(57)【要約】【課題】  小型小径サイズの整流子によるモータの摺動接点部の負荷の低減、整流子の製造コストの低減などを図る。【解決手段】  径方向の断面形状が扇形である軸状の３本の金属材料1aを組み合わせ、この各金属材料1aの対向する接触面の間には絶縁材料3を介在させ、各金属材料1aを互いに前記扇形の要4aを向き合わせるように合わせて１本の整流子基材5aを形成し、次に、整流子基材5aを加熱及び圧延しつつ、軸方向に引き延ばして整流子基材5aの径の太さを細くする。最後に、この引き延ばした極小径の整流子基材5aを所望の長さに切断して、整流子セグメント2が完成する。この整流子セグメント2は、径方向の断面形状が扇形である軸状の３つの整流子片が互いに扇形の要を向き合わせるように１本に合わされ、各整流子片の対向する接触面の間には絶縁材料3が形成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向の断面形状が扇形である軸状の複数の整流子片が互いに前記扇形の要を向き合わせるように１本の円柱形状に合わされて、前記各整流子片の対向する接触面の間には絶縁材料が形成されていることを特徴とする整流子セグメント。
【請求項２】
前記各整流子片は、金合金、銀合金又はその他の貴金属合金で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の整流子セグメント。
【請求項３】
前記絶縁材料は、ガラス接着剤、高耐熱性樹脂又は酸化厚皮膜で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の整流子セグメント。
【請求項４】
径方向の断面形状が扇形である軸状の複数の金属材料を組み合わせ、この各金属材料の対向する接触面の間には絶縁材料を介在させ、前記各金属材料を互いに前記扇形の要を向き合わせるように合わせて１本の円柱形状に整流子基材を形成する工程と、
前記整流子基材を加熱及び圧延しつつ、軸方向に引き延ばして前記整流子基材の径の太さを細くする工程と、
この引き延ばした小径の整流子基材を所望の長さに切断する工程と、
を備えていることを特徴とする整流子セグメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかの一に記載の整流子セグメントを有する整流機構を備えていることを特徴とする小型直流モータ。
【請求項６】
回転軸と前記整流機構から給電される巻線コイルと前記回転軸の軸線上に装着され前記巻線コイルを前記回転軸の同軸線上に保持するコイルホルダとを有する回転子と、
前記回転子の内径内に収容されたマグネットと前記整流機構に摺接するブラシ、及びそれらを支持するハウジングケース及びブラシ台等を有する固定子と、
を備え、
前記整流子セグメントは、一方の軸端が前記コイルホルダの軸芯位置に固定され、
前記回転軸は、一方の軸端が前記コイルホルダで前記整流子セグメントの固定側とは反対側に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の小型直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流機構であるブラシと整流子を回転子の一部に備える小型直流モータに関するものである。詳しくは小型直流モータの整流機構に用いる極小径サイズの整流子セグメント及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型直流モータに用いる整流子の製造方法については、例えば、特許文献１に開示されている（特に、図２とその説明を参照）。この特許文献１に開示されているのは、従来の代表的な整流子の製造方法であり、金属の薄板をプレス加工技術で整流子片の形状に打ち抜いて回転子に組み付け、整流子片の端部を処理して整流子セグメントを製造するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−８６５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
巻線コイル側が回転し、回転子の端部に整流機構を備える小型直流モータにおいては、整流子は固定子側のブラシと電気接触しながら高速回転するため、接触抵抗、スパーク等による摺動面の摩耗が激しく、駆動効率的にも負荷になるので、整流機構部は極力小径化して損失を低減することが望ましい。また、小型直流モータにおける整流子片は一般的に貴金属を主材料として使用しているため、製造コストを低減するためにも極力小型小径化したい。
【０００５】
