JPH056788A - 回転モータまたは発電機用ブラシ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転モータまたはスリップリングの凹凸等に
よるブラシ１０の振動を速やかに減衰させて、ブラシ１
０の接触圧を安定に保ち、一定の回転速度を得る。 【構成】 回転モータまたは発電機用のブラシ１０とし
て、ばね性を有する銅合金からなる基材１１の表面に、
コミュテータ６またはスリップリングとの接触部１３を
除く全ての部分に、ニッケル、ニッケル合金またははん
だからなる被覆層１２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は回転モータまたは発電
機用のブラシ、特に制振性に優れた回転モータまたは発
電機用ブラシに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は回転モータまたは発電機の例とし
て、直流モータを示す一部を切欠いた正面図である。図
において、１はモータ、２はそのケーシング、３はこの
ケーシング２に固定された固定子、４はこの固定子３に
対向して設けられた回転子、５はこの回転子４を貫通す
るように設けられたシャフト、６はこのシャフト５の一
端部に固着されたコミュテータで、回転子４のコイル７
に電気的に接続している。１０はコミュテータ６にばね
圧により接触して給電するブラシで、ケーシング２に固
定され、ターミナル８に電気的に接続している。

【０００３】上記のモータ１は、ターミナル８から給電
することにより、ブラシ１０からコミュテータ６を経て
回転子４のコイル７に電流が分配され、回転子４が回転
する。

【０００４】図１はブラシの斜視図である。ブラシ１０
はばね性を有する金属によりフォーク状に形成されてい
る。従来のブラシ１０は厚さ０．１ｍｍ前後のベリリウ
ム銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金等の導電性および弾性を
有する銅合金の板材が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転モータまた
は発電機用のブラシは以上のように構成されているの
で、回転子側のコミュテータ６の表面の凹凸等により、
ブラシ１０が振動し、コミュテータ６とブラシ１０間で
安定した接触圧を保つことができず、結果的にモータ１
等の回転速度が一定しないという問題点があった。

【０００６】このため、従来は、ブラシ１０にダンパー
等の制振材を付加してこの振動を抑える工夫や、コミュ
テータ６の回転速度とばね荷重の関係を調整して、ブラ
シの振動対策を図ってきた。制振材を付加する例とし
て、はんだ等の他の金属をブラシの基部等に帯状に付加
したブラシがある（例えば特開平１−１８３０８０号、
特開昭６３−２５７４３７号）。

【０００７】しかしながら、このようなブラシは共振周
波数を変えることにより防振を行うものであるため、完
全な防振を行うことはできない。また制振材の配置等を
含めた全体の形状が防振性に影響するため、材質や形状
等の変更により制振性が変化するなどの問題点があっ
た。

【０００８】また接触子用材料として銅合金にはんだめ
っきを施したものが提案されているが（特開昭６３−２
２７７号、同６３−２３９７９０号）、これははんだ付
性を改善するためのものであり、制振性は考慮されてい
ない。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、振動に対する減衰性に優れ、
コミュテータまたはスリップリングとの安定した接触圧
を保つことができる回転モータまたは発電機用ブラシを
得ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る回転モー
タまたは発電機用ブラシは、回転モータまたは発電機用
のブラシにおいて、ばね性を有する銅合金からなる基
材、およびこの基材のコミュテータまたはスリップリン
グとの接触部を除くほぼ全ての表面に形成されたニッケ
ル、ニッケル合金もしくははんだからなる被覆層を有す
るものである。

【００１１】

【作用】この発明による回転モータまたは発電機用ブラ
シにおいては、縦弾性係数が大きく、ばね性を有する銅
合金基材の表面に、ニッケル、ニッケル合金もしくはは
んだ被覆層を設けたため、振動の減衰性が優れている。

