(57)【要約】【課題】ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制するとともに、高速回転をする場合であっても遠心力による破損を防止することができるモールド整流子を提供することを目的とする。【解決手段】複数の整流子片１と、複数の略直方体形状のバリスタ２と、複数の円筒状のピン３と、複数の整流子片１と複数のバリスタ２とを係合させた状態で一体成形するモールド材４と、バリスタ２の表面に配置されるシリコン樹脂５と、により構成される。整流子片１は、モールド材３と結合強度を担保するための凹凸状のアンカー部１１が形成される。このアンカー部１１には、巻線フック側凹部１２と、中央凹部１３と、巻線フック逆側凹部１４と、が形成されている。そして、このアンカー部１１の巻線フック側凹部１２に、バリスタを係合させる略棚状の凹部１５が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅または銅合金で構成される複数の整流子片と、
前記整流子片と当該整流子片に隣接する整流子片との間に係合する複数の略直方体形状のバリスタと、
前記複数の整流子片と前記複数のバリスタとを係合させた状態で一体成形するモールド材と、
により構成されることを特徴とするモールド整流子。
【請求項２】
請求項１に記載のモールド整流子であって、
前記整流子片は、前記バリスタを係合させる略棚状の凹部が形成されるモールド整流子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモールド整流子であって、
前記バリスタは、積層チップバリスタであるモールド整流子。
【請求項４】
請求項３に記載のモールド整流子であって、
前記バリスタは、銀電極を備え、
前記バリスタと前記整流子片とを、銀を含む導電性接着剤により接合するモールド整流子。
【請求項５】
請求項４に記載のモールド整流子であって、
前記整流子片は、銀で被覆されるモールド整流子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモールド整流子であって、
前記バリスタと前記モールド樹脂との間に、シリコン樹脂を配置するモールド整流子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のモールド整流子であって、
１ｍＡの電流が流れた場合の前記隣接する整流子片間のバリスタに印加される電圧Ａｖは、Ａｖ＞モータ印加電圧／（整流子片数／２）を満たすモールド整流子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のモールド整流子を用いた掃除機用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掃除機や電動工具などに使用される整流子モータの整流を行うモールド整流子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の家電機器の掃除機に使用される整流子モータは、モータの小型軽量化、性能向上、高入力化に伴い、モータ回転中にブラシと整流子片間に生ずる火花放電（以下、「スパーク」とする。）が大きくなり、ブラシ寿命が確保できないという問題があった。このような問題を解決するため、ブラシの比抵抗を高くしたり、電機子の銅量（巻線量）を少なくするなどして、スパーク電圧（スパークエネルギー）を小さくし、ブラシ寿命を確保してきた。
【０００３】
しかしながら、このようにブラシの比抵抗を高くしたり、電機子の銅量（巻線量）を少なくしたりすると、ブラシの発熱を悪化させたり、モータ効率を低下させることとなる。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のように、隣接する整流子片がそれぞれ抵抗素子を介して互いに電気的接続される構成とし、有効にスパークを抑制するという発明がなされていた。
【特許文献１】特開平６−２０９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のように、抵抗素子を整流子片の接続突起に半田付けをするという構成では、特に近年の掃除機用モータに必要とされる４００００ｒｐｍ以上の高速回転をする場合には、遠心力により抵抗素子や整流子片が吹き飛ばされてしまう、という問題が生じる。
【０００６】
