(57)【要約】      （修正有）【課題】耐スパーク性に優れた電動機用の整流子を実現する。【解決手段】整流子１０は、それぞれが摺動部１５を有する複数の板状の整流子片と、外周において整流子片を支持するとともに、回転軸を有する支持体１２と、を備え、複数の整流子片は、支持体１２の周面に回転方向に沿って配列している。整流子片の回転軸の軸方向の端部は、第１折れ曲がり部１４ａにおいて内周方向に折れ曲がり、第１折れ曲がり部１４ａから内周方向に向かって延びるアンカー部を有する。摺動部１５は、少なくともブラシと接触摺動する第１の主面の表層において、Ａｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有する第１の銅材料を含む。アンカー部は、Ａｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下の第２の銅材料で構成される。【選択図】図１Ａ
2020102963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが摺動部を有する複数の板状の整流子片と、
外周において前記整流子片を支持するとともに、回転軸を有する回転支持体と、を備え、
前記複数の整流子片が、前記回転支持体の周面に回転方向に沿って配列した整流子であって、
前記整流子片の前記回転軸の軸方向の端部は、第１折れ曲がり部において内周方向に折れ曲がり、前記第１折れ曲がり部から内周方向に向かって延びるアンカー部を有し、
前記摺動部は、少なくともブラシと接触摺動する第１の主面の表層において、Ａｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有する第１の銅材料を含み、
前記第１折れ曲がり部は、Ａｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が前記第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下である第２の銅材料で構成された、整流子。
【請求項２】
前記整流子片の前記端部は、第２折れ曲がり部において外周方向に折れ曲がり、前記第２折れ曲がり部から延びて前記整流子片の外周側に存在するフック部をさらに有し、
前記第２折れ曲がり部は、前記第２の銅材料によって構成された、請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記整流子片の前記回転支持体との接触領域が前記第１の銅材料を含み、
前記接触領域の接触表面が粗面化されている、請求項１または２に記載の整流子。
【請求項４】
前記第２の銅材料は、純銅である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項５】
整流子の製造方法であって、
摺動領域と、前記摺動領域を挟んで互いに対向する一対の端部領域とを有し、前記摺動領域の少なくとも第１の主面の表層が第１の銅材料で形成され、前記端部領域が第２の銅材料で形成された金属板を得る工程と、
前記金属板の前記端部領域に、前記一対の端部領域の一方から他方に向かう第１方向に沿って複数の第１の切込みを入れる工程と、
前記金属板を曲げ加工し、前記第１の主面が外周側に位置し、前記第１方向が軸方向となる円筒を得る工程と、
前記第１の切込みに挟まれた領域のうち、少なくとも一部の第１領域を円筒の内側に折り曲げ、アンカー部を形成する工程と、
前記円筒の内側を樹脂材料で埋め、支持体を成型する工程と、
前記円筒に前記軸方向に第２の切込みを複数入れることによって、前記円筒を複数に分離し、前記支持体の周方向に沿って配列した複数の整流子片を得る工程と、を有し、
前記第１の銅材料がＡｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有し、
前記第２の銅材料がＡｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が前記第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下である、整流子の製造方法。
【請求項６】
前記金属板を得る工程は、
前記第１の銅材料で構成されたコア、および、前記コアを覆い、前記第２の銅材料で形成されたスキン層を有するインゴットを準備する工程と、
前記インゴットを切断し、切断面において前記コアおよび前記コアを挟んで対向するスキン層が露出した中間体を得る工程と、
前記中間体を圧延し、少なくとも前記切断面の表層に存在する前記コアから前記摺動領域を形成し、前記スキン層から前記端部領域を形成する工程と、を含む、請求項５に記載の整流子の製造方法。
【請求項７】
前記中間体の圧延後に、前記コアの前記第１の主面の裏面である第２の主面を粗面化する工程を含む、請求項６に記載の整流子の製造方法。
【請求項８】
前記円筒を得る工程の後に、前記第１の切込みで挟まれた領域のうち前記第１領域を除く第２領域を円筒の外側に折り曲げ、フック部を形成する工程をさらに有する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の整流子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の整流子と、
