JP2009131046A - 整流子の製造方法、整流子及び電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の無駄を低減でき歩留まりを向上できる整流子の製造方法、整流子及び電機子を提供する。
【解決手段】整流子５の各整流子片１１のそれぞれに、独立した別部材で構成された結線爪６を固着したことで、整流子片１１とその整流子片１１より幅狭の結線爪６とがそれぞれ必要分のみの材料で構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、直流モータに備えられる整流子の製造方法、整流子及び電機子に関するものである。

従来、モータに設けられるとともにブラシから供給される電流を巻線に流す整流子は、特許文献１に示すように絶縁樹脂からなる略円筒形状の絶縁体と、その絶縁体の外周に周方向に複数配設される整流子片と、巻線を結線するための結線爪とで構成されており、整流子片と結線爪とが一体に形成されている。
特開２００６−３２５３１８号公報

ところで、結線爪は整流子片よりも幅狭であるため、上記のように整流子片と結線爪とを一体に形成する場合、整流子片の幅と、その整流子片の軸方向長さ及び結線爪の長さを足し合わせた長さとを有する板状部材の長方形領域から、結線爪の両側の不要部分をプレス加工にて取り除いて、整流子片の幅よりも狭い結線爪が形成される。そのため、結線爪の両側の不要部分が廃材となっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、材料の無駄を低減でき歩留まりを向上できる整流子の製造方法、整流子及び電機子を提供することにある。

上記課題を解決するために、絶縁樹脂により形成された円筒状をなす保持部材の外周に、その保持部材の軸方向に沿って延びる整流子片が周方向に複数並設され、前記整流子片の軸方向端部における周方向の一部から突出する結線爪を有する構成の整流子の製造方法であって、前記各整流子片それぞれに、独立した別部材よりなる前記結線爪が固着されることをその要旨とする。

この発明では、各整流子片それぞれに、独立した別部材で構成された結線爪が固着されることで、整流子片とその整流子片より幅狭の結線爪とをそれぞれ必要分のみの材料で構成できるため、材料の無駄を低減することができ歩留まりを向上できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の整流子の製造方法において、円筒状の金属部材又は板状から円筒状とされた金属部材に前記絶縁樹脂を一体成形して前記保持部材が形成され、その後、前記金属部材を周方向に切り分けて前記各整流子片がそれぞれ形成されることをその要旨とする。

この発明では、円筒状の金属部材又は板状から円筒状とされた金属部材に絶縁樹脂を一体成形して保持部材が形成され、その後、金属部材を周方向に切り分けて各整流子片がそれぞれ形成される。これにより、ばらばらの整流子片を扱わずに整流子を形成できるので、作業効率を向上できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の整流子の製造方法において、前記各整流子片に対する結線爪の固着には、溶接が用いられるものであり、その溶接による固着の後に、前記金属部材に対して前記絶縁樹脂が一体成形されることをその要旨とする。

この発明では、各整流子片に対する結線爪の固着には溶接が用いられ、その溶接による固着の後に、金属部材に対して絶縁樹脂が一体成形されることで、溶接により結線爪を固着する際に、発生する熱で絶縁樹脂が変形することを未然に防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の整流子の製造方法において、金属材料から１個の整流子に相当する前記金属部材毎に切断され、その金属部材の切断面に前記結線爪が固着されることをその要旨とする。

この発明では、金属材料から１個の整流子に相当する金属部材毎に切断され、その金属部材の切断面に結線爪が固着される。これにより、金属部材毎に切断する際に該金属部材を保持する場合、その保持を継続したまま結線爪を金属部材の切断面に固着でき、作業効率を向上できる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の整流子の製造方法において、連続する線状部材を前記整流子片に固着した後にその線状部材を切断することで前記結線爪が形成されることをその要旨とする。

この発明では、連続する線状部材が整流子片に固着された後にその線状部材が切断されることで結線爪が形成されるため、ばらばらの結線爪を扱わずに該結線爪の固着ができるので、作業効率を向上できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の整流子の製造方法において、前記各整流子片に対する結線爪の固着が、前記金属部材と前記線状部材とを相対移動させて繰り返されることをその要旨とする。

この発明では、金属部材と線状部材とが相対移動されて各整流子片に対する結線爪の固着が繰り返されることで、整流子片と結線爪とを固着させる例えば溶接装置等を数多く設ける必要がなく、整流子の製造装置の簡素化に寄与できる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の整流子の製造方法において、前記各整流子片に対する結線爪の固着には、アーク溶接が用いられるものであり、前記結線爪及び前記整流子片の少なくとも一方の固着部位の一部又は全部が先細形状に形成されることをその要旨とする。

