JP2012055110A - 回転子シャフト及び車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベアリングのずれ防止用段差を位置決めする場合、ブランクシャフト径を大きくする必要があり、旋盤加工、転造、溝加工において加工代が多くコスト高になり、またシャフトの仕上がり径が大きくなるためにスリップリングの径が大きくなり直材費がかさみ重量が重くなる。部品点数、シャフトの加工工程、組立て工数を増やすことなく、ベアリングを長期的に安定して保持できる回転子シャフトを得る。
【解決手段】固定子の一部を構成するハウジングにそれぞれ配置されたベアリングによって、両端部が回転自在に支持されると共に、少なくとも一方の軸端部に、ベアリングの位置決め部を設けた回転子シャフトにおいて、位置決め部は、ベアリングの内輪角部に形成された円弧面と当接する環状段差状の蹴上部で構成したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、ベアリング位置決め部を設けた回転子シャフト及び車両用交流発電機に関するものである。

従来の、自動車エンジンに装着され該エンジンで駆動される交流発電機は、特許文献１に示すように、一対の碗状を呈するフロント（ドライブエンド）フレームとリア（リアエンド）フレームとを、各々の開口部を向かい合せて、固定子を挟持して接合した構造のハウジングを有し、フロントフレームおよびリアフレームのそれぞれの中央部には、内部に向かって軸方向に互いに突出する円筒状のフロントベアリングボックス（フロントボックス）およびリアベアリングボックス（リアボックス）が設けられている。このフロントボックスおよびリアボックスのそれぞれには、フロントベアリングおよびリアベアリングが取り付けられている。また、このフロントベアリングおよびリアベアリングには、固定子の内側に配された回転子の回転軸（回転子シャフト）が回転自在に支持されている。この回転子シャフトは、フロントフレームから外に突き出している先端部に取り付けたプーリーを介してエンジンにより駆動される。

フロントベアリングの外輪は、フロントベアリングボックスに固定されているが、リアベアリングは、シャフトに圧入された後、リアベアリングホルダに圧入され、リアボックスに保持されている。そして回転子シャフトにベアリング当接用としてベアリング内輪厚程度の段差を径方向に設けることでリアベアリングの軸方向の圧入位置を決めている。（例えば文献１参照）

また、ベアリング位置を保持する方法として、リアベアリングボックス内にリアベアリングを圧入した後、ベアリング押さえ用プレートを用いる方法が提案されている。（例えば文献２参照）

また、他の例として、主軸に設けた段差面と、この段差から軸方向に所定の距離をおいて形成された環状溝に嵌入された環状カラーとにより構成された軸受固定装置が提案されている。（例えば文献３参照）

特許第４３０６４７６号公報 欧州特許第０７２３０８７号明細書 特開２００６−１２５４３２号公報

回転子シャフトは、ブランクシャフトを外径旋削、加工、転造、研削、溝加工などの工作をすることによって作られ、リアベアリングは、圧入高さ・圧入荷重で管理されながらプレス機によりシャフトに圧入され、さらにリアベアリングが圧入されたロータＡＳＳＹ（アセンブリー）は、リアＡＳＳＹのリアベアリング部がベアボックス内に圧入されることで組立てられる。

このようにベアボックス内にベアリング部を圧入する際、回転子シャフトにベアリングの位置決め機構がない場合には、ベアリング内径部の嵌合位置が軸方向にずれる問題があった。特許文献１に示された従来のシャフトでは、ベアリング圧入時に段差を位置決めに使用することは可能であるが、ブランクシャフト径を大きくする必要があり、ＬＡ加工（旋盤加工）、転造、溝加工において加工代が多くコスト高になる、また、シャフトの仕上がり径が大きくなるためスリップリングの径が大きくなり直材費がかさむ、重量が重くなるなど問題点がある。

特許文献２、３に示された従来の機構では、ベアリング押さえ用にプレートおよびネジ類が用いられるため部品点数が増え組立て工数が増えることや材料コストが増加する課題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、部品点数を増やすことなく、また、シャフトの加工工程、組立て工数を増やすことなく、ベアリングを長期的に安定して保持できる回転子シャフトを得ることを目的とする。

この発明に係わる回転子シャフトは、シャフトのベアリング圧入部に微小な段差を設けたことを特徴とし、固定子の一部を構成するハウジングにそれぞれ配置されたベアリングによって、両端部が回転自在に支持されると共に、少なくとも一方の軸端部に、上記ベアリングの位置決め部を設けた回転子シャフトにおいて、
上記位置決め部は、上記ベアリングの内輪角部に形成された円弧面と当接する環状段差状の蹴上部で構成したものである。

この発明の、環状段差状位置決め部であるベアリング位置ズレ防止機構を備えた回転子シャフトによれば、ブランクシャフト径を小さくできるため加工代が少なく直材費が低減でき、またシャフトの重量を軽量化できる。また、加工量が少なくなるため製造コストも低減でき、従来のベアリング受け部段差を有するシャフトに比べて総コストを低減できる。

