(57)【要約】【課題】  ブラシの摩耗に伴う整流子への押圧力をねじりコイルバネのみによって保持することができると共に、小型で長期に亘って安定した回転駆動を得ることができるブラシモータを提供することである。【解決手段】  回転子と、この回転子に設けられる整流子９と、この整流子９と接触するブラシ５と、このブラシ５の一端面を押圧するねじりコイルバネ７とを備えたブラシモータにおいて、前記ねじりコイルバネ７に前記ブラシ５の一端面に接触する複数の突起３７，３９を設け、前記ねじりコイルバネ７の回転角度の変化に伴って前記複数の突起３７，３９で順次ブラシ５の一端面を押圧するようにした。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、この回転子に設けられる整流子と、この整流子と接触するブラシと、このブラシの一端面を押圧するねじりコイルバネとを備えたブラシモータにおいて、
前記ねじりコイルバネに前記ブラシの一端面に接触する複数の突起を設け、前記ねじりコイルバネの回転角度の変化に伴って前記複数の突起で順次ブラシの一端面を押圧することを特徴とするブラシモータ。
【請求項２】
前記複数の突起は互いに前記ブラシの一端面への突出量が異なっており、前記ねじりコイルバネの回転角度の変化に伴って、ブラシの一端面を突出量の小さい突起から突出量の大きい突起が順次押圧する請求項１に記載のブラシモータ。
【請求項３】
前記複数の突起は、ねじりコイルバネの中心部に近い位置又は遠い位置に向かって順次突出量が大きくなるように形成される請求項２に記載のブラシモータ。
【請求項４】
前記ねじりコイルバネの中心部から最も近い位置又は遠い位置に設けられた突出量の最も大きい突起の内側又は外側に、この突起より小さい突出量からなる補助突起が隣接して設けられ、前記突出量の最も大きい突起と補助突起とでブラシの一端面を押圧する請求項３に記載のブラシモータ。
【請求項５】
前記複数の突起は、互いに隣り合う突起同士の間隔が前記ブラシの一端面の幅寸法と同一か若しくは小さく設定されている請求項１又は２に記載のブラシモータ。
【請求項６】
前記複数の突起は、先端部が曲面状に形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載のブラシモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子にブラシを摺接させることによって回転するブラシモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型で低価格な直流（ＤＣ）モータとして、ブラシを備えたブラシモータが使用されている。前記ブラシは回転子に取り付けられた整流子に常時接触した状態で使用されるため、次第に摩耗し、最終的にはその機能を果たさなくなるといった問題を有していた。このため、モータとしての使用期間が短く、メンテナンスを頻繁に行わなければならない。このようなブラシモータに代わるブラシレスモータも存在するが、このブラシレスモータは、制御が複雑であると共に出力トルクも大きくすることができない。そのため、小型で且つ大きな出力トルクを出させるためには、依然としてブラシモータの需要は大きい。
【０００３】
ブラシモータにおける上記のような回転効率及び耐久性の問題を改善するための手段として、ブラシの大型化やブラシを整流子側に押圧させるバネ部材の強化あるいは別途の押圧補助機能を追加した構成によるモータが知られている。
【０００４】
特許文献１では板バネ、特許文献２では圧縮バネの弾性的な押圧力を用いてブラシを整流子に接触させる構成のブラシモータが開示されている。これに対して、特許文献３，４には、ねじりコイルバネを用いてブラシに当接する構造のブラシモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８７８６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７８４号公報
【特許文献３】特開平７−２１３０２３号公報
