JP4455496B2 - アーマチャシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アーマチャシャフトの製造方法に関する。

アーマチャシャフトにウォームが形成されたウォーム付きアーマチャシャフトは、例えば、特開平１１−１４６６０３号公報にて開示されているモータに用いられている。アーマチャシャフトは、中央部から基端部側において巻線が巻回されるコア及び整流子が並んで固着されており、このコア及び整流子を挟んだ両端部分は、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。これに対し、アーマチャシャフトの先端部は、コア及び整流子の固着部分や軸受部分よりも小径となっており、その小径部分にモータ出力軸を駆動するウォームホイールと噛合するためのウォームが形成されている。尚、モータ組み立て時にアーマチャシャフト先端から軸受の内側を挿通する必要があり、この挿通時にウォームが軸受に接触しないようにするために、この軸受にて支持される軸受部分よりウォームの外径が小さくなるように構成されている。

ところで、このようなウォーム付きアーマチャシャフトは、従来、円柱状のシャフト用素材を加工して製造されている。具体的には、先ず、シャフト用素材においてウォームを形成する先端部分に対して外周面を切削し小径部分を形成すべく切削加工が施される。次いで、軸受部分の外周面を高精度に形成すべくその小径部分より基端側部分全体に対して研削加工が施される。そして、切削加工が施された小径部分に対して転造ダイスを回転させながら径方向に移動させることでウォームが形成される。このようにして、ウォーム付きアーマチャシャフトが製造されている。

しかしながら、切削による加工部分の表面は周知なように粗い面となるため、切削加工により形成される小径部分の外周面は粗面となってしまう。そのため、このような小径部分に対してウォームを形成すると、ウォームを形成する小径部分の外周面が粗面となっていることから、ウォームの精度が小径部分の外周面の状態に影響を受け、ウォームの精度が低くなるという問題がある。ウォームの精度が低いと、ウォームホイールとの噛み合いが悪くなり、その噛み合い部分から騒音が発生したり、伝達効率が低くなるという問題が生じる。そこで、切削加工後に小径部分の外周面を研削してその外周面を均一面とし、ウォームの精度を高くすることが考えられるが、アーマチャシャフトの製造工程が増加するため得策ではない。

また、アーマチャシャフトの軸端に凹設したボール受け溝（収容凹部）内にスチールボールを収容可能にするとともに、スチールボールをモータのヨークの端面に設置したプレートに接触させ、アーマチャシャフトに加わるスラスト力をスチールボールとプレートとで受けるアーマチャシャフトが知られている（例えば、特公平７−３３８４７号公報参照）。このスチールボールが収容される溝は、従来、切削加工、即ちアーマチャシャフトの軸端に切削刃具を当てて該シャフトを回転させながら切削刃具を該シャフトの軸線方向に移動させることにより形成している。

ところで、アーマチャシャフトを製造する途中で該シャフトに冷間鍛造加工（冷鍛加工）を施す工程が含まれる場合、その冷鍛加工を施した後に、前記切削加工にてスチールボールを収容するための溝がアーマチャシャフトの軸端に形成されることになる。

従って、冷鍛加工による組織流動によってアーマチャシャフトが加工硬化されるので、硬度の増したアーマチャシャフトの端面に切削加工を施してスチールボールを収容する溝を形成するには、切削刃具が高価なものとなり、その切削刃具の寿命も短くなるという問題が生じる。

また、アーマチャシャフトとスチールボールとは溝内で相対回転するため、溝内面にて接触しながら回転する。しかしながら、この溝が切削加工により形成されているために、切削刃具の削り痕によって溝内面の面粗さが比較的大きく、大きなスラスト力を受けて回転する場合等、アーマチャシャフト及びスチールボールが暴れることによる異音の発生や、溝内面及びスチールボールの偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合が生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、第１の目的は、工程を増加させることなく、ウォームの精度を高くす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。

第２の目的は、端面にスラスト受けボールを収容するための収容凹部を有するアーマチャシャフトの製造方法であって、収容凹部を容易に形成でき、しかも該収容凹部の面粗さを向上して該収容凹部における種々の不具合の発生を低減することができるアーマチャシャフトの製造方法を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、本発明によるアーマチャシャフトの製造方法は、円柱状のシャフト用素材に対して、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シャフト本体の先端側に連続して小径部分を形成するとともに、該小径部分にウォームを形成するものであって、
前記小径部分を形成する小径部分形成型部と前記シャフト本体に対応する部分を支持するシャフト本体支持型部とを備えた鍛造型を用いた冷間鍛造加工により、前記シャフト用素材に前記小径部分を形成する鍛造加工工程と、
前記鍛造加工工程後、転造ダイスにより前記小径部分にウォームを形成するウォーム形成工程と、を備え、
前記小径部分形成型部を構成する第１型部と、前記シャフト本体支持型部を構成する第２型部との間で生じる段差部またはその近傍に、型割面を位置させ、
前記シャフト本体支持型部は、シャフト軸方向において２以上の複数に分割可能に構成され、
さらに、前記小径部分の先端部には先端軸受部分が形成され、前記シャフト本体の基端端面には凹部が形成され
前記鍛造加工工程において、前記シャフト用素材に対して前記小径部分と同時に前記先端軸受部分、及び凹部を冷間鍛造により形成することを特徴とする。

