JP4508925B2 - 回転電機のヨークおよびヨークの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、スタータモータ等の回転電機に使用されるヨーク及びそのヨークの製造方法に関する。

従来、スタータモータ等に使用されるヨークの製造方法として、例えば、特許文献１が公知である。この特許文献１には、図５に示す長方形状の鋼板１００を円筒状に丸めて、鋼板１００の一端に設けられた凸部１１０と、他端に設けられた凹部１２０とを嵌め合わせた後、凸部１１０の中央部をかしめて押し広げることにより、両者（凸部１１０と凹部１２０）を機械的に結合する方法が記載されている。

この方法では、鋼板１００を円筒状に丸める際に、図６（ａ）に示す様に、凸部１１０と凹部１２０とを周方向（図示矢印方向）に嵌め合わせることができる様に、凹部１２０の入口が凸部１１０の幅と同等あるいは若干大きく形成されている。また、凸部１１０を凹部１２０に嵌め合わせた状態では、図６（ｂ）に示す様に、凸部１１０の外周と凹部１２０の内周との間に隙間１３０が形成されている。この後、図６（ｃ）に示す様に、凸部１１０の中央部をかしめることにより、押し広げられた凸部１１０の肉が隙間１３０に充填されて、両者が機械的に結合される。
特開昭６４−６０２４７号公報

ところが、上記の公知技術では、以下の問題が生じる。
ａ）凸部１１０を凹部１２０に嵌め合わせた状態で、凸部１１０の略全周に隙間１３０が生じているため、パンチかしめによって凸部１１０の肉を均一に張り出させることは困難である。その結果、凸部１１０と凹部１２０との間に隙間１３０が残る可能性が高く、気密性の点で問題が生じるだけでなく、凸部１１０と凹部１２０との機械的な結合強度が低くなる。
ｂ）パンチかしめによる肉の張り出しが凸部１１０の先端側へ片寄ると、つまり、凸部１１０の先端側への肉の張り出しが多くなると、凸部１１０と凹部１２０とを周方向に引き離す力が生じるため、ヨークの内径寸法及び真円度の精度が低下する恐れがあった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、機械的な結合強度が高く、且つ高精度な内径寸法及び真円度を有するヨーク及びその製造方法を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、鋼板を円筒状に丸めた状態で凸部が凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークであって、凹部は、凸部の先端に対向する底辺と、この底辺の軸方向両端に繋がる両側辺とを有し、この両側辺の一部であって底辺から離間した位置に凹部の外側へ凹む円弧状の窪み部が形成されており、凸部は、凹部の底辺に対向する先端の軸方向幅が凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成され、凹部に挿入された後、窪み部に対向する凸部の両側辺近傍をそれぞれ窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工されて、その押圧加工によって張り出した肉が窪み部に充填されていることを特徴とする。

上記の構成では、凸部の両側辺近傍の肉が凸部の両外側に流動して窪み部に充填される
ので、凸部と凹部とを周方向に引き離す力が生じることはない。窪み部を除く凹部の形状で凸部の軸方向の位置決めを行うことができる。このため、凸部の両側辺近傍への押圧加工が、ヨークの内径寸法および真円度の精度に影響を与えることはなく、ヨークの内径寸法および真円度を高精度に保つことができる。
また、凹部の両側辺に形成された窪み部に対して、その窪み部に対向する凸部の両側辺
近傍を押圧加工するので、凸部の両外側へ均一な肉の張り出しが可能となる。その結果、
凸部の外側へ張り出した肉が窪み部に隙間無く充填されるので、凸部と凹部との機械的な
結合強度を十分に得ることができる。

（請求項２の発明）
本発明は、長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、鋼板を円筒状に丸めた状態で凸部が凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークであって、凸部は、凹部の底辺に対向する先端の軸方向幅が凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成されると共に、軸方向の両側辺の一部であって先端から離間した位置に凸部の内側へ凹む円弧状の窪み部が形成されており、凹部は、凸部が挿入された後、窪み部に対向する凹部の両側辺近傍をそれぞれ窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工されて、その押圧加工によって張り出した肉が窪み部に充填されていることを特徴とする。

