を除去したエンドリング（エンドリング１１，１２）を形成するようにしたので、摩擦撹拌を用いて改質を行った場合でも強度を維持することができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態１では、母材１１０の厚さ方向の最も深い領域において、厚さ方向のすべてが摩擦撹拌される、すなわち、厚さ方向の一端から他端まで摩擦撹拌されるものとして説明したが、厚さ方向の一部が摩擦撹拌されるものであってもよい。換言すれば、プローブ２０１のショルダ２０２からの突出長さが、母材１１０の厚さよりも小さい撹拌部材２００を用いて摩擦撹拌を行ってもよい。
【００３７】
また、上述した実施の形態１において、エンドリング１１，１２と鉄心１３とは、摩擦撹拌により接合されていてもよいし、非接合であってもよい。エンドリング１１，１２と鉄心１３とが摩擦撹拌により接合されている場合は、摩擦撹拌によってエンドリングと接する電磁鋼板１３ａが、板厚の１／３以下で変形しているものを含む。
【００３８】
（実施の形態１の変形例１）
図９は、本実施の形態１の変形例１にかかる回転子の製造方法を説明する図であって、回転子１の中心軸（バー１０の長手方向）を通過し、かつこの中心軸と平行な平面を切断面とする部分断面図である。図１０は、本実施の形態１の変形例１にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。本変形例１は、エンドリング１１ａが、摩擦撹拌された領域のみからなるものとして説明する。
【００３９】
ショルダ２０２の径を調整することにより、母材に対する撹拌領域の径方向の距離を大きくすることができる。図９に示す断面図では、母材１１０の表面における撹拌領域Ｒ２の幅ｔ６が上述した幅ｔ５より大きい撹拌領域Ｒ２が形成されている。撹拌領域Ｒ２は、鉄心１３との接触面をすべて覆っている。このため、撹拌領域Ｒ２により生じた熱影響領域Ｈ２１，２２間の最短距離ｔ７は、切断位置Ｃ１，Ｃ２間の距離ｔ１より十分大きくなり、かつ切断後のエンドリング１１ａが、撹拌領域Ｒ２のみから形成されるものとなる（図１０参照）。このため、エンドリング１１ａの硬度を一段と確実に高くすることができる。
【００４０】
（実施の形態１の変形例２）
図１１は、本実施の形態１の変形例２にかかる回転子の要部の構成を示す斜視図である。図１２は、本実施の形態１の変形例２にかかる回転子の製造方法を説明する図である。摩擦撹拌では、撹拌処理の終点（ショルダ２０２の停止位置）においてプローブ２０１の跡が残ることがある。プローブ２０１の跡が残ると、塑性流動による混合の均一性が低下して硬度の低下を引き起こすおそれがある。
【００４１】
本変形例２にかかる母材１３０は、図１１に示すように、円環状をなす円環部１３１と、円環部１３１の側面の一部に設けられ、該側面から円環部１３１の径方向に延出する延出部１３２と、を有する。円環部１３１は、一方の表面がバー１０に連なっている。延出部１３２は、径方向および幅方向（表面において径方向と直交する方向）の長さがショルダ２０２の径以上となるように突出している。
【００４２】
母材１３０を撹拌する際には、図１２に示すように、円環部１３１の周方向に一周した後、延出部１３２に到達するようにショルダ２０２を移動させる。軌跡Ｌは、ショルダ２０２の移動によりプローブ２０１の中心軸が描く軌跡を示している。軌跡Ｌを描くようにショルダ２０２が移動することにより、撹拌領域Ｒ３が形成される。これにより、撹拌処理の終点（ショルダ２０２の停止位置）におけるプローブ２０１の跡が円環部１３１から外れた位置となるため、成形後のエンドリングにプローブ２０１の跡が残ることはない。
【００４３】
本変形例２では、成形後のエンドリングにプローブ２０１の跡が残らないようにしたので、プローブ２０１の跡の残存により塑性流動による混合の均一性が低下して硬度の低下を引き起こすことはなく、摩擦撹拌を用いて改質を行った場合でも強度を維持することが可能となる。
【００４４】
（実施の形態１の変形例３）
図１３は、本実施の形態１の変形例３にかかる回転子の要部の構成を示す断面図である。上述した実施の形態１では、バー１０の径ｔ４がショルダ２０２の径（すなわち母材１１０の表面における撹拌領域Ｒ１の幅ｔ５）よりも小さいものとして説明したが、本変形例３では、バー１０ａの径ｔ８がショルダ２０２の径（幅ｔ５）よりも大きい。
【００４５】
本変形例３にかかる回転子は、バー１０および鉄心１３に代えて、径（径ｔ８）がショルダ２０２の径（幅ｔ５）よりも大きいバー１０ａと、バー１０ａを挿通可能な挿通孔１４１が形成された円筒状の鉄心１４とを備える。バー１０ａは、エンドリング１１（母材１１０）の一方の表面に連なっている。鉄心１４は、複数の電磁鋼板１４ａが積層されてなる。
【００４６】
