ブラシ及びこれを備えたモータ
【課題】本発明の目的は、分割ブラシの接着剤による絶縁層の厚さが減少若しくは消失した場合であっても、内部導通を確実に防止することができる絶縁性の高い絶縁層を有するブラシ及びこれを備えたモータを提供することにある。
【解決手段】複数の本体導電部片１１Ａと、少なくとも一つの絶縁層１１Ｂを有するブラシに関する。
絶縁層１１Ｂは、複数の本体導電部片１１Ａ，１１Ａ間に挟持されるように積層されており、この絶縁層１１Ｂは、絶縁性粉体１１ｄを混入した液状接着剤１１ｃからなり、複数の本体導電部片１１Ａ，１１Ａは絶縁層１１Ｂにより接合されており、この絶縁層１１Ｂは、ブラシ１１が整流子４と対向して設置された際に、整流子４との摺接面Ｔにおいて、隣接する整流子片４ａ，４ａ間に形成されたスリットに沿って配設されるよう積層されている。
【解決手段】複数の本体導電部片１１Ａと、少なくとも一つの絶縁層１１Ｂを有するブラシに関する。
絶縁層１１Ｂは、複数の本体導電部片１１Ａ，１１Ａ間に挟持されるように積層されており、この絶縁層１１Ｂは、絶縁性粉体１１ｄを混入した液状接着剤１１ｃからなり、複数の本体導電部片１１Ａ，１１Ａは絶縁層１１Ｂにより接合されており、この絶縁層１１Ｂは、ブラシ１１が整流子４と対向して設置された際に、整流子４との摺接面Ｔにおいて、隣接する整流子片４ａ，４ａ間に形成されたスリットに沿って配設されるよう積層されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ及びこれを備えたモータに係り、特に、整流時において内部導通を確実に防止することが可能な絶縁性の高いブラシ及びこれを備えたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に直流モータなどでは、ブラシを用いて整流子への整流を行っている。
ブラシは通常ブラシ装置に収められており、このブラシが厚み方向に沿って付勢されて整流子と当接することによって整流が実行される。
ところで、従来のブラシ付き直流モータにおいては、電磁ノイズを低くする技術の開発が望まれている。
特に、自動車用直流モータにおいては、車載電子機器の増加に伴い、様々な周波数帯にて電磁ノイズを低く抑制する必要が生じている。
従来は、コンデンサやコイル単体、或いはそれらの組合せで、所謂フィルタ効果で電磁ノイズを抑制していた。
しかし、フィルタは、特定の周波数帯では効果を発揮するものの、広範囲の周波数帯を一組のフィルタで抑制することは困難であった。
【０００３】
そこで、電磁ノイズの発生源であるモータを見直す必要が生じた。
電磁ノイズの一種である放射ノイズは、モータのブラシと整流子との間で整流中に発生する火花と密接な関係を有しており、このため放射ノイズを抑制するためには、ブラシと整流子との間で発生する火花を抑制することが必要である。
このブラシと整流子との間で発生する火花は、整流中に回路を遮断するときに生じるリアクタンス電圧が高い場合に多く発生する。
この火花を抑制することは、整流を改善することにつながるとともにブラシ寿命を延ばすことにもつながるため、多くの火花抑制技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１には、分割刷子に関する技術が開示されている。
特許文献１に記載の分割刷子は、複数個の刷子片からなり、それらの腹合する面には、電気絶縁層が設けられている。
つまり、特許文献１に記載の分割刷子は、複数の刷子片の間に電気絶縁層が挟持された状態に形成されている。
このように構成することにより、腹合面間の絶縁抵抗が大きくさらに刷子片相互が密着することがなく、整流特性が向上する等の効果が奏される。
また、特許文献２にもまた、電刷子に関する技術が開示されている。
特許文献２に記載の電刷子は、整流子と接触する摺動面が低抵抗層及び高抵抗層両者で構成されるよう、低抵抗層片及び高抵抗層片を積層して両者を接着剤で接着することにより形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６０−０５５２７２号公報
【特許文献２】特開２００７−０４９８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、特許文献１及び特許文献２のような所謂「分割ブラシ」を使用することにより、ブラシと整流子との間で発生する火花を抑制し、整流中に回路を遮断するときに生じるリアクタンス電圧を調整する工夫がなされている。
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の技術においては、確かに一定の効果はあるが、火花発生を抑制するレベルが十分ではない。
【０００７】
つまり、複数のブラシ片を接合する際には、樹脂溶液（所謂「接着剤」：例えば、フェノール系樹脂、アルキド系樹脂等の樹脂）を使用するのであるが、接着剤硬化の際、接着剤に用いられる液状の溶剤が減少若しくは無くなることで、その箇所に空隙が生じることとなる。
そして、その空隙のため絶縁性が減少してしまうという問題があった。
