JP4497187B2 - 回転電機の固定子鉄心の製造方法およびその製造方法により製造される回転電機の固定子鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、主に、回転電機の固定子鉄心の製造方法に関する。

〔従来の技術〕
従来から、回転電機用の固定子鉄心として、磁極ティース形状をプレス成形した帯状の鋼板シートを螺旋状（ヘリカル）に巻回しつつ円筒状に多数枚を積層してなるヘリカル積層コアが一般に用いられている。ヘリカル積層コア（以下、積層コアと呼ぶ）は、積層コアの周縁部近傍、つまり、反スロット側のシート外端部の板厚方向を圧延ロール等によって薄くして、周縁部側の巻取り周長を長くすることによって巻取りがしやすくなっている。

また、この積層コアは、積層後、各ターン、各枚を揃えて径方向ならびに周方向のずれを許容範囲に微調整して整列させ、周縁部を溶接してずれが促進しないように固定される。そして、さらに積層コアの外径の真円度、ならびに内径に対する同心度と直角度など所定の形状を保持するためのしごき成形による仕上げ工程を経て、固定子鉄心が製造される（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示される仕上げ工程は、内径部を固定し、ワーク受け部を第１加圧部で支持し、第２加圧部で押え部を移動させる構成とし、第３加圧部で外径部を移動させる構成としている。従って、第２加圧部の加圧力を第１加圧部の加圧力より大きくした場合に、固定子鉄心は押え部に押圧されワーク受け部と一緒に下降し、内径部でしごかれ、内径が成形され、第３加圧部の加圧力を第２加圧部の加圧力より大きくした場合に、外径部が下降し外径がしごき成形される。

これにより、固定子鉄心の内径、スロット、外径を１工程で、かつ、シリーズに加工することができ、高精度な成形が可能となるとともに設備費および加工時間が減少し、コストダウンが可能としている。

〔従来技術の不具合〕
ところで、従来の仕上げ工程での積層コアのしごき成形方法では、外型の昇降によって積層コアの外径部を押し込む方向に塑性変形させてしごくのであるが、僅かに隙間を有して積層された積層コアの周縁部の各シート外端部では、しごき荷重が塑性変形を生じる前に曲げ変形を生じて、拘束が発生せずにしごき荷重が逃げて、この結果、各シート外端位置のバラツキに対応して、バラツキの大きな箇所にてシート外端間に不連続の大きな隙間が新たに発生するという問題がある（図１０参照）。

このシート間での大きな隙間（シート間隙間）の発生は、品質面では、外観上の見栄えを悪くするとともに発錆の懸念や、性能面では、シート間隙間による磁気抵抗が大きくなって磁路の通りが悪くなり出力低下の懸念がある。また、強度面では、この積層コアが、積層コアの軸方向一端側と他端側とをフレームによって挟装してスルーボルトの締め付けによって保持されるに際し、積層コアの周縁部の積層方向の締付け軸力が、大きな隙間によって変化し、保持力が低下する懸念がある。

ここで、積層コアの周縁部のシート間隙間が発生するメカニズムを図１０に基づいて説明する。図１０（ａ）は従来例の仕上げ工程で採用されるしごき成形装置１００の模式断面図である。図１０（ａ）に示すように、ヘリカルに巻き取られた積層コア１０２はワーク受け１０３の上に投入され、ワーク押え１０７の下降により積層コア１０２の軸方向端面が押え付けられ、そして内径芯金１０４とスロット揃え矢１０５の上昇により積層コア１０２は位置決めされる。その上で、外径しごきリング１０６が内径芯金１０４の上昇方向に対向して下降する。

しごき開始前の積層コア１０２の周縁部と外径しごきリング１０６の配置説明図を図１０（ｂ）に、また、しごき中の積層コア１０２の周縁部と外径しごきリング１０６のしごき加工説明図を図１０（ｃ）にそれぞれ拡大図として示す。図１０（ｂ）に示すように、ヘリカルに積層され、内径側のずれを微調整して整列され、周縁部を溶接固定された積層コア１０２は、内部において、各シートは密接して積層されているものの、周縁部において、薄肉化による各シート外端間にテーパ状の微小隙間を多数形成する状態に積層されている（側面矢視図参照）。

そして、前工程で、径方向のずれを微調整して溶接固定するも調整できなかった大きなずれが各シート外端寸法（位置）のバラツキを生じ、このバラツキの大きさ次第では各シート外端部が負荷するしごき荷重は、極端に差異が生じる。

従って、図１０（ｃ）に示すように、しごき中では、各シート外端部は積層コア内部より僅かに薄く、シート間にはテーパ状の微小隙間があるので、このしごき荷重によって変形し（曲り）やすく、しごき加工となる径方向の塑性変形応力がシート外端部の変形によって拘束が緩和されることにより十分に発生できず、各シート外端部の曲げ量の差異となって、各シート外端位置のバラツキの大きな箇所でシート間の隙間が拡大し、不連続で大きなシート間隙間を生じる（側面矢視図参照）。

このシート間隙間は各シート外端位置の全周に渡って連続して発生するものではなく、周方向には不連続に発生するものである。また、この不連続で大きなシート間隙間の発生は、図１０（ｃ）に示すように、積層コアの周縁部を溶接にて固定した溶接部近傍に形成されることが多いのは、溶接部は、溶接により溶接部の材料硬度が上昇するため同一外力でも歪みにくく、一方、溶接部近傍は相対的に歪みやすいことから、しごき荷重によりシート外端位置が軸方向に曲り変形するものと推定される。
特開２００６−２４６５８６号公報

回転電機は小型化と高効率化の同時達成が強く望まれるようになっている。つまり、小形・高効率の交流発電機等において、積層コア（固定子鉄心）のスロットに収容する導体およびコイルエンドにおける導体をできるだけ高密度に収容することが望まれるため、スロット数の増加とピッチの微細化と、これに対する固定子鉄心の鉄損を低減する必要がある。この鉄損の低減は、固定子鉄心の製造方法の改善が課題となる。

