JP4301528B2 - 整流子の製造方法 - Google Patents
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Description
ドイツ特許公報DE4140475C2は、前述のような形式のフラットな整流子をモールド成形素材で製造する方法を開示している。そこでは、実質的に機械加工されていない導電性の原材料、好ましくはロッド状素材が使用され、該原材料から、例えば丸い形の一次ボディーが切断される。押出により、このベースボディーはポット形のブランクに形成され、円形のリング形フラット部分と、それに隣接するチューブ状ジャケットとを有する。カラー状に配置される内側アンカー要素と外側アンカー要素を形成するマルチ工程の過程において、これらのアンカー要素は、後にモールド材を整流子に固定できるように形作られる。モールド材は、ブランクのポット形とされた内部に保持され、絶縁体として使用される。後の工程で、ポット形ブランクのジャケットの自由端に外側に向けて径方向に突出する環状フランジが成形される。これはジャケットの自由端に対向して軸方向に素材を変位せしめることにより行われる。更に行われる工程で、予め形成した環状フランジを打ち抜くことにより、突片状のコネクタ要素が得られる。この打抜き工程において、外側アンカー要素が分離される。予め連続的に形作られた環状フランジを打ち抜くことにより、ブランクのジャケットの自由端には、廃材が生じる。特に、打ち抜きにより残存せしめられるコネクタ要素は、環状フランジの全体に比して小さな小片を構成するので、この工程で比較的大量の素材が廃棄される。
別の問題として、種々の押出処理中や環状フランジの形成に際し、素材硬化が必然的に生じ、形成されたコネクタ要素が当初の原材料よりも可鍛性又は屈曲性を低下する。整流子を完成した後、接続配線がコネクタ要素に巻付けられ、コネクタ要素を筒状ジャケットの外側に折返される。従って、従来の製造方法では、素材脆化の結果、クラックが発生することを避けられない。また、公知の製造方法は多くの個別の素材変形工程から成り、整流子の経済的な製造方法が損なわれる。
米国特許公報US−A−3812576は、その欠点及び困難性が前記ドイツ特許DE4140475C2で克服されるが、電気機械類のための整流子の製造方法を開示しており、ディスク形の導電性原材料から、外側に向けて径方向に突出する連続的な環状フランジを備えた一端開口と、底部とを有する筒状部分が製造される。プレスにより、筒状部分の筒部内側から解放部分が形成され、後に絶縁材を加える際、該絶縁材が環状フランジ又は底部の外面に固着することを防止する。そこで、環状フランジは打ち抜きにより機械加工され、突片状のコネクタ要素を残存し、解放部分と環状フランジの打ち抜き部分は除去される。
多数の個別工程とは別に、突片状のコネクタ要素を打ち抜いたとき、廃材が生じ、個々のフォーミング工程により、引き続き打ち抜きにより得られる突片状のコネクタ要素の個々に素材硬化又は素材脆化を引き起こす。
これに対して、本発明の目的は、前述した問題点を解消し、経済的で省素材による生産が可能であり、特に、コネクタ要素が形成後に可鍛性及び屈曲性を有し、屈曲工程を実施されるまで屈曲可能な状態にある整流子、特に、一般的形式のフラットな整流子の製造方法を提供することにある。
本発明の請求項に記載した整流子、特に、電気機械類のためのフラットな整流子の製造方法が提供される。即ち、実質的に機械加工されていない導電性の原材料から、幾つかのセグメントを備えた整流子が製造される。セグメントは、絶縁材を包囲し、相互を絶縁される。セグメントにはコネクタ要素が設けられ、セグメントから個々に径方向に突出する。製造方法は、原材料が、最初に、仕上げされた輪郭と寸法を有しかつ可鍛性のある仕上げ状態とされたコネクタ要素を製造するために形成されている点に特徴を有する。
