JP5184261B2 - Manufacturing method of commutator for rotating electrical machine - Google Patents
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Description
本発明は、直流電動機や直流発電機のような回転電機に用いられる整流子に関する。 The present invention relates to a commutator used in a rotating electrical machine such as a DC motor or a DC generator.
従来、直流電動機や直流発電機のような回転電機に用いられる整流子の製造方法として、整流子片が連結した円筒状の整流子片母材を金型にセットし、整流子片母材の内側に樹脂を射出してインサート成形することによって整流子片母材と樹脂胴体とが一体とされて整流子の母材を作成し、整流子片母材を周方向に所定のピッチで切削することにより、電気的に独立した複数の整流子片が外周部に配置された整流子を形成する方法が知られている。この方法は、整流子片の配置精度および整流子片と樹脂胴体との密着性を確保することができるが、製造設備が大型化、高額化することから、整流子の製造コストが割高となる傾向がある。 Conventionally, as a method of manufacturing a commutator used in a rotating electric machine such as a DC motor or a DC generator, a cylindrical commutator piece base material connected with commutator pieces is set in a mold, and the commutator piece base material The commutator piece base material and the resin body are integrated by injecting resin inside and insert molding to create a commutator base material, and the commutator piece base material is cut at a predetermined pitch in the circumferential direction. Thus, a method of forming a commutator in which a plurality of electrically independent commutator pieces are arranged on the outer peripheral portion is known. Although this method can ensure the arrangement accuracy of the commutator pieces and the adhesion between the commutator pieces and the resin body, the manufacturing equipment becomes larger and expensive, so the manufacturing cost of the commutator becomes higher. Tend.
一方、安価な製造コストで整流子を製造する方法として、筒状の樹脂胴体の外周部に軸方向に延びる嵌合溝を複数形成し、各被嵌合部に対して整流子片を嵌め込むことによって樹脂胴体の外周部に複数の整流子片を配置した整流子を製造する方法がある。この製造方法は、製造設備が簡易で済む上、製造工数が少ないために生産性も高い。 On the other hand, as a method of manufacturing a commutator at a low manufacturing cost, a plurality of fitting grooves extending in the axial direction are formed on the outer peripheral portion of a cylindrical resin body, and a commutator piece is fitted into each fitted portion. Thus, there is a method of manufacturing a commutator in which a plurality of commutator pieces are arranged on the outer periphery of the resin body. This manufacturing method is simple in manufacturing equipment and has high productivity due to a small number of manufacturing steps.
ところが、この方法では樹脂胴体に対する整流子片の嵌合精度が不足し、整流子片が径方向外側へ浮き上がる虞がある。そこで、樹脂胴体の外周部に突起状の支持部を形成し、この支持部を外側から包み込み且つ支持部の基端側に形成された嵌合溝に嵌合する一対の挟持部を整流子片に形成し、これにより、整流子片を樹脂胴体に確実に固定する発明が提案されている(特許文献1参照)。
整流子は、モータ等の回転軸に一体的に取り付けられ、その外周面にブラシが当接した状態で回転軸と共に回転するため、各整流子片の摺接面が回転軸を中心とする真円筒面上に配置されることが望まれる。しかしながら、整流子片を樹脂胴体に嵌め込むことで整流子片を樹脂胴体の外周部に配置した整流子の製造方法は、設備費や生産性の面でインサート成形による製造方法に比べて優位性を有するが、整流子片と樹脂胴体との間に隙間が生じ易いため、整流子片の配置精度が劣ってしまう。この問題は特許文献1の発明においても同様に存在する。 The commutator is integrally attached to a rotating shaft of a motor or the like, and rotates together with the rotating shaft in a state where the brush is in contact with the outer peripheral surface thereof. It is desired to be placed on a cylindrical surface. However, the commutator manufacturing method in which the commutator piece is placed on the outer periphery of the resin body by fitting the commutator piece into the resin body is superior to the manufacturing method by insert molding in terms of equipment cost and productivity. However, since a gap is easily generated between the commutator piece and the resin body, the arrangement accuracy of the commutator piece is inferior. This problem also exists in the invention of Patent Document 1.
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、生産性が高く、且つ整流子片の配置精度の高い回転電機用の整流子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a commutator for a rotating electrical machine that has high productivity and high placement accuracy of commutator pieces.
