JP6013688B2 - コンミテータ並びにそれを用いたアーマチュア及び電動モータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータに使用されるコンミテータ（整流子）に関し、特に、コンミテータのボディ部外周に配設される金属製セグメントのアンカー構造に関する。

ブラシ付きの電動モータでは、アーマチュア（電機子）に対し電力を供給するため、ブラシと摺接するコンミテータが使用されている。コンミテータは、一般に、銅部材を樹脂モールド成形することによって形成され、合成樹脂製のボディ部外周に銅製のセグメントを配した構成となっている。図７は、従来のコンミテータにおけるセグメントの形状を示す説明図である。図７に示すように、セグメント５１の内周側には、ボディ部５２に対する抜け止めのため、楔状のアンカー部５３が設けられている。アンカー部５３は、セグメント５１の内周側に突設された一対のアンカー片５４によって形成される。対向するアンカー片５４の間には、奥側が広く開口側に向かうに従って幅が狭くなった凹溝５５が形成されている。そして、凹溝５５内に樹脂が充填されることにより、セグメント５１は、ボディ部５２に対して径方向に抜け止めされる。

特開2003-315274号公報 特開2009-11084号公報

ここで、コンミテータは、モールド成形した銅部材を各セグメントに切り分け、その後、セグメント部分の外周切削を行って寸法精度や表面粗さが整えられる。つまり、コンミテータの外周切削は、各セグメント５１を切り離した後に行われる。従って、外周切削は、工具の刃（切削刃）がセグメント間の溝で一旦セグメントから離れた後、次のセグメントに当接する形の断続切削となる。

前述のように、図７のようなセグメント５１では、セグメント中央部は、凹溝５５のアンカー効果によって銅−樹脂間が抜け止め保持される。しかしながら、アンカー片５４の両側（図７における符号Ｘ部）では、銅−樹脂間にアンカー効果は得られないため、セグメント５１の端部５１ａは、銅片の剛性によって保持される形となる。このため、外周切削の際、セグメント端部に切削刃が当たると、その衝撃で端部５１ａが持ち上げられ、切削後における隣接セグメント間の段差が３μｍ程度生じてしまうという問題があった。

このように隣接セグメント間の段差が大きくなり、コンミテータ外周の真円度が低下すると、樹脂が膨潤し変形した場合、セグメント真円度の悪化が大きくなってしまうという問題がある。また、このようなセグメント間段差を抑えるべく、セグメント端部５１ａの剛性を確保しようとすると、セグメントの素材板厚としては１ｍｍ以上が望ましく、材料費が嵩み、コストや製品重量削減の妨げとなるという問題もあった。

本発明の目的は、例えば０.８ｍｍ程度の板厚の薄板を用いながら、セグメント間段差を１μｍ程度に抑えたコンミテータを提供することにある。

本発明のコンミテータは、合成樹脂にて形成され、電動モータの回転軸に固定されるボディ部と、前記ボディ部の周囲に周方向に沿って配設され、その内周側に前記ボディ部からの離脱を防止するためのアンカー部が形成された複数の金属製セグメントと、を有するコンミテータであって、前記セグメントの内周側には、径方向に向かって突設され、周方向に沿って配置される複数個のアンカー突起が形成され、該アンカー突起の先端部には、周方向に向かって延びる鉤爪部が設けられ、前記アンカー部は、隣接する前記アンカー突起の間に形成された凹溝状の第１アンカー部と、前記鉤爪部によって形成された鉤型の第２アンカー部と、を有し、前記第１アンカー部は複数個設けられ、前記セグメントの中心に対して周方向両端側にそれぞれ配置され、前記第２アンカー部は、前記第１アンカー部の周方向外側の前記セグメント周方向端部近傍と、前記第１アンカー部間に形成された凹部に臨んだ部位にそれぞれ配置されることを特徴とする。

