(57)【要約】【課題】電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくし得る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供する。【解決手段】摺動接点機構１は、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシ１０と、ブラシ１０と摺動接触するコミュテータ２０とを備える。ブラシ１０とコミュテータ２０とは複数の部位で接触している。ブラシ１０とコミュテータ２０との複数の接触部位ａにおけるブラシ１０のコミュテータと対向する面１０ａの硬度は、コミュテータ２０のブラシ１０と対向する面２０ａの硬度よりも高い。【選択図】図１
2015220924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、該ブラシと摺動接触するコミュテータとを備え、
上記ブラシと上記コミュテータとが複数の部位で接触しており、
上記ブラシと上記コミュテータとの複数の接触部位における上記ブラシの上記コミュテータと対向する面の硬度が、上記コミュテータの上記ブラシと対向する面の硬度よりも高い
ことを特徴とする摺動接点機構。
【請求項２】
上記ブラシの接触部位が、導電性ダイヤモンド及び導電性ダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の摺動接点機構。
【請求項３】
上記ブラシの接触部位が、銅、ニッケル、コバルト、ケイ素、ホウ素、鉄及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項２に記載の摺動接点機構。
【請求項４】
上記ブラシの接触部位が、導電性セラミックを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の摺動接点機構。
【請求項５】
上記ブラシの接触部位が、炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化モリブデン、炭化チタン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム及び炭化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の摺動接点機構。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の摺動接点機構を具備したことを特徴とする電動機。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の摺動接点機構を具備したことを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動接点機構、電動機及び発電機に関するものである。更に詳細には、本発明は、所定の構造を有するブラシを備えた摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、良好な耐摩耗性及び耐酸化性を示すブラシ給電電極による摺動接点機構が提案されている。その摺動接点機構は、ブラシ状に束ねられて導電体に支持された導電性ダイヤモンドライクカーボンで被覆された弾性線材と、導電体上に形成された導電性ホウ素ドープダイヤモンド膜とで構成されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０２５３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の摺動接点機構にあっては、接触面積が小さいため、導電性ダイヤモンドにおける電流密度が高くなり、電気的摩耗量が多くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
そして、本発明は、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくし得る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、ブラシと摺動接触するコミュテータとを備えた摺動接点機構において、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触し、ブラシとコミュテータとの複数の接触部位におけるブラシのコミュテータと対向する面の硬度がコミュテータのブラシと対向する面の硬度よりも高い構成とすることにより、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。
【０００７】
すなわち、本発明の摺動接点機構は、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、ブラシと摺動接触するコミュテータとを備え、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触しており、ブラシとコミュテータとの複数の接触部位におけるブラシのコミュテータと対向する面の硬度が、コミュテータのブラシと対向する面の硬度よりも高いものである。
【０００８】
また、本発明の電動機又は発電機は、上記本発明の摺動接点機構を具備したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、ブラシと摺動接触するコミュテータとを備え、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触しており、ブラシとコミュテータとの複数の接触部位におけるブラシのコミュテータと対向する面の硬度が、コミュテータのブラシと対向する面の硬度よりも高い構成とした。