上記の構成では、凹部の両側辺近傍の肉が凹部の両内側に流動して窪み部に充填される
ので、凸部と凹部とを周方向に引き離す力が生じることはない。窪み部を除く凸部の形状で凹部の軸方向の位置決めを行うことができる。このため、凹部の両側辺近傍への押圧加工が、ヨークの内径寸法および真円度の精度に影響を与えることはなく、ヨークの内径寸法および真円度を高精度に保つことができる。
また、凸部の両側辺に形成された窪み部に対して、その窪み部に対向する凹部の両側辺
近傍を押圧加工するので、凹部の両内側へ均一な肉の張り出しが可能となる。その結果、
凹部の内側に張り出した肉が窪み部に隙間無く充填されるので、凸部と凹部との機械的な
結合強度を十分に得ることができる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した回転電機のヨークにおいて、凸部の先端と凹部の底辺は、それぞれ軸方向に沿って直線状に形成されると共に、凸部の先端までの高さと、凹部の底辺までの深さは、同一寸法であり、凹部に凸部が挿入された状態で、凸部の先端と凹部の底辺とが周方向に突き合わされていることを特徴とする。
上記の構成によれば、凸部の先端と凹部の底辺とが周方向に突き合わされた状態で押圧加工が実施され、その押圧加工による肉の張り出しが軸方向にのみ成されるので、押圧加工によって凸部の先端と凹部の底辺との間に隙間が生じることはない。その結果、ヨークの内径寸法および真円度を高精度に保つことができる。

（請求項４の発明）
本発明は、長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、鋼板を円筒状に丸めた状態で凸部が凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークの製造方法であって、鋼板を切断する切断工程と、切断された鋼板を円筒状に丸めて凸部を凹部に挿入する丸め工程と、丸め工程の後、凸部と凹部とを機械的に結合する結合工程とを有している。
切断工程では、凸部の軸方向幅が凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成されると共に、凹部の両側辺の一部であって凹部の底辺から離間した位置に外側へ凹む円弧状の窪み部が形成され、丸め工程では、凸部の先端と凹部の入口とが周方向に対向する位置まで鋼板を丸めた後、周方向から凸部を凹部の内部へ挿入し、結合工程では、凹部の両側辺に形成された窪み部に対向する凸部の両側辺近傍をそれぞれ窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工して、凸部と凹部とを機械的に結合することを特徴とする。

上記の製造方法によれば、鋼板を円筒状に丸める際に、鋼板の一端側と他端側とを半径方向にずらす必要はなく、凸部の先端と凹部の入口とが周方向に対向する位置、つまり同一半径上で丸めることができる。この場合、鋼板の一端側と他端側とに生じるスプリングバック量を同等にできるため、ヨークの内径寸法および真円度が悪化する要因の一つを排除できる。
また、凹部の両側辺に形成された窪み部に対して、その窪み部に対向する凸部の両側辺近傍を押圧加工するので、凸部の両側辺近傍から張り出した肉を隙間無く窪み部に充填できる。つまり、窪み部を狙って凸部の両側辺近傍の肉を流動させることができるので、凸部と凹部との間に隙間が残ることはなく、凸部と凹部との機械的な結合強度を十分に得ることができる。

（請求項５の発明）
本発明は、長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、鋼板を円筒状に丸めた状態で凸部が凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークの製造方法であって、鋼板を切断する切断工程と、切断された鋼板を円筒状に丸めて凸部を凹部に挿入する丸め工程と、丸め工程の後、凸部と凹部とを機械的に結合する結合工程とを有している。
切断工程では、凸部の軸方向幅が凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成されると共に、凸部の両側辺の一部であって凸部の先端から離間した位置に内側へ凹む円弧状の窪み部が形成され、丸め工程では、凸部の先端と凹部の入口とが周方向に対向する位置まで鋼板を丸めた後、周方向から凸部を凹部の内部へ挿入し、結合工程では、凸部の両側辺に形成された窪み部に対向する凹部の両側辺近傍をそれぞれ窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工して、凸部と凹部とを機械的に結合することを特徴とする。

