JP2021087268A - ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータシャフトの冷間成形性と高硬度化とを両立する。【解決手段】ロータは、管状のロータシャフトと、ロータシャフトの外周部に形成されたロータコア取付面に固定された筒状のロータコアと、を有する。ロータシャフトは、炭素含有量が０．３％未満の金属を母材とする。ロータの製造方法は、ロータシャフトの表面から溶質原子を侵入させて表面を改質させる表面改質工程（ステップＳ３）と、表面改質工程の実行後に、径方向に突出あるいは窪んでいる凹凸形状を有する係合部であるスプラインを、ロータシャフトを塑性変形させて形成する冷間加工工程（ステップＳ５）と、を備える。【選択図】図２

Description

この技術は、電動モータ等に使用されるロータの製造方法に関する。

従来、例えば電気自動車等の車両に搭載される電動モータ等に使用されるロータの製造方法として、ロータコアの内周面にロータシャフトがハイドロフォーミング法により固定される方法が知られている（特許文献１参照）。この製造方法では、管状のロータシャフトが、電磁鋼板を積層してなるロータコアの内周部に配置される。ロータシャフトは、両端部をロータコアの外部に露出させた状態で、ハイドロフォーミング成形機の成形型に固定される。そして、ロータシャフトの内側部に液体を注入して内圧を高めることによりロータシャフトのロータコアに対応する部分を膨張させるハイドロフォーミング法により、ロータシャフトをロータコアに固定する。尚、ロータシャフトとしては、駆動力を伝達する部位の強度を確保するために材料強度の高い炭素含有量０．３％以上の中炭素鋼（例えば、Ｓ４５Ｃ）が使用される。

特開２００１−２６８８５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロータの製造方法では、ロータシャフトとして中炭素鋼が使用されているので、ロータシャフトの変形能が低い。このため、例えば、フローフォーミング工程やハイドロフォーミング工程でロータシャフトを成形加工する場合に、ロータシャフトに亀裂が発生する虞がある。その一方、ロータシャフトとして変形能の高い低炭素鋼を使用すると、硬度が低いため、例えばスプライン等のように駆動力を伝達する部位では強度が足りなくなってしまう。このため、そのような部位に対しては、高炭素化して高硬度化することが望まれる。このように、冷間成形性と高硬度化とは相反するものであり、これらを両立することが望まれていた。

そこで、ロータシャフトの冷間成形性と高硬度化とを両立可能なロータの製造方法を提供することを目的とする。

本ロータの製造方法は、管状のロータシャフトと、前記ロータシャフトの外周部に形成されたロータコア取付面に固定された筒状のロータコアと、を有するロータの製造方法であって、前記ロータシャフトは、炭素含有量が０．３％未満の金属を母材とし、前記ロータシャフトの表面から溶質原子を侵入させて前記表面を改質させる表面改質工程と、前記表面改質工程の実行後に、径方向に突出あるいは窪んでいる凹凸形状を有する係合部を、前記ロータシャフトを塑性変形させて形成する冷間加工工程と、を備える。

本ロータの製造方法によると、ロータシャフトの冷間成形性と高硬度化とを両立することができる。

第１の実施形態に係るロータを示す断面図。 第１の実施形態に係るロータの製造方法を示すフローチャート。 第１の実施形態に係るロータの製造方法に沿った概略の断面図であり、（ａ）はプレス成型後、（ｂ）は浸炭後、（ｃ）は切削及びスプライン形成後、（ｄ）は焼入れ後、（ｅ）はロータコアの固定後の状態である。 第１の実施形態に係るロータシャフトとロータコアとの固定部を示す拡大した断面図であり、（ａ）はハイドロフォーミング法の実行前、（ｂ）はハイドロフォーミング法の実行後である。 第２の実施形態に係るロータの製造方法を示すフローチャート。 第２の実施形態に係るロータの製造方法に沿った概略の断面図であり、（ａ）はプレス成型後、（ｂ）は浸炭後、（ｃ）は切削及びスプライン形成後、（ｄ）はロータコアの固定後、（ｅ）は焼入れ後の状態である。

＜第１の実施形態＞
以下、本開示に係るロータの製造方法の第１の実施形態を、図１〜図４に沿って説明する。尚、本実施形態では、軸方向Ｚ又は回転軸線方向とは、図１に示すように、ロータ１の回転軸線Ｃに沿った方向を意味する。

