(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、ブラシとコミュテータの片当たりの発生を抑制し、長寿命化を実現できる摺動接点装置及び回転機を提供すること。【解決手段】摺動接点装置１０は、ブラシ１１とコミュテータ１２とブラシをコミュテータに押付ける押付け機構１３と保持部材１４と押付け角度調整手段１５を備える。  押付け角度調整手段１５は、ブラシ１１と押付け機構１３との間又は押付け機構１３と保持部材１４との間に設けられている。  回転機は、このような摺動接点装置を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシと、このブラシと摺動接触するコミュテータと、上記ブラシを上記コミュテータに押付ける押付け機構と、この押付け機構を保持する保持部材を備え、
上記ブラシと上記コミュテータが、ブラシ摺動部とコミュテータ摺動部で摺動接触し、
上記ブラシと上記押付け機構との間又は上記押付け機構と上記保持部材との間に、押付け角度調整手段を有することを特徴とする摺動接点装置。
【請求項２】
上記押付け角度調整手段が、上記ブラシ又は上記押付け機構と別体に構成されており、粘弾性材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の摺動接点装置。
【請求項３】
上記押付け角度調整手段が、上記押付け機構の上記ブラシ側端部又は上記保持部材側端部のいずれか一方に設けられ、上記押付け角度調整手段の接触部が球状曲面又は円筒状曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の摺動接点装置。
【請求項４】
上記押付け角度調整手段が、上記保持部材の押付け機構側部分に一体で形成され、その接触部が球状曲面又は円筒状曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の摺動接点装置。
【請求項５】
上記押付け角度調整手段が、上記ブラシの押付け機構着座部に一体に形成されており、その接触部が球状曲面又は円筒状曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の摺動接点装置。
【請求項６】
上記ブラシ摺動部が、上記コミュテータ摺動部よりも硬度が高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の摺動接点装置。
【請求項７】
（原稿の請求項７に対応）
上記ブラシ摺動部及びコミュテータ摺動部の少なくとも一方に導電性硬質炭素が含まれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の摺動接点装置。
【請求項８】
上記導電性硬質炭素を含む上記ブラシ摺動部及び／又は上記コミュテータ摺動部が、銅（Cu）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）、ケイ素（Si）、ホウ素（B）、フッ素（F）、鉄（Fe）及びチタン（Ti）から成る群より選ばれた少なくとも１種の材料を含有することを特徴とする請求項７に記載の摺動接点装置。
【請求項９】
上記導電性硬質炭素が薄膜を構成し、焼結法により形成されることを特徴とする請求項７又は８に記載の摺動接点装置。
【請求項１０】
上記導電性硬質炭素が薄膜を形成し、パウダーデポジション法により形成されることを特徴とする請求項７又は８に記載の摺動接点装置。
【請求項１１】
上記導電性硬質炭素が薄膜を形成し、化学的蒸着法（CVD）により形成されることを特徴とする請求項７又は８に記載の摺動接点装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の摺動接点装置を備えることを特徴とする回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ付き回転機に用いられる摺動接点装置に係り、更に詳細には、ブラシの摺動面の角度調整が可能な摺動接点装置及びこれを用いた回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、摺動接点装置を構成するブラシとコミュテータには、金属や炭素などの材料を使用することが一般的である。また金属や炭素等の材料は使用され経時的に摩耗することが知られている。
【０００３】
一方で、耐摩耗性を向上させようと、導電性硬質炭素をブラシ又はコミュテータに使用した例として、特許文献１に記載されている導電部材が開示されている。この導電部材では、複数の導電部材のうち少なくとも１つの導電性部材が、他の導電性部材と接触する部分において導電性硬質炭素を含む膜を有しており、具体的には、ブラシを導電性DLCで被覆された弾性線材を束ねた集合体としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の導電部材において、ブラシは耐摩耗性を有する弾性線材の集合体で形成されているが、これを一般的なバルク体のブラシに応用すると、以下のような問題がある。
即ち、耐摩耗性材料で形成されたバルク体ブラシは、バルク体であるため、相手部材であるコミュテータとの取付が精密でないと片当たりを生ずる。この場合、ブラシは摩耗しにくいのでなじみにくく、コミュテータとの接触面積が小さいままで発電効率が向上しないばかりか、発熱による摩耗増大や相手攻撃性の増大を招き、このようなブラシを用いた装置の長寿命化が困難となる。
