JP2006262615A - 組立式整流子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成により、複数個の整流子片を絶縁基体の外周面に強固に配設固定することができ、しかも、寸法のばらつきがあっても整流子片を確実に固定することが可能な組立式整流子の製造方法を提供する。
【解決手段】 ライザ部２２を有する複数の整流子片２１を円筒状に形成された絶縁基体１０の外周面に対して、各整流子片２１間にスリット２３を設けて配置固定し、ワッシャー３０を整流子片２１の外周に嵌入して絶縁基体１０の外周面に押圧固定する。絶縁基体１０の基端側に設けられたフランジ部１２には、ライザ部２２の基部を嵌合する溝部１５が形成され、溝部１５の開口側にはライザ部２２方向に突出させた突起部１４ａが形成され、この突起部１４ａを塑性変形により溝部１５方向に膨出させてライザ部２２の基部を溝部１５内に固定すると共に、ワッシャー３０により膨出部分を押圧する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小型モータ等の回転電機に取り付けられる組立式整流子の製造方法に関するものである。

小型モータは、音響・映像機器や光学精密機器など様々な分野で広く使用されており、近年、軽量薄型化、高性能化が進んでいる。小型モータは、ケーシングの内部に永久磁石が装着され、軸受によって回転自在に支持された回転子が前記永久磁石に対向して配設されている。回転子には整流子片を有する整流子ユニットが設けられており、ケーシング内に設置された刷子が整流子ユニットと摺接することにより回転子の電機子巻線に給電している。

整流子ユニットには、熱硬化性樹脂により全体を一体化したモールド式と、絶縁部分に熱可塑性樹脂を用いた組立式との２種類に大別されるが、電流や発熱量が比較的少ない小型モータには、組立式整流子ユニットが多く用いられている。

組立式整流子ユニットは、一般的には例えば特開２０００−９２７９３号公報（特許文献１）に開示された構成が知られている。すなわち、図７は従来の組立式の整流子ユニットを示す分解斜視図で、図８はその断面を示す断面図である。整流子ユニットは、円筒部２の一端にフランジ部３が形成された絶縁基体１と、この絶縁基体１に取り付けられた導電性金属からなる３個の整流子片４と、整流子片４の外周に嵌入されて整流子片４を絶縁基体１の外周面に押圧し、両者を一体的に固定するワッシャー５とを備えている。上記整流子片４は、円弧状に湾曲形成され、図示しない小型モータの刷子と摺接する整流子部４ａと、この整流子部４ａの一端側から放射状に連設したライザ部４ｂを有している。このライザ部４ｂには、図示しない電機子巻線の端部が接続される。このような構造において、複数の整流子片４を絶縁基体１の外周面に固定する手段は、ワッシャー５の押圧力に依存している。

上記ワッシャー５は、通常、紙などの繊維質からなる電気的絶縁機能を有する素材が使用されている。そして、上記ワッシャー５は、３個の整流子片４を絶縁基体１の外周面に装着した後に、図示上方の先端側から嵌挿して各整流子片４を絶縁基体１の外周面に押圧した状態で固定するようにしている。ところが、このようなワッシャー５の寸法が変化した場合には、各整流子片４の押圧力に変化が生じ、振動や衝撃によって絶縁基体１から整流子片４から抜け出してしまう重大な問題が発生することがあった。

上述したようなワッシャーによる固定手段の問題を回避するために、ワッシャーを使用することなく、絶縁基体への整流子片の固着強度を増大させる手段が特開平８−１４９７６０号公報（特許公報２）に開示されている。すなわち、組立式整流子は、円筒部に形成されたフランジ部の側面に外方に向けた複数の凹溝が形成され、この凹溝には、導電性の３個の整流子片から外方に向けて折曲形成された電機子巻線結線用の端子部が収納される。そして、凹溝の側壁と端子部には凸部が設けられ、端子部が凹溝内に圧入されたとき、凸部と側壁が変形した状態で端子部を係止するように構成されている。

特開２０００−９２７９３号公報 特開平８−１４９７６０号公報

このような特許文献２に開示された組立式整流子によれば、整流子片の端子部をフランジ部に形成された凹溝内に圧入するので、前述したワッシャーを省略することが可能となる。ところが、フランジ部の側面に形成した凹溝と整流子片の端子部との寸法精度にばらつきがあることから圧入強度が小さいものがあり、小型モータが回転するときに発生する振動や落下等による衝撃によって整流子片が抜け出してしまう重大な問題が発生することがある。特に、円筒部の外周に装着された整流子片の外径寸法が３mm以下の超小型整流子ユニットの場合には、凹溝と整流子片の端子部の寸法が小さいことから、必要な圧入強度が得られない問題があり、しかも、寸法のばらつきによる圧入強度のばらつきが大きくなる問題があることから、結果的に超小型の組立式整流子には使用できなかった。

