JP5937081B2 - コンミテータおよび電動モータ - Google Patents

Description

この発明は、コンミテータおよびこのコンミテータを用いた電動モータに関する。
本願は、２０１１年８月２９日に、日本に出願された特願２０１１−１８５４５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

一般に、電動モータは、略円筒形状のモータハウジングと、モータハウジングの内周面に配置された複数のマグネットと、ハウジング内に回転自在に支持されているアーマチュアと、アーマチュアに電力を供給するブラシ装置と、を備えている。

アーマチュアは、モータ軸を構成するシャフトと、シャフトの外側に嵌められて固定されるアーマチュアコアと、アーマチュアコアの一端側にてシャフトの外側に嵌められて固定されるコンミテータと、アーマチュアコアに巻装されるコイル線から構成されるアーマチュアコイルと、を備えている。

コンミテータは、樹脂より形成された円柱形状のコンミテータ本体部と、導電性材料より形成され、コンミテータ本体部の外周面の周方向に略等ピッチに固定されて配置された板状の複数のコンミテータ片と、を備える。また、コンミテータ片のアーマチュアコア側の一端部には、コンミテータ片の他端部に向けて折り返されるように形成されたフック形状のライザが一体的に形成されている。このように、コンミテータ片のライザは、コンミテータ片に対峙する（向かい合う）ように一体的に形成されている。そして、ライザにアーマチュアコアから延出するコイル線が巻き掛けられるとともに、巻き掛けられたコイル線は、ライザとともにコンミテータ片に押し付けられて固定されている。

ここで、コンミテータへのコイル線の固定は、コイル線がライザに巻き掛けられた後に、コイル線が巻き掛けられたライザをコイル線とともにヒュージングすることにより行われる。ヒュージングでは正負一対の電極棒が用いられ、一方の電極棒はコンミテータ片に当接するとともに、他方の電極棒は径方向の外側からコイル線が巻き掛けられたライザを押し付ける。そして、ヒュージングにおいては、この押し付け動作によりライザとコンミテータ片とによりコイル線を挟持するとともに、一対の電極棒間に高い電流値の電流が流される。そして、この電流によりコイル線とコンミテータ片との間、及びコイル線とライザとの間に電気抵抗による熱が生じる。この抵抗熱により、コイル線はコンミテータ片及びライザに溶接される。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１５４３４７号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、コイル線が巻き掛けられたライザの長さが短い場合、上記のヒュージングの際にライザが電極棒によりコンミテータ片に押し付けられたときに、ライザに巻き掛けられたコイル線がライザから押し出され、コイル線がライザから外れる可能性がある。

そこで、従来技術にあってはコイル線がライザから外れないようライザはある程度の長さ以上に設定されている。しかしながら、コンミテータ片に押し付けられるライザの長さが長い場合、ヒュージング後にライザがコンミテータ片に対し軸方向に長く当接する。そのため、ライザによりコンミテータ片の軸方向長さが多く侵食され、コンミテータ片においてブラシが摺接することが可能な軸方向の長さが短くなる。従って、ブラシが摺接することが可能な軸方向の長さを確保するためには、コンミテータ片自体の軸方向の長さを長くする必要があり、コンミテータを小型化することが困難な可能性がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型のコンミテータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第一の態様によれば、コンミテータは、樹脂より形成された略円柱形状のコンミテータ本体部と、導電性材料から形成され前記コンミテータ本体部の外周面の周方向に略等ピッチに固定されて配置されている複数の板状のコンミテータ片と、前記複数のコンミテータ片のそれぞれの一端部に一体的に形成され、前記コンミテータ片の他端部に向けて折返されて延出するとともに前記コンミテータ片に対峙し、電動モータのコイル線が巻き掛けられるライザと、を備える電動モータ用のコンミテータであって、前記ライザは、断面形状が略方形に形成されるとともに、前記ライザの先端部には、前記ライザが対峙する前記コンミテータ片に向けて径方向に段違いにして薄肉部を形成しつつ一体的に突出する突出部が設けられ、前記ライザの外表面の両角部が角取り状になっている。

本発明の第一の態様によれば、ライザに巻き掛けられた巻線がライザの先端から外れるのを妨げる係止手段が、ライザの先端部に設けられている。この係止手段により、ヒュージング加工によりライザがコンミテータ片に押し付けられたときに、巻線がライザの先端から押し出されて外れることが有効に防止される。そのため、巻線が外れるのを防止するためにライザを長くする必要がない。その結果、ヒュージング加工後にコンミテータ片上にライザが存在する軸方向の長さを短くすることができ、コンミテータ片の軸方向の長さにおいてライザにより侵食される部分が少なくなる。

