JP2008172934A - モータのブラシ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシ初期状態におけるブラシの振動による異音発生を防止するための側圧荷重を確保しつつ、ブラシ摩耗時の荷重ロスを小さくすることのできるブラシ装置を提供する。
【解決手段】モータの整流子４０の周面に摺接するブラシ１０と、ブラシ１０を移動可能に保持するブラシホルダ２０と、ブラシ１０を整流子４０側へ付勢するブラシスプリング３０とを備えたブラシ装置１において、ブラシスプリング３０で押圧されるブラシ１０の後端面１２を、ブラシ摩耗初期段階でブラシスプリング３０と当接する面は傾斜角が大きく、ブラシ摩耗終期段階でブラシスプリング３０と当接する面は傾斜角が小さくなるように形成した。
【選択図】図２

Description

本発明はモータのブラシ装置に係り、特にブラシを整流子側へ押圧するときに適切な荷重とすることのできるモータのブラシ装置に関する。

従来の直流モータのブラシ装置１００は、図５で示すように、ブラシ１１０と、ブラシホルダ１２０と、ブラシスプリング１３０から構成されている。ブラシ１１０は角柱状をしており、ブラシホルダ１２０はブラシ１１０を内部に保持するように中空角柱形状をしている。ブラシホルダ１２０の近傍には、ゼンマイ状のブラシスプリング１３０の内端が係止されている。また、ブラシスプリング１３０の外端はＳ字状に屈曲されており、ブラシ１１０の後端面１１２を整流子側へ押圧している。インシュレータプレート１４１の軸芯部には整流子を挿通するための円孔１４０が形成されており、この円孔１４０の外側の所定位置に一対のブラシホルダ１２０が配設されている。

ここで、通常、ブラシ１１０はその摩耗量に応じてブラシホルダ１２０内を摺動する必要があることから、ブラシホルダ１２０の内壁面１２２とブラシ１１０の側面１１３との間には、所定のクリアランスが設定されている。このため、整流子が回転すると（整流子の回転方向を矢印Ｑで示す）、整流子の周面に圧接されているブラシ１１０に自励振動が生じ、異音発生の要因となっている。

そこで、この種のブラシ１１０の自励振動による異音発生を防止するため、図５で示されるブラシ装置のように、ブラシ１１０の後端面１１２をテーパ面とし、このテーパ面とされた後端面１１２をブラシスプリング１３０の外端で整流子側へ押圧することにより、ブラシスプリング１３０の押圧力を分力させてブラシ１１０の側面１１３をブラシホルダ１２０の内壁面１２２に押圧し密着させる構成としている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

実開平６−６０２７５号公報（第５−６頁、図２−図３） 特開平８−２１４５０７号公報（第３頁、図１）

通常、ブラシ装置では、回転する整流子に摺接するブラシの摩耗が進行するにしたがって、ブラシスプリングがブラシを押圧する荷重が低下し、荷重ロスが発生するが、この荷重ロスをできるだけ少なくすることが望まれている。しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載のブラシ装置では、ブラシの当たりが不安定な初期状態に合わせてブラシホルダの内壁面に押圧する荷重を設定するために、ブラシの後端面のテーパ角度を大きく設定する必要があり、ブラシ初期状態の荷重に対するブラシ摩耗時の荷重のロスが大きいという問題があった。

すなわち、図６に示すように、初期状態ではブラシ１１０の後端面１１２の最後部はＡに位置している。このとき、ブラシスプリング１３０はブラシ１１０の後端面１１２と接点Ｘで当接しており、スプリング荷重ｆが作用している。ブラシ１１０は、スプリング荷重ｆのブラシボルダ１２０の長手方向に対して水平方向の分力（以下、ブラシ押さえ荷重という）ｆｃで整流子に押圧され、ブラシボルダ１２０の長手方向に対して垂直方向の分力（以下、側圧荷重という）ｆｄでブラシホルダ１２０の内壁面１２２に押圧される。