そこで、この発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制するとともに、高速回転をする場合であっても遠心力による破損を防止することができるモールド整流子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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、銅または銅合金で構成される複数の整流子片と、前記整流子片と当該整流子片に隣接する整流子片との間に係合する複数の略直方体形状のバリスタと、前記複数の整流子片と前記複数のバリスタとを係合させた状態で一体成形するモールド材と、により構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモールド整流子であって、前記整流子片は、前記バリスタを係合させる略棚状の凹部が形成される。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のモールド整流子であって、前記バリスタは、積層チップバリスタである。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモールド整流子であって、前記バリスタは、銀電極を備え、前記バリスタと前記整流子片とを、銀のフィラーを含む導電性接着剤により接合する。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモールド整流子であって、前記整流子片は、銀で被覆される。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモールド整流子であって、前記バリスタと前記モールド樹脂との間に、シリコン樹脂を配置する。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のモールド整流子であって、１ｍＡの電流が流れた場合の前記隣接する整流子片間のバリスタに印加される電圧Ａｖは、Ａｖ＞モータ印加電圧／（整流子片数／２）を満たす。
【００１４】
さらに、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のモールド整流子を用いた掃除機用モータである。
【００１５】
なお、この明細書において、バリスタとは、ある電圧以上になると抵抗値が急減して電流を流し始める特性を有している素子のひとつを示し、一般的に１ｍＡの電流が流れたときの電圧をバリスタ電圧と呼んでいる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、銅または銅合金で構成される複数の整流子片と、前記整流子片と当該整流子片に隣接する整流子片との間に係合する複数の略直方体形状のバリスタと、前記複数の整流子片と前記複数のバリスタとを係合させた状態で一体成形するモールド材と、により構成されることから、ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制するとともに、高速回転をする場合であっても遠心力による破損を防止することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、整流子片は、バリスタを係合させる略棚状の凹部が形成されることから、整流子片とバリスタとを確実に固定することができ、高速回転をする場合であっても遠心力による破損を防止することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、バリスタは、積層チップバリスタであることから、小型軽量でありながら、ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制することができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記積層チップバリスタは、銀電極を備え、バリスタの電極部と整流子片とを、銀フィラーを含む導電性接着剤により接合することから、金属の拡散現象を防止することができる。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明によれば、整流子片は、銀で被覆されることから、整流子片と複数のバリスタとを係合の位置ずれが生じても、ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制することができる。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明によれば、バリスタとモールド樹脂との間に、シリコン樹脂を配置することから、成形時のバリスタへの圧力を緩和することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明によれば、１ｍＡの電流が流れた場合の前記隣接する整流子片間のバリスタに印加される電圧Ａｖは、Ａｖ＞モータ印加電圧／（整流子片数／２）を満たすことから、整流子間での低電流域（１ｍＡ以下）の電流が流れて、バリスタの破壊や特性劣化を引き起こし、整流子の寿命を短期化させることを防止することができる。
【００２３】