そのため、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくし得る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、従来の摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態に係る電動機を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る摺動接点機構について、従来の摺動接点機構と比較して詳細に説明する。図１は、第１の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
図１に示すように、本実施形態の摺動接点機構１は、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシ１０と、ブラシ１０と摺動接触するコミュテータ２０とを備えるものである（なお、図中の２０は詳しくはコミュテータの一部である。）。
そして、本実施形態においては、ブラシ１０とコミュテータ２０とが複数の部位で接触している。図中においては接触している部位に符号ａを付して示す。
また、本実施形態においては、ブラシ１０とコミュテータ２０との複数の接触部位ａにおけるブラシ１０のコミュテータ２０と対向する面１０ａの硬度が、コミュテータ２０のブラシ１０と対向する面２０ａの硬度よりも高い。
なお、図中の矢印Ｘはコミュテータの摺動方向を示している。
【００１３】
一方、図２は、従来の摺動接点機構を模式的に示す説明図である。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図２に示すように、従来の摺動接点機構１００においては、ブラシ１０とコミュテータ２０とが１カ所でのみ接触している、つまり、複数の部位で接触していない。
【００１４】
このようにブラシとコミュテータとからなる摺動接点機構における摺動接触する面において、ブラシの硬度をコミュテータの硬度より高く、且つ、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触する構成とすることによって、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくすることができる。従って、長寿命化した摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。
【００１５】
以下、各構成について詳細に説明する。
【００１６】
上記ブラシ１０は、コミュテータと複数の部位で接触する構造を有し、接触部位におけるブラシの硬度がコミュテータの硬度より高いものであれば特に限定されるものではない。
【００１７】
ここで、「複数の部位で接触する」とは、点接触、線接触、面接触などによる接触部位を２カ所以上有していることを意味する。なお、点接触、線接触、面接触などの接触形式については特に限定されるものではない。また、正極側及び負極側のブラシの少なくとも１つのブラシが複数の部位で接触することを意味するのであって、例えば、通常、正極側ブラシ及び負極側ブラシのそれぞれが１カ所で接触して、全体として２カ所で接触している場合を意味するものではない。
【００１８】
ブラシ１０を構成するものとしては、例えば、通電摺動による摩擦係数の低減、耐摩耗性の向上などの観点から導電性ダイヤモンドや導電性ダイヤモンドライクカーボンなどを好適例として挙げることができる。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を適宜組み合わせて適用してもよい。また、ここで、導電性ダイヤモンドとしては、ホウ素ドープダイヤモンドなど従来公知のものを適用することができる。また、導電性ダイヤモンドライクカーボンとしては、ｔａ−Ｃ構造のダイヤモンドライクカーボン（いわゆる水素フリーダイヤモンドライクカーボン）やａ−Ｃ：Ｈ構造のダイヤモンドライクカーボン（いわゆる水素含有ダイヤモンドライクカーボン）、金属元素ドープしたダイヤモンドライクカーボンなど従来公知のものを適用することができる。その中でも、導電性ダイヤモンドは、放熱性が高いという観点から特に好ましい。
【００１９】
また、これらに限定されるものではなく、導電性ダイヤモンドや導電性ダイヤモンドライクカーボンに加えて、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）などを含むものを挙げることができる。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を適宜組み合わせて適用してもよい。炭素と反応し易い材料若しくは触媒又は導電助剤を含んでいることが、導電性ダイヤモンド、導電性ダイヤモンドライクカーボンのバルク化又は全体としての電気抵抗低減という観点から好ましい。全体としての電気抵抗を低減することができると、例えば、電動機や発電機の効率をより向上させることができる。なお、炭素と反応しやすい材料若しくは触媒成分の好適例としては、コバルト（Ｃｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ホウ素（Ｂ）などを挙げることができる。これらの触媒成分は、導電性ダイヤモンド粒子を用いて造粒体や焼結体を得るためには必要な成分である。また、導電助剤の好適例としては、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などを挙げることができる。
【００２０】
更に、ブラシ１０を構成するものとして、これらに限定されるものではなく、導電性ダイヤモンドや導電性ダイヤモンドライクカーボンに代えて又は加えて、導電性セラミックを適用することもできる。導電性セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）などを挙げることができる。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を適宜組み合わせて適用してもよい。
【００２１】
上記コミュテータ２０は、接触部位におけるコミュテータの硬度がブラシの硬度より低いものであれば特に限定されるものではない。
【００２２】
