(57)【要約】【課題】生産性が高く、且つ整流子片の配置精度の高い回転電機用の整流子の製造方法を提供する。【解決手段】回転電機に用いられる整流子の製造方法において、一般の成型温度以下（例えば１５０℃）に加熱した熱硬化性樹脂を第１の金型２０に射出することにより、回転軸５が挿入される貫通孔１１ａが形成され、貫通孔１１ａと平行な保持溝１１ｂおよび嵌合溝１１ｃを外周部に複数備えた略円筒状の樹脂胴体１１を成形する（ステップ２）。嵌合溝１１ｃに嵌合する嵌合突起１２ｃおよびブラシ８が摺接する断面円弧状の摺接面１２ａを備えた複数の整流子片１２を樹脂胴体１１の外周部に配置する（ステップ３）。これを第２の金型３０にセットし、熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上の温度（例えば２００℃）で樹脂胴体１１を圧縮することにより、整流子片１２の摺接面１２ａを樹脂胴体１１の貫通孔１１ａと同軸の円筒面上に配置する（ステップ４）。【選択図】図４
2010057215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機に用いられる整流子の製造方法であって、
回転軸が挿入される貫通孔と、前記貫通孔の軸方向に平行で外周部において周方向に配置される複数の保持溝とを備え、当該保持溝の底部に嵌合溝が形成された略円筒状の樹脂胴体を成形するための第１の金型を用意するステップと、
熱硬化性樹脂を第１の金型に射出することにより、前記樹脂胴体を成形するステップと、
ブラシ摺接面と当該ブラシ摺接面と相反する側に形成された嵌合突起とを備えた整流子片を複数用意するステップと、
前記嵌合突起が前記嵌合溝に嵌合するように前記複数の整流子片を前記複数の保持溝に配置するステップと、
前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を圧縮成形するための第２の金型を用意するステップと、
前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を第２の金型にセットし、前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上の温度で圧縮成形することにより、前記整流子片の摺接面を前記樹脂胴体と同軸の円筒面上に配置するステップと
を備えたことを特徴とする整流子の製造方法。
【請求項２】
前記第２の金型は、前記貫通孔を成形するための円柱状の突部を備え、前記樹脂胴体を軸方向に圧縮することを特徴とする、請求項１に記載の整流子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電動機や直流発電機のような回転電機に用いられる整流子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電動機や直流発電機のような回転電機に用いられる整流子の製造方法として、整流子片が連結した円筒状の整流子片母材を金型にセットし、整流子片母材の内側に樹脂を射出してインサート成形することによって整流子片母材と樹脂胴体とが一体とされて整流子の母材を作成し、整流子片母材を周方向に所定のピッチで切削することにより、電気的に独立した複数の整流子片が外周部に配置された整流子を形成する方法が知られている。この方法は、整流子片の配置精度および整流子片と樹脂胴体との密着性を確保することができるが、製造設備が大型化、高額化することから、整流子の製造コストが割高となる傾向がある。
【０００３】
一方、安価な製造コストで整流子を製造する方法として、筒状の樹脂胴体の外周部に軸方向に延びる嵌合溝を複数形成し、各被嵌合部に対して整流子片を嵌め込むことによって樹脂胴体の外周部に複数の整流子片を配置した整流子を製造する方法がある。この製造方法は、製造設備が簡易で済む上、製造工数が少ないために生産性も高い。
【０００４】
ところが、この方法では樹脂胴体に対する整流子片の嵌合精度が不足し、整流子片が径方向外側へ浮き上がる虞がある。そこで、樹脂胴体の外周部に突起状の支持部を形成し、この支持部を外側から包み込み且つ支持部の基端側に形成された嵌合溝に嵌合する一対の挟持部を整流子片に形成し、これにより、整流子片を樹脂胴体に確実に固定する発明が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１０２２２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