なお、特許文献１におけるブラシは、上述の如くバルク体ではなく複数の線材を束ねて形成されているため、バルク体ブラシに較べ製造コストが増大してしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐摩耗性を有するバルク体から構成されるブラシを用いても、相手攻撃性が低く、伝導効率に優れ長寿命化を実現できる摺動接点装置及び回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の位置に、ブラシ摺動面の角度を調整することができる押付け角度調整手段を設けることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の摺動接点装置は、ブラシと、このブラシと摺動接触するコミュテータと、上記ブラシを上記コミュテータに押付ける押付け機構と、この押付け機構を保持する保持部材を備える。
上記ブラシと上記コミュテータが、ブラシ摺動部とコミュテータ摺動部で摺動接触し、
上記ブラシと上記押付け機構との間又は上記押付け機構と上記保持部材との間に、押付け角度調整手段を有する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の回転機は、上述の如き摺動接点装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ブラシ摺動面の角度を調整することができる押付け角度調整手段を設ける構成としたため、耐摩耗性を有するバルク体から構成されるブラシを用いても、相手攻撃性が低く、伝導効率に優れ、長寿命化を実現できる摺動接点装置及び回転機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の摺動接点装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】従来の摺動接点装置における摺動接触の理想状態と片当たりの状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の摺動接点装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の摺動接点装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】本発明の摺動接点装置の更に他の実施形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の摺動接点装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の摺動接点装置における押し付け角度調整手段とその当たり面との関係を示す斜視概念図である。
【図８】本発明の回転機の一例である直流モータの一実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本発明の摺動接点装置の一実施形態を示す概略断面図である。本発明の摺動接点装置１０は、ブラシ１１と、ブラシ１１と摺動接触するコミュテータ１２と、ブラシ１１をコミュテータ１２方向に押圧する押付け機構１３と、押付け機構１３を保持する保持部材１４と、ブラシ１１とコミュテータ１２との接触角度を調整する押付け角度調整手段１５を、備えている。また、ブラシ１１には、コミュテータ１２と摺動接触するブラシ摺動部１６を備え、同様にコミュテータ１２には、ブラシ１１と摺動接触するコミュテータ摺動部１７を備えている。 更にブラシ１１には、押付け機構１３側に凸部形状の押付け角度調整手段１８を備えている。                                    
【００１３】
摺動接点装置１０において、ブラシ１１と押付け機構１３と保持部材１４と押付け角度調整手段１５は回転せず、ステータ等（図示せず）に固定されている。コミュテータ１２は、図示しないアマチュア、出力軸と一緒に回転する。
【００１４】
ここで、本発明の特徴をなす押付け角度調整手段について説明する。  
まず、図２に従来の摺動接点装置における摺動接触の理想状態と片当たりの状態を示す。図２（ａ）は、一般的な摺動接点装置におけるブラシ１とコミュテータ２の摺動接触の理想状態を示している。図２（ｂ）は、コミュテータ２に対してブラシ１が傾いて摺動接触している、いわゆる片当たりの状態を示している。図２（ａ）に示すような理想状態であれば、ブラシ１とコミュテータ２が、それぞれの摺動部（６，７）において全面で摺動接触する。
【００１５】
片当たり状態が発生すると、それぞれ接触部（６、７）の接触面積が減少してしまい伝導効率が悪化する。更に、片当たり状態では、ブラシ１がコミュテータ２に対して全面で摺動接触せず、その一部が摺動接触することになる。更に、押付け機構３によってブラシ１がコミュテータ２側へ押圧されていることから、摺動接触している一部の接触部の押圧力が高まり、それぞれの摺動部（６、７）同士を攻撃することとなり、摩擦による発熱とも相まって耐摩耗性が悪化する。このようなことを原因として摺動接点装置の寿命が短くなってしまう。
【００１６】