前記整流子と接触摺動するブラシと、
固定子と、
前記整流子片と接続し、電流が流れることにより前記固定子との間に力を発生させる回転子と、を備える電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に用いられる整流子に関する。
【背景技術】
【０００２】
整流子電動機は、巻線と、整流子と、ブラシを備える。巻線は、電流が流れることにより固定された界磁との相互作用により力を発生させる。ブラシは、整流子と所定の圧力で接触し摺動する。整流子は、複数の整流子片を備えている。複数の整流子片は、通常、電動機の回転方向に沿って配列されており、全体として円筒状に形成されている。複数の整流子片のそれぞれは、巻線と接続されている。整流子の回転に伴い、ブラシと電気的に接続する整流子片が切り替わり、電流が流れる巻線および電流の方向が切り替わる。これにより、常に一定の方向に回転力が発生するように、巻線に働く力の方向が制御される。
【０００３】
このとき、ブラシと接続する整流子片が切り替わる際に、ブラシと整流子との間にスパークが発生し得る。スパークが発生すると、ブラシが摩耗し、電動機の寿命の低下を招く。電動機の長寿命化を実現するためには、ブラシの摩耗量を抑制することが必要である。
【０００４】
この点で、整流子（整流子片）には、高い耐スパーク性が求められる。整流子片の材料として、銀を含有する銅合金（以下、「銀入り銅」とも称する）が従来より用いられている。
【０００５】
ブラシの摩耗を抑制する技術としては、たとえば特許文献１に記載されているように、気相潤滑剤を用いる方法が挙げられる。これは、モータケース内を多価アルコールの蒸気雰囲気とし、接点部の潤滑性を高めるものである。特許文献１では、接点近傍の半田付けで用いる半田フラックスの主成分を直鎖飽和脂肪酸とすることで、半田フラックスが気相潤滑剤の蒸気により徐々に溶解して接点部表面に薄い被膜を形成し、ブラシ摺動面の潤滑性を向上させている。
【０００６】
また、特許文献２では、高抵抗なブラシ基材の表面に低抵抗な導電層を備え、ブラシの摺動方向と平行な上下面の導電層に複数の溝をストライプ状に形成することで、溝の方向と直行する方向に異方導電性を形成している。これにより、ブラシの電気良導性と耐久性を実現し、整流子電動機の高効率と長寿命を両立させている。
【０００７】
一方、銀入り銅よりも耐スパーク性に優れた材料として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含有する銅合金（以下、「アルミナ分散銅」と称する）が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３８７９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４２７０３号公報
【特許文献３】特開昭６０−１３４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の気相潤滑剤や導電層をストライプ状に形成したブラシを用いても、スパークを完全に抑制することは困難である。加えて、近年の電動機では、大電流を流すことによって、小型でありながら高出力を実現している。この結果、スパークが発生し易くなっており、ブラシの摩耗が加速し易い。
【００１０】
一方で、アルミナ分散銅を用いることによって、耐スパーク性に優れた整流子片を実現できるものの、アルミナ分散銅は硬いため曲げ加工が難しく、安価に整流子を製造するのが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面は、それぞれが摺動部を有する複数の板状の整流子片と、外周において前記整流子片を支持するとともに、回転軸を有する回転支持体と、を備え、前記複数の整流子片が、前記回転支持体の周面に回転方向に沿って配列した整流子であって、前記整流子片の前記回転軸の軸方向の端部は、第１折れ曲がり部において内周方向に折れ曲がり、前記第１折れ曲がり部から内周方向に向かって延びるアンカー部を有し、前記摺動部は、少なくともブラシと接触摺動する第１の主面の表層において、Ａｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有する第１の銅材料を含み、前記第１折れ曲がり部は、Ａｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が前記第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下である第２の銅材料で構成された、整流子に関する。
【００１２】
