JP2005051987A - 小型モータの整流装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 最適のメッキ層材質或いは材質の組み合わせを選択することにより、モータブラシの製造コストを下げるだけでなく、ブラシ基材表面上の狭い幅に、かつ所定の厚さ以上に優れた諸特性を有するメッキ層を形成することを目的としている。
【解決手段】 本発明は、モータ整流子と摺動するブラシ摺動部と、該ブラシ摺動部を支持する全体的には細長い板状のブラシ基材とから構成される。このブラシ摺動部は、それを支持するブラシ基材の長さ方向の一部の上に、所定長さに渡って形成されたＰｄメッキによって形成される。そして、このＰｄメッキは、ブラシ基材の上にＮｉ下地メッキを介してメッキされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に音響、映像機器等の駆動用に使用される小型モータの整流装置及びその製造方法に関し、特に、整流子との接触状態の安定化を図り、ブラシ摺動部及び整流子の摩耗を小さくした低コストの小型モータの整流装置及びその製造方法に関する。

図７は、通常の小型モータを例示する図であり、（Ａ）は全体の縦断面図、（Ｂ）はエンドキャップをモータ内部側から見た図である。金属ケース５には、マグネット９が取り付けられる。回転子は、シャフト１上に積層コア２と巻線３によって構成される回転子磁極と、整流子４とを一体に組み付けて構成される。

金属ケース５の開口から、シャフト１上に一体に組み立てられた回転子を挿入した後、金属ケース５の開口を閉じるように、エンドキャップ６が嵌着される。エンドキャップ６に設けた穴に嵌合して取り付けられる合成樹脂製のブラシホルダー７によって、整流子４に接触する一対のブラシ８，８が取り付けられる。このブラシ８，８は整流子接触側とは長さ方向の反対側端部が、エンドキャップ６の外部に導出されるターミナル１０にそれぞれ接続されている。例示のブラシ８，８はいわゆる金属ブラシであり、板状の片持ちバネの形状をしており、また、先端部にフォーク状に切れ目を入れた構成とすることができる。

エンドキャップ６を金属ケース５に嵌着した状態で、シャフト１の延長部を金属ケース底部から突出させて、回転子は、金属ケース底部とエンドキャップ６とにそれぞれ設けられた軸受によって回転可能に支持される。このとき、ブラシ８が整流子４上に当接するよう配置される。外部電源からブラシ８及び整流子４を介して供給された電流は、回転子磁極に巻かれた巻線３に流れ、これによって、モータは回転することができる。

従来、このような小型モータのブラシは、一般的にＣｕ基合金からなるブラシ基材にＡｇＰｄ合金をクラッドした材料を用いて構成されている。Ｃｕ基合金は、例えばCuNiZn合金である。ブラシ基材の材質としては、他にＦｅ基合金（ステンレスなど）がある。図８は、このような従来技術のブラシの一般的な製造法を説明する図である。（Ａ）に示すように、ＡｇＰｄ（銀パラジウム）の細長いテープ材を用意する一方、このテープ材形状に一致する溝を、板状のＣｕ基合金からなるブラシ基材表面に形成する。次に、このＡｇＰｄのテープ材をＣｕ基合金表面の溝に嵌合した後、圧延加工等をすることにより拡散層を形成したクラッド材に仕上げる。次に、（Ｂ）に示すように形成した部材（ＡｇＰｄクラッド材）からプレス加工で、多数のブラシを同時に、ブラシ形状に打ち抜くことにより、ブラシとして完成させる。

このように、Ｃｕ基合金に比べて格段に高価なＡｇＰｄ合金を、整流子との摺動部に限定して用いることによりブラシの材料費を下げることが可能となっている。但し、ＡｇＰｄを薄くすればする程加工費は高くなるので、ＡｇＰｄの厚さを薄くして、コストダウンを図るには限界がある。また、その幅（細長いブラシの長さ方向）を狭くするにも限界がある。

ＡｇＰｄクラッド材の製造歩留まりは７０％前後であり、生産効率が悪く、リードタイム（発注から完成までの時間）が長いという問題もある。また、ＡｇＰｄクラッド材中のＡｇＰｄ位置は、溝加工で決定されてしまう要素が大きく、寸法精度があまり良くない。

通常は、比較的に厚い５〜１０μｍの厚さのＡｇＰｄが用いられているため、モータのブラシにＡｇＰｄクラッド材を用いつつ、材料費と加工費を合わせた製造コストをさらに一層下げることには限界がある。

特許文献１は、クラッド材ではなく、メッキによりブラシを構成する技術を開示する。Ｃｕ基合金の表面に３層からなる被覆をメッキにより構成する。第１層はＣｒ、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｒｅのいずれかを厚さ0.1〜10μｍ、第２層はＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕのいずれかを厚さ0.1〜10μｍ、第３層はＡｕ、Ａｇ、Ａｕ−Ａｇのいずれかを厚さ0.1〜10μｍに、それぞれ被覆することによって構成している。