上述した製造方法によれば、小径部分を冷鍛加工により形成しているので、小径部分を切削加工により形成する場合と比べて、小径部分の外周面の面粗さが向上し、その外周面を均一面にできる。ウォームの精度はその小径部分の外周面の状態に影響を受ける。外周面が均一面となることで、ウォームの精度が高くなる。特に、ウォームは精度が低いとウォームホイールとの噛み合いが悪くなって、作動時に常に噛み合い部分から騒音が発生したり、伝達効率が低くなるという不具合が生じる。これに対して、本発明による製造方法によれば、ウォームを高精度に形成することができるので、そのような不具合の発生を防止できる。

また、鍛造型は、シャフト用素材に小径部分を形成する小径部分形成型部と、シャフト用素材のシャフト本体に対応する部分を支持するシャフト本体支持型部とを備える。鍛造型において小径部分形成型部に大きな荷重がかかるので、該型部の摩耗がシャフト本体支持型部と比べて大きい。そのため、これら型部を別々とすることで、小径部分形成型部のみを交換することが可能となり、その小径部分形成型部と同時に交換する必要のないシャフト本体支持型部をそのまま継続して使用できるので、鍛造型にかかるコストを低減でき、製造コストを低減できる。

上述した製造方法において、小径部分形成型部を構成する第１型部と、シャフト本体支持型部を構成する第２型部との間で生じる段差部またはその近傍に、型割面を位置させている。

冷鍛加工を行なう際、鍛造型の小径部分形成型部及びシャフト本体支持型部の加工面（支持面）には、シャフト用素材を保護するための潤滑油が塗布される。ここで、小径部分形成型部を構成する第１型部とシャフト本体支持型部を構成する第２型部との間には、段差が生じる形状となり、この段差に潤滑油が溜まり易くなる。しかしながら、上述したように、その段差部またはその近傍に第１型部と第２型部との型割面を位置させることにより、その段差に溜まった潤滑油を型割面の隙間を介して外部に容易に排出することが可能となる。従って、この段差に潤滑油が溜まることでシャフト用素材の加工に悪影響が生じることを未然に防止できる。

上述した製造方法において、小径部分の先端部に、先端軸受部分が形成され、この先端軸受け部は、鍛造加工工程において、シャフト用素材に対して小径部分と同時に形成される。これにより、先端軸受部分を形成する工程を特別に設ける必要がなくなる。

さらに、上述した製造方法において、シャフト本体の基端端面に、凹部が形成され、この凹部は、鍛造加工工程において、シャフト用素材に対して小径部分と同時に形成される。これにより、シャフト本体の基端端面に凹部を形成する工程を特別に設ける必要がなくなる。

上述した製造方法において、シャフト本体支持型部は、シャフト軸方向において２以上の複数に分割可能に構成される。ウォーム付きアーマチャシャフトのシャフト本体の長さが異なるタイプのものを製造する場合であっても、シャフト本体支持型部の一部の型部のみをシャフト本体の長さに応じて交換するだけで容易に対応できる。

また、上述した製造方法において、ウォーム形成工程を実施する前に、砥石をシャフト本体の外周面に摺接させ、シャフト本体の外周面全体の研削加工を行なう研削加工工程を実施することが好ましい。

小径部分にウォームを形成する際の加工基準をシャフト本体の外周面とする場合、ウォーム形成の前工程において加工基準となるシャフト本体の外周面の研削加工を行なうことにより、ウォームの精度がより高いものとなる。さらに、シャフト本体の外周面全体の研削加工を行なうことにより、シャフト本体の外周面に付着した潤滑油の除去も同時に行なうことができる。

さらに、上述した第２の目的を達成するために、
前記凹部は、スラスト受けボールを収容するための収容凹部であり、
鍛造加工工程において、鍛造型内のシャフト成形凹部内にシャフト用素材を配置し、冷間鍛造加工にて前記シャフト用素材を成形するとともに、収容凹部に対応した形状をなす成形凸部を有するスライド型をシャフト成形凹部の軸線方向に沿ってシャフト成形凹部内に押し込んで、シャフト用素材の端面に収容凹部を形成することが好ましい。

