(57)【要約】【課題】出力性能とブラシ寿命の確保とを両立できる回転電機を低コストに提供する。【解決手段】整流子５は、絶縁部材７にモールドされた複数のセグメント８を円筒状に配置して構成され、電機子軸の一端側外周に絶縁部材７を圧入等により嵌合して組み付けられる。セグメント８は、ブラシが摺動する整流子面に電気抵抗が異なる低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂとが設けられている。低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂは、例えば、銅の含有量が高抵抗層８ｂより低抵抗層８ａの方が多く、その低抵抗層８ａの方が高抵抗層８ｂより電気抵抗が小さくなる様に構成されている。この低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂは、整流子面の両端側、つまり、整流子５の回転方向に対し、整流子面を形成するセグメント８の前端側と後端側とに高抵抗層８ｂが配置され、両高抵抗層８ｂの間に低抵抗層８ａが配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁部材にモールドされた複数のセグメントを電機子軸の一端側外周に配置して構成される整流子を有し、前記電機子軸の回転により前記整流子上を摺動するブラシを介して電機子コイルに通電される回転電機において、
前記整流子は、前記ブラシが摺動する前記セグメントの表面（整流子面と呼ぶ）に電気抵抗が異なる低抵抗層と高抵抗層とが設けられ、前記整流子の回転方向に対し前記整流子面の後端側に前記高抵抗層が配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
絶縁部材にモールドされた複数のセグメントを電機子軸の一端側外周に配置して構成される整流子を有し、前記電機子軸の回転により前記整流子上を摺動するブラシを介して電機子コイルに通電される回転電機において、
前記整流子は、前記ブラシが摺動する前記セグメントの表面（整流子面と呼ぶ）に電気抵抗が異なる低抵抗層と高抵抗層とが設けられ、前記整流子の回転方向に対し前記整流子面の両端側に前記高抵抗層が配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載した回転電機において、
前記整流子は、前記セグメントの低抵抗層に前記電機子コイルが結線されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項２に記載した回転電機の製造方法であって、
前記整流子は、厚さ方向に低抵抗層と高抵抗層とを貼り合わせた加工素材から一連の工程を経て製造されることを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載した回転電機の製造方法であって、
前記一連の工程は、
ａ）前記高抵抗層が内周側、前記低抵抗層が外周側に配置される様に、前記加工素材を円筒形状に成形する丸め工程と、
ｂ）円筒形状の前記加工素材から、冷鍛加工により前記低抵抗層及び前記高抵抗層が周方向に繋がった状態で複数のセグメント形状を成形するセグメント成形工程と、
ｃ）前記複数のセグメント形状が成形されたセグメント連結体を絶縁部材によりモールドするモールド工程と、
ｄ）前記絶縁部材にモールドされた前記セグメント連結体の外径を切削して前記整流子面を形成する外径切削工程と、
ｅ）周方向に隣合う前記セグメント同士の間にアンダーカットを形成する溝切工程と、  ｆ）前記電機子軸の一端側外周に前記絶縁部材を圧入して前記電機子軸に組み付けられる組み付け工程と、
ｇ）前記セグメントに前記電機子コイルを結線するコイル結線工程とを有することを特徴とする回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電機子軸の一端側外周に整流子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの出力性能とブラシ寿命の確保を両立させるために、電気抵抗が異なる複数の層（例えば電気抵抗が小さい低抵抗層と電気抵抗が大きい高抵抗層）でブラシを構成する公知技術がある。
ところが、高抵抗層にリード線が埋め込まれる構成では、高温多湿雰囲気中に放置された場合に、リード線埋め込み部の電圧降下が増大する問題を生じる。この対策として、以下の方法が知られている。
【０００３】