本発明の他の局面は、整流子の製造方法であって、摺動領域と、前記摺動領域を挟んで互いに対向する一対の端部領域とを有し、前記摺動領域の少なくとも第１の主面の表層が第１の銅材料で形成され、前記端部領域が第２の銅材料で形成された金属板を得る工程と、前記金属板の前記端部領域に、前記一対の端部領域の一方から他方に向かう第１方向に沿って複数の第１の切込みを入れる工程と、前記金属板を曲げ加工し、前記第１の主面が外周側に位置し、前記第１方向が軸方向となる円筒を得る工程と、前記第１の切込みに挟まれた領域のうち、少なくとも一部の第１領域を円筒の内側に折り曲げ、アンカー部を形成する工程と、前記円筒の内側を樹脂材料で埋め、支持体を成型する工程と、前記円筒に前記軸方向に第２の切込みを複数入れることによって、前記円筒を複数に分離し、前記支持体の周方向に沿って配列した複数の整流子片を得る工程と、を有し、前記第１の銅材料がＡｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有し、前記第２の銅材料がＡｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が前記第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下である、整流子の製造方法に関する。
【００１３】
本発明のさらに他の局面は、上記整流子と、前記整流子と接触摺動するブラシと、固定子と、前記整流子片と接続し、電流が流れることにより前記固定子との間に力を発生させる回転子と、を備える電動機に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐スパーク性に優れた整流子を安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本実施形態に係る整流子の外観を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す整流子片の回転軸を含む面における断面図である。
【図２Ａ】アルミナ高含有銅材料の合成直後のインゴットを示す模式図である。
【図２Ｂ】インゴットを切断して得られる、コアが露出した厚板（中間体）を模式的に示す図である。
【図２Ｃ】厚板を圧延して得られるアルミナ含有銅板の断面図である。
【図３Ａ】整流子片の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図３Ｂ】整流子片の他の製造方法を示す工程断面図である。
【図４】本実施形態に係る整流子を用いて構成した電動機の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の一実施形態に係る整流子は、それぞれが摺動部を有する複数の板状の整流子片と、外周において整流子片を支持するとともに、回転軸を有する回転支持体（以下において、単に「支持体」とも称する）と、を備える。複数の整流子片は、支持体の周面に回転方向に沿って配列している。整流子片の回転軸の軸方向の端部は、第１折れ曲がり部において内周方向に折れ曲がり、第１折れ曲がり部から端部の先端に向かって延びるアンカー部を有する。ここで、摺動部は、少なくともブラシと接触摺動する第１の主面の表層において、Ａｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有する第１の銅材料を含む。一方、アンカー部は、Ａｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下である第２の銅材料で構成されている。
【００１７】
整流子片の回転軸の軸方向の端部は、第２折れ曲がり部において外周方向に折れ曲がり、第２折れ曲がり部から延びて整流子片の外周側に存在するフック部を有していてもよい。フック部は、アンカー部と同様、第２の銅材料を含み得る。フック部は、整流子片を巻線もしくは線材と電気的に接続するために使用され得る。
【００１８】
図１Ａは、本実施形態に係る整流子１０の外観を示す斜視図である。図１Ｂは、整流子１０を構成する整流子片１１の、支持体１２の回転軸を含む面における断面図である。
【００１９】
図１Ａに示すように、整流子１０は、複数の整流子片１１と、支持体１２を備え、回転軸を軸とする円筒状に形成されている。支持体１２は、例えば、樹脂製である。複数の整流子片１１は、支持体１２の外周に密着して形成されるとともに、円筒状の支持体１２の周方向に沿って配列している。
【００２０】
図１Ｂに示すように、整流子片１１は、フック部１３、および、アンカー部１４を有する。なお、アンカー部１４は、支持体１２の内部に埋め込まれている。なお、アンカー部１４は、図１Ａの斜視図において隠れた位置に存在するため、図１Ａでは表示されていない。
【００２１】
具体的に、整流子片１１は、円筒状の支持体１２の軸方向の一方の端部において、端部の一部が折れ曲がり部１３ａにおいて外周方向に折れ曲がっているとともに、残部が折れ曲がり部１４ａにおいて内周方向に折れ曲がっている。また、整流子片１１は、円筒状の支持体１２の軸方向の他方の端部において、少なくとも一部が折れ曲がり部１４ｂにおいて内周方向に折れ曲がっている。これにより、折れ曲がり部１３ａから延びて整流子片１１の外周側に存在する部分は、フック部１３を構成し、折れ曲がり部１４ａ、１４ｂから整流子片１１の内周方向に延びる（整流子片１１の内周側に存在する）部分は、アンカー部１４を構成する。なお、フック部１３は、後述する回転子巻線４２（図４参照）との接続に使用される。アンカー部１４は、整流子１０の回転により生じる遠心力により整流子片１１と支持体１２との接触が外れるのを抑止する。
【００２２】
