JP3648358B2 - ブラシ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシ装置に係り、特にブラシとコンミュテータの摺動によって発生するブラシの自励振動及びこの振動により生ずる異音を抑圧するためのブラシ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流モータにおいては、周知のように整流作用を得るためにブラシとコンミュテータが用いられており、ブラシはブラシ装置によって保持されてコンミュテータと摺接するように構成されている。従来のブラシ装置としては、例えば図１２に示すように、ブラシ１０３を収納するブラシホルダ１０１と、ブラシ１０３をコンミュテータ１０５へ弾性的に押圧するスプリング１０２と、を具備するものが一般的である。
【０００３】
このようなブラシ装置においては、種々の原因によりブラシが自励振動を起こし、整流作用を悪化させるばかりでなく、この自励振動により異音を発生して使用者に不快感を与えていることが経験的に知られている。
【０００４】
ブラシが自励振動していない定常状態においては、ブラシとコンミュテータとの間の摩擦力を含め、ブラシに加わる外力の総和はすべてバランスしている。そして、たまたま、僅かのアンバランスが生じても、直ちにもとのバランス状態に戻ることができれば、自励振動を発生することはない。
【０００５】
しかしながら、摩擦特性やブラシの動力学的特性およびブラシに対してコンミュテータやブラシホルダが与えられている拘束状況が変化した時には、僅かのアンバランスが生じても、摩擦力を介する機械的エネルギーがこのバランスの変化に加わって、アンバランスが増幅され、ブラシの振動エネルギーが大きくなって自励振動となる。
【０００６】
このようにして発生するブラシの自励振動を解決するには、大別して、ブラシ等の材料を改良する方法と構造を改良する方法とが考えられる。材料を改良する方法としては、ブラシとコンミュテータ間の摩擦力を極力小さくするための低摩擦ブラシ材にすることが考えられる。しかし、現状はいかなる状況においても安定領域を確保できるブラシ材はない。また一般に振動を抑圧・減衰させる場合、材料の改良よりも構造の改良を行った方がより効果的であることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来提案されているブラシの自励振動を抑制する技術としては、例えば、図１３に示すように、ブラシ１０３の後端にテーパを設けて、スプリング１０２の分力により、ブラシ１０３を強制的に制振している。この方法では、テーパ角度θにより、制振効果が限定され、テーパ角度を大きく取れば、その制振力は大きくなる。但し、ブラシ１０３のピッグテールの位置による限界や、スプリング圧の低下等の問題点があった。
【０００８】
或いは実公平２−４２０５７号公報においては、図１４に示すように、回転軸の径方向に対してブラシ１０３を傾斜させて取り付けたいわゆる追随型のブラシ装置１００が開示されている。
【０００９】
しかし上記構成によるブラシ装置１００は、コンミュテータ１０５の回転中に生ずる各種の変動要因による摩擦係数等の変化により、ブラシ１０３のブラシホルダ１０１内における位置にズレが生じ易く、この位置ズレによりブラシ１０３とコンミュテータ１０５の当り点におけるズレが大きくなり、ブラシ１０３がブラシホルダ１０１に片当たりすることにより騒音が発生してしまうという問題があった。
【００１０】
また、実公平２−４６２２８号公報においては、図１５に示されるように、ブラシホルダ１０１の一方の側面に、先端が湾曲した側圧用板ばね１０６が取り付けられ、この側圧用板ばね１０６の先端湾曲部１０６ａがブラシ１０３の側面先端側に当接して、ブラシ１０３をコンミュテータ１０５の回転方向に押圧して、ブラシ１０３の他方の側面をブラシホルダ１０１の内側壁に密着させた技術が開示されている。
【００１１】
しかし、上記技術では、ブラシ１０３とブラシホルダ１０１との間の摩擦力が大きくなり、ブラシ１０３のコンミュテータ摺接面が摩耗したとき、ブラシ１０３と側圧用板ばね１０６間の摩擦力が、ブラシ１０３がコンミュテータ１０５の方向へ近づくのを妨げて、通電不良になるという問題がある。さらに、側圧用板ばね１０６が共振を起こして騒音を発生することもあり、抜本的対策には至っていない。
【００１２】
或いは、実公平１−３９０８５号公報においては、図１６に示されるように、ブラシ１０３の後端にテーパを設けて加圧ピース１０７を組付け、スプリング１０２の弾発力によりブラシ１０３をブラシホルダ１０１の側壁に押しつける構造が開示されている。しかしこの技術では、加圧ピース１０７を組み付ける分、ブラシ１０３の長さを短かくしなければならず、結果としてブラシ１０３の寿命が短かくなってしまうという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、ブラシとコンミュテータの摺動によって発生するブラシの自励振動及びこの振動により生ずる異音を抑圧することのできるブラシ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るブラシ装置は、コンミュテータに摺接するブラシと、該ブラシを保持するブラシホルダと、前記ブラシをコンミュテータ側へ付勢するコイルスプリングと、該コイルスプリング内に収容されると共に前記ブラシに対して可動可能に前記ブラシに固定された振動吸収機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
