JP2009018417A

JP2009018417A - 圧入材の圧入方法

Info

Publication number: JP2009018417A
Application number: JP2008214342A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Fujioka; 辰美藤岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】圧入材を圧入する際にかじりの発生を防止することができる圧入材の圧入方法を提供すること。
【解決手段】被圧入材としての正極側放熱板５２にプレス打ち抜きにより、壁面にせん断面と破断面とを形成しつつ嵌合孔１５０を形成する嵌合孔形成工程と、少なくとも一つの周方向溝１５２をせん断面に形成する溝形成工程と、せん断面側から圧入材としての整流素子５４を圧入する圧入工程とを有している。整流素子５４の圧入が進行する際に発生する余肉を、せん断面に形成された周方向溝１５２に逃がすことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧入材の圧入方法に関し、特に乗用車やトラック等の乗り物に搭載される車両用交流発電機の製造に適した圧入材の圧入方法に関する。

車両用交流発電機は、エンジンから伝えられた動力によって発電を行い、バッテリへの充電を行うとともに、エンジンの点火、照明その他の各種電装品への電源供給を行うものであり、市場競争力の維持あるいは向上のために、小型軽量化、高出力化、コストダウンは重要な課題である。これらの課題の中でも高出力化およびコストダウンを達成する手段の一つとして、車両用交流発電機に内蔵される整流装置の製造を、放熱板に形成された貫通孔に整流素子を圧入することにより行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このように、放熱板に形成された貫通孔に整流素子を圧入することにより、機械的な固定と電気的な接続の両方を行うことが可能になり、工程の簡略化に伴うコストダウンを図ることができる。また、放熱板に対する整流素子の接合を半田付けで行った場合には整流素子や放熱板の温度が半田の融点以上になると接合に用いられていた半田が溶けてしまうが、整流素子を放熱板に圧入する場合にはこのような不都合がないため、整流装置およびこれを用いた車両用交流発電機の信頼性向上を図ることができる。
特開平１０−２４２６７１号公報（第２頁、図７）特開平７−２４６５２３号公報特開２００２−１１９０２９号公報特開２０００−４２８４５号公報特開平８−７１６８０号公報実願昭６１−１５０５９９号（実開昭６３−５７３８０号）のマイクロフィルム

ところで、上述した特許文献１に開示されたように、放熱板に設けられた孔に整流素子を圧入する場合には、材料等によっては、かじりが発生するという新たな問題点が生じるおそれがあった。例えば、圧入材としての整流素子の台座部分と被圧入材としての放熱板の両方を、靱性が高くねばりがある銅材料で形成した場合には、被圧入材に形成された孔に圧入材を圧入する際に、孔表面付近に生じる余肉が押し上げられながら圧入が進行する。しかし、余肉の逃げ場がないため圧入方向に余肉が溜まって硬化する現象が生じ、圧入材の硬度を上回る硬度にまで余肉の硬化が進行することにより圧入材が破壊され、圧入材の周囲が部分的に孔表面から剥離する。このため、圧入材の外周と被圧入材の孔表面との間の接触面積が減少して、圧入材と被圧入材との間の固定力や電気的接続が不十分になったり、余肉の硬化によって圧入加重が過大になって生産性を阻害するなどの弊害が生じるおそれがあった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、圧入材を圧入する際にかじりの発生を防止することができる圧入材の圧入方法を提供することにある。

なお、本明細書においては、圧入に伴い発生する余肉が圧入材端面に堆積し、堆積した余肉が硬化することで圧入材の硬度を上回る硬度になり、さらに圧入が進められるにつれて圧入材を破壊する現象のことを「かじり」という。

上述した課題を解決するために、本発明の圧入材の圧入方法は、被圧入材にプレス打ち抜きにより、壁面にせん断面と破断面とを形成しつつ嵌合孔を形成する嵌合孔形成工程と、少なくとも一つの溝をせん断面に形成する溝形成工程と、せん断面側から圧入材を圧入する圧入工程とを有している。