しかしながら、前述のようにプレス加工技術を用いた特許文献１に開示の技術において、極小径サイズの整流子を製造するためには、素材となる貴金属合金板の厚みと整流子片の幅との兼ね合いから、プレス抜き加工時の加工可能範囲の問題により、整流子片のブラシが接触する摺動面に合致した曲率小径アール形状に成型した精密プレス金型を製造することが必要となる。そのため、整流子のより一層の小型小径化を追求していくと、所望の曲率半径アール形状を有する特殊なプレス金型の製造の精度も精緻なものが要求される。そして、このような精度の高いプレス金型を製造するのは極めて難しく高価なため、整流子のより一層の小型小径化、コスト削減を実現することが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、極小径サイズの整流子セグメントを比較的容易に製造できるようにして、整流機構部におけるモータ駆動効率の向上（負荷の低減）、及び整流子セグメント部分の構造の簡素化、小型化、及び製造コスト低減などを共に図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、径方向の断面形状が扇形である軸状の複数の整流子片が互いに前記扇形の要を向き合わせるように１本の円柱形状に合わされて、前記各整流子片の対向する接触面の間には絶縁材料が形成されてなる整流子セグメントとしている。
【０００８】
また、本発明を別の製造工程面から見た場合、径方向の断面形状が扇形である軸状の複数の金属材料を組み合わせ、この各金属材料の対向する接触面の間には絶縁材料を介在させ、前記各金属材料を互いに前記扇形の要を向き合わせるように合わせて１本の円柱形状の整流子基材を形成する工程と、前記整流子基材を加熱及び圧延しつつ、軸方向に引き延ばして前記整流子基材の径の太さを細くする工程と、この引き延ばした小径の整流子基材を所望の長さに切断する工程と、を備える整流子セグメントの製造方法としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の整流子セグメントの製造方法によれば、製造する整流子セグメントは、整流子片となる各金属材料の径方向の断面形状が、引き延ばす前の各金属材料（整流子基材形状）と略相似形で、径の太さは引き延ばす前の整流子基材寸法より十分に細くすることができる。よって、整流子セグメント全体の径の太さも十分に細くすることができる。
【００１０】
よって、整流子セグメントを形成する金属材料の各々の整流子片の間に絶縁材料が形成された円筒極小径サイズの整流子セグメント、及び整流機構を簡単に提供することができる。
【００１１】
そして、本発明の整流子セグメントによれば、径方向の断面形状が扇形である複数の整流子片が互いに扇形の要を向き合わせるように１本の円柱形状に合わされ、各整流子片の対向する接触面の間には絶縁材料が形成されてなる構成であるため、本発明の整流子セグメントの製造方法により簡単に製造することができる。
【００１２】
このような整流子セグメントは、従来のようなプレス加工技術を用いることなく、整流子基材を加熱及び圧延して軸方向に引き延ばすことにより、比較的簡単に製造でき、これによりプレス金型を用い、高い精度で整流子片を製造する困難な作業をあえて行う必要がなくなる。よって、整流子機構部分を従来に比べて十分に小型小径化することができ、ブラシと整流子の接点部におけるモータの摺動負荷の低減、及び整流子セグメント部分の製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の一形態について説明する。
【００１４】
〔整流子セグメントの製造方法について〕
最初に、本実施形態の整流子セグメントの製造方法について説明する。
図１、図２は、整流子セグメントの製造工程を図示した工程説明図である。本実施形態の製造方法は、次の第１工程〜第３工程を順次実施することにより実現される。
【００１５】
（１）第１工程
まず、図１(a)に示すように、径方向の断面形状が略扇形である軸状の金属材料1aを複数本用意する。この金属材料1aは、整流子セグメント2（後述）の各整流子片1c（後述）となるものであるから、整流子片1cを形成するのにふさわしい金属接点材料、例えば、金合金、銀合金などの貴金属合金を用いて、略扇形状に形成されている。必要な金属材料1aの本数は、製造する直流モータの仕様により、整流子セグメント2の整流子片1cの数（例えば、３セグでは３個、５セグでは５個など）と同じである。本実施形態の例では、整流子片1cを３個（３セグ）備えた整流子セグメント2を製造する場合を例に説明する。
【００１６】
そして、図１(b)に組み立て斜視図を、また図１(c)に縦断面図をそれぞれ示すように、複数本、この例で３本の各金属材料1aの間には絶縁材料3を介在させ、又は挟み込み、各金属材料1aを互いにその径方向の断面形状である扇形の要（符号4a）を向き合わせるように合わせて１本の円柱形状の整流子基材5aを形成する。これにより、整流子基材5aは径方向の断面形状が略円形である軸状の１本の部材となる。
【００１７】
また絶縁材料3としては、次工程において所定温度に加熱しても引き延ばすことができ、金属材料1aと常に密着しうる材料が望ましく、ガラス接着剤や高耐熱性樹脂、あるいは酸化厚皮膜など、さまざまな絶縁素材を用いることができる。本実施形態では、低融点ガラス接着剤を用いた。
【００１８】
（２）第２工程
