(57)【要約】【課題】ブラックバーによる整流子の段差でのブラシ振動（暴れ）の拡大を防止し、ブラシ振動をさらに低減させた積層ブラシを用いたブラシ装置及びモータを提供する。【解決手段】低抵抗部層１４と高抵抗部層１２とを積層した積層ブラシ１０を備えたブラシ装置Ｓである。積層ブラシ１０は、摺動方向を基準線Ｘとした場合に、基準線Ｘに対して交わる方向に積層されると共に、積層ブラシ１０の両側の層を高抵抗部層１２とし、この高抵抗部層１２に挟まれた部分を低抵抗部層１４とし、積層ブラシ１０は、ブラシと整流子５０の摺動面に対して垂直方向に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低抵抗部層と高抵抗部層とを積層した積層ブラシを備えたブラシ装置であって、該積層ブラシは、摺動方向を基準線とした場合に、基準線に対して交わる方向に積層されると共に、前記積層ブラシの両側の層を高抵抗部層とし、該高抵抗部層に挟まれた部分を低抵抗部層とし、前記積層ブラシは、ブラシと整流子の摺動面に対して垂直方向に配置されたことを特徴とするブラシ装置。
【請求項２】
前記積層ブラシの高抵抗部層と、低抵抗部層は、前記基準線と平行に積層されていることを特徴とする請求項１記載のブラシ装置。
【請求項３】
前記積層ブラシの高抵抗部層と、低抵抗部層は、前記基準線に対して互いの端部側が異なる幅で積層されてなることを特徴とする請求項１記載のブラシ装置。
【請求項４】
前記積層ブラシの高抵抗部層と、低抵抗部層は、前記整流子と摺動する面が異なるように、異なる断面形状で積層されていることを特徴とする請求項１記載のブラシ装置。
【請求項５】
前記高抵抗部層は絶縁層としてなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブラシ装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載のブラシ装置を備えたことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ装置及びモータに係り、特に、ブラシ振動を低減したブラシ装置及びモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温時の悪状況下において、整流子にブラシを接触させると、整流子１１０のセグメント１１２と、ブラシ装置のブラシ１２１が離間する際、急激な電圧変化から火花が発生し、その火花により、図２２及び図２３で示すような、整流子１１０のセグメント１１２の回転方向とは逆側にセグメント１１２の表面を損傷させた切削部、所謂ブラックバーＺが形成されていた。なお、図２２及び図２３はブラックバーＺの形成を模式図的なものとして、強調するように図示したものである。
【０００３】
ブラックバーＺが形成されると、周方向においてブラックバーＺの存在する部分と存在しない部分との境で、段差Ｙが形成されてしまう。このような状態で、ブラシ１２１が段差Ｙに接触すると、ブラシ１２１の振動が発生し、更なるブラシ損傷が生じてしまうため、ブラシ１２１の寿命が短くなっていた。
【０００４】
このようなブラックバーＺを含めてブラシ振動の低減、機械強度の維持などを目的として、高抵抗と低抵抗の材料を重ね合わせた積層ブラシが知られている（例えば、特許文献１，２，３，４，５，６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平１−１８０８５７号公報（第５頁第１４行〜第１６行、第１図）
【特許文献２】特開平４−４６５４６号公報（第２頁右下欄〜第３頁左下欄、第１図）
【特許文献３】特開平５−１５１１４号公報（段落０００４、図１）
【特許文献４】特開２００４−２４２３８３号公報（図１）
【特許文献５】特表２００５−５１９４４４号公報（段落００１９〜００２１、図１）
【特許文献６】特開２００６−３４５５９３号公報（段落０００６、図１）
【０００６】
特許文献１乃至６で示されるような積層ブラシを用いれば、ブラシの寿命を向上させることが期待できる。特に、特許文献１で示す技術では、高抵抗部層１２１ｂを両側の低抵抗部層１２１ａ，１２１ａで挟持するように積層したブラシ１２１を用いており、ブラックバーＺの位置が接触部位の一部になり振動は低下するという利点を有する。なお、図２４の符号１３０は回転子であり、符号１３１は電機子コア、符号１３２は巻線、符号１３３は回転子の軸、符号１２０はブラシ装置、符号１２５はブラシボックス、符号１２３はブラシ１２１を付勢するコイルスプリングである。
