JP2014050221A

JP2014050221A - ブラシ装置及びブラシ構造

Info

Publication number: JP2014050221A
Application number: JP2012191329A
Authority: JP
Inventors: Satoru Baba; 悟馬場; Shinya Ashimura; 伸哉芦村
Original assignee: AUPACK CO Ltd
Current assignee: AUPACK CO Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】小型モータに搭載可能な耐久性が高いブラシ装置を提供する。
【解決手段】カーボンブラシ１０と、カーボンブラシ１０を支持すると共にカーボンブラシ１０を所定方向に付勢するトーションバネ２０とを備えたブラシ装置Ｗにおいて、カーボンブラシ１０には穴１１が穿設され、カーボンブラシ１０は、穴１１にトーションバネ２０の一端部が挿入・固着されてトーションバネ２０に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの整流子に電力を供給するカーボンブラシ及び当該カーボンブラシを備えたブラシ構造に関し、例えば、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の超小型モータに搭載されるカーボンブラシ及びブラシ構造に関する。

超小型ＤＣモータ（例えば、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の超小型ＤＣモータ）は、ブラシ装置を設置するための空間が極小であることから、ブラシ装置には、省スペースで設置可能な金属ブラシが採用されている。

ここで、従来技術の超小型ＤＣモータ（小型モータ）に搭載される金属ブラシについて図６を参照しながら説明する。図示するように、金属ブラシ１００は、貴金属をベースとした摺動材料とバネ用材料を薄く一体化させて板材にしたものを屈曲させた略Ｖ字状に形成されている。この金属ブラシ１００は、その一端が小型モータの本体部（図示せず）に装着される枠状のブラケットＢに固着され、その他端部がモータの整流子１に付勢されて、整流子１に摺接するようになっている。尚、小型モータに用いられる板状の金属ブラシは、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００２−３５４７５９号公報

しかしながら、上述した金属ブラシは、潤滑性能や抵抗整流性能が低いため、金属ブラシを通過する電流が所定値を超える環境下で使用されると、耐久性が著しく低下するという技術的課題を有している（例えば、金属ブラシを流れる電流が常時２００ｍAを超える場合、金属ブラシの耐久性が著しく低下する傾向にある）。
尚、近年、デジタル一眼レフカメラのシャッター部分に用いられる小型モータのブラシ装置のように、電流が常時２００ｍＡを超える環境下で用いられるものが増加している。そのため、小型モータに搭載可能な大きさに形成され、且つ耐久性が高いブラシ装置が望まれている。しかし、現在のところ、小型モータに搭載可能な耐久性が高いブラシ装置は知られていない。

本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型モータに搭載可能な耐久性が高いブラシ装置を提供することにある。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、カーボンブラシと、該カーボンブラシを支持すると共に該カーボンブラシを所定方向に付勢するトーションバネとを備えたブラシ装置において、前記カーボンブラシには穴が穿設され、前記カーボンブラシは、前記穴にトーションバネの一端部が挿入・固着されて該トーションバネに支持されていることを特徴とする。また、前記カーボンブラシは、円柱状に形成され、前記穴が、前記円柱状に形成されたカーボンブラシの両端面を貫通する貫通穴になっていることが望ましい。

このように本発明では、カーボンブラシに穴を穿設して、その穴にトーションバネの一端部を直接挿入し固着する構成を採用しているため、ブラシ装置を小型化することが可能になると共に、所望の固着力及び電気伝導性が得られる。また、本発明では、カーボンブラシを付勢する付勢手段としてトーションバネを用いているため、例えば、付勢手段に板バネを用いる場合と比べ、省スペースで所望する付勢力（加圧機能）が得られる。そのため、本発明によれば、例えば、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の小型モータの構成部品であるブラケットの枠内に収納できる大きさ寸法にブラシ装置を形成することができる。
また、本発明のブラシ装置は、モータの整流子に摺接させるブラシがカーボンブラシであるため、上述した金属ブラシと比べ、潤滑性能や抵抗整流性能が高くなり、耐久性が向上する。すなわち、本発明によれば、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の小型モータに搭載できる大きさ寸法に形成できると共に、金属ブラシと比べて耐久性を高めることができる。

