(57)【要約】【課題】ブラシ付モータの構造上必然的に生じる、ブラシホルダとブラシの間の隙間により、ブラシ振動によって発生する音を防止する。【解決手段】ブラシと、前記ブラシを収納するブラシホルダと、を備え、前記ブラシホルダの内部に配置された弾性部材によって前記ブラシが支持されることを特徴とするブラシ付モータを提供する。弾性部材としてバイメタルをブラシとブラシホルダの隙間に配置すると、バイメタルが熱変形し、ブラシの摺動きを妨げることなく、ブラシホルダがブラシを支持することができるようになる。結果として、ブラシホルダとブラシとの間に生じる隙間に関わらず、ブラシホルダ内の振動や音が防止される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を被覆するカバー側に設けられ、互いに対向する少なくとも一対のブラシホルダと、前記ブラシホルダのそれぞれに収容されたブラシと、前記ブラシホルダ底部に設けられ、前記ブラシを押圧する押圧部材と、を備え、前記ブラシを前記押圧部材によって前記回転体側の整流子に押し付けると共に当該ブラシに通電し、当該回転体を回転させるブラシ付モータであって、
前記ブラシホルダと前記ブラシとの間には、前記通電による発熱に起因する前記ブラシの熱膨張量を見込んで、所定の隙間が設けられており、
前記ブラシホルダには、当該回転体が回転することによって受ける前記ブラシの前記隙間内での挙動を制限する制限部材が設けられているブラシ付モータ。
【請求項２】
前記ブラシホルダを前記回転体の軸線方向から見た場合の側面に開口部が形成され、当該開口部に前記制限部材がブラシホルダの外側から組み付けられ、前記制限部材が前記ブラシを挟むように配置されている請求項１記載のブラシ付モータ。
【請求項３】
前記制限部材が弾性変形することによって、前記ブラシの熱膨張量に関わらず前記隙間を埋める請求項１又は請求項２記載のブラシ付モータ。
【請求項４】
前記制限部材が、少なくとも２個の熱膨張係数の異なる板状部材を貼り合わせたバイメタルで形成され、このバイメタルが前記ブラシの熱膨張量による隙間の変化に対応して変形し、前記ブラシへの付勢力が維持される請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のブラシ付モータ。
【請求項５】
前記バイメタルのそれぞれの板材が、常温状態で湾曲されており、温度上昇に応じて平面となる方向に変形する請求項４記載のブラシ付モータ。
【請求項６】
前記押圧部材が、前記ブラシホルダの底部に設けられ、前記ブラシを押圧して前記回転体側の整流子に押し付けるブラシスプリングである請求項１記載のブラシ付モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシスプリングの付勢力によって、ブラシホルダに収容されたブラシを、回転体側の整流子に押し付けながら通電し、回転体を回転させるブラシ付モータに関するものである。このブラシ付モータは、電動パワーステアリングに使用できる。
【背景技術】
【０００２】
一般的にブラシを有する直流モータは、図９に示される如く、ブラシホルダ１３に収容されたブラシ１４をブラシスプリング１５によってコミテータ（整流子）１１へ付勢力で押圧して接触させ、当該接触状態を維持した状態で通電することで回転子が回転し、回転軸を含む回転体が回転する。
【０００３】
ところで、ブラシは通電することで熱膨張が発生するため、ブラシホルダへの収容の際、当該熱膨張量分を見込んで、所定の隙間をもって収容している。このため、低温度（熱膨張なし）の状況下では、前記隙間が最大となり、ブラシホルダ内のブラシは、ガタつくことになる。
【０００４】
このような場合（低温度状態の場合）、図９（Ａ）に示される如く、モータが駆動すると、整流子１１とブラシ１４の接触によりブラシ１４が回転方向に倣って摺動したり、図９（Ｂ）に示される如く、モータが逆転した際に、ブラシ１４がブラシホルダ１３の内壁を叩くことがあり（以下、摺動や叩きを総称して「振動」という）、この振動が直接騒音となったり、ブラシホルダ等を通じて、リベットからモータのエンドフレームに伝達するため、このエンドフレームが振動して騒音が発生することがある。