［ロータの構造］
まず、図１を参照して、ロータ１の構成について説明する。ロータ１は、図示しないステータと組み合わせられることにより、電動モータを構成する。図１に示すように、ロータ１は、ロータコア２と、ロータシャフト３とを備えている。ロータコア２は、孔部２０ａを有する複数の電磁鋼板２０が軸方向Ｚに沿って積層されることにより形成されている。電磁鋼板２０は、例えば、珪素鋼板により構成されている。ロータコア２は、中心軸が回転軸線Ｃと一致する円筒形状に形成されている。また、ロータコア２の内周面２１及び外周面２２は、それぞれ軸方向Ｚに沿って略平面状に形成されている。

ロータシャフト３は、中心線が回転軸線Ｃと一致する略円筒形状に形成されている。ロータシャフト３は、例えば、低炭素鋼により構成されている。ここでの低炭素鋼とは、炭素含有量が０．３％未満の炭素鋼を意味する。本実施形態では、ロータシャフト３は、炭素含有量が０．２％の炭素鋼であるＳ２０Ｃにより構成されている。

ロータシャフト３は、外周部に形成されたロータコア取付面３０と、ベアリング４を嵌合するための嵌合部３１と、内周部に形成されたスプライン３２及び凹部３３と、を有している。ロータコア取付面３０は、外周面において軸方向Ｚの略中央部に配置されており、ロータコア２の内周面２１に固定している。嵌合部３１は、軸方向Ｚの両端部に配置されており、外周面にベアリング４を嵌合可能である。係合部の一例であるスプライン３２は、内周部において軸方向Ｚの一端部に形成されており、軸方向Ｚを長手方向として、径方向に突出あるいは窪んでいる凹凸形状を有し、不図示の出力軸に噛合して駆動力を伝達可能である。尚、図中、クロスハッチングは、焼入れにより硬化された部分である。また、略円筒形状のロータシャフト３の内周面３４の内側の空間を、内部空間３５としている。

凹部３３は、内周部において軸方向Ｚの略中央部に配置されており、ロータコア取付面３０の内周側に位置する。凹部３３は、内周部において、軸方向Ｚの両端部に比べて、径方向外側に窪んだ形状に形成されている。凹部３３は、ロータ１が使用される際に、ロータシャフト３の内部に軸方向に流される冷却用の液体（ＡＴＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）を一時的に留める機能を有する。これにより、ロータ１が使用される際に、凹部３３に位置する冷却用の液体により、ロータシャフト３を介してロータコア２が冷却される。

［ロータの製造方法］
次に、本実施形態によるロータ１の製造方法を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。まず、ロータコア２が形成される（ステップＳ１）。ここでは、不図示の順送プレス加工装置において、帯状の電磁鋼板から、孔部２０ａを有する複数の円環状の電磁鋼板２０が打ち抜かれ、複数の電磁鋼板２０が回転軸線方向に沿って積層されることで円筒形状のロータコア２が形成される。

次に、図３（ａ）に示すように、炭素含有量が０．２％の炭素鋼（例えば、Ｓ２０Ｃ）からなる円管形状の鋼材３ａをプレス成形して、ロータシャフト３の素形材を得る（ステップＳ２、プレス工程）。このプレス成形では、不図示のプレス成形機が使用されて、ロータシャフト３において、外周部に後述する切削工程によりロータコア取付面３０（図３（ｄ）参照）が形成される取付部３０ａと、嵌合部３１と、凹部３３とが成形される。取付部３０ａは、軸方向Ｚの略中央部に配置され、嵌合部３１は軸方向Ｚの両端部に配置される。このとき、素形材の表面の炭素含有量は０．２％であり、表面硬度は例えばＨＶ１５０程度である。

次に、図３（ｂ）に示すように、ロータシャフト３の素形材に浸炭処理を実行することにより素形材の表面の改質を行う（ステップＳ３、表面改質工程）。この浸炭処理により、ロータシャフト３の素形材の表面から溶質原子として炭素を侵入（固溶）させて、侵入させた厚さ（層）において表面を改質させる。炭素の侵入深さは、例えば、表面から最大で０．８ｍｍ程度となるようにし、本実施形態では例えば０．７ｍｍとしている。ここでの浸炭処理の手法としては、例えば、高温状態の減圧環境で浸炭ガスを利用する真空浸炭を適用する。尚、浸炭処理の手法は真空浸炭には限られず、減圧しない環境で浸炭ガスを利用するガス浸炭など、適宜な手法を適用することができる。また、ここでは、浸炭のみを実行して徐冷し、直後に焼入れは行わない。この場合、素形材の表面の炭素含有量は例えば０．６％であり、表面硬度は例えばＨＶ３００程度に上昇し、素形材の組織は例えば初析フェライトを含んだパーライト組織となる。

