JP2010252500A - ヨークの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絞り加工によりヨークに残留する圧縮応力を除去して、トリム加工されても真円度が低下しないヨークを提供することである。
【解決手段】所定の直径ｄ０の円形に形成された素材２０を第１絞り工程において所定の絞り率で絞り加工して最終径であるヨークの内径Ｄよりも内径が大きい有底筒状の第１中間品２１を形成する。次いで、第２絞り工程において第１中間品２１をさらに絞り加工して最終径であるヨークの内径Ｄよりも内径が小さい有底筒状の第２中間品３１を形成する。次いで、内径拡大工程において、２回の絞り加工により最終径であるヨークの内径Ｄよりも内径が小さい有底筒状に形成された第２中間品３１の内部に整形パンチを挿入して、第２中間品３１の内径ｄ２を最終径である内径Ｄにまで拡大するように塑性変形させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば電動モータや発電機等の回転電機に用いられる有底筒状のヨークの製造方法に関する。

パワースライドドア装置やパワーウインドドア装置等の駆動源として用いられる電動モータのヨークとしては、有底筒状のものが多く用いられている。このようなヨークでは、その開口端に径方向外側に延びるフランジ部が一体に形成され、このフランジ部によりヨークはその開口端においてギアケース等の部材に取り付けられるようになっている。また、ヨークの底部には有底筒状の軸受保持部が一体に形成され、この軸受保持部に保持された軸受によりヨークの内部に収容されるアーマチュアのアーマチュア軸の一端が回転自在に支持されるようになっている。

このような有底筒状のヨークは、例えば特許文献１に示されるように、円板状に形成されたブランク材等の鋼板を絞り加工（深絞り加工）することにより形成される。この場合、絞り加工は複数回行われ、各絞り加工において形成される有底筒状の中間品はその内径が徐々に小さくされて所定の最終径とされる。また、絞り加工の後には、その開口端に形成される押さえ部分がトリム加工（トリミング）され、ギアケースの形状に合わせた所定形状のフランジ部が形成される。

特開平９−３３１６５７号公報

複数の絞り加工を経て有底筒状に形成されたヨークでは、その円筒部分やフランジ部分には当該絞り加工による圧縮応力が残留する。絞り加工直後のヨークは周方向に閉じた形状であるので、この残留応力の軸心を中心とした周方向に働く成分は全周に渡って均一に働き、ヨークの真円度に影響しないが、絞り加工の後にフランジ部や円筒部分にトリム加工が施されると、その残留応力が部分的に開放されて、ヨークの真円度が低下することになる。そして、ヨークの真円度が低下すると、ヨークの内周面へのマグネットの取り付け精度やヨークのギアケースへの取り付け精度が低下するという問題が生じることになる。

本発明の目的は、絞り加工によりヨークに残留する圧縮応力を除去して、トリム加工されても真円度が低下しないヨークを提供することにある。

本発明のヨークの製造方法は、有底筒状に形成されて回転電機に用いられるヨークの製造方法であって、鋼板を絞り加工して最終径よりも内径が大きい有底筒状の第１中間品を形成する第１絞り工程と、前記第１中間品を絞り加工して最終径よりも内径が小さい有底筒状の第２中間品を形成する第２絞り工程と、前記第２中間品の内部に工具を挿入し、該工具により前記第２中間品の内径を最終径にまで拡大する内径拡大工程とを有することを特徴とする。

本発明のヨークの製造方法は、前記第２絞り工程の後であって前記内径拡大工程の前に、開口端にフランジ部を形成し、底部に軸受保持部を形成する整形工程が行われることを特徴とする。