次に、図２(d)に示すように、第１工程で製造した整流子基材5aを、一般周知の工作機械6を用いて、加熱しつつ圧延し、その軸方向に小径に引き延ばす。具体的には、例えば、図２(d)のように、整流子基材5aの軸方向の一端側から整流子基材5aを牽引して、工作機械6内部で成型してゲージの中を通過させ、あるいは、整流子基材5aを軸方向に押し出して工作機械6内部で成型してゲージの中を通過させることにより、整流子基材5aを軸方向に引き延ばす。
【００１９】
この時、成型に必要な加熱温度は金属材料1aの材質により様々に設定できるが、例えば金合金であれば一般に５００〜６００℃程度で十分である。これにより、整流子基材5aは軸方向に容易に引き延ばされて、工作機械6を通過後には元の整流子基材5aは、これと比べて径の太さが小径である細い整流子基材5bとなる。
【００２０】
本工程により整流子基材5bは元の整流子基材5aに比べて径の太さは数段細くなるが、整流子基材5bの各金属材料1bの配置は、整流子基材5aの各金属材料1aと径方向の断面形状が略相似形の扇形であり、また整流子基材5b自体の径方向の断面形状も整流子基材5aと略相似形の円形になる。勿論、成型加工後の整流子基材5bの各金属材料1bの配置の間隙にも、絶縁材料3が介在している。
【００２１】
（３）第３工程
最後に、図２(e)に示すように、第２工程で製造した整流子基材5bを所望の長さに切断して、整流子基材5bから整流子セグメント2を切り出す。整流子基材5bを切断する所望の長さとは、整流子セグメント2として小径サイズの直流モータ11，41（後述）に取り付けて用いるのに必要な長さである。
【００２２】
〔整流子セグメントについて〕
以上の第１工程〜第３工程を経て製造された整流子セグメント2は、図３に示すように、径方向の断面形状が略扇形である整流子片1cを複数、この例では３個備え、各整流子片1cの断面形状の扇形の要（符号4c）を向き合わせるように合わせて形成されており、各整流子片1cの対向する接触面の間には絶縁材料3が形成されている。
【００２３】
これを図３に示すように、整流子セグメント2として、一方の軸端がコイルホルダ31（後述）上の軸芯位置に固定される。整流子セグメント2は前記コイルホルダ31の各ターミナル36を介して、図示していない巻線コイル30（後述）と結線される。
【００２４】
また符号23は、一方の軸端がコイルホルダ31の整流子セグメント2の固定側とは反対側に取り付けられる回転子中心部となる回転軸である。このように、この整流子セグメント2は、前述の特許文献１に開示の整流子の構造とは異なり、回転軸23やコイルホルダ31の一部が整流子セグメント2の内部を挿通していない。つまり整流子セグメント2の内部は中空でなく、径方向に回転軸23を通す必要もないので、整流子セグメント2を回転軸23径と同等かそれ以下に小径化できる。
【００２５】
〔小型直流モータについて〕
次に、前述のような工程により製造し、前述のような構造の整流子セグメント2を備えた小型直流モータについて説明する。図４は、整流子セグメント2を回転子の一端に備えた本実施形態の小型直流モータ構造を示した縦断面図である。図４に示すように、この直流モータ11は振動発生用のモータであり、略半円筒状の偏心分銅Ｗを、ハウジング22の外方に突出する回転軸23の軸端に設け、直流モータ11の回転動作時に、偏心分銅Ｗの小刻みな振れ回り振動力を発生させるものである。
【００２６】
そのモータ本体部は、外装のハウジング22の片端側を略円筒凸状に変形しぼり成形した小径円筒部24を備えている。回転軸23は、ハウジング22の小径円筒部24側より片軸端を外方に突出して、ハウジング22の軸線方向中心に挿通配置され、ハウジング22の小径円筒部24の端部に嵌合装着する軸受25により回転自在に挿通支持されている。
【００２７】
また、ハウジング22の内部は、円筒状のマグネット26が、軸受ハウス27の円筒外周面に嵌合固着され、その軸受ハウス27を前述の小径筒状に絞り成形した円筒状のハウジング22の小径円筒部24の内径嵌合部28に圧入し、さらに回転軸23を軸受25側の他端側となる端部側で保持する軸受29を取り付け、さらに、磁気ギャップを隔ててマグネット26を内径内に収容する円筒状の巻線コイル30を配置すると共に、この巻線コイル30を軸受29より側方に延在する回転軸23の軸線上に装着するコイルホルダ31で保持するようにしている。
【００２８】
この直流モータ11は、コイルホルダ31に設けられた前述の整流子セグメント2と、ブラシホルダ32で保持するブラシ33とからなる整流機構を備えている。（尚、図４におけるコイルホルダ31は、図３のものとは形状が一部異なり、また後述の図６の例においても同様）そして、給電端子34を組み付け、エンドキャップ35を装着することにより、軸受ハウス27の外周に嵌合固定されるマグネット26側を磁気駆動系の固定子側とし、回転軸23同軸線上に保持される巻線コイル30側を磁気駆動系の回転子側としている。
【００２９】
