JP2011036094A - かしめ冶具 - Google Patents

Abstract

【課題】かしめ部材の亀裂発生および上記爪部の破損発生を効果的に抑制できるかしめ冶具を提供する。
【解決手段】円柱状の軸体の外周面に周方向に沿って形成された溝１５に、軸体に外装された円筒状のかしめ部材１２を径方向外側から押し込んで塑性変形させて固定するために用いるかしめ冶具１０は、かしめ部材１２を溝１５に押し込むための爪部４０を有する。この爪部４０は、かしめ部材１２の外周面の曲率半径Ｒ２よりも大きい曲率半径Ｒ１を有する円弧状に形成されるとともに、かしめ部材１２によって軸体に対して締結固定される被締結物をかしめ部材１２が軸方向に沿って押す方向に向かって凸状となるよう湾曲して形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、かしめ冶具に係り、特に、円柱状の軸体の外周面に周方向に沿って形成された溝に、前記軸体に外装された円筒状のかしめ部材を径方向外側から押し込んで塑性変形させて固定するために用いるかしめ冶具に関する。

従来、モータを構成するロータに関し、ロータシャフトに対してロータコアをかしめ締結によって固定する場合があることが知られている。

例えば、特開２００９−１２４８８１号公報（特許文献１）には、ロータコアの固定に対する信頼性を向上させることを目的とした回転電機が開示されている。この特許文献１の回転電機であるモータジェネレータは、ロータシャフト１１と、ロータコア１２と、エンドプレート３１とを備える。エンドプレート３１は、ロータシャフト１１の外周面上に嵌め合わされ、ロータコア１２の端面２７に当接する。ロータシャフト１１は、かしめ爪部４２を有する。かしめ爪部４２は、ロータシャフト１１の回転軸に対して外周側に曲げられ、エンドプレート３１およびロータコア１２に対してロータシャフト１１の回転軸方向に力を作用させながら、エンドプレート３１を係止する。ロータシャフト１１の回転軸を中心に半径方向に延びる線上において、かしめ爪部４２とエンドプレート３１とが接触する位置の最も内側の半径Ｒ１は、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置の最も内側の半径Ｒ２よりも大きく設定されている。

このような構成を有する特許文献１の回転電機によれば、かしめ爪部によるエンドプレートの係止時、かしめ爪部からエンドプレートに力が作用する位置が、エンドプレートとロータコアの端面とが当接する位置よりも外周側となることで、エンドプレートをロータコアの端面から浮き上がらせることなく、かしめ爪部によってエンドプレートを係止することができ、これによりロータコアをより確実にロータシャフトに対して固定することができる、と述べられている。

特開２００９−１２４８８１号公報

上記特許文献１の回転電機では、ロータシャフトに形成されているかしめ爪部をロータシャフトの回転軸に対して外周側に曲げることにより、エンドプレートを係止するものである。このようにかしめ爪部を外周側に曲げるためのかしめ冶具は、湾曲面を有する。上記かしめ爪部は、かしめ冶具の湾曲面に当接した状態でかしめ冶具がロータシャフトの軸方向に移動させられることによって、外周側に曲げられる。

しかし、円柱状の外周面を有するとともにその外周面上にかしめ用溝が形成されたロータシャフトに対し、円筒状のかしめ部材を外装し、このかしめ部材の一部を径方向外側から上記溝内に押し込んで塑性変形させることにより、ロータコアの端面に配置されたエンドプレートにかしめ部材を係止させる構成のものがある。この場合には、上記特許文献１におけるようなロータシャフトの軸方向に移動させるかしめ冶具は使用できない。

上記のような円筒状のかしめ部材をロータシャフトの外周面上の溝にかしめて固定するには、ロータシャフトの軸方向に対して例えば直角に横切る方向からかしめ部材を押圧変形させるかしめ冶具を用いる必要がある。このようなかしめ冶具は、かしめ部材をロータシャフトの溝に押し込むための爪部を有する。この爪部は、かしめ部材を上記溝の底部までしっかりと押し込んだ状態に塑性変形させるように、ロータシャフトの溝の底部の内径にかしめ部材の板厚を考慮した程度の曲率半径を有する円弧状に形成されており、この曲率半径はかしめ部材を構成する円筒部の外周面の曲率半径以下に設定されているのが一般的である。