この発明では、整流子片に対する結線爪の固着にはアーク溶接が用いられ、結線爪及び整流子片の少なくとも一方の固着部位の一部又は全部が先細形状に形成される。これにより、固着部位の一部又は全部が先細形状となることから、所望位置にてアークを発生することが可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の整流子の製造方法において、連続する線状部材を前記整流子片に固着した後にその線状部材を切断することで前記結線爪が形成されるものであり、前記線状部材の切断時に、同時に前記結線爪の固着部位が先細形状に形成されることその要旨とする。

この発明では、連続する線状部材が整流子片に固着された後にその線状部材が切断されることで結線爪が形成され、線状部材の切断時に、同時に結線爪の固着部位が先細形状に形成される。これにより、作業工数が増加せず、作業効率の向上に寄与できる。

請求項９に記載の発明は、絶縁樹脂により形成された円筒状をなす保持部材の外周に、その保持部材の軸方向に沿って延びる整流子片が周方向に複数並設され、前記整流子片の軸方向端部における周方向の一部から突出する結線爪を有する構成の整流子であって、前記各整流子片それぞれに、独立した別部材よりなる前記結線爪が固着されてなることをその要旨とする。

この発明では、各整流子片それぞれに、独立した別部材で構成された結線爪が固着されることで、整流子片とその整流子片より幅狭の結線爪とをそれぞれ必要分のみの材料で構成できる。つまり、材料の無駄を低減でき歩留まりの向上が可能な整流子を提供できる。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の整流子の結線爪に巻線が結線されて構成されたことを特徴とする電機子。
この発明によれば、材料の無駄を低減でき歩留まりの向上が可能な整流子を用いた電機子を提供できる。

従って、上記記載の発明によれば、材料の無駄を低減でき歩留まりを向上できる整流子の製造方法、整流子及び電機子を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、マグネットを有する固定子（図示略）に対して回転可能に支持される電機子１は、回転軸２に固定された電機子コア３に巻線４が巻回されてなる。回転軸２には整流子５が固定されており、整流子５の電機子コア３側の端部に設けられた結線爪６に巻線４の端部が結線されている。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、整流子５は、略円筒状をなす絶縁樹脂製の保持部材１０と、複数（本実施形態では８個）の整流子片１１とを備えてなる。保持部材１０は、その内周面に軸方向に貫通し回転軸２が圧入される貫通孔１２が形成されている。

また、各整流子片１１は、整流子５の軸方向に沿って延びる略長方形の板状をなしている。各整流子片１１は、その長手方向が軸方向に沿うように、保持部材１０の外周面に固定されている。整流子片１１の内周面の周方向中央には、保持部材１０と整流子片１１との係合度を高めるためのダブテール部１３が軸方向に延びるように一体形成され保持部材１０内に埋設されている。各整流子片１１は、保持部材１０の外周面において、隣接する各整流子片１１間に間隙１１ａを有して、周方向に等角度間隔に配置されている。

図２（ｂ）に示すように、各整流子片１１の下端部（電機子コア３側の端部であり、図において左側）１１ｂには、巻線４（図１参照）の端部が結線される結線爪６がそれぞれ備えられている。各結線爪６は、各整流子片１１の幅よりもその幅が狭く形成された断面矩形の棒状（断面円形や台形等でも可）をなしており、各整流子片１１の下端部１１ｂから径方向外側に突出している。このような各結線爪６は、整流子片１１とは別部材で構成され、溶接により各整流子片１１に対して固着されている。

次に、上記構成の整流子５の製造手順について図１〜図３を用いて説明する。
まず、略円筒状の金属部材２０が準備される。この金属部材２０の軸方向一方の開口端部２０ａには、周方向の等角度間隔に、即ち各整流子片１１となる部分の周方向中央部分に８個の結線爪６がそれぞれ抵抗溶接により固着される。