固定子鉄心内には、交流磁界が流れるとき渦電流による鉄損が生じ、この鉄損は磁界の強さに比例するとともに、鋼板シートの板厚の２乗、および交流磁界の周波数の２乗に比例する。従って、回転電機の回転数を下げて磁界の周波数を減らすことは出力低下になるので、鉄損低減のためには、鋼板シートの板厚を薄くする必要がある。

鋼板シートの板厚を薄くすると剛性が低下するので、各鋼板シートは板厚方向に変形しやすくなる。これは、円筒状のヘリカル固定子鉄心では軸方向への変形として現れる。特に、しごき成形工程時に、固定子鉄心の周縁部の各鋼板シートが互いにしごき方向に曲りやすくなり、この結果、鋼板シート間に大きな隙間が発生しやすくなる。従って、しごき成形工程時に、鋼板シート間隙間の発生を防止できるしごき成形方法の提供が重要な課題となる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、シート間隙間の発生を防止し、強度特性に優れる固定子鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、帯状の鋼板シートに磁極ティース形状をプレス成形するプレス工程と、プレス成形した帯状の鋼板シートのシート外端部を、薄肉化して、螺旋状に巻回しつつ円筒状に積層した積層コアの巻取り工程と、積層コアを径方向ならびに周方向に整列させ、整列したシート外端部を溶接して固定する溶接工程と、溶接して固定された積層コアの外径をしごき成形して所定の形状の固定子鉄心となす仕上げ工程と、からなる回転電機の固定子鉄心の製造方法において、仕上げ工程は、積層コアの薄肉化された各シート外端部が、互いに密接されて後、しごき成形されることを特徴としている。

これにより、しごき成形のしごき荷重に対する抵抗力を増すことができ、各シート外端部の拘束が強まって、各シート外端部が座屈することなく、積層コア外径を縮めるように塑性変形し易くなる結果、十分なしごき成形が可能となる。従って、シート外端部は押し曲ることなく、シート間隙間の発生が防止できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、仕上げ工程は、積層コアを支持するワーク受けと、ワーク受けと同軸に配設されるワーク押えによって積層コアを同軸に押え込み、ワーク受けまたはワーク押えのいずれか一方、もしくは双方のシート外端部との当接面に、軸方向に突出する突出部が備えられ、突出部による押え込みによって、各シート外端部が、突出部に倣って変形するとともに互いに密接されて後、しごき成形されることを特徴としている。

これにより、ワーク受け、ならびにワーク押えの当接面に僅かなテーパ状の突出部を設けるのみで、互いの押え込みによって各シート外端部の密接が簡単に実現できる。従って、成形設備が簡素化できるとともにテーパ状の突出部にワークである積層コアが求心的に案内されて軸心の一致が容易となり、仕上げ成形の加工時間の短縮が可能となる。また、請求項１と同様な作用・効果を奏することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、突出部は、ワーク受けまたはワーク押えのいずれか一方に設けられるとき、各シート外端部の薄肉化寸法値と各シート外端部の積層枚数を乗じた全薄肉化寸法値に相当する突き出し量を備えることを特徴としている。
これにより、各シート外端部が過不足なく密接することができ、軸方向のしごき荷重に対して拘束を強めて、良好なしごき加工がし易くなる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、突出部は、ワーク受けおよびワーク押えの双方に設けられるとき、各シート外端部の薄肉化寸法値と各シート外端部の積層枚数を乗じた全薄肉化寸法値に相当する突き出し量を、ワーク受けおよびワーク押えの双方の当接面に振分けて、軸方向に突出する突出部を備えることを特徴としている。

これにより、テーパ状の突出部の設定の自由度がより高まり、成形の安定化と成形設備の簡素化が図られるとともに、請求項３と同様な作用・効果を奏することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、仕上げ工程は、積層コアを支持するワーク受けと、ワーク受けと同軸に配設されるワーク押えによって積層コアを同軸に押え込み、ワーク受けのシート外端部との当接面に、軸方向に突出する突出部が備えられ、ワーク押えのシート外端部との当接面に、軸方向に凹む凹み部が備えられ、突出部と凹み部による押え込みによって、各シート外端部が突出部と凹み部に倣って変形するとともに互いに密接されて後、しごき成形されることを特徴としている。

これにより、各シート外端部が凹み部に倣って変形するとともに互いに密接されるので、密接された各シート外端部の向きと、下降する外径しごきリングのしごき荷重方向とに迎え角が付与できるので、各シート外端部の径方向の押え込み荷重をさらに大きく、かつ、均等に受けることが可能となって、塑性変形の発生が容易になる。従って、十分なしごき加工が可能となり、請求項１と同様な作用・効果を奏することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、凹み部は、ワーク受けの突出部の突き出し量が、各シート外端部の薄肉化寸法値に各シート外端部の積層枚数を乗じた全薄肉化寸法値よりも大きいとき、その差分だけワーク押えの当接面を軸方向に凹ませて、設けられたことを特徴としている。

これにより、ワーク押えの当接面の外端を、僅かにテーパ状に切削するのみで凹み部が形成できるので、成形装置の簡素化が図られる。また、請求項５と同様な作用・効果を奏することができる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、仕上げ工程は、各シート外端部が、互いに密接されて後、各シート外端部の外径形状と略同様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を備える外径しごきリングによって、しごき成形されることを特徴としている。

これにより、ワーク受けまたはワーク押えの当接面の外端に軸方向の突出部を設けることによる各シート外端部の倣い変形により生じるシート外端形状のテーパ状外径形状化に対し、常に、適度なしごき代を確保したしごき加工が実施でき、過不足のない良好なしごきが得られやすい。また、適度なしごき代であることから、しごき荷重は比較的軽負荷が可能であり、加工のための所要動力も加工設備も簡素化でき、製造コストを低減することも可能となる。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、外径しごきリングは、各シート外端部が互いに密接され、径方向の外端が径小の他端側から径大の一端側へ、一様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を備えることを特徴としている。