このように、貴金属をメッキによって薄く被覆することが可能になるとはいえ、モータのブラシは、整流子との間に電流を流しつつ摺動使用して、かつ長時間使用後も所定の性能を維持する必要があることを考慮すれば、メッキ層を薄く形成するにも限界がある。このため、Ｃｕ基合金表面を全体的にメッキ層で覆うのでは、特に貴金属をメッキした場合、材料費を下げることはできない。

また、ブラシ装置と組み合わせて用いられる整流子片についても、従来は、主としてクラッド技術を用いて構成されていた。整流子片は、基材表面にＡｇＣｕＮｉのような貴金属をクラッドすることにより構成されている。このようなクラッド貴金属は、ブラシに関して前述したのと同様に、その厚さを薄くするには限界がある。しかも、モータ回転中には、整流子表面上に常にブラシが摺動接触することを考慮すれば、必要な寿命を達成するために貴金属層を単純に薄くすることはできない。
特公平２−５９２３６号公報

ブラシの材料費を下げるためには、ブラシ基材表面を全体的にではなく、整流子摺動部にのみメッキすることが望ましい。しかし、この場合、広い範囲にではなく、狭い幅（ブラシ長さ方向）に、しかも、所定のブラシ性能を発揮するように所定の厚さ以上にメッキすると、メッキはがれとか、マイクロクラックをメッキ層に生じる危険性がある。

本発明は、係る観点から、最適のメッキ層材質或いは材質の組み合わせを選択することにより、モータブラシの製造コストを下げるだけでなく、ブラシ基材表面上の狭い幅に、かつ所定の厚さ以上に優れた諸特性を有するメッキ層を形成することを目的としている。

さらに、本発明は、上記のメッキ層を形成したブラシと組み合わせて用いられる整流子について、メッキブラシと組合せて使用した際に優れた諸特性を達成する整流子片構成を提供することを目的としている。

本発明の小型モータの整流装置は、モータ整流子と摺動するブラシ摺動部と、該ブラシ摺動部を支持する全体的には細長い板状のブラシ基材とから構成される。このブラシ摺動部は、それを支持するブラシ基材の長さ方向の一部の上に、所定長さに渡って形成されたＰｄメッキによって形成される。そして、このＰｄメッキは、ブラシ基材の上にＮｉ下地メッキを介してメッキされる。

また、ブラシ摺動部は、Ｐｄメッキ表面及び表面近くにカーボンＣを含有させて形成したものである。

また、モータ整流子を構成する複数の整流子片のそれぞれは、ブラシ摺動部が摺動接触する整流子片摺動部と、該整流子片摺動部を支持する整流子片基材とから構成されて、該整流子片摺動部は、それを支持する整流子片基材の一部の上に、所定長さに渡って形成された貴金属メッキによって形成される。

隣接する整流子片間の間隔は、整流子の外径寸法をＡとして、０．０８Ａ〜０．２４Ａの範囲にある。

さらに、本発明の製造方法により製造される小型モータの整流装置は、モータ整流子と摺動するブラシ摺動部を支持する全体的には細長い板状のブラシ基材を有している。このブラシ基材の上にＮｉ下地メッキし、かつ、このＮｉ下地メッキされたブラシ基材の長さ方向の一部の上に、所定長さに渡ってＰｄメッキして、ブラシ摺動部を形成した後、プレス加工により所望の形状に打ち抜く。

本発明は、ブラシ摺動部を、ブラシ基材の上にＮｉ下地メッキを介してＰｄメッキすることにより構成したものであるから、このブラシ摺動部の貴金属の厚さを薄く形成することができ、これによって、コストが安価となる。さらに、ブラシ長さ方向のＰｄメッキの長さも、ＡｇＰｄクラッド材に比較すれば、製法上短くすることができ、この点からもコストを抑えることが可能となる。例えば、Ｐｄメッキブラシは、従来のＡｇＰｄクラッド材を使用したブラシと比較すると、約２３％のコストダウンを達成した。

また、ＡｇＰｄクラッド材の場合のように、圧延処理が必要なく、指定板厚材中にＰｄメッキを行うため、Ｐｄメッキの位置、幅寸法等寸法精度が高い。即ち、必要寸法が確保できる。

ＡｇＰｄクラッド材と異なり、Ｐｄメッキ厚さ等の調整は容易であり、歩留まりが良好であるため、生産効率が良く、リードタイムも短く、市場要求に合致した、安価な小型モータを提供できる。

Ｃｕ基合金等にＺｎが含有している材料について、ＡｇＰｄクラッド材の場合、工程中の熱処理などでＺｎが溶出して、ＡｇＰｄ部にマイクロクラックが発生し、また、ＰｄＺｎを生成し、回転ムラ等の問題となったのに対して、Ｐｄメッキの場合、Ｎｉ下地メッキを全面に施してあること、製造工程上熱処理工程が無いことより、ＰｄＺｎ等が発生することがないという利点もある。

さらに、本発明によるブラシ装置の優れた特性は、貴金属メッキをした整流子片と組み合わせて用いるとき、さらに優れた特性を示すことが分かった。Ｐｄメッキブラシが摺動接触する整流子片表面上に被覆される貴金属層は、メッキにより形成した薄いものであっても、十分な寿命がある。また、メッキ技術を用いて貴金属層の厚さを薄くすることによってさらに、整流子片間隔を狭くして整流子の真円度を向上させることができるため、ブラシの振動を抑えて、その寿命や追従性、機械的及び電気的ノイズなどの優れた組み合わせ特性を得ることが可能になる。

