JP2005329499A - ウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼入れ処理を必要としないウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法において、製造時間の増大を抑えて生産性を向上させることができるウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法を提供する。
【解決手段】外周面３０ａにボンデ層３１が形成されたシャフト用素材３０には、鍛造型を用いた冷間鍛造加工を施すことにより、大径部１１及び小径部１２が形成される。その後、大径部１１において基端軸受部分１１ｃ及び中央軸受部分１１ｅの外径精度を高精度に形成すべく、大径部１１の外周面１１ｆに研削加工が施される。この時、大径部１１の外周面１１ｆが研削されると共に、大径部１１の外周面１１ｆに形成されていたボンデ層３１が除去される。
【選択図】 図５

Description

電機子に備えられ、冷間鍛造により製造されるウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法に関するものである。

モータに備えられる電機子のシャフトは、例えば、特許文献１にて開示されている。特許文献１にて開示されているシャフトは、該シャフトの中央部から基端部側にかけての固着部分に、巻線が巻回されるコアと整流子とが並んで固着されている。そして、このコア及び整流子より突出したシャフトの部分は、ハウジング内に配設される一対の軸受と摺接する軸受部分となっている。シャフトの先端部には、前記固着部分や軸受部分よりも小径の小径部が形成されており、該小径部には、出力軸を駆動するウォームホイールと噛合するウォームが形成されている。

このような電機子のシャフトは、製造コスト削減のために生産性の高い冷間鍛造加工により形成される。その際、冷間鍛造加工を円滑に行うために、シャフトを形成する材料は、その硬度が低いものが用いられる。更に、材料の外周面には、冷間鍛造加工の前に、潤滑剤を保持することにより潤滑性を有する潤滑剤保持層が形成される。このような材料は、冷間鍛造加工が施された後、硬度を得るために焼入れされる（焼入れ工程）。シャフトに焼入れを行うと、シャフトの外周面に形成されていた潤滑剤保持層は、炭化して黒皮となり潤滑性を失う。その後、シャフトとして必要な外径精度に仕上げるための研削加工が施される。

ところで、冷間鍛造加工後に行われる焼入れ工程は、シャフトの硬度を高めるために必要とされる工程であるが、硬度が要求されないシャフトについては、焼入れ工程は不要な工程となる。
特開平１１−１４６６０３号公報

しかしながら、硬度が要求されないシャフトにおいて、焼入れ処理が施されないと、シャフトの外周面には、潤滑剤保持層が潤滑性を保った状態のまま残される。潤滑剤保持層は、冷間鍛造加工時には必要であるが、冷間鍛造加工が終了した後は不要なものである。

そこで、従来は、冷間鍛造加工後のシャフトに、潤滑剤保持層を除去する工程（例えば、ショットブラスト工程，薬品を用いて除去する工程等）を追加して行っていた。しかし、潤滑剤保持層を除去する工程を追加すると、製造工程が増加して製造コストの増加を招いてしまうという問題がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、焼入れ処理を必要としないウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法において、製造時間の増大を抑えて生産性を向上させることができるウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、コア、若しくはコア及び整流子が固着される固着部分と軸受にて支持される軸受部分とを有する大径部と、該大径部の先端に連続して設けられウォームが形成された小径部とを備えたウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法であって、前記ウォーム付きアーマチャシャフトとなる円柱状のシャフト用素材の外周面に、潤滑剤保持層を形成する潤滑剤保持層形成工程と、前記潤滑剤保持層形成工程後、鍛造型を用いた冷間鍛造加工により前記大径部と前記小径部とを形成する鍛造加工工程と、前記鍛造加工工程後、円柱状のローラ型研削砥石を備えたローラ型研削装置によって前記大径部の外周を研削すると共に、該研削によって前記潤滑剤保持層を除去する研削加工工程とを備えたことを特徴とするウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法とした。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法において、前記ローラ型研削砥石の研削面の軸方向長さは、前記大径部の軸方向長さ以上に長く設定されていることを特徴とするウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、潤滑剤保持層は、研削加工工程において、大径部の外周面に施される研削によって除去される。研削加工工程は、焼入れを必要としないウォーム付きアーマチャシャフトであっても、軸受部分を有する大径部には、その精度を向上させるために必要な工程である。その研削加工工程において、大径部の外周を研削すると共に潤滑剤保持層を除去することにより、ショットブラスト工程等、潤滑剤保持層を除去するためだけの工程を必要とすることなく、潤滑剤保持層を除去することができる。従って、製造時間の増大を抑えて生産性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ローラ型研削砥石の研削面の軸方向長さは、大径部の軸方向の長さ以上に長く設定されているため、数回にわたって研削を行う必要がなく、１回研削でも必要な精度を得ることができる。従って、研削加工工程にかかる時間をより短縮させることができる。これにより、より生産性を向上させることができる。また、確実に潤滑剤保持層を除去することができる。

