JP3722178B2 - 回転電機の回転子の接合方法、及びこの接合方法に用いる溶接装置、及び前記接合方法により接合された回転電機の回転子 - Google Patents
回転電機の回転子の接合方法、及びこの接合方法に用いる溶接装置、及び前記接合方法により接合された回転電機の回転子 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の回転子の接合方法、及び回転電機の回転子の溶接装置、及び回転電機の回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平８−１５０８８号公報にて「電機子コイルの接合方法」を出願した。
この先願に示された電機子は、図１２（ａ）に示す様に、電機子鉄心３に組み付けられた下層コイル４と上層コイル５とを有する。両コイル４、５は、それぞれ電機子鉄心３のスロット３ａ内に配置される下層コイル辺４ａ、上層コイル辺５ａと、この両コイル辺４ａ、５ａの両端から電機子鉄心３の端面と略平行に内周側へ延びる下層コイル端部４ｂ、上層コイル端部５ｂと、この両コイル端部４ｂ、５ｂの内周端から軸方向へ突出する下層コイル突出部４ｃ、上層コイル突出部５ｃとから構成されている。両コイル突出部４ｃ、５ｃは、回転軸３の外周で径方向に重ね合わされ、図示しない溶接トーチを両コイル突出部４ｃ、５ｃの先端部の所定の位置（例えば接合境界部の略中央部）に向け、ＴＩＧ（タングステン、イナート、ガス）溶接により接合されている。なお、図１２（ａ）は電機子鉄心３に両コイル４、５が組み付けられた電機子の径方向断面図、図１２（ｂ）は軸方向から見た電機子の正面図であり、共に下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃとが接合される前の状態を表す図面である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した接合方法により、溶接トーチを両コイル突出部４ｃ、５ｃの先端部の所定の位置の一点に向けて接合すると、複数ある接合箇所（両コイル突出部４ｃ、５ｃ）の内、ある接合箇所に、図１３（ｂ）に示す様な球形状の接合部２５ができる。なお、図１３（ａ）は電機子の径方向断面図であり、図１３（ｂ）は軸方向から見た電機子の正面図である。
この球形状の接合部２５は、図１４（ｂ）の拡大図に示す様に、溶融した母材の周方向への張り出し２５ｄが大きくなって、周方向の幅２５Ｗが、接合前の両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向の幅５Ｗよりかなり大きくなる。このため、図１２（ｂ）に示した様に元々複数の接合箇所（両コイル突出部４ｃ、５ｃ）が周方向に近接して設けられていることもあって、両コイル突出部４ｃ、５ｃの接合部２５が、周方向に隣合う別の両コイル突出部４ｃ、５ｃの接合部２５に当接して短絡する恐れがある。
また、図１４（ａ）の拡大図に示す様に、接合部２５の溶融深さＬが浅くなって接合部２５の溶融断面積が小さくなるため、電気抵抗が高くなってしまう。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周方向に近接して設けられた各コイル突出部を接合する際、周方向に隣合う各コイル突出部の接合部同士が当接することを防止できる回転電機の回転子の接合方法、及びこの接合方法に用いる溶接装置、及び前記接合方法により接合された回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
アーク溶接機の溶接トーチを、周方向の同一位置で径方向に揺動させながら下層コイル突出部と上層コイル突出部とを接合することを特徴とする。この様に、溶接トーチを揺動させることにより、溶融した母材が溶接トーチから生じるアークに引っ張られて揺動方向（径方向）に伸びた楕円形状となる。従って、溶接トーチを揺動させない場合と比較して、溶融金属の周方向（接合部の幅方向）への拡がりが小さくなるため、周方向に隣合う接合部とのギャップが溶融金属の張り出しによって減少するのを防止できる。その結果、周方向に隣合う接合部間のギャップを確保することができるため、接合部同士の短絡不良を防止できるとともに、接合部の溶融深さが深くなって溶融断面積が大きくなることから、電気抵抗を低減できる。
また、溶接トーチは、その溶接トーチより放出されるアークが上層コイル突出部の径方向外端と下層コイル突出部の径方向内端との間を往復する様に揺動させる。これにより、下層コイル突出部と上層コイル突出部とを略全体（均一）に溶融させることができるため、良好な接合部を得ることが可能となる。
【０００５】
（請求項２の手段）
境界部を中心として、溶接トーチを周方向の同一位置で下層コイル突出部側と上層コイル突出部側とに揺動させながら下層コイル突出部と上層コイル突出部とを接合する。この場合、境界部（被加工物）を揺動させるより溶接トーチを揺動させた方が制御が容易であり、その結果、両コイル突出部の接合箇所に対して正確にアークを当てることができるため、良好な接合部を得ることが可能である。
【０００６】
（請求項３の手段）
境界部から溶接トーチの揺動を開始した後、境界部または境界部より上層コイル突出部側で溶接トーチの揺動を終了する。アーク溶接の開始位置については、最初に入力エネルギーを大として溶接可能なため、開始位置にて溶融部を深くすることができる。従って、溶接トーチの揺動開始位置を上層コイル突出部と下層コイル突出部との境界部とすることで、必然的に境界部にて最大の溶融深さを得ることができる。
また、溶接トーチを揺動させた場合、請求項１の手段に記載した様に、溶融した母材が溶接トーチから生じるアークに引っ張られるため、溶接トーチの揺動終了位置に溶融した母材が吸引されて、揺動終了位置の溶融母材の体積が増大する。このため、溶接トーチの揺動終了位置を下層コイル突出部側とすると、上層コイル突出部側より下層コイル突出部側の方が隣合う接合部とのギャップが元々小さいため、下層コイル突出部側の溶融母材の体積が増大することはギャップを確保する上で不利である。そこで、溶接トーチの揺動終了位置を境界部または境界部より上層コイル突出部側とすることで隣合う接合部とのギャップを有効に確保することができる。
【０００７】
（請求項４の手段）
溶接トーチを境界部から最初に上層コイル突出部側へ揺動させ、その上層コイル突出部側で溶接トーチの揺動を一旦停止させた後、下層コイル突出側へ揺動を再開する。上層コイル突出部に比較して下層コイル突出部は溶融しやすい（下層コイル突出部の方が上層コイル突出部より体積が小さいことによる）ため、溶接トーチを下層コイル突出部側と上層コイル突出部側とに同一の状態で揺動させると、下層コイル突出部が溶融し過ぎる場合があるが、本発明によれば、上層コイル突出部側を積極的に溶融させるため、溶融のバランスが改善されて良好な接合部を得ることができる。
【０００９】
（請求項５の手段）