上述した製造方法によれば、収容凹部は冷鍛加工により形成されるため、収容凹部の内側面（内周面及び底面）は、切削加工のように切削刃具により生じていた削り痕が生じない。この結果、収容凹部の内側面は、面粗さが極めて小さい均一面となり、切削加工を行った場合と比べて面粗さが著しく向上しかつ安定する。そのため、アーマチャシャフトが大きなスラスト力を受けて回転する場合等であっても、該シャフト及びスラスト受けボールが暴れることによる異音の発生や、収容凹部及び該ボールの偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合の発生が抑制される。また、冷鍛加工により形成される収容凹部の内側面は加工硬化によって硬度が増すため、スラスト受けボールの回転による摩耗寿命が長くなる。さらに、冷鍛加工により収容凹部を形成することで、収容凹部を形成するための切削加工工程が不要となるので、収容凹部を容易に形成できる。しかも、その工程に用いる切削加工装置等を省略できるので、アーマチャシャフトの製造コストが低減される。また、このように冷鍛加工により収容凹部を形成すれば、切削加工では生じていた削りカス等の廃材が出なくなるので、該収容凹部内に削りカスが残存する虞がなくなる。これによっても、上述した異音の発生や偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合の発生が抑制される。

上述した製造方法において、スライド型の成形凸部は、その軸方向長さがスラスト受けボールの直径寸法よりも小さいことが好ましい。この場合、成形凸部にて形成される収容凹部の軸方向長さが、スラスト受けボールの直径寸法よりも小さくなる。つまり、スラスト受けボールを収容凹部に収容した際に、該ボールの一部が突出する状態となる。これにより、アーマチャシャフトのスラスト力を確実にスラスト受けボールで受けることができる。

上述した製造方法において、スライド型は、成形凸部の中心軸線がシャフト成形凹部の中心軸線と一致するように配置されて、シャフト成形凹部内に押し込まれることが好ましい。これにより、アーマチャシャフトの中心軸線上にスラスト受けボールの接触点が位置するように該ボールを配置できる収容凹部を容易に形成できる。

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は、本実施形態のモータ１を示す。本実施形態のモータ１は、車両用ワイパ装置の駆動源として用いられるモータであって、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構付きモータである。

モータ本体２は、直流モータよりなり、有底円筒状のヨークハウジング４を有している。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の内側にはアーマチャ（電機子）６が回転可能に収容されている。アーマチャ６は、アーマチャシャフト７、コア８、巻線９及び整流子１０を備えている。

アーマチャシャフト７は、図２に示すように、基端部から先端部寄りの所定部分までがシャフト本体１１であり、該シャフト本体１１より先端部側が該シャフト本体１１よりも小径となる小径部分１２であって、該小径部分１２にはウォーム１３が形成されている。

シャフト本体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。又、シャフト本体１１の基端部は、基端軸受部分１１ｃとなっている。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る滑り軸受１４にてラジアル方向に支持される部分である。又、シャフト本体１１（基端軸受部分１１ｃ）の端面には、アーマチャシャフト７のスラスト力を受けるスラスト受けボールとしてのスチールボール１５を収容するための断面円形状の収容凹部１１ｄが形成されている。収容凹部１１ｄは、図２に示すように、その中心軸線Ｌ２がアーマチャシャフト７の中心軸線Ｌ１と一致するように設けられている。又、収容凹部１１ｄは、内径Ｄ２がスチールボール１５の直径Ｄ１よりも僅かに大きく、軸方向長さＤ３がスチールボール１５の直径Ｄ１よりも小さく（但し、Ｄ１／２よりも大きく）なるように設定されている。つまり、収容凹部１１ｄ内にスチールボール１５を収容して該収容凹部１１ｄの底面１１ｆに当接させた状態においては、該収容凹部１１ｄの内周面１１ｇと該スチールボール１５との間に僅かな隙間が生じるとともに、該スチールボール１５の一部が該収容凹部１１ｄから突出することになる。因みに、後述するが、アーマチャシャフト７は、ウォーム１３が形成される前段階で冷間鍛造加工（冷鍛加工）が施され、この収容凹部１１ｄもその冷鍛加工にて形成される。従って、収容凹部１１ｄの内側面、即ち底面１１ｆ及び内周面１１ｇは、鍛造加工面となっている。

シャフト本体１１の先端部、即ちアーマチャシャフト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、減速部３のギヤハウジング２１に固着される滑り軸受２２にてラジアル方向において支持される部分である。この中央軸受部分１１ｅより先端側は、シャフト本体１１よりも直径が小さい小径部分１２となっている。この小径部分１２には、ウォーム１３が形成されている。尚、このウォーム１３の外径は、中央軸受部分１１ｅ（シャフト本体１１）の直径より若干小さくなるように形成されている。小径部分１２の先端部は、更に小径に形成されており、ギヤハウジング２１に形成される挿入孔２１ｃに挿入されて該挿入孔２１ｃにてラジアル方向において支持される先端軸受部分１２ａとなっている。又、挿入孔２１ｃ内における先端軸受部分１２ａの先端面側に形成される空間には樹脂材２７が注入されて固化され、その固化された樹脂材２７とアーマチャシャフト７の先端面（先端軸受部分１２ａの先端面）と僅かな隙間を有して該シャフト７のスラスト受けが行われている。