上記の製造方法によれば、鋼板を円筒状に丸める際に、鋼板の一端側と他端側とを半径方向にずらす必要はなく、凸部の先端と凹部の入口とが周方向に対向する位置、つまり同一半径上で丸めることができる。この場合、鋼板の一端側と他端側とに生じるスプリングバック量を同等にできるため、ヨークの内径寸法および真円度が悪化する要因の一つを排除できる。
また、凸部の両側辺に形成された窪み部に対して、その窪み部に対向する凹部の両側辺近傍を押圧加工するので、凹部の両側辺近傍から張り出した肉を隙間無く窪み部に充填できる。つまり、窪み部を狙って凹部の両側辺近傍の肉を流動させることができるので、凸部と凹部との間に隙間が残ることはなく、凸部と凹部との機械的な結合強度を十分に得ることができる。

（請求項６の発明）
請求項４または５に記載したヨークの製造方法において、結合工程は、凸部の先端と凹部の底辺とが周方向に突き合わされ、且つ丸め加工された鋼板の一端と他端とが周方向に突き合わされた状態で実施されることを特徴とする。
上記の結合工程では、押圧加工による肉の張り出しが軸方向にのみ成されるので、押圧加工によって凸部の先端と凹部の底辺との間、および丸め加工された鋼板の一端と他端との間に隙間が生じることはなく、ヨークの内径寸法および真円度を高精度に保つことができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はヨーク１の斜視図、図２はヨーク１を形成する鋼板６の平面図である。
実施例１に係るヨーク１は、例えば、図４に示す様に、エンジン始動用のスタータモータ２（本発明の回転電機の一例）に適用される。
スタータモータ２は、磁気回路を形成するヨーク１の内周に複数の永久磁石３を固定した磁石界磁と、この磁石界磁の内側に回転自在に配置される電機子４とを有する周知の直流電動機であり、電機子４に発生する回転力がピニオンギヤ５からエンジンのリングギヤ（図示せず）に伝達される。なお、スタータモータ２の詳細な構成および作動の説明は省略する。

ヨーク１は、板厚２ｍｍ程度の鋼板６を円筒状に丸めた後、予め、鋼板６の一端に設けられた複数の凸部７と、他端に設けられた複数の凹部８とを機械的に結合して形成される（図１参照）。
以下に、ヨーク１の製造方法を説明する。
ヨーク１の製造には、以下の工程が含まれる。
ａ）長方形状に鋼板６を切断する切断工程。
ｂ）切断された鋼板６を丸めて円筒状に加工する丸め工程。
ｃ）円筒状に丸めた鋼板６の両端部を機械的に結合する結合工程。

切断工程…帯状のヨーク素材（鋼材）を所定の長さに切断して、図２に示す長方形状の鋼板６を準備する。この時、切断された鋼板６の一端には複数の凸部７が形成され、他端には複数の凹部８が形成される。
凸部７は、鋼板６の一端から矩形状に突き出て設けられ、凹部８は、鋼板６の他端から矩形状に凹んで形成される。この凸部７と凹部８は、鋼板６の短辺方向（図示上下方向）に同数個が等間隔に且つ同位置に形成される。また、凹部８の両側辺には、凹部８の外側へ円弧状に凹む窪み部９が形成されている。

上記の窪み部９を除く凹部８の形状、つまり凹部８の両側辺が直線で形成される形状は
、凸部７を切り抜いた残りの形状と同一である。言い換えると、凹部８を切り取った残り
の形状が凸部７と同一である。従って、図２に示す様に、鋼板６の一端から凸部７の先端
７ａまでの寸法（凸部７の高さｈ１）と、鋼板６の他端から凹部８の底辺８ａまでの寸法
（凹部８の深さｈ２）とが略同一であり、凸部７の幅ｄ１（短辺方向の寸法）と凹部８の
幅ｄ２（窪み部９を除く幅）とが略同一に設けられているため、図１に示す丸めた状態では、凸部７が凹部８に嵌まって、それらの両側辺が当接しあうことにより、凹部８で凸部７の軸方向の位置決めがなされる。

丸め工程…切断された鋼板６を円筒状に丸めて、凸部７を凹部８に挿入する。この丸め
工程では、図３（ａ）に示す様に、凸部７の先端７ａと凹部８の入口とが周方向に対向す
る位置まで鋼板６を丸めた後、周方向（図示矢印方向）から凸部７を凹部８の内部へ挿入
する。この時、凸部７の高さｈ１と凹部８の深さｈ２が略同一であるため、凸部７の先端
７ａと凹部８の底辺８ａとが隙間無く突き合わされる。また、窪み部９を除く凹部８の幅
ｄ２と凸部７の幅ｄ１とが略同一であるため、図３（ｂ）に示す様に、凸部７の両側辺の
外側には、凹部８の両側辺に形成された窪み部９による隙間のみが生じている。つまり、窪み部９を除く部分で、凸部７の両側辺と凹部８の両側辺とが当接している。