本発明によれば、焼入れ処理を必要としないウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法において、製造時間の増大を抑えて生産性を向上させ得るウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転電動機としてのモータ１は、モータ本体２と減速機構が収容される減速部３とが一体に組み付けられる減速機付きモータである。

モータ本体２は、有底円筒状のヨークハウジング４を有しており、該ヨークハウジング４の内側面には、一対のマグネット５が固着されている。マグネット５の内側には、電機子６が回転可能に収容されている。電機子６は、ウォーム付きアーマチャシャフトとしてのシャフト７と、コア８と、巻線９と、整流子１０とから構成されている。即ち、モータ１は、直流モータである。

図２に示すように、シャフト７は、前記コア８及び整流子１０が固着される大径部１１と、該大径部１１の先端に連続して設けられ、ウォーム１２ａが形成された小径部１２とから構成されている。

大径部１１の略中央部は、コア８を固着するためのコア固着部分１１ａとなっており、該コア固着部分１１ａよりも先端側の所定部位は、整流子１０を固着するための整流子固着部分１１ｂとなっている。本実施形態では、固着部分は、コア固着部分１１ａと整流子固着部分１１ｂとから構成されている。また、大径部１１の基端部は、基端軸受部分１１ｃとなっている。この基端軸受部分１１ｃは、図１に示すように、ヨークハウジング４の底部中央に固定された軸受１５にてラジアル方向に支持される部分である。大径部１１の基端軸受部分１１ｃ側の端面には、シャフト７のスラスト荷重を受けるボール１６を収容するための収容凹部１１ｄが形成されている。

図２に示すように、大径部１１の先端側、即ちシャフト７の略中央部は、中央軸受部分１１ｅとなっている。中央軸受部分１１ｅは、図１に示すように、減速部３のギヤハウジング２１に固着される軸受２２にてラジアル方向に支持される部分である。

図２に示すように、小径部１２の先端部には、該小径部１２の外径よりも更に小径の先端軸受部分１２ｂが形成されている。この先端軸受部分１２ｂは、図１に示すように、ギヤハウジング２１に形成された挿入穴２１ｃに挿入され、該挿入穴２１ｃにてラジアル方向に支持される部分である。

このようなシャフト７のコア固着部分１１ａにコア８が固着されると共に、整流子固着部分１１ｂに整流子１０が固着され、固着されたコア８及び整流子１０に巻線９が巻装されて電機子６が構成されている。また、シャフト７の基端部に形成された収容凹部１１ｄ内に、該シャフト７のスラスト方向の荷重を受けるボール１６が収容される。このような電機子６は、シャフト７の基端軸受部分１１ｃがヨークハウジング４底部の軸受１５内に挿入され、ボール１６が該底部に当接するようにして、マグネット５が固着されたヨークハウジング４内に収容される。そして、電機子６を収容したヨークハウジング４（モータ本体２）は、減速部３に対して組み付けられる。

前記減速部３は、モータ本体２が組み付けられるギヤハウジング２１を備えている。ギヤハウジング２１は、前記モータ本体２から延びるシャフト７の先端側、即ち小径部１２を収容するシャフト収容部２１ａと、ウォームホイール２３を収容するウォームホイール収容部２１ｂとを備えている。

シャフト収容部２１ａの基端部には、シャフト７の中央軸受部分１１ｅをラジアル方向に支持する軸受２２が固着されている。シャフト収容部２１ａの先端部には、小径部１２に形成された先端軸受部分１２ｂをラジアル方向に支持するための挿入穴２１ｃが形成されており、先端軸受部分１２ｂが挿入されている。尚、前記モータ本体２をギヤハウジング２１に対して組み付ける際、シャフト７の小径部１２側が軸受２２内に挿入されてシャフト収容部２１ａ内に収容される。

ウォームホイール収容部２１ｂには、小径部１２に形成されたウォーム１２ａと噛合されるウォームホイール２３が回転可能に収容されている。ウォームホイール２３には、出力軸２４が該ウォームホイール２３と一体回転するように設けられている。

ギヤハウジング２１において、モータ本体２と対向する部位にはブラシ装置２５が固定されている。ブラシ装置２５は、前記整流子１０に摺接する給電ブラシ２６が保持されている。ブラシ装置２５は、外部から図示しない給電線を介して電源供給を受け、その電源を給電ブラシ２６及び整流子１０を介して電機子６の巻線９に供給するようになっている。これにより、電機子６が駆動回転し、シャフト７が回転する。そして、シャフト７の回転は、ウォーム１２ａ及びウォームホイール２３によって減速されて出力軸２４から出力される。

