JP2015220824A - ブラシ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、両回転方向においても差異なく有効にブラシ振動を抑制してモータの騒音を低減することができるブラシ装置を提供することにある。
【解決手段】略角柱形状のブラシ本体１１とブラシホルダ１２とを少なくとも有するブラシ装置１に関する。ブラシホルダ１２のブラシホルダ底面壁１２Ｃは略Ｖ字に凹となった溝状に形成されており、ブラシ本体１１のブラシ本体底面１１ｃは、ブラシホルダ底面壁１２Ｃに向けて略Ｖ字形状に凸となる突縁形状に形成されている。そして、ブラシホルダ底面壁１２Ｃの略Ｖ字切り込み角度は、ブラシ本体底面１１ｃの略Ｖ字突出角度よりも大きくなるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はブラシ装置に係り、特に、整流子に摺接し、この整流子を介して外部電源からの電流を電機子供給するブラシ本体を格納するためのブラシ装置に関するものである。

一般に直流モータなどでは、ブラシ装置を用いて整流子への整流を行っている。
このブラシ装置には、厚み方向に沿って付勢されて整流子と当接するブラシ本体が備わっており、かかるブラシ本体が整流子と摺接することによって整流が行われる。
このようなブラシ本体は、多くの場合、ブラシホルダを構成する筒状筐体に内装されており、その外側端面（整流子と摺接する端面と反対側の端面）は付勢部材（例えば、バネ等の弾性部材）により整流子側へと押圧される構成をとる。

一方、このような構成をとる場合、ブラン本体の熱膨張等を考慮して、ブラシ本体外側面とこれを被覆する筒状筐体の内壁との間には所定の間隙が形成されるように設計されている。
つまり、ブラシ本体を被覆する筒状筐体の内部空洞形状は、ブラシ本体の形状と整合するように設計されるが、ブラシ本体を被覆する筒状筐体の内積をブラシ本体の体積よりも大きくして、クリアランスを形成し、熱膨張等に対応できるように設計されている。

このような構成をとる場合、整流子径方向は、上述の通り、付勢部材により整流子方向に押圧されているため、クリアランスが形成されていることによる影響は少ないが、周方向においては、このクリアランスの存在により、ブラシ本体が周方向に移動してしまうという問題が生じることがあった。
換言すると、ブラシ本体の周方向両端に各々クリアランスが存在するため、整流子の回転に伴い、連れ回りが発生し、よって、ブラシ本体の振動が生じ、この振動が騒音発生につながるという問題点があった。
そこで、このような問題を解決するために、図５に示すような対策がとられることがある。

この図５に示す対策では、ブラシ本体の整流子当接側端面１１１Ａをテーパ状に形成する。
図５（ｂ）に示すように、ブラシ本体の整流子当接側端面１１１Ａをテーパ状に形成することによって、付勢部材１１２Ｅ（コイルスプリング等）からの付勢力が底面方向へと向くため、軸方向のがたつきを抑制することが可能となる。
しかし、図５（ａ）の矢印に示すように、周方向へのがたつきに対しては対処されていないため、当該方向への対処が必要であった。
そこで、このような問題を解決するための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、ブラシがブラシホルダに対してがたつくことを抑制する対策がなされたブラシ装置が開示されている。
このブラシ装置に搭載されるブラシの後端面にはコイルスプリングの一端部が外嵌されるブラシ側係合凸部が軸方向に長径を有する楕円突起として形成されている。
また、コイルの他端部が固定される後板には、コイルスプリングの他端部が外嵌される後板側係合凸部が軸方向に長径を有する楕円突起として形成されている。
そして、ブラシ側係合凸部と後板側係合凸部とが、軸方向若しくは回転方向にオフセットされることにより、ブラシをブラシホルダの底部若しくは側壁に圧接させて、ブラシのがたつきを防止する。

特開２００３−２９９３２１号公報

このように、特許文献１に記載されたような技術によると、確かに、ブラシ本体のがたつきを防止して、振動及び騒音をある程度低減することができる。
しかし、特許文献１の技術においては、周方向にオフセットした側の回転においてがたつき解消がより有効となるものであった。
このため、簡易に実装可能であり、モータの回転両方向いずれにおいても、がたつきを解消することが可能なブラシ装置の開発が望まれていた。

本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、両回転方向においても差異なく有効にブラシ振動を抑制してモータの騒音を低減することができるブラシホルダを提供することにある。