そして前記振動吸収機構は可動可能部と、該可動可能部と前記ブラシとの間に介在されそれぞれに固定されたエネルギー変換部とを備えており、可動可能部は重りにより構成され、またエネルギー変換部は粘着剤や、板ばねから構成されていると好適である。また前記粘着剤の厚みは０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍであると良い。
【００１６】
さらに前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されていると好適である。
【００１７】
【作用】
ブラシ装置は、ブラシがブラシホルダに保持されており、このブラシに対して振動吸収機構が可動可能に固定されている。よって、ブラシがコンミュテータと摺動して摩擦力を受け、この摩擦力によりブラシに振動が発生すると、振動吸収機構がブラシと一緒に動き、このとき振動吸収機構の作用により熱エネルギーを放出し、ブラシの振動を収束する。
【００１８】
また前記振動吸収機構は、可動可能部とエネルギー変換部とを備えており、可動可能部がブラシの振動によって振動し、これに伴ってエネルギー変換部のブラシ側と可動可能部側がそれぞれ異なる方向に変位して、エネルギー変換部が変形して熱エネルギーを放出しブラシの振動を抑制する。そして例えば、可動可能部は重りで構成され、エネルギー変換部は粘着剤或いは板ばねから構成され、この粘着剤や板ばねの変形により熱エネルギーを放出するように構成されている。このように可動可能部とエネルギー変換部が別体として構成されているので、各部分を構成する部材のバリエーションを広げることが可能となる。
【００１９】
また前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されているので、ブラシとブラシホルダとの間隙を有効に利用でき、振動吸収機構の選択の自由の確保が可能となる。また、従来の構成におけるブラシ装置に本発明による振動吸収機構を配設し、ブラシに発生する振動を吸収させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のブラシ装置１０は、コンミュテータＣに摺接するブラシ１３と、このブラシ１３を保持するブラシホルダ１１と、ブラシ１３に対して可動可能にブラシ１３に固定された振動吸収機構１４と、を備えている。
【００２１】
上記のように構成されているので、ブラシ１３がコンミテータＣと摺動して、摩擦力を受けるとき、この摩擦力が増加することによりブラシ１３が振動する。
【００２２】
このとき、振動吸収機構１４における可動可能部としての重り１４ａは、ブラシ１３に対して可動可能に固定されているので、ブラシ１３が振動することによって重り１４ａが一緒に動く。このとき、ブラシ１３と重り１４ａとの間に介在しているエネルギー変換部としての粘着剤１４ｂが変形して熱エネルギーを放出する。即ち、重り１４ａがブラシ１３に対して位置ずれを起こしながら振動することで、ブラシ１３の振動エネルギーが吸収され、これによりブラシ１３の振動を収束させる。
【００２３】
振動吸収機構１４は可動可能部とエネルギー変換部とを備えており、可動可能部は重り１４ａで構成すると好適である。またエネルギー変換部は粘着剤１４ｂ或いは板ばね１４ｃから構成されると好適である。このように可動可能部とエネルギー変換部が別体として構成されているので、各部分を構成する部材のバリエーションを広げることが可能となる。
【００２４】
そして振動吸収機構１４はブラシホルダ１１とブラシ１３の反コンミュテータ側との間に配設されているので、ブラシ１３とブラシホルダ１１との間隙を有効に利用でき、振動吸収機構１４の選択の自由の確保が可能となる。また、従来の構成におけるブラシ装置に本発明による振動吸収機構を配設し、ブラシに発生する振動を吸収させることが可能となる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。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。
【００２６】
図１乃至図６は本発明に係るブラシ装置１０の実施例を示すものであり、図１はブラシ装置を装着したモータの要部断面図、図２はブラシ装置の断面図、図３はブラシ装置の動きを示す説明図、図４はブラシ装置における振動モデル図、図５及び図６は振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【００２７】
本例のモータ２０は、図１で示すように。ヨーク２２内に配設された固定子２３と、アーマチャ２４と、このアーマチャ２４の回転軸２６の出力軸２１側に取着されたコンミュテータＣと、ブラシ装置１０とを備えている。
【００２８】
本例のアーマチャ２４は、アーマチャコア２４ａにコイル２４ｂを巻回して形成され、回転軸２６と一体となって回転するもので、回転軸２６の両端部は軸受部２７（一方のみ表示）によって回転可能に軸支されている。
【００２９】
図２は本例のブラシ装置１０の拡大説明図である。ブラシ装置１０は、ブラシホルダ１１と付勢手段としてのスプリング１２と、ブラシホルダ１１に保持されてコンミュテータＣと摺接するブラシ１３と、振動吸収機構１４と、を備えている。
【００３０】
本例のブラシ１３は、従来この種の装置で用いられているようなスプリング別体タイプのブラシであり、角柱状に形成されている。そして、その長手軸方向の一方の端面は、コンミュテータＣの外周面に接している。
