(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータであって、
前記ヨーク内に前記アーマチュア、前記コンミテータ及び前記ブラシを組み付けた後、前記界磁石の着磁前に、前記ブラシに通電しつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成したことを特徴とするモータ。
【請求項２】
界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータであって、
前記コンミテータに予め加熱した黒鉛部材を接触させつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成したことを特徴とするモータ。
【請求項３】
界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータであって、
カーボン電極間に過電流を供給することによって生じる局部的な発熱溶解によって発生するカーボンを前記コンミテータの摺接面に蒸着させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成したことを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のモータにおいて、前記モータは電動パワーステアリング装置用のモータであることを特徴とするモータ。
【請求項５】
界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータの製造方法であって、
前記ヨーク内に前記アーマチュア、前記コンミテータ及び前記ブラシを組み付けた後、前記界磁石の着磁前に、前記ブラシに通電しつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成することを特徴とするモータの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のモータの製造方法において、前記コンミテータの摺接面を、前記ブラシへの通電に伴って前記コンミテータに流れる電流のジュール熱によって加熱しつつ前記被覆層を形成することを特徴とするモータの製造方法。
【請求項７】
界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータの製造方法であって、
前記コンミテータに予め加熱した黒鉛部材を接触させつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成することを特徴とするモータの製造方法。
【請求項８】
界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータの製造方法であって、
カーボン電極間に過電流を供給することによって生じる局部的な発熱溶解によって発生するカーボンを前記コンミテータの摺接面に蒸着させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成することを特徴とするモータの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載のモータの製造方法において、前記モータは電動パワーステアリング装置用のモータであることを特徴とするモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流ブラシ付モータに関し、特に、コンミテータとブラシとの間の摺動性に優れたモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシをコンミテータに摺接させてコイルに給電を行う直流モータでは、ブラシとコンミテータとの間の接触状態が良好でないと、両者の摺動部から音や振動が発生するおそれがある。ところが、ブラシとコンミテータの銅が直接接触すると、図５（ａ）に示すように、接触抵抗が小さいためコンミテータ５１端部にてブラシ５２との間にアークが発生し、セグメント間のスリット５３周辺にはカーボンが付着する。カーボンがコンミテータ５１表面に付着すると、図５（ｂ）に示すように、カーボン５４と銅との摩擦係数の違いにより、コンミテータ５１とブラシ５２との間の摩擦係数μが安定しなくなる。このため、コンミテータ・ブラシ間が円滑に摺接せず、機械的・電気的な音や振動が発生しやすいという問題が生じる。
【０００３】
そこで、音や振動を嫌うモータでは、両者の接触状態を良好にすべく、製品出荷前にエージングと呼ばれる馴染み運転を行い、摺接部に起因する音や振動を低減させている。例えば、音や振動が運転者の操舵感に影響を与える電動パワーステアリング用モータでは、過負荷状態にてエージング処理が出荷前に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出荷前に馴染み運転を行う場合、そのための設備や処理時間が必要となり、工数削減の妨げとなるという問題があった。特に、電動パワーステアリング用モータでは、ハンドルの戻りを良好に保つためブラシの押接力が弱くなっており、通常のモータに比して長時間のエージング処理が必要となり、その改善が求められていた。
【０００５】