上記課題は、本発明に係るブラシ装置によれば、上面にピグテールが固着され、一端面が整流子と当接する略角柱形状のブラシ本体と、該ブラシ本体を内部に格納するブラシホルダと、を少なくとも有するブラシ装置であって、前記ブラシホルダは、前記ピグテールが通過可能となるように、前記整流子と近接する方向から該整流子と離隔する方向へと穿たれたピグテール貫通孔が形成されるブラシホルダ上面壁と、該上面壁と対向して配置されるブラシホルダ底面壁と、前記ブラシホルダ上面壁と前記ブラシホルダ底面壁とを連結するように相対向して配設されて、前記ブラシ本体を格納するための空間を形成する二個のブラシホルダ側面壁と、により略矩形筒状に形成されており、前記ブラシ本体は、前記一端面と該一端面と対向する他端面と、前記一端面外周と前記他端面外周を連結する複数のブラシ本体側面とで角柱状の立体として構成されており、前記ブラシホルダ底面壁は、略Ｖ字に凹となった溝状に形成されるとともに、前記ブラシ本体側面の一つであり前記ブラシホルダ底面壁に近接するブラシ本体底面は、前記ブラシホルダ底面壁に向けて略Ｖ字形状に凸となるように形成された突縁形状であり、前記ブラシホルダ底面壁の略Ｖ字切り込み角度は、前記ブラシ本体底面の略Ｖ字突出角度よりも大きくなるように構成されていることにより解決される。

このように本発明では、ブラシホルダ底面壁が、略Ｖ字に凹となった溝状に形成されており、一方、ブラシ本体のブラシ本体底面が、ブラシホルダ底面壁に向けて略Ｖ字形状に凸となるように形成された突縁形状となるように構成される。
また、ブラシホルダ底面壁の略Ｖ字切り込み角度は、ブラシ本体底面の略Ｖ字突出角度よりも大きくなるよう構成される。
このように構成されることにより、ブラシ本体底面は、ブラシホルダ底面壁内壁面に規制されて、左右（周方向）に移動することが有効に阻止される。
よって、ブラシ本体とブラシホルダの内壁面との間に、クリアランスを設定した場合であっても、傾斜面となるブラシホルダ底面壁内壁面においてブラシ本体の左右（周方向）移動が規制され、このため、ブラシ本体が左右方向（周方向）中央部に安定して納まることとなる。

また、このとき、請求項２に記載のように、前記ブラシ本体底面に対し、軸方向反対側に対向して配置される面であるブラシ本体上面は、前記ブラシホルダ上面壁の内壁面よりも前記ブラシホルダ底面壁から離れる方向側へ向けて、前記ピグテール貫通孔内に突出していると、軸方向上方側（ピグテール配設側）においてもまた移動が規制され、よって、ブラシ本体が軸方向中央部に安定して納まることとなるため好適である。

更に、このとき、請求項３に記載のように、前記ブラシ本体上面と前記ブラシ本体側面との両連続部分は、面取りされた傾斜面として各々形成されており、各々の該傾斜面には前記ピグテール貫通孔の前記ブラシホルダ底面壁側の両端縁が各々対面していると好適である。
このように構成されていると、面取りされ傾斜面となったブラシ本体上方部分が、ピグテール貫通孔の両端縁の内壁面側の角部と各々対面することとなり、よって、ブラシ本体が軸方向上部に移動しようとしても、ピグテール貫通孔両端縁の内壁面側の角部により面取りされたブラシ本体上方の斜面が下方に押圧されることとなる。
このため、軸方向においてブラシ本体の位置を安定させることが可能となる。

本発明によれば、ブラシ本体底面にＶ字形状突縁を形成するとともに、ブラシホルダ底面壁にＶ字形状の溝を形成した。また、これらＶ字の中心角度を、ブラシホルダ底面壁に形成されてＶ字形状の中心開角度の方が、ブラシホルダ底面壁に形成されたＶ字形状中心角度よりも大きくなるように構成した。
これにより、ブラシホルダ底面壁にブラシ本体の下方が収まり、ブラシ本体の左右方向（周方向）の移動が規制されるため、ブラシ本体とブラシホルダ内壁面との間にクリアランスを設定したとしても、ブラシ本体を左右方向（周方向）中央部に安定して位置させることができる。
よって、両回転方向においても差異なく有効にブラシ振動を抑制してモータの騒音を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るブラシ装置断面を側方から見た模式図である。 本発明の一実施形態に係るブラシ装置を整流子方向から見た模式図である。 本発明の一実施形態に係るブラシホルダ底面の形状に関する説明図である。 本発明の一実施形態に係るブラシ本体の上面構造を示す説明図である。 従来例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、両回転方向においても差異なく有効にブラシ振動を抑制してモータの騒音を低減することができるブラシ装置に関するものである。