【００３１】
またブラシ１３の反コンミュテータ側の面には、振動吸収機構１４が配設されている。この振動吸収機構１４は、図２で示すように、可動可能部としての重り１４ａと、エネルギー変換部としての粘着剤１４ｂと、から構成されている。粘着剤１４ｂは、ゴム系の粘性のある接着剤から形成されている。
【００３２】
本例のブラシホルダ１１は、矩形の中空枠体１１ａからなる箱状の形態をしており、長手方向の面、即ちコンミュテータＣ側の面及びこれに対向する面（反コンミュテータ側の面）は開放されている。
【００３３】
そして反コンミュテータ側の面にはスプリングキャップ１５が配設されている。このスプリングキャップ１５はブラシホルダ１１の反コンミュテータ面の蓋体となるものである。スプリングキャップ１５のブラシ１３側を向いた面上には、付勢手段としてのスプリング１２が一端を止着されて配設されている。そして、このスプリング１２とコンミュテータＣとの間において、ブラシ１３が保持されるように構成されている。そしてブラシ１３はスプリング１２によってコンミュテータＣへ弾発されている。
【００３４】
次に本発明におけるブラシ装置１０の作用について図３において説明する。
ブラシ１３は常にコンミテータＣと摺動して、摩擦力を受ける。この摩擦力は、モータ２０の作動モードや環境条件等により常に変動するものであり、この摩擦力が増加することによりブラシ１３に振動が発生する。
【００３５】
本例のブラシ装置１０には、振動吸収機構１４として、重り１４ａが粘着剤１４ｂを介してブラシに配設されている。この重り１４ａは可動可能部であり、ブラシ１３に対して可動可能に固定されているので、ブラシ１３が振動することによって重り１４ａも一緒に動く。このとき、ブラシ１３と重り１４ａとの間に介在している粘着剤１４ｂが変形して熱エネルギーを放出する。
【００３６】
即ち、重り１４ａがブラシ１３に対して位置ずれを起こしながら振動することで、ブラシ１３の振動エネルギーが吸収されるので、これによりブラシ１３の振動を収束させることが可能となる。
【００３７】
図４は本発明における振動モデルであり、図５及び図６は、図４に示した振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【００３８】
図４の振動モデルにおいて、ｍはブラシ１３の質量、ｍ′は重り１４ａの質量、ｋE，ｋFは粘着剤１４ｂのばね定数、ＣE，ＣFは粘着剤１４ｂの減衰係数、またｋA，ｋBはブラシ１３とコンミュテータＣ間のばね定数、ＣA，ＣBはブラシ１３とコンミュテータＣ間の減衰係数、ｋDはブラシ１３とブラシホルダ１１間のばね定数、ＣDはブラシ１３とブラシホルダ１１間の減衰係数である。２ａはブラシ１３の接触点距離であり、２ｂOはブラシ１３の全長を示す。２ｂ′は重り１４ａの巾であり、δは粘着剤１４ｂの厚みである。
【００３９】
ブラシ１３の重心Ｇ，重り１４ａの重心Ｇ′回りの運動方程式は、次式の通りである。
【００４０】
【数１】
【００４１】
なお、コンミュテータＣがブラシ１３を押す力ＰA，ＰB、スプリング１２がブラシ１３を押す力ＰE，ＰF、ブラシ１３の下面を左方に押す力ＰDは、次式から求められる。なお、ＰMはブラシ１３の上面を左方に押す力である。
【００４２】
【数２】
【００４３】
上記運動方程式により、重り１４ａの最適値及び粘着剤１４ｂの厚さδの最適値について計算した結果を図５及び図６のグラフ図に示す。図５は、摩擦係数と、重り１４ａの質量との関係を示したものであり、縦軸にブラシ１３とコンミュテータＣとの間における摩擦係数、横軸に重り１４ａの質量（ｇ）をとっている。このグラフ図におけるグラフ線の下部がブラシの安定領域、つまりブラシの振動が減衰する領域、そしてグラフ線の上部が不安定領域、つまりブラシの振動が増加する領域である。
【００４４】
図５のグラフ図によれば、重り１４ａの質量を増加させればさせるほど、ブラシ１３とコンミュテータＣとの間の摩擦係数の安定領域が広がり、減衰効果が大きくなることが判明する。
【００４５】
また図６のグラフ図は、摩擦係数と、粘着剤１４ｂの厚さとの関係を示したものであり、縦軸にブラシ１３とコンミュテータＣとの間における摩擦係数、横軸に粘着剤１４ｂの厚さ（ｍｍ）をとっている。このグラフ図におけるグラフ線の下部がブラシの安定領域、つまりブラシの振動が減衰する領域、そしてグラフ線の上部が不安定領域、つまりブラシの振動が増加する領域である。
【００４６】
図６のグラフ図によれば、粘着剤１４ｂは、ある一定の厚さで最も減衰効果が大きく、厚すぎても薄すぎても減衰効果は小さくなることが判明する。
【００４７】
そして上記図６のグラフ図より、粘着剤の厚さを０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍの間において形成することで、最も大きな減衰効果を得られることが解る。
【００４８】
図７は本発明の振動吸収機構における他の実施例を示す説明図である。本例において前記実施例と同一部材等には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
前記実施例ではエネルギー変換部として、ゴム系の粘着物質からなる粘着剤１４ｂを使用した例を示したが、本実施例では、樹脂フィルム，薄ゴム板，薄金属板等からなる弾性を有する板ばね１４ｃを用いている。この板ばね１４ｃと重り１４ａとで振動吸収機構１４が構成されている。