プレスにより嵌合孔を形成する場合、孔壁面にせん断面と破断面が現れる。このときせん断面のプレス孔寸法精度が良い側で圧入開始することで、圧入材の姿勢が（破断面側挿入に比べ）より孔圧入方向に対し狙いどおりに圧入できる。また、圧入材の圧入が進行する際に発生する余肉を溝に逃がすことができるため、余肉の硬化によるかじりの発生を防止することができる。

また、上述した溝は、せん断面のみに形成されており、破断面には形成されていない。また、上述した圧入材は、一方の端面に凹部が形成された円筒形状を有し、圧入工程は、凹部が形成された一方の端面側から前記嵌合孔に挿入するように他方の端面を押圧することにより行われる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔一実施形態〕
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリ８等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。

回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン３４が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。

ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線に３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３６、３７のそれぞれに押圧するブラシ４１、４２を有する。

整流装置５は、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台５１と、所定の間隔で配置された正極側放熱板５２および負極側放熱板５３と、それぞれの放熱板に設けられた打ち込み孔に圧入することにより取り付けられた複数個の整流素子５４、５５とを含んで構成されている。整流素子５４、５５を正極側放熱板５２あるいは負極側放熱板５３に圧入する方法については後述する。

フレーム６は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム６は、固定子鉄心２１の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓６１が、軸方向端面に冷却風の吸入窓６２がそれぞれ設けられている。

リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５およびＩＣレギュレータ１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

次に、整流装置５の詳細、特に、整流素子５４、５５を正極側放熱板５２あるいは負極側放熱板５３に圧入する方法について説明する。

図２は、正極側放熱板５２の部分的な形状を示す図である。また、図３は整流素子５４の側面図である。図４は、整流素子５４を正極側放熱板５２に圧入した状態を示す断面図である。なお、本実施形態及び後述する参考実施例では、主に整流素子５４を正極側放熱板５２に圧入する場合について説明するが、整流素子５５を負極側放熱板５３に圧入する場合についても同様であり、詳細な説明は省略する。

これらの図に示すように、正極側放熱板５２には、整流素子５４を圧入して取り付けるための嵌合孔１５０が形成されている。放熱板の嵌合孔１５０の表面（内周面）のせん断面側（図４の上部側、プレスＲ側）には、この嵌合孔１５０の形成方向に互いに離れて形成された複数本の周方向溝１５２が形成され、破断面側（図４の下部側）には周方向溝は形成されていない。

整流素子５４は、ヒートシンク２５０、半導体ペレット２５２、リード２５４を含んで構成されている。ヒートシンク２５０は、整流素子５４の一方の電極となる金属台座であって、外部にローレット部２５６が、一方の端面に凹部２５８が形成された円筒形状を有しており、この凹部２５８の底面が半導体ペレット２５２を接合する半田付け面となる。例えば、本実施形態では、ヒートシンク２５０は銅製であって、半田を容易にするとともに空気中での酸化を防ぐために表面にメッキが施されている。ヒートシンク２５０の硬度は１６０Ｈｖで、加工硬化した放熱板の孔まわりの硬度１４０〜１５０Ｈｖよりも高い。整流素子５４では、ヒートシンク２５０上に半導体ペレット２５２の一方の面が半田付けされ、さらにこの半導体ペレット２５２の他方の面に電極としてのリード２５４が半田付けされている。

図５は、図２のＶ−Ｖ線拡大断面図である。また、図６は図５に示した周方向溝の大きさに関する説明図である。

図５に示すように、正極側放熱板５２に形成された嵌合孔１５０の内周面表面には、例えば４本の周方向溝１５２が形成されている。これら４本の周方向溝１５２は、整流素子５４が圧入される側（図５では下側）に偏って配置されている。また、各周方向溝１５２は、谷径φ２が整流素子５４のヒートシンク２５０の外径φ３とほぼ等しくなるように設定されている。具体的には、例えば嵌合孔１５０の内径φ１が約１３ｍｍ、整流素子５４のヒートシンク２５０の外径φ３が嵌合孔１５０の内径φ１よりも０．２ｍｍ大きく、各周方向溝１５２の谷径φ２がヒートシンク２５０の外径φ３と同じ（溝深さ０．１ｍｍ）に、また、溝幅が０．１ｍｍにそれぞれ設定されている。