整流子片１１は、ブラシ（図示せず）との接触が想定される部分に摺動部１５を有している。摺動部１５は、ブラシとの接触面である第１の主面の表層全体が、第１の銅材料で構成されている。なお、支持体１２との接触面である第２の主面の表層全体が、第１の銅材料で構成されていてもよい。ただし、少なくとも折れ曲がり部１３ａ、１４ａ、１４ｂは、第２の銅材料で構成されている。なお、整流子片１１の摺動部１５を除く残部全てが、第２の銅材料で構成されていてもよい。
【００２３】
摺動部１５は、ブラシとの接触が想定される部分であり、ブラシとの接触により摩耗し易い。加えて、摺動部とブラシとの間にスパークが発生し得る。スパークが発生すると、ブラシが摩耗する。このため、摺動部には、耐摩耗性および耐スパーク性に優れた材料が用いられる。整流子片１１では、摺動部１５の少なくとも第１の主面の表層が第１の銅材料で形成されているため、高い耐摩耗性を有するとともに、耐スパーク性が向上している。これにより、ブラシの摩耗が抑制され、高寿命の電動機を実現できる。
【００２４】
一方で、第１の銅材料は銀入り銅などよりも硬さ（ビッカース硬さ）が硬く、曲げ加工が難しい。整流子片の全体を第１の銅材料で形成する場合、アルミナ含有量にも依るが、アンカー部および／またはフック部の加工をプレスまたは切削により行う必要が生じ、安価に製造できないという問題があった。
【００２５】
本実施形態において、整流子片１１の折れ曲がり部１３ａおよび折れ曲がり部１４ａ、１４ｂは、第２の銅材料で形成されている。このため、フック部１３およびアンカー部１４を曲げ加工で形成することができ、安価な製造方法を採用できる。
【００２６】
整流子は、整流子片の元となる金属板を円筒形状に曲げ加工し、円筒の内側を、シャフト取り付け部分を除いて、樹脂などの成形材料で埋めて成形体を得た後、円筒の軸方向に成形体に切込みを入れることで安価に製造することができる。切込みにより、円筒形状の金属板は軸方向に切断され、周方向に配列した複数の整流子片に分離される。個々の整流子片は、成形体に支持されている。さらに、円筒の上端部または下端部（軸方向における両端部）を内周側に折り曲げ、アンカー部を形成することが行われる。アンカー部は、整流子片と支持体との密着性を高め、整流子の回転により発生する遠心力により整流子片が支持体から剥がれるのを抑制する役割を有する。また、円筒の上端部または下端部の一部を外周側に折り曲げ、巻線もしくは線材と接続するためのフック部を形成することが行われる。
【００２７】
第１の銅材料によって形成された金属板を用いて、上記の製造方法で整流子を製造する場合、整流子片を折り曲げ、アンカー部およびフック部を形成することが難しい。アンカー部の形成が難しいことから、整流子の回転で生じる遠心力によって整流子片が支持体から剥がれ落ちないように、整流子片と支持体との密着性を他の方法で担保することが望まれる。この点で、第１の銅材料を用いた整流子片は、とりわけ高速回転が要求される電動機において安価に利用し難い。
【００２８】
これに対し、本実施形態に係る整流子では、折れ曲がり部１４ａ、１４ｂは、Ａｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下の第２の銅材料（好ましくは、純銅）で構成されている。これにより、曲げ加工によってアンカー部を形成でき、安価な製造方法を用いて整流子を製造できる。
【００２９】
整流子片の摺動部１５におけるＡｌ２Ｏ３含有量は、折れ曲がり部１３ａ、１４ａ、１４ｂにおけるＡｌ２Ｏ３含有量よりも多く、整流子片内でＡｌ２Ｏ３の含有量に分布を有する。このような整流子片（金属板）を得る方法については、後述する。
【００３０】
ここで、銅材料とは、銅の割合が８０質量％以上の材料をいい、純銅または銅を主成分とする合金、または、これらにＡｌ２Ｏ３を含ませた材料等を意味する。純銅とは、銅の割合が９９．９質量％以上のものをいう。銅を主成分とする合金とは、ここでは、銅と銅以外の第２金属とを含む合金であって、銅の割合が８０質量％以上のものをいう。銅材料には、Ａｌ２Ｏ３以外の材料または元素が、意図的にあるいは不可避的に含まれていてもよい。ただし、銅を主成分とする合金におけるＡｌ２Ｏ３の含有量は、０．１質量％未満である。
【００３１】
第１の銅材料のＡｌ２Ｏ３含有量は、０．１質量％以上であれば、十分な耐スパーク性が得られ、ブラシの摩耗を抑制できる。一方、Ａｌ２Ｏ３含有量を２質量％以下とすることで、第１の銅材料の硬さ（ビッカース硬さ）が高くなりすぎず、整流子片を円筒状に加工し易くなる。また、使用時の発熱が大きくなり難い。安価な製造方法を可能とし、使用時の発熱を低く抑える観点から、第１の銅材料のＡｌ２Ｏ３の含有量は、０．１質量〜２質量％の範囲とする。
【００３２】
摺動部１５は、上述の通り、整流子片のブラシと接触し得る部分である。摺動部のブラシと接触摺動する第１の主面は、上記円筒の外周面に対応する。第１の銅材料は、少なくとも第１の主面から一定の深さの表層（以下において、摺動層と称することがある）に存在していればよい。十分な耐スパーク性を得る観点から、摺動層の厚みは、１００μｍ以上が好ましい。
摺動部１５の第１の主面の裏面（第２の主面）は、支持体１２と接触している。整流子片１１は、支持体１２との接触領域の一定の深さに渡って第１の銅材料で形成されていてもよいし、第２の銅材料で形成されていてもよい。摺動部１５の全体が第１の銅材料で形成されていてもよい。