【特許文献４】特開平８−２１４５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ブラシのサイズを大きくすると、モータの小型化が制限されることとなる。また、ブラシに対する押圧力を補助するような機能を持たせると、部品点数が増えると共に、モータの構成が複雑になるといった問題があった。
【０００７】
特許文献１については、板バネによってブラシに面接触して押圧するようになっているので、押圧方向が均等になるといった利点はあるものの、ホルダー等によってブラシを保持することができないので、整流子に接するブラシが搖動しやすいといった問題がある。また、特許文献２については、前記板バネと同様に、ブラシに対する押圧方向が安定するが、圧縮バネをブラシの押圧方向上に配置しなければならないため、モータ全体が大型化するといった問題がある。一方、特許文献３，４については、ねじりコイルバネを使用しているため、取り付けが容易で配置スペースもコンパクトになるが、ブラシの摩耗によって整流子に対する押圧力が低下するため、ブラシの交換等のメンテナンスが必要で、使用可能期間が短いといった問題がある。
【０００８】
上記従来例において、ねじりコイルバネを使用した場合は、図９（ａ）に示すように、ブラシ６１が摩耗して短くなるにつれて、ねじりコイルバネ６２の回転角度θが大きくなる。これによって、ブラシ６１の押圧面６４に当接する押圧点６３が破線で示すように、中心から外れる方向に作用する。このため、図９（ｂ）に示すように、整流子側に向かうブラシ６１の押圧力Ｆが次第に低下していき、最終的にはブラシとしての作用を来さなくなる。
【０００９】
そこで本発明は、ブラシの摩耗に伴う整流子への押圧力をねじりコイルバネのみによって保持することができると共に、小型で長期に亘って安定した回転駆動を得ることができるブラシモータ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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のブラシモータは、回転子と、この回転子に設けられる整流子と、この整流子と接触するブラシと、このブラシの一端面を押圧するねじりコイルバネとを備えたブラシモータにおいて、前記ねじりコイルバネに前記ブラシの一端面に接触する複数の突起を設け、前記ねじりコイルバネの回転角度の変化に伴って前記複数の突起で順次ブラシの一端面を押圧することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のブラシモータによれば、ねじりコイルバネに設けた複数の突起が順次ブラシ側の一端面に当接するので、ねじりコイルバネの回転角度の変化に伴う複数の突起によって、整流子との接触状態を適度に保つことができる。また、ねじりコイルバネの弾性的な押圧力のみによって、整流子との接触状態を適度に保つことができるので、ブラシモータの小型化及び軽量化が図られる。
【００１２】
また、従来は、ブラシを交換しないとモータとしての機能を継続して維持することができなかったが、本発明によれば、一つのブラシを略使いきるまでの間、安定した回転駆動を行うことが可能となる。このため、ブラシモータの使用期間が延びると共に、メンテナンスに要する費用や工数が削減されるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るブラシモータの外観を示す斜視図である。
【図２】上記ブラシモータの分解斜視図である。
【図３】上記ブラシモータの断面図である。
【図４】上記ブラシモータの内部構成を示す平面図である。
【図５】ブラシの摩耗状態に伴うねじりコイルバネの回転角度の変化を示す作用図である。
【図６】他の形態例におけるねじりコイルバネの回転角度の変化を示す作用図である。
【図７】ねじりコイルバネに補助突起を設けた他の形態例を示す作用図である。
【図８】本発明におけるねじりコイルバネの回転角度とブラシの押圧力の関係を示すグラフである。