なお、本実施形態では、４ｍｍ程度の板厚を有する放熱板５２に対して４本の周方向溝１５２を形成した場合について説明したが、周方向溝１５２の本数は５本以上でもよく、内周面の全体にわたって均等に配置してもよい。また、周方向溝１５２の形状や間隔は、余肉の進行に伴ってかじりが発生しないように適宜変更することが好ましい。

上述した整流素子５４（圧入材）を正極側放熱板５２（被圧入材）に圧入するためには、まず、所定形状に形成された後の正極側放熱板５２を用意し、プレス打ち抜き加工を行って嵌合孔１５０を形成する（嵌合孔形成工程）。次に、嵌合孔１５０の内周面に４本の周方向溝１５２を形成する（溝形成工程）。次に、嵌合孔１５０の形成方向に挿入を進めるにつれて発生する嵌合孔１５０の表面近傍の余肉を各周方向溝１５２に逃がしつつ整流素子５４を圧入する（圧入工程）。

このように、本実施形態の整流装置５では、整流素子５４を正極側放熱板５２に設けられた嵌合孔１５０に圧入する際に、圧入が進行することによって発生する余肉を逃がすことができる。しかも、溝が複数設けられているので発生する余肉を分断して複数の周方向溝１５２内に逃がすことができるため、余肉が堆積しそれが硬化することによってかじりが発生することを防止することができる。

特に、圧入材としての整流素子５４のヒートシンク２５０と被圧入材としての正極側放熱板５２の両方が銅製であるときにかじりが発生しやすいことが確かめられており、このように銅製のヒートシンク２５０と正極側放熱板５２とを組み合わせる場合であってもかじりの発生を有効に防止することができる。

また、嵌合孔１５０の形成方向に互いに離れて配置された複数本の周方向溝１５２を嵌合孔１５０の内周面に形成することにより、整流素子５４の圧入方向に沿って発生する余肉を確実に分断することができ、かじりの発生を低減することが可能になる。

また、上述した４本の周方向溝１５２を嵌合孔１５０の内周面表層部であって、整流素子５４の圧入側に偏って配置することにより、整流素子５４の圧入が進行することによって発生する余肉を圧入工程の早期の段階で確実に分断することができる。

また、周方向溝１５２の谷径φ２を整流素子５４の外径φ３とほぼ同じに設定することにより、整流素子５４の圧入が進行することによって発生する余肉を確実に周方向溝１５２内部に逃がして分断することが可能になる。

さらに、整流素子５４を正極側放熱板５２に圧入する際のかじりの発生を防止することにより、かじりの発生に伴う整流素子５４と正極側放熱板５２との間の固定力や電気的接続が不十分になったり、余肉の硬化によって圧入加重が過大になって生産性を阻害するなどの弊害の発生を低減することが可能になる。

図７は、正極側放熱板５２の嵌合孔１５０に形成された溝の変形例を示す部分断面図であり、図５に対応する部位の詳細が示されている。図５に示した例では、嵌合孔１５０の内周面に、整流素子５４の圧入方向と垂直な向きに複数本の周方向溝１５２を形成したが、図７に示すように、嵌合孔１５０の内周面に螺旋状溝１５４を形成するようにしてもよい。螺旋状溝１５４は、整流素子５４の圧入方向に着目すると複数の溝を構成しているため、図５に示した複数本の周方向溝１５２と同様に、整流素子５４の圧入方向に沿って発生する余肉を確実に分断することができる。また、上述した溝形成工程において複数本の周方向溝１５２を形成する場合には、これら複数本の周方向溝１５２を別々に切削加工等によって形成する必要があるが、螺旋状溝１５４の場合には螺旋状につながった１本の溝を切削加工等で形成するだけでよいため、工程の簡略化が可能になる。