【００３３】
摺動層における第１の銅材料のＡｌ２Ｏ３含有量は、整流子片の第１の主面のブラシとの接触摺動が想定される領域内において、深さが１００μｍ以下の表層におけるＡｌ２Ｏ３含有量をＪＩＳ  Ｈ  １０５７：１９９９に準じて測定し（ＩＣＰ発光分析法が望ましい）、複数の異なる測定深さ（例えば、１０点）における測定値を平均することにより求められる。
【００３４】
これに対し、折れ曲がり部１４ａ、１４ｂにおける第２の銅材料のＡｌ２Ｏ３含有量が０．１質量％以下であれば、容易にアンカー部１４を曲げ加工により容易に形成することができる。同様に、折れ曲がり部１３ａにおける第２の銅材料のＡｌ２Ｏ３含有量が０．１質量％以下であれば、容易にフック部１３を曲げ加工により容易に形成することができる。なお、第２の銅材料のＡｌ２Ｏ３含有量は、ゼロであってもよい。
【００３５】
フック部１３および折れ曲がり部１３ａにおけるＡｌ２Ｏ３含有量は、低ければ低いほど好ましい。フック部における抵抗成分を低くでき、使用時の発熱を抑制できるからである。したがって、第２の銅材料は、Ａｌ２Ｏ３を実質的に含まないことが好ましい。具体的に、第２の銅材料は、Ａｌ２Ｏ３を実質的に含まない銀入り銅であってもよく、あるいはＡｌ２Ｏ３を実質的に含まない銅材料（例えば、純銅）であってもよい。なお、Ａｌ２Ｏ３を実質的に含まないとは、銅材料の全体に占めるＡｌ２Ｏ３の含有量が０．００１質量％以下であることを意味する。
【００３６】
アンカー部１４、フック部１３、および／または折れ曲がり部１３ａ、１４ａ、１４ｂの任意の箇所における第２の銅材料のＡｌ２Ｏ３含有量は、摺動層と同様、ＪＩＳ  Ｈ  １０５７：１９９９に準じて測定（ＩＣＰ発光分析法が望ましい）される。
【００３７】
整流子片１１の支持体１２と接触する面（第２の主面）は粗面化されていることが好ましい。支持体１２との接触面が粗面化されていることにより、整流子片１１と支持体１２との接触面積を大きくでき、密着性を高めることができる。これにより、回転により発生する遠心力によって、整流子片が支持体から剥がれることが一層抑制される。
【００３８】
粗面化は、例えば、整流子片の元となる金属板のエッチングにより行うことができる。エッチング液は、例えば、硫酸と過酸化水素を含む水溶液、あるいは、塩化第２鉄の水溶液を用いることができる。粗面化は、少なくとも金属板の第２の主面に対して行えばよいが、金属板の全体に対してエッチング処理を行っても構わない。すなわち、金属板をエッチング液に浸漬し、エッチング処理を行ってもよい。通常、整流子電動機の組み立てにおいて、整流子をシャフトに取り付け後に、シャフトと整流子外周との同心度を高めるため、整流子の外周表面を切削することが行われる。したがって、第２の主面とともに、整流子片の回転支持体と接触しない面（第１の主面）が粗面化される場合であっても、第１の主面に形成された粗面化部分はこの工程により除去され、粗面化されていない部分が第１の主面に露出する。
【００３９】
銀入り銅やアルミナ分散銅で構成された金属板をエッチングすることによって、表面部に凹部が形成される。しかしながら、第１の銅材料のようなアルミナ分散銅で構成された金属板をエッチングする場合、エッチング後のアルミナ分散銅板の表面粗さは、同一の条件で銅板をエッチングした場合の表面粗さよりも大きい。この結果、アルミナ分散銅で構成された整流子片と支持体との密着性を高められ、整流子の回転によって生じる遠心力に対抗できる。
【００４０】
したがって、整流子片１１の支持体１２との接触領域は第１の銅材料で構成され、接触領域の支持体と接触する表面には粗面化された第１の銅材料が露出していることがより好ましい。
【００４１】
上記の摺動部１５の少なくとも表層が第１の銅材料で構成され、且つ、折れ曲がり部１３ａ、１４ａ、１４ｂが第２の銅材料で構成された整流子片１１は、例えば、下記の方法により製造することができる。
【００４２】
図２Ａに、アルミナ分散銅材料（第１の銅材料）の合成直後のインゴットの状態を模式的に示す。図２Ａでは、合成直後のインゴット２００を模式的に円柱形状として示している。なお、インゴット２００は円柱形状に限られず、たとえば四角柱状であってもよい。インゴット２００は、通常、内部に第１の銅材料のコア２０１を有し、コア２０１が第２の銅材料のスキン層２０２で覆われた状態で得られる。スキン層２０２は、通常、純銅である。通常、インゴット２００からスキン層２０２を予め除去したコア２０１のみを用いる。そして、スキン層２０２を除去して得られたアルミナ高含有銅材料は、例えば切削加工などによって所望の形状に加工される。
【００４３】
本実施形態では、スキン層２０２を除去する前のインゴット２００を、例えば、図２Ａの円柱の軸方向に平行な切断面Ｘ１および切断面Ｘ２で切断して３つの部分に分離し、切断面Ｘ１および切断面Ｘ２を両面とする厚板２０３（中間体）を得る。厚板２０３は、図２Ｂに示すように、切断面の両面において第１の銅材料であるコア２０１が露出している一方で、厚板２０３の４辺の端部には第２の銅材料であるスキン層２０２が露出する。さらに、厚板２０３を圧延し、アルミナ含有銅板を得る。
【００４４】
