JP6513933B2 - 整流子及び整流子を形成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシ式電気モータのための整流子及びこの整流子を形成する方法に関する。

ブラシ式電気モータ用の整流子は、通常、電気絶縁材料で作られた整流子本体、モータのブラシと摺動接触するための整流子本体上に円周方向に間隔を置いて配置された複数の整流子片、及び対応する整流子片から一体的に延びる複数の導電性端子を備える。

整流子を形成する公知の方法において、整流子本体及び整流子片は別々に形成され、整流子片は整流子本体の外面に組み付けられる。他の公知の方法では、最初に、一端から延びる導電性端子及び内面に形成された複数のアンカーを備えた軸方向に延びる金属リングを設ける。次に、整流子本体を金属リング内側にモールドして、整流子本体に組み込まれたアンカーによって整流子本体を金属リング内面に固定する。最後に、軸方向に延びる貫通スロットを隣接する導電性端子の間の部位で金属リングに形成し、貫通スロットによって互いに電気的に絶縁された整流子片を形成する。

この組み付け方法及びモールド方法では、満足できる整流子を製造することができるが、整流子片を基部に固定するには、整流子基部を特定の最小寸法にする必要があり、非常に小さな整流子モータの小型化を制限している。

本発明は、小型モータの製作を可能にする小型の新規な整流子を提供することを目的とする。

従って、本発明は、１つの態様において、整流子を形成する方法を提供し、本方法は、循環方式で交互配置された第１の領域及び第２の領域を有し、該第１の領域の少なくとも表面がレーザーダイレクトストラクチャリング材料で形成された、電気的に絶縁された整流子本体を準備する段階と、レーザーダイレクトストラクチャリング材料をレーザー処理することによって第１の領域上に金属粒子層を形成する段階と、金属粒子層上に導電層を形成する段階と、を含み、隣接する第１の領域上の導電層の各々は互いに電気的に絶縁されている。

好ましくは、導電層は、金属材料を無電解メッキプロセスによって金属粒子層上に電着することにより形成される。

随意的に、単一の導電層だけが第１の領域の各金属粒子層の上に形成される。

代替的に、第２の導電層は、金属粒子層の導電層上に形成される。

好ましくは、整流子本体の第１領域だけが、その上に形成された金属粒子層を有する。

好ましくは、整流子本体の全てがレーザーダイレクトストラクチャリング材料で形成される。

随意的に、本方法は、整流子本体の第１の領域及び第２の領域上にレーザー処理プロセスによって金属粒子層を形成する段階と、導電層を金属粒子層上に形成する段階と、第２の領域上の導電層を除去する段階と、を含む。

好ましくは、本方法は、複数の導電性端子を準備する段階と、導電性端子を整流子本体に組み付けて、導電性端子を第１の領域上の導電層に電気的に接続する段階と、をさらに含む、

代替的に、本方法は、整流子本体から延び、少なくともレーザーダイレクトストラクチャリング材料で形成された表面を有する端子基部を準備する段階と、整流子本体の第１の領域から一体的に延びる端子基部上にレーザー処理プロセスによって金属粒子層を形成する段階と、端子基部上の金属粒子層上に導電層を形成する段階と、をさらに含む。

本発明は、第２の態様において、循環方式で交互配置された第１の領域及び第２の領域を有する電気的に絶縁された整流子本体と、整流子本体の第１領域に配置された複数の導電層と、対応する導電層に電気的に接続された複数の導電性端子と、を備える整流子であって、整流子本体の第１及び第２の領域の表面は、レーザーダイレクトストラクチャリング材料である。

好ましくは、第２の領域の半径方向外面は、導電層の半径方向内面を超えて延びる。

随意的に、導電層は、第１導電層及び第１の導電層上に形成された第２の導電層を備える。

好ましくは、導電性端子は整流子本体に組み付けられる。

好ましくは、整流子本体の第１の領域は凹部を有し、導電性端子は凹部に挿入される。

代替的に、整流子本体の第１の領域は、導電層が形成される外側に延びる端子基部を有する。

随意的に、導電層は非平面である。

好ましくは、整流子ベースの全体は、レーザーダイレクトストラクチャリング材料である。

以下に、例示的に添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、２つ以上の図に現れる同じ構造、同じ要素、又は同じ部材は、通常、それらが現れる全ての図面において同じ参照番号が付与される。図示の構成要素及び特徴部の寸法は、通常、説明の便宜上及び明瞭性のために選択されており、必ずしも縮尺通りではない。

本発明の実施形態による整流子を示す。 図１の整流子の断面図である。 図１の整流子の一部の層構造の概略図である。 図１の整流子を形成する方法のフローチャートである。 図１の整流子を形成する他の方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態による整流子を示す。 図６の整流子の断面図である。 図６の整流子を形成する方法のフローチャートである。 図６の整流子を形成する他の方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態による整流子の層構造の概略図である。

