JP2008092679A - 直流モータにおけるブラシ保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシをブラシ案内溝に確実に保持することができ、かつ整流子に確実に接触させることができるようにする。
【解決手段】エンドフレーム４に形成されたブラシ保持部９に、ブラシ８を整流子１の外周面１ａに向けて案内するブラシ案内溝１０を設け、このブラシ案内溝１０の溝底をなすブラシ摺動面１１を、ロータの軸線に対して直角よりも狭角の傾斜面として形成し、ブラシ８をブラシ案内溝１０に摺動自在に遊嵌してブラシ８の先端部を整流子１の外周面１ａに当接させるとともに、ブラシ８の先端部と反対側に設けられる頭頂部に、ブラシ８を整流子１の外周面１ａに押圧する分力、及びブラシ摺動面１１に押圧する分力を付与するようにして捩りバネの一端部１３ｂを係合させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、直流モータにおけるブラシ保持構造に関する。

従来の小型直流モータにおけるブラシ保持構造においては、ロータと一体に回転する整流子の外周面に、ステータ側に設けられたブラシをほぼ直角に接触させるように、整流子の外周面に向けてブラシを摺動自在に保持している。ブラシは、バネをもって整流子の外周面に押圧され、整流子との摺動により摩耗した分だけ、バネ力で整流子側に送り出されるようになっている(例えば、特許文献１及び２２参照)。

特許文献１には、整流子の回転軸線に対して、ブラシの中心線を直角より若干傾けたものが開示されている。また、特許文献２には、ブラシをブラシ案内溝に摺動自在に遊嵌し、一端部がブラシを整流子の外周面に押圧しているバネの他端部を、ブラシがブラシ案内溝から外れないように、ブラシ案内溝の開口部に架け渡したものが開示されている。

特公昭４６−２１３２９号公報 実公平４−４１７４７号公報

しかし、従来のブラシ保持構造においては、整流子の外周面に設けられた多数のスリット、整流子の真円度、及びロータのバランス等の影響により、ロータの回転中、ブラシに対してロータの軸線に沿う方向の振動が発生するため、ブラシ案内溝に対するブラシの嵌合度合が緩すぎると、振動によりブラシがブラシ案内溝から外れ易くなり、また嵌合度合が強すぎると、整流子に対するブラシの追従性が悪くなり、ブラシを整流子に確実に接触させることができなくなるという問題点を有している。

本発明は、上述のような従来の課題に鑑み、ブラシをブラシ保持部におけるブラシ案内溝に確実に保持することができ、かつ整流子に確実に接触させることができるようにした直流モータのブラシ保持構造を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）ロータと一体に回転する整流子の外周面に摺接するブラシを、エンドフレームに形成されたブラシ保持部により、前記整流子の外周面に向けて摺動可能に保持し、かつ前記エンドフレームに取り付けられた捩りバネにより、前記ブラシを前記整流子の外周面に向けて弾性的に押圧してなる直流モータにおけるブラシ保持構造において、前記ブラシ保持部に、前記ブラシを前記整流子の外周面に向けて案内するブラシ案内溝を設け、このブラシ案内溝の溝底をなすブラシ摺動面を、前記ロータの軸線に対して直角よりも狭角の傾斜面として形成し、前記ブラシを前記ブラシ案内溝に摺動自在に遊嵌して、前記ブラシの先端部を前記整流子の外周面に当接させるとともに、前記ブラシの先端部と反対側に設けられる頭頂部に、前記ブラシを前記整流子の外周面に押圧する分力、及び前記ブラシ摺動面に押圧する分力を付与するようにして、前記捩りバネのコイル部から延出する押圧端部を係止する。

（２）上記(１)項において、前記捩りバネは、前記ブラシの頭頂部を押圧する押圧端部の根元を、前記頭頂部を押圧している位置より、前記エンドフレーム側へ片寄らせることにより、前記ブラシ案内溝のブラシ摺動面に前記ブラシを押圧する分力を付与させる。

（３）上記(１)または(２)項において、前記ブラシ保持部を、前記エンドフレームと一体的に樹脂成形してなる。

（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、前記ブラシ案内溝を、前記ブラシの摺動方向と直交する断面形状をほぼコ字形とする。

本発明によると、次のような効果を奏することができる。
請求項１記載の発明によると、ブラシを付勢する捩りバネの押圧端部が、ブラシに対して、整流子の外周面に押圧する分力と、ブラシ案内溝のブラシ摺動面に押圧する分力を付与するため、ブラシの振動（ロータの軸方向を向く振動）を抑制し、電気的ノイズ特性、及び機械的ノイズ特性を向上させることができる。

