JP4252795B2 - 偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のコンミテータ製造方法に関し、特に、ディスクタイプの偏平型コンミテータにおけるセグメントの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動パワーステアリングやエンジンスタータ、燃料ポンプなどに使用されるモータでは、装置小型化等の要請から、偏平型のコンミテータ（フラットコンミ）を採用したものが登場している。この偏平型コンミテータは、円筒状の一般的なコンミテータと異なり、回転軸から径方向に延びるディスク状のブラシ摺動面を有しており、コンミテータメタルと呼ばれる金属部材が合成樹脂と一体に成型される。一体成型後、コンミテータメタルは、互いに絶縁状態となるように放射状に切断されて周方向に分離され、複数のセグメントが形成される。そして、このコンミテータメタルからなるブラシ摺動面に軸方向からブラシが摺接し、アーマチュア電流の切替が行われる。
【０００３】
このような偏平型コンミテータにおけるコンミテータメタルの製造方法としては、各セグメント用のものを個別に冷間鍛造にて形成したり、順送プレスにて円環状に連鎖体を形成したりする方式が採られている。しかしながら、これらの方式によると、プレス曲げやしごき、絞り等の加工により、曲げ角部の曲面（Ｒ）が大きくなるという問題があった。角部のＲが大きくなると、ブラシ摺動面の長さがＲ部分だけ少なくなり、摺動面長確保の点で不利となる。また、角部のＲは樹脂モールド時において、樹脂圧力に対しセグメントを浮かせる方向の分力を発生させる。さらに、コンミテータメタルは順送プレスを要する複雑な多工程にて製造されるため、設備費が増大すると共に、送りパイロット穴を確保するためブランク面積も大きくなり、その分、歩留まりも低下する。
【０００４】
図６は、樹脂モールド時における角部Ｒの影響を示す説明図である。図６に示すように、角部Ｒでは、ゲート５１から供給された樹脂は、コンミテータメタル５２の角部５３からブラシ摺動面５４側に回り込もうとする。すると、その圧力にてコンミテータメタル５２が上方に変形し、ブラシ摺動面５４の内径側に樹脂が漏れる恐れがある。樹脂漏れが生じると、ブラシ摺動面５４上のバリ取りが必要となるのみならず、バリの分だけセグメント間に段差が生じ、それを吸収するための切削加工がさらに必要となる。このため、樹脂モールド後の工程における工数が増大し、コストアップを招来するという問題があった。特に、プレス品のコンミテータメタルでは、スプリングバックよりメタルが変形する可能性もあり、樹脂漏れへの対策が求められていた。
【０００５】
一方、通常の筒型コンミテータにて用いられているセグメントの製造方法を適用し、前記の問題の解決を図る試みも行われている。図７は筒型コンミテータの構成を示す一部断面の側面図、図８は図７にて使用されているセグメントの製造方法の説明図である。筒型コンミテータ５５では、セグメント５６はテーターバーと呼ばれる棒状部材を適宜カットして形成される。テーターバー５７は銅製の引抜材であり、図８に示すように、台形断面に形成されている。セグメント５６は、このテーターバー５７を図中に破線にて示したような形で打ち抜き、図７の筒型コンミテータ５５にて使用される形状とする。
【０００６】
そこで、偏平型コンミテータのセグメント（コンミテータメタル）もこのようなテーターバー５７から製造すれはプレス品のような角部のＲは生ぜず、スプリングバックの問題もない。図９は、偏平型コンミテータのセグメントをテーターバーから製造する様子を示す説明図である。テーターバー５７から図９に破線にて示したようにセグメント５８を切り出せば、ブラシ摺動面５９の端部がＲとなることもない。従って、セグメント５８を樹脂モールドしてもブラシ摺動面５９に樹脂が回り込むことがなく、後加工の工数を減らすことが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開2000-125517号公報
【特許文献２】