また、接着剤硬化の際、収縮が生じることもあり、この収縮のために複数のブラシ片が引き合ってしまい、高い絶縁性を保つことが困難となるという問題が生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、分割ブラシの接着剤による絶縁層の厚さが減少若しくは消失した場合であっても、内部導通を確実に防止することができる絶縁性の高い絶縁層を有するブラシ及びこれを備えたモータを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ブラシの構成に改良を加えることにより良好な整流を実現することが可能なブラシを提供するとともに、電磁ノイズを抑制し、搭載性の良好なモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、本発明に係るブラシによれば、複数の本体導電部片と、少なくとも一つの絶縁層を有するブラシであって、前記絶縁層は、複数の前記本体導電部片間に挟持されるように積層されており、前記絶縁層は、絶縁性粉体を混入した液状接着剤からなり、複数の前記本体導電部片は前記絶縁層により接合されており、前記絶縁層は、前記ブラシが整流子と対向して設置された際に、前記整流子との摺接面において、前記整流子を構成している隣接する整流子片間に形成されたスリットに沿って配設されるよう積層されていることにより解決される。
【００１０】
このように構成されていることにより、整流中において、ブラシが、隣接する整流子片間に跨る際、整流電流は、絶縁層を通過することができないため、抵抗整流が有効に実行される。
その結果、電磁ノイズの一種である放射ノイズが有効に抑制されるため、電界強度が低くなる。
よって、従来のように、フィルタを使用する必要がなく、部品点数を少なくすることが可能となり、コンパクトに収めることができるため、搭載性が向上する。
また、絶縁層には、絶縁性粉体が混在しているため、液状接着剤による絶縁層の厚さが減少若しくは消失しても、この絶縁性粉体が残り、絶縁性が保持される。
【００１１】
このとき具体的には、前記本体導電部片には、銅粉が混合されており、
前記絶縁性粉体の粒径は、前記銅粉の粒径よりも大きいよう構成されていると好適である。
このように構成されていると、絶縁性粉体の量が少ない場合でも、銅通性の銅粉は粉体が複数個連続しないと導通しないため、絶縁度は高くなる。
【００１２】
更に、具体的には、前記絶縁層には、前記絶縁性粉体が、前記絶縁層の重量に対して３重量％〜５０重量％混合されていると好適である。
また、更に具体的には、前記絶縁層の前記整流子回転方向の幅は、前記ブラシの前記整流子回転方向の幅の０．３％〜１５％に形成されていると好適である。
【００１３】
また、更に、前記絶縁性粉体は、炭化珪素成分を含有すると好適である。
通常、カーボンブラシの場合、ブラシの主成分として使用されるブラシ粉は黒鉛を含有するが、長時間ブラシを整流子と摺接させると、この黒鉛が整流子の表面に被膜として付着する。
しかし、上記のように構成されていると、炭化珪素は、整流子に付着する黒鉛被膜を切磨する機能を果たすため、整流子表面に黒鉛が被膜として付着することを有効に阻止することが可能となり、電流供給が維持される。
【００１４】
更に、本発明に係るモータは、整流子と、請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載のブラシ装置と、を少なくとも備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るブラシは、整流時であっても内部導通を確実に防止する絶縁性の高い絶縁層を備える。
つまり、整流中において、ブラシが、隣接する整流子片間に跨る際、整流電流は、絶縁層を通過することができないため、抵抗整流が有効に実行される。
その結果、電磁ノイズの一種である放射ノイズが有効に抑制されるため、電界強度が低くなる。
また、本発明に係るブラシの絶縁層には、絶縁性粉体が混在しているため、液状接着剤による絶縁層の厚さが少なく若しくは消失しても、この絶縁性粉体が残り、絶縁性が確実に保持される。
よって、本発明によれば、整流中にブラシと整流子との間で生じる火花発生を効果的に抑制することができる。
また、本発明に係るブラシは、良好な整流を実現することができ、このため電磁ノイズを有効に抑制することが可能となり、特に、自動車用直流モータとして使用する場合等には、車載電磁機器の機能を妨害することなく、搭載性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るブラシ本体を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るブラシ本体を使用した際の電界強度と従来のブラシを使用した際の電界強度の比を示す棒グラフである。
【図６】他の実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、整流時であっても内部導通を確実に防止する絶縁性の高い絶縁層を有するブラシ及びこれを備えたモータに関するものである。
【００１８】
図１乃至図５は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータの概略構成を示す断面図、図２はブラシ本体を示す斜視図、図３及び図４はブラシ本体の素材構成を示す模式図、図５はブラシ本体を使用した際の電界強度と従来のブラシを使用した際の電界強度を示す棒グラフである。
また、図６は他の実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【００１９】
図１により、本実施形態に係るモータＭの構成の一例について説明する。
本実施形態に係るモータＭは、ブラシ装置Ｓを除いて、公知のブラシ付き直流モータの構成を採用したものである。
本実施形態に係るモータＭは、図１に示すように、出力軸となるシャフト１と、コイル２が形成された鉄心３と、整流子４と、界磁機構としての磁石５と、ブラシ装置Ｓと、これらを内部に収納するハウジング６とを主たる構成要素として構成されている。
【００２０】
シャフト１は、軸受７を介して回転自在にハウジング６に支持されている。
なお、本実施形態においてはモータＭとして一方向回転モータを例示しているため、シャフト１は一方向に回転する構成となる。
シャフト１には鉄心３が固定されており、その周囲には鉄心３の外周を囲むように磁石５が配置されている。