さらに、請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のモ
ールド整流子を用いた掃除機用モータであることから、４００００ｒｐｍ以上の高速回転を必要とされる場合であっても、ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制するとともに、遠心力による破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態１に係るモールド整流子について、図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１はこの発明に係るモールド整流子を示す斜視図、図２はモールド整流子をモータの回転軸に平行な面で切断した断面を示す図である。なお、図１では、説明容易のため、モールド材４およびシリコン樹脂５を省略して図示している。
【００２６】
図１および図２に示すモールド整流子は、複数の整流子片１と、複数の略直方体形状のバリスタ２と、複数の円筒状のピン３と、複数の整流子片１と複数のバリスタ２とを係合させた状態で一体成形するモールド材４と、バリスタ２の表面に配置されるシリコン樹脂５と、により構成される。図１に示すように整流子片２４個と各整流子片間にピン２４本を押入した後、モールド成形用リング６（図１１を参照）に圧入し、各整流子片間に配置されるバリスタ２４個を交互に仮組み固定した後、整流子片１間にバリスタ２およびピン３が押圧保持された状態となっている。
【００２７】
図３はモールド整流子を構成する整流子片１を示す斜視図、図４はその側面図である。
【００２８】
整流子片１は、銅または銅合金で構成される。この整流子片１は、モールド材３と結合強度を担保するための凹凸状のアンカー部１１が形成される。このアンカー部１１には、巻線フック側凹部１２と、中央凹部１３と、巻線フック逆側凹部１４と、が形成されている。そして、このアンカー部１１の巻線フック側凹部１２に、バリスタ２を係合させる略棚状の凹部１５が形成される。この略棚状の凹部１５が形成されることから、整流子片１とバリスタ２とを確実に固定することができ、高速回転をする場合であっても遠心力による破損を防止することができる。
【００２９】
ここで、略棚状の凹部１５をアンカー部１１の凹部に形成する理由について、説明する。
【００３０】
図７は、略棚状の凹部１５にバリスタ２を係合させたこの実施形態に係るモールド整流子と、斜視図５および図６に示すようにバリスタ２をバリスタ２と係合させるための凹部１５が形成されない整流子片９と接触させて配置した比較例に係るモールド整流子と、の比較を示す図である。この図7においては、実施形態および比較例に係るモールド整流子を２２０℃環境下、５００００ｒｐｍで１５分回転させた後に計測した結果を比較している。なお、外径膨張とは回転後の外径寸法と回転前の外径寸法との差を示すものであり、整流子片間段差とは回転中心部から整流子片外部の距離の最大寸法差を示すものである。
【００３１】
実施形態に係るモールド整流子と比較例に係るモールド整流子との外形寸法を比較すると、実施形態に係るモールド整流子は６μｍ以下であるのに対し、比較例に係るモールド整流子は１０μｍ以上である。また、実施形態に係るモールド整流子と比較例に係るモールド整流子との整流子片間段差を比較すると、実施形態に係るモールド整流子は３μｍ以下であるのに対し、比較例に係るモールド整流子は５μｍ以上である。
【００３２】
この結果から、略棚状の凹部１５を設け、当該凹部１５にバリスタ２を係合させた場合には、バリスタ２が整流子片１の遠心力による移動を防止することが分かる。このため、この実施形態においては、略棚状の凹部１５をアンカー部１１の凹部に形成することとし
ている。
【００３３】
なお、整流子片１は、導電性が良好な電気銅に対し、約０．０５ｗｔ％の銀を添加した銅合金を使用している。これにより、加工性を向上させることができる。また、整流子片１は、銅合金のフープ材を異形ダイスを用いて連続的に溝部１１を形成し、その後プレス加工にて最終形状に加工して製造される。これは、整流子片１と複数のバリスタ２との間で係合の位置ずれが生じても、ブラシと整流子片１間に生ずるスパークを有効に抑制することができる。
【００３４】
図８はモールド整流子を構成するバリスタ２の斜視図、図９はその側断面図である。また、図１０は一の整流子１と一のバリスタ２との係合状態を示す斜視図である。
【００３５】
バリスタ２は、いわゆる積層チップバリスタが使用される。このことから、小型軽量でありながら、ブラシと整流子片間に生ずるスパークを有効に抑制することができる。
【００３６】
このバリスタ２は、略直方体であり、対面する２端面に銀電極２１を備える。そして、バリスタ２の銀電極２１と整流子片１とが、銀フィラーを含む導電性接着剤により接合される。
【００３７】