特開平7-15917号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図９のようなテーターバー５７からセグメント５８を打ち抜くと、加工面がブラシ摺動面５４となる。すなわち、破断面がブラシ摺動面５４となる。このため、ブラシ摺動面５４の表面粗さが大きくなり、打抜加工後にさらに切削加工が必要となる。従って、モールド後の工数は削減されるものの、セグメント製造工数が増大し、効果的なコスト削減が図れない。また、セグメント５８形成に際しテーターバー５７の削除部分が比較的大きいため、歩留まりが悪く製造コスト上不利となる。さらに、テーターバー５７表面より軟らかいの内部の部位がブラシ摺動面５４となるため、その表面硬度が低くなるなどの問題があり、その改善が望まれていた。
【０００９】
本発明の目的は、偏平型コンミテータの樹脂モールド工程における樹脂漏れを防止し得るセグメントを容易かつ安価に製造し、偏平型コンミテータの製造工数の削減を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法は、合成樹脂によって円盤状に形成されたホルダ部と、前記ホルダ部の軸方向一端面に周方向に沿って配設された複数のセグメントとを有してなる偏平型コンミテータにおける前記セグメントの製造方法であって、引抜加工により、前記セグメントの断面形状と同様の断面形状の部位を有する母材を形成する工程と、前記母材を切断して前記セグメントを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、セグメントと同様の断面形状を備えた母材を切断することによってセグメントを製造しているので、例えば、母材に対する１回の打抜加工のみにてセグメントを成型でき、多数回の打抜加工が不要となる。従って、各工程のマッチングや送り誤差による寸法のバラツキがなく、寸法精度良くセグメントを成型できる。また、母材の加工は打ち抜きのみであり送り精度が求められないことから、セグメントの製造設備も汎用の安価な設備にて対応でき、セグメントを安価に加工することが可能となる。
【００１２】
前記偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記母材の引抜方向を前記セグメントにおけるブラシ摺接方向と略同一方向としても良い。これにより、ブラシ摺動面の加工方向がブラシ摺接方向と略一致し、打抜加工後に切削仕上げを行うことなく引抜面をそのままブラシ摺動面として使用することが可能となる。
【００１３】
また、前記偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記母材における引抜加工面が前記セグメントにおけるブラシ摺動面となるようにしても良い。これにより、引抜加工にて加工硬化が生じた部位がブラシ摺動面となり、ブラシ摺動面の硬度を向上させることができ、コンミテータの耐久性の向上が図られる。
【００１４】
さらに、前記偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記セグメントの前記ホルダ部に対する軸方向の抜け止めとなるアンカ部を前記引抜加工によって前記母材に形成しても良い。これにより、引抜工程後にテーパ加工や爪削ぎ加工などのアンカ部形成作業が不要となり、工数削減が図られる。
【００１５】
一方、前記偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記セグメントを、前記母材をその引抜方向と直角方向に打ち抜いて形成しても良い。この場合、前記セグメントを、隣接する前記セグメントが互いに内径側と外径側が反転した状態で打ち抜くようにしても良い。これにより、母材の不要部分が小さくなり、非常に効率良くセグメントを打ち抜くことができ、セグメントの歩留まり向上が図られ、製造コストを低減できるのみならず、廃棄物を削減することも可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による製造方法によって製造されたセグメントを用いた偏平型コンミテータの一例を示す一部切断斜視図である。
【００１７】
コンミテータ１は、図１に示すように偏平構造に構成されており、スタータモータやインタンク式燃料供給ポンプ等に使用される。コンミテータ１は、合成樹脂製のホルダ部２と複数の金属製セグメント３とを備えており、セグメント３はホルダ部２と一体にモールド成型されている。セグメント３の表面（図１において上面）はブラシ摺動面４となっており、そこに軸方向から図示しないブラシが接触する。
【００１８】