【０００７】
特許文献２乃至６は、磨耗と抵抗損失を同時に低減する目的で、低抵抗ブラシと高抵抗ブラシを摺動方向に積層する技術である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で示す技術では、ブラックバーＺの位置が接触部位の一部になり、振動は低下するという利点を有するものの、低抵抗部層１２１ａで高抵抗部層１２１ｂを挟持（サンドイッチ構造）としているために、ブラシ１２１は、両側の低抵抗部層１２１ａが先に磨耗し、図２４のような、高抵抗部層１２１ｂである中央部が盛り上がった不安定な形状で磨耗してしまうため、依然としてブラシ振動は低減できないという不都合があった。
【０００９】
また、特許文献２乃至６の技術では、高温時等の悪条件下において、アークが発生した場合、ブラックバーによる整流子の段差がブラシ摺動部の軸方向全域に発生するため、ブラシが整流子の段差に落ちて、ブラシ振動（暴れ）が拡大し、異常磨耗が発生するという課題を解決するものではない。
【００１０】
本発明の目的は、ブラックバーによる整流子の段差でのブラシ振動（暴れ）の拡大を防止し、ブラシ振動をさらに低減させた積層ブラシを用いたブラシ装置及びモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題は、本発明のブラシ装置によれば、低抵抗部層と高抵抗部層とを積層した積層ブラシを備えたブラシ装置であって、前記積層ブラシは、摺動方向を基準線とした場合に、基準線に対して交わる方向に積層されると共に、前記積層ブラシの両側の層を高抵抗部層とし、該高抵抗部層に挟まれた部分を低抵抗部層とし、前記積層ブラシは、ブラシと整流子の摺動面に対して垂直方向に配置されたこと、により解決される。
【００１２】
このように本発明では、積層ブラシは、摺動方向を基準線とした場合に、基準線に対して交わる方向に積層されると共に、前記積層ブラシの両側の層を高抵抗部層とし、該高抵抗部層に挟まれた部分を低抵抗部層とし、前記積層ブラシは、ブラシと整流子の摺動面に対して垂直方向に配置されているので、低抵抗部層では、ブラックバーによる整流子の整流子回転方向に対して段差が発生しても、高抵抗部層が両側にあるため、この高抵抗部層ではブラックバーが発生しないため、この高抵抗部層がガイドとなって正常な摺動を確保することができる。
【００１３】
このとき、前記積層ブラシの高抵抗部層と、低抵抗部層は、前記基準線と平行に積層されていると好適である。このように構成すると、ブラックバーによる整流子の段差の発生を摺動面の中心部に限定することができる。これにより、整流子の段差にブラシが落ちて整流子端部と接触しブラシ振動（暴れ）が拡大するのを防止することができるため、ブラシの異常磨耗が発生せず、ブラシの長寿命化が可能となる。
【００１４】
また、前記積層ブラシの高抵抗部層と、低抵抗部層は、前記基準線に対して互いの端部側が異なる幅で積層されているように構成することができる。さらに、前記積層ブラシの高抵抗部層と、低抵抗部層は、前記整流子と摺動する面が異なるように、異なる断面形状で積層されているようにすることもできる。以上のように構成すると、整流子と摺動面積を確保すると共に、整流子の段差にブラシが落ちにくくできる。
また、前記高抵抗部層は絶縁層として構成してもよい。高抵抗部層を絶縁層にすると、摺動面と高抵抗部層との間で、電圧変化による火花の発生がなくなるので、より接触安定度を確保できる。
【００１５】
前記課題は、本発明のモータによれば、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のブラシ装置を備えたこと、により解決される。
このように構成すると、ブラシ装置の振動を低減できるため、音の静かなモータとすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のブラシ装置及びモータによれば、ブラックバーによる整流子の段差の発生を摺動面の中心部側にすることができ、整流子の段差にブラシが落ち整流子端部と接触しブラシ振動（暴れ）の拡大を防止することができるため、ブラシの異常磨耗が発生せず、ブラシの長寿命化が可能となる。