このように銀電極２１を備え、バリスタ２の銀電極２１と整流子片１とが銀フィラーを含む導電性接着剤により接合されることから、金属の拡散現象を防止することができる。この理由は次のとおりである。仮に、バリスタ２の電極部を錫電極として銀フィラーを含む導電性接着剤で整流子片１と接合した場合には、バリスタ２と整流子片１との接合部において錫と銀の原子間での拡散が起こりやすくなる。そして、このバリスタ２と整流子片１との接合界面部において、空孔が発生して接合部の接触抵抗が大きくなる。これにより、スパークの吸収性能が低下してしまうという問題が生じてしまうためである。これに対し、バリスタ２の電極部を銀電極として電極と同一金属である銀フィラーを含む導電性接着剤で整流子片１と接合した場合には、金属の拡散現象を防止することができるのである。
【００３８】
このバリスタ２の内部を構成する多数の結晶粒子２３の間の、銀電極２１が備えられる端面の垂直方向平面には、複数の内部電極２２が配置される。この内部電極２２は、片方の銀電極２１に接続されている。そして、一方の銀電極２１に接続される内部電極２２に隣接する内部電極２２は、他方の銀電極２１に接続されるように構成されている。
【００３９】
ここで、バリスタ２は以下の条件に適合することが好ましい。
【００４０】
整流子片間のバリスタ電圧は、整流子片間電圧よりも高く設定されている。そうすると、この時、１ｍＡでの隣接する整流子片間のバリスタ電圧の設定は、整流子片間のバリスタ電圧＞モータ印加電圧／（整流子片数／２）を満たすことが必要である。これは、モータ印加電圧は、整流子の一点と接触する第１のブラシと、前記ブラシと接触する点と対向する点に接触する第２のブラシと、により印加され、各子片間にかかる電圧は、モータ印加電圧／（整流子片数／２）となるためである。
【００４１】
一般的には、掃除機や電動工具などに使用される整流子モータの使用電圧は１００Ｖ〜２４０Ｖの交流電圧である。したがって、このようなモータに使用される整流子片間電圧は、整流子片数が２４である場合には、１０Ｖ乃至５０Ｖ程度であることが好ましい。
【００４２】
バリスタ材料としては、１０Ｖ乃至５０Ｖかつ高電圧非線形特性αの電圧仕様
の酸化亜鉛系のバリスタ特性の素子を得るためには、１１００℃以下の焼成温度で焼成す
る必要がある。なお、電圧非線形特性αは、α＝１／ＬＯＧ（Ｖ１ｍＡ−Ｖ１０ｍＡ／Ｉ１ｍＡ−Ｉ１０ｍＡ）で定義され、α値が高い方がスパーク吸収性能は良好であるといえる。
【００４３】
しかしながら、１１００℃以下の低温での焼成では酸化亜鉛粒子の粒子径が成長し難い。このため、電極間の厚さが５０μｍから１００μｍと薄くなってしまう。そして、電極間の厚さを薄くすると、スパークの吸収時のエネルギー耐量が減少する。一方で、積層数とエネルギー耐量とは比例関係にあり、積層数を２倍にするとエネルギー耐量も約２倍になる。
【００４４】
以上から、１０Ｖ乃至５０Ｖかつ高電圧非線形特性αの電圧仕様のためのバリ
スタ２は、１１００℃以下の低温で焼成されたものであって、スパーク吸収に十分なエネルギー耐量を有する程度の積層数であることが好ましい。
【００４５】
図１１は、モールド整流子を構成する円筒状のピン３を示す斜視図である。
【００４６】
ピン３は、そのモータ回転方向側面が整流子片１の溝部１６（図３、４、８を参照）と合致するような円筒形状に形成される。そして、ピン３は、整流子片１の溝部１６と当該整流子片１に隣接する整流子片１の溝部１６との間に係合する。このように、ピン３を整流子片１間に係合させることにより、整流子片１の回転時の遠心力による移動防止効果を奏することができる。
【００４７】
モールド樹脂４は、ガラス繊維や無機充填剤が添加されたフェノール樹脂を使用して成形される。成形後のモールド樹脂４には、図２に示すように、回転軸用の穴７が形成されている。この回転軸用の穴７に回転軸を係合することにより、回転対象物を回転させることができる。
【００４８】
以下、この発明の実施形態に係るモールド整流子を製造する工程を説明する。
【００４９】
図１２は、この発明に係るモールド整流子の製造工程を示すフロー図である。
【００５０】
この発明に係るモールド整流子を製造する場合には、まず、２４個の整流子片１を円筒状のモールド成形用リング６内に円周上に並列して配設する（ステップＳ１）。ここで、図１３は、モールド成形用リング６内に整流子片１を配設した状態を示す図である。
【００５１】
その後、整流子片１の略棚状の凹部１５にバリスタ２を係合させる（ステップＳ２）。
【００５２】
次に、円周上に並列した各整流子片１の間に、ピン３を２ｋＮ乃至５ｋＮの圧力荷重で圧入する（ステップＳ３）。ここで、図１４は、各整流子片１の間にピン３が圧入された状態を示す図である。
【００５３】