このようなコンミテータ１は、個々のセグメント３を円形のカートリッジに装着し、その状態で合成樹脂にて全体をモールド成型して形成される。成型されたコンミテータ１は、図示しない回転軸やアーマチュアコア、コイル巻線と共に組み付けられ、その後、合成樹脂にてコーティングが施されアーマチュアアッセンブリとなる。
【００１９】
ホルダ部２は、厚肉の略円盤形状に形成されており、中心部にはモータ回転軸固定用の軸孔５が形成されている。ホルダ部２の軸方向一端面には、複数のセグメント３が等間隔に配設されている。各セグメント３は略扇形形状に形成されており、ホルダ部２の表面上に放射状に配されている。セグメント３の間は、隣合うセグメント３を互いに電気的に絶縁するためのスリット６が形成されている。
【００２０】
図２は、セグメント３の構成を示す斜視図である。図２に示すように、セグメント３は、ブラシ摺動面４が形成される本体部７と、本体部７の外側に段差を設けて形成された外周部８を有している。外周部８にはＵ字型のコイル取付溝９が設けられている。コイル取付溝９には、図示しないアーマチュアコイルがフュージング等によって固定される。
【００２１】
本体部７の内周側にはボス部１１が設けられており、その内面側にはテーパ部１２ａが形成されている。本体部７と外周部８との境界は段部１３となっており、その内面側もまたテーパ部１２ｂとなっている。テーパ部１２ａ，１２ｂは本体部７側に向かって拡開しており、セグメント３のホルダ部２に対する軸方向の抜け止めとなるアンカ部１４を形成している。
【００２２】
このようなセグメント３は、次のようにして形成される。図３，４は本発明の実施の形態１であるセグメント３の製造方法を示す説明図である。図３に示すように、セグメント３もまた銅製のテーターバー（母材）１５から切り出される。テーターバー１５は銅材を矢示Ｘ方向に引抜加工して形成され、その断面は、図３，４に示すように、セグメント３の図２におけるＡ−Ａ断面と同一形状に成型されている。すなわち、テーターバー１５は、本体部７となる本体形成部１７、外周部８となる外周形成部１８、ボス部１１となるボス形成部２１が一体に成型された形態となっている。
【００２３】
テーターバー１５の本体形成部１７と外周形成部１８との間は段部２３となっており、それらの内側にはそれぞれテーパ面２２ａ，２２ｂが形成されている。テーターバー１５の断面形状は、引抜ダイスによって決まるため、曲げ加工に比して断面形状の自由度が大きく、ボス部１１の内側と段部２３の内側にも容易にテーパ面２２ａ，２２ｂを形成できる。プレス加工によるコンミテータメタル５２では、図６に示すように、抜け止めのためにボス部６１をテーパ形状に加工する工程や、係合片６２を形成する爪削ぎ工程が必要となる。これに対し当該セグメント３では、引抜工程にて同時にアンカ形状が成型され、テーパ加工や爪削ぎ加工などが不要となり、工数削減が図られる。
【００２４】
セグメント３は、図４に示すように、テーターバー１５から横並びに打ち抜かれる。打抜加工は引抜方向Ｘと直角の方向（図３のＹ方向）に行われる。テーターバー１５からのセグメント成型は１回の打抜加工にて可能であり、多数回の打ち抜きに比して、各工程のマッチングや送り誤差による寸法のバラツキがなく、寸法精度良くセグメント３を成型できる。その際に使用する設備も、プレスは打抜加工のみであり送り精度も求められないことから、汎用の安価な設備にて対応でき、セグメント３を安価に加工することが可能となる。
【００２５】
また、図４に示すように、セグメント３の打抜加工では、図９の場合に比して削除面積を少なく抑えることができる。従って、材料が有効活用され歩留まりの向上が図られる。さらに、セグメント３の成型に際しては曲げ加工がなく、角部のＲは最小限に抑えられる。このため、樹脂モールドによるブラシ摺動面４への樹脂の回り込みがなく、後加工の工数削減が図られる。
【００２６】
一方、セグメント３では、ブラシ摺動面４は本体形成部１７の外面１７ａとなる。つまり、引抜加工面がブラシ摺動面４となる。引抜加工面は、打抜加工による破断面に比して表面粗さや平面度が高く、そのままブラシ摺動面４として使用することも可能である。図８，９の従来のセグメントでは引抜面は樹脂モールド内に埋もれ、破断面がブラシ摺動面４となっており、良好な面があるにもかかわらずそれが活用されていない。これに対し、当該セグメント３では引抜加工面がブラシ摺動面４となるように設定し、その良好な面を積極的に活用している。従って、セグメント３を用いれば、樹脂モールド後におけるブラシ摺動面４の仕上げ加工が不要となり、コンミテータ１の製造工数の削減が可能となる。なお、本体形成部１７の外面１７ａは、引抜加工による加工硬化により硬度が高くなっており、ブラシ摺動面４の耐久性向上も図られる。
