JP3908588B2 - 小型モータの回転子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線コイルの端部を整流子足部と作業性良く電気的に良好に接合することのできる小型モータの回転子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の各整流子片と巻線コイル端部との接続について、図５を参照して説明する。図５は、小型モータの整流子部の概略斜視図である。図中、１１は回転子のシャフト、２２は整流子片、２４は整流子芯、２６は整流子足部である。このように、整流子部は、樹脂製の整流子芯２４の上に配置された各整流子片２２、及び巻線コイル端部を接続するために各整流子片２２と一体にその端部に形成された整流子足部２６とから構成されている。図６は、図５に示す整流子部の側面から見た図であり、巻線コイル端部を接合した状態を示している。整流子足部２６は、図示したように整流子片の方に折り曲げることにより巻線コイル端部を押さえ付けてスポット溶接している。
【０００３】
図７は、図中右側にバリスタのみを取り出して示すと共に、左側には、そのバリスタを取り付けて接続した状態を示す図である。整流子を有する小型モータにあっては、整流子に摺接するブラシが整流子片間を通過する際に、アークが発生し、このアークによって通信機器に電波障害を与えたり、ブラシの寿命が短くなったりする。そのため、火花消去素子としてバリスタをモータの回転子に取り付けることが従来より知られている。このようなバリスタの一例は、図７の右側に示すような形状を有しており、全体的にドーナツ状円板形状にして、回転子磁極数、即ち整流子片と同数の電極を有している。このバリスタ２１の各電極は、それぞれ、各整流子足部２６と半田付けされる。この半田付けによって、バリスタ２１は、電気的に接続されるだけでなく、整流子部と同心に機械的にも固定される。
【０００４】
このような小型モータの巻線コイルなどの電子部品に用いられる導電材としてのワイヤーには、通常、ポリウレタン、ポリエステル等の絶縁材料によりコーティングされて絶縁性被覆膜が形成されている。小型モータの巻線コイルは、その端部を各整流子足部と電気的、機械的に接合する必要があるが、従来は、整流子足部と銅線材の融点がほぼ同じで、絶縁性被覆膜があるため、整流子足部の折り曲げた内側面に細かな凹凸（いわゆる、星打ち：細かな星形の凹部を設けること）を設けた非平滑面とし、更にスポット溶接によりヒートショックを与えることにより、被膜剥離と接合を行っていた。ただし、この方法は断線を引き起こす要因となるため、図４に示すように、整流子端子の折り曲げた内側部分に予め半田メッキをして銅線材を保持してやることで、ヒートショックによる断線を和らげていた。
【０００５】
しかし、図７を参照して上述したように、バリスタ２１を半田付けする際には、その熱により整流子足部の折り曲げた内側の半田もまた溶融し、その後冷却固化するときに、折り曲げ先端部が開いてしまうという問題があった。これは、半田量がバリスタ接続側の方が多量であり、かつ、折り曲げ部のスプリングバックも作用して、半田冷却時に、整流子端子の折り曲げ先端部が外側のバリスタ側に引っ張られてしまうことによるものである。
【０００６】
また、スポット溶接時或いは半田付け時の熱により絶縁性被覆膜が焼けて、有毒ガスが発生することがあり、環境対策の必要が生じるという問題もある。さらに、半田は重金属であって、半田付け自体に環境対策の必要性が求められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、係る問題点を解決して、小型モータの整流子足部と銅線材の接合において、溶接時のヒートショックによる断線不良の低減を図ると共に、モータ整流子として用いられる多種の整流子足部材質に関わらず、銅線材と溶接されるべき材質として最適のものを選択することを可能にし、溶接の安定化を図り、接続の信頼性を増すことを目的としている。
【０００８】
また、本発明は、小型モータの整流子足部と銅線材の接合において、半田メッキ、及び星打ちの必要を無くして作業工程を簡単化することを目的としている。
【０００９】