これにより、外径しごきリングの下降により、常に、しごき代は略一定となり、また、各シート外端部はテーパ状の傾斜に伴う径方向の押し込み荷重を受けやすくなるので、塑性変形の発生が容易になる。従って、良好なしごき加工が可能となり、請求項７と同様な作用・効果を奏することができる。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、仕上げ工程は、各シート外端部が互いに密接して、径方向の外端が径小の他端側から径大の中央側へ、および径大の中央側から径小の一端側へ、それぞれ一様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を備えた２つの外径しごきリングを備え、２つの外径しごきリングを対向させて、交互に、もしくは同時にしごき成形されることを特徴としている。

これにより、ワーク受けおよびワーク押えの当接面の外端に軸方向の突出部を設けることによる各シート外端部の倣い変形により生じるシート外端形状の太鼓状外径形状化に対し、常に、適度なしごき代を確保したしごき加工が実施でき、過不足のない良好なしごきが得られやすい。また、適度なしごき代の設定の自由度が高いため、しごき荷重は比較的軽負荷が可能であり、加工のための所要動力も加工設備も簡素化でき、製造コストを低減することも可能となる。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法では、２つの外径しごきリングの軸方向のしごき成形ストロークは略等しいことを特徴としている。

２つの外径しごきリングの軸方向のしごき成形ストロークは略等しいことより、固定子鉄心の軸方向両端面の外径が略等価にしごき成形される固定子鉄心が簡単に製造できる。固定子鉄心の軸方向両端面の外径が略等価であり、また、僅かなテーパ面を構成することよりフレームに挟装して回転電機を組付けるとき、ガタなく軸心を一致させることが容易で、経時的に締結のゆるみを発生させることがない。

〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の手段では、積層コアは、しごき成形工程後の取出し工程において、密接が解除され、ノックアウトされた後においても、各シート外端部に折れ曲がりがなく、積層コアのコア端面において全面フラットな平面を確保することを特徴としている。
これにより、積層コアが、シート外端部の塑性変形によるしごき成形工程において軽度な塑性変形によって加工されるとき、コア端面は全面フラットとなり、シート間隙間がしごき成形工程後において拡大することを防止できる。

〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の手段では、積層コアは、しごき成形工程後の取出し工程において、密接が解除され、ノックアウトされた後においても、各シート外端部が全周において均一に板厚方向に折れ曲がっていることを特徴とする。
これにより、積層コアが、シート外端部の塑性変形によるしごき成形工程において適度な塑性変形によって加工されるとき、シート外端部は均一に折れ曲がり、請求項１１の手段と同様な作用・効果を奏することができる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

本実施例は、本発明の回転電機の固定子鉄心の製造方法を車両用交流発電機に適用したものである。以下、図１〜４に基づいて本実施例の固定子鉄心の製造方法について説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は車両用交流発電機の半断面図である。図２（ａ）は、固定子鉄心の平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図３は固定子鉄心の製造方法を製造工程順に示した模式図である。図４は固定子鉄心の製造方法の仕上げ工程を示した模式図である。

固定子鉄心３は、図１、２に示すように、磁極ティース１２を成形された鋼板シート１１を円筒状に積層し、その内周部には複数のスロット４と、その周縁部には各スロット４を等ピッチに配置する継鉄部５とから構成される積層コア６を所定の形状に仕上げたものである。そして、各スロット４内に導体巻線１０を挿着することで固定子２となし、固定子２の内部に界磁として働く回転子７を収容して、車両用交流発電機１を構成する。また、固定子鉄心３は、図１に示すように、スルーボルト８によって両フレーム９間に締結されて挟持され、車両用交流発電機１の電機子として働くものである。

固定子鉄心３の製造方法は、図３に示すように、帯状の鋼板シート１１に磁極ティース１２を定寸プレス成形または連続プレス成形しつつスロット４と継鉄部５を形成するプレス工程と、磁極ティース１２を成形された帯状の鋼板シート１１を螺旋状に巻回しやすいように、帯状の鋼板シート１１の継鉄部５の内、外端部の板厚方向を圧延ロール等によって薄くして、巻取り周長を長くしつつ円筒状に多数枚を積層してなる積層コア６を製造する巻取り工程と、また、この積層コア６を積層後、各ターン、各枚を径方向ならびに周方向に揃えてずれを許容範囲に微調整して整列させ、ずれが促進しないように周縁部を溶接にて固定する溶接工程と、そして、さらに積層コア６の外径の真円度、ならびに内径に対する同心度と直角度など所定の形状を保持するためのしごき成形による仕上げ工程とからなる。そして、これら一連の工程を経ることによって、積層コア６は所定の形状に仕上がり、固定子鉄心３が製造される。

なお、上記説明では、実体としては同じ固定子鉄心３と積層コア６とを区別して符号を付して呼称しているが、最終製造工程で仕上がった所定の形状のものを固定子鉄心３と呼び、途中の製造工程での半加工状態の固定子鉄心をその形態から積層コア６と呼ぶものである。また、上記した固定子鉄心３の製造方法（工程）は、生産性が高く、コストダウンが図れる製造方法である。以下、重点的に、本実施例の特徴ある仕上げ工程について、図４に従って説明する。

成形装置２０は、図４（ａ）に示すように、ワークである積層コア６を支持する円筒状のワーク受け２１、ワーク受け２１内に収容され積層コア６の内径を成形する内径芯金２２、積層コア６のスロット４を成形するスロット揃え矢２３、積層コア６の外径を成形する外径しごきリング２４、積層コア６をワーク受け２１に押圧するワーク押え２５と、これら各部材を駆動する図示しない駆動手段（例えば、油圧プレス等）を備えている。本実施例で採用する成形装置２０は、以下に詳細に説明するように、ワーク受け２１とワーク押え２５の積層コア６の軸方向の両端面との当接面（以下、上端面２７および下端面２８と呼ぶ）に突出部３１、３２を備えたことが特徴である。

