ブラシユニット及び直流モータ
【課題】比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能なブラシユニットを提供する。
【解決手段】本発明のブラシユニットは、ブラシと、ブラシを保持する保持部材と、ブラシを整流子側に押圧するためにブラシに接触するスプリングと、ブラシとの間で前記スプリングを挟むように保持部材に被さるキャップ部材とを備える。また、キャップ部材は、ブラシが発熱して所定温度に達すると、係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、係合状態が解除されると、スプリングの弾性力によって保持部材から外れる。
【解決手段】本発明のブラシユニットは、ブラシと、ブラシを保持する保持部材と、ブラシを整流子側に押圧するためにブラシに接触するスプリングと、ブラシとの間で前記スプリングを挟むように保持部材に被さるキャップ部材とを備える。また、キャップ部材は、ブラシが発熱して所定温度に達すると、係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、係合状態が解除されると、スプリングの弾性力によって保持部材から外れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシユニットおよび直流モータに係り、特に、スプリングの弾性力によりブラシを整流子側に押圧するブラシユニット、当該ブラシユニットが搭載された直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流モータにおいて、電機子に給電するために整流子に当接するブラシは、スプリングにより押圧されることで整流子に適宜な当接圧にて当接する。一方、例えば、直流モータにおいて回転がロックしたり過度の負荷が掛かったりした場合、ブラシを介して電機子に過大な電流が流れることになり、かかる過大電流に起因してモータ内温度が異常上昇してしまう虞がある。
【０００３】
上記の課題に対しては、従来から既に対策が講じられてきており、例えば、モータ内温度が異常上昇した際に電機子への給電を遮断するためにヒューズが取り付けられることがある。ただし、かかる構成のモータは、ヒューズを取り付ける分、部品点数が増え、製造コストも割高になってしまう。また、モータ内温度が異常上昇した際に電機子の巻線がその熱によって溶断する構成も考えられるが、かかる構成では、モータ内温度が異常上昇した際に電機子への給電を遮断することができる反面、巻線の溶断時に不可避的に発煙を生じ、結果として発火等の事故に繋がる虞がある。
【０００４】
さらに、特許文献１に記載の直流モータでは、ヒューズを取り付ける構成や溶断可能な巻線を用いる構成に代わり、ブラシの位置決めをする位置決め壁が熱によって変形する構成が採用されている。かかる構成によれば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、モータ内温度の異常上昇により位置決め壁が変形し、変形後の位置決め壁にブラシが引き続き押し付けられる結果、ブラシの先端と整流子とが非接触になるようになる。図４Ａ及び図４Ｂは、従来の直流モータ（具体的には、特許文献１に記載の直流モータ）の構成を示す模式断面図であり、図４Ａは、定常時の状態を示し、図４Ｂは、モータ内温度が異常上昇した時の状態を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の直流モータであれば、確かに、モータ内温度の異常上昇時に電機子への給電を適切に遮断することが可能であるが、より簡易な機構によって確実に電機子への給電を確実に遮断することが可能な構成の実現が求められている。
そこで、本発明の目的は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、具体的には、比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能なブラシユニット、及び、当該ブラシユニットを搭載した直流モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、本発明のブラシユニットによれば、整流子と当接するブラシと、該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、前記突出部に係合可能な係合部を備え、該係合部が前記突出部に係合した状態で、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備え、該キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れる、ことにより解決される。
上記のブラシユニットであれば、電機子へ過大電流が流れることに伴ってブラシが異常発熱した場合、その熱によって保持部材の突出部とキャップ部材の係合部との係合状態が解除され、これに伴って、キャップ部材がスプリングの弾性力によって保持部材から外れる（脱離する）ようになる。換言すると、キャップ部材とブラシとの間に挟まれて圧縮していた状態のスプリングは、自然長まで復元するようになる。これにより、スプリングの押圧力を受けることで整流子との当接状態を維持していたブラシは、上記の押圧力から解放される結果、整流子から離れるようになる。すなわち、電機子への給電が遮断されるようになる。以上のように、本発明のブラシユニットでは、比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能となる。
【０００８】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記ブラシは、先端部にて前記整流子と当接し、前記保持部材は、前端及び後端に開口が形成され、前端側の開口から前記ブラシの先端部を露出させた状態で前記ブラシを収容する中空体であり、前記キャップ部材は、前記ブラシの後端との間で前記スプリングを挟むように前記中空体の後端側から前記中空体に被さり、前記係合状態が解除されると、前記弾性力によって前記中空体の外側表面に沿って、前記中空体の前端から後端に向う向きに移動する構成であれば、より好適である。上記の構成は、ブラシの異常発熱が生じた場合に電機子への給電を確実に遮断するための構成として、より簡易なものとなる。
【０００９】
さらに、上記のブラシユニットにおいて、前記中空体は、前端側に、前記ブラシと接触する接触部位を有し、前記係合部は、前記ブラシから前記接触部位及び前記突出部を通じて伝達される熱によって所定温度まで加熱されると、前記突出部に係合可能な形状から前記突出部に係合不能な形状へと熱変形する構成であれば、ブラシの異常発熱が生じた場合に電機子への給電を確実に遮断するための構成として、より一層好適なものとなる。
【００１０】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記接触部位は、前記中空体の内側表面から前記ブラシに向かって隆起した一対の隆起部であり、前記ブラシは、前記隆起部の間に挟まれた状態で前記中空体内に収容され、前記隆起部は、前記ブラシから伝達される熱によって加熱されて熱膨張することにより、前記スプリングが前記整流子に向けて前記ブラシを押圧する際の押圧力に抗して、前記ブラシの前記整流子側への移動を規制すると、さらに好適である。
かかる構成であれば、ブラシの異常発熱が生じた場合には、ブラシがスプリングの押圧力から解放されることに加え、ブラシを挟む一対の隆起部による挟み圧が増加することでブラシの整流子側への移動が規制されるので、ブラシと整流子との非接触化を効率よく達成することができる。
【００１１】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記中空体及び前記キャップ部材のうち、少なくとも一方は熱可塑性樹脂からなる構成であれば、なお好適である。かかる構成であれば、上述した形状（例えば、突出部あるいは係合部を有した形状）を具備した部材を容易に成形することが可能になる。さらに、前記中空体は、ノボラック樹脂からなる構成であれば、より好適である。