また、本発明は、半田メッキをなくし、さらには、熱による絶縁性被覆膜の有毒ガスの発生を抑えることにより環境に対応する小型モータの回転子を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の小型モータの回転子は、複数の回転子磁極及び整流子部を回転子シャフト上に備え、該回転子磁極の各巻線のワイヤー両端のそれぞれが、整流子部の対応する整流子片端部に結合されている整流子足部に絡げて溶接により接続される。整流子足部は、銅をベースとしたベース材を備え、その上に、該ベース材よりも融点が低くかつ電気抵抗が高い燐青銅からなる薄層のクラッド材を、巻線のワイヤーが溶接のために接触する表面部分の少なくとも一部において、加熱しつつ加圧する熱圧着により貼り付けて構成される。
【００１１】
また、小型モータの回転子の製造方法は、複数の回転子磁極及び整流子部を回転子シャフト上に備え、該回転子磁極の各巻線のワイヤー両端のそれぞれが、整流子部の対応する整流子片端部に結合されている整流子足部に絡げた後に溶接により加熱されて接続される。銅をベースとしたベース材を備え、該ベース材よりも融点が低くかつ電気抵抗が高い燐青銅からなるクラッド材を、巻線のワイヤーが溶接のために接触する表面部分の少なくとも一部において、加熱しつつ加圧する熱圧着によりベース材に貼り付けられる。このクラッド材を貼り付けたベース材により整流子足部を構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用することのできる小型モータの回転子構成を示す図である。図中の上側に示す図１（Ａ）は、巻線後のスポット溶接前の回転子を示し、かつ下側の図１（Ｂ）は、巻線前の回転子を示している。固定子側構成の図示は省略しているが、通常のものを用いることができる。例えば、２つのマグネットを内周面に取り付けた有底中空筒状の金属ケース内に、図示の回転子を挿入した後、金属ケースの開口部を、ケース蓋によって嵌着することにより、小型モータとして完成させることができる。その際、回転子のシャフト１１は、ケースの底部中央及びケース蓋にそれぞれ設けられた両軸受けによって両端が支持される。また通常のように、ケース蓋に支持されるブラシが備えられる。このブラシは、回転子上の整流子に摺動接触する一方、ケース蓋を貫通して突出する入力端子に結合して、外部より電源を供給することができる。
【００１３】
また、回転子シャフト１１上には、突極構成の複数の回転子磁極が通常に構成され、取り付けられる。この回転子磁極は、積層コア１４に巻いた巻線１３により通常に構成される。磁極数に等しい数の巻線のそれぞれの両端は、対応する整流子片２２に電気的及び機械的に結合されている整流子足部２６に、詳細は後述するようにして、スポット溶接により接続される。その結果、整流子足部２６は、巻線ワイヤーを溶着接続する。なお、バリスタを取り付ける際には、図７を参照して説明した従来技術と同様にして取り付けることができる。スポット溶接による溶着は、半田よりも高い温度でなされているので、半田付け時に溶着部が分離するということは生じない。
【００１４】
回転子シャフト上に取り付けられる整流子部の構成自体は、図５〜図７を参照して説明した従来技術と同様な構成とすることができる。図１に示した整流子部は、樹脂製の整流子芯（図示せず）の上に配置された各整流子片２２、及び巻線コイル端部を接続するために各整流子片と結合された整流子足部２６とから構成されている。また、図示したように、整流子足部２６を保持して位置決めするための樹脂製保持部２７を、整流子片２２の下部に位置する整流子芯と一体に形成して備えることができる。整流子足部２６はそれぞれ対応する整流子片２２と一体に形成して、整流子片の巻線側端部から折り曲げることにより形成することができるし、或いは、別個に形成した整流子足部２６を整流子片端部に固着することにより形成することも可能である。この整流子足部２６は、折り曲げられて、Ｕ字フック型に構成され、そのＵ字フック底部に巻線コイル端部である銅線材が絡げられた後、当該Ｕ字フック型整流子足部の外側から電極を当接させて加圧しつつスポット溶接により、銅線材を溶着する。
【００１５】
この溶着の際に、本発明においては、巻線のワイヤーが溶接のために接触することになる表面部分の少なくとも一部において、即ち、Ｕ字フック型整流子足部の折り曲げた内側に、銅材質よりも融点が低くて、電気抵抗の高い材質、例えば燐青銅から成る薄層のクラッド材が、貼り付けられているので、銅線材の断線を生じることもなく、先に溶けだしたクラッド材が銅線材を包むように溶着することが可能になる。
【００１６】