この整流子片もまた、ブラシと同様にメッキ技術を用いることにより、貴金属の厚さを薄く形成することができ、これによって、コストが安価となる。例えば、Ａｇメッキ整流子片は、従来のＡｇＣｕＮｉクラッド材を使用した整流子片と比較すると、約７４％のコストダウンを達成した。

図１は、本発明を具体化するブラシの製造を説明する図である。図示したように、板状のＣｕ（銅）基合金からなるブラシ基材の全面に、Ｎｉ（ニッケル）下地メッキをする。厚さは、例えば、0.2μｍ程度である。Ｎｉメッキは、ブラシ基材の錆防止をすると共に、上に形成されるＰｄ（パラジウム）の拡散を防ぐために施行する。

Ｎｉメッキの上に、所定幅、例えば１．５ｍｍのＰｄのストライプメッキをする。即ち、Ｐｄは、所定幅を有するようにストライプ状にメッキされることになるが、このストライプの幅方向が、最終的なブラシ装置においては、細長いブラシの長さ方向になる。このＰｄメッキ部が、整流子に接触するブラシ摺動部を構成する。厚さは、0.2〜5μｍ程度が望ましい。Ｐｄは、それ自体が経時的に優れ、また接触抵抗が安定している等の優れた特性を有しているものの、Ｐｄメッキは、内部応力が極めて大きく、メッキ厚を厚くすると、ブラシ基材が変形してしまうことがある。また、コスト的にも高くなるため、Ｐｄメッキ厚の上限は、５μｍ程度となる。コスト的には薄い程有利であるが、0.2μｍ以下では、所望のブラシ性能を得ることができない。

このストライプメッキは、メッキ部位以外をマスキング用テープなどでマスキングして、所望の位置にのみメッキをする通常の方法により行うことができる。また、ストライプメッキのために採用する設備の都合上、Ｎｉが変色しないように、Ｐｄストライプメッキの前に、Ｎｉ下地メッキの全面に、0.02μｍ程度の薄いＰｄメッキをすることもできる。

Ｐｄストライプメッキの後、図５及び図６に示すように、個々のブラシ用に打ち抜くプレス加工が行われる。このプレス加工は、二段階で行われ、図５に示す第１段階のプレス加工では、多数のブラシが図中の上下方向に繋がっている状態に打ち抜かれる。そして、図６に示す第２段階のプレス加工で、各ブラシの左右及び先端部がカットされて、ブラシとして完成する。なお、図中に示すパイロット穴は、ブラシ製作時に、材料の送りや位置決めに用いるためのものである。

このようなプレス加工は、従来技術のＡｇＰｄクラッド材の場合と同様に行われるが、ＡｇＰｄクラッド材の場合のような圧延は必要なく、Ｐｄストライプメッキ後にブラシ打ち抜きのためのプレス加工が可能であるので、表面粗度が良好となる。

さらに、Ｐｄメッキ表面に、Ｃ（カーボン）を含有させることにより優れた特性を示すことが試験の結果確かめられた。図２（Ａ）（Ｂ）は、表面にＣを含有する3.0μｍ厚のＰｄメッキ表面の、それぞれ１万倍の顕微鏡写真である。（Ａ）は、Ｐｄメッキ表面を表す写真であり、（Ｂ）は、その表面に付着するＣ像を面解析した写真である。図３及び図４は、メッキ表面の分析結果を示すグラフであり、図３は、Ｐｄメッキ厚さが0.5μｍの場合、かつ図４は、3.0μｍの場合の分析結果である。このグラフに示されるように、Ｐｄメッキ厚さが異なっても、Ｃを含有させたのは、表面と表面近くのみ（最表面から深さ約14nmまで）である。

図２（Ａ）に示すように、Ｐｄメッキ表面は、凹凸状或いはポーラス状に形成されるので、これがブラシとして整流子に接触する際には、面として接触するのではなく、凹凸状表面の凸部での点接触となる。このように、ブラシの接触部位が面から点に変わることにより、単位面積当たりの接触圧が上がり、これによって、ブラシ全体としての整流子への接触圧を下げることが可能となる。また、図２（Ｂ）に見られるように、Ｐｄメッキの表面に含有されたカーボンＣによって、摺動抵抗が低下する。カーボンＣは摩擦係数が小さいので、ブラシの摺動抵抗を下げるのに効果がある。また、ブラシ接触圧を従来のＡｇＰｄ材に比べて約５０％低くすることが可能となったことによって、整流子の摩耗度が小さくなり、整流子貴金属の厚さも薄くすることが可能となり、大幅なコストダウンとなる。

表１は、Ｐｄメッキ表面に含有されたカーボンＣの効果を確認する試験結果を示している。図９は、図２（Ａ）（Ｂ）を参照して説明したようなＰｄメッキ表面の構成を説明する図である。このように、Ｐｄメッキ凹凸状表面の凹み内にカーボンＣが含有される。このようなＰｄメッキをしたブラシを、表１中では、「Ｐｄメッキ（Ｃ含有）」と表示している。これに対して、Ｐｄメッキ表面の凹み内のカーボンＣを含有させなかったブラシを、表１中では、「Ｐｄメッキ（Ｃ無し）」と表示している。