次に、上記の成形装置２０を駆動して固定子鉄心３を所定の形状に仕上げる仕上げ工程を以下に説明する。固定子鉄心３は、この仕上げ工程の前工程である溶接工程にてその周縁部を溶接して、ずれが生じないように固定された積層コア６である。

仕上げ工程のＳｔｅｐ１として、まず、溶接後の積層コア６がワーク受け２１に投入される。ワーク受け２１は固定されており、ワーク受け２１の上端面２７は、積層コア６の一端側を支持し、後記するように上端面２７は、突出部３１を備え、ワーク受け２１と同軸を維持して積層コア６を支持可能にする。また、ワーク受け２１の摺動円筒部３５の外径は、積層コア６の外径より僅かに小さく形成されている。

次に、仕上げ工程のＳｔｅｐ２として、ワーク押え２５が図示しない駆動手段によって駆動され、下降して積層コア６の他端側に当接して押圧する。このとき、ワーク押え２５の下端面２８は、積層コア６の他端側を押圧し、後記するように下端面２８は、突出部３２を備え、積層コア６とワーク押え２５とが同軸を維持して押圧可能になっている。また、ワーク押え２５の摺動円筒部２６の外径は、積層コア６の外径より僅かに小さく形成されている。なお、摺動円筒部２６と摺動円筒部３５とは同軸に配置されており、互いの外径は同径かもしくは僅かに径差を有して、良好なしごき成形を得ることが可能である。

つづいて、仕上げ工程のＳｔｅｐ３として、スロット揃え矢２３が、駆動手段により上方に駆動される。また、その後、ワーク受け２１内に上下移動自在に遊嵌された内径芯金２２が、駆動手段により上方に駆動される。スロット揃え矢２３と内径芯金２２とはともに積層コア６の一端側から嵌入され、これにより、スロット揃え矢２３は各スロット４内の径方向ならびに周方向のシート内端の僅かなずれを整列するとともに、内径芯金２２はスロット揃え矢２３との間で径方向にずれを調整し、内径を整列する。これにより、積層コア６の内径は、内径芯金２２の形状寸法に倣って整列され、真円度が確保できるようになる。同様に、所定のスロット幅を有した多数のスロット４が正確なスロットピッチにて配設されるようになる。

つづいて、仕上げ工程のＳｔｅｐ４として、外径しごきリング２４を下降させる。外径しごきリング２４は超硬材料からなり、その内径寸法は上下摺動自在に嵌着されるワーク押え２５の摺動円筒部２６の外径と同径もしくは僅かに径大であり、ワークとなる積層コア６の外径より僅かに径小に形成されている。この積層コア６の外径と外径しごきリング２４の内径との差の半分がしごき代に相当し、適度なしごき代によって良好なしごき成形が得られる。

また、外径しごきリング２４の下降側端面には、僅かに径大である積層コア６の外径に嵌入してしごき加工がスムースにできるように、迎え角を構成してテーパ状の面取り２９が形成されている。これにより、しごき荷重が積層コア６の周縁部に軸方向のみでなく、径方向にも作用して、径方向の塑性変形応力値を大きくさせてしごき加工の促進を図っている。

外径しごきリング２４の下降に伴い、積層コア６のシート外端部は塑性変形されつつ径方向に押し込まれてしごき成形される。外径しごきリング２４がワーク受け２１まで下降して、積層コア６の周縁部のしごき成形は完了する。これにより、各スロット４および内径が所定の形状に成形されるとともに、外径の真円度、ならびに内径との同心度と直角度など所定の形状が確保されて成形される。

そして、その後、仕上げ工程のＳｔｅｐ５として、外径しごきリング２４と、内径芯金２２およびスロット揃え矢２３と、ワーク押え２５とをそれぞれ逆方向に駆動して全拘束を解除して、成形された固定子鉄心３を取出して、仕上げ工程を終了する。
以上の一連の成形工程により、所定の形状を有する固定子鉄心３が得られる。

ここで、本実施例でのしごき成形方法をさらに詳細に説明する。図５に、仕上げ工程の各ステップ（Ｓｔｅｐ１〜５）をしごき成形時の積層コア６の周縁部を拡大して示す。

本実施例のしごき成形方法は、図５（ａ）に示すように、ワーク受け２１の上端面２７とワーク押え２５の下端面２８に、それぞれ外径に向ってテーパ状に突き出た突出部３１、３２を設け、積層コア６の両端側のシート外端部と突出部３１ならびに突出部３２と、および僅かにテーパ状に薄肉化されたシート外端部同士を密接させて剛性を高め、軸方向に負荷されるしごき荷重によってシート外端部に押し曲げ変形を生じさせることなくシート外端部の拘束を強め、塑性変形を容易にして、良好なしごきを得る方法である。

図５（ａ）に示すように、突出部３１と突出部３２はともに、テーパ長さが積層コア６を構成する各鋼板シート１１の僅かにテーパ状に薄肉化されたシート外端部のテーパ長さと略同等に形成され、また、突出部３１と突出部３２のそれぞれの軸方向の突き出し量は、同等もしくは異なっていてもよく、双方の突き出し量の合計が各シート外端部の僅かにテーパ状に薄肉化された総計分と略等価となるように形成される。従って、これにより、積層コア６がワーク受け２１上に投入されてもテーパ状に突き出た突出部３１ならびに突出部３２に求心的に案内されて、軸心を一致したセットが可能となる。

