JP6790652B2 - ロータシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータシャフトの製造方法に関する。

従来、ロータシャフトの製造方法において、インナシャフトとアウタシャフトとを焼き嵌めにより嵌合させ、さらに、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）を用いて、インナシャフトとアウタシャフトとをより強固に接合させる技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１０−１１０１００号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、接合強度の確保のために、焼き嵌め工程に加えて電子ビーム溶接工程を要するため、ロータシャフト製造時における工数が増大する。

本発明は、接合強度を確保しながら、より少ない工数によりインナシャフトとアウタシャフトとを接合することができるロータシャフトの製造方法を提供する。

本発明によるロータシャフトの製造方法は、インナシャフトとアウタシャフトとから構成されるロータシャフトの製造方法であって、インナシャフトは、軸部と、当該軸部の外周面から外側に突出して形成された外周フランジとから構成され、アウタシャフトは、筒部と、当該筒部の内周面から内側に突出して形成された内周フランジと、当該内周フランジの中心に形成されたインナシャフト挿入孔と、インナシャフト挿入孔の周縁において他の内周フランジよりも薄肉に形成された薄肉部とから構成される。インナシャフトとアウタシャフトは、外周フランジの外縁部の裏面が薄肉部と接した状態で軸部の軸心を回転中心として回転させ、内周フランジの上面に加工ローラを押し当てるとともに、加工ローラの回転中心を挟んで対向する位置で内周フランジをカウンタローラにより押圧し、当該加工ローラを内周フランジの薄肉部よりも外側の位置から回転中心側に向かって移動させることで、内周フランジの素材を塑性加工により前記外周フランジの表面に肉寄せすることにより接合される。

本発明によれば、インナシャフトとアウタシャフトとを、アウタシャフトが有する内周フランジの素材をインナシャフトの外周フランジの表面に肉寄せすることにより接合させるので、接合強度を確保しながら、より少ない工数によりロータシャフトを製造することができる。

図１は、インナシャフトを示す斜視図と断面図である。 図２は、アウタシャフトを示す斜視図と断面図である。 図３は、ロータシャフトを示す斜視図である。 図４は、ロータシャフトを示す断面図である。 図５は、ロータシャフトの製造方法の概要を説明するフローチャートである。 図６は、ロータシャフトの製造方法における配置工程を説明する図である。 図７は、ロータシャフトの製造方法における配置工程を説明する図である。 図８は、ロータシャフトの製造方法における接合工程を説明する図である。 図９は、ロータシャフトの製造方法における接合工程を説明する図である。 図１０は、ロータシャフトの製造方法における接合工程を説明する図である。 図１１は、ロータシャフトの製造方法における接合工程及び仕上げ工程を説明する図である。 図１２は、ロータシャフトの接合状態を説明する断面図である。 図１３は、ロータシャフトの接合状態の他の例を示す断面図である。 図１４は、外周フランジに形成される溝部を説明する斜視図である。

[第1実施形態]
図１は、第１実施形態に係るロータシャフトの製造方法を説明する図であって、ロータシャフト１００を構成するインナシャフト１０を示す図である。図１（ａ）は、インナシャフト１０の斜視図を、図１（ｂ）は、インナシャフト１０の軸方向断面図を示す。なお、本発明に係るロータシャフト１００は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両に搭載されるモータ等に採用することができる。

インナシャフト１０は、軸部１１と、軸部１１の外周面から外側に突出して形成された外周フランジ１２とから構成される。外周フランジ１２は、円盤形状を有しており、軸部１１の軸方向に対して略垂直に形成される。また、外周フランジ１２の外縁部には、その全周にわたる上面において外周フランジ１２に対して斜めに切り欠かれた切り欠き１３と、同じく全周にわたる下面において外周フランジ１２と水平に切り欠かれた切り欠き１４が形成される。切り欠き１３、１４の機能については後述する。

図２は、ロータシャフト１００を構成するアウタシャフト２０を示す図である。図２（ａ）は、アウタシャフト２０の斜視図を、図２（ｂ）は、アウタシャフト２０の軸方向高さ方向の断面図を示す。

