JPH11308799A - 回転電機の電機子及び電機子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 確実に上層コイル突起５ｃからアークをスタ
ートできる溶接方法、及び接合部の耐疲労強度を向上で
きる接合方法を提供すること。 【解決手段】 電機子鉄心に組み付けられた下層コイル
導体と上層コイル導体は、両突起４ｃ、５ｃが径方向に
対向して配置される。この時、接合前の両突起４ｃ、５
ｃは、上層コイル突起５ｃの内径面に設けられた突出部
５ｄが下層コイル突起４ｃの外径面に当接し、軸方向端
部では上層コイル突起５ｃの内径面と下層コイル突起４
ｃの外径面とが隙間を有して対向している。この状態
で、溶接トーチ４５を上層コイル突起５ｃの軸方向端面
上に近接して配置し、上層コイル突起５ｃ側からアーク
をスタートさせる。その後、電極棒４５ａを一定の速度
及び所定の振り幅で上層コイル突起５ｃと下層コイル突
起４ｃとの間で揺動させて両突起４ｃ、５ｃを接合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の電機子
及びその電機子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば特開平７−２３
１６１８号公報に記載されている電機子コイルがある。
この電機子コイルは、図４に示すように、電機子鉄心３
に組み付けられる下層コイル導体４と上層コイル導体５
とを有し、両コイル導体４、５の被接合部（下層コイル
突起４ｃと上層コイル突起５ｃ）を電気的及び機械的に
接合して形成されている。また、特開平９−１８２３３
７号公報には、両コイル導体４、５の突起４ｃ、５ｃ同
士を接合する手段としてアーク溶接を用いることが記載
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、両コイル導
体４、５の被接合部をアーク溶接にて接合する場合、そ
れぞれの突起４ｃ、５ｃを有する下層コイル導体４と上
層コイル導体５の熱容量が異なる（下層コイル端部４ｂ
より上層コイル端部５ｂの方が大きい）ため、このヒー
トアンバランスによって接合部の溶融状態が悪化するこ
とが判明している。つまり、熱容量の小さい下層コイル
端部４ｂ側の下層コイル突起４ｃから先に溶融を開始す
ると、熱容量が小さい分だけ下層コイル突起４ｃが融け
やすいため、上層コイル突起５ｃが溶融する前に下層コ
イル突起４ｃが溶融しきってしまい、接合部の融け分か
れ、融け落ちといった現象が生ずる。この現象を防止す
るには、熱容量の大きい上層コイル端部５ｂ側の上層コ
イル突起５ｃから先に溶融を開始することが必要となる
が、上層コイル突起５ｃと下層コイル突起４ｃの先端が
接触した状態であると、アークの飛ぶ位置が上層コイル
突起５ｃ側と下層コイル突起４ｃ側との何れかに振れや
すく、安定しない。このため、確実に上層コイル突起５
ｃからアークをスタートさせることができないという問
題があった。

【０００４】また、両コイル導体４、５の突起４ｃ、５
ｃ同士をアーク溶接にて接合した場合、図４２に示すよ
うに、接合部１００が径方向外側へ凸形状となる（接合
前の上層コイル突起５ｃの外径面より径方向外側へ膨ら
む）ため、回転時に接合部１００に働く遠心力が過大と
なる。また、両突起４ｃ、５ｃを溶融して接合するた
め、接合部１００の結晶が粗大化して高度が下がる（軟
化）と言った不具合が生じる。これらのことは、接合部
１００の耐遠心強度（耐疲労強度）を確保する上で不利
である。更に、アーク溶接の場合、溶融した母材が周方
向へ張り出すのを抑制する必要から接合部１００の溶融
深さが浅くなるため、図４２（ａ）に示すように、両突
起４ｃ、５ｃ間に不完全接合部Ｘが生じて接合部１００
の溶融断面積が減少し、その結果、電気抵抗が高くなる
という問題もあった。

【０００５】なお、上記のアーク溶接を用いた場合に生
じる課題を解決する手段として、ＴＩＧロー付けによる
接合方法が一般的に知られている。しかし、このＴＩＧ
ロー付けによる接合方法を電機子コイルに適用すると、
以下の課題を生じることが容易に考えられる。先ず、突
起４ｃ、５ｃ同士の周方向幅と略同一寸法のロー材を接
合箇所の個数分だけ準備した後、各接合箇所毎にそれぞ
れロー材を配置（例えば両突起４ｃ、５ｃ間にロー材を
挟み込む、両突起４ｃ、５ｃの軸方向端面にロー材を載
せる等）し、続いてＴＩＧ溶接を行う。この様に、手数
の多い工程を必要とするため、極めて生産性に劣る。本
発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その第１
の目的は、確実に上層コイル突起からアークをスタート
できる溶接方法（接合方法）、及びその溶接方法で製造
される電機子を提供することにあり、第２の目的は、接
合部の耐疲労強度を向上できる接合方法、及びその接合
方法を適用して製造される電機子を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）下層
コイル導体と上層コイル導体とを電機子鉄心に組み付け
て、下層コイル突起と上層コイル突起とを回転軸の外周
で径方向に対向して配置し、その両コイル突起同士をア
ーク溶接により接合する回転電機の電機子であって、接
合前の両コイル突起は、軸方向の反鉄心側端部で径方向
に対向する互いの対向面の間に隙間を有しており、その
隙間より鉄心側で互いの対向面同士が接触している。こ
の構造によれば、軸方向の反鉄心側端部で下層コイル突
起と上層コイル突起とが離れているので、アークの飛ぶ
位置が上層コイル突起側と下層コイル突起側との何れか
に振れることはなく、上層コイル突起から先に溶融を開
始する場合であれば、安定して上層コイル突起にアーク
を飛ばすことができる。

【０００７】（請求項２の手段）請求項１に記載した電
機子において、接合前の両コイル突起は、上層コイル突
起の内径面と下層コイル突起の外径面とが径方向に対向
しており、上層コイル突起の内径面は、軸方向において
反鉄心側端部より鉄心側の部位で最も内径側へ突出して
いる突出部を有し、この突出部で下層コイル突起の外径
面と接触している。これにより、軸方向の反鉄心側端部
では、上層コイル突起の内径面と下層コイル突起の外径
面との間に隙間を確保することができる。

【０００８】（請求項３の手段）請求項１及び２に記載
した電機子の製造方法であって、下層コイル突起と上層
コイル突起との間で溶接トーチを揺動させながら両コイ
ル突起同士を接合する場合に、溶接トーチを上層コイル
突起の軸方向端面上に近接配置して、その上層コイル突
起側から溶接を開始する。これにより、熱容量の大きい
上層コイル端部と熱容量の小さい下層コイル端部とのヒ
ートバランスが改善され、安定した溶接が可能となる。

【０００９】（請求項４の手段）請求項１及び２に記載
した電機子において、下層コイル突起と上層コイル突起
との接合部を絶縁物で覆った補強部と、この補強部の外
側に密着して被せられ、補強部を保持するカラーと、こ
のカラーと上層コイル端部とを絶縁する絶縁体とを備え
ている。この構造により、下層コイル突起と上層コイル
突起との接合部を補強できるので、電機子の回転時に生
じる遠心力を緩和し、耐遠心力に優れた電機子を得るこ
とができる。

【００１０】（請求項５の手段）請求項２に記載した上
層コイル導体を製造する方法であって、上層コイル導体
の略展開形状を形成する第１の工程と、上層コイル辺に
相当する略展開形状の直線部を保持して、その直線部の
同一平面上で上層コイル端部を所定角度傾斜させ、且つ
上層コイル突起を打ち出す第２の工程と、直線部に対し
て上層コイル端部を略直角に折り曲げる第３の工程と、
上層コイル突起を整形する第４の工程とを有し、第２の
工程で上層コイル突起を打ち出す際に、上層コイル突起
の内径面に突出部を設けている。この方法では、略展開
形状の直線部（上層コイル辺）を保持して上層コイル端
部と上層コイル突起とを形成するので、略展開形状の直
線部に対する精度を確保しやすい。

【００１１】（請求項６及び７の手段）請求項５に記載
した上層コイル導体の製造方法において、第１の工程
は、請求項６に記載したように、上層コイル導体の略展
開形状を複数連続して棒状のコイル材料から打ち抜いた
後、その連続する複数の略展開形状を個々の略展開形状
に切断することができる。あるいは、請求項７に記載し
たように、上層コイル導体の略展開形状を平板状のコイ
ル材料から打ち抜いても良い。

【００１２】（請求項８及び９の手段）請求項５に記載
した上層コイル導体の製造方法では、第１の工程を終了
した後、上層コイル導体の略展開形状を所定の加工ステ
ージにて保持し、第２の工程から第４の工程までを所定
の加工ステージで順次行うことができる。あるいは、第
１の工程を終了した後、上層コイル導体の略展開形状を
パレットに保持し、そのパレットを第２の工程から第４
の工程までそれぞれの加工ステージへ順次搬送して、そ
れぞれの加工ステージで所定の加工を行っても良い。