現状の整流子製造方法に対して、本発明の請求項に記載した方法においては、原材料から、フォーミングによる素材の変位により個々のコネクタ要素が形成される。ここで、このフォーミング工程におけるコネクタ要素は、仕上げされた輪郭と寸法を有し、後に折曲処理されるまで維持される可鍛性のある仕上げ状態を示すことが重要である。原材料のベースボディーに個々のコネクタ要素を直接に形作ることは、打ち抜き等の後の機械加工工程を不要にする。この方法により形成されたコネクタ要素は、既に仕上げされた輪郭と寸法を有しているからである。そして、本発明の請求項に記載した方法においては、廃材が生じない。連続する環状フランジは形成されず、原材料のベースボディーの外側端縁に径方向に突出する個々の突片状のコネクタ要素が単純に形成されるからである。特に、この方法によれば、コネクタ要素は、可鍛性ないし屈曲性を有する。後に行われる他のフォーミング工程に先立ち、コネクタ要素が形作られており、素材硬化又は素材脆化を起こす変形は最早行われないからである。このように本発明の請求項に記載の方法では、整流子は経済的に生産され、省素材である。
本発明の請求項に記載した特に好ましい製造方法によれば、コネクタ要素は、原材料を加熱した状態で形作られる。これはセミホット工程と呼ばれ、原材料は、加熱後に直接にプレス工程に送られ、コネクタ要素が高温状態のままで形作られる。素材のフォーミングは、熱間鍛造により行われる。好ましくは、コネクタ要素は、セミホット温度範囲又はそれ以上のホット温度範囲で形作られる。
原材料の加熱温度は、概ね150度Cかそれ以上が適当であることが実証された。勿論、これは使用する原材料により異なる。銅及び銅合金の場合、加熱温度は変動的であり、そこでは絶対温度値を決定できない。好ましくは、原材料は、概ね300度Cから概ね700度Cまでの範囲の温度まで加熱される。
可鍛性のある仕上げ状態でかつ仕上げされた輪郭と寸法を有する個々のコネクタ要素を形成する別の製造方法では、コネクタ要素を形成するためのフォーミングの前に原材料を焼鈍し、コネクタ要素を冷間フォーミングにより形成し、焼鈍処理を再度行う。例えば、この方法によれば、シェイピング後のコネクタ要素がシェイピング中に生じる素材硬化及び脆化により可鍛性を低下することが防止される。何れにせよこの製造方法は時間を消費する。焼鈍処理の後の冷却時間を要するからである。
前述のようにして原材料に個々のコネクタ要素を形成した状態から、冷間フォーミングが行われ、実質的に筒状のジャケットと実質的にフラットな底部を備えたポット形のブランクが形成される。整流子のこの部分の領域は、耐摩耗性の故に、素材硬化を有することが望ましい。これは、冷間フォーミング処理によりポット形のブランクを形成するに際し、制御することにより、特に、フラットな底部の領域に得られる。
また、冷間フォーミングにより、絶縁充填物のための内側アンカー要素が形成され、底部の内面で実質的に軸方向に向き、カラー状に配列される。好ましくは、冷間フォーミングにより素材を変位することにより、ジャケットの自由端縁からセグメントに割当てられた凹溝が形成される。これらの凹溝は、ポット形のブランクの底部の内面近傍にまで延びる。好ましくは、凹溝の内側幅寸法は、ジャケットの自由端縁から底部に向けて次第に幅を減じることができ、就中、素材変位により形成される凹溝はV形である。それぞれのV形凹溝の「先端領域(チップエリア)」は、好ましくは短いストレートな部分により形成されている。凹溝の個数は、整流子のセグメントの個数に対応し、それぞれの区分に割当てられている。これらの凹溝は、ポット形ブランクの底部の内面近傍にまで延びるので、底部のフラットな外面から個々のセグメント分離するために引き続き行うカッティング処理は、可及的深さの浅いカッティングが行われ、一方において、装填する絶縁材に深いスリットを設ける必要はなく、他方において、カッティング処理を迅速容易に行うことができる。
底部の内面には、幅狭で径方向に向かう凹部を形成することができる。即ち、凹部は、それぞれの凹溝の「先端領域(チップエリア)」から始まり、底部領域の中心点に向けて延びる。これによりカッティングの深さを更に浅くすることができ、底部のベース素材の肉厚よりも浅いもので足りる。更に、凹部は、カッティングに際してのガイドと、整流子のセグメントを分割し分離するためのソーイング処理のガイドとなる。
本発明の請求項に記載した好ましい整流子の製造方法によれば、冷間フォーミングは、一つの工程で、ポット形のブランクを形成すると共に、カラー状に配置される内側アンカー要素並びに素材変位により形成される凹溝を形成するために行われ、更に選択的には、径方向の凹部を形成するために行われる。これによれば、このような整流子の特に経済的な製造方法が達成される。本発明の請求項に記載した製造方法における冷間フォーミングを行うための機械加工時間は、極めて短いからである。