【図９】従来のブラシモータにおけるねじりコイルバネとブラシの作用図（ａ）及びねじりコイルバネの回転角度とブラシの押圧力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係るブラシモータの実施形態を詳細に説明する。このブラシモータは、例えば、プリンタや複写機等の駆動部に組み込まれて使用される。
【００１５】
図１はブラシモータ１の外観を示す斜視図、図２はブラシモータ１の分解斜視図、図３はブラシモータ１の内部構成を示す断面図である。図１乃至図３に示すように本実施形態のブラシモータ１は、一端側が閉鎖され、他端側が開放された円筒状のケース２と、このケース２内に配設される固定子１ａ及び回転子１ｂと、回転子１ｂが取り付けられる回転軸（シャフト）３と、ケース２の開放部を閉塞する閉塞手段としてのブラケット２０及びホルダー部材１０とを備える。
【００１６】
前記回転子１ｂは、シャフト３に固定して取り付けられる積層コア４と、この積層コア４に巻き付けられるコイル１７と、積層コア４とコイル１７とを絶縁する絶縁層１６とを有して構成されている。前記絶縁層１６の材質には、例えばエポキシ樹脂が用いられる。また、シャフト３には、積層コア４のコイル１７に流れる電流の方向と相を切り替えるための整流子９が固定されている。
【００１７】
前記固定子１ａは、積層コア４及びコイル１７からなる回転子１ｂを取り囲むように互いに対向して配置される永久磁石１５である。この永久磁石１５は、その表裏にＳ極とＮ極が着磁されており、ケース２の内周側にそれぞれ等間隔で固定して取り付けられている。本実施形態では、３個のコイル１７と２個の永久磁石１５とで構成されており、整流子９からコイル１７に電流を流すことによって発生する磁力が永久磁石１５に反発してシャフト３を回転させる。なお、２個の永久磁石１５の互いに対向する面は、異なる極に着磁されている。
【００１８】
ケース２は、鋼板に深絞り加工を施すことで有底円筒状に形成されている。このケース２の底側の中央部にはシャフト３を貫通するための丸孔が形成され、この丸孔にシャフト３を回転自在に支持する軸受２２が設けられている。ケース２の開放部側は、円板状のブラケット２０とホルダー部材１０で閉塞されている。なお、本実施形態では、ケース２とブラケット２０とでブラシモータ１の外観を構成している。
【００１９】
前記ホルダー部材１０は樹脂で形成されており、その中央部にシャフト３を支持する軸受２３が設けられている。これによって、シャフト３はケース２の底側中央部に設けられた軸受２２とホルダー部材１０に形成された軸受２３に両端が支持された状態で回転する。
【００２０】
図４は、前記ホルダー部材１０の内側面の構成を示したものである。このホルダー部材１０は、ケース２内からリード線１８を引き出す挿通孔４５及び保護カバー４６が設けられる部分を除いた円盤状に形成されている。また、このホルダー部材１０には、ブラシ５，６と、このブラシ５，６をそれぞれ整流子９に弾性的に接触させるためのねじりコイルバネ７，８が配置されている。前記ブラシ５，６は、黒鉛（カーボン）を主材料とし、その一端面（接触面）５ａ，６ａが整流子９の周面と直交して当接するようにブラシケース２４，２５内に収納保持される。
【００２１】
前記ねじりコイルバネ７，８は、螺旋状に巻かれたコイル部３１，３２と、このコイル部３１，３２から円弧上に沿って延び、ねじりモーメントが働くアーム部３３，３４とで構成されている。このねじりコイルバネ７，８は、ホルダー部材１０に設けられている位置決め突起１３，１４にコイル部３１，３２を通し、このコイル部３１，３２の基端部が固定される。
【００２２】
前記アーム部３３，３４は、前記ブラシ５，６の他端面（押圧面）５ｂ，６ｂに向けて長く延びており、先端側は前記押圧面５ｂ，６ｂと略平行となるように所定の角度に折り曲げ形成された押圧部３５，３６となっている。この押圧部３５，３６には、突出量の小さな低突起３７，３８と、この低突起３７，３８よりも突出量の大きな高突起３９，４０とが前記押圧面５ｂ，６ｂの幅寸法と略同一若しくはそれ以下の間隔に配置されている。前記低突起３７，３８及び高突起３９，４０は共に、先端部が曲面状に形成することによって、押圧力をなだらかに変化させることができる。