本発明にあっては、アンカー部として、１個のセグメントに複数のアンカー突起が周方向に沿って設けられている。アンカー突起には鉤爪部が形成されており、各アンカー突起によって、セグメントをボディ部に対し抜け止めしその離脱防止を図るアンカー効果が得られる。アンカー効果は、周方向に沿って複数分布して得られ、従来のコンミテータに比して高いアンカー効果が発揮される。このため、従来はアンカー効果が得られていなかったセグメント両端部においてもアンカー効果を得ることができ、外周切削の際、セグメント端部に切削刃が当たっても、その衝撃でセグメント端部が持ち上げられにくくなる。このため、セグメント端部を銅片の剛性によって保持していた従来のコンミテータに比して、銅片の剛性が低くても足り、セグメントの素材肉厚を薄くすることが可能となる。

前記コンミテータにおいて、前記第１アンカー部に、隣接する前記アンカー突起の対向する前記鉤爪部の間に形成された開口部を設け、該第１アンカー部を、前記開口部が該第１アンカー部の奥部に対し狭くなった湾状に形成しても良い。また、前記アンカー突起を、前記セグメントの内周面に設けられた軸方向に延びるアンカー形成溝によって形成し、前記アンカー形成溝の軸方向端部を、前記セグメントが前記ボディ部に対して軸方向に抜け止めされるよう閉鎖しても良い。

また、前記凹部を前記セグメントの中央に形成し、前記凹部の部位における該セグメントの板厚を、前記第１アンカー部における該セグメントの板厚よりも、厚く形成しても良い。コンミテータには、アーマチュアコイルのフュージングの際の熱マス確保のため、セグメント中央部にある程度の厚み（体積）が必要となるが、本発明のコンミテータは、セグメント中央部の板厚が厚いため、フュージング時における熱容量が確保される。

一方、本発明のアーマチュアは、前述のようなコンミテータと、前記コンミテータに隣接して設けられ、電動モータの回転軸に固定されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻装され、前記コンミテータと電気的に接続されたアーマチュアコイルと、を有することを特徴とする。

また、本発明の電動モータは、前記アーマチュアと、前記アーマチュアの外側に配置され、複数の磁極を有するヨークと、電源と電気的に接続され、前記セグメントに摺接可能に設けられたブラシと、を有することを特徴とする。

本発明のコンミテータによれば、セグメントの内周側に形成されたアンカー部として、複数のアンカー突起を周方向に沿って設けると共に、このアンカー突起の先端部に、周方向に向かって延びる鉤爪部を設けたので、各アンカー突起によって、セグメントをボディ部に対し抜け止めしその離脱防止を図るアンカー効果を得ることができ、従来のコンミテータに比して高いアンカー効果を実現することが可能となる。

また、本発明のアーマチュアは、前述のような本発明によるコンミテータを用いることにより、耐久性を向上させることが可能となる。また、本発明の電動モータも、前述のような本発明によるコンミテータを用いることにより、耐久性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態であるコンミテータを用いた電動モータの構成を示す断面図である。 図１の電動モータにおけるアーマチュアの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態であるコンミテータの構成を示す斜視図である。 図３のコンミテータに使用されるセグメントの断面構成を示す説明図である。 図４のＡ部の構成を示す拡大図である。 本発明のコンミテータの変形例を示す説明図である。 従来のコンミテータに使用されるセグメントの断面構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるコンミテータを用いた電動モータの構成を示す断面図である。電動モータ１は、自動車用ワイパ装置の駆動源として使用され、減速機構１０を備えたユニット構成となっている。電動モータ１は、図１に示すように、有底円筒形状のモータハウジング（ヨーク）２内にアーマチュア３を回転自在に配置した構成となっている。モータハウジング２の内周面には、周方向に２対４個の永久磁石（界磁磁極）４が固定されており、この永久磁石４によってワイパモータ１は４極に構成される。

図２は、アーマチュア３の構成を示す斜視図である。図１,２に示すように、アーマチュア３は、回転軸５に固定されたアーマチュアコア６と、アーマチュアコア６に巻装されたアーマチュアコイル（電機子巻線）７とから構成されている。回転軸５の図中左端部は、モータハウジング２に取り付けられた軸受８によって回動自在に支持されており、アーマチュア３はモータハウジング２内に回動自在に内装される。アーマチュアコア６は、リング状の金属板９を複数枚積層して構成されており、回転軸５に固定されている。アーマチュアコア６の外周には、軸方向に沿ってスロット１１が凹設されている。スロット１１間には巻線１２が重巻にて巻装される。この巻線１２によって、アーマチュアコア６の外周にアーマチュアコイル７が形成される。