整流子は、モータ等の回転軸に一体的に取り付けられ、その外周面にブラシが当接した状態で回転軸と共に回転するため、各整流子片の摺接面が回転軸を中心とする真円筒面上に配置されることが望まれる。しかしながら、整流子片を樹脂胴体に嵌め込むことで整流子片を樹脂胴体の外周部に配置した整流子の製造方法は、設備費や生産性の面でインサート成形による製造方法に比べて優位性を有するが、整流子片と樹脂胴体との間に隙間が生じ易いため、整流子片の配置精度が劣ってしまう。この問題は特許文献１の発明においても同様に存在する。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、生産性が高く、且つ整流子片の配置精度の高い回転電機用の整流子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、回転電機に用いられる整流子の製造方法であって、回転軸が挿入される貫通孔と、前記貫通孔の軸方向に平行で外周部において周方向に配置される複数の保持溝とを備え、当該保持溝の底部に嵌合溝が形成された略円筒状の樹脂胴体を成形するための第１の金型を用意するステップと、熱硬化性樹脂を第１の金型に射出することにより、前記樹脂胴体を成形するステップと、ブラシ摺接面と当該ブラシ摺接面と相反する側に形成された嵌合突起とを備えた整流子片を複数用意するステップと、前記嵌合突起が前記嵌合溝に嵌合するように前記複数の整流子片を前記複数の保持溝に配置するステップと、前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を圧縮成形するための第２の金型を用意するステップと、前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を第２の金型にセットし、前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上の温度で圧縮成形することにより、前記整流子片の摺接面を前記樹脂胴体と同軸の円筒面上に配置するステップとを備えたものとする。
【０００８】
この場合、前記第２の金型は、前記貫通孔を成形するための円柱状の突部を備え、前記圧縮成形する際に、前記樹脂胴体を軸方向に圧縮するようにするとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の金型で硬化温度を低くしガラス転移温度を下げた樹脂胴体を成形することにより、熱硬化性樹脂による予備成形が行われ、整流子片を保持溝に配置した後に第２の金型で樹脂胴体をガラス転移温度以上の温度で圧縮成形することにより、樹脂胴体が塑性変形し、整流子片の摺接面が樹脂胴体と同軸の円筒面をなす第２の金型に沿って配置されるように変形、硬化するため、整流子片の摺接面の位置精度を向上させることができる。また、本製造方法は、インサート成形をする必要がなく、スリット加工を施す必要もないため、簡易な設備で済み、投資設備費用が抑制される。したがって、整流子を安価に製造することができ、多機種の電動機に対応して形状や寸法の異なる複数モデルの整流子を容易に製造することができる。更に、インサート成形を用いた製造に比べて整流子の製造サイクルタイムも短縮されるため、生産性も向上する。
【００１０】
また、前記第２の金型が前記貫通孔を成形するための円柱状の突部を備え、前記樹脂胴体を軸方向に圧縮することにより、樹脂胴体の貫通孔の精度を高めることができる。これにより、整流子の貫通孔に対する内径加工を省略することができ、更なる低コスト化、生産性の向上が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る整流子１０を適用した電動モータ装置の断面図である。電動モータ装置は、車両に搭載される窓開閉用の電動モータ装置であって、ブラシ付きＤＣモータ（以下、単にモータ１と記す）とそのヨークを兼ねる有底円筒状のケーシング２に一体的に結合された減速装置３とにより構成されている。
【００１３】
図示例のモータ１は、ケーシング２内に回転自在に受容された回転子４と、回転子４を外囲するようにケーシング２の対応する内周面に配設された複数の永久磁石７と、回転子４に摺接するブラシ８とを備える一般的な構造のＤＣモータである。回転子４は、ケーシング２に回転自在に保持された金属製の回転軸５と、回転軸５に同軸かつ一体に設けられたアーマチュア６と、アーマチュア６に隣接して回転軸５に同軸かつ一体に取り付けられた略円筒状の整流子１０とから構成される。ブラシ８は、ケーシング２に取り付けられたブラシホルダにより支持されており、整流子１０の外周面に摺接している。
【００１４】