図１乃至図４は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はブラシ装置断面を側方から見た模式図、図２はブラシ装置を整流子方向から見た模式図、図３はブラシホルダ底面の形状に関する説明図、図４はブラシ本体の上面構造を示す説明図である。
なお、図５は従来例を示す説明図である。

最初に、本実施形態に係るブラシ装置１が搭載される直流モータの構成の一例について簡単に説明する。
この直流モータは、本実施形態に係るブラシ装置１により給電されて回転する直流モータの構成が採用されるものである。
直流モータは、出力軸となるシャフトＳ１と、コイルが形成された電機子（図示せず）と、整流子Ｓ２と、ブラシ装置１と、磁石（図示せず）が内壁に貼付されるとともに電機子を被覆するヨークハウジング（図示せず）と、２個の軸受（図示せず）と、を有して例えば構成されている。

シャフトＳ１は、２個の軸受を介して回転自在にヨークハウジングに支持されている。
２個の軸受は、ヨークハウジングの動力出力側と、（電機子及び整流Ｓ２を挟んだ）反対側に備えられ、シャフトＳ１を回転可能に支承している。
また、シャフトＳ１には電機子及び整流子Ｓ２が固定されており、その周囲には電機子の外周を囲むように磁石が配置されている。
電機子は、例えば、平板状のコアシートが軸方向に複数積層して構成される電機子コアにコイルが巻回された構成をとる。

整流子Ｓ２は、シャフトＳ１と一体的に一方向に回転する円筒状の部材であり、その回転方向に沿って一定間隔毎に配置された複数の整流子片Ｓ２１を備える。
この整流子Ｓ２は、シャフトＳ１の回転に伴って、ブラシ装置１に備えられるブラシ本体１１と当接する整流子片Ｓ２１が切り替わることとなり、この構成により、コイルを流れる電流の向きが切り替わるよう構成され、所謂整流を行う。

次いで、本実施形態の主要構成であるブラシ装置１について説明する。
ブラシ装置１は、ブラシ本体１１と、ブラシホルダ１２と、を主要構成として有して構成されている。
ブラシ本体１１は、整流子Ｓ２を通じてコイルに電流を流すものであり、一端面が整流子片Ｓ２１と当接している。
このブラシ本体１１は、例えば、銅を含有した黒鉛から構成された立体形状の部材として構成される。

図１及び図２により、ブラシ本体１１の構成について説明する。
まず、図２により、ブラシ本体１１は角柱状であり、その両端面（つまり、整流子２と当接する側の面と当該面と対向する面）の形状について説明する。
なお、両端面のうち、整流子Ｓ２と当接する側の面を「整流子当接側端面１１Ａ」と記すとともに、当該整流子当接端面１１Ａと対向する面を「後端押圧側端面１１Ｂ」と記す。
整流子当接側端面１１Ａは、整流子Ｓ２側から見た形状が略矩形となるように構成されているが、若干の切欠き部及び突出部が形成された形状であり、幾何学的に正確には多角形形状（本例では、７角形の例を示した）となる。
整流子当接面１１Ａの底辺側はＶ字形状に端面突出部１１ａとなっている。

なお、この端面突出部１１ａのＶ字中心角度をθ１とする。
また、整流子当接側端面１１Ａの上辺側は、上辺と両側辺との角が切り欠かれて、傾斜辺となっている。
なお、後述するが、この整流子当接側端面１１Ａの切欠き角度をθ２とすると、このθ２は４５°以下となるように構成されている。

また、整流子当接側端面１１Ａと後端押圧側端面１１Ｂとは、同様形状に形成されているが、図１に示すように、側面視において、整流子当接側端面１１Ａは若干傾斜面となるように構成されている。
この構成により、付勢部材１２Ｅからの付勢力が軸方向下方にかかり、軸方向上下へのがたつきが有効に防止される。

そして、ブラシ本体１１は、このように構成された整流子当接側端面１１Ａと後端押圧側端面１１Ｂの整合する辺同士が連結された複数の側面をもつ角柱形状に形成される。
この複数の側面を「ブラシ本体側面１１Ｃ」と記す。
なお、整流子当接側端面１１Ａと後端押圧側端面１１Ｂの軸方向上方の切欠き斜辺部分が連結された斜面（「面取りされた斜面」であり、本例では２個形成される）を「面取り斜面１１ｂ」と記す。
更に、整流子当接側端面１１Ａと後端押圧側端面１１Ｂの整合する端面突出部１１ａ，１１ａが連結された部分（軸方向下方に形成される三角柱形状の突縁部分）を「ブラシ本体側突出縁１１ｃ」と記す。