また、低抵抗部層の部分が火花損傷で整流子のセグメントやブラシが削られても、高抵抗部層が両側に存在するため、接触安定度が増し、ブラシ振動が主な要因となっているブラシ音低減が可能となり、低騒音化とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るブラシ装置に係る積層ブラシと円筒構造の整流子との摺動状態を示す概略説明である。
【図２】図１の矢印Ａ方向からみた概略説明図である。
【図３】図１の斜視図である。
【図４】本発明に係るブラシ装置の作用の説明図である。
【図５】本発明に係るブラシ装置の作用の説明図である。
【図６】本発明に係るブラシ装置を示す模式図である。
【図７】本発明に係るブラシ装置と従来ブラシ装置との対比したグラフ図である。
【図８】本発明に係るブラシ装置を用いたモータの説明図である。
【図９】本発明に係るブラシ装置に係る積層ブラシと平面構造の整流子との摺動状態を示す概略説明である。
【図１０】図９の矢印Ａ方向からみた概略説明図である。
【図１１】図９の斜視図である。
【図１２】本発明に係る積層ブラシの説明図である。
【図１３】本発明に係る積層ブラシの説明図である。
【図１４】本発明に係る積層ブラシの説明図である。
【図１５】本発明に係る積層ブラシの説明図である。
【図１６】本発明に係る積層ブラシの説明図である。
【図１７】本発明に係る積層ブラシの説明図である。
【図１８】ピグテールを接続した状態の説明斜視図である。
【図１９】図１８のＢ方向からの側面図である。
【図２０】他の例を示すピグテールを接続した状態の説明斜視図である。
【図２１】図２０のＢ方向からの側面図である。
【図２２】ブラックバーによる整流子段差の発生状態を示す説明図である。
【図２３】ブラックバーの説明図である。
【図２４】従来のブラシ装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する構成、手順等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００１９】
図１〜図２１は本発明に係るものであり、図１乃至図７は第１実施形態を示し、図１はブラシ装置に係る積層ブラシと円筒構造の整流子との摺動状態を示す概略説明、図２は図１の矢印Ａ方向からみた概略説明図、図３は図１の斜視図、図４及び図５はブラシ装置の作用の説明図、図６はブラシ装置を示す模式図、図７はブラシ装置と従来ブラシ装置との対比したグラフ図である。また、図８は、ブラシ装置を用いたモータの説明図である。
図９乃至図１１は第２の実施形態を示し、図９は積層ブラシと平面構造の整流子との摺動状態を示す概略説明、図１０は図９の矢印Ａ方向からみた概略説明図、図１１は図９の斜視図である。図１２乃至図１７は積層ブラシの説明図であり、図１８はピグテールを接続した状態の説明斜視図、図１９は図１８のＢ方向からの側面図、図２０は他の例を示すピグテールを接続した状態の説明斜視図、図２１は図２０のＢ方向からの側面図である。
【００２０】
本発明に係るブラシ装置Ｓは、低抵抗部と高抵抗部とを積層した積層ブラシを備えたもので、以下に、その一実施形態について説明する。
本実施形態のブラシ装置Ｓは、図１乃至図３、図６で示すように、円筒構造の整流子５０と摺動するもので、積層ブラシ１０と、ブラシボックス２０と、付勢スプリング３０と、ピグテール４０とを主要構成要素としている。このうち、ブラシボックス２０と、付勢スプリング３０と、ピグテール４０は、公知の材料等を用いて形成することができる。
【００２１】
本実施形態の積層ブラシ１０は、黒鉛に対するＣｕ含有量の異なる低Ｃｕ量部（低金属含有部）である高抵抗部層１２と、高Ｃｕ量部（高金属含有部）である低抵抗部層１４とから構成されている。なお、高抵抗部層１２と低抵抗部層１４とは、Ｃｕに限らず、フェノール樹脂・エポキシ樹脂等の合成樹脂、カーボンナノチューブやカーボンファイバー等の炭素系材料、黒鉛、亜鉛、マンガン、ニッケル、モリブデン化合物（例えば二硫化モリブデン）等を適宜使用して製造することが可能である。
【００２２】
積層ブラシ１０は、図２及び図３で示すように、摺動方向を基準線Ｘとした場合に、基準線Ｘに対して交わる方向に積層される（整流子５０の周方向と交わる方向に積層）。つまり、図１乃至３で示す円筒構造の整流子５０の場合には、図２で示すように、整流子５０の幅方向に積層される。そして、積層ブラシ１０の両側の層を高抵抗部層１２とし、この高抵抗部１２の層に挟まれた部分を低抵抗部層１４としている。そして積層ブラシ１０は、整流子５０との摺動面に対して垂直方向に配置されている。なお符号５２は、整流子５０を構成するセグメントである。
