专利名称：电枢轴的制造方法、电枢轴以及旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电枢的制造方法、电枢以及旋转电机。
背景技术：
装备有蜗杆的电枢轴例如用在JP11-146603-A中披露的电动机中，其中蜗杆形成在电枢轴上。在电枢轴上固定芯，线圈卷绕在芯上且从其中部卷绕至其基端部一侧，并且在电枢轴上并排地固定电流转换器(commutator)。在其之间插入芯和电流转换器的两个端部用作轴承部分，它们与设置在壳体中的一对轴承滑动接触。相应地，电枢轴的前端部的直径小于固定芯和电流转换器的部分的直径。在小直径部分上形成蜗杆，所述蜗杆将与用于驱动电动机输出轴的蜗轮相啮合。在组装电动机时，需要将电枢轴从其前端插入轴承中。蜗杆的外径被构造成小于轴承所支撑的轴承部分，以便蜗杆在插入时不与轴承接触。
传统上，通过加工圆柱形轴材料来形成装备有蜗杆的电枢轴。首先，实施切削加工，通过切削前端部(蜗杆将形成在其上)的外圆周面而形成小直径部分。接着，对小直径部分以及除小直径部分以外的整个基端侧部实施研磨加工，从而以高的精度形成轴承部分的外圆周面。然后，通过旋转辊锻模具(rolled die)并且相对经切削加工而成的小直径部分沿径向移动所述辊锻模具，而形成蜗杆。装备有蜗杆的电枢轴以这样的方式被制造。
然而，根据现有技术已知，已加工部分的表面变为粗糙表面，并且通过切削加工而形成的小直径部分的外圆周面变为粗糙表面。这样，当蜗杆形成在小直径部分上时，蜗杆将要形成在其上的小直径部分的外圆周面是粗糙表面，从而小直径部分的外圆周面的状态影响蜗杆的精度，使得蜗杆的精度降低。当蜗杆的精度变低时，与蜗轮之间的啮合变差，结果在啮合部分产生噪音并且传动效率变低。由此考虑，在切削加工之后对小直径部分的外圆周面进行研磨，以形成表面平滑的外圆周面，由此提高蜗杆的精度。然而，该方法会增加制造步骤，并且不是一种巧妙的方法。
此外，已知这样一种电枢轴所述电枢轴能够将钢球容纳在以凹陷方式形成在电枢轴的轴向端部中的球容纳凹槽(在安装凹陷部分中)，以使钢球与设置在电动机的轭铁的端面上的板接触，从而作用在电枢轴上的推力在钢球和板处被接收(例如参考JP-07-033847-B2)。传统上，通过切削加工形成用于安装钢球的凹槽，具体来说是通过将切割刀片放置在电枢轴的轴向端部并且在旋转轴时沿轴的轴向移动切割刀片来形成凹槽的。
在对轴施加冷锻加工的制造步骤被包括在电枢轴制造方法中的情况下，用于安装钢球的凹槽在冷锻加工之后的上述切削加工中被形成在电枢轴的轴向端部上。
由此，冷锻加工中的形状流动(form fluxion)使电枢轴被加工硬化，结果在被硬化的电枢轴的端面上形成用于安装钢球的凹槽，切割刀片变得昂贵，并且缩短了切割刀片的使用寿命。
此外，电枢轴和钢球相对于彼此在凹槽中转动，从而在凹槽的内表面上它们彼此接触地旋转。然而，凹槽通过切削加工而被形成，这样，由于切削刀片产生的切削线而使凹槽内表面的表面粗糙度相对较大。这会产生各种故障，诸如由于电枢轴和钢球的碰撞运动而产生异常的噪音、内表面和钢球的不均匀磨损以及旋转传动损耗等等。
发明内容
提出本发明以解决上述问题。第一目的是提供一种装备有蜗杆的电枢轴的制造方法，所述制造方法能够提高蜗杆的精度，而不会增加制造步骤。
第二目的是提供一种具有高精度蜗杆且不会增加制造步骤的装备有蜗杆的电枢轴；以及设有所述装备有蜗杆的电枢轴的旋转电机。
第三目的是提供一种电枢轴的制造方法，其中所述电枢轴的端面具有安装凹陷部分以将推力接收球安装在其中，所述方法能够容易地形成安装凹陷部分，并且能够改善安装凹陷部分的表面粗糙度，从而减少安装凹陷部分中各种故障的产生；使用所述制造方法制造的电枢轴；以及设有所述电枢轴的旋转电机。
为了实现上述第一目的，根据本发明的制造电枢轴的方法是制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，以在轴体的前端侧部分提供具有小直径部分的圆柱形轴材料，所述轴体具有将芯或芯和电流转换器固定在其上的固定部分，并且具有将被轴承支撑的轴承部分(bearing portion)，小直径部分中具有蜗杆，所述方法包括锻造加工步骤，其中使用锻造模具并通过冷锻加工在轴材料中形成小直径部分，所述锻造模具设有用于形成小直径部分的小直径部分成形模具部分以及用于支撑与轴体对应的部分的轴体支撑模具部分；以及锻造加工步骤之后的蜗杆成形加工步骤，其中通过辊锻模具在小直径部分中形成蜗杆。
根据上述制造方法，通过冷锻加工形成小直径部分。这样，相对于通过切削加工形成小直径部分的情况，能够改善小直径部分的外圆周面的表面粗糙度，并且使得外圆周面的表面平滑。蜗杆的精度受小直径部分的外圆周面的状态的影响。通过使外圆周面的表面平滑，蜗杆的精度提高。尤其是，当蜗杆的精度低时，蜗杆与蜗轮的啮合变差，结果在操作时啮合部分会产生诸如连续噪音等故障，并且会降低传动效率。相应地，通过根据本发明的制造方法，能够以高的精度形成蜗杆，从而能够防止故障的发生。