また、シャフト１には整流子４もまた固定されている。
整流子４は、シャフト１と一体的に一方向に回転する円筒状の部材であり、その回転方向に沿って一定間隔毎に配置された複数の整流子片４ａを備える。
この整流子４は、回転に伴って、ブラシ装置Ｓのブラシ本体１１と当接する整流子片４ａが切り替わることにより、コイル２を流れる電流の向きを切り替える。
【００２１】
また、ブラシ装置Ｓは、整流子４を通じてコイル２に電流を流すものであり、ブラシ本体１１と、収納ボックス１２と、付勢手段としての付勢バネ１３と、図示しない給電用のリード線から給電されるピグテール１４とを主たる構成要件として構成されている。
【００２２】
本実施形態に係るブラシ本体１１は、主成分として銅粉１１ａを含有した黒鉛（ブラシ粉１１ｂ）から構成された略直方体形状の部材である。
このブラシ本体１１の構成は、本発明の主要構成であるため、後に詳述する。
ブラシ本体１１は、摺接面Ｔ側の端部を突出させた状態で、その他部分が収納ボックス１２に収納されており、同じく収納ボックス１２内に収納された付勢バネ１３によって、整流子４側へ向けて付勢される。
【００２３】
このように、付勢バネ１３が付加する付勢力によって、ブラシ本体１１は、その厚み方向（整流子４の径方向に沿う方向）の前端に位置する摺接面Ｔにて回転状態の整流子４と当接することとなる。
換言すると、整流子４は、その外周面においてブラシ本体１１の前端面（摺接面Ｔ）に接しながら同面上を摺動することとなる。
【００２４】
この結果、ブラシ本体１１は、摺接面Ｔが上記の厚み方向（整流子４の径方向に沿う方向）に沿って後退するように磨耗することになる。
すなわち、ブラシ本体１１は、未消費の状態からモータＭの利用時間の経過に伴って徐々に厚み方向に磨耗し、ブラシ本体１１として適当に機能することができなくなるまで消費される。
【００２５】
なお、本実施形態において、ブラシ本体１１が消費され始めてから消費され終わるまでの期間（つまり、ブラシ本体１１の寿命）は、モータＭが使用され始めた時点から、摺接面Ｔが所定位置（例えば、ピグテール１４の接続位置から幾分手前の位置）まで後退した時点までの期間である。
【００２６】
図２にブラシ本体１１の構成を示す。
本実施形態に係るブラシ本体１１は、２個の本体導電部片１１Ａと、これらに挟持される絶縁層１１Ｂを有して、略直方体形状に形成されている。
これら２個の本体導電部片１１Ａと絶縁層１１Ｂは、本体導電部片１１Ａ→絶縁層１１Ｂ→本体導電部片１１Ａの順に整流子４回転方向に沿って積層されている。
【００２７】
つまり、絶縁層１１Ｂは、ブラシ本体１１が整流子４と対向して設置された際に、整流子４との摺接面Ｔにおいて、整流子片４ａ，４ａ間に形成されるスリットに沿って配設される。
このように構成されているため、整流中において、ブラシ本体１１が隣接する整流子片４ａ，４ａ間に跨る際、整流電流は、絶縁層１１Ｂを通過することができず、有効に抵抗整流が実行されることとなる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）は、ブラシ本体１１の幅（整流子４回転方向の距離）に対して０．３％〜１５％となるように構成されている。
【００２９】
なお、本実施形態においては、２個の本体導電部片１１Ａを同素材のものとして構成しているが、これに限られるものではない。
例えば、絶縁層１１Ｂを挟持する２個の本体導電部片１１Ａは、抵抗値が異なる素材（高抵抗値ブラシ片と低抵抗値ブラシ片）で構成されていてもよい。
【００３０】
図３に、ブラシ本体１１の素材構成の模式図を示す。
なお、本図は、ブラシ本体１１の素材構成を説明するための模式図であり、各成分の形状やサイズ等は特に化学的に正確なものではない。
本実施形態に係る本体導電部片１１Ａは、黒鉛１１ｂを主成分とし、銅粉１１ａが混合されてなるブラシ粉から構成される。つまり、通常のカーボンブラシを構成する素材が採用されている。
なお、機能向上のために、添加剤等を混合してもよい。
【００３１】
本実施形態に係る絶縁層１１Ｂは、所謂「接着剤」として使用される接着剤１１ｃを主成分とし、フィラー１１ｄが混合されている。
接着剤としては、液状の合成樹脂が使用されている。
本実施形態においては、接着剤１１ｃとして、エポキシ樹脂が使用されている。
しかし、これに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、接着剤としての機能を果たす樹脂であればどのようなものでもよく、例えば、フェノール系樹脂、アルキド系樹脂等の樹脂が使用されていてもよい。
【００３２】
フィラー１１ｄは、絶縁性の粉体であり、絶縁層１１Ｂの中に絶縁層１１Ｂの重量に対して３％〜５０％（重量比）混合されている。
フィラー１１ｄとしては、シリカ、木粉、フェノール樹脂、ポリエチレン粉体、グラスファイバー粉、グラファイトパウダー等が使用される。
なお、フィラー１１ｄは、絶縁性の物質であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、どのような物質が使用されていてもよい。
【００３３】
ただし、フィラー１１ｄとして使用される物質は、本体導電部片１１Ａに混在している銅粉１１ａの粒子径よりも大きい粒子径を有する物質が使用される。
このように、フィラー１１ｄの粒子径が銅粉１１ａの粒子径よりも大きいため、絶縁性粉体のフィラー１１ｄが少ない状態であっても、導電性の高い銅粉１１ａは複数連続しないと導通しないため、絶縁度は高くなる。
【００３４】
図４に、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）が小さい場合の例を示す。