アーマチュアコア６の一端側には、コンミテータ１３が隣接して配置されている。コンミテータ１３は、回転軸５に外嵌固定されている。図３は、コンミテータ１３の構成を示す斜視図である。図１,３に示すように、コンミテータ１３は、合成樹脂製のボディ部１４と、ボディ部１４の外周面に固定された複数枚のセグメント１５とを備えている。セグメント１５は、軸方向に長い板状の金属片からなり、銅板等の導電材にて形成されている。セグメント１５は、互いに絶縁された状態で周方向に沿って並列状に固定される。各セグメント１５のアーマチュアコア６側の端部には、ライザ１６が形成されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル７の巻き始め端部と巻き終り端部となる巻線１２が巻回され、フュージングにより固定されている。これにより、セグメント１５とこれに対応するアーマチュアコイル７とが電気的に接続される。

図４は、セグメント１５の構成を示す断面図、図５は、図４のＡ部の構成を示す拡大図である。図４に示すように、電動モータ１のコンミテータ１３では、セグメント１５の内周側に４個のアンカー突起３１（３１ａ〜３１ｄ）が突設されており、このアンカー突起３１によって、凹溝状の第１アンカー部３２（３２ａ,３２ｂ）と、鉤型の第２アンカー部３３（３３ａ〜３３ｄ）が形成されている。アンカー突起３１は、中心線Ｏに対して対称に形成されており、アンカー突起３１ａ,３１ｄは周方向外側のセグメントの端部に、アンカー突起３１ｂ,３１ｃはセグメント１５の中央部にそれぞれ配置されている。アンカー突起３１は、セグメント１５の内周面に設けられた軸方向に延びるアンカー形成溝３４によって形成され、その先端を圧潰させることにより、第１及び第２アンカー部３２,３３が形成される。なお、アンカー形成溝３４は、溝端部３４ａが閉鎖されており、これにより、セグメント１５がボディ部１４に対して軸方向に抜け止めされるようになっている。

図４,５に示すように、第１アンカー部３２は、開口部３６を備えた湾状に形成されており、アンカー突起３１の間に形成されている。第１アンカー部３２ａはアンカー突起３１ａ,３１ｂの間に、第１アンカー部３２ｂはアンカー突起３１ｃ,３１ｄの間にそれぞれ形成されている。アンカー突起３１の先端部には鉤爪部３５が設けられており、隣接するアンカー突起３１ａ,３１ｂ・３１ｃ,３１ｄの対向する鉤爪部３５の間には、開口部３６が形成されている。第１アンカー部３２は、奥部３７に対し開口部３６が狭くなっている。従って、このような第１アンカー部３２の内部にボディ部１４を形成する合成樹脂が充填されると、第１アンカー部３２内の樹脂は鉤爪部３５によって径方向の動きが規制され、セグメント１５は、ボディ部１４に対して径方向に抜け止めされる。

第２アンカー部３３は、アンカー突起３１の先端部に形成された鉤爪部３８によって形成されている。鉤爪部３８は、アンカー突起３１ａ,３１ｄの周方向外側に形成された鉤爪部３８ａと、アンカー突起３１ｂ,３１ｃの周方向内側に形成された鉤爪部３８ｂとからなる。鉤爪部３８ａはセグメント端部１５ａに、鉤爪部３８ｂはセグメント中央部１５ｂに配置されている。鉤爪部３８ｂの間には、凹部３９が形成されている。セグメント１５は、第２アンカー部３３の鉤爪部３８ａにより、セグメント端部１５ａがボディ部１４に対して径方向に抜け止めされる。また、第２アンカー部３３の鉤爪部３８ｂにより、セグメント中央部１５ｂがボディ部１４に対して径方向に抜け止めされる。

このように、本発明によるコンミテータ１３では、１個のセグメント１５に複数箇所のアンカー部が設けられている。すなわち、従来のコンミテータでは、図７のセグメント５１のように、１個のセグメントには１個のアンカー部であったの対し、本発明によるコンミテータ１３では、１個のセグメントに対し複数個のアンカー部が設けられている。しかも、これらの複数個のアンカー部が、周方向に沿って連続的に設けられている。このため、セグメント１５に対するアンカー効果が、周方向に沿って複数分布して得られ、従来のコンミテータに比して高いアンカー効果を得ることが可能となる。