【００１２】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記ブラシは、前記ブラシの先端部が鉛直方向において前記ブラシの後端部よりも上方に位置するように傾けられていると、好適である。かかる構成であれば、ブラシの異常発熱が生じた場合には、ブラシがスプリングの押圧力から解放されるとともに、ブラシの自重（重力）の分力としてブラシを整流子から離そうとする力が作用するので、ブラシと整流子との非接触化を効率よく達成することができる。
【００１３】
また、前記課題は、本発明の直流モータによれば、整流子と、該整流子と当接するブラシと、該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、前記突出部に係合可能な係合部を備え、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備えたブラシユニットと、を有し、前記キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れる、ことにより解決される。かかる構成の直流モータであれば、モータ内温度の異常上昇時には、比較的簡易な機構によって電機子への給電を適切に遮断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のブラシユニット及び直流モータによれば、電機子へ過大電流が流れてブラシが異常発熱した場合、その熱によって保持部材の突出部とキャップ部材の係合部との係合状態が解除され（具体的には、係合部が熱変形して上記の係合状態が解除される）、これに伴って、キャップ部材がスプリングの弾性力によって保持部材から外れる（脱離する）ようになる。換言すると、キャップ部材とブラシとの間に挟まれて圧縮していた状態のスプリングが自然長まで復元するようになる。この結果、スプリングの押圧力を受けることで整流子との当接状態を維持していたブラシは、スプリングの押圧力から解放されて整流子から離れるようになり、電機子への給電が遮断されるようになる。
以上のように、本発明の効果として、比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能なブラシユニット及び直流モータが実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る直流モータの全体構成を示す模式断面図である。
【図２】本実施形態に係るブラシユニットを示す模式平面図である。
【図３Ａ】定常時のブラシユニットの状態を示す図である。
【図３Ｂ】ブラシが異常発熱した時のブラシユニットの状態を示す図である。
【図４Ａ】従来の直流モータの構成を示す模式断面図である（その１）。
【図４Ｂ】従来の直流モータの構成を示す模式断面図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態）に係るブラシユニット、及び、当該ブラシユニットを搭載した直流モータについて、図１〜図３Ｂを参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る直流モータの全体構成を示す模式断面図である。図２は、本実施形態に係るブラシユニットを示す模式平面図である。図３Ａは、定常時のブラシユニットの状態を示す図である。図３Ｂは、ブラシが異常発熱した時のブラシユニットの状態を示す図である。なお、図１〜図３Ｂの各々は、説明を分かり易くするために簡略化されており、各図中に図示された部材の中には、実際のものとは異なる大きさや形状等にて示されているものが在る。
【００１７】
本実施形態に係るブラシユニット（以下、本ブラシユニット１）は、直流モータ（以下、単にモータＭという）に搭載されており、ブラシが異常発熱した場合には後述する電機子３への給電を遮断することが可能である。かかる構成について説明するにあたり、モータＭの全体構成について概説する。
【００１８】
モータＭは、図１に示すように、有底円筒状のモータヨーク２ａと、モータヨーク２ａの開口側でモータヨーク２ａに組み付けられる略椀状のハウジング２ｂとを有し、その内部空間には電機子３（ロータ）と界磁体４（ステータ）と本ブラシユニット１とを備えている。特に、本実施形態において、モータＭは、電機子３のシャフト５の軸方向が鉛直方向に沿った状態（換言すると、縦置きの姿勢）で使用される。ただし、モータＭの使用中の姿勢については上記の姿勢に限定されることはなく、モータＭは任意の姿勢で使用することが可能である。
【００１９】
電機子３は、その回転軸をなすシャフト５の軸方向一端部をハウジング２ｂ外に突出させた状態で、軸受１０ａ、１０ｂを介してモータヨーク２ａ及びハウジング２ｂに支持されており、シャフト５を中心に回転自在にモータＭ内に収容されている。なお、本実施形態の電機子３は、正逆双方向に回転することが可能であるが、正転方向にのみ回転する構成のものであってもよい。
【００２０】
また、図１に示すように、電機子３は、シャフト５に貫通させて積層した複数枚の電磁鋼板からなるコア６を有し、コア６の周囲には、コア６の外周を囲むように界磁体４が配置されている。一方、コア６には、励磁電流が流れる回路をなすコイル（不図示）が巻回されている。
【００２１】
さらに、電機子３には、複数の整流子片１１ａ（所謂セグメント）を環状に配置して構成される整流子１１が取り付けられている。各整流子片１１ａには上述のコイルの端末が接続されており、これによりブラシ７が整流子片１１ａに摺接すると、コイルに励磁電流が流れるようになる。
【００２２】
界磁体４は、界磁磁束を発生させるためのものである。本実施形態の界磁体４は、Ｎ極の磁極を示す永久磁石片４ａと、Ｓ極の磁極を示す永久磁石片４ｂからなり、各永久磁石片４ａ、４ｂはモータヨーク２ａの内周面上に固定されている。
【００２３】
本ブラシユニット１は、整流子１１周りに配置され、構成要素であるブラシ７を整流子１１の各整流子片１１ａに当接させて電機子３に給電する（換言すると、上述のコイルに励磁電流を流す）ためのユニットである。本ブラシユニット１の構成については後に詳述する。
【００２４】
以上のような構成のモータＭは、本ブラシユニット１の構造を除き、公知である。一方、モータＭは、本ブラシユニット１を搭載していることから、例えば電機子３へ過大電流が流れることによってブラシ７が異常発熱した場合、比較的簡易な構成により電機子３への給電を確実に遮断することが可能である。
以下では、上記の効果を実現する本ブラシユニット１の構造について具体的に説明する。
【００２５】
＜＜本ブラシユニット１の構造について＞＞
本ブラシユニット１は、図２に示すように、ブラシ７と、保持部材としてのブラシホルダ８と、スプリングＳと、キャップ部材としてのスプリングキャップ９と、を有している。
【００２６】
ブラシ７は、略直方体状の部材であり、整流子１１の径方向において整流子１１と対向する側の端部にて整流子１１（具体的には、整流子片１１ａ）と当接する。一方、ブラシ７には不図示のリード線が接続されている。これにより、ブラシ７が整流子１１に当接すると、不図示の外部電源からの電流（すなわち、励磁電流）が上記のリード線、ブラシ７及び整流子片１１ａを経由して、最終的に電機子３のコア６のコイルに流れるようになる。
【００２７】
また、本実施形態では、図１に示すように、ブラシ７が整流子片１１ａの外周面に対して傾いた状態でセットされている。具体的に説明すると、本実施形態において、ブラシ７は、先端部７ａが鉛直方向において後端部７ｂよりも上方に位置するように傾けられている（より詳しくは、上記の如く傾くように後述のブラシホルダ８により保持されている）。一方、前述したように、本実施形態では、モータＭが電機子３のシャフト５の軸方向が鉛直方向に沿った状態で使用され、整流子１１についても鉛直方向を中心軸方向として環状に整流子片１１ａが並ぶようにセットされる。この結果、ブラシ７は、図１に示すように、エッジ（先端の下側角部）にて整流子１１に当接することになる。
【００２８】
ブラシホルダ８は、略直方体の外形形状を有する中空体であり、不図示の支持部材を介してハウジング２ｂに固定支持されている。そして、ブラシホルダ８は、前端及び後端（長手方向両端）に開口が形成されており、前端側の開口からブラシ７の先端部７ａを露出させた状態でブラシ７を内部に収容する。また、ブラシホルダ８は、図３Ａに示すように、前端側に、ブラシ７と接触する接触部位（具体的には、後述の隆起部８ｂ）を左右一対有し、接触部位間でブラシ７を挟み込んでブラシ７を保持する。
