(57)【要約】【課題】  整流子に対する接触圧力のバラツキを少なくするとともに確実な接触を確保し、かつ弾性限界を広げて、取付時又は使用時の変形により、容易に永久変形を生じない、耐ヘタリ性の高い、長寿命の直流モータ用ブラシを提供すること。【解決手段】導電性かつ弾性の帯状金属板で構成した、側面から見て、全体としてほぼＶ字形の部材で、Ｖ字を構成する屈曲部２は、その長さ方向のほぼ中間部に位置し、その内側を向いた内角β１、β２を有する二つの順屈曲部２ａ、２ｂとその間に位置し、これらと逆向きの内角αを有する逆屈曲部２ｃとで構成したブラシ１である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性かつ弾性の帯状金属板で形成され、途中に屈曲部を有する、側面から見て、全体としてほぼＬ字形又はＶ字形の直流モータ用ブラシであって、該屈曲部を、その内側を内角とする順屈曲部とこれと逆向きの内角を有する逆屈曲部とで構成した直流モータ用ブラシ。
【請求項２】
前記屈曲部を、ｎ＋１個の前記順屈曲部とｎ個の前記逆屈曲部とで構成した〔但し、ｎは１以上の正の整数〕請求項１の直流モータ用ブラシ。
【請求項３】
前記屈曲部を、一つの前記逆屈曲部と二つの前記順屈曲部とで構成し、該逆屈曲部の内角αと該各順屈曲部の内の接触部側のそれの内角β１又は端子部側のそれの内角β２とを、α＞β１及びα≧β２の関係になるようにそれぞれの角度を設定した請求項１又は２の直流モータ用ブラシ。
【請求項４】
前記屈曲部の内角β３と前記順屈曲部の内の接触部側のそれの内角β１と端子部側のそれの内角β２とを、β３＜β２及びβ１＜β２であり、かつβ３＝β１である関係になるように各々の角度を設定した請求項３の直流モータ用ブラシ。
【請求項５】
前記逆屈曲部の内角αと、接触部側の前記順屈曲部の内角β１又は端子部側の前記順屈曲部の内角β２との関係が、α／（β１又はβ２）≦１／０．６となるように各々の角度を設定した請求項３又は４の直流モータ用ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータの回転子に配された電機子コイルに、これ及び整流子を介して電流を供給するために使用される直流モータ用ブラシ、特にバネ性の帯状金属板で構成した直流モータ用ブラシに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の直流モータ用ブラシには種々の構成のものがある。例えば、狭い設置空間に配して整流子に複数のそれを所定の角度間隔で接触するように配する観点、低回転領域から高回転領域まで安定した整流子への接触を確保する観点、整流子への接触圧力を一定に保持する観点、モータの組み立て時における組み込み作業性を向上させる観点、その他から種々の構成が採用されている。
【０００３】
特許文献１ではその全体が直線状に構成されている帯状のブラシが提示されている。
このブラシは、コンミュテータに接触する先端部が複数に分割され、その一部を平坦なまま使用する平坦接触部に、他の一部を断面Ｖ字状の折曲接触部に、それぞれ構成したものである。両者を組み合わせることにより、平坦接触部のコンミュテータへの接触圧力を高めないと良好な接触安定性が得られない問題を線接触である折曲接触部によって解消し、折曲接触部によるコンミュテータへの食い込み現象を平坦接触部の面状の接触によって解消し、かつ各々は異なる共振点を有し、各々特定の回転数（コンミュテータの回転数）における振動安定性が不良になるが、両者を組み合わせたことにより、全体としてそれらを解消するようにしたとされるものである。
【０００４】
特許文献２ではその全体が側面から見てほぼＵ字形に構成されている帯状のブラシが提示されている。
このブラシは、以上のように、側面から見てほぼＵ字形に構成されているが、重要な点は、更にその途中に折曲部が構成され、これによって、一対の該ブラシを所定の取付方でモータに取り付けた場合に、相互のブラシの整流子に接する部位が平行になり、整流子への二つのブラシの接触部位が１８０度の角度間隔となるとされ、それ故、モータコイルへの電気通電タイミングが適切に保持されることになる。従って無駄なエネルギーの消費を解消し、可能な出力を確保し、電圧変動が小さくなるので、整流子の摩耗の進行を遅らせ、長寿命を確保できるとされている。