本実施形態では、押付け角度調整手段１５がブラシ１１における押付け機構着座部１８に別体で形成されており、且つ押付け機構１３との接触部が球状曲面又は円筒状曲面を有している。これらの構成により、押付け機構１３の押付け角度がコミュテータ摺動部１７に対して垂直でなく多少ずれていても、ブラシ摺動部１６はコミュテータ摺動部１７にならって全面で接触する。
このように、本発明は、押付け角度調整手段を設けたことにより、コミュテータにならってブラシが片当たりせずに、各摺動接触部の接触面積が増加し伝導効率が向上するという効果を有する。
【００１７】
次に、本発明の摺動接点装置における押付け角度調整手段１５の配置について説明する。押付け角度調整手段１５を配置する好適な位置は、ブラシ１１と押付け機構１３との間又は押付け機構１３と保持部材１４との間である。後述する他の実施形態にて、上記の好適な位置の例を挙げて説明する。本実施形態では図１に示す通り、押付け角度調整手段１５がブラシ１１と押付け機構１３との間に配置されている。
【００１８】
（実施形態２）
図３に、本発明の摺動接点装置の他の実施形態を示す。
なお、上記実施形態の場合と実質的に同一の要素・部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図３（ａ）に示す実施形態では、押付け角度調整手段１５が押し付け機構１３のブラシ側端部に設けられている。一方、図３（ｂ）に示す実施形態では、押付け角度調整手段１５が押し付け機構１３の保持部材側端部に設けられている。
【００１９】
ここで、押付け角度調整手段１５における接触部の形状について説明する。
図７は、図３（ａ）に示す摺動接点装置における押し付け角度調整手段１５とブラシ１１との接触状態を示す斜視概念図である。図７（ａ）では、押付け角度調整手段１５の接触部であるブラシ側端部が球面であり、その接触部と接触するブラシ１１の着座部１８は代表的にＶ溝形状を有している。一方、図７（ｂ）では、押付け角度調整手段１５の接触部の形状が円筒状曲面になっている。
【００２０】
図７（ａ）に示す接触状態は図３（ａ）の形態を示しているがこの接触状態において、押付け角度調整手段１５の押圧方向が鉛直下向きから若干ずれていたとしても、押付け角度調整手段１５は着座部１８と複数点で接触し、当初は一方の接触点に若干強い押圧力がかかるものの、着座部１８のＶ溝形状によって即座に他の接触点にかかる押圧力との均衡が図られる。よってこのような接触・押圧状態を実現する本実施例によれば、ブラシ１１がその全面をもって図示しないコミュテータ１２を鉛直下向きに押圧することとなり、上述の片当たりが有効に抑制される。
なお、このようなことは、図７（ｂ）に示す形態でも同様に実現されるが、図７（ｂ）に示す形態は押圧力が主として軸方向においてずれている場合に有効であるのに対し、図７（ａ）に示す形態は押圧力が、軸、回転、半径方向のいずれかの方向においてずれていても有効である。なお、着座部１８の形状はＶ溝形状となっているが、凹部形状であってもよい。
【００２１】
上述の作用は、押付け角度調整手段１５の配置位置が、図３（ｂ）の位置であっても成立し、ブラシ摺動部１６とコミュテータ摺動部１７が全面で接触するという効果を奏する。
なお、このような作用は実施形態１でも発揮されることは当業者に自明である。
【００２２】
また、本実施形態では、押付け角度調整手段１５が押付け機構１３と一体で形成されているが、別体に形成されていてもよい。装置の製造工程やコストなどを鑑みて、一体で形成するか、それぞれを別体で形成した後に接着などで結合させるかを選択することも可能である。
【００２３】
押付け機構１３として特に限定されることはないが、コミュテータ１２へブラシ１１を押圧する力を発生できればよく、渦巻きばねやコイルスプリングなどの弾性体が使用される。押圧力を伝達する接触部には、球状曲面又は円筒状曲面であれば良く、０皿座金などの座面を用いることができる。
【００２４】
（実施形態３）
図４に、本発明の摺動接点装置の他の実施形態を示す。本実施形態では、押付け角度調整手段１５が保持部材１４の押付け機構側部分に一体で形成されている。
図４に示す位置に押付け角度調整手段１５を設けても、他の実施形態と同様の効果を奏する。また、押付け角度調整手段１５の接触部の形状が、球状曲面又は円筒状曲面を有することもまた上述の如く好適である。
【００２５】
（実施形態４）  
図５に、本発明の摺動接点装置の更に他の実施形態を示す。
本実施形態では、押付け角度調整手段１５がブラシ１１に設けられた押付け機構着座部１８に一体で形成されている。押付け機構着座部１８は、ブラシ１１の押付け機構１３側に凸部として設けられている。上記実施形態と同様の作用を奏し、また、他の実施形態と同様に、押付け角度調整手段１５における接触部の形状が球状曲面又は円筒状曲面を有していることも好適である。
【００２６】
（実施形態５）
図６に、本発明の摺動接点装置の他の実施形態を示す。
図６（ａ）に示す実施例では、押付け角度調整手段１５がブラシ１１の押付け機構着座部１８に設けられている。一方、図６（ｂ）に示す実施形態では、押付け角度調整手段１５が押し付け機構１３の保持部材側端部に設けられている。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、押付け角度調整手段１５がブラシ１１又は押付け機構１３と別体に構成されており、粘弾性材料はシート状物である。