本発明の目的は、直流ブラシ付モータにおけるエージング処理時間を短縮して工数削減を図ると共に、コンミテータとブラシとの間の摺動性を改善し、機械的・電気的な音や振動を低減させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータは、界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータであって、前記ヨーク内に前記アーマチュア、前記コンミテータ及び前記ブラシを組み付けた後、前記界磁石の着磁前に、前記ブラシに通電しつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の他のモータは、界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータであって、前記コンミテータに予め加熱した黒鉛部材を接触させつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成したことを特徴とする。また、本発明の他のモータは、界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータであって、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を設け、前記被覆層は、カーボン電極間に過電流を供給することによって生じる局部的な発熱溶解によって発生するカーボンを前記コンミテータの摺接面に蒸着させることにより形成されること特徴とする。
【０００８】
本発明にあっては、モータ完成時にコンミテータ上には既にカーボン被覆層が形成されているため、ブラシとコンミテータの間を馴染ませるためのエージング処理時間を短縮させることができ、その分、工数削減を図ることが可能となる。また、コンミテータに予めカーボン層を均一に形成することができるため、カーボン付着ムラによる機械的・電気的な音や振動を低減することができる。特に、前記モータを電動パワーステアリング装置用のモータに適用することにより、長時間のエージング処理を短縮して大幅な工数削減が可能となると共に、操舵時の音や振動が低減し、操舵感の向上が図られる。
【０００９】
一方、本発明のモータ製造方法は、界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータの製造方法であって、前記ヨーク内に前記アーマチュア、前記コンミテータ及び前記ブラシを組み付けた後、前記界磁石の着磁前に、前記ブラシに通電しつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成することを特徴とする。この場合、前記コンミテータの摺接面を、前記ブラシへの通電に伴って前記コンミテータに流れる電流のジュール熱によって加熱しつつ前記被覆層を形成するようにしても良い。
【００１０】
また、本発明の他のモータ製造方法は、界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータの製造方法であって、前記コンミテータに予め加熱した黒鉛部材を接触させつつ前記アーマチュアを回転させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明のモータ製造方法は、界磁石を備えたヨークと、出力軸に固定され前記ヨーク内に回転自在に配置されたアーマチュアと、前記アーマチュアの片側に前記出力軸に固定されて設けられたコンミテータと、前記コンミテータと摺接するブラシとを有してなるモータの製造方法であって、カーボン電極間に過電流を供給することによって生じる局部的な発熱溶解によって発生するカーボンを前記コンミテータの摺接面に蒸着させることにより、前記コンミテータの前記ブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を形成することを特徴とする。
【００１２】
これらのモータ製造方法にあっては、コンミテータ上にカーボン被覆層が形成されたモータを提供できるため、ブラシとコンミテータの間を馴染ませるためのエージング処理時間が短縮され、その分、工数削減を図ることが可能となる。また、コンミテータに予めカーボン層を均一に形成することができるため、カーボン付着ムラによる機械的・電気的な音や振動を低減することができる。特に、前記モータを電動パワーステアリング装置用のモータに適用することにより、長時間のエージング処理時間を短縮し大幅な工数削減が可能となると共に、操舵時の音や振動が低減し、操舵感の向上が図られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態１である電動パワーステアリング用モータの構成を示す断面図である。モータ１１は、いわゆるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に使用され、自動車のコラムの端部に取り付けられたギヤボックスに連結される。モータ１１は、円筒状のヨーク１５内に界磁永久磁石（界磁石）１６を複数配置し、その内側にアーマチュア１７を回転自在に配設した構成となっている。アーマチュア１７は、軸方向に延びる複数のスロット１８を有するコア１９と、スロット１８に巻回された巻線２０とを備えており、出力軸１２に固定され、軸受２１ａ，２１ｂにて回転自在に支持されている。
【００１４】
アーマチュア１７の片側（図１において左側）にはコンミテータ２２が設けられている。このコンミテータ２２は、出力軸１２に固定され、その表面にはブラシ２３が摺接している。ブラシ２３はカーボンにて形成され、コンミテータ２２と対向する面には摺接面２３ａとテーパ面２３ｂが形成されており、摺接面２３ａにてコンミテータ２２と接している。ブラシ２３はブラシホルダ２４内に保持されており、ブラシホルダ２４はブラケット２５内に収容されねじ２６にてブラケット２５に固定されている。また、ブラケット２５は、ボルト２７によってヨーク１５と結合されている。
【００１５】