上記課題を解決するために、本発明は、回転電機に用いられる整流子の製造方法であって、回転軸が挿入される貫通孔と、前記貫通孔の軸方向に平行で外周部において周方向に配置される複数の保持溝とを備え、当該保持溝の底部に嵌合溝が形成された略円筒状の樹脂胴体を成形するための第1の金型を用意するステップと、熱硬化性樹脂を第1の金型に射出することにより、前記樹脂胴体を成形するステップと、ブラシ摺接面と当該ブラシ摺接面と相反する側に形成された嵌合突起とを備えた整流子片を複数用意するステップと、前記嵌合突起が前記嵌合溝に嵌合するように前記複数の整流子片を前記複数の保持溝に配置するステップと、前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を圧縮成形するための第2の金型を用意するステップと、前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を第2の金型にセットし、前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上の温度で圧縮成形することにより、前記整流子片の摺接面を前記樹脂胴体と同軸の円筒面上に配置するステップとを備えたものとする。 In order to solve the above problems, the present invention is a method of manufacturing a commutator used in a rotating electrical machine, wherein a through hole into which a rotating shaft is inserted and a circumferential direction at an outer peripheral portion parallel to the axial direction of the through hole A first mold for forming a substantially cylindrical resin body having a plurality of holding grooves disposed on the bottom and having a fitting groove formed at the bottom of the holding groove; and thermosetting A commutator piece comprising a step of molding the resin body by injecting resin into a first mold, and a brush sliding contact surface and a fitting protrusion formed on a side opposite to the brush sliding contact surface A plurality of commutator pieces, the step of arranging the plurality of commutator pieces in the plurality of holding grooves such that the fitting protrusions are fitted in the fitting grooves, and the plurality of commutator pieces are the plurality of pieces. Second mold for compression-molding the resin body disposed in the holding groove And preparing the resin body in which the plurality of commutator pieces are arranged in the plurality of holding grooves in a second mold, and compression molding at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the thermosetting resin. And a step of arranging the sliding contact surface of the commutator piece on a cylindrical surface coaxial with the resin body.
この場合、前記第2の金型は、前記貫通孔を成形するための円柱状の突部を備え、前記圧縮成形する際に、前記樹脂胴体を軸方向に圧縮するようにするとよい。 In this case, the second mold may include a columnar protrusion for forming the through hole, and the resin body may be compressed in the axial direction when the compression molding is performed.
本発明によれば、第1の金型で硬化温度を低くしガラス転移温度を下げた樹脂胴体を成形することにより、熱硬化性樹脂による予備成形が行われ、整流子片を保持溝に配置した後に第2の金型で樹脂胴体をガラス転移温度以上の温度で圧縮成形することにより、樹脂胴体が塑性変形し、整流子片の摺接面が樹脂胴体と同軸の円筒面をなす第2の金型に沿って配置されるように変形、硬化するため、整流子片の摺接面の位置精度を向上させることができる。また、本製造方法は、インサート成形をする必要がなく、スリット加工を施す必要もないため、簡易な設備で済み、投資設備費用が抑制される。したがって、整流子を安価に製造することができ、多機種の電動機に対応して形状や寸法の異なる複数モデルの整流子を容易に製造することができる。更に、インサート成形を用いた製造に比べて整流子の製造サイクルタイムも短縮されるため、生産性も向上する。 According to the present invention, by forming a resin body having a low curing temperature and a low glass transition temperature with the first mold, pre-molding with a thermosetting resin is performed, and the commutator piece is disposed in the holding groove. After that, the resin body is compression-molded with a second mold at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature, whereby the resin body is plastically deformed, and the sliding contact surface of the commutator piece forms a cylindrical surface coaxial with the resin body. Since it deform | transforms and hardens | cures so that it may be arrange | positioned along this metal mold | die, the positional accuracy of the sliding contact surface of a commutator piece can be improved. In addition, since this manufacturing method does not require insert molding and does not require slit processing, simple equipment is required and investment equipment costs are reduced. Accordingly, the commutator can be manufactured at low cost, and a plurality of models of commutators having different shapes and dimensions can be easily manufactured in correspondence with various types of electric motors. Furthermore, since the manufacturing cycle time of the commutator is shortened compared to the manufacturing using insert molding, the productivity is also improved.