また、前記カーボンブラシと、該カーボンブラシの穴に挿入された前記トーションバネの一端部とが導電性接着剤或いは半田により固着されていることが望ましい。また、前記カーボンブラシと、該カーボンブラシの穴に挿入された前記トーションバネの一端部とがリング状の補助金具により固着されていることが望ましい。
このように、本発明では、カーボンブラシの穴に直接挿入されたトーションバネの一端部を導電性接着剤や半田により（或いはリング状の補助金具により）固着させる構成のため、高精度な加工作業が不要であり、安定した品質が確保できる。また、本発明では、部品点数が少ないブラシ装置が実現され、その結果、製造コストが抑制される。

また、前記ブラシ装置と、モータに設けられた枠状のブラケットとを備えたブラシ構造において、前記トーションバネは、他端部が前記ブラケットの内側部に取り付けられ、前記カーボンブラシが固着された前記一端部が自由端となっており、前記カーボンブラシは、前記トーションバネにより前記モータの整流子に向けて付勢され、前記整流子と摺接していることが望ましい。

本発明によれば、小型モータに搭載可能な耐久性が高いブラシ装置を提供することができる。

本実施形態のブラシ装置及びブラシ構造を説明するための模式図である。本実施形態のブラシ装置の外観を示した模式図であり、（ａ）がブラシ装置をカーボンブラシの上方側から見た模式図であり、（ｂ）がブラシ装置を側面から見た模式図である。本実施形態のカーボンブラシと、トーションバネとの固着構造を説明するための模式図であり、（ａ）がカーボンブラシとトーションバネとが半田或いは導電性接着剤により固着された状態を示した模式図であり、（ｂ）がカーボンブラシとトーションバネとが補助金具により固着された状態を示した模式図である。本実施形態のブラシ構造の変形例を示す模式図である。本実施形態のカーボンブラシと、トーションバネとの固着構造の他の例を示す模式図である。従来術の小型モータに用いられる金属ブラシの構造を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態のブラシ装置及び当該ブラシ装置を備えたブラシ構造について図１〜図３を用いて説明する。尚、本実施形態の説明では、上述した図６に示した従来技術と同じ構成（及び相当する構成）には同じ符号を用いている。また、本実施形態のブラシ装置は、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の小型モータに搭載される構成部品である。

図１に示すように、ブラシ構造は、モータに装着される枠状のブラケットＢと、ブラケットＢの枠内に設置された１対のブラシ装置Ｗとを備えている。このブラシ装置Ｗは、モータの整流子１に摺接するように配置され、整流子１に電力を供給する機能を果たす。尚、本実施形態は、ブラシ装置Ｗ及びブラシ構造に特徴があり、ブラシ装置Ｗ及びブラシ構造以外の構成（モータの構成）は、従来技術と同様である。そのため、以下では、ブラシ装置Ｗ及びブラシ構造の説明を中心に行う。

先ず、ブラシ装置Ｗの構成について説明する。ブラシ装置Ｗは、小型モータの整流子１に摺接させるカーボンブラシ１０と、カーボンブラシ１０を支持すると共に、カーボンブラシ１０を整流子１に向けて付勢するトーションバネ２０とを備えている。また、カーボンブラシ１０の形状については、特に限定されるものではないが、本実施形態では、カーボンブラシ１０が円柱状に形成されている場合を例にする（図２参照）。そして、カーボンブラシ１０には、トーションバネ２０の一端部（第２アーム部２０ｃ）が挿入される穴１１が穿設されている。この穴１１は、円柱状のカーボンブラシ１０の両端面（上面、下面）を貫通する貫通穴となっている（穴１１は、円柱状の円中心部に形成されている）。
尚、カーボンブラシ１０は、例えば、直径が「１ｍｍ〜２ｍｍ」、高さが「０．５ｍｍ〜１ｍｍ」の大きさ寸法で形成されている。また、穴１１は、その直径がトーションバネ２０の第２アーム部２０ｃが挿入できる程度の大きさに形成されている。

また、トーションバネ２０は、螺旋状のコイル部２０ａと、コイル部２０ａの一端から接線方向（第１の接線方向）に延びる第１アーム部２０ｂと、コイル部２０ａの他端から接線方向（第２の接線方向）に延びると共に端部が屈曲している第２アーム部２０ｃとを備えている。このトーションバネ２０は、例えば、金属により形成されている。また、トーションバネ２０の大きさ寸法は、例えば、コイル部２０ａの内径が「０．５ｍｍ〜１ｍｍ」、線径が「０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ」、巻数が「１〜３」、第１アーム部２０ｂのアーム長さが「３ｍｍ〜４ｍｍ」、第２アーム部２０ｃのアーム長さが「４ｍｍ〜５ｍｍ」に形成されている。