これにより、コンミテータ片においてブラシが摺接する軸方向の長さをコンミテータ片自体の長さを長くすることなく十分に確保することができる。そのため、コンミテータ片の軸方向の長さ、及びコンミテータ片が固定される本体部の軸方向の長さを短くすることができる。また、巻線の線径が太い場合でも、上記の係止手段が設けられることによりライザを長くすることなく、ライザに巻き掛けられた巻線がライザの先端から外れるのを妨げることができる。

本発明の第二の態様によれば、電動モータは、本発明の第一の態様に係るコンミテータを備える。

上記のコンミテータによれば、コンミテータ片の軸方向の長さを短くすることができ、小型のコンミテータを提供することができる。

本発明の一実施形態における電動モータを示す一部断面図である。 図１においてコンミテータを中心とした部分の拡大図である。 本発明の一実施形態におけるコンミテータを示す正面図である。 図３において範囲Ａにて示すコンミテータの要部を示す要部拡大図である。 図３におけるコンミテータの縦断面図である。 コンミテータ片を構成するリング部材を形成する参考例のプレート部材を示す図である。 コンミテータ片を構成するリング部材を形成する参考例のプレート部材を示す図である。 リング部材を形成するための、板材の参考例における曲げ加工を説明する図である。 コンミテータ片を形成する参考例のリング部材の斜視図である。 ライザが径方向外側に向けて曲げられた参考例のリング部材の斜視図である。 本発明の一実施形態におけるコンミテータの参考例の製造方法において、モールド工程を説明する図である。 図１０におけるモールド工程において、ＢおよびＣから見た要部拡大図である。 本発明の一実施形態におけるコンミテータの参考例の製造方法において、突出部形成工程を説明する図である。 本発明の一実施形態におけるコンミテータの参考例の製造方法において、曲げ工程を説明する図である。 本発明の一実施形態におけるコンミテータの参考例の製造方法において、ヒュージング工程を説明する図である。 本発明の一実施形態におけるコンミテータの小型化を説明する図である。

（電動モータ）
次に、本発明の一実施形態を図１から図５に基づいて説明する。図１は、本実施形態における電動モータ１の一部断面図であり、図２は、図１においてコンミテータ８を中心とした部分の拡大図である。また、図３は、本実施形態におけるコンミテータ８を示す正面図であり、図４は、図３において範囲Ａにて示すコンミテータ８の要部を示す要部拡大図である。さらに、図４は、図３におけるコンミテータ８の縦断面図である。

図１に示すように、電動モータ１は、略円筒形状のモータハウジング２と、モータハウジング２の内周面に配置された複数のマグネット４と、モータハウジング２に配置されたベアリング５によりモータハウジング２内に回転自在に支持されているアーマチュア６と、アーマチュア６に電力を供給するブラシ装置３と、を備えている。

アーマチュア６は、モータ軸を構成するシャフト７と、シャフト７の外側に嵌められて固定されたアーマチュアコア９と、アーマチュアコア９の一端側にてシャフト７の外側に嵌められて固定されたコンミテータ８と、アーマチュアコア９に巻装されるコイル線Ｗから構成されるアーマチュアコイル１０と、を備えている。

コンミテータ８は、樹脂からなり中心部に貫通孔が形成されている略円柱形状のコンミテータ本体部８１と、コンミテータ本体部８１の外周面に略等ピッチに固定されて配置されている板状の複数の金属製のコンミテータ片８２と、コンミテータ片８２のアーマチュアコア９側の一端部に一体的に形成されたライザ８３と、を備えている。

コンミテータ片８２に一体的に形成されているライザ８３は、コンミテータ片８２の他端部に向けて折り返されて形成され、コンミテータ片８２に対峙する（向かい合う）ように一体的に形成されている。そして、ライザ８３にアーマチュアコア９から延出するコイル線Ｗが巻き掛けられるとともに、巻き掛けられたコイル線Ｗは、ライザ８３とともにコンミテータ片８２にヒュージングにより押し付けられて固定されている。