溶接条件として、溶接トーチの溶接電流を２０〜５０Ａ、溶接トーチの先端から両コイル突出部の境界部までのアーク長を０．５〜１．５ｍｍ、溶接トーチの揺動回数を２〜５回、溶接トーチの揺動速度を５〜１５ｍｍ／ｓとする。これにより、最適な接合部を得ることができる。つまり、溶融深さが深く、溶融断面積の大きな接合部を形成できるため、接合部の機械的強度を向上でき、且つ電気抵抗も小さくすることができる。また、周方向への溶融金属の張り出しが少ないため、隣接する接合部とのギャップを確保でき、隣接する接合部間での短絡不良を防止できる。
【００１０】
（請求項６の手段）
回転装置、アーク溶接機、及び揺動装置の作動を所定のタイミングで制御することにより、被加工物（下層コイル及び上層コイルが組み付けられた電機子鉄心）の回転位置の制御とアークの開始及び溶接トーチの揺動動作の制御を最適化できる。その結果、最適な接合部形状を得ることができる。
【００１１】
（請求項７の手段）
下層コイル突出部と上層コイル突出部との接合部は、径方向外周端が上層コイル端部上にあり、かつ最も径方向の外周側に位置している。また、下層コイル突出部の径方向内周端より接合部の径方向内周端の方が径方向の内周側に位置し、接合部の周方向の幅が上層コイル突出部の周方向の幅以上であり、下層コイル突出部の径方向内周端面上に形成される接合部の径方向内周側境界部の位置が、上層コイル端部の軸方向端面上に形成される径方向内周側境界部（径方向外周端）の位置より電機子鉄心側にある。
この場合、接合部の径方向外側の体積が小さいため、回転時に接合部に加わる遠心力も小さくなり、接合部の耐遠心強度が向上する。また、本発明の形状では、接合部の溶融深さを深くすることが可能で、溶融断面積を増大させることができるため、接合部の強度を向上できるとともに、電気抵抗も低くすることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本実施例の回転子１は、例えばエンジンを始動するスタータのアーマチャであり、図５に示す様に、回転軸２、電機子鉄心３、電機子コイル（後述する）等より構成され、電機子コイルの一部を整流子として使用している。なお、図５は後述の両コイル突出部４ｃ、５ｃを接合する前の図面である。
電機子鉄心３は、プレスマシンで円板状に打ち抜き加工された薄い鋼板を複数枚積層して、回転軸２の外周に形成されたセレーション２ａに嵌合して固定されている。電機子鉄心３の外周部には、電機子コイルを具備するためのスロット３ａが所定数（例えば２５個）設けられている。
【００１３】
電機子コイルは、それぞれスロット３ａの数と同数の下層コイル４と上層コイル５から成る。その下層コイル４及び上層コイル５は、電気抵抗の低い純銅あるいは純アルミニウムを材料として、それぞれ以下に述べる所定の形状に成形されている。
【００１４】
下層コイル４は、スロット３ａ内に配される下側絶縁体（図示しない）を介してスロット３ａ内の内周側に配置される下層コイル辺４ａと、この下層コイル辺４ａの両端からそれぞれ電機子鉄心３の軸方向端面と略平行に内周側へ伸び、且つ回転軸２と直交する平面上で下層コイル辺４ａと回転軸２とを結ぶ直線に対して所定の傾きを有して設けられた下層コイル端部４ｂと、この下層コイル端部４ｂの内周端から軸方向へ突出する下層コイル突出部４ｃから成る。
上層コイル５は、下層コイル辺４ａとの間に上側絶縁体（図示しない）を介してスロット３ａ内の外周側に配置される上層コイル辺５ａと、この上層コイル辺５ａの両端からそれぞれ電機子鉄心３の軸方向端面と略平行に内周側へ伸び、且つ回転軸２と直交する平面上で上層コイル辺５ａと回転軸２とを結ぶ直線に対して所定の傾きを有して設けられた上層コイル端部５ｂと、この上層コイル端部５ｂの内周端から軸方向へ突出する上層コイル突出部５ｃから成る。
【００１５】
なお、下層コイル端部４ｂと電機子鉄心３の軸方向端面との間は、回転軸２に嵌合するリング状の絶縁板６（図５参照）によって絶縁され、下層コイル端部４ｂと上層コイル端部５ｂとの間は、下層コイル突出部４ｃの外周に嵌合するリング状の絶縁板７（図５参照）によって絶縁されている。
この電機子コイルは、下層コイル辺４ａと上層コイル辺５ａが互いに異なるスロット３ａに配置された下層コイル４と上層コイル５を、径方向に重なり合う下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃとで接合して形成される（図６参照）。なお、下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃは、その周方向幅が異なり、下層コイル突出部４ｃの方が上層コイル突出部５ｃより若干（数ｍｍ）短くなっている（図４（ａ）参照）。また、径方向に重ね合わされた両コイル突出部４ｃ、５ｃの軸方向端面は、同一位置（面一）となる様に形成されている（図４（ｂ）参照）。
【００１６】
被接合部である下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃとの接合方法は、以下に説明する溶接加工機８を用いて行われる。
溶接加工機８は、図２に示す様に、ワークＷ（下層コイル４及び上層コイル５が組み付けられた電機子鉄心３）を保持するワーク保持具９、このワーク保持具９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１０、ワークＷの両コイル突出部４ｃ、５ｃを溶接するためのＴＩＧ溶接機１１、ＴＩＧ溶接機１１の溶接トーチ１２に所定の揺動動作を行わせる揺動装置１３、及び溶接動作を制御するための制御装置１４から構成される。
ワーク保持具９は、電機子コイルの両コイル突出部４ｃ、５ｃを接地（アース）するためのアース用治具１５を具備し、このアース用治具１５の先端面が両コイル突出部４ｃ、５ｃの近傍（具体的には上層コイル５の上層コイル端部５ｂ）に電気的に接触している（図３参照）。
【００１７】
回転装置１０は、回転力を発生するサーボモータ等のアクチュエータ１６、このアクチュエータ１６の回転速度を減速する減速機１６ａ、及びアクチュエータ１６の作動を制御する制御ユニット１７等から構成される。あるいは、一般の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１１は、広く知られた一般的な構成であり、上記の溶接トーチ１２の他に、溶接電源（ＡＣｏｒＤＣ）１８、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１９、溶接に必要な高周波を発生させる高周波発生装置２０、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２１、溶接トーチ１２の内部に冷却水を循環させる冷却水供給装置２２等から構成される。なお、溶接トーチ１２は、トーチ本体１２Ａに対して揺動可能な電極棒１２Ｂを具備し、この電極棒１２Ｂの先端よりアークを発生させる（図４（ｂ）参照）。
【００１８】
揺動装置１３は、溶接トーチ１２のトーチ本体１２Ａを保持し、所定の角度、速度、位置、及び回数等で電極棒１２Ｂのみを揺動させる揺動ロボット２３と、この揺動ロボット２３の作動を制御する制御ユニット２４とから構成される。なお、揺動ロボット２３は、溶接時のノイズ対策が施されている。
制御装置１４は、回転装置１０の制御ユニット１７、ＴＩＧ溶接機１１の溶接コントローラ１９、及び揺動装置１３の制御ユニット２４へ制御信号を出力して、回転装置１０の作動（ワークＷの回転位置）とＴＩＧ溶接機１１及び揺動装置１３の作動タイミングとを制御する。