次に、シャフト７の製造方法について説明する。本実施形態のシャフト７は、焼入れ処理を行うことなく形成されるシャフトである。
シャフト７は、図３（ａ）（ｂ）に示す円柱状のシャフト用素材３０を加工して製造される。シャフト用素材３０には、大径部１１及び小径部１２を形成する冷間鍛造加工を円滑に行うために、硬度が低い材料が用いられている。このようなシャフト用素材３０の外周面３０ａには、まず潤滑剤保持層としてのボンデ層３１が形成される（潤滑剤保持層形成工程）。このボンデ層３１は、冷間鍛造加工において、シャフト用素材３０の外周面３０ａと鍛造型３２（図４参照）との間の摩擦を和らげて冷間鍛造加工を円滑に行うために形成されるものである。また、ボンデ層３１は、鍛造型３２の摩耗を防止する役割も果たしている。

ボンデ層３１は、皮膜化成処理（パーカライジング処理）を行うことにより形成される。皮膜化成処理は、酸洗、皮膜化成、潤滑剤処理を含む。まず、シャフト用素材３０を酸洗し、その外周面３０ａに清浄な金属面を露出させる。次いで、シャフト用素材３０を中和水洗した後、燐酸塩溶液に浸漬して燐酸塩皮膜を化成する。化成処理後、シャフト用素材３０を加熱された加工液（潤滑剤）に数分間浸漬する。この時、潤滑剤が燐酸塩皮膜と反応して潤滑作用を有するボンデ層３１が形成される。

潤滑剤保持層形成工程後、シャフト用素材３０に冷間鍛造加工が施される（鍛造加工工程）。冷間鍛造加工には、図４に示す鍛造型３２が用いられる。鍛造型３２は、２分割して互いに接離される一対の型よりなる（図４においては、一方の型のみ図示）。また、この鍛造型３２は、シャフト用素材３０の軸方向においてそれぞれ第１〜第３型部３３〜３５の３つに分割可能に構成されている。第１型部３３にてシャフト用素材３０に小径部１２及び先端軸受部分１２ｂを成形し、第２型部３４及び第３型部３５にてシャフト用素材３０に大径部１１を成形する。また、この鍛造型３２は、スライド型３６を備えており、該スライド型３６は、第１〜第３型部３３〜３５にシャフト用素材３０を押し込み、シャフト用素材３０の基端端面に収容凹部１１ｄを形成するものである。このような鍛造型３２を使用してシャフト用素材３０に小径部１２及び大径部１１を形成する。

鍛造加工工程後、基端軸受部分１１ｃ及び中央軸受部分１１ｅの外径精度を高精度に形成すべく、大径部１１の外周面１１ｆに研削加工が施される（研削加工工程）。研削加工は、図５に示すローラ型研削装置４０を用いて行われる。ローラ型研削装置４０は、調整車４１とローラ型研削砥石としての研削砥石４２とを備えている。調整車４１及び研削砥石４２は共に円柱状を成しており、その軸方向の長さが等しく形成されている。調整車４１は回転軸４３により回転可能に支持され、研削砥石４２は回転軸４４により回転可能に支持されている。研削砥石４２においてはその外周面が研削面４２ａであり、研削砥石４２の軸方向長さ、即ち研削面４２ａの軸方向長さＬ１は、大径部１１の軸方向長さＬ２よりも長く形成されている。

また、ローラ型研削装置４０には、調整車４１と研削砥石４２との間に図示しないブレードが備えられている。該ブレードは、研削加工中に、大径部１１の外周面に当接してシャフト用素材３０を支持する。

尚、ローラ型研削装置４０は、大径部１１に対し、ボンデ層３１の潤滑作用によってシャフト用素材３０（大径部１１）がスリップすることがない所定の切り込み量（研削代）を与えるように設定されている。

このようなローラ型研削装置４０において、大径部１１が形成されたシャフト用素材３０が、図示しないブレードに支持されながら、調整車４１と研削砥石４２との間を図５に示す方向に移動される。この時、大径部１１の外周面１１ｆに研削砥石４２が摺接され、その全面が研削される。同時に、研削を施すことによって、大径部１１の外周面１１ｆに形成されていたボンデ層３１が除去される。このように研削加工を施すことにより、基端軸受部分１１ｃ及び中央軸受部分１１ｅの面粗度の向上及び真円度の向上を図っている。また、鍛造加工工程後、不要となるボンデ層３１の除去も同時に行っている。

研削加工工程後、図６に示すように、転造ダイス５０の間に小径部１２を挟み込み、転造ダイス５０を回転又は移動させることによりウォーム１２ａが形成されてシャフト７が完成する。