更に、本発明の請求項に記載の製造方法において、絶縁装填材のために、冷間フォーミングにより、ジャケットから内側に向けて径方向に突出する外側アンカー要素が形成される。
本発明の請求項に記載の整流子の製造に際し、穴明けしていない導電性の原材料を使用する場合は、ポット形ブランクの底部に、電気機械類のローターシャフトのための中心開口が打ち抜かれる。穴明けした原材料を使用する場合、又は大きく分厚い壁を備えた断面チューブ状のロッド素材を使用する場合は、勿論、打ち抜き機械工程は省略できる。
更に、内側アンカー要素は、内側に向けて径方向に僅かに曲げられ、後に加えられる絶縁材と絶縁充填材の固着作用を良好とする。
本発明の請求項に記載した製造方法の好ましい実施例によれば、内向き径方向に尖鋭となる外側アンカー要素を形成することと、ポット形ブランクの底部に中心開口を打ち抜くことと、内側アンカー要素を外側に向けて径方向に曲げることは、一つの工程で行われる。これにより、このような整流子の1個を製造するための時間が顕著に短縮される。本発明の請求項に記載した製造方法の全体からすれば、原材料から完成した整流子を得るまでには、絶縁材の装填と事後の処理又は事後の機械加工を除けば、例えば、実質的に三つのフォーミング工程だけが必要だからである。
絶縁材を装填したり、ベースボディーを亜鉛メッキしたり、セグメント区分に沿ってスリットを入れることによりセグメントを分離したり、コネクタ要素にリード線を取付け折曲したりするような他の機械加工及び処理の全ては、従来方法により行うことができる。本発明の請求項に記載した製造方法によれば、コネクタ要素を折曲することは、極めて簡単とされ、素材脆化によるクラックの発生が防止されている。フォーミング工程に際して素材硬化が生じておらず、コネクタ要素は、可鍛性の状態にあるからである。更に、フォーミング工程により結晶方位が乱されないので、特に自動車等に生じる高い動的応力に耐えることができる。
本発明の請求項に記載した製造方法は、種々のデザインや形式の整流子の製造に適しており、本発明はフラットな整流子の製造に限定されない。然しながら、これらの全ての形式の整流子の製造に際して最も重要なことは、廃材を出さないでコネクタ要素を形作る一方において、素材変位による製造過程の最初から、コネクタ要素が可鍛性を有する仕上げ状態でかつ仕上げされた輪郭と寸法を備えたものとして形作られる点にある。この素材変位は、原材料を考慮して、外側向きにコネクタ要素を形成するベースボディーに施される。本発明の請求項に記載の精神によれば、原材料から直接に、素材変位により、可鍛性を有する仕上げ状態でかつ仕上げされた輪郭と寸法を備えたコネクタ要素がシェイピングされるものであるが、本発明の請求項に記載の精神から逸脱しない範囲で、整流子のデザインの如何により、絶縁材装填のためのアンカー要素を適宜変更された方法により形作ることが可能なことは勿論である。
以下、添付図面を参照しながら一つの好ましい実施例を用いて本発明を説明するが、本発明がこれに限定されるものではない。
図1は、一つの原材料、即ちベースボディーの斜視図を示している。
図2は、フォーミング及び素材変位により得た個々のコネクタ要素を備えた状態の斜視図を示している。
図3は、内側アンカー要素を備えたポット形のブランクを図示した斜視図を示している。
図4は、中心開口と外側アンカー要素を形成したポット形のブランクの斜視図を示している。
本発明の請求項に記載した製造方法は、フラットな整流子用のベースボディーの製造に関連して、1例だけを説明するが、勿論、同一又は類似の方法により、他のデザインの整流子を製造することも可能である。
図1は、実質的に加工されていない原材料1の1例を示している。この原材料1は、例えば、丸いロッド素材を剪断して形成したフラットで分厚いディスクとして示される。或いは、これと異なる原材料を選択することも可能であり、例えば、図1に破線で示すような中心部に予め開口14’を加工形成した環状のディスクを一次素材として使用しても良い。また、原材料1のベースボディーは、板材を打ち抜くことにより得ることができ、その場合、中心孔を設けても設けなくても良い。一次素材として厚い壁を有するチューブ状のロッド素材を用いる場合は、ディスクは、原材料1として、丸い形で得られる。これらの一次素材は全て、本発明の請求項に記載した方法における原材料1として使用することができ、ディスク形の中実素材は、以下の説明のための例として例示されている。選択可能な中実素材ディスクから丸い素材を得るためには、予め機械加工工程(図示せず)において中心開口が打ち抜かれる。