以下、本発明の特徴とするＵ字フック型整流子足部への銅線材の溶着について、図２及び図３を参照してさらに説明する。まず、図２において、整流子足部として、燐青銅などから成るクラッド材がベース材の表面に貼り付けられたものが用いられる。ベース材は、従来より整流子足部材質として用いられている材質にすることができ、整流子足部としての機能、さらにはそれに結合される整流子片の機能を果たすのに最適の材質、銅をベースとした材質によって形成される。クラッド材は、このベース材及び溶着する銅線材よりも融点が低く、かつ、電気抵抗の高い材質、例えば燐青銅が用いられる。電気抵抗を高くすることにより、スポット溶接時に流れる電流によって十分な熱を発生させることができる。クラッド材の厚さは、例えば、０．０５〜０．１ｍｍ程度の薄層にすることができる。なお、銅の融点は１０８０℃、すず8%含有の燐青銅の融点は１０２７℃、半田の融点は２５０〜２８０℃程度である。また、燐青銅の電気抵抗は、銅の６〜９倍程度である。
【００１７】
次にクラッド材として合金を用いた場合についての作用を述べる。合金は、液相点と固相点を有していることから、クラッド材としてさらに優れた効果を生じる。ここで、液相点と固相点について説明する。固相点とは金属が溶けはじめる温度であり、液相点とは完全に液体となる温度である。例えば、すず8%を含有した燐青銅の場合、液相点は１０２７℃、固相点は８８０℃となっている。前述の融点とは液相点のことである。スポット溶接時において、クラッド材が合金であると半溶融の状態となる。この半溶融のクラッド材が絶縁性被覆膜を溶かし、銅線材を包み込む様に整流子足部と接合される。このとき、クラッド材が半溶融であると包み込みが、より完全になされるのである。
【００１８】
クラッド材は完全に液体となってしまうと、いうまでもないがクラッド材が整流子足部からこぼれてしまい、整流子足部と銅線材の接合がなされない。したがって、スポット条件（温度・時間）の設定は重要である。液相点と固相点の幅がある程度の大きさを持っていると、生産時のスポット条件（温度・時間）の設定が容易となる。この点において、燐青銅は１００℃を超える液相点と固相点の幅を持っているので前述の要件も満足する。
【００１９】
このようなクラッド材は、整流子足部が折り曲げられてＵ字フックを形成する前に、整流子足部が折り曲げられた際には内側になる部分において、ベース材表面に貼り付けられる。この貼り付けは、例えば、加熱しつつ加圧することにより行うことができる。このクラッド材を貼り付けたベース材が、Ｕ字フック型整流子足部を構成するように、折り曲げられ、そして、そこに線材を通して絡げた後、Ｕ字フック型整流子足部は、その外側から電極を当接させて加圧しつつスポット溶接をする。このとき、銅材質よりも融点が低くて電気抵抗の大きいクラッド導体部が先に溶けだし銅線材を包むように溶着される。
【００２０】
銅線材の絶縁性被覆膜が低融点のものである場合、Ｕ字フック型整流子足部に銅線材を絡げた後、スポット溶接にてＵ字フック型整流子足部を発熱させることにより、Ｕ字フック型整流子足部と銅線材を接合することができる。高融点の絶縁性被覆膜を有する銅線材の場合は、Ｕ字フック型整流子足部に絡げる前に機械的に、例えば刃物を回転させ絶縁性被覆膜を削り取る方法によりＵ字フック型整流子足部と銅線材の接続部分の絶縁性被覆膜を除去して、Ｕ字フック型整流子足部に絡げる。絶縁性被覆膜を除去する事により事実上その材質を銅のみの１種とすることができ、さらには、整流子足部の種々の材質に対しても最適のクラッド材を選択することにより、最適のスポット溶接条件で接合することが可能となる。これによって、絶縁性被覆膜銅線材の線種別に配列していた多種類の整流子足部材質を統合することができ、また、生産条件の整理・統合が可能となる。さらに、予め絶縁性被覆膜を除去することによって、有害ガスが発生することも無くなる。
【００２１】
図３は、図２と同様な図であるが、クラッド材の貼り付け方法のみを異にする。この例において、クラッド材は、ベース材に埋め込まれた後に熱圧着されている。このクラッド材は、整流子足部が折り曲げられてＵ字フックを形成する前に、整流子足部が折り曲げられた際には内側になる部分において、ベース材表面に、例えば加圧ローラを用いて凹部が形成され、この凹部内に埋め込まれる。この埋め込みは、図２の例と同様に、例えば、加熱しつつ加圧する熱圧着／熱圧接により行うことができる。図示の例は、凹部を形成するための工程を必要とするが、圧着をより確実なものとすることができる。その後は、図２の例と同様に、このクラッド材を埋め込んだベース材が、Ｕ字フック型整流子足部を構成するように、内側に折り曲げられ、そして、そこに線材を通して、Ｕ字フック型整流子足部がスポット溶接により加圧され、銅材質より融点の低いクラッド導体部が先に溶けだし銅線材を包むように溶着される。
【００２２】
