(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁を形成するステータと、
該ステータ内を出力軸と共に回転する電機子コアと該電機子コアの外周側に設けられた複数の電機子コイルとからなるロータと、
該電機子コイル毎の端部が接続された整流子片と該複数の整流子片を絶縁しつつ均等な放射状に保持する絶縁保持部材とからなり該ロータと共に回転する整流子と、
該整流子の外周側に配設され該整流子片の外周面に摺接する一対以上のブラシと、
少なくとも該ステータおよび該ロータを収納するモータハウジングとを備え、
該ブラシから該整流子を介して該電機子コイルへ整流電流を供給し該ロータを回転させる直流モータにおいて、
前記整流子片は、
軸方向へ延在し前記ブラシの摺接する摺接部と、
該摺接部の一方側から径方向外側へ突出し前記電機子コイルの端部が接続される接続部と、
該摺接部および／または該接続部から径方向内側へ延在して該絶縁保持部材に埋設される埋設部と、
該接続部の径方向内側近傍および／または該埋設部から該摺接部と反対側の軸方向へ延在して前記絶縁保持部材に埋設される突出部とからなり、
前記埋設部は、前記摺接部と軸方向反対側に位置する軸方向後端面側に軸方向へ開口した係止凹部を有し、
さらに、前記接続部の軸方向後端面を基準とした、前記突出部の突出量（ｔ１）と、前記係止凹部の窪み量（ｔ２）と、前記摺接部および前記接続部の連結境界にある隅部と前記係止凹部の底部側の隅部との間隔（ｔ３）とがｔ３＞ｔ１≧ｔ２であることを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記接続部は、前記電機子コイルの端部が挿着される径方向外側に開口したスロットを有し、
該電機子コイルは該スロット内で径方向外側から押圧された後に溶着されて該接続部に接続されるものである請求項１記載の直流モータ。
【請求項３】
前記整流子片の埋設部は、さらに、前記摺接部と軸方向同じ側にある軸方向前端面側に軸方向へ開口した係止凹部を有する請求項１記載の直流モータ。
【請求項４】
前記整流子は、さらに、放射状に配設された複数の前記整流子片の係合凹部により形成された略環状の係止溝へ挿着される環状の補強係止部材を備える請求項１または３記載の直流モータ。
【請求項５】
前記絶縁保持部材は、モールド樹脂からなり、
前記整流子は放射状に配設した複数の前記整流子片を該モールド樹脂で埋設して一体成形したものである請求項１記載の直流モータ。
【請求項６】
界磁を形成するステータと、
該ステータ内を出力軸と共に回転する電機子コアと該電機子コアの外周側に設けられた複数の電機子コイルとからなるロータと、
該電機子コイル毎の端部が接続された整流子片と該複数の整流子片を絶縁しつつ均等な放射状に保持する絶縁保持部材とからなり該ロータと共に回転する整流子と、
該整流子の外周側に配設され該整流子片の外周面に摺接する一対以上のブラシと、
少なくとも該ステータおよび該ロータを収納するモータハウジングとを備え、
該ブラシから該整流子を介して該電機子コイルへ整流電流を供給し該ロータを回転させる直流モータを駆動源とするエンジン始動装置において、
前記直流モータの整流子片は、
軸方向へ延在し前記ブラシの摺接する摺接部と、
該摺接部の一方側から径方向外側へ突出し前記電機子コイルの端部が接続される接続部と、
該摺接部および／または該接続部から径方向内側へ延在して該絶縁保持部材に埋設される埋設部と、
該接続部の径方向内側近傍および／または該埋設部から該摺接部と反対側の軸方向へ延在して前記絶縁保持部材に埋設される突出部とからなり、
前記埋設部は、前記摺接部と軸方向反対側に位置する軸方向後端面側に軸方向へ開口した係止凹部を有し、
さらに、前記接続部の軸方向後端面を基準とした、前記突出部の突出量（ｔ１）と、前記係止凹部の窪み量（ｔ２）と、前記摺接部および前記接続部の連結境界にある隅部と前記係止凹部の底部側の隅部との間隔（ｔ３）とがｔ３＞ｔ１≧ｔ２であることを特徴とするエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動装置（以下、適宜、「スタータ」という。）等の駆動モータとして使用される直流モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータは各種の機械や機器に使用されているが、その小型軽量化は常に要求されている。エンジン始動に使用されるスタータモータを例にとると、モータの体格（主に外径寸法）を縮小して、高速回転型のモータを使用する機会が多くなってきている。また、狭いスペースにモータを収納するためにも、モータの全体的な体格には限らず、各部材を可能な限り小型化されることが求められている。このような状況の下、直流モータの整流子も例外ではなく、その小型化、小径化が進められている。