そこで、本発明の課題は、簡易な構成により、複数個の整流子片を絶縁基体の外周面に強固に配設固定することができ、しかも、寸法のばらつきがあっても整流子片を確実に固定することが可能な組立式整流子の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明にかかる組立式整流子の製造方法は、円弧状に形成した整流子部および該整流子部に連設したライザ部を有する複数の整流子片を円筒状に形成された絶縁基体の外周面に対して、各整流子片間にスリットを設けて配置固定し、ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入して上記絶縁基体の外周面に押圧固定してなる組立式整流子において、上記絶縁基体の基端側に設けられたフランジ部には、上記ライザ部の基部を嵌合する溝部が形成され、上記溝部の開口側には上記ライザ部方向に突出させた突起部が形成され、この突起部を塑性変形により上記溝部方向に膨出させて上記ライザ部の基部を上記溝部内に固定すると共に、上記ワッシャーにより膨出部分を押圧したことを要旨としている。

また、請求項２に記載の発明は、上記絶縁基体は可塑性を有する合成樹脂により形成され、上記フランジ部に形成された溝部は上記ライザ部の板厚よりも深く形成され、上記突起部は上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入するときに圧潰により塑性変形させて上記溝部方向に移動させて上記膨出部を形成したことを要旨としている。

さらに、請求項３に記載の発明は、上記突起部は上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入するときに超音波等の加熱手段により塑性変形させて上記溝部方向に移動させて上記膨出部分を形成したことを要旨としている。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、上記突起部は押圧工具の押圧により上記ライザ部方向に塑性変形されて上記ライザ部の基部を上記溝部内に固定した後、上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入すると共に上記膨出部分および上記ライザ部を押圧したことを要旨としている。

また、請求項５に記載の発明は、上記突起部は、塑性変形により移動して上記ライザ部を固着するとともに、上記整流子部に圧接させて固定したことを要旨としている。

本発明にかかるに組立式整流子の製造方法よれば、円筒状に形成された絶縁基体の外周面に配置固定される複数の整流子片のライザ部が、絶縁基体のフランジ部に形成された溝部内に嵌合され、このライザ部が溝部の開口側の突出形成した突起部を塑性変形させて膨出させることにより押圧するので、絶縁基体の外周面に各整流子片を強固に固定することができる。さらに、ワッシャーが膨出部分を押圧すると共に、各整流子片を絶縁基体の外周面に押圧固定するので、各整流子片が回転時の遠心力等によりラジアル方向へ離脱することを未然に防止することができる。しかも、絶縁基体に形成された突起部の塑性変形によって固定するので、例え整流子片のライザ部や絶縁基体の溝部の寸法にばらつきがあっても、整流子片を確実に固定することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、可塑性を有する合成樹脂により形成された絶縁基体の突起部を、上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入するときに圧潰することにより溝部内に移動させて膨出部を形成し、この膨出部が整流子片のライザ部を押圧固定するので、簡易な手段によって絶縁基体の外周面に各整流子片を強固に固定することができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入するときに、上記突起部を超音波等の加熱手段により軟化させた状態で塑性変形させるので、ワッシャーを所定位置まで嵌入する作業が容易になり、しかも、溝部方向への移動が容易になるので膨出部分の形成が容易になり、ライザ部の固定に対する信頼性を増加させることが可能となる。

さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、突起部を押圧工具によって塑性変形してライザ部を固定するので、ライザ部の固定状態を確認することが可能となり、さらに、ワッシャーによって記整流子片の外周側とライザ部を押圧固定するので、ライザ部の固定に対する信頼性を一層増加させることが可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば、突起部を塑性変形させて溝部内へ移動するときに、膨出部分がライザ部を固着する一方、膨出部分が整流子部方向に移動することにより整流子片を圧接するので、固定強度を高めることが可能となる。