回転軸５は、ケーシング２から突出する側において、減速装置３の樹脂製のボディ内に延在するとともに、減速装置３内に設けられた２つの軸受９ａ，９ｂによって軸支されている。また、回転軸５は、ケーシング２の減速装置３と相反する側に設けられた軸受９ｃによって端部が軸支されている。減速装置３側へ突出した回転軸５の中間部分には、ウォーム５ａが一体形成されており、ウォーム５ａにウォームホイール１７がギア結合することにより、減速装置３が構成されている。なお、ウォームホイール１７の軸が、図示しない窓を開閉するためのレギュレータのリンク機構を駆動する本モータ装置の出力軸となっている。
【００１５】
図２は実施形態に係る整流子１０の縦断面図であり、図３は図２中のIII−III断面図である。図２，３に示すように、整流子１０は、略円筒状の樹脂胴体１１と、樹脂胴体１１の外周部に周方向に等間隔に複数配置された銅製の整流子片１２とから構成される。樹脂胴体１１は、回転軸５が挿入される貫通孔１１ａと、整流子片１２を保持するために外周部に形成された貫通孔１１ａと平行な複数の保持溝１１ｂと、整流子片１２を嵌着させるために保持溝１１ｂの底部に形成された嵌合溝１１ｃとを備えている。整流子片１２は、全てが略扇状の同一形状に形成されており、それぞれが、整流子１０の径方向外側（弧側）に配置された円弧状の摺接面１２ａと、整流子１０の軸線Ａ方向の一端部にて径方向外側へ向けて突出するライザ１２ｂと、整流子１０の径方向内側にて整流子１０の周方向両側へ突出して嵌合溝１１ｃに嵌合する嵌合突起１２ｃとを備えている。整流子片１２は、電気的に独立した状態に配置されており、樹脂胴体１１の外周面から突出した部分が互いに隣接する整流子片１２との間にスリット１３を形成している。
【００１６】
次に、整流子１０の製造方法について説明する。図４は整流子１０の製造方法を示すフローチャートであり、図５〜図８は整流子１０の製造方法に関する説明図であって、図５は第１の金型２０を一部破断して示す斜視図を、図６は樹脂胴体１１の横断面図を、図７は整流子１０の縦断面図を、図８は整流子１０がセットされた第２の金型３０の断面図をそれぞれ示している。
【００１７】
先ず、整流子１０を製造するための準備工程を行う（ステップ１）。詳しくは、回転軸５が挿入される貫通孔１１ａが形成され、貫通孔１１ａと平行な複数の嵌合溝１１ｃを外周部に備えた略円筒状の樹脂胴体１１を成形するために、第１の金型２０（図５参照）を用意する。また、摺接面１２ａ、ライザ１２ｂおよび嵌合突起１２ｃを備えた複数の整流子片１２を用意する。更に、整流子片１２をその摺接面１２ａが樹脂胴体１１と同軸の円筒面となるように配置すべく、樹脂胴体１１を圧縮成形するための第２の金型３０（図８参照）を用意する。
【００１８】
図５に示すように、第１の金型２０は、樹脂胴体１１の外周面を成形するための中型２１と、樹脂胴体１１の軸方向両端面を成形するための上型２２および下型２３とから構成されており、これらがキャビティ２４を形成している。下型２３の中央部には、回転軸５が挿入される樹脂胴体１１の貫通孔１１ａを成形するために、その上面が上型２２に当接するポスト２３ａが突設されている。図示は省略するが、第１の金型２０には、射出形成機のノズルが接合するスプルーや、スプルーに開口してノズルから射出された樹脂をキャビティに導くランナおよびゲート、キャビティ２４内の空気やガスを排出するエアベント等が形成されている。
【００１９】
次に、第１の金型２０のキャビティ２４に対し高強度フェノール樹脂を射出して図６に示す樹脂胴体１１を成形する（ステップ２）。高強度フェノール樹脂としては、ガラス繊維を補強材としたフェノール樹脂が使用される。なお、フェノール樹脂の硬化温度は一般に１６０℃〜１９０℃とされている。本実施形態では、第１の金型２０および高強度フェノール樹脂の温度は、フェノール樹脂の一般的な成型温度以下（例えば１５０℃）に設定される。
【００２０】
次に、ステップ２で形成した樹脂胴体１１の外周部に２４個の整流子片１２を取り付ける（ステップ３）。具体的には、図７に示すように、嵌合溝１１ｃ内に嵌合突起１２ｃが挿入されるように樹脂胴体１１の軸方向一端からスライドさせることにより、各整流子片１２を樹脂胴体１１の外周部に形成された保持溝１１ｂに取り付ける。
【００２１】