上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）ボンデ層３１は、研削加工工程において、大径部１１の外周面１１ｆに施される研削加工の際に除去される。研削加工工程は、焼入を必要としないシャフト７であっても、基端軸受部分１１ｃ及び中央軸受部分１１ｅを有する大径部１１には、その精度を向上させるために必要な工程である。その研削加工工程において、大径部１１の外周面１１ｆを研削すると共に、該研削によってボンデ層３１を除去することにより、ショットブラスト工程等、ボンデ層３１を除去するためだけの工程を必要とすることなく、ボンデ層３１を除去することができる。従って、製造時間の増大を抑えて生産性を向上させることができる。

（２）研削砥石４２の研削面４２ａの軸方向長さＬ１は、大径部１１の軸方向長さＬ２よりも長く設定されているため、数回にわたって研削を行う必要がなく、１回研削でも必要な精度を得ることができる。従って、研削加工工程にかかる時間をより短縮させることができる。これにより、より生産性を向上させることができる。また、確実にボンデ層３１を除去することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、研削砥石４２の研削面４２ａの軸方向長さＬ１は大径部１１の軸方向長さＬ２よりも長く設定されているが、研削面４２ａの軸方向長さＬ１と大径部１１の軸方向長さＬ２とを等しく設定してもよい。また、研削面４２ａの軸方向長さＬ１を大径部１１の軸方向長さＬ２よりも短く設定してもよい。

上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）円柱状のシャフト用素材の外周面に潤滑剤保持層が形成された後、前記シャフト用素材に鍛造型を用いた冷間鍛造加工が施され、該冷間鍛造加工後、円柱状のローラ型研削砥石を備えたローラ型研削装置によってその外周に研削加工が施されると共に該研削加工により前記潤滑剤保持層を除去して形成され、コア、若しくはコア及び整流子が固着される固着部分と軸受にて支持される軸受部分とを有する大径部と、前記大径部の先端に連続して設けられウォームが形成された小径部とを備えたウォーム付きアーマチャシャフト。

（ロ）前記（イ）に記載のウォーム付きアーマチャシャフトにおいて、前記ローラ型研削砥石の軸方向長さは、前記大径部の軸方向長さ以上に長く設定されていることを特徴とするウォーム付きアーマチャシャフト。

（ハ）前記（イ）又は前記（ロ）に記載のウォーム付きアーマチャシャフトに対して、コア、若しくはコア及び整流子が固着され、該コアに巻線が巻回されてなる電機子を備え、該電機子が回転駆動するように構成されていることを特徴とする回転電動機。

モータの断面図。 シャフトの正面図。 （ａ）はシャフト用素材の側面図、（ｂ）はシャフト用素材の正面図。 鍛造加工工程におけるシャフト用素材の正面図。 研削加工工程におけるシャフト用素材の正面図。 ウォーム形成時のシャフト用素材の正面図。

符号の説明

７…ウォーム付きアーマチャシャフトとしてのシャフト、８…コア、１０…整流子、１１…大径部、１１ａ…固着部分を構成するコア固着部分、１１ｂ…固着部分を構成する整流子固着部分、１１ｃ…軸受部分を構成する基端軸受部分、１１ｅ…軸受部分を構成する中央軸受部分、１１ｆ…大径部の外周面、１２…小径部、１２ａ…ウォーム、１５，２２…軸受、３０…シャフト用素材、３０ａ…シャフト用素材の外周面、３１…潤滑剤保持層としてのボンデ層、３２…鍛造型、４０…ローラ型研削装置、４２…ローラ型研削砥石としての研削砥石、４２ａ…研削面、Ｌ１…研削面の軸方向長さ、Ｌ２…大径部の軸方向長さ。

Claims (2)

1. コア、若しくはコア及び整流子が固着される固着部分と軸受にて支持される軸受部分とを有する大径部と、該大径部の先端に連続して設けられウォームが形成された小径部とを備えたウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法であって、
   前記ウォーム付きアーマチャシャフトとなる円柱状のシャフト用素材の外周面に、潤滑剤保持層を形成する潤滑剤保持層形成工程と、
   前記潤滑剤保持層形成工程後、鍛造型を用いた冷間鍛造加工により前記大径部と前記小径部とを形成する鍛造加工工程と、
   前記鍛造加工工程後、円柱状のローラ型研削砥石を備えたローラ型研削装置によって前記大径部の外周を研削すると共に、該研削によって前記潤滑剤保持層を除去する研削加工工程と
   を備えたことを特徴とするウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法。
2. 請求項１に記載のウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法において、
   前記ローラ型研削砥石の研削面の軸方向長さは、前記大径部の軸方向長さ以上に長く設定されていることを特徴とするウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法。

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