組立式整流子は、円弧状に形成した整流子部および該整流子部に連設したライザ部を有する複数の整流子片を円筒状に形成された絶縁基体の外周面に対して、各整流子片間にスリットを設けて配置固定され、さらに、上記整流子片の外周にワッシャーを嵌入して上記絶縁基体の外周面に押圧固定されている。この組立式整流子において、上記絶縁基体の基端側に設けられたフランジ部には、上記ライザ部の基部を嵌合する溝部が形成され、この溝部の開口側には上記ライザ部方向に突起部が突出形成されている。この突起部は塑性変形可能であり、突起部を塑性変形させて上記溝部方向に膨出し、この膨出部分によって上記ライザ部の基部を上記溝部内に固定する。さらに、上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入することにより上記膨出部分を押圧すると共に、上記整流子片の外周を押圧固定する。これにより、上記ワッシャーによって突起部を塑性変形した膨出部分と上記整流子片の外周を押圧しながら固定するので、整流子片を確実に固定することが可能となる。

図１は本発明の実施形態にかかる組立式整流子の平面図、図２は同整流子の断面図、図３は分解斜視図、図４（Ａ）（Ｂ）は整流子片のライザ部を固定する工程を示す説明図である。図１乃至図３に示すように、組立式整流子は、円筒状に形成した例えば熱可塑性樹脂等の可塑性を有する樹脂からなる絶縁材料によって形成された絶縁基体１０と、導電性金属からなり、絶縁基体１０の外周に取り付けられた複数個の整流子片２１からなる整流子部２０と、整流子片２１の外周に嵌入されて整流子片２１を絶縁基体１の外周面に押圧固定するワッシャー３０とによって構成されている。

上記絶縁基体１０は、後述するように、機械的な押圧もしくは加熱によって塑性変形が可能であり、しかも熱膨張率や経時変化が小さいエンジニアリングプラスチック、例えば、ポリアミド９Ｔ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの合成樹脂が採用される。絶縁基体１０は、これらの樹脂を使用して、所定のモールド金型によって例えば射出成形等成型手段によって形成される。

そして、絶縁基体１０は、円筒部１１とその基端側に円筒部１１よりも大径のフランジ部１２とが一体的に成形され、中央の貫通孔１３には図示しないモータ等の回転軸が嵌入される。フランジ部１２の端面には円環状の突堤部１４が形成され、この突堤部１４には整流子片２１のライザ部２２を嵌合するための溝部１５が周方向に約１２０度毎の等間隔で３箇所形成されている。この溝部１５の深さは、ライザ部２２の板厚寸法よりもおよそ２倍乃至５倍程度の寸法に設定され、溝部１５の幅はライザ部２２の嵌合を許容する寸法に設定されている。

また、図３に示すように、絶縁基体１０の円筒部１１の基端近傍に位置する突堤部１４には、上記溝部１５の両側に各々突起部１４ａが一体に突出形成されている。この突起部１４ａは、図示のように円錐状に形状に形成され、機械的に押圧することにより塑性変形させることができる。なお、突起部１４ａは、円錐状の他に、円柱状、角柱状または半球状等の適宜な形状に形成しても良い。そして、個々の突起部１４ａの体積は、好ましくは、上記溝部１５にライザ部２２を嵌合したときに形成される開口側空間の容積の２分の１程度に設定されるが、その形状は、円筒部１１方向からの押圧によって容易に塑性変形可能な高さと外径寸法に設定されている。

さらに、突堤部１４よりも内側で円筒部１１との付け根の部分には整流子片２１の下端部を受け入れるための円弧状溝１７が各溝部１５と繋がって形成されている。これらの円弧状溝１７は、円筒部１１の外周面から半径方向外側に膨出した凸部１６によって周方向に隔てられている。凸部１６は、周方向に約１２０度の等間隔で３箇所形成されていて、それぞれの両側面に整流子片２１の側面が当接することにより、スリット２３の幅Ｓを一定に保つように機能している。

整流子片２１は、図示しない小型モータ等の回転電機に配設された刷子と摺接する円弧状に形成された整流子部２０と、この整流子部２０の一端側から半径方向外側に向けて屈曲形成されたライザ部２２とを有している。上記整流子片２１の素材は、銅を基材とし、刷子と摺接する個所にＡｇ−Ｃｕなどの薄い接点材料を埋め込んだクラッド材が用いられている。さらに、整流子片２１は、絶縁基体１０の円筒部１１の外周面に合った曲率半径を有し、その幅は絶縁基体１０に取り付けたとき、隣接する各整流子片２１の間に所定の幅Ｓのスリット２３が形成されるすように設定されている。なお、ライザ部２２には図示しない電機子巻線が接続される。

また、突堤部１４の円筒部１１側面には、整流子片２１の外周に嵌入されたワッシャー３０が当接されている。このワッシャー３０は、紙、合成樹脂、或いは、バリスタなどの電気的絶縁機能または半導体機能を有する素材が使用されている。そして、上記ワッシャー３０は、３個の整流子片２１を絶縁基体１０の外周面に装着した後に、図示上方の先端側から嵌挿して各整流子片２１を絶縁基体１０の外周面に押圧した状態で固定するようにしている。