【００１３】（請求項１０の手段）請求項５〜７に記載
した上層コイル導体の製造方法において、上層コイル導
体の略展開形状を打ち抜く際に、上層コイル端部の根元
部を予めサイドカットしておき、その後、上層コイル端
部の整流子面に使用される部位の面積を増加させるため
に所定領域を潰し加工する。これにより、上層コイル導
体と下層コイル導体との接続部の幅を狭くすることが可
能となり、隣接するコイル導体との短絡を防止できる。

【００１４】（請求項１１の手段）請求項１及び２に記
載した下層コイル導体は、請求項５〜９に記載した上層
コイル導体の製造方法に準じて製造することができる。
但し、上層コイル導体では、第２の工程で上層コイル突
起を打ち出す際に、その上層コイル突起の内径面に突出
部を設けているが、下層コイル導体では、第２の工程で
下層コイル突起を打ち出す際に、その下層コイル突起の
外径面に突出部を設けることはない。

【００１５】（請求項１２の手段）請求項１及び２に記
載した電機子において、下層コイル端部と上層コイル端
部との間に介在される円板状の絶縁部材を有し、下層コ
イル導体、絶縁部材、及び上層コイル導体を電機子鉄心
に組み付けた後、上層コイル辺の一部を塑性変形させ
て、上層コイル端部との間に絶縁部材の外径部を挟持す
る係合部を設けている。この構造によれば、上層コイル
辺に設けた係合部と上層コイル端部との間に絶縁部材の
外径部を挟持することにより、所定数の各上層コイル端
部の相対的な軸方向位置のばらつきが抑制される。ま
た、上層コイル導体を電機子鉄心に組み付ける前に、上
層コイル導体単体の状態で上層コイル辺に係合部を設け
ると、上層コイル突起を形成する際に歪みが発生して、
絶縁部材と上層コイル導体との組み立てが難しくなる
が、下層コイル導体、絶縁部材、及び上層コイル導体を
電機子鉄心に組み付けた後、上層コイル辺に係合部を設
けているので、絶縁部材と上層コイル導体との組み立て
を容易にできる。

【００１６】（請求項１３の手段）請求項１及び２に記
載した電機子において、開放スロットを有する電機子鉄
心の外周に装着可能な内径を有し、且つ上層コイル導体
の直線導体部より全長が長い円筒状部材を備え、下層コ
イル導体と上層コイル導体とを電機子鉄心に組み付けた
後、電機子鉄心の外周に円筒状部材が装着されて、上層
コイル導体の軸方向全域が円筒状部材により覆われてい
る。この構造によれば、円筒状部材によって上層コイル
導体の軸方向全域を外径側から略完全に保持できるの
で、耐遠心力に優れた電機子を提供できる。

【００１７】（請求項１４の手段）請求項１３に記載し
た電機子において、円筒状部材の内径側に絶縁材が封入
されている。これにより、各コイル導体と電機子鉄心ま
たは円筒状部材との絶縁構造を堅牢にできる。特に、電
機子鉄心の軸方向両端部近傍での絶縁構造を均一にでき
る。また、円筒状部材の内径側に絶縁材が封入するの
で、外径部の寸法変化が無く、仕上げ加工も不要であ
る。

【００１８】（請求項１５の手段）本発明によれば、下
層コイル突起と上層コイル突起との間に介在させたロー
材をアーク溶接にて溶融させることにより、その溶融し
たロー材が両コイル突起間に充填されるため、両コイル
突起間に不完全接合部が生じることはなく、良好な接合
部が得られる。また、溶融したロー材を介して上層コイ
ル突起と下層コイル突起とを接合しているため、従来の
ように接合部が径方向外側へ凸形状となることもない。
これらの結果、接合部の耐疲労強度を向上でき、回転時
に接合部に繰り返し加わる遠心力に対して所望の強度を
確保できる。

【００１９】また、第１の両コイル突起間に介在されて
いるロー材を溶融させる際に、溶接トーチと電機子鉄心
の少なくとも一方を周方向に所定の範囲で往復移動させ
て、第１の両コイル突起と周方向に隣合う第２の両コイ
ル突起との間にあるロー材までアークを当てて溶融させ
ることにより、第１の両コイル突起と第２の両コイル突
起との間にあるロー材を分断させることができる。その
結果、周方向に隣合う接合部間がロー材で繋がってしま
う（ブリッジする）接続不良を防止できる。これによ
り、本発明では、環状のロー材を使用することができる
ため、周方向に複数設けられる接合箇所に対して環状の
ロー材を一度に配置（下層コイル突起と上層コイル突起
との間に挟み込む）できるため、接合箇所毎に用意され
た複数のロー材を使用する場合と比較して極めて生産性
が高いと言える。

【００２０】なお、溶接トーチを往復移動させる場合
は、例えば溶接トーチの先端側を周方向に揺動（スイン
グ）させても良いし、溶接トーチ全体を周方向に平行移
動させても良い。また、電機子鉄心を移動させる場合
は、溶接トーチに対して電機子鉄心（両コイル導体及び
ロー材が組み付けられていることは言うまでもない）を
回転軸を中心に所定の回転角度で往復回転させても良い
し、溶接トーチに対して電機子鉄心を揺動させても良
い。また、溶接トーチと電機子鉄心の両方を往復移動さ
せても良い。

【００２１】（請求項１６の手段）両コイル突起の周方
向幅より大きい範囲で溶接トーチと電機子鉄心の少なく
とも一方を往復移動させることにより、隣合う両コイル
突起との間にあるロー材を確実に分断できる。

【００２２】（請求項１７の手段）アーク溶接を行う時
の加工条件として、溶接トーチへの通電電流を３０Ａ以
下、溶接トーチの先端からロー材までのアーク長を０．
５〜１．５ｍｍ、溶接トーチと電機子鉄心の少なくとも
一方を往復移動させる時の移動速度を５〜１５ｍｍ／
秒、溶接トーチと電機子鉄心の少なくとも一方を往復移
動させる時の往復回数を２〜７回とする。この加工条件
に基づいてアーク溶接を行うことにより、最適な接合部
を得ることができ、且つ確実に隣合う両コイル突起との
間にあるロー材を分断することができる。

【００２３】（請求項１８の手段）ロー材を介して対向
する下層コイル突起の外径面と上層コイル突起の内径面
は殆ど溶融することなく、両コイル突起間に挟み込まれ
たロー材のみ溶融させて両コイル突起が接合されてい
る。この接合構造によれば、両コイル突起が溶融して周
方向に張り出すことがないため、隣合う両コイル突起と
ブリッジすることを防止できる。また、下層コイル突起
の外径面と上層コイル突起の内径面が殆ど溶融しないた
め、両コイル突起の結晶粒が粗大化することを抑制でき
る。その結果、加工前（接合前）と同程度の硬度を維持
できるため、両コイル突起を溶融させて接合した場合と
比較して耐遠心強度を向上できる。

【００２４】（請求項１９の手段）両コイル突起が接合
される接合面全域に溶融したロー材が充填されることに
より、両コイル突起間に不完全接合部が無くなり、十分
な接合面積を確保できるため、電気抵抗を低くすること
が可能である。また、溶融したロー材の鉄心側端部にフ
ィレット形状が形成されることから、回転時に接合部に
加わる遠心力、それを繰り返し実施した時に加わる力が
分散されるため、接合部の耐疲労強度が向上する。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は電機子コイルの接合方法を示
す図面である。本実施例の電機子１は、例えばエンジン
を始動するスタータモータに用いられるもので、図３に
示すように、回転軸２、電機子鉄心３、電機子コイル
（下層コイル導体４、上層コイル導体５）、及びリング
状の絶縁体（内側絶縁体６、外側絶縁体７）等より構成
される。電機子鉄心３は、円板状のコアシートを複数枚
重ね合わせて、回転軸２の外周に圧入状態で嵌め合わさ
れている。電機子鉄心３の外周部には、所定数（例えば
２５個）のスロット８が軸方向に沿って凹設されてい
る。

【００２６】電機子コイルは、電気抵抗の低い純銅また
は純アルミニウムを材料として形成された下層コイル導
体４と上層コイル導体５とから成り、それぞれスロット
８の数と同数使用されている。下層コイル導体４は、直
線状の下層コイル辺４ａと、この下層コイル辺４ａの両
端から下層コイル辺４ａに対して略直角方向に延設され
た一組の下層コイル端部４ｂと、各下層コイル端部４ｂ
の先端から略直角に下層コイル辺４ａと反対方向へ突出
する一組の下層コイル突起４ｃとから成る。但し、一組
の下層コイル端部４ｂは、互いに下層コイル辺４ａを中
心とする周方向の反対側へそれぞれ所定角度傾斜してい
る。