ブラシ装置３は、円盤形状のホルダーステー３ａと、ホルダーステー３ａに取り付けられているブラシホルダ３ｂと、ブラシホルダ３ｂ内にコイルバネ３ｅとともに配置され、ピグテール３ｄを有するブラシ３ｃと、を備えている。ブラシ３ｃは、コイルバネ３ｅによりコンミテータ８の方向に付勢される。ブラシ３ｃは、コンミテータ８のコンミテータ片８２に、所定の押し付け力により摺接される。なお、コンミテータ８の構造の詳細および製造方法については、後述する。

ステータコア９には、径方向外側に向けて放射状に複数のティース９ａが形成されている。ティース９ａにはコイル線Ｗが巻装される。この巻装されたコイル線Ｗによりアーマチュアコイル１０が形成される。また、各コイル１０間はコイル線Ｗから形成される渡り線により電気的に一体に繋がれている。そして、この渡り線を形成するコイル線Ｗの一部がライザ８３に巻き掛けられる。コイル線Ｗの一部がライザ８３に巻き掛けられた後に、ライザ８３をヒュージング加工することにより、ライザ８３に巻き掛けられたコイル線Ｗがコンミテータ片８２に対し、機械的に固定されるとともに電気的に接合される。そして、コンミテータ片８２にはブラシ装置３に備わるブラシ３ｃが摺接し、ブラシ３ｃからコンミテータ片８２を介して、アーマチュア６のコイル線Ｗに電力が供給される。

（コンミテータ）
次に、図３から図５に基づき、本実施形態におけるコンミテータ８に関して説明する。特に、ライザ８３の形状について説明する。なお、図３はコンミテータ８の正面図である。図４は図３に範囲Ａにて示すコンミテータ８の要部拡大図である。図５はコンミテータ８の縦断面図である。

ライザ８３は、コンミテータ片８２の一端において一体的に形成され、断面が方形の略棒状に成形されている。そして、ライザ８３は、コンミテータ片８２の他端に向けて折り返されて形成され、コンミテータ片８２に対峙するように（向かい合うように）一体的に形成されている。そして、ライザ８３の先端には、コンミテータ片８２に向けて段違いに一体的に突出する突出部（係止手段）８３ａが設けられている。この突出部８３ａは、電動モータ１の製造時においてライザ８３に巻き掛けられたコイル線Ｗがヒュージング時においてライザ８３から押し出されて外れるのを妨げる。

ここで、本実施形態において、突出部８３ａはライザ８３の先端において段違いに一体的に突出するが、この形態に限られない。突出部は、ライザ８３の先端をコンミテータ片８２に向けて曲げた状態で一体的に突出する曲げ部であってもよい。また、突出部は、ライザ８３の先端にてコンミテータ片８２に向けて取り付けられた係止部材でもよい。

また、ライザ８３の外表面８３ｂにおいて、両角部（８３ｃ，８３ｃ）には角取り加工（テーパ加工）が施されている。このようにライザ８３の外表面８３ｂの両角部（８３ｃ，８３ｃ）に角取り加工が施されていることにより、ライザ８３にコイル線Ｗが巻き掛けられたときに両角部（８３ｃ，８３ｃ）にコイル線Ｗが引っ掛かることが防止される。そのため、コイル線Ｗは、ライザ８３とコンミテータ片８２の境界部分であるライザ８３の付け根部分に容易に配置される。これにより、ライザ８３においてヒュージング時にコンミテータ片８２と接合する部分がコイル線Ｗにより浸食されることが防止される。そのため、ライザ８３を長く形成する必要がなくコンミテータ８を小型化することができる。

（コンミテータの製造方法）
次に、本実施形態のコンミテータ８の参考例の製造方法について、図６Ａから図１４に基づいて説明する。図６Ａ及び図６Ｂはコンミテータ片およびライザを構成する参考例のリング部材を形成するプレート部材を示す図である。図７はリング部材を形成するための、板材の参考例における曲げ加工を説明する図である。なお、図６Ａはプレート部材の正面図を示す。図６Ｂはプレート部材の側面図を示す。図８はコンミテータ片を形成する参考例のリング部材の斜視図である。図９はライザが径方向外側に向けて曲げられた参考例のリング部材の斜視図である。図１０はリング部材内にコンミテータ本体部を形成する参考例のモールド工程を説明する図である。図１１は図１０におけるモールド工程において、ＢおよびＣから見た要部拡大図である。図１２はライザの先端に突出部を成形する参考例の突出部形成工程を説明する図である。図１３はライザを根元からフック形状に曲げる参考例の曲げ工程を説明する図である。