【０００５】
この騒音を防止することを目的として、特許文献１では、ブラシを保持するブラシホルダと、前記ブラシホルダを装着するプレートと、前記プレートにおける前記ブラシホルダが装着された面の裏面に設けられた突起と、開口部を有したエンドフレームと、前記プレートと前記エンドフレームとを固定する固定部材と、前記開口部に嵌まり込む嵌合溝及び前記突起を挿通する貫通孔を有した防振部材とからなることを特徴とするモータのブラシ振動防止構造が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８５８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の構造では、エンドフレームが振動することにより発生する騒音を防止することはできても、ブラシホルダ内でのブラシの振動そのものを防止することは配慮されず、このブラシの振動が騒音を招いていた。本発明は上記事実を考慮し、ブラシホルダとブラシとの間の隙間により生じるブラシの振動とこれにより発生する騒音を防止することができるブラシ付モータを得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、回転体を被覆するカバー側に設けられ、互いに対向する少なくとも一対のブラシホルダと、前記ブラシホルダのそれぞれに収容されたブラシと、前記ブラシホルダ底部に設けられ、前記ブラシを押圧するブラシスプリング（押圧部材）とを備え、前記ブラシを前記ブラシスプリングの付勢力によって回転体側の整流子に押し付けると共に当該ブラシに通電し、回転体を回転させるブラシ付モータであって、前記ブラシホルダと前記ブラシとの間には、前記通電による発熱に起因する前記ブラシの熱膨張量を見込んで、所定の隙間が設けられており、前記ブラシホルダには、当該回転体が回転することによって受ける前記ブラシの前記隙間内での挙動を制限する制限部材が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
ブラシは、通電により熱膨張するため、ブラシホルダに収容する際（非通電であり低温度）は、ブラシホルダとの間に隙間がある。このような状況下で、ブラシへの通電を開始し、モータを駆動すると、徐々に発熱するが、初期の段階では、隙間が発生している。そこで、モータ駆動に起因する、前記隙間内でのブラシの挙動を制限部材で制限することで、ブラシの熱膨張量の有無に関わらず、振動の発生を抑制することができる。
【００１０】
上記発明において、前記ブラシホルダを前記回転体の軸線方向から見た場合の側面に開口部が形成され、当該開口部に前記制限部材がブラシホルダの外側から組み付けられ、前記制限部材が前記ブラシを挟むように配置されていることを特徴としている。
【００１１】
ブラシホルダを前記回転体の軸線方向から見た場合の側面、すなわち、モータの駆動により整流子がブラシを移動させる方向、並びにその相反する方向となる領域に開口部を形成し、ブラシホルダの外側から制限部材を組み付ける。これにより、ブラシのブラシホルダへの収容作業とは別となり、ブラシの組み付け作業、制限部材の組み付け作業が独立される。従って、例えば、ブラシ交換時の作業が繁雑となることがない。
【００１２】
また、本発明において、前記制限部材が弾性変形することによって、前記ブラシの熱膨張量に関わらず前記隙間を埋めることを特徴としている。
【００１３】
制限部材が弾性変形することで、ブラシの熱膨張による外形変化に関わらず、常にブラシの挙動をほぼ一定に制限することができる。
【００１４】
弾性変形する制限部材としては、ゴム、バネ、弾性型形状記憶合金、その他の金属、弾性繊維等が挙げられる。
【００１５】
さらに、本発明において、前記制限部材が、少なくとも２個の熱膨張係数の異なる板状部材を貼り合わせたバイメタルで形成され、このバイメタルが前記ブラシの熱膨張量による隙間の変化に対応して変形し、前記ブラシへの付勢力が維持されることを特徴としている。