次に、図３（ｃ）に示すように、ロータシャフト３の取付部３０ａの表面改質されて硬化した浸炭層３０ｂを削り取って、ロータコア取付面３０を形成する（ステップＳ４、切削工程）。ここでは、表面から最大で１ｍｍの深さまで切削する。尚、切削以外の加工法により浸炭層３０ｂを削り取るようにしてもよい。これにより、炭素の侵入深さは表面から０．７ｍｍとしているので、浸炭層３０ｂは全て削り取られる。また、ステップＳ３での浸炭後には、焼入れは行われていないので、表面硬さは硬すぎることはなく、切削作業を容易に実行することができる。表面改質により硬化した浸炭層３０ｂが削り取られることにより、ロータコア取付面３０は母材まで露出するので、ロータコア取付面３０の炭素含有量は０．２％であり、表面硬度は例えばＨＶ１５０程度になる。

ここで、本実施形態においては、浸炭処理で形成する浸炭層３０ｂの深さを０．７ｍｍとし、切削工程での切削深さを１ｍｍとしているが、これには限られない。即ち、浸炭層３０ｂが全て削り取られればよく、そのためには炭素の侵入深さが切削の深さより浅ければよい。例えば、浸炭層３０ｂの深さを０．４ｍｍとし、切削工程での切削深さを０．５ｍｍとしてもよい。尚、素形材の寸法によっては、切削位置によって切削深さが異なる場合もあるため、全ての切削位置で浸炭層３０ｂが全て削り取られるように、浸炭層３０ｂの深さと切削深さとを設定するようにする。

そして、しごき加工等の冷間加工により、ロータシャフト３の軸方向Ｚの一方側の端部の内周側にスプライン３２を形成する（ステップＳ５、冷間加工工程）。尚、本明細書中で冷間加工とは、常温もしくは材料の再結晶温度未満（例えば、３５０〜５００°未満）で行なう加工であって、曲げ、切断、圧延、鍛造など、塑性変形を利用した加工を施すことを意味するものとする。

このとき、スプライン３２の形成は、切削加工ではなく、ロータシャフト３の内周面にスプライン３２と同じ形状を有したパンチを押し入れて、内周面を塑性変形させて加工する。これにより、スプライン３２の浸炭層３０ｂが残存するので、浸炭による硬度を維持することができる。また、ロータシャフト３には浸炭処理のみで焼入れをしていないため、ロータシャフト３の組織はパーライト組織であり、浸炭焼入れした場合に比べて比較的容易に冷間加工することができる。また、スプライン３２の形成時に、押し潰されて凹んだ分の材料は外径方向に押し出されるので、スプライン３２の剛性を向上することができる。パーライト組織の鋼材は加工硬化により硬度が大きく上昇するので、本実施形態のスプライン３２についても、表面改質工程後のロータシャフト３の表面硬度ＨＶ３００より高い硬度を得ることができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、ロータシャフト３の軸方向Ｚの両端部を焼入れする（ステップＳ６）。本実施形態では、嵌合部３１を焼入れにより硬化する嵌合部硬化工程を実行する。図中、焼入れにより硬化された部分をクロスハッチングにより示す。焼入れにより、嵌合部３１の表面硬度は、例えばＨＶ８００程度まで向上する。尚、スプライン３２については、冷間加工工程において十分な硬度を得ているので、焼入れを行わなくてもよい。その後、嵌合部３１の表面を研磨する（ステップＳ７、研磨工程）。

次に、図３（ｅ）に示すように、ロータコア取付面３０に、ステップＳ１で形成したロータコア２を固定する（ステップＳ８、固定工程）。本実施形態では、固定工程は、嵌合部硬化工程の実行後に実行している。固定工程では、ロータコア取付面３０とロータコア２の内周面２１とが径方向に圧接するように、ロータコア取付面３０とロータコア２とを固定する。固定工程では、ロータコア２の内周面２１とロータコア取付面３０とが対向するようにロータコア２とロータシャフト３とを位置させ、ロータシャフト３の内周面３４の内側の内部空間３５を加圧することによりロータコア取付面３０の外形を拡大させて固定する。固定工程では、ロータコア取付面３０にロータコア２の内周面２１を対向するように位置させ、ロータシャフト３の内周部を加圧してロータコア取付面３０をロータコア２の内周面２１に食い込ませるハイドロフォーミング法により固定する。