本発明の特徴とするこの銅線材の溶着について、図４に示す従来技術を参照しつつ、さらに説明する。図４は、銅線とＵ字状の銅端子（整流子足部）をスポット溶接する従来技術を示している。銅線と銅端子の両者共に銅であり、融点が同じであるために、端子の溶け込みが見られず、また、溶着接合時に断線することがある。銅の融点以上になったときには銅端子は溶融し得るが、ただ、その際には、銅端子だけでなく、銅線もまた溶融することが起こりうる。これに対して、図２或いは図３に示すように、クラッド材として、例えば燐青銅を用いると、燐青銅の融点が銅に比べて低いために、そして、燐青銅端子の電気抵抗が高いために、燐青銅クラッド材のみが溶融して、銅線を包むように溶け込むことになる。
【００２３】
図８は、図２或いは図３と同様な図であるが、さらに異なる例を示す図である。スポット溶接時に、整流子のＵ字フック型整流子足部は折り曲げられる。その際、ごくまれに、Ｕ字フック型整流子足部の折り曲げ部（図８における下部に位置する"折り曲げられる部分"）にひび割れが生じることがある。このひび割れの可能性を最小限にするために図８に示した構成では、銅ベース材外側（折り曲げた際に外側になる部分）に銅ベース材より軟らかな材料を貼り付けている。例えば銅ベース材としてＣ７２５０（三菱電機合金製品のカタログ掲載）を用いた場合、軟らかな材料として無酸素銅（ＪＩＳのＣ１０２０）などを貼り付ける。この構成によって、スポット溶接時にＵ字フック型整流子足部の折り曲げ部にひび割れが生じてしまうことを防止できる。
【００２４】
図９及び図１０は、本発明を適用する整流子部の別の例を示す図であり、図９は、整流子部の軸方向を図中において上下にして半径方向外側から見た図であり、図１０は、図９に示した整流子部を軸方向の先端側から見た図である。図１に示した例と同様に、整流子部は、樹脂製の整流子芯２４の上に配置された各整流子片２２、及び巻線コイル端部を接続するために各整流子片２２と結合された整流子足部２６とから構成されている。また、図示したように、各整流子片２２及びそれと結合された整流子足部２６を整流子芯２４上に保持して位置決めするためのワッシャ２８を備えている。整流子足部２６は、それぞれ対応する整流子片２２と一体に形成して、整流子片の巻線側端部から直角に折り曲げることにより形成することができるし、或いは、別個に形成した整流子足部２６を整流子片端部に固着することにより形成できることも、図１に示した例と同様である。
【００２５】
図９及び図１０に示した例において、整流子足部２６はＵ字フック型に折り曲げることなく、真っ直ぐな細長い板状に構成されている。このように構成された整流子足部に対しても、本発明を適用して、ベース材より融点が低く、かつ、電気抵抗が高いクラッド材、例えば燐青銅を貼り付けることができる。貼り付け位置は、巻線のワイヤーが溶接のために接触する表面部分の少なくとも一部であり、整流子足部２６の先端部分上面（シャフト軸方向で巻線とは反対側の面）が適切である。
【００２６】
この例において、巻線と整流子足部２６の接続は、まず、巻線の絶縁性被覆膜を除去し、巻線の絶縁性被覆膜を除去された部分を整流子足部２６にからげて、アーク溶接を行う。これによって、巻線と整流子が接続される。この際、整流子足部２６の巻線接続部において板幅を狭くした凹部（図１０参照）を形成すると、巻線をからげた際に、巻線のずれを防止できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ベース材及び銅線材より融点が低くて電気抵抗の大きい材質をベース材に貼り付けて、整流子足部を構成したから、整流子足部が溶接により加熱される際には、融点の低いクラッド導体部が先に溶けだし銅線材を包むように溶着する効果がある。
【００２８】
また、銅線材を整流子足部に絡げる前に絶縁性被覆膜を除去する事により、事実上その材質を銅のみの１種とすることにより、それに溶接される整流子足部のクラッド材の材質として最適のものを選択することができ、接続の信頼性を増すことができると共に、熱による絶縁性被覆膜の有毒ガスの発生を抑え、環境に対応することができるという効果がある。
【００２９】
また、銅線材とクラッド材の融点差を利用して接合するため、従来の半田メッキ、星打ちが不要になり、かつ星打ちとヒートショックによる断線の発生を低減させ、かつ予め絶縁性被覆膜を除去することによって熱による絶縁性被覆膜の有毒ガスの発生を抑え、環境対策上有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用することのできる小型モータの回転子構成を示す図であり、（Ａ）は、巻線後のスポット溶接前の回転子を示し、かつ（Ｂ）は、巻線前の回転子を示している。
