JP2006197695A - ブラシ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシのがたつきを抑制できて小型のブラシ装置を提供する。
【解決手段】本ブラシ装置９では、コンミテータ７の摺接面１０と摺接するブラシ１２と、このブラシ１２を付勢する付勢部材１３と、ブラシ１２を移動自在な状態でブラシ１２および付勢部材１３を保持するホルダ１４とを備える。ブラシ１２は、コンミテータ７の摺接面１０と摺接する電極面１５と、電極面１５に対して傾斜する傾斜面１６とを含む。ホルダ１４は、箱状をなし、その内面に、ブラシ１２の傾斜面１６に沿う傾斜面２２を含む。コンミテータ７の摺接面１０とホルダ１４の傾斜面２２との間に、ブラシ１２を保持するための楔状空間２７が形成される。付勢部材１３は、楔状空間２７の狭い側へ向けて、電極面１５と平行にブラシ１２を付勢する。ブラシ１２とコンミテータ７との接触を確保しつつ、ブラシ１２の遊びを確実に除去できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、直流電動モータ等に用いられるブラシ装置に関する。

例えば特許文献１のブラシ装置では、筒状のブラシホルダに遊嵌されたブラシを筒状のブラシホルダから突出する方向へ付勢部材により付勢することにより、ブラシとコンミテータとの電気的接触を確保している。
特開２００３−８８０５０号公報

しかし、ブラシホルダ内でブラシががたつきを生じ易い。また、付勢部材、ブラシ、およびコンミテータは、この順で一直線状にならんでいる。このため、ブラシ装置が大型になる。
そこで、この発明の目的は、ブラシのがたつきが発生することを抑制できて小型のブラシ装置を提供することである。

本発明のブラシ装置は、コンミテータの摺接面と摺接するブラシと、このブラシを付勢する付勢部材と、ブラシを移動自在な状態でブラシおよび付勢部材を保持するホルダとを備えるブラシ装置において、上記ブラシは、コンミテータの摺接面と摺接する第１の面および第１の面に対して傾斜する第２の面を含み、上記ホルダは、ブラシの第２の面に沿う第３の面を含み、コンミテータの摺接面とホルダの第３の面との間に、ブラシを保持するための楔状空間が形成され、上記付勢部材は、上記楔状空間の狭い側へ向けてブラシを付勢することを特徴とする。本発明では、楔状空間をなすホルダの第３の面およびコンミテータの摺接面の両面の間にブラシを押圧状態で挟み込むことができるので、ブラシとコンミテータとの接触を確保しつつ、ブラシの遊びを確実に除去できる。その結果、ブラシはがたつきを生じず、騒音を抑制できる。また、付勢部材、ブラシ、およびコンミテータを、この順で一直線状に並べずに済むので、ブラシ装置を小型化することができる。

また、本発明において、上記付勢部材は、ブラシを上記第１の面と平行な方向に付勢する場合がある。この場合、ブラシの遊びを最も効果的に除去できるので、騒音を抑制する効果を高めることができる。
また、この場合において、上記ブラシが付勢部材から受ける付勢力を第１の面と直交する方向への力に変換するカム機構を備え、カム機構はブラシの第２の面とホルダの第３の面とを含む場合がある。この場合、第１の面と平行な方向に作用する付勢力により、簡素な構造で、ブラシをコンミテータに確実に接触させることができる。

また、上記楔状空間の狭い側へのブラシの移動を案内する案内機構を備える場合がある。この場合、ブラシをコンミテータに確実に接触させることができる。
また、本発明において、上記案内機構は、ブラシの第２の面およびホルダの第３の面の何れか一方に形成された断面山形の凸条と、他方に形成され凸条と嵌まり合う凹条とを含む場合がある。この場合、簡素な構造で、ホルダに対するブラシの遊びを規制し、がたつきを防止することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ブラシ装置が、回転電機としての直流電動モータに適用される場合に則して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のブラシ装置を適用した直流電動モータの概略構成を示す断面図である。図１を参照する。