このような状態は、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）を小さく形成したときのみならず、接着剤として使用される接着剤１１ｃの溶剤が固化の際若しくは使用時間につれて減少若しくは消失して、絶縁層１１Ｂが収縮した場合にもあらわれる。
【００３５】
図４に示すように、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）を小さい場合や絶縁層１１Ｂが収縮して体積が減少した状態においても、絶縁性粉体であるフィラー１１ｄが存在するため、絶縁性が確実に保たれる。
つまり、２個の本体導電部片１１Ａ，１１Ａ間の距離が近づいても、絶縁性粉体であるフィラー１１ｄが存在するため、絶縁性が確実に保たれることとなる。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用してモータＭを稼動した際のＵＨＦ帯における電磁ノイズを、従来のブラシ本体を使用した場合と比較したグラフである。
このように、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用すると、従来のブラシ本体を使用した場合に比して、電磁ノイズが低く抑制されている。
つまり、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用することにより、モータの電磁ノイズを抑制することが可能となることが示された。
【００３７】
図６に他の実施形態に係るブラシ本体１１の構成を示す。
本例においては、フィラー１１ｅの成分が上記実施形態と異なるのみで、他の構成は上記実施形態と同様の構成であるため、説明は省略する。
本例においては、フィラー１１ｅとして、炭化珪素若しくは炭化珪素含有成分が使用されている。
炭化珪素は、モータＭを長時間回転させた際に、整流子４表面に付着する黒鉛被膜を切磨する機能を果たすことができる。
このため、整流子４表面に黒鉛が付着することを有効に防止し、電流供給力が維持されることとなる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、絶縁層１１Ｂが１箇所形成されたブラシ本体１１を説明したが、これに限られるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、何個形成されていてもよい。
また、本実施形態においては、ブラシ本体１１の形状を略直方体形状としたが、これに限られるものではなく、例えば、略円筒形状のように、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような形状であってもよい。
更に、本実施形態においては、ブラシ本体１１の整流子４接触面を平面としているが、これに限られるものではなく、例えば、傾斜面、湾曲面等、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような形態のものであってもよい。
【００３９】
以上のように、本実施形態係るブラシ本体１１によれば、本体導電部１１Ａ，１１Ａ間には（ピグテール１４を除いて）導通がない。
このため、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用すると、整流中において、ブラシ本体１１が隣接する整流子片４ａ，４ａ間に跨る際、整流電流は、絶縁層１１Ｂを通過することができないため、抵抗整流が有効に実行される。
その結果、電磁ノイズの一種である放射ノイズが有効に抑制されるため、電界強度が低くなる。
よって、従来のように、フィルタを使用する必要がなく、部品点数を少なくすることが可能となり、コンパクトに収めることができるため、搭載性が向上する。
【００４０】
また、絶縁層１１Ｂを構成する接着剤１１ｃの接着剤による絶縁層の厚さが減少した場合であっても、フィラー１１ｄ（１１ｅ）が存在するため、絶縁性は有効に保たれるため、公知技術に比して極めて有効な効果を奏する。
本実施形態に係るブラシ本体１１は、電磁ノイズを抑制することが可能であるが、簡易な構造であり安価に製造できるため、コスト面等においても非常に有効である。
【符号の説明】
【００４１】
１‥シャフト、２‥コイル、３‥鉄心、４‥整流子、４ａ‥整流子片、
５‥磁石、６‥ハウジング、７‥軸受、
１１‥ブラシ本体（ブラシ）、１１Ａ‥本体導電部片、１１Ｂ‥絶縁層、
１１ａ‥銅粉、１１ｂ‥黒鉛、１１ｃ‥接着剤、１１ｄ，１１ｅ‥フィラー、
１２‥収納ボックス、
１３‥付勢バネ、１４‥ピグテール、
Ｍ‥モータ、Ｓ‥ブラシ装置、Ｔ‥摺接面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ及びこれを備えたモータに係り、特に、整流時において内部導通を確実に防止することが可能な絶縁性の高いブラシ及びこれを備えたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に直流モータなどでは、ブラシを用いて整流子への整流を行っている。
ブラシは通常ブラシ装置に収められており、このブラシが厚み方向に沿って付勢されて整流子と当接することによって整流が実行される。
ところで、従来のブラシ付き直流モータにおいては、電磁ノイズを低くする技術の開発が望まれている。
特に、自動車用直流モータにおいては、車載電子機器の増加に伴い、様々な周波数帯にて電磁ノイズを低く抑制する必要が生じている。
従来は、コンデンサやコイル単体、或いはそれらの組合せで、所謂フィルタ効果で電磁ノイズを抑制していた。
しかし、フィルタは、特定の周波数帯では効果を発揮するものの、広範囲の周波数帯を一組のフィルタで抑制することは困難であった。
【０００３】
そこで、電磁ノイズの発生源であるモータを見直す必要が生じた。