特に、従来のコンミテータでは、セグメント両端部ではアンカー効果が得られていなかったのに対し、本発明によるコンミテータ１３では、第２アンカー部３３の鉤爪部３８ａにより、セグメント端部１５ａにおいてもアンカー効果を得ることができる。従って、外周切削の際、セグメント端部に切削刃が当たっても、その衝撃でセグメント端部１５ａが持ち上げられにくくなる。このため、セグメント端部を銅片の剛性によって保持していた従来のコンミテータに比して、銅片の剛性が低くても足り、セグメントの素材肉厚を薄くすることが可能となる。

発明者らの実験によれば、従来のコンミテータでは、セグメントの板厚は１ｍｍ以上であることが望ましかったのに比して、本発明のコンミテータでは、０.８ｍｍ程度の板厚でも、切削後における隣接セグメント間の段差を１μｍ程度に抑えられた。すなわち、従来より薄い素材にて、従来以上のセグメント間段差を実現することができた。これにより、本発明のコンミテータ１３では、素材の薄肉化による材料コストや重量の削減が図られると共に、コンミテータの真円度向上により、アーマチュア３や電動モータ１の耐久性向上も図られる。

また、コンミテータには、アーマチュアコイルのフュージングの際の熱マス確保のため、セグメント中央部にある程度の厚み（体積）が必要となる。図７の従来のセグメント端部５１では、１ｍｍ厚の銅材を使用し、外周切削後における凹溝５５の部位の板厚ｔ０は約０.８ｍｍ程度となっている。これに対し、本発明のコンミテータ１３では、凹部３９の部位におけるセグメント１５の板厚ｔ１は、アンカー形成溝３４の形成時に凹部３９の部位が盛り上げられることもあり、外周切削後も約０.８ｍｍとなっている。すなわち、従来よりも薄い材料を使用しているにも関わらず、セグメント中央部１５ｂの板厚は、従来と同程度確保される。従って、コンミテータ１３では、板厚０.８ｍｍの銅材を用いながら、熱マス用の板厚を従来通り維持でき、フュージング時における熱容量も十分に確保することができる。

一方、モータハウジング２の開口端には、減速機構１０を構成するアルミダイキャスト製のギヤハウジング１７が取り付けられている。ギヤハウジング１７の図中左端部内側には、ホルダステー１８が取り付けられている。ホルダステー１８には周方向４箇所に２対のブラシホルダ１９が対向配置されている。ブラシホルダ１９には、それぞれブラシ２０が出没自在に内装されている。ブラシ２０の突出先端部（内径側先端部）はコンミテータ１３に摺接しており、ブラシ２０はスプリング２１によってコンミテータ１３に押接されている。各ブラシ２０は図示しない電源と電気的に接続されており、コンミテータ１３には、ブラシ２０を介して外部電源から電力が供給される。

減速機構１０のギヤハウジング１７内には、回転軸５の右端部とウォームホイール２２等が収容されている。ギヤハウジング１７内には、回転軸５の中央部を回転自在に支持する軸受２３が固定されている。回転軸５の先端部にはウォーム２４が形成されており、ウォーム２４はウォームホイール２２と噛合している。ウォームホイール２２は出力軸２５に固定されている。電動モータ１が作動し回転軸５が回転すると、その回転はウォーム２４からウォームホイール２２に伝達され、出力軸２５が回転する。出力軸２５は、図示しないリンク機構を介してワイパアームと接続されており、出力軸２５の回転に伴いワイパアームが所定の払拭動作を行う。

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。
すなわち、前述の実施の形態では、セグメント１５の内周側に４個のアンカー突起３１を設けた構成を示したが、アンカー突起３１の個数は４個には限定されず、例えば、図６（ａ）,（ｂ）のように、アンカー突起３１の個数を３個や５個とすることも可能である。なお、アンカー突起３１を２個としても良いが、セグメント中央部の熱マスの関係から、前記実施の形態のような４個や、中央にアンカー突起が配置される奇数個が好ましい。

