JP5895920B2 - 回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機、とりわけ、回転子鉄心が一対のランデル型ポールコアからなり、自動車用交流発電機のごとき過酷な使用環境下で実用に供される回転電機に好適な回転子と、その製造方法に関する。

〔従来の技術〕
回転電機の中枢をなす回転子およびその製造方法としては、種々なものが開発され、実用に供されているが、回転子鉄心とシャフトとを回り止めして圧入固定する基本構成に加え、回転子鉄心のシャフトに対する軸方向の抜け止め手段として、回転子鉄心とシャフトとをかしめ固定するかしめ手段を採用しているのが一般的である。
もっぱら自動車用交流発電機に採用されている、回転子鉄心が一対のランデル型ポールコアからなる回転子においても、一対のランデル型ポールコア（以下、単にポールコアもしくは回転子鉄心という。）とシャフトとを回り止めして圧入固定するとともに、ポールコアのシャフトに対する軸方向の抜け止めをかしめ手段にて行っており、具体的には例えば特許文献１、２のごとき構造および製造方法が知られている。

この特許文献１、２に記載のものは、図８に示すように、シャフト３１の外周面に軸方向に伸びるローレット溝（回り止め用溝）３１１を設けて、回転子鉄心３２にシャフト３１を圧入固定するとともに、シャフト３１の外周面にはローレット溝３１１の軸方向両端側に環状溝（抜け止め用溝）３１２を設け、回転子鉄心３２の両端面側中心部を塑性変形させてその環状溝３１２に食い込ませる抜け止め手段（かしめ手段Ｘ）を設けることで、回転子鉄心３２のシャフト３１に対する軸方向の抜け止めを図っているものである。

特に、自動車用交流発電機のごとく、酷暑から極寒までの広範な温度範囲での使用環境や低速から高速回転までの広範な回転領域で、かつその間に急加減速が繰り返される厳しい運転条件など、過酷な使用条件下では、回転子鉄心３２のシャフト３１に対する軸方向の抜け止め強化が図られる傾向にあり、環状溝（抜け止め用溝）３１２を、例えば図８に図示３１２ａ〜３１２ｅのごとく軸方向に多数設けてかしめ強度を高めているのが通例である。

その製造方法としては、図９に示すように、シャフト３１には、あらかじめ環状溝（抜け止め用溝）３１２を軸方向に複数列（例えば５条）設けておき、回転子鉄心３２の両端面側中心部に対して、軸方向からパンチＰで白抜き矢印のごとく荷重Ｑを加えることにより、当該部分を塑性変形させて環状溝３１２に食い込ませ（かしめ）、かしめ手段Ｘを形成する方法である。なお、「荷重Ｑ」は、環状溝３１２に食い込ませるのに要する荷重、つまり「かしめ荷重」である。

〔従来技術の問題点〕
ところが、更なる強度性能の向上を目指し、かしめ強度を精査したところ、上記かしめ構造によって得られるはずのかしめ強度（所要の強度）が、必ずしも満足するものではないことが判明した。
そして、本発明者の実験・研究によれば、かしめ手段Ｘの断面状況をつぶさに観察したところ、図８に示すように、下方側に位置する環状溝３１２の一部（例えば、３１２ｄ、３１２ｅ）に回転子鉄心３２が充分に食い込んでない空洞部分Ｙが存在することが認められた。よって、この空洞部分Ｙの存在が結果的にかしめ強度不足の主因をなしているものと考えられる。

特許第４８７６７５６号公報 特許第４９８３４３０号公報

そこで、本発明者は、図８に示すごとき空洞部分Ｙが形成される過程を究明すべく、さらに探究を進めた結果、空洞部分Ｙの有無、大きさは軸方向から加えるかしめ荷重Ｐに左右される面も否めないが、意外なことに、回転子鉄心３２側において、シャフト３１の環状溝（抜け止め用溝）３１２に食い込む突起部分３２ａと、この突起部分３２ａを塑性変形するために当該突起部分３２ａの外周側に形成するかしめ用の溝部分３２ｂとが、密接に関係していることが分かった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、抜け止め用溝に食い込む突起部分とこの突起部分を塑性変形するために当該突起部分の外周側に形成するかしめ用の溝部分との断面積比を選定するだけで、大きなかしめ強度を有する回転子を提供すること、および、かかる回転子を効率的、かつ、経済的に製造することができる製造方法を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明（回転電機の回転子）は、回転子鉄心にシャフトを圧入固定するとともに、回転子鉄心のシャフトに対する軸方向の抜け止め手段としてかしめ手段を有している。そして、このかしめ手段が、シャフトの外周面に対して円周方向に連なるように形成された抜け止め用溝と、回転子鉄心の端面に対して円周方向に連なるように形成され、塑性変形することで抜け止め用溝に食い込む突起部およびこの突起部を塑性変形させるために当該突起部の外周側に設けられたかしめ用溝とを備えていることを前提とする回転電機の回転子であって、抜け止め用溝は、シャフトに対して軸方向に複数列設けられており、突起部の径方向断面積をＳ１、かしめ用溝の径方向断面積をＳ２と呼ぶとき、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満足することを特徴としている。