また、前記第2の金型が前記貫通孔を成形するための円柱状の突部を備え、前記樹脂胴体を軸方向に圧縮することにより、樹脂胴体の貫通孔の精度を高めることができる。これにより、整流子の貫通孔に対する内径加工を省略することができ、更なる低コスト化、生産性の向上が実現される。 Moreover, the said 2nd metal mold | die is provided with the column-shaped protrusion for shape | molding the said through-hole, and the precision of the through-hole of a resin body can be improved by compressing the said resin body to an axial direction. Thereby, the internal diameter process with respect to the through-hole of a commutator can be abbreviate | omitted, and further cost reduction and the improvement of productivity are implement | achieved.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る整流子10を適用した電動モータ装置の断面図である。電動モータ装置は、車両に搭載される窓開閉用の電動モータ装置であって、ブラシ付きDCモータ(以下、単にモータ1と記す)とそのヨークを兼ねる有底円筒状のケーシング2に一体的に結合された減速装置3とにより構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric motor device to which a
図示例のモータ1は、ケーシング2内に回転自在に受容された回転子4と、回転子4を外囲するようにケーシング2の対応する内周面に配設された複数の永久磁石7と、回転子4に摺接するブラシ8とを備える一般的な構造のDCモータである。回転子4は、ケーシング2に回転自在に保持された金属製の回転軸5と、回転軸5に同軸かつ一体に設けられたアーマチュア6と、アーマチュア6に隣接して回転軸5に同軸かつ一体に取り付けられた略円筒状の整流子10とから構成される。ブラシ8は、ケーシング2に取り付けられたブラシホルダにより支持されており、整流子10の外周面に摺接している。
The illustrated motor 1 includes a rotor 4 rotatably received in a
回転軸5は、ケーシング2から突出する側において、減速装置3の樹脂製のボディ内に延在するとともに、減速装置3内に設けられた2つの軸受9a,9bによって軸支されている。また、回転軸5は、ケーシング2の減速装置3と相反する側に設けられた軸受9cによって端部が軸支されている。減速装置3側へ突出した回転軸5の中間部分には、ウォーム5aが一体形成されており、ウォーム5aにウォームホイール17がギア結合することにより、減速装置3が構成されている。なお、ウォームホイール17の軸が、図示しない窓を開閉するためのレギュレータのリンク機構を駆動する本モータ装置の出力軸となっている。
The rotating
図2は実施形態に係る整流子10の縦断面図であり、図3は図2中のIII−III断面図である。図2,3に示すように、整流子10は、略円筒状の樹脂胴体11と、樹脂胴体11の外周部に周方向に等間隔に複数配置された銅製の整流子片12とから構成される。樹脂胴体11は、回転軸5が挿入される貫通孔11aと、整流子片12を保持するために外周部に形成された貫通孔11aと平行な複数の保持溝11bと、整流子片12を嵌着させるために保持溝11bの底部に形成された嵌合溝11cとを備えている。整流子片12は、全てが略扇状の同一形状に形成されており、それぞれが、整流子10の径方向外側(弧側)に配置された円弧状の摺接面12aと、整流子10の軸線A方向の一端部にて径方向外側へ向けて突出するライザ12bと、整流子10の径方向内側にて整流子10の周方向両側へ突出して嵌合溝11cに嵌合する嵌合突起12cとを備えている。整流子片12は、電気的に独立した状態に配置されており、樹脂胴体11の外周面から突出した部分が互いに隣接する整流子片12との間にスリット13を形成している。
2 is a longitudinal sectional view of the
次に、整流子10の製造方法について説明する。図4は整流子10の製造方法を示すフローチャートであり、図5〜図8は整流子10の製造方法に関する説明図であって、図5は第1の金型20を一部破断して示す斜視図を、図6は樹脂胴体11の横断面図を、図7は整流子10の縦断面図を、図8は整流子10がセットされた第2の金型30の断面図をそれぞれ示している。
Next, a method for manufacturing the
先ず、整流子10を製造するための準備工程を行う(ステップ1)。詳しくは、回転軸5が挿入される貫通孔11aが形成され、貫通孔11aと平行な複数の嵌合溝11cを外周部に備えた略円筒状の樹脂胴体11を成形するために、第1の金型20(図5参照)を用意する。また、摺接面12a、ライザ12bおよび嵌合突起12cを備えた複数の整流子片12を用意する。更に、整流子片12をその摺接面12aが樹脂胴体11と同軸の円筒面となるように配置すべく、樹脂胴体11を圧縮成形するための第2の金型30(図8参照)を用意する。
First, the preparatory process for manufacturing the
図5に示すように、第1の金型20は、樹脂胴体11の外周面を成形するための中型21と、樹脂胴体11の軸方向両端面を成形するための上型22および下型23とから構成されており、これらがキャビティ24を形成している。下型23の中央部には、回転軸5が挿入される樹脂胴体11の貫通孔11aを成形するために、その上面が上型22に当接するポスト23aが突設されている。図示は省略するが、第1の金型20には、射出形成機のノズルが接合するスプルーや、スプルーに開口してノズルから射出された樹脂をキャビティに導くランナおよびゲート、キャビティ24内の空気やガスを排出するエアベント等が形成されている。