アウタシャフト２０は、筒部２４と、筒部２４の内周面から内側に突出して形成された内周フランジ２２と、内周フランジ２２の中心に形成された孔部２１（インナシャフト挿入孔）と、孔部２１の周縁全周において他の内周フランジ２２よりも薄肉に形成された薄肉部２３とから構成される。なお、筒部２４は、図示する通りの円筒に限らず、多角形状を有する角筒であっても良い。

内周フランジ２２は、中心に孔部２１が形成された円盤形状を有しており、筒部２４の高さ方向に対して略垂直に形成される。

薄肉部２３は、内周フランジ２２の内周側端部であって、他の内周フランジ２２よりも薄肉に形成された部分である。また、孔部２１の直径は、インナシャフト１０において、外周フランジ１２の外縁を基準とする直径よりも短く、且つ、切り欠き１４の軸中心側側面を基準とする直径よりも長く設定される。これにより、薄肉部２３は、インナシャフト１０をアウタシャフト２０に組み付ける際、切り欠き１４が形成された外周フランジ１２の外縁部の下面（裏面）と薄肉部２３の上面とが接するように構成される。（また、薄肉部２３の水平方向長さは、外周フランジ１２に形成された切り欠き１４の水平方向長さと略一致するのが好ましい。）
図３は、インナシャフト１０をアウタシャフト２０に組み付けた状態を示す斜視図であって、後述する接合工程以前のロータシャフト１００の状態を示している。

図３で示すロータシャフト１００は、インナシャフト１０とアウタシャフト２０の軸中心を合わせて重ね合わせた状態を示している。より具体的には、図３は、アウタシャフト２０の上面側（薄肉部２３により段差が形成された側）から、インナシャフト１０の下面側（切り欠き１４が形成された側）の軸部１１を孔部２１に挿通させるようにしてインナシャフト１０をアウタシャフト２０に載置した状態のロータシャフト１００を示す図である。この状態におけるロータシャフト１００の断面図を図４に示す。

図４は、ロータシャフト１００の軸方向に沿う縦断面図の一部である。図４（ｂ）は、図４（ａ）において点線枠内で示したインナシャフト１０とアウタシャフト２０とが重なる部分を拡大した断面図である。

図４（ｂ）で示すように、インナシャフト１０は、外周フランジ１２の外縁部の下面が薄肉部２３の上面に接した状態でアウタシャフト２０に載置される。また、外周フランジ１２の外縁部の高さＨｉは、内周フランジ２２の内縁部において薄肉部２３を除いた高さＨｏより低く設定されるのが好ましい。また、切り欠き１３は、外周フランジ１２の外縁部上端が直線的に傾斜するように形成されるのが好ましい。また、外周フランジ１２の外縁部の下面と薄肉部２３の上面とが接した状態では、外周フランジ１２の下面及び内周フランジ２２の下面はロータシャフト１００の軸方向高さ（位置）が一致することが好ましい。

以上説明したインナシャフト１０、アウタシャフト２０、および、それらを組付けた状態のロータシャフト１００の形状を前提として、本実施形態におけるロータシャフト１００の製造方法を以下に説明する。

図５は、本実施形態のロータシャフト１００の製造方法の概要を説明するためのフローチャートである。なお、当該フローチャートを用いて概要を説明した後に、各工程の詳細を説明する。

ステップＳ１０１では、配置工程が実行される。配置工程では、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とが上述したように組み付けられたロータシャフト１００（図３、４参照）をマンドレルに配置する。

ステップＳ１０２では、接合工程が実行される。接合工程では、ロータシャフト１００が配置されたマンドレルを回転させながら、加工ローラを用いてアウタシャフト２０の内周フランジ２２の上面の素材をインナシャフト１０の外周フランジ１２の上面に肉寄せする、いわゆる回転肉寄せスピニング加工が実行される（以下、単に回転塑性加工、或いは単にスピニング加工という）。これにより、外周フランジ１２の外縁部が、回転塑性加工により肉寄せられた素材と内周フランジ２２の薄肉部２３とで挟持された状態で、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とが接合される。