上記構成によれば、かしめ手段の要である突起部およびかしめ用溝の径方向断面積Ｓ１、Ｓ２を選定するだけの簡便な手法で、回転子自体の基本構造を何ら変更することなく、回転子鉄心の突起部をシャフトの複数列の抜け止め用溝に確実に食い込ませることができる。したがって、大きなかしめ強度を有する所望の回転子を提供することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の発明（回転電機の回転子の製造方法）によれば、上記回転子を製造するにあたり、回転子鉄心に対して、突起部およびかしめ用溝の中間形状をなす突起部分および溝部分をあらかじめ形成する第１工程と、回転子鉄心にシャフトを圧入する第２工程と、中間形状の突起部分および溝部分を塑性変形させることで、突起部を抜け止め用溝に食い込ませ、回転子鉄心とシャフトとをかしめ固定する第３工程とを備えることを特徴としている。

このように、回転子鉄心に対して突起部およびかしめ用溝をあらかじめ中間形状の形態で形成しておくことにより、第３工程（かしめ工程）では、中間形状の突起部分および溝部分を徐々にシャフト側へ塑性変形させることで、突起部を複数の抜け止め用溝に確実に食い込ませることができるため、大きなかしめ強度を有する回転子を効率的に製造することができる。
また、中間形状の突起部分および溝部分は、回転子鉄心の製作時に同時に設けることができるため、当該突起部分および溝部分のために特別な加工工程を要しなく、経済的に上記回転子を製造することができる。

本発明を適用した回転子を備えた回転電機の基本構成の説明に供するもので、自動車用交流発電機の上半部の模式的断面図である（実施例１）。 上記回転子の基本構成の説明に供するもので、回転子鉄心の上半部のみを縦断面して回転子の全体構成を示す概略図である（実施例１）。 回転子鉄心を構成するポールコアの組み付け前における単品形態を示す縦断面図である（実施例１）。 本発明を適用した回転子の第１の実施形態の説明に供するもので、（ａ）は回転子鉄心におけるかしめ手段部分の平面図、（ｂ）は同かしめ手段部分の縦断面図である（実施例１）。 本発明を適用した回転子の第２の実施形態の説明に供するもので、（ａ）、（ｂ）は回転子鉄心の縦断面図である（実施例２）。 本発明を適用した回転子の第３の実施形態の説明に供するもので、回転子鉄心およびベアリングスペーサの縦断面図である（実施例３）。 本発明方法の一実施形態の説明に供するもので、（ａ）は第１工程で得られる回転子鉄心全体の縦断面図、（ｂ）は第３工程（かしめ工程）における製造過程を示すかしめ手段部分の要部断面図である（実施例４）。 従来の回転電機の回転子におけるかしめ手段部分の要部断面図である（従来技術）。 従来の回転子におけるかしめ工程を説明するための要部断面図である（従来技術）。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例にしたがって詳細に説明する。

各実施例は、本発明を適用する回転電機の代表例として、自動車用交流発電機（オルタネータ）を示しており、以下の説明では、まず、自動車用交流発電機の基本構成を概説したのち、本発明の各実施例における特徴点について順次説明し、最後に本発明の特徴点毎の作用効果を要約列挙する。
なお、各実施例において、同一または均等部分には、同一符号を付し、重複説明を省略することとする。

［実施例１］
本実施例の自動車用交流発電機１の全体構成を図１に基づいて説明する。

〔交流発電機１の基本構成〕
この交流発電機１は、電機子として働く固定子２と、回転界磁として働く回転子３とを有している。固定子２は、ハウジング４に固定されるステータコア２１と、ステータコア２１に巻装されるステータコイル２２とを有している。回転子３は、回転軸をなすシャフト３１がハウジング４に対して一対のベアリング５、５により回転自在に支承されており、回転子鉄心３２および界磁コイル３３を有している。

そして、シャフト３１の前部（図示左部）には、一方（フロント側）のベアリング５、ベアリングスペーサ６およびプーリ７がナット８により締付固定されている。ベアリングスペーサ６は、ベアリング５のインナと回転子鉄心３２の端面との間に介装されている。
また、シャフト５の後部（図示右部）には、他方（リヤ側）のベアリング５を挟んで、一対のスリップリング９、９およびブラシ１０、１０、レギュレータ１１、エンドカバー１２、出力ターミナル１３等の各部品が配設されている。そして、回転子鉄心３２の両端面には、冷却ファン１４、１４が装着されている。
なお、上記の交流発電機１において、回転子３を除く構造・機能は従前通りであるため、回転子３以外の更なる詳細な構造説明および動作説明は省略する。

〔回転子３の基本構成〕
次に、回転子３の全体構成について図２および図３をも参照しながら概説する。なお、図２においては、回転子３について、主要構成のみ、つまり、前述した界磁コイル３３の具体的巻装構造やこの界磁コイル３３と一対のスリップリング９、９との電気的接続構造など周辺構造を省略して簡略化した形態で示してある。

