JP2009118606A

JP2009118606A - ブラシばね組付け方法及び装置

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Publication number: JP2009118606A
Application number: JP2007287695A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ono; 小野　　康浩
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2027-11-05
Also published as: JP4952519B2

Abstract

【課題】ブラシを破損することがないブラシばねの組付け方法及び装置を提供すること。
【解決手段】ブラシばね組付け方法は、ばね撓曲手段２３を始点Ａ₀から終点Ａ₁へ回動させることによりばね保持手段２４で保持したブラシばね１５を撓曲させる段階と、ブラシばね１５を支持部材１１に取り付ける段階と、ばね撓曲手段２３を終点Ａ₁から始点Ａ₀へ回動させることにより、ブラシばね１５の発生するばね力をばね撓曲手段２３により支持しながらブラシばね１５の作用端部１５ａをブラシ１４に当接させる段階とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機用のブラシアセンブリに含まれるブラシばねの組付け方法及び装置に関するものである。

例えば、自動車用エンジンのスタータに用いられる直流モータでは、ブラシがコンミテータに摺接するようにブラシばねにより弾性的に押圧されて配設されている。図１は、そのような直流モータ２が含まれたスタータ１の一例を示すものである。スタータ１は、直流モータ２の他にマグネットスイッチ３及びクラッチ４等を含み、前記直流モータ２は、ヨーク６、コイル７、アーマチュア８、コンミテータ９、及びブラシアセンブリ１０を備えている。ブラシアセンブリ１０は、その平面図である図２に示されるように、円板状のベース板１２と一対のブラシホルダ１３とから成る支持部材１１と、前記ベース板１２上に配設された一対のブラシ１４と前記ブラシ１４を半径方向に押圧する渦巻きばねから成る一対のブラシばね１５と、ブラシ１４とブラシホルダ１３を電気的に接続するリード線１６とを具備しており、ブラシ１４はブラシばね１５により弾性的に押圧されてコンミテータ９に摺接する。また、ブラシ１４はこの例ではカーボン及び銅の微粒子を固結した材料から作られている。なお、図２では一対のブラシばね１５のうち片方のみが示されており、また右側のブラシホルダ１３は断面図にされている。

図９は、ブラシばね１５の従来の組付け方法を説明するためのブラシアセンブリの平面図である。図９に示されるように、ブラシばね１５はその内端部が、ブラシホルダ１３に一体に形成されて立設している固定スタッド１７に挿入されることにより支持部材１１に固定されるが、挿入時にブラシばね１５がブラシ１４及びブラシホルダ１３に干渉しないようにあらかじめブラシばね１５を巻き上げる方向に撓曲される。このブラシばね１５の撓曲は、従来技術によるブラシばね組付け装置（不図示）の回動ピン１２７を回動させることによって為される。回動ピン１２７は上下方向に移動可能にも構成されていて、ブラシばね１５が固定スタッド１７に挿入された後、上方に移動されて抜き取られる。すると、ブラシばね１５は回動ピン１２７により支持されなくなるので、撓みを一気に解放してブラシ１４の端面に衝突することとなる。

また、特許文献１に、トーションコイルスプリングを組付母体に取り付けるトーションコイルスプリング組付装置が記載されている。この装置は、二つのジョーによってトーションコイルスプリングの両端のフック部を変位させてそれらの間隔を押縮めた状態で組付母体にスプリングを取り付けた後、前記ジョーを上昇させてスプリングから離すように構成されている。スプリングからジョーを離すとスプリングの撓みは一気に解放されてスプリングのフック部が組付母体側に衝突することが考えられる。

特開昭６０−２２１２２６号公報

ところで、ブラシは、カーボン及び銅の微粒子を固結した材料のような比較的脆弱な材料から作られるので、前述のようにブラシばねが衝突した場合、欠け等の部分的な破損が生じることがあった。