ステップＳ１０３では、仕上げ工程が実行される。仕上げ工程では、加工ローラを用いてステップＳ１０２において接合された部分を中心にならすことにより、外周フランジ１２および内周フランジ２２の上面がより滑らかな平面となるように加工する仕上げを行う。以上の工程により、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とが強固に接合されたロータシャフト１００を製造することができる。

図６〜１１は、本実施形態におけるロータシャフト１００の製造方法の詳細を説明するための図である。以下、各図を参照しながら、上述の各工程について詳述する。

≪配置工程≫
図６、７は、上記ステップＳ１０１に係る配置工程を図示するものである。図６では、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とが外周フランジ１２の外縁部の下面と薄肉部２３の上面とが接するように組み付けられて構成されたロータシャフト１００を、マンドレル３０に載置する。この時、マンドレル３０の凸部上面３１は、ロータシャフト１００の外周フランジ１２及び内周フランジ２２の下面と接し、マンドレル３０の凹部下面３２は、ロータシャフト１００の軸部１１の下端と接するように構成されるのが好ましい。これにより、後段で実施されるスピニング加工によりロータシャフト１００の上面から、マンドレル３０に向かう下方向に大きな力が加えられても、その力でロータシャフト１００が不必要に湾曲することはない。また、マンドレル３０は、図示しない回転機構によって、支持するロータシャフト１００とともにロータシャフト１００の軸心を回転中心として回転することができる。

続く図７では、押え治具４０によってロータシャフト１００をインナシャフト１０の軸部１１の上側から下方に押圧することにより、ロータシャフト１００をマンドレル３０にクランプする。

≪接合工程≫
図８〜１１は、上記ステップＳ１０２に係る接合工程を、図１１については加えてステップＳ１０３に係る仕上げ工程を図示するものである。接合工程では、上述のとおり、ロータシャフト１００を回転させながら、加工ローラを用いてアウタシャフト２０の内周フランジ２２上面の素材をインナシャフト１０の外周フランジ１２の上面に肉寄せするスピニング加工が実行される。

図８では、マンドレル３０と押え治具４０とを回転させる。これにより、マンドレル３０と押え治具４０とで拘束されたロータシャフト１００も、マンドレル３０とともに、ロータシャフト１００の軸心を回転中心として回転する。

図９では、カウンタローラ５０を、アウタシャフト２０の内周フランジ２２上に配置する。カウンタローラ５０は、内周フランジ２２を下方に押圧しながら、アウタシャフト２０の回転に連れ回されて回転する。これにより、アウタシャフト２０は、マンドレル３０が回転するとともに大きな力が加えられる接合工程中においてもマンドレル３０にクランプされるので、接合工程中に発生し得るアウタシャフト２０の浮き上がりを防止することができる。

図１０では、アウタシャフト２０の内周フランジ２２の薄肉部２３よりも外側に設定される加工開始位置に加工ローラ６０を移動させる。そして、加工ローラ６０を回転させながら内周フランジ２２の上面に押し当て下方に押圧することにより、加工ローラ６０を該上面に対して所定の深さ進入させる。

そして、図１１に示すように、加工ローラ６０を内周フランジ２２の上面に押し当てた状態で、加工ローラ６０を上記の加工開始位置から軸中心側に向かって、内周フランジ２２の上面の素材をしごきながら移動させる。この時、加工ローラ６０は、少なくとも、内周フランジ２２の上面の素材が外周フランジ１２の外縁部の上面に到達するまで移動させれば良い。例えば、加工ローラ６０は、図１１に係る接合工程において、加工開始位置から外周フランジ１２の外縁部、あるいは外周フランジ１２の切り欠き１３よりも軸心側の位置まで移動する。

ここで、上述したように、外周フランジ１２の外縁部の高さ（Ｈｉ、図４参照）は、内周フランジ２２の内縁部において薄肉部２３を除いた高さ（Ｈｏ、図４参照）より低く設定されるのが好ましい。このように設定されることで、加工ローラ６０によりしごかれた内周フランジ２２の上面の素材は、加工ローラ６０の移動に伴って軸心側に押し流されて、外周フランジ１２の上面（表面）にスムーズに移動する。なお、加工ローラ６０による内周フランジ２２の上面の素材の移動は、好ましくは、内周フランジ２２の上面の素材が外周フランジ１２の外縁部の全周を覆うまで繰り返し実行される。その結果、外周フランジ１２の外縁部は、その上面に肉寄せられた内周フランジ２２上面の素材と薄肉部２３とにより挟持されるので、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とが強固に接合される。