【０００５】
特許文献３では側面から見てほぼＬ字形又はＶ字形の帯状のブラシが提示されている。
このブラシは、詳細には、側面から見てＬ字形又はＶ字形に屈曲した帯状の板バネとその基部側に固設された圧肉の金属板からなるターミナル部とで構成されている。このターミナル部は、板バネの基部から屈曲部まで延長して背後側を被覆する延設部を備えており、屈曲部を保護する状態になっている。それ故、モータへの組み込みの際、搬送の際、その他の種々の取り扱いの際に、該板バネの屈曲部の角度が変化してしまうような恐れがない。従って該板バネの先端部の整流子に対する摺接圧力にばらつきが生じ、板バネと整流子との摩耗が急速に進行したり、或いは導通不良を起こすというような様々な不具合を生じるおそれを回避することができるとされている。
【０００６】
特許文献４では側面から見てほぼＶ字形の帯状のブラシが提示されている。
このブラシは、その一対がモータに組み込まれた場合に、引き続いて組み込まれる整流子によって該一対のブラシに永久変形が加えられることがないように、各々のブラシの整流子接触アーム部の先端側に内側に折曲した整流子導入折曲部を延設したものである。これによって整流子が組み込まれる際に、該整流子は、両側のブラシに適切な変形量を加えつつスムーズに所定の設置位置に導かれ、上記のように、永久変形を加えることがなくなるものである、とされ、特に直径５ｍｍ程度の小型のモータのブラシに適用するのに適するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８６１０３号公報
【特許文献２】特開２００６−０３３９２６号公報
【特許文献３】実公平０８−００３１７６号公報
【特許文献４】特開２００２−３１５２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、小型の直流モータの電流供給部に整流子とともに取り付けて使用するブラシであって、直流モータに組み込んだ際に、整流子に対する接触圧力のバラツキを少なくするとともに、追従性を高めて確実な接触を確保し、かつ弾性限界を広げて、取付時又は使用時の変形により、容易に永久変形を生じない、耐ヘタリ性の高い、長寿命の直流モータ用ブラシを提供することを解決の課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１は、導電性かつ弾性の帯状金属板で形成され、途中に屈曲部を有する、側面から見て、全体としてほぼＬ字形又はＶ字形の直流モータ用ブラシであって、該屈曲部を、その内側を内角とする順屈曲部とこれと逆向きの内角を有する逆屈曲部とで構成した直流モータ用ブラシである。
【００１０】
本発明の２は、本発明の１の直流モータ用ブラシにおいて、前記屈曲部を、ｎ＋１個の前記順屈曲部とｎ個の前記逆屈曲部とで構成した〔但し、ｎは１以上の正の整数〕ものである。
【００１１】
本発明の３は、本発明の１又は２の直流モータ用ブラシにおいて、前記屈曲部を、一つの前記逆屈曲部と二つの前記順屈曲部とで構成し、該逆屈曲部の内角αと該各順屈曲部の内の接触部側のそれの内角β１又は端子部側のそれの内角β２とを、α＞β１及びα≧β２の関係になるようにそれぞれの角度を設定したものである。
【００１２】
本発明の４は、本発明の３の直流モータ用ブラシにおいて、前記屈曲部の内角β３と前記順屈曲部の内の接触部側のそれの内角β１と端子部側のそれの内角β２とを、β３＜β２及びβ１＜β２であり、かつβ３＝β１である関係になるように各々の角度を設定したものである。
【００１３】