【００１６】
バイメタルは、熱膨張係数の異なる２種類以上の金属を圧延接合して作られ、温度が上がると熱膨張係数の大きな金属がより多く伸びることにより、熱膨張係数の小さい金属の方に曲がるという性質を有する。この性質を利用して、ブラシの熱膨張による外形の変化に対応して変形させることで、常に均一な付勢力とすることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記バイメタルのそれぞれの板材が、常温状態で湾曲されており、温度上昇に応じて平面となる方向に変形することを特徴としている。
【００１８】
バイメタルをあらかじめ湾曲状態に整形し、焼鈍しておくことで、常温時には湾曲した形状で、高温時には平坦に近い板状に変形することが可能になる。
【００１９】
このバイメタルを、ブラシホルダ内部の、ブラシとブラシホルダに生じる隙間に配置する。ブラシに通電がなく、ブラシが低温に保たれているときは、ブラシとブラシホルダの間に生じる隙間が大きい。このときバイメタルは湾曲した状態のまま、ブラシとブラシホルダ間の隙間に配置されてこの隙間を充填し、ブラシとブラシホルダの隙間によってブラシが振動しないようにブラシを支持する。
【００２０】
一方ブラシが通電して高温になった時には、ブラシが熱膨張し、ブラシとブラシホルダとの隙間が小さくなるが、バイメタルもこれに応じて熱変形して平坦化して、ブラシの摺動を確保しつつもブラシを支持する。このようにバイメタルはブラシの熱膨張に応じて変形する結果、ブラシホルダ内においてブラシを自在に支持することができる。
【００２１】
結果として、ブラシホルダとブラシとの間に隙間があっても、ブラシホルダ内でブラシが自在に支持され、ブラシホルダ内で生じる振動や音が防止される。
【００２２】
これらの弾性部材をブラシとブラシホルダの隙間に配置することで、ブラシホルダ内部でブラシが自在に支持される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明した如く本発明によれば、ブラシホルダとブラシとの間の隙間により生じるブラシの振動とこれにより発生する騒音を防止することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係るブラシ付モータの縦方向断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面でのブラシ付モータの横方向断面図である。
【００２６】
図１及び図２を用いて、本実施の形態に係るブラシ付モータ１の全体の構造を説明する。図１及び図２に示すように、ブラシ付モータ１は、略有底筒形状のモータケース４と、そのモータケース４の開口部を塞ぐように固定された被組付部としてのブラシホルダ固定用ステー（以下、単にステーと称す）３を備えている。
【００２７】
モータケース４の内周面には、周方向に複数のマグネット２が固着されている。モータケース４の内部には、電機子鉄心７がマグネット２と相対するようにロータ８が収容されている。ロータ８の回転軸６は、ステー３側から外部に突出している。また、回転軸６は、モータケース４内で２箇所のベアリング９、１０によって回動可能に支持されている。回転軸６には、先端側のベアリング９と電機子鉄心７の間に整流子１１が固着されている。
【００２８】
整流子１１は、整流子片を組み合わせ、リング状に構成したものであり、相電流切替のためのメカニカルスイッチに相当するものである。前記整流子１１の周りには、ブラシホルダユニット１３が組付けられている。言い換えれば、互いに対向する一対のブラシホルダ１３が２対設けられたことになる。
【００２９】
ブラシホルダユニット１３には、整流子１１周りに略９０°ピッチでブラシ支持部としてのブラシホルダ１３ａが設けられている。ブラシホルダ１３ａは有底筒状であり、ブラシ１４が収納されている。ブラシホルダ１３ａの底部には、ブラシスプリング１５が配設され、このブラシスプリング１５の付勢力によって、ブラシ１４は、整流子１１に圧接するように押し付けられている。なお、ブラシ１４は、ピッグテール１４ａを介して外部給電端子と電気的に接続されている。