回転子３は、回転子鉄心３２にシャフト３１が圧入固定されている。シャフト３１には、回転子鉄心３２が円周方向に対して回動したり、軸方向に対して移動するのを防ぐために、回り止め用溝３１１と抜け止め用溝３１２が設けられている。回り止め用溝３１１は、軸方向に伸びる例えばローレット溝で構成され、抜け止め用溝３１２は、円周方向に一体的に連なる円環状溝で構成されており、これらの溝３１１、３１２に回転子鉄心３２の一部が食い込むことで、回転子鉄心３２とシャフト３１とが相互にしっかりと固定されている。
なお、シャフト３１の抜け止め用溝３１２は、軸方向に複数列（複数条）設けられており、この溝３１２とこの溝３１２に食い込む回転子鉄心３２の塑性変形部分３２ｘとで、抜け止め手段（後述するかしめ手段Ｘ）が構成されている。

回転子鉄心３２は、所謂ランデル型ポールコアと呼称されている一対のポールコア３２１、３２１で構成されている。この一対のポールコア３２１、３２１は、互いに同形で対向するようにしてシャフト３１に相対回転不能に嵌着（圧入）されている。各ポールコア３２１は、軟鉄材からなる鍛造品で、図３に示すように、中央部分に円筒状の基部３２２を有し、この基部３２２の軸方向の外側端部から周方向に関して所定間隔を隔てて径外方向へ放射状に伸びる多数（本実施例では８個）の角柱状部３２３を有する。そして、それぞれの角柱状部３２３の径方向先端部から軸方向へ向けて界磁コイル３３を囲包するように延伸する爪部３２４を備えている。

また、各ポールコア３２１は、図３に示すように、円筒状の基部３２２の一方端に平面で構成される外側端面３２５を備え、円筒状の基部３２２の他方端には軸方向に突出するボス部３２６を形成して、その先端に同様に平面で構成される内側端面（ボス部端面）３２７を備えている。なお、外側端面３２５は、反ボス部側の端面とも呼ぶ。
そして、ポールコア３２１の基部（ボス部）軸心には、シャフト３１を圧入により通す穴、つまり軸穴（貫通穴）３２８が切削加工によって設けられている。

本実施例のポールコア３２１は、この軸穴３２８がボス部端面３２７を基準に当該ボス部端面３２７に対して垂直に穴加工を施すことによって設けられている。ちなみに、外側端面３２５を基準に垂直穴加工も可能であるが、ポールコア３２１が軟鉄材を使用して、生産性の高い鍛造設備によって製造される場合には、必ずしもボス部端面３２７と幾何的平行とならず、ばらつきによって傾斜を生じることがある。この場合、ボス部端面３２７を基準にボス部端面３２７に垂直な軸穴加工が施された場合が最もばらつきを小さく抑え易いと考えられる（特許文献１参照）。
かくして、ボス部端面（内側端面）３２７と軸穴３２８とが直角（９０°）をなすのに対し、反ボス部側の端面（外側端面）３２５と軸穴３２８とは鋭角α１（＜９０°）もしくは鈍角α２（＞９０°）をなしている。
このような端面形状を有する一対のポールコア３２１、３２１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ボス部３２６、３２６の端面３２７、３２７同士が密着するように組み合わせることにより、軸穴３２８、３２８が曲がることなく一直線状に連なった回転子鉄心３２を得ることができる。

〔実施例１の特徴〕
次に、本発明の中枢をなす回転子鉄心３２とシャフト３１との取付固定構造、とりわけ、かしめ手段Ｘについて図４および図８を参照しながら説明する。
かしめ手段Ｘは、回転子鉄心３２にシャフト３１を圧入固定した後（回り止めした後）に、回転子鉄心３２がシャフト３１に対して軸方向に移動しない（抜けることがない）ように講じるための手段である。

本実施例では、シャフト３１に形成する抜け止め用溝３１２として、断面が三角形状を呈する５列（５条）の円環状溝３１２ａ〜３１２ｅが軸方向に設けられており、この溝３１２ａ〜３１２ｅに回転子鉄心３２の塑性変形部分３２ｘが食い込むことで、抜け止め手段としてのかしめ手段Ｘが構成されている。

回転子鉄心３２の塑性変形部分３２ｘは、各ポールコア３２１の外側端面３２５において軸穴３２８の周囲に形成されるもので、円周方向に一体的に連なる円環状の突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂからなる。突起部３２ａは、塑性変形することで抜け止め用溝３１２に食い込むものであり、かしめ用溝３２ｂは、突起部３２ａを塑性変形させるために当該突起部３２ａの外周側において打刻形成されるものである。