（リング部材の形成工程）
まず、図６Ａから図９に基づき銅製の板材からリング部材Ｒを形成する工程について説明する。ここで、リング部材Ｒは、コンミテータ８のコンミテータ片８２およびライザ８３を形成する部材である。

帯状の銅材より形成された板材は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、打抜き加工によりプレート部材Ｐに成形される。ここで、プレート部材Ｐは、帯状のコンミテータ片部Ｐ１と、コンミテータ片部Ｐ１の一端側に一体的に形成され、略等間隔に配列された複数のライザ８３と、を備える。そして、プレート部材Ｐには、図７に示すように、コンミテータ片部Ｐ１の両端部が当接するように曲げ加工が施される。そして、プレート部材Ｐは、図８に示されるリング部材Ｒに形成される。そして、図９に示されるようにライザ８３に対し、径方向外側に向けて放射状に延出するような曲げ加工が施される。

（モールド工程）
リング部材Ｒの内側にコンミテータ本体部８１を形成するモールド工程について図１０および図１１に基づき説明する。モールド工程では、リング部材Ｒが挿入される固定治具１１１と、固定治具１１１とともにリング部材Ｒを挟持固定する可動治具１１２とが用いられる。

固定治具１１１には、円環形状の凹部が形成されている。この凹部内にリング部材Ｒが挿入される。そして、リング部材Ｒのライザ８３は固定治具１１１の開口端面に当接して配置される。そして、可動治具１１２が図１０および図１１の矢印で示す方向に移動しライザ８３を挟持する。ここで、図１１に示すように可動治具１１２の、ライザ８３を挟持する凹部１１２ａにおいて、底部の両隅（１１２ｂ，１１２ｂ）はＲ形状（曲面形状）に形成されている。そのため、固定治具１１１と可動治具１１２とによりライザ８３を挟持するときに、ライザ８３の外表面８３Ｂの両角部（８３ｃ，８３ｃ）には角取り加工が施される。

また、上記の可動治具１１２には、固定治具１１１の凹部内に樹脂ｐｌを流し込むゲートＧが形成されている。そして、このゲートＧからリング部材Ｒの内側に樹脂ｐｌが流し込まれる。そして、この流し込まれた樹脂ｐｌによりコンミテータ本体部８１が形成される。このように、コンミテータ本体部８１が形成されたリング部材Ｒは、固定治具１１１から取り出される。そして、リング部材Ｒの円筒形状のコンミテータ片部Ｐ１は、切削加工により等ピッチに分離され複数のコンミテータ片８２に形成される。

（突出部形成工程）
図１２に示すように、突出部形成工程による加工前のコンミテータ８では、コンミテータ片８２の一端からライザ８３が直角に径方向外側に向けて真っ直ぐに延出している。また、突出部形成工程では、底部を有する円筒形状の第１固定冶具１０１と、円柱形状の第２固定冶具１０２と、第２固定冶具１０２の外周に内周が直動自在に嵌合している第１可動冶具１０３とが用いられる。ここで、第１固定冶具１０１の開口端面には、外周部に凹形状の逃げ部１０１ａが設けられている。

突出部形成工程では、まず、第１固定冶具１０１の開口端面にライザ８３が保持されるように、第１固定冶具１０１の円筒内にコンミテータ８が挿入される。さらに、この開口端面と第２固定冶具１０２によりライザ８３の基端部分が狭持されて固定される。次に、第１可動冶具１０３が図１２の矢印の方向（逃げ部１０１ａの方向）に直動する。この直動（プレス）によりライザ８３の先端部分はライザ８３の本体部に対し、逃げ部１０１ａの方向に段違いに突出する。この先端部分の段違いの突出により、ライザ８３の先端部に突出部（係止手段）８３ａが形成される。

（曲げ工程）
図１３に示すように、曲げ工程による加工前のコンミテータ８では、ライザ８３の先端部には突出部（係止手段）８３ａが形成されている。一方、ライザ８３はコンミテータ片８２の一端から直角に径方向外側に向けて真っ直ぐに延出している。ここで、曲げ工程では、底部を有する円筒形状の第３固定冶具１０４と、第３固定冶具１０４内に配置されるとともに内部にコンミテータ８が挿入される底部を有する円筒形状の第４固定冶具１０５と、第４固定冶具１０５とともにコンミテータ８の両端面を狭持して固定する円柱形状の第５固定冶具１０６と、円環形状の第２可動冶具１０７とが用いられる。