そして、このようなアーマチャシャフト７のコア固着部分１１ａにコア８が固着され、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が巻装されてアーマチャ６が構成されている。又、アーマチャシャフト７基端部の収容凹部１１ｄ内には、シャフト７のスラスト力を受けるスチールボール１５が収容される。このようなアーマチャ６は、アーマチャシャフト７の基端軸受部分１１ｃをヨークハウジング４底部の滑り軸受１４内に挿入し、スチールボール１５が該底部に装着されるスラスト受けプレート１６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、このアーマチャ６を収容したヨークハウジング４（モータ本体２）は、ギヤハウジング２１（減速部３）に対して組み付けられる。尚、このように組み付けられた状態では、アーマチャシャフト７とスラスト受けプレート１６とのスチールボール１５の接触点がともに該シャフト７の中心軸線Ｌ１上に配置され、アーマチャシャフト７のスラスト力が一直線で受け止められる構造となっている。

減速部３は、ギヤハウジング２１を有している。ギヤハウジング２１は、モータ本体２から延びるアーマチャシャフト７の先端側を収容するシャフト収容部２１ａとウォームホイール２３を収容するホイール収容部２１ｂとを備えた所定形状をなしている。

シャフト収容部２１ａの基端部には、アーマチャシャフト７の中央軸受部分１１ｅをラジアル方向において支持する滑り軸受２２が固着されている。シャフト収容部２１ａの先端部には、アーマチャシャフト７（小径部分１２）の先端軸受部分１２ａが挿入され該部分１２ａをラジアル方向において支持するための挿入孔２１ｃが形成されている。尚、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、アーマチャシャフト７の先端側（ウォーム１３及び先端軸受部分１２ａ）が滑り軸受２２内に挿入されてシャフト収容部２１ａ内に収容される。このとき、ウォーム１３の外径は中央軸受部分１１ｅの外径、即ち滑り軸受２２の内径より若干小さく形成されているので、該ウォーム１３が滑り軸受２２内周面に接触しないようになっている。

ホイール収容部２１ｂには、アーマチャシャフト７のウォーム１３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る。ウォームホイール２３には、出力軸２４が一体回転するように設けられている。

又、ギヤハウジング２１におけるモータ本体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には、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を介してアーマチャ６（巻線９）に供給するようになっている。これにより、アーマチャ６が回転し、アーマチャシャフト７が回転することにより、ウォーム１３及びウォームホイール２３を介して出力軸２４が回転され、該出力軸２４の回転に基づいてワイパ装置が作動するようになっている。

次に、本実施形態で用いるウォーム付きのアーマチャシャフト７の製造手順について説明する。

アーマチャシャフト７は、図３に示すような円柱状のシャフト用素材３０を加工して製造されている。シャフト用素材３０、先ず、図４に示すような鍛造型３１を用い、先端側に小径部分１２（先端軸受部分１２ａを含む）を形成し、基端端面に収容凹部１１ｄを形成すべく冷間鍛造加工（冷鍛加工）が施される（鍛造加工工程）。

鍛造型３１は、２分割して互いに接離されシャフト用素材３０が配置される一対の本体型３１ａ（図４においては、一方の本体型３１ａのみ図示）と、該本体型３１ａ内に押し込まれるスライド型３５を備えている。本体型３１ａは、シャフト用素材３０の軸線方向（スライド型３５の押し込み方向）においてそれぞれ第１〜第３型部３２〜３４の３つに分割可能に構成され、これら第１〜第３型部３２〜３４に跨ってアーマチャシャフト７を成形するためのシャフト成形凹部３１ｂを有している。第１型部３２は、小径部分形成型部であり、シャフト用素材３０の先端部分を鍛錬して小径部分１２（先端軸受部分１２ａを含む）を形成するための小径部分加工凹部３２ａを備えている。第２型部３３及び第３型部３４は、シャフト本体支持型部であり、第１型部３２がシャフト用素材３０に小径部分１２を形成するにあたりシャフト本体１１を支持するためのシャフト本体支持凹部３３ａ，３４ａをそれぞれ備えている。これら小径部分加工凹部３２ａ及びシャフト本体支持凹部３３ａ，３４ａにてシャフト成形凹部３１ｂが構成されている。

そして、このような構成の本体型３１ａによってシャフト用素材３０の先端部に小径部分１２が形成される。この場合、冷鍛による加工部分の表面は周知なように均一面となるため、冷鍛加工により形成される小径部分１２の外周面は均一面となる。つまり、冷鍛加工を行なった小径部分１２は切削加工を行なった場合と比べて、その外周面の面粗さが向上する。