図1に示すような原材料1から、最初に、フォーミングにより個々のコネクタ要素2が形作られる。例えば、図2に示すような突片状(ラグ状)に形成される。これらのコネクタ要素2は、個々のコネクタ要素2として図1に示すように、原材料1の周縁上で放射方向に突出し、図2に示すように、仕上げされた輪郭と形状を有するように形作られる。これらのコネクタ要素2は、打ち伸ばし可能な可鍛性を有する仕上げ状態にある。就中、好ましい製造方法によれば、原材料1は、フォーミングにより顕著な素材硬化が生じることを防止できるように、素材の性質に応じて、コネクタ要素2をフォーミングする前に加熱される。この加熱状態において、コネクタ要素2が仕上げされた最終の状態に形作られる。このシェイピングは、例えば、セミホットプレスと称される。勿論、通常の状態でシェイピングを行うことも可能である。コネクタ要素2が形成されたとき、原材料1の素材は、好ましくは加熱状態のままで、外側に向けて変位され、この目的のために対応して使用されるフォーミング工具は、コネクタ要素2の仕上げされる輪郭と寸法を規制し制限する空間を設けている。
この目的のために必要な温度は、原材料1のために使用される導電性素材の物性、特に例えば銅合金の物性により異なるので、好ましい範囲だけを示すことができる。即ち、概ね150度Cの温度まで加熱することが適切であると判明した。勿論、これ以上の温度とすることができる。概ね300度Cないし概ね700度Cの温度範囲が好ましいと判明した。
セミホットプレスに代えて、コネクタ要素2を冷間シェイピングすることも可能である。即ち、例えば、原材料1を焼鈍し、冷却した後、図2に示すような仕上げ輪郭と寸法を有するコネクタ要素2を形作ることができる。コネクタ要素2に所望の可鍛性を具備せしめるため、コネクタ要素2の個々を再度焼鈍するか、又は図2に示すようなベースボディーの全体を再度焼鈍される。
図3は、図2に示したようなボディーから冷間フォーミング工程により得た整流子ブランク3を示している。このブランク3は、ポット形に形成され、実質的に筒状のジャケット4と、実質的にフラットな底部5とを有する。ポット形のブランク3のシェイピングと同時に、ポット形ブランク3の底部5の内面7にカラー状に配列された内側アンカー要素6が形成される。図示のように、これらの内側アンカー要素6は、ブランク3に対して実質的に軸方向に向き、間隔を有して底部5の内面7からジグザグ状に突出する。
前述のように、フォーミング工程は、図2のボディーから、図3に示すポット形ブランク3を形成するために実施される。好ましくは、一つのフォーミング工程を構成する。勿論、フォーミング工程は、順に個別に行われる複数の工程により実施しても良い。
図2から図3への工程を行うフォーミング処理と同時に、素材変位により多数の凹溝9を形成することができる。凹溝9の個数は、セグメントの個数に対応しており、図示実施例では8個の凹溝9が示されている。図示した好ましい実施例によれば、各凹溝9は、筒状ジャケット4の自由端縁からポット形ブランク3の底部5の近傍に延びる。好ましくは、各凹溝9の内側の幅寸法は、自由端縁10から底部5に至り次第に減少する。従って、凹溝9は、V形に形成され、その先端の領域で好ましくはストレートなセグメントを有する。各V形凹溝9の先端区域から、幅の狭い、ブリッジ形で、径方向に向かう凹部16が形成され、セグメントを設け、底部5の内面で該底部5の中心点に向けて延びる。これらの凹溝9や、選択的に形成可能な凹部16の利点は、後述する。更に、凹溝9と、選択的に形成可能な狭い径方向に延びる凹部16のシェイピングは、他のフォーミング工程の全てと共に一つのサイクルで行うことができ、これにより、図2に示すボディーから、図3に示すようなポット形に形成された整流子用のブランク3が、一つの工程サイクルで得られる。