锻造模具设有用于在轴材料中形成小直径部分的小直径部分成形模具部分，以及用于支撑轴材料的与轴体对应的部分的轴体支撑模具部分。在锻造模具中，相对较大的负载作用在小直径部分成形模具部分上，使得小直径部分成形模具部分的磨损大于轴体支撑模具部分的磨损。这样，通过分离这些模具部分，能够只更换小直径部分成形模具部分，而继续使用轴体支撑模具部分，轴体支撑模具部分的更换不需要与小直径部分成形模具部分的更换同时进行。这样，能够降低锻造模具的成本以及电枢轴的制造成本。
在上述制造方法中，希望分离面位于一台阶部分处或接近该台阶部分处，其中所述台阶部分形成在构成小直径部分成形模具部分的第一模具部分与构成轴体支撑模具部分的第二模具部分之间。
在实施冷锻加工时，润滑油设置在小直径部分成形模具部分和轴体支撑模具部分的加工表面(支撑表面)上，以保护轴材料。在这点上，台阶设置在构成小直径部分成形模具部分的第一模具部分与构成轴体支撑模具部分的第二模具部分之间，并且润滑油易于积累在台阶处。然而，如上所述，通过将分离面设置在台阶部分处或接近台阶部分处的第一模具部分与第二模具部分之间，能够通过分离面处的间隙容易地将集聚在台阶处的润滑油排出。由此，能够防止由于在台阶处集聚润滑油而使轴材料的加工恶化。
在上述的制造方法中，当在小直径部分的前端部中形成前端轴承部分时，优选前端轴承部分在锻造加工步骤中与小直径部分同时形成在轴材料中。由此，不需要专门准备用于形成前端轴承部分的制造步骤。
在上述制造方法中，当凹陷部分形成在轴体的基端面上时，优选凹陷部分在锻造加工步骤中与小直径部分同时形成在轴材料中。由此，不需要专门准备用于形成凹陷部分的制造步骤。
在上述制造方法中，优选轴体支撑模具部分能够沿电枢轴的轴向被分成多个模具部分。这样，在制造轴体长度可变的各种类型的装备有蜗杆的电枢轴的情况下，根据轴体的长度只需要更换轴体支撑模具部分的一部分模具部分就能够容易地适应轴体长度可变的各种类型的装备有蜗杆的电枢轴。
在上述制造方法中，优选在实施蜗杆成形加工步骤之前实施研磨加工步骤，其中通过使磨石与轴体的外圆周面滑动接触来研磨轴体的外圆周面。
当在小直径部分中形成蜗杆13的过程中将加工基准位置设置于轴体11的外圆周面时，在形成蜗杆之前的在先制造步骤中，通过研磨将作为基准位置的轴体11的外圆周面，蜗杆13的精度被进一步提高。
此外，通过研磨轴体的整个外圆周面，能够同时除去轴体的外圆周面上的润滑油。
为了实现上述第二目的，根据本发明的装备有蜗杆的电枢轴通过加工圆柱形轴材料而被形成，并且所述电枢轴设有轴体，所述轴体具有将芯或芯和电流转换器固定在其上的固定部分以及将被轴承支撑的轴承部分；小直径部分，所述小直径部分连续设置在轴体的前端侧部分中；以及蜗杆，所述蜗杆形成在小直径部分中。
其中通过冷锻加工而形成小直径部分，在冷锻加工之后通过辊锻模具将蜗杆形成在小直径部分中。
如上所述，在根据本发明的装备有蜗杆的电枢轴中，通过冷锻加工形成小直径部分，而蜗杆是通过辊锻模具形成在小直径部分中的。当通过冷锻加工形成小直径部分时，相对于通过切削加工形成小直径部分的情况，小直径部分的外圆周面的表面粗糙度被提高，并且外圆周面变为平滑表面。蜗杆的精度受小直径部分的外圆周面的状态影响。通过将外圆周面形成为平滑表面，蜗杆的精度被提高。当蜗杆的精度低时，蜗杆与蜗轮的啮合变差，结果在操作时啮合部分会产生诸如连续噪音等故障，并且会降低传动效率。相应地，通过根据本发明的装备有蜗杆的电枢轴，能够以高的精度形成蜗杆，从而能够防止故障的发生。
根据本发明的旋转电机设有电枢，通过将芯或芯和电流转换器固定在上述装备有蜗杆的电枢轴上，并将线圈卷绕在芯上而构成所述电枢，所述电枢被构造成可被旋转地驱动。由此，能够构成蜗杆精度较高的旋转电机。
并且，为了实现上述第三目的，本据本发明的电枢轴的制造方法是在其端面处具有安装凹陷部分的电枢轴的制造方法，所述安装凹陷部分用于安装推力接收球，所述制造方法包括步骤将轴材料置于冷锻模具的轴成形凹陷部分中，所述轴材料用于形成电枢轴；通过冷锻加工形成具有预定形状的轴材料；以及将具有成形突起部分的滑动模具沿轴成形凹陷部分的轴向推入轴成形凹陷部分中，以在轴材料的端面上形成安装凹陷部分，其中所述成形突起部分的形状根据安装凹陷部分形成。