コミュテータ２０を構成するものとしては、例えば、銅や銅合金などの金属材料等のコミュテータに適用される従来公知の導電部材を適宜用いることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る摺動接点機構について詳細に説明する。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図３は、第２の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
図３に示すように、本実施形態の摺動接点機構１Ａは、ブラシ１０が、コミュテータ２０の軸方向に対して垂直な断面においてＶ字形状を有する基部１１とその表面に形成された表面部１２とから構成されており、ブラシ１０の表面部１２とコミュテータ２０とが複数の部位で接触しており、ブラシ１０の表面部１２とコミュテータ２０との複数の接触部位ａにおける表面部１２のコミュテータ２０と対向する面１２ａの硬度が、コミュテータ２０の表面部１２と対向する面２０ａの硬度よりも高い構成が、上記第１の実施形態に係る摺動接点機構と相違している。
【００２４】
このようにブラシが基部と表面部とからなる構成であっても、表面部とコミュテータとの摺動接触する面において、表面部の硬度をコミュテータの硬度より高く、且つ、表面部とコミュテータとが複数の部位で接触する構成とすることによって、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくすることができる。従って、長寿命化した摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。
【００２５】
上記基部１１としては、特に限定されるものではないが、例えば、銅や銅合金などの金属材料、カーボンなどの炭素材料などのブラシ等に適用される従来公知の導電部材を適宜用いることができる。
【００２６】
また、上記表面部１２としては、第１の実施形態において述べたブラシを構成するものを適宜用いることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る摺動接点機構について詳細に説明する。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図４は、第３の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
図４に示すように、本実施形態の摺動接点機構１Ｂは、ブラシ１０が、コミュテータ２０の軸方向に対して垂直な断面においてＶ字形状を有する基部１１とその表面に形成された複数の表面部１２（１２Ａ，１２Ｂ）とから構成されており、ブラシ１０の表面部１２とコミュテータ２０とが複数の部位で接触しており、ブラシ１０の表面部１２Ａ，１２Ｂとコミュテータ２０との複数の接触部位ａにおける表面部１２Ａ，１２Ｂのコミュテータ２０と対向する面１２ａの硬度が、コミュテータ２０の表面部１２と対向する面２０ａの硬度よりも高い構成が、上記第１の実施形態に係る摺動接点機構と相違している。
【００２８】
このようにブラシが基部と複数の表面部とからなる構成であっても、表面部とコミュテータとの摺動接触する面において、表面部の硬度をコミュテータの硬度より高く、且つ、表面部とコミュテータとが複数の部位で接触する構成とすることによって、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくすることができる。従って、長寿命化した摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。
【００２９】
図１、図３及び図４に示すようなブラシは、例えばパウダーデポジション法などのコールドスプレー法や、焼結法、ＣＶＤ法などによって形成することができる。特に、パウダーデポジション法によると、より容易に形成することができる。
【００３０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る電動機について詳細に説明する。
図５は、本発明の第４の実施形態に係る電動機、具体的には、直流電動機（直流モータ）を説明する断面図である。
図５に示すように、直流モータＭは、モータケース５１の内側に、ベアリング５２により回転自在に保持した電機子５３と、電機子５３のコイル５４に対抗するマグネット５５を備えている。そして、モータケース５１側に、複数のブラシ５６を備えている。各ブラシ５６は、電機子５３に同軸状に設けたコミュテータ５７に対して摺動接触しながら通電をする。なお、直流発電機にあっても同様の構成である。
【００３１】
上記の各実施形態で説明した摺動接点機構は、図５に示す直流モータにおいて、ブラシ５６とコミュテータ５７を構成する。これにより、直流モータの部品の長寿命化や性能向上を実現することができる。
【００３２】
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。
【００３３】
上述した各実施形態に記載した構成は、各実施形態に限定されるものではなく、例えば、ブラシやコミュテータの構成の細部を変更したり、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組み合わせにしたりすることができる。
【００３４】
また、上述した各形態においては、摺動接点部材を利用するものとして、直流モータを例示したが、これに限定されるものではなく、直流発電機に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１，１Ａ，１Ｂ，１００  摺動接点機構
１０  ブラシ
１０ａ  面
１１  基部
１２，１２Ａ，１２Ｂ  表面部
１２ａ  面
２０  コミュテータ
２０ａ  面
５１  モータケース
５２  ベアリング
５３  電機子
５４  コイル
５５  マグネット
５６  ブラシ
５７  コミュテータ
ａ  接触部位
Ｍ  直流モータ
【図１】
2015220924.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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