直流電動モータ１は、出力軸２と、この出力軸２を軸受３，４を介して支持するケーシング５と、出力軸２と一体回転する電機子６およびコンミテータ７と、ケーシング５内に固定されたマグネット８およびブラシ装置９とを有している。電機子６およびコンミテータ７は、出力軸２の軸方向に並んで両軸受３，４の間に配置されている。出力軸２の径方向について、電機子６に対向してその外方にマグネット８が配置され、コンミテータ７に対向してその外方にブラシ装置９が配置されている。

コンミテータ７は、円筒形状をなし、出力軸２の外周に取り付けられている。コンミテータ７の外周面は、摺接面１０を有する。
摺接面１０は、出力軸２と同心に配置された円筒面をなしていて、この円筒面は、導電性部材により形成された電極としての複数のセグメントと複数の絶縁部材とにより、周方向に連続して形成されている。セグメントと絶縁部材とは、コンミテータ７の周方向に交互に等角度間隔で並んでいる。セグメントは、電機子６の巻線に電気的に接続されている。この巻線には、コンミテータ７およびブラシ装置９を介して、図示しない電源から電力が供給される。

ブラシ装置９は、コンミテータ７を挟んで少なくとも一対が設けられている。一対のブラシ装置９が、互いに出力軸２の径方向に対向するようにして円環状の取付部材１１に配置されている。取付部材１１は、ケーシング５に取り付けられている。
図２は、図１のブラシ装置９の一部断面分解斜視図である。図３は、図１のブラシ装置９の概略構造を模式的に示す断面図である。図４は、図３のIV−IV断面のブラシ装置の要部の断面図である。先ず、図２と図３を参照する。

ブラシ装置９は、コンミテータ７の摺接面１０と摺接するブラシ１２と、このブラシ１２を付勢する付勢部材１３と、ブラシ１２を移動自在な状態でブラシ１２および付勢部材１３を保持するホルダ１４とを備えている。
本実施形態では、ブラシ１２は、コンミテータ７の摺接面１０と摺接する第１の面としての電極面１５と、この電極面１５に対して傾斜する第２の面としての傾斜面１６と、付勢部材１３により付勢される被付勢面１７とを含んでいる。

具体的には、ブラシ１２は、導電性部材により、断面三角形の柱形状に形成されている。この柱形状の軸線１８を直角に切る断面形状は、直角三角形をなし、この直角三角形の３つの辺は、電極面１５と傾斜面１６と被付勢面１７とにより形成される。電極面１５と傾斜面１６とは鋭角をなし、電極面１５と被付勢面１７とは直角をなしている。また、ブラシ１２は、軸線１８と直角に交差して互いに対向する２つの端面１９を有している。また、ブラシ１２には、電線２０が電気的に接続されている。電線２０の一端が、傾斜面１６を通ってブラシ１２に埋設されている。

付勢部材１３は、圧縮コイルばねからなり、コイルの軸線１３ａに沿って圧縮弾性変形することができる。
ホルダ１４は、互いに接しあったブラシ１２と付勢部材１３とを取り囲む箱状をなし、内部にブラシ１２と付勢部材１３とを第１の方向Ｐ１に沿って並べて保持している。ホルダ１４は、付勢部材１３を第１の方向Ｐ１に沿って弾性変形可能に保持している。

ホルダ１４は、ブラシ１２の電極面１５を露出させる開口２１を有する。また、ホルダ１４の内面は、ブラシ１２の傾斜面１６に沿う第３の面としての傾斜面２２と、この傾斜面２２に対向し付勢部材１３を受ける受け面２３と、受け面２３の縁部および傾斜面２２の縁部を互いに接続する一対の対向面２４と、この一対の対向面２４の対向端縁同士を接続する一対の対向面２５とを有している。

開口２１は、第１の方向Ｐ１についてのブラシ１２がある側に傾斜面２２に対向して配置され、第１の方向Ｐ１と垂直に交差する方向である第２の方向Ｐ２に向けて開放されている。
傾斜面２２は、第１の方向Ｐ１についてのブラシ１２がある側の端部に配置されて開口２１と対向する平坦面からなる。また、傾斜面２２を貫通する挿通孔２２ａが形成されている。挿通孔２２ａは、電線２０を通すために傾斜に沿って延びる長孔からなる。