本発明の５は、請求項３又は４の直流モータ用ブラシにおいて、前記逆屈曲部の内角αと、接触部側の前記順屈曲部の内角β１又は端子部側の前記順屈曲部の内角β２との関係が、α／（β１又はβ２）≦１／０．６となるように各々の角度を設定したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の１の直流モータ用ブラシによれば、側面から見てほぼＬ字形又はＶ字形のそれの屈曲部を前記順屈曲部と前記逆屈曲部とで構成することにより、直流モータに組み込んだ際に、接触部の整流子に対する接触圧力のバラツキを少なくしつつ、追従性を高めて確実な接触を確保することができることになる。また整流子への接触部位がモータの動作中にその長さ方向に若干変動しやすくなり、その結果、応力の生じる部位の固定化・集中化を回避し、これによって接触部位の短期の応力破壊を回避し、耐ヘタリ性を向上させ、高寿命化を図ることができることになる。更にまた、その材料の変更、その厚さや幅の変更をすることなく、屈曲部の僅かな形状変更によって、弾性限界を拡大し、取付時や使用時のその変形により、容易に永久変形を生じることのない、耐ヘタリ性の向上を図ったものである。また屈曲部の僅かな形状変更によってその寿命の向上を図ったものでもある。
【００１５】
この直流モータ用ブラシの接触部に負荷を掛けると、最初に最も接触部側の順屈曲部が荷重支点となり、その後、順次、隣接する逆屈曲部、順屈曲部、逆屈曲部と荷重支点が移動し、最後に端子部側の順屈曲部に移動する。これによって各順屈曲部及び逆屈曲部に応力が分散され、それぞれの部位の応力が小さくなる。それ故、各部の劣化は容易に進まないものとなる。また、このことは、前記負荷による前記屈曲部の変形が各順屈曲部及び逆屈曲部に分散され、各々の順屈曲部又は逆屈曲部における個別の変形量が小さくなることを意味し、それ故、各々の順屈曲部又は逆屈曲部においては、容易に弾性限界を越えることがないことになる。前記屈曲部はこれらの総体であり、従来のそれのように単独の順屈曲部で構成された場合と比較して弾性限界が拡大されることになる。こうして耐ヘタリ性が向上することとなる訳である。またこれらによって寿命を向上させることにもなるものである。
【００１６】
また荷重と変形の直線性も確保される。
なお、多くの場合、同一材質・同一寸法・同一屈曲部内角の従来品と比較して、同様の条件では、整流子への接触圧力が小さくなる傾向があるが、必要な接触圧力は十分確保できるし、比較的低い接触圧力ながら安定した接触を確保できると云うことができる。
更に、前記のように、ブラシの整流子への接触における追従性を高めることができることとなったため、従来、多くの場合、整流子への接触部を３本等の複数本で構成していたものであるが、これを一本で対応可能とすることができることとなる。そのためブラシの幅を狭くすることも可能となり、その結果、これに対応して整流子の幅も狭くすることが可能となる。これは、ブラシ及び整流子の接触部にはパラジウム等の貴金属が用いられている関係から、製造コスト上、大きなメリットとなる。
【００１７】
本発明の２の直流モータ用ブラシによれば、そのサイズ等に応じて、順屈曲部と逆屈曲部の数を適切に選択することにより、耐ヘタリ性の良好な直流モータ用ブラシを作成することができる。
【００１８】
本発明の３〜５の直流モータのブラシによれば、特に小型の直流モータのそれとして用いる場合に、屈曲部に最少の順屈曲部及び逆屈曲部を構成し、かつそれぞれの順及び逆屈曲部の角度の相互関係を適切に設定することにより、該屈曲部の耐ヘタリ性を最善なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例の直流モータのブラシの側面図。
【図２】実施例の直流モータのブラシを整流子に配置した状態を示す概要図。
【図３】実施例の直流モータの荷重測定の態様を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明の実施の形態を、実施例に基づき、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
この実施例の直流モータのブラシ１は、図１に示すように、基本的に、導電性かつ弾性の帯状金属板で構成した、側面から見て、全体としてほぼＶ字形の部材であり、該Ｖ字を構成する屈曲部２は、その長さ方向のほぼ中間部に位置し、その内側を向いた内角β１、β２を有する二つの順屈曲部２ａ、２ｂとその間に位置し、これらと逆向きの内角αを有する逆屈曲部２ｃとで構成したものである。