【００３０】
ブラシスプリング１５は、ブラシ１４とブラシホルダ１３との間に設けられる弾性部材で、ブラシ１４を適当な圧力で整流子１１の表面に押し付けておくための適度な弾力性を有し、ブラシ１４が整流子１１と適切に接触及び通電するための接圧を適切に保つ。
【００３１】
ブラシ１４は、グラファイトの中に多量の金属粉を混入して圧縮成形し、抵抗値を低く設計したものである。整流子１１に接する電極で、モータ１本体に固定され、電源からの配線が繋がれている。なお、ブラシ１４の素材は、グラファイトの他にも、各種金属等を用いてもよい。
【００３２】
ここで、ブラシホルダ１３ａは、前記ブラシ１４が通電によって発熱したときに生じる熱膨張により、その外形が大きくなってもブラシホルダ１３ａから逸脱しないように、ブラシ１４の外形よりも大きい内径とされている。ブラシホルダユニット１３（及びブラシホルダ１３ａ）の素材は、ブラシ１４を収納可能であれば特に問わず、金属のほか、セラミック、プラスチック等の素材でもよい。
【００３３】
次に、図３乃至図４を用いて、ブラシホルダ１３ａ内の詳細な構造を説明する。
【００３４】
前述したように、ブラシホルダ１３ａ内では、ブラシ１４がブラシホルダ１３ａの内周面に対して、所定の隙間をもって配設されている。この隙間における、少なくとも整流子１１の回転方向に対向する領域（図３では左右の側面）に制限部材としてのバイメタル２０が設けられている。
【００３５】
バイメタル２０は、温度変化に応じて湾曲する金属接合板で、熱膨張係数の異なる２種類あるいはそれ以上の金属又は合金を堅固に一体に接着して板状に仕上げたもので、バネ性を有する機能性材料である。バイメタル２０は温度が上がると熱膨張係数の大きな金属の方の金属がより大きく伸びることから、熱膨張係数の小さい金属の方に曲がる性質を有する。
【００３６】
図７は、板状に圧延接合されたバイメタル２０の断面図である。図８は、プレス加工を施したバイメタル２０の断面図である。図７に示される如く、板状に圧延接合されたバイメタル２０は、低膨張金属２０１と、高膨張金属２０２とを接合して作られている。常温では、バイメタル２０は、図７（ａ）に示される如く板状である。高温になると、高膨張金属２０２が低膨張金属２０１よりも大きく膨張するため、図７（ｂ）に示される如く、バイメタル２０全体が低膨張金属側２０１に湾曲する。
【００３７】
バイメタル２０はバネ性を有するため、プレス加工することにより、図８（ａ）に示すように、凸部形状を有するよう形成することもできる。このような凸部形状を有するように形成されたバイメタル２０は、高温時には、図８（ｂ）に示すように、温度上昇に伴って凸部の高さが下がり、全体として平坦に近い板状に近づくように熱変形する。
【００３８】
本実施形態においては、バイメタル２０は、図８（ａ）に示すように、あらかじめ湾曲した状態で整形し、焼鈍しておくことが望ましい。このようにすることで、常温時には湾曲した状態で、高温時には平坦に近い板状に変形させることが容易になり、ブラシホルダ１３内でブラシ１４を熱膨張にかかわらず自在に支持することが可能になる。
【００３９】
図３に示される如く、バイメタル２０は、ブラシホルダ１３ａ内で、低温時において湾曲した状態（或いは台形状に屈曲した状態）となっている。
【００４０】
この状態で、ブラシ１４が熱膨張すると、ブラシ１４は、バイメタル２０が配設された隙間を狭めるように拡幅していく。一方、バイメタル２０は、ブラシ１４から受ける熱により、変形し、図４に示される如く、ほぼ平坦な板状となる。
【００４１】
なお、図５及び図６に示される如く、バイメタル２０は、ブラシホルダ１３ａの内側面に取り付けるのではなく、当該内側面に貫通孔２２を設け、ブラシホルダ１３ａの外側から組み付ける構造としてもよい。
【００４２】