ブラシ１１０の摩耗により、ブラシ１１０の後端面１１２の最後部がＢの位置まで整流子側に移動すると、ブラシスプリング１３０はブラシ１１０の後端面１１２に接点Ｙで当接する。この状態ではブラシスプリング１３０のばね力が初期状態より減少するため、ブラシ１１０に作用するスプリング荷重ｇは初期状態のスプリング荷重ｆよりも低下する。ここで、初期状態でのテーパ角度と摩耗時のテーパ角度、すなわち接点Ｘ及び接点Ｙにおけるテーパ面の傾斜角が略同一の状態では、初期状態と略同一の比率でスプリング荷重ｇがブラシ押さえ荷重ｇｃと側圧荷重ｇｄに分力されるため、スプリング荷重ｆからスプリング荷重ｇへの荷重の低下率と略同様の低下率で、その分力であるブラシ押さえ荷重ｇｃ、及び側圧荷重ｇｄも低下してしまう。したがって、ブラシ１１０の当たりが不安定な初期状態に合わせて側圧荷重ｆｄを設定するためにテーパ面の傾斜角を大きく設定すると、摩耗時のブラシ押さえ荷重ｇｃの荷重ロスが大きく、ブラシ押さえ荷重ｇｃを十分に確保することができないという不都合があった。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、モータのブラシ装置において、ブラシの振動による異音発生を防止するためにブラシ初期状態の側圧荷重を確保しつつ、ブラシ摩耗時の荷重ロスを小さくすることのできるブラシ装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は、ブラシ初期状態からブラシ摩耗時のブラシ押さえ荷重の変化が少ないブラシ装置を提供することにある。

前記課題は、請求項１のモータのブラシ装置によれば、モータの整流子の周面に摺接するブラシと、該ブラシを移動可能に保持するブラシホルダと、前記ブラシを整流子側へ付勢する付勢手段と、を備えたブラシ装置において、前記付勢手段で押圧される前記ブラシの加圧面は、整流子の周方向に面の傾斜角が異なるように形成されたこと、により解決される。

このように、請求項１のモータのブラシ装置は、ブラシの摩耗状態に合わせて付勢手段で押圧されるブラシの加圧面を周方向に傾斜角が異なるように形成したので、付勢手段から整流子側へかかる荷重が適切な大きさとなるような傾斜角を有するブラシの加圧面に付勢手段を当接させ、ブラシを整流子へ押圧することができる。

このとき、請求項２のモータのブラシ装置のように、前記ブラシの加圧面は、ブラシ摩耗初期段階で前記付勢手段と当接する面は傾斜角が大きく、ブラシ摩耗終期段階で前記付勢手段と当接する面は傾斜角が小さくなるように形成すると好適である。

このように、請求項２のモータのブラシ装置は、ブラシの加圧面の傾斜角を、ブラシの摩耗状態に応じて大きい傾斜角から小さい傾斜角へ変化させている。すなわち、ブラシの摩耗に伴ってブラシの加圧面が整流子側へ移動し、付勢手段の加圧面への当接位置がずれるため、摩耗初期段階では当接する面の傾斜角を大きくすることで、付勢手段から受ける荷重のブラシボルダ長手方向に対して垂直方向の分力（側圧荷重）を大きく、ブラシボルダ長手方向に対して水平方向の分力（ブラシ押さえ荷重）を小さくすることができる。これに対し、摩耗終期段階では当接する面の傾斜角を小さくすることで、付勢手段から受ける荷重のブラシボルダ長手方向に対して水平方向の分力（ブラシ押さえ荷重）を大きく、ブラシボルダ長手方向に対して垂直方向の分力（側圧荷重）を小さくすることができる。

これにより、ブラシ初期状態ではブラシ振動による異音の発生を防止できる側圧荷重を確保し、かつブラシ摩耗時の荷重ロスを小さくすることができる。また、ブラシ摩耗時の荷重ロスが小さいため、ブラシ押さえ荷重の初期段階からの変化量を少なくすることができ、ブラシ装置の使用期間を通して安定して整流子側にブラシを押圧することができる。