ここでは、ロータシャフト３及びロータコア２は、不図示のハイドロフォーミング成形機に取り付けられる。そして、ロータコア取付面３０がロータコア２の内周面２１に隙間Ｇを隔てて径方向に対向するように、ロータシャフト３及びロータコア２を位置させて保持する（図４（ａ）参照）。そして、ハイドロフォーミング成形機により、ロータシャフト３の内側部に高圧（例えば、数百ＭＰａ）の液体が注入され、ロータシャフト３の内部が加圧される。加圧によってロータコア取付面３０が径方向外側に向かって広がるように塑性変形することにより、ロータコア２の内周面２１に当接して押し広げ、ロータコア２は径方向外側に向かって広がるように弾性変形する。このとき、図４（ｂ）に示すように、ロータコア取付面３０とロータコア２との隙間Ｇが無くなって密着する。このとき、ハイドロフォーミング法により、ロータコア取付面３０が膨張してロータコア２の内周面２１において電磁鋼板２０同士の間の剪断痕２０ｂに食い込んで、ロータシャフト３とロータコア２とを固定させることができる。

その後、ロータシャフト３の内部の液体が除去され、ロータコア２が径方向内側に縮んで、弾性変形して広がる前の形状に戻る。塑性変形したロータコア取付面３０は、径方向内側に縮んだロータコア２により圧接された状態（締り嵌めされた状態）になる。これにより、ロータシャフト３がロータコア２に固定された状態で維持される。ロータコア２及びロータシャフト３はハイドロフォーミング成形機から取り外され、ロータ１が完成する。その後、ロータシャフト３にベアリング４（図１参照）が嵌合され、ロータ１の径方向外側にステータが配置されることにより、モータが製造される。

以上説明したように、本実施形態のロータの製造方法によれば、炭素含有量が０．２％のロータシャフト３に浸炭処理を実行して焼入れせず、スプライン３２を冷間加工により形成している。ロータシャフト３の母材の炭素含有量が０．２％と低いので、塑性変形能が高く、ハイドロフォーミング法の実行によってもロータシャフト３の亀裂の発生を抑えることができる。また、浸炭処理の実行後にスプライン３２を冷間加工により形成しているので、パーライド組織のまま加工硬化することでスプライン３２として必要な硬度を確保することができる。従って、ロータシャフト３の冷間成形性と高硬度化とを両立することができる。

また、本実施形態のロータの製造方法によれば、ロータコア取付面３０を切削加工により形成することでロータコア取付面３０には母材が露出しているので、ロータコア取付面３０の塑性変形能を確保でき、ハイドロフォーミング法の実行によりロータコア２の内周面２１において電磁鋼板２０同士の間の剪断痕２０ｂにめり込んで維持されるようになる。これに対し、ロータシャフトとしてＳ４５Ｃなどの中炭素鋼を使用した場合は、塑性変形能が低く、ロータコア取付面がロータコアの剪断痕にめり込んで維持されることが殆どない。従って、本実施形態によれば、中炭素鋼を使用する場合に比べて、ロータシャフト３の塑性変形能を向上して、ロータコア２とロータシャフト３との真実接触面積を向上することができる。ロータコア２とロータシャフト３との真実接触面積を向上することにより、ロータコア２とロータシャフト３との間の熱伝導率を向上でき、ロータコア２の冷却効果の向上と、モータの鉄損の低減を図ることができる。また、ロータコア２とロータシャフト３との真実接触面積を向上することにより、ロータコア２とロータシャフト３との間の摩擦力を軸方向及び回転方向ともに向上でき、トルク伝達力の向上を図ることができる。

また、本実施形態のロータの製造方法によれば、ロータシャフト３として炭素含有量が０．２％の低炭素鋼を適用している。このため、中炭素鋼を適用する場合に比べて、ロータシャフト３の熱伝導率を向上することができるので、ロータコア２の冷却効率を向上させ、ロータコア２に使用される磁石の熱減磁を低減でき、磁石中の希土類元素を低減してコスト削減を図ることができる。また、中炭素鋼を適用する場合に比べて、ロータシャフト３の剛性を低減することができるので、冷間加工性を向上して型寿命を長寿命化できると共に、被削性を向上して刃具費を低減することができる。