【００２９】
ブラシホルダ８の形状についてより詳細に説明すると、図３Ａに示すように、ブラシホルダ８には、ブラシ７が位置する側とは反対側に突出した突出部８ａが形成されている。この突出部８ａは、ブラシホルダ８の先端より幾分後端側に位置した段差状の突起であり、左右両方の側壁８ｃの外側表面にそれぞれ設けられている。
【００３０】
また、ブラシホルダ８には、その内側表面からブラシに向かって隆起した隆起部８ｂが形成されている。この隆起部８ｂは、前述した接触部位に相当する部分であり、左右両方の側壁８ｃにそれぞれ形成されている（すなわち、左右一対設けられている）。より具体的に説明すると、図３Ａに示すように、ブラシホルダ８の各側壁８ｃでは壁厚が前端側で最も大きく、後端側に向けて徐々に減少している。上記の隆起部８ｂは、上記のように側壁８ｃの中で壁厚が最も大きくなった前端部分としてブラシホルダ８に備わっている。そして、ブラシホルダ８は、一対の隆起部８ｂの各々にてブラシ７に接触しながら、その内部にブラシ７を収容する。換言すると、ブラシ７は、一対の隆起部８ｂの間に挟まれた状態でブラシホルダ８内に収容されるようになる。
【００３１】
以上のような形状のブラシホルダ８は、熱可塑性樹脂からなり、特に本実施形態では、フェノール樹脂の一つであるノボラック樹脂からなる。つまり、上記の形状を有するブラシホルダ８は、ノボラック樹脂により成形され、樹脂合成の際には硬化剤としてヘキサミンが添加される。
【００３２】
スプリングＳは、ブラシ７を整流子１１側に押圧するためのものであり、ブラシホルダ８の後端側の開口を通じてブラシホルダ８内に進入させたスプリング一端部にて、ブラシホルダ８内に収容されたブラシ７の後端に接触する。なお、スプリングＳは、ブラシ７を整流子１１側に押圧するにあたり、弾性圧縮した状態でブラシ７の後端に接触することになる。
【００３３】
スプリングキャップ９は、一端が開口端となった有底箱状の部材であり、本実施形態では、図３Ａに示すように、ブラシホルダ８の後端側からブラシホルダ８に組み付けることが可能である。そして、スプリングキャップ９は、ブラシホルダ８に被せられることにより、ブラシホルダ８内に収容されたブラシ７との間でスプリングＳを挟み込んで弾性圧縮する。かかる意味で、スプリングキャップ９は、スプリングＳにブラシ７を整流子１１側に押圧させるために、ブラシ７の後端との間でスプリングＳを挟むようにブラシホルダ８に被さる部材であると言える。
【００３４】
スプリングキャップ９の構造についてより詳しく説明すると、図３Ａに示すように、スプリングキャップ９の、開口が形成されている側の端部（以下、開口側端部）は、段差を形成するように折り曲げられている。かかる折り曲げによって開口側端部に形成された段差は、スプリングキャップ９がブラシホルダ８に被せられた際に、ブラシホルダ８の突出部８ａと係合可能である。すなわち、スプリングキャップ９の開口側端部に形成された段差は、ブラシホルダ８の突出部８ａと係合可能な係合部９ａを構成する。つまり、上記の係合部９ａとブラシホルダの突出部８ａとは、スナップフィットを構成しており、ブラシホルダ８に対してスプリングキャップ９を組み付ける際には、スプリングキャップ９をブラシホルダ８の後端側からブラシホルダ８に被せてから、上記係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合するまでスプリングキャップ９をブラシホルダ８の外側表面に沿って移動させることになる。
【００３５】
そして、上記係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合された状態では、ブラシ７の後端とスプリングキャップ９とのクリアランスが、スプリングＳの自然長よりも幾分短くなる。したがって、上記係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態が維持されている間、ブラシ７の後端とスプリングキャップ９との間に配置されたスプリングＳは、弾性圧縮された状態でブラシ７の後端に接触し、これにより、ブラシ７は整流子１１側に押圧されるようになる。すなわち、スプリングＳは、上記の係合状態が維持される間、ブラシホルダ８の後端側の開口を通じてブラシホルダ８内に収容されたブラシ７の後端を押圧し続ける。
【００３６】
以上のような形状のスプリングキャップ９は、熱可塑性樹脂からなり、特に、加熱等により温度が所定温度まで上昇した場合には上記の係合部９ａが熱変形する構造となっている。より具体的に説明すると、スプリングキャップ９は、ブラシ７が発熱して所定温度に達すると係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態が解除されるように変形する材質からなる。そして、係合部９ａは、ブラシ７から伝達される熱によって所定温度まで加熱されると、突出部８ａに係合可能な形状から突出部８ａに係合不能な形状へと熱変形するようになる。
【００３７】
以上までに説明してきた構成の本ブラシユニット１は、定常時には図３Ａに示す状態、すなわち、スプリングキャップ９の係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合され、スプリングＳが弾性圧縮された状態で保持されることになる。一方、ブラシ７が異常発熱した場合には、ブラシ７と整流子１１との接触状態が断たれて電機子３への給電が遮断されるようになる。以下では、ブラシ７が異常発熱した場合における、本ブラシユニット１の状態の遷移について説明する。
【００３８】
先ず、前述したように、ブラシ７が異常発熱する前の時点では、スプリングキャップ９の係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合され、スプリングＳが弾性圧縮された状態にある。換言すると、上記の係合部９ａは、ブラシホルダ８の突出部８ａに係合可能な形状になっており、ブラシ７には、整流子１１側へ向かうような押圧力（すなわち、図３Ａ中、記号Ｆ２にて示した弾性力）が作用している。なお、この間、ブラシホルダ８は、前述した一対の隆起部８ｂの間にブラシ７を挟んだ状態で保持している。
【００３９】
そして、上記の状態から、電機子３に過大電流が流れてブラシ７が異常発熱すると、伝導により、ブラシ７と接触部位（具体的には隆起部８ｂ）にて接触するブラシホルダ８へ、ブラシ７からの熱が流入するようになる。このため、ブラシホルダ８各部の温度が上昇し、ブラシホルダ８の突出部８ａについても昇温されることになる。この結果、当該突出部８ａに係合しているスプリングキャップ９の係合部９ａにも熱が伝達され、係合部９ａの温度が徐々に上昇するようになる。すなわち、係合部９ａは、ブラシ７から隆起部８ｂ及び突出部８ａを通じて伝達される熱によって加熱される。
【００４０】
係合部９ａでの昇温が進行し、やがて所定温度まで達した時点で、係合部９ａは、図３Ｂに示すように、ブラシホルダ８の突出部８ａに係合不能な形状となる。つまり、係合部９ａは、上記の熱伝達により、突出部８ａに係合可能な形状から突出部８ａに係合不能な形状へと熱変形する。ここで、突出部８ａに係合不能な形状とは、段差状に形成されたブラシホルダ８の突出部８ａに掛止することができない形状である。具体的に説明すると、スプリングキャップ９の開口側端部が、段差を形成するように折り曲げられた形状（図３Ａに示す形状）が、突出部８ａに係合可能な形状に該当し、開口側の端がやや内側に位置する程度に屈曲しただけの形状（図３Ｂに示す形状）が、突出部８ａに係合不能な形状に該当する。
【００４１】
以上のような係合部９ａの熱変形により、スプリングキャップ９の係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態は、解除されることになる。つまり、スプリングキャップ９の係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態は、ブラシ７における発熱（異常発熱）によって解除可能であり、より具体的に説明すると、ブラシにおける発熱によって係合部９ａが所定温度まで加熱されて熱変形することにより解除される。
【００４２】