このような２種類のＰｄメッキをしたブラシを用いてそれぞれモータに組立て、正回転方向、無負荷で、ブラシが整流子の何回転にまで追従するかのブラシ追従特性試験を行った。前述したように、カーボンＣが摺動抵抗を低くするので、Ｐｄメッキ表面にカーボンＣを含有する場合は、含有しない場合に比較して、約２０００回転以上優れた結果を示している。なお、ここで、「正回転方向」とは、図７を参照して説明したように片持ち支持されるブラシに対する整流子表面の移動方向が、ブラシ支持側から先端側に向かう方向の回転である。

次に、本発明のブラシ装置と共に用いた際に優れた特性を示す整流子片構成について説明する。ブラシ装置は、モータ回転中に整流子片上に摺動接触する。本発明によるブラシ装置の優れた特性は、後述する貴金属メッキをした整流子片と共に用いるとき、さらに優れた特性を示すことが分かった。即ち、上述したＰｄメッキブラシと共に用いるとき、後述する試験結果に示されるように、それが摺動接触する整流子片表面にメッキにより形成した貴金属層が薄いものであっても、十分な寿命があることが分かった。

図１０は、整流子片メッキ構造を例示する図であり、（Ａ）はその基本構造を示し、その図中に円で示すＺ部の詳細を示す３つの例を（Ｂ）に示している。（Ａ）に示すように、銅又は銅合金などからなる板状の整流子片基材の上に、貴金属のストライプメッキをする。ここで、例えば、基材の厚さは０．３ｍｍ、メッキストライプの幅は２．２ｍｍである。このストライプメッキ部は、図１１を参照して後述するように、最終的な整流子片に形成されるとき、ブラシが摺動接触する部分となる。

貴金属メッキ部の厚さは、１〜１０μｍ程度が望ましい。厚くメッキすると、コスト的にも高くなるため、メッキ厚の上限は、１０μｍ程度となる。コスト的には薄い程有利であるが、１μｍ以下では、所望のモータ寿命時間を得ることができない。このストライプメッキは、メッキ部位以外をマスキング用テープなどでマスキングして、所望の位置にのみメッキをする通常の方法により行うことができる。

この詳細を、図１０（Ｂ）の（１）に示している。メッキ用貴金属としては、それ自体が経時的に優れ、また接触抵抗が安定している等の優れた特性を有している、例えばＡｇ（銀）、Ａｇ＋Ｓｅ（セレン）、Ａｇ＋Ｓｅ＋Ｓｂ（アンチモン）、Ａｕ（金）、Ａｕ＋Ｃｏ（コバルト）、Ｐｄ（パラジウム）、或いはＰｄ＋Ｎｉ（ニッケル）が用いられる。さらには、基材上で、Ａｇの上にＡｕ、或いはＡｇの上にＰｄ等を、それぞれ２層にメッキした後、熱処理をしてこの２層金属を拡散させた構成とすることもできる。或いは、Ａｇの上にＳｎ（スズ）を２層にメッキすることもできる。

さらに、図１０（Ｂ）の（２）に示すように、これら貴金属メッキは、基材全面にＮｉなどの下地メッキをした後に行うこともできる。Ｎｉ下地メッキの厚さは、例えば、0.2〜2.5μｍ程度である。Ｎｉメッキは、基材の錆防止をすると共に、上に形成される貴金属の拡散を防ぐために施行する。或いは、（３）に示すように、基材上に、ストライプ状のＮｉ下地メッキをした上に、同一幅のストライプ状のＣｕ下地メッキをし、その上に同一幅の貴金属ストライプメッキをすることもできる。

図１１は、整流子片のレイアウトを示す図である。図１０に示すように、整流子片基材の上に貴金属メッキ部を有する１枚の板に対して、図１１に示すように多数の整流子片が所定間隔でレイアウトされる。この整流子片部分が、図１６を参照して後述するようにして、プレス抜き加工をすることにより、個々の整流子片用に打ち抜かれる。図１１に示した整流子片摺動部は、ブラシが摺動接触する部分であり、この部分に貴金属がメッキされる。なお、巻線接続部は、モータに組み立てられるとき、巻線の端部が接続される部分であり、パイロット穴は、プレス加工時に、材料の送りや位置決めに用いるためのものである。