【００５０】
そして本例の板ばね１４ｃは、一端部に係止部１４ｄを有しており、この係止部１４ｄは、ブラシ１３と一体に成形されて固定されている。また板ばね１４ｃの重り１４ａ側の端部と、重り１４ａとは、接着，粘着，溶接等の手段で固定されている。
【００５１】
このように、エネルギー変換部として板ばね１４ｃを用いることで、板ばね１４ｃとブラシ１３とを一体に成形することができるので、板ばね１４ｃがブラシ１３から外れることなく、安定した構成とすることができる。
【００５２】
図８乃至図１１は、従来の構成によるブラシ装置３０に、本発明による振動吸収機構１４を応用した例を示している。図８はブラシ３３の後端にテーパを設けて、スプリング３２の分力により、ブラシ３３を制振した構成、図９は回転軸の径方向に対してブラシ３３を傾斜させて取り付けたいわゆる追随型のブラシ装置による構成、図１０はブラシホルダ３１の一方の側面に、先端が湾曲した側圧用板ばね３６が取り付けられ、この側圧用板ばね３６の先端湾曲部３６ａがブラシ３３の側面先端側に当接して、ブラシ３３をコンミュテータ３５の回転方向に押圧して、ブラシ３３の他方の側面をブラシホルダ３１の内側壁に密着させた構成、図１１はブラシ３３の後端にテーパを設けて加圧ピース３７を組付け、スプリング３２の弾発力によりブラシ３３をブラシホルダ３１の側壁に押しつける構成である。
【００５３】
上記それぞれの構成において、ブラシ３３の反コンミュテータ側の面に、振動吸収機構１４を配設することにより、ブラシ１３が振動することによって可動可能部も一緒に動き、ブラシ１３と可動可能部との間に介在しているエネルギー変換部が変形して熱エネルギーを放出する。
【００５４】
即ち、可動可能部がブラシ１３に対して位置ずれを起こしながら振動することで、ブラシ１３の振動エネルギーが吸収されるので、これによりブラシ１３の振動を収束させることが可能となる。
【００５５】
このとき、ブラシ３３の反コンミュテータ側の端部にテーパが設けられているものについては、振動吸収機構１４をそのまま取り付けても良いが、ブラシ３３の端部を平らに加工してから、振動吸収機構１４を配設すると、より安定して配設することができ、高い減衰効果を得ることが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のブラシ装置によれば、可動可能部とエネルギー変換部とからなる振動吸収機構がブラシに配設されており、ブラシがコンミュテータと摺動して、摩擦力を受けることにより、ブラシに振動が発生すると、前記可動可部がブラシの振動によって振動し、これに伴ってエネルギー変換部のブラシ側と可動可能部側がそれぞれ異なる方向に変位して、エネルギー変換部が変形して熱エネルギーを放出する。これによりブラシの振動が収束され、振動から起こる騒音を防止することができる。
【００５７】
また前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されているので、ブラシとブラシホルダとの間隙を有効に利用でき、振動吸収機構の選択の自由の確保が可能となる。また、従来の構成におけるブラシ装置に本発明による振動吸収機構を配設し、ブラシに発生する振動を吸収させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブラシ装置を装着したモータの断面図である。
【図２】本発明に係るブラシ装置の断面図である。
【図３】本発明に係るブラシ装置の動きを示す説明図である。
【図４】本発明のブラシ装置における振動モデル図である。
【図５】図４の振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【図６】図４の振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明のブラシ装置の他の実施例を示す説明図である。
【図８】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図９】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図１０】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図１１】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図１２】従来例を示す説明図である。
【図１３】従来例を示す説明図である。
【図１４】従来例を示す説明図である。
【図１５】従来例を示す説明図である。
【図１６】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ブラシ装置
１１ ブラシホルダ
１２ スプリング
１３ ブラシ
１４ 振動吸収機構
１４ａ 重り
１４ｂ 粘着剤
１４ｃ 板ばね
１５ スプリングキャップ
２０ モータ
Ｃ コンミュテータ
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシ装置に係り、特にブラシとコンミュテータの摺動によって発生するブラシの自励振動及びこの振動により生ずる異音を抑圧するためのブラシ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流モータにおいては、周知のように整流作用を得るためにブラシとコンミュテータが用いられており、ブラシはブラシ装置によって保持されてコンミュテータと摺接するように構成されている。従来のブラシ装置としては、例えば図１２に示すように、ブラシ１０３を収納するブラシホルダ１０１と、ブラシ１０３をコンミュテータ１０５へ弾性的に押圧するスプリング１０２と、を具備するものが一般的である。
