(57)【要約】【課題】小型化や部品点数の低減を実現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、正極ブラシ１１と負極ブラシ１２と正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２を電気的に絶縁する電気絶縁体１３とを含み、正極ブラシ１１、負極ブラシ１２及び電気絶縁体１３が一体化された構造を有するブラシ１０と、複数の整流子片２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを含み、複数の整流子片２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２に対応して配設された構造を有するコミュテータ２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極ブラシと負極ブラシと該正極ブラシ及び該負極ブラシを電気的に絶縁する電気絶縁体とを含み、該正極ブラシ、該負極ブラシ及び該電気絶縁体が一体化された構造を有するブラシと、
複数の整流子片を含み、該複数の整流子片が上記正極ブラシ及び上記負極ブラシに対応して配設された構造を有するコミュテータとを備えた
ことを特徴とする摺動接点機構。
【請求項２】
上記正極ブラシ及び上記負極ブラシの上記コミュテータと接触する面の硬度が、上記コミュテータの上記ブラシと接触する面の硬度よりも高い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】
上記正極ブラシ及び上記負極ブラシの少なくとも一方が、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又は２に記載の摺動接点機構。
【請求項４】
上記正極ブラシ及び上記負極ブラシの少なくとも一方が、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３に記載の摺動接点機構。
【請求項５】
上記正極ブラシ及び上記負極ブラシの少なくとも一方が、導電性セラミックス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】
上記正極ブラシ及び上記負極ブラシの少なくとも一方が、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１〜５のいずれか１つの項に記載の摺動接点機構。
【請求項７】
上記電気絶縁体は、金属酸化物、金属窒化物、マイカ、ガラス、樹脂及びゴ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１〜６のいずれか１つの項に記載の摺動接点機構。
【請求項８】
請求項１〜７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９】
請求項１〜７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、生産性に優れ、スパーク防止機能を備えたモータが提案されている（特許文献１参照。）。
このモータは、シャフトと、シャフトに固定されるアーマチュア及びコンミテータと、アーマチュアの周りに近接して配置されるステータと、コンミテータの周りに配置されるブラシ及びコンデンサとを備える。
そして、コンミテータは、その外周面に、周方向に等間隔で配置され、シャフトの回転に伴ってブラシが繰り返し摺接する複数のセグメントを有し、ブラシは、電源の正極側及び負極側のそれぞれに電気的に接続される、少なくとも２つの電流供給用ブラシと、コンデンサを介して電流供給用ブラシの少なくともいずれか１つと接続される還流用ブラシとを含む。また、電流供給用ブラシと還流用ブラシとは、それぞれ異なるセグメントと摺接するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０３０３３３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に記載のモータのように、ブラシは、正極ブラシと負極ブラシが一対以上必要であるため、少なくともブラシ２個分以上の体積と構成部品が必要となり、更に高まる要求性能に対して、小型化や部品点数の低減が十分なものとなっていない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、小型化や部品点数の低減を実現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、正極ブラシと負極ブラシと正極ブラシ及び負極ブラシを電気的に絶縁する電気絶縁体とを含み、正極ブラシ、負極ブラシ及び電気絶縁体が一体化された構造を有するブラシと、複数の整流子片を含み、複数の整流子片が正極ブラシ及び負極ブラシに対応して配設された構造を有するコミュテータとを備えた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、正極ブラシと負極ブラシと正極ブラシ及び負極ブラシを電気的に絶縁する電気絶縁体とを含み、正極ブラシ、負極ブラシ及び電気絶縁体が一体化された構造を有するブラシと、複数の整流子片を含み、複数の整流子片が正極ブラシ及び負極ブラシに対応して配設された構造を有するコミュテータとを備えたものである。
【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、正極ブラシと負極ブラシと正極ブラシ及び負極ブラシを電気的に絶縁する電気絶縁体とを含み、正極ブラシ、負極ブラシ及び電気絶縁体が一体化された構造を有するブラシと、複数の整流子片を含み、複数の整流子片が正極ブラシ及び負極ブラシに対応して配設された構造を有するコミュテータとを備えた構成とした。
そのため、小型化や部品点数の低減を実現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、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３】図３は、本発明の第３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、正極ブラシ１１と負極ブラシ１２と正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２を電気的に絶縁する電気絶縁体１３とを含み、正極ブラシ１１、負極ブラシ１２及び電気絶縁体１３が一体化された構造を有するブラシ１０と、複数の整流子片２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを含み、複数の整流子片２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２に対応して配設された構造を有するコミュテータ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。）。