通过上述制造方法，通过冷锻加工形成安装凹陷部分。这样，在切削加工中，不会在安装凹陷部分的内表面(内圆周表面和底面)上留下由切削刀片引起的切削线。结果，安装凹陷部分的内表面变为表面粗糙度非常小的平滑表面，相对于通过切削加工被加工的情况，表面粗糙度被极大地改善和稳定。这样，即使在大的推力作用使电枢轴旋转的情况下，也能够防止各种故障的产生，诸如由于轴和球的碰撞运动而产生异常的噪音、安装凹陷部分与钢球的不均匀磨损以及旋转损耗等。并且，通过冷锻加工形成的安装凹陷部分的内表面通过加工硬化被硬化，使得对抗推力接收球的旋转的抗损寿命延长。并且，通过利用冷锻加工形成安装凹陷部分，不需要切削加工步骤以形成安装凹陷部分，使得安装凹陷部分能够容易地被形成。此外，能够省去在制造步骤中使用的切削加工机器等，使得电枢轴的制造成本被降低。并且，通过利用冷锻加工形成安装凹陷部分，使得诸如金属屑等在切削加工过程中产生的废弃材料不会在冷锻加工中产生，因此不会存在金属屑留在安装凹陷部分中的可能。没有金属屑产生还能够防止诸如上述异常噪音、不均匀磨损和旋转损耗等故障的产生。
在上述制造方法中，优选滑动模具的成形突起部分的纵向长度小于推力接收球的直径。在这种情况下，形成在成形突起部分中的安装凹陷部分的纵向长度小于推力接收球的直径。即，当推力接收球安装在安装凹陷部分中时，球的一部分从安装凹陷部分突出。这样，电枢轴的推力能够被推力接收球可靠地接收。
在上述制造方法中，优选滑动模具被推入轴成形凹陷部分中，以使成形突起部分的中心轴线与轴成形凹陷部分的中心轴线对齐。这样，能够容易地形成安装凹陷部分，所述安装凹陷部分能够放置推力接收球，以使推力接收球的接触点与电枢轴的中心轴线对齐。
用于实现上述第三实施例的电枢轴的端面具有安装凹陷部分，以将推力接收球安装在其中，安装凹陷部分的内表面具有通过冷锻加工形成的锻造表面。这样，安装凹陷部分的内表面具有通过冷锻加工形成的锻造表面，使得不会在内表面上留下由切削加工中切削刀片所产生的切削线。这样，安装凹陷部分的内表面变成表面粗糙度非常小的平滑表面，相对于通过切削加工被加工的情况，表面粗糙度被极大地改善和稳定。这样，即使电枢轴在大的推力作用下旋转的情况下，也能够防止各种故障的产生，诸如由于轴和球的碰撞运动而产生异常的噪音、安装凹陷部分中以及钢球上的不均匀磨损以及旋转损耗等。并且，通过冷锻加工形成的安装凹陷部分的内表面通过加工硬化被硬化，使得对抗推力接收球的旋转的抗损寿命延长。并且，通过利用冷锻加工形成安装凹陷部分，不需要切削加工步骤就能够形成安装凹陷部分，使得安装凹陷部分能够容易地被形成。此外，能够省去在制造步骤中使用的切削加工机器等，使得电枢轴的制造成本被降低。并且，通过利用冷锻加工形成安装凹陷部分，使得诸如金属屑等在切削加工过程中产生的废弃材料不会在冷锻加工中产生，因此不会存在金属屑留在安装凹陷部分中的可能。没有金属屑产生还能够防止诸如上述异常噪音、不均匀磨损和旋转损耗等故障的产生。
在上述电枢轴中，优选安装凹陷部分的纵向长度小于推力接收球的直径。这样，当推力接收球安装在安装凹陷部分中时，球的一部分从安装凹陷部分突出。由此，电枢轴的推力能够被推力接收球可靠地接收。
在上述电枢轴中，优选安装凹陷部分被设置为其中心轴线与电枢轴的中心轴线对齐。这样，当推力接收球被安装在安装凹陷部分中时，能够将推力接收球设置成所述推力接收球的接触点与电枢轴的中心轴线对齐。这样，能够近似地在一条直线上接收电枢轴的推力。结果，能够防止安装凹陷部分的不均匀磨损，由于不均匀磨损引起的异常噪音能够被防止。
在上述电枢轴中，蜗杆可以形成在电枢轴的一部分上。在蜗杆形成在电枢轴的一部分上的情况下，在驱动与蜗杆啮合的蜗轮时，来自蜗轮的旋转反作用力在电枢轴中产生推力。然而，通过提供具有上述结构的电枢轴，进行驱动时电枢轴的颤动和振动能够被极大地降低。
用于实现上述第三目的的旋转电机通过使用具有上述结构的电枢轴而获得。即，在旋转电机中，能够防止在电枢轴中产生诸如异常噪音、不均匀磨损和旋转损耗等故障。
图1是设有根据实施例的电枢轴的电动机的剖视图。
图2是电枢轴的平面图。
图3是用于解释轴材料的解释性视图。
图4是用于解释电枢轴的制造过程中锻造加工步骤的解释性视图。
图5是用于解释电枢轴的制造过程中研磨加工步骤的解释性视图。
图6是用于解释电枢轴的制造过程中蜗杆成形加工步骤的解释性视图。
图7是示出形成在电枢轴上的蜗杆的精度的曲线图。
图8是对根据加工的不同而形成的安装凹陷部分的表面粗糙度进行比较的曲线图。
图9是根据变更实施例的电枢轴的平面图。
具体实施例方式
以下根据附图描述将本发明付诸实践的实施例。
图1描述了根据本实施例的电动机1。本实施例的电动机1是用于车辆雨刷装置的驱动动力源的电动机。电动机1具有减速机构，其中电动机主体2和用于安装减速机构的减速部分3整体安置在一起。
电动机主体2由DC电动机构成，并且具有装底的圆柱形轭铁壳体4。一对磁铁5固定在轭铁壳体4的内表面上。电枢6可旋转地安装在磁铁5的内部。电枢6设有电枢轴7、芯8、线圈9以及电流转换器10。
在电枢轴7中，如图2所示，轴体11在基端部至前端部侧特定部分之间，直径小于轴体11的小直径部分12是轴体11的前端部侧。在小直径部分12上形成蜗杆13。