【０００３】
整流子（コンミテータ）は、複数の整流子片（コンミテータセグメント）を環状に配列して、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂（モールド樹脂）でモールド成形したものが多い。ここで、整流子も高速回転することを考えると、各整流子片もその遠心力に十分耐えうることが必要となる。従って、単片状の整流子片を単にモールド樹脂に埋設しただけでは、その遠心力に十分耐え得ることができず、整流子片からモールド樹脂から剥離するおそれがある。そこで、モールド樹脂に埋設される整流子片の形状（埋設部の形状）が種々工夫されてきた。
例えば、特開昭５９−２１８０４２号公報等では、整流子片の埋設部をタブテイル状にして遠心強度を増したものが開示されている。また、特開平１−２８３０４３号公報には、その埋設部をタブテイル状にすると共に、電機子コイルが接続されるライザ（接続部）の反対側にある外周端部に爪部を設け、この爪部をモールド樹脂に埋設して遠心強度を増した整流子片が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのタブテイルを有する整流子片によって、十分な遠心強度の確保と整流子の小径化を図ることは困難である。整流子片のタブテイルは、埋設スペースの狭くなる内周側に位置するから、それらの干渉を避けつつ各整流子片を放射状に配設すると、自ずと整流子全体の外径が拡大するからである。
直流モータの出力特性向上のために整流子片数を増加させようとした場合も同様な理由により、整流子片数の増加とモータの小型化とを両立させることは困難である。
【０００５】
上記特開平１−２８３０４３号公報のように、反ライザ側に延在させた爪部をモールド樹脂中に埋設させると、一見、整流子の小径化や整流子片の多数化を可能とできるように見える。しかし、外周面の一部を削って薄片にしたに過ぎない爪部では、十分な遠心強度を確保することはできない。特に、整流子を小径化していくと、そのような爪部もさらに小さく薄くなり、その爪部で遠心強度を確保することは一層困難となる。さらに、この公報では、反ライザ側の遠心強度の確保に主眼がおかれているが、より大きな遠心強度が必要とされるのは、電機子コイルが接続されるライザ側である。この点からしても、反ライザ側に設けた爪部のようなものでは、遠心強度を十分に確保できないことが明らかである。
なお、言うまでもないが、整流子片がそれを保持するモールド樹脂等で形成された保持部材から外径方向へ浮上がったりすると、ブラシの異常摩耗等が生じたり、整流が悪化したりして、ブラシ寿命の低下やモータ性能の低下を招くことになる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、整流子片の遠心強度の確保と整流子の小型化とを両立させ、信頼性の高い小型化できる直流モータを提供することを目的とする。また、その直流モータを用いたエンジン始動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、整流子片の接続部から軸方向に突出部を延在させることを思いつき、本発明を完成させるに至ったものである。
（直流モータ）
すなわち、本発明の直流モータは、界磁を形成するステータと、該ステータ内を出力軸と共に回転する電機子コアと該電機子コアの外周側に設けられた複数の電機子コイルとからなるロータと、該電機子コイル毎の端部が接続された整流子片と該複数の整流子片を絶縁しつつ均等な放射状に保持する絶縁保持部材とからなり該ロータと共に回転する整流子と、該整流子の外周側に配設され該整流子片の外周面に摺接する一対以上のブラシと、少なくとも該ステータおよび該ロータを収納するモータハウジングとを備え、該ブラシから該整流子を介して該電機子コイルへ整流電流を供給し該ロータを回転させる直流モータにおいて、
前記整流子片は、軸方向へ延在し前記ブラシの摺接する摺接部と、該摺接部の一方側から径方向外側へ突出し前記電機子コイルの端部が接続される接続部と、該摺接部および／または該接続部から径方向内側へ延在して該絶縁保持部材に埋設される埋設部と、該接続部の径方向内側近傍および／または該埋設部から該摺接部と反対側の軸方向へ延在して前記絶縁保持部材に埋設される突出部とからなり、前記埋設部は、前記摺接部と軸方向反対側に位置する軸方向後端面側に軸方向へ開口した係止凹部を有し、