従来のかしめ手段Ｘを観察すると，図８に示すように、下方側に位置する抜け止め用溝３１２の一部に回転子鉄心３２の突起部３２ａが充分に食い込んでない空洞部分（空隙の大なる部分）Ｙが存在することが認められた。
本発明者の原因究明によれば、突起部３２ａの径方向断面積をＳ１、かしめ用溝３２ｂの径方向断面積をＳ２と呼ぶとき、Ｓ１≦Ｓ２の関係にあることに起因していることが判明した。
そこで、本実施例では、図４（ｂ）に示すように、例えばかしめ用溝３２ｂの打刻位置をより外周側にするとともに打刻深さを深く（最深の溝３１２ｅに届く程度までに）して、突起部３２ａの径方向断面積（網目部分）Ｓ１を、かしめ用溝３２ｂの径方向断面積（空白部分）Ｓ２に比して、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満足するようにしてある。

〔実施例１の効果〕
上記構成によれば、回転子鉄心３２（各ポールコア３２１）は、突起部３２ａの径方向断面積Ｓ１を、かしめ用溝３２ｂの径方向断面積Ｓ２に比して、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満足するようにしてあるため、突起部３２ａをシャフト３１側のすべての抜け止め用溝３１２ａ〜３１２ｅに確実に食い込ませることができる。そのため、かしめ手段Ｘによって回転子鉄心３２とシャフト３１との大きなかしめ強度が得られ、所望の抜け止め効果を確保することができる。
また、上記のかしめ手段Ｘは、シャフト３１の抜け止め用溝３１２、回転子鉄心３２の突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂが、いずれも円周方向に一体的に連なる円環状をなしており、シャフト３１を全周にわたって囲繞しているため、シャフト３１と回転子鉄心３２とのかしめ固定力が高まり、抜け止め性能の信頼性が向上する。

［実施例２］
次に、本発明を適用した回転子３の第２の実施形態について図５を参照しながら説明する。
本実施例は、回転子鉄心３２の製作面での特異性を考慮してかしめ手段Ｘを構築した例を示すものである。なお、図５においては、かしめ手段Ｘを形成した後の回転子３について回転子鉄心３２のみを模式的に示しており、シャフト３１側の詳細構造（回り止め用溝や抜け止め用溝の構造）は実施例１と同じであるため一切省略している。

一対のポールコア３２１、３２１からなる回転子鉄心３２は、前述したように、ボス部３２６の端面基準で軸穴３２８を設けた場合、一対のポールコア３２１、３２１の組合わせ形態が、大別すると、図５（ａ）、（ｂ）に示す２種類の形態となる。つまり、１つは、図５（ａ）に示すように、相互の外側端面３２５、３２５が相反する方向に傾くケースであり、もう１つは、図５（ｂ）に示すように、相互の外側端面３２５、３２５が同じ方向、つまり平行に傾くケースである。

本実施例のかしめ手段Ｘ（回転子鉄心３２の塑性変形部分３２ｘのみ図示）は、各ポールコア３２１の外側端面３２５に、突起部３２ａを形成すべく、円環状のかしめ用溝３２ｂを打刻形成した際、各かしめ用溝３２ｂにおいて、その溝底面３２ｃが、全周にわたってボス部３２６の端面３２７から一定の距離（高さＨ１、Ｈ２）を有するようにしている。換言すれば、各かしめ用溝３２ｂは、全周にわたって外側端面３２５、３２５からの溝底面３２ｃまでの距離（深さｄ１、ｄ２）を異ならせている。
即ち、図５（ａ）のケースでは、外側端面３２５、３２５が狭く対向しているところの深さｄ1に対し、外側端面３２５、３２５が広く対向しているところの深さｄ２を、ｄ１＜ｄ２の関係にし、溝底面３２ｃとボス部３２６の端面３２７との距離をＨ１＝Ｈ２＝一定となるようにしている。
また、図５（ｂ）のケースでは、外側端面３２５、３２５間の距離は平行で変わらないものの、ボス部３２６の端面３２７からの距離が短い方の深さｄ1に対し、ボス部３２６の端面３２７からの距離が長い方の深さｄ２を、ｄ１＜ｄ２の関係にし、溝底面３２ｃとボス部３２６の端面３２７との距離をＨ１＝Ｈ２＝一定となるようにしている。

〔実施例２の効果〕
上記構成によれば、回転子鉄心３２が一対のポールコア３２１、３２１で構成され、各ポールコア３２１の外側端面３２５の形状にばらつきがあっても、このような端面形状を有する一対のポールコア３２１、３２１は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ボス部３２６、３２６の端面３２７、３２７同士が密着するように組み合わせることにより、軸穴３２８、３２８が曲がることなく一直線状に連なった回転子鉄心３２を得ることができる。したがって、回転子鉄心３２にシャフト３１を圧入する際に、シャフト３１を曲がることなく真っ直ぐに圧入することができる。
また、回転子鉄心３２の各ポールコア３２１において、かしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃとボス部３２６の端面３２７との距離をＨ１＝Ｈ２＝一定となるようにしているため、シャフト３１の圧入後において、シャフト３１の抜け止め用溝３１２と回転子鉄心３２の突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂとの軸方向位置を相互に合わせることができる。したがって、シャフト３１と回転子鉄心３２とのかしめ手段Ｘとして、安定した信頼性の高い抜け止め性能を確保することができる。