電磁ノイズの一種である放射ノイズは、モータのブラシと整流子との間で整流中に発生する火花と密接な関係を有しており、このため放射ノイズを抑制するためには、ブラシと整流子との間で発生する火花を抑制することが必要である。
このブラシと整流子との間で発生する火花は、整流中に回路を遮断するときに生じるリアクタンス電圧が高い場合に多く発生する。
この火花を抑制することは、整流を改善することにつながるとともにブラシ寿命を延ばすことにもつながるため、多くの火花抑制技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１には、分割刷子に関する技術が開示されている。
特許文献１に記載の分割刷子は、複数個の刷子片からなり、それらの腹合する面には、電気絶縁層が設けられている。
つまり、特許文献１に記載の分割刷子は、複数の刷子片の間に電気絶縁層が挟持された状態に形成されている。
このように構成することにより、腹合面間の絶縁抵抗が大きくさらに刷子片相互が密着することがなく、整流特性が向上する等の効果が奏される。
また、特許文献２にもまた、電刷子に関する技術が開示されている。
特許文献２に記載の電刷子は、整流子と接触する摺動面が低抵抗層及び高抵抗層両者で構成されるよう、低抵抗層片及び高抵抗層片を積層して両者を接着剤で接着することにより形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６０−０５５２７２号公報
【特許文献２】特開２００７−０４９８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、特許文献１及び特許文献２のような所謂「分割ブラシ」を使用することにより、ブラシと整流子との間で発生する火花を抑制し、整流中に回路を遮断するときに生じるリアクタンス電圧を調整する工夫がなされている。
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の技術においては、確かに一定の効果はあるが、火花発生を抑制するレベルが十分ではない。
【０００７】
つまり、複数のブラシ片を接合する際には、樹脂溶液（所謂「接着剤」：例えば、フェノール系樹脂、アルキド系樹脂等の樹脂）を使用するのであるが、接着剤硬化の際、接着剤に用いられる液状の溶剤が減少若しくは無くなることで、その箇所に空隙が生じることとなる。
そして、その空隙のため絶縁性が減少してしまうという問題があった。
また、接着剤硬化の際、収縮が生じることもあり、この収縮のために複数のブラシ片が引き合ってしまい、高い絶縁性を保つことが困難となるという問題が生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、分割ブラシの接着剤による絶縁層の厚さが減少若しくは消失した場合であっても、内部導通を確実に防止することができる絶縁性の高い絶縁層を有するブラシ及びこれを備えたモータを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ブラシの構成に改良を加えることにより良好な整流を実現することが可能なブラシを提供するとともに、電磁ノイズを抑制し、搭載性の良好なモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、本発明に係るブラシによれば、複数の本体導電部片と、少なくとも一つの絶縁層を有するブラシであって、前記絶縁層は、複数の前記本体導電部片間に挟持されるように積層されており、前記絶縁層は、絶縁性粉体を混入した液状接着剤からなり、複数の前記本体導電部片は前記絶縁層により接合されており、前記絶縁層は、前記ブラシが整流子と対向して設置された際に、前記整流子との摺接面において、前記整流子を構成している隣接する整流子片間に形成されたスリットに沿って配設されるよう積層されていることにより解決される。
【００１０】
このように構成されていることにより、整流中において、ブラシが、隣接する整流子片間に跨る際、整流電流は、絶縁層を通過することができないため、抵抗整流が有効に実行される。
その結果、電磁ノイズの一種である放射ノイズが有効に抑制されるため、電界強度が低くなる。
よって、従来のように、フィルタを使用する必要がなく、部品点数を少なくすることが可能となり、コンパクトに収めることができるため、搭載性が向上する。
また、絶縁層には、絶縁性粉体が混在しているため、液状接着剤による絶縁層の厚さが減少若しくは消失しても、この絶縁性粉体が残り、絶縁性が保持される。
【００１１】
このとき具体的には、前記本体導電部片には、銅粉が混合されており、
前記絶縁性粉体の粒径は、前記銅粉の粒径よりも大きいよう構成されていると好適である。
このように構成されていると、絶縁性粉体の量が少ない場合でも、銅通性の銅粉は粉体が複数個連続しないと導通しないため、絶縁度は高くなる。
【００１２】
更に、具体的には、前記絶縁層には、前記絶縁性粉体が、前記絶縁層の重量に対して３重量％〜５０重量％混合されていると好適である。
また、更に具体的には、前記絶縁層の前記整流子回転方向の幅は、前記ブラシの前記整流子回転方向の幅の０．３％〜１５％に形成されていると好適である。
【００１３】
また、更に、前記絶縁性粉体は、炭化珪素成分を含有すると好適である。
通常、カーボンブラシの場合、ブラシの主成分として使用されるブラシ粉は黒鉛を含有するが、長時間ブラシを整流子と摺接させると、この黒鉛が整流子の表面に被膜として付着する。
しかし、上記のように構成されていると、炭化珪素は、整流子に付着する黒鉛被膜を切磨する機能を果たすため、整流子表面に黒鉛が被膜として付着することを有効に阻止することが可能となり、電流供給が維持される。
【００１４】