請求項２記載の発明によると、ブラシに対して、ブラシ案内溝のブラシ摺動面に押圧する分力を確実に付与させることができる。

請求項３記載の発明によると、ブラシ保持部をエンドフレームと一体的に樹脂成形したことにより、従来のようなブラシホルダは不要となり、部品点数を減らして、コストダウンを図ることができる。

請求項４記載の発明によると、ブラシをエンドフレームの側方（ロータの軸線方向）から簡単に装着することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、小型モータにおける縦断面正面図、図２は、図１におけるII−II線断面図、図３は、図２における上方のブラシ保持構造の拡大図、図４は、図３におけるIV−IV線横断面図、図５は、ブラシ保持構造を、エンドフレームの一部を切欠して示す斜視図、図６は、ブラシに加わるバネの力と、整流子の反力を示すブラシの縦断面図である。なお、以下の説明において、図１における左右を左右とし、図２における左右を前後とする。

図１、２において、(１)は、ロータ（図示略）の前後方向を向く回転軸(２)に固着された整流子である。回転軸(２)の後端部、すなわち整流子(１)側の軸端部(2a)は、ステータ（図示略）の一部を構成しているモータケース(３)の後端を閉塞する通称エンドキャップと称されているエンドフレーム(４)の中央のボス(4a)内に、軸受(５)を介して回転可能に枢支されている。

エンドフレーム(４)は、合成樹脂材の一体成型品であり、回転軸(２)の軸線と直交する壁板(６)を有し、壁板(６)の外周縁には、前方を向く筒部(７)が連設されている。筒部(７)の開口端部(7a)は、モータケース(３)の後端部に嵌合されている。

エンドフレーム(４)における壁板(６)の内面(6a)の上側及び左側には、ブラシ(８)(８)を保持するためのブラシ保持部(９)(９)を有するブラシ保持構造(Ａ)(Ａ)が、直交させて設けられている。

２つのブラシ保持構造(Ａ)(Ａ)は、近接端まわりに対称構造をなしており、両者の動作や作用は同一であるので、以下、図１において上方に示すものについて説明する。

ブラシ(８)は、左右方向（回転軸(２)の軸線方向に直交する方向）の厚さ、すなわち板厚が(ｄ)（図３参照）で、前後方向の幅が(Ｗ)（図６参照）である、ほぼ直方体形状の導電性カーボンで形成されている。また、ブラシ(８)の幅(Ｗ)は、厚さ(ｄ)の３倍程度であり、整流子(１)の外周面(1a)の前後方向（回転軸(２)の軸線方向）の長さより若干短くなっている。

ブラシ(８)の外端部、すなわち整流子(１)の外周面(1a)に接触する先端側の整流子摺接面(8a)と反対側の端部である頭頂部には、外径方向へ突出する突端部(8c)が設けられている。突端部(8c)の前部には、回転軸(２)の軸線方向に沿って、後述するブラシ摺動面(11)の傾斜方向と反対側へ傾斜する急勾配の第１傾斜面(8d)が連設され、さらに第１傾斜面(8d)には、第１傾斜面(8d)より勾配が緩い第２傾斜面(8e)が連設されている。

ブラシ保持部(９)は、エンドフレーム(４)と一体に成形されている左右１対の支片(9a)(9a)と、左右の支片(9a)(9a)間に形成され、放射方向に延びるブラシ案内溝(10)とを有する。

左右の支片(9a)(9a)は、壁板(６)の内面(6a)に互いに平行に形成され、かつエンドフレーム(４)の筒部(７)の開口端部(7a)とほぼ同じ位置まで前方へ向けて突出している。

ブラシ案内溝(10)は、左右の支片(9a)(9a)を内側面とするとともに、支片(9a)(9a)間に位置する内面(6a)の一部を溝底(10a)とし、ブラシ(８)の摺動方向と直交する断面形状が、図４に示すように、前方が開口したコ字形に形成され、溝底(10a)がブラシ摺動面(11)となっている。したがって、ブラシ案内溝(10)は、ロータの軸線方向が向く側が開口した断面コ字形となり、ブラシ案内溝(10)には、ブラシ(８)をエンドフレーム(４)の前方から簡単に装着させることができる。