このように貴金属メッキ技術により構成された整流子片を用いることにより、メッキ層の厚さを薄くすることができるだけでなく、互いに隣接する整流子片間の間隔を狭くすることができる。図１２は、（Ｂ）従来技術により構成した整流子片と対比して、（Ａ）貴金属メッキ技術により構成した整流子片を示す図である。従来技術の整流子片は、前述したように、貴金属クラッド技術により形成されたものである。これら整流子の外径（直径）φＡは、いずれも１．０〜５．０ｍｍのような小さなものである。このような外径寸法Ａを有する整流子片間隔は、３カ所の合計で、（Ｂ）に示す従来技術のものは０．２５Ａ〜０．４０Ａ（Ａは外径）であるのに対して、（Ａ）に示す貴金属メッキ整流子は０．０８Ａ〜０．２４Ａと狭くされ、より望ましくは、現時点での生産技術における部品加工精度及び部品組立精度を考慮してできるだけ狭めて管理することが望ましく、０．１２Ａ〜０．２０Ａの範囲にされる。例えば後述する図１６に示すような製造方法を用いれば、このような狭い整流子片間隔は十分に可能であり、また、狭くすることにより優れた性能が達成できる。しかし、この下限値以下に狭めると、モータ使用時に接点部の摺動による摩耗粉がスリット間にすぐに堆積してしまい要求寿命を満たせなくなる。即ち、整流子片間で短絡が生じて、モータが止まってしまう。また、この上限値以上に整流子片間隔を広げてしまうと、追従性，電気ノイズ，機械ノイズ等の特性が悪化してしまうことになる。

次に、貴金属メッキ整流子片が、その間隔を狭くすることのできる理由を説明する。従来技術のクラッド技術によっては、整流子片表面に形成された貴金属の厚さは５０〜１００μｍの厚さが通常であるのに対して、貴金属メッキの厚さは、１〜１０μｍ以下である。図１３に示すように、厚い貴金属クラッドによる整流子片の場合、長時間使用後に、整流子片間隔において回転方向後側に貴金属が伸びて延長部が形成される。この延長部が、隣接する整流子片間を短絡するようなことになってはもはや整流子片として正常に機能しないので、従来、整流子片間には、図１２（Ｂ）に例示した程度の間隔が必要とされていた。

これに対して、メッキ技術を用いることにより貴金属層の厚さを上記したように薄くすることができ、これによって、従来技術においては問題となったような延長部がほとんど生じないので、整流子片間隔を図１２（Ａ）に示す程度に狭くすることが可能となる。

また、この整流子片間隔を狭められるという構造は、本発明であるメッキブラシの技術を持って初めて実現できるものである。ブラシが整流子片表面を摺動すると摩耗粉が発生する。この摩耗粉の一部は整流子片間隔の間に入り込んでしまい、ある一定量以上が堆積すると隣接する整流子片間を短絡する恐れがある。本発明であるメッキブラシは前述したように整流子片に対する摺動抵抗を下げる効果がある為、従来のクラッドブラシと比較してブラシ圧を大きく下げることが可能である。その結果ブラシと整流子片が摺動する際に生じる摩耗粉を大幅に低減することができ、整流子片間隔を狭めても短絡し難い構造とする事ができるのである。

図１４は、整流子片間隔を狭くすることによる効果を説明する図である。回転する円形状の整流子に、板状のブラシが摺動接触することになる。このとき、整流子が完全な真円であると仮定すると、回転する整流子に摺動接触する板状のブラシが上下に移動することは無く、整流子が回転していても静止状態にある。しかし、実際には、図１４に示すように、整流子片間には間隔があるので、整流子は理想的な真円とはならず、それに摺動接触するブラシは、図中にｕで示す範囲で上下に移動（振動）する。この場合、整流子片間隔を、図中のＲ（従来技術に対応）から、Ｓ（貴金属メッキの場合に対応）にまで狭くすることができるならば、それに対応して、整流子がより真円に近づく結果として、ブラシが上下に移動する範囲も小さくなる。ブラシがこの連続する整流子片を切り換わるとき火花が発生し、整流子片を摩耗させることになるが、上述したように、ブラシの移動範囲を小さくすることによりそれだけ発生する火花を減少させることができる。このように、ブラシの振動が減少すれば、その寿命が延びることになるが、それだけでなく、機械的及び電気的ノイズも減少する。このことは、後述する実施例３における試験結果に実証されている。

このように、貴金属メッキ技術により貴金属層の厚さを薄くすることができ、これによってさらに、前述したように整流子片間隔を狭くすることが可能になるので、ブラシ装置と整流子の優れた組み合わせ特性を得ることが可能になる。

次に、整流子片間隔を狭くすることを可能にする整流子片の製造について説明する。まず、図１５を参照して、従来技術による整流子片の製造を説明する。図１５（Ａ）において、厚さｔを有する整流子片材質から、プレス抜き加工を行う。このプレス抜き加工においては、必然的に、抜きダレと抜きバリが形成されることになる。抜きダレとは、鋭角に切断されずに、滑らかにＲ形状に形成されることである。そして、その反対側の角に、ひげ状の抜きバリが形成される。

図１５（Ｂ）に示すように、完成後の整流子片と同一湾曲形状を有するダイとパンチを用いて、整流子片を湾曲させる。このダイには、上記のプレス抜き加工時に生じたバリに対応する位置に、Ｒが形成されているので、これによってバリが潰されて、最終的に、（Ｃ）に示すように、内径側にＲ（例えば、０．０８ｍｍ程度）が形成される一方、外径側の抜きダレはそのまま残る。前述したように、従来の整流子片間隔は、図１３を参照して説明したように狭くすることができず、その必要もないので、外径側に抜きダレが残っても特に問題とはならない。しかし、仮に、整流子片間隔を狭くしたいという要求を満たす必要があれば、整流子片の外径側の抜きダレを残したままにすることはできない。