As shown in FIG. 5, the
次に、第1の金型20のキャビティ24に対し高強度フェノール樹脂を射出して図6に示す樹脂胴体11を成形する(ステップ2)。高強度フェノール樹脂としては、ガラス繊維を補強材としたフェノール樹脂が使用される。なお、フェノール樹脂の硬化温度は一般に160℃〜190℃とされている。本実施形態では、第1の金型20および高強度フェノール樹脂の温度は、フェノール樹脂の一般的な成型温度以下(例えば150℃)に設定される。
Next, a high-strength phenol resin is injected into the
次に、ステップ2で形成した樹脂胴体11の外周部に24個の整流子片12を取り付ける(ステップ3)。具体的には、図7に示すように、嵌合溝11c内に嵌合突起12cが挿入されるように樹脂胴体11の軸方向一端からスライドさせることにより、各整流子片12を樹脂胴体11の外周部に形成された保持溝11bに取り付ける。
Next, 24
その後、予備成形された樹脂胴体11の外周部に整流子片12が取り付けられた整流子10を、図8に示すように、第2の金型30にセットし、第2の金型30を加熱するとともに図中の上下方向(樹脂胴体11の軸方向)に加圧することにより、樹脂胴体11を圧縮成形する(ステップ4)。第2の金型30は、真円筒状の内周面31aを有する上型31と、内周面31aと同軸の外周面33aを有する円柱状のガイドポスト33が突設された下型32とから構成され、内周面31aや外周面33a等によってキャビティを形成している。上型31の内周面31aには、スリット13の補完形状をなす24本の突条31bが形成されている。この際、第2の金型30は、高強度フェノール樹脂のガラス転移温度よりも高い温度(例えば200℃)に設定され、ガイドポスト33が樹脂胴体11の貫通孔11aに挿入された状態で樹脂胴体11を図中の上下方向に加圧する。これにより、樹脂胴体11は、ガラス転移点以上の温度で塑性変形し、整流子片12を上型31の内周面31aに密着させ、且つ樹脂胴体11の貫通孔11aをガイドポスト33の外周面33aに密着させるように圧縮変形し、所定時間にわたって高温下(例えば200℃)に維持されることにより硬化する。なお、上記では樹脂胴体11に整流子片12を取り付けた後に第2の金型30にセットした場合を記したが、樹脂胴体11を第2の金型30にセットした後に整流子片12を取り付けてもよい。
Thereafter, the
その後、樹脂胴体11が硬化した整流子10を第2の金型30から取り出し、樹脂胴体11の局部的な残留応力を除去し、ガラス転移温度を高くし硬度を高くするために整流子10のアフターベーク処理を行い(ステップ5)、整流子10の製造工程が完了する。
Thereafter, the
製造された整流子10は、貫通孔11aに回転軸5が圧入されて回転子4として構成され、その仕上げ処理として外周面の切削加工を施される。
The manufactured
このように、本製造方法によれば、整流子10は、第1の金型20で一般的な成型温度以下(例えば150℃)での熱硬化性樹脂による射出成形により、樹脂胴体11の予備成形が行われ、樹脂胴体11の外周部に整流子片12が嵌着された後に、第2の金型30でガラス転移温度以上の温度(例えば200℃)で加圧されることにより、樹脂胴体11が塑性変形により圧縮変形して最終的な成形がなされた後に硬化するため、整流子片12を第2の金型の形状に整合させることができる。したがって、整流子片12が適所に高精度に配置される。また、本製造方法によれば、インサート成形を用いた製造に対し、設備の簡易化による製造コストの削減や、製造サイクルタイムの短縮による生産性の向上が実現される。
Thus, according to the present manufacturing method, the
また、第2の金型30が真円柱状のガイドポスト33を備え、樹脂胴体11を軸方向に圧縮することにより、樹脂胴体11の貫通孔11aが整流子片12の摺接面12aと同軸且つ真円筒状に成形される。これにより、整流子10に対する貫通孔11aの内径加工が省略可能となり、更なる低コスト化、生産性の向上が実現される。
Further, the
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、整流子が窓開閉用の電動モータ装置に適用されているが、その適用対象はこれに限定されるものではなく、ブラシ付きDCモータであれば如何なる用途に用いられるものであってもよい。また、整流子の適用対象は電気エネルギを回転運動エネルギに変換するモータに限られず、回転運動エネルギを電気エネルギに変換するDC発電機であってもよい。 This is the end of the description of specific embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above embodiment, the commutator is applied to an electric motor device for opening and closing a window, but the application target is not limited to this, and any DC motor with a brush can be used for any purpose. It may be. The application target of the commutator is not limited to a motor that converts electrical energy into rotational kinetic energy, but may be a DC generator that converts rotational kinetic energy into electrical energy.