【００２２】
前記導電性かつ弾性の帯状金属板としては、例えば、ベリリウム銅、リン青銅、洋白又は銅チタン合金等の直流モータ用ブラシに適する種々のそれを採用することが可能であるが、この実施例では、帯状のリン青銅板を採用した。
【００２３】
前記屈曲部２は、図１に示すように、この実施例では、接触片（接触部）３ａ側に位置する前記順屈曲部２ａと、端子片（端子部）３ｂ側に位置する前記順屈曲部２ｂと、以上の両順屈曲部２ａ、２ｂの間に位置する前記逆屈曲部２ｃとで構成する。
該屈曲部２は、必要に応じて、交互に配されるｎ＋１個の順屈曲部とｎ個の逆屈曲部とで構成する〔但し、ｎは１以上の正の整数〕ことが可能であるが、超小型のモータ用のブラシ１としては、サイズ上の関係より、この実施例のように、二つの順屈曲部２ａ、２ｂとその間に位置する一つの逆屈曲部２ｃとで構成するのが現実的であり、これによって十分な耐ヘタリ性効果が得られる。
【００２４】
前記接触片３ａ側に位置する順屈曲部２ａの内角β１、前記端子片３ｂ側に位置する順屈曲部２ｂの内角β２と、以上の両順屈曲部２ａ、２ｂの間に位置する逆屈曲部２ｃの内角αとは、α＞β１及びα≧β２の関係になるようにそれぞれの角度を設定するのが適当であり、更に前記屈曲部２の内角β３と、前記順屈曲部２ａの内角β１と、前記順屈曲部２ｂの内角β２とは、β３＜β２及びβ１＜β２であり、かつβ３＝β１である関係になるように各々の角度を設定するのが好ましい。また以上に加えて、前記逆屈曲部２ｃの内角αと、前記順屈曲部２ａの内角β１又は前記順屈曲部２ｂの内角β２との関係が、α／（β１又はβ２）≦１／０．６となるように各々の角度を設定するのがより好ましい。
【００２５】
また前記端子片３ｂ側の順屈曲部２ｂの内角β２は、具体的には、９０度を基準として設定するのが適当であり、前記逆屈曲部２ｃの内角αは９０度を基準とし、＋５度、−１０度の範囲で設定するのが適当である。
【００２６】
前記屈曲部２の内角β３、これを構成する、順屈曲部２ａ、２ｂの内角β１、β２及び逆屈曲部２ｃの内角α間の相互関係、及び前記端子片３ｂ側の順屈曲部２ｂの内角β２と逆屈曲部２ｃの内角αの具体的な角度は、以上に説明したように設定するのが、耐ヘタリ性を向上させる観点でより好ましいが、その範囲を外れても有効性がなくなるわけではない。
【００２７】
この実施例では、前記の範囲で、前記屈曲部２の内角β３を６９度に、接触片３ａ側の順屈曲部２ａの内角β１を該屈曲部２の内角β３と同一の角度である６９度に、端子片３ｂ側の順屈曲部２ｂの内角β２を、屈曲部２の内角β３及び接触片３ａ側の順屈曲部２ａの内角β１より大きい９０度に、それぞれ設定した。また、前記逆屈曲部２ｃの内角αは、以上の関係より自ずと定まる９０度に設定した。
【００２８】
この実施例の直流モータ用のブラシ１は、詳細には、その全長：２．５ｍｍ、接触片３ａ側の長さ：１．０ｍｍ、端子片３ｂ側の長さ：１．５ｍｍに設定したものであり、前記接触片３ａ側の順屈曲部２ａの曲率半径Ｒ１及び前記端子片３ｂ側の順屈曲部２ｂの曲率半径Ｒ２を０．１５ｍｍに設定し、前記逆屈曲部１ｃの曲率半径Ｒ３を０．２８ｍｍに設定した。なお、該順屈曲部２ａ、２ｂの曲率半径Ｒ１、Ｒ２は、最大で０．１８ｍｍが適当であり、逆屈曲部２ｃの曲率半径Ｒ３は最大で０．３ｍｍが、それぞれ応力を集中させないようにする観点から適当である。前記のように、この実施例では、前記範囲で設定したものである。
【００２９】
なお、前記端子片３ｂには、その端部側から反対側途中までの間に、これと直交する向きに延長した導電性板状金属片からなる端子部材４が固設してある。ブラシ１は、図２に略示するように、その一対を、直流モータの整流子５の周りに、該整流子５の軸芯を対称の中心とする点対称となる位置関係で配し、それぞれの接触片３ａ、３ａを該整流子５の外周面に１８０度の角度間隔で接触させるようにする。前記端子部材４は、端子としての機能に加えて、その取付対象の直流モータの該当する端部を閉じるケーシングのスリットに差し込んで、該ブラシ１を上記の状態に固定する役割も同時に果たしている。