【００２７】この下層コイル導体４は、図４に示すよう
に、下層コイル辺４ａを電機子鉄心３のスロット８内に
挿入して電機子鉄心３に組み付けられる。なお、スロッ
ト８内に挿入される下層コイル辺４ａは、例えば断面コ
の字状に成形された下層スロット絶縁体９（図３参照）
によって電機子鉄心３（スロット８の壁面）と絶縁され
ている。あるいは、下層スロット絶縁体９を使用する代
わりに、下層コイル辺４ａの外周面に絶縁テープ等を巻
き付けてスロット８内に挿入しても良い。

【００２８】上層コイル導体５は、下層コイル辺４ａよ
り若干長く設けられた直線状の上層コイル辺５ａと、こ
の上層コイル辺５ａの両端から上層コイル辺５ａに対し
て略直角方向に延設された一組の上層コイル端部５ｂ
と、各上層コイル端部５ｂの先端から略直角に上層コイ
ル辺５ａと反対方向へ突出する一組の上層コイル突起５
ｃとから成る。但し、一組の上層コイル端部５ｂは、互
いに上層コイル辺５ａを中心とする周方向の反対側へそ
れぞれ所定角度傾斜している。また、一方（図３の右
側）の上層コイル端部５ｂは、その軸方向端面上をブラ
シ（図示しない）が摺動する整流子辺として使用され
る。

【００２９】この上層コイル導体５は、図４に示すよう
に、上層コイル辺５ａをスロット８内の下層コイル辺４
ａの外側に挿入して電機子鉄心３に組み付けられる。な
お、スロット８内に挿入される上層コイル辺５ａは、例
えば断面コの字状に成形された上層スロット絶縁体１０
（図３参照）によって電機子鉄心３（スロット８の壁
面）と絶縁されている。あるいは、上層スロット絶縁体
１０を使用する代わりに、上層コイル辺５ａの外周面に
絶縁テープ等を巻き付けてスロット８内に挿入しても良
い。

【００３０】リング状の絶縁体は、図４に示すように、
電機子鉄心３の軸方向端面と下層コイル端部４ｂとの間
に介在されて両者を絶縁する一組の内側絶縁体６と、下
層コイル端部４ｂと上層コイル端部５ｂとの間に介在さ
れて両者を絶縁する一組の外側絶縁体７とから成る。内
側絶縁体６は、所定の厚みを有する例えば樹脂製の板材
をリング状に打ち抜いて形成したもので、中央部に回転
軸２の外径に嵌合できる丸孔６ａが空けられている（図
３参照）。この内側絶縁体６は、下層コイル導体４を電
機子鉄心３に組み付ける前に、軸方向から丸孔６ａに回
転軸２を通して電機子鉄心３の端面外側に装着される。
外側絶縁体７は、内側絶縁体６より厚い例えば樹脂製の
板材をリング状に打ち抜いて形成したもので、中央部に
下層コイル突起４ｃの外径に嵌合できる丸孔７ａが空け
られている（図３参照）。この外側絶縁体７は、全ての
下層コイル導体４を電機子鉄心３に組み付けた後、軸方
向から丸孔７ａに各下層コイル突起４ｃを通して下層コ
イル端部４ｂの軸方向外側に装着される。

【００３１】（第１実施例）本実施例では、上層コイル
突起５ｃと下層コイル突起４ｃとの接合方法、及び接合
部の構造について示す。先ず、上層コイル導体５の製造
方法について、幾つかの例を示して説明する。 （第１の例） 図５（ａ）…上層コイル導体５の略展開形状（以下ブラ
ンク形状と呼ぶ）を平板状のコイル材料等から打ち抜
く。 図５（ｂ）…ダイ１１とパンチ１２により上層コイル突
起５ｃを打ち出して形成する。この工程では、図５
（ｃ）に示すように、上層コイル突起５ｃの根元部がダ
イ１１によってパンチ１２側へ押し出されることによ
り、上層コイル突起５ｃの内径面に突出部５ｄが形成さ
れる。この突出部５ｄは、上層コイル突起５ｃの軸方向
端面（図５（ｃ）の上端面）より根元側（図５（ｃ）の
下側）に形成され、この突出部５ｄから軸方向端面へ向
かってなだらかに傾斜している。また、上層コイル突起
５ｃの根元部には、ダイ１１の形状に対応する窪み５ｅ
が形成されている。 図５（ｄ）…上層コイル辺５ａに対して上層コイル端部
５ｂを略直角に折り曲げる。 図５（ｅ）…上層コイル端部５ｂを整形して最終形状と
する。

【００３２】（第２の例）ここでは、上層コイル導体５
の製造装置を示して説明する。製造装置は、図６に示す
ように、コイル材料１３（例えば裸電線、被覆電線等）
の歪み取り部１４、送り機構１５、打ち抜き部１６、切
断及び折り曲げ部１７から成る。先ず、打ち抜き部１６
において、上層コイル導体５のブランク形状を複数連続
した状態でコイル材料１３から打ち抜いた後、所定の位
置で個々のブランク形状に切断する（図７参照）。

【００３３】続いて、切断及び折り曲げ部１７の芯金部
１７ａにブランク形状の直線部（上層コイル辺５ａに相
当する部位）を保持し、図８に示すように、ブランク形
状の直線部と同一平面上でパンチ１８とパンチ１９によ
って上層コイル端部５ｂを直線部に対して所定角度傾斜
させる。同時に、図９に示すように、上層コイル突起５
ｃをダイ２０、パンチ２１、ラフガイド２２によって打
ち出す。この上層コイル突起５ｃを打ち出す際に、第１
の例で説明したように、上層コイル突起５ｃの内径面に
突出部５ｄ（図５（ｃ）参照）が形成される。続いて、
図１０に示すように、保持されている直線部（上層コイ
ル辺５ａ）に対し、上層コイル端部５ｂをパンチ２３に
より略直角に折り曲げた後、上層コイル突起５ｃをダイ
２４、２５、２６によりガイドした状態でパンチ２７で
整形する。なお、第１の例及び第２の例において、下層
コイル導体４の製造工程は、上述した上層コイル導体５
の製造工程に準じて行われる。

【００３４】（第３の例）この例では、打ち抜いたブラ
ンク形状の素材（以下コイル素材Ｃと呼ぶ）をパレット
２８（図１１参照）にセットし、そのパレット２８を成
形型の一部として使用している。まず、成形型について
説明する。成形型は、各成形工程毎に型形状が異なる
が、ここでは、上層コイル突起５ｃを形成する工程で使
用する成形型２９について説明する。成形型２９は、図
１２及び図１３に示すように、下プレート３０に固定さ
れた下型３１、上プレート３２に固定された上型３３、
及びパレット２８を搭載するためのパレット受け３４等
より構成される。

【００３５】下プレート３０と上プレート３２は、複数
のガイドバー３５により位置決めされ、そのガイドバー
３５に沿って上プレート３２が上型３３と共に上下方向
に移動可能に設けられている。下型３１は、二分割され
て下プレート３０上に所定の間隔を隔てて配置され、そ
れぞれコイル素材Ｃの端部を屈曲させるための成形凹部
３１ａが形成されている。上型３３には、下型３１の成
形凹部３１ａに対応する成形凸部３３ａが形成されてい
る。また、上型３３には、２本の位置決めピン３６とパ
レット押さえ３７が設けられている。

【００３６】位置決めピン３６は、上型３３に対するパ
レット２８の位置決めを行うもので、上型３３の下方へ
突出して設けられている。パレット押さえ３７は、上型
３３が下降する際に、パレット受け３４に搭載されてい
るパレット２８の上面を押さえるものである。パレット
受け３４は、二分割された一方の下型３１と他方の下型
３１との間に配されて、下プレート３０に対しスプリン
グ３８で支持され、上下方向に移動可能に設けられてい
る。また、パレット受け３４には、パレット２８の搭載
位置を規制する規制手段（図示しない）が設けられてい
る。

【００３７】続いて、パレット２８の構成について説明
する。パレット２８には、下層コイル導体４を成形加工
する際に使用する下層側パレット（図示しない）と、上
層コイル導体５を成形加工する際に使用する上層側パレ
ット２８とが準備されているが、ここでは上層側パレッ
ト２８を例として説明する。パレット２８には、図１１
に示すように、コイル素材Ｃを把持（クランプ）するた
めのワーク受け３９とクランパー４０とが組み付けられ
ている。ワーク受け３９は、パレット２８の長手方向の
略中央部に、パレット２８の横幅方向（図１１（ａ）の
上下方向）全体に渡って組み込まれている。なお、パレ
ット２８の横幅、即ちワーク受け３９の長さは、電機子
鉄心３の両端面間の長さと一組の内側絶縁体６の厚さと
を加えた長さと同一に設定されている。

【００３８】クランパー４０は、回転軸４１によりパレ
ット２８に回転自在に支持され、パレット２８に組み込
まれたテーパピン４２のテーパ部４２ａを介してスプリ
ング４３の付勢力が伝達されることにより、ワーク受け
３９にセットされたコイル素材Ｃを所定のクランプ力で
クランプすることができる。従って、テーパピン４２を
押し込んでクランプ力を解消することでコイル素材Ｃを
アンクランプする（離す）ことができる。