ａ）特許文献１には、図４に示す様に、高抵抗層１１０にリード線１２０が接触しないように、高抵抗層１１０の長さ（上下方向の寸法）を低抵抗層１３０の長さより短くして、低抵抗層１３０にリード線１２０を埋め込んだ二層ブラシ１００が提案されている。
ｂ）特許文献２には、図６に示す様に、低抵抗層２１０と高抵抗層２２０とを有する成形体２３０の一部にリード線挿入孔２４０が形成され、このリード線挿入孔２４０の周壁面に、例えばメッキ処理により金属層２５０（または合金層）を形成した後、図７に示す様に、リード線挿入孔２４０にリード線２６０を挿入して固定する方法が示されている。  
【特許文献１】特表平４−５００５８０号公報
【特許文献２】特開２００６−５０７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記ａ）の方法では、高抵抗層１１０と低抵抗層１３０とを一度にプレス成形することができず、予め高抵抗層１１０のみ所定の形状に成形しておく必要がある。つまり、図５に示す様に、プレス型１４０の内部に低抵抗層用の金属粉１５０を充填した後、その金属粉１５０の上部（所定位置）に予め成形された高抵抗層１１０を配置して、リード線１２０を保持したダイス型１６０をプレス型１４０に押し込んで圧縮成形される。この方法では、予め高抵抗層１１０を単独に成形する必要があり、さらに、その高抵抗層１１０をプレス型１４０の内部に充填された金属粉１５０の上部（定められた位置）に配置する工程が必要となるため、製造工程の増加によりコストが高くなる問題があった。
【０００５】
一方、ｂ）の方法では、リード線挿入孔２４０の周壁面に金属層２５０（または合金層）を形成する工程、およびリード線挿入孔２４０に挿入されたリード線２６０を固定する工程（具体的には、リード線２６０の周囲に銀メッキ銅粉２７０を充填して加圧する工程）が必要である。さらに、リード線挿入孔２４０の周壁面に金属層２５０（または合金層）を形成した後、そのリード線挿入孔２４０にリード線２６０を挿入するため、成形体２３０を形成する際にリード線２６０を同時に埋め込むことができない。これらの結果、部品構成が複雑になり、製造コストが大幅に上昇する恐れがある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、出力性能とブラシ寿命の確保とを両立できる回転電機を低コストに提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（請求項１の発明）
本発明は、絶縁部材にモールドされた複数のセグメントを電機子軸の一端側外周に配置して構成される整流子を有し、電機子軸の回転により整流子上を摺動するブラシを介して電機子コイルに通電される回転電機において、整流子は、ブラシが摺動するセグメントの表面（整流子面と呼ぶ）に電気抵抗が異なる低抵抗層と高抵抗層とが設けられ、整流子の回転方向に対し整流子面の後端側に高抵抗層が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、整流子の回転方向に対し整流子面を形成するセグメントの後端側に高抵抗層が配置されるので、従来の二層ブラシを使用した場合、つまり整流子の回転方向に対しブラシの出口側に高抵抗層を配置した場合と同様に、ブラシがセグメントから離れる際に発生する火花を抑制できる。
また、セグメントを低抵抗層と高抵抗層の二層構造にしたことで、例えば、低抵抗層の銅含有量を増やすことにより、低抵抗層の導電率を高くできる。
上記の結果、回転電機（例えば直流モータ）の出力性能とブラシ寿命の確保とを両立させることができる。
【０００８】
（請求項２の発明）
本発明は、絶縁部材にモールドされた複数のセグメントを電機子軸の一端側外周に配置して構成される整流子を有し、電機子軸の回転により整流子上を摺動するブラシを介して電機子コイルに通電される回転電機において、整流子は、ブラシが摺動するセグメントの表面（整流子面と呼ぶ）に電気抵抗が異なる低抵抗層と高抵抗層とが設けられ、整流子の回転方向に対し整流子面の両端側に高抵抗層が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、整流子の回転方向に対し整流子面を形成するセグメントの両端側に高抵抗層が配置されるので、従来の二層ブラシを使用した場合、つまり整流子の回転方向に対しブラシの出口側に高抵抗層を配置した場合と同様に、ブラシがセグメントから離れる際に発生する火花を抑制できる。