図８は、正極側放熱板５２の嵌合孔１５０に形成された溝の他の変形例を示す部分断面図である。また、図９は図８に示した正極側放熱板５２の嵌合孔１５０の内周面の部分的な展開図である。図８および図９に示した例では、嵌合孔１５０の内周面に、この嵌合孔１５０の形成方向に延びて、互いに周方向に離れて配置された複数の溝１５６が形成されている。これらの溝１５６を形成することにより、嵌合孔１５０の内周面に沿って整流素子５４の圧入方向に移動する余肉を、この圧入方向に沿って形成された各溝１５６に逃がすことができるため、余肉たまりを少なくすることができ、かじりの発生を低減することが可能になる。特に、図８に示したように、嵌合孔１５０の内周面の全体に均等に複数の溝１５６を形成することにより、内周面全周にわたって余肉たまりをなくすことが可能になる。なお、各溝１５６の形状は、上述した周方向溝１５２と同じように、溝深さ０．１ｍｍ、溝幅０．１ｍｍ程度であることが好ましく、嵌合孔１５０の内径φ１が１３ｍｍ程度の場合には整流素子５４と正極側放熱板５２との間の接触面積を確保する必要もあるため４０〜７８本程度とすることが好ましい。

図１０は、図９に示した複数の溝１５６の変形例を示す図である。図９に示した例では、嵌合孔１５０の内周面に形成された複数の溝１５６は、整流素子５４の圧入方向に沿った向きを有していたが、図１０に示すように、整流素子５４の圧入方向に対して傾斜させた複数本の溝１５８を形成するようにしてもよい。このように、整流素子５４の圧入方向に対して複数の溝１５８の向きを傾斜させることにより、嵌合孔１５０の内周面に沿って整流素子５４の圧入方向に移動する余肉を各溝１５８に確実に逃がして分断することが可能になる。

また、とりたてて図示はしないが、図４においてせん断面側のみに形成した溝を破断面にも形成してもよいことは当然である。

〔参考実施例〕
ところで、上述した実施形態では、放熱板の嵌合孔の内周面に溝を形成することによりかじりの発生を低減したが、プレス打ち抜き加工によって生じた嵌合孔の内周面表層部の加工硬化層を破壊することによっても、かじりの発生を抑制することができる。

通常、整流素子５４のヒートシンク２５０の硬度は１６０Ｈｖ程度であり、正極側放熱板５２の硬度は６０Ｈｖ程度であるが、プレス打ち抜き加工によって嵌合孔１５０を形成するとその内周面表層部の硬度が１４０〜１５０Ｈｖ程度まで高くなって加工硬化層が形成される。嵌合孔１５０を形成した後にこの加工硬化層を破壊する工程を追加して、内周面表層部の硬度を素材硬度に近いレベルまで戻してやることにより、嵌合孔１５０の内周面に溝を形成することなくかじりの発生を抑制することが可能になる。

図１１は、参考実施例の正極側放熱板に形成された嵌合孔の内周面の展開図である。図１１に示すように、本参考実施例の正極側放熱板５２の嵌合孔１５０では、内周面表層部に形成された加工硬化層を破壊するための処理が、整流素子５４の圧入側端部から少なくとも深さＬの範囲まで行われる。この深さＬは、整流素子５４の圧入に伴って発生する余肉の移動が圧入側端部から進行することを考慮すると、少なくとも正極側放熱板５２の板厚の半分以上であることが望ましい。当然ながら、嵌合孔１５０の内周面全体にわたって加工硬化層を破壊する処理を実施するようにしてもよい。