【００１９】
なお、このＴＩＧ溶接は、図７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。この図７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：溶接トーチに通電する電流値（図８参照）
クレーターフィラ電流：溶融部の表面状態を改善するために、溶接終了時に流す追加電流（図８参照）
クレーターフィラ時間：クレーターフィラ電流を流す時間（図８参照）
アーク長さ：電極棒とワークＷとの距離
ウィービング回数：電極棒を揺動する回数
ウィービング振り速度：電極棒の揺動速度
電極径：図９参照
電極材質：電極棒の材質〔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９参照
電極先端角度：図９参照
ガス流量：溶接時のシールドガス流量（図８参照）
ガスプリフロー：溶接前に流すシールドガス時間（図８参照）
ガスアフターフロー：溶接後に流すシールドガス時間（図８参照）
【００２０】
次に、溶接加工機８による両コイル突出部４ｃ、５ｃの溶接方法について説明する。
まず、ワーク保持具９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１５の先端面を電機子コイルの両コイル突出部４ｃ、５ｃ近傍に電気的に接触させた状態で保持する（図３参照）。
ワーク保持具９に保持されたワークＷは、回転装置１０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（両コイル突出部４ｃ、５ｃの割り出し）。
つぎに、揺動ロボット２３により溶接トーチ１２をワークＷの両コイル突出部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、電極棒１２Ｂの中心を両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向中央部に一致させることが望ましい。本実施例では、両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向中央部で、且つ両コイル突出部４ｃ、５ｃとの接合境界部（図４（ａ）のＳ点）に電極棒１２Ｂの中心を一致させている。なお、図４（ａ）は、回転軸２と両コイル突出部４ｃ、５ｃとの位置関係を示すもので、軸方向から見た正面図である。但し、破線で記載された両コイル突出部４ｃ、５ｃは、実線で記載された両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向に隣合うものである。
【００２１】
ここで、アークをスタートさせると同時に、溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂを一定の速度で揺動させる。電極棒１２Ｂの揺動は、ワークＷを固定した状態（静止状態）として、両コイル突出部４ｃ、５ｃの径方向、つまり図４（ｂ）に示す様に、接合境界部を中心として上層コイル突出部５ｃ側と下層コイル突出部４ｃ側とに一定の部位を繰り返し往復移動させる。なお、図４（ｂ）は、両コイル突出部４ｃ、５ｃと電極棒１２Ｂとの位置関係を示す側面図であり、両コイル突出部４ｃ、５ｃは、図４（ａ）に実線で記載した両コイル突出部４ｃ、５ｃに対応している。
電極棒１２Ｂの揺動回数については、両コイル突出部４ｃ、５ｃの形状によって最適回数が異なるが、２〜５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７参照）。
電極棒１２Ｂを所定回数揺動させた後、電極棒１２Ｂが所定の揺動終了位置に達した時に揺動装置１３を停止させる。電極棒１２Ｂの揺動終了位置は、接合境界部より外径側、つまり接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側（図４（ｂ）の▲２▼〜▲１▼）であることが望ましい。
【００２２】
電極棒１２Ｂの揺動終了後、アークを停止させる。
これにより、両コイル突出部４ｃ、５ｃの母材がアークの熱エネルギーで溶融し接合されることで、図１に示す様な接合部２５が形成される。この接合部２５は、図１（ａ）に示す様に、上層コイル端部５ｂの軸方向端面５ｄ上で最も径方向の外周位置２５ａが大きく（即ち、接合部２５の径方向外周端２５ａが上層コイル端部５ｂの軸方向端面５ｄ上に形成される）、且つ下層コイル突出部４ｃの径方向内周端面４ｄより接合部２５の径方向内周端２５ｂの方が距離Ａだけ径方向の内周側に位置している。
接合部２５の周方向の幅２５Ｗは、図１（ｂ）に示す様に、溶融した母材が周方向に拡がって上層コイル突出部５ｃの周方向の幅５Ｗ以上となっている。また、電極棒１２Ｂの揺動終了位置を接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側とした場合、接合部２５の周方向幅２５Ｗが接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側で最大となる傾向にある。但し、溶融した母材の周方向への拡がりは、電極棒１２Ｂを揺動させることによって従来（先願）の接合部（図１４（ｂ）参照）より小さくなっている。
【００２３】
更に、図１（ａ）に破線Ｂで示す様に、下層コイル突出部４ｃの径方向内周端面４ｄ上に形成される接合部２５の径方向内周側境界部２５ｃの方が、上層コイル端部５ｂの軸方向端面５ｄ上に形成される径方向内周側境界部（径方向外周端）２５ａより電機子鉄心３側（図１（ａ）の左側）に位置している。なお、図１（ａ）に示す破線は、接合部２５の境界部を示す。つまり、破線Ｂより右側部分が両コイル突出部４ｃ、５ｃの溶融部、即ち接合部２５となる。従って、破線Ｂより左側には、両コイル突出部４ｃ、５ｃの一部がそれぞれ残っている。
上述の作動、即ちワークＷの位置決め、溶接トーチ１２の移動、アーク開始、電極棒１２Ｂの揺動、アーク停止を１サイクルとし、順次所定のスロット数だけ前記サイクルを繰り返して加工を完了する。
【００２４】
（本実施例の効果）
本実施例では、図１に示す様な接合部２５を形成することができるため、先願に示された接合部２５の形状（図１４参照）と比較して接合部２５の径方向外側の体積が小さくなっている。これにより、回転時に接合部２５に加わる遠心力が小さくなるため、接合部２５の耐遠心強度が向上する。その結果、より小型軽量の回転子を提供することが可能となる。
また、本実施例の接合部２５の形状は、図１（ａ）に示す様に、接合部２５の溶融深さＬを深くすることが可能で、溶融断面積を増大させることができるため、接合部２５の機械的強度を向上できるとともに、電気抵抗も小さくすることができる。
【００２５】
ここで、従来の接合方法で接合された接合部２５（図１４参照）と本発明の接合方法で接合された接合部２５（図１参照）とを「溶接強度」で比較したデータを図１０及び図１１に示す。