図２Ｃは、圧延後のアルミナ含有銅板２０４の厚み方向の断面図を模式的に示している。アルミナ含有銅板２０４は、アルミナ含有量の高い第１の銅材料層２０４Ａと、第１の銅材料層２０４Ａよりもアルミナ含有量の低い第２の銅材料層２０４Ｂと、を有する。アルミナ含有銅板２０４を切断面Ｘ１あるいは切断面Ｘ２に対応する面から見た場合、第２の銅材料層２０４Ｂは、アルミナ含有銅板２０４の端部領域に、第１の銅材料層２０４Ａを囲むように形成されている。また、アルミナ含有銅板２０４を厚み方向の断面から見た場合、第２の銅材料層２０４Ｂは第１の銅材料層２０４Ａの両端に形成されている。
【００４５】
アルミナ含有銅板２０４を用いて整流子１０（整流子片１１）を製造する場合、アルミナ含有銅板２０４を所定の幅で切断し、４辺の端部領域に形成された第２の銅材料層２０４Ｂのうち、対向する２辺に存在する第２の銅材料層２０４Ｂを除去する。その後、アルミナ含有銅板２０４を、残りの２辺に存在する第２の銅材料層２０４Ｂが円筒の軸方向の両端部に位置するように円筒形状に加工し、さらに、円筒の軸方向の端部にフック部１３およびアンカー部１４を形成する。円筒の軸方向の端部は第２の銅材料層２０４Ｂで形成されているため比較的硬度が小さく、第２の銅材料層２０４Ｂ内の所定位置でアルミナ含有銅板２０４を折り曲げ、フック部１３およびアンカー部１４を曲げ加工により容易に形成することができる。一方、ブラシと接触摺動が想定される摺動部１５は、第１の銅材料層２０４Ａで構成されているため硬く、且つ耐摩耗性も高く、耐スパーク性を高めることができる。
【００４６】
なお、アルミナ含有銅板２０４を得る際に、厚板２０３の対向する２辺に存在するスキン層２０２を除去した後で、厚板２０３を圧延してもよい。
【００４７】
また、図２Ａにおいて、切断面Ｘ１および切断面Ｘ２により分離されるインゴット２００の厚板２０３を除く残り２つの中間体の何れか一方を圧延してもよい。この場合、中間体は、片面が切断面Ｘ１または切断面Ｘ２であり、片面において第１の銅材料層２０４Ａとなるコア２０１が露出している。中間体の圧延により、一方の主面の表層に第１の銅材料層２０４Ａを有し、他方の主面および端部領域に第２の銅材料層２０４Ｂが形成されたアルミナ含有銅板が得られる。この中間体を用いて整流子１０を製造する場合、第１の銅材料層２０４Ａが外周側に位置するように、アルミナ含有銅板を円筒形状に曲げ加工を施せばよい。
【００４８】
アルミナ含有銅板２０４の端部における第２の銅材料層２０４Ｂの幅Ｗ１およびＷ３、および、第１の銅材料層２０４Ａの幅Ｗ２は、インゴット２００の大きさあるいは厚板２０３の厚み、あるいは、圧延加工における条件等を変えることにより、適宜調節される。幅Ｗ２に対するＷ１およびＷ３の比率は、どちらも０．１以上であればよい。フック部１３の加工を容易とするために、Ｗ１およびＷ３のうち、フック部１３を形成する一方の幅を他方よりも長くしてもよい。より具体的に、幅Ｗ１の第２の銅材料層２０４Ｂにフック部１３を形成する場合、Ｗ１／Ｗ２が０．２〜０．５の範囲にあり、Ｗ３／Ｗ２が０．１〜０．３の範囲にあることが好ましい。
【００４９】
また別の整流子片の製造方法を以下に示す。図３Ａおよび図３Ｂは、整流子片の他の製造方法を示す工程断面図である。
【００５０】
図３Ａの断面図に示すように、第１の銅材料で形成されたアルミナ高含有銅板（例えば、アルミナ分散銅板）２１１を、第２の銅材料で形成されたアルミナ低含有銅板（例えば、純銅板）２１２の上に重ねる。このとき、銅板２１１の一方向の幅が、銅板２１２の同方向の幅よりも狭いものを用いる。銅板２１２は、その端部において、銅板２１１が上に積層されていない領域を有する。次に、銅板２１２の端部を、端部の一部が銅板２１１の上に重なるようにして内側に折り曲げる。
【００５１】
続いて、端部が折り曲げられた銅板２１２と銅板２１１との積層板を圧延すると、図３Ｂの断面図に示すアルミナ含有銅板２１４が得られる。アルミナ含有銅板２１４は、アルミナ含有量の高い第１の銅材料層２１４Ａと、層２１４Ａよりもアルミナ含有量の低い第２の銅材料層２１４Ｂを有する。層２１４Ａは図３Ａの銅板２１１に、層２１４Ｂは図３Ａの銅板２１２に、それぞれ対応する。アルミナ含有銅板２１４は、一方の主面において、第１の銅材料層２１４Ａが露出しているとともに、アルミナ含有銅板２１４の両端部には第２の銅材料層２１４Ｂが存在する。
【００５２】
アルミナ含有銅板２１４を用いて整流子１０を製造する場合、一方の端部に存在する第２の銅材料層２１４Ｂから他方の端部に存在する第２の銅材料層２１４Ｂに向かう方向が回転軸の軸方向となり、且つ、第１の銅材料層２１４Ａが外周側に位置するように、アルミナ含有銅板２１４を円筒形状に曲げ加工し、さらに、円筒の軸方向の端部にフック部１３およびアンカー部１４を形成する。アルミナ含有銅板２１４の端部は第２の銅材料層２１４Ｂで形成されているため、第２の銅材料層２１４Ｂ内の所定位置でアルミナ含有銅板２１４を折り曲げ、フック部１３およびアンカー部１４を曲げ加工により容易に形成することができる。一方、ブラシと接触摺動が想定される摺動部１５は、第１の銅材料層２１４Ａで構成されているため、耐スパーク性を高めることができる。
【００５３】