次に、本発明からなる組立式整流子の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、３個の整流子片２１を矢示の方向に向けて各々絶縁基体１０の円筒部１１の外周面に添設する。このとき、整流子片２１のライザ部２２を溝部１５に嵌合するとともに、円筒部１１の付け根部分に形成された円弧状溝１７に整流子片２１の下端部を挿入し、側面を凸部１６に当接させる。この結果、整流子片２１はスリット２３の幅Ｓを一定に保ちながら所定の位置に添設される。

このように、整流子片２１を絶縁基体１０の円筒部１１の外周面に添設したときには、図４（Ａ）に示すように、整流子片２１のライザ部２２が溝部１５の底面に当接するまで嵌合する。上述したように、溝部１５の深さをライザ部２２の板厚寸法よりも大きく形成しているので、ライザ部２２の上面と溝部１５の開口端との間は離間し、そこに空間が形成されている。

３個の整流子片２０のライザ部２２を溝部１５に嵌合した状態から、次に、上記ワッシャー３０を整流子片２１の図示上方の先端側から軽圧入状態で突起部１４ａに当接するまで嵌挿する。その後、ワッシャー３０の下方端面を突起部１４ａに向けて押圧し、ワッシャー３０の下方端面を突堤部１４に到達させる。この結果、図４（Ｂ）に示すように、ワッシャー３０の下方端面が突起部１４ａを押圧して突起部１４ａを圧潰する。これにより、突起部１４ａは塑性変形し、突起部１４ａの樹脂は、特に流動負荷が小さな上記溝部１５の開口側空間内に移動して溝部１５内には膨出部１５ａが膨出形成される。この結果、溝部１５内に嵌合したライザ部２２の基部は、膨出部１５ａによって押圧されて溝部１５内に固着される。このとき、図示のように、膨出部１５ａは互いに接近するように溝部１５の空間内に膨出され、図６に示すように、突堤部１４の上面が平坦に形成されると共に、両側の膨出部１５ａ間にはギャップが形成されるが、両側の膨出部１５ａを接合するまで膨出させ、この膨出部１５ａが突堤部１４の上面よりやや突出させても良い。

このように、ワッシャー３０によって突起部１４ａを押圧して塑性変形するとき、図５に示すように、突起部１４ａの樹脂は溝部１５内に移動するとともに、整流子部２１の外周面方向に移動する。この結果、整流子片２１は絶縁基体１０の円筒部１１の外周面に圧接されることから、３個の整流子片２０はライザ部２２とともに強固に固定される。従って、整流子片２１は、ワッシャー３０による押圧固定と、突起部１４ａの塑性変形による外周側からの押圧固定、および、ライザ部２２の固定により、確実に固定される。

ところで、溝部１５の幅はライザ部２２が嵌合できるように設定されているが、溝部１５とライザ部２２の幅は寸法のばらつきを有していて、溝部１５内にライザ部２２が緩く嵌合する場合がある。しかし、上述したように、溝部１５内に嵌合したライザ部２２を、塑性変形によって形成された膨出部１５ａにより押圧して固定するので、溝部１５とライザ部２２の幅にばらつきがあったとしても所定の強度によって固定することができる。特に、整流子部の外径寸法が３mm以下の超小型整流子ユニットの場合には、溝部１５とライザ部２２の幅が０．５mm以下の寸法になることから、両者間の嵌合状態が大きくばらつくことがある。しかし、このような極小寸法の超小型組立式整流子であっても、ライザ部２２を、塑性変形によって形成された膨出部１５ａにより固定するので、固定に関して寸法のばらつきは無視することが可能となる。

以上のように、円筒状に形成された絶縁基体１０の外周面に配置固定される複数の整流子片２０のライザ部２２が、絶縁基体１０のフランジ部１２に形成された溝部１５内に嵌合され、さらに、溝部１５の開口側に形成した突起部１４ａをワッシャー３０によって塑性変形させることによりライザ部２２の基部を固定するので、簡易な構成によって絶縁基体１０の外周面に各整流子片２０を強固に配設固定することができる。また、突起部１４ａの塑性変形によって固定するので、例え整流子片のライザ部や絶縁基体の溝部の寸法にばらつきがあっても、整流子片を確実に固定することが可能となり、この結果、組立式整流子をさらに小型化することができる。

