JP2010098883A - ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】交換作業の効率をより高めることができる直流回転電機用のブラシを提供すること。
【解決手段】本発明の直流回転電機の整流子に接触されるブラシ１は、整流子の回転方向の出口側に位置する出口側部分６ａと、整流子の回転方向の入口側に位置する入口側部分６ｂとを有し、出口側部分６ａが入口側部分６ｂに比して低い良導電体の含有量を有して、出口側部分６ａの整流子の周方向における幅Ｗａを、整流子の径方向内側から外側に向けて増加させることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシおよび整流子を有する直流回転電機に適用されるブラシに関する。

通常、ブラシおよび整流子を有する直流回転電機においては、電機子を内側に配置してロータが電機子を有する構成が一般的であり、この場合においては、電機子の磁極をステータと電機子との相対回転に基づいて回転させるために、ブラシと整流子を用いて電機子に直流電圧を供給することが行われる。この場合においては、ブラシはステータ側に固定されるため、ブラシに直流電圧を給電することは、外部からの配線をブラシに接続することにより行われる。

このようなブラシにおいては、黒鉛等のカーボン材に銅等の良導体金属を混成して構成される金属黒鉛系のブラシが一般的に用いられる。直流回転電機の出力向上のため電流を増大する目的でブラシの電気的な抵抗を低減するためには、銅の含有量を増加させればよいが、銅の含有量が増加するとブラシの耐摩耗性が低下して整流性能が低下するという問題が生じる。

このため例えば特許文献１の記載のブラシにおいては、整流子の回転方向の出口側に位置する部分を銅の含有量が少ないものとし、整流子の回転方向の入口側に位置する部分を銅の含有量が多いものとして、抵抗の低減と整流性能の確保の両立を図る技術が提案されている。
特開２００５−２８５４６７号公報

ところで、上述した直流回転電機の内、特には自動車のスタータとして使用されるものにおいては、通電される電流が大きいことに起因して、それぞれのブラシに通電される電流を抑制するため、ひいては、ブラシによる電機子の回転を制動する必要があるため、通常正極側と負極側にそれぞれ複数のブラシが取り付けられて設けられる場合が多く、それぞれのブラシが整流子の外周面のセグメントにスプリングの付勢力により径方向外側から内側に付勢されて接触されているが、これらのブラシ相互間においては、極性、スプリングの力のばらつき、取り付けのばらつき等により、摩耗に差が生じる。なお、通常は正極側の方が負極側よりも摩耗は大きくなる。

ところが、上述したような従来技術においては、ブラシ個体間の摩耗の差については考慮がされておらず、摩耗が早いブラシが摩耗限度まで摩耗したタイミングでスタータ全体の動作不良が発生してしまい、他のブラシが摩耗限度に達していないタイミングでブラシ交換を行う必要があり、交換周期が短くなり交換作業の効率が低下するという問題が生じる。

そこで本発明は、交換作業の効率をより高めることができる直流回転電機用のブラシを提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る直流回転電機は、
直流回転電機の整流子に接触されるブラシであって、前記ブラシが前記整流子の回転方向の出口側に位置する出口側部分と、前記整流子の回転方向の入口側に位置する入口側部分とを有し、前記出口側部分が前記入口側部分に比して低い良導電体の含有量を有して、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を、前記整流子の径方向内側から外側に向けて増加させることを特徴とする。

前記ブラシは、前記径方向に細長い直方体形状をなし、全体としての前記周方向の幅は前記径方向に対して均一なものである。また、前記出口側とは前記ブラシに接触して回転する前記整流子の回転方向側であり、前記入口側とは前記回転方向と反対側である。すなわち、前記出口側部分の前記周方向の幅が増大すると、対応する前記入口側部分の前記周方向の幅は減少することとなる。また、前記良導電体とは例えば銅である。前記良導電体の含有量が高いと電気抵抗が小さくなり、大電流を通電するにあたり有利となり、前記良導電体の含有量が低いと耐摩耗性能、耐アーク性能及び整流性能が高くなる。