轴体11的大致中间部分是芯固定部分11a，用于将芯8固定在其上，在芯固定部分11a前端侧的特定部分是电流转换器固定部分11b，用于将电流转换器10固定在其上。轴体11的基端部是基端轴承部分11c。如图1所示，基端轴承部分11c是沿径向被滑动轴承14支撑的部分，所述滑动轴承14固定在轭铁壳体4的底部的中心上。并且，在轴体11的端面(基端轴承部分11c)上形成具有圆形横截面的安装凹陷部分11d，用于安装钢球15，所述钢球用作推力接收球以接收电枢轴7的推力。如图2所示，安装凹陷部分11d被设置成其中心轴线L2与电枢轴7的中心轴线L1对齐。安装凹陷部分11d被构造成其内径D2稍微大于钢球15的直径D1，其纵向长度D3小于钢球15的直径D1(但仍大于D1/2)。即，在钢球15安装在安装凹陷部分11d中以与安装凹陷部分11d的底面11f接触的状态下，小间隙设置在安装凹陷部分11d的内圆周面11g与钢球15之间，钢球15的一部分从安装凹陷部分11d突出。这样，如以下所述，冷锻加工在形成蜗杆13的步骤之前被应用于电枢轴7，并且安装凹陷部分11d在冷锻加工中被形成。由此，安装凹陷部分11d的内表面，即底面11f和内圆周面11g是锻造表面。
轴体11的前端部，即，电枢轴7的大致中间部分是中间轴承部分11e。中间轴承部分11e是沿径向被滑动轴承22支撑的部分，所述滑动轴承22固定在减速部分3的齿轮箱21上。中间轴承部分11e的前端侧部分是小直径部分12，它的直径小于轴体11。在小直径部分12中形成蜗杆13。蜗杆13的外径被形成为稍小于中间轴承部分11e(轴体11)的直径。小直径部分12的前端部更小，并且用作前端轴承部分12a，所述前端轴承部分被插入插入孔21c中，以沿径向被支撑在插入孔21c中，其中所述插入孔21c形成在齿轮箱21上。此外，在插入孔21c中，形成在前端轴承部分12a的前端面侧处的腔中填充并固化了树脂材料27。固化的树脂材料27和电枢轴7的前端面(前端轴承部分12a的前端面)之间形成小间隙，以接收轴7的推力。
并且，在电枢轴7的芯固定部分11a上固定芯8，在电流转换器固定部分11b上固定电流转换器10，在固定芯8和电流转换器10上卷绕线圈9，以构成电枢6。在电枢轴7的基端部的安装凹陷部分11d中安装钢球15，所述钢球15接收轴7的推力。电枢6被安装在轭铁壳体4中，磁铁5被固定在轭铁壳体4上，电枢轴7的基端轴承部分11c插入在轭铁壳体4的底部处的滑动轴承14中，并且钢球15与推力接收板16接触，所述推力接收板16固定在底部上。然后，安装了电枢6的轭铁壳体4(电动机主体2)被连接于齿轮箱21(减速部分3)。在这种组装状态下，钢球15与电枢轴7以及与推力接收板16的接触点均与轴7的中心轴线L1对齐，以实现将电枢轴7的推力接收在一条直线上的结构。
减速部分3具有齿轮箱21。齿轮箱21具有设有轴接收部分21a和蜗轮接收部分21b的特定形状，其中所述轴接收部分21a用于安装从电动机主体2延伸的电枢轴7的前端侧部分，所述蜗轮接收部分21b用于将蜗轮23安装在其中。
在轴接收部分21a的基端部分上固定滑动轴承22，所述滑动轴承22沿径向支撑电枢轴7的中间轴承部分11e。在轴接收部分21a的前端部中形成插入孔21c，电枢轴7(小直径部分12)的前端轴承部分12a插入所述插入孔中，以便该部分12a沿径向被支撑。在将电动机主体2安装在齿轮箱21上时，电枢轴7的前端侧部分(蜗杆13和前端轴承部分12a)插入滑动轴承22中，以被安装在轴接收部分21a中。这时，蜗杆13的外径被形成为稍小于中间轴承部分11e的外径，即，滑动轴承22的内径，使得蜗杆13不与滑动轴承22的内圆周面接触。
在蜗轮接收部分21b中可转动地安装蜗轮23，所述蜗轮23与电枢轴7的蜗杆13啮合。蜗轮23设有输出轴24以便一体旋转。
在齿轮箱21中与电动机主体2面对的位置处固定电刷装置25。在电刷装置25上保持与电流转换器10滑动接触的馈电电刷26。电刷装置25通过馈电电线(未示出)从外部装置接收电力，并且通过馈电电刷26和电流转换器10将电力供至电枢6(线圈9)。这样，电枢6旋转，并且电枢轴7旋转，从而输出轴24通过蜗杆13和蜗轮23被旋转，以根据输出轴24的旋转致动雨刷装置。
以下将描述用在本实施例中的装备有蜗杆的电枢轴7的制造过程。
电枢轴7通过加工如图3所示的圆柱形轴材料30被制造。利用图4所示的锻造模具31在轴材料30的前端侧部分中形成小直径部分12(包括前端轴承部分12a)，然后，冷锻加工被应用于轴材料30的基端面，以在其中形成安装凹陷部分11d(锻造加工步骤)。
锻造模具31设有一对主体模具31a(主体模具31a之一如图4所示)，所述成对主体模具31a能够被分成两个并且能够重新合在一起以将轴材料30放置在其中；以及滑动模具35，所述滑动模具被推入主体模具31a中。主体模具31a具有这样的构造即，能够沿轴材料30的轴向(滑动模具35的推动方向)被分成包括第一至第三模具部分32至34的三个部分，并且主体模具具有轴成形凹陷部分31b，所述轴成形凹陷部分31b从第一至第三模具部分32至34延伸以形成电枢轴7。