バー１０ａの径ｔ８がショルダ２０２の径（幅ｔ５）よりも大きい場合、図１３に示すように、ショルダ２０２は、母材１１０の表面を周回するとともに、径方向に移動して撹拌領域Ｒ４を形成する。母材１１０の径方向において、バー１０ａの径をｔ８（＞ｔ５）、外周側および内周側で母材１１０をそれぞれ切断する切断位置Ｃ３，Ｃ４間の距離をｔ９、熱影響領域Ｈ３１，Ｈ３２間の最短距離をｔ１０とすると、ｔ９≦ｔ１０が成り立つ。また、本変形例３では、鉄心１４の外周側と内周側との間の径をｔ１１とすると、鉄心１４の径ｔ１１が切断位置間の距離ｔ９以下である（ｔ１１≦ｔ９）。
【００４７】
本変形例３によれば、バー１０ａの径ｔ８がショルダ２０２の径（幅ｔ５）よりも大きい場合であっても、熱影響領域（熱影響領域Ｈ３１，Ｈ３２）を除去したエンドリングを形成することができる。
【００４８】
（実施の形態１の変形例４）
図１４は、本実施の形態１の変形例４にかかる回転子の製造方法を説明する図である。上述した実施の形態１では、バー１０が、エンドリング１１，１２と一体的に成形されているものとして説明したが、バー１０とエンドリング１１，１２のうち一方のエンドリングが一体的に形成され、他方のエンドリングが別体で形成されていてもよい。本変形例４では、バー１０とエンドリング１２とが一体的に形成されている一方、エンドリング１１が別体で形成される例を説明する。
【００４９】
本変形例４では、まず、複数のバー１０を挿通可能な複数の貫通孔が形成されている複数の電磁鋼板１３ａを積層する（図３参照）。複数の電磁鋼板１３ａを積層することで、各電磁鋼板１３ａの挿通孔が連通してなる挿通孔１３１が形成された円筒状の鉄心１３が形成される。
【００５０】
次に、鉄心１３に対して、バー１０、およびエンドリング１２を形成するための母材１２０を鋳造により一体成形する（図１４参照、一体成形ステップ）。具体的には、母材１２０を成形するための鋳型（図示せず）に鉄心１３を取り付け、バー１０および母材１２０を構成する液状の成形材料を鋳型に流し込んで冷却することにより、母材１２０（図１４参照）が成形されるとともに、挿通孔１３１に充填、固化されてなる複数のバー１０が成形される。これにより、鉄心１３に対して一体的に鋳造成形されたバー１０および母材１２０が成形される。
【００５１】
その後、バー１０に母材１１０を取り付ける。本変形例４にかかる母材１１０には、バー１０を挿通可能な貫通孔１１０ａが形成されている。母材１１０に形成された貫通孔１１０ａに、鉄心１３（電磁鋼板１３ａ）から延出したバー１０の他端部を差し込む（図１４参照）。
【００５２】
続いて、母材１１０に対して摩擦撹拌処理を行なう（例えば、図５参照：摩擦撹拌ステップ）。摩擦撹拌では、撹拌部材２００を用いて母材１１０の撹拌処理を行う。これにより、母材１１０の改質を行うとともに、貫通孔１１０ａに挿通されたバー１０と母材１１０とを接合することができる。
【００５３】
本変形例４によれば、エンドリング１１，１２のうち一方が別体であっても、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、変形例４によれば、エンドリング１１，１２を、異なる材料を用いて形成することが可能である。
【００５４】
また、本変形例４のほか、バー１０のみを鋳造により成形し、エンドリング１１，１２を別体で形成してもよい。
【００５５】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図１５〜１７は、本発明の実施の形態２にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する図である。上述した実施の形態１では、各エンドリングが同一の材料からなるものとして説明したが、本実施の形態２では、異なる材料を用いてエンドリングを形成する。なお、図１５〜１７は、図１等に示す回転子１の中心軸（バー１０の長手方向）を通過し、かつこの中心軸と平行な平面を切断面とする断面図である。また、図１等で上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００５６】
本実施の形態２にかかる製造方法では、上述した実施の形態１と同様に、まず、複数のバー１０を挿通可能な複数の貫通孔が形成されている複数の電磁鋼板１３ａを積層する（図３参照）。その後、鉄心１３に対して、バー１０、エンドリング１１を形成するための母材１１０、およびエンドリング１２を形成するための母材１２０を鋳造により一体成形する（図４参照）。なお、本実施の形態２では、母材１１０，１２０がアルミニウムを用いて形成されるものとして説明する。バー１０、母材１１０および母材１２０を一体成形後、母材１１０，１２０に対して摩擦撹拌により改質処理を行なう（例えば、図５参照）。
【００５７】