この発明による回転子シャフトを車両用交流発電機などの回転電機に使用すると、ベアリングが初期圧入位置である定位置から大きくズレることがないため、ベアリング近傍の部品、たとえば、スリップリングと干渉することがなく、意図しない接触、破損を回避できる。また、ベアリングが初期圧入位置からずれると、ベアボックスへのベアリング圧入が不適切な状態となる（ベアリング外輪とベアボックスの接触面積が小さくなる）ために、ベアリング外輪にはたらく応力が高くなるが、この発明のように、正常にベアボックスに圧入されたベアリングにおいては、応力が分散されベアリング寿命の低下を防ぐことができ、品質の向上が図れる。

この発明の実施の形態１における回転子シャフトの側面図である。 図１の回転子シャフトにベアリングを圧入した状態を示す側面図である。 この発明の実施の形態２における回転子シャフトの側面図を示し、回転子シャフトのベアリング圧入部に切粉を逃がす環状逃げ溝を設けたものである。 図３の回転子シャフトにベアリングを圧入した状態を示す側面図である。 この発明の実施の形態３における回転子シャフトの要部（ベアリングの圧入部）を拡大して示した側断面図である。 図４におけるベアリング圧入部の拡大図で、（ａ）は段差状の蹴上部の高さがＳ１の場合を示し、（ｂ）は段差状の蹴上部の高さがＳ１より大きいＳ２の場合を示す図である。 この発明による回転子シャフトを採用した車両用交流発電機の断面図である。 ベアリング受け部を有する従来の回転子シャフトの側面図である。 ベアリング受け部がない従来の回転子シャフトの側面図である。

この発明にかかる回転子シャフトは、例えば図７に示すような車両用交流発電機で採用されるものである。
以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１、図２、図７に基づいて、この発明の実施の形態１における回転子シャフトを説明する。
図１、図２に示した回転子シャフト１は、例えば図７の車両用交流発電機に採用された場合のように、固定子の一部を構成するハウジング１０（リアベアボックス１１ａａ、フロントベアボックス１１ｂｂなど）に、それぞれ配置された一対のフロントベアリング１１ｂとリアベアリング１１ａとによって両端部が回転自在に支持されるものである。

この回転子シャフト１は、ベアリング受けになる部分のシャフト径が、ベアリング圧入部１ａに対して数ミリ大きくなっており、ベアリング受け部分となる少なくとも一方の軸端部（図１では左側端部のベアリング圧入部）のブランクシャフト外周を旋削し、転造によりセレーション部１ｄ、鍔部１ｃを成形した後、ベアリング圧入部１ａを研削することによりシャフトを作製する。

したがって、回転子シャフト１には、ブランクシャフト外周を旋削により微小な環状段差状の位置決め部１ｂが形成される。なお、環状段差状位置決め部１ｂは、周方向に少なくとも１箇所設けられている。

通常、ベアリングの内輪角部は、ボールベアリングの大きさに応じて丸みを有し、円弧面状Ｒに形成されているが、この内輪角部に形成された円弧面に位置決め部１ｂが当接することによりベアリングの位置決めが行われる。そして、このベアリングの位置決めによりベアリング位置のずれを防止するために、環状段差状の蹴上部の高さは、例えば内輪角部の円弧径Ｒより短く、例えば図５の（Ｓ１）又は（Ｓ２）のような微小な段差に設定される。なお、（Ｓ１）又は（Ｓ２）の寸法関係については、図６で後述する。

リアベアリング圧入工程では、例えば、ベアリングの圧入位置と圧入荷重をチェックしてOK/NGを判定するが、圧入位置はサーボプレスにより高さで管理し、荷重については圧入荷重波形により管理している。

この位置決め部１ｂは、ベアリングをベアボックス内に圧入するとき、ベアリング内径部の嵌合位置がずれることを防止する役割で設けられており、この段差はベアリング圧入時において積極的に使うことを想定していない（この段差はドンツキでベアリングを圧入することを想定していない）ため、微小な段差があればベアリングの位置ずれ防止を実現できる。

ベアリングが初期圧入位置からずれると、ベアボックスへのベアリング圧入が不適切な状態となる（ベアリング外輪とベアボックスの接触面積が小さくなる）ために、ベアリング外輪に働く応力が高くなるが、この発明のように、正常にベアボックスに圧入されたベアリングは、応力が分散されベアリング寿命の低下を抑制することができ、品質の向上が図れる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２における回転子シャフト１は、図３、図４に示すように、ベアリング圧入部１ａに、環状段差状位置決め部１ｂと隣接する位置（ベアリングの挿入側）に、シャフト研削における切粉を逃がす環状逃げ溝を１ｅ設けたものである。
この環状逃げ溝１ｅを設けることによりベアリング圧入部１ａを研削する際、切粉を逃がすことができるので、安定的に研磨することが可能で、効率的に精度のよい良いシャフトを作製できる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３における回転子シャフトの要部（ベアリングの圧入部）を拡大して示した側断面図である。
実施の形態１における環状段差状位置決め部１ｂの蹴上部が垂直平面状であるのに対し、この実施の形態３における回転子シャフトの蹴上部は、半径ｒの円弧状に形成されている。そして、この蹴上部の円弧状面は、環状逃げ溝１ｅの溝側壁面と滑らかな曲面状（ほぼＳ字形）に繋がれている。