より具体的には、前記ブラシの加圧面の傾斜角については、加圧面を曲面で形成したり、傾斜角が多段階に異なる複数の平面から形成することで変化させることができる。

本発明のモータのブラシ装置によれば、ブラシ初期状態の側圧荷重を確保しつつ、ブラシ摩耗時の荷重ロスを小さくでき、ブラシの振動による異音発生を防止することができるブラシ装置を提供することができる。また、ブラシ初期状態からブラシ摩耗時のブラシ押さえ荷重の変化が少ないブラシ装置を提供するができる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図３は本発明の一実施形態に係るものであり、図１はモータのブラシ装置の一部平面図、図２はブラシ初期状態及びブラシ摩耗時のスプリング荷重の説明図、図３はブラシ初期状態及び摩耗時のブラシ押さえ荷重を示すグラフである。
図４は本発明の他の実施形態に係るモータのブラシ装置の一部平面図である。

本実施形態のモータのブラシ装置１は、図１で示すように、ブラシ１０と、ブラシホルダ２０と、ブラシスプリング３０を主要構成要素とする。
本実施形態のブラシ１０は、角柱状に形成されており、その先端面１１がモータの整流子４０に当接し、加圧面としての後端面１２が後述するブラシスプリング３０により押圧されている。先端面１１は、整流子４０の周面に密着するように円弧面状に形成されており、後端面１２は、本実施形態のブラシ装置１では曲面すなわちアール形状とされている。この後端面１２の形状が本実施形態の特徴であり、詳細は後述する。

ブラシホルダ２０はブラシ１０を保持するもので、本実施形態のブラシホルダ２０は中空角柱形状をしており、整流子４０の軸線に対して直交する方向を長手方向として絶縁体からなるプレート５０上に配置され、図示しない固着手段により取付けられている。このブラシホルダ２０内には、ブラシホルダの長手方向（即ち、整流子４０の周面に対して接近及び離間する方向）に沿って摺動可能にブラシ１０が収容されている。

ブラシ１０の側面１３とブラシホルダ２０の内壁面２２の間には、僅かなクリアランスが設定されている。このクリアランスは、ブラシ１０が整流子４０の周面に摺接されることにより摩耗した際に、摩耗量に応じてブラシ１０を整流子４０側へ円滑に摺動させるために意図して設けられている隙間である。また、ブラシ１０の側面１３にはピッグテール６０の一端が接続されている。ピッグテール６０の他端は図示しない給電用の接続線に接続されている。さらに、プレート５０の片側には、ブラシスプリング３０を係止するための突起５２が立設されている。

本実施形態のブラシスプリング３０は、板バネをゼンマイ状に巻いたスパイラルスプリングからなり、ブラシ１０の後端部１２から整流子４０側へブラシ１０を付勢する付勢手段である。このブラシスプリング３０は、一端が係止部３１となっており、この係止部３１が上記突起５２と係合して取付けられている。そしてこの係止部３１に連続してゼンマイ状に巻回された渦巻部３２が形成され、さらに渦巻部３２から直線状に延びる延出部３３を介して、連続して他端部側にはブラシ押圧部３４が形成されている。このブラシ押圧部３４はＳ字状に屈曲されており、ブラシ１０の後端面１２を押圧してブラシ１０を整流子４０側へ押圧している。