この場合、図３（ａ）に示すように、金属部材２０の軸方向一方の開口端部２０ａは、溶接前において、先端部に向かうほど先細となる断面台形状の接続部２０ｂを有している。そして、金属部材２０のその接続部２０ｂに対し、後に結線爪６となる連続する線状部材２１の先端部が軸直交方向に当接され、金属部材２０の開口端部２０ａ側の外側面２０ｃには＋電極２２が当接、線状部材２１の側面２１ａには−電極２３が開口端部２０ａ（接続部２０ｂ）に向かって加圧するように当接され、両電極２２，２３間に所定時間の溶接電流が流される。これにより、金属部材２０と線状部材２１との当接部間や断面台形状をなす接続部２０ｂが抵抗大となることから主として溶融し、その後の溶接電流の供給停止により金属部材２０と線状部材２１とが固着される。このように固着が行われると、図３（ｂ）に示すように金属部材２０と線状部材２１とが接続された状態となり、該線状部材２１が所定長さで切断されて結線爪６が形成される。そして、他の結線爪６もこれらを繰り返して金属部材２０に対して固着される。

次いで、筒状の金属部材２０の内側に絶縁樹脂よりなる保持部材１０が一体成形される。このとき、金属部材２０の内周面に設けられるダブテール部１３が保持部材１０内に内接されるとともに、該保持部材１０の中心に貫通孔１２が形成される。保持部材１０を成形した後、該保持部材１０にて保持される略円筒状の金属部材２０が周方向に切り分けられるアンダーカット処理が行われることで、図２（ａ）に示すように、複数の整流子片１１が互いに間隙１１ａを有して周方向に並んで形成される。

尚、上記した金属部材２０（整流子片１１）と線状部材２１（結線爪６）とを抵抗溶接による固着以外に、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すように、線状部材２１の側面２１ａから金属部材２０の開口端部２０ａに向かってレーザ光を照射するレーザ溶接にて互いを固着してもよい。また、例えば図５（ａ）（ｂ）に示すように、金属部材２０と線状部材２１に同様に電極２２，２３を当接させ、金属部材２０と線状部材２１とを微小近接状態からアーク放電を発生させるアーク溶接にて互いを固着してもよい。この場合、金属部材２０の開口端部２０ａに、アーク発生位置を所望位置とする断面三角形状の接続突起２０ｄを設けるとよい。この他、図６（ａ）（ｂ）に示すようにタングステン電極を用いる所謂ＴＩＧ溶接や、プラズマ溶接等を用いてもよい。

次に、上述の記載と重複する部分もあるが、整流子５を含めた電機子１の製造手順について図７に示すフローに従って説明する。尚、この図７では、線状部材２１（結線爪６）が金属部材２０の開口端部２０ａに対して軸方向に固着される態様にて説明している。

まず、連続する金属材料から１個の整流子５に相当する円筒状の金属部材２０が切断されて準備される（ステップＳ１０：整流子片金属材準備工程）。次いで、この金属部材２０の軸方向一方の前記切断により形成された開口端部２０ａには、周方向の等角度間隔（各整流子片１１となる部分の周方向中央部分）に結線爪６が溶接にて固着される。この場合、連続する線状部材２１から所定長さで切断されることで結線爪６が形成されるとともに、次の結線爪６の固着位置まで金属部材２０を軸中心に所定角度回転させて全部の結線爪６の固着が繰り返される（ステップＳ２０：結線爪接続工程）。尚、線状部材２１側を金属部材２０の軸中心で回転させて固着させてもよく、また金属部材２０及び線状部材２１の両者を回転させて固着させてもよい。

次いで、円筒状の金属部材２０の内側に絶縁樹脂よりなる保持部材１０が一体成形される（ステップＳ３０：絶縁樹脂成形工程）。この成形時に、保持部材１０の中心に貫通孔１２が同時に形成される。その後、円筒状の金属部材２０が周方向に切り分けられるアンダーカット加工が行われ、各整流子片１１が形成される（ステップＳ４０：アンダーカット工程）。そして、結線爪６の先端側は、径方向外側から若干上方に向けて折り返され、巻線４の掛け止めが行い易いようにして整流子５が完成する。

そして、整流子５は、結線爪６が設けられている側の端部が回転軸２に対して固定された電機子コア３と軸方向に対向するように、保持部材１０の貫通孔１２にその回転軸２が圧入されて回転軸２に対して固定される。そして、電機子コア３に巻回された巻線４が各整流子片１１に形成された結線爪６に掛け止められて電気的接続処理がなされて結線される（ステップＳ５０：巻線処理工程）。このようにして、直流モータの電機子１が完成されている。