一方、スライド型３５は、本体型３１ａ内、即ちシャフト本体支持凹部３４ａ内でスライド移動可能に設けられている。このスライド型３５には、シャフト本体支持凹部３４ａの内径と略同径（僅かに小さい径）の円柱状の本体部３５ａと、該本体部３５ａの先端中央部に収容凹部１１ｄに対応する円柱状に突出する成形凸部３５ｂが形成されている。成形凸部３５ｂは、その外径が収容凹部１１ｄの内径Ｄ２であり、軸方向長さが該収容凹部１１ｄの軸方向長さＤ３である。つまり、成形凸部３５ｂの外径（Ｄ２）は、スチールボール１５の直径Ｄ１よりも僅かに大きく、成形凸部３５ｂの軸方向長さ（Ｄ３）は、スチールボール１５の直径Ｄ１よりも小さい（但し、Ｄ１／２よりも大きい）。又、収容凹部１１ｄの中心軸線Ｌ２がアーマチャシャフト７の中心軸線Ｌ１と一致するように該収容凹部１１ｄを形成すべく、スライド型３５（成形凸部３５ｂ）は、その中心軸線Ｌ４が本体型３１ａ内（シャフト本体支持凹部３４ａ等）の中心軸線Ｌ３と一致するように設けられ、該軸線Ｌ３に沿ってシャフト本体凹部３４ａ内に押し込まれる。そして、本体型３１ａにてシャフト用素材３０の先端部分に小径部分１２（先端軸受部分１２ａを含む）を形成するのと同時に、スライド型３５にてシャフト用素材３０の基端端面に収容凹部１１ｄが形成される。

尚、冷鍛加工を行なう際、本体型３１ａの小径部分加工凹部３２ａ及びシャフト本体支持凹部３３ａ，３４ａには、シャフト用素材３０を保護するための潤滑油が塗布されている。ここで、小径部分加工凹部３２ａを有する第１型部３２とシャフト本体支持凹部３３ａを有する第２型部３３との間には、段差Ａが生じる形状となっている。つまり、この段差Ａに潤滑油が溜まり易くなっている。本実施形態の本体型３１ａでは、段差Ａ部分に第１型部３２と第２型部３３との型割面Ｐが位置するように構成されているので、その段差Ａに溜まった潤滑油が型割面Ｐの隙間を介して外部に容易に排出することが可能になっている。従って、この段差Ａに潤滑油が溜まることでシャフト用素材３０の加工に悪影響が生じないようになっている。

次いで、図５に示すように、シャフト本体１１の基端軸受部分１１ｃ及び中央軸受部分１１ｅの外周面を高精度に形成すべく、砥石３６をシャフト本体１１の外周面全体に対して摺接させ、該シャフト本体１１の外周面全体の研削加工が施される。つまり、この研削加工により、基端軸受部分１１ｃ及び中央軸受部分１１ｅの外周面における面粗さ及び真円度の向上が図られている。

次いで、図６に示すように、転造ダイス３７の間に冷鍛加工が施された小径部分１２を挟み込み、転造ダイス３７を回転又は移動させることでウォーム１３が形成される（ウォーム形成工程）。この場合、小径部分１２を冷鍛加工により形成しているため、該小径部分１２を切削により形成する従来と比べて、その小径部分１２の外周面は均一面となる。従って、図７に示すように、小径部分１２を冷鍛加工した本実施形態のウォーム１３外径のバラツキ範囲Ｘ１は、小径部分を切削加工した従来の場合のウォーム外径のバラツキ範囲Ｘ２と比べて十分に小さく、即ち本実施形態ではウォーム１３の精度が高くなる。

又、本実施形態では、ウォーム１３を形成（転造）する際の加工基準がシャフト本体１１の外周面としているので、ウォーム転造の前工程において加工基準となるシャフト本体１１の外周面の研削加工を行なうことにより、ウォーム１３の精度がより高いものとなる。このように本実施形態では、ウォーム付きアーマチャシャフト７が製造されている。

このようにして製造されるアーマチャシャフト７において、収容凹部１１ｄの内周面１１ｇ及び底面１１ｆも小径部分１２の外周面と同様に、冷鍛加工により形成される。このため、切削加工のように切削刃具により生じていた削り痕がこの冷鍛加工では生じないため、面粗さが極めて小さい均一面となり、切削加工を行った場合と比べて面粗さが著しく向上しかつ安定する。因みに、図８は、冷鍛加工及び切削加工のいずれかにより収容凹部１１ｄを形成したアーマチャシャフト７のサンプルをそれぞれ１０個とり、それぞれの収容凹部１１ｄの内周面１１ｇ及び底面１１ｆの面粗さを比較したものである。同図８によれば、冷鍛加工により収容凹部１１ｄを形成した場合の方が、切削加工により形成した場合と比べて、内周面１１ｇ及び底面１１ｆの面粗さが極めて小さくなることがわかる。また、冷鍛加工により収容凹部１１ｄを形成した場合の寸法バラツキ範囲Ｙ１においても、切削加工により形成した場合の寸法バラツキ範囲Ｙ２と比べて、極めて小さくなることがわかる。

このように収容凹部１１ｄの内周面１１ｇ及び底面１１ｆの面粗さが極めて小さくなるばかりでなく、そのバラツキも小さく安定しているため、アーマチャシャフト７が大きなスラスト力を受けて回転する場合等、該シャフト７及びスチールボール１５が暴れることによる異音の発生や、収容凹部１１ｄ及び該ボール１５の偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合の発生が抑制される。