そして、上記のように構成されたカーボンブラシ１０は、穴１１にトーションバネ２０の第２アーム部２０ｃが挿入され、第２アーム部２０ｃに固着されている。

尚、本実施形態では、カーボンブラシ１０と、トーションバネ２０との固着方法について特に限定されるものではない。例えば、図３（ａ）に示すように、半田３０により、カーボンブラシ１０と、トーションバネ２０とを固着するようにしてもよい。この場合、先ず、カーボンブラシ１０の一方面の穴１１からトーションバネ２０の第２アーム部２０ｃを挿入する。次に、カーボンブラシ１０の他方面から、前記挿入した第２アーム部２０ｃの先端部を所定寸法突出させる。そして、前記挿入した第２アーム部２０ｃの外周部と、穴１１の内周部との隙間に加熱した半田３０を流し込み冷却して固着させる。尚、この場合、半田３０の代わりに導電性接着剤を用いるようにしてもよい。

また、例えば、図３（ｂ）に示すように、カーボンブラシ１０と、トーションバネ２０とが補助金具４０（例えば、１対の金属リング）により固着されていてもよい。この場合、カーボンブラシ１０の両端部（上面、下面）の穴１１にそれぞれ金属リングを配置しておき、前記金属リング及び穴１１に、トーションバネ２０の第２アーム部２０ｃを挿入する（第２アーム部２０ｃの先端部を所定寸法だけ穴１１から突出させる）。そして、前記穴１１に金属リングを圧入してカシメ固定させ、カーボンブラシ１０と、トーションバネ２０とを固着する。

次に、本実施形態のブラシ構造について説明する。このブラシ構造は、モータの構成部品である矩形枠状のブラケットＢと、一対のブラシ装置Ｗとを備えている。具体的には、ブラケットＢの内側部に、トーションバネ２０の第１アーム部２０ｂが取り付けられることにより、ブラケットＢにブラシ装置Ｗが装着されている（図１参照）。尚、ブラケットＢに装着されたブラシ装置Ｗは、トーションバネ２０の第２アーム部２０ｃが自由端になっており、トーションバネ２０により、第２アーム部２０ｃに固着されたカーボンブラシ１０がモータの整流子１に向け付勢され、カーボンブラシ１０の外側部が整流子１と摺接するようになっている。

ここで、本実施形態では、一対のブラシ装置Ｗは、自由端となる第２アーム部２０ｃが下方向に向けられ（図１に示す下方向に向けられ）、ブラケットＢに、第１アーム部２０ｂが取り付けられている。これにより、１対のカーボンブラシ１０は、整流子１に対し中心角９０度の開角で配置されるようになる。

このように、本実施形態では、カーボンブラシ１０の穴にトーションバネ２０の一端部を直接挿入し固着する構成であるため、ブラシ装置Ｗの小型化が実現されると共に、所望の固着力及び電気伝導性が得られる。また、カーボンブラシ１０を付勢する付勢手段としてトーションバネ２０を用いているため、省スペースで所望する付勢力（加圧機能）が得られる。

また、本実施形態のブラシ装置Ｗは、モータの整流子に摺接させるブラシがカーボンブラシ１０であるため、上述した金属ブラシ１００（図６参照）と比べ、潤滑性能や抵抗整流性能が高く、耐久性が向上する。すなわち、本実施形態の構成によれば、例えば、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の小型モータに搭載できる大きさ寸法まで小型化できると共に、金属ブラシ１００と比べて耐久性が高いブラシ装置Ｗが実現される。

尚、本願発明者は、カーボンブラシ１０の付勢手段に板バネを用いることも検討したが、板バネでは、「板バネとカーボンブラシ１０との固着力と、電気伝導性と」を満足させつつ、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の小型モータに搭載できる大きさ寸法まで、ブラシ装置を小型化することが困難であることが判った。