その後、次の工程において、別のフォーミング工程が図4に示すベースボディー12に実施される。該ボディー12は、整流子の製造における導電性素材の中間製品である。ベースボディー12は、冷間フォーミングにより得られた外側アンカー要素13を有し、それはジャケット4の自由端縁10の近傍で内方に向けて径方向にジグザグ状に尖出する。図1に示したような原材料1による中実素材ディスクを使用するときは、同時に、ポット形ブランク3の底部5における中心開口14が打ち抜かれる。この中心開口14は、底部5において、内側アンカー要素6のカラー状配列の径方向内側に位置せしめられる。この処理工程において、好ましくは、内側アンカー要素6は、そのアンカー効果を向上するため、径方向外側に僅かに曲げられる。
本発明の請求項に記載した例では、図3に示すボディーから、一つの作業工程サイクルで、ベースボディー12が形成され、整流子の製造における中間製品として形作られるが、勿論、その処理工程は、順に個別に行われる複数の工程により実施しても良い。中心開口14’を有する原材料(図示せず)を使用するときは、勿論、図4について説明した打ち抜き工程は省略できる。図4に示す中心開口14は既に現れており、詳細を省略した電気機械のローターシャフトを保持することが意図されている。
素材フォーミングにより得られた導電素材から成る図4のようなベースボディー12から、ポット形ブランク3の内部に絶縁材を加えプレスすることにより、整流子を完全に完成することができる。即ち、絶縁材は、ベースボディー12の内側アンカー要素6と外側アンカー要素13により信頼性の高い状態で固定される。必要であれば、亜鉛メッキが施される。底部5のフラットな連続する外面15から整流子のセグメントを分離分割するためには、カッティングが行われる。単に、概ね底部5の素材肉厚でのカッティング深さだけが必要である。蓋し、セグメントを分離するために、既に凹溝9が筒状ジャケット4のセグメントラインに形成されているからである。これは、後に行うカッティングを極めて簡単化する。更に、幅狭の径方向に延びる凹部16が形成されているときは、カッティング深さが更に軽減され、底部5の素材肉厚よりも浅いカッティング深さで良い。加えて、セグメント分離のためのカッティング処理に際してのガイドとなる。
詳細は省略するが、このような整流子には、突片状のコネクタ要素2に電気配線が設けられ、例えば、一つ又はそれ以上のコネクタ要素に順に巻付けられる。そして、コネクタ要素2は、筒状ジャケット4の外面に向けて折返される。この折曲工程は、簡単に行い、クラックを生じることなく行うことができる。本発明の請求項に記載の製造方法によれば、コネクタ要素2は、結晶方位が乱れることなく、可鍛性又は屈曲性のある状態とされているからである。これにより完成された整流子は、その後、例えば、電気機械に組込まれる。
このような絶縁材の装填や、セグメントのスリット分割や、リード線の取付けや、コネクタ要素2の折曲のような付加的処理工程は、この分野において従来から行われていることであるから、詳述しない。それにも増して、これらの事項は、本発明の請求項に記載した製造方法の主題ではない。
整流子、特に、フラットな整流子の中間製品として用いられるベースボディー12の製造について上述したが、請求項に記載した本発明として特に重要な工程は、本発明の次の工程を条件とする限り、上記と異なる形態の整流子にも実施することができる。即ち、本発明によれば、最初に、素材変位により原材料1からコネクタ要素2が形作られ、そのシェイピングの後にコネクタ要素が仕上げされた輪郭と寸法を有し、特に、可鍛性のある仕上げ状態を示す。他の全ての処理は、製造すべき整流子の所望の形態及び寸法に応じ、調整した方法で選択することができる。更に、絶縁材を装填されるベースボディー12を導電性の原材料から専らフォーミング処理により製造することが重要であり、これらの全てのフォーミング処理が可及的に少ない工程数で行われることが重要であり、コネクタ要素2とは別に、冷間フォーミング中に生じる素材硬化が制御された方法でベースボディー12の強度を増すために使用されることが重要である。フラットな整流子においては、特に底部5の外面15は、耐摩耗性を有しなければならない。例えば電気機械のブラシがそこに摺擦されるからである。