つまり、前記ブラシによれば、良導電体の含有量の低い前記出口側部分の前記周方向の幅を径方向内側から外側に向けて増加させることにより、前記ブラシの前記整流子との接触に伴う摩耗が進行するにつれて、前記ブラシの前記整流子との接触面における前記出口側部分の比率を高くして、耐摩耗性能を高めることができる。

これにより、前記直流回転電機内における複数の前記ブラシにおいて、あるブラシが早期に摩耗した場合においても、摩耗が進行するにつれて前記ブラシの耐摩耗性能が高くなることに起因して、複数の前記ブラシ相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制し、均一化することができる。

このため、特定のブラシが早期に摩耗限度位置まで摩耗することに起因して、前記直流回転電機の性能が低下して、他の前記ブラシが前記摩耗限度位置まで摩耗していないにもかかわらず、前記ブラシの全ての交換が行われてしまうことを極力防止することができる。すなわち、前記直流回転電機における前記ブラシの交換作業が発生する周期をなるべく長くして、前記交換作業の効率を高めることができる。

なお、前記整流子は外周面に複数のセグメントを有し、複数のセグメントには前記電機子を構成する巻線の端子が適宜接続されている。また、前記電機子は前記回転機が含むロータの一部をなし、前記直流回転電機が含むステータにおいては、ロータに対向する内周面に露出させて又はさせないで適宜の極数のマグネットが周方向に並列されて備えられるか、界磁による磁極が周方向に並列されて備えられる。

また、前記正極側のブラシは前記直流回転電機の有するコネクタの正極側端子に接続され、前記負極側のブラシは前記コネクタの負極側端子に接続される。前記ブラシは複数備えられて、前記複数のセグメントのうち一又は隣接する二のセグメントに接触する正極側のブラシと、前記複数のセグメントのうち前記一又は隣接する二のセグメントの前記整流子の径方向反対側に位置するセグメントに接触する負極側のブラシと、前記ブラシを前記整流子の外周面に付勢して接触させるスプリングと、前記ブラシ及び前記スプリングを保持するホルダを備えることを特徴とする。

この正極側端子と負極側端子に外部から直流電圧が印加されると、前記電機子の含む巻線により磁界が発生されて、この磁界と前記ステータのマグネット又は磁極が吸引反発し、前記ロータが回転される。この前記ロータの回転に伴い、前記整流子が回転するので、前記正極側のブラシが接触される前記整流子の含むセグメントと、前記負極側のブラシが接触される前記整流子の含むセグメントの組合せが順次切りかえられる。

このことにより、前記電機子の巻線のうち通電される巻線が順次切り換えられて前記電機子の巻線が発生する磁界も回転されて、この回転された磁界に前記ステータのマグネット又は界磁が継続的に吸引反発して、前記ロータは継続的に回転される。

ここで、前記ブラシはより具体的には以下のような形態とすることができる。すなわち、
前記ブラシの前記径方向の最も内側から前記ブラシの摩耗限度位置までの長さに一未満の所定の係数を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置から、前記摩耗限度位置までにおいて、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させる。

これによれば、前記摩耗が前記第一の位置から前記摩耗限度位置に到達するまでに、前記出口側部分の前記周方向における幅を漸次増加させて耐摩耗性能を高めて、最も摩耗の多い前記ブラシにおいて特には摩耗終期における摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数の前記ブラシ相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

ここで、前記ブラシにおいて、
前記所定の係数が前記直流回転電機における前記ブラシの摩耗のばらつきにより決定されるものである。

すなわち、上述したように前記直流回転電機において前記ブラシを正極側、負極側ともに複数備える場合において、極性、前記スプリングの付勢力、前記ホルダの保持のばらつきにより、摩耗の量にばらつきが生じるにあたっては、最も摩耗の量が多い前記ブラシが前記摩耗限度位置まで摩耗した場合の、最も摩耗の量が少ない前記ブラシの摩耗の量の、前記ブラシの最も径方向内側から前記摩耗限度位置までの長さに対しての比率を、ベンチテスト等により予め測定しておき、前記比率を前記所定の係数に設定する。