さらに、前記接続部の軸方向後端面を基準とした、前記突出部の突出量（ｔ１）と、前記係止凹部の窪み量（ｔ２）と、前記摺接部および前記接続部の連結境界にある隅部と前記係止凹部の底部側の隅部との間隔（ｔ３）とがｔ３＞ｔ１≧ｔ２であることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
本発明の直流モータの場合、整流子を構成する整流子片が、それぞれ、絶縁保持部材に埋設される埋設部以外に、接続部近傍から軸方向に突出した突出部をもつ。この突出部も絶縁保持部材に埋設されるため、絶縁保持部材との接合面積が増加すると共にその突出部自体が絶縁保持部材に対して規制され、整流子片は径方向および軸方向へ拘束される。中でも、径方向への拘束力が大きく、整流子片は絶縁保持部材に対して高い遠心強度を有するものとなる。
しかも、突出部の配設位置は、大きな遠心強度の作用する接続部側にあるために、前述の大きな遠心強度が有効に機能して、整流子ひいては直流モータの信頼性が十分に確保される。
また、その突出部は、摺接部の延長上に設けられたものではなく、接続部の径方向内側近傍（または、その近傍にある埋設部）から突出したものであるので、その形状自由度を大きくとることができる。従って、突出部に、十分な強度、大きさを持たせることができる。しかも、突出部は、軸方向に突出しているから、整流子片を放射状に多数配設した場合でも、周方向で干渉することがなく、整流子の小径化と整流子片の多数化を達成することができる。
また、その大きな形状自由度のため、突出部の体積を比較的大きくすることも可能である。そのため、その突出部の熱容量を大きくすることも可能となる。加えて、その突出部の存在により整流子片と絶縁保持部材との間の接触面積も大きくなり、両者間の熱伝達性も向上する。この結果、モータの運転中に発生するブラシと整流子片間の摩擦熱等が効率的に整流子片から絶縁保持部材へ放熱され、ブラシの損傷等が抑制、防止される。
【０００９】
さらに、この突出部は、接続部の内周側近傍に存在するため、接続部を補強、支持する機能を果す。例えば、接続部と電機子コイルの端部とを接合する際に、接続部が径方向内側へ押圧されたとしても、その突出部の支えによって、接続部等は損傷を受け難い。より具体的には、その接続部が、電機子コイルの端部の挿着される径方向外側に開口したスロットを有しており、電機子コイルがそのスロット内へ挿入されて径方向外側から押圧されるような場合でも、接続部等の損傷が有効に防止される。なお、スロットに挿入された電機子コイルは、その後、スロット内で溶着（フュージング）等されて接続部と電気的に接続される（請求項２）。
【００１０】
また、整流子片の埋設部が、少なくとも一方の軸方向端面側に軸方向へ開口した係止凹部を有すると、整流子片の遠心強度をさらに高めることができるので好ましい。この係止凹部と絶縁保持部材とが係合して、いわゆるアンカー効果が生じ、整流子片の外周方向への飛出しや浮上がりが防止されるからである（請求項３）。
【００１１】
さらに、その整流子片が放射状に配設されて、複数の係合凹部により形成された略環状の係止溝へ、環状の補強係止部材が挿着されていると好ましい。これにより、各整流子片の外周方向への飛出しや浮上がりが一層有効に防止されるからである（請求項４）。
絶縁保持部材がモールド樹脂等からなる場合は、その係止凹部のみならずその補強係止部材をも、モールド樹脂等によって埋設されていると好ましい。絶縁保持部材を介して、係止凹部と補強係止部材との両方によって、整流子片が強固に固定され、整流子片の遠心強度がさらに向上するからである。
【００１２】
このように、絶縁保持部材がモールド樹脂からなり、このモールド樹脂によって放射状に配設した複数の整流子片が埋設され、両者が一体成形された状態となっていると、整流子片の遠心強度等がさらに向上する。また、両者を一体成形することにより、各整流子片の絶縁と保持固定とを一度にできるので、生産性にも優れたものとなる（請求項５）。
【００１３】
（エンジン始動装置）
本発明の直流モータの用途は特に限定されないが、その好適な一形態として、その直流モータを駆動モータとするエンジン始動装置を挙げることができる。