ここで、本実施形態の特徴であるブラシ１０の加圧面としての後端面１２の形状について、図２に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、ブラシ１０の後端面１２は曲面としてアール形状をなしており、初期状態では後端面１２の最後部はＡに位置している。このとき、ブラシスプリング３０のブラシ押圧部３４はブラシ１０の後端面１２と接点Ｘで当接しており、スプリング荷重Ｆが接点Ｘにおける傾斜面に対して垂直方向に作用している。接点Ｘにおける後端面１２の傾斜角は、ブラシボルダ２０の長手方向の垂直方向に対してθであり、スプリング荷重Ｆは図２に示すように、ブラシボルダ２０の長手方向に対して水平方向の分力であるブラシ押さえ荷重Ｆａと、垂直方向の分力である側圧荷重Ｆｂに分解される。この初期状態での傾斜角θは、ブラシ１０の側面１３をブラシホルダ２０の内壁面２２に押圧するための側圧荷重Ｆｂの大きさを十分に確保できる程度の傾斜角となるように設定されている。したがって、ブラシ１０が整流子４０と摺動してもブラシ１０がブラシホルダ２０の内壁面２２に押圧されているので、ブラシ振動による異音の発生を防止することができる。

そして、ブラシ１０が整流子４０の周面と摺接して先端面１１が摩耗するにしたがって、後端面１２が整流子４０側へ移動していき、ブラシ１０の後端面１２の最後部が図２のＢの位置まで移動すると、ブラシスプリング３０のブラシ押圧部３４の後端面１２との接点は接点Ｙに移動する。このとき、ブラシスプリング３０のばね力が初期状態より減少するため、接点Ｙにおけるスプリング荷重Ｇは初期状態のスプリング荷重Ｆよりも低下している。

ここで、本実施形態の後端面１２は曲面のアール形状であるため、接点Ｙにおける後端面１２のブラシボルダ２０の長手方向から垂直方向に対する傾斜角φは、初期状態の後端面１２の傾斜角θよりも小さい角度となっている。この接点Ｙにおけるスプリング荷重Ｇは、図２に示すように、ブラシ押さえ荷重Ｇａと側圧荷重Ｇｂに分解されるが、傾斜角φが小さいため、ブラシボルダ２０の長手方向に対して水平方向の分力であるブラシ押さえ荷重Ｇａのスプリング荷重Ｇに対する荷重ロスが小さく、整流子４０側へブラシ１０を押圧するためのブラシ押さえ荷重Ｇａを十分な大きさで得ることができる。

図３は、従来例と本実施形態におけるブラシ装置のブラシ初期状態及びブラシ摩耗時のブラシ押さえ荷重を比較したグラフである。前述したとおり、従来例のブラシ１１０の後端面１１２はテーパ面として形成されたものである。本実施形態のブラシ押さえ荷重の荷重特性をＴａ、従来例のブラシ押さえ荷重の荷重特性Ｔｃとすると、従来例の後端面１１２をテーパ面としたブラシ１１０のブラシ押さえ荷重はｆｃからｇｃまで減少するのに対し、本実施形態の後端面１２を曲面であるアール形状としたブラシ１０におけるブラシ押さえ荷重は、初期状態から摩耗時までに、ｆｃより小さい値をとるＦａから、ｇｃより大きい値をとるＧａまでしか減少しない。すなわち、ブラシ初期状態からブラシ摩耗時までのブラシ押さえ荷重の変化が少ないことがわかる。

ブラシ１０の後端面１２をこのように曲面のアール形状で形成した場合、摩耗時の側圧荷重Ｇｂは初期状態の側圧荷重Ｆｂと比較して小さいものとなるが、ブラシ１０の摩耗によって側面１３も縮小し、側面１３をブラシホルダ２０の内壁面２２へ押圧するために要する荷重も減少していくため、摩耗時においても、ブラシ振動による異音を防止するためにブラシ１０をブラシホルダ２０の内壁面２２に押圧するのに十分な側圧荷重Ｇｂを得ることができる。

このように、本実施形態におけるモータのブラシ装置１では、ブラシ１０の後端面１２を曲面であるアール形状として、初期状態と摩耗時でブラシスプリング３０のブラシ押圧部３４が後端面１２に当接する面の傾斜角が異なる（初期状態は傾斜角が大きく、摩耗時は傾斜角が小さくなる）ように形成したため、ブラシ初期状態ではブラシ１０の振動による異音発生を防止するための側圧荷重Ｆｂを確保し、かつブラシ摩耗時にはブラシ１０を整流子４０側に押圧するためのブラシ押さえ荷重Ｇａを確保し、荷重ロスを小さくすることができる。また、ブラシ初期状態からブラシ摩耗時にかけてのブラシ押さえ荷重の変化を少なくすることができ、ブラシ装置１の使用期間を通して安定したブラシ押さえ荷重を確保することができる。