これによれば、最も摩耗の量が多い前記ブラシが前記摩耗限度位置に達するまで摩耗を進行させることを、前記摩耗限度位置に近づくにつれて前記接触面における前記出口側部分の比率を高めて耐摩耗性能を高めることにより防止して、複数の前記ブラシ相互間における摩耗の進行のばらつきを予め求められる摩耗の傾向に基づいてより効果的に抑制することができる。

あるいは、前記ブラシの他の具体的形態として以下のような構成とすることもできる。すなわち、前記ブラシにおいて、
前記ブラシの前記径方向の最も内側から前記ブラシの摩耗限度位置までの長さに一未満の所定の係数を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置において、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させる。

これによっても、前記摩耗が前記第一の位置に到達した段階において、前記出口側部分の前記周方向における幅をステップ状に増加させて、前記接触面における前記出口側部分の比率を高めて耐摩耗性能を高めることにより、最も摩耗の多い前記ブラシにおいて特には摩耗終期における摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数の前記ブラシ相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

加えて、摩耗初期から前記第一の位置に到達するまでの摩耗においては、前記良導電体の含有量が多く電流を流しやすい前記入口側部分の前記ブラシ内の比率をなるべく大きくすることができるので、前記ブラシの抵抗をなるべく小さくして電流を大きなものとすることができる。

また、前記ブラシのさらに他の具体的形態として以下のような構成とすることもできる。すなわち、前記ブラシにおいて、
前記ブラシの前記径方向の最も内側から、前記ブラシの前記摩耗限度位置までにおいて、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させる。

これによっても、摩耗初期から前記摩耗が前記摩耗限度位置に到達するまでに、前記出口側部分の前記周方向における幅を漸次増加させて、前記接触面における前記出口側部分の比率を高めて耐摩耗性能を高めることにより、摩耗の多い傾向を有する前記ブラシから順番に摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数の前記ブラシ相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

あるいは、前記ブラシにおいて、
前記ブラシの前記径方向の最も内側から、前記ブラシの前記径方向の最も内側から前記ブラシの摩耗限度位置までの長さに一未満の所定の係数を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置までにおいて、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させることを特徴とすることもできる。

これによっても、摩耗初期から前記摩耗が前記第一の位置に到達するまでに、前記出口側部分の前記周方向における幅を漸次増加させて、摩耗の多い傾向を有する前記ブラシから順番に摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数の前記ブラシ相互間の摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

さらに、前記第一の位置から前記摩耗限度位置においては、前記出口側部分の比率を最大として、最も摩耗の多い前記ブラシにおいて特には摩耗終期における摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数の前記ブラシ相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

なお、上述したいずれの前記ブラシにおいても、
前記摩耗限度位置よりも径方向外側において、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を減少させることとすることができる。

これによれば、前記摩耗限度位置よりも径方向外側まで前記摩耗が進行することは考慮する必要がないことを鑑みて、前記ブラシにおける前記良導電体の含有量が高い前記入口側部分の比率をなるべく高くして、前記ブラシの抵抗をなるべく小さくすることができる。

さらに、上述したいずれの前記ブラシにおいても、
前記ブラシの前記径方向に垂直な断面において、前記出口側部分と前記入口側部分の境界面の前記整流子の軸方向中央部分を前記入口側部分に対して離隔するようにオフセットさせることができる。

これによれば、前記ブラシにおける前記入口側部分の前記ブラシ内の比率を、前記出口側部分による耐摩耗性能を犠牲にすることなく、なるべく高くして、これによっても前記ブラシの抵抗をなるべく小さくすることができる。

本発明によれば、交換作業の効率をより高めることができる直流回転電機のブラシを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係わる直流回転電機をなすスタータの一実施形態を示す模式図である。図２は本発明に係わるスタータの一実施形態のコンミテータに対するブラシとの配置態様を整流子の軸方向から見て示す模式図であり、図３は本発明に係わる直流回転電機の一実施形態のコンミテータとブラシとの接触態様を整流子の軸方向から見て示す模式図であり、図４は、本発明に係わる直流回転電機のブラシの一実施形態を整流子の軸方向に垂直な断面において示す模式図である。