【０００３】
このようなブラシ装置においては、種々の原因によりブラシが自励振動を起こし、整流作用を悪化させるばかりでなく、この自励振動により異音を発生して使用者に不快感を与えていることが経験的に知られている。
【０００４】
ブラシが自励振動していない定常状態においては、ブラシとコンミュテータとの間の摩擦力を含め、ブラシに加わる外力の総和はすべてバランスしている。そして、たまたま、僅かのアンバランスが生じても、直ちにもとのバランス状態に戻ることができれば、自励振動を発生することはない。
【０００５】
しかしながら、摩擦特性やブラシの動力学的特性およびブラシに対してコンミュテータやブラシホルダが与えられている拘束状況が変化した時には、僅かのアンバランスが生じても、摩擦力を介する機械的エネルギーがこのバランスの変化に加わって、アンバランスが増幅され、ブラシの振動エネルギーが大きくなって自励振動となる。
【０００６】
このようにして発生するブラシの自励振動を解決するには、大別して、ブラシ等の材料を改良する方法と構造を改良する方法とが考えられる。材料を改良する方法としては、ブラシとコンミュテータ間の摩擦力を極力小さくするための低摩擦ブラシ材にすることが考えられる。しかし、現状はいかなる状況においても安定領域を確保できるブラシ材はない。また一般に振動を抑圧・減衰させる場合、材料の改良よりも構造の改良を行った方がより効果的であることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来提案されているブラシの自励振動を抑制する技術としては、例えば、図１３に示すように、ブラシ１０３の後端にテーパを設けて、スプリング１０２の分力により、ブラシ１０３を強制的に制振している。この方法では、テーパ角度θにより、制振効果が限定され、テーパ角度を大きく取れば、その制振力は大きくなる。但し、ブラシ１０３のピッグテールの位置による限界や、スプリング圧の低下等の問題点があった。
【０００８】
或いは実公平２−４２０５７号公報においては、図１４に示すように、回転軸の径方向に対してブラシ１０３を傾斜させて取り付けたいわゆる追随型のブラシ装置１００が開示されている。
【０００９】
しかし上記構成によるブラシ装置１００は、コンミュテータ１０５の回転中に生ずる各種の変動要因による摩擦係数等の変化により、ブラシ１０３のブラシホルダ１０１内における位置にズレが生じ易く、この位置ズレによりブラシ１０３とコンミュテータ１０５の当り点におけるズレが大きくなり、ブラシ１０３がブラシホルダ１０１に片当たりすることにより騒音が発生してしまうという問題があった。
【００１０】
また、実公平２−４６２２８号公報においては、図１５に示されるように、ブラシホルダ１０１の一方の側面に、先端が湾曲した側圧用板ばね１０６が取り付けられ、この側圧用板ばね１０６の先端湾曲部１０６ａがブラシ１０３の側面先端側に当接して、ブラシ１０３をコンミュテータ１０５の回転方向に押圧して、ブラシ１０３の他方の側面をブラシホルダ１０１の内側壁に密着させた技術が開示されている。
【００１１】
しかし、上記技術では、ブラシ１０３とブラシホルダ１０１との間の摩擦力が大きくなり、ブラシ１０３のコンミュテータ摺接面が摩耗したとき、ブラシ１０３と側圧用板ばね１０６間の摩擦力が、ブラシ１０３がコンミュテータ１０５の方向へ近づくのを妨げて、通電不良になるという問題がある。さらに、側圧用板ばね１０６が共振を起こして騒音を発生することもあり、抜本的対策には至っていない。
【００１２】
或いは、実公平１−３９０８５号公報においては、図１６に示されるように、ブラシ１０３の後端にテーパを設けて加圧ピース１０７を組付け、スプリング１０２の弾発力によりブラシ１０３をブラシホルダ１０１の側壁に押しつける構造が開示されている。しかしこの技術では、加圧ピース１０７を組み付ける分、ブラシ１０３の長さを短かくしなければならず、結果としてブラシ１０３の寿命が短かくなってしまうという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、ブラシとコンミュテータの摺動によって発生するブラシの自励振動及びこの振動により生ずる異音を抑圧することのできるブラシ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るブラシ装置は、コンミュテータに摺接するブラシと、該ブラシを保持するブラシホルダと、前記ブラシをコンミュテータ側へ付勢するコイルスプリングと、該コイルスプリング内に収容されると共に前記ブラシに対して可動可能に前記ブラシに固定された振動吸収機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
そして前記振動吸収機構は可動可能部と、該可動可能部と前記ブラシとの間に介在されそれぞれに固定されたエネルギー変換部とを備えており、可動可能部は重りにより構成され、またエネルギー変換部は粘着剤や、板ばねから構成されていると好適である。また前記粘着剤の厚みは０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍであると良い。
【００１６】