【００２３】
前記低突起３７，３８は、ねじりコイルバネ７，８の中心部であるコイル部３１，３２から最も遠い位置となる押圧部３５の先端側に設け、高突起３９，４０を前記コイル部３１，３２から最も近い位置となる内側に設けることによって、ブラシ５，６の押圧面５ｂ，６ｂへの当接が順次高突起３９，４０にシフトする。このように、低突起３７，３８及び高突起３９，４０は、それぞれのブラシ５，６の押圧面５ｂ，６ｂを順次押圧することとなるが、後述するように、ブラシ５，６の摩耗に伴うねじりコイルバネ７，８の回転角度θの変化によって、前記押圧面５ｂ，６ｂの移動にしたがって、低い方の低突起３７，３８から高い方の高突起３９，４０に順次移動することで、整流子９への押圧力が低下しないようになっている。なお、上述したブラシケース２４，２５には長手方向に切り欠き（図示せず）が形成されており、ブラシ５，６がねじりコイルバネ７，８の回転角度θの変化に追従してねじりコイルバネ７，８の押圧部３５，３６によるブラシ５，６の押圧面５ｂ，６ｂへの押圧が継続して確保されるように構成されている。
【００２４】
次に、図５に基づいて、ブラシ５，６とねじりコイルバネ７，８との関係について説明する。ここでは、ブラシ５とねじりコイルバネ７との関係を示すが、ブラシ６とねじりコイルバネ８との関係も同様となる。なお、（ａ）はブラシモータ１の使用初期、（ｂ）は使用中期、（ｃ）は使用終期におけるブラシの摩耗状態を示したものである。
【００２５】
図５（ａ）に示したように、ブラシモータ１の使用初期の状態では、ブラシ５の摩耗は生じていないため、ねじりコイルバネ７の当初の回転角度θを維持した状態で、低突起３７及び高突起３９でブラシ５を整流子９側に所定の押圧力Ｆによって押圧し続けることとなる。
【００２６】
前記初期状態から一定の使用期間が経過すると、図５（ｂ）に示したように、ブラシ５は整流子９との接触によって摩耗し、全長が短くなる。この状態になると、ねじりコイルバネ７のモーメントによって押圧部３５の位置が整流子９に近づき、これによって、ブラシ５の押圧面５ｂに当接する箇所が低突起３７から高突起３９に移行する。この状態では、回転角度θが大きくなったねじりコイルバネ７によって、押圧点が低突起３７の頂点から徐々に外れ、高さを有した高突起３９が押圧のメインとなる。この高突起３９を介した押圧力Ｆによって、ブラシ５と整流子９とを最適な状態で接触させることができる。また、本実施形態では、ねじりコイルバネ７の押圧部３５の押圧位置がブラシ５の摩耗によって、徐々にコイル部３１から近くなるようにブラシ５とねじりコイルバネ７を位置付けたので、コイル部３１から押圧部３５の押圧位置までの距離が徐々に短くなり、これによっても押圧力の低減を抑えることができる。なお、コイルバネ８とブラシ５との関係も同様である。
【００２７】
前記中期状態からさらに使用期間が経過すると、図５（ｃ）に示したように、ブラシ５の摩耗が進み、さらに全長が短くなる。このような終期に近い状態になると、回転角度θがさらに大きくなったねじりコイルバネ７のモーメントによって、押圧部３５の位置が整流子９に近づく。これによって、ブラシ５の押圧面５ｂに当接する箇所が完全に高突起３９となる。この高突起３９を介した押圧力Ｆで押圧されている間は、ブラシ５が完全に摩耗するまで、回転子の回転に必要な整流子９への押圧力を維持することができる。
【００２８】
上記実施形態のねじりコイルバネ７，８においては、押圧部３５，３６の内側が高突起３９，４０で、先端側が低突起３７，３８の配置となっているが、ブラシ５，６に対するねじりコイルバネ７，８の回転支点が異なると低突起と高突起の位置も異なる。この突起の高低の位置関係は、ねじりコイルバネ７，８の回転支点とブラシ５，６の位置関係によって決定される。例えば、ブラシ５に対するねじりコイルバネ５１が、図６（ａ）に示すような配置であれば、押圧部の内側に低突起５２、先端側に高突起５３を設けることによって、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、ブラシ５の摩耗が進むにつれて、低突起５２から高突起５３に順次移行させることができる。