【００２７】
また、一般にテーターバーの引抜方向Ｘは、図８，９に示すように、ブラシ摺接方向（回転方向）Ｚと直角方向となる。ブラシ摺動面４の表面における素材の配向から見ると、その加工方向とブラシ摺接方向は一致している方が好ましい。しかしながら、図８，９の場合には、セグメントのブラシ摺動面は打抜加工後に切削仕上げが予定されているため、両者の方向が異なっても余り影響はない。これに対し、セグメント３のブラシ摺動面４では、テーターバー１５の引抜方向（図３のＸ方向）が、ブラシ摺接方向（図２のＺ方向）と略同一方向となっている。当該実施の形態では、セグメント３の周方向の中心線（図２のＡ−Ａ線）上におけるブラシ摺接方向Ｚの接線方向が、テーターバー１５の引抜方向Ｘと一致している。従って、セグメント３では加工方向とブラシ摺接方向の相違に起因する後加工を省くことができ、引抜面の良好性や表面硬度の点も相俟って、テーターバー１５を打ち抜いたものをそのまま製品化することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２であるセグメント製造方法を示す説明図である。なお、実施の形態１と同様の部分、部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２９】
実施の形態２の製造方法では、セグメント３の歩留まりをさらに高くするため、図５のように、テーターバー（母材）２５に対しいわゆる千鳥抜きを行っている。テーターバー２５は、隣接するセグメント３を上下反対方向に打ち抜けるように、セグメント３と同様の断面形状を有する部位が形成され、上下に対称な形態となっている。すなわち、テーターバー２５は、全部がセグメント３と同様の断面形状となっているテーターバー１５における外周形成部１８を両端に設け、外端部２６を両端に形成した形となっている。
【００３０】
隣接するセグメント３は、上下、すなわち、内径側と外径側が反転した形で打ち抜かれる。テーターバー２５は、内径側（先細側）となる外端部２６が途中の位置で打ち抜かれ、ボス部１１が形成される。図４，５を比較すれは明らかなように、当該製造方法ではテーターバー２５の不要部分が小さく、非常に効率良くセグメント３が打ち抜かれる。従って、セグメント３の歩留まりを向上させることができ、製造コストを低減できるのみならず、廃棄物の削減も図られる。
【００３１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述のコンミテータ１では、ブラシ摺動面４を清浄化するための切削仕上げを省くことが可能であるが、要求される完成品精度に応じて平面度や面粗さを切削加工によって適宜仕上げ加工を行っても良い。しかし、その場合にも、従来に比して研削等の工数を少なくすることが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法によれば、引抜加工によりセグメントの断面形状と同様の断面形状の部位を有する母材を形成し、この母材を切断してセグメントを形成するようにしたので、母材の切断加工によってセグメントを成型でき、多工程の加工が不要となる。従って、各工程のマッチングや送り誤差による寸法のバラツキがなく、寸法精度良くセグメントを成型できる。また、母材の加工に送り精度が求められないことから、セグメントの製造設備も汎用の安価な設備にて対応でき、セグメントを安価に加工することが可能となる。
【００３３】
また、母材の引抜方向をセグメントのブラシ摺接方向と略同一方向とすることにより、ブラシ摺動面の加工方向がブラシ摺接方向と略一致させることができ、打抜加工後に切削仕上げを行うことなく引抜面をそのままブラシ摺動面として使用することが可能となる。
【００３４】
さらに、母材の引抜加工面をセグメントのブラシ摺動面とすることにより、引抜加工にて加工硬化が生じた部位がブラシ摺動面となり、ブラシ摺動面の硬度を向上させることができ、コンミテータの耐久性の向上が図られる。
【００３５】
加えて、アンカ部を引抜加工によって母材に形成することにより、引抜工程後にテーパ加工や爪削ぎ加工などのアンカ部形成作業が不要となり、工数削減が図られる。
【００３６】