本発明のヨークの製造方法は、前記内径拡大工程の後に、開口端にフランジ部を形成し、底部に軸受保持部を形成する整形工程が行われることを特徴とする。

本発明のヨークの製造方法は、前記第２中間品の開口端から所定範囲のマグネット装着部位の内径のみを前記内径拡大工程により拡大することを特徴とする。

本発明によれば、第１絞り工程と第２絞り工程により最終径よりも内径が小さい有底筒状の中間品を形成し、この中間品の内径を内径拡大工程により最終径にまで拡大して所定の内径のヨークを形成するようにしたので、絞り工程において生じた残留圧縮応力を内径拡大工程において生じる引っ張り力により相殺することができる。これにより、ヨークの円筒部やフランジ部等がトリム加工されたときに生じる残留圧縮応力の開放による影響を低減して、ヨークの真円度を向上させることができる。また、トリム加工による真円度の低下を防止することができるので、トリム加工による真円度の変化を考慮することなく、フランジ部等の形状の設計の自由度を高めることができる。

また、第２中間品の開口端から所定範囲のマグネット装着部位のみを内径拡大工程により拡大するようにしたので、ヨークの内周面に形成される段部をマグネットの位置決めとして利用することができる。

本発明の一実施の形態であるヨークの製造方法により製造されたヨークの斜視図である。 図１に示すヨークの横断面図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図１に示すヨークの製造手順を示す説明図である。 内径拡大工程に用いられる加工装置の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図４に示す加工装置の加工状態を示す説明図である。 （ａ）はフランジ部がトリム加工される前のヨークの正面図であり、（ｂ）はフランジ部がトリム加工された後のヨークの正面図である。 本発明の他の実施の形態であるヨークの製造方法により製造されたヨークの横断面図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図７に示すヨークの製造手順を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すヨーク１１は、車両に搭載されるパワースライドドア装置の駆動源として用いられる回転電機としての電動モータ（不図示）に使用されるものである。

図１、図２に示すように、このヨーク１１は円筒部１２と底部１３とを備えた有底筒状に形成されている。円筒部１２はその開口端から軸方向に向けた所定範囲に渡る大径円筒部１２ａと、大径円筒部１２ａよりも内径が小さい小径円筒部１２ｂとが軸方向に並べて配置された構造となっており、このヨーク１１の開口端の側における内径つまり大径円筒部１２ａの内径はＤとなっている。大径円筒部１２ａの内側はマグネット装着部位１２ｃとなっており、また、大径円筒部１２ａと小径円筒部１２ｂとの間は段部１２ｄとなっている。開口端からヨーク１１の内部に挿入された一対のセグメント形状のマグネット１４ａ，１４ｂは、その軸方向端部において段部１２ｄに突き当てられて軸方向に位置決めされた状態で大径円筒部１２ａの内周面つまりマグネット装着部位１２ｃに接着等の手段により固定される。底部１３には有底筒状の軸受保持部１５が一体に形成されており、この軸受保持部１５には軸受（不図示）が装着される。ヨーク１１の内部に収容される図示しないアーマチュアは、その回転軸の一端が軸受保持部に装着される軸受に支持されて、ヨーク１１の内部で回転自在に支持される。円筒部１２の開口端にはフランジ部１６が一体に形成されている。このフランジ部１６はパワースライドドア装置の図示しないギアケースの形状に合わせた所定形状に形成されており、ヨーク１１はその開口端とフランジ部１６とをギアケースに突き合わせた状態で図示しないボルト等によりギアケースに固定される。

次に、このヨーク１１の製造方法について説明する。

このヨーク１１は本発明の一実施の形態であるヨークの製造方法により製造される。このヨークの製造方法は、第１絞り工程、第２絞り工程、整形工程、内径拡大工程およびトリム工程により行われる。

この製造方法では、ヨーク１１の素材２０として、図３（ａ）にその断面を示すように、鋼板をプレス加工により所定の直径ｄ０の円形に打ち抜き加工して形成されたブランク材つまり円形の鋼板が用いられる。

なお、この素材２０としては、図３（ａ）に示すようなブランク材に限らず、鋼板をレーザー切断加工等の他の加工方法により円形に形成したものを用いてもよい。また、素材２０の形状は直径ｄ０の円形に限らず、一辺の長さがｄ０の正方形状等、絞り加工が可能な形状であれば他の形状であってもよい。