なお、本実施形態のブラシ１０の後端面１２を形成する曲面としてのアール形状は、曲率が一定の円弧状、または曲率が異なる楕円弧状のいずれでもよく、ブラシ押圧部３４が後端面１２に当接する面の傾斜角が初期状態には大きく、摩耗時には小さくなるように形成されていれば上記の効果を得ることができる。

次に、本発明のモータのブラシ装置の他の実施形態について説明する。図４は本発明の他の実施形態に係るモータのブラシ装置の一部平面図であり、ブラシ初期状態及びブラシ摩耗時のブラシスプリングから受ける荷重の説明図を兼ねるものである。
なお、本実施形態において、上記した実施形態と同様部材・同様配置等には、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態のモータのブラシ装置のブラシ８０は、図４に示すように、加圧面としての後端面８２は傾斜角が異なる２種類の平面８２ａ，８２ｂから形成されている。この後端面８２ａ，８２ｂは、後端面８２ａの垂直方向に対する傾斜角θが、後端面８２ｂの垂直方向に対する傾斜角φよりも大きくなるように傾斜面が段階的に形成されている。

ブラシ初期状態でブラシ８０の後端面８２の最後部がＡに位置する状態では、ブラシスプリング３０のブラシ押圧部３４は傾斜角が垂直方向に対してθである後端面８２ａに接点Ｘで当接している。そして、ブラシ８０の先端面８１が摩耗してブラシ８０の後端面８２が整流子４０側に移動し、後端面８２の最後部がＢに位置する状態では、ブラシスプリング３０のブラシ押圧部３４は傾斜角が垂直方向に対してφである後端面８２ｂに接点Ｙで当接する。後端面８２ｂの傾斜角φは後端面８２ａの傾斜角θよりも小さく形成されている。

このように、ブラシ８０の後端面８２を、初期状態にブラシスプリング３０が当接する後端面８２ａの傾斜角を大きくし、摩耗時にブラシスプリング３０が当接する後端面８２ｂの傾斜角を小さくして、傾斜角の異なる２種類の平面から形成した場合にも、上記実施形態と同様の効果が得られる。

すなわち、初期状態でスプリング荷重Ｆがかかる後端面８２ａは傾斜角が大きい平面で形成されているため、スプリング荷重Ｆのブラシ押さえ荷重Ｆａを小さく、側圧荷重Ｆｂを大きくすることができる。したがって、ブラシ８０をブラシホルダ２０の内壁面２２側に押圧してブラシ８０の側面８３を内壁面２２に密着させるために十分な大きさの側圧荷重Ｆｂを得ることができ、ブラシの振動による異音発生を防止することができる。

また、ブラシ摩耗時にスプリング荷重Ｇがかかる後端面８２ｂは傾斜角が小さい平面で形成されているため、スプリング荷重Ｇのブラシ押さえ荷重Ｇａを大きく、側圧荷重Ｇｂを小さくすることができる。したがって、ブラシ８０を整流子４０へ押圧するためのブラシ押さえ荷重Ｇａを十分な大きさで確保できる。また、初期状態からブラシ摩耗時にかけてのブラシ押さえ荷重Ｇａの変化量を少なくすることができる。

なお、本実施形態では、ブラシ８０の後端面８２を２種類の異なる傾斜角を有する平面８２ａ，８２ｂで形成したが、２種類の平面に限られず、ブラシ初期状態からブラシ８０が摩耗するにしたがってブラシスプリング３０と当接する面の傾斜角が次第に小さくなるような複数の平面、例えば３種類以上の異なる傾斜角を有する平面で形成してもよい。