【００２３】
上記構成からなるブラシ装置Ｓの積層ブラシ１０の作用について、図４乃至図６を参照して説明する。図４で示すように、初期磨耗の場合には、ブラックバーが発生していないため、整流子５０のセグメント５２には段差が生じていないため、積層ブラシ１０と整流子５０は、正常に摺動することができる。そして、高温時の悪状況下において、異常磨耗が生じた場合、従来と同様にブラックバーＺによる整流子５０の段差Ｙは発生するが、発生する箇所は、図５及び図６で示すように、積層ブラシ１０のセグメント５２の中央部に位置する低抵抗部層１４に対応する箇所であり、積層ブラシ１０の両側が高抵抗層１２となっているために、この高抵抗層１２に対応する部分にはブラックバーＺが生じないため段差Ｙが発生せず、正常に摺動を維持することが可能となる。このように、低抵抗部層１４では、火花放電が低下し、ブラシ損傷を低減することが可能となる。これによりブラシの異常磨耗が発生しにくくなるため、ブラシの長寿命化が可能となる。
なお、図６の符号７０は電機子であり、符号７１は電機子コア、符号７２は巻線、符号７３は電機子７０のシャフト軸である。また、本発明において高抵抗部層１２は、絶縁層とすることもできる。
【００２４】
図７は、本発明に係る積層ブラシ１０を用いたブラシ装置Ｓと従来ブラシ装置との対比したグラフ図であり、縦軸にブラシ磨耗長さ［単位：ｍｍ］、横軸に時間［単位：時間（ｈ）］として、ブラシ寿命について、ブラシ耐久を行なったものである。高温時等の悪条件下でのブラシ耐久試験では、図７で示すグラフ図のように屈曲点を持つような異常磨耗が発生することがある。
【００２５】
図７で判明するように、ブラシ磨耗長さが４ｍｍを超える２０００時間を経過後（以下「屈曲点」とする）、時間経過と共に、異常摩耗が発生し、従来技術においては、３５００時間程度でブラシ摩耗長さが１２ｍｍにも達してしまう。これに対して、本発明に係る積層ブラシ１０を用いたブラシ装置Ｓによれば、５０００時間経過後においてもブラシ摩耗長さが９ｍｍ程度であり、ブラシ寿命が遥かに長いことがわかる。
【００２６】
図８は、上記構成からなるブラシ装置Ｓを備えたモータＭの断面図であり、モータＭはブラシ装置Ｓを除いて、公知の構成を用いることができるものである。例えば、モータＭは、一端側がモータＭの出力軸となるシャフト軸７３に、巻線７２が巻回された電機子電機子コア７１及び整流子５０を固定してなる電機子７０と、電機子電機子コア７１の外周を囲むように配設された磁石７６と、電機子７０および磁石７６を内部に収納するヨークハウジング７７と、シャフト軸７３を回転可能に支承する軸受７８，７８と、整流子５０に摺接する積層ブラシ１０を備えたブラシ装置Ｓと、ヨークハウジング７７の整流子５０側の開口を閉塞するエンドプレート７９等を構成要素としているものである。
【００２７】
図９乃至図１１は第２の実施形態を示すもので、平面構造の整流子６０に用いた例である。本実施形態では、前記実施形態と同様なものには同一符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、整流子６０が、平面構造をしており、セグメント６２がシャフト軸７３を中心に回転するもので、これに応じてブラシ装置Ｓの積層ブラシ１０の配置等を変えたものであり、他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００２８】
図１２乃至図１７は、ブラシ積層形状の例を示すものであり、整流子５０の構造として、図１２，１４，１６は円筒構造であり、整流子６０の構造として、図１３，１５，１７は平面構造である。
図１２及び図１３の例は、積層ブラシ１０が基準線Ｘに対して平行に摺動できるように、高抵抗部層１２と低抵抗部層１４が平行に積層されているものである。また、図１２及び図１３の例は、高抵抗部層１２と低抵抗部層１４は同一断面形状として、整流子５０，６０に摺接する面が同じになるように構成している。これにより、安定的な摺接を確保することが可能となる。
【００２９】