【００３９】パレット２８には、円形の位置決め孔４４
が２箇所形成されている。この位置決め孔４４は、図１
１（ｂ）に示すように、パレット２８の高さ方向（図１
１（ｂ）の上下方向）に貫通して設けられ、前述の上型
３３に設けられた位置決めピン３６と嵌合可能に設けら
れている。パレット２８の横幅方向の両側面は、ワーク
受け３９の側面と段差のない平面であり、且つワーク受
け３９の底面に対して略直角に形成されている。また、
ワーク受け３９の底面からパレット２８の底面までの高
さが上層コイル端部５ｂの長さ以上に設定されている。

【００４０】次に、上層コイル導体５及び下層コイル導
体４の製造方法について図１５〜図１８を参照しながら
説明する。 （上層コイル導体５） 図１５（ａ）…上層コイル導体５のブランク形状を複数
連続した状態でコイル材料（例えば裸電線、被覆電線
等）から打ち抜く。 図１５（ｂ）…所定の位置で個々のブランク形状に切断
する。 図１５（ｃ）…上層コイル突起５ｃの幅方向を最適化す
るため、上層コイル端部５ｂの根元部をサイドカットす
る。 図１５（ｄ）…コイル素材Ｃの直線部と同一平面上で上
層コイル端部５ｂを直線部に対し所定角度傾斜させる。

【００４１】図１５（ｅ）…上層コイル突起５ｃを打ち
出す。この成形工程を前述の図１２〜図１４に示す。図
１２及び図１３は加工前の状態、図１４は加工時の状態
を示す図面である。この工程では、第１の例及び第２の
例の場合と同様に、上層コイル突起５ｃの内径面に突出
部５ｄ（図５（ｃ）参照）が形成される。 図１６（ｆ）…上層コイル端部５ｂを略直角に折り曲げ
る。 図１６（ｇ）…上層コイル端部５ｂを予備成形する。 図１６（ｈ）…上層コイル端部５ｂを仕上げ成形する。

【００４２】（下層コイル導体４） 図１７（ｂ）…下層コイル導体４のブランク形状を打ち
抜く。 図１７（ｃ）…下層コイル突起４ｃの幅方向を最適化す
るため、下層コイル端部４ｂの根元部をサイドカットす
る。 図１７（ｄ）…コイル素材Ｃの直線部と同一平面上で下
層コイル端部４ｂを直線部に対し所定角度傾斜させる。 図１７（ｅ）…下層コイル突起４ｃを打ち出す。 図１８（ｆ）…下層コイル端部４ｂを略直角に折り曲げ
る。 図１８（ｇ）…下層コイル端部４ｂを予備成形する。 図１８（ｈ）…下層コイル端部４ｂを仕上げ成形する。

【００４３】次に、電機子１の製造工程について簡単に
説明する。 ａ）電機子鉄心３の端面外側に内側絶縁体６を装着す
る。 ｂ）下層スロット絶縁体９と下層コイル辺４ａとをスロ
ット８内に挿入して所定数の下層コイル導体４を電機子
鉄心３に組み付ける。 ｃ）両側の下層コイル突起４ｃの外径にそれぞれ外側絶
縁体７を嵌め合わせて下層コイル端部４ｂの外側に装着
する。 ｄ）上層スロット絶縁体１０と上層コイル辺５ａとをス
ロット８内の下層コイル辺４ａの外側に挿入して所定数
の上層コイル導体５を電機子鉄心３に組み付ける。これ
により、各下層コイル突起４ｃと各上層コイル突起５ｃ
とがそれぞれ回転軸２の外周で径方向に対向して配置さ
れる。

【００４４】続いて、径方向に対向する下層コイル突起
４ｃと上層コイル突起５ｃとをＴＩＧ溶接（アーク溶
接）により接合する。ここで、ＴＩＧ溶接による接合工
程について説明する。電機子鉄心３に組み付けられた下
層コイル導体４と上層コイル導体５は、両突起４ｃ、５
ｃが径方向に対向して配置される。この時、接合前の両
突起４ｃ、５ｃは、図１に示すように、上層コイル突起
５ｃの内径面に設けられた突出部５ｄが下層コイル突起
４ｃの外径面に当接し、軸方向端部では上層コイル突起
５ｃの内径面と下層コイル突起４ｃの外径面とが隙間を
有して対向している。ＴＩＧ溶接を行う溶接装置（第６
実施例の図３５参照）は、溶接トーチ４５の電極棒４５
ａに所定の揺動動作（スイング動作）を行わせることが
できる。

【００４５】先ず、ワークＷ（電機子鉄心３に下層コイ
ル導体４及び上層コイル導体５が組み付けられたもの）
を所定位置に保持し、溶接トーチ４５を上層コイル突起
５ｃの軸方向端面上に近接して静止させる。この時、溶
接トーチ４５の電極棒４５ａの先端が上層コイル突起５
ｃの軸方向端面の略中央部に位置している。この状態で
アークをスタートさせ、その後、図１に示すように、電
極棒４５ａを一定の速度及び所定の振り幅で上層コイル
突起５ｃと下層コイル突起４ｃとの間で揺動させる。電
極棒４５ａを所定回数揺動させた後、揺動動作を停止し
てアークを停止する。上記のＴＩＧ溶接により、図２に
示す望ましい継手形状を形成することができる。なお、
「望ましい継手形状」とは、上層コイル突起５ｃと下層
コイル突起４ｃとが略均等に溶融して接合され、且つ接
合部４６に亀裂が無い状態で、溶接強度が高いことを言
う。

【００４６】（第１実施例の効果）本実施例では、上層
コイル突起５ｃと下層コイル突起４ｃとを接合する際
に、その接合前の状態で、上層コイル突起５ｃの内径面
に設けられた突出部５ｄが下層コイル突起４ｃの外径面
に当接し、軸方向端部では上層コイル突起５ｃの内径面
と下層コイル突起４ｃの外径面とが隙間を有して対向し
ている（図１参照）。この構造によれば、軸方向端部で
下層コイル突起４ｃと上層コイル突起５ｃとが離れてい
るので、アークの飛ぶ位置が上層コイル突起５ｃ側と下
層コイル突起４ｃ側との何れかに振れることはなく、上
層コイル突起５ｃから先に溶融を開始すれば、安定して
上層コイル突起５ｃにアークを飛ばすことができる。つ
まり、熱容量の大きい上層コイル端部５ｂ側の突起から
溶融を開始することができるので、ヒートアンバランス
によって接合部４６の溶融状態が悪化することも無く、
良好な継手形状を得ることができる。また、図２に示す
継手形状は、接合前の上層コイル突起５ｃの根元部に予
め窪み５ｅが形成されているので、接合部４６に亀裂が
入ることも無く、溶接強度の高い接合部４６を形成する
ことができる。

【００４７】（第２実施例）本実施例では、上層コイル
導体５の製造工程において、コイル材料１３の歩留りを
向上するために用いられる手段であるコイル整形方法に
ついて説明する。図１９に示すように、平角線材から上
層コイル端部５ｂの一部を潰して整流子面として用いる
製造方法が公知である。この製造方法を簡単に説明する
と、 図１９（ａ）…平角線材を上層コイル導体５のブランク
形状に相当する所定の長さに切断する。 図１９（ｂ）…コイル素材Ｃの幅方向（同一平面上）に
上層コイル端部５ｂを所定角度曲げる。 図１９（ｃ）…上層コイル端部５ｂを厚み方向に潰して
幅広形状に整形する。 図１９（ｄ）…上層コイル端部５ｂを略直角に曲げた
後、その上層コイル端部５ｂの先端部を打ち出して上層
コイル突起５ｃ（図５（ｃ）参照）を形成する。

【００４８】この製造方法において、上層コイル端部５
ｂの根元部をサイドカットした上で、整流子面に使用さ
れる部位の面積を増加させるために所定領域を潰し加工
する。この時、潰す場合のパターンとしては、図２０
（ｅ）〜（ｈ）の何れかが良い。なお、図２０（ｅ）〜
（ｈ）では、破線で示す元の形状（潰す前の形状）に対
し、ハッチングで示す領域を潰し加工することで整流子
面として必要な面積を確保している。

【００４９】（第３実施例）本実施例は、上層コイル辺
５ａの軸方向端部に係合部４７（図２３及び図２４参
照）を形成し、この係合部４７と上層コイル端部５ｂと
の間に外側絶縁体７の外径部を挟持する構造を示す。先
ず、上層コイル辺５ａに係合部４７を形成するために使
用する加工治具４８について説明する。この加工治具４
８は、図２２（ａ）に示すように、円柱形状の一部が径
方向中程から中心軸と平行に下端まで削除されて平坦面
４８ａが形成され、且つ図２２（ｂ）に示すように、平
坦面４８ａに対し先端へ向かって所定の角度θ2 （鋭
角）で傾斜する傾斜面４８ｂが設けられている。また、
加工治具４８の下端部には、矩形状に窪む逃げ溝４８ｃ
が設けられ、平坦面４８ａから見た逃げ溝４８ｃの両側
は、先端に向かって鋭角に傾斜している。なお、逃げ溝
４８ｃは、その横幅ｗが上層コイル辺５ａの幅より若干
小さく形成されている。