また、冷鍛加工により形成される収容凹部１１ｄの内周面１１ｇ及び底面１１ｆは加工硬化によって硬度が増すため、スチールボール１５の回転による摩耗寿命が長くなる。さらに、冷鍛加工により小径部分１２と同工程にて収容凹部１１ｄを形成することで、収容凹部１１ｄを形成するための切削加工工程が不要となるので、収容凹部１１ｄを容易に形成できる。しかも、その工程に用いる切削加工装置等を省略でき、アーマチャシャフト７の製造コストが低減される。また、このように冷鍛加工により収容凹部１１ｄを形成すれば、切削加工では生じていた削りカス等の廃材がこの冷鍛加工では出なくなるので、該収容凹部１１ｄ内に削りカスが残存する虞がなくなる。これによっても、上記した異音の発生や偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合の発生が抑制される。

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）鍛造加工工程において、鍛造型３１を用いた冷間鍛造加工（冷鍛加工）により円柱状のシャフト用素材３０に小径部分１２が形成され、鍛造加工工程後のウォーム形成工程において、転造ダイス３７により小径部分１２にウォーム１３が形成されて、ウォーム付きアーマチャシャフト７が製造される。つまり、小径部分１２を冷鍛加工により形成すると、小径部分を切削加工により形成する場合と比べて、小径部分１２の外周面の面粗さが向上し、その外周面が均一面となる。ウォーム１３の精度はその小径部分１２の外周面の状態に影響を受けるため、その外周面が均一面となることで、ウォーム１３の精度が高くなる。従って、精度の高いウォーム１３を有するアーマチャシャフト７、及びそのシャフト７を備えたモータ１とすることができる。

特に、ウォーム１３は精度が低いとウォームホイール２３との噛み合いが悪くなって、作動時に常に噛み合い部分から騒音が発生したり、伝達効率が低くなるという不具合が生じる。従って、ウォーム１３を形成する場合には特に高精度に形成する必要があるので、本実施形態は特に有効である。

（２）鍛造加工工程において、シャフト用素材３０に対して小径部分１２と同時にその小径部分１２の先端部に先端軸受部分１２ａが形成される。従って、先端軸受部分１２ａを形成する工程を特別に設ける必要がなく、工程を増加することを防止することができる。

（３）鍛造加工工程において、シャフト用素材３０に対して小径部分１２と同時にその基端端面に凹部１１ｄが形成される。従って、凹部１１ｄを形成する工程を特別に設ける必要がなく、工程を増加することを防止することができる。

（４）鍛造型３１は、シャフト用素材３０に小径部分１２を形成する第１型部３２と、シャフト用素材３０のシャフト本体１１に対応する部分を支持する第２型部３３及び第３型部３４とを備える。つまり、鍛造型３１において第１型部３２に大きな荷重がかかるので、該型部３２の摩耗が第２型部３３及び第３型部３４と比べて大きい。そのため、これら型部３２〜３４を別々とすることで、第１型部３２のみを交換することが可能となる。この結果、第１型部３２と同時に交換する必要のない第２型部３３及び第３型部３４をそのまま継続して使用できるので、鍛造型３１にかかるコストを低減でき、製造コストを低減することができる。

しかも、冷鍛加工を行う際、鍛造型３１の第１〜第３型部３２〜３４の加工凹部３２ａ及び支持凹部３３ａ，３４ａには、シャフト用素材３０を保護するための潤滑油が塗布される。ここで、第１型部３２と第２型部３３との間には、段差Ａが生じる形状となり、この段差Ａに潤滑油が溜まり易くなる。しかしながら、この鍛造型３１では、段差Ａ部分に第１型部３２と第２型部３３との型割面Ｐが位置するので、その段差Ａに溜まった潤滑油が型割面Ｐの隙間を介して外部に容易に排出できる。従って、この段差Ａに潤滑油が溜まることでシャフト用素材３０の加工に悪影響が生じることを未然に防止することができる。

（５）第２型部３３及び第３型部３４は、シャフト７の軸方向において２つに分割可能に構成される。そのため、ウォーム付きアーマチャシャフト７のシャフト本体１１の長さが異なるタイプのものを製造する場合、例えば第３型部３４のみをシャフト本体１１の長さに応じて交換するだけで容易に対応することができる。