図１〜図３を参照すると、本発明の実施形態による電気モータ用の整流子１０は、整流子本体１２、整流子本体１２の回りに円周方向に間隔を置いて配置された複数の整流子片１４、及び対応する整流子片１４に電気的に接続された複数の導電性端子１６を備える。整流子本体１２は電気絶縁材料で作られており、モータの軸方向に延びる円筒部分１８と該円筒部分１８から半径方向かつ外向きに延びる環状フランジ２０とを含む。整流子本体はレーザーダイレクトストラクチャリング（ＬＤＳ）材料で製造するのが好ましい。このタイプの材料はレーザー活性化プラスチックとしても公知である。この材料は、ドープした電気絶縁プラスチック材であり、レーザーで除去した場合、ドープ材料が活性化されて、無電解メッキプロセスの触媒として使用できる金属シードを形成するという特徴を有する。金属シードは、金属粒子層（還元剤層とも呼ばれる）を形成する。また、レーザー加工は微小凹凸表面を形成し、ここにメッキ材料がしっかりと固定される。適切なＬＤＳ材料の例は、商品名ＲＴＰ３４９９―３Ｘ１１３３９３ＡとしてＲＴＰ社から販売されている液晶ポリマー（ＬＣＰ）である。メッキ材料は好ましくは銅である。

代替的に、整流子本体の全体をＬＤＳ材料で作る必要はない。整流子本体は、一般的な絶縁材料とＬＤＳ材料の複合材料で作ることができ、円筒部分１８のブラシ接触面部及び端子が設けられる領域にブラシ接触面部を接続する領域などの導電性金属材料を必要とする領域はＬＤＳ材料で形成する。

円筒部分１８は、モータ軸を受け入れる軸貫通孔２２を有する。環状フランジ２０は、２つの軸方向端面２４、及び２つの軸方向端面２４の間の外周面２６を有する。外周面２６には一定間隔で複数の凹部２８が形成されている。第１の領域３０のセット及び第２の領域３２のセットは、円筒部分１８の外面の一端部上に交互に規定され、円周方向にブラシ接触面部及び環状フランジ２０を形成する。第１の領域３０及び第２の領域３２はストリップ形状であることが好ましい。凹部２８はそれぞれ、環状フランジ２０上の対応する第１の領域３０に配置される。端子用の凹部を円筒部分１８に直接形成することができ、フランジを省略できる。

金属粒子層３４は、レーザー処理プロセスによって第１の領域３０上に形成され、導電層３６は、メッキプロセスによって金属粒子層３４上に形成される。各第１の領域３０上の導電層３６は、環状フランジ２０及び円筒部分１８上に広がる連続ストリップを形成する。円筒部分１８の第１の領域３０上の導電層３６は、モータのブラシと摺動接触をするための、ブラシ接触面上に整流子片１４を形成する。導電性端子１６は凹部２８に挿入され、環状フランジ２０上の導電層３６と電気的に接続して、結果的に整流子片１４と電気的に接続する。端子は、整流子をモータのロータ巻線に接続する手段を提供する。

メッキプロセスは、単一金属層、好ましくは銅を金属粒子層に電着する無電解メッキプロセスであることが好ましい。随意的に、本発明のレーザー処理プロセスとしてＬＰＫＦ社が開発したＬＰＫＦ―ＬＤＳプロセスを用いることができる。

図４のフローチャートは整流子１０を形成する方法を示す。本方法は、以下のステップで構成される。

Ａ１）ブラシ接触面部を有する整流子本体１２を準備する。少なくとも、ブラシ接触面部及び整流子本体１２のフランジ（存在する場合）はＬＤＳ材料で形成される。整流子本体１２は全てＬＤＳ材料で形成できる。代替的に、整流子本体１２は、最初に、一般的な電気絶縁材料から作られた整流子基部を形成し、次に整流子基部の外面上にＬＤＳ材料層を施すことによって形成することができる。

Ａ２）複数の導電性端子１６を準備する。

Ａ３）整流子本体１２の円周方向に間隔を置いて配置される第１のストリップ領域３０のセットをレーザー処理することによって、整流子本体１２上に金属粒子層３４を形成する。第１のストリップ領域３０の間にある整流子本体１２の第２のストリップ領域３２のセットは、レーザー処理しないので非金属のままである。レーザー処理がＬＤＳ材料表面を除去するので、金属粒子層３４は、整流子本体１２の第２のストリップ領域３２に比べて落ち込む。