しかしながら、このようなかしめ冶具で上記かしめ部材をかしめるとき、かしめ冶具の爪部の周方向両端部がまずかしめ部材の外周面に食い込むこととなる。そのため、上記かしめ冶具の爪部の周方向両端部に対応する位置でかしめ部材内の塑性変形時の応力が上記爪部によって変形させられるかしめ部材の他の部分よりも大きくなる。その結果、かしめ部材の板厚や強度にも依存するが、上記かしめ冶具の爪部の周方向両端部に対応する位置でかしめ部材に亀裂が生じやすいという問題がある。これと同時に、かしめ冶具の爪部についても周方向両端部に作用する内部応力が大きくなることで、爪部の破損が生じやすいという問題がある。

本発明の目的は、円柱状の軸体の外周面上の溝に円筒状のかしめ部材を押し込んでかしめ固定するために用いるかしめ冶具の爪部の形状を改良することで、かしめ部材の亀裂発生および上記爪部の破損発生を効果的に抑制できるかしめ冶具を提供することにある。

本発明に係るかしめ冶具は、円柱状の軸体の外周面に周方向に沿って形成された溝に、前記軸体に外装された円筒状のかしめ部材を径方向外側から押し込んで塑性変形させて固定するために用いるかしめ冶具であって、前記かしめ部材を前記溝に押し込むための爪部を有し、この爪部は、前記かしめ部材の外周面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する円弧状に形成されるとともに、前記かしめ部材によって前記軸体に対して締結固定される被締結物を前記かしめ部材が前記軸方向に沿って押す方向に向かって凸状となるよう湾曲して形成されていることを特徴とする。

本発明に係るかしめ冶具によれば、かしめ部材を軸体の溝に押し込むための爪部が、かしめ部材の外周面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する円弧状に形成されるとともに、かしめ部材によって軸体に対して締結固定される被締結物をかしめ部材が軸体の軸方向に沿って押す方向に向かって凸状となるよう湾曲して形成されている。このように爪部を形成したことで、かしめ部材は、爪部の周方向両端部よりも周方向中間部分においてより強く軸体の溝内に押し込まれて塑性変形されることになる。その結果、かしめ冶具の爪部の周方向両端部に対応する位置でかしめ部材に亀裂が発生すること、および、上記爪部の周方向両端部が破損することを効果的に抑制することができる。

また、かしめ冶具の爪部は、かしめ部材によって軸体に対して締結固定される被締結物をかしめ部材が軸体の軸方向に沿って押す方向に向かって凸状となるよう湾曲して形成されている。これにより、爪部の押し込みによって形成されたかしめ部材の凹み変形領域内の壁面のうち、かしめ部材が被締結物を押し付けることの反力を受けることなる壁面が、上記溝の側面に周方向にほぼ均一に当接した状態に形成されることができ、その結果、かしめ部材による被締結物の軸体に対する安定した締結固定状態を実現できる。

図１は、本発明の一実施形態であるかしめ冶具を用いてかしめ部材をロータシャフトに固定することにより、ロータシャフトにロータコアおよびエンドプレートが締結固定された状態を示す図である。 図２において、（Ａ）は図１のかしめ冶具によって円筒状のかしめ部材がかしめられる様子を模式的に示す図、（Ｂ）はかしめ冶具の爪部を示す側面図、（Ｃ）はかしめ冶具によってかしめ部材に形成された凹み変形領域を示す側面図である。 図３は、かしめ部材が押し込み変形されるときのかしめ冶具の爪部およびその近傍を示す部分拡大図である。 図４は、かしめ部材が押し込み変形されるときのかしめ部材およびかしめ冶具の爪部の応力状態を模式的に示す図である。 図５において、（Ａ）は従来のかしめ冶具によって円筒状のかしめ部材がかしめられる様子を模式的に示す図、（Ｂ）は従来のかしめ冶具の爪部を示す側面図、（Ｃ）は従来のかしめ冶具によってかしめ部材に形成された凹み変形領域を示す側面図である。 図６は、従来のかしめ冶具によって円筒状のかしめ部材を軸体にかしめたときの、かしめ冶具の爪部の周方向端部と、これに対応するかしめ部材の部分との各応力状態を模式的に示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

なお、下記においては、軸体であるロータシャフトに円筒状のかしめ部材によって被締結物であるロータコアおよびエンドプレートを締結固定する例について説明するが、本発明に係るかしめ冶具はこれ以外の種々の軸体に対して種々の被締結物をかしめ部材によって締結固定する場合にも適用可能である。

図１は、本発明の一実施形態であるかしめ冶具１０を用いてかしめ部材１２をロータシャフト１４に固定することにより、ロータシャフト１４にロータコア１６およびエンドプレート１８が締結固定された状態を示す図である。図１においては、簡略化のために、一点鎖線で示すロータシャフト１４の回転軸Ｘから右半分だけを示し、また、ロータシャフト１４以外の部材についての断面ハッチングが省略されている。