（６）スチールボール１５を収容するための収容凹部１１ｄに対応した形状をなす成形凸部３５ｂを有するスライド型３５がシャフト成形凹部３１ｂの軸線Ｌ３方向に沿って該成形凹部３１ｂ内に押し込まれて、シャフト用素材３０の端面に収容凹部１１ｄが形成される。これにより、端面に収容凹部１１ｄを有するアーマチャシャフト７が製造される。つまり、冷鍛加工により形成される収容凹部１１ｄの内側面（内周面１１ｇ及び底面１１ｆ）は、鍛造加工面であり、切削加工のように切削刃具により生じていた削り痕がこの冷鍛加工では生じない。従って内側面は、面粗さが極めて小さい均一面となり、切削加工を行った場合と比べて面粗さが著しく向上しかつ安定する。そのため、アーマチャシャフト７が大きなスラスト力を受けて回転する場合等、該シャフト７及びスチールボール１５が暴れることによる異音の発生や、収容凹部１１ｄ及び該ボール１５の偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合の発生を抑制することができる。又、冷鍛加工により形成される収容凹部１１ｄの内側面（内周面１１ｇ及び底面１１ｆ）は加工硬化によって硬度が増すため、スチールボール１５の回転による摩耗寿命を長くすることができる。又、冷鍛加工により収容凹部１１ｄを形成することで、収容凹部１１ｄを形成するための切削加工工程が不要となるので、収容凹部１１ｄを容易に形成することができる。しかも、その工程に用いる切削加工装置等を省略できるので、アーマチャシャフト７の製造コストを低減することができる。又、このように冷鍛加工により収容凹部１１ｄを形成すれば、切削加工では生じていた削りカス等の廃材がこの冷鍛加工では出なくなるので、該収容凹部１１ｄ内に削りカスが残存する虞がなくなる。これによっても、上記した異音の発生や偏摩耗、回転ロスといった種々の不具合の発生を抑制することができる。

又、アーマチャシャフト７をモータ、特にウォーム減速機構を備えるワイパ装置用の本実施形態のモータ１に適用する場合、ウォーム１３に噛み合うウォームホイール２３を駆動する際の該ウォームホイール２３からの回転反力がアーマチャシャフト７のスラスト力として作用する。しかしながら、本実施形態によるアーマチャシャフト７を用いれば、その駆動時のアーマチャシャフト７の振れや踊りが極めて小さくなり（特に、本実施形態のようにウォーム１３が一体に刻設された長尺のアーマチャシャフト７ではその効果が大きく）、静粛性の高いモータ１を構成することができる。

（７）スライド型３５の成形凸部３５ｂはその軸方向長さ（Ｄ３）がスチールボール１５の直径Ｄ１寸法よりも小さいため、該成形凸部３５ｂにて形成される収容凹部１１ｄの軸方向長さ（Ｄ３）もスチールボール１５の直径Ｄ１寸法よりも小さくなる。つまり、スチールボール１５を収容した際に、該ボール１５の一部が突出する状態となるように、収容凹部１１ｄを容易に形成することができる。又、収容凹部１１ｄにスチールボール１５を収容した際に、該ボール１５の一部がアーマチャシャフト７の端部から突出する状態となるため、アーマチャシャフト７のスラスト力を確実にスチールボール１５を介して受けることができる。

（８）スライド型３５（成形凸部３５ｂ）は、その中心軸線Ｌ４がシャフト成形凹部３１ｂの中心軸線Ｌ３と一致するように配置されてシャフト成形凹部３１ｂ内に押し込まれる。つまり、アーマチャシャフト７の中心軸線Ｌ１上にスチールボール１５の接触点が位置するように該ボール１５を配置できる収容凹部１１ｄを容易に形成することができる。又、収容凹部１１ｄにスチールボール１５を収容した際に、該ボール１５の接触点がその中心軸線Ｌ１（Ｌ２）上に位置するように該ボール１５が配置される。そのため、アーマチャシャフト７のスラスト力を略一直線上で受け止めることができるので、該収容凹部１１ｄの偏摩耗を防止でき、この偏摩耗による異音の発生を防止することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

上記実施形態の鍛造型３１の構成はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。例えば、本体型３１ａの分割する位置や数を適宜変更してもよい。特に、上述した実施形態では、第１型部３２と第２型部３３との段差Ａ部分に第１型部３２と第２型部３３との型割面Ｐが位置するように構成された。しかしながら、この型割面Ｐは、段差Ａ部分の近傍における第２型部３３上に設けても良い。また、第１〜第３型部３２〜３４を一体化した本体型３１ａとしてもよい。また、スライド型３５において、成形凸部３５ｂの部分のみ軸線Ｌ３方向に沿ってスライドするように構成してもよい。

上記実施形態では、シャフト用素材３０に対して小径部分１２と同時に先端軸受部分１２ａや収容凹部１１ｄを形成するようにしたが、先端軸受部分１２ａや収容凹部１１ｄの形成は同時でなくてもよい。

上記実施形態のアーマチャシャフト７の形状はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。例えば、図９に示すように、コア固着部分１１ａ及び整流子固着部分１１ｂの外周面のそれぞれにローレット加工を施し、周方向に複数の凸条１１ｆ，１１ｇを形成するようにしてもよい。このようにすれば、凸条１１ｆ，１１ｇがコア８及び整流子１０に食い込むことにより、コア８及び整流子１０をシャフト７に対して強固に固定することができる。

上記実施形態の収容凹部１１ｄの形状はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

上記実施形態では、スラスト受けボールをスチールボール１５、即ち鉄製のボールとしたが、鉄以外の材料を用いたスラスト受けボールであってもよい。

上記実施形態では、ウォーム１３が一体に形成されるアーマチャシャフト７に実施したが、アーマチャシャフト７の形状はこれに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