アルミナ含有銅板２１４の端部における層２１４Ｂの幅Ｗ１およびＷ３、および、アルミナ含有銅板２１４の表層における層２１４Ａの幅Ｗ２は、銅板２１１、２１２の幅および銅板２１２の折り曲げ幅、ならびに、圧延加工における条件等を変えることにより、適宜調節される。幅Ｗ２に対するＷ１およびＷ３の比率は、どちらも０．１以上であればよい。フック部の加工を容易とするために、Ｗ１およびＷ３のうち、フック部を形成する一方の幅を他方よりも長くしてもよい。より具体的に、幅Ｗ１の層２１４Ｂにフック部を形成する場合、Ｗ１／Ｗ２が０．２以上であることが好ましい。
【００５４】
摺動部１５に用いる第１の銅材料は、ビッカース硬さが１５０ＨＶ以上の材料であることが好ましい。これにより、耐摩耗性に優れた整流子１０を実現できる。
一方で、ビッカース硬さが高くなるに伴って、アルミナ含有銅板を円筒形状に曲げ加工し難くなる。また、整流子１０の導電率が低下し、整流子１０へ電流を印加した際の発熱が大きくなり易い。そこで、安価な製造方法を採用可能とし、使用時の発熱を低く抑える観点から、第１の銅材料のビッカース硬さは、２５０ＨＶ以下とするとよい。
【００５５】
第１の銅材料は、Ａｌ２Ｏ３の他に、Ｃｒおよび／またはＺｒを含んでいてもよい。Ｃｒおよび／またはＺｒを含む銅合金は高い硬度を有し、耐スパーク性にも優れている。したがって、Ｃｒおよび／またはＺｒを含む第１の銅材料を摺動部１５に用いることで、耐摩耗性および耐スパーク性が向上され得る。また、整流子片１１の支持体１２との接触面（第２の主面）を粗面化する場合、接触面の表層がＣｒおよび／またはＺｒを含む第１の銅材料で構成されていることで、粗面化度を高めることができる。
【００５６】
なお、ビッカース硬さは、正四角錐のピラミッド型に形成されたダイヤモンド製の圧子を被試験物の表面に押し込み、そのときにできる凹み（圧痕）の面積の大小に基づいて、被試験物の硬さを表したものである。ビッカース硬さは、押し込みに要した試験力を凹みの面積で割った値として求められる。ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に準じて測定される。上記の材料において、一般に、Ａｌ２Ｏ３、ＣｒおよびＺｒの含有量を多くするほど、ビッカース硬さは硬くなる。
【００５７】
本開示の一実施形態に係る整流子の製造方法は、例えば、下記の工程（ｉ）〜（ｖｉ）を含む。
（ｉ）摺動領域と、摺動領域を挟んで互いに対向する一対の端部領域とを有し、摺動領域の少なくとも第１の主面の表層が第１の銅材料で形成され、端部領域が第２の銅材料で形成された金属板を得る工程、
（ｉｉ）金属板の端部領域に、一対の端部領域の一方から他方に向かう第１方向に沿って複数の第１の切込みを入れる工程、
（ｉｉｉ）金属板を曲げ加工し、第１の主面が外周側に位置し、第１方向が軸方向となる円筒を得る工程、
（ｉｖ）第１の切込みに挟まれた領域のうち、少なくとも一部の第１領域を円筒の内側に折り曲げ、アンカー部を形成する工程、
（ｖ）円筒の内側を樹脂材料で埋め、支持体を成型する工程、および、
（ｖｉ）円筒に軸方向に第２の切込みを複数入れることによって、円筒を複数に分離し、支持体の周方向に沿って配列した複数の整流子片を得る工程。
【００５８】
ここで、工程（ｉ）において、第１の銅材料としてＡｌ２Ｏ３を０．１質量％〜２質量％含有するものを用い、第２の銅材料としてＡｌ２Ｏ３を含まないか、Ａｌ２Ｏ３の含有量が第１の銅材料よりも低く且つ０．１質量％以下のものを用いる。金属板を得る工程（ｉ）は、例えば、下記の工程（ｉ−ａ）〜（ｉ−ｃ）を含むことが好ましい。
（ｉ−ａ）第１の銅材料で構成されたコア、および、コアを覆い、第２の銅材料で形成されたスキン層を有するインゴットを準備する工程、
（ｉ−ｂ）インゴットを切断し、切断面においてコアおよびコアを挟んで対向するスキン層が露出した中間体を得る工程、および、
（ｉ−ｃ）中間体を圧延し、少なくとも切断面の表層に存在するコアから摺動領域を形成し、コアを挟んで対向するスキン層から端部領域を形成する工程。
【００５９】
また、中間体の圧延後に、コアの第１の主面の裏面である第２の主面を粗面化してもよい。
【００６０】
また、工程（ｉｉｉ）の後に、第１の切込みで挟まれた領域のうち第１領域を除く第２領域を円筒の外側に折り曲げ、フック部を形成してもよい。
【００６１】
図４は、本実施形態の整流子１０を用いて構成した電動機（モータ）の一例を示す要部断面図である。しかしながら、本開示はこの電動機の構成に限られるものではない。図４に示すように、電動機１００は、整流子１０と、ブラシ２０と、固定子３０と、回転子４０と、を備える。これらは、例えば、図示しない円筒状のケース内に収納され得る。
【００６２】
ブラシ２０は、整流子１０と所定の圧力で接触摺動し、整流子片１１に接続する回転子巻線４２に電流を供給する。ブラシ２０は、一対で設けられ、整流子１０を挟むように対向する位置に配置されている。ブラシ２０の一端は、整流子１０の摺動部１５（摺動層）と接触するとともに、ブラシ２０の整流子１０と接触しない他端は、例えばケースなどに固定されている。ブラシ２０の他端は、一端で整流子１０を所定の圧力で押圧するように、バネを介してケースに固定されてもよい。ただし、ケースが導電性材料によって形成されている場合、ブラシ２０は樹脂などのような絶縁材料を介してケースに固定される。ブラシ２０の材質は、例えば、人造黒鉛などのカーボンが用いられる。