具体的には、カーボンブラシ１０の付勢手段に板バネを用いる場合、板バネを精密加工して製作したブラシ勘合部（板バネに形成されたブラシ勘合部）に、カーボンブラシ１０を機械的に固着するか、或いは導電性接着剤や半田付け（或いは溶接）などで、カーボンブラシ１０と板バネとを固着する必要がある。
しかし、板バネは、所望の加圧機能を満足させるためには、一定以上の板厚が必要であり、この板厚による制約を受けるため、トーションバネ２０と比べ、小型化が困難な形状になっている。
また、カーボンブラシ１０と板バネとを機械的に固着させる場合、極小部品となる板バネのブラシ勘合部に精密加工を行う必要があり、その手間や施工精度を考慮すると、製品としての実用化が困難であることが判った。
また、極小部品である「カーボンブラシ１０と板バネと」を導電性接着剤や半田付けにおいて固着させる方法は、板厚により制約により小型化が困難であることに加えて、歩留まりが悪かった。
そのため、本実施形態では付勢手段にトーションバネ２０を採用するようにしている。

次に、本実施形態のブラシ構造の変形例について図４を参照しながら説明する。ここで、図４は、本実施形態のブラシ構造の変形例を示す模式図である。本変形例では、一方のブラシ装置Ｗに対して、他方のブラシ装置Ｗが逆向きに配置される構成を採用している。
具体的には、一方のブラシ装置Ｗは、自由端となる第２アーム部２０ｃが下側に向けられてブラケットＢに取り付けられている。また、他方のブラシ装置Ｗは、自由端となる第２アーム部２０ｃが上側に向けられブラケットＢに取り付けられている。この構成により、１対のカーボンブラシ１０は、整流子１に対し中心角１８０度の開角で配置される。そして、本変形例においても、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。

以上、説明したように本実施形態によれば、小型モータに搭載可能な耐久性が高いブラシ装置を提供することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなくその要旨の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、カーボンブラシ１０の穴１１が、カーボンブラシ１０の両端面（上面、下面）を貫通する貫通穴になっているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、穴１１が、円柱状のカーボンブラシ１０の一端面から他端面に向けて延びる非貫通穴であってもよい。この場合は、非貫通穴となっている穴１１に、トーションバネ２０の第２アーム部２０ｃを挿入し、前記挿入した第２アーム部２０ｃの外周部と、穴１１の内周部との隙間部に加熱した半田３０を流し込み冷却して固着させる。尚、この場合も、上述した実施形態と同様、半田３０の代わりに導電性接着剤を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、カーボンブラシ１０が円柱状に形成されている例を示したが、カーボンブラシ１０の形状は一例に過ぎない。

１…整流子
Ｂ…ブラケット
Ｗ…ブラシ装置
１０…カーボンブラシ
１１…穴
２０…トーションバネ
２０ａ…コイル部
２０ｂ…第１アーム部
２０ｃ…第２アーム部
３０…半田
４０…補助金具

本発明は、モータの整流子に電力を供給するブラシ装置及び当該ブラシ装置を備えたブラシ構造に関し、例えば、モータ外径がφ１５ｍｍ以下の超小型モータに搭載されるブラシ及びブラシ構造に関する。

Claims

カーボンブラシと、該カーボンブラシを支持すると共に該カーボンブラシを所定方向に付勢するトーションバネとを備えたブラシ装置において、
前記カーボンブラシには穴が穿設され、
前記カーボンブラシは、前記穴にトーションバネの一端部が挿入・固着されて該トーションバネに支持されていることを特徴とするブラシ装置。
前記カーボンブラシは、円柱状に形成され、
前記穴が、前記円柱状に形成されたカーボンブラシの両端面を貫通する貫通穴になっていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ装置。
前記カーボンブラシと、該カーボンブラシの穴に挿入された前記トーションバネの一端部とが導電性接着剤或いは半田により固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシ装置。
前記カーボンブラシと、該カーボンブラシの穴に挿入された前記トーションバネの一端とがリング状の補助金具により固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンブラシ。
請求項１〜４のいずれかに記載のブラシ装置と、モータに設けられた枠状のブラケットとを備えたブラシ構造において、
前記トーションバネは、他端部が前記ブラケットの内側部に取り付けられ、前記カーボンブラシが固着された前記一端部が自由端となっており、
前記カーボンブラシは、前記トーションバネにより前記モータの整流子に向けて付勢され、前記整流子と摺接していることを特徴とするブラシ構造。