さらに前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されていると好適である。
【００１７】
【作用】
ブラシ装置は、ブラシがブラシホルダに保持されており、このブラシに対して振動吸収機構が可動可能に固定されている。よって、ブラシがコンミュテータと摺動して摩擦力を受け、この摩擦力によりブラシに振動が発生すると、振動吸収機構がブラシと一緒に動き、このとき振動吸収機構の作用により熱エネルギーを放出し、ブラシの振動を収束する。
【００１８】
また前記振動吸収機構は、可動可能部とエネルギー変換部とを備えており、可動可能部がブラシの振動によって振動し、これに伴ってエネルギー変換部のブラシ側と可動可能部側がそれぞれ異なる方向に変位して、エネルギー変換部が変形して熱エネルギーを放出しブラシの振動を抑制する。そして例えば、可動可能部は重りで構成され、エネルギー変換部は粘着剤或いは板ばねから構成され、この粘着剤や板ばねの変形により熱エネルギーを放出するように構成されている。このように可動可能部とエネルギー変換部が別体として構成されているので、各部分を構成する部材のバリエーションを広げることが可能となる。
【００１９】
また前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されているので、ブラシとブラシホルダとの間隙を有効に利用でき、振動吸収機構の選択の自由の確保が可能となる。また、従来の構成におけるブラシ装置に本発明による振動吸収機構を配設し、ブラシに発生する振動を吸収させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のブラシ装置１０は、コンミュテータＣに摺接するブラシ１３と、このブラシ１３を保持するブラシホルダ１１と、ブラシ１３に対して可動可能にブラシ１３に固定された振動吸収機構１４と、を備えている。
【００２１】
上記のように構成されているので、ブラシ１３がコンミテータＣと摺動して、摩擦力を受けるとき、この摩擦力が増加することによりブラシ１３が振動する。
【００２２】
このとき、振動吸収機構１４における可動可能部としての重り１４ａは、ブラシ１３に対して可動可能に固定されているので、ブラシ１３が振動することによって重り１４ａが一緒に動く。このとき、ブラシ１３と重り１４ａとの間に介在しているエネルギー変換部としての粘着剤１４ｂが変形して熱エネルギーを放出する。即ち、重り１４ａがブラシ１３に対して位置ずれを起こしながら振動することで、ブラシ１３の振動エネルギーが吸収され、これによりブラシ１３の振動を収束させる。
【００２３】
振動吸収機構１４は可動可能部とエネルギー変換部とを備えており、可動可能部は重り１４ａで構成すると好適である。またエネルギー変換部は粘着剤１４ｂ或いは板ばね１４ｃから構成されると好適である。このように可動可能部とエネルギー変換部が別体として構成されているので、各部分を構成する部材のバリエーションを広げることが可能となる。
【００２４】
そして振動吸収機構１４はブラシホルダ１１とブラシ１３の反コンミュテータ側との間に配設されているので、ブラシ１３とブラシホルダ１１との間隙を有効に利用でき、振動吸収機構１４の選択の自由の確保が可能となる。また、従来の構成におけるブラシ装置に本発明による振動吸収機構を配設し、ブラシに発生する振動を吸収させることが可能となる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。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。
【００２６】
図１乃至図６は本発明に係るブラシ装置１０の実施例を示すものであり、図１はブラシ装置を装着したモータの要部断面図、図２はブラシ装置の断面図、図３はブラシ装置の動きを示す説明図、図４はブラシ装置における振動モデル図、図５及び図６は振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【００２７】
本例のモータ２０は、図１で示すように。ヨーク２２内に配設された固定子２３と、アーマチャ２４と、このアーマチャ２４の回転軸２６の出力軸２１側に取着されたコンミュテータＣと、ブラシ装置１０とを備えている。
【００２８】
本例のアーマチャ２４は、アーマチャコア２４ａにコイル２４ｂを巻回して形成され、回転軸２６と一体となって回転するもので、回転軸２６の両端部は軸受部２７（一方のみ表示）によって回転可能に軸支されている。
【００２９】
図２は本例のブラシ装置１０の拡大説明図である。ブラシ装置１０は、ブラシホルダ１１と付勢手段としてのスプリング１２と、ブラシホルダ１１に保持されてコンミュテータＣと摺接するブラシ１３と、振動吸収機構１４と、を備えている。
【００３０】
本例のブラシ１３は、従来この種の装置で用いられているようなスプリング別体タイプのブラシであり、角柱状に形成されている。そして、その長手軸方向の一方の端面は、コンミュテータＣの外周面に接している。
【００３１】
またブラシ１３の反コンミュテータ側の面には、振動吸収機構１４が配設されている。この振動吸収機構１４は、図２で示すように、可動可能部としての重り１４ａと、エネルギー変換部としての粘着剤１４ｂと、から構成されている。粘着剤１４ｂは、ゴム系の粘性のある接着剤から形成されている。
【００３２】
本例のブラシホルダ１１は、矩形の中空枠体１１ａからなる箱状の形態をしており、長手方向の面、即ちコンミュテータＣ側の面及びこれに対向する面（反コンミュテータ側の面）は開放されている。