上記実施形態では、整流子１０を有した直流モータ（モータ本体２）に適用されるアーマチャシャフト７について説明したが、整流子１０を有しないモータのアーマチャシャフトに適用してもよい。

上記実施形態では、アーマチャシャフト７は、車両用ワイパ装置に用いられるモータ１（回転電機）に適用されたが、これ以外の装置に用いられるモータ（回転電機）のアーマチャシャフトに適用してもよい。

実施形態によるアーマチャシャフトを備えたモータの断面図である。 アーマチャシャフトの平面図である。 シャフト用素材を説明するための説明図である。 アーマチャシャフトの製造手順における鍛造加工工程を説明するための説明図である。 アーマチャシャフトの製造手順における研削加工工程を説明するための説明図である。 アーマチャシャフトの製造手順におけるウォーム形成工程を説明するための説明図である。 アーマチャシャフトに形成されるウォームの精度を示すグラフである。 加工の違いによる収納凹部の面粗さを比較するためのグラフである。 変形例によるアーマチャシャフトを示す平面図である。

Claims (7)

1. 円柱状のシャフト用素材に対して、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シャフト本体の先端側に連続して小径部分を形成するとともに、該小径部分にウォームを形成するウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法であって、
   前記小径部分を形成する小径部分形成型部と前記シャフト本体に対応する部分を支持するシャフト本体支持型部とを備えた鍛造型を用いた冷間鍛造加工により、前記シャフト用素材に前記小径部分を形成する鍛造加工工程と、
   前記鍛造加工工程後、転造ダイスにより前記小径部分にウォームを形成するウォーム形成工程と、を備え、
   前記小径部分形成型部を構成する第１型部と、前記シャフト本体支持型部を構成する第２型部との間で生じる段差部またはその近傍に、型割面を位置させ、
   前記シャフト本体支持型部は、シャフト軸方向において２以上の複数に分割可能に構成され、
   さらに、前記小径部分の先端部には先端軸受部分が形成され、前記シャフト本体の基端端面には凹部が形成され
   前記鍛造加工工程において、前記シャフト用素材に対して前記小径部分と同時に前記先端軸受部分、及び凹部を冷間鍛造により形成す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。
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、
   前記段差部の近傍における前記シャフト支持型部を構成する第２型部上に型割面を位置させ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。
3. 円柱状のシャフト用素材に対して、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シャフト本体の先端側に連続して小径部分を形成するとともに、該小径部分にウォームを形成するウォーム付きアーマチャシャフトの製造方法であって、
   前記小径部分を形成する小径部分形成型部と前記シャフト本体に対応する部分を支持するシャフト本体支持型部とを備えた鍛造型を用いた冷間鍛造加工により、前記シャフト用素材に前記小径部分を形成する鍛造加工工程と、
   砥石を前記シャフト本体の外周面に摺接させ、前記シャフト本体の外周面全体の研削加工を行なう研削加工工程と、
   前記鍛造加工工程後、転造ダイスにより前記小径部分にウォームを形成するウォーム形成工程と、を備え、
   前記小径部分形成型部を構成する第１型部と、前記シャフト本体支持型部を構成する第２型部との間で生じる段差部またはその近傍に、型割面を位置させ、
   前記シャフト本体支持型部は、シャフト軸方向において２以上の複数に分割可能に構成され、
   さらに、前記小径部分の先端部には先端軸受部分が形成され、前記シャフト本体の基端端面には凹部が形成され
   前記鍛造加工工程において、前記シャフト用素材に対して前記小径部分と同時に前記先端軸受部分、及び凹部を冷間鍛造により形成す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。
4. 請求項３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、
   前記研削加工によって、前記シャフト本体の外周面に付着した潤滑油の除去も同時に行なう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。
5. 請求項１または請求項３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、
   前記凹部は、スラスト受けボールを収容するための収容凹部であり、
   前記鍛造加工工程において、前記鍛造型内のシャフト成形凹部内に前記シャフト用素材を配置し、冷間鍛造加工にて前記シャフト用素材を成形するとともに、前記収容凹部に対応した形状をなす成形凸部を有するスライド型を前記シャフト成形凹部の軸線方向に沿って前記シャフト成形凹部内に押し込んで、前記シャフト用素材の端面に前記収容凹部を形成することを特徴とするアーマチャシャフトの製造方法。
6. 請求項５に記載のアーマチャシャフトの製造方法において、
   前記スライド型の前記成形凸部は、その軸方向長さが前記スラスト受けボールの直径寸法よりも小さいことを特徴とするアーマチャシャフトの製造方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載のアーマチャシャフトの製造方法において、
   前記スライド型は、前記成形凸部の中心軸線が前記シャフト成形凹部の中心軸線と一致するように配置されて、前記シャフト成形凹部内に押し込まれることを特徴とするアーマチャシャフトの製造方法。

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