【００３０】
この実施例の直流モータ用のブラシ１によれば、前記屈曲部２を前記一対の順屈曲部２ａ、２ｂと前記逆屈曲部２ｃとで構成することにより、その耐ヘタリ性を向上させることができたものであり、以上のように、従来のそれとの違いは屈曲部２のみであり、モータへの取り付け等に関して何らの影響を与えることもなく、従来のそれと同様に取り付けて使用することができる。
【００３１】
この直流モータ用のブラシ１は、前記し、図２に略示したように、その一対を、整流子５の周りに、その軸芯を対称の中心として点対称となる位置関係に配し、それぞれの接触片３ａ、３ａを該整流子５の外周面に１８０度の角度間隔で接触させるようにする。この実施例では、前記したように、各々の端子部材４の先端側を、取付対象の直流モータの該当する端部を閉じるケーシングのスリットに差し込んで、各ブラシ１、１を以上の状態に固定した。
【００３２】
このように直流モータに取り付けて使用し、各接触片３ａが整流子５に接触して負荷を受けると、最初に該接触片３ａ側の順屈曲部２ａが荷重支点となり、次いで、中央の逆屈曲部２ｃに荷重支点が移動し、更にその後に荷重支点が端子片３ｂ側の順屈曲部２ｂに移動する。これによって各順屈曲部２ａ、２ｂ及び逆屈曲部２ｃにおける応力が分散されて耐ヘタリ性が向上するものとなる。
【００３３】
また前記のように、屈曲部２、順屈曲部２ａ、２ｂの内角β３、β１、β２の各々の大きさ及びそれらの関係、並びに逆屈曲部２ｃの内角αの大きさ、更にこれと順屈曲部２ａ、２ｂの内角β１、β２との関係を、前記のように設定したので、一層、耐ヘタリ性の向上が確実なものとなった。
【００３４】
＜試験＞
この実施例の直流モータ用のブラシ１を５本用意し、その各々について、図３に示すように、接触片３ａの先端に矢印Ａに示す方向に力を加え、その方向の変位を生じさせ、０．０２ｍｍの変位毎にバネ荷重を測定し、それらの５本の平均値を算出し、後記の表１に該平均値を示した。
【００３５】
この実施例の直流モータ用のブラシ１と同材質で同サイズの従来例のブラシを比較例として５本用意し、その各々について、上記実施例のブラシ１に関して行ったのと同一の試験を行い、バネ荷重を測定し、それらの５本の平均値を算出し、後記の表１に該平均値を示した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
実施例のブラシ１と比較例とを比較すると、バネ荷重が僅かに小さいことが分かるが、整流子５への接触圧力は十分に取れることが分かる。また変位と荷重の直線性は保持されている。
実施例のブラシ１の屈曲部２のバネ荷重が小さくなったのは、荷重が屈曲部２の二つの順屈曲部２ａ、２ｂ及び一つの逆屈曲部２ｃに分散され、それ故、個々の変形量が小さくなり、従って、個々の部位の応力も小さくなったからであると考えられる。また個々の屈曲部２の全体としての変形量は同一でありながら、個々の部位の変形量が小さくなったことにより、全体としての弾性限界を拡大させ、耐ヘタリ性を向上させたものでもある。またこれによって寿命を向上させ得るものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の直流モータ用ブラシは、直流モータの製造分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    直流モータのブラシ
２    屈曲部
２ａ  接触片側の順屈曲部
２ｂ  端子片側の順屈曲部
２ｃ  逆屈曲部
３ａ  接触片（接触部）
３ｂ  端子片（端子部）
４    端子部材
５    整流子
Ａ    矢印
α    逆屈曲部の内角
β１  接触部側の順屈曲部の内角
β２  端子片側の順屈曲部の内角
β３  屈曲部の内角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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