第一模具部分32是小直径部分成形模具部分，并且设有小直径部分成形凹陷部分32a，用于通过锻造轴材料30的前端部而形成小直径部分12(包括前端轴承部分12a)。第二模具部分33和第三模具部分34用作轴体支撑模具部分，并且分别设有轴体支撑凹陷部分33a、34a，用于在利用第一模具部分32在第一模具部分32中形成小直径部分12时支撑轴体11。这些小直径部分成形凹陷部分32a和轴体支撑凹陷部分33a、34a构成轴成形凹陷部分31b。
通过具有上述这种构造的主体模具31a在轴材料30的前端部中形成小直径部分12。在这种情况下，经过冷锻的被加工部分的表面变为平滑表面，如通常已知的一样，并且通过冷锻加工形成的小直径部分12的外圆周面变为平滑表面。即，通过冷锻加工而被加工的小直径部分12的外圆周面的表面粗糙度比通过切削加工而被加工的有所改善。
由此，滑动模具35可滑动地设置在主体模具31a中，即，在轴体支撑凹陷部分34a中。在滑动模具35中形成圆柱形主体部分35a，所述圆柱形主体部分的直径大致与轴体支撑凹陷部分的内径一样大(所述圆柱形主体部分的直径稍微小于轴体支撑凹陷部分的内径)；以及在主体部分35a的前端中心部分处的成形突起部分35b，所述成形突起部分35b与安装凹陷部分11d对应。成形突起部分35b的外径与安装凹陷部分11d的内径D2对应，并且其纵向长度与安装凹陷部分11d的纵向长度D3对应。即，成形突起部分35b的外径(D2)稍微大于钢球15的直径D1，成形突起部分35b的纵向长度(D3)小于钢球15的直径D1(仍大于D1/2)。此外，为了以安装凹陷部分11d的中心轴线L2与电枢轴7的中心轴线L1对齐的方式形成安装凹陷部分11d，滑动模具35(成形突起部分35b)被设置成中心轴线L4与主体模具31a(诸如轴体支撑凹陷部分34a)的内部空间的中心轴线L3对齐，并且沿着轴线L3被推入轴体支撑凹陷部分34a中。在小直径部分12(包括前端轴承部分12a)形成在主体模具31a中的轴材料30的前端部中的同时，在滑动模具35中轴材料30的基端面上形成安装凹陷部分11d。
在实施冷锻加工时，在主体模具31a的小直径部分成形凹陷部分32a以及轴体支撑凹陷部分33a、34a上涂润滑油，用于保护轴材料30。在这一点上，台阶A形成在具有小直径部分成形凹陷部分32a的第一模具部分32和具有轴体支撑凹陷部分33a的第二模具部分33之间。即，润滑油趋于集聚在台阶A处。根据本实施例的主体模具31a具有这样的结构第一模具部分32与第二模具部分33之间的模具分离面P位于台阶A部分处，以便集聚在台阶A处的润滑油容易通过模具分离面P处的间隙向外排出。由此，在台阶A处的润滑油的集聚不会破坏轴材料30的加工。
接着，如图5所示，为了形成轴体11的基端轴承部分11c以及中间轴承部分11e的外圆周面，磨石36与轴体11的外圆周面滑动接触，以将研磨加工应用于轴体11的整个外圆周面。即，通过研磨加工，在基端轴承部分11c和中间轴承部分11e的外圆周面上的表面粗糙度以及圆度被改善。
接着，如图6所示，被施行了冷锻加工的小直径部分12被约束在辊锻模具37之间，并且通过滚动或移动辊锻模具37，蜗杆13被形成(蜗杆成形加工步骤)。在这种情况下，通过冷锻加工形成小直径部分12，相对于通过切削加工形成小直径部分12的传统技术，所述小直径部分12的外圆周面变为平滑表面。由此，如图7所示，相对于小直径部分12通过切削加工而被加工的传统情况下的蜗杆的外径的变化范围X2，根据小直径部分12通过冷锻加工被加工的本实施例所述的蜗杆13的外径的变化范围X1足够小。即，在本实施例中，蜗杆13的精度被提高。
并且，在本实施例中，形成(辊轧)蜗杆13时的加工基准位置是轴体11的外圆周面。这样，通过将研磨加工应用于将被作为加工基准位置的轴体11外圆周面，蜗杆13的精度进一步提供。装备有蜗杆的电枢轴7如上所述在本实施例中被制造。
在如上所述被制造的电枢轴7中，以与小直径部分12的外圆周面类似的方式，通过冷锻加工形成安装凹陷部分11d的内圆周面11g和底面11f。这样，在冷锻加工中不会留有切削加工中切削刀片所产生的切削线，表面变为表面粗糙度非常小的平滑表面，并且相对于通过切削加工被加工的情况，表面粗糙度极大地被改善和稳定。在这一点，图8示出安装凹陷部分11d的底面11f和内圆周面11g的表面粗糙度的对比情况，其中设有通过冷锻加工而形成的安装凹陷部分11d的样本以及设有通过切削加工而形成的安装凹陷部分11d的样本各取用了10个。如图8所示，相对于设有通过切削加工而被形成的安装凹陷部分11d的样本，设有通过冷锻加工而形成的安装凹陷部分11d的样本的内圆周面11g和底面11f的表面粗糙度非常小。并且，相对于设有通过切削加工而被形成的安装凹陷部分11d的样本的变化范围Y2，设有通过冷锻加工而被形成的安装凹陷部分11d的样本的变化范围Y1非常小。