また、前述の実施の形態では、本発明のコンミテータを自動車用ワイパ装置の電動モータに使用した場合について説明したが、その用途はこれには限定されず、パワーウインド用モータや筒型ファンモータなどの車載モータ、パソコン等のＯＡ機器用のモータなど、ブラシ付のモータであれば何れの電動モータにも適用可能である。

１ 電動モータ
２ モータハウジング（ヨーク）
３ アーマチュア
４ 永久磁石（磁極）
５ 回転軸
６ アーマチュアコア
７ アーマチュアコイル
８ 軸受
９ 金属板
１０ 減速機構
１１ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４ ボディ部
１５ セグメント
１５ａ セグメント端部
１５ｂ セグメント中央部
１６ ライザ
１７ ギヤハウジング
１８ ホルダステー
１９ ブラシホルダ
２０ ブラシ
２１ スプリング
２２ ウォームホイール
２３ 軸受
２４ ウォーム
２５ 出力軸
３１ アンカー突起
３１ａ〜３１ｄ アンカー突起
３２ 第１アンカー部
３２ａ,３２ｂ 第１アンカー部
３３ 第２アンカー部
３３ａ〜３３ｄ 第２アンカー部
３４ アンカー形成溝
３４ａ 溝端部
３５ 鉤爪部
３６ 開口部
３７ 奥部
３８ 鉤爪部
３８ａ,３８ｂ 鉤爪部
３９ 凹部
５１ セグメント
５１ａ 端部
５２ ボディ部
５３ アンカー部
５４ アンカー片
５５ 凹溝
Ｏ 中心線
ｔ０ 凹溝部位におけるセグメントの板厚
ｔ１ 凹部部位におけるセグメントの板厚

Claims (6)

1. 合成樹脂にて形成され、電動モータの回転軸に固定されるボディ部と、
   前記ボディ部の周囲に周方向に沿って配設され、その内周側に前記ボディ部からの離脱を防止するためのアンカー部が形成された複数の金属製セグメントと、を有するコンミテータであって、
   前記セグメントの内周側には、径方向に向かって突設され、周方向に沿って配置される複数個のアンカー突起が形成され、該アンカー突起の先端部には、周方向に向かって延びる鉤爪部が設けられ、
   前記アンカー部は、隣接する前記アンカー突起の間に形成された凹溝状の第１アンカー部と、前記鉤爪部によって形成された鉤型の第２アンカー部と、を有し、
   前記第１アンカー部は複数個設けられ、前記セグメントの中心に対して周方向両端側にそれぞれ配置され、
   前記第２アンカー部は、前記第１アンカー部の周方向外側の前記セグメント周方向端部近傍と、前記第１アンカー部間に形成された凹部に臨んだ部位にそれぞれ配置されることを特徴とするコンミテータ。
2. 請求項１記載のコンミテータにおいて、
   前記第１アンカー部は、隣接する前記アンカー突起の対向する前記鉤爪部の間に形成された開口部を備え、該第１アンカー部は、前記開口部が該第１アンカー部の奥部に対し狭くなった湾状に形成されてなることを特徴とするコンミテータ。
3. 請求項１又は２記載のコンミテータにおいて、
   前記アンカー突起は、前記セグメントの内周面に設けられた軸方向に延びるアンカー形成溝によって形成され、
   前記アンカー形成溝は、前記セグメントが前記ボディ部に対して軸方向に抜け止めされるよう、軸方向の溝端部が閉鎖されていることを特徴とするアーマチュア。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のコンミテータにおいて、
   前記凹部は、前記セグメントの中央に形成され、
   前記凹部の部位における該セグメントの板厚は、前記第１アンカー部における該セグメントの板厚よりも、厚く形成されていることを特徴とするコンミテータ。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のコンミテータと、
   前記コンミテータに隣接して設けられ、電動モータの回転軸に固定されたアーマチュアコアと、
   前記アーマチュアコアに巻装され、前記コンミテータと電気的に接続されたアーマチュアコイルと、を有することを特徴とするアーマチュア。
6. 請求項５記載のアーマチュアと、
   前記アーマチュアの外側に配置され、複数の磁極を有するヨークと、
   電源と電気的に接続され、前記セグメントに摺接可能に設けられたブラシと、を有することを特徴とする電動モータ。

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