このように環状逃げ溝１ｅと円弧状蹴上部とを滑らかな曲面状にすることにより、段差がエッジの場合に比べ、ベアリングが当接した場合、ベアリングおよびシャフトに働く応力を緩和できるので、ベアリング寿命の低下を防ぐことが可能である。

図６は、図４におけるベアリング圧入部の拡大図で、（ａ）は段差状の蹴上部の高さがＳ１の場合を示し、（ｂ）は段差状の蹴上部の高さがＳ１より大きいＳ２の場合を示す図である。
環状段差状の蹴上部の高さｒは、ベアリングを止めるのに最低限必要な高さがあればよく、ベアリング内輪角部の円弧径より必ずしも小さくする必要はなく、また、蹴上部の高さｒは、ベアリング内輪角部の円弧径より小さな微小なものであっても充分なストッパ機能を果たすことができる。
そして、蹴上部の高さが小さいＳ１の場合は、加工代が少なくて済み、ブランクシャフトを小さくできる。また、蹴上部の高さが小さいＳ１より大きいＳ２の場合は、ベアリングストッパ能力を大きくすることができる。

実施の形態４．
図７は、この発明によるシャフトを用いた自動車用発電機の一例を示す断面図である。
この車両用交流発電機は、フロントＡＳＳＹ２０とリアＡＳＳＹ２１とにより構成され、さらにフロントＡＳＳＹ２０は、ロータＡＳＳＹ１２、フロントブラケット１１ｂｂ、フロントベアリング１１ｂ、リアベアリング１１ａ、スペーサ、プーリー１３、ナット１４などで構成されている。

実施の形態４の車両用交流発電機は、この発明の回転子シャフト１を用いたロータに対し、プレス機によりリアベアリング１１ａが圧入される。ブラケットなどが組み付けられフロントＡＳＳＹ２０となり、リアＡＳＳＹ２１のリアベアリング部がリアベアボックス１１ａ内に圧入されることで組立てられる。
実施の形態４における位置決め機構は、ベアリング軸端面角に備えられるＲ形状面と対峙するシャフト軸端面Ｒ形状で構成される（図５参照）。
この実施の形態４によれば、重量や直材費をほとんど増やすことなく、発電機の品質、信頼性を向上させることが可能である。

１ シャフト
１ａ ベアリング圧入部
１ｂ 環状段差状の位置決め部（シャフトの段差部）
１ｃ シャフトの鍔部
１ｄ セレーション部
１ｅ 切削切粉逃し用溝部
２ ボールベアリング
２ａ ボールベアリングの内輪
Ｒ ボールベアリング内輪の外側円弧状角部（半径Ｒ）
ｒ シャフトの円弧状段差部（半径ｒ）
Ｓ１ 小さい段差
Ｓ２ 大きい段差
１０ 車両用交流発電機ハウジング
１１ａ リアベアリング
１１ａａ リアベアボックス
１１ｂ フロントベアリング
１１ｂｂ フロントベアボックス
１２ ロータＡＳＳＹ
１３ プーリー
１４ ナット
２１ リアＡＳＳＹ
２０ フロントＡＳＳＹ。

Claims (6)

1. 固定子の一部を構成するハウジングにそれぞれ配置されたベアリングによって、両端部が回転自在に支持されると共に、少なくとも一方の軸端部に、上記ベアリングの位置決め部を設けた回転子シャフトにおいて、
   上記位置決め部は、上記ベアリングの内輪角部に形成された円弧面と当接する環状段差状の蹴上部で構成したことを特徴とする回転子シャフト。
2. 上記蹴上部は、上記内輪角部の円弧面に当接する円弧状面としたことを特徴とする請求項１記載の回転子シャフト。
3. 上記環状段差状位置決め部は、周方向に少なくとも１箇所設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転子シャフト。
4. 上記環状段差状位置決め部に隣接して、上記ベアリングの挿入側に、研削における切粉を逃がす環状逃げ溝を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転子シャフト。
5. 上記環状逃げ溝の溝側壁と上記蹴上部の円弧状面を滑らかな曲面状に繋いだことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転子シャフト。
6. フロントベアリングおよびリアベアリングを保持するハウジング内に固定子を配するとともに、この固定子は、上記フロントベアリングおよび上記リアベアリングに回転自在に支持された回転子シャフトを有し、この回転子シャフトには少なくとも一方のベアリングの軸方向位置決め部が備えられた車両用交流発電機において、
   上記回転子シャフトを請求項２記載の回転子シャフトで構成したことを特徴とする車両用交流発電機。

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