［実施例３］
次に、本発明を適用した回転子３の第３の実施形態について図６を参照しながら説明する。
本実施例は、ベアリングスペーサ６の組付け性を考慮してかしめ手段Ｘを構築した例を示すものである。なお、図６においても、かしめ手段Ｘを形成した後の回転子３について回転子鉄心３２のみを模式的に示しており、シャフト３１側の詳細構造（回り止め用溝や抜け止め用溝の構造）は実施例１と同じであるため一切省略している。

また、本実施例は、一対のポールコア３２１、３２１が図５（ａ）に示す組合わせ形態をなす回転子鉄心３２への適用例を示しており、かしめ手段Ｘ（回転子鉄心３２の塑性変形部分３２ｘのみ図示）のかしめ用溝としては、上記実施例２と同様、各ポールコア３２１の外側端面３２５に、ボス部３２６の端面３２７からの溝底面３２ｃの距離を一定（＝Ｈ１＝Ｈ２）にしたかしめ用溝３２ｂが設けられている。

本実施例の特徴は、かしめ用溝３２ｂをベアリングスペーサ６の組付け面で有効活用せんとするものである。
そのため、まず、かしめ用溝３２ｂは、溝底面３２ｃの幅Ｗが全周にわたって一定の円環状をなしている。したがって、溝底面３２ｃの全面が軸穴３２８に対し直角な面を呈している。
そして、溝底面３２ｃの幅Ｗは、後述するベアリングスペーサ６の端面の厚みＶとほぼ同じ寸法になっている。
一方、ベアリングスペーサ６は、シャフト３１に嵌合する小径穴部６１と回転子鉄心３２側に位置する大径穴部６２とを有する段付き円筒体を呈している。そして、大径穴部６２の開口側端面６３の肉厚Ｖが、かしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃの溝幅Ｗとほぼ同じになっている。
したがって、ベアリングスペーサ６がシャフト３１に組み付けられたとき、ベアリングスペーサ６の大径穴部６２の開口側端面６３がポールコア３２１のかしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃに全面的に当接する。

〔実施例３の効果〕
上記構成によれば、回転子鉄心３２が一対のポールコア３２１、３２１で構成され、各ポールコア３２１の外側端面３２５の形状にばらつきがあっても、また、かしめ手段Ｘの突起部３２ａがポールコア３２１の外側端面３２５より軸方向に突出することがあっても、ベアリングスペーサ６の端面（大径穴部６２の開口側端面６３）を全面にわたってポールコア３２１の端面（かしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃ）に当接させることができる。したがって、ベアリングスペーサ６の軸方向の位置を一義的に定めることができ、シャフト３１の軸方向の位置決めを安定させることができる。

［実施例４］
次に、本発明を適用した回転子３の製造方法の一実施形態について図７を参照しながら説明する。
上記の実施例１〜３に示す回転子３においては、例えば、図９に示すように、回転子鉄心３２にシャフト３１を圧入した後に、かしめ手段Ｘによって一気に回転子鉄心３２とシャフト３１とをかしめ固定する製造方法を採用することを前提とした。
これに対し、本実施例（本発明方法）は、上記回転子３を効率的かつ経済的に製造することができ、しかも高強度のかしめ強度が得ることができる製造方法の一例である。

本発明方法では、まず第１工程として、図7（ａ）に示すように、回転子鉄心３２を構成する各ポールコア３２１に対して、その外側端面３２５に、突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂの中間形状をなす突起部分３２ｄおよび溝部分３２ｅをあらかじめ形成することを特徴としている。
ここで、突起部分３２ｄは、内周側が先端に向かって拡径する山形状を呈しており、かつ、先端部分３２ｆがポールコア３２１の外側端面３２５より軸方向に突出している。
また、この先端部分３２ｆは、軸方向に突出していることで、第３工程でのかしめ固定代として有効活用できるが、その突出高さや端面形状は必ずしも一義的に定められるものではなく、任意に設定し得るものであって、図7（ａ）の図示例はあくまでも一例である。
なお、この第１工程は、ポールコア３２１が鍛造品であることから、ポールコア３２１を製作する鍛造工程で兼ねることができため、この第１工程を特別に設ける必要がないことは勿論である。

次いで、第２工程として、図示を省略しているが、回転子鉄心３２をなす一対のポールコア３２１に対し、その軸穴３２８に軸方向から回り止め用溝３１１および抜け止め用溝３１２を有するシャフト３１を圧入する。これにより、シャフト３１の回り止め用溝３１１に各ポールコア３２１の軸穴部分が食い込むため、回転子鉄心３２のシャフト３１に対する回り止めがなされる（図７（ｂ）参照）。