≪仕上げ工程≫
そして、加工ローラ６０の進入深さを調整しながら、加工ローラ６０を用いてインナシャフト１０とアウタシャフト２０との接合箇所（インナシャフト１０の外縁部近傍）を中心にならす仕上げ工程を行う。これにより、外周フランジ１２および内周フランジ２２の上面を、より滑らかな平板状にする。

図１２は、仕上げ工程後のインナシャフト１０とアウタシャフト２０との接合箇所の軸方向に平行な断面概略図である。図示するとおり、内周フランジ２２の上面の素材が、外周フランジ１２の切り欠き１３を超えて外縁部上面まで肉寄せられており、外周フランジ１２の外縁部が、内周フランジ２２の上面の素材と、薄肉部２３とによって挟持されているのが分かる。

なお、外周フランジ１２の外縁部の形状は、外周フランジ１２の平行方向に対して斜めストレートに切り欠いた切り欠き１３を有する形状が、切り欠きを形成する際の加工性と接合工程後の接合強度の観点から好ましいが、必ずしもこれに限定されない。図１３を参照して説明すれば、外周フランジ１２に形成される切り欠き１３は、図１３（ａ）に示すような形状に限らず、図１３（ｃ）のような円弧形状に凹む形状であってもよい。また、外周フランジ１２の外縁部は、図１３（ｂ）に示すように、そもそも切り欠きを有さず、端面が平面な形状であってもよい。

以上、第１実施形態のロータシャフト１００の製造方法は、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とから構成されるロータシャフト１００の製造方法であって、インナシャフト１０は、軸部１１と、軸部１１の外周面から外側に突出して形成された外周フランジ１２とから構成され、アウタシャフト２０は、筒部２４と、筒部２４の内周面から内側に突出して形成された内周フランジ２２と、内周フランジ２２の中心に形成された孔部２１と、孔部２１の周縁において他の内周フランジ２２よりも薄肉に形成された薄肉部２３とから構成される。インナシャフト１０とアウタシャフト２０は、外周フランジの外縁部の裏面が薄肉部と接した状態で軸部の軸心を回転中心として回転させるとともに、内周フランジの素材を塑性加工により外周フランジの表面に肉寄せすることにより接合される。また、上記塑性加工では、内周フランジ２２の上面に加工ローラ６０を押し当てるとともに、加工ローラ６０を内周フランジ２２の薄肉部２３よりも外側の位置から回転中心側に向かって移動させる。

これにより、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とを、アウタシャフト２０が有する内周フランジ２２の素材をインナシャフト１０の外周フランジ１２の表面に肉寄せすることにより接合させるので、接合強度を確保しながら、従来に比べてより少ない工数によりロータシャフトを製造することができる。

また、第１実施形態のロータシャフト１００の製造方法によれば、外周フランジ１２の外周端上面に斜めに切り欠かれた切り欠き１３を有する。これにより、加工ローラ６０によって肉寄せられた素材の外周フランジ１２の外縁端における厚みが増加するので、当該素材と薄肉部２３とが外周フランジ１２をより強固に挟持し、ロータシャフト１００の接合強度を向上させることができる。

また、第１実施形態のロータシャフト１００の製造方法によれば、外周フランジ１２の外縁部における軸方向高さＨｉは、外周フランジ１２の外縁部の裏面が薄肉部２３と接した状態で、内周フランジ２２の軸方向高さＨｏよりも低い。これにより、加工ローラ６０によりしごかれた内周フランジ２２の上面の素材を、外周フランジ１２の上面により効率的に移動させることができる。

[第２実施形態]
第２実施形態のロータシャフト２００の製造方法は、インナシャフト１０に形成される外周フランジ１２の外縁部の形状が第１実施形態と異なっている。以下、第２実施形態の外周フランジ１２の外縁部形状について、図１４を参照して説明する。