そして、スプリングキャップ９の係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態が解除されると、弾性圧縮された状態のスプリングＳの弾性力（より具体的には、スプリングＳがブラシ７を整流子１１側に押圧する際の押圧力の反力）により、スプリングキャップ９がブラシホルダ８の外側表面に沿って、ブラシホルダ８の前端から後端に向う向きに移動するようになる。この結果、ブラシホルダ８に被さっていたスプリングキャップ９は、ブラシホルダ８から外れる（脱離する）ようになる。換言すると、スプリングキャップ９とブラシ７との間に挟まれて圧縮していた状態のスプリングＳは、自然長まで復元するので、スプリングＳの押圧力を受けることで整流子１１との当接状態を維持していたブラシ７は、上記の押圧力から解放される結果、整流子１１から離れるようになる。
【００４３】
一方、ブラシ７の異常発熱によりブラシホルダ８各部の温度が上昇した場合、ブラシ７との接触部位である隆起部８ｂが所定温度以上に加熱されると熱膨張する。この熱膨張は、ブラシホルダ８を構成するノボラック樹脂に添加されたヘキサミンが加熱分解されることにより発生するアンモニアガスが樹脂内部から外部に放出されることに起因して発生する。そして、この熱膨張により、ブラシ７を挟んでいた一対の隆起部８ｂによる挟み圧（図３Ｂ中、記号Ｆ３にて示す圧力）が増加する。この挟み圧の増加により、上記の隆起部８ｂは、スプリングＳが整流子１１に向けてブラシ７を押圧する際の押圧力に抗して、ブラシ７の整流子１１側への移動を規制するようになる。
以上のように、ブラシ７をスプリングＳの押圧力から解放してブラシ７を整流子１１から離すにあたり、上述した隆起部８ｂの作用が加わることにより、ブラシ７と整流子１１との非接触化を効率よく達成することが可能になる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、前述したように、ブラシ７が水平方向に対して傾いた状態でセットされており、より具体的には、先端部７ａが鉛直方向において後端部７ｂよりも上方に位置するように傾けられている。これにより、ブラシ７の異常発熱が生じた場合には、ブラシ７がスプリングＳの押圧力から解放される際に、ブラシ７の自重（重力）の分力としてブラシ７を整流子１１から離そうとする力（図１中、記号Ｆ１が付された力）が発生して、ブラシ７に作用するようになる。この結果、ブラシ７と整流子１１との非接触化をより一層効率よく達成することが可能になる。
【００４５】
上述した諸処の作用により、本ブラシユニット１では、ブラシ７の異常発熱によりブラシ温度が所定温度に達すると、ブラシ７と整流子１１との接触が断たれ、電機子３への給電が遮断される。以上のように、本ブラシユニット１であれば、異常時に電機子３への給電を遮断するにあたり、ヒューズ等の部品を別途設ける必要もなく、さらに、コイルの溶断のように発火を生じさせる危険性もない。すなわち、本ブラシユニット１は、比較的簡易な構成により、安全かつ確実に電機子３への給電を遮断することができるものである。
【００４６】
＜＜その他の実施形態＞＞
上記の実施形態には、主として本発明のブラシユニット及び直流モータについて説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００４７】
また、上記の実施形態では、ブラシホルダ８及びスプリングキャップ９が、いずれも熱可塑性樹脂からなることとしたが、これに限定されるものではなく、少なくともブラシホルダ８及びスプリングキャップ９のうちの一方が熱可塑性樹脂からなればよく、例えば、ブラシホルダ８（あるいはスプリングキャップ９）のみが熱可塑性樹脂からなることとしてもよい。
【００４８】
なお、上記の実施形態では、ブラシホルダ８がノボラック樹脂から構成されることとしたが、これに限定されるものではなく、加熱した際に熱膨張する材料であれば他の材料であってもよい。
【００４９】
また、上記の実施形態では、ブラシホルダ８の内側表面からブラシ７に向かって隆起した一対の隆起部８ｂが設けられ、ブラシ７において異常発熱が生じた場合には、各隆起部８ｂが熱膨張してブラシ７の整流子１１側への移動を規制することとした。ただし、これに限定されるものではなく、上記の隆起部８ｂがブラシホルダ８の内側表面に形成されていなくてもよい。換言すると、ブラシホルダ８の内側表面が隆起部８ｂを有しない平坦面であることとしてもよい。
【００５０】
また、上記の実施形態では、ブラシ７が整流子１１に対して傾いた状態でセットされているため（具体的には、先端部７ａが鉛直方向において後端部７ｂよりも上方に位置するように傾けられている）、エッジにて整流子１１に当接することとした。ただし、これに限定されるものではなく、ブラシ７が略水平にセットされ、先端面全体にて整流子１１に当接（腹当たり）することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１ 本ブラシユニット、２ａ モータヨーク、２ｂ ハウジング、３ 電機子、
４ 界磁体、４ａ 永久磁石片、４ｂ 永久磁石片、５ シャフト、６ コア、
７ ブラシ、７ａ 先端部、７ｂ 後端部、
８ ブラシホルダ、８ａ 突出部、８ｂ 隆起部、８ｃ 側壁、
９ スプリングキャップ、９ａ 係合部、１０ａ 軸受、１０ｂ 軸受、
１１ 整流子、１１ａ 整流子片、
Ｍ モータ、Ｓ スプリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシユニットおよび直流モータに係り、特に、スプリングの弾性力によりブラシを整流子側に押圧するブラシユニット、当該ブラシユニットが搭載された直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流モータにおいて、電機子に給電するために整流子に当接するブラシは、スプリングにより押圧されることで整流子に適宜な当接圧にて当接する。一方、例えば、直流モータにおいて回転がロックしたり過度の負荷が掛かったりした場合、ブラシを介して電機子に過大な電流が流れることになり、かかる過大電流に起因してモータ内温度が異常上昇してしまう虞がある。
【０００３】
上記の課題に対しては、従来から既に対策が講じられてきており、例えば、モータ内温度が異常上昇した際に電機子への給電を遮断するためにヒューズが取り付けられることがある。ただし、かかる構成のモータは、ヒューズを取り付ける分、部品点数が増え、製造コストも割高になってしまう。また、モータ内温度が異常上昇した際に電機子の巻線がその熱によって溶断する構成も考えられるが、かかる構成では、モータ内温度が異常上昇した際に電機子への給電を遮断することができる反面、巻線の溶断時に不可避的に発煙を生じ、結果として発火等の事故に繋がる虞がある。
【０００４】
さらに、特許文献１に記載の直流モータでは、ヒューズを取り付ける構成や溶断可能な巻線を用いる構成に代わり、ブラシの位置決めをする位置決め壁が熱によって変形する構成が採用されている。かかる構成によれば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、モータ内温度の異常上昇により位置決め壁が変形し、変形後の位置決め壁にブラシが引き続き押し付けられる結果、ブラシの先端と整流子とが非接触になるようになる。図４Ａ及び図４Ｂは、従来の直流モータ（具体的には、特許文献１に記載の直流モータ）の構成を示す模式断面図であり、図４Ａは、定常時の状態を示し、図４Ｂは、モータ内温度が異常上昇した時の状態を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の直流モータであれば、確かに、モータ内温度の異常上昇時に電機子への給電を適切に遮断することが可能であるが、より簡易な機構によって確実に電機子への給電を確実に遮断することが可能な構成の実現が求められている。