次に、図１６を参照して、整流子片間隔を狭くすることを可能にする整流子片の製造について説明する。図１６（Ａ）において、厚さｔを有する整流子片材質から、従来技術と同様にして、プレス抜き加工を行う（図１１参照）。このプレス抜き加工においては、必然的に、抜きダレと抜きバリが形成される。次に、図１６（Ｂ）に示すように、整流子片を次工程で湾曲させる前に、抜きバリに相当する角に、平面形状或いはＲ形状に面付け加工を行う。面付け量は、例えば材厚の１／２である。

次に、図１６（Ｃ）に示すように、完成した整流子片と同一湾曲形状を有するダイとパンチを用いて、整流子片を湾曲させる。このダイ形状は、上記の面付け位置に対応する位置において、面付け量をさらに大きくする（例えば、材厚の２／３程度）よう形成されている。また、抜きダレに相当する位置のダイ形状は、整流子片外周側から直角にシャープに折り曲げて、湾曲中心に向かう方向の壁面が形成されている。これによって、ダイとパンチにより湾曲加工する際に、面付け側から抜きダレ側に材質を変形移動させるような力が作用する。この結果として最終的に、（Ｄ）に示すように、面付け量が大きくなる一方、抜きダレが消滅して、整流子片外周から湾曲中心に向かう方向に直角にシャープに折り曲げた壁面が形成されることになる。このような抜きダレを無くした整流子片を、整流子として組み立てた際には、隣接する両整流子片の壁面が平行に相対することになるので、整流子片間隔を所望の値にまで狭くすることが可能になる。

Ｃｕ基合金のブラシ基材に対するメッキ工程及びパラジウムメッキ条件の一例は、以下のようなものである。このような条件の下でメッキを行うことにより、メッキ液＋添加剤等に存在するカーボンＣによって、図２及び図３を参照して説明したようにＰｄメッキの表面にカーボンＣが含有されることになる。
(1)メッキ工程
素材→アルカリ脱脂→水洗→電解脱脂→水洗→10％H₂SO₄→水洗→ニッケルメッキ→水洗→パラジウムメッキ→水洗→湯洗→水洗→乾燥
(2)パラジウムメッキ条件

次に、本発明のブラシの優れた特性を示した試験結果について説明する。ＰｄはＡｇＰｄと異なり、接触抵抗が安定し、経時劣化が少ないため、ブラシ追従特性試験、摩耗試験、環境放置試験、寿命試験、整流子片摩耗量においても、優れた結果を示した。

ブラシ追従特性試験とは、無負荷で、ブラシが整流子の何回転にまで追従するかの試験である。印加する電圧を上げると、それに比例して回転数が上昇するが、所定回転数まで上昇させたときに、ブラシが整流子面との接触を最初は瞬間的に離脱し、さらに回転数を上げると離脱の程度を増すことになる。勿論、より高い回転数まで、ブラシが離脱しないのが望ましい。

ブラシ圧を１ｇ前後に調整して試験した結果、ＡｇＰｄクラッド材（以下、従来品ということがある）の場合4,000回転／分程度で離脱を始めるのに対して、本発明のブラシは、10,000回転を超える回転数まで離脱すること無く追従した。

ブラシ圧は高くするほど追従性は良くなる。それ故、同じブラシ圧において従来品と比較して追従性が良いと言うことは、従来品と同程度の追従性で良いときは、ブラシ圧を低くすることが可能になることを意味している。本発明は、従来品と比較して、ブラシ圧を半分程度以下に低くすることができ、これによってブラシの摩耗を抑えて、ブラシ寿命及びそれが接触する整流子寿命を長くすることができる。

摩耗試験でも、本発明のブラシは、優れた特性を示した。これは、ブラシ圧を高めの２ｇに設定し、無負荷、7,800回転／分、常温・常湿で１時間連続稼動させた後のブラシの表面状態を調べた試験である。ブラシは火花、電気的摩耗、及び機械的摩耗による摩耗痕を生じるが、従来品は、火花により焼けて変色し、表面が摩耗している状態が見られたのに対して、同じ条件で、本発明のブラシは、わずかの摺動痕が見られるものの、摩耗痕といえるものは無かった。

環境放置試験は、８５℃と、−４０℃の環境にそれぞれ５００時間放置した後の接触抵抗の増加を、0.2Ｖの電圧を印加して流れる電流波形によって調べる試験である。従来品は、接触抵抗がわずかに増えたのに対して、本発明のブラシは、接触抵抗の増加は見られなかった。

寿命試験は、各サンプルについて、同一条件で、モータ停止までの寿命時間、停止するまでの回転数変化率、電流変化率を測定した。ブラシ圧を同一条件にして比較した結果、本発明のブラシ（1.3μｍのＰｄ）は、従来品（8.5μｍのＡｇＰｄ）と同等以上の性能を示した。但し、本発明のブラシは、前述したように、ブラシ圧を低くして使用することが可能であるので、トータル的には従来品よりも寿命が長いと言うことができる。