【００５０】上記の加工治具４８を用いて上層コイル辺
５ａに係合部４７を形成する工程について、２つの例で
説明する。 （第１の例）下層コイル導体４、外側絶縁体７、及び上
層コイル導体５等を電機子鉄心３に組み付けた後、上層
コイル辺５ａの所定部位に加工治具４８を当てる。具体
的には、図２１に示すように、上層コイル辺５ａの外側
絶縁体７より反コイル端部側で、加工治具４８の先端を
上層コイル辺５ａの外径面に当接させ、且つ加工治具４
８の軸芯を上層コイル辺５ａに対し所定角度θ1 だけ傾
けた姿勢（この時、加工治具４８の傾斜面が上層コイル
辺５ａに対し略９０度の角度を成している）に配置す
る。続いて、加工治具４８の軸芯方向（図２１に矢印で
示す方向）より加工治具４８に所定の荷重Ｐを加え、上
層コイル辺５ａの両側部分を塑性変形させて係合部４７
を形成する（図２３参照）。この係合部４７により、外
側絶縁体７の外径部が上層コイル端部５ｂとの間に押圧
された状態で保持される。

【００５１】（第２の例）この例では、上層コイル辺５
ａの端部に予め係合部４７を形成するための予備成形が
施されている。この予備成形は、図２４（ａ）に示すよ
うに、上層コイル辺５ａの両側に切欠き部４９を形成す
るもので、その切欠き部４９は、外側絶縁体７との間に
係合部４７を形成できる程度の寸法Ｓを残して形成され
ている。以後、第１の例と同様に、上層コイル辺５ａに
加工治具４８を当てて荷重を付与することにより、図２
４（ｂ）、（ｃ）に示すように、上記寸法Ｓの部分を塑
性変形させて係合部４７を形成している。

【００５２】以上のように、本実施例では、上層コイル
辺５ａに設けた係合部４７と上層コイル端部５ｂとの間
に外側絶縁体７の外径部が挟持されるので、その外側絶
縁体７によって各上層コイル端部５ｂの相対的な軸方向
位置のばらつきが抑制される。この結果、上層コイル端
部５ｂを整流子として使用する場合は、その整流子面の
凹凸を抑制できるので、整流性能の悪化を防止できる。
また、上層コイル導体５を電機子鉄心３に組み付けた後
から上層コイル辺５ａに塑性変形を実施して係合部４７
を設けているので、外側絶縁体７に対し上層コイル導体
５を容易に、且つ安定的に保持させることができる。第
２の方法は、上層コイル辺５ａに予備成形を行わない第
１の例と比較して、塑性変形に要する荷重を小さくでき
るメリットがある。また、荷重を小さくできることによ
り、係合部４７を設ける際に生じる上層コイル導体５の
変形を小さく抑えることができる。

【００５３】（第４実施例）本実施例は、下層コイル突
起４ｃと上層コイル突起５ｃとの接合部４６の補強構造
について示す。両コイル突起の接合部４６は、図２５に
示すように、補強部５０、カラー５１、及び絶縁リング
５２によって補強されている。補強部５０は、液状また
は粉体状の樹脂（エポキシ系あるいはフェノール系等の
熱硬化性タイプ）で接合部４６を隙間無く覆い、その樹
脂を加熱硬化させて形成される。接合部４６を樹脂で覆
う場合は、樹脂が整流子面（上層コイル端部５ｂの軸方
向端面）に付着しないようにマスキングを施した状態で
行う。あるいは、粘性の高いタイプを選定して樹脂の流
動を抑制することにより、整流子面への付着を防止して
も良い。

【００５４】カラー５１は、カップ形状に設けられ、補
強部５０の外側に被せられて、補強部５０を保持してい
る。絶縁リング５２は、例えばガラス繊維を含むフェノ
ール樹脂等によりリング形状に形成され、上層コイル端
部５ｂとカラー５１との間に介在されて、両者間を絶縁
している。この絶縁リング５２は、所定数の上層コイル
導体５がカラー５１を介して導通することを防止してい
る。本実施例では、接合部４６を補強することにより、
遠心力による応力を緩和できる。また、接合部４６の径
方向及び周方向への変動を抑制できるので、電機子１の
回転時に生じる遠心力によって接合部４６が位置ずれす
ることを防止できる。また、接合部４６を補強すること
により、上層コイル端部５ｂ及び下層コイル端部４ｂが
電機子鉄心３の端面から浮き上がることも防止できる。

【００５５】（第５実施例）本実施例は、第４実施例で
説明した接合部４６の補強構造とは別に、接合部４６に
対して遠心力による応力を緩和するための構造を示すも
のである。 （第１の例）図２５及び図２６に示すように、上層コイ
ル辺５ａの両端部（スロット８より外側に出ている部
分）の外径にリング部材５３を装着する。このリング部
材５３は、上層コイル端部５ｂの軸方向端面（整流子
面）より外側へ飛び出ていると、整流子面にブラシ粉が
滞留する恐れがあるので、図２５に示すように、整流子
面より低い位置に配置した方が良い。

【００５６】（第２の例）図２７に示すように、電機子
鉄心３の外径に円筒状部材５４を嵌め合わせる。この例
では、電機子鉄心３の外径に円筒状部材５４を嵌め合わ
せるため、電機子鉄心３に開放スロット８を採用してい
る。開放スロット８とは、図２８に示すように、電機子
鉄心３の外周部にかしめ用の爪を具備していないタイプ
のスロット８を言う。従って、電機子鉄心３の外周面に
は突起物（爪）がなく、略均一な外周面を形成してい
る。

【００５７】円筒状部材５４は、例えば鉄等の磁性材料
から成り、電機子鉄心３の外周に装着可能（圧入でも良
い）な内径を有し、且つ円筒状部材５４の全長が、一方
の上層コイル端部５ｂの反鉄心側端面（整流子面）と他
方の上層コイル端部５ｂの反鉄心側端面との間の軸方向
寸法Ｌ（図２７参照）より長く設けられている。この円
筒状部材５４は、軸方向から電機子鉄心３の外周に装着
され、軸方向の両端開口縁部をそれぞれ内径側へかしめ
て固定される。なお、円筒状部材５４とスロット８内に
収容されている上層コイル辺５ａとは、下層スロット絶
縁体９と上層スロット絶縁体１０の両端部が折り曲げら
れて上層コイル辺５ａの外周面を略覆うことにより絶縁
されている。この円筒状部材５４を装着した後、円筒状
部材５４の内径側に低粘度の絶縁材（液状エポキシ樹
脂、ワニス等）を含浸させることにより、電機子鉄心３
と各コイル導体４、５との隙間及び各コイル導体４、５
間の隙間に絶縁層を形成することができる。

【００５８】ここで、円筒状部材５４の内径側に絶縁材
を含浸させる方法について図２９を参照しながら説明す
る。先ず、液状の絶縁材５５を蓄える液槽５６を準備す
る。続いて、回転軸２を直立させた姿勢で電機子１の整
流子面より下側を液中に浸漬させる。つまり、整流子面
は液面より露出している。なお、液中に浸漬される回転
軸２の反整流子側端部は、カバー５７等で液密に覆われ
ている。この状態で回転軸２を中心として電機子１を回
転させても良い。また、電機子１の上方から液状の絶縁
材５５を整流子面に当たらないように円筒状部材５４の
内径側に滴下させても良い。これにより、電機子鉄心３
と各コイル導体４、５との隙間及び各コイル導体４、５
間等に液状の絶縁材５５が浸透して絶縁層が形成され
る。

【００５９】その他の含浸方法を図３０に基づいて説明
する。図３０に示すように、回転軸２と整流子面を液中
に浸漬させることなく、且つ他方の上層コイル端部５ｂ
側を液中に浸漬させるように、液槽５６に対して回転軸
２を所定角度傾けて配置する。この状態で回転軸２を中
心として電機子１を回転させることにより、電機子鉄心
３と各コイル導体４、５との隙間及び各コイル導体４、
５間等に液状の絶縁材５５が浸透して絶縁層が形成され
る。この方法では、回転軸２を液中に浸漬させないた
め、回転軸２の反整流子側端部をカバー等で覆う必要は
ない。

【００６０】本実施例では、上層コイル導体５の軸方向
全域Ｌを円筒状部材５４で連続的に覆っているため、円
筒状部材５４の内径側に絶縁材５５が均一に含浸され
る。その結果、ピンホール等の非絶縁部が生じることが
なく、良好な絶縁被膜を形成できるため、各コイル導体
４、５と電機子鉄心３または円筒状部材５４との絶縁構
造が堅牢になる。特に、電機子鉄心３の軸方向両端部近
傍での絶縁構造が均一となる。この結果、電機子１の表
面にブラシ粉が付着しても、そのブラシ粉を通じて電機
子鉄心３と各コイル導体４、５とが短絡することはな
く、良好な絶縁構造を維持できる。