ロータシャフト１４は、円柱状の外周面２０を有する。この外周面２０上には、かしめ部材１２によってロータコア１６とこれを挟持する２枚のエンドプレート１８，１８とが締結固定されている。これらのロータシャフト１４、ロータコア１６およびエンドプレート１８によって、ロータ１が構成されている。

ロータ１の外周には、円筒状のステータ（図示せず）が配置される。また、ロータ１およびステータは、モータケース（図示せず）内に収容されてモータを構成する。ロータシャフト１４は、モータケースに回転可能に支持されている。

ロータシャフト１４は、金属製の丸棒から形成されており、図示するように中空部材であってもよいし、中実部材であってもよい。ロータシャフト１４の円柱状の外周面２０上に配置されたロータコア１６は、中心部に貫通孔を有する円盤状をなす複数の電磁鋼板が軸方向（回転軸Ｘに沿う方向、以下に同じ。）に積層されて一体化された略円筒状のものである。ロータコア１６の外周面近傍の内部には、軸方向に貫通する貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２は、ロータコア１６の周方向に所定間隔をおいて複数形成されている。各貫通孔２２内には、永久磁石２４が挿入されている。永久磁石２４は、接着剤等の樹脂が貫通孔２２の内壁面との間に充填されることによって、貫通孔２２から軸方向に抜け出ないよう固定されている。

なお、図１では、ロータコア１６の内部に永久磁石２４が埋設されたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）タイプのロータ１を示すが、これに限定されず、ロータコア１６の外周面上に永久磁石が固定されているＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）タイプのロータであってもよい。

ロータシャフト１４の外周面２０上には、ロータコア１６を上下から挟持する２枚のエンドプレート１８が外装されている。エンドプレート１８は、ロータシャフト１４には、外周面２０から外方に突出した段部２６が形成されている。エンドプレート１８は、例えばアルミニウム板によって好適に形成され、中心部に貫通孔を有する円盤状をなしている。

ロータシャフト１４には、まず、下側のエンドプレート１８が上方から挿通される。この下側エンドプレート１８は、ロータシャフト１４の段部２６に当接して留められる。それから、ロータコア１６が上方からロータシャフト１４に挿通される。ロータコア１６は、下側エンドプレート１８上に載置されて、ロータシャフト１４の外周面２０上に外装される。続いて、上側のエンドプレート１８が、上方からロータシャフト１４に挿通されて、ロータコア１６の軸方向上端面に載置される。そして、円筒状のかしめ部を有するかしめ部材１２が上方からロータシャフト１４に挿通されて外周面２０に外装される。最後に、かしめ冶具１０を用いてかしめ部材１２をロータシャフト１４にかしめ固定することにより、ロータシャフト１４にロータコア１６およびエンドプレート１８が締結固定される。このとき、ロータコア１６およびエンドプレート１８は、軸方向への移動およびロータシャフト１４に対する回転のいずれもが不能な状態になる。

次に、かしめ部材１２と、これをロータシャフト１４に対してかしめ固定する際に用いるかしめ冶具１０について図２も参照して詳細に説明する。図２において、（Ａ）はかしめ冶具１０によってかしめ部材１２がかしめられる様子を図１中の矢印Ａ方向から見た状態で示しており、（Ｂ）は図２（Ａ）中の矢印Ｃ方向から見たかしめ冶具１０の爪部４０の形状を示しており、（Ｃ）はかしめ冶具１０の爪部４０によってかしめ部材１２に形成された凹み変形領域５０を示している。

図１に示すように、かしめ部材１２は、ロータシャフト１４の外周面２０上に外装される円筒状のかしめ部２８と、かしめ部２８の下端部から外側に軸方向と直交する方向へ突出するフランジ部３０とを有する。かしめ部材１２は、例えばアルミニウム等の金属材料によって好適に形成される。一方、ロータシャフト１４の外周面２０にあってかしめ部材１２が外装される位置には、例えばＶ字状の凹み形状または切り込み形状を有する溝１５がロータシャフト１４の周方向に延伸して形成されている。

かしめ冶具１０は、例えば鋼等の硬質な金属材料から好適に形成され、くさび状の断面形状を有する爪部４０を備える。かしめ冶具１０の爪部４０をかしめ部材１２のかしめ部２８の外周面に当接して矢印Ｂ方向に力を加えると、爪部４０の先端部がかしめ部２８を塑性変形させて溝１５内に押し込み、これによりかしめ部材１２がロータシャフト１４にかしめ固定されてロータコア１６およびエンドプレート１８をロータシャフト１４に対して締結固定した状態になる。なお、かしめ冶具１０を押し込む方向は、ロータシャフト１４の回転軸Ｘに対して横切る方向であればよく、回転軸Ｘと直交する方向に限定されるものではない。