その後、予備成形された樹脂胴体１１の外周部に整流子片１２が取り付けられた整流子１０を、図８に示すように、第２の金型３０にセットし、第２の金型３０を加熱するとともに図中の上下方向（樹脂胴体１１の軸方向）に加圧することにより、樹脂胴体１１を圧縮成形する（ステップ４）。第２の金型３０は、真円筒状の内周面３１ａを有する上型３１と、内周面３１ａと同軸の外周面３３ａを有する円柱状のガイドポスト３３が突設された下型３２とから構成され、内周面３１ａや外周面３３ａ等によってキャビティを形成している。上型３１の内周面３１ａには、スリット１３の補完形状をなす２４本の突条３１ｂが形成されている。この際、第２の金型３０は、高強度フェノール樹脂のガラス転移温度よりも高い温度（例えば２００℃）に設定され、ガイドポスト３３が樹脂胴体１１の貫通孔１１ａに挿入された状態で樹脂胴体１１を図中の上下方向に加圧する。これにより、樹脂胴体１１は、ガラス転移点以上の温度で塑性変形し、整流子片１２を上型３１の内周面３１ａに密着させ、且つ樹脂胴体１１の貫通孔１１ａをガイドポスト３３の外周面３３ａに密着させるように圧縮変形し、所定時間にわたって高温下（例えば２００℃）に維持されることにより硬化する。なお、上記では樹脂胴体１１に整流子片１２を取り付けた後に第２の金型３０にセットした場合を記したが、樹脂胴体１１を第２の金型３０にセットした後に整流子片１２を取り付けてもよい。
【００２２】
その後、樹脂胴体１１が硬化した整流子１０を第２の金型３０から取り出し、樹脂胴体１１の局部的な残留応力を除去し、ガラス転移温度を高くし硬度を高くするために整流子１０のアフターベーク処理を行い（ステップ５）、整流子１０の製造工程が完了する。
【００２３】
製造された整流子１０は、貫通孔１１ａに回転軸５が圧入されて回転子４として構成され、その仕上げ処理として外周面の切削加工を施される。
【００２４】
このように、本製造方法によれば、整流子１０は、第１の金型２０で一般的な成型温度以下（例えば１５０℃）での熱硬化性樹脂による射出成形により、樹脂胴体１１の予備成形が行われ、樹脂胴体１１の外周部に整流子片１２が嵌着された後に、第２の金型３０でガラス転移温度以上の温度（例えば２００℃）で加圧されることにより、樹脂胴体１１が塑性変形により圧縮変形して最終的な成形がなされた後に硬化するため、整流子片１２を第２の金型の形状に整合させることができる。したがって、整流子片１２が適所に高精度に配置される。また、本製造方法によれば、インサート成形を用いた製造に対し、設備の簡易化による製造コストの削減や、製造サイクルタイムの短縮による生産性の向上が実現される。
【００２５】
また、第２の金型３０が真円柱状のガイドポスト３３を備え、樹脂胴体１１を軸方向に圧縮することにより、樹脂胴体１１の貫通孔１１ａが整流子片１２の摺接面１２ａと同軸且つ真円筒状に成形される。これにより、整流子１０に対する貫通孔１１ａの内径加工が省略可能となり、更なる低コスト化、生産性の向上が実現される。
【００２６】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、整流子が窓開閉用の電動モータ装置に適用されているが、その適用対象はこれに限定されるものではなく、ブラシ付きＤＣモータであれば如何なる用途に用いられるものであってもよい。また、整流子の適用対象は電気エネルギを回転運動エネルギに変換するモータに限られず、回転運動エネルギを電気エネルギに変換するＤＣ発電機であってもよい。
【００２７】
また、上記実施形態では樹脂胴体を成形するに際し、射出成形法を採用しているが、これ以外の方法を採用してもよい。例えば、押出成形法を採用した場合、同一断面形状の樹脂胴体を一層容易且つ効率的に製造することができる。更に、樹脂胴体の材料となる熱硬化性樹脂や整流子片の材料は上記したものに限られるものではない。また、熱硬化性樹脂を予備成形する際の温度および圧縮成形する際の温度についても、用いる材料の特性や製造条件等に応じて変更可能であり、これらの他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】整流子を適用した電動モータ装置の断面図
【図２】整流子の縦断面図
【図３】図２中にIII−III断面図
【図４】整流子の製造方法を示すフローチャート
【図５】一部破断して示す第１の金型の斜視図
【図６】整流子の製造方法の説明図
【図７】整流子の製造方法の説明図
【図８】整流子の製造方法の説明図
【符号の説明】
【００２９】
１      モータ
５      回転軸
８      ブラシ
１０    整流子
１１    樹脂胴体
１１ａ  貫通孔
１１ｂ  保持溝
１１ｃ  嵌合溝
１２    整流子片
１２ａ  摺接面
１２ｃ  嵌合突起
１３    スリット
２０    第１の金型
３０    第２の金型
Ａ      軸線
【図１】
2010057215.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010057215.tif 000009
【図８】
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