【００６１】また、絶縁材５５を円筒状部材５４の内径
側へ封入する構造であるため、外径部の寸法変化が無
く、仕上げ加工も不要となる。上層コイル導体５の軸方
向全域Ｌを一つの円筒状部材５４により連続的に覆って
いるため、高速回転時の遠心力によりコイルエンド部
（スロット８から出ている部分）が外径側へ変形するこ
とを防止できる。本実施例では、下層スロット絶縁体９
と上層スロット絶縁体１０の両端部が折り曲げられて上
層コイル辺５ａの外周面を略覆うことにより上層コイル
辺５ａと円筒状部材５４とを絶縁することができる。こ
れにより、特別な絶縁部材を準備する必要がなく、両ス
ロット絶縁体９、１０によって容易に、且つ安価に絶縁
構造を達成できる。円筒状部材５４を磁性材料で形成す
ることにより、図示しない固定子（界磁極）とのエアギ
ャップを円筒状部材５４の厚み分だけ低減できるため、
性能向上に寄与できる。

【００６２】（第６実施例）本実施例は、下層コイル突
起４ｃと上層コイル突起５ｃとの接合方法を示すもの
で、その接合手段としてＴＩＧロー付け法を採用してい
る。このＴＩＧロー付け法は、図３２、３３に示すよう
に、径方向に対向する下層コイル突起４ｃと上層コイル
突起５ｃとの間に環状のロー材５８を挟み込み、そのロ
ー材５８をアーク溶接により溶融させて両コイル突起４
ｃ、５ｃを接合する。ロー材５８の幅（軸方向の長さ）
は、図３４に示すように、上層コイル突起５ｃの内径面
の軸方向寸法と略同一寸法に設定されている。

【００６３】ここで、アーク溶接に使用する溶接装置に
ついて説明する。溶接装置（アーク溶接機）は、図３５
に示すように、ワークＷを保持するワーク保持具５９、
このワーク保持具５９を介してワークＷを所定の回転速
度及び回転角度で回転させることのできる回転装置６
０、ワークＷの両コイル突起４ｃ、５ｃを溶接するため
のＴＩＧ溶接機６１、このＴＩＧ溶接機６１の溶接トー
チ４５に所定の揺動動作（スイング動作）を行わせる揺
動装置６２、及び溶接トーチ４５の溶接動作を制御する
制御装置６３等から構成される。ワーク保持具５９は、
両コイル突起４ｃ、５ｃを接地（アース）するためのア
ース用治具６４を具備し、このアース用治具６４の先端
面が上層コイル端部５ｂに電気的に接触している。

【００６４】回転装置６０は、回転力を発生するサーボ
モータ等のアクチュエータ６５、このアクチュエータ６
５の回転速度を減速する減速機６６、及びアクチュエー
タ６５の作動を制御する制御ユニット６７等から構成さ
れる。あるいは、モータとエンコーダとの組み合わせに
より構成しても良い。ＴＩＧ溶接機６１は、広く知られ
た一般的な構成であり、上記の溶接トーチ４５の他に、
溶接電源（ＡＣｏｒＤＣ）６８、アークのオン／オフと
アークの出力制御を行う溶接コントローラ６９、溶接に
必要な高周波を発生させる高周波発生装置７０、溶接状
態を安定させるためのシールドガス（イナートガス）を
供給するシールドガス発生装置７１、溶接トーチ４５の
内部に冷却水を循環させる冷却水供給装置７２等から構
成される。なお、溶接トーチ４５は、図３１に示すよう
に、揺動可能な電極棒４５ａを具備し、この電極棒４５
ａの先端よりアークを発生させる。

【００６５】揺動装置６２は、溶接トーチ４５を保持
し、所定の角度、速度、位置、及び回数等で電極棒４５
ａを揺動させる揺動ロボット７３と、この揺動ロボット
７３の作動を制御する制御ユニット７４とから構成され
る。なお、揺動ロボット７３は、溶接時のノイズ対策が
施されている。制御装置６３は、回転装置６０の制御ユ
ニット６７、ＴＩＧ溶接機６１の溶接コントローラ６
９、及び揺動装置６２の制御ユニット７４へ制御信号を
出力して、回転装置６０の作動（ワークＷの回転位置）
とＴＩＧ溶接機６１及び揺動装置６２の作動タイミング
とを制御する。

【００６６】なお、このＴＩＧ溶接は、図３６に示す溶
接加工条件に基づいて実施することが望ましい。図３６
に示す溶接加工条件の因子について簡単に説明する。 溶接電流：溶接トーチ４５に通電する電流値（図３７参
照） クレータフィラ電流：溶融部の表面状態を改善するた
め、溶接終了時に流す追加電流（図３７参照） クレータフィラ時間：クレータフィラ電流を流す時間
（図３７参照） アーク長：電極棒４５ａとワークＷとの距離 ウィービング回数：電極棒４５ａを揺動する回数 ウィービング振り速度：電極棒４５ａの揺動速度 ウィービング振り幅：電極棒４５ａ先端の振り幅

【００６７】電極径：図３８参照 電極材質：電極棒４５ａの材質〔なお、ＷＬ及びＷＹ
は、それぞれタングステンに酸化物（La₂O₃ 、Y₂O₃）を
含有させたもので、ＪＩＳ規格品である〕 電極先端径：図３８参照 電極先端角度：図３８参照 ガス流量：溶接時のシールドガス流量（図３７参照） ガスプリフロー：溶接前に流すシールドガス時間（図３
７参照） ガスアフターフロー：溶接後に流すシールドガス時間
（図３７参照）

【００６８】次に、溶接装置による溶接方法について説
明する。まず、ワーク保持具５９によりワークＷを所定
の位置に保持する。この時、アース用治具６４の先端面
を上層コイル端部５ｂに電気的に接触させた状態で保持
する。ワーク保持具５９に保持されたワークＷは、回転
装置６０により所定の回転方向に駆動され、所定位置に
て位置決めされる（接合箇所である両コイル突起４ｃ、
５ｃの割り出し）。続いて、揺動ロボット７３により溶
接トーチ４５をワークＷの両コイル突起４ｃ、５ｃの近
傍へ移動させ、所定の溶接開始位置で静止させる。な
お、溶接開始位置は、図３１に示すように、ロー材５８
の厚み方向中央部、且つ両コイル突起４ｃ、５ｃの周方
向中央部である。

【００６９】ここで、アークをスタートさせると同時
に、溶接トーチ４５の電極棒４５ａを一定の速度、所定
の振り幅で揺動させる。電極棒４５ａの揺動は、図３９
に示すように、溶接開始位置を中心として両コイル突起
４ｃ、５ｃの周方向両側に往復移動させる。電極棒４５
ａの振り幅は、接合しようとする両コイル突起４ｃ、５
ｃ（第１の両コイル突起Ａと呼ぶ）と隣合う両コイル突
起４ｃ、５ｃ（第２の両コイル突起Ｂと呼ぶ）との間を
繋ぐロー材５８までアークが当たるように決定される。
例えば、図３９に示すように、隣合う第２の両コイル突
起Ｂの周方向角部までアークが当たる様に電極棒４５ａ
を揺動させる。なお、電極棒４５ａの揺動回数について
は、両コイル突起４ｃ、５ｃの形状によって最適回数が
異なるが、２〜７回が望ましい。また、溶接加工条件に
ついては、揺動の間、溶接電流、ガス流量等は特に変動
させず一定の条件とする（図３６参照）。

【００７０】電極棒４５ａを所定回数揺動させた後、電
極棒４５ａが所定の揺動終了位置（例えば両コイル突起
４ｃ、５ｃの周方向中央部）に達した時に揺動装置６２
を停止させる。電極棒４５ａの揺動終了後、アークを停
止させる。これにより、両コイル突起４ｃ、５ｃの間に
挟み込まれたロー材５８がアークの熱エネルギーを受け
て溶融し、両コイル突起４ｃ、５ｃ間に隙間なく充填さ
れることで両コイル突起４ｃ、５ｃが接合される。ま
た、第１の両コイル突起Ａと第２の両コイル突起Ｂとの
間を繋いでいたロー材５８は、電極棒４５ａの揺動によ
りアークの移動方向に溶融したロー材５８が引っ張られ
るため、図４０に示すように、第１の両コイル突起Ａと
第２の両コイル突起Ｂとの間で分断される。上記の動
作、即ちワークＷの位置決め、溶接トーチ４５の移動、
アーク開始、電極棒４５ａの揺動、アーク停止を１サイ
クルとし、順次所定の接合箇所だけ前記サイクルを繰り
返して加工を完了する。