Ａ４）金属粒子層３４上に金属導電層３６を形成して整流子片１６を形成する。本実施形態において、金属導電層３６は無電解メッキプロセスによって形成する。金属粒子層３４の金属元素は、メッキ液から金属材料を整流子本体に電着するための還元剤又は触媒として機能する。隣接する金属粒子層３４は互いに電気的に絶縁されているので、金属粒子層３４上の隣接する金属導電層３６は同様に電気的に絶縁される。このステップでは、環状フランジ２０の凹部２８に対応する位置で金属導電層３６に開口部２９を形成できることを理解されたい。

Ａ５）導電性端子１６を、開口部２９を通って環状フランジ２０の凹部２８に圧入して、導電性端子１６を金属導電層３６と電気的に接続することにより、導電性端子１６を整流子本体１２へ組み付ける。

導電性端子を準備するステップＡ２は、ステップＡ５の前の任意の時間に実行できることを理解されたい。

図５のフローチャートは、整流子１０を形成する他の方法を示す。この方法は以下のステップを含む。

Ｂ１）軸貫通孔２２を有する整流子本体１２を準備する。ブラシ接触面を形成する整流子本体１２の外面の全てはＬＤＳ材料であり、その上に第１及び２のストリップ領域を形成する。随意的に、前述のように整流子本体の全体をＬＤＳ材料とすることができる。

Ｂ２）複数の導電性端子１６を準備する。

Ｂ３）レーザー処理プロセスによって、整流子本体１２の全ブラシ接触面上に金属粒子層３４を形成する。

Ｂ４）金属粒子層３４上に金属導電層３６を形成する。

Ｂ５）整流子本体１２の第２のストリップ領域３２上の金属導電層を除去して、整流子本体１２の第１のストリップ領域３０上の金属導電層３６を電気的に絶縁して整流子片を形成する。第２の領域上の金属導電層は、レーザー処理、エッチング、又は高圧水流によって除去できる。

Ｂ６）導電性端子１６を整流子本体１２に組み付けて、導電性端子１６を対応する金属導電層３６に電気的に接続する。

図６及び図７は、本発明の他の実施形態による整流子４０を示す。整流子４０と整流子１０との相違は、整流子４０の整流子本体１２には導電性端子のための凹部２８が形成されていない点である。その代わりに、複数の端子基部４２は、環状フランジ２０から、又は環状フランジがない場合には円筒部分から一体的かつ外向きに延び、結果的に、粒子層３４及び導電層４４が端子基部４２上に形成されて、導電性端子１６が形成されるようになっている。端子基部４２上の導電層４４は、整流子本体１２の第１のストリップ領域３０上の導電層３６に電気接続される。本実施形態において、別個の導電性端子１６を形成する必要はなく、その結果、導電性端子を整流子本体１２に組み付けるステップが回避されて生産コストが低減する。

図８のフローチャートは図６の整流子４０を形成する方法を示す。本方法は次のステップを含む。

Ｃｌ）整流子本体１２の第１のストリップ領域３０から一体的に延びる、円周方向に間隔を置いて配置された複数の端子基部４２を有する電気的に絶縁された整流子本体１２を準備する。端子基部４２の表面及び整流子本体１２の第１のストリップ領域３０の外面は、ＬＤＳ材料である。

Ｃ２）レーザー処理プロセスによって、端子基部４２の前述の外面及び整流子本体１２の第１のストリップ領域３０上に金属粒子層３４を形成する。

Ｃ３）金属粒子層３４上に導電層を形成する。第１のストリップ領域３０上の金属導電層３６は整流子片１４を形成する。端子基部４２及び端子基部４２上の導電層４４は、整流子片をモータのロータ巻線に電気接続するための導電性端子１６を形成する。好ましくは、導電層３６及び４４は、無電解メッキプロセスによって形成する。

図９のフローチャートは、図６の整流子４０を形成する他の方法を示す。

Ｄｌ）ブラシ接触面部、ブラシ接触面部から延びる第１の領域３０及び第２の領域３２、及び整流子本体１２の第１の領域から一体的に延びる、円周方向に間隔を置いて配置された複数の端子基部４２を有する電気的に絶縁された整流子本体１２を準備する。全てのブラシ接触面部及び端子基部４２の外面はＬＤＳ材料である。

Ｄ２）レーザー処理プロセスによって、金属粒子層３４を第１及び第２の領域、並びに端子基部４２の表面上に形成する。

Ｄ３）金属粒子層３４上に導電層３６を形成する。端子基部４２及び端子基部４２上の導電層３６は、整流子をモータのロータ巻線に電気接続するための導電性端子１６を形成する。

Ｄ４）第１の領域３０上の導電層３６部分を電気絶縁するために、整流子本体１２の第２の領域３２上に形成した導電層３６のある区域を除去する。整流子本体１２の第１の領域３０上の導電層３６のある区域は、対応する導電性端子１６に電気接続された整流子片１４を形成する。