【００６３】
電動機１００は駆動電流を供給する端子（図示せず）を有している。ブラシ２０は、ブラシ２０に電流を供給するための配線（図示せず）を介して端子と電気的に接続されている。これにより、ブラシ２０は、整流子１０と接触摺動しながら、整流子片１１を介して回転子巻線４２に電流を供給することができる。
【００６４】
固定子３０は、例えば、界磁コア３１と、界磁巻線３２と、を備える。界磁コア３１は、例えば所定形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成され得る。界磁巻線３２は、界磁コア３１に巻き付けられている。固定子３０は、永久磁石であってもよい。
【００６５】
界磁コア３１の形状は略円筒形状であるが、内側に突起部分が、円筒の周方向において複数箇所に形成されており、この突起部分に界磁巻線３２が巻き付けられる。界磁巻線３２により、磁極部が形成される。固定子３０は、界磁巻線３２に電流を流すことにより、磁極部において回転子４０の回転に依らず常に一定の界磁を生成する。
【００６６】
回転子４０は、回転子コア４１と、回転子巻線４２と、シャフト４３と、を備える。回転子コア４１は、例えば所定形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成され得る。回転子巻線４２は、回転子コア４１に巻き付けられている。回転子巻線４２の一部はシャフト４３の軸芯方向に沿って回転子コア４１からはみ出でており、コイルエンド３５となっている。図示例では、回転子巻線４２の巻き方は分布巻であるが、集中巻としてもよい。
【００６７】
回転子コア４１は、複数の突起部分（ティース部）４４を有し、隣り合う突起部分４４との間にスロット部４６を有する。突起部分４４のそれぞれに回転子巻線４２が巻き付けられ、回転子巻装体を構成している。すなわち、回転子巻線４２は、突起部分４４に巻き付けられた複数の回転子巻装体を含む。それぞれの回転子巻装体において、巻き始めの部分と巻き終わり部分とに渡り線４２ａが存在する。渡り線４２ａは、整流子１０の整流子片１１の対応する１つと接続されている。
【００６８】
それぞれの整流子片１１の回転子コア４１側の端部には、フック部１３が設けられている。フック部１３において、渡り線４２ａと整流子片１１とが接合された接合部が形成されている。
【００６９】
シャフト４３は、回転子コア４１の中心を貫通するように回転子コア４１と結合している。また、シャフト４３は、円筒形状の整流子１０の中心を貫通するように整流子１０と結合している。整流子１０および回転子コア４１は、それぞれ、焼きバメ等の方法によりシャフト４３と接合させることができる。
【００７０】
回転子４０は、回転子コア４１と固定子３０の磁極部とが対向するように、固定子３０の内周側に挿通され、配置されている。
【００７１】
電動機１００において、外部から駆動端子などへ電力が供給されると、回転子電流がブラシ２０および整流子１０を介して回転子巻線４２に流れるとともに、界磁電流が固定子３０の界磁巻線３２に流れる。界磁電流によって界磁コア３１に発生した磁束と、回転子巻線４２に流れる回転子電流との間に働く力により、回転子４０が回転する。このとき、整流子１０も同様に回転する。整流子１０は、常に一定の方向の回転力が働くように、回転子４０の回転に応じて、ブラシ２０と接触する整流子片１１を切替え、回転子電流が流れる回転子巻線４２、および、回転子電流の向きを切替える。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の整流子は、電動機の高寿命化が可能であり、電気自動車の駆動用モータ、および、家庭用掃除機や送風機に含まれる吸排気ファン用のモータなど、種々のモータに利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０：整流子、１１：整流子片、１２：支持体、１３：フック部、１３ａ：折れ曲がり部（第２折れ曲がり部）、１４：アンカー部、１４ａ、１４ｂ：折れ曲がり部（第１折れ曲がり部）、１５：摺動部、２０：ブラシ、３０：固定子、３１：界磁コア、３２：界磁巻線、３５：コイルエンド、４０：回転子、４１：回転子コア、４２：回転子巻線、４２ａ：渡り線、４３：シャフト、４４：突起部分（ティース部）、４６：スロット部、１００：電動機、２００：第１の銅材料の合成直後のインゴット、２０１：コア、２０２：スキン層、２０３：厚板（中間体）、２０４、２１４：アルミナ含有銅板、２０４Ａ、２１４Ａ：第１の銅材料層、２０４Ｂ、２１４Ｂ：第２の銅材料層、２１１：アルミナ高含有銅板、２１２：アルミナ低含有銅板
【図１Ａ】
2020102963.tif 000003
【図１Ｂ】
2020102963.tif 000004
【図２Ａ】
2020102963.tif 000005
【図２Ｂ】
2020102963.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2020102963.tif 000008
【図３Ｂ】
2020102963.tif 000009
【図４】
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