すなわち、本発明は、界磁を形成するステータと、該ステータ内を出力軸と共に回転する電機子コアと該電機子コアの外周側に設けられた複数の電機子コイルとからなるロータと、該電機子コイル毎の端部が接続された整流子片と該複数の整流子片を絶縁しつつ均等な放射状に保持する絶縁保持部材とからなり該ロータと共に回転する整流子と、該整流子の外周側に配設され該整流子片の外周面に摺接する一対以上のブラシと、少なくとも該ステータおよび該ロータを収納するモータハウジングとを備え、該ブラシから該整流子を介して該電機子コイルへ整流電流を供給し該ロータを回転させる直流モータを駆動源とするエンジン始動装置において、
前記直流モータの整流子片は、軸方向へ延在し前記ブラシの摺接する摺接部と、該摺接部の一方側から径方向外側へ突出し前記電機子コイルの端部が接続される接続部と、該摺接部および／または該接続部から径方向内側へ延在して該絶縁保持部材に埋設される埋設部と、該接続部の径方向内側近傍および／または該埋設部から該摺接部と反対側の軸方向へ延在して前記絶縁保持部材に埋設される突出部とからなり、前記埋設部は、前記摺接部と軸方向反対側に位置する軸方向後端面側に軸方向へ開口した係止凹部を有し、
さらに、前記接続部の軸方向後端面を基準とした、前記突出部の突出量（ｔ１）と、前記係止凹部の窪み量（ｔ２）と、前記摺接部および前記接続部の連結境界にある隅部と前記係止凹部の底部側の隅部との間隔（ｔ３）とがｔ３＞ｔ１≧ｔ２であることを特徴とするエンジン始動装置としても把握することができる（請求項６）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
本発明に係る直流モータを用いた一実施形態であるスタータ（エンジン始動装置）Ｓを図１に示す。
スタータＳは、直流モータＭと、マグネットスイッチＳＷと、図示していないが遊星歯車からなる減速機と、オーバーランニングクラッチと、ピニオンギヤＰとから主になり、これらはスタータケースＣ内によって収納、保持されている。
【００１５】
エンジンを始動させる際に、エンジンのイグニッションキーを「ＳＴＡＲＴ」の位置に入れると、マグネットスイッチＳＷ中のプランジャが電磁駆動されて、リレー接点が閉じ、直流モータＭにバッテリから直接的に電力供給される。これと同時に、そのプランジャによって前記オーバーランニングクラッチおよびピニオンギヤＰがレバー駆動され、ヘリカルスプラインにガイドされつつ前方（図左側）へ押し出される。その結果、飛び出したピニオンギヤＰは、エンジンのクランクシャフトに取り付けられたリングギヤに噛合して、エンジンを始動回転させる。
【００１６】
ところで、直流モータＭは、ステータ１０と、ロータ２０と、整流子（コンミテータ）３０と、ブラシ部４０と、これらを囲繞すると共に継鉄（ヨーク）を兼ねる略円筒状のモータハウジング５０とから主になる。
ステータ１０は、詳細を図示していないが、モータハウジング５０の内周壁面に圧入固定されたポールコアとその周囲に巻回されたフィールドコイル１２とからなる。そして、前述のマグネットスイッチＳＷが閉じられると、バッテリからフィールドコイル１２に直流が流れて、界磁（フィールド）が形成される。
【００１７】
ロータ２０は、電磁鋼板を積層してなりモータ主軸２３にスプライン結合された電機子コア２１と、この電機子コア２１の外周側のスロットに巻回収納された電機子コイル２２とからなる。このロータ２０は、その外周側を囲繞するステータ１０との間に僅かな隙間（エアギャップ）を設けつつ、回転自在にモータ主軸２３の両端によって軸支されている。前述のマグネットスイッチＳＷが閉じられると、バッテリから電機子コイル２２へも直流が流れて、ステータ１０によって形成された界磁中でロータ２０が回転することとなる。
【００１８】
整流子３０は、放射状に均等配置した２９個の整流子片３１と、これらの整流子片３１をモールド樹脂によって一体成形し各整流子片３１を絶縁保持する略環状の樹脂絶縁体（絶縁保持部材）３２とからなる。この整流子３０は、樹脂絶縁体３２がモータ主軸２３の後端側に圧入固定されて、ロータ２０と一体的に回転する。そして、この整流子３０と前述のロータ２０とによって電機子（アーマチャ）が形成される。
【００１９】
ブラシ部４０は、金属黒鉛からなり整流子３０に摺接するブラシとこのブラシを保持収納するブラシホルダーとからなる。直流モータＭでは、２対、つまり４極のブラシ部４０が対称に設けられている。そして、＋側のブラシはバッテリ側（マグネットスイッチＳＷ側）に接続され、−側のブラシはアース側に接続されている。
【００２０】
次に、本発明の特徴部分である整流子３０および整流子片３１について、図２および図３を用いて詳細に説明する。なお、図２（ａ）は整流子３０の縦断面図であり、図２（ｂ）はその右側面図である。また、図３（ａ）は整流子片３１の正面図であり、図３（ｂ）はその右側面図である。