如上所述，不仅安装凹陷部分11d的内圆周面11g和底面11f的表面粗糙度非常小，而且其表面粗糙度的变化也非常小和较稳定。这样，在大的推力作用下电枢轴7旋转的情况下，能够防止各种故障发生，诸如通过轴7和钢球15的碰撞运动而产生的异常噪音、安装凹陷部分11d和钢球15的不均匀磨损以及旋转损耗等等。
并且，通过冷锻加工形成的安装凹陷部分11d的内圆周面11g和底面11f通过加工硬化被硬化，使得对抗钢球15的旋转的抗磨寿命被延长。并且，在与小直径部分12相同的制造步骤中，通过冷锻加工形成安装凹陷部分11d，由此能够省略用于形成安装凹陷部分11d的切削加工步骤，使得安装凹陷部分11d能够被容易地形成。此外，能够省略加工步骤中所使用的切削加工机器等，使得电枢轴7的制造成本能够降低。并且，通过冷锻加工形成安装凹陷部分11d，由此诸如金属屑等在切削加工中被产生的废弃材料不会在冷锻加工中产生，使得没有将金属屑留在安装凹陷部分11d中的可能。没有金属属产生还能够防止诸如上述异常噪音、不均匀磨损以及旋转损耗等故障的发生。
如上所述，本实施例产生以下效果。
在锻造加工步骤中，使用锻造模具31的冷锻加工在圆柱形轴材料30上形成小直径部分12。然后，在锻造加工步骤之后的蜗杆成形加工步骤中，通过辊锻模具37在小直径部分12中形成蜗杆13，以制造装备有蜗杆的电枢轴7。即，当通过冷锻加工形成小直径部分12时，与通过切削加工形成小直径部分的情况相比，小直径部分12的外圆周面的表面粗糙度被改善，并且外圆周面变为平滑表面。蜗杆13的精度受到小直径部分12的外圆周面的状态的影响，这样，通过将小直径部分12的外圆周面形成为平滑表面，蜗杆13的精度被提高。由此，能够向电动机1提供电枢轴，所述电枢轴7带有精度高的蜗杆13以及轴7。
具体而言，蜗杆13的低精度可能引起故障，使得与蜗轮23的啮合变差，而在操作时在啮合部分处连续产生噪音，并且会使传动效率变低。由此，在形成蜗杆13时，需要形成精度非常高的蜗杆。本实施例对于这种需求尤其有效。
(2)在锻造加工步骤中，在小直径部分12形成在轴材料30中的同时，前端轴承部分12a形成在轴材料30中且在小直径部分12的前端部处。由此，不需要准备形成前端轴承部分12a的制造步骤，以防止制造步骤增多。
(3)在锻造加工步骤中，在小直径部分12形成在轴材料30中的同时，凹陷部分11d形成在轴材料30的基端面上。由此，不需要准备用于形成凹陷部分11d的制造步骤，以防止制造步骤增多。
(4)锻造模具31设有用于在轴材料30中形成小直径部分12的第一模具部分32；以及用于支撑与轴体11对应的部分轴材料30的第二模具部分33和第三模具部分34。即，相对较大的负载作用在锻造模具31中的第一模具部分32上，并且第一模具部分32中的磨损大于第二模具部分33和第三模具部分34中的磨损。这样，通过使这些模具部分32至34彼此分离开，能够只更换第一模具部分32。结果，不需要与第一模具部分32一起更换的第二模具部分33和第三模具部分34能够连续被使用，使得能够降低锻造模具31所需的成本以及制造成本。
此外，在冷锻加工中，润滑油被置于锻造模具31的第一至第三模具部分32至34的加工凹陷部分32a和支撑凹陷部分33a、34a上。在此，台阶A设置在第一模具部分32与第二模具部分33之间，并且润滑油趋于集聚在台阶A处。然而，在锻造模具31中，第一模具部分32与第二模具部分33之间的分离面P位于台阶A部分处，使得集聚在台阶A处的润滑油能够通过在分离面P处的间隙容易地排出。由此，能够防止集聚在台阶A处的润滑油在加工轴材料30的过程中产生故障。
(5)第二模具部分33和第三模具部分34被构造成能够沿轴7的轴向被分成两个。这样，在制造轴体11部分具有各种长度的装备有蜗杆的各种类型电枢轴7的情况下，能够根据轴体11的长度例如只更换第三模具部分34而容易地适应各种类型的电枢轴。
(6)通过沿轴成形凹陷部分31b的轴线L3的方向将滑动模具35推入成形凹陷部分31b中以在轴材料30的端面上形成安装凹陷部分11d，其中所述滑动模具35具有符合用于接收钢球15的安装凹陷部分11d的形状的成形突起部分35b。这样，电枢轴7被制造成在其端面具有安装凹陷部分11d。即，通过冷锻加工形成的安装凹陷部分11d的内表面(内圆周面11g和底面11f)是锻造表面。在冷锻加工中不会留下如切削加工中切削刀片所产生的那样的切削线。由此，内表面变为表面粗糙度非常小的平滑表面，并且相对于实施切削加工的情况，表面粗糙度被极大地改善和稳定。这样，能够防止各种故障的发生，诸如在接收大的推力而使电枢轴7旋转的情况下，通过轴7和钢球15的碰撞运动产生异常的噪音；在安装凹陷部分11d和钢球15中的不均匀磨损；以及传动损耗，等等。并且，通过冷锻加工形成的安装凹陷部分11d的内表面(内圆周面11g和底面11f)通过加工硬化被硬化，使得对抗钢球15的旋转的抗磨寿命被延长。并且，通过利用冷锻加工形成安装凹陷部分11d，不需要用于形成安装凹陷部分11d的切削加工步骤，使得安装凹陷部分11d能够容易地被形成。此外，能够省去在制造步骤中所使用的切削加工机器及其类似机器，使得能够减小电枢轴7的制造成本。并且，通过利用冷锻加工形成安装凹陷部分11d，诸如金属屑等在切削加工中产生的废弃材料不会在冷锻加工中产生，使得没有将金属屑留在安装凹陷部分11d中的可能性。没有金属屑产生还能防止诸如上述异常噪音、不均匀磨损以及旋转损耗等故障的产生。