保持部材１４に傾きが発生した場合にブラシ１１が傾くが、押付け角度調整手段１５として粘弾性材料を用いると、粘弾性材料が弾性変形することで傾きを吸収することができる。粘弾性材料の一例として、天然ゴム、シリコーン、αGEL（登録商標）などを挙げることができる。
【００２７】
上述の各実施形態で説明した通り、本発明では、押付け角度調整手段１５をブラシ１１と押付け機構１３との間又は押付け機構１３と保持部材１４との間に取り付ける。これらの２カ所のいずれかに押付け角度調整手段１５が配置されることにより、摺動部同士（１６、１７）が全面で摺動接触し、相手攻撃性が低く伝導効率に優れるという効果を奏する。
【００２８】
本発明の摺動接点装置１０が備えるブラシ１１及びコミュテータ１２には、構成材料として一般的な銅（Cu）含有カーボンを使用することができる。それに加え、更に摺動接点装置を長寿命化する方法として、ブラシ摺動部１６の硬度をコミュテータ摺動部の硬度よりも高くするという方法が挙げられる。ブラシ摺動部１６の硬度を高くすることにより、ブラシ１１が摩耗しにくくなり、高耐摩耗性を有するバルク体から構成されるブラシを用いても、コミュテータ１２にならってブラシ１１が片当たりせずに伝導効率が向上して、摺動接点装置１０の長寿命化に寄与する効果を有する。
【００２９】
（実施形態５）
図８は、本発明の回転機の一例である直流モータの一実施形態を示す概略断面図である。
図８に示す直流モータは、出力軸１９を有する摺動接点装置１０と、アマチュア２０と、界磁界３０と、ベアリング４０をハウジング５０に収容して構成されている。
なお、ブラシ１１は、押付け機構１３によってコミュテータ１１に押圧されるとともに、図示しない電源と電気接続されている。また、ハウジング５０はヨークを兼ねており、界磁界３０とステータを構成している。
【００３０】
以上の構成を有する本実施形態５の直流モータは、ブラシがコミュテータに片当たりせず上記の摺動接点装置１０が有する優れた相手攻撃性の低さにより、ブラシが摩耗しにくく長寿命である。
【００３１】
次に、上述した摺動接点装置及び直流モータにおけるブラシやコミュテータの材質について説明する。
【００３２】
本発明の摺動接点装置及び回転機において、ブラシ摺動部１６及びコミュテータ摺動部１７の少なくとも一方に導電性硬質炭素を含有させることができる。導電性硬質炭素としては、特に限定されるものではないが、導電性を有する超微細結晶ダイヤモンド（DIA）及び導電性を有するダイヤモンドライクカーボン（DLC）を挙げることができる。これらは、電気的摩耗に対する耐摩耗性が従来材料よりも高く、各摺動部に好ましく含有させることができる。 
【００３３】
また、導電性硬質炭素を含む部位、例えば、ブラシ摺動部１６やコミュテータ摺動部１７のいずれか一方又は双方に、銅（Cu）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）、ケイ素（Si）、ホウ素（B）、鉄（Fe）又はチタン（Ti）、及びこれらの任意の混合材料を含有させることができる。これらの材料は、カーボン（C）と反応し易く、触媒的機能を発揮し、導電性助剤としても機能する。よって、本発明の摺動接点装置や回転機の長寿命化を促進し得る。
【００３４】
なお、導電性硬質炭素を含む部位、例えば、ブラシ摺動部１６やコミュテータ摺動部１７において、導電性硬質炭素は種々の方法で含有させることができるが、膜として形成することも可能である。
かかる成膜法としては、焼結法、パウダーデポジション法及び化学的蒸着法（CVD）を挙げることができる。
【００３５】
上記の各成膜方法の利点は次の通りである。焼結法は、比較的安価に製造することができ、CVD法は、添加剤の種類と量を細かく制御することができる。そしてパウダーデポジション法は、焼結法よりも安価に製造可能であり、更にダイヤモンドなどの硬質炭素の含有量や粒径、添加物の種類や量などを自由に制御できるという利点がある。
【００３６】
以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、本発明の摺動接点装置を直流モータに適応する例を記載したが、これに限定されるものではなく、発電機などの他の回転機に適応することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の摺動接点装置及び回転機は、種々の産業に適用することができるが、自動車部品や電気自動車に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０    摺動接点装置
１１    ブラシ
１２    コミュテータ
１３    押付け機構
１４    保持部材
１５    押付け角度調整手段
１６    ブラシ摺動部
１７    コミュテータ摺動部
１８    押付け機構着座部
１９    出力軸
２０    アマチュア
３０    界磁界
４０    ベアリング
５０    ハウジング
【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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