以下に本実施の形態の作用を説明する。図３に示される如く、ブラシホルダ１３は、内部にブラシ１４を収納する。ブラシ１４は、通電しないときは、常温のままであるから、ブラシ自体が熱膨張をすることはない。その場合、ブラシホルダ１３とブラシ１４との間には大きな隙間が生じることとなる。このため、図３（ａ）に示すように、ブラシ１４両端に湾曲した形状に形成されたバイメタル２０をブラシホルダ１３とブラシ１４との間の隙間に配置し、隙間を充填して、これによりブラシ１４を支持する。
【００４３】
一方、ブラシ１４が整流子１１に接触して通電するときは、通電による発熱で図３（ｂ）に示すようにブラシ１４自体が熱膨張をする。この場合、ブラシ１４が熱膨張して、ブラシホルダ１３とブラシ１４との間の隙間が狭まる。このとき、バイメタル２０は、ブラシ１４からの熱により、変形（平坦化）する。これにより、ブラシホルダ１３ｓ内でのブラシ１４の適度な摺動を妨げることなく、ブラシ１４を支持する。なお、バイメタル２０は、ブラシホルダ１３内において、ブラシ１４の両面側に配置してもよいが、片側の側面のみに配置してもよい。またブラシ１４の両側面のみならず、ブラシ１４の２箇所以上の側面に配置してもよい。
【００４４】
また、バイメタル２０は、図５及び図６に示すように、ブラシホルダ１３ａの側面に貫通孔２２を設け、この貫通孔２２を覆うようにしてブラシホルダ１３ａの外側から組み付けるようにしてもよい。ブラシホルダ１３に設ける貫通孔２２の数や、貫通孔２２の形状は問わない。
【００４５】
以上説明したように本実施の形態では、バイメタル２０がブラシの熱膨張に応じて自らも熱変形することにより、通電時・非通電時いずれにおいても、ブラシ１４の適度な摺動を妨げることなく、ブラシ１４をブラシホルダ１３ａ内において自在に支持することが可能となる。これによりブラシ１４がブラシホルダ１３ａ内において必要以上に動くことで、ブラシホルダ１３ａの内面を叩いたりすることがなくなり、ブラシホルダ１３ａ内で生じる騒音や振動を大幅に削減することができる。結果として、ブラシ付モータ１の運転時における騒音や振動が大幅に削減される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ブラシ付モータの縦方向断面図である。
【図２】図２におけるＡ−Ａ断面でのブラシ付モータの横方向断面図である。
【図３】ブラシホルダ内で、低温時に湾曲した状態のバイメタルがブラシとブラシホルダ内の隙間を充填してブラシを支持する様子を示す図である。
【図４】ブラシホルダ内で、高温時にはブラシ１４が熱膨張する一方、バイメタルが平坦化してブラシを支持する様子を示す図である。
【図５】ブラシホルダ内で、低温時に湾曲した状態のバイメタルがブラシとブラシホルダ内の隙間を充填してブラシを支持する様子を示す図である
【図６】ブラシホルダ内で、高温時にはブラシが熱膨張する一方、バイメタルが平坦化してブラシを支持する様子を示す図である。
【図７】板状に圧延接合されたバイメタルの断面図である。
【図８】プレス加工を施したバイメタルの断面図である。
【図９】従来のブラシホルダ内においてブラシが整流子と接触して振動する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ブラシ付モータ
２  マグネット
３  ブラシホルダ固定用ステー
４  モータケース
６  回転軸
７  電機子鉄心
８  ロータ
９、１０  ベアリング
１１  整流子
１３  ブラシホルダユニット
１３ａ    ブラシホルダ
１４  ブラシ
１４ａ  ピッグテール
１５  スプリング
２０  バイメタル
２０１  低膨張側金属
２０２  高膨張側金属
２２  貫通孔
【図１】
2007325347.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007325347.tif 000007
【図６】
2007325347.tif 000008
【図７】
2007325347.tif 000009
【図８】
2007325347.tif 000010
【図９】
2007325347.tif 000011