図１に示すように、本実施例１のスタータＭ１は、周方向に界磁が複数個形成されるように巻線が巻回されたヨーク１と、アーマチュア２と、アーマチュアシャフト３と、コンミテータ４と、ブラシホルダ５と、ブラシ６と、ピニオンギア７と、マグネットスイッチ８を含んで構成される。

アーマチュア２はロータを構成し、コンミテータ４は整流子を構成する。アーマチュア２には電機子を構成する巻線が巻回されており、巻線には複数の端子が備えられ、それらの複数の端子にはコンミテータ４がその外周面に含む、図３に示すような複数のセグメント９が接続される。

ブラシ６はブラシホルダ５に図２（ａ）（ｂ）に示すようなスプリング１０を介して保持されて、コンミテータ４の外周面に対して、径方向外側から内側に向けてスプリング１０により付勢されて接触している。

なお、ここでは図示しないがスタータＭ１は、車体側から直流電源を供給されるコネクタを備えており、コネクタはこれも図示しない正極側端子及び負極側端子を備えている。このコネクタは車両側のコネクタに接続されて、図示しない例えばボディＥＣＵ（Electronic Control Unit）の制御端子に正極側端子が接続され、負極側端子はアース端子に接続される。図２（ｂ）に示すように、正極側端子は正極側の二のブラシ６−３、６−４に接続され、負極側端子は負極側の二のブラシ６−１、６−２に接続される。

上述した本実施例１のスタータＭ１において、コネクタの正極側端子と負極側端子にボディＥＣＵから直流電圧が印加された状態で図示しない始動スイッチにより閉動作がなされると、マグネットスイッチ８の含む接点により、アーマチュア２の電機子を構成する巻線に直流電圧が印加されて磁極が発生し、ステータ側の界磁を構成する巻線にも直流電圧が印加されて磁極が形成されて、ステータ側の磁極とロータ側の磁極が吸引反発し、アーマチュア２が回転される。

このアーマチュア２の回転に伴い、アーマチュアシャフト３に駆動結合されたコンミテータ４も回転されて、正極側のブラシ６により接触される複数のセグメント９の一のセグメント９と、負極側のブラシ６により接触される一のセグメント９の径方向反対側に位置するセグメント９の組合せが順次切りかえられる。

これらのことにより、アーマチュア２の備える電機子の巻線のうち通電される巻線が順次切り換えられて電機子の巻線が発生する磁界も回転されて、この回転された磁界にステータの磁極が継続的に吸引反発して、アーマチュア２は継続的に回転される。アーマチュア２の回転はピニオンギア７からエンジン側の図示しないリングギヤに伝達されて、エンジンがクランキングされる。

次に、本実施例１のスタータＭ１のブラシ６の形態についてより詳細に説明する。図３及び図４に示すように、ブラシ６は、コンミテータ４の回転方向の出口側Ｏに位置する出口側部分６ａと、コンミテータ４の回転方向の入口側Ｉに位置する入口側部分６ｂとを有している。さらに、出口側部分６ａが入口側部分６ｂに比して低い銅等の良導電体の含有量を有して、出口側部分６ａの整流子の周方向における幅Ｗａを、整流子の径方向内側から外側ＲＯに向けて図４に示す範囲において増加させる。

ブラシ６は、径方向に細長い直方体形状をなし、出口側部分６ａと入口側部分６ｂを含む全体としてのコンミテータ４における周方向の幅Ｗは径方向内側から外側ＲＯに向けて均一としている。このため、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを径方向内側から径方向外側ＲＯに向けて増大させると、ＷａとＷｂの和はＷで一定であることから、対応する入口側部分６ｂの周方向の幅Ｗｂは減少することとなる。

図４に示すブラシ６の摩耗限界位置ＰＬとは、これ以上摩耗がすすむと、スタータＭ１によるエンジンの起動性能が低下するおそれがある位置を示し、この摩耗限界位置とブラシ６の新品時における径方向の最も内側からの距離Ｌは、ベンチテスト等により予め定められる値である。