図１４及び図１５の例は、積層ブラシ１０が基準線Ｘに対して、高抵抗部層１２と低抵抗部層１４の互いの端部側が異なる幅で積層されている例を示すものである。つまり、図１４のｄ１、ｄ２で示すように、端部側に向けた傾斜した断面形状として、幅が異なるように構成しているものである。また、図１４及び図１５の例は、高抵抗部層１２は同じ断面形状となるように構成している。このように構成することにより、整流子５０，６０と積層ブラシ１０との摺動面の端部側（摺動方向と交わる側）が幅を持って接触するように構成することができるため、ブラックバーを発生しにくくすることが可能となる。
【００３０】
図１６及び図１７の例は、積層ブラシ１０が基準線Ｘに対して、高抵抗部層１２と低抵抗部層１４が異なる形状となるように構成した例である。本実施形態では、高抵抗部層１２と低抵抗部層１４の積層する境界面が円弧状としている。このように積層ブラシ１０の高抵抗部層１２と低抵抗部層１４の整流子５０との接触面が、異なるように形成されているので、低抵抗部層１４の整流子５０との接触面が一定とならないので、ブラックバーを発生しにくくすることが可能となる。
【００３１】
図１８及び図１９は、積層ブラシ１０にピグテール４０を接続した例を示し、この例では、中央部に位置する低抵抗部層１４にピグテール４０を接続したものである。図１８及び１９で示されるように、両側の高抵抗部層１２にピグテール４０が導通していない構成としている為、電流は両側の高抵抗部層１２から供給され難く、高抵抗部層１２でブラックバーが生じる可能性を低くすることが可能となる。
【００３２】
図２０及び図２１は、積層ブラシ１０にピグテール４０を接続した他の例を示し、この例では、低抵抗部層１４及び高抵抗部層１２の全てに、ピグテール４０を接続したものである。図２０及び図２１で示されるように、ピグテール４０が両側の高抵抗部層１２を含めて全ての層に導通されている為、中央部の低抵抗部層１４の損傷が激しくなっても、確実に整流子５０への給電が可能になる。
【００３３】
なお、高抵抗部層１２を絶縁層とする場合には、ピグテール４０を接続する部分、例えば図２１で示す線Ｃ（線Ｃは任意の位置）よりピグテール４０側を導体とすることもできる。
【００３４】
本発明は、次のような態様を含むものである。すなわち、
（１）低抵抗部層と高抵抗部層とを積層した積層ブラシを備えたブラシ装置であって、前記積層ブラシは、摺動方向を基準線とした場合に、基準線に対して交わる方向に積層されると共に、前記積層ブラシの両側の層を高抵抗部層とし、該高抵抗部層に挟まれた部分を低抵抗部層とし、前記積層ブラシは、ブラシと整流子の摺動面に対して垂直方向に配置され、前記低抵抗部層のみにピグテールを接続したことを特徴とするブラシ装置。
このように構成すると、前述のように、両側の高抵抗部層にピグテールが導通していない構成としている為、電流は両側の高抵抗部層から供給され難く、高抵抗部層でブラックバーが生じる可能性を低くすることが可能となる。
（２）低抵抗部層と高抵抗部層とを積層した積層ブラシを備えたブラシ装置であって、前記積層ブラシは、摺動方向を基準線とした場合に、基準線に対して交わる方向に積層されると共に、前記積層ブラシの両側の層を高抵抗部層とし、該高抵抗部層に挟まれた部分を低抵抗部層とし、前記積層ブラシは、ブラシと整流子の摺動面に対して垂直方向に配置され、両側の高抵抗部層及び間に挟持された前記低抵抗部層の全てにピグテールが接続されたことを特徴とするブラシ装置。
このように構成すると、前述のように、ピグテールが両側の高抵抗部層を含めて全ての層に導通されている為、中央部の低抵抗部層の損傷が激しくなっても、確実に整流子への給電が可能になる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  積層ブラシ、１２  高抵抗部層、１４  低抵抗部層、２０  ブラシボックス、
３０  付勢スプリング、４０  ピグテール、５０，６０  整流子、５２  セグメント、
７０  電機子、７１  電機子コア、７２  巻線、７３  シャフト軸、
７７  ヨークハウジング、７９  エンドプレート、７８  軸受、Ｍ  モータ、
Ｓ  ブラシ装置、Ｘ  基準線、Ｙ  段差、Ｚ  ブラックバー
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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