素材２０が用意されると、まず、第１絞り工程が行われる。

この第１絞り工程では、図示しないプレス装置により素材２０が所定の絞り率で絞り加工され、図３（ｂ）に示す第１中間品２１が形成される。この第１中間品２１は円筒部２２と底部２３とを備えた有底筒状となっており、その円筒部２２の内径ｄ１は最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも大きくされている。つまり、第１絞り工程における絞り率は、第１中間品２１の内径ｄ１が最終径であるヨークの内径Ｄよりも大きくなるように設定されている。

第１絞り工程により第１中間品２１が形成されると、次に、第２絞り工程が行われる。

この第２絞り工程では第１中間品２１がさらに絞り加工され、図３（ｃ）に示す第２中間品３１が形成される。この第２絞り工程では、第１中間品２１は、さらに細く、深く絞り加工される。これにより、第２中間品３１は円筒部３２と底部３３とを備える第１中間品２１よりも細長い有底筒状に形成されている。そして、第２中間品３１の円筒部３２の内径ｄ２は、第１中間品２１の内径ｄ１や最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも小さくされている。つまり、第２絞り工程における絞り率は、第２中間品３１の内径ｄ２が最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも小さくなるように設定されている。このように、このヨークの製造方法では、ヨーク１１を形成する第２中間品３１の内径ｄ２を、一旦、最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも小さくするようにしている。

第２絞り工程により第２中間品３１が形成されると、次に、整形工程が行われる。

この整形工程においては、図３（ｄ）に示すように、第２中間品３１の底部３３が所定の絞り加工等により整形され、当該底部３３に軸受保持部３５が形成される。また、第２中間品３１の開口端の部分にある絞り加工時の押さえ部分が軸方向に垂直となるように整形されて開口端にフランジ部３６が形成される。

なお、この整形工程においては、第２中間品３１の内径はｄ２のままで変化しない。

整形工程により軸受保持部３５とフランジ部３６が形成され、第２中間品３１の全体の形状が整えられると、次ぎに、内径拡大工程が行われる。

この内径拡大工程においては、軸受保持部３５とフランジ部３６が形成された第２中間品３１の円筒部３２が、その内径ｄ２が最終径であるヨーク１１の内径Ｄと同一径となるように絞り加工により拡大される。

図４は内径拡大工程に用いられる絞り加工装置の断面図である。

この絞り加工装置４１は、それぞれ板状に形成されたベース４２とヘッド４３とを備えている。ベース４２とヘッド４３はそれぞれ上下方向に向けて延びる一対のガイドポスト４４に固定されて互いに上下方向に所定の間隔を空けて配置されており、加工対象となる第２中間品３１は、このベース４２上に配置されるようになっている。ベース４２とヘッド４３との間には整形ダイ４５が設けられている。この整形ダイ４５はガイドポスト４４によりベース４２とヘッド４３との間で上下方向に移動自在に支持されており、また、図示しない駆動装置により駆動されて上下方向に移動することができるようになっている。整形ダイ４５の軸心には、ベース４２の側に向けて開口する整形用大径孔４５ａとヘッド４３の側に向けて延びる保持用小径孔４５ｂとが軸方向に同軸に連ねて設けられている。整形用大径孔４５ａの内径は保持用小径孔４５ｂの内径よりも大きく設定されており、また、整形用大径孔４５ａと保持用小径孔４５ｂとの境界部分は軸方向に対して傾斜したテーパ面４５ｃで連ねられている。

ヘッド４３の下面にはホルダ４６が固定されている。このホルダ４６は保持用小径孔４５ｂより僅かに小径の円柱状に形成されており、保持用小径孔４５ｂに摺動自在に挿通されている。また、ホルダ４６のベース４２の側を向く軸方向端面の軸心には凹部４６ａが設けられており、ベース４２の上に配置された第２中間品３１は、その軸受保持部３５が凹部４６ａに挿入された状態で底部３３においてホルダ４６の軸方向端面に保持されるようになっている。