尚、上述した本実施形態においては、ロータコア取付面３０の形成後にスプライン３２を形成する場合について説明したが、これには限られない。例えば、浸炭処理の実行後、スプライン３２を冷間加工により形成し、その後にロータコア取付面３０を切削工程により形成するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、ロータシャフト３は、炭素含有量が０．２％の炭素鋼であるＳ２０Ｃにより構成されている場合について説明したが、これには限られない。ロータシャフト３は、炭素含有量が０．３％未満の金属を母材としていればよく、低炭素鋼や超低炭素鋼の他に純鉄や低炭素合金鋼などを適用してもよい。炭素含有量が０．３％未満であることにより、中炭素鋼に比べてロータシャフト３の塑性変形能及びロータコア２の冷却効率を向上することができる。尚、炭素含有量としては、０．２％以下であることがより好ましく、最も好ましくは０．２％である。

また、本実施形態においては、ロータシャフト３の素形材の表面改質工程として浸炭処理を実行した場合について説明したが、これには限られない。例えば、ロータシャフト３の素形材の表面改質工程として、表面から溶質原子として窒素を侵入させる窒化処理や、炭素及び窒素を侵入させる浸炭窒化処理や、ホウ素を侵入させるホウ化処理など、他の溶質原子を侵入させる処理法を適用してもよい。

また、本実施形態においては、浸炭処理で形成する浸炭層３０ｂの深さを０．７ｍｍとし、切削工程での切削深さを１ｍｍとしているが、これには限られない。即ち、浸炭層３０ｂが全て削り取られればよく、そのためには炭素の侵入深さが切削の深さより浅ければよい。例えば、浸炭層３０ｂの深さを０．４ｍｍとし、切削工程での切削深さを０．５ｍｍとしてもよい。尚、素形材の寸法によっては、切削位置によって切削深さが異なる場合もあるため、全ての切削位置で浸炭層３０ｂが全て削り取られるように、浸炭層３０ｂの深さと切削深さとを設定するようにする。

また、本実施形態においては、嵌合部３１の嵌合部硬化工程として、焼入れを適用した場合について説明したが、これには限られない。例えば、ショットピーニングやコーティングなどを適用してもよい。

また、本実施形態においては、ロータコア取付面３０にロータコア２を固定する固定工程としてハイドロフォーミング法を適用した場合について説明したが、これには限られない。例えば、ロータコア２を加熱して膨張させたところにロータシャフト３を挿入して冷却して固定する焼き嵌めを適用してもよい。この場合、ロータシャフト３の膨張が不要になるので、ロータシャフト３が膨張によって亀裂を生じてしまう可能性を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本開示の第２の実施形態を、図５及び図６を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、固定工程が、切削工程の実行後、かつ、嵌合部硬化工程の実行前に実行される点で、切削工程の実行後、かつ、嵌合部硬化工程の実行後に実行される第１の実施形態と構成を異にしている。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

本実施形態によるロータ１の製造方法を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。ステップＳ１〜Ｓ５（図６（ａ）〜（ｃ）参照）については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

図６（ｃ）に示すように、取付部３０ａの表面改質されて硬化した浸炭層３０ｂを削り取って、ロータコア取付面３０を形成し、冷間加工によりスプライン３２を形成した後、図６（ｄ）に示すように、ロータコア取付面３０に、ステップＳ１で形成したロータコア２を固定する（ステップＳ１０、固定工程）。本実施形態では、固定工程は、切削工程の実行後、かつ、嵌合部硬化工程の実行前に実行している。固定工程では、ロータコア取付面３０にロータコア２の内周面２１を対向するように位置させ、ロータシャフト３の内周部を加圧してロータコア取付面３０をロータコア２の内周面２１に食い込ませるハイドロフォーミング法により固定する。ハイドロフォーミング法については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。

ロータコア２及びロータシャフト３はハイドロフォーミング成形機から取り外されてから、図６（ｅ）に示すように、ロータシャフト３の軸方向Ｚの両端部を焼入れする（ステップＳ１１）。本実施形態では、嵌合部３１を焼入れにより硬化する嵌合部硬化工程を実行する。図中、焼入れにより硬化された部分をクロスハッチングにより示す。焼入れにより、嵌合部３１の表面硬度は、例えばＨＶ８００程度まで向上する。尚、本実施形態においても、スプライン３２については、冷間加工工程において十分な硬度を得ているので、焼入れを行わなくてもよい。