更に、本発明に係るモータは、整流子と、請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載のブラシ装置と、を少なくとも備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るブラシは、整流時であっても内部導通を確実に防止する絶縁性の高い絶縁層を備える。
つまり、整流中において、ブラシが、隣接する整流子片間に跨る際、整流電流は、絶縁層を通過することができないため、抵抗整流が有効に実行される。
その結果、電磁ノイズの一種である放射ノイズが有効に抑制されるため、電界強度が低くなる。
また、本発明に係るブラシの絶縁層には、絶縁性粉体が混在しているため、液状接着剤による絶縁層の厚さが少なく若しくは消失しても、この絶縁性粉体が残り、絶縁性が確実に保持される。
よって、本発明によれば、整流中にブラシと整流子との間で生じる火花発生を効果的に抑制することができる。
また、本発明に係るブラシは、良好な整流を実現することができ、このため電磁ノイズを有効に抑制することが可能となり、特に、自動車用直流モータとして使用する場合等には、車載電磁機器の機能を妨害することなく、搭載性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るブラシ本体を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るブラシ本体を使用した際の電界強度と従来のブラシを使用した際の電界強度の比を示す棒グラフである。
【図６】他の実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、整流時であっても内部導通を確実に防止する絶縁性の高い絶縁層を有するブラシ及びこれを備えたモータに関するものである。
【００１８】
図１乃至図５は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータの概略構成を示す断面図、図２はブラシ本体を示す斜視図、図３及び図４はブラシ本体の素材構成を示す模式図、図５はブラシ本体を使用した際の電界強度と従来のブラシを使用した際の電界強度を示す棒グラフである。
また、図６は他の実施形態に係るブラシ本体の素材構成を示す模式図である。
【００１９】
図１により、本実施形態に係るモータＭの構成の一例について説明する。
本実施形態に係るモータＭは、ブラシ装置Ｓを除いて、公知のブラシ付き直流モータの構成を採用したものである。
本実施形態に係るモータＭは、図１に示すように、出力軸となるシャフト１と、コイル２が形成された鉄心３と、整流子４と、界磁機構としての磁石５と、ブラシ装置Ｓと、これらを内部に収納するハウジング６とを主たる構成要素として構成されている。
【００２０】
シャフト１は、軸受７を介して回転自在にハウジング６に支持されている。
なお、本実施形態においてはモータＭとして一方向回転モータを例示しているため、シャフト１は一方向に回転する構成となる。
シャフト１には鉄心３が固定されており、その周囲には鉄心３の外周を囲むように磁石５が配置されている。
また、シャフト１には整流子４もまた固定されている。
整流子４は、シャフト１と一体的に一方向に回転する円筒状の部材であり、その回転方向に沿って一定間隔毎に配置された複数の整流子片４ａを備える。
この整流子４は、回転に伴って、ブラシ装置Ｓのブラシ本体１１と当接する整流子片４ａが切り替わることにより、コイル２を流れる電流の向きを切り替える。
【００２１】
また、ブラシ装置Ｓは、整流子４を通じてコイル２に電流を流すものであり、ブラシ本体１１と、収納ボックス１２と、付勢手段としての付勢バネ１３と、図示しない給電用のリード線から給電されるピグテール１４とを主たる構成要件として構成されている。
【００２２】
本実施形態に係るブラシ本体１１は、主成分として銅粉１１ａを含有した黒鉛（ブラシ粉１１ｂ）から構成された略直方体形状の部材である。
このブラシ本体１１の構成は、本発明の主要構成であるため、後に詳述する。
ブラシ本体１１は、摺接面Ｔ側の端部を突出させた状態で、その他部分が収納ボックス１２に収納されており、同じく収納ボックス１２内に収納された付勢バネ１３によって、整流子４側へ向けて付勢される。
【００２３】
このように、付勢バネ１３が付加する付勢力によって、ブラシ本体１１は、その厚み方向（整流子４の径方向に沿う方向）の前端に位置する摺接面Ｔにて回転状態の整流子４と当接することとなる。
換言すると、整流子４は、その外周面においてブラシ本体１１の前端面（摺接面Ｔ）に接しながら同面上を摺動することとなる。
【００２４】
この結果、ブラシ本体１１は、摺接面Ｔが上記の厚み方向（整流子４の径方向に沿う方向）に沿って後退するように磨耗することになる。
すなわち、ブラシ本体１１は、未消費の状態からモータＭの利用時間の経過に伴って徐々に厚み方向に磨耗し、ブラシ本体１１として適当に機能することができなくなるまで消費される。
【００２５】
なお、本実施形態において、ブラシ本体１１が消費され始めてから消費され終わるまでの期間（つまり、ブラシ本体１１の寿命）は、モータＭが使用され始めた時点から、摺接面Ｔが所定位置（例えば、ピグテール１４の接続位置から幾分手前の位置）まで後退した時点までの期間である。
【００２６】
図２にブラシ本体１１の構成を示す。
本実施形態に係るブラシ本体１１は、２個の本体導電部片１１Ａと、これらに挟持される絶縁層１１Ｂを有して、略直方体形状に形成されている。
これら２個の本体導電部片１１Ａと絶縁層１１Ｂは、本体導電部片１１Ａ→絶縁層１１Ｂ→本体導電部片１１Ａの順に整流子４回転方向に沿って積層されている。
【００２７】
つまり、絶縁層１１Ｂは、ブラシ本体１１が整流子４と対向して設置された際に、整流子４との摺接面Ｔにおいて、整流子片４ａ，４ａ間に形成されるスリットに沿って配設される。