結合工程…窪み部９に対向する凸部７の両側辺近傍をパンチ（図示せず）により押圧加工（パンチかしめＰと呼ぶ）する。これにより、図３（ｃ）に示す様に、凸部７の両外側へ張り出した肉が窪み部９に充填されて、凸部７と凹部８とが機械的に結合される。
なお、この結合工程では、窪み部９の形状に近似したパンチを使用することが望ましい。例えば、凹部８の両側辺に円弧状の窪み部９が形成されている場合は、その窪み部９に対向するパンチの外周形状も円弧状に湾曲したものを使用することができる。これにより、パンチかしめＰによって張り出した肉が、より均一に窪み部９に充填されるので、凸部７と凹部８との機械的な結合強度を向上できる。

（実施例１の効果）
上述したヨーク１の製造方法では、鋼板６を円筒状に丸める際に、鋼板６の一端側と他端側とを半径方向にずらす必要はなく、凸部７の先端７ａと凹部８の入口とが周方向に対向する位置、つまり同一半径上で丸めることができる。この場合、鋼板６の一端側と他端側とに生じるスプリングバック量を同等にできるため、ヨーク１の内径寸法および真円度が悪化する要因の一つを排除できる。

また、窪み部９に対向する凸部７の両側辺近傍にパンチかしめＰを実施するので、押圧された凸部７の肉が両外側（ヨーク１の軸方向）に流動して窪み部９に充填される。この方法によれば、凸部７の肉を凸部７の先端７ａ側へ張り出す必要がないので、凸部７の先端７ａと凹部８の底辺８ａとを隙間無く突き合わせた状態でパンチかしめＰを実施できると共に、そのパンチかしめＰを実施する際に、凸部７と凹部８とを周方向に引き離す力が生じることはないので、ヨーク１の内径寸法および真円度の精度に影響を与えることはない。上記の結果、ヨーク１の内径寸法および真円度を高精度に保つことができる。

更に、凹部８の両側辺に形成された窪み部９に対して、その窪み部９に対向する凸部７の両側辺近傍をパンチかしめＰするので、凸部７の両側辺近傍から張り出した肉を隙間無く窪み部９に充填できる。つまり、窪み部９を狙って凸部７の肉を流動させることができるので、凸部７と凹部８との間に隙間が残ることはなく、凸部７と凹部８との機械的な結合強度を十分に得ることができる。また、隙間が残ることはないので、隙間を埋めるための塗装やメッキ等の表面処理が不要であり、コストダウンが可能である。

実施例１では、凹部８の両側辺に窪み部９を形成した一例を記載したが、凸部７の両側辺に窪み部を形成することもできる。つまり、凸部７の両側辺に凸部７の内側へ凹む窪み部を形成して、その窪み部に対向する凹部８の両側辺近傍にパンチかしめＰを実施しても良い。この場合、凹部８の両側辺近傍の肉が窪み部側へ流動して窪み部に充填されるので、実施例１と同等の効果を得ることができる。

（変形例）
実施例１では、ヨーク１の内周に永久磁石３を固定した磁石界磁を記載したが、本発明のヨーク１は、永久磁石３に代えて界磁コイルを用いた場合の磁気回路にも適用できる。

ヨークの斜視図である。 ヨークを形成する鋼板の平面図である。 ヨークの製造過程を示す工程図である。 スタータの半断面図である。 ヨークを形成する鋼板の平面図である（従来技術）。 ヨークの製造過程を示す工程図である（従来技術）。

符号の説明

１ ヨーク
２ スタータモータ（回転電機）
６ 鋼板
７ 凸部
７ａ 凸部の先端
８ 凹部
８ａ 凹部の底辺
９ 窪み部
ｈ１ 凸部の高さ
ｈ２ 凹部の深さ
Ｐ パンチかしめ（押圧加工）

Claims (6)