尚、本実施形態では、焼入れ時にロータコア２が固定されている。このため、焼入れ後の急冷で、冷媒として水を使用すると、水がロータコア２に付着する可能性があるので好ましくない。そこで、本実施形態では、焼入れとして冷媒に水を使わない方法を適用することが好ましい。即ち、水以外の油や気体などの冷媒を使用するか、あるいは、冷媒を使わない冷却を行うようにする。そのような焼入れとして、例えばレーザ焼入れを適用することが好ましい。

その後、嵌合部３１の表面を研磨し（ステップＳ１２、研磨工程）、ロータ１が完成する。その後、ロータシャフト３にベアリング４（図１参照）が嵌合され、ロータ１の径方向外側にステータが配置されることにより、モータが製造される。

以上説明したように、本実施形態のロータの製造方法によれば、炭素含有量が０．２％のロータシャフト３に浸炭処理を実行して焼入れせず、スプライン３２を冷間加工により形成している。ロータシャフト３の母材の炭素含有量が０．２％と低いので、塑性変形能が高く、ハイドロフォーミング法の実行によってもロータシャフト３の亀裂の発生を抑えることができる。また、浸炭処理の実行後にスプライン３２を冷間加工により形成しているので、パーライド組織のまま加工硬化することでスプライン３２として必要な硬度を確保することができる。従って、第１の実施形態と同様に、ロータシャフト３の冷間成形性と高硬度化とを両立することができる。

また、本実施形態のロータの製造方法によれば、固定工程の実行タイミングが、嵌合部硬化工程の実行前であり、嵌合部３１が硬化する前であるので、ハイドロフォーミング法を実行してもロータシャフト３に亀裂が生じてしまう可能性を更に低減することができる。

また、本実施形態のロータの製造方法によれば、嵌合部３１及びスプライン３２の焼入れとして冷媒に水を使わない方法を適用しているので、焼入れ後の冷却時にロータコア２に水を付着し難くできる。

尚、上述した第１の実施形態においては、固定工程は切削工程の実行後、かつ、嵌合部硬化工程及びスプライン硬化工程の実行後に実行され、第２の実施形態においては、固定工程は切削工程の実行後、かつ、嵌合部硬化工程の実行前に実行される場合について説明したが、これらには限られない。例えば、固定工程は、切削工程及び嵌合部硬化工程の実行後、かつ、スプライン硬化工程の実行前に実行されるようにしてもよく、あるいは、切削工程及びスプライン硬化工程の実行後、かつ、嵌合部硬化工程の実行前に実行されるようにしてもよい。

＜各実施形態のまとめ＞
尚、上述した第１及び第２の実施形態は、以下の構成を少なくとも備える。第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、管状のロータシャフト（３）と、前記ロータシャフト（３）の外周部に形成されたロータコア取付面（３０）に固定された筒状のロータコア（２）と、を有するロータ（１）の製造方法であって、前記ロータシャフト（３）は、炭素含有量が０．３％未満の金属を母材とし、前記ロータシャフト（３）の表面から溶質原子を侵入させて前記表面を改質させる表面改質工程と、前記表面改質工程の実行後に、径方向に突出あるいは窪んでいる凹凸形状を有する係合部（３２）を、前記ロータシャフト（３）を塑性変形させて形成する冷間加工工程と、を備える。

この構成によれば、ロータシャフト（３）の母材の炭素含有量が０．３％未満と低いので、変形能が高く、ロータシャフト（３）の亀裂の発生を抑えることができる。また、浸炭処理の実行後に係合部（３２）を冷間加工により形成しているので、パーライド組織のまま加工硬化することで係合部（３２）として必要な硬度を確保することができる。従って、ロータシャフト（３）の冷間成形性と高硬度化とを両立することができる。

また、第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記表面改質工程の実行後に、表面改質された層（３０ｂ）を削り取って前記ロータコア取付面（３０）を形成する切削工程を備える。この構成によれば、ロータコア取付面（３０）の塑性変形能を向上できるので、ロータシャフト（３）の亀裂の発生を抑えつつ、ロータコア（２）とロータシャフト（３）との真実接触面積を拡大することができる。これにより、ロータコア（２）とロータシャフト（３）との間の熱伝導率を向上して、ロータコア（２）の冷却効果の向上と、モータの鉄損の低減を図ることができると共に、ロータコア（２）とロータシャフト（３）との間の摩擦力を軸方向及び回転方向ともに増加させてトルク伝達力の向上を図ることができる。