本発明は、前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、ブラシを破損することがないブラシばねの組付け方法及び装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、ブラシ（１４）と該ブラシ（１４）を弾性的に押圧するブラシばね（１５）とブラシ（１４）及びブラシばね（１５）が配設される支持部材（１１）とを具備する回転電機用ブラシアセンブリ（１０）のブラシばね（１５）を支持部材（１１）に組み付けるブラシばね組付け方法であって、ブラシばね（１５）は、曲げ変形を受けてひずみエネルギを蓄積するばねであって、ブラシ（１４）を押圧する作用端部（１５ａ）を有するものであり、該ブラシばね組付け方法は、ブラシばね（１５）を保持するばね保持手段（２４）と、始点（Ａ₀）と終点（Ａ₁）の間を回動することによりばね保持手段（２４）によって保持されたブラシばね（１５）を撓曲させるばね撓曲手段（２３）とを用いて実施される以下の段階、即ち、ブラシ（１４）が配設された支持部材（１１）及びブラシばね（１５）をそれぞれ準備する段階と、ブラシばね（１５）をばね保持手段（２４）により保持する段階と、ブラシばね（１５）を支持部材（１１）に取り付けるときにブラシばね（１５）が支持部材（１１）及びブラシ（１４）に干渉しないように、ばね撓曲手段（２３）を始点（Ａ₀）から終点（Ａ₁）へ回動させることによりブラシばね（１５）を撓曲させる段階と、ばね保持手段（２４）で保持したブラシばね（１５）を支持部材（１１）に取り付ける段階と、ばね撓曲手段（２３）を終点（Ａ₁）から始点（Ａ₀）へ回動させることにより、ブラシばね（１５）の発生するばね力をばね撓曲手段（２３）により支持しながらブラシばね（１５）の作用端部（１５ａ）をブラシ（１４）に当接させる段階と、ばね保持手段（２４）が、保持していたブラシばね（１５）を切り離す段階と、を含むことを特徴としている。これにより、ブラシばね（１５）を組付けるときブラシ（１４）にブラシばね（１５）から衝撃的な力が作用しないのでブラシ（１４）の破損を防ぐことができる。

請求項２に記載された発明は、前記ブラシばね（１５）が渦巻きばねから成ることを特徴としており、渦巻きばねから成るブラシばね（１５）は、回動手段（２３）の回動により好適に撓曲される。

請求項３に記載された発明は、前記回転電機が、エンジン始動用のスタータに使用される直流モータであることを特徴としており、比較的脆弱な材料から形成されたブラシ（１４）を有するそのような直流モータのブラシアセンブリ（１０）のブラシばね（１５）の組み付けに好適に適用できる。

請求項４に記載された発明は、ブラシ（１４）と該ブラシ（１４）を弾性的に押圧するブラシばね（１５）とブラシ（１４）及びブラシばね（１５）が配設される支持部材（１１）とを具備する回転電機用ブラシアセンブリ（１０）のブラシばね（１５）を支持部材（１１）に組付けるブラシばね組付け装置であって、ブラシばね（１５）は、曲げ変形を受けてひずみエネルギを蓄積するばねであって、ブラシ（１４）を押圧する作用端部（１５ａ）を有するものであり、該ブラシばね組付け装置は、ブラシばね（１５）を保持するばね保持手段（２４）と、始点（Ａ₀）と終点（Ａ₁）の間を往復回動するばね撓曲手段（２３）にして、始点（Ａ₀）から終点（Ａ₁）に向けて回動するときばね保持手段（２４）に保持されたブラシばね（１５）を押して撓曲させ、終点（Ａ₁）から始点（Ａ₀）に向けて回動するとき撓曲されたブラシばね（１５）の発生するばね力を支持するばね撓曲手段（２３）と、を具備し、ばね撓曲手段（２３）が終点（Ａ₁）から始点（Ａ₀）に向けて回動する間にブラシばね（１５）の作用端部（１５ａ）がブラシ（１４）に当接されることを特徴としている。これにより、ブラシばね（１５）を組付けるときブラシ（１４）にブラシばね（１５）から衝撃的な力が作用しないのでブラシ（１４）の破損を防ぐことができる。

請求項５に記載された発明は、前記ブラシばね（１５）が渦巻きばねから成ることを特徴としており、渦巻きばねから成るブラシばね（１５）は、回動手段（２３）の回動により好適に撓曲される。