并且，在电枢轴7被应用于电动机的情况下，尤其是根据本实施例的电动机1，其设有蜗杆减速机构，在驱动与蜗杆13啮合的蜗轮23时，来自蜗轮23的反作用旋转力用作电枢轴7的推力。然而，通过使用根据本实施例的电枢轴7，驱动时电枢轴7的颤动和振动变得非常小(在整体地形成蜗杆13的长电枢轴7中效果尤其明显，如在本实施例中一样)。这样，能够构造非常安静的电动机。
(7)滑动模具35的成形突起部分35b的纵向长度(D3)小于钢球15的直径D1，使得形成在成形突起部分35b中的安装凹陷部分11d的纵向长度(D3)小于钢球15的直径D1。即，安装凹陷部分11d能够容易地被形成，以便在安装凹陷部分11d将钢球15接收在其中时，钢球15的一部分从安装凹陷部分突出。并且，当安装凹陷部分11d将钢球15接收在其中时，钢球15的一部分从电枢轴7的端部突出，使得电枢轴7的推力能够通过钢球15被可靠地接收。
(8)滑动模具35(成形突起部分35b)被设置成其中心轴线L4与轴成形凹陷部分31b的中心轴线L3对齐，然后被推入轴成形凹陷部分31b中。即，安装凹陷部分11d能够容易地被形成以将钢球15设置在其中，使钢球15的接触点置于电枢轴7的中心轴线L1上。并且，在将钢球15安装在安装凹陷部分11d中时，钢球15被设置成钢球15的接触点置于中心轴线L1(L2)的中心轴线上。这样，电枢轴7的推力能够大致被接收在一条直线上，从而能够防止安装凹陷部分11d被不均匀地磨损，并且能够防止由于不均匀的磨损而产生的异常噪音。
本发明的该实施例能够如以下所述一样被变更实施。
在上述实施例中锻造模具31的构造不限于此，能够适当地被变更实施。例如，主体模具31a的分离位置和数量能够适当地被改变。尤其在上述实施例中，分离面P位于第一模具部分32和第二模具部分33之间的台阶A部分处。然而，分离面P可以设置在第二模具部分33中并靠近台阶A部分。并且，第一至第三模具部分32至34可以一体形成在主体模具31a中。并且，滑动模具35可以具有这样的结构只有成形突起部分35b沿轴线L3的方向滑动。
在上述实施例中，在小直径部分12形成在轴材料30中的同时，前端轴承部分12a和安装凹陷部分11d形成在轴材料30中。可选地，前端轴承部分12a和安装凹陷部分11d可以在不同的时间被形成。
在上述实施例中电枢轴7的形状不限于此，可以适当地被变更实施。例如，如图9所示，芯固定部分11a和电流转换器固定部分11b的外圆周面可以分别通过滚花加工而被加工，以在圆周方向上形成多个突起线11f、11g。根据该加工，突起线11f、11g与芯8和电流转换器10接合，使得芯和电流转换器10能够刚性地固定在轴7上。
在上述实施例中安装凹陷部分11d的形状不限于此，可以适当地被改变。
在上述实施例中，通过钢球15实现推力接收球。可选地，推力接收球可以使用除钢之外的其他材料。
上述实施例被应用于蜗杆13被一体形成在其中的电枢轴7上。电枢轴7的形状不限于本实施例，能够适当地被改变。
基于具有电流转换器10的DC电动机(电动机主体2)中所使用的电枢轴7描述上述实施例。可选地，本发明可以应用于没有电流转换器10的电动机的电枢轴。
在上述实施例中，电枢轴7被应用于车辆雨刷装置所使用的电动机1(旋转电机)，然而，它可以应用于其他类型的装置所使用的电动机(旋转电机)的电枢轴。
权利要求
1.一种制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，以提供在轴体的前端侧部分具有小直径部分的圆柱形轴材料，所述轴体具有用于固定芯或芯和电流转换器的固定部分，并且具有将被轴承支撑的轴承部分，小直径部分中具有蜗杆，所述方法包括锻造加工步骤，其中使用锻造模具并通过冷锻加工在轴材料中形成小直径部分，所述锻造模具设有用于形成小直径部分的小直径部分成形模具部分以及用于支撑与轴体对应的部分的轴体支撑模具部分；以及锻造加工步骤之后的蜗杆成形加工步骤，其中通过辊锻模具在小直径部分中形成蜗杆。
2.根据权利要求1所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中将分离面设置于台阶部分处或接近台阶部分处，其中所述台阶部分形成在构成小直径部分成形模具部分的第一模具部分与构成轴体支撑模具部分的第二模具部分之间。