なお、従来の接合方法及び本発明の接合方法とも、それぞれ５個ずつのサンプルを用意し、各スロット３ａに対応する全ての接合部２５で溶接強度を測定している。測定された各接合部２５の溶接強度を図１０に数値で示し、図１１にグラフで示す（なお、図１１に示すグラフ上の○印は、各サンプル毎の平均値を示す）。従来の接合方法及び本発明の接合方法で接合された各サンプルは、接合部２５の深さＬ（溶融深さ）と、接合部２５の径大方向への角度θが下記の表１に示される範囲内にある。
【００２６】
【表１】
前述の図１０及び図１１に示すデータでは、本発明の接合方法の方が従来の接合方法より全てのサンプルで溶接強度が向上していることが判る。また、本発明の接合方法の方が各サンプル毎での溶接強度のバラツキも小さく（図１１参照）、従来の接合方法より接合部２５の信頼性が高いと言える。
【００２７】
本実施例では、電極棒１２Ｂを両コイル突出部４ｃ、５ｃの接合境界部を中心として下層コイル突出部４ｃ側と上層コイル突出部５ｃ側とに揺動させるため、両コイル突出部４ｃ、５ｃの溶融母材が電極棒１２Ｂから生じるアークに引っ張られて電極棒１２Ｂの揺動方向（径方向）に伸びた楕円形状となる（図１（ｂ）参照）。これにより、電極棒１２Ｂを揺動させない場合と比較して、溶融した母材の周方向（接合部２５の幅方向）への拡がりが小さくなるため、周方向に隣合う接合部２５とのギャップが溶融母材の張り出し２５ｄ（図１（ｂ）参照）によって減少するのを防止できる。特に、電極棒１２Ｂの揺動終了位置を接合境界部または接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側（図４（ｂ）の▲２▼〜▲１▼）とすることで、溶融した母材が上層コイル突出部５ｃ側へ吸引されるため、周方向に隣合う接合部２５とのギャップを確実に確保することができる。
【００２８】
言い換えれば、電極棒１２Ｂの揺動終了位置を下層コイル突出部４ｃ側とすると、上層コイル突出部５ｃ側より下層コイル突出部４ｃ側の方が隣合う接合部２５とのギャップが元々小さいため、下層コイル突出部４ｃ側の溶融母材の体積が増大することはギャップを確保する上で不利である。
また、アーク溶接の開始位置については、最初に入力エネルギーを大として溶接可能なため、開始位置にて溶融部を深くすることができる。従って、電極棒１２Ｂの揺動開始位置を上層コイル突出部５ｃと下層コイル突出部４ｃとの接合境界部とすることで、必然的に接合境界部にて最大の溶融深さを得ることができる。
なお、本実施例では、溶接時に溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂのみを揺動させているが、トーチ本体１２Ａと電極棒１２Ｂを一体に、つまり溶接トーチ１２全体を揺動させても良い。
【００２９】
（第２実施例）
第１実施例では、ワークＷを固定して溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂを揺動させているが、本実施例では、溶接トーチ１２全体を固定して（つまり電極棒１２Ｂを揺動させない）、ワークＷを揺動させながら両コイル突出部４ｃ、５ｃを溶接するものである。
あるいは、溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂ（または溶接トーチ１２全体）とワークＷの両方を揺動させながら両コイル突出部４ｃ、５ｃを溶接しても良い。これらの場合でも、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合部の形状を示す側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【図２】溶接加工機の全体構成図である。
【図３】溶接動作を示す要部断面図である。
【図４】回転軸と両コイル突出部との位置関係を示す軸方向正面図（ａ）、両コイル突出部と電極棒との位置関係を示す側面図（ｂ）である。
【図５】回転子の半断面図（接合前の状態）である。
【図６】上層コイルと下層コイルの斜視図である。
【図７】溶接加工条件を示す図である。
【図８】溶接時の溶接電流とガス流量を示すグラフである。
【図９】溶接トーチの電極棒の側面図である。
【図１０】接合部の溶接強度を比較したデータである。
【図１１】接合部の溶接強度を比較したグラフである。
【図１２】接合前の回転子の側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【図１３】接合後の回転子の側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【図１４】先願の接合部の形状を示す側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１ 回転子
２ 回転軸
３ 電機子鉄心
３ａ スロット
４ 下層コイル
４ｃ 下層コイル突出部
５ 上層コイル
５ｃ 上層コイル突出部
８ 溶接加工機（溶接装置）
１０ 回転装置
１１ ＴＩＧ溶接機（アーク溶接機）
１２ 溶接トーチ
１３ 揺動装置
１４ 制御装置
２５ 接合部
Ｗ ワーク（被加工物）
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機の回転子の接合方法、及び回転電機の回転子の溶接装置、及び回転電機の回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平８−１５０８８号公報にて「電機子コイルの接合方法」を出願した。
この先願に示された電機子は、図１２（ａ）に示す様に、電機子鉄心３に組み付けられた下層コイル４と上層コイル５とを有する。両コイル４、５は、それぞれ電機子鉄心３のスロット３ａ内に配置される下層コイル辺４ａ、上層コイル辺５ａと、この両コイル辺４ａ、５ａの両端から電機子鉄心３の端面と略平行に内周側へ延びる下層コイル端部４ｂ、上層コイル端部５ｂと、この両コイル端部４ｂ、５ｂの内周端から軸方向へ突出する下層コイル突出部４ｃ、上層コイル突出部５ｃとから構成されている。両コイル突出部４ｃ、５ｃは、回転軸３の外周で径方向に重ね合わされ、図示しない溶接トーチを両コイル突出部４ｃ、５ｃの先端部の所定の位置（例えば接合境界部の略中央部）に向け、ＴＩＧ（タングステン、イナート、ガス）溶接により接合されている。なお、図１２（ａ）は電機子鉄心３に両コイル４、５が組み付けられた電機子の径方向断面図、図１２（ｂ）は軸方向から見た電機子の正面図であり、共に下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃとが接合される前の状態を表す図面である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した接合方法により、溶接トーチを両コイル突出部４ｃ、５ｃの先端部の所定の位置の一点に向けて接合すると、複数ある接合箇所（両コイル突出部４ｃ、５ｃ）の内、ある接合箇所に、図１３（ｂ）に示す様な球形状の接合部２５ができる。なお、図１３（ａ）は電機子の径方向断面図であり、図１３（ｂ）は軸方向から見た電機子の正面図である。