ベース４２の下方には工具としての整形パンチ４７が配置されている。この整形パンチ４７は鋼材等により円柱状に形成されたパンチ本体部４７ａを有しており、このパンチ本体部４７ａの外径は最終径つまりヨーク１１の内径Ｄと同一に設定されている。また、整形パンチ４７のパンチ本体部４７ａの先端部分には外径が第２中間品３１の内径ｄ２と同一に設定された円柱状の突出部４７ｂがパンチ本体部４７ａと同軸かつ一体に形成されており、パンチ本体部４７ａの突出部４７ｂとの境界部分は湾曲面４７ｃとなっている。ベース４２の軸心には貫通孔４２ａが設けられており、整形パンチ４７は図示しないシリンダ装置により駆動されて、この貫通孔４２ａからベース４２の上方に向けて移動することができるようになっている。

次に、この絞り加工装置４１により行われる内径拡大工程の加工手順について、図５に基づいて説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、ベース４２上の所定箇所に、第１絞り工程と第２絞り工程を経て最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも小さい内径ｄ２に形成された有底筒状の第２中間品３１が開口端をベース４２の貫通孔４２ａに合わせるように下方に向けて配置される。このとき、第２中間品３１は、その底部３３がホルダ４６の軸方向端面に当接するとともに軸受保持部３５が凹部４６ａに挿通されてホルダ４６に支持された状態とされる。

次に、この状態から、図示しない駆動装置により整形ダイ４５が図中下方に向けて駆動される。整形ダイ４５が下方に駆動されると、図５（ｂ）に示すように、整形ダイ４５の下面とベース４２の上面との間にフランジ部３６が挟み込まれて第２中間品３１がベース４２に保持される。また、整形ダイ４５がホルダ４６に対して移動することにより、第２中間品３１の底部３３の側から所定範囲における円筒部３２の外周部分が整形ダイ４５の保持用小径孔４５ｂの内周面に保持される。そして、この状態においては、第２中間品３１の円筒部３２の開口端から所定範囲における外周面は、整形用大径孔４５ａの内周面に対して所定の隙間を空けて対向している。

次に、この状態から、図示しないシリンダ装置により整形パンチ４７が上方つまり第２中間品３１の内部に向けて駆動される。そして、整形パンチ４７はベース４２の貫通孔４２ａからベース４２の上方に突出し、図５（ｃ）に示すように、第２中間品３１の円筒部３２の内部に挿入される。このとき、整形パンチ４７のパンチ本体部４７ａは第２中間品３１の円筒部３２の開口端から所定範囲つまり整形ダイ４５の整形用大径孔４５ａに対応した位置にまで突出し、突出部４７ｂは保持用小径孔４５ｂに対応した部分に突出する。

ここで、整形パンチ４７のパンチ本体部４７ａの外径はヨーク１１の内径Ｄと同一つまり第２中間品３１の内径ｄ２よりも大径に形成されているので、整形パンチ４７のパンチ本体部４７ａが内部に挿入されると、第２中間品３１の円筒部３２の開口端から所定範囲の部分つまりその外周面が整形用大径孔４５ａの内周面に対向する部分は整形パンチ４７のパンチ本体部４７ａにより径方向外側に押し広げられ、その外周面が整形用大径孔４５ａの内周面に当接する。これにより、第２中間品３１の円筒部３２の開口端から所定範囲の部分つまりマグネット装着部位１２ｃに対応する部分は、整形パンチ４７と整形用大径孔４５ａとにより挟み込まれて絞られ、その内径が拡大される方向に塑性変形されて最終径つまりヨーク１１の内径Ｄと同一径にまで拡大される。

なお、第２中間品３１の内径が拡大された部分がヨーク１１の大径円筒部１２ａとなり、その内側がマグネット装着部位１２ｃとなる。

一方、第２中間品３１の円筒部３２の底部３３の側から所定範囲の部分つまり円筒部３２の外周面が保持用小径孔４５ｂの内周面に保持された部分は、その内側に整形パンチ４７の突出部４７ｂが挿入された状態となり、保持用小径孔４５ｂの内周面と突出部４７ｂの外周面の間に挟み込まれて保持される。これにより、第２中間品３１の円筒部３２の底部３３から所定範囲の部分は、その内径が第２中間品３１の内径ｄ２から変化せず、ヨーク１１の大径円筒部１２ａよりも小径の小径円筒部１２ｂとなる。また、第２中間品３１の円筒部３２の一部が、整形ダイ４５のテーパ面４５ｃと整形パンチ４７の湾曲面４７ｃとの間に挟み込まれることにより、ヨーク１１の円筒部１２には軸方向に対してテーパ状に傾斜した段部１２ｄが形成されることになる。