3.根据权利要求2所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中将分离面设置于构成轴体支撑部分的第二模具部分中且接近台阶部分。
4.根据权利要求1所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中将分离面设置于台阶部分处，其中所述台阶部分形成在构成小直径部分成形模具部分的第一模具部分与构成轴体支撑部分的第二模具部分之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中在小直径部分的前端部中形成前端轴承部分；以及所述前端轴承部分在锻造加工步骤中与小直径部分同时形成在轴材料中。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中凹陷轴承部分形成在轴体的基端面上；以及所述凹陷部分在锻造加工步骤中与小直径部分同时形成在轴材料中。
7.根据权利要求1所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中轴体支撑模具部分能够沿电枢轴的轴向被分成多个模具部分。
8.一种制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，以提供在轴体的前端侧部分具有小直径部分的圆柱形轴材料，所述轴体具有用于固定芯或芯和电流转换器的固定部分，并且具有将被轴承支撑的轴承部分，小直径部分中具有蜗杆，所述方法包括锻造加工步骤，其中使用锻造模具并通过冷锻加工在轴材料中形成小直径部分，所述锻造模具设有用于形成小直径部分的小直径部分成形模具部分以及用于支撑与轴体对应的部分的轴体支撑模具部分；研磨加工步骤，其中通过使磨石与轴体的外圆周面滑动接触来研磨轴体的整个圆周面；以及锻造加工步骤之后的蜗杆成形加工步骤，其中通过辊锻模具在小直径部分中形成蜗杆。
9.根据权利要求8所述的制造装备有蜗杆的电枢轴的方法，其中在研磨加工步骤中同时除去轴体外圆周面上的润滑油。
10.一种制造端面具有安装凹陷部分的电枢轴的方法，所述安装凹陷部分用于安装推力接收球，所述方法包括步骤设置轴材料，所述轴材料用于在锻造模具的轴成形凹陷部分中形成电枢轴；通过冷锻加工形成具有预定形状的轴材料；以及将具有成形突起部分的滑动模具沿轴成形凹陷部分的轴向推入轴成形凹陷部分中，以在轴材料的端面上形成安装凹陷部分，其中所述成形突起部分根据安装凹陷部分被成形。
11.根据权利要求10所述的制造电枢轴的方法，其中滑动模具的成形突起部分的纵向长度小于推力接收球的直径。
12.根据权利要求10或11所述的制造电枢轴的方法，其中滑动模具被推入轴成形凹陷部分中，以使成形突起部分的中心轴线与轴成形凹陷部分的中心轴线对齐。
13.一种装备有蜗杆的电枢轴，所述电枢轴通过加工圆柱形轴材料而被形成，并且所述电枢轴设有轴体，所述轴体具有用于固定芯或芯和电流转换器的固定部分以及将被轴承支撑的轴承部分；小直径部分，所述小直径部分连续设置在轴体的前端侧部分中；以及蜗杆，所述蜗杆形成在小直径部分中，其中通过冷锻加工形成小直径部分，在冷锻加工之后通过辊锻模具在小直径部分中形成蜗杆。
14.一种旋转电机，所述旋转电机设有通过将芯或芯和电流转换器固定在根据权利要求13所述的装备有蜗杆的电枢轴上、并将线圈卷绕在芯上而构成的电枢，所述电枢被构造为能够被可旋转地驱动。
15.一种电枢轴，在所述电枢轴的端面上具有安装凹陷部分，所述安装凹陷部分用于安装推力接收球，其中安装凹陷部分的内表面具有通过冷锻加工形成的锻造表面。
16.根据权利要求15所述的电枢轴，其中安装凹陷部分的纵向长度小于推力接收球的直径。
17.根据权利要求15或16所述的电枢轴，其中安装凹陷部分被设置成其中心轴线与电枢轴的中心轴线对齐。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的电枢轴，其中蜗杆形成在所述电枢轴的一部分上。
19.一种旋转电机，所述旋转电机设有根据权利要求15-18中任一项所述的电枢轴。
全文摘要
在锻造加工步骤中，小直径部分12形成在圆柱形轴材料30的前端部中，安装凹陷部分11d通过使用锻造模具31的冷锻加工形成在轴材料30的基端面上，球15安装在所述安装凹陷部分中，以接收推力。在锻造加工步骤之后的蜗杆成形加工中，蜗杆13通过辊锻模具形成在小直径部分12中。通过冷锻加工形成小直径部分12和安装凹陷部分11d，以使小直径部分12的外圆周面和安装凹陷部分11d的内表面变为表面粗糙度小的平滑表面。
文档编号H02K15/14GK1792019SQ20048001338
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年5月19日
发明者井上景司, 佐佐木孝昌, 木户胁浩二, 松本信之, 竹内将则 申请人:阿斯莫株式会社