この球形状の接合部２５は、図１４（ｂ）の拡大図に示す様に、溶融した母材の周方向への張り出し２５ｄが大きくなって、周方向の幅２５Ｗが、接合前の両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向の幅５Ｗよりかなり大きくなる。このため、図１２（ｂ）に示した様に元々複数の接合箇所（両コイル突出部４ｃ、５ｃ）が周方向に近接して設けられていることもあって、両コイル突出部４ｃ、５ｃの接合部２５が、周方向に隣合う別の両コイル突出部４ｃ、５ｃの接合部２５に当接して短絡する恐れがある。
また、図１４（ａ）の拡大図に示す様に、接合部２５の溶融深さＬが浅くなって接合部２５の溶融断面積が小さくなるため、電気抵抗が高くなってしまう。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周方向に近接して設けられた各コイル突出部を接合する際、周方向に隣合う各コイル突出部の接合部同士が当接することを防止できる回転電機の回転子の接合方法、及びこの接合方法に用いる溶接装置、及び前記接合方法により接合された回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
アーク溶接機の溶接トーチを、周方向の同一位置で径方向に揺動させながら下層コイル突出部と上層コイル突出部とを接合することを特徴とする。この様に、溶接トーチを揺動させることにより、溶融した母材が溶接トーチから生じるアークに引っ張られて揺動方向（径方向）に伸びた楕円形状となる。従って、溶接トーチを揺動させない場合と比較して、溶融金属の周方向（接合部の幅方向）への拡がりが小さくなるため、周方向に隣合う接合部とのギャップが溶融金属の張り出しによって減少するのを防止できる。その結果、周方向に隣合う接合部間のギャップを確保することができるため、接合部同士の短絡不良を防止できるとともに、接合部の溶融深さが深くなって溶融断面積が大きくなることから、電気抵抗を低減できる。
また、溶接トーチは、その溶接トーチより放出されるアークが上層コイル突出部の径方向外端と下層コイル突出部の径方向内端との間を往復する様に揺動させる。これにより、下層コイル突出部と上層コイル突出部とを略全体（均一）に溶融させることができるため、良好な接合部を得ることが可能となる。
【０００５】
（請求項２の手段）
境界部を中心として、溶接トーチを周方向の同一位置で下層コイル突出部側と上層コイル突出部側とに揺動させながら下層コイル突出部と上層コイル突出部とを接合する。この場合、境界部（被加工物）を揺動させるより溶接トーチを揺動させた方が制御が容易であり、その結果、両コイル突出部の接合箇所に対して正確にアークを当てることができるため、良好な接合部を得ることが可能である。
【０００６】
（請求項３の手段）
境界部から溶接トーチの揺動を開始した後、境界部または境界部より上層コイル突出部側で溶接トーチの揺動を終了する。アーク溶接の開始位置については、最初に入力エネルギーを大として溶接可能なため、開始位置にて溶融部を深くすることができる。従って、溶接トーチの揺動開始位置を上層コイル突出部と下層コイル突出部との境界部とすることで、必然的に境界部にて最大の溶融深さを得ることができる。
また、溶接トーチを揺動させた場合、請求項１の手段に記載した様に、溶融した母材が溶接トーチから生じるアークに引っ張られるため、溶接トーチの揺動終了位置に溶融した母材が吸引されて、揺動終了位置の溶融母材の体積が増大する。このため、溶接トーチの揺動終了位置を下層コイル突出部側とすると、上層コイル突出部側より下層コイル突出部側の方が隣合う接合部とのギャップが元々小さいため、下層コイル突出部側の溶融母材の体積が増大することはギャップを確保する上で不利である。そこで、溶接トーチの揺動終了位置を境界部または境界部より上層コイル突出部側とすることで隣合う接合部とのギャップを有効に確保することができる。
【０００７】
（請求項４の手段）
溶接トーチを境界部から最初に上層コイル突出部側へ揺動させ、その上層コイル突出部側で溶接トーチの揺動を一旦停止させた後、下層コイル突出側へ揺動を再開する。上層コイル突出部に比較して下層コイル突出部は溶融しやすい（下層コイル突出部の方が上層コイル突出部より体積が小さいことによる）ため、溶接トーチを下層コイル突出部側と上層コイル突出部側とに同一の状態で揺動させると、下層コイル突出部が溶融し過ぎる場合があるが、本発明によれば、上層コイル突出部側を積極的に溶融させるため、溶融のバランスが改善されて良好な接合部を得ることができる。
【０００９】
（請求項５の手段）
溶接条件として、溶接トーチの溶接電流を２０〜５０Ａ、溶接トーチの先端から両コイル突出部の境界部までのアーク長を０．５〜１．５ｍｍ、溶接トーチの揺動回数を２〜５回、溶接トーチの揺動速度を５〜１５ｍｍ／ｓとする。これにより、最適な接合部を得ることができる。つまり、溶融深さが深く、溶融断面積の大きな接合部を形成できるため、接合部の機械的強度を向上でき、且つ電気抵抗も小さくすることができる。また、周方向への溶融金属の張り出しが少ないため、隣接する接合部とのギャップを確保でき、隣接する接合部間での短絡不良を防止できる。
【００１０】
（請求項６の手段）
回転装置、アーク溶接機、及び揺動装置の作動を所定のタイミングで制御することにより、被加工物（下層コイル及び上層コイルが組み付けられた電機子鉄心）の回転位置の制御とアークの開始及び溶接トーチの揺動動作の制御を最適化できる。その結果、最適な接合部形状を得ることができる。
【００１１】
（請求項７の手段）
下層コイル突出部と上層コイル突出部との接合部は、径方向外周端が上層コイル端部上にあり、かつ最も径方向の外周側に位置している。また、下層コイル突出部の径方向内周端より接合部の径方向内周端の方が径方向の内周側に位置し、接合部の周方向の幅が上層コイル突出部の周方向の幅以上であり、下層コイル突出部の径方向内周端面上に形成される接合部の径方向内周側境界部の位置が、上層コイル端部の軸方向端面上に形成される径方向内周側境界部（径方向外周端）の位置より電機子鉄心側にある。
この場合、接合部の径方向外側の体積が小さいため、回転時に接合部に加わる遠心力も小さくなり、接合部の耐遠心強度が向上する。また、本発明の形状では、接合部の溶融深さを深くすることが可能で、溶融断面積を増大させることができるため、接合部の強度を向上できるとともに、電気抵抗も低くすることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本実施例の回転子１は、例えばエンジンを始動するスタータのアーマチャであり、図５に示す様に、回転軸２、電機子鉄心３、電機子コイル（後述する）等より構成され、電機子コイルの一部を整流子として使用している。なお、図５は後述の両コイル突出部４ｃ、５ｃを接合する前の図面である。
電機子鉄心３は、プレスマシンで円板状に打ち抜き加工された薄い鋼板を複数枚積層して、回転軸２の外周に形成されたセレーション２ａに嵌合して固定されている。電機子鉄心３の外周部には、電機子コイルを具備するためのスロット３ａが所定数（例えば２５個）設けられている。
【００１３】
電機子コイルは、それぞれスロット３ａの数と同数の下層コイル４と上層コイル５から成る。その下層コイル４及び上層コイル５は、電気抵抗の低い純銅あるいは純アルミニウムを材料として、それぞれ以下に述べる所定の形状に成形されている。