そして、第３工程として、図７（ｂ）に示すように、軸方向からパンチＰで白抜き矢印のごとくかしめ荷重Ｑを加え、中間形状の突起部分３２ｄおよび溝部分３２ｅを塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませ、回転子鉄心３２とシャフト３１とをかしめ固定する。
ここで、パンチＰは、先端側に内周面がテーパ状押圧面Ｐ１１を有する楔状の円環状パンチ部Ｐ１を備え、その内側に底面Ｐ２２を形成する平面状パンチ部Ｐ２を備えている。円環状パンチ部Ｐ１は、内周面のテーパ状押圧面Ｐ１１が突起部分３２ｄの溝側傾斜面（テーパ面）を押圧するとともに、平面状パンチ部Ｐ２は、平面状底面Ｐ２２が山形状突起部分３２ｄの先端面を押圧する。
したがって、パンチＰの下降に伴ない、山形状の突起部分３２ｄの先端面と溝側傾斜面とを同時に内周側へ押圧しながら（外周側へ変形するのを完全に防ぎながら）突起部分３２ｄを塑性変形させることができる。つまり、山形状の突起部分３２ｄに対し、内周側を縮径させながら抜け止め用溝３１２の各溝３１２ａ〜３１２ｅに順次食い込ませていくことができる。
かくして、各ポールコア３１２の突起部３２ａとシャフト３１の抜け止め用溝３１２のすべての溝３１２ａ〜３１２ｅとが確実に食い込んだかしめ手段Ｘを得ることができる。

〔実施例４の効果〕
本発明方法によれば、次のような効果が得られる。
（１）回転子鉄心３２（ポールコア３２１）に対して突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂをあらかじめ突起部分３２ｄおよび溝部分３２ｅのごとく中間形状の形態で形成しておくことにより、第３工程（かしめ工程）では、中間形状の突起部分３２ｄおよび溝部分３２ｅを徐々にシャフト３１側へ塑性変形させることで、突起部３２ａを複数の抜け止め用溝３１２に確実に食い込ませることができる。
（２）上記中間形状の形態として、特に、突起部分３２ｄを、内周側が先端に向かって拡径する山形状にし、第３工程では、山形状の前記突起部分３２ｄの内周側を縮径させながら突起部分３２ｄを塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませていくため、突起部３２ａを複数の抜け止め用溝３１２に対してより確実に食い込ませることができる。
（３）第３工程では、パンチＰとして、突起部分３２ｄの外周側への塑性変形を規制する押圧形状（楔状の円環状パンチ部Ｐ１およびその内側に底面Ｐ２２を形成する平面状パンチ部Ｐ２）を備えたものを用い、突起部分３２ｄの先端面と突起部分３２ｄの溝側傾斜面とを同時に押圧しながら突起部分３２ｄを内側に向けて塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませていくため、突起部３２ａを複数の抜け止め用溝３１２に対してより一層確実に食い込ませることができる。
（４）中間形状の突起部分３２ｄおよび溝部分３２ｃは、回転子鉄心３２（ポールコア３２１）の製作時に同時に設けることができるため、当該突起部分３２ｄおよび溝部分３２ｃのために特別な加工工程を要しない。
（５）また、第３工程で要するかしめ荷重Ｑも、図９のごとく一気にかしめる手法に比して大幅に軽減でき、設備面でも小型化を図ることができる。
（６）よって、大きなかしめ強度を有する回転子３を、効率的かつ経済的に製造することができる。

〔変形例〕
以上本発明を４つの実施例について詳述してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変形することが可能であり、その変形例を例示する。

（１）上記実施例１〜４では、かしめ手段Ｘにおけるシャフト３１の抜け止め用溝３１２、回転子鉄心３２の突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂを、いずれも円周方向に一体的に連なる円環状にしたが、例えば、複数個に分割した円弧状のものを間隔をおいて円周方向に並べる（連なる）ようにしても良い。
（２）また、シャフト３１に形成する抜け止め用溝３１２の数、断面形状も、所望するかしめ強度に応じて種々選択することができる。

（３）上記実施例１〜４では、回転子鉄心３２を一対のポールコア３２１で構成する場合において、ボス部端面３２７を基準にして軸穴３２８を垂直に設ける所謂ボス部端面基準の組合わせ形態を採用したが、外側端面３２５を基準にして軸穴３２８を垂直に設ける所謂外側端面基準の組合わせ形態を採用した場合にも，本発明のかしめ手段Ｘを適用することができることは勿論である。

（４）実施例４において、第1工程を回転子鉄心３２自体の製作工程と兼用することなく、独立の工程として設けることもできる。
（５）また、中間形状の形態、とりわけ、突起部分３２ｄの形状も、所望するかしめ強度に応じて、山形状以外の種々な形状を選定することができる。

（６）以上の実施形態では、本発明を自動車用交流発電機（オルタネータ）の回転子に適用した場合について説明したが、これに限ることなく、回転子鉄心とシャフトとをかしめ手段によって抜け止めする構造を有する回転子であれば、モータなどの他の回転電機に適用し、同様の作用効果を奏することができる。

以上詳述してきた本発明の特徴点および特記すべき作用効果を、特許請求の範囲において従属項（解決手段の項で詳述した請求項６を除く。）として記載した各手段にしたがって要約列挙すれば、次の通りである。