【００２９】
また、図５及び図６に示した実施形態では、ブラシ５の摩耗状態が進むにつれて、ブラシ５の押圧面５ｂに当接する突起が低い方から高い方に順次移動していき、ブラシ５の摩耗状態が限界に達した後は、高い方の突起のみで最後まで押圧し続けることになる。図７は、このようなブラシ５の終期における押圧を確実にするためのねじりコイルバネ５４の構成例を示したものである。このねじりコイルバネ５４は、前記高突起５３の先に隣接するようにして補助突起５５が形成されている。この補助突起５５は、高突起５３よりも低く形成することで、高突起５３を乗り越えた後もこの高突起５３と共に補助突起５５がブラシ５の押圧面に当接されることで、ねじりコイルバネ５４のバネ圧の方向が安定し、整流子９に対する押圧力を最後まで安定した状態で維持することができる。
【００３０】
図８は上記各実施形態におけるねじりコイルバネの回転角度θと押圧力Ｆとの関係を示したものである。従来のブラシモータにおいては、図９（ａ），（ｂ）に示したように、ある一定の使用期間が過ぎると、破線で示すように、ブラシ６１の摩耗によって押圧力Ｆがほとんどなくなるまでに低下していく。これに対して、本発明のブラシモータ１では、ブラシ５，６が摩耗してねじりコイルバネの回転角度θが大きくなるにしたがって、ブラシ５，６の押圧面５ｂ，６ｂに当接する突起が低突起３７，３８から高突起３９，４０に順次移動していくため、実線で示したように、急降下せずに一定の押圧力Ｆを保持し続けることができる。また、従来のブラシモータにあっては、使用の初期から終期までの耐用期間における押圧力ＦがＡ点で示す幅で変化するに対し、本発明では押圧力ＦがＢ点で示す幅に抑えることができるので、ブラシの使用期間が延びると共に、整流子に接触する際に生じる騒音を低下させる効果も有している。
【００３１】
以上、説明したように、本発明のブラシモータによれば、ブラシの摩耗に伴う回転効率の低下を単一のねじりコイルバネのみで改善することができるので、小型化及び軽量化が可能となる。また、ブラシを限界まで使用することができるので、ブラシモータの使用期間を延ばすことができる。
【００３２】
上記実施形態のブラシモータは、コイル部及びアーム部を有するねじりコイルバネを介してブラシに弾性的な押圧力を与えているが、この押圧力は、ブラシの大きさやサイズあるいは配置位置に応じて、コイル部の巻数やアーム部の開脚角度を変えることによって調整することができる。また、前記ねじりコイルバネのアーム部に設けられる各突起の突出量は、ブラシの形状やサイズあるいは摩耗状態に応じて、３段階以上に設定することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
θ  回転角度
Ｆ  押圧力
１  ブラシモータ
１ａ  固定子
１ｂ  回転子
２  ケース
３  シャフト
４  積層コア
５  ブラシ
５ａ  接触面
５ｂ  押圧面
６  ブラシ
６ａ  接触面
６ｂ  押圧面
７，８  ねじりコイルバネ
９  整流子
１０  ホルダー部材
１３，１４  位置決め突起
１５  永久磁石
１６  絶縁層
１７  コイル
１８  リード線
２０  ブラケット
２２，２３  軸受
２４，２５  ブラシケース
３１，３２  コイル部
３３，３４  アーム部
３５，３６  押圧部
３７，３８  低突起
３９，４０  高突起
４５  挿通孔
４６  保護カバー
５１  ねじりコイルバネ
５２  低突起
５３  高突起
５４  ねじりコイルバネ
５５  補助突起
６１  ブラシ
６２  ねじりコイルバネ
６３  押圧点
６４  押圧面
【図１】
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【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】
2014217263.tif 000009
【図８】
2014217263.tif 000010
【図９】
2014217263.tif 000011