図１０は、本発明の他の別の実施形態による整流子５０の層構造を示す。整流子５０は、第１の導電層３６上に形成された第２の導電層５２を有する。好ましくは、第２の導電層５２は、電気メッキプロセスによって第１の導電層３６上に形成することができ、第１の導電層３６及び第２の導電層５２は異なる材料を含むことができる。１つの実施例において、第１の導電層３６は銅製であり、第２の導電層５２は銀製である。本実施形態よる二層の導電層構造を有する整流子５０は、単層の導電層構造を有する整流子と比較して寿命が長い。

本出願の説明及び特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、「含有する」、及び「有する」の各動詞及びそれらの変形形態は、記載された要素の存在を特定するために包括的な意味で使用され、追加の要素の存在を排除するものではない。

本発明は、１つ又はそれ以上の好ましい実施形態に関連して説明されているが、当業者であれば、種々の変更態様が可能であることを理解できるはずである。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照することにより決定できる。

例えば、実施形態は円筒タイプの整流子を示すが、本発明は平面タイプの整流子にも適用できる。

１０ 整流子
１２ 整流子本体
１４ 整流子片
１６ 導電性端子
１８ 円筒部分
２０ 環状フランジ
２２ 軸貫通孔
２４ 軸方向端面
２６ 外周面

Claims (16)

1. 整流子を形成する方法であって、
   循環方式で交互配置された第１の領域及び第２の領域を有し、該第１の領域の少なくとも表面がレーザーダイレクトストラクチャリング材料で形成された、電気的に絶縁された整流子本体を準備する段階であって、前記整流子本体には複数の凹部が形成され、前記第１の領域のそれぞれは前記凹部の底部に位置する段階と、
   前記レーザーダイレクトストラクチャリング材料をレーザー処理することによって前記第１の領域上に金属粒子層を形成する段階と、
   前記金属粒子層上に導電層を形成する段階と、
   を含み、
   前記隣接する第１の領域上の前記導電層の各々は互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする、整流子を形成する方法。
2. 前記導電層は、金属材料を無電解メッキプロセスによって前記金属粒子層上に電着することにより形成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記整流子本体は、レーザーダイレクトストラクチャリング材料を射出成形することによって形成される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記金属粒子層上の前記導電層上に第２の導電層を形成する段階をさらに含む、請求項１、２、又は３に記載の方法。
5. 前記整流子本体の前記第１の領域だけが、その上に形成された金属粒子層を有する、請求項１、２、３、又は４に記載の方法。
6. 前記整流子本体の前記第１の領域及び前記第２の領域上にレーザー処理プロセスによって金属粒子層を形成する段階と、
   前記導電層を前記金属粒子層上に形成する段階と、
   前記第２の領域上の前記導電層を除去する段階と、
   を含む、請求項１、２、３、又は４に記載の方法。
7. 複数の導電性端子を準備する段階と、
   前記導電性端子を前記整流子本体に組み付けて、前記導電性端子を前記第１の領域上の前記導電層に電気的に接続する段階と、
   をさらに含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記整流子本体から延び、少なくともレーザーダイレクトストラクチャリング材料で形成された表面を有する端子基部を準備する段階と、
   前記整流子本体の前記第１の領域から一体的に延びる前記端子基部上にレーザー処理プロセスによって金属粒子層を形成する段階と、
   前記端子基部上の前記金属粒子層上に導電層を形成する段階と、
   をさらに含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
9. 循環方式で交互配置された第１の領域及び第２の領域を有する電気的に絶縁された整流子本体であって、複数の凹部が形成され、前記第１の領域のそれぞれは前記凹部の底部に位置する整流子本体と、
   前記整流子本体の前記第１領域に配置された複数の導電層と、
   対応する導電層に電気的に接続された複数の導電性端子と、
   を備える整流子であって、
   前記整流子本体の前記第１及び前記第２の領域の表面は、レーザーダイレクトストラクチャリング材料であることを特徴とする整流子。
10. 前記第２の領域の半径方向外面は、前記導電層の半径方向内面を超えて延びる、請求項９に記載の整流子。
11. 前記導電層は、第１の導電層及び該第１の導電層上に形成された第２の導電層を備える、請求項９又は１０に記載の整流子。
12. 前記導電層は非平面である、請求項９、１０、又は１１に記載の整流子。
13. 前記導電端子は、前記整流子本体に組み付けられている、請求項９、１０、１１、又は１２に記載の整流子。
14. 前記整流子本体の前記第１の領域は凹部を有し、前記導電性端子は前記凹部に挿入される、請求項１３に記載の整流子。
15. 前記整流子本体の前記第１の領域は、導電層が形成される外側に延びる端子基部を有する、請求項９、１０、１１、又は１２に記載の整流子。
16. 前記整流子ベースの全体は、レーザーダイレクトストラクチャリング材料である、請求項９から１５のいずれか１項に記載の整流子。