【００３３】
そして反コンミュテータ側の面にはスプリングキャップ１５が配設されている。このスプリングキャップ１５はブラシホルダ１１の反コンミュテータ面の蓋体となるものである。スプリングキャップ１５のブラシ１３側を向いた面上には、付勢手段としてのスプリング１２が一端を止着されて配設されている。そして、このスプリング１２とコンミュテータＣとの間において、ブラシ１３が保持されるように構成されている。そしてブラシ１３はスプリング１２によってコンミュテータＣへ弾発されている。
【００３４】
次に本発明におけるブラシ装置１０の作用について図３において説明する。
ブラシ１３は常にコンミテータＣと摺動して、摩擦力を受ける。この摩擦力は、モータ２０の作動モードや環境条件等により常に変動するものであり、この摩擦力が増加することによりブラシ１３に振動が発生する。
【００３５】
本例のブラシ装置１０には、振動吸収機構１４として、重り１４ａが粘着剤１４ｂを介してブラシに配設されている。この重り１４ａは可動可能部であり、ブラシ１３に対して可動可能に固定されているので、ブラシ１３が振動することによって重り１４ａも一緒に動く。このとき、ブラシ１３と重り１４ａとの間に介在している粘着剤１４ｂが変形して熱エネルギーを放出する。
【００３６】
即ち、重り１４ａがブラシ１３に対して位置ずれを起こしながら振動することで、ブラシ１３の振動エネルギーが吸収されるので、これによりブラシ１３の振動を収束させることが可能となる。
【００３７】
図４は本発明における振動モデルであり、図５及び図６は、図４に示した振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【００３８】
図４の振動モデルにおいて、ｍはブラシ１３の質量、ｍ′は重り１４ａの質量、ｋE，ｋFは粘着剤１４ｂのばね定数、ＣE，ＣFは粘着剤１４ｂの減衰係数、またｋA，ｋBはブラシ１３とコンミュテータＣ間のばね定数、ＣA，ＣBはブラシ１３とコンミュテータＣ間の減衰係数、ｋDはブラシ１３とブラシホルダ１１間のばね定数、ＣDはブラシ１３とブラシホルダ１１間の減衰係数である。２ａはブラシ１３の接触点距離であり、２ｂOはブラシ１３の全長を示す。２ｂ′は重り１４ａの巾であり、δは粘着剤１４ｂの厚みである。
【００３９】
ブラシ１３の重心Ｇ，重り１４ａの重心Ｇ′回りの運動方程式は、次式の通りである。
【００４０】
【数１】
なお、コンミュテータＣがブラシ１３を押す力ＰA，ＰB、スプリング１２がブラシ１３を押す力ＰE，ＰF、ブラシ１３の下面を左方に押す力ＰDは、次式から求められる。なお、ＰMはブラシ１３の上面を左方に押す力である。
【００４２】
【数２】
上記運動方程式により、重り１４ａの最適値及び粘着剤１４ｂの厚さδの最適値について計算した結果を図５及び図６のグラフ図に示す。図５は、摩擦係数と、重り１４ａの質量との関係を示したものであり、縦軸にブラシ１３とコンミュテータＣとの間における摩擦係数、横軸に重り１４ａの質量（ｇ）をとっている。このグラフ図におけるグラフ線の下部がブラシの安定領域、つまりブラシの振動が減衰する領域、そしてグラフ線の上部が不安定領域、つまりブラシの振動が増加する領域である。
【００４４】
図５のグラフ図によれば、重り１４ａの質量を増加させればさせるほど、ブラシ１３とコンミュテータＣとの間の摩擦係数の安定領域が広がり、減衰効果が大きくなることが判明する。
【００４５】
また図６のグラフ図は、摩擦係数と、粘着剤１４ｂの厚さとの関係を示したものであり、縦軸にブラシ１３とコンミュテータＣとの間における摩擦係数、横軸に粘着剤１４ｂの厚さ（ｍｍ）をとっている。このグラフ図におけるグラフ線の下部がブラシの安定領域、つまりブラシの振動が減衰する領域、そしてグラフ線の上部が不安定領域、つまりブラシの振動が増加する領域である。
【００４６】
図６のグラフ図によれば、粘着剤１４ｂは、ある一定の厚さで最も減衰効果が大きく、厚すぎても薄すぎても減衰効果は小さくなることが判明する。
【００４７】
そして上記図６のグラフ図より、粘着剤の厚さを０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍの間において形成することで、最も大きな減衰効果を得られることが解る。
【００４８】
図７は本発明の振動吸収機構における他の実施例を示す説明図である。本例において前記実施例と同一部材等には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
前記実施例ではエネルギー変換部として、ゴム系の粘着物質からなる粘着剤１４ｂを使用した例を示したが、本実施例では、樹脂フィルム，薄ゴム板，薄金属板等からなる弾性を有する板ばね１４ｃを用いている。この板ばね１４ｃと重り１４ａとで振動吸収機構１４が構成されている。
【００５０】
そして本例の板ばね１４ｃは、一端部に係止部１４ｄを有しており、この係止部１４ｄは、ブラシ１３と一体に成形されて固定されている。また板ばね１４ｃの重り１４ａ側の端部と、重り１４ａとは、接着，粘着，溶接等の手段で固定されている。
【００５１】
このように、エネルギー変換部として板ばね１４ｃを用いることで、板ばね１４ｃとブラシ１３とを一体に成形することができるので、板ばね１４ｃがブラシ１３から外れることなく、安定した構成とすることができる。
【００５２】