ブラシ案内溝(10)におけるブラシ摺動面(11)は、整流子(１)の外周面から外側方向へ放射状に向かうに従い、頂頭部が整流子(１)の軸端、すなわち回転軸(２)の軸端部(2a)と反対の前方側に傾けられ、ロータの軸線に対して直角よりも若干狭角の傾斜面となっている。

ブラシ(８)は、その左右両側面が左右の支片(9a)(9a)間に遊嵌されるとともに、後端面(8b)がブラシ摺動面(10)に摺動可能に接触して、図２、５及び図６に示すように、頂頭部が前方へ若干傾いた姿勢で保持されている。これにより、ブラシ(８)は、ブラシ保持部(９)によって整流子(１)の外周面(1a)に相対する方向へ摺動自在に保持されて、その整流子摺接面(8a)は、整流子(１)の外周面(1a)に接触している。

エンドフレーム(４)における壁板(６)の内面(6a)には、左右の支片(9a)(9a)のうちの一方(9a)、例えば図３における右側の支片(9a)の右側方に丸軸状のバネ掛軸(12)が、壁板(６)の内面(6a)から前方に突出した状態で、エンドフレーム(４)と一体に成形されている。

図４に示すように、バネ掛軸(12)は、根元を拡径軸部(12a)とした２段軸となっており、その細い先端軸部(12b)には、捩りバネ(13)のコイル部(13a)が巻装されている。バネ掛軸(12)の拡径軸部(12a)の長さ(L1)、すなわちエンドフレーム(４)の内面(6a)からの突出長さは、ブラシ(８)の頭頂部における第１傾斜面(8d)と第２傾斜面(8e)とが交叉しているバネ掛部(14)の長さ(L2)より、短くなるように設定されている。

捩りバネ(13)のコイル部から側方へ延出する押圧端部をなす一端部(13b)は、主に図３に示すように、根元部分からほぼへの字形に折り曲げた後、先端側を下側方向に略Ｌ字形に折り曲げ、さらに上側方向へＵ字形に折り曲げられている。また、一端部(13b)は、捩りバネ(13)がエンドフレーム(４)に取り付けられていない状態では、図４に示すように、その根元部分、すなわちコイル部(13a)のところで、二点鎖線で示す如く、エンドフレーム(４)の壁板(６)の内面(6a)側に向けて予め所要の角度、例えばθ＝２０°程度折曲げてある。なお、一端部(13b)は、必ずしもエンドフレーム(４)側へ角度θ折曲する必要はない。

捩りバネ(13)の他端部(13c)は、中心を直径方向に横切るように折り曲げられて、バネ掛軸(12)における先端軸部(12b)の前端面に設けられた係止溝(17)に係合されている。

捩りバネ(13)は、エンドフレーム(４)に取り付けられた状態において、図４に示すように、ブラシ(８)の頭頂部におけるバネ掛部(14)を押圧する一端部(13b)の根元部の位置が、バネ掛部(14)に係止される一端部(13b)の先端部分の位置よりも低くなるとともに、一端部(13b)の根元部が、実線で示すように、エンドフレーム(４)における壁板(６)の内面(6a)に対して角度θだけ撓んだ状態で、一端部(13b)がバネ掛部(14)に係止される。

これにより、一端部(13b)は、ブラシ(８)の後端面(8b)をブラシ摺動面(11)側に押しつけるとともに、整流子摺接面(8a)を整流子(１)の外周面(1a)に押し付ける。一端部(13b)からの力(Ｆ)は、図６に示すように、整流子(１)の外周面(1a)にブラシ(８)を押圧する分力(Ｆ1)とブラシ摺動面(11)にブラシ(８)を押圧する分力(Ｆ2)となって、ブラシ(８)に作用する。

なお、捩りバネ(13)と対向している右側の支片(9a)には、ブラシ(８)の摩耗に応じて、一端部(13b)がブラシ(８)の頭頂部を押し込む際に必要とされる逃げ、すなわち一端部(13b)の回転軌跡に相当する部分と対応するようにして、スリット(15)が設けられている。このスリット(15)により、捩りバネ(13)の一端部(13b)は、右側の支片(9a)とぶつかることなく、ブラシ(８)に対して付勢力を付与することができる。

また、ブラシ(８)が摩耗して短くなった時、ブラシ(８)のバネ掛部(14)に係止されている一端部(13b)が、左側の支片(9a)に干渉しないようにするため、右側の支片(9a)とブラシ(８)の右側面との間には、支片(9a)の内面を内側へ凹ませた隙間(16)が形成される。ただし、ブラシ(８)が整流子(１)の外周面(1a)と当接している附近においては、ブラシ(８)の両側面と両支片(9a)間にガタが生じないようにしてある。