さらに、図２に示すように、スタータＭ１において、正極側に二個、負極側に二個ブラシ６を配設している場合に、例えば正極側のブラシ６−４の摩耗の進行が、他のブラシ６−１、６−２、６−３に対して早いことがベンチテストにより予め分かっており、例えば最も摩耗の進行の早いブラシ６−４が摩耗限界位置ＰＬまで摩耗している状況で、それ以外の例えばブラシ６−１が最も摩耗の進行の遅いものである場合に、ブラシ６−１の摩耗量の距離Ｌに対する比率が８０％で有る場合には、一未満の所定の比率を０．８に設定する。

本実施例１におけるブラシ６の出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａは、最も径方向内側から距離Ｌ×０．８離隔している第一の位置ＳＬまでは一定の最小値Ｗａ１とし、第一の位置ＳＬから摩耗限界位置ＰＬに至る範囲において最小値Ｗａ１から最大値Ｗａ２まで線形に増加させる。これに伴い、入口側部分６ｂの周方向の幅Ｗｂは、最大値Ｗｂ１から最小値Ｗｂ２まで線形に減少させる。

なお、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａの最小値Ｗａ１はＷ×０．２、入口側部分６ｂの周方向の幅Ｗｂの最大値Ｗｂ１はＷ×０．８、出口側部分の周方向の幅Ｗａの最大値Ｗａ２はＷ×０．４、入口側部分６ｂの周方向の幅Ｗｂの最小値Ｗｂ２はＷ×０．８に設定している。

これはブラシ６全体の抵抗、整流性能のバランスを考慮して適宜決定される値である。出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａの最小値Ｗａ１についてはＷ×０．１５〜０．３５、入口側部分６ｂの周方向の幅Ｗｂの最大値Ｗｂ１についてはＷ×０．６５〜０．８５、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａの最大値Ｗａ２についてはＷ×０．３５〜０．６、入口側部分６ｂの周方向の幅Ｗｂの最小値Ｗｂ２についてはＷ×０．４〜０．６５の範囲で適宜設定可能である。

ブラシ６は、良導電体であって導電性を確保する役割を果たす銅と、剛性と耐摩耗性能及び耐アーク性能を確保する役目を果たす黒鉛と、コンミテータ４に対する接触による摩擦を低下させる潤滑性を確保するための固体潤滑剤から構成されている。ここでは出口側部分６ａの銅含有率を３０重量％、入口側部分６ｂの銅含有率を７５重量％としている。
この比率は出口側部分６ａにおいては２０〜４０重量％の範囲で、入口側部分６ｂにおいては、６０〜８０重量％の範囲で適宜設定可能である。

なお、一般に良導電体の含有量が高いとブラシ６の電気抵抗が小さくなり、大電流を通電するにあたり有利となり、良導電体の含有量が低いと耐摩耗性能、耐アーク性能及び整流性能が高くなる。

より具体的には、ブラシ６は以下のようにして製造することができる。すなわち、平均粒径３０〜５０μｍの天然黒鉛８０重量％及びフェノール樹脂２０重量％を混練した後、乾燥させて、粉砕して平均粒径１５０μｍの樹脂混合黒鉛粉を生成する。さらに、平均粒径３０μｍの電解銅粉と樹脂混合黒鉛粉を秤量混合し、銅含有率６０〜８０％の高銅量混合分と、銅含有率２０〜４０％の低銅量混合粉を生成する。このとき平均粒径５μｍの二流化モリブデン又は二硫化タングステンを固体潤滑剤として２〜４重量％混入する。

さらに、ブラシ６の外形を成形するための粉体成形金型にまず、低銅量混合粉を充填して、図３又は図４に示すリード線１１を設置した後、加圧成形して、先に出口側部分６ａを成形した後、高銅量混合分を充填して、入口側部分６ｂを充填して３９２ＭＰａの圧力で成形し、還元雰囲気中で７００度１時間焼結して、ブラシ６が製造される。

つまり、本実施例１のブラシ６によれば、良導電体の含有量の低い出口側部分６ａを図４に示した範囲において径方向内側から外側に向けて増加させることにより、ブラシ６のコンミテータ４との接触に伴う摩耗が進行するにつれて、ブラシ６のコンミテータ４との接触面における出口側部分６ａの比率を高くして、耐摩耗性能を高めることができる。