【００１２】ブラシに振動が加わると、縦弾性係数が大
きい銅合金の基材は加振力に対して大きな変形を示そう
とし、かつばね性を有するので、振動を継続しようとす
る応力が加わり、振動の減衰は小さい。これに対し、ニ
ッケルまたはニッケル合金被覆層は加振力による変位に
対して十分な伸びを示し、かつ被覆層自体の内部応力に
より振動を妨げるように働く。また縦弾性係数が小さい
はんだ被覆層は加振力に対する変形を小さく抑えようと
働き、弾性限界を越える加振力が加わった場合でも、延
性に富んでいるため脆性破壊を起こさず、銅合金基材の
復元力に追随して元に戻る。したがって、ブラシに加わ
った振動はすぐに減衰し、制振性が優れている。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図２は実施例のブラシを示す図１のＡ−Ａ断面図、
図３はモータに装着した状態を示す断面図であり、図１
および図８と同一符号は同一または相当部分を示す。

【００１４】ブラシ１０は導電性およびばね性を有する
銅合金からなる基材１１と、この基材１１の表面を覆う
ように一体的に形成されたニッケル、ニッケル合金もし
くははんだからなる被覆層１２とからなる。被覆層１２
はニッケル、ニッケル合金またははんだの単層からなる
ものでもよく、ニッケル下地はんだ層のように複数層か
らなるものでもよい。被覆層１２は基材１１のコミュテ
ータ６との接触部１３を除くほぼ全面に形成されてい
る。このようなブラシ１０はブラシ支持材１４に取付け
られて、モータ１のケーシング２に装置されている。

【００１５】モータ１はターミナル８から給電すること
により、ブラシ１０からコミュテータ６を経て回転子４
のコイル７に電流が分配され、回転子４が回転する。こ
のときブラシ１０は銅合金からなる基材１１を覆うよう
に被覆層１２がほぼ全面に形成されているため、ブラシ
１０に加わる振動は減衰し、優れた制振性が得られる。

【００１６】上記のブラシ１０としてＳｎ６重量％、Ｎ
ｉ９重量％、残部Ｃｕからなる厚さ０．１ｍｍの銅合金
からなる基材１１に、通常の電解脱脂、酸処理後、被覆
層１２を形成し、ブラシ１０を得た。被覆層１２として
は、公知の硫酸めっき浴により、公知の方法でニッケル
を５μｍの厚さに電気めっきしたニッケル被覆層（実施
例１）、ニッケルを０．２μｍの厚さにめっき後公知の
ホウフッ化はんだめっき浴により公知の方法でＳｎ６０
重量％、Ｐｂ４０重量％の組成のはんだを５μｍの厚さ
に電気めっきしたニッケル下地はんだ被覆層（実施例
２）、および上記はんだを５μｍの厚さに電気めっきし
たはんだ被覆層（実施例３）を形成した。

【００１７】次にこれらのブラシ１０の振動減衰効果を
確認するため、はんだ被覆層１２を形成していない同じ
組成からなる銅合金基材１１のみからなるブラシ１０を
比較例１として、下記の振動試験を行った。

【００１８】図４は上記の試験装置を示すブロック図
で、図において、２１は一端に上記バネ材より得た試料
としてのブラシ１０を固定し、振動を加える加振器、２
２はこの加振器２１と接続し、加振器２１にトリガーパ
ルスを送るパルス発生器、２３はこのパルス発生器２２
と接続し、パルス発生器２２に信号を送るとともに、上
記加振器２１により共振しているブラシ１０の変位を検
出するフォトニックセンサ２４からの信号を受ける波形
解析装置、２５はこの波形解析装置２３で解析した指定
遅延時間後の波形の出力信号を表示するシンクロスコー
プ、２６は上記波形解析装置２３と接続し、波形解析装
置２３の出力する波形データを受け、ブラシ１０の減衰
係数を計算するコンピュータである。

【００１９】このような試験装置に対し、実施例１〜３
および比較例１として、それぞれ７ｍｍ×５０ｍｍの寸
法のブラシ１０を試料とし、試験に供した。上記の振動
試験装置による試験を、実施例１〜３および比較例１に
ついてそれぞれ１５回繰り返し、平均値を求めた。その
結果を表１に示す。