図１４は、第２実施形態のインナシャフト１０に形成される外周フランジ１２を説明するための図である。図示するように、本実施形態の外周フランジ１２は、その外縁部に複数の溝部１５を有する。溝部１５の形状は、図示するように外周フランジ１２の半径方向に沿った四角形状に形成されても良いし、より細い線状や、円形状、あるいは、楕円形状等であっても良い。また、溝部１５の数および配置は、必ずしも図示するように外周フランジ１２の全周にわたって等間隔に形成される必要はなく、特に限定されない。また、溝部１５の深さも特に限定されない。

外周フランジ１２の外縁部に溝部１５が形成されることにより、接合工程において外周フランジ１２の上面に肉寄せされる内周フランジ２２の上面の素材が、加工ローラ６０によって溝部１５の内部に押し込まれる。これにより、インナシャフト１０とアウタシャフト２０との接合面積が増加し、また、溝部１５に入り込んだ素材がインナシャフト１０とアウタシャフト２０との廻り止めとして機能するので、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とをより強固に接合することができる。

以上、第２実施形態のロータシャフトの製造方法によれば、外周フランジ１２は、外周端上面に複数の溝部１５を有する。これにより、接合工程において溝部１５に入り込んだ内周フランジ２２の上面の素材がインナシャフト１０とアウタシャフト２０との廻り止めとして機能するので、インナシャフト１０とアウタシャフト２０とをより強固に接合することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、第１実施形態の説明において、外周フランジ１２の外縁部の高さＨｉは、内周フランジ２２の内縁部において薄肉部２３を除いた高さＨｏより低く設定されると述べたが、必ずしもそれに限定されない。外周フランジ１２の外縁部の高さＨｉは、外周フランジ１２の外縁部が、接合工程において加工ローラ６０によって肉寄せられる内周フランジ２２の上面の素材と薄肉部２３とによって挟持されることを前提に、内周フランジ２２の内縁部において薄肉部２３を除いたＨｏと同等、或いはより高く設定されても良い。

また、図５又は図１１を参照して説明した仕上げ工程は、ロータシャフトの製造工程における必須の工程では必ずしもないので、削除しても良い。

１０…インナシャフト
１１…軸部
１２…外周フランジ
１３…切り欠き
１５…溝部
２０…アウタシャフト
２１…孔部（インナシャフト挿入孔）
２２…内周フランジ
２３…薄肉部
２４…筒部

Claims (4)

1. インナシャフトとアウタシャフトとから構成されるロータシャフトの製造方法であって、
   前記インナシャフトは、軸部と、当該軸部の外周面から外側に突出して形成された外周フランジとから構成され、
   前記アウタシャフトは、筒部と、当該筒部の内周面から内側に突出して形成された内周フランジと、当該内周フランジの中心に形成されたインナシャフト挿入孔と、前記インナシャフト挿入孔の周縁において他の内周フランジよりも薄肉に形成された薄肉部とから構成され、
   前記インナシャフトと前記アウタシャフトは、前記外周フランジの外縁部の裏面が前記薄肉部と接した状態で前記軸部の軸心を回転中心として回転させ、
   前記内周フランジの上面に加工ローラを押し当てるとともに、前記加工ローラの前記回転中心を挟んで対向する位置で前記内周フランジをカウンタローラにより押圧し、当該加工ローラを前記内周フランジの前記薄肉部よりも外側の位置から前記回転中心側に向かって移動させることで、前記内周フランジの素材を塑性加工により前記外周フランジの表面に肉寄せすることにより接合される、
   ことを特徴とするロータシャフトの製造方法。
2. 前記外周フランジは、外周端上面に斜めに切り欠かれた切り欠きを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータシャフトの製造方法。
3. 前記外周フランジは、外周端上面に複数の溝部を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のロータシャフトの製造方法。
4. 前記外周フランジの外縁部における軸方向高さは、当該外周フランジの外縁部の裏面が前記薄肉部と接した状態で、前記内周フランジの軸方向高さよりも低い、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のロータシャフトの製造方法。

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