このように構成されているため、整流中において、ブラシ本体１１が隣接する整流子片４ａ，４ａ間に跨る際、整流電流は、絶縁層１１Ｂを通過することができず、有効に抵抗整流が実行されることとなる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）は、ブラシ本体１１の幅（整流子４回転方向の距離）に対して０．３％〜１５％となるように構成されている。
【００２９】
なお、本実施形態においては、２個の本体導電部片１１Ａを同素材のものとして構成しているが、これに限られるものではない。
例えば、絶縁層１１Ｂを挟持する２個の本体導電部片１１Ａは、抵抗値が異なる素材（高抵抗値ブラシ片と低抵抗値ブラシ片）で構成されていてもよい。
【００３０】
図３に、ブラシ本体１１の素材構成の模式図を示す。
なお、本図は、ブラシ本体１１の素材構成を説明するための模式図であり、各成分の形状やサイズ等は特に化学的に正確なものではない。
本実施形態に係る本体導電部片１１Ａは、黒鉛１１ｂを主成分とし、銅粉１１ａが混合されてなるブラシ粉から構成される。つまり、通常のカーボンブラシを構成する素材が採用されている。
なお、機能向上のために、添加剤等を混合してもよい。
【００３１】
本実施形態に係る絶縁層１１Ｂは、所謂「接着剤」として使用される接着剤１１ｃを主成分とし、フィラー１１ｄが混合されている。
接着剤としては、液状の合成樹脂が使用されている。
本実施形態においては、接着剤１１ｃとして、エポキシ樹脂が使用されている。
しかし、これに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、接着剤としての機能を果たす樹脂であればどのようなものでもよく、例えば、フェノール系樹脂、アルキド系樹脂等の樹脂が使用されていてもよい。
【００３２】
フィラー１１ｄは、絶縁性の粉体であり、絶縁層１１Ｂの中に絶縁層１１Ｂの重量に対して３％〜５０％（重量比）混合されている。
フィラー１１ｄとしては、シリカ、木粉、フェノール樹脂、ポリエチレン粉体、グラスファイバー粉、グラファイトパウダー等が使用される。
なお、フィラー１１ｄは、絶縁性の物質であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、どのような物質が使用されていてもよい。
【００３３】
ただし、フィラー１１ｄとして使用される物質は、本体導電部片１１Ａに混在している銅粉１１ａの粒子径よりも大きい粒子径を有する物質が使用される。
このように、フィラー１１ｄの粒子径が銅粉１１ａの粒子径よりも大きいため、絶縁性粉体のフィラー１１ｄが少ない状態であっても、導電性の高い銅粉１１ａは複数連続しないと導通しないため、絶縁度は高くなる。
【００３４】
図４に、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）が小さい場合の例を示す。
このような状態は、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）を小さく形成したときのみならず、接着剤として使用される接着剤１１ｃの溶剤が固化の際若しくは使用時間につれて減少若しくは消失して、絶縁層１１Ｂが収縮した場合にもあらわれる。
【００３５】
図４に示すように、絶縁層１１Ｂの幅（整流子４回転方向の距離）を小さい場合や絶縁層１１Ｂが収縮して体積が減少した状態においても、絶縁性粉体であるフィラー１１ｄが存在するため、絶縁性が確実に保たれる。
つまり、２個の本体導電部片１１Ａ，１１Ａ間の距離が近づいても、絶縁性粉体であるフィラー１１ｄが存在するため、絶縁性が確実に保たれることとなる。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用してモータＭを稼動した際のＵＨＦ帯における電磁ノイズを、従来のブラシ本体を使用した場合と比較したグラフである。
このように、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用すると、従来のブラシ本体を使用した場合に比して、電磁ノイズが低く抑制されている。
つまり、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用することにより、モータの電磁ノイズを抑制することが可能となることが示された。
【００３７】
図６に他の実施形態に係るブラシ本体１１の構成を示す。
本例においては、フィラー１１ｅの成分が上記実施形態と異なるのみで、他の構成は上記実施形態と同様の構成であるため、説明は省略する。
本例においては、フィラー１１ｅとして、炭化珪素若しくは炭化珪素含有成分が使用されている。
炭化珪素は、モータＭを長時間回転させた際に、整流子４表面に付着する黒鉛被膜を切磨する機能を果たすことができる。
このため、整流子４表面に黒鉛が付着することを有効に防止し、電流供給力が維持されることとなる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、絶縁層１１Ｂが１箇所形成されたブラシ本体１１を説明したが、これに限られるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、何個形成されていてもよい。
また、本実施形態においては、ブラシ本体１１の形状を略直方体形状としたが、これに限られるものではなく、例えば、略円筒形状のように、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような形状であってもよい。
更に、本実施形態においては、ブラシ本体１１の整流子４接触面を平面としているが、これに限られるものではなく、例えば、傾斜面、湾曲面等、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような形態のものであってもよい。