また、セグメントを低抵抗層と高抵抗層の二層構造にしたことで、例えば、低抵抗層の銅含有量を増やすことにより、低抵抗層の導電率を高くできる。
上記の結果、回転電機（例えば直流モータ）の出力性能とブラシ寿命の確保とを両立させることができる。
さらに、本発明に係る整流子は、回転方向に対し整流子面を形成するセグメントの両端側に高抵抗層が配置されるので、右回転用と左回転用とに共通して使用できる。
【００１０】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した回転電機において、整流子は、セグメントの低抵抗層に電機子コイルが結線されていることを特徴とする。
高抵抗層より電気抵抗が小さい低抵抗層に電機子コイルを結線することにより、その結線部の電圧降下を低減できる。
【００１１】
（請求項４の発明）
請求項２に記載した回転電機の製造方法であって、整流子は、厚さ方向に低抵抗層と高抵抗層とを貼り合わせた加工素材から一連の工程を経て製造されることを特徴とする。
この場合、加工素材の構成を変更するだけで、セグメントの加工工程を変更することなく、目的とする整流子を低コストに製造できる。
【００１２】
（請求項５の発明）
請求項４に記載した回転電機の製造方法であって、整流子は、以下に記載する一連の工程ａ）〜ｇ）を経て製造される。
ａ）高抵抗層が内周側、低抵抗層が外周側に配置される様に、加工素材を円筒形状に成形する丸め工程。
ｂ）円筒形状の加工素材から、冷鍛加工により低抵抗層及び高抵抗層が周方向に繋がった状態で複数のセグメント形状を成形するセグメント成形工程。
ｃ）複数のセグメント形状が成形されたセグメント連結体を絶縁部材（例えば樹脂）によりモールドするモールド工程。
ｄ）絶縁部材にモールドされたセグメント連結体の外径を切削して整流子面（セグメント表面）を形成する外径切削工程。
ｅ）周方向に隣合うセグメント同士の間にアンダーカット（整流子面より深く掘り下げられた溝）を形成する溝切工程。
ｆ）電機子軸の一端側外周に絶縁部材を圧入して電機子軸に組み付けられる組み付け工程。
ｇ）セグメントに電機子コイルを結線するコイル結線工程。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は整流子５の一部拡大断面図、図３（ａ）は電機子１の半断面図である。
この実施例１に係る電機子１は、例えば、スタータモータに使用されるもので、図３（ａ）に示す様に、回転力を出力する電機子軸２と、この電機子軸２の外周に圧入状態でセレーション嵌合する電機子鉄心３と、この電機子鉄心３に巻線される電機子コイル４と、電機子軸２の一端側外周に設けられる整流子５より構成され、この整流子５の外周上にブラシ６が配置される。
整流子５は、絶縁部材７にモールドされた複数のセグメント８を円筒状に配置して構成され、電機子軸２の一端側外周に絶縁部材７を圧入等により嵌合して組み付けられる。
【００１５】
セグメント８は、ブラシ６が摺動する整流子面（セグメント８の表面）に電気抵抗が異なる低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂとが設けられている（図１参照）。
低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂは、例えば、銅の含有量が高抵抗層８ｂより低抵抗層８ａの方が多く、その低抵抗層８ａの方が高抵抗層８ｂより電気抵抗が小さくなる様に構成されている。
この低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂは、図１に示す様に、整流子面の両端側、つまり、整流子５の回転方向（図中矢印方向）に対し、整流子面を形成するセグメント８の前端側と後端側とに高抵抗層８ｂが配置され、両高抵抗層８ｂの間に低抵抗層８ａが配置されている。
【００１６】
続いて、整流子５の製造工程を図２に基づき説明する。
本実施例の整流子５は、厚さ方向に低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂとを貼り合わせた加工素材から以下に示す一連の工程を経て製造される。
ａ）丸め工程…加工素材を円筒形状に丸め加工する。この時、円筒形状の内周側に高抵抗層８ｂ、外周側に低抵抗層８ａが配置される様に丸める。
ｂ）セグメント成形工程…円筒形状に丸めた加工素材から冷鍛加工により複数のセグメント形状を成形する。この複数のセグメント形状は、低抵抗層８ａ及び高抵抗層８ｂがそれぞれ周方向に繋がった環状のセグメント連結体８０として形成される。