図２から分かるように、本実施形態に係る整流子３０の場合、２９個の整流子片３１が放射状に均等配置されている。そして、各整流子片３１は、それらの隙間に浸入した樹脂絶縁体３２の仕切３２１によって絶縁、保持されている。
【００２１】
整流子片３１は、略Ｌ字状の銅片からなり、摺接部３１１と、接続部３１２と、突出部３１３と、埋設部３１４とからなる。
摺接部３１１は、軸方向に延びる幅の短い円弧面からなり、ここに前述のブラシが摺接して電気的に導通する。
【００２２】
接続部３１２は、摺接部３１１の後方（図左側）に位置し、径方向外側へ突出している。その周方向中央には径方向に切欠かかれたスロット３１２ａを有し、全体として略Ｕ字状をしている。複数の電機子コイル２２の端部は、このスロット３１２ａに嵌入されて、最終的にはフュージングによって接続部３１２に溶着される。
【００２３】
突出部３１３は、この接続部３１２の径方向内周側の端面から軸方向後方へ突出した略角柱状をしている。なお、本実施形態では、摺接部３１１と突出部３１３との内外周面が径方向のほぼ同位置となるように設定した。ただし、突出部３１３の径方向外側には、モールド樹脂が覆い被さっており、突出部３１３は樹脂絶縁体３２によって全体が埋設された状態となっている。
【００２４】
埋設部３１４は、摺接部３１１の径方向内側で軸方向へ延在し、断面略Ｉ型をしている。具体的には、最内周側には、小型のタブテイル３１４ｃを有し、その軸方向両端には軸方向前後側に開口した略コ字型の係止凹部３１４ａ、３１４ｂを有する。タブテイル３１４ｃおよび係止凹部３１４ａ、３１４ｂは、それぞれ樹脂絶縁体３２に完全に埋設されているため、アンカー効果を発揮して、それぞれが優れた遠心強度を担保する。本実施形態の整流子３０の場合、それに加えて、両係止凹部３１４ａ、３１４ｂによって形成された略環状の係止溝３５、３６に、両面が絶縁被覆された環状の金属バンド（補強係止部材）３３、３４がそれぞれ挿着されている。これにより、各整流子片３１は、前述したアンカー効果以外にもこの金属バンド３３、３４によって強固に拘束されて、より一層高い遠心強度が確保されている。
【００２５】
ところで、図３に示すように、整流子片３１は、接続部３１２の軸方向後端面を基準として、突出部３１３の突出量ｔ１と係止凹部３１４ｂの窪み量ｔ２との関係を、ｔ１≧ｔ２となるようにされている。
先ず、突出部３１３の突出量ｔ１を大きくすることにより、突出部３１３によるアンカー効果および接続部３１２の支持効果が十分に確保される。次に、係止凹部３１４ｂの窪み量ｔ２を小さくすることにより、摺接部３１１および接続部３１２の連結境界にある隅部と、係止凹部３１４ｂの底部側の隅部との間隔（ｔ３）を厚くすることができる。この部分は、応力集中を生じ易い部分であるが、ｔ３を大きくすることにより、遠心力に対して整流子片３１は、十分な強度が確保されることとなった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、整流子の小型化と共に遠心強度も確保されるため、直流モータ全体としての小型化、高速化等を図ることが可能となる。このような、高速化と小型化とを両立可能な直流モータをエンジン始動装置に利用すると、エンジン始動装置の軽量小型化にも寄与することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるエンジン始動装置（ステータ）の全体図である。
【図２】その直流モータに使用した整流子を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）はその右側面図である。
【図３】その整流子に組み込まれる整流子片を示す図であり、同図（ａ）はその正面図であり、同図（ｂ）はその右側面図である。
【符号の説明】
Ｓ            ステータ
Ｍ            直流モータ
１０          ステータ
２０          ロータ
２１          電機子コア
２２          電機子コイル
２３          モータ主軸
３０          整流子
３１          整流子片
３１１        摺接部
３１２        接続部
３１３        突出部
３１４        埋設部
３１４ａ、ｂ  係止凹部
３２          樹脂絶縁体（絶縁保持部材）
４０          ブラシ部
【図１】
0003972729.tif 000002
【図２】
0003972729.tif 000003
【図３】
0003972729.tif 000004