上記各実施形態では、後端面１２，８２を曲面としてのアール形状、及び複数の平面で形成した例を示したが、複数の平面で形成したのと同様に、曲面としてのアール形状を曲率の異なる曲面（すなわち半径の異なる円など）を複数組み合わせて形成してもよい。このように曲率の異なる複数の曲面でブラシの後端面を形成することにより、より一層傾斜角をブラシの摩耗状態に合わせて最適な押圧力が得られるように構成することができる。

また、上記各実施形態では、ブラシスプリング３０は板バネをゼンマイ状に巻いたスパイラルスプリングで形成したが、これに限られずトーションスプリングを用いてもよい。

以上説明したように、本発明のモータのブラシ装置によれば、ブラシ初期状態とブラシ摩耗時でブラシスプリングの当接する面の傾斜角を大きい角度から小さい角度へ変化させることにより、ブラシの振動による異音発生を防止できる側圧荷重を確保しつつ、ブラシ摩耗時の荷重ロスを小さくすることができる。また、ブラシ初期状態からブラシ摩耗時にかけてのブラシ押さえ荷重の変化を少なくすることができる。

本発明の一実施形態に係るモータのブラシ装置の一部平面図である。 本発明の一実施形態に係るモータのブラシ装置のブラシ初期状態及びブラシ摩耗時のスプリング荷重の説明図である。 本発明の一実施形態に係るモータのブラシ装置のブラシ初期状態及びブラシ摩耗時のブラシ押さえ荷重を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るモータのブラシ装置の一部平面図である。 従来のモータのブラシ装置をモータに組付けた状態をモータ軸線方向から見た平面図である。 従来のモータのブラシ装置のブラシ初期状態及びブラシ摩耗時のスプリング荷重の説明図である。

符号の説明

１，１００・・ブラシ装置、１０，８０，１１０・・ブラシ、１１，８１・・先端面、
１２，８２，８２ａ，８２ｂ，１１２・・後端面（加圧面）、
１３，８３，１１３・・側面、
２０，１２０・・ブラシホルダ、２２，１２２・・内壁面、
３０，１３０・・ブラシスプリング（付勢手段）、
３１・・係止部、３２・・渦巻部、３３・・延出部、３４・・ブラシ押圧部、
４０・・整流子、５０・・プレート、５２・・突起、６０・・ピッグテール、
１４０・・円孔、１４１・・インシュレータプレート、
Ａ，Ｂ・・ブラシ後端面最後部位置、Ｑ・・整流子の回転方向、
Ｘ，Ｙ・・接点、
Ｆ，Ｇ，ｆ，ｇ・・スプリング荷重、
Ｆａ，Ｇａ，ｆｃ，ｇｃ・・ブラシ押さえ荷重、
Ｆｂ，Ｇｂ，ｆｄ，ｇｄ・・側圧荷重、Ｔａ，Ｔｃ・・ブラシ押さえ荷重の荷重特性、
θ，φ・・傾斜角

Claims (4)

1. モータの整流子の周面に摺接するブラシと、該ブラシを移動可能に保持するブラシホルダと、前記ブラシを整流子側へ付勢する付勢手段と、を備えたブラシ装置において、
   前記付勢手段で押圧される前記ブラシの加圧面は、整流子の周方向に面の傾斜角が異なるように形成されたことを特徴とするモータのブラシ装置。
2. 前記ブラシの加圧面は、ブラシ摩耗初期段階で前記付勢手段と当接する面は傾斜角が大きく、ブラシ摩耗終期段階で前記付勢手段と当接する面は傾斜角が小さくなるように形成されたことを特徴とする請求項１記載のモータのブラシ装置。
3. 前記ブラシの加圧面は、曲面で形成されたことを特徴とする請求項２記載のモータのブラシ装置。
4. 前記ブラシの加圧面は、傾斜角が多段階に異なる複数の平面から形成されたことを特徴とする請求項２記載のモータのブラシ装置。

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