なお、このブラシ本体側突出縁１１ｃは、「ブラシ本体底面」に相当し、ブラシホルダ底面壁１２Ｃに向けて略Ｖ字形状に凸となるように形成された突縁形状として構成されている。
また、ブラシ本体側面１１Ｃのうち、ブラシ本体側突出縁１１ｃと軸方向反対側に対向して配置される面を「ブラシ本体上面１１ｄ」と記す。

次いで、ブラシホルダ１２について説明する。
ブラシホルダ１２は、ブラシホルダ上面壁１２Ａ、２個のブラシホルダ側面壁１２Ｂ、ブラシホルダ底面壁１２Ｃ、を有し、中空筒状に形成されている。
また、ブラシホルダ１２には、付勢部材支持部材１２Ｄ及び付勢部材１２Ｅもまた備えられている。

ブラシホルダ上面壁１２Ａは、矩形状の壁であり、ブラシホルダ１２の軸方向天面となる。
このブラシホルダ上面壁１２Ａには、整流子Ｓ２側から整流子径方向外側へ向けて穿たれた長孔状のピグテール貫通孔１２ａが形成されている。
また、ブラシホルダ上面壁の相対向する長辺（整流子径方向に延びる長辺）からは、ブラシホルダ側面壁１２Ｂ，１２Ｂが軸方向下方に向けて垂下している。

ブラシホルダ底面壁１２Ｃは、ブラシホルダ上面壁１２Ａと、軸方向下方において対向するように配置され、ブラシホルダ上面壁１２Ａ及び双方のブラシホルダ側面壁１２Ｂ，１２Ｂで囲まれた空間であるブラシ本体配設空間Ｈの軸方向下方側を被覆する。
このブラシホルダ底面壁１２Ｃの内壁面には、軸方向下方に凸となるＶ字形状の溝が形成されている。
このＶ字形状の溝を「ブラシホルダ側溝部１２ｂ」と記す。
なお、このブラシホルダ側溝部１２ｂのＶ字中心開角度をθ３とする。

このように形成されたブラシ本体１１は、ブラシホルダ１２内のブラシ本体配設空間Ｈ内に配設される。
このとき、ブラシホルダ側溝部１２ｂのＶ字溝には、ブラシ本体側突出縁１１ｃが格納されるようブラシ本体１１は配置される。
また、ブラシ本体１１の面取り斜面１１ｂ，１１ｂが、ピグテール貫通孔１２ａの両端縁の内壁面側の角部と各々対面するように配置される。

なお、ブラシ本体１１の上面にピグテールＰの一端部が固定されており、このピグテールＰは、ピグテール貫通孔１２ａからブラシホルダ１２の外側へと突出している。
このとき、ピグテール貫通孔１２ａは整流子Ｓ２方向から整流子Ｓ２径方向外側へ向けて穿たれているため、ブラシ本体１１が整流子Ｓ２との当接により摩耗し、ブラシ本体が整流子Ｓ２方向へと移動しても、ピグテールＰが整流子方向へ移動することが阻害されることはない。

また、ブラシホルダ１２の後端部（整流子Ｓ２径方向に整流子Ｓ２から離隔する側）開口は、当該開口形状に整合する板状部材である付勢部材支持部材１２Ｄにより閉塞される。
この付勢部材支持部材１２Ｄには付勢部材１２Ｅ（本例では、コイルスプリングである）の一端部が固定されており、この付勢部材１２Ｅの他端側は、ブラシ本体１１の後端押圧側端面１１Ｂを押圧する。

次いで、図３及び図４により、本実施形態に係るブラシ本体１１とブラシホルダ１２の詳細な各部構成について説明する。
図３（ａ）に示すように、ブラシホルダ側溝部１２ｂのＶ字中心開角度θ３は、端面突出部１１ａ（ブラシ本体側突出縁１１ｃの端面である）のＶ字中心角度θ１よりも大きくなるように構成されているため、ブラシ本体側突出縁１１ｃは、ブラシホルダ側溝部１２ｂに格納され、よって、ブラシ本体１１が左右方向にずれることを有効に防止することができる。
つまり、ブラシ本体１１とブラシホルダ１２との間にクリアランスが存在していたとしても、ブラシ本体１１（ブラシ本体側突出縁１１ｃ）は、ブラシホルダ側溝部１２ｂの傾斜面に従って左右方向中央部に落ち着くこととなる。