【００７１】（第６実施例の効果）本実施例では、下層
コイル突起４ｃと上層コイル突起５ｃとの間に介在させ
たロー材５８をアーク溶接にて溶融させ、その溶融した
ロー材５８が両コイル突起４ｃ、５ｃの接合面に充填さ
れて両コイル突起４ｃ、５ｃを接合している。この場
合、両コイル突起４ｃ、５ｃを直接アーク溶接して接合
する際に生じる不完全接合部を無くすことができ、良好
な接合部が得られる。また、両コイル突起４ｃ、５ｃを
殆ど溶融させる必要がないため、従来のように上層コイ
ル突起５ｃの外径面が径方向外側へ凸形状となることも
ない。これらの結果、接合部の耐疲労強度を向上でき、
電機子１の回転時に接合部に繰り返し加わる遠心力に対
して所望の強度を確保できる。

【００７２】また、第１の両コイル突起Ａに介在されて
いるロー材５８を溶融させる際に、電極棒４５ａを周方
向に所定の範囲で揺動させて第１の両コイル突起Ａと第
２の両コイル突起Ｂとの間にあるロー材５８までアーク
を当てることにより、第１の両コイル突起Ａと第２の両
コイル突起Ｂとの間を繋いでいるロー材５８を分断させ
ることができる。その結果、周方向に隣合う接合部間が
ロー材５８で繋がってしまう（ブリッジする）接続不良
を防止できる。これにより、本実施例では、環状のロー
材５８を使用することができるため、周方向に複数設け
られる接合箇所に対して環状のロー材５８を一度に配置
（下層コイル突起４ｃと上層コイル突起５ｃとの間に挟
み込む）できる。その結果、接合箇所毎に複数の分割さ
れたロー材を用意する必要がなく、その分割されたロー
材を使用する場合と比較して極めて生産性の高い接合方
法を提供できる。

【００７３】（変形例）上記実施例では、電極棒４５ａ
を溶接開始位置（両コイル突起４ｃ、５ｃの周方向中央
部）を中心として周方向の両側へ揺動させることによ
り、第１の両コイル突起Ａの両側にあるロー材５８を分
断させているが、片側のロー材５８のみを分断させるよ
うに揺動範囲を決定しても良い。また、電極棒４５ａを
揺動させる代わりに、溶接トーチ４５全体を周方向に往
復平行移動させても良い。更に、電極棒４５ａや溶接ト
ーチ４５を移動させる代わりに、ワークＷを移動させて
も良いし、両者を移動させても良い。

【００７４】次に、本実施例の接合方法によって得られ
る接合部の望ましい接合構造を以下に説明する。下層コ
イル突起４ｃと上層コイル突起５ｃは、その軸方向端面
の表面のみアークの熱エネルギーを受けて溶融している
が、ロー材５８を介して対向する下層コイル突起４ｃの
外径面（接合面）と上層コイル突起５ｃの内径面（接合
面）は殆ど溶融することなく、両コイル突起４ｃ、５ｃ
間に挟み込まれたロー材５８のみが溶融して接合されて
いる。また、溶融したロー材５８は、両コイル突起４
ｃ、５ｃの接合面全体に充填され、且つ溶融したロー材
５８の鉄心側端部にフィレット形状が形成されている。
この「フィレット形状」とは、図４１（ａ）に示すよう
に、下層コイル突起４ｃの外径面に対して溶融したロー
材５８が鈍角な形状を形成していることを言う。

【００７５】上記の接合構造では、両コイル突起４ｃ、
５ｃが溶融して周方向に張り出すことがないため、隣合
う接合部４６同士が接触するブリッジを防止できる。ま
た、下層コイル突起４ｃの外径面と上層コイル突起５ｃ
の内径面が殆ど溶融しないため、両コイル突起４ｃ、５
ｃの結晶粒が粗大化することを抑制できる。その結果、
加工前（接合前）と同程度の硬度を維持できるため、両
コイル突起４ｃ、５ｃを溶融させて接合した場合と比較
して耐遠心強度を向上できる。両コイル突起４ｃ、５ｃ
の接合面全域に溶融したロー材５８が充填されることに
より、両コイル突起４ｃ、５ｃ間に不完全接合部が無く
なり、十分な接合面積を確保できるため、電気抵抗を低
くすることが可能である。また、溶融したロー材５８の
鉄心側端部にフィレット形状が形成されることから、回
転時に接合部４６に加わる遠心力、それを繰り返し実施
した時に加わる力が分散されるため、接合部４６の耐疲
労強度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の接合方法を示す接合部近傍の図面で
ある。

【図２】接合部の継手形状を示す図面である。

【図３】電機子の分解斜視図である。

【図４】電機子の半断面図である。

【図５】上層コイル導体の製造過程を示す図面である。

【図６】上層コイル導体の製造工程を示す工程図であ
る。

【図７】上層コイル導体のブランク形状を示す図面であ
る。

【図８】上層コイル端部を形成する工程を示す図面であ
る。

【図９】上層コイル突起を打ち出す工程を示す図面であ
る。

【図１０】上層コイル導体の最終工程を示す図面であ
る。

【図１１】コイル導体を搬送するパレットの平面図
（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図１２】コイル導体を製造する製造装置の側面断面図
である。