【００２０】

【００２１】また実施例１〜３によるブラシ１０を試料
とした時の減衰波形を図５〜７に示し、比較例１による
ブラシ１０を試料とした時の減衰波形を図９に示す。

【００２２】以上の結果より、この発明の実施例のブラ
シ１０は、比較例のものに対し５倍以上の大きな減衰係
数を示し、大きな減衰効果が得られることが確認され
た。また実施例２と実施例３の比較では、はんだ単体の
被膜層よりも下地にニッケルを施したはんだ被覆層の方
が効果大であることが確認された。すなわち、この発明
によればニッケルをべースとした上記被覆層を設けるこ
とにより大きな減衰効果が得られることが確認された。

【００２３】またはんだからなる制振材をブラシ１０の
基部等に帯状に形成する場合は、振動周波数が減少し
て、共振周波数が変化するが、振幅は変化せず、振動の
減衰効果はない。一方、基材１１のほぼ全面にはんだ被
覆層１２を形成することにより、振動の減衰効果が得ら
れる。

【００２４】上記の減衰効果を発揮するためには、はん
だの組成は少なくとも１０重量％以上のＰｂを含有して
いることが必要であり、望ましくは３０重量％以上のＰ
ｂを含有するのがよい。またニッケル合金としては、ニ
ッケル−鉄合金（Ｎｉ／Ｆｅ＝１８／１〜１０／１）、
ニッケル−リン合金（リン含量２〜１５重量％）などが
使用できる。

【００２５】被覆層の厚さに関しては、充分な減衰効果
を得るためには少なくとも基材の厚さの１％以上の厚さ
を有することが必要である。１％よりも薄い被覆層で
は、被覆層の脆性破壊を招く恐れがある。被覆層の厚さ
を厚くすることは大きな減衰効果が期待できるが、剛性
の強まりを生じ、ばね性を失い易いとともに、慣性重量
が大きくなってブラシの機能に悪影響を及ぼすので、被
覆層の厚さは基材の厚さの１５％以下であることが必要
である。通常、被覆層の厚さは、基材の厚さの５％以上
１０％以下が望ましい。またニッケル下地はんだ被覆層
におけるニッケル下地の厚さは基材の０．２５〜１％が
好ましい。

【００２６】基材となる銅合金としては、導電性および
ばね性を有するものであればよく、例えばリン青銅、ベ
リリウム銅、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金等の従来よりブラシ
に用いられていた銅合金が使用可能である。

【００２７】なお、上記説明では、この発明の実施例に
よるブラシに用いる材料として、電気めっき法で被覆層
を形成した試料の場合について述べたが、他の方法、例
えば溶融めっき法により被覆した材料を用いてもよい。
しかし、均一な厚さの被覆でなければ、振動モードが偏
る危険性があるので、被覆の均一性が高い電気めっき法
の方が有利である。

【００２８】また上記実施例では直流モータの例を示し
たが、交流モータでもよく、この場合はコミュテータ６
はスリップリングになる。さらに上記の説明は回転モー
タについて行ったが、発電機の場合も同様に適用可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、銅合金基
材のコミュテータまたはスリップリングとの接触部を除
くほぼ全ての表面に特定の被覆層を形成したので、コミ
ュテータまたはスリップリングの凹凸等によるブラシ振
動を速やかに減衰させて、ブラシの接触圧を安定に保つ
ことができ、一定の回転速度が得られるなどの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例および従来例のブラシの斜視図。

【図２】実施例のブラシを示す図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】実施例のブラシの装着状態を示す断面図。

【図４】試験装置のブロック図。

【図５】実施例１の波形図。

【図６】実施例２の波形図。

【図７】実施例３の波形図。

【図８】モータの一部を切欠いた正面図。

【図９】従来例の波形図。

【符号の説明】

１ モータ ３ 固定子 ４ 回転子 ６ コミュテータ １０ ブラシ １１ 基材 １２ 被覆層 １３ コミュテータとの接触部 １４ ブラシ支持材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗田 敏広 神奈川県相模原市宮下一丁目１番57号 三 菱電機株式会社相模製作所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転モータまたは発電機用のブラシにお
   いて、ばね性を有する銅合金からなる基材、およびこの
   基材のコミュテータまたはスリップリングとの接触部を
   除くほぼ全ての表面に形成されたニッケル、ニッケル合
   金もしくははんだからなる被覆層を有することを特徴と
   する回転モータまたは発電機用ブラシ。