そして、バリスタ２の外部に液体状のシリコン樹脂５塗布して、硬化させる（ステップＳ４）。このようにして、バリスタ２とモールド樹脂４との間に、シリコン樹脂５を配置することから、シリコン樹脂５がクッション材としての役割を果たし、成形時のバリスタ２への圧力を緩和することができる。
【００５４】
このようにして、整流子１とバリスタ２およびピン３とを係合させた状態で、モールド樹脂４を流入し、樹脂モールドする（ステップＳ５）。なお、バリスタ２と整流子片１の凹部１５との接触部分を、射出方向８、１０に位置するように配置させる。このため、射出成形時の成形圧力により、バリスタ２と凹部１５との係合がより強固となる。
【００５５】
以上のようにして、モールド整流子を製造することにより、整流子片１とピンバリスタ２の表面とが圧接状態となり、整流子片１とバリスタ２との間の接触抵抗を低くすることができる。したがって、整流子片１とバリスタ２との間の電気的接合が不要となり生産性を向上させることができる。
【００５６】
なお、以上の説明においては、２４個の整流子片１および２４個のバリスタピン２とを備えるモールド整流子について説明しているが、整流子片１およびバリスタピン２の数を２４個以外の他の数にしてもよい。
【００５７】
また、上述した実施形態においては、整流子片を、導電性が良好な電気銅に対し約０．０５ｗｔ％の銀を添加した銅合金により構成しているが、導電性が良好な１００％の銅により構成してもよく、添加する金属の材料および量を変化させても良い。
【００５８】
また、上述した実施形態における整流子片１のバリスタ２との接触面やバリスタ２の整流子片１との接触面に錫や銀や金などのメッキ処理を施してもよい。これにより、整流子片１とピンバリスタ２との間の接触抵抗をさらに低くすることが可能となる。
【００５９】
また、上述した実施形態においては、整流子片１間にピン３を係合させる構成を採用しているが、整流子片１が回転の遠心力に対抗できる構成であれば、ピン３を備えない構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のモールド整流子は、掃除機や電動工具などに使用される整流子モータの整流子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明に係るモールド整流子を示す斜視図
【図２】この発明のモールド整流子をモータの回転軸に平行な面で切断した断面を示す図
【図３】モールド整流子を構成する整流子片１を示す斜視図
【図４】モールド整流子を構成する整流子片１を示す側面図
【図５】比較例のモールド整流子を示す斜視図
【図６】比較例のモールド整流子をモータの回転軸に平行な面で切断した断面を示す図
【図７】略棚状の凹部１５にバリスタ２を係合させたこの実施形態に係るモールド整流子と、斜視図５および図６に示すようにバリスタ２をバリスタ２と係合させるための凹部１５が形成されない整流子片９と接触させて配置した比較例に係るモールド整流子と、の比較を示す図
【図８】モールド整流子を構成するバリスタ２の斜視図
【図９】モールド整流子を構成するバリスタ２の側断面図
【図１０】一の整流子１と一のバリスタ２との係合状態を示す斜視図
【図１１】モールド整流子を構成する円筒状のピン３を示す斜視図
【図１２】この発明に係るモールド整流子の製造工程を示すフロー図
【図１３】モールド成形用リング６内に整流子片１を配設した状態を示す図
【図１４】各整流子片１の間にバリスタピン２が圧入された状態を示す図
【符号の説明】
【００６２】
１    整流子片
２    バリスタ
３    ピン
４    モールド樹脂
５    シリコン樹脂
６    モールド成型用リング
７    回転軸用の穴
８    成形方向
９    略棚状の凹部のない整流子片
１０  成形方向
１１  アンカー部
１２  巻線フック側凹部
１３  中央凹部
１４  巻線フック逆側凹部
１５  略棚状の凹部
１６  溝部
２１  銀電極
２２  内部電極
２３  結晶粒子
【図１】
2009118672.tif 000003
【図２】
2009118672.tif 000004
【図３】
2009118672.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009118672.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009118672.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009118672.tif 000011
【図１０】
2009118672.tif 000012
【図１１】
2009118672.tif 000013
【図１２】
2009118672.tif 000014
【図１３】
2009118672.tif 000015
【図１４】
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