そこで、本発明の目的は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、具体的には、比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能なブラシユニット、及び、当該ブラシユニットを搭載した直流モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、本発明のブラシユニットによれば、整流子と当接するブラシと、該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、前記突出部に係合可能な係合部を備え、該係合部が前記突出部に係合した状態で、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備え、該キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れる、ことにより解決される。
上記のブラシユニットであれば、電機子へ過大電流が流れることに伴ってブラシが異常発熱した場合、その熱によって保持部材の突出部とキャップ部材の係合部との係合状態が解除され、これに伴って、キャップ部材がスプリングの弾性力によって保持部材から外れる（脱離する）ようになる。換言すると、キャップ部材とブラシとの間に挟まれて圧縮していた状態のスプリングは、自然長まで復元するようになる。これにより、スプリングの押圧力を受けることで整流子との当接状態を維持していたブラシは、上記の押圧力から解放される結果、整流子から離れるようになる。すなわち、電機子への給電が遮断されるようになる。以上のように、本発明のブラシユニットでは、比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能となる。
【０００８】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記ブラシは、先端部にて前記整流子と当接し、前記保持部材は、前端及び後端に開口が形成され、前端側の開口から前記ブラシの先端部を露出させた状態で前記ブラシを収容する中空体であり、前記キャップ部材は、前記ブラシの後端との間で前記スプリングを挟むように前記中空体の後端側から前記中空体に被さり、前記係合状態が解除されると、前記弾性力によって前記中空体の外側表面に沿って、前記中空体の前端から後端に向う向きに移動する構成であれば、より好適である。上記の構成は、ブラシの異常発熱が生じた場合に電機子への給電を確実に遮断するための構成として、より簡易なものとなる。
【０００９】
さらに、上記のブラシユニットにおいて、前記中空体は、前端側に、前記ブラシと接触する接触部位を有し、前記係合部は、前記ブラシから前記接触部位及び前記突出部を通じて伝達される熱によって所定温度まで加熱されると、前記突出部に係合可能な形状から前記突出部に係合不能な形状へと熱変形する構成であれば、ブラシの異常発熱が生じた場合に電機子への給電を確実に遮断するための構成として、より一層好適なものとなる。
【００１０】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記接触部位は、前記中空体の内側表面から前記ブラシに向かって隆起した一対の隆起部であり、前記ブラシは、前記隆起部の間に挟まれた状態で前記中空体内に収容され、前記隆起部は、前記ブラシから伝達される熱によって加熱されて熱膨張することにより、前記スプリングが前記整流子に向けて前記ブラシを押圧する際の押圧力に抗して、前記ブラシの前記整流子側への移動を規制すると、さらに好適である。
かかる構成であれば、ブラシの異常発熱が生じた場合には、ブラシがスプリングの押圧力から解放されることに加え、ブラシを挟む一対の隆起部による挟み圧が増加することでブラシの整流子側への移動が規制されるので、ブラシと整流子との非接触化を効率よく達成することができる。
【００１１】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記中空体及び前記キャップ部材のうち、少なくとも一方は熱可塑性樹脂からなる構成であれば、なお好適である。かかる構成であれば、上述した形状（例えば、突出部あるいは係合部を有した形状）を具備した部材を容易に成形することが可能になる。さらに、前記中空体は、ノボラック樹脂からなる構成であれば、より好適である。
【００１２】
また、上記のブラシユニットにおいて、前記ブラシは、前記ブラシの先端部が鉛直方向において前記ブラシの後端部よりも上方に位置するように傾けられていると、好適である。かかる構成であれば、ブラシの異常発熱が生じた場合には、ブラシがスプリングの押圧力から解放されるとともに、ブラシの自重（重力）の分力としてブラシを整流子から離そうとする力が作用するので、ブラシと整流子との非接触化を効率よく達成することができる。
【００１３】
また、前記課題は、本発明の直流モータによれば、整流子と、該整流子と当接するブラシと、該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、前記突出部に係合可能な係合部を備え、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備えたブラシユニットと、を有し、前記キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れる、ことにより解決される。かかる構成の直流モータであれば、モータ内温度の異常上昇時には、比較的簡易な機構によって電機子への給電を適切に遮断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のブラシユニット及び直流モータによれば、電機子へ過大電流が流れてブラシが異常発熱した場合、その熱によって保持部材の突出部とキャップ部材の係合部との係合状態が解除され（具体的には、係合部が熱変形して上記の係合状態が解除される）、これに伴って、キャップ部材がスプリングの弾性力によって保持部材から外れる（脱離する）ようになる。換言すると、キャップ部材とブラシとの間に挟まれて圧縮していた状態のスプリングが自然長まで復元するようになる。この結果、スプリングの押圧力を受けることで整流子との当接状態を維持していたブラシは、スプリングの押圧力から解放されて整流子から離れるようになり、電機子への給電が遮断されるようになる。
以上のように、本発明の効果として、比較的簡易な構成により電機子への給電を確実に遮断することが可能なブラシユニット及び直流モータが実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る直流モータの全体構成を示す模式断面図である。
【図２】本実施形態に係るブラシユニットを示す模式平面図である。
【図３Ａ】定常時のブラシユニットの状態を示す図である。
【図３Ｂ】ブラシが異常発熱した時のブラシユニットの状態を示す図である。
【図４Ａ】従来の直流モータの構成を示す模式断面図である（その１）。
【図４Ｂ】従来の直流モータの構成を示す模式断面図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態）に係るブラシユニット、及び、当該ブラシユニットを搭載した直流モータについて、図１〜図３Ｂを参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る直流モータの全体構成を示す模式断面図である。図２は、本実施形態に係るブラシユニットを示す模式平面図である。図３Ａは、定常時のブラシユニットの状態を示す図である。図３Ｂは、ブラシが異常発熱した時のブラシユニットの状態を示す図である。なお、図１〜図３Ｂの各々は、説明を分かり易くするために簡略化されており、各図中に図示された部材の中には、実際のものとは異なる大きさや形状等にて示されているものが在る。
【００１７】
本実施形態に係るブラシユニット（以下、本ブラシユニット１）は、直流モータ（以下、単にモータＭという）に搭載されており、ブラシが異常発熱した場合には後述する電機子３への給電を遮断することが可能である。かかる構成について説明するにあたり、モータＭの全体構成について概説する。
【００１８】
モータＭは、図１に示すように、有底円筒状のモータヨーク２ａと、モータヨーク２ａの開口側でモータヨーク２ａに組み付けられる略椀状のハウジング２ｂとを有し、その内部空間には電機子３（ロータ）と界磁体４（ステータ）と本ブラシユニット１とを備えている。特に、本実施形態において、モータＭは、電機子３のシャフト５の軸方向が鉛直方向に沿った状態（換言すると、縦置きの姿勢）で使用される。ただし、モータＭの使用中の姿勢については上記の姿勢に限定されることはなく、モータＭは任意の姿勢で使用することが可能である。