なお、改変例としては、図３（ｂ）に示すように、ブラシホルダ側溝部１２ｂのＶ字中心開角度θ３が、端面突出部１１ａ（ブラシ本体側突出縁１１ｃの端面である）のＶ字中心角度θ１よりも小さくなるように構成することもできる。
この場合には、ブラシ本体側突出縁１１ｃの左右方向端が、ブラシホルダ側溝部１２ｂの傾斜面に当接することととなり、左右方向への移動を阻止することができる。

また、図４に示すように、整流子当接側端面１１Ａ（面取り斜面１１ｂ）の切欠き角度θ２は、４５°以下となるように構成されており、面取り斜面１２ｂ，１２ｂが、ピグテール貫通孔１２ａの両端縁の内壁面側の角部と各々対面するように配置される。
よって、ブラシ本体１１のブラシ本体上面１１ｄ側が、ピグテール貫通孔１２ａ内に若干突出することとなる。
このように構成されていることにより、軸方向上方においても、ブラシ本体１１位置が安定する。
つまり、面取り斜面１１ｂ，１１ｂが、ピグテール貫通孔１２ａの両端縁の内壁面側の角部と各々対面することにより、ブラシ本体１１が上部に移動しようとしても、ピグテール貫通孔１２ａの両端縁の内壁面側の角部により面取り斜面１１ｂ，１１ｂが下方に押圧されることとなるため、ブラシ本体１１の位置を安定させることが可能となる。

Ｓ１・・シャフト、Ｓ２・・整流子、
１・・ブラシ装置、
１１・・ブラシ本体、１２・・ブラシホルダ、
１１Ａ，１１１Ａ・・整流子当接側端面、１１Ｂ・・後端押圧側端面、
１１Ｃ・・ブラシ本体側面、
１１ａ・・端面突出部、１１ｂ・・面取り斜面、
１１ｃ・・ブラシ本体側突出縁（ブラシ本体底面）、
１１ｄ・・ブラシ本体上面、
１２Ａ・・ブラシホルダ上面壁、１２Ｂ・・ブラシホルダ側面壁、
１２Ｃ・・ブラシホルダ底面壁、１２Ｄ・・付勢部材支持部材、
１２Ｅ，１１２Ｅ・・付勢部材、
１２ａ・・ピグテール貫通孔、１２ｂ・・ブラシホルダ側溝部、
Ｈ・・ブラシ本体配設空間、Ｐ・・ピグテール

Claims (3)

1. 上面にピグテールが固着され、一端面が整流子と当接する略角柱形状のブラシ本体と、
   該ブラシ本体を内部に格納するブラシホルダと、を少なくとも有するブラシ装置であって、
   前記ブラシホルダは、
   前記ピグテールが通過可能となるように、前記整流子と近接する方向から該整流子と離隔する方向へと穿たれたピグテール貫通孔が形成されるブラシホルダ上面壁と、
   該上面壁と対向して配置されるブラシホルダ底面壁と、
   前記ブラシホルダ上面壁と前記ブラシホルダ底面壁とを連結するように相対向して配設されて、前記ブラシ本体を格納するための空間を形成する二個のブラシホルダ側面壁と、により略矩形筒状に形成されており、
   前記ブラシ本体は、前記一端面と該一端面と対向する他端面と、前記一端面外周と前記他端面外周を連結する複数のブラシ本体側面とで角柱状の立体として構成されており、
   前記ブラシホルダ底面壁は、略Ｖ字に凹となった溝状に形成されるとともに、前記ブラシ本体側面の一つであり前記ブラシホルダ底面壁に近接するブラシ本体底面は、前記ブラシホルダ底面壁に向けて略Ｖ字形状に凸となるように形成された突縁形状であり、
   前記ブラシホルダ底面壁の略Ｖ字切り込み角度は、前記ブラシ本体底面の略Ｖ字突出角度よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするブラシ装置。
2. 前記ブラシ本体底面に対し、軸方向反対側に対向して配置される面であるブラシ本体上面は、前記ブラシホルダ上面壁の内壁面よりも前記ブラシホルダ底面壁から離れる方向側へ向けて、前記ピグテール貫通孔内に突出していることを特徴とする請求項１に記載のブラシ装置。
3. 前記ブラシ本体上面と前記ブラシ本体側面との両連続部分は、面取りされた傾斜面として各々形成されており、各々の該傾斜面には前記ピグテール貫通孔の前記ブラシホルダ底面壁側の両端縁が各々対面していることを特徴とする請求項２に記載のブラシ装置。
   
   

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