【００３９】
以上のように、本実施形態係るブラシ本体１１によれば、本体導電部１１Ａ，１１Ａ間には（ピグテール１４を除いて）導通がない。
このため、本実施形態に係るブラシ本体１１を使用すると、整流中において、ブラシ本体１１が隣接する整流子片４ａ，４ａ間に跨る際、整流電流は、絶縁層１１Ｂを通過することができないため、抵抗整流が有効に実行される。
その結果、電磁ノイズの一種である放射ノイズが有効に抑制されるため、電界強度が低くなる。
よって、従来のように、フィルタを使用する必要がなく、部品点数を少なくすることが可能となり、コンパクトに収めることができるため、搭載性が向上する。
【００４０】
また、絶縁層１１Ｂを構成する接着剤１１ｃの接着剤による絶縁層の厚さが減少した場合であっても、フィラー１１ｄ（１１ｅ）が存在するため、絶縁性は有効に保たれるため、公知技術に比して極めて有効な効果を奏する。
本実施形態に係るブラシ本体１１は、電磁ノイズを抑制することが可能であるが、簡易な構造であり安価に製造できるため、コスト面等においても非常に有効である。
【符号の説明】
【００４１】
１‥シャフト、２‥コイル、３‥鉄心、４‥整流子、４ａ‥整流子片、
５‥磁石、６‥ハウジング、７‥軸受、
１１‥ブラシ本体（ブラシ）、１１Ａ‥本体導電部片、１１Ｂ‥絶縁層、
１１ａ‥銅粉、１１ｂ‥黒鉛、１１ｃ‥接着剤、１１ｄ，１１ｅ‥フィラー、
１２‥収納ボックス、
１３‥付勢バネ、１４‥ピグテール、
Ｍ‥モータ、Ｓ‥ブラシ装置、Ｔ‥摺接面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の本体導電部片と、少なくとも一つの絶縁層を有するブラシであって、
前記絶縁層は、複数の前記本体導電部片間に挟持されるように積層されており、
前記絶縁層は、絶縁性粉体を混入した液状接着剤からなり、複数の前記本体導電部片は前記絶縁層により接合されており、
前記絶縁層は、前記ブラシが整流子と対向して設置された際に、前記整流子との摺接面において、前記整流子を構成している隣接する整流子片間に形成されたスリットに沿って配設されるよう積層されていることを特徴とするブラシ。
【請求項２】
前記本体導電部片には、銅粉が混合されており、
前記絶縁性粉体の粒径は、前記銅粉の粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項３】
前記絶縁層には、前記絶縁性粉体が、前記絶縁層の重量に対して３重量％〜５０重量％混合されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項４】
前記絶縁層の前記整流子回転方向の幅は、前記ブラシの前記整流子回転方向の幅の０．３％〜１５％に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項５】
前記絶縁性粉体は、炭化珪素成分を含有することを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項６】
整流子と、前記請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載のブラシと、を少なくとも備えたモータ。
【請求項１】
複数の本体導電部片と、少なくとも一つの絶縁層を有するブラシであって、
前記絶縁層は、複数の前記本体導電部片間に挟持されるように積層されており、
前記絶縁層は、絶縁性粉体を混入した液状接着剤からなり、複数の前記本体導電部片は前記絶縁層により接合されており、
前記絶縁層は、前記ブラシが整流子と対向して設置された際に、前記整流子との摺接面において、前記整流子を構成している隣接する整流子片間に形成されたスリットに沿って配設されるよう積層されていることを特徴とするブラシ。
【請求項２】
前記本体導電部片には、銅粉が混合されており、
前記絶縁性粉体の粒径は、前記銅粉の粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項３】
前記絶縁層には、前記絶縁性粉体が、前記絶縁層の重量に対して３重量％〜５０重量％混合されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項４】
前記絶縁層の前記整流子回転方向の幅は、前記ブラシの前記整流子回転方向の幅の０．３％〜１５％に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項５】
前記絶縁性粉体は、炭化珪素成分を含有することを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項６】
整流子と、前記請求項１乃至請求項５いずれか一項に記載のブラシと、を少なくとも備えたモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３４３４２（Ｐ２０１３−３４３４２Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９９７０（Ｐ２０１１−１６９９７０）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【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２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００１０１３５２）アスモ株式会社 (1,622)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]