図８乃至図１１は、従来の構成によるブラシ装置３０に、本発明による振動吸収機構１４を応用した例を示している。図８はブラシ３３の後端にテーパを設けて、スプリング３２の分力により、ブラシ３３を制振した構成、図９は回転軸の径方向に対してブラシ３３を傾斜させて取り付けたいわゆる追随型のブラシ装置による構成、図１０はブラシホルダ３１の一方の側面に、先端が湾曲した側圧用板ばね３６が取り付けられ、この側圧用板ばね３６の先端湾曲部３６ａがブラシ３３の側面先端側に当接して、ブラシ３３をコンミュテータ３５の回転方向に押圧して、ブラシ３３の他方の側面をブラシホルダ３１の内側壁に密着させた構成、図１１はブラシ３３の後端にテーパを設けて加圧ピース３７を組付け、スプリング３２の弾発力によりブラシ３３をブラシホルダ３１の側壁に押しつける構成である。
【００５３】
上記それぞれの構成において、ブラシ３３の反コンミュテータ側の面に、振動吸収機構１４を配設することにより、ブラシ１３が振動することによって可動可能部も一緒に動き、ブラシ１３と可動可能部との間に介在しているエネルギー変換部が変形して熱エネルギーを放出する。
【００５４】
即ち、可動可能部がブラシ１３に対して位置ずれを起こしながら振動することで、ブラシ１３の振動エネルギーが吸収されるので、これによりブラシ１３の振動を収束させることが可能となる。
【００５５】
このとき、ブラシ３３の反コンミュテータ側の端部にテーパが設けられているものについては、振動吸収機構１４をそのまま取り付けても良いが、ブラシ３３の端部を平らに加工してから、振動吸収機構１４を配設すると、より安定して配設することができ、高い減衰効果を得ることが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のブラシ装置によれば、可動可能部とエネルギー変換部とからなる振動吸収機構がブラシに配設されており、ブラシがコンミュテータと摺動して、摩擦力を受けることにより、ブラシに振動が発生すると、前記可動可部がブラシの振動によって振動し、これに伴ってエネルギー変換部のブラシ側と可動可能部側がそれぞれ異なる方向に変位して、エネルギー変換部が変形して熱エネルギーを放出する。これによりブラシの振動が収束され、振動から起こる騒音を防止することができる。
【００５７】
また前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されているので、ブラシとブラシホルダとの間隙を有効に利用でき、振動吸収機構の選択の自由の確保が可能となる。また、従来の構成におけるブラシ装置に本発明による振動吸収機構を配設し、ブラシに発生する振動を吸収させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブラシ装置を装着したモータの断面図である。
【図２】本発明に係るブラシ装置の断面図である。
【図３】本発明に係るブラシ装置の動きを示す説明図である。
【図４】本発明のブラシ装置における振動モデル図である。
【図５】図４の振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【図６】図４の振動モデルより解析した結果を示すグラフ図である。
【図７】本発明のブラシ装置の他の実施例を示す説明図である。
【図８】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図９】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図１０】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図１１】従来のブラシ装置へ本発明による振動吸収機構を配設したことを示す説明図である。
【図１２】従来例を示す説明図である。
【図１３】従来例を示す説明図である。
【図１４】従来例を示す説明図である。
【図１５】従来例を示す説明図である。
【図１６】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ブラシ装置
１１ ブラシホルダ
１２ スプリング
１３ ブラシ
１４ 振動吸収機構
１４ａ 重り
１４ｂ 粘着剤
１４ｃ 板ばね
１５ スプリングキャップ
２０ モータ
Ｃ コンミュテータ
Claims (7)
- コンミュテータに摺接するブラシと、該ブラシを保持するブラシホルダと、前記ブラシをコンミュテータ側へ付勢するコイルスプリングと、該コイルスプリング内に収容されると共に前記ブラシに対して可動可能に前記ブラシに固定された振動吸収機構と、を備えたことを特徴とするブラシ装置。
- 前記振動吸収機構は可動可能部と、該可動可能部と前記ブラシとの間に介在されそれぞれに固定されたエネルギー変換部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のブラシ装置。
- 前記可動可能部は重りであることを特徴とする請求項２記載のブラシ装置。
- 前記エネルギー変換部は粘着剤であることを特徴とする請求項２記載のブラシ装置。
- 前記粘着剤の厚みは０．３ｍｍ乃至０．５ｍｍであることを特徴とする請求項４記載のブラシ装置。
- 前記エネルギー変換部は板ばねであることを特徴とする請求項２記載のブラシ装置。
- 前記振動吸収機構は前記ブラシホルダと前記ブラシの反コンミュテータ側との間に配設されていることを特徴とする請求項１記載のブラシ装置。
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