これにより、スタータＭ１内における複数のブラシ６−１〜４において、あるブラシ６−４が早期に摩耗した場合においても、摩耗が進行するにつれてブラシ６−４の耐摩耗性能が高くなることに起因して、複数のブラシ６−１〜４相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制し、均一化することができる。

このため、特定のブラシ６−４が早期に摩耗限度位置ＰＬまで摩耗することに起因して、スタータＭ１の性能が低下して、他のブラシ６−１、６−２、６−３が前記摩耗限度位置まで摩耗していないにもかかわらず、全てのブラシ６−１〜４の交換が行われてしまうことを極力防止することができる。すなわち、スタータＭ１内部のブラシ６−１〜４の交換周期をなるべく長くして、交換作業の効率を高めることができる。

さらに本実施例１のブラシ６においては、ブラシ６の径方向の最も内側からブラシ６の摩耗限度位置ＰＬまでの長さＬに一未満の所定の係数０．８を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置ＳＬから、摩耗限度位置ＰＬまでにおいて、出口側部分６ａのコンミテータ４の周方向における幅Ｗａを増加させているため、さらに以下のような作用効果を得ることができる。

すなわち、ブラシ６の摩耗が第一の位置ＳＬから摩耗限度位置ＰＬに到達するまでの期間において、出口側部分６ａの周方向における幅Ｗａを漸次増加させて、銅の含有量が少ないことに起因する耐摩耗性能を高めて、最も摩耗の多いブラシ６−４において特には摩耗終期における摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数のブラシ６−１〜４相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

さらに、所定の係数０．８は、スタータＭ１におけるブラシ６−１〜４の摩耗のばらつきにより決定されるものであるため、最も摩耗の量が多いブラシ６−４が摩耗限度位置ＰＬに達するまで摩耗を進行させることを、第一の位置ＳＬから摩耗限度位置ＰＬに近づくにつれて接触面における出口側部分６ａの比率を高めて耐摩耗性能を高めることにより防止して、複数のブラシ６−１〜４相互間における摩耗の進行のばらつきを予め求められる摩耗の傾向に基づいてより効果的に抑制することができる。

上述した実施例１のブラシ６においては、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを増加させる遷移領域を、摩耗終期である第一の位置ＳＬから摩耗限度位置ＰＬまでの範囲としたが、本発明においては増加させる遷移領域を、ブラシ６に要求される耐摩耗性能や抵抗に対応させて種々の範囲に位置させることができる。以下それについての実施例２について述べる。

図５は、本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。

本実施例２におけるブラシ６においては、ブラシ６の径方向の最も内側からブラシ６の摩耗限度位置ＰＬまでの長さＬに一未満の所定の係数０．８を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置ＳＬにおいて、出口側部分６ａのコンミテータ４の周方向における幅Ｗａをステップ状に増加させている。なお、出口側部分６ａ及び入口側部分６ｂの組成は実施例１に示したものと同様である。また、スタータＭ１本体の構造も、実施例１に示したものと同様である。

実施例２のブラシ６によっても、摩耗が第一の位置ＳＬに到達した段階において、出口側部分６ａの周方向における幅Ｗａを最小値Ｗａ１から最大値Ｗａ２にステップ状に増加させて、コンミテータ４に対する接触面における出口側部分６ａの比率を高めて耐摩耗性能を高めることにより、最も摩耗の多いブラシ６−４において特には摩耗終期における摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数のブラシ６−１〜４相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

さらに、摩耗初期から第一の位置ＳＬに到達するまでの初期段階の摩耗においては、銅の含有量が多く電流を流しやすい入口側部分６ｂのブラシ６内の比率をなるべく大きくすることができるので、ブラシ６の抵抗をなるべく小さくして電流を大きなものとすることができる。これにより、スタータＭ１の出力を高めることを容易なものとすることができる。