出力軸１２の左端部にはジョイント１０が取り付けられている。出力軸１２にはスプライン部２８が形成されており、出力軸１２はスプライン部２８が噛み込みながらジョイント１０に圧入固定される。ジョイント１０の反対端には、スプライン部１４を係合させつつ被動軸１３が挿入固定される。これにより出力軸１２と被動軸１３が連結され、アーマチュア１７の回転に伴い被動軸１３もまた回転する。
【００１６】
このようなモータ１１は、運転者がハンドルを操作すると、その操舵角や車両走行速度等に従い操舵補助力を供給する。すなわち、被動軸１３の回転ははギヤボックス内にて適宜減速された後コラムに伝達され、操舵力がモータ１１の回転力により補助される。コラムの回転動作は、ラックアンドピニオン型のステアリングギア部においてタイロッドの往復動作に変換され、操向車輪の転舵が行われる。これにより、運転者は小さな力でハンドルを操作し、転舵動作を行わせることが可能となる。
【００１７】
一方、本発明によるモータ１１では、図１に示すように、コンミテータ２２の表面にカーボン層（被覆層）１が形成されている。図２は、モータ完成時におけるブラシ２３とコンミテータ２２の状態を示す説明図である。モータ１１では、コンミテータ２２には当初からカーボン層１が設けられており、カーボン層１は、モータ１１の各部品を組み付けた後、永久磁石１６を着磁する以前に形成される。すなわち、通常、ヨーク１５内にアーマチュア１７等を組み付けた後は、着磁装置にて永久磁石１６を着磁しモータ１１を完成させるが、ここでは、着磁工程の前に、モータアッセンブリ状態でカーボン層形成工程が実施される。
【００１８】
そこで、カーボン層１の形成方法も踏まえて、当該モータ１１の製造方法について説明する。ここではまず、ヨーク１５内にアーマチュア１７やコンミテータ２２、ブラシ２３、ブラシホルダ２４、ブラケット２５等を組み付けてモータ１１の基本構造を形成する。その後、ブラシ２３に通電しつつ、アーマチュア１７を外部から回転させる。これにより、ブラシ２３とコンミテータ２２とが通電状態で摺接されることになる。
【００１９】
この場合、ブラシ２３が−、コンミテータ２２が＋の部位では、両者間に存在する微少な隙間では微細なアーク放電現象が発生し、−側から＋側に向かって、つまりコンミテータ２２に向かって電子が移動する。ブラシ２３から出た電子がコンミテータ２２の表面に衝突すると、コンミテータ２２の材料である銅が蒸発する。蒸発した銅の原子は、移動中の電子と衝突すると電子を放出してCu2+となり、この陽イオンが陰極であるブラシ２３の表面に衝突すると炭素原子が放出され、コンミテータ２２の摺動面上にカーボン層１が形成される。また、この際、コンミテータ２２には電流によりジュール熱が発生して加熱された状態となっており、ブラシ２３から放出されたカーボンは比較的容易に摺動面上に付着する。
【００２０】
また、ブラシ２３が＋、コンミテータ２２が−の部位では、電子はコンミテータ２２からブラシ２３に向かって移動する。この電子の衝突によりブラシ２３表面のカーボン粒が遊離し、コンミテータ２２の摺動面上に付着する。そして、これらの現象により、ブラシ２３に通電しつつコンミテータ２２を摺動させると、コンミテータ２２の摺動面上には略均一にカーボン層１が形成される。
【００２１】
一方、ここではブラシ２３とコンミテータ２２は永久磁石１６のない状態で通電され、界磁石の影響を受けることなく摺接する。従って、界磁石の磁界による誘導起電力やトルクリップルの影響を受けずにブラシ２３とコンミテータ２２を摺接でき、ムラのない均一なカーボン層１を形成することができる。また、ブラシ２３は摺接面２３ａにてコンミテータ２２と接触し、両者の接触面積が小さく抑えられているため、ブラシ全面をコンミテータに接触させた場合に比して電流密度が高く、カーボン層１が形成されやすい。なお、カーボン層１は、図１に示すように、ブラシ２３は摺接面２３ａと接触する部位に形成される。
【００２２】
このようにしてカーボン層１を形成した後、モータアセンブリを着磁装置にかけ、永久磁石１６の着磁を行ってモータ１１が完成する。前述のように、従来のモータでは、この後にブラシ２３とコンミテータ２２との間を馴染ませるためエージング処理を行っており、それに相当の時間を要していた。これに対し当該モータ１１では、既にコンミテータ２２上にはカーボン層１が形成されており、両者の間の馴染み運転は必要最小限で済ませられる。従って、エージング処理に要していた時間を短縮することができ、その分、工数削減を図ることが可能となる。また、コンミテータ２２に予め均一なカーボン層１を形成できるため、カーボン付着ムラによる機械的・電気的な音や振動を低減することが可能となる。特に、当該モータ１１のような電動パワーステアリング用モータでは、長時間のエージング処理時間が短縮され大幅な工数削減が図れると共に、操舵時の音や振動が低減し、操舵感の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
さらに、モータ１１では、カーボン層１が均一にコンミテータ２２を被覆しているため、ブラシ２３とコンミテータ２２との間には常にカーボン層１が存在しており、両者の間の接触電圧を降下させることができ、アークの発生を抑えることが可能となる。加えて、カーボン層１の存在により、ブラシ２３とコンミテータ２２との間の摩擦係数μが低下するので、モータの回転がスムーズになり音や振動を低減させることが可能となる。
【００２４】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２として、カーボン層１をモータ組付前に形成する方式について説明する。図３は、本発明の実施の形態２であるカーボン層形成方式を示す説明図である。なお、以下の実施の形態では、実施の形態１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２５】