受け面２３は、第１の方向Ｐ１についての付勢部材１３がある側の端部に配置されている。
図２と図４を参照する。一方の対の対向面２４は、略台形形状をなし、ブラシ１２と付勢部材１３とを挟んで互いに対向する。他方の対の対向面２５は、矩形をなし、付勢部材１３を挟んで互いに対向する。２対の対向面２４，２５は、付勢部材１３の周りに交互に配置されて接続され、全体として断面矩形の筒状をなしている。

図３を参照して、ホルダ１４に保持された付勢部材１３は、ブラシ１２の被付勢面１７と、ホルダ１４の受け面２３との間に、圧縮弾性変形された状態で介在している。付勢部材１３の軸線１３ａは、第１の方向Ｐ１に沿って配置されていて、ブラシ１２を第１の方向Ｐ１に沿って押圧付勢する。この付勢方向は傾斜面２２と斜めに交差し、電極面１５と平行とされる。

図３と図４を参照して、ホルダ１４に保持された状態で、ブラシ１２はホルダ１４の傾斜面２２に沿って摺動自在に保持されている。ブラシ１２の傾斜面１６はホルダ１４の傾斜面２２に面当たり状態で接触し、ブラシ１２の電極面１５が開口２１を通り外側へ突出している。
図３を参照して、ホルダ１４の開口２１がコンミテータ７の摺接面１０に対向した状態で、ホルダ１４は固定されている。固定されたホルダ１４の開口２１の周縁と、コンミテータ７の摺接面１０との間には、所定量の隙間が開けられている。

また、固定されたホルダ１４の傾斜面２２とコンミテータ７の摺接面１０との間に、ブラシ１２を保持するための楔状空間２７が形成されている。
楔状空間２７は、ホルダ１４内に保持されたブラシ１２が占めることがある領域からなり、摺接面１０へ向けての傾斜面２２の延長面と摺接面１０との間に形成される部分である隅部２８を含んでいる。楔状空間２７の狭い側には、コンミテータ７の摺接面１０とホルダ１４の傾斜面２２とが互いに近接してなす上述の隅部２８が含まれている。また、楔状空間２７の広い側には、ブラシ１２の被付勢面１７が配置されている。

楔状空間２７に保持されたブラシ１２は、付勢部材１３により、楔状空間２７の広い側から楔状空間２７の狭い側へ向けて付勢されるようにされている。
本実施形態では、ホルダ１４の第１の方向Ｐ１、および付勢部材１３がブラシ１２を付勢する付勢方向は、ともに摺接面１０と平行な方向とされ、且つ電極面１５と平行な方向Ｆ１とされ、且つコンミテータ７の中心軸線７ａと平行とされる。また、ホルダ１４の傾斜面２２は、コンミテータ７の軸方向を含む断面（図３に相当する。）において、コンミテータ７の摺接面１０と平行な方向に対して、角度ＤＡをなして傾斜している。この傾斜角度ＤＡは、鋭角であり、例えば、ブラシ１２の電極面１５および傾斜面１６がなす角度と等しくされている。

ブラシ装置９は、ブラシ１２が付勢部材１３から受ける上述の平行な方向Ｆ１への付勢力を電極面１５と直交する方向Ｆ２への力に変換するカム機構２９を備えている。カム機構２９は、ブラシ１２の傾斜面１６とホルダ１４の傾斜面２２とを含んでいる。また、カム機構２９は、付勢力を受けた状態でブラシ１２を上述の直交する方向Ｆ２へ変位させることができるので、ブラシ１２の電極面１５の摩耗に追従させて、ブラシ１２とコンミテータ７との電気的な接続を長期間にわたり確保することができる。