上述した実施例１においては、溝部１５の開口側に形成した突起部１４ａをワッシャー３０によって塑性変形させてライザ部２２の基部を固定するようにしたが、絶縁基体１０として比較的硬度が高い樹脂素材、或いは、流動性の悪い樹脂が使用される場合がある。また、ワッシャー３０の硬度が突起部１４ａの硬度よりも低いときには、突起部１４ａの塑性変形による膨出部１５ａの形成が不十分な場合がある。このような場合には、ワッシャー３０を整流子片２１に嵌挿する前に、予め押圧工具（図示しない）の押圧によって突起部１４ａを塑性変形させることによりライザ部２２の基部を固定し、その後、ワッシャー３０を整流子片２１に嵌挿してさらに整流子片２１の外周側から固定することが望ましい。

また、実施例２において説明したように、突起部１４ａやワッシャー３０の材質によって、突起部１４ａの塑性変形による膨出部１５ａの形成が不十分な場合がある。このような場合には、ワッシャー３０の押圧により突起部１４ａを塑性変形するときに、超音波等の加熱手段により補助的に突起部１４ａを塑性変形させて、突起部１４ａの樹脂を溝部１５内に移動させ、これにより形成された膨出部１５ａによってライザ部２２を固定することが望ましい。

以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施例は、突起部を押圧する側の面が平坦なワッシャーにより突起部を塑変形させたが、突起部の樹脂が溝部内に移動し易くするために、ワッシャーの押圧面の突起部と対向する部位にやや傾斜面を形成して、この傾斜面により突起部の樹脂の移動方向を案内させても良い。また、溝部の開口側を塑性変形させてライザ部を左右一対の膨出部によって固定しているが、溝部の開口側の一方に突起部を形成し、この１個の突起部を塑性変形させて、１つの膨出部によって固定するようにしても良い。さらに、溝部の開口側の形状は、上述した実施例の形状に限らず、開口側の塑性変形により溝部内に膨出部を膨出できる樹脂の量が確保できれば、任意の形状に形成しても良い。

本発明にかかる組立式整流子の平面図である。 図１における断面図である。 本発明にかかる組立式整流子の分解斜視図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明にかかる組立式整流子のライザ部を固定する工程を示す説明図である。 本発明にかかる組立式整流子のライザ部を固定した状態を示す拡大断面図である。 本発明にかかる組立式整流子の斜視図である。 従来の組立式整流子の構成を示した分解斜視図である。 従来の組立式整流子の構成を示した断面図である。

符号の説明

１０ 絶縁基体
１１ 円筒部
１２ フランジ部
１４ 突堤部
１４ａ 突起部
１５ 溝部
１５ａ 膨出部
２０ 整流子片
２１ 整流子部
２２ ライザ部
２３ スリット
３０ ワッシャー

Claims (5)

1. 円弧状に形成した整流子部および該整流子部に連設したライザ部を有する複数の整流子片を円筒状に形成された絶縁基体の外周面に対して、各整流子片間にスリットを設けて配置固定し、ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入して上記絶縁基体の外周面に押圧固定してなる組立式整流子において、
   上記絶縁基体の基端側に設けられたフランジ部には、上記ライザ部の基部を嵌合する溝部が形成され、
   上記溝部の開口側には上記ライザ部方向に突出させた突起部が形成され、
   この突起部を塑性変形により上記溝部方向に膨出させて上記ライザ部の基部を上記溝部内に固定すると共に、上記ワッシャーにより膨出部分を押圧したことを特徴とする組立式整流子の製造方法。
2. 上記絶縁基体は可塑性を有する合成樹脂により形成され、上記フランジ部に形成された溝部は上記ライザ部の板厚よりも深く形成され、上記突起部は上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入するときに圧潰により塑性変形させて上記溝部方向に移動させて上記膨出部を形成した請求項１に記載の組立式整流子の製造方法。
3. 上記突起部は上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入するときに超音波等の加熱手段により塑性変形させて上記溝部方向に移動させて上記膨出部分を形成した請求項２に記載の組立式整流子の製造方法。
4. 上記突起部は押圧工具の押圧により上記ライザ部方向に塑性変形されて上記ライザ部の基部を上記溝部内に固定した後、上記ワッシャーを上記整流子片の外周に嵌入すると共に上記膨出部分および上記ライザ部を押圧した請求項１に記載の組立式整流子の製造方法。
5. 上記突起部は、塑性変形により移動して上記ライザ部を固着するとともに、上記整流子部に圧接させて固定した請求項１乃至４に記載の組立式整流子の製造方法。
   

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