以上記述した本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）各整流子片１１それぞれに、独立した別部材で構成された結線爪６が固着されることで、整流子片１１とその整流子片１１より幅狭の結線爪６とをそれぞれ必要分のみの材料で構成できるため、材料の無駄を低減することができ歩留まりを向上できる。

（２）円筒状の金属部材２０に絶縁樹脂を一体成形して保持部材１０が形成され、その後、金属部材２０を周方向に切り分けて各整流子片１１がそれぞれ形成される。これにより、ばらばらの整流子片１１を扱わずに整流子５を形成できるので、作業効率を向上できる。

（３）各整流子片１１に対する結線爪６の固着には抵抗溶接が用いられ、その溶接による固着の後に、金属部材２０に対して保持部材１０を一体成形したことで、溶接により結線爪６を固着する際に、発生する熱で絶縁樹脂よりなる保持部材１０が変形することを未然に防止できる。

（４）金属材料から１個の整流子５に相当する金属部材２０毎に切断され、その金属部材２０の切断面としての開口端部２０ａに結線爪６が固着される。これにより、金属部材２０毎に切断する際に該金属部材２０を保持する場合、その保持を継続したまま結線爪６を金属部材２０の開口端部２０ａに固着でき、作業効率を向上できる。

（５）連続する線状部材２１が整流子片１１に固着された後にその線状部材２１が切断されることで結線爪６が形成されるため、ばらばらの結線爪６を扱わずに該結線爪６の固着ができるので、作業効率を向上できる。

（６）金属部材２０を軸中心に所定角度回転させることにより金属部材２０と線状部材２１とが相対移動され、各整流子片１１に対する結線爪６の固着が繰り返されることで、整流子片１１と結線爪６とを固着させる例えば溶接装置等を数多く設ける必要がなく、整流子５の製造装置の簡素化に寄与できる。

（７）図５（ａ）（ｂ）に示すような整流子片１１に対する結線爪６の固着にアーク溶接が用いられた場合に、整流子片１１（金属部材２０）の固着部位である下端部１１ｂ（開口端部２０ａ）を先細形状となるように断面三角形状の接続突起２０ｄを形成したことで、接続突起２０ｄにむけてアークを発生させることができる。即ち、所望位置にてアークを発生することが可能となる。

（８）整流子片１１と結線爪６とが別部材にて構成されるため、従来の様な互いが同じ硬さ、同じ組成、同じ金属で構成するのではなく、異なる硬さ、異なる組成、異なる金属で構成することが可能となる。

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、予め円筒状の金属部材２０から整流子５を製造しているが、例えば、図８に示すように、矩形板状の金属部材３０から形成してもよい。

即ち、連続する金属材料から１個の整流子５に相当する矩形板状の金属部材３０が切断されて準備される（ステップＳ１１：板状金属部材準備工程）。この金属部材３０の短手方向一方の端部３０ａには、等間隔に（各整流子片１１となる部分の周方向中央部分）に結線爪６が溶接により固着される。この場合、連続する線状部材２１から所定長さで切断されることで結線爪６が形成されるとともに、次の結線爪６の固着位置まで金属部材３０を長手方向に移動させて全部の結線爪６の固着が繰り返される（ステップＳ２１：結線爪接続工程）。次いで、板状の金属部材３０を円筒状に曲げ、円筒状の金属部材２０とされる（ステップＳ２５：金属部材丸め加工工程）。その後は上記図７と同様のステップＳ３０〜Ｓ５０を経て電機子１を製造することもできる。

・上記実施の形態では、図２のように金属部材２０（整流子片１１）の開口端部２０ａに線状部材２１（結線爪６）を軸直交方向に固着し、また図７のように金属部材２０（整流子片１１）の開口端部２０ａに線状部材２１（結線爪６）を軸方向に固着したが、その他で例えば、図９（ａ）に示すように、金属部材２０（整流子片１１）の外側面２０ｃに対して線状部材２１（結線爪６）を軸直交方向固着してもよい。尚、図９（ｂ）のように、巻線４の結線が行い易いように予めＬ字状とした結線爪６ａを用いてもよい。

・上記実施の形態では、図３や図５のように、溶接を行い易くする先細形状の接続部２０ｂや接続突起２０ｄを金属部材２０（整流子片１１）側に設けたが、線状部材２１（結線爪６）側に設けてもよい。またこの場合、線状部材２１（結線爪６）を軸方向に固着する場合等、線状部材２１の切断時にその先細形状を形成すれば、作業工数が増加せず、作業効率の向上に寄与できる。