そして、図５（ｂ）に示すように、ワーク押え２５を下降させて、ワーク受け２１との間に積層コア６を軸心を一致させて挟持して押え込み、シート外端部が突出部３１、３２に倣って変形するとともに各シート外端部が過不足なく密接される。そして、しごき成形のＳｔｅｐ４では、図５（ｃ）に示すように、適度なしごき代の場合には、外径しごきリング２４の下降によって、外径しごきリング２４の下降側端面の面取り２９によるしごき荷重の径方向成分力が略均等に径方向に作用し（図５（ｃ）白ぬき矢印参照）、シート外端部を径方向に押し込んで塑性変形応力を高め、しごき加工が実施されるとともに、内径芯金２２およびスロット揃え矢２３によって拘束される内径およびスロット４の径方向にもしごき荷重の径方向成分力が作用する（図５（ｃ）白ぬき矢印参照）。そして、これにより、図５（ｄ）に示すように、ノックアウトされて取出した後において、外径は勿論、内径およびスロット４を形成する各シートの端面は、滑らかな表面性状と所定の形状寸法を有した固定子鉄心３が製造される。

上記するように、本実施例の固定子鉄心３の製造方法は、投入した積層コア６の軸心を一致させて受け、積層コア６の周縁部を支持して軸方向に突き出た突出部３１、３２をそれぞれワーク受け２１とワーク押え２５とに備え、積層コア６の周縁部の僅かにテーパ状に薄肉化されたシート外端部同士ならびにシート外端部と突出部３１、３２とを密接させて後、各シート外端部の拘束を強め、しごき加工をすることが特徴である。これにより、各シート外端部の折れ曲がりがなく、コア端面において全面フラットの表面性状を保持しつつ所定の正確な形状を得ることができる。

〔実施例１の効果〕
本実施例の固定子鉄心３の製造方法は、投入した積層コア６の軸心を一致させて受け、積層コア６の周縁部を支持して軸方向に突き出た突出部３１、３２をそれぞれワーク受け２１およびワーク押え２５に備え、積層コア６の周縁部の僅かにテーパ状に薄肉化されたシート外端部同士ならびにシート外端部と突出部３１、３２と密接させて後、各シート外端部の拘束を強め、しごき加工をするものである。この製造方法により、各シート外端部は拘束が強まった分、各シート外端部が座屈することなく積層コア６の外径を縮めるように塑性変形がし易くなり、良好なしごき成形が可能となって、シート間隙間の発生が防止できる。

また、ワーク受け２１およびワーク押え２５にテーパ状の突出部３１、３２を設けることで、積層コア６がワーク受け２１上に投入されても、テーパ状の突出部３１ならびに突出部３２に求心的に案内されて、軸心を一致させることが容易となる。また、積層コア６のワーク受け２１への押圧時に軸心を一致させることも容易となる。

また、積層コア６の各シート外端部と下降する外径しごきリング２４のしごき荷重の作用線方向との迎え角を容易に設けることができ、各シート外端部の径方向の押し込み荷重をより大きくでき、塑性変形がし易くなり、良好なしごき成形が可能となる。

〔変形例１〕
実施例１では、軸方向に突き出て積層コア６の周縁部を支持する突出部３１、３２は、ワーク受け２１およびワーク押え２５ともに積層コア６の周縁部に対向する方向へ形成したが、これに限ることなく、図６（ａ）に示すように、ワーク受け２１は同様に、積層コア６の周縁部に対向する方向へ突出部３１を形成し、他方、ワーク押え２５は反対に、積層コア６の周縁部から離れる方向、つまり反周縁部方向へ凹み部３３を形成させてもよい。

なお、このとき、ワーク受け２１の突出部３１の軸方向の突き出し量と、ワーク押え２５の凹み部３３の軸方向の凹み量の差が、積層コア６の周縁部の各シート外端部の僅かにテーパ状に薄肉化された総計分と略等価となるように形成される。

これにより、各シート外端部は互いに過不足なく密接され、各シート外端部の拘束を強め、各シート外端部は塑性変形がし易くなる。また、突出部３１の突き出し量が凹み部３３の凹み量より大きく形成されるので、各シート外端部の密接は突出部３１の突出方向に倣って、つまり、図６（ｂ）に示すように、図中上方に向って配列される。

従って、図６（ｃ）に示すように、下降する外径しごきリング２４のしごき荷重方向とシート外端部に迎え角が付与できて、各シート外端部の径方向の押え込み荷重をさらに大きく、かつ、軸方向に均等に受けることができ（図中、白ぬき矢印参照）、塑性変形の発生が容易になるとともに、内径芯金２２およびスロット揃え矢２３によって拘束される内径およびスロット４の径方向にもしごき荷重の径方向成分力が作用する（図中、白ぬき矢印参照）。これにより、図６（ｄ）に示すように、ノックアウトされて取出した後において、外径は勿論、内径およびスロット４を形成する端面は、滑らかな表面性状を有し、各シート外端部が全周において均一に板厚方向に折れ曲がって所定の形状寸法を有する固定子鉄心３が製造される。

〔実施例２の構成〕
実施例１では、ワーク受け２１の上端面２７とワーク押え２５の下端面２８に、それぞれ外径に向ってテーパ状に突き出た突出部３１、３２を設け、積層コア６の両端側のシート外端部と突出部３１ならびに突出部３２と、および僅かにテーパ状に薄肉化されたシート外端部同士を密接させて剛性を高め、適度なしごき代による軸方向に負荷されるしごき荷重によってシート外端部に押し曲げ変形を生じさせることなくシート外端部の拘束を強め、塑性変形を容易にして、良好なしごきを得る方法であった。

本実施例では、実施例１のように、しごき代を十分大きく取らなくても、好適なしごき成形が可能な製造方法について述べる。図７（ａ）に示すように、積層コア６はワーク受け２１の上端面２７とワーク押え２５の下端面２８に同軸的に挟装され、積層コア６の周縁部のシート外端部も上端面２７と下端面２８のそれぞれ突出部３１、３２と密接し、また、シート外端部同士も密接して剛性を高め、拘束を強めた状態となっている（図７（ｂ）参照）。この状態は、実施例１で説明した形状と略同じであり、図７（ｂ）に示すように、積層コア６の周縁部の中央側のシート外端部が、両端側より張り出した太鼓状外径形状を形成する場合について述べる。

