JP2003100411A

JP2003100411A - 電刷子

Info

Publication number: JP2003100411A
Application number: JP2001286145A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yokogawa; 雅也横川; Genta Ebiya; 玄太蛯谷; Hiroyuki Sukai; 博之須貝
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】初期振動が容易に抑制・防止され、所要の整
流が確保されるだけでなく、耐用性の優れた電刷子の提
供。【解決手段】回転する整流子面に少なくとも３個が同
時に接触する突起２ａ_１，２ａ_２，２ａ_３群を摺動面に
有し、かつ摺動時に整流子面へ接触する突起２ａ _１，２
ａ_２，２ａ_３の少なくとも１個２ａ_１は他の接触する突
起２ａ_２，２ａ_３に対して回転方向に異なる位相で接触
するように突起２ａ_１，２ａ_２，２ａ_３群が配置されて
いることを特徴とする電刷子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電刷子に関する。

【０００２】

【従来の技術】低電圧・高電流密度の条件で使用される
電刷子、特に、小形モーター用電刷子は、一般に、金属
粉末及び黒鉛粉末を主成分とした導電性組成物を加圧成
形し、この加圧成形体を焼成することによって製造され
ている。すなわち、銅、銀、アルミニウム、錫、鉄、ニ
ッケルなどの導電性金属粉末、及び鱗片状黒鉛、天然黒
鉛、カーボンブラック、コークス類などの黒鉛粉末を主
成分とし、これに合成樹脂類、コールタール、ピッチ類
などのバインダー、さらに要すれば二硫化モリブデン、
二硫化タングステン、窒化ホウ素などの潤滑剤を加えて
混練・造粒したものを所要の形状・寸法に加圧成形し、
この成形体を焼成して得ている。

【０００３】また、この種、小形モーター用電刷子は、
低コスト化の観点から、加圧成形・焼成後の整形・加工
などが省略されている。つまり、加圧成形・焼成して得
た小形モーター用電刷子は、摺動面を整流子の外周面に
整合させるなどの整形加工を施さずに、製造したままの
形態で使用されている。なお、この小形モーター用電刷
子の使用に当たっては、一般的に、前記成形工程におけ
る加圧方向を整流子の回転方向に合わせた態様が採られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記電刷子
を装着した小形モーターの場合、回転駆動（整流子面と
の擦り合わせ）初期、換言すると使用初期の段階では、
略円柱状の整流子面へ小形モーター用電刷子の平面状も
しくは直線状の摺動面が接触することになる。この接触
態様では、所定方向へ回転する整流子の曲面に、電刷子
の平面が接触・摺動するため、整流子回転方向で電刷子
に振動が生じ易く、しかも振動の抑制も困難である。し
たがって、回転駆動初期の段階で、整流不良を引き起こ
し易いとともに、火花摩耗を助長し、ときには、電刷子
の破損を招来するなどの不具合がある。

【０００５】上記小型モーター用電刷子においては、図
２（ａ）に側面を、図２（ｂ）に正面をそれぞれ示すよ
うに、電刷子１の摺動面１ａを整流子方向に平行に凹凸
化することで、使用初期もしくは摺動初期における整流
子面に対する電刷子摺動面１ａの接触面積を小さくし、
圧力の集中によって整流不良の発生を回避する手段が知
られている。なお、図２（ａ），（ｂ）において、１ｂ
は電気端子接続部である。

【０００６】しかし、上記摺動初期における整流子面に
対する電刷子摺動面１ａの接触面積を小さくする構成を
採った場合でも、実用上、十分満足できるような初期特
性が得られない。また、十分な擦り合わせを確保するこ
との困難さから、摩耗を起こし易く、電刷子１自体の寿
命低減ともなっている。

【０００７】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、初期振動が容易に抑制・防止され、所要の整流が
確保されるだけでなく、小形モーター用などに適する耐
用性の優れた電刷子の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回転
する整流子面に少なくとも３個が同時に接触する突起群
を摺動面に有し、かつ摺動時に整流子面へ接触する突起
の少なくとも１個は他の突起に対して回転方向に異なる
位相で接触するように突起群が配置されていることを特
徴とする電刷子である。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の電刷子
において、回転する整流子面に同時に接触する突起の最
大位相差が整流子半径の８〜１２０％に設定されている
こと特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載の電刷子において、回転する整流子面に同時に
接触する突起の摺動端面が整流子外接面状に加工されて
いることを特徴とする。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３いずれか一記載の電刷子において、整流子面に接触す
る摺動面の突起群の高さが電刷子の全有効長の１〜５０
％であることを特徴とする。