【００１９】
電機子３は、その回転軸をなすシャフト５の軸方向一端部をハウジング２ｂ外に突出させた状態で、軸受１０ａ、１０ｂを介してモータヨーク２ａ及びハウジング２ｂに支持されており、シャフト５を中心に回転自在にモータＭ内に収容されている。なお、本実施形態の電機子３は、正逆双方向に回転することが可能であるが、正転方向にのみ回転する構成のものであってもよい。
【００２０】
また、図１に示すように、電機子３は、シャフト５に貫通させて積層した複数枚の電磁鋼板からなるコア６を有し、コア６の周囲には、コア６の外周を囲むように界磁体４が配置されている。一方、コア６には、励磁電流が流れる回路をなすコイル（不図示）が巻回されている。
【００２１】
さらに、電機子３には、複数の整流子片１１ａ（所謂セグメント）を環状に配置して構成される整流子１１が取り付けられている。各整流子片１１ａには上述のコイルの端末が接続されており、これによりブラシ７が整流子片１１ａに摺接すると、コイルに励磁電流が流れるようになる。
【００２２】
界磁体４は、界磁磁束を発生させるためのものである。本実施形態の界磁体４は、Ｎ極の磁極を示す永久磁石片４ａと、Ｓ極の磁極を示す永久磁石片４ｂからなり、各永久磁石片４ａ、４ｂはモータヨーク２ａの内周面上に固定されている。
【００２３】
本ブラシユニット１は、整流子１１周りに配置され、構成要素であるブラシ７を整流子１１の各整流子片１１ａに当接させて電機子３に給電する（換言すると、上述のコイルに励磁電流を流す）ためのユニットである。本ブラシユニット１の構成については後に詳述する。
【００２４】
以上のような構成のモータＭは、本ブラシユニット１の構造を除き、公知である。一方、モータＭは、本ブラシユニット１を搭載していることから、例えば電機子３へ過大電流が流れることによってブラシ７が異常発熱した場合、比較的簡易な構成により電機子３への給電を確実に遮断することが可能である。
以下では、上記の効果を実現する本ブラシユニット１の構造について具体的に説明する。
【００２５】
＜＜本ブラシユニット１の構造について＞＞
本ブラシユニット１は、図２に示すように、ブラシ７と、保持部材としてのブラシホルダ８と、スプリングＳと、キャップ部材としてのスプリングキャップ９と、を有している。
【００２６】
ブラシ７は、略直方体状の部材であり、整流子１１の径方向において整流子１１と対向する側の端部にて整流子１１（具体的には、整流子片１１ａ）と当接する。一方、ブラシ７には不図示のリード線が接続されている。これにより、ブラシ７が整流子１１に当接すると、不図示の外部電源からの電流（すなわち、励磁電流）が上記のリード線、ブラシ７及び整流子片１１ａを経由して、最終的に電機子３のコア６のコイルに流れるようになる。
【００２７】
また、本実施形態では、図１に示すように、ブラシ７が整流子片１１ａの外周面に対して傾いた状態でセットされている。具体的に説明すると、本実施形態において、ブラシ７は、先端部７ａが鉛直方向において後端部７ｂよりも上方に位置するように傾けられている（より詳しくは、上記の如く傾くように後述のブラシホルダ８により保持されている）。一方、前述したように、本実施形態では、モータＭが電機子３のシャフト５の軸方向が鉛直方向に沿った状態で使用され、整流子１１についても鉛直方向を中心軸方向として環状に整流子片１１ａが並ぶようにセットされる。この結果、ブラシ７は、図１に示すように、エッジ（先端の下側角部）にて整流子１１に当接することになる。
【００２８】
ブラシホルダ８は、略直方体の外形形状を有する中空体であり、不図示の支持部材を介してハウジング２ｂに固定支持されている。そして、ブラシホルダ８は、前端及び後端（長手方向両端）に開口が形成されており、前端側の開口からブラシ７の先端部７ａを露出させた状態でブラシ７を内部に収容する。また、ブラシホルダ８は、図３Ａに示すように、前端側に、ブラシ７と接触する接触部位（具体的には、後述の隆起部８ｂ）を左右一対有し、接触部位間でブラシ７を挟み込んでブラシ７を保持する。
【００２９】
ブラシホルダ８の形状についてより詳細に説明すると、図３Ａに示すように、ブラシホルダ８には、ブラシ７が位置する側とは反対側に突出した突出部８ａが形成されている。この突出部８ａは、ブラシホルダ８の先端より幾分後端側に位置した段差状の突起であり、左右両方の側壁８ｃの外側表面にそれぞれ設けられている。
【００３０】
また、ブラシホルダ８には、その内側表面からブラシに向かって隆起した隆起部８ｂが形成されている。この隆起部８ｂは、前述した接触部位に相当する部分であり、左右両方の側壁８ｃにそれぞれ形成されている（すなわち、左右一対設けられている）。より具体的に説明すると、図３Ａに示すように、ブラシホルダ８の各側壁８ｃでは壁厚が前端側で最も大きく、後端側に向けて徐々に減少している。上記の隆起部８ｂは、上記のように側壁８ｃの中で壁厚が最も大きくなった前端部分としてブラシホルダ８に備わっている。そして、ブラシホルダ８は、一対の隆起部８ｂの各々にてブラシ７に接触しながら、その内部にブラシ７を収容する。換言すると、ブラシ７は、一対の隆起部８ｂの間に挟まれた状態でブラシホルダ８内に収容されるようになる。
【００３１】
以上のような形状のブラシホルダ８は、熱可塑性樹脂からなり、特に本実施形態では、フェノール樹脂の一つであるノボラック樹脂からなる。つまり、上記の形状を有するブラシホルダ８は、ノボラック樹脂により成形され、樹脂合成の際には硬化剤としてヘキサミンが添加される。
【００３２】
スプリングＳは、ブラシ７を整流子１１側に押圧するためのものであり、ブラシホルダ８の後端側の開口を通じてブラシホルダ８内に進入させたスプリング一端部にて、ブラシホルダ８内に収容されたブラシ７の後端に接触する。なお、スプリングＳは、ブラシ７を整流子１１側に押圧するにあたり、弾性圧縮した状態でブラシ７の後端に接触することになる。
【００３３】
スプリングキャップ９は、一端が開口端となった有底箱状の部材であり、本実施形態では、図３Ａに示すように、ブラシホルダ８の後端側からブラシホルダ８に組み付けることが可能である。そして、スプリングキャップ９は、ブラシホルダ８に被せられることにより、ブラシホルダ８内に収容されたブラシ７との間でスプリングＳを挟み込んで弾性圧縮する。かかる意味で、スプリングキャップ９は、スプリングＳにブラシ７を整流子１１側に押圧させるために、ブラシ７の後端との間でスプリングＳを挟むようにブラシホルダ８に被さる部材であると言える。
【００３４】
スプリングキャップ９の構造についてより詳しく説明すると、図３Ａに示すように、スプリングキャップ９の、開口が形成されている側の端部（以下、開口側端部）は、段差を形成するように折り曲げられている。かかる折り曲げによって開口側端部に形成された段差は、スプリングキャップ９がブラシホルダ８に被せられた際に、ブラシホルダ８の突出部８ａと係合可能である。すなわち、スプリングキャップ９の開口側端部に形成された段差は、ブラシホルダ８の突出部８ａと係合可能な係合部９ａを構成する。つまり、上記の係合部９ａとブラシホルダの突出部８ａとは、スナップフィットを構成しており、ブラシホルダ８に対してスプリングキャップ９を組み付ける際には、スプリングキャップ９をブラシホルダ８の後端側からブラシホルダ８に被せてから、上記係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合するまでスプリングキャップ９をブラシホルダ８の外側表面に沿って移動させることになる。
【００３５】
そして、上記係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合された状態では、ブラシ７の後端とスプリングキャップ９とのクリアランスが、スプリングＳの自然長よりも幾分短くなる。したがって、上記係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態が維持されている間、ブラシ７の後端とスプリングキャップ９との間に配置されたスプリングＳは、弾性圧縮された状態でブラシ７の後端に接触し、これにより、ブラシ７は整流子１１側に押圧されるようになる。すなわち、スプリングＳは、上記の係合状態が維持される間、ブラシホルダ８の後端側の開口を通じてブラシホルダ８内に収容されたブラシ７の後端を押圧し続ける。