（特徴点１＝請求項２の手段）
請求項１に記載の回転電機１の回転子３において、
かしめ手段Ｘをなす抜け止め用溝３１２、突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂは、いずれも円周方向に一体的に連なる円環状をなしていることを特徴としている（実施例１〜４）。
上記手段によれば、シャフト３１の全周をかしめ手段Ｘによって囲繞することができるため、シャフト３１と回転子鉄心３２との円周方向のかしめ面積を大きくし、かしめ固定力を高め抜け止め性能の信頼性を向上することができる。

（特徴点２＝請求項３の手段）
請求項１または２に記載の回転電機１の回転子３において、
回転子鉄心３２は、一対のポールコア３２１、３２１で構成されており、
各ポールコア３２１は、中央部分の片側に軸方向に突出形成されたボス部３２６と、このボス部３２６に設けられてシャフト３１が圧入される軸穴３２８とを有していて、ボス部３２６の端面３２７と軸穴３２８とが直交関係を呈しており、
一対のポールコア３２１、３２１は、ボス部３２６、３２６の端面３２７、３２７同士が当接して回転子鉄心３２をなしており、
かしめ手段Ｘは、ポールコア３２１、３２１の反ボス部側の端面３２５、３２５とシャフト３１の外周面とに跨って構築されていることを特徴としている（実施例１〜４）。
上記手段によれば、各ポールコア３２１の外側端面３２５の形状にばらつきがあっても、ボス部３２６、３２６の端面３２７、３２７同士が密着するように組み合わせることにより、軸穴３２８、３２８が曲がることなく一直線状に連なった回転子鉄心３２を得ることができる。
したがって、回転子鉄心３２にシャフト３１を圧入する際に、シャフト３１を曲がることなく真っ直ぐに圧入することができ、このシャフト３１の回りに所望のかしめ手段Ｘを構築することができる。

（特徴点３＝請求項４の手段）
請求項３に記載の回転電機１の回転子３において、
かしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃとボス部３２６の端面３２７との距離（Ｈ１、Ｈ２）を一定にしたことを特徴としている（実施例２）。
上記手段によれば、かしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃとボス部３２６の端面３２７との距離をＨ１＝Ｈ２＝一定となるようにしているため、シャフト３１の圧入後においては、シャフト３１の抜け止め用溝３１２と回転子鉄心３２の突起部３２ａおよびかしめ用溝３２ｂとの位置を相互に合わせることができる。
したがって、シャフト３１と回転子鉄心３２とのかしめ手段Ｘとして、安定した信頼性の高い抜け止め性能を確保することができる。

（特徴点４＝請求項５の手段）
請求項４に記載の回転電機１の回転子３において、
この回転子３は、シャフト３１を支承するベアリング５と回転子鉄心３２との間に介装されるベアリングスペーサ６を備えており、
ベアリングスペーサ６の端面６３がかしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃに当接していることを特徴としている（実施例３）。
上記手段によれば、各ポールコア３２１の外側端面３２５の形状にばらつきがあっても、また、かしめ手段Ｘの突起部３２ａがポールコア３２１の外側端面３２５より軸方向に突出することがあっても、ベアリングスペーサ６の端面（大径穴部６２の開口側端面６３）を全面にわたってポールコア３２１の端面（かしめ用溝３２ｂの溝底面３２ｃ）に当接させることができる。
したがって、ベアリングスペーサ６の軸方向の位置を一義的に定めることができ、シャフト３１の軸方向の位置決めを安定させることができる。

（特徴点５＝請求項７の手段）
請求項６に記載の回転電機１の回転子３の製造方法において、
第１工程で形成する中間形状の突起部分３２ｄは、内周側が先端に向かって拡径する山形状を呈しており、
第３工程では、山形状の前記突起部分３２ｄの内周側を縮径させながら突起部分３２ｄを塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませていくことを特徴としている（実施例４）。
上記手段によれば、第３工程では、山形状の前記突起部分３２ｄの内周側を縮径させながら突起部分３２ｄを塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませていくため、突起部３２ａを複数の抜け止め用溝３１２に対してより確実に食い込ませることができる。

（特徴点６＝請求項８の手段）
請求項６または７に記載の回転電機１の回転子３の製造方法において、
第３工程では、突起部分３２ｄの先端面と突起部分３２ｄの溝側傾斜面とを同時に押圧しながら突起部分３２ｄを塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませていくことを特徴としている（実施例４）。
上記手段によれば、第３工程では、パンチＰとして、突起部分３２ｄの外側への塑性変形を規制する押圧形状（楔状の円環状パンチ部Ｐ１およびその内側に底面Ｐ２２を形成する平面状パンチ部Ｐ２）を備えたものを用い、突起部分３２ｄの先端面と突起部分３２ｄの溝側傾斜面とを同時に押圧しながら突起部分３２ｄを内側に向けて塑性変形させることで、突起部３２ａを抜け止め用溝３１２に食い込ませていくため、突起部３２ａを複数の抜け止め用溝３１２に対してより一層確実に食い込ませることができる。