【００１２】請求項１ないし４の発明は、次のような知
見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明者
らは、金属黒鉛質系電刷子を整流子に対接させ、整流子
を回転させたときに、その回転方向での電刷子の振動抑
制について、鋭意検討を進めた。その結果、電刷子の摺
動面を整流子面に対して適正に外接する形状を付与する
と、電刷子の振動が容易に抑制され、安定的な整流機能
が得られることを見出し、上記発明に至ったものであ
る。

【００１３】この点、さらに言及すると、回転する整流
子面に外接する摺動面を有する電刷子において、前記摺
動面は、少なくとも３個が同時に整流子面と接触する突
起群を有する一方、それら突起群のうち少なくとも１個
の突起が他の接触する突起に対して整流子の回転方向に
異なる位相で接触するような形状・構造を採る。そし
て、電刷子の摺動面を上記のように形状・構造化した場
合、擦り合わせ初期において、回転する整流子外周面
に、整合的に摺接ないし摺動して所要の整流が確保され
る。

【００１４】つまり、３以上の複数個の突起端面が、分
散的に整流子外周面に摺接ないし外接するだけでなく、
それら接触は、位相差がつけられている。したがって、
整流子回転方向で少なくとも２箇所で接触するため、整
流子回転方向における電刷子の振動が抑制されることに
なる。

【００１５】ここで、整流子面と接触する突起群の整流
子回転方向における最大位相差は、一般的に、整流子の
半径に対して８〜１２０％、好ましくは９〜８０％であ
る。すなわち、整流子の半径ｒに対して最大位相差ａ
を、ａ／ｒ×１００＝８〜１２０、好ましくは９〜８０
に設定した場合、整流子の回転に支障を与えずに、より
効果的に振動の抑制が図られる。なお、電刷子摺動面の
突起先端形状は、特に限定されないが、整流子外周面に
略対応する円弧面化した場合、上記良好な整流確保な
ど、より容易に達成される。

【００１６】また、電刷子摺動面の突起は、突起方向に
延設する電刷子（電気端子接続部を除く）全長の１〜５
０％、好ましくは５〜３０％に設定することが望まし
い。つまり、整流子外周面に接触する突起の高さが、電
刷子全長の１％未満の場合は、所要の作用効果を得るこ
とが難しく、また、５０％を超えると摺動・摺接する面
が相対的に低減して、低寿命化を招来する傾向がある。

【００１７】請求項１ないし４の発明において、電刷子
を構成する素材は、たとえば銅、銀、アルミニウム、
錫、鉄、ニッケルなどの導電性金属粉末、及び鱗片状黒
鉛、天然黒鉛、カーボンブラック、コークス類などの黒
鉛粉末を主成分とし、これに合成樹脂類、コールター
ル、ピッチ類などのバインダー、さらに要すれば二硫化
モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素などの潤
滑剤を２０質量％以下加えて混練・造粒したものが挙げ
られる。

【００１８】ここで、各組成分の組成比は、通常の電刷
子の場合と同様であるが、負荷電圧が低い小形モーター
用では、低抵抗の金属黒鉛質系が望ましく、たとえば導
電性金属の組成比は、５〜９０質量％程度が好ましい。
そして、上記組成物の造粒を所定の形状に加圧成形し、
この成形体を焼成することにより、所要の電刷子が得ら
れる。なお、電刷子摺動面の突起群は、構造が単純であ
ること、突起形成面が一つであることなどによって、金
型を使用する成型法で容易に、かつ精度よく設けること
ができる。また、後述の図１に示すように、整流子の回
転方向に対して垂直な面において、複数の突起２ａ_１，
２ａ_２，２ａ_３が離間した、換言すると重なり合わない
構造とすることによって、請求項１及び２に係わる構造
の電刷子を一軸加圧成形することが可能となり、製造手
段が簡素化する。

【００１９】

【発明の実施形態】以下、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）
を参照して実施例を説明する。

【００２０】平均粒径５０μｍの天然黒鉛粉１００重量
部と、炭化収率６０質量％のノボラック型フェノール樹
脂２０重量部を含有するメタノール溶液とを混合・混練
した後、この混合組成物を造粒した。次いで、この造粒
に、平均粒径５０μｍの電解銅粉１００重量部を添加混
合し、この混合物を乾式プレス成形して、図１（ａ）に
側面を、図１（ｂ）に正面を、図１（ｃ）に摺動面をそ
れぞれ示すような構造の電刷子成形体２を得た。