就中、本発明の請求項に記載した方法において、コネクタ要素2は、省素材となるように形作られる。ポット形ブランク3の筒状ジャケット4の自由端縁10に環状フランジを形成することは必要でなく、コネクタ要素2を仕上げ状態の輪郭及び寸法に直接に形作るからである。コネクタ要素2の製造に際して廃材を生じない結果、整流子の製造のために使用されるベース素材のコストが軽減され、この素材少量化により、本発明の請求項に記載した製造方法の経済的効果が向上する。
符号の説明
1 原材料
2 コネクタ要素
3 図3に示すブランク
4 ジャケット
5 フラットな底部
6 内側アンカー要素
7 底部の内面
9 凹溝
10 ジャケットの自由端縁
12 図4に示すベースボディー
13 外側アンカー要素
14 中心開口
14’ 図1に示す予め加工開設された中心開口
15 底部5の外面
16 幅狭の凹部
Claims (11)
- 実質的に機械加工されていない導電性の原材料から、絶縁材を囲み相互に絶縁する数個のセグメントを形成し、セグメントから個々に径方向に突出するコネクタ要素(2)を備えた電気機械類用の整流子を製造する方法において、全ての工程のうち最初の工程で、中心開口を有し又は中心開口を有しないディスク形とされた原材料(1)の周囲に、素材の廃材を生じないように該原材料を直接に素材変位することにより、連続する環状フランジを形成することなく、相互に間隔をあけて外側に向けて突出する個々の突片状のコネクタ要素(2)を形作り、その後、前記個々のコネクタ要素(2)を径方向に突出させた状態のままで、前記ディスク形の原材料(1)をフォーミングすることにより、実質的に筒状のジャケット(4)と実質的にフラットな底部(5)を備えたポット形のブランク(3)を形作ると共に、ジャケット(4)の自由端(10)から凹溝(9)を形成することにより前記個々のコネクタ要素(2)を径方向に突出させた状態のまま数個のセグメントを形成し、これによりジャケット(4)の自由端(10)外周に前記最初の工程で形成されたときの可鍛性と屈曲性を維持した状態で個々のコネクタ要素(2)を突出させた整流子を製造することを特徴とする整流子の製造方法。
- コネクタ要素(2)を形成するフォーミングの前に、材質に応じて原材料(1)を加熱し、フォーミングによる顕著な素材硬化を防止することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 原材料(1)を加熱した状態でコネクタ要素(2)を形作ることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 絶縁装填物を固定する内側アンカー要素(6)であって、底部(5)の内面(7)で実質的に軸方向に向きかつカラー状に配列された内側アンカー要素(6)を、冷間フォーミングにより形作ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 凹溝(9)がポット形ブランク(3)の底部(5)の内面(7)の近傍に延びることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 各凹溝(9)の内側幅寸法が、ジャケット(4)の自由端縁(10)から底部(5)の方向に次第に幅狭となることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の方法。
- 冷間フォーミングが一つの工程サイクルで行われることを特徴とする請求項4ないし6の何れかに記載の方法。
- ジャケット(4)の内側に向けて径方向に突出する外側アンカー要素(13)が、絶縁装填物のために、冷間フォーミングにより形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の方法。
- 電気機械類のローターシャフト用の中心開口(14)がポット形ブランク(3)の底部(5)に打ち抜き形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の方法。
- 内側アンカー要素(6)が外側に向かう径方向に僅かに曲げられることを特徴とする請求項2ないし請求項4の何れかに記載の方法。
- 外側アンカー要素(13)を形成する処理工程と、中心開口(14)を打ち抜き形成する処理工程と、内側アンカー要素(6)を曲げる処理工程が、一つの工程で行われることを特徴とする請求項10に記載の方法。
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