このように、本発明のヨークの製造方法では、第１絞り工程と第２絞り工程により最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも内径が小さい有底筒状の第２中間品３１を形成し、この第２中間品３１の内径ｄ２を内径拡大工程により最終径と同一の内径Ｄにまで拡大して所定の内径Ｄのヨーク１１を形成するようにしている。これにより、第１絞り工程と第２絞り工程とで行われる絞り工程により第２中間品３１の内部に残留する周方向の圧縮応力を、内径拡大工程において生じる周方向の引っ張り力により相殺して低減させることができる。

なお、本実施の形態においては、素材２０の直径ｄ０＝２０２ｍｍ、第１中間品２１の内径ｄ１＝１０８ｍｍ、第２中間品３１の内径ｄ２＝８１ｍｍ、最終径であるヨーク１１の内径Ｄ＝８２．３３ｍｍとされており、第１絞り工程の絞り率は０．５３、第２絞り工程の絞り率は０．７５、内径拡大工程の絞り率（拡大率）は１．０２となっている。

内径拡大工程の次は、第２中間品３１のフランジ部３６を所定の形状のフランジ部１６に形成するトリム工程が行われる。

トリム工程においては、図６（ａ）に示すように、素材２０に合わせた円形となっているフランジ部１６が、図６（ｂ）に示すように、ブランク型等を用いたプレス加工により所定の形状に打ち抜かれる。

このとき、本発明の製造方法により製造されたヨーク１１では、第１絞り工程と第２絞り工程とで行われる絞り加工により第２中間品３１の内部に生じる周方向に向く圧縮残留応力は、内径拡大工程によりその内径が拡大するように塑性変形を受けることにより、当該塑性変形による周方向の引っ張り力により相殺されて低減されている。したがって、円周方向に向けて不均一な形状にフランジ部１６をトリム加工しても、その圧縮残留応力による真円度への影響は小さくなり、このヨーク１１の円筒部１２の真円度を向上させることができる。

このように、本発明のヨークの製造方法では、第１絞り工程と第２絞り工程により最終径であるヨーク１１の内径Ｄよりも内径が小さい有底筒状の第２中間品３１を形成し、この第２中間品３１の内径ｄ２を内径拡大工程により最終径にまで拡大して所定の内径Ｄのヨーク１１を形成するようにしている。したがって、各絞り工程における絞り加工により生じた周方向に向く残留圧縮応力を内径拡大工程において周方向に生じる引っ張り力により相殺して、ヨーク１１の円筒部１２やフランジ部１６等がトリム加工されたときに生じる残留圧縮応力の開放による真円度への影響を低減することができる。これにより、各絞り工程における絞り加工によりヨーク１１に残留する圧縮応力を除去して、トリム加工されても真円度が低下しないヨーク１１を提供することができる。

また、トリム加工による真円度の低下を防止することができるので、トリム加工による真円度の変化を考慮することなく、フランジ部１６等の形状の設計の自由度を高めることができる。

また、本発明のヨークの製造方法では、第２中間品３１の開口端から所定範囲のマグネット装着部位１２ｃに対応する部分の内径のみを内径拡大工程により拡大するようにしたので、ヨーク１１の内周面に段部１２ｄが形成されることになる。そして、この段部１２ｄをマグネット１４ａ，１４ｂのヨーク１１内における軸方向への位置決めとして利用することにより、他の部材や治具等を用いることなく、マグネット１４ａ，１４ｂの位置決め精度を高めることができる。

図７は本発明の他の実施の形態であるヨークの製造方法により製造されたヨークの横断面図であり、図８（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ図７に示すヨークの製造手順を示す説明図である。

図３に示すヨークの製造方法では、第２絞り工程の後であって内径拡大工程の前に整形工程を行うことにより、大径円筒部１２ａと小径円筒部１２ｂとを備えた段付き形状のヨーク１１を形成するようにしている。