このように本発明の実施形態によれば、楔状空間２７に保持されたブラシ１２を、付勢部材１３により、楔状空間２７の狭い側へ向けて付勢するようにしている。これにより、楔状空間２７をなすホルダ１４の傾斜面２２およびコンミテータ７の摺接面１０の両面の間にブラシ１２を押圧状態で挟み込むことができるので、ブラシ１２とコンミテータ７との接触を確保し電気的な接続を維持しつつ、ブラシ１２をホルダ１４へ押し付けてブラシ１２の遊びを確実に除去できる。その結果、ブラシ１２はがたつきを生じず、これに伴う騒音や振動の発生を抑制できる。また、付勢部材１３、ブラシ１２、およびコンミテータ７を、この順で一直線状に並べずに済むので、ブラシ装置９ひいてはこれを適用する直流電動モータ１等を小型化することができる。

また、本実施形態では、付勢部材１３は、ブラシ１２を電極面１５と平行な方向Ｆ１に付勢することにより、ブラシ１２の遊びを最も効果的に除去できるので、騒音を抑制する効果を高めることができる。
また、ブラシ１２の傾斜面１６とホルダ１４の傾斜面２２とを含むカム機構２９により、電極面１５と平行な方向Ｆ１に作用する付勢力を、電極面１５と直交する方向Ｆ２に変換でき、簡素な構造でブラシ１２をコンミテータ７に確実に接触させることができる。

また、付勢部材１３の付勢方向と電極面１５の法線方向とを互いに交差する方向に、より好ましくは直角に交差する方向に設定するのが、一直線に沿う方向についてブラシ装置９が大型化することを防止できて、好ましい。
また、本実施形態のホルダ１４の傾斜面２２は、摺接面１０に接近した位置にまで延びているので、ブラシ１２のがたつきが発生することを確実に防止することができる。

また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図５は、第２実施形態のブラシ装置９の概略構成を模式的に示す断面図である。図５を参照して、第２実施形態のブラシ装置９では、付勢部材１３とブラシ１２とが、コンミテータ７の軸方向と直交する方向に平行な方向に並んでいる。この場合、ブラシ装置９を軸方向および径方向に小型化することができる。また、本実施形態では、付勢部材１３の付勢方向は、電極面１５と平行な方向とされるとともに、コンミテータ７の軸方向と直交する平面に含まれる方向であって、この平面において電極面１５との接触位置での摺接面１０の接線方向に平行な方向Ｆ１とされる。なお、以下で説明する各実施形態は、第１実施形態をもとにして説明するが、第２実施形態をもとにすることもできる。

図６は、第３実施形態のブラシ装置９Ａの概略構成を模式的に示す断面図である。図７は、図６のVII-VII 断面のブラシ装置９Ａの要部の断面図である。図６と図７を参照する。第３実施形態のブラシ装置９Ａは、楔状空間２７の狭い側へのブラシ１２の移動を案内する案内機構としての凸条３０および凹条３１を備えている。
凸条３０は、ブラシ１２の傾斜面１６に断面山形をなして形成されていて、断面山形の頂部が連なる角陵部からなる。凹条３１は、ホルダ１４の傾斜面２２に断面Ｖ字形形状に形成されていて、断面Ｖ字形形状の底にある隅部からなる。凹条３１と凸条３０とは、傾斜面１６，２２の傾斜に沿って、楔状空間２７の狭い側としての隅部２８へ向けてそれぞれ延びていて、互いに嵌まり合っている。

これにより、ブラシ１２の移動を楔状空間２７の狭い側へ向けて案内することができ、これとともに、案内する方向と直交する方向へのブラシ１２の移動を規制できる。従って、ブラシ１２のがたつきの発生を確実に防止することができる。また、ブラシ１２をコンミテータ７に確実に接触させることができて好ましい。また、案内機構が凸条３０と凹条３１とを含むことにより、簡素な構造で、ホルダ１４に対するブラシ１２の遊びを規制し、がたつきを防止することができる。

図８は、第４実施形態のブラシ装置９Ｂの概略構成を模式的に示す断面図である。図９は、図８のIX-IX 断面のブラシ装置９Ｂの要部の断面図である。第４実施形態のブラシ装置９Ｂでは、凸条３０がホルダ１４の傾斜面２２に形成され、凹条３１がブラシ１２の傾斜面１６に形成されているが、第３の実施形態と同様に作用する。
なお、案内機構の凸条３０は、ブラシ１２の傾斜面１６およびホルダ１４の傾斜面２２の何れか一方に形成され、凹条３１は他方に形成されていればよい。