第４固定冶具１０５の開口端部は薄肉の円環状に形成されている。この円環状の薄肉部によりライザ８３の基端が支持される。また、第２可動冶具１０７の内周面の開口部は開口面から徐々に縮径するテーパ形状に形成されている。さらに、第２可動冶具１０７では、外周面が第３固定冶具１０４の内周面に案内されるとともに、内周面が第５固定冶具１０６の外周面に案内され、図１３の矢印の方向に直動自在に設定されている。そして、第２可動冶具１０７が図１３の矢印の方向に直動することにより、ライザ８３がコンミテータ片８２の他端に向けてフック形状に曲げられる。そして、以上の各工程を経て本実施形態のコンミテータ８が形成される。

（本実施形態の有する効果）
コンミテータ８は、ライザ８３の先端部に巻き掛けられたコイル線Ｗがライザ８３の先端から外れるのを妨げる突出部（係止手段）８３ａを備えている。この突出部（係止手段）８３ａにより、図１４に示すヒュージング加工によりライザ８３が第２電極棒２０２により、コンミテータ片８２に押し付けられたときに、コイル線Ｗがライザ８３の先端から外れることが有効に防止される。そのため、図１５に示すように、ライザ８３を短く形成することができ、ヒュージング加工後にコンミテータ片８２上にライザが存在する軸方向の長さを短くすることができる。その結果、コンミテータ片８２の軸方向の長さにおいてライザ８３により侵食される部分が少なくなる。

従って、コンミテータ片８２においてブラシ３ｃが摺接する軸方向の長さを十分に確保することができる。さらに、コンミテータ片８２の軸方向の長さ、及びコンミテータ片８２が固定されるコンミテータ本体部８１の軸方向の長さを短く形成することができる。その結果、コンミテータ８の小型化を実現することができる。また、コイル線Ｗの線径が太い場合でも、上記の突出部（係止手段）８３ａを設けることによりライザ８３を長く形成することなく、ライザ８３に巻き掛けられたコイル線Ｗがライザ８３の先端から外れるのを有効に妨げることができる。

突出部８３ａは、コンミテータ片８２に向けてライザ８３の先端から段違いに一体的に突出するように構成されている。このように、突出部８３ａをライザ８３から一体的に突出するように構成することにより、ライザ８３に別部品を取り付けることなく、ライザ８３自体を加工することにより突出部８３ａを形成することができ、材料およびコストが低減する。

さらに、突出部８３ａは、突出部形成工程による直動（プレス）工程だけで、成形される。そのため、簡易な製造方法で突出部８３ａを成形することができる。

上記のコンミテータによれば、コンミテータ片の軸方向の長さを短くすることができ、小型のコンミテータを提供することができる。

１ 電動モータ
２ ハウジング
３ ブラシ装置
４ マグネット
６ アーマチュア
７ シャフト
８ コンミテータ
９ アーマチュアコア
８１ コンミテータ本体部
８２ コンミテータ片
８３ ライザ
８３ａ 突出部（係止手段）
８３ｂ 外表面
８３ｃ 角部
１０１ 第１固定冶具
１０２ 第２固定冶具
１０３ 第１可動治具
１０４ 第３固定冶具
１０５ 第４固定冶具
１０６ 第５固定冶具
１０７ 第２可動軸
２０１ 第１電極棒
２０２ 第２電極棒
Ｗ コイル線

Claims (2)

1. 樹脂より形成された略円柱形状のコンミテータ本体部と、
   導電性材料から形成され前記コンミテータ本体部の外周面の周方向に略等ピッチに固定されて配置されている複数の板状のコンミテータ片と、
   前記複数のコンミテータ片のそれぞれの一端部に一体的に形成され、前記コンミテータ片の他端部に向けて折返されて延出するとともに前記コンミテータ片に対峙し、電動モータのコイル線が巻き掛けられるライザと、
   を備える電動モータ用のコンミテータであって、
   前記ライザは、断面形状が略方形に形成されるとともに、前記ライザの先端部には、前記ライザが対峙する前記コンミテータ片に向けて径方向に段違いにして薄肉部を形成しつつ一体的に突出する突出部が設けられ、前記ライザの外表面の両角部が角取り状になっているコンミテータ。
2. 請求項１に記載のコンミテータを備える電動モータ。

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