上述した整流素子５４を正極側放熱板５２に圧入するためには、まず、所定形状に形成された後の正極側放熱板５２を用意し、プレス打ち抜き加工を行って嵌合孔１５０を形成する（嵌合孔形成工程）。このプレス打ち抜き加工によって嵌合孔１５０の内周面表層部には加工硬化層が形成される。次に、嵌合孔１５０の内周面表層部の加工硬化層を破壊する（破壊工程）。次に、嵌合孔１５０の形成方向に整流素子５４を圧入する（圧入工程）。

上述した破壊工程において加工硬化層を破壊する具体的な処理方法としては、（１）ワイヤブブラシ等を用いて嵌合孔１５０の内周面表層部に傷をつける「ブラッシング処理」、（２）紙ヤスリ等で嵌合孔１５０の内周面表層部を削る「ペーパ処理」、（３）嵌合孔１５０の内周面表層部を旋盤等による切削によって削り取る「切削処理」等が考えられる。これらの処理によって、内周面表層部の表面から深さ１０〜１５μｍまでの範囲を破壊し、破壊後の面粗さを２０Ｚ以上にすることにより、加工硬化層を除去することが可能になる。これにより、加工孔１５０の内周面表層部の硬度を、それ以外の正極側放熱板５２の硬度とほぼ同じである８０Ｈｖ程度に下げることができ、整流素子５４の圧入によって生じる余肉が硬化して発生するかじりを抑制することができる。したがって、かじりの発生に伴って整流素子５４と正極側放熱板５２との間の固定力や電気的接続が不十分になったり、余肉の硬化によって圧入加重が過大になって生産性を阻害するなどの弊害の発生を低減することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、車両用交流発電機１に備わった整流装置５の正極側放熱板５２に整流素子５４を圧入したり、負極側放熱板５３に整流素子５５を圧入するようにしたが、整流素子のヒートシンク以外の圧入材を放熱板以外の被圧入材に圧入する場合についても広く本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態や参考実施例では、嵌合孔の内周面表層部に溝を形成する場合と、内周面表層部に形成された加工硬化層を破壊する場合とを別々に説明したが、これらを同時に行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、整流素子５４のヒートシンク２５０と正極側放熱板５２の両方を銅製とした場合を説明したが、他の材料を用いた組み合わせにおいてもかじりが発生する場合には本発明を適用してかじりの発生を抑制することができる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。正極側放熱板の部分的な形状を示す図である。整流素子の側面図である。整流素子を正極側放熱板に圧入した状態を示す断面図である。図２のＶ−Ｖ線拡大断面図である。図５に示した周方向溝の大きさに関する説明図である。正極側放熱板の嵌合孔に形成された溝の変形例を示す部分断面図である。正極側放熱板の嵌合孔に形成された溝の他の変形例を示す部分断面図である。図８に示した正極側放熱板の嵌合孔の内周面の部分的な展開図である。図９に示した複数の溝の変形例を示す図である。参考実施例の正極側放熱板に形成された嵌合孔の内周面の展開図である。

符号の説明

１車両用交流発電機
２固定子
３回転子
４ブラシ装置
５整流装置
６フレーム
７リアカバー
５２正極側放熱板
５３負極側放熱板
５４、５５整流素子
１５０嵌合孔
１５２周方向溝
１５４螺旋状溝
１５６、１５８溝
２５０ヒートシンク
２５２半導体ペレット
２５４リード
２５６ローレット部

Claims

被圧入材にプレス打ち抜きにより、壁面にせん断面と破断面とを形成しつつ嵌合孔を形成する嵌合孔形成工程と、少なくとも一つの溝を前記せん断面に形成する溝形成工程と、前記せん断面側から圧入材を圧入する圧入工程と、
を有することを特徴とする圧入材の圧入方法。
請求項１において、
前記溝は、前記せん断面のみに形成されており、前記破断面には形成されていないことを特徴とする圧入材の圧入方法。
請求項１または２において、
前記圧入材は、一方の端面に凹部が形成された円筒形状を有し、
前記圧入工程は、前記凹部が形成された一方の端面側から前記嵌合孔に挿入するように他方の端面を押圧することにより行われることを特徴とする圧入材の圧入方法。