【図１３】コイル導体を製造する製造装置の正面図であ
る。

【図１４】コイル導体を製造する製造装置の作動状態を
示す断面図である。

【図１５】上層コイル導体の製造過程を示す図面であ
る。

【図１６】上層コイル導体の製造過程を示す図面であ
る。

【図１７】下層コイル導体の製造過程を示す図面であ
る。

【図１８】下層コイル導体の製造過程を示す図面であ
る。

【図１９】上層コイル導体の製造過程を示す図面であ
る。

【図２０】整流子面を設けるための潰し領域を示す図面
である。

【図２１】上層コイル辺に係合部を設ける過程を示す図
面である。

【図２２】加工治具を示す図面である。

【図２３】上層コイル辺に設けられた係合部を示す図面
である。

【図２４】上層コイル辺に係合部を形成する過程を示す
図面である。

【図２５】接合部の補強構造を示す図面である。

【図２６】リング部材により耐遠心力を向上させた電機
子の半断面図である。

【図２７】円筒状部材により耐遠心力を向上させた電機
子の半断面図である。

【図２８】電機子の分解斜視図である。

【図２９】絶縁材の含浸方法を示す図面である。

【図３０】絶縁材の含浸方法を示す他の図面である。

【図３１】ロー材を使用した接合方法を示す斜視図であ
る。

【図３２】電機子の半断面図である。

【図３３】両コイル突起間にロー材を挟み込んだ状態を
示す軸方向正面図である。

【図３４】両コイル突起間にロー材を挟み込んだ状態を
示す断面図である。

【図３５】溶接装置の全体構成図である。

【図３６】アーク溶接の加工条件を示す図である。

【図３７】溶接時の溶接電流とガス流量の変化を示すグ
ラフである。

【図３８】溶接トーチの電極棒の側面図である。

【図３９】ロー材を使用した接合方法を示す側面図（接
合前）である。

【図４０】ロー材を使用した接合方法を示す側面図（接
合後）である。

【図４１】接合部の形状を示す図面である。

【図４２】接合部の形状を示す図面である（従来技術の
説明）。

【符号の説明】

１ 電機子 ２ 回転軸 ３ 電機子鉄心 ４ 下層コイル導体 ４ａ 下層コイル辺 ４ｂ 下層コイル端部 ４ｃ 下層コイル突起 ５ 上層コイル導体 ５ａ 上層コイル辺 ５ｂ 上層コイル端部 ５ｃ 上層コイル突起 ５ｄ 上層コイル突起の突出部 ７ 外側絶縁体（円板状の絶縁部材） ８ スロット ２８ パレット ４５ 溶接トーチ ４７ 上層コイル辺に設けた係合部 ５０ 補強部 ５１ カラー ５２ 絶縁リング（絶縁体） ５４ 円筒状部材 ５５ 絶縁材 ５８ ロー材 Ａ 第１の両コイル突起 Ｂ 第２の両コイル突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑村 裕次郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 高田 雅広 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 片平 晃二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 志賀 耕二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周部に所定数のスロットを有する電機子
   鉄心と、 この電機子鉄心を支持する回転軸と、 前記電機子鉄心に組み付けられる所定数の下層コイル導
   体と、 この下層コイル導体の後から前記電機子鉄心に組み付け
   られる所定数の上層コイル導体とを備え、 前記下層コイル導体は、前記スロットに収容される直線
   状の下層コイル辺と、この下層コイル辺の両端より前記
   電機子鉄心の端面側へ略直角に折り曲げられ、且つ前記
   下層コイル辺を中心として互いに反対側へ所定角度傾斜
   している一対の下層コイル端部と、この下層コイル端部
   の先端部より軸方向の反鉄心側へ突出している一対の下
   層コイル突起とを有し、 前記上層コイル導体は、前記スロットに収容される直線
   状の上層コイル辺と、この上層コイル辺の両端より前記
   電機子鉄心の端面側へ略直角に折り曲げられ、且つ前記
   上層コイル辺を中心として互いに反対側へ所定角度傾斜
   している一対の上層コイル端部と、この上層コイル端部
   の先端部より軸方向の反鉄心側へ突出している一対の上
   層コイル突起とを有し、 前記下層コイル導体と前記上層コイル導体とを前記電機
   子鉄心に組み付けて、前記下層コイル突起と前記上層コ
   イル突起とを前記回転軸の外周で径方向に対向して配置
   し、その両コイル突起同士をアーク溶接により接合する
   回転電機の電機子であって、 接合前の前記両コイル突起は、軸方向の反鉄心側端部で
   径方向に対向する互いの対向面の間に隙間を有してお
   り、その隙間より鉄心側で前記互いの対向面同士が接触
   していることを特徴とする回転電機の電機子。
2. 【請求項２】請求項１に記載した電機子において、 接合前の前記両コイル突起は、前記上層コイル突起の内
   径面と前記下層コイル突起の外径面とが径方向に対向し
   ており、 前記上層コイル突起の内径面は、軸方向において反鉄心
   側端部より鉄心側の部位で最も内径側へ突出している突
   出部を有し、この突出部で前記下層コイル突起の外径面
   と接触していることを特徴とする回転電機の電機子。
3. 【請求項３】請求項１及び２に記載した電機子の製造方
   法であって、 前記下層コイル突起と前記上層コイル突起との間で溶接
   トーチを揺動させながら前記両コイル突起同士を接合す
   る場合に、 前記溶接トーチを前記上層コイル突起の軸方向端面上に
   近接配置して、その上層コイル突起側から溶接を開始す
   ることを特徴とする電機子の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１及び２に記載した電機子におい
   て、 前記下層コイル突起と前記上層コイル突起との接合部を
   絶縁物で覆った補強部と、 この補強部の外側に密着して被せられ、前記補強部を保
   持するカラーと、 このカラーと前記上層コイル端部とを絶縁する絶縁体と
   を備えていることを特徴とする回転電機の電機子。
5. 【請求項５】請求項２に記載した上層コイル導体を製造
   する方法であって、 前記上層コイル導体の略展開形状を形成する第１の工程
   と、 前記上層コイル辺に相当する前記略展開形状の直線部を
   保持して、その直線部の同一平面上で前記上層コイル端
   部を所定角度傾斜させ、且つ前記上層コイル突起を打ち
   出す第２の工程と、 前記直線部に対して前記上層コイル端部を略直角に折り
   曲げる第３の工程と、 前記上層コイル突起を整形する第４の工程とを有し、 前記第２の工程で前記上層コイル突起を打ち出す際に、
   前記上層コイル突起の内径面に前記突出部を設けること
   を特徴とする上層コイル導体の製造方法。
6. 【請求項６】請求項５に記載した上層コイル導体の製造
   方法において、 前記第１の工程は、前記上層コイル導体の略展開形状を
   複数連続して棒状のコイル材料から打ち抜いた後、その
   連続する複数の前記略展開形状を個々の前記略展開形状
   に切断することを特徴とする上層コイル導体の製造方
   法。
7. 【請求項７】請求項５に記載した上層コイル導体の製造
   方法において、 前記第１の工程は、前記上層コイル導体の略展開形状を
   平板状のコイル材料から打ち抜いていることを特徴とす
   る上層コイル導体の製造方法。
8. 【請求項８】請求項５に記載した上層コイル導体の製造
   方法において、 前記第１の工程を終了した後、前記上層コイル導体の略
   展開形状を所定の加工ステージにて保持し、前記第２の
   工程から第４の工程までを前記所定の加工ステージで順
   次行うことを特徴とする上層コイル導体の製造方法。
9. 【請求項９】請求項５に記載した上層コイル導体の製造
   方法において、 第１の工程を終了した後、前記上層コイル導体の略展開
   形状をパレットに保持し、そのパレットを前記第２の工
   程から第４の工程までそれぞれの加工ステージへ順次搬
   送して、前記それぞれの加工ステージで所定の加工が行
   われることを特徴とする上層コイル導体の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項５〜７に記載した上層コイル導体
    の製造方法において、 前記上層コイル導体の略展開形状を打ち抜く際に、前記
    上層コイル端部の根元部を予めサイドカットしておき、 その後、前記上層コイル端部の整流子面に使用される部
    位の面積を増加させるために所定領域を潰し加工するこ
    とを特徴とする上層コイル導体の製造方法。
11. 【請求項１１】請求項１及び２に記載した下層コイル導
    体は、請求項５〜９に記載した上層コイル導体の製造方
    法に準じて製造されることを特徴とする下層コイル導体
    の製造方法。
12. 【請求項１２】請求項１及び２に記載した電機子におい
    て、 前記下層コイル端部と前記上層コイル端部との間に介在
    される円板状の絶縁部材を有し、 前記下層コイル導体、前記絶縁部材、及び前記上層コイ
    ル導体を前記電機子鉄心に組み付けた後、前記上層コイ
    ル辺の一部を塑性変形させて、前記上層コイル端部との
    間に前記絶縁部材の外径部を挟持する係合部を設けてい
    ることを特徴とする回転電機の電機子。
13. 【請求項１３】請求項１及び２に記載した電機子におい
    て、 開放スロットを有する電機子鉄心の外周に装着可能な内
    径を有し、且つ前記上層コイル導体の直線導体部より全
    長が長い円筒状部材を備え、 前記下層コイル導体と前記上層コイル導体とを前記電機
    子鉄心に組み付けた後、前記電機子鉄心の外周に前記円
    筒状部材が装着されて、前記上層コイル導体の軸方向全
    域が前記円筒状部材により覆われていることを特徴とす
    る回転電機の電機子。
14. 【請求項１４】請求項１３に記載した電機子において、 前記円筒状部材の内径側に絶縁材が封入されていること
    を特徴とする回転電機の電機子。
15. 【請求項１５】外周部に所定数のスロットを有する電機
    子鉄心と、 この電機子鉄心を支持する回転軸と、 下層コイル辺を有し、この下層コイル辺を前記スロット
    に挿入して前記電機子鉄心に組み付けられる所定数の下
    層コイル導体と、 上層コイル辺を有し、この上層コイル辺を前記スロット
    の前記下層コイル辺の外側に挿入して前記電機子鉄心に
    組み付けられる所定数の上層コイル導体とを備え、 前記下層コイル導体と前記上層コイル導体を前記電機子
    鉄心に組み付けて、前記下層コイル導体の端部に設けら
    れた下層コイル突起と前記上層コイル導体の端部に設け
    られた上層コイル突起とを前記回転軸の外周で径方向に
    対向して配置し、その径方向に対向する両コイル突起間
    に環状のロー材を介在させて、アーク溶接機の溶接トー
    チより放出されるアークを前記ロー材に当てて溶融させ
    ることにより前記両コイル突起を接合する電機子の製造
    方法であって、 第１の両コイル突起間に介在されている前記ロー材を溶
    融させる際に、前記溶接トーチと前記電機子鉄心の少な
    くとも一方を周方向に所定の範囲で往復移動させて、前
    記第１の両コイル突起と周方向に隣合う第２の両コイル
    突起との間にある前記ロー材までアークを当てて溶融さ
    せることにより、前記第１の両コイル突起と前記第２の
    両コイル突起との間にある前記ロー材を分断させること
    を特徴とする電機子の製造方法。
16. 【請求項１６】請求項１５に記載した電機子の製造方法
    において、 前記両コイル突起の周方向幅より大きい範囲で前記溶接
    トーチと前記電機子鉄心の少なくとも一方を往復移動さ
    せることを特徴とする電機子の製造方法。
17. 【請求項１７】請求項１５及び１６に記載した電機子の
    製造方法において、 アーク溶接を行う時の加工条件として、 前記溶接トーチへの通電電流を３０Ａ以下、 前記溶接トーチの先端から前記ロー材までのアーク長を
    ０．５〜１．５ｍｍ、 前記溶接トーチと前記電機子鉄心の少なくとも一方を往
    復移動させる時の移動速度を５〜１５ｍｍ／秒、 前記溶接トーチと前記電機子鉄心の少なくとも一方を往
    復移動させる時の往復回数を２〜７回としたことを特徴
    とする電機子の製造方法。
18. 【請求項１８】請求項１５〜１７に記載した何れかの製
    造方法によって製造される電機子であって、 前記ロー材を介して対向する前記下層コイル突起の外径
    面と前記上層コイル突起の内径面は殆ど溶融することな
    く、前記両コイル突起間に挟み込まれた前記ロー材のみ
    溶融させて前記両コイル突起が接合されていることを特
    徴とする回転電機の電機子。
19. 【請求項１９】請求項１５〜１７に記載した何れかの接
    合方法によって接合された接合部の接合構造であって、 前記両コイル突起が接合される接合面全域に溶融した前
    記ロー材が充填され、且つ溶融した前記ロー材の鉄心側
    端部にフィレット形状が形成されていることを特徴とす
    る接合部の接合構造。