図１０は、第５実施形態のブラシ装置９Ｃの概略構成を模式的に示す断面図である。図１１は、図１０に示すブラシ装置９Ｃが長期間使用された後の状態を示す。図１０および図１１を参照する。第５実施形態のブラシ装置９Ｃのブラシ１２Ａは、断面台形の柱形状をなしていて、電極面１５と傾斜面１６との間に配置されて被付勢面１７と平行な接続面３２をさらに含んでいる。ブラシ１２Ａは、接続面３２と被付勢面１７との間にあり電極面１５に隣接する部分３３を有している。この隣接する部分３３では、電極面１５と平行な断面におけるブラシ１２Ａの断面形状が、電極面１５と等しくされ、電極面１５の法線方向について一定とされている。これにより、ブラシ１２Ａでは、摩耗しても電極面１５の大きさが変わらずに済む。

また、上述の各実施形態において、付勢部材１３の付勢方向としては、電極面１５に対して傾斜し、楔状空間２７を通りその隅部２８へ向く方向とされることも考えられる。また、摺接面１０がコンミテータ７の軸方向の端面にある場合も考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１実施形態のブラシ装置を含む直流電動モータの概略構成を示す断面図である。 図１のブラシ装置の一部断面分解斜視図である。 図１のブラシ装置の概略構造を模式的に示す断面図である。 図３のIV−IV断面のブラシ装置の要部の断面図である。 第２実施形態のブラシ装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 第３実施形態のブラシ装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 図６に示すVII-VII 断面のブラシ装置の要部の断面図である。 第４実施形態のブラシ装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 図８のIX-IX 断面のブラシ装置の要部の断面図である。 第５実施形態のブラシ装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 図１０のブラシ装置が長期間使用された後の状態の断面図である。

符号の説明

９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…ブラシ装置、７…コンミテータ、１０…摺接面、１２，１２Ａ…ブラシ、１３…付勢部材、１４…ホルダ、１５…電極面（第１の面）、１６…傾斜面（第２の面）、２２…傾斜面（第３の面）、２７…楔状空間、２８…隅部（楔状空間の狭い側）、Ｆ１…平行な方向、Ｆ２…直交する方向、２９…カム機構、３０…凸条（案内機構）、３１…凹条（案内機構）

Claims (5)

1. コンミテータの摺接面と摺接するブラシと、このブラシを付勢する付勢部材と、ブラシを移動自在な状態でブラシおよび付勢部材を保持するホルダとを備えるブラシ装置において、
   上記ブラシは、コンミテータの摺接面と摺接する第１の面および第１の面に対して傾斜する第２の面を含み、
   上記ホルダは、ブラシの第２の面に沿う第３の面を含み、
   コンミテータの摺接面とホルダの第３の面との間に、ブラシを保持するための楔状空間が形成され、
   上記付勢部材は、上記楔状空間の狭い側へ向けてブラシを付勢することを特徴とするブラシ装置。
2. 請求項１に記載のブラシ装置において、
   上記付勢部材は、ブラシを上記第１の面と平行な方向に付勢することを特徴とするブラシ装置。
3. 請求項２に記載のブラシ装置において、
   上記ブラシが付勢部材から受ける付勢力を第１の面と直交する方向への力に変換するカム機構を備え、カム機構はブラシの第２の面とホルダの第３の面とを含むことを特徴とするブラシ装置。
4. 請求項１から３の何れかに記載のブラシ装置において、
   上記楔状空間の狭い側へのブラシの移動を案内する案内機構を備えることを特徴とするブラシ装置。
5. 請求項４に記載のブラシ装置において、
   上記案内機構は、ブラシの第２の面およびホルダの第３の面の何れか一方に形成された断面山形の凸条と、他方に形成され凸条と嵌まり合う凹条とを含むことを特徴とするブラシ装置。

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