請求項６に記載された発明は、前記回転電機が、エンジン始動用のスタータに使用される直流モータであることを特徴としており、比較的脆弱な材料から形成されたブラシ（１４）を有するそのような直流モータのブラシアセンブリ（１０）のブラシばね（１５）の組み付けに好適に適用できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明によるブラシばね組付け方法及び装置は、様々な回転電機用のブラシアセンブリに適用可能なものであるが、本明細書においては、図１に示されるエンジン用スタータ１の直流モータ２に用いられるブラシアセンブリ１０を本発明による方法及び装置の適用対象物として説明を進める。

図１に示されるブラシアセンブリ１０について、その平面図である図２も参照しながらより詳しく説明する。ブラシアセンブリ１０は、支持部材１１、それぞれ一対のブラシ１４、ブラシばね１５、及びリード線１６から構成されている。支持部材１１は、円板状に形成されて中心にコンミテータが貫通する中心穴１２ａが設けられたベース板１２と概ねハット形断面形を有する一対のブラシホルダ１３とから構成される。ブラシホルダ１３は溶接又はかしめ付け等の方法でベース板１２に結合されている。ブラシ１４は、ベース板１２の円形の半径方向に細長い直方体のものであって、１対のブラシ１４がベース板１２の中心穴１２ａを挟んで対向して配置されている。またブラシ１４の材質はカーボンと銅の微粒子を固結して成形したものである。リード線１６の一端がブラシの半径方向外側の端面（以下後端と呼ぶ）に、ブラシ成形時に埋め込まれて接続されている。リード線１６の他端はブラシホルダ１３に溶接されている。ブラシホルダ１３は、そのハット形の断面の中心に形成される凹部にブラシ１４を収納する。ブラシホルダ１３の片側の端には、ブラシホルダ１３の底部から上方に延びる角柱状の固定スタッド１７が一体に形成されていて、この固定スタッド１７にブラシばね１５が固定される。

ブラシばね１５は、帯状の素材を巻回して作った渦巻きばねであり、全体的には楕円形状を呈しているが、外端側にＶ字形に形成された作用端部１５ａを有している。作用端部１５ａはブラシ１４の後端面に当接してそれを押圧する。ブラシばね１５の内端側には、ブラシばねの素材の一巻目の巻回によって内端部空隙１５ｂが形成されており、内端部空隙１５ｂは、そこに前記固定スタッド１７が挿入されたとき、固定スタッド１７の側面と弾性的に嵌合するように形成されており、その結果、固定スタッド１７はブラシばね１５の内端部を上下方向に係止すると共に内端部を回転不能に支持することができる。ブラシアセンブリ１０がこのように構成されているので、２個のブラシ１４はブラシばね１５から半径方向の力を受けてコンミテータに摺接することができる。なお、図２において、ブラシばね１５は右側の一つのみ描かれているが、左側のブラシ１４に対しても同一のものが組み付けられる。

次に、本発明の実施例によるブラシばね組付け装置２０について図３を参照して説明する。図３は、符号（ａ）で示されるばね供給位置と、符号（ｂ）で示されるばね組み付け位置との間を移動する組付け装置２０を模式的に表した図である。組付け装置２０は、ヘッド部２１と大部分が図示されない移動位置決め手段とを具備しており、ヘッド部２１はヘッド本体２２と、中心軸線Ａｚ周りに所定の角度で往復回動するばね撓曲手段２３と、ブラシばね１５の内端部空隙１５ｂに挿入されることによりブラシばね１５を保持するばね保持具２４とを具備しており、前記ヘッド本体２２は、前記ばね保持具２４とばね撓曲手段２３を固定すると共に、ばね撓曲手段２３のための回動機構（不図示）を収容している。

移動位置決め手段は、そのアーム２５のみが図示される外は図示されない。ヘッド部２１は、移動位置決め手段によって図１の矢印Ｓｘ及びＳｚに示されるように水平方向及び垂直方向に移動させられて所望の位置に位置決めされる。ばね組付け工程におけるヘッド部２１の移動の概要は、ブラシばね１５を保持しない状態でばね供給位置（ａ）に配置され、下降してばねラック２８に配置されたブラシばね１５を取得し、上昇した後水平に組付け位置（ｂ）まで移動し、次いで下降してブラシばね１５を、ブラシアセンブリ位置決め具１９に配置されたブラシアセンブリ１０半完成品の支持部材１１に取り付け、上昇した後水平