一方、隣接するセグメントが互いに内径側と外径側が反転した状態で母材から打ち抜くことにより、母材の不要部分が小さくなり、効率良くセグメントを打ち抜くことができ、セグメントの歩留まり向上が図られ、製造コストを低減できるのみならず、廃棄物を削減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法によって製造されたセグメントを用いた偏平型コンミテータの一例を示す一部切断斜視図である。
【図２】偏平型コンミテータのセグメントの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１であるセグメント製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１であるセグメント製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２であるセグメント製造方法を示す説明図である。
【図６】樹脂モールド時における角部Ｒの影響を示す説明図である。
【図７】筒型コンミテータの構成を示す一部断面の側面図である。
【図８】図７にて使用されているセグメントの製造方法の説明図である。
【図９】偏平型コンミテータのセグメントをテーターバーから製造する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１ コンミテータ
２ ホルダ部
３ セグメント
４ ブラシ摺動面
５ 軸孔
６ スリット
７ 本体部
８ 外周部
９ コイル取付溝
１１ ボス部
１２ａ，１２ｂ テーパ部
１３ 段部
１４ アンカ部
１５ テーターバー（母材）
１７ 本体形成部
１７ａ 外面
１８ 外周形成部
２１ ボス形成部
２２ａ，２２ｂ テーパ面
２３ 段部
２５ テーターバー（母材）
２６ 外端部
５１ ゲート
５２ コンミテータメタル
５３ 角部
５４ ブラシ摺動面
５５ 筒型コンミテータ
５６ セグメント
５７ テーターバー
５８ セグメント
５９ ブラシ摺動面
６１ ボス部
６２ 係合片
Ｘ テーターバー引抜方向
Ｙ テーターバー打抜方向
Ｚ ブラシ摺接方向

Claims (6)

1. 合成樹脂によって円盤状に形成されたホルダ部と、前記ホルダ部の軸方向一端面に周方向に沿って配設された複数のセグメントとを有してなる偏平型コンミテータにおける前記セグメントの製造方法であって、
   引抜加工により、前記セグメントの断面形状と同様の断面形状の部位を有する母材を形成する工程と、
   前記母材を切断して前記セグメントを形成する工程とを有することを特徴とする偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法。
2. 請求項１記載の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記母材の引抜方向は、前記セグメントにおけるブラシ摺接方向と略同一方向であることを特徴とする偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法。
3. 請求項１または２記載の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記母材における引抜加工面が前記セグメントにおけるブラシ摺動面となることを特徴とする偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記セグメントの前記ホルダ部に対する軸方向の抜け止めとなるアンカ部を、前記引抜加工により前記母材に形成することを特徴とする偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記セグメントは、前記母材をその引抜方向と直角方向に打ち抜いて形成されることを特徴とする偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法。
6. 請求項５記載の偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法において、前記セグメントは、隣接する前記セグメントが互いに内径側と外径側が反転した状態で打ち抜かれることを特徴とする偏平型コンミテータ用セグメントの製造方法。

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