【００１４】
下層コイル４は、スロット３ａ内に配される下側絶縁体（図示しない）を介してスロット３ａ内の内周側に配置される下層コイル辺４ａと、この下層コイル辺４ａの両端からそれぞれ電機子鉄心３の軸方向端面と略平行に内周側へ伸び、且つ回転軸２と直交する平面上で下層コイル辺４ａと回転軸２とを結ぶ直線に対して所定の傾きを有して設けられた下層コイル端部４ｂと、この下層コイル端部４ｂの内周端から軸方向へ突出する下層コイル突出部４ｃから成る。
上層コイル５は、下層コイル辺４ａとの間に上側絶縁体（図示しない）を介してスロット３ａ内の外周側に配置される上層コイル辺５ａと、この上層コイル辺５ａの両端からそれぞれ電機子鉄心３の軸方向端面と略平行に内周側へ伸び、且つ回転軸２と直交する平面上で上層コイル辺５ａと回転軸２とを結ぶ直線に対して所定の傾きを有して設けられた上層コイル端部５ｂと、この上層コイル端部５ｂの内周端から軸方向へ突出する上層コイル突出部５ｃから成る。
【００１５】
なお、下層コイル端部４ｂと電機子鉄心３の軸方向端面との間は、回転軸２に嵌合するリング状の絶縁板６（図５参照）によって絶縁され、下層コイル端部４ｂと上層コイル端部５ｂとの間は、下層コイル突出部４ｃの外周に嵌合するリング状の絶縁板７（図５参照）によって絶縁されている。
この電機子コイルは、下層コイル辺４ａと上層コイル辺５ａが互いに異なるスロット３ａに配置された下層コイル４と上層コイル５を、径方向に重なり合う下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃとで接合して形成される（図６参照）。なお、下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃは、その周方向幅が異なり、下層コイル突出部４ｃの方が上層コイル突出部５ｃより若干（数ｍｍ）短くなっている（図４（ａ）参照）。また、径方向に重ね合わされた両コイル突出部４ｃ、５ｃの軸方向端面は、同一位置（面一）となる様に形成されている（図４（ｂ）参照）。
【００１６】
被接合部である下層コイル突出部４ｃと上層コイル突出部５ｃとの接合方法は、以下に説明する溶接加工機８を用いて行われる。
溶接加工機８は、図２に示す様に、ワークＷ（下層コイル４及び上層コイル５が組み付けられた電機子鉄心３）を保持するワーク保持具９、このワーク保持具９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１０、ワークＷの両コイル突出部４ｃ、５ｃを溶接するためのＴＩＧ溶接機１１、ＴＩＧ溶接機１１の溶接トーチ１２に所定の揺動動作を行わせる揺動装置１３、及び溶接動作を制御するための制御装置１４から構成される。
ワーク保持具９は、電機子コイルの両コイル突出部４ｃ、５ｃを接地（アース）するためのアース用治具１５を具備し、このアース用治具１５の先端面が両コイル突出部４ｃ、５ｃの近傍（具体的には上層コイル５の上層コイル端部５ｂ）に電気的に接触している（図３参照）。
【００１７】
回転装置１０は、回転力を発生するサーボモータ等のアクチュエータ１６、このアクチュエータ１６の回転速度を減速する減速機１６ａ、及びアクチュエータ１６の作動を制御する制御ユニット１７等から構成される。あるいは、一般の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１１は、広く知られた一般的な構成であり、上記の溶接トーチ１２の他に、溶接電源（ＡＣｏｒＤＣ）１８、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１９、溶接に必要な高周波を発生させる高周波発生装置２０、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２１、溶接トーチ１２の内部に冷却水を循環させる冷却水供給装置２２等から構成される。なお、溶接トーチ１２は、トーチ本体１２Ａに対して揺動可能な電極棒１２Ｂを具備し、この電極棒１２Ｂの先端よりアークを発生させる（図４（ｂ）参照）。
【００１８】
揺動装置１３は、溶接トーチ１２のトーチ本体１２Ａを保持し、所定の角度、速度、位置、及び回数等で電極棒１２Ｂのみを揺動させる揺動ロボット２３と、この揺動ロボット２３の作動を制御する制御ユニット２４とから構成される。なお、揺動ロボット２３は、溶接時のノイズ対策が施されている。
制御装置１４は、回転装置１０の制御ユニット１７、ＴＩＧ溶接機１１の溶接コントローラ１９、及び揺動装置１３の制御ユニット２４へ制御信号を出力して、回転装置１０の作動（ワークＷの回転位置）とＴＩＧ溶接機１１及び揺動装置１３の作動タイミングとを制御する。
【００１９】
なお、このＴＩＧ溶接は、図７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。この図７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：溶接トーチに通電する電流値（図８参照）
クレーターフィラ電流：溶融部の表面状態を改善するために、溶接終了時に流す追加電流（図８参照）
クレーターフィラ時間：クレーターフィラ電流を流す時間（図８参照）
アーク長さ：電極棒とワークＷとの距離
ウィービング回数：電極棒を揺動する回数
ウィービング振り速度：電極棒の揺動速度
電極径：図９参照
電極材質：電極棒の材質〔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９参照
電極先端角度：図９参照
ガス流量：溶接時のシールドガス流量（図８参照）
ガスプリフロー：溶接前に流すシールドガス時間（図８参照）
ガスアフターフロー：溶接後に流すシールドガス時間（図８参照）
【００２０】
次に、溶接加工機８による両コイル突出部４ｃ、５ｃの溶接方法について説明する。
まず、ワーク保持具９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１５の先端面を電機子コイルの両コイル突出部４ｃ、５ｃ近傍に電気的に接触させた状態で保持する（図３参照）。
ワーク保持具９に保持されたワークＷは、回転装置１０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（両コイル突出部４ｃ、５ｃの割り出し）。
つぎに、揺動ロボット２３により溶接トーチ１２をワークＷの両コイル突出部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、電極棒１２Ｂの中心を両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向中央部に一致させることが望ましい。本実施例では、両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向中央部で、且つ両コイル突出部４ｃ、５ｃとの接合境界部（図４（ａ）のＳ点）に電極棒１２Ｂの中心を一致させている。なお、図４（ａ）は、回転軸２と両コイル突出部４ｃ、５ｃとの位置関係を示すもので、軸方向から見た正面図である。但し、破線で記載された両コイル突出部４ｃ、５ｃは、実線で記載された両コイル突出部４ｃ、５ｃの周方向に隣合うものである。