その後、改質処理後の母材１１０，１２０の一部を切断して、図１５に示すような、内周側エンドリング１１１，１２１を成形する。内周側エンドリング１１１，１２１は、各々が円環状をなし、内周の径が鉄心１３の内周の径と同等であるとともに、外周の径が、鉄心１３の外周の径よりも小さい。このため、鉄心１３および内周側エンドリング１１１，１２１がなす形状は、中心軸Ｎ２（鉄心１３の中心軸）と直交する方向からみて、中心軸Ｎ２の両端部が縮径してなる段付き形状をなしている。この際、バー１０は、内周側エンドリング１１１に連なった状態が維持されていることが好ましい。すなわち、内周側エンドリング１１１の外周の径が、複数のバー１０の径方向の外側の端部を通過する円の径よりも大きいことが好ましい。
【００５８】
内周側エンドリング１１１，１２１を成形後、該内周側エンドリング１１１，１２１の外周に外周側エンドリング１４０，１５０を嵌め込む（図１６参照）。外周側エンドリング１４０，１５０は、アルミニウムよりも硬い材料、例えばＳＵＳを用いて形成されてなり、各々が円環状をなし、内周の径が内周側エンドリング１１１，１２１の外周の径と同等であるとともに、外周の径が、鉄心１３の外周の径と同等である。このため、外周側エンドリング１４０，１５０を嵌め込み後の形状は、円筒状をなしている。
【００５９】
その後、再び摩擦撹拌処理を施して、内周側エンドリング１１１，１２１と、外周側エンドリング１４０，１５０とをそれぞれ接合する。具体的には、図１７に示すように、内周側エンドリング１１１側であって、内周側エンドリング１１１と外周側エンドリング１４０との境界と接する側にプローブ２０１を当接させ、ショルダ２０２を回転させながら内周側エンドリング１１１の表面に押し当てることで内周側エンドリング１１１の一部、および外周側エンドリング１４０の内周側エンドリング１１１との境界近傍を撹拌することによって、内周側エンドリング１１１と外周側エンドリング１４０とを接合する。
【００６０】
上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の効果を得ることができるとともに、エンドリングの材質に応じて、当該エンドリングの強度を補強することができる。
【００６１】
なお、実施の形態２では、外周側に強度を補強するエンドリングを設けるものとして説明したが、内周側に設けるものであってもよいし、外周側および内周側に設けるものであってもよい。
【００６２】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図１８は、本発明の実施の形態３にかかる回転子の構成を示す斜視図である。図１９は、本実施の形態３にかかる回転子の構成を示す断面図である。本実施の形態３では、実施の形態１における回転子１においてバー１０とエンドリング１１，１２とが別体で形成されるものとして説明する。
【００６３】
本実施の形態３にかかる回転子３は、太い導線（バー）がかご形に配置されたかご形回転子である。回転子３は、複数のバー（導体）３０と、エンドリング（端絡環）３１，３２と、鉄心３３と、を備えている。
【００６４】
バー３０は、例えば銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、角柱状（棒状）をなしている。バー３０は、回転子３の構成に応じて複数設けられる。なお、本明細書では、１６本のバー３０を用いるものとして説明するが、この数に限らず、設計に応じた数だけ設けられる。バー３０は、角柱状をなすもののほか、円柱状など棒状をなすものであれば適用可能である。
【００６５】
エンドリング３１，３２は、例えば銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。エンドリング３１（第１の端絡環）は、複数のバー３０の一端に連なっている。エンドリング３２（第２の端絡環）は、複数のバー３０の他端に連なっている。エンドリング３１，３２とバー３０とは、摩擦撹拌接合によって接合されてなる（図１９の撹拌領域Ｒ５）。
【００６６】
鉄心３３は、例えば複数の電磁鋼板３３ａが積層されてなる。電磁鋼板３３ａは、電気エネルギーと磁気エネルギーの変換効率が高い鋼（例えば鉄にケイ素を添加したもの）を用いて形成され、中空円盤状をなしている。また、電磁鋼板３３ａには、板厚方向に貫通し、バー３０を挿通可能な貫通孔が、バー３０の数に応じて複数形成されている。鉄心３３は、複数の電磁鋼板３３ａが端面を揃えて積層されることにより、円筒状をなすとともに、複数の貫通孔が連通することによりバー３０を挿通する挿通孔３３１を形成している。なお、鉄心３３は、中心軸と直交する断面の外縁が円をなすものに限らず、楕円や多角形をなすものであってもよい。
【００６７】
つぎに、回転子３の製造方法について図２０〜図２３を参照して説明する。図２０〜２３は、本実施の形態３にかかる回転子の製造方法を模式的に説明する斜視図である。