図２（Ａ）に示すように、かしめ冶具１０の爪部４０の先端部４２は、かしめ部２８の周方向にほぼ沿って所定の角度範囲に延伸する円弧状をなしており、その曲率半径Ｒ１はかしめ部材１２のかしめ部２８の曲率半径Ｒ２（かしめ部２８の外周面の半径）よりも若干大きく形成されている。

また、図２（Ｂ）に示すように、かしめ部材１２の爪部４０、特にその先端部４２は、かしめ部材１２によってロータシャフト１４に締結固定されるロータコア１６およびエンドプレート１８をかしめ部材１２のフランジ部３０で軸方向に押す方向（図１中の矢印Ａ方向）に向かって凸状となるよう湾曲して形成されている。

図２（Ｃ）は、上記のような形状に形成されたかしめ冶具１０の爪部４０でかしめられたかしめ部材１２の側面図である。図示するように、かしめ部材１２のかしめ部２８の外周面には、上記爪部４０によってロータシャフト１４の溝１５内に押し込まれることによって塑性変形した凹み変形領域５０が形成される。この凹み変形領域５０内に示される実線は、爪部４０の先端部４２に対応した凹み線５２である。

この凹み変形領域５０では、かしめ部２８の周方向に関し、中央領域の凹み量が深く、周方向両端側になるほど凹み量が浅くなっている。これは、かしめ冶具１０の爪部４０の先端部４２の曲率半径Ｒ１が、かしめ部材１２のかしめ部２８の曲率半径Ｒ２よりも大きく形成されていることよるものである。

また、上記凹み変形領域５０において、凹み線５２に対してフランジ部３０側に位置する壁面５４は湾曲面として形成されている。これに対し、凹み線５２に対してフランジ部３０の反対側に位置する壁面５６は、溝１５の側面１５ａ（図３参照）の曲率に則した湾曲はあるもののほぼ平坦な面として形成されることができる。これにより、図３を参照すると、かしめ部材１２のかしめ部２８に形成された凹み変形領域５０において、凹み線５２に対してフランジ部３０の反対側に位置する壁面５６が、ロータシャフト１４の溝１５の一方側の内面１５ａと周方向に関してほぼ均一に当接した状態に形成されることになる。

続いて、上記かしめ冶具１０を用いてかしめ部材１２をかしめる際の作用について説明する。ここで、本実施形態のかしめ冶具１０と対比するために、図５および６を参照して従来のかしめ冶具１０ａでかしめ部材１２を固定した場合についてまず説明する。なお、従来のかしめ冶具１０ａにおいて上記かしめ冶具１０と対応する部分については、同一の参照番号に符合「ａ」を添付して説明するものとするとし、かしめ部材１２のかしめ部２８に形成される凹み変形領域５０ａについても同様とする。

図５は、図２に対応した図である。すなわち、（Ａ）は従来のかしめ冶具１０ａによってかしめ部材１２がかしめられる様子を模式的に示しており、（Ｂ）は（Ａ）中の矢印Ｃ方向から見た従来のかしめ冶具１０ａの爪部４０ａの形状を示しており、（Ｃ）はかしめ冶具１０ａの爪部４０ａによってかしめ部材１２に形成された凹み変形領域５０ａを示している。また、図６は、従来のかしめ冶具１０ａによってかしめ部材１２をロータシャフト１４にかしめたときの、かしめ冶具１０ａの爪部４０ａの周方向端部４１と、これに対応するかしめ部材１２の部分との各応力状態を模式的に示す図である。

図５（Ａ）に示すように、従来のかしめ冶具１０ａの爪部４０ａは、かしめ部材１２のかしめ部２８を上記溝１５の底部までしっかりと押し込んだ状態に塑性変形させるように、ロータシャフト１４の溝１５の底部の内径にかしめ部材の板厚を考慮した程度の曲率半径Ｒ１を有する円弧状に形成されており、この曲率半径Ｒ１はかしめ部２８の外周面の曲率半径Ｒ２以下に設定されているのが一般的であった。また、図５（Ｂ）に示すように、かしめ冶具１０ａの爪部４０ａは、その先端部４２ａが直線状に示されるように溝１５の周方向に沿って形成されており、本実施形態のかしめ冶具１０の爪部４０がフランジ部３０側の凸状をなす湾曲形状をなしているのとは異なっている。