整流子片摩耗量の測定は、所定の寿命試験実施後に、ブラシが摺動接触する整流子片上の摩耗量を、測定比較したものである。図１７は、この測定を説明する図である。モータの整流子部を示し、上半分は断面で示している。シャフト上のコア端部に、樹脂製の整流子芯上に配置された複数の整流子片を含む整流子が取り付けられる。なお、図中の整流子片と一体に構成された巻線接続部は、巻線端部を接続する部分であり、そこに取り付けられたディスクバリスタは、火花消去用のものであり、油返しワッシャは軸受に含浸されている油が整流子側に進入するのを阻止するためのものである。このように構成された整流子上に、３本の先端部を有するフォーク状形状として例示した２個のブラシが接触することになる。このブラシが接触することにより、整流子片上には長時間使用後に摩耗が生じる。

摩耗量の測定は、試験後モータにおける整流子摺動面表面の粗さをサーフコーダーで測定し（測定結果は整流子片の断面形状で示される）、その結果から整流子片断面における摩耗面積（フォーク状ブラシの３つの先端部に対応する３カ所の摩耗の合計）を計算により算出した。

即ち、モータ負荷を最大にして（１６．０ｇ−ｃｍ）、電圧＋７Ｖ（約５０００ｒ／ｍｉｎに相当）（１．５秒）／０Ｖ（１．０秒）／−７Ｖ（１．５秒）／０Ｖ（１．０秒）を１サイクルとして、１０万サイクルの寿命試験実施後、ＡｇＣｕＮｉ材質の整流子片上の摩耗量を測定した。従来品（8.5μｍのＡｇＰｄ）のブラシによる摩耗量が３４５４８μｍ²であるのに対して、本発明のブラシ（1.0μｍのＰｄ）による摩耗量は、その１／１００以下のの３３４μｍ²であった。

このように、本発明のブラシは、それが摺動接触する整流子片を摩耗する量が非常に少ないので、整流子片上に薄い貴金属メッキをしたものであっても、十分な寿命を有することになる。

整流子片間隔を狭くすることにより生じる優れた特性を示した試験結果について説明する。上述のＰｄメッキブラシと、貴金属（Ａｇ）メッキした外径３．３ｍｍの整流子を用いて、その整流子片間隔を従来標準の間隔（０．２８ｍｍ）にしたものと、狭い間隔（０．１５ｍｍ）にしたもののそれぞれ複数のサンプルモータを作成して、負荷を最大にして寿命試験を行った。その結果、整流子片間隔が標準のものは、１５，０００サイクル（約２１時間）に達しないのに対して、狭い整流子片間隔のものは、２倍の３０，０００サイクル（約４２時間）を超えた。ここで、メッキ貴金属が摩耗して無くなったときに、寿命は尽きる。メッキ貴金属の摩耗は、主として発生する火花（スパーク）により生じるので、整流子片間隔を狭くすることにより、火花の発生が減少したことを、この寿命試験は示している。また、負荷を軽くした同様な寿命試験を行った結果も、同様な傾向を示した。

上記と同じように作成したモータについて、機械ノイズ試験を行った。標準間隔のものに比較して狭い間隔のものは、電圧０．７Ｖ（７００ｒ／ｍｉｎ）では、１５．９〜１７．１ｄＢに対して１５．８〜１６．７ｄＢ、電圧１．４Ｖ（１４００ｒ／ｍｉｎ）では、１８．１〜２１．３ｄＢに対して１７．９〜１８．１ｄＢ、さらには２．８Ｖ（２８００ｒ／ｍｉｎ）では、２３．３〜２４．４ｄＢに対して２０．５〜２３．５ｄＢと、機械ノイズの低下が示された。

同様に、無負荷で電気ノイズの試験を行った結果も、標準間隔のものに比較して狭い間隔のものは低下が示された。電源線上を伝搬するラインノイズ試験では、ノイズ周波数０．２〜１０ＭＨｚの平均で、標準間隔のものは６３．２ｄＢμＶに対して狭い間隔のものは５９．０ｄＢμＶと、約７％の低下が見られた。空中に伝搬する輻射ノイズ試験では、ノイズ周波数５０〜５００ＭＨｚの平均で、標準間隔のものは２３．９ｄＢμＶ／ｍに対して狭い間隔のものは２１．８ｄＢμＶ／ｍと、約９％の低下が見られた。

上述したように、Ｐｄメッキブラシを用いることにより、モータ性能は格段に向上し、さらに、貴金属（Ａｇ）メッキ整流子片を用いることにより、その性能が向上することを示した試験結果について説明する。

表３は、（１）〜（４）に示すようなブラシと整流子片を組み合わせて、いずれもブラシ圧を１ｇ程度に設定して、正回転方向時の追従回転数を測定したものである。表３中の（１）は、従来技術によるクラッドブラシ及びクラッド整流子片を用いたものである。これに対して、（２）はPdメッキブラシを用いたものであるが、追従回転数は（１）に比較して格段に向上している。さらに、（３）は整流子片についてもＡｇメッキ技術によるものであるが、整流子片間隔を標準のものにしたものである。（２）と比較して僅かの向上が見られる。なお、（１）〜（３）における整流子片間隔は、全て、３つの間隔の合計を０．８６〜１．０６ｍｍの標準間隔に設定したものである。これに対して、（４）は、整流子片間隔を、０．４５〜０．６ｍｍに狭くしたものであり、（２）及び（３）と比較しても、追従回転数に格段の向上が見られる。