図５は、図４に示す直流モータ11の比較例となる従来の直流モータ101の縦断面図である。図５において図４と共通の機能の部材には図４と同一符号を付して詳細な説明は省略する。この直流モータ101は前述の特許文献１に開示されているものと同タイプのものであり、その整流子102は、プレス成形による金属薄板材抜き成形によるものを、コイルホルダ31と回転軸23と共に射出一体成型で、突出した外周円筒側面31aに取付けて整流子セグメント形状を形成している。
【００３０】
図４と図５を比較すると明らかなように、本実施の形態の整流子セグメント2は比較例の整流子102と比較して十分に径の太さが細く、よって、同じ回転子の回転数でも、径が細い分、周速（円周の長さ×回転数）は当然小さくなる。また同時に、ブラシ33と整流子102との摩擦による摺動負荷に対しても、同様に径が細い方が小さくできることがわかる。
【００３１】
さらに整流子セグメント2が小径になると、ブラシ33側の追従性も向上する。つまりブラシ33の弾性変形する支点から作用点である摺動接点部までの距離が設計上長く取れ、その分回転振動による影響を受ける少なくなり、電気特性が改善される。
【００３２】
また、整流子セグメント2は、整流子102より小型小径であるため、貴金属合金の整流子片としての材料費が少ないことによる製造コストの低減の点でも、本実施形態の整流子セグメント2の方が有利であることがわかる。
【００３３】
また図６は、整流子セグメント2を備えた本実施形態の直流モータの他の構造例の縦断面図である。この図６の直流モータ41においては、図４と同一符号の部材は前述の直流モータ11と共通の機能の部材であるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
図７は、図６に示した直流モータ41の比較例となる従来の直流モータ111の縦断面図である。図７においても図４と共通の機能の部材には図４と同一符号を付して詳細な説明は省略する。この直流モータ111の整流子112も、前述の特許文献１に開示されているものと同タイプのもので、内部にはコイルホルダ31と射出一体成型にモールドされた回転軸23が挿通している。
【００３５】
この例の図６と図７の比較においても、本実施の形態の整流子セグメント2は比較例の整流子112に比較して十分に径の太さが細く、よって、図６に示す整流子セグメント2の場合も、同じ回転子の回転数において、周速は当然ながら小さくなる。
【００３６】
前記の比較例と同様に、図６と図７においても、整流子部分の直径を比べた場合、整流子セグメント2の小さな直径寸法による周速は、整流子112の大きな直径寸法による周速に対し、径が小径である分有利であり、特に摩擦による摺動損失、及び摺動接点部の寿命時間に大きく影響する。つまり、ブラシ33が摺動する整流子機構部分の直径（実質的には円周の長さ）と回転数に応じて、摺動接点面の摩耗が大きく左右される。
【００３７】
また、小径である本実施例の整流子セグメント2の方が、整流子112より小型化できるため、貴金属合金を用いる整流子材料として材料費が少なくて済むことによる製造コストの低減の点でも有利であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、整流機構であるブラシと整流子を回転子の一部に備える小型直流モータ、及び整流機構を用いる極小径サイズの整流子セグメントの製造方法に関するものであり、小径化が進む小径サイズの精密機械用、あるいは医療用器具等の特殊サイズの極小径モータの整流機構部に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態である整流子セグメントの製造方法の製造工程を説明する工程説明図である。
【図２】発明の一実施の形態である整流子セグメントの製造方法の製造工程を説明する工程説明図である。
【図３】発明の一実施の形態である整流子セグメントをコイルホルダに取り付けた構造の斜視図である。
【図４】発明の一実施の形態である直流モータの縦断面図である。
【図５】図４の比較例となる従来の直流モータの縦断面図である。
【図６】発明の一実施の形態である直流モータの他の例の縦断面図である。
【図７】図６の比較例となる従来の直流モータの縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
1a, 1b  金属材料
2  整流子セグメント
3  絶縁材料
4a  扇形の要
5a, 5b  整流子基材
6  工作機械
11, 41  直流モータ
【図１】
2006129604.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006129604.tif 000007
【図６】
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【図７】
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