【００３６】
以上のような形状のスプリングキャップ９は、熱可塑性樹脂からなり、特に、加熱等により温度が所定温度まで上昇した場合には上記の係合部９ａが熱変形する構造となっている。より具体的に説明すると、スプリングキャップ９は、ブラシ７が発熱して所定温度に達すると係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態が解除されるように変形する材質からなる。そして、係合部９ａは、ブラシ７から伝達される熱によって所定温度まで加熱されると、突出部８ａに係合可能な形状から突出部８ａに係合不能な形状へと熱変形するようになる。
【００３７】
以上までに説明してきた構成の本ブラシユニット１は、定常時には図３Ａに示す状態、すなわち、スプリングキャップ９の係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合され、スプリングＳが弾性圧縮された状態で保持されることになる。一方、ブラシ７が異常発熱した場合には、ブラシ７と整流子１１との接触状態が断たれて電機子３への給電が遮断されるようになる。以下では、ブラシ７が異常発熱した場合における、本ブラシユニット１の状態の遷移について説明する。
【００３８】
先ず、前述したように、ブラシ７が異常発熱する前の時点では、スプリングキャップ９の係合部９ａがブラシホルダ８の突出部８ａに係合され、スプリングＳが弾性圧縮された状態にある。換言すると、上記の係合部９ａは、ブラシホルダ８の突出部８ａに係合可能な形状になっており、ブラシ７には、整流子１１側へ向かうような押圧力（すなわち、図３Ａ中、記号Ｆ２にて示した弾性力）が作用している。なお、この間、ブラシホルダ８は、前述した一対の隆起部８ｂの間にブラシ７を挟んだ状態で保持している。
【００３９】
そして、上記の状態から、電機子３に過大電流が流れてブラシ７が異常発熱すると、伝導により、ブラシ７と接触部位（具体的には隆起部８ｂ）にて接触するブラシホルダ８へ、ブラシ７からの熱が流入するようになる。このため、ブラシホルダ８各部の温度が上昇し、ブラシホルダ８の突出部８ａについても昇温されることになる。この結果、当該突出部８ａに係合しているスプリングキャップ９の係合部９ａにも熱が伝達され、係合部９ａの温度が徐々に上昇するようになる。すなわち、係合部９ａは、ブラシ７から隆起部８ｂ及び突出部８ａを通じて伝達される熱によって加熱される。
【００４０】
係合部９ａでの昇温が進行し、やがて所定温度まで達した時点で、係合部９ａは、図３Ｂに示すように、ブラシホルダ８の突出部８ａに係合不能な形状となる。つまり、係合部９ａは、上記の熱伝達により、突出部８ａに係合可能な形状から突出部８ａに係合不能な形状へと熱変形する。ここで、突出部８ａに係合不能な形状とは、段差状に形成されたブラシホルダ８の突出部８ａに掛止することができない形状である。具体的に説明すると、スプリングキャップ９の開口側端部が、段差を形成するように折り曲げられた形状（図３Ａに示す形状）が、突出部８ａに係合可能な形状に該当し、開口側の端がやや内側に位置する程度に屈曲しただけの形状（図３Ｂに示す形状）が、突出部８ａに係合不能な形状に該当する。
【００４１】
以上のような係合部９ａの熱変形により、スプリングキャップ９の係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態は、解除されることになる。つまり、スプリングキャップ９の係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態は、ブラシ７における発熱（異常発熱）によって解除可能であり、より具体的に説明すると、ブラシにおける発熱によって係合部９ａが所定温度まで加熱されて熱変形することにより解除される。
【００４２】
そして、スプリングキャップ９の係合部９ａとブラシホルダ８の突出部８ａとの係合状態が解除されると、弾性圧縮された状態のスプリングＳの弾性力（より具体的には、スプリングＳがブラシ７を整流子１１側に押圧する際の押圧力の反力）により、スプリングキャップ９がブラシホルダ８の外側表面に沿って、ブラシホルダ８の前端から後端に向う向きに移動するようになる。この結果、ブラシホルダ８に被さっていたスプリングキャップ９は、ブラシホルダ８から外れる（脱離する）ようになる。換言すると、スプリングキャップ９とブラシ７との間に挟まれて圧縮していた状態のスプリングＳは、自然長まで復元するので、スプリングＳの押圧力を受けることで整流子１１との当接状態を維持していたブラシ７は、上記の押圧力から解放される結果、整流子１１から離れるようになる。
【００４３】
一方、ブラシ７の異常発熱によりブラシホルダ８各部の温度が上昇した場合、ブラシ７との接触部位である隆起部８ｂが所定温度以上に加熱されると熱膨張する。この熱膨張は、ブラシホルダ８を構成するノボラック樹脂に添加されたヘキサミンが加熱分解されることにより発生するアンモニアガスが樹脂内部から外部に放出されることに起因して発生する。そして、この熱膨張により、ブラシ７を挟んでいた一対の隆起部８ｂによる挟み圧（図３Ｂ中、記号Ｆ３にて示す圧力）が増加する。この挟み圧の増加により、上記の隆起部８ｂは、スプリングＳが整流子１１に向けてブラシ７を押圧する際の押圧力に抗して、ブラシ７の整流子１１側への移動を規制するようになる。
以上のように、ブラシ７をスプリングＳの押圧力から解放してブラシ７を整流子１１から離すにあたり、上述した隆起部８ｂの作用が加わることにより、ブラシ７と整流子１１との非接触化を効率よく達成することが可能になる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、前述したように、ブラシ７が水平方向に対して傾いた状態でセットされており、より具体的には、先端部７ａが鉛直方向において後端部７ｂよりも上方に位置するように傾けられている。これにより、ブラシ７の異常発熱が生じた場合には、ブラシ７がスプリングＳの押圧力から解放される際に、ブラシ７の自重（重力）の分力としてブラシ７を整流子１１から離そうとする力（図１中、記号Ｆ１が付された力）が発生して、ブラシ７に作用するようになる。この結果、ブラシ７と整流子１１との非接触化をより一層効率よく達成することが可能になる。
【００４５】
上述した諸処の作用により、本ブラシユニット１では、ブラシ７の異常発熱によりブラシ温度が所定温度に達すると、ブラシ７と整流子１１との接触が断たれ、電機子３への給電が遮断される。以上のように、本ブラシユニット１であれば、異常時に電機子３への給電を遮断するにあたり、ヒューズ等の部品を別途設ける必要もなく、さらに、コイルの溶断のように発火を生じさせる危険性もない。すなわち、本ブラシユニット１は、比較的簡易な構成により、安全かつ確実に電機子３への給電を遮断することができるものである。
【００４６】
＜＜その他の実施形態＞＞
上記の実施形態には、主として本発明のブラシユニット及び直流モータについて説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００４７】
また、上記の実施形態では、ブラシホルダ８及びスプリングキャップ９が、いずれも熱可塑性樹脂からなることとしたが、これに限定されるものではなく、少なくともブラシホルダ８及びスプリングキャップ９のうちの一方が熱可塑性樹脂からなればよく、例えば、ブラシホルダ８（あるいはスプリングキャップ９）のみが熱可塑性樹脂からなることとしてもよい。
【００４８】
なお、上記の実施形態では、ブラシホルダ８がノボラック樹脂から構成されることとしたが、これに限定されるものではなく、加熱した際に熱膨張する材料であれば他の材料であってもよい。
【００４９】
また、上記の実施形態では、ブラシホルダ８の内側表面からブラシ７に向かって隆起した一対の隆起部８ｂが設けられ、ブラシ７において異常発熱が生じた場合には、各隆起部８ｂが熱膨張してブラシ７の整流子１１側への移動を規制することとした。ただし、これに限定されるものではなく、上記の隆起部８ｂがブラシホルダ８の内側表面に形成されていなくてもよい。換言すると、ブラシホルダ８の内側表面が隆起部８ｂを有しない平坦面であることとしてもよい。
【００５０】