本発明を具体化するブラシの製造を説明する図である。 表面にＣを含有する3.0μｍ厚のＰｄメッキ表面の１万倍の顕微鏡写真であり、（Ａ）はＰｄメッキ表面を表す写真であり、（Ｂ）はその表面に付着するＣ像を面解析した写真である。 Ｐｄメッキ厚さが0.5μｍの場合のメッキ表面の分析結果を示すグラフである。 Ｐｄメッキ厚さが3.0μｍの場合のメッキ表面の分析結果を示すグラフである。 Ｐｄストライプメッキをしたブラシ基材から個々のブラシ用に打ち抜く第１段階のプレス加工を説明する図である。 第１段階のプレス加工に続く第２段階のプレス加工を説明する図である。 通常の小型モータを例示する図であり、（Ａ）は全体の縦断面図、（Ｂ）はエンドキャップをモータ内部側から見た図である。 従来技術のブラシの製造を説明する図である。 図２（Ａ）（Ｂ）を参照して説明したようなＰｄメッキ表面の構成を説明する図である。 メッキ構造を例示する図であり、（Ａ）はその基本構造を示し、その図中に円で示すＺ部の詳細を示す３つの例を（Ｂ）に示している。 整流子片のレイアウトを示す図である。 （Ｂ）従来技術により構成した整流子片と対比して、（Ａ）貴金属メッキ技術により構成した整流子片を示す図である。 従来技術による厚い貴金属クラッドによる整流子片を用いた場合に生じる貴金属の延長部について説明する図である。 整流子片間隔を狭くすることによる効果を説明する図である。 従来技術による整流子片の製造を説明する図である。 整流子片間隔を狭くすることを可能にする整流子片の製造について説明する図である。 整流子片摩耗量の測定を説明する図である。

符号の説明

１ シャフト
２ 積層コア
３ 巻線
４ 整流子
５ 金属ケース
６ エンドキャップ
７ ブラシホルダー
８ ブラシ
９ マグネット
１０ ターミナル

Claims (8)

1. モータ整流子と摺動するブラシ摺動部と、該ブラシ摺動部を支持する全体的には細長い板状のブラシ基材とから成る小型モータの整流装置において、
   前記ブラシ摺動部は、それを支持するブラシ基材の長さ方向の一部の上に、所定長さに渡って形成されたＰｄメッキによって形成し、かつ
   このＰｄメッキは、前記ブラシ基材の上にＮｉ下地メッキを介してメッキされた、
   ことから成る小型モータの整流装置。
2. 前記ブラシ摺動部は、Ｐｄメッキ表面及び表面近くにカーボンＣを含有させて形成した請求項１に記載の小型モータの整流装置。
3. 前記モータ整流子を構成する複数の整流子片のそれぞれは、前記ブラシ摺動部が摺動接触する整流子片摺動部と、該整流子片摺動部を支持する整流子片基材とから構成されて、該整流子片摺動部は、それを支持する整流子片基材の一部の上に、所定長さに渡って形成された貴金属メッキによって形成した請求項１に記載の小型モータの整流装置。
4. 隣接する整流子片間の間隔が、整流子の外径寸法をＡとして、０．０８Ａ〜０．２４Ａの範囲にある請求項３に記載の小型モータの整流装置。
5. モータ整流子と摺動するブラシ摺動部を支持する全体的には細長い板状のブラシ基材を有する小型モータの整流装置の製造方法において、
   前記ブラシ基材の上にＮｉ下地メッキし、かつ、
   このＮｉ下地メッキされた前記ブラシ基材の長さ方向の一部の上に、所定長さに渡ってＰｄメッキして、前記ブラシ摺動部を形成した後、
   プレス加工により所望の形状に打ち抜くことから成る小型モータの整流装置の製造方法。
6. 前記ブラシ摺動部は、Ｐｄメッキ表面及び表面近くにカーボンＣを含有させて形成した請求項５に記載の小型モータの整流装置の製造方法。
7. 前記モータ整流子を構成する複数の整流子片のそれぞれは、
   整流子片基材の一部の上に、所定長さに渡って貴金属メッキを形成して、前記ブラシ摺動部が摺動接触する整流子片摺動部を形成し、
   前記貴金属メッキをした整流子片基材を、プレス加工によって整流子片形状に打ち抜き、かつ湾曲加工することによって整流子片として仕上げた請求項５に記載の小型モータの整流装置の製造方法。
8. 前記プレス加工は、整流子片の外径側角部に抜きダレが、そして内径側角部に抜きバリが生じる方向に行い、
   抜きバリが生じた角部を面付け加工し、
   前記湾曲加工時に、前記面付け量がさらに大きくなる面付け加工をすることにより、前記抜きダレを消滅させた請求項７に記載の小型モータの整流装置の製造方法。
   

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