【００２１】
ここで、アークをスタートさせると同時に、溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂを一定の速度で揺動させる。電極棒１２Ｂの揺動は、ワークＷを固定した状態（静止状態）として、両コイル突出部４ｃ、５ｃの径方向、つまり図４（ｂ）に示す様に、接合境界部を中心として上層コイル突出部５ｃ側と下層コイル突出部４ｃ側とに一定の部位を繰り返し往復移動させる。なお、図４（ｂ）は、両コイル突出部４ｃ、５ｃと電極棒１２Ｂとの位置関係を示す側面図であり、両コイル突出部４ｃ、５ｃは、図４（ａ）に実線で記載した両コイル突出部４ｃ、５ｃに対応している。
電極棒１２Ｂの揺動回数については、両コイル突出部４ｃ、５ｃの形状によって最適回数が異なるが、２〜５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７参照）。
電極棒１２Ｂを所定回数揺動させた後、電極棒１２Ｂが所定の揺動終了位置に達した時に揺動装置１３を停止させる。電極棒１２Ｂの揺動終了位置は、接合境界部より外径側、つまり接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側（図４（ｂ）の▲２▼〜▲１▼）であることが望ましい。
【００２２】
電極棒１２Ｂの揺動終了後、アークを停止させる。
これにより、両コイル突出部４ｃ、５ｃの母材がアークの熱エネルギーで溶融し接合されることで、図１に示す様な接合部２５が形成される。この接合部２５は、図１（ａ）に示す様に、上層コイル端部５ｂの軸方向端面５ｄ上で最も径方向の外周位置２５ａが大きく（即ち、接合部２５の径方向外周端２５ａが上層コイル端部５ｂの軸方向端面５ｄ上に形成される）、且つ下層コイル突出部４ｃの径方向内周端面４ｄより接合部２５の径方向内周端２５ｂの方が距離Ａだけ径方向の内周側に位置している。
接合部２５の周方向の幅２５Ｗは、図１（ｂ）に示す様に、溶融した母材が周方向に拡がって上層コイル突出部５ｃの周方向の幅５Ｗ以上となっている。また、電極棒１２Ｂの揺動終了位置を接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側とした場合、接合部２５の周方向幅２５Ｗが接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側で最大となる傾向にある。但し、溶融した母材の周方向への拡がりは、電極棒１２Ｂを揺動させることによって従来（先願）の接合部（図１４（ｂ）参照）より小さくなっている。
【００２３】
更に、図１（ａ）に破線Ｂで示す様に、下層コイル突出部４ｃの径方向内周端面４ｄ上に形成される接合部２５の径方向内周側境界部２５ｃの方が、上層コイル端部５ｂの軸方向端面５ｄ上に形成される径方向内周側境界部（径方向外周端）２５ａより電機子鉄心３側（図１（ａ）の左側）に位置している。なお、図１（ａ）に示す破線は、接合部２５の境界部を示す。つまり、破線Ｂより右側部分が両コイル突出部４ｃ、５ｃの溶融部、即ち接合部２５となる。従って、破線Ｂより左側には、両コイル突出部４ｃ、５ｃの一部がそれぞれ残っている。
上述の作動、即ちワークＷの位置決め、溶接トーチ１２の移動、アーク開始、電極棒１２Ｂの揺動、アーク停止を１サイクルとし、順次所定のスロット数だけ前記サイクルを繰り返して加工を完了する。
【００２４】
（本実施例の効果）
本実施例では、図１に示す様な接合部２５を形成することができるため、先願に示された接合部２５の形状（図１４参照）と比較して接合部２５の径方向外側の体積が小さくなっている。これにより、回転時に接合部２５に加わる遠心力が小さくなるため、接合部２５の耐遠心強度が向上する。その結果、より小型軽量の回転子を提供することが可能となる。
また、本実施例の接合部２５の形状は、図１（ａ）に示す様に、接合部２５の溶融深さＬを深くすることが可能で、溶融断面積を増大させることができるため、接合部２５の機械的強度を向上できるとともに、電気抵抗も小さくすることができる。
【００２５】
ここで、従来の接合方法で接合された接合部２５（図１４参照）と本発明の接合方法で接合された接合部２５（図１参照）とを「溶接強度」で比較したデータを図１０及び図１１に示す。
なお、従来の接合方法及び本発明の接合方法とも、それぞれ５個ずつのサンプルを用意し、各スロット３ａに対応する全ての接合部２５で溶接強度を測定している。測定された各接合部２５の溶接強度を図１０に数値で示し、図１１にグラフで示す（なお、図１１に示すグラフ上の○印は、各サンプル毎の平均値を示す）。従来の接合方法及び本発明の接合方法で接合された各サンプルは、接合部２５の深さＬ（溶融深さ）と、接合部２５の径大方向への角度θが下記の表１に示される範囲内にある。
【００２６】
【表１】
【００２７】
本実施例では、電極棒１２Ｂを両コイル突出部４ｃ、５ｃの接合境界部を中心として下層コイル突出部４ｃ側と上層コイル突出部５ｃ側とに揺動させるため、両コイル突出部４ｃ、５ｃの溶融母材が電極棒１２Ｂから生じるアークに引っ張られて電極棒１２Ｂの揺動方向（径方向）に伸びた楕円形状となる（図１（ｂ）参照）。これにより、電極棒１２Ｂを揺動させない場合と比較して、溶融した母材の周方向（接合部２５の幅方向）への拡がりが小さくなるため、周方向に隣合う接合部２５とのギャップが溶融母材の張り出し２５ｄ（図１（ｂ）参照）によって減少するのを防止できる。特に、電極棒１２Ｂの揺動終了位置を接合境界部または接合境界部より上層コイル突出部５ｃ側（図４（ｂ）の▲２▼〜▲１▼）とすることで、溶融した母材が上層コイル突出部５ｃ側へ吸引されるため、周方向に隣合う接合部２５とのギャップを確実に確保することができる。
【００２８】
言い換えれば、電極棒１２Ｂの揺動終了位置を下層コイル突出部４ｃ側とすると、上層コイル突出部５ｃ側より下層コイル突出部４ｃ側の方が隣合う接合部２５とのギャップが元々小さいため、下層コイル突出部４ｃ側の溶融母材の体積が増大することはギャップを確保する上で不利である。
また、アーク溶接の開始位置については、最初に入力エネルギーを大として溶接可能なため、開始位置にて溶融部を深くすることができる。従って、電極棒１２Ｂの揺動開始位置を上層コイル突出部５ｃと下層コイル突出部４ｃとの接合境界部とすることで、必然的に接合境界部にて最大の溶融深さを得ることができる。
なお、本実施例では、溶接時に溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂのみを揺動させているが、トーチ本体１２Ａと電極棒１２Ｂを一体に、つまり溶接トーチ１２全体を揺動させても良い。
【００２９】
（第２実施例）
第１実施例では、ワークＷを固定して溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂを揺動させているが、本実施例では、溶接トーチ１２全体を固定して（つまり電極棒１２Ｂを揺動させない）、ワークＷを揺動させながら両コイル突出部４ｃ、５ｃを溶接するものである。