・上記実施の形態では、巻線４が接する結線爪６や整流子片１１（金属部材２０）に対するメッキ処理については述べていないが、接する表面にメッキ処理を行ってもよい。例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、結線爪６（線状部材２１）の巻線４との接触面にＳｎメッキ処理を行ってメッキ層Ｗを予め形成するとともに、整流子片１１の同じく巻線４との接触面の一部にＳｎメッキ処理を行ってメッキ層Ｗを予め形成しておき、メッキ層Ｗを有する結線爪６と整流子片１１とが固着される。この場合、結線爪６と整流子片１１とが別部材にて構成されているため、Ｓｎメッキ処理を容易に行うことが可能となる。また、結線爪６と整流子片１１とを個別にメッキ処理を行うことができるため、必要最小限のメッキ処理で済む。

本実施の形態における電機子の概略構成を示す図である。 （ａ）は同上の整流子の底面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 （ａ）（ｂ）は、同上の整流子の部分断面図である。 （ａ）（ｂ）は、整流子の変形例を説明するための部分断面図である。 （ａ）（ｂ）は、整流子の変形例を説明するための部分断面図である。 （ａ）（ｂ）は、整流子の変形例を説明するための部分断面図である。 電機子の製造工程を示した説明図である。 電機子の製造工程の変形例を示した説明図である。 （ａ）（ｂ）は、別例における整流子の部分断面図である。 （ａ）（ｂ）は、別例における結線爪及び整流子片のメッキ処理を説明するための説明図である。

符号の説明

１…電機子、４…巻線、５…整流子、６，６ａ…結線爪、１０…保持部材、１１…整流子片、２０，３０…金属部材、２０ａ…開口端部（切断面）、２１…線状部材。

Claims (10)

1. 絶縁樹脂により形成された円筒状をなす保持部材の外周に、その保持部材の軸方向に沿って延びる整流子片が周方向に複数並設され、前記整流子片の軸方向端部における周方向の一部から突出する結線爪を有する構成の整流子の製造方法であって、
   前記各整流子片それぞれに、独立した別部材よりなる前記結線爪が固着されることを特徴とする整流子の製造方法。
2. 請求項１に記載の整流子の製造方法において、
   円筒状の金属部材又は板状から円筒状とされた金属部材に前記絶縁樹脂を一体成形して前記保持部材が形成され、その後、前記金属部材を周方向に切り分けて前記各整流子片がそれぞれ形成されることを特徴とする整流子の製造方法。
3. 請求項２に記載の整流子の製造方法において、
   前記各整流子片に対する結線爪の固着には、溶接が用いられるものであり、
   その溶接による固着の後に、前記金属部材に対して前記絶縁樹脂が一体成形されることを特徴とする整流子の製造方法。
4. 請求項２又は３に記載の整流子の製造方法において、
   金属材料から１個の整流子に相当する前記金属部材毎に切断され、その金属部材の切断面に前記結線爪が固着されることを特徴とする整流子の製造方法。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の整流子の製造方法において、
   連続する線状部材を前記整流子片に固着した後にその線状部材を切断することで前記結線爪が形成されることを特徴とする整流子の製造方法。
6. 請求項５に記載の整流子の製造方法において、
   前記各整流子片に対する結線爪の固着が、前記金属部材と前記線状部材とを相対移動させて繰り返されることを特徴とする整流子の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の整流子の製造方法において、
   前記各整流子片に対する結線爪の固着には、アーク溶接が用いられるものであり、
   前記結線爪及び前記整流子片の少なくとも一方の固着部位の一部又は全部が先細形状に形成されることを特徴とする整流子の製造方法。
8. 請求項７に記載の整流子の製造方法において、
   連続する線状部材を前記整流子片に固着した後にその線状部材を切断することで前記結線爪が形成されるものであり、
   前記線状部材の切断時に、同時に前記結線爪の固着部位が先細形状に形成されることを特徴とする整流子の製造方法。
9. 絶縁樹脂により形成された円筒状をなす保持部材の外周に、その保持部材の軸方向に沿って延びる整流子片が周方向に複数並設され、前記整流子片の軸方向端部における周方向の一部から突出する結線爪を有する構成の整流子であって、
   前記各整流子片それぞれに、独立した別部材よりなる前記結線爪が固着されてなることを特徴とする整流子。
10. 請求項９に記載の整流子の結線爪に巻線が結線されて構成されたことを特徴とする電機子。

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