これに対して、図８に示すヨークの製造方法では、第２絞り工程の後であって整形工程の前に内径拡大工程を行うようにしている。つまり、内径拡大工程により、軸受保持部１５が設けられず、また、全体形状が整形されていないヨーク１１が形成され、その後、整形工程を行うようにしている。また、この実施の形態においては、内径拡大工程においては、第２中間品３１の円筒部３２の全体の内径を拡大させるようにしており、内径拡大工程を終えた後は、整形工程においてヨーク１１の内径は変化しない。これにより、ヨーク１１は、図７に示すように、図２に示すような段部１２ｄを持たない内径が一様な円筒部１２を備えた有底筒状に形成される。このように、内径拡大工程は、整形工程の前後に拘わらず、第１絞り工程と第２絞り工程とを経た後であれば、いずれのタイミングで行われてもよい。

なお、図７、図８においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施の形態においては、第１絞り工程、第２絞り工程および内径拡大工程の他に、整形工程とトリム工程を行うようにしているが、これに限らず、整形工程とトリム工程は任意に行えばよく、不要であれば行わなくてもよい。

また、前記実施の形態においては、第１絞り工程と第２絞り工程の２回の絞り工程で素材２０を第２中間品３１にまで加工しているが、これに限らず、第１絞り工程の前、あるいは第１絞り工程と第２絞り工程との間に、さらに別の絞り工程を追加して、２回以上の絞り加工を経て第２中間品３１を形成するようにしてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、パワースライドドア装置の駆動源として用いられる電動モータのヨーク１１に本発明を適用したが、これに限らず、他の用途に用いられる電動モータや発電機などの他の回転電機のヨークに本発明を適用するようにしてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、トリム加工はフランジ部のみを加工するようにしているが、これに限らず、ヨーク１１の円筒部１２の一部に軸方向に延びる切り欠きを設ける加工など、円筒部１２に加工するものであってもよい。

１１ ヨーク
１２ 円筒部
１２ａ 大径円筒部
１２ｂ 小径円筒部
１２ｃ マグネット装着部位
１２ｄ 段部
１３ 底部
１４ａ，１４ｂ マグネット
１５ 軸受保持部
１６ フランジ部
２０ 素材（鋼板）
２１ 第１中間品
２２ 円筒部
２３ 底部
３１ 第２中間品
３２ 円筒部
３３ 底部
３５ 軸受保持部
３６ フランジ部
４１ 絞り加工装置
４２ ベース
４２ａ 貫通孔
４３ ヘッド
４４ ガイドポスト
４５ 整形ダイ
４５ａ 整形用大径孔
４５ｂ 保持用小径孔
４５ｃ テーパ面
４６ ホルダ
４６ａ 凹部
４７ 整形パンチ（工具）
４７ａ パンチ本体部
４７ｂ 突出部
４７ｃ 湾曲面
Ｄ 内径
ｄ０ 直径
ｄ１，ｄ２ 内径

Claims (4)

1. 有底筒状に形成されて回転電機に用いられるヨークの製造方法であって、
   鋼板を絞り加工して最終径よりも内径が大きい有底筒状の第１中間品を形成する第１絞り工程と、
   前記第１中間品を絞り加工して最終径よりも内径が小さい有底筒状の第２中間品を形成する第２絞り工程と、
   前記第２中間品の内部に工具を挿入し、該工具により前記第２中間品の内径を最終径にまで拡大する内径拡大工程とを有することを特徴とするヨークの製造方法。
2. 請求項１記載のヨークの製造方法において、前記第２絞り工程の後であって前記内径拡大工程の前に、開口端にフランジ部を形成し、底部に軸受保持部を形成する整形工程が行われることを特徴とするヨークの製造方法。
3. 請求項１記載のヨークの製造方法において、前記内径拡大工程の後に、開口端にフランジ部を形成し、底部に軸受保持部を形成する整形工程が行われることを特徴とするヨークの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のヨークの製造方法において、前記第２中間品の開口端から所定範囲のマグネット装着部位の内径のみを前記内径拡大工程により拡大することを特徴とするヨークの製造方法。

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