【００２１】ここで、電刷子成形体２は、その厚さｔが
３ｍｍ、幅ｍが４ｍｍ、全有効長ｌが５ｍｍ、各突起２
ａ_１，２ａ_２，２ａ_３の高さｈが０．５ｍｍ、厚さ方向
の最大突起間隔ｓが０．５ｍｍである。なお、図１
（ａ），（ｂ）において、２ｂは電気端子接続部であ
る、次に、この成形体２を還元性雰囲気下、５００℃で
熱処理して小形モーター用電刷子を得た。

【００２２】比較のため、上記実施例の電刷子成形体２
のプレス成形において、摺動面を突起２ａ_１，２ａ_２，
２ａ_３化させる代わりに、前記図２（ａ）に図示したよ
うに、電刷子の摺動面１ａを整流子面に略外接するよう
深さ０．３ｍｍの凹面状に成形した他は、実施例の場合
と同じ条件として、として、小形モーター用電刷子を得
た。

【００２３】上記構成の小形モーター用電刷子に板バネ
を付け、疑似モーターに組み込んで、室温下、電流密度
２０Ａ／ｃｍ２、押し圧６５０ｇ／ｃｍ２、周速５ｍ／
ｓで５時間摺動させて、接触電圧降下（Ｖ）及び摩耗量
（ｍｍ）をそれぞれ測定した結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から分かるように、実施例に係る小形
モーター用電刷子は、比較例の場合に比べ、擦り合わせ
初期と擦り合わせ安定期との接触電圧降下の変動が小さ
く、また、摩耗量も少なく、整流性及び耐久性などが優
れている。すなわち、整流子の回転方向での接触が良好
に確保され、かつ振動が効果的に抑制されていることに
伴って、整流子側に安定した電流の供給が可能であると
ともに、摩耗・損傷などによる寿命低下の恐れもなくな
る。

【００２６】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の主旨を逸脱しない範囲で、いろいろの変形
を採ることができる。たとえば上記小形モーター用電刷
子を通常の電刷子としたり、また、構成する金属黒鉛質
の組成、形状・寸法、摺動面の突起の配置・分布など
は、小形モーター用電刷子もしくは他の電刷子の構造・
規格などに応じて任意に選択・設定できる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１ないし４の発明によれば、電刷
子の摺動面に設けられている少なくとも３個の突起が同
時に整流子面と接触するだけでなく、少なくとも１個の
突起が他の突起に対して整流子の回転方向に異なる位相
で接触するように、摺動面が形成されている。つまり、
３以上の複数個の突起端面が、分散的に整流子外周面に
摺接ないし外接し、かつその接触は、位相差がつけられ
ており、整流子回転方向で少なくとも２箇所で接触す
る。したがって、整流子回転方向における電刷子の振動
が抑制されることになり、安定的な接触が容易に確保さ
れるので、性能の向上した小形モーターの提供が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る小形モーター用電刷子の概略構造
を示すもので（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）
は摺動面図。

【図２】従来の電刷子の概略構造を示すもので（ａ）は
側面図、（ｂ）は正面図。

【符号の説明】

２……電刷子成形体２ａ_１，２ａ_２，２ａ_３……摺動面の突起２ｂ……リード端子接続部

フロントページの続き (72)発明者須貝博之山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内Ｆターム(参考） 5H613 AA01 AA03 BB04 BB15 BB25 BB35 GA10 GB01 GB06 GB08 GB09 GB12 GB13 GB17 KK02 QQ03 QQ05 SS04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転する整流子面に少なくとも３個が同
時に接触する突起群を摺動面に有し、かつ摺動時に整流
子面へ接触する突起の少なくとも１個は他の突起に対し
て回転方向に異なる位相で接触するように突起群が配置
されていることを特徴とする電刷子。
【請求項２】回転する整流子面に同時に接触する突起
の最大位相差が整流子半径の８〜１２０％に設定されて
いること特徴とする請求項１記載の電刷子。
【請求項３】回転する整流子面に同時に接触する突起
の摺動端面が整流子外接面状に加工されていることを特
徴とする請求項１もしくは請求項２記載の電刷子。
【請求項４】整流子面に接触する摺動面の突起群の高
さが電刷子の全有効長の１〜５０％であることを特徴と
する請求項１ないし請求項３いずれか一記載の電刷子。