【００６８】
具体的には、まず、母材３２０に形成された貫通孔３２０ａにバー３０の一端部を収容する（図２０参照）。母材３２０は、エンドリング３２を形成するためのものであって、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。母材３２０は、外径がエンドリング３２の外径より大きく、内径がエンドリング３２の内径より小さい。上述した処理により、母材３２０から複数のバー３０が延出した状態となる。
【００６９】
つぎに、母材３２０から延出している複数のバー３０に複数の電磁鋼板３３ａを順次差し込む（図２１参照）。
【００７０】
その後、母材３１０に形成された貫通孔３１０ａに、鉄心３３（電磁鋼板３３ａ）から延出したバー３０の他端部を差し込む（図２２参照）。母材３１０は、エンドリング３１を形成するためのものであって、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金を用いて形成され、中空円柱状をなしている。母材３１０は、外径がエンドリング３１の外径より大きく、内径がエンドリング３１の内径より小さい。バー３０に母材３１０を差し込んだ際、バー３０の端面は、母材３１０の端面と同一平面上にあるか、若干貫通孔３１０ａの開口端より内部側に位置した状態となっている。
【００７１】
続いて、母材３１０とバー３０とを摩擦撹拌接合により接合する（図２３参照：摩擦撹拌接合ステップ）。摩擦撹拌接合では、上述した撹拌部材２００を用いて撹拌処理を行うとともに、配管２０３を介して撹拌後の母材３１０を冷却するための冷気を母材３１０に吹き付ける。具体的には、ショルダ２０２を回転させながら、母材３１０の中心軸Ｎ４のまわりで周回（図２３の矢印Ｙ２）する撹拌部材２００に追従して、配管２０３を中心軸Ｎ４のまわりで回転させる。
【００７２】
摩擦撹拌を行いながら撹拌後の母材を冷気によって急速に冷却することによって、撹拌により微細化した材料を硬化させることができる。これにより、冷却を行わない場合と比して、一層緻密な結晶粒として硬化させて、母材３１０の一部とバー３０の端部とを一段と強固に一体化することができる。
【００７３】
その後は、上述した実施の形態１と同様にして、母材３１０の一部を切断して、母材３１０から熱影響領域を除去する処理を施すことで、エンドリング３１を成形する（成形ステップ）。また、エンドリング３２についても、上述したエンドリング３１の製造工程と同様にして、母材３２０を切断することにより成形することができる。
【００７４】
上述した実施の形態３によれば、回転子３において、母材３１０，３２０とバー３０とを摩擦撹拌により接合する際に、撹拌に追従して撹拌後の母材３１０，３２０を冷却するようにしたので、摩擦撹拌を用いて接合を行った場合に、一層強固にバー３０とエンドリング３１，３２とを接合することができる。
【００７５】
上述した実施の形態１〜３では、成形後のエンドリングの上面、および側面の一部が摩擦撹拌された領域（撹拌領域）を含んでいるものとして説明したが、母材とバーとが撹拌接合し、かつ切断後のエンドリングが熱影響領域を含まなければよい。例えば、撹拌領域の境界が、エンドリングの断面において、図７に示すような略半円状の境界のなす曲線の平均曲率半径より小さい平均曲率半径を有する場合、エンドリングの表面のうち、少なくとも上面（バーと接合する側と反対側の表面）が、摩擦撹拌接合により塑性加工されてなるものであればよい。
【００７６】
上述した実施の形態１〜３では、摩擦撹拌された領域（撹拌領域）の中心を基準として対称に切断位置を決定するものとして説明したが、母材とバーとが撹拌接合し、かつ切断後のエンドリングが熱影響領域を含まなければ、切断位置間の中心が、撹拌領域の中心からずれた位置であってもよい。
【００７７】
また、上述した実施の形態１〜３は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施の形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは、上記記載から自明である。
【００７８】
以上のように、本発明にかかる回転子およびこの回転子の製造方法は、摩擦撹拌を用いて撹拌を行った場合でも強度を維持するのに有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１，３  回転子
１０，１０ａ，３０  バー
１１，１１ａ，１２，３１，３２  エンドリング
１３，１４  鉄心
１３ａ，１４ａ  電磁鋼板
１１０，１２０，１３０，３１０，３２０  母材
【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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