1. 長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、前記鋼板を円筒状に丸めた状態で前記凸部が前記凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークであって、
   前記凹部は、前記凸部の先端に対向する底辺と、この底辺の軸方向両端に繋がる両側辺とを有し、この両側辺の一部であって前記底辺から離間した位置に前記凹部の外側へ凹む円弧状の窪み部が形成されており、
   前記凸部は、前記凹部の底辺に対向する先端の軸方向幅が前記凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成され、前記凹部に挿入された後、前記窪み部に対向する前記凸部の両側辺近傍をそれぞれ前記窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工されて、その押圧加工によって張り出した肉が前記窪み部に充填されていることを特徴とする回転電機のヨーク。
2. 長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、前記鋼板を円筒状に丸めた状態で前記凸部が前記凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークであって、
   前記凸部は、前記凹部の底辺に対向する先端の軸方向幅が前記凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成されると共に、軸方向の両側辺の一部であって前記先端から離間した位置に前記凸部の内側へ凹む円弧状の窪み部が形成されており、
   前記凹部は、前記凸部が挿入された後、前記窪み部に対向する前記凹部の両側辺近傍をそれぞれ前記窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工されて、その押圧加工によって張り出した肉が前記窪み部に充填されていることを特徴とする回転電機のヨーク。
3. 請求項１または２に記載した回転電機のヨークにおいて、
   前記凸部の先端と前記凹部の底辺は、それぞれ軸方向に沿って直線状に形成されると共に、前記凸部の先端までの高さと、前記凹部の底辺までの深さは、同一寸法であり、前記凹部に前記凸部が挿入された状態で、前記凸部の先端と前記凹部の底辺とが周方向に突き合わされていることを特徴とする回転電機のヨーク。
4. 長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、前記鋼板を円筒状に丸めた状態で凸部が凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークの製造方法であって、
   前記鋼板を切断する切断工程と、
   切断された前記鋼板を円筒状に丸めて前記凸部を前記凹部に挿入する丸め工程と、
   前記丸め工程の後、前記凸部と前記凹部とを機械的に結合する結合工程とを有し、
   前記切断工程では、前記凸部の軸方向幅が前記凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成されると共に、前記凹部の両側辺の一部であって前記凹部の底辺から離間した位置に外側へ凹む円弧状の窪み部が形成され、
   前記丸め工程では、前記凸部の先端と前記凹部の入口とが周方向に対向する位置まで前記鋼板を丸めた後、周方向から前記凸部を前記凹部の内部へ挿入し、
   前記結合工程では、前記凹部の両側辺に形成された前記窪み部に対向する前記凸部の両側辺近傍をそれぞれ前記窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工して、前記凸部と前記凹部とを機械的に結合することを特徴とするヨークの製造方法。
5. 長方形状に切断された鋼板の一端に複数の凹部が形成され、他端側に複数の凸部が形成されて、前記鋼板を円筒状に丸めた状態で凸部が凹部に挿入され、且つ両者が機械的に結合された回転電機のヨークの製造方法であって、
   前記鋼板を切断する切断工程と、
   切断された前記鋼板を円筒状に丸めて前記凸部を前記凹部に挿入する丸め工程と、
   前記丸め工程の後、前記凸部と前記凹部とを機械的に結合する結合工程とを有し、
   前記切断工程では、前記凸部の軸方向幅が前記凹部の入口幅と同等もしくは若干小さく形成されると共に、前記凸部の両側辺の一部であって前記凸部の先端から離間した位置に内側へ凹む円弧状の窪み部が形成され、
   前記丸め工程では、前記凸部の先端と前記凹部の入口とが周方向に対向する位置まで前記鋼板を丸めた後、周方向から前記凸部を前記凹部の内部へ挿入し、
   前記結合工程では、前記凸部の両側辺に形成された前記窪み部に対向する前記凹部の両側辺近傍をそれぞれ前記窪み部に充填するように円弧状に湾曲させる押圧加工して、前記凸部と前記凹部とを機械的に結合することを特徴とするヨークの製造方法。
6. 請求項４または５に記載したヨークの製造方法において、
   前記結合工程は、前記凸部の先端と前記凹部の底辺とが周方向に突き合わされ、且つ丸め加工された前記鋼板の一端と他端とが周方向に突き合わされた状態で実施されることを特徴とするヨークの製造方法。

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