このようなかしめ冶具１０ａでかしめ部材１２をかしめるとき、図６に示すように、かしめ冶具１０ａの爪部４０ａの周方向両端部４１が先ずかしめ部２８の外周面に食い込むこととなる。そのため、かしめ冶具１０ａの爪部４０ａの周方向両端部４１に対応する位置２９でかしめ部２８の塑性変形時の応力が上記爪部４０ａによって変形させられるかしめ部２８の他の部分よりも大きくなる。図６では、その様子がハッチングの種類によって示される。クロスハッチングにより示される部分で応力が最も大きく、そこから離れるにつれて応力が小さくなる状態がハッチング線の間隔を広くすることで表されている。このことは、図６に示される爪部４０ａについても同様である。

また、上記のように爪部４０ａの周方向両端部４１に対応する位置２９でかしめ部２８の塑性変形時の応力が大きくなることで、図５（Ｃ）に示すように、かしめ部２８に形成される凹み変形領域５０ａの上記位置２９を含む周方向両端部で塑性変形領域が大きく形成されることになる。

このようなことで、従来のかしめ冶具１０ａを用いた場合には、かしめ部２８の板厚や強度にも依存するが、かしめ冶具１０ａの爪部４０ａの周方向両端部４１に対応する位置２９でかしめ部２８に亀裂が生じやすかった。これと同時に、かしめ冶具１０ａの爪部４０ａについても周方向両端部４１に作用する内部応力が大きくなることで、爪部４１ａの破損も生じやすかった。

これに対し、本実施形態のかしめ冶具１０によれば、爪部４０が、かしめ部材１２のかしめ部２８の外周面の曲率半径Ｒ２よりも大きい曲率半径Ｒ１を有する円弧状に形成されていることで、かしめ部２８は爪部４０の周方向両端部よりも周方向中間部分においてより強くロータシャフト１４の溝１５内に押し込まれて塑性変形されることになる。このときのかしめ部２８および爪部４０の応力状態が図４において上述した図６と同様の手法で表されている。図４に示すように、かしめ部２８および爪部４０のいずれについても、周方向の中央領域において内部応力が高くなり、爪部４０の周方向両端部４１側に近くなるにつれて内部応力が低くなる傾向にある。したがって、かしめ冶具１０の爪部４０の周方向両端部４１に対応する位置でかしめ部２８に亀裂が発生すること、および、上記爪部４０の周方向両端部４１が破損することを効果的に抑制することができる。

また、かしめ冶具１０の爪部４０は、かしめ部材１２によってロータシャフト１４に対して締結固定されるロータコア１６およびエンドプレート１８をそのフランジ部３０で軸方向に押す方向に向かって凸状となるよう湾曲して形成されている。これにより、図２（Ｃ）を参照して上述したように、爪部４０の押し込みによって形成されたかしめ部２８の凹み変形領域５０内の壁面のうち、かしめ部材１２がロータコア１６およびエンドプレート１８を押し付けることの反力を受けることなる壁面５６が、溝１５の側面１５ａに周方向にほぼ均一に当接した状態に形成されることができ、その結果、かしめ部材１２によるロータコア１６およびエンドプレート１８の安定した締結固定状態を実現できる。

なお、かしめ冶具１０を用いてのかしめ部材１２に対するかしめは、周方向に適当な間隔をおいて複数箇所（例えば２〜４箇所）について行うのが好ましいが、物によっては軸体に対する被締結物の締結強度が大きく要求されないこともあるため１箇所だけであってもよい場合もあり得る。

１ ロータ、１０ かしめ冶具、１２ かしめ部材、１４ ロータシャフト、１５ 溝、１５ａ 溝の側面、１６ ロータコア、１８ エンドプレート、２０ 外周面、２２ 貫通孔、２４ 永久磁石、２６ 段部、２８ かしめ部、３０ フランジ部、４０ 爪部、４１ 周方向端部、４２ 先端部、５０ 凹み変形領域、Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径、Ｘ 回転軸。

Claims (1)

1. 円柱状の軸体の外周面に周方向に沿って形成された溝に、前記軸体に外装された円筒状のかしめ部材を径方向外側から押し込んで塑性変形させて固定するために用いるかしめ冶具であって、
   前記かしめ部材を前記溝に押し込むための爪部を有し、この爪部は、前記かしめ部材の外周面の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する円弧状に形成されるとともに、前記かしめ部材によって前記軸体に対して締結固定される被締結物を前記かしめ部材が前記軸方向に沿って押す方向に向かって凸状となるよう湾曲して形成されていることを特徴とするかしめ冶具。

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