この太鼓状外径形状は、積層コア６の周縁部の各シート外端部が、両端側では突出部３１、３２の突き出し量に倣って密接するので倣いの変形量が大きく、中央側ではフラットのままで変形量は零である。従って、両端側が中央側より僅かに小さい太鼓状外径形状が形成されることとなる。この太鼓状外径形状は、両端側での倣いの変形量、つまり、突出部３１、３２の突き出し量が大きいほど太鼓状が強まり、逆に、突き出し量が小さくなれば太鼓状は弱まる。

図７（ｃ）は、この太鼓状外径形状を持つ積層コア６を比較的少ないしごき代にてしごき成形する場合の模式図である。図７（ｃ）に示すように、外径しごきリング２４が下降を開始すると、積層コア６の他端側のシート外端部は外径しごきリング２４の面取り２９によって、しごき荷重が径方向にも分配されて、径方向の押し込み荷重となってしごきが始まる。このとき、この他端側が太鼓状外径形状の節部（外端の径小の部分）であって、かつ、しごき代が比較的少ないため、この他端側のしごきは、浅く、軽微なものとなる。

そして、外径しごきリング２４が下降すると、積層コア６の中央部の太鼓状外径形状の腹部（外端の径大の部分）となって、しごき代が比較的少なくても、この中央側のしごきは、径方向の十分な押し込み荷重によって良好なしごき成形がなされる。さらに、外径しごきリング２４が下降すると、積層コア６の中央側の太鼓状外径形状の腹部を通過して一端側の節部となるので、上記した他端側と同様に、径方向の押し込み荷重が減少し、この一端側のしごきは、浅く、軽微なものとなる。図７（ｃ）は、この一連のしごき成形の軸方向の押し込み荷重の変化を、白ぬき矢印の大きさで示したものである。

従って、積層コア６がワーク受け２１およびワーク押え２５との間に挟持され、さらに、周縁部のシート外端部が、それぞれ突出部３１、３２によって密接して、拘束されて太鼓状外径形状を形成する場合には、しごき代の設定に以下のような制約を受けることになる。つまり、太鼓状外径形状の節部と腹部とでは、同等のしごき加工は実現できず、しごき代を少なめに設定すれば、腹部では良好にしごきが加工されるが、節部の両端側では軽微なしごき、もしくはしごき不足となり、シート外端部の整列不足となって良好な外径形状が得られない場合がある。また、しごき代を多めに設定すれば、節部の両端側では良好にしごきが加工されるが、腹部では過剰なしごきが加工されて、シート外端部に座屈が生じ、加工歪みが残って良好な外径形状が得られないこととなる（図７（ｄ）参照）。

そこで、本実施例では、図８（ａ）に示すように、突出部３１、３２によって太鼓状外径形状に形成される積層コア６のシート外端部を、第１外径しごきリング２４ａによって、積層コア６の他端側から中央側までをしごき、第２外径しごきリング２４ｂによって、積層コア６の一端側から中央側までをしごく加工とに分けてしごき成形する製造方法を採用している。このとき、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１外径しごきリング２４ａと第２外径しごきリング２４ｂの内径には、それぞれの外径しごきリング２４ａ、２４ｂのしごき加工端、つまり面取り２９を形成した端部に向って広がりテーパを形成して、太鼓状外径形状と広がりテーパ形状とが略同じ傾斜を有するようにしたので、傾斜方向でのしごき代を適正に一定となすことが可能となる。

図８（ｂ）に示すように、まず、第１外径しごきリング２４ａが下降を開始すると、積層コア６の他端側のシート外端部と第１外径しごきリング２４ａの端部は直ぐにしごきを始めるのではなく、第１外径しごきリング２４ａの端部に向って広がりテーパが形成されていることから、第１外径しごきリング２４ａの端部が積層コア６の中央側に近づく頃に、径方向の押し込み荷重が作用して、しごきが始まる（図中、白ぬき矢印参照）。そして、第１外径しごきリング２４ａがさらに下降して、略中央側に至るまでは、太鼓状外径形状と広がりテーパ形状のそれぞれの傾斜が略同じであることより、略一様なしごきが成形されて、中央側にて第１外径しごきリング２４ａのしごき、つまり第１しごき加工は完了する。

そして、第１しごき加工が完了して後、つづけて第２しごき加工を始める。第２しごき加工は、図８（ｃ）に示すように、第２外径しごきリング２４ｂが、引き続きそれぞれの突出部３１、３２との間に挟持された積層コア６の一端側から上昇を開始する。すると、第２外径しごきリング２４ｂは、直ぐにしごきを始めるのではなく、第１外径しごきリング２４ａと同様に、端部に向って広がりテーパが形成されていることから、第２外径しごきリング２４ｂの端部が積層コア６の中央側に近づく頃に、径方向の押し込み荷重が作用して、しごきが始まる（図中、白ぬき矢印参照）。そして、第２外径しごきリング２４ｂがさらに上昇して、略中央側に至るまでは、太鼓状外径形状と広がりテーパ形状のそれぞれの傾斜が略同じであることより、略一様なしごきが成形されて、中央側にて第２外径しごきリング２４ｂのしごき、つまり第２しごき加工は完了する。

なお、第１外径しごきリング２４ａによる加工と第２外径しごきリング２４ｂによる加工は略同時に加工を進行させてもよく、あるいは、僅かの時間差を有して加工を進行させてもよい。また、必ずしも第１外径しごきリング２４ａによる加工と第２外径しごきリング２４ｂによる加工にて、積層コア６の両端側間隔（つまり、積層厚さ）の半分ずつを分担することに限らず、突出部３１、３２のそれぞれの突き出し量の大小に伴って、太鼓状外径形状の最大張り出し腹部の位置は変動するため、両端側から最大張り出し腹部までをそれぞれ第１、第２外径しごきリング２４ａ、２４ｂがしごき加工を分担して、例えば、積層厚さの２／３が第１外径しごきリング２４ａによる加工であり、残りの１／３が第２外径しごきリング２４ｂによる加工であってもよい。また、この逆であってもよい。