【図２】本発明の特徴とするＵ字フック型整流子足部への銅線材の溶着について、説明するための図である。
【図３】図２と同様な図であるが、異なる例を示す図である。
【図４】銅線と銅端子を接合する従来技術を示す図である。
【図５】従来技術の小型モータの整流子部の概略斜視図である。
【図６】図５に示す整流子部の側面から見た図であり、巻線コイル端部を接合した状態を示している。
【図７】図中右側にバリスタのみを取り出して示すと共に、左側には、そのバリスタを取り付けて接続した状態を示す図である。
【図８】図２或いは図３と同様な図であるが、さらに異なる例を示す図である。
【図９】本発明を適用する整流子部の別の例を示す図であり、整流子部の軸方向を上下にして半径方向外側から見た図である。
【図１０】図９に示した整流子部を軸方向の先端側から見た図である。
【符号の説明】
１１ シャフト
１３ 巻線
１４ 積層コア
２１ バリスタ
２２ 整流子片
２４ 整流子芯
２６ 整流子足部
２７ 樹脂製保持部
２８ ワッシャ

Claims (14)

1. 複数の回転子磁極及び整流子部を回転子シャフト上に備え、該回転子磁極の各巻線のワイヤー両端のそれぞれが、整流子部の対応する整流子片端部に結合されている整流子足部に絡げて溶接により接続される小型モータの回転子において、
   前記整流子足部は、銅をベースとしたベース材と、該ベース材よりも融点が低くかつ電気抵抗が高い燐青銅からなる薄層のクラッド材とから成り、前記巻線のワイヤーが溶接のために接触する表面部分の少なくとも一部において、前記クラッド材を前記ベース材に対して加熱しつつ加圧する熱圧着により貼り付けた、
   ことから成る小型モータの回転子。
2. 前記整流子足部はＵ字フック型に構成されて、前記クラッド材は、前記整流子足部をＵ字フック型に折り曲げた際には内側になる表面部分において前記ベース材へ貼り付けた請求項１に記載の小型モータの回転子。
3. 前記Ｕ字フック型の整流子足部の外側にベース材より軟らかな材料を貼り付けた請求項２に記載の小型モータの回転子。
4. 前記軟らかな材料は、無酸素銅である請求項３に記載の小型モータの回転子。
5. 前記整流子足部は真っ直ぐな板状に構成されて、前記クラッド材は、前記整流子足部の先端部分であってかつ巻線が位置する側とは反対側の面において前記ベース材へ貼り付けた請求項１に記載の小型モータの回転子。
6. 前記ベース材の表面部分に、そこに貼り付けられるクラッド材に相当する凹部が予め形成されている請求項１に記載の小型モータの回転子。
7. 前記整流子足部に絡げられるワイヤー部分は、その絶縁性被覆膜が予め除去される請求項１に記載の小型モータの回転子。
8. 複数の回転子磁極及び整流子部を回転子シャフト上に備え、該回転子磁極の各巻線のワイヤー両端のそれぞれが、整流子部の対応する整流子片端部に結合されている整流子足部に絡げた後に溶接により加熱されて接続される小型モータの回転子の製造方法において、
   銅をベースとしたベース材を備え、
   該ベース材よりも融点が低くかつ電気抵抗が高い燐青銅からなるクラッド材を、前記巻線のワイヤーが溶接のために接触する表面部分の少なくとも一部において、加熱しつつ加圧する熱圧着により前記ベース材に貼り付け、
   このクラッド材を貼り付けたベース材により前記整流子足部を構成する、
   ことから成る小型モータの回転子の製造方法。
9. 前記整流子足部はＵ字フック型に構成されて、前記クラッド材は、前記整流子足部をＵ字フック型に折り曲げた際には内側になる表面部分において前記ベース材へ貼り付けた請求項８に記載の小型モータの回転子の製造方法。
10. 前記Ｕ字フック型の整流子足部の外側にベース材より軟らかな材料を貼り付けた請求項９に記載の小型モータの回転子の製造方法。
11. 前記軟らかな材料は、無酸素銅である請求項１０に記載の小型モータの回転子の製造方法。
12. 前記整流子足部は真っ直ぐな板状に構成されて、前記クラッド材は、前記整流子足部の先端部分であってかつ巻線が位置する側とは反対側の面において前記ベース材へ貼り付けた請求項８に記載の小型モータの回転子の製造方法。
13. 前記ベース材の表面部分に、そこに貼り付けられるクラッド材に相当する凹部が予め形成されている請求項８に記載の小型モータの回転子の製造方法。
14. 前記整流子足部に絡げられるワイヤー部分は、その絶縁性被覆膜が予め除去される請求項８に記載の小型モータの回転子の製造方法。

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