上述した実施例３のブラシ６においては、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを増加させる遷移領域を、摩耗終期に位置している第一の位置ＳＬ近傍としたが、ブラシ６に要求される低抵抗要件がある程度低い場合には、それに対応させて以下のような形態とすることもできる。以下それについての実施例３について述べる。

図６は、本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。

本実施例３におけるブラシ６においては、径方向の最も内側から、ブラシ６の摩耗限度位置ＰＬまでにおいて、出口側部分６ａのコンミテータ４の周方向における幅Ｗａを漸次線形的に増加させる。

実施例３のブラシ６によっても、摩耗が摩耗限度位置ＰＬに到達するまでに、出口側部分６ａの周方向における幅Ｗａを漸次増加させて、コンミテータ４に対する接触面における出口側部分６ａの比率を高めて耐摩耗性能を高めることにより、摩耗の多い傾向を有するブラシ６−４から順番に摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数のブラシ６−１〜４相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

上述した実施例３のブラシ６においては、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを増加させる遷移領域を、最も径方向内側から摩耗限度位置ＰＬまでの領域としたが、ブラシ６に要求される低抵抗要件がある程度低く、かつ、摩耗終期における摩耗を進行させる要請が高い場合には、それに対応させて以下のような形態とすることもできる。以下それについての実施例４について述べる。

図７は、本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。

本実施例４におけるブラシ６においては、径方向の最も内側から、ブラシ６の径方向の最も内側からブラシ６の摩耗限度位置ＰＬまでの長さＬに一未満の所定の係数０．８を乗じた長さＬ×０．８だけ径方向外側に位置する第一の位置ＳＬまでにおいて、出口側部分６ａのコンミテータ４の周方向における幅Ｗａを漸次直線的に増加させる。

実施例４のブラシ６によっても、摩耗初期から摩耗が第一の位置ＳＬに到達するまでに、出口側部分６ａの周方向における幅Ｗａを漸次増加させて、摩耗の多い傾向を有するブラシ６−４から順番に摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数のブラシ６−１〜４相互間の摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

さらに、第一の位置ＳＬから摩耗限度位置ＰＬにおいては、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを最大とのＷａ２に固定して出口側部分６ａが占有する比率を最大として、最も摩耗の多いブラシ６−４において特には摩耗終期における摩耗の進行を意図的に遅らせて、複数のブラシ６−１〜４相互間における摩耗の進行のばらつきを抑制することができる。

なお、実施例１〜４に示したいずれのブラシ６においても、摩耗限度位置ＰＬよりも径方向外側においては、出口側部分６ａのコンミテータ４の周方向における幅Ｗａを減少させることとすることができる。例えば図６に示した実施例３のブラシ６においては、図８に示すように、摩耗限度位置ＰＬからさらに径方向外側に向かう部分においては、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを最大値Ｗａ２から最小値Ｗａ１に漸次減少させる。

図８に示した形態のブラシ６によれば、そもそもブラシ６が摩耗限度位置ＰＬまで摩耗した場合には交換作業が行われるため、摩耗限度位置ＰＬよりも径方向外側まで摩耗が進行することは考慮する必要がないことを鑑みて、摩耗限度位置ＰＬよりも径方向外側の領域においては、ブラシ６における銅の含有量が高い入口側部分６ｂの比率をなるべく高くして、ブラシ６の抵抗をなるべく小さくすることができる。

なお、図８に示した形態のブラシ６においては、リード線１１を入口側部分６ｂのみに埋設すればよいことから、ブラシ６の成形工程の内、出口側部分６ａを成形する段階においては設置する必要はなく、入口側部分６ｂを成形する段階において設置すればよい。

さらに、図４〜８に示したいずれのブラシ６においても、図９又は図１０に示すように、ブラシ６の径方向に垂直な断面において、出口側部分６ａと入口側部分６ｂの境界面のコンミテータ４の軸方向φにおける中央部分を入口側部分６ｂに対して離隔するようにオフセットさせることができる。境界面を図９に示すようなくの字形状とするか、図９に示すような鍵型形状とするかは、成形工程のしやすさを考慮して適宜選択すればよい。