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】
摺動接点機構において、正極ブラシと負極ブラシとが電気絶縁体で絶縁され、且つ、一体化された構造を有するブラシと、複数の整流子片を含み、かつ、複数の整流子片が正極ブラシ及び負極ブラシに対応して配設された構造を有するコミュテータとからなる構成とすることによって、小型化や部品点数の低減を実現することができる。従って、このような摺動接点機構を適用した電動機及び発電機において、接触状態を維持しながら、ブラシの個数を減らすことができる。また、これら電動機や発電機において、小型化を図ることも可能となる。
【００１４】
以下、各構成について詳細に説明する。
【００１５】
上記ブラシ１０は、正極ブラシ１１と負極ブラシ１２と正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２を電気的に絶縁する電気絶縁体１３とを含み、正極ブラシ１１、負極ブラシ１２及び電気絶縁体１３が一体化された構造を有するものであれば特に限定されるものではない。
【００１６】
上記正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
一方、上記電気絶縁体１３を構成するものとしては、上記正極ブラシと上記負極ブラシとの間を電気的に絶縁し得るものであれば特に限定されるものではない。例えば、金属酸化物、金属窒化物、マイカ、ガラス、樹脂、ゴムなど従来公知の絶縁体を適用することができる。形状安定性や剛性の観点からは、例えば、アルミナやシリカなどの金属酸化物、マイカ、ガラスなどを適用することが好ましい。
【００２０】
上記コミュテータ２０は、複数の整流子片を含み、かつ、複数の整流子片が上記正極ブラシ及び上記負極ブラシに対応して配設された構造を有するものであれば、特に限定されるものではない。
複数の整流子片が正極ブラシ及び負極ブラシに対応して配設された構造の代表例は、正極ブラシと負極ブラシとが同時に同一の整流子片と摺動接触しない構造であり、好ましくは、正極ブラシと摺動接触する整流子片と負極ブラシと摺動接触する整流子片との間に、何れとも接触しない整流子片が配設された構造を挙げることができる。
【００２１】
また、上記コミュテータ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。
【００２２】
また、本実施形態においては、ブラシ１０（正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２）のコミュテータ２０と対向する面（１１ａ，１２ａ）の硬度が、コミュテータ２０のブラシ１０と対向する面２０ａの硬度よりも高いことが好ましい。
このような構成であると、ブラシの摩耗を少なくすることができる。また、このような摺動接点機構を適用した電動機及び発電機において、接触状態をより維持しながら、ブラシの個数を減らすことができる。また、これら電動機や発電機において、小型化を図ることも可能となる。
【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２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２に示すように、本実施形態の摺動接点機構１Ａは、正極ブラシ１１及び負極ブラシ１２が、それぞれコミュテータ２０の軸方向に対して垂直な断面においてＶ字形状をなすように配置された基部１１Ａ，１２Ａとその表面に形成された表面部１１Ｂ，１２Ｂとから構成されている構成が、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】
このように正極ブラシ及び負極ブラシが基部と表面部とからなる構成であっても、小型化や部品点数の低減を実現することができる。従って、このような摺動接点機構を適用した電動機及び発電機において、接触状態を維持しながら、ブラシの個数を減らすことができる。また、これら電動機や発電機において、小型化を図ることも可能となる。
【００２５】
上記基部１１Ａ，１２Ａ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。これらは同一であっても異なってもよい。
【００２６】
また、上記表面部１１Ｂ，１２Ｂとしては、上記第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】
図１及び図２に示すような正極ブラシ及び負極ブラシは、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。また、正極ブラシと負極ブラシとが電気的に絶縁されるように電気絶縁体と共に一体化するに当たっては、ロウ付けや接着、締結、嵌合、蒸着などの方法を用いることによって実現することができる。更に、基部と表面部とはロウ付けによって接合すると、複雑な形状に対して、表面部を直接形成する場合と比較して生産性を向上させることができる。
【００２８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電動機について詳細に説明する。
図３は、本発明の第３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３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。
【００２９】
上記の各実施形態で説明した摺動接点機構は、図３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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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】
【００３３】
１，１Ａ  摺動接点機構
１０  ブラシ
１１  正極ブラシ
１１Ａ  基部
１１Ｂ  表面部
１１ａ  面
１２  負極ブラシ
１２Ａ  基部
１２Ｂ  表面部
１２ａ  面
１３  電気絶縁体
２０  コミュテータ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ  整流子片
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
Ｍ  直流モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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