また、上記実施形態では樹脂胴体を成形するに際し、射出成形法を採用しているが、これ以外の方法を採用してもよい。例えば、押出成形法を採用した場合、同一断面形状の樹脂胴体を一層容易且つ効率的に製造することができる。更に、樹脂胴体の材料となる熱硬化性樹脂や整流子片の材料は上記したものに限られるものではない。また、熱硬化性樹脂を予備成形する際の温度および圧縮成形する際の温度についても、用いる材料の特性や製造条件等に応じて変更可能であり、これらの他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。 Moreover, in the said embodiment, when shape | molding the resin body, the injection molding method is employ | adopted, However, You may employ | adopt methods other than this. For example, when the extrusion molding method is employed, a resin body having the same cross-sectional shape can be manufactured more easily and efficiently. Furthermore, the material of the thermosetting resin or commutator piece used as the material of the resin body is not limited to the above. In addition, the temperature at which the thermosetting resin is preformed and the temperature at which compression molding is performed can be changed according to the characteristics of the material used, the manufacturing conditions, and the like, and other than these, it does not depart from the spirit of the present invention. Any change can be made within the range.
1 モータ
5 回転軸
8 ブラシ
10 整流子
11 樹脂胴体
11a 貫通孔
11b 保持溝
11c 嵌合溝
12 整流子片
12a 摺接面
12c 嵌合突起
13 スリット
20 第1の金型
30 第2の金型
A 軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
回転軸が挿入される貫通孔と、前記貫通孔の軸方向に平行で外周部において周方向に配置される複数の保持溝とを備え、当該保持溝の底部に嵌合溝が形成された略円筒状の樹脂胴体を成形するための第1の金型を用意するステップと、
熱硬化性樹脂を第1の金型に射出することにより、前記樹脂胴体を成形するステップと、
ブラシ摺接面と当該ブラシ摺接面と相反する側に形成された嵌合突起とを備えた整流子片を複数用意するステップと、
前記嵌合突起が前記嵌合溝に嵌合するように前記複数の整流子片を前記複数の保持溝に配置するステップと、
前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を圧縮成形するための第2の金型を用意するステップと、
前記複数の整流子片が前記複数の保持溝に配置された前記樹脂胴体を第2の金型にセットし、前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度以上の温度で圧縮成形することにより、前記整流子片の摺接面を前記樹脂胴体と同軸の円筒面上に配置するステップと
を備えたことを特徴とする整流子の製造方法。 A method of manufacturing a commutator used in a rotating electrical machine,
The through hole into which the rotating shaft is inserted, and a plurality of holding grooves arranged in the circumferential direction in the outer peripheral portion parallel to the axial direction of the through hole, and a fitting groove formed at the bottom of the holding groove Providing a first mold for molding a cylindrical resin body;
Molding the resin body by injecting a thermosetting resin into a first mold;
Preparing a plurality of commutator pieces each having a brush sliding contact surface and a fitting protrusion formed on a side opposite to the brush sliding contact surface;
Disposing the plurality of commutator pieces in the plurality of holding grooves such that the fitting protrusions are fitted in the fitting grooves;
Preparing a second mold for compression molding the resin body in which the plurality of commutator pieces are disposed in the plurality of holding grooves;
By setting the resin body in which the plurality of commutator pieces are arranged in the plurality of holding grooves to a second mold and compression-molding at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the thermosetting resin, the rectification And a step of disposing a sliding contact surface of the child piece on a cylindrical surface coaxial with the resin body.
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