当該実施の形態では、カーボン層１はアーマチュアッセンブリの状態で形成される。ここではまず、出力軸１２にアーマチュア１７とコンミテータ２２を取り付けてアーマチュアッセンブリを形成し、出力軸１２を回転自在に保持する。次に、図３に示すように、コンミテータ２２の表面に例えば１００度程度に加熱されたスティック状の処理黒鉛棒（黒鉛部材）２を接触させ、その状態で出力軸１２を回転させる。これにより、処理黒鉛棒２がコンミテータ２２に摺接し、コンミテータ２２の表面に均一なカーボン層１が形成される。そして、カーボン層１を形成した後、アーマチュア１７等をヨーク１５に組み付けてモータアッセンブリとし、着磁装置にて永久磁石１６の着磁を行いモータ１１を完成させる。
【００２６】
この場合も、モータ完成時にはコンミテータ２２上にカーボン層１が形成されているため、ブラシ２３とコンミテータ２２の間を馴染ませるエージング処理は必要最小限にて済ませられる。また、カーボン層１が均一に形成されているため、カーボン付着ムラに起因する音や振動の低減も図られる。なお、処理黒鉛棒２を加熱せずに使用することも可能である。
【００２７】
（実施の形態３）
さらに、実施の形態として、カーボン層１をカーボン蒸着法にて形成する方式について説明する。図４は、本発明の実施の形態３であるカーボン層形成方式を示す説明図である。
【００２８】
当該実施の形態では、カーボン層１はコンミテータ２２単体の状態で形成される。ここではまず、コンミテータ２２を真空雰囲気中に設置し、図４に示すように、コンミテータ２２の真上、８cm程度の位置にカーボン電極３，４を配置する。カーボン電極４の先端は鋭くとがらせてあり、図示しないスプリングの付勢力によってその先端がカーボン電極３の端面に当接している。カーボン電極３を＋側、カーボン電極４を−側として両電極間に例えば２５Ｖ，４０Ａ程度の電圧を印可する。
【００２９】
カーボン電極３，４間には徐々に電流を流して行き、両者の接触点が白熱状態となったところで急速に電流量を増し過電流を供給する。これにより、局部的な発熱溶解によってカーボンが白熱蒸発し、コンミテータ２２の摺接面にカーボンが蒸着される。そして、この状態でコンミテータ２２を適宜回転させることにより、その摺動面上にカーボン層１がコーティング形成される。
【００３０】
このようにしてカーボン層１を形成した後、コンミテータ２２を前述のような構成のカーボンコーターから取り出し、回転軸１２に取り付ける。回転軸１２にはさらにコア１９が取り付けられ、巻線２０が巻装されてアーマチュアッセンブリとなる。さらに、これをヨーク１５に組み付けてモータアッセンブリとし、着磁装置にて永久磁石１６の着磁を行いモータ１１を完成させる。そしてこの場合も、エージング処理時間を短縮でき、また、カーボン付着ムラによる音や振動の発生も抑えられる。
【００３１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態は、モータ１１を電動パワーステアリング用モータに適用した例を示したが、他の用途のモータにそれを適用することも可能である。例えば、ワイパやパワーウインド等に使用される他の自動車用モータや、家電製品、ＩＴ機器等に使用されるモータ等にも本発明は有効である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のモータによれば、コンミテータのブラシとの摺接面にカーボンからなる被覆層を設けたので、モータ完成時に既にコンミテータ上にカーボン被覆層が存在し、ブラシとコンミテータの間を馴染ませるためのエージング処理時間を短縮することができ、その分、工数削減を図ることが可能となる。また、コンミテータに予めカーボン層を均一に形成することができるため、カーボン付着ムラによる機械的・電気的な音や振動を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１である電動パワーステアリング用モータの構成を示す断面図である。
【図２】モータ完成時におけるブラシとコンミテータの状態を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２であるカーボン層形成方式を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３であるカーボン層形成方式を示す説明図である。
【図５】従来のモータにおけるブラシとコンミテータの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１    カーボン層（被覆層）
２    処理黒鉛棒（黒鉛部材）
３    カーボン電極
４    カーボン電極
１０    ジョイント
１１    モータ
１２    回転軸
１２    出力軸
１３    被動軸
１４    スプライン部
１５    ヨーク
１６    永久磁石（界磁石）
１７    アーマチュア
１８    スロット
１９    コア
２０    巻線
２１ａ，２１ｂ    軸受
２２    コンミテータ
２３    ブラシ
２３ａ  摺接面
２３ｂ  テーパ面
２４    ブラシホルダ
２５    ブラケット
２６    ねじ
２７    ボルト
２８    スプライン部
５１    コンミテータ
５２    ブラシ
５３    スリット
５４    カーボン
【図１】
0003943954.tif 000002
【図２】
0003943954.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003943954.tif 000005
【図５】
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