そして、図８（ｄ）に示すように、第１、第２外径しごきリング２４ａ、２４ｂならびにワーク押え２５、内径芯金２２およびスロット揃え矢２３を解除して、ワーク受け２１から固定子鉄心３をノックアウトして取出す。これにより、しごき成形工程は終了し、所定の外径形状を形成した固定子鉄心３が得られる。

〔実施例２の効果〕
本実施例では、突出部の突き出し量に依存して積層コア６の周縁部の各シート外端部が密接して拘束を強めるに際し、各シート外端部の倣いの変形量の軸方向の各シート外端位置による差異によって、外径形状がテーパ状になったり、太鼓状になったりして一様なしごき代が確保できずにしごきの過不足が生じる場合において、外径しごきリング２４の内径に、積層コア６のテーパ状もしくは太鼓状外径形状と略同様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を形成して、外径しごきリング２４の下降あるいは上昇によって常に一定したしごき代によってしごき加工されることを特徴としている。

これにより、常に、適度なしごき代を確保したしごき加工が実施でき、過不足のない良好なしごきが成形でき、シート間隙間の発生しない所定の外径形状の固定子鉄心３が得られやすい。また、適度なしごき代の設定の自由度が高いため、しごき荷重は比較的軽負荷が可能であり、加工のための所要動力も加工設備も簡素化でき、製造コストを低減することも可能となる。

また、シート外端形状を僅かに太鼓状となすことが容易にでき、第１外径しごきリング２４ａと第２外径しごきリング２４ｂの軸方向のしごき成形ストロークを略等しくすることより、固定子鉄心３の軸方向両端面の外径を等価に、また、最小限のしごき代にて固定子鉄心３が簡単に製造できる。固定子鉄心３の軸方向両端面の外径が略等価であり、また、僅かなテーパ面を構成することよりフレーム９に挟装して車両用交流発電機１を組付けるとき、ガタなく軸心を一致させることが容易で、経時的に締結のゆるみを発生させることがない。

〔変形例２〕
実施例２は、ワーク受け２１およびワーク押え２５の上端面２７および下端面２８に、それぞれ備えた突出部３１、３２の突き出し量が比較的大きく、これにより、同軸的に挟持された積層コア６の周縁部のシート外端部の中央側が張り出した太鼓状外径形状を形成して、この太鼓状外径形状を適度なしごき代にて一様にしごく、第１しごき加工と第２しごき加工との２工程に分けて、それぞれテーパ状のしごき仕上げ面を形成するしごき成形工程を採用した製造方法であった。

本変形例は、ワーク受け２１およびワーク押え２５の上端面２７および下端面２８のいずれか一方に突出部３１または突出部３２を備え、他方はフラットのままで、積層コア６を同軸的に挟持するしごき成形工程を採用した製造方法である。一方に突出部を備え、他方には突出部を備えずフラットのままで、積層コア６を同軸的に挟持することは、実施例２で説明した太鼓状外径形状の形成を防止するためのものである。

図９に、ワーク押え２５の下端面２８に突出部３２を備え、ワーク受け２１の上端面２７はフラットのままの場合のしごき成形工程を示す。図９（ａ）に示すように、積層コア６はワーク受け２１の上端面２７とワーク押え２５の下端面２８に同軸的に挟装され、積層コア６の周縁部のシート外端部も下端面２８の突出部３２と密接し、また、シート外端部同士も密接して剛性を高め、拘束を強めた状態となっている（図９（ｂ）参照）。

この状態は、実施例２で説明した太鼓状外径形状とは異なり、積層コア６の周縁部の各シート外端部が、他端側では突出部３２の突き出し量に倣って密接するので倣いの変形量が大きく、一端側ではフラットのままであるので変形量は零である。シート外端部の変形量により他端側の径方向の水平距離は幾分小さくなり、変形量は零であるフラットな一端側の水平距離は小さくなることはない。従って、他端側が一端側より僅かに小さいテーパ状外径形状が形成されることとなる。このテーパ状外径形状は、他端側での倣いの変形量、つまり、突出部３２の突き出し量が大きいほどテーパ状が強まり、逆に、突き出し量が小さくなればテーパ状は弱まる。

図９（ｃ）は、このテーパ状外径形状を持つ積層コア６を比較的少ないしごき代にてしごき成形する場合の模式図である。図９（ｃ）に示すように、外径しごきリング２４の内径には、外径しごきリング２４のしごき加工端、つまり面取り２９を形成した端部に向って広がりテーパを形成して、テーパ状外径形状と広がりテーパ形状とが略同じ傾斜を有するようにして、傾斜方向でのしごき代を適正に一定となすようになっている。

従って、外径しごきリング２４が下降を開始すると、積層コア６の他端側のシート外端部と外径しごきリング２４の端部は直ぐにしごきを始めるのではなく、外径しごきリング２４の端部に向って広がりテーパが形成されていることから、外径しごきリング２４の端部が積層コア６の略中央側に近づく頃に、径方向の押し込み荷重が作用して、しごきが始まる（図中、白ぬき矢印参照）。そして、外径しごきリング２４がさらに下降して、積層コア６の一端側に至るまでは、テーパ状外径形状と広がりテーパ形状のそれぞれの傾斜が略同じであることより、略一様なしごきが他端側から一端側に向けて成形され、一端側を外径しごきリング２４の端部が通過することでしごき加工は終了する。

なお、ワーク受け２１の上端面２７に突出部３１を備え、ワーク押え２５の下端面２８はフラットのままの場合の積層コア６のしごき加工にも本変形例は適用できる。この場合の積層コア６のテーパ状外径形状は、上記に説明した逆パターンとなり、逆テーパ状外径形状となる。従って、外径しごきリング２４はワーク受け２１の摺動円筒部３５に摺動して上昇するしごき加工となることのみ異なり、しごき成形工程として変わるところはない。

そして、図９（ｄ）に示すように、外径しごきリング２４ならびにワーク押え２５、内径芯金２２およびスロット揃え矢２３を解除して、ワーク受け２１から固定子鉄心３をノックアウトして取出す。これにより、所定の外径形状を形成した固定子鉄心３が得られる。