また、上記の実施形態では、ブラシ７が整流子１１に対して傾いた状態でセットされているため（具体的には、先端部７ａが鉛直方向において後端部７ｂよりも上方に位置するように傾けられている）、エッジにて整流子１１に当接することとした。ただし、これに限定されるものではなく、ブラシ７が略水平にセットされ、先端面全体にて整流子１１に当接（腹当たり）することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１ 本ブラシユニット、２ａ モータヨーク、２ｂ ハウジング、３ 電機子、
４ 界磁体、４ａ 永久磁石片、４ｂ 永久磁石片、５ シャフト、６ コア、
７ ブラシ、７ａ 先端部、７ｂ 後端部、
８ ブラシホルダ、８ａ 突出部、８ｂ 隆起部、８ｃ 側壁、
９ スプリングキャップ、９ａ 係合部、１０ａ 軸受、１０ｂ 軸受、
１１ 整流子、１１ａ 整流子片、
Ｍ モータ、Ｓ スプリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子と当接するブラシと、
該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、
前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、
前記突出部に係合可能な係合部を備え、該係合部が前記突出部に係合した状態で、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備え、
該キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れることを特徴とするブラシユニット。
【請求項２】
前記ブラシは、先端部にて前記整流子と当接し、
前記保持部材は、前端及び後端に開口が形成され、前端側の開口から前記ブラシの先端部を露出させた状態で前記ブラシを収容する中空体であり、
前記キャップ部材は、前記ブラシの後端との間で前記スプリングを挟むように前記中空体の後端側から前記中空体に被さり、前記係合状態が解除されると、前記弾性力によって前記中空体の外側表面に沿って、前記中空体の前端から後端に向う向きに移動することを特徴とする請求項１に記載のブラシユニット。
【請求項３】
前記中空体は、前端側に、前記ブラシと接触する接触部位を有し、
前記係合部は、前記ブラシから前記接触部位及び前記突出部を通じて伝達される熱によって所定温度まで加熱されると、前記突出部に係合可能な形状から前記突出部に係合不能な形状へと熱変形することを特徴とする請求項２に記載のブラシユニット。
【請求項４】
前記接触部位は、前記中空体の内側表面から前記ブラシに向かって隆起した一対の隆起部であり、
前記ブラシは、前記隆起部の間に挟まれた状態で前記中空体内に収容され、
前記隆起部は、前記ブラシから伝達される熱によって加熱されて熱膨張することにより、前記スプリングが前記整流子に向けて前記ブラシを押圧する際の押圧力に抗して、前記ブラシの前記整流子側への移動を規制することを特徴とする請求項３に記載のブラシユニット。
【請求項５】
前記中空体及び前記キャップ部材のうち、少なくとも一方は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のブラシユニット。
【請求項６】
前記中空体は、ノボラック樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載のブラシユニット。
【請求項７】
前記ブラシは、前記ブラシの先端部が鉛直方向において前記ブラシの後端部よりも上方に位置するように傾けられていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載のブラシユニット。
【請求項８】
整流子と、
該整流子と当接するブラシと、該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、前記突出部に係合可能な係合部を備え、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備えたブラシユニットと、を有し、
前記キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れることを特徴とする直流モータ。
【請求項１】
整流子と当接するブラシと、
該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、
前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、
前記突出部に係合可能な係合部を備え、該係合部が前記突出部に係合した状態で、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備え、
該キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れることを特徴とするブラシユニット。
【請求項２】
前記ブラシは、先端部にて前記整流子と当接し、
前記保持部材は、前端及び後端に開口が形成され、前端側の開口から前記ブラシの先端部を露出させた状態で前記ブラシを収容する中空体であり、
前記キャップ部材は、前記ブラシの後端との間で前記スプリングを挟むように前記中空体の後端側から前記中空体に被さり、前記係合状態が解除されると、前記弾性力によって前記中空体の外側表面に沿って、前記中空体の前端から後端に向う向きに移動することを特徴とする請求項１に記載のブラシユニット。
【請求項３】
前記中空体は、前端側に、前記ブラシと接触する接触部位を有し、
前記係合部は、前記ブラシから前記接触部位及び前記突出部を通じて伝達される熱によって所定温度まで加熱されると、前記突出部に係合可能な形状から前記突出部に係合不能な形状へと熱変形することを特徴とする請求項２に記載のブラシユニット。
【請求項４】
前記接触部位は、前記中空体の内側表面から前記ブラシに向かって隆起した一対の隆起部であり、
前記ブラシは、前記隆起部の間に挟まれた状態で前記中空体内に収容され、
前記隆起部は、前記ブラシから伝達される熱によって加熱されて熱膨張することにより、前記スプリングが前記整流子に向けて前記ブラシを押圧する際の押圧力に抗して、前記ブラシの前記整流子側への移動を規制することを特徴とする請求項３に記載のブラシユニット。
【請求項５】
前記中空体及び前記キャップ部材のうち、少なくとも一方は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のブラシユニット。
【請求項６】
前記中空体は、ノボラック樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載のブラシユニット。
【請求項７】
前記ブラシは、前記ブラシの先端部が鉛直方向において前記ブラシの後端部よりも上方に位置するように傾けられていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載のブラシユニット。
【請求項８】
整流子と、
該整流子と当接するブラシと、該ブラシを保持し、前記ブラシが位置する側とは反対側に突出した突出部が形成された保持部材と、前記ブラシを前記整流子側に押圧するために前記ブラシに接触するスプリングと、前記突出部に係合可能な係合部を備え、前記ブラシとの間で前記スプリングを挟むように前記保持部材に被さるキャップ部材と、を備えたブラシユニットと、を有し、
前記キャップ部材は、前記ブラシが発熱して所定温度に達すると前記係合部と前記突出部との係合状態が解除されるように変形する材質からなり、前記係合状態が解除されると、前記スプリングの弾性力によって前記保持部材から外れることを特徴とする直流モータ。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−５６３２（Ｐ２０１３−５６３２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５７１０（Ｐ２０１１−１３５７１０）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
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