ｃ）モールド工程…セグメント連結体８０の内周側（高抵抗層８ｂ側）を絶縁部材７（例えば樹脂）によりモールドする。
【００１７】
ｄ）外径切削工程…絶縁部材７にモールドされたセグメント連結体８０の外径を切削して整流子面を形成する。この外径切削により、周方向に隣り合うセグメント形状同士が切り離されて、電気的に絶縁された複数のセグメント８が形成される。
ｅ）溝切工程…周方向に隣合うセグメント８同士の間にカッター９等で切り込みを入れてアンダーカット８ｃ（整流子面より深く掘り下げた溝／図１参照）を形成する。
ｆ）組み付け工程…電機子軸２の一端側外周に絶縁部材７を圧入して、電機子軸２に整流子５を組み付ける。
ｇ）コイル結線工程…各セグメント８に電機子コイル４を結線する。セグメント８は、図３（ｂ）に示す様に、軸方向の鉄心側端部に整流子面より径方向外側（図示上側）に立ち上がる結線部が設けられ、この結線部に電機子コイル４が結線される。但し、本実施例では、セグメント８の結線部が低抵抗層８ａによって形成される。つまり、セグメント８の低抵抗層８ａに電機子コイル４が結線される。
【００１８】
（実施例１の効果）
実施例１に記載した整流子５は、回転方向に対し整流子面を形成するセグメント８の両端側に高抵抗層８ｂが配置されるので、従来の二層ブラシを使用した場合と同様に、ブラシ６がセグメント８から離れる際に発生する火花を抑制できる。また、セグメント８を低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂの二層構造にしたことで、例えば、低抵抗層８ａの銅含有量を増やすことにより、低抵抗層８ａの導電率を高くできる。上記の結果、スタータモータの出力性能とブラシ寿命の確保とを両立させることができる。
【００１９】
さらに、整流子５は、回転方向に対し整流子面を形成するセグメント８の両端側に高抵抗層８ｂが配置されるので、右回転用と左回転用とに共通して使用できる。つまり、図１に示す整流子５の回転方向が逆向き（反矢印方向）であっても、同様に、スタータモータの出力性能とブラシ寿命の確保とを両立させることができる。
また、セグメント８は、高抵抗層８ｂより電気抵抗が小さい低抵抗層８ａに電機子コイル４を結線することで、その結線部での電圧降下を低減でき、電圧降下によるモータ性能の低下を抑制できる。
【００２０】
実施例１に記載した整流子５は、セグメント８が単一素材で形成される従来の整流子を製造する場合と同一の製造工程で製造できる。つまり、従来は、セグメント８が単一素材で形成されるのに対し、本実施例では、厚さ方向に低抵抗層８ａと高抵抗層８ｂとを貼り合わせた加工素材を使用しているが、この加工素材の構成が異なるだけで、上述した一連の工程ａ）〜ｇ）は、セグメント８が単一素材で形成される従来の整流子を製造する場合と同じである。これにより、目的とする整流子５（整流子面を形成するセグメント８の両端側に高抵抗層８ｂを有する整流子５）を低コストに製造できる。
【００２１】
（変形例）
実施例１では、整流子５の回転方向に対し整流子面を形成するセグメント８の両端側に高抵抗層８ｂが配置される一例を記載したが、整流子５の回転方向に対し整流子面を形成するセグメント８の後端側に高抵抗層８ｂを配置した構成でも良い。この場合、逆回転には不向きであるが、正回転用に使用することにより、実施例１と同じく、スタータモータの出力性能とブラシ寿命の確保とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】整流子の一部拡大断面図である。
【図２】整流子の製造工程図である。
【図３】（ａ）電機子の半断面図、（ｂ）電機子コイルとセグメントとの結線部を示す拡大断面図である。
【図４】二層ブラシの断面図である（従来技術）。
【図５】二層ブラシの製造方法を示す断面図である（従来技術）。
【図６】リード線挿入孔を形成した成形体の断面図である（従来技術）。
【図７】二層ブラシの断面図である（従来技術）。
【符号の説明】
【００２３】
２    電機子軸
４    電機子コイル
５    整流子
６    ブラシ
７    絶縁部材
８    セグメント
８ａ  低抵抗層
８ｂ  高抵抗層
８０    セグメント連結体
【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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