〔他の変形例〕
上記実施形態では、本発明の回転電機の固定子鉄心の製造方法を車両用交流発電機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、同様の固定子鉄心を持つ回転電機、例えば、高電圧駆動モータなどに適用してもよい。

車両用交流発電機の半断面図である（実施例１）。 （ａ）は固定子鉄心の平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 固定子鉄心の製造方法を製造工程順に示した模式図である（実施例１）。 固定子鉄心の製造方法の仕上げ工程の模式図である（実施例１）。 固定子鉄心のしごき成形工程の模式図である（実施例１）。 固定子鉄心のしごき成形工程の模式図である（実施例１の変形例１）。 固定子鉄心のしごき成形工程の模式図である（実施例２の不具合例）。 固定子鉄心のしごき成形工程の模式図である（実施例２）。 固定子鉄心のしごき成形工程の模式図である（実施例２の変形例２）。 （ａ）はしごき成形装置の模式図であり、（ｂ）はしごき前のしごき成形工程の要部を拡大した模式図であり、（ｃ）はしごき中のしごき成形工程の要部を拡大した模式図である（従来例）。

符号の説明

１ 車両用交流発電機（回転電機）
３ 固定子鉄心
６ 積層コア
１１ 鋼板シート
２１ ワーク受け
２４ 外径しごきリング
２４ａ 第１外径しごきリング
２４ｂ 第２外径しごきリング
２５ ワーク押え
２７ 上端面（当接面）
２８ 下端面（当接面）
３１、３２ 突出部
３３ 凹み部

Claims (12)

1. 帯状の鋼板シートに磁極ティース形状をプレス成形するプレス工程と、前記プレス成形した前記帯状の鋼板シートのシート外端部を、薄肉化して、螺旋状に巻回しつつ円筒状に積層した積層コアの巻取り工程と、前記積層コアを径方向ならびに周方向に整列させ、整列した前記シート外端部を溶接して固定する溶接工程と、溶接して固定された前記積層コアの外径をしごき成形して所定の形状の固定子鉄心となす仕上げ工程と、からなる回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記仕上げ工程は、前記積層コアの薄肉化された前記各シート外端部が、互いに密接されて後、しごき成形されることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
2. 請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記仕上げ工程は、前記積層コアを支持するワーク受けと、前記ワーク受けと同軸に配設されるワーク押えによって前記積層コアを同軸に押え込み、
   前記ワーク受けまたは前記ワーク押えのいずれか一方、もしくは双方の前記シート外端部との当接面に、軸方向に突出する突出部が備えられ、
   前記突出部による押え込みによって、前記各シート外端部が、前記突出部に倣って変形するとともに互いに密接されて後、しごき成形されることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
3. 請求項２に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記突出部は、前記ワーク受けまたは前記ワーク押えのいずれか一方に設けられるとき、前記各シート外端部の薄肉化寸法値と前記各シート外端部の積層枚数を乗じた全薄肉化寸法値に相当する突き出し量を備えることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
4. 請求項２に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記突出部は、前記ワーク受けおよび前記ワーク押えの双方に設けられるとき、前記各シート外端部の薄肉化寸法値と前記各シート外端部の積層枚数を乗じた全薄肉化寸法値に相当する突き出し量を、
   前記ワーク受けおよび前記ワーク押えの双方の前記当接面に振分けて、軸方向に突出する前記突出部を備えることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
5. 請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記仕上げ工程は、前記積層コアを支持するワーク受けと、前記ワーク受けと同軸に配設されるワーク押えによって前記積層コアを同軸に押え込み、
   前記ワーク受けの前記シート外端部との当接面に、軸方向に突出する突出部が備えられ、
   前記ワーク押えの前記シート外端部との当接面に、軸方向に凹む凹み部が備えられ、
   前記突出部と前記凹み部による押え込みによって、前記各シート外端部が前記突出部と前記凹み部に倣って変形するとともに互いに密接されて後、しごき成形されることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
6. 請求項５に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記凹み部は、前記ワーク受けの前記突出部の突き出し量が、前記各シート外端部の薄肉化寸法値に前記各シート外端部の積層枚数を乗じた全薄肉化寸法値よりも大きいとき、その差分だけ前記ワーク押えの前記当接面を軸方向に凹ませて、設けられたことを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
7. 請求項１に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記仕上げ工程は、前記各シート外端部が、互いに密接されて後、
   前記各シート外端部の外径形状と略同様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を備える外径しごきリングによって、しごき成形されることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
8. 請求項７に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記外径しごきリングは、前記各シート外端部が互いに密接され、径方向の外端が径小の他端側から径大の一端側へ、一様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を備えることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
9. 請求項７に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
   前記仕上げ工程は、前記各シート外端部が互いに密接して、径方向の外端が径小の他端側から径大の中央側へ、および径大の中央側から径小の一端側へ、それぞれ一様な傾斜を有するテーパ状のしごき面を備えた２つの外径しごきリングを備え、
   前記２つの外径しごきリングを対向させて、交互に、もしくは同時にしごき成形されることを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
10. 請求項９に記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法において、
    前記２つの外径しごきリングの軸方向のしごき成形ストロークは略等しいことを特徴とする回転電機の固定子鉄心の製造方法。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法により製造される回転電機の固定子鉄心において、
    前記積層コアは、しごき成形工程後の取出し工程において、前記密接が解除され、ノックアウトされた後においても、前記各シート外端部に折れ曲がりがなく、前記積層コアのコア端面において全面フラットな平面を確保することを特徴とする回転電機の固定子鉄心。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の回転電機の固定子鉄心の製造方法により製造される回転電機の固定子鉄心において、
    前記積層コアは、しごき成形工程後の取出し工程において、前記密接が解除され、ノックアウトされた後においても、前記各シート外端部が全周において均一に板厚方向に折れ曲がっていることを特徴とする回転電機の固定子鉄心。

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