これによれば、ブラシ６における入口側部分６ｂのブラシ６内の比率を、出口側部分６ａによる耐摩耗性能を犠牲にすることなく、なるべく高くして、これによってもブラシ６の抵抗をなるべく小さくすることができる。

このように本発明に係わるブラシ６は、要請される低抵抗性、耐摩耗性能により種々の形態を取り得るものであり、さらに、摩耗の進行をどの段階で抑制することが要請されるかによっても、上述したように種々の形態を選択することができる。

以上本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

例えば、上記実施例においては本発明の直流回転電機をスタータに適用する例を示したが、他のモータに適用することももちろん可能である。また、一のコンミテータ４に対して正極側のブラシ６及び負極側のブラシ６をそれぞれ何個設置するかについても、上述した形態のものに限定されるものではなく、適宜設定可能である。

また、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを増加させる形態についても、ステップ状、線形上のものに限られず、階段状とすることも可能である。また摩耗限度位置ＰＬより径方向外側の領域において、出口側部分６ａの周方向の幅Ｗａを減少させる形態も、漸次線形上に減少させる以外にも、階段状、ステップ状に減少させることもできる。

本発明は、自動車のスタータなどに適用される直流回転電機に関するものであり、交換作業の効率をより高めることができる直流回転電機のブラシを提供することができるので、種々の自動車に適用可能であるとともに有用なものである。

本発明に係わる直流回転電機のブラシが適用されるスタータの一実施形態を示す模式図である。 本発明に係わるスタータの一実施形態におけるコンミテータとブラシの配置態様を示す模式図である。 本発明に係わるスタータの一実施形態におけるコンミテータとブラシの接触態様を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。 本発明に係わるスタータのブラシの一実施形態における構造を示す模式図である。

符号の説明

Ｍ１ スタータ（直流回転電機）
１ ヨーク（ステータ）
２ アーマチュア（ロータ）
３ アーマチュアシャフト
４ コンミテータ（整流子）
５ ブラシホルダ
６ ブラシ
６ａ 出口側部分
Ｗａ 出口側部分の周方向の幅
Ｗａ１ 最小値
Ｗａ２ 最大値
６ｂ 入口側部分
Ｗｂ 入口側部分の周方向の幅
Ｗｂ１ 最大値
Ｗｂ２ 最小値
Ｏ 出口側
Ｉ 入口側
ＲＯ 径方向外側
ＰＬ 摩耗限度位置
ＳＬ 第一の位置
７ ピニオンギア
８ マグネットスイッチ
９ セグメント
１０ スプリング
１１ リード線

Claims (8)

1. 直流回転電機の整流子に接触されるブラシであって、前記ブラシが前記整流子の回転方向の出口側に位置する出口側部分と、前記整流子の回転方向の入口側に位置する入口側部分とを有し、前記出口側部分が前記入口側部分に比して低い良導電体の含有量を有して、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を、前記整流子の径方向内側から外側に向けて増加させることを特徴とするブラシ。
2. 前記ブラシの前記径方向の最も内側から前記ブラシの摩耗限度位置までの長さに一未満の所定の係数を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置から、前記摩耗限度位置までにおいて、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
3. 前記ブラシの前記径方向の最も内側から前記ブラシの摩耗限度位置までの長さに一未満の所定の係数を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置において、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
4. 前記ブラシの前記径方向の最も内側から、前記ブラシの前記摩耗限度位置までにおいて、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
5. 前記ブラシの前記径方向の最も内側から、前記ブラシの前記径方向の最も内側から前記ブラシの摩耗限度位置までの長さに一未満の所定の係数を乗じた長さだけ径方向外側に位置する第一の位置までにおいて、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
6. 前記所定の係数が前記直流回転電機における前記ブラシの摩耗のばらつきにより決定されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のブラシ。
7. 前記摩耗限度位置よりも径方向外側において、前記出口側部分の前記整流子の周方向における幅を減少させることを特徴とする請求項６に記載のブラシ。
8. 前記ブラシの前記径方向に垂直な断面において、前記出口側部分と前記入口側部分の境界面の前記整流子の軸方向中央部分を前記入口側部分に対して離隔するようにオフセットさせることを特徴とする請求項７に記載のブラシ。