次に、上述のように構成されたブラシ保持構造(Ａ)の作用について図６に基づいて説明する。

捩りバネ(13)の一端部(13b)は、ブラシ(８)における頭頂部のバネ掛部(14)に係止されて、ブラシ(８)に付勢力を付与している。ブラシ(８)に作用する付勢力(Ｆ)は、上述したように整流子(１)の外周面(1a)にブラシ(８)を押圧する分力(Ｆ1)と、ブラシ摺動面(11)に向けてブラシ(８)を押圧する分力(Ｆ2)とを作用させる。

また、ブラシ(８)は、回転する整流子(１)から、整流子(１)の外周面(1a)と直交する方向の反力(ｆ)を受ける。この反力(ｆ)は、そのブラシ摺動面(11)における分力(ｆ1)(ｆ2)として作用し、一方の分力(ｆ1)は、ブラシ(８)を整流子(１)の外周面(1a)と反対方向に押し戻す力として働き、他方の分力(ｆ2)は、ブラシ(８)をブラシ摺動面(11)に押し付ける力として働き、ブラシ(８)の自由な動きを規制する力として、ブラシ(８)の軸線方向の振動を抑制する。

これにより、ブラシ(８)と整流子(１)の外周面(1a)との接触が良くなり、電気性ノイズや機械性ノイズは低減させられる。

本発明の一実施形態を示す小型モータにおける縦断面正面図である。 図１におけるII−II線縦断面図である。 図１において示す一方のブラシ保持構造の拡大図である。 図３におけるIV−IV線横断面図である。 ブラシ保持構造を、エンドフレームの一部を切欠して示す斜視図である。 ブラシに加わるバネの力と、整流子の反力を示すブラシの縦断面図である。

符号の説明

(１)整流子
(1a)外周面
(２)回転軸
(2a)軸端部
(３)モータケース
(４)エンドフレーム（エンドキャップ）
(4a)ボス
(５)軸受
(６)壁板
(6a)内面
(７)筒部
(7a)開口端部
(８)ブラシ
(8a)整流子摺接面
(8b)後端面
(8c)突端部
(8d)第１傾斜面
(8e)第２傾斜面
(９)ブラシ保持部
(9a)支片
(10)ブラシ案内溝
(10a)溝底
(11)ブラシ摺動面
(12)バネ掛軸
(12a)拡径軸部
(12b先端軸部
(13)捩りバネ
(13a)コイル部
(13b)一端部（押圧端部）
(13c)他端部
(14)バネ掛部
(15)スリット
(16)隙間
(17)係止溝
(Ａ)ブラシ保持構造

Claims (4)

1. ロータと一体に回転する整流子の外周面に摺接するブラシを、エンドフレームに形成されたブラシ保持部により、前記整流子の外周面に向けて摺動可能に保持し、かつ前記エンドフレームに取り付けられた捩りバネにより、前記ブラシを前記整流子の外周面に向けて弾性的に押圧してなる直流モータにおけるブラシ保持構造において、
   前記ブラシ保持部に、前記ブラシを前記整流子の外周面に向けて案内するブラシ案内溝を設け、このブラシ案内溝の溝底をなすブラシ摺動面を、前記ロータの軸線に対して直角よりも狭角の傾斜面として形成し、前記ブラシを前記ブラシ案内溝に摺動自在に遊嵌して、前記ブラシの先端部を前記整流子の外周面に当接させるとともに、前記ブラシの先端部と反対側に設けられる頭頂部に、前記ブラシを前記整流子の外周面に押圧する分力、及び前記ブラシ摺動面に押圧する分力を付与するようにして、前記捩りバネのコイル部から延出する押圧端部を係止したことを特徴とする直流モータにおけるブラシ保持構造。
2. 前記捩りバネは、前記ブラシの頭頂部を押圧する押圧端部の根元を、前記頭頂部を押圧している位置より、前記エンドフレーム側へ片寄らせることにより、前記ブラシ案内溝のブラシ摺動面に前記ブラシを押圧する分力を付与させていることを特徴とする請求項１記載の直流モータにおけるブラシ保持構造。
3. 前記ブラシ保持部を、前記エンドフレームと一体的に樹脂成形してなることを特徴とする請求項１または２記載の直流モータにおけるブラシ保持構造。
4. 前記ブラシ案内溝を、前記ブラシの摺動方向と直交する断面形状をほぼコ字形としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直流モータにおけるブラシ保持構造。

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