１…自動車用交流発電機（回転電機）、３…回転子、３１…シャフト、３１２…抜け止め用溝、３１２ａ〜３１２ｅ…円環状溝、３２…回転子鉄心、３２ａ…突起部、３２ｂ…かしめ用溝、３２ｘ…塑性変形部分、Ｓ１…突起部の径方向断面積、Ｓ２…かしめ用溝の径方向断面積、Ｘ…かしめ手段。

Claims (8)

1. 回転子鉄心（３２）にシャフト（３１）を圧入固定するとともに、前記回転子鉄心（３２）の前記シャフト（３１）に対する軸方向の抜け止め手段としてかしめ手段（Ｘ）を有する回転電機（１）の回転子（３）において、
   前記かしめ手段（Ｘ）は、
   前記シャフト（３１）の外周面に対して円周方向に連なるように形成された抜け止め用溝（３１２）と、
   前記回転子鉄心（３２）の端面に対して円周方向に連なるように形成され、塑性変形することで前記抜け止め用溝（３１２）に食い込む突起部（３２ａ）およびこの突起部（３２ａ）を塑性変形させるために当該突起部（３２ａ）の外周側に設けられたかしめ用溝（３２ｂ）とを備え、
   前記抜け止め用溝（３１２）は、前記シャフト（３１）に対して軸方向に複数列（３１２ａ〜３１２ｅ）設けられており、
   前記突起部（３２ａ）の径方向断面積をＳ１、前記かしめ用溝（３２ｂ）の径方向断面積をＳ２と呼ぶとき、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満足する、
   ことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 請求項１に記載の回転電機（１）の回転子（３）において、
   前記抜け止め用溝（３１２）、前記突起部（３２ａ）および前記かしめ用溝（３２ｂ）は、いずれも円周方向に一体的に連なる円環状をなしていることを特徴とする回転電機の回転子。
3. 請求項１または２に記載の回転電機（１）の回転子（３）において、
   前記回転子鉄心（３２）は、一対のポールコア（３２１、３２１）で構成されており、
   前記の各ポールコア（３２１）は、中央部分の片側に軸方向に突出形成されたボス部（３２６）と、このボス部（３２６）に設けられて前記シャフト（３１）が圧入される軸穴（３２８）とを有していて、前記ボス部（３２６）の端面（３２７）と前記軸穴（３２８）とが直交関係を呈しており、
   前記一対のポールコア（３２１、３２１）は、前記ボス部（３２６、３２６）の端面（３２７、３２７）同士が当接して前記回転子鉄心（３２）をなしており、
   前記かしめ手段（Ｘ）は、前記ポールコア（３２１、３２１）の反ボス部側の端面（３２５、３２５）と前記シャフト（３１）の外周面とに跨って構築されていることを特徴とする回転電機の回転子。
4. 請求項３に記載の回転電機（１）の回転子（３）において、
   前記かしめ用溝（３２ｂ）の溝底面（３２ｃ）と前記ボス部（３２６）の端面（３２７）との距離（Ｈ１、Ｈ２）を一定にしたことを特徴とする回転電機の回転子。
5. 請求項４に記載の回転電機（１）の回転子（３）において、
   この回転子３は、シャフト（３１）を支承するベアリング（５）と前記回転子鉄心（３２）との間に介装されるベアリングスペーサ（６）を備えており、
   前記ベアリングスペーサ（６）の端面（６３）が前記かしめ用溝（３２ｂ）の溝底面（３２ｃ）に当接していることを特徴とする回転電機の回転子。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転電機（１）の回転子（３）を製造する方法であって、
   前記回転子鉄心（３２）に対して、前記突起部（３２ａ）および前記かしめ用溝（３２ｂ）の中間形状をなす突起部分（３２ｄ）および溝部分（３２ｅ）をあらかじめ形成する第１工程と、
   前記回転子鉄心（３２）に前記シャフト（３１）を圧入する第２工程と、
   中間形状の前記突起部分（３２ｄ）および前記溝部分（３２ｅ）を塑性変形させることで、前記突起部（３２ａ）を前記抜け止め用溝（３１２）に食い込ませ、前記回転子鉄心（３２）と前記シャフト（３１）とをかしめ固定する第３工程と、
   を備えることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
7. 請求項６に記載の回転電機（１）の回転子（３）の製造方法において、
   前記第１工程で形成する中間形状の前記突起部分（３２ｄ）は、内周側が先端に向かって拡径する山形状を呈しており、
   前記第３工程では、山形状の前記突起部分（３２ｄ）の内周側を縮径させながら前記突起部分（３２ｄ）を塑性変形させることで、前記突起部（３２ａ）を前記抜け止め用溝（３１２）に食い込ませていくことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
8. 請求項６または７に記載の回転電機（１）の回転子（３）の製造方法において、
   前記第３工程では、前記突起部分（３２ｄ）の先端面と前記突起部分（３２ｄ）の溝側傾斜面とを同時に押圧しながら前記突起部分（３２ｄ）を塑性変形させることで、前記突起部（３２ａ）を前記抜け止め用溝（３１２）に食い込ませていくことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。

Images