また、第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記切削工程の実行後に、前記ロータコア取付面（３０）と前記ロータコア（２）の内周面（２１）とが径方向に圧接するようにロータコア取付面（３０）と前記ロータコア（２）とを固定する固定工程を備える。この構成によれば、切削工程により形成されたロータコア取付面（３０）にロータコア（２）が固定されるので、ロータシャフト（３）とロータコア（２）とをより密着させて固定することができ、ロータコア（２）とロータシャフト（３）との間の熱伝導率及び摩擦力を向上することができる。

また、第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記固定工程において、前記ロータコア取付面（３０）に前記ロータコア（２）を焼き嵌めにより固定する。この構成によれば、ロータシャフト（３）が膨張によって亀裂を生じてしまうことを抑制できる。

また、第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記ロータシャフト（３）にベアリング（４）を嵌合するための嵌合部（３１）を硬化する嵌合部硬化工程を備える。この構成によれば、圧入により嵌合されたベアリング（４）に対する耐摩耗性を高めることができる。

また、第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記嵌合部硬化工程において、前記嵌合部（３１）を焼入れにより硬化する。この構成によれば、簡易な手法で効果的に硬化を実現できる。

また、第１の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記固定工程は、前記嵌合部硬化工程の実行後に実行する。この構成によれば、高周波焼入れなど、安価で容易な手法で硬化を実行できる。

また、第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記固定工程は、前記切削工程の実行後、かつ、前記嵌合部硬化工程の実行前に実行する。この構成によれば、嵌合部（３１）が硬化される前にロータシャフト（３）とロータコア（２）とが固定されるので、例えば、ハイドロフォーミング法を実行してもロータシャフト（３）が亀裂を生じてしまう可能性をより低減することができる。

また、第１及び第２の実施形態のロータ（１）の製造方法は、前記溶質原子は炭素或いは窒素である。この構成によれば、安価で簡易な手法により溶質原子をロータシャフト（３）の表面から侵入させて表面を改質させることができる。

１…ロータ
２…ロータコア
３…ロータシャフト
４…ベアリング
２１…内周面
３０…ロータコア取付面
３０ｂ…浸炭層（表面改質された層）
３１…嵌合部
３２…スプライン（係合部）

Claims (9)

1. 管状のロータシャフトと、前記ロータシャフトの外周部に形成されたロータコア取付面に固定された筒状のロータコアと、を有するロータの製造方法であって、
   前記ロータシャフトは、炭素含有量が０．３％未満の金属を母材とし、
   前記ロータシャフトの表面から溶質原子を侵入させて前記表面を改質させる表面改質工程と、
   前記表面改質工程の実行後に、径方向に突出あるいは窪んでいる凹凸形状を有する係合部を、前記ロータシャフトを塑性変形させて形成する冷間加工工程と、を備えるロータの製造方法。
2. 前記表面改質工程の実行後に、表面改質された層を削り取って前記ロータコア取付面を形成する切削工程を備える請求項１に記載のロータの製造方法。
3. 前記切削工程の実行後に、前記ロータコア取付面と前記ロータコアの内周面とが径方向に圧接するようにロータコア取付面と前記ロータコアとを固定する固定工程を備える請求項２に記載のロータの製造方法。
4. 前記固定工程において、前記ロータコア取付面に前記ロータコアを焼き嵌めにより固定する請求項３に記載のロータの製造方法。
5. 前記ロータシャフトにベアリングを嵌合するための嵌合部を硬化する嵌合部硬化工程を備える請求項３又は４に記載のロータの製造方法。
6. 前記嵌合部硬化工程において、前記嵌合部を焼入れにより硬化する請求項５に記載のロータの製造方法。
7. 前記固定工程は、前記嵌合部硬化工程の実行後に実行する請求項５又は６に記載のロータの製造方法。
8. 前記固定工程は、前記切削工程の実行後、かつ、前記嵌合部硬化工程の実行前に実行する請求項５又は６に記載のロータの製造方法。
9. 前記溶質原子は、炭素或いは窒素である請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロータの製造方法。

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