あるいは、溶接トーチ１２の電極棒１２Ｂ（または溶接トーチ１２全体）とワークＷの両方を揺動させながら両コイル突出部４ｃ、５ｃを溶接しても良い。これらの場合でも、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接合部の形状を示す側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【図２】溶接加工機の全体構成図である。
【図３】溶接動作を示す要部断面図である。
【図４】回転軸と両コイル突出部との位置関係を示す軸方向正面図（ａ）、両コイル突出部と電極棒との位置関係を示す側面図（ｂ）である。
【図５】回転子の半断面図（接合前の状態）である。
【図６】上層コイルと下層コイルの斜視図である。
【図７】溶接加工条件を示す図である。
【図８】溶接時の溶接電流とガス流量を示すグラフである。
【図９】溶接トーチの電極棒の側面図である。
【図１０】接合部の溶接強度を比較したデータである。
【図１１】接合部の溶接強度を比較したグラフである。
【図１２】接合前の回転子の側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【図１３】接合後の回転子の側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【図１４】先願の接合部の形状を示す側断面図（ａ）と軸方向正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１ 回転子
２ 回転軸
３ 電機子鉄心
３ａ スロット
４ 下層コイル
４ｃ 下層コイル突出部
５ 上層コイル
５ｃ 上層コイル突出部
８ 溶接加工機（溶接装置）
１０ 回転装置
１１ ＴＩＧ溶接機（アーク溶接機）
１２ 溶接トーチ
１３ 揺動装置
１４ 制御装置
２５ 接合部
Ｗ ワーク（被加工物）
Claims (7)
- 外周部にスロットを有する電機子鉄心と、
この電機子鉄心を回転自在に支持する回転軸と、
前記電機子鉄心のスロットに組み付けられる所定数の下層コイルと、
この下層コイルの後から前記電機子鉄心のスロットに組み付けられる所定数の上層コイルとを備え、
前記電機子鉄心のスロットに前記下層コイルと前記上層コイルとをそれぞれ組み付けて、前記下層コイルの一端部に設けられた下層コイル突出部と別のスロットに組み付けられた前記上層コイルの一端部に設けられた上層コイル突出部とを前記回転軸の外周で径方向に重ね合わせ、その重ね合わされた両コイル突出部と他の両コイル突出部とが周方向に近接して配置された被加工物に対し、前記両コイル突出部をアーク溶接により接合する接合方法であって、
アーク溶接機の溶接トーチを周方向の同一位置で径方向に揺動させながら前記下層コイル突出部と前記上層コイル突出部とを接合するものであり、前記溶接トーチは、その溶接トーチより放出されるアークが前記上層コイル突出部の径方向外端と前記下層コイル突出部の径方向内端との間を往復する様に揺動させることを特徴とする回転電機の回転子の接合方法。 - 前記両コイル突出部が接合される境界部を中心として、前記溶接トーチを周方向の同一位置で前記下層コイル突出部側と前記上層コイル突出部側とに揺動させながら前記下層コイル突出部と前記上層コイル突出部とを接合することを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子の接合方法。
- 前記両コイル突出部が接合される境界部から前記溶接トーチの揺動を開始した後、前記境界部または前記境界部より前記上層コイル突出部側で前記溶接トーチの揺動を終了することを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の回転子の接合方法。
- 前記溶接トーチを前記両コイル突出部が接合される境界部から最初に前記上層コイル突出部側へ揺動させ、その上層コイル突出部側で前記溶接トーチの揺動を一旦停止させた後、前記下層コイル突出部側へ揺動を再開することを特徴とする請求項１〜３記載の何れかの回転電機の回転子の接合方法。
- 前記溶接トーチの溶接電流を２０〜５０Ａ、前記溶接トーチの先端から前記両コイル突出部が接合される境界部までのアーク長を０．５〜１．５ｍｍ、前記溶接トーチの揺動回数を２〜５回、前記溶接トーチの揺動速度を５〜１５ｍｍ／ｓとしたことを特徴とする請求項１〜４記載の何れかの回転電機の回転子の接合方法。
- 外周部にスロットを有する電機子鉄心と、
この電機子鉄心を回転自在に支持する回転軸と、
前記電機子鉄心のスロットに組み付けられる所定数の下層コイルと、
この下層コイルの後から前記電機子鉄心のスロットに組み付けられる所定数の上層コイルとを備え、
前記電機子鉄心のスロットに前記下層コイルと前記上層コイルとをそれぞれ組み付けて、前記下層コイルの一端部に設けられた下層コイル突出部と別のスロットに組み付けられた前記上層コイルの一端部に設けられた上層コイル突出部とを前記回転軸の外周で径方向に重ね合わせ、その重ね合わされた両コイル突出部と他の両コイル突出部とが周方向に近接して配置された被加工物に対し、前記両コイル突出部をアーク溶接により接合する溶接装置であって、
前記被加工物を所定の回転角度及び所定の回転速度で回転させる回転装置と、
前記下層コイル突出部と前記上層コイル突出部とを接合するアーク溶接機と、
このアーク溶接機の溶接トーチを、前記両コイル突出部が接合される境界部を中心として、周方向の同一位置で前記下層コイル突出部側と前記上層コイル突出部側とに揺動させる揺動装置と、
前記回転装置、前記アーク溶接機、及び前記揺動装置の作動を所定のタイミングで制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする回転電機の回転子の溶接装置。 - 外周部にスロットを有する電機子鉄心と、
この電機子鉄心を回転自在に支持する回転軸と、
前記電機子鉄心のスロットに組み付けられる所定数の下層コイルと、
この下層コイルの後から前記電機子鉄心のスロットに組み付けられる所定数の上層コイルとを備え、
前記電機子鉄心のスロットに前記下層コイルと前記上層コイルとをそれぞれ組み付けて、前記下層コイルの一端部に設けられた下層コイル突出部と別のスロットに組み付けられた前記上層コイルの一端部に設けられた上層コイル突出部とを前記回転軸の外周で径方向に重ね合わせて接合し、その接合部が他の接合部と周方向に近接して配置された回転子であって、
前記接合部の径方向外周端が前記上層コイル端部上にあり、かつ最も径方向の外周側に位置し、
前記下層コイル突出部の径方向内周端より前記接合部の径方向内周端の方が径方向の内周側に位置し、
前記接合部の周方向の幅が前記上層コイル突出部の周方向の幅以上であり、
前記下層コイル突出部の径方向内周端面上に形成される前記接合部の径方向内周側境界部の位置が、前記上層コイル端部の軸方向端面上に形成される径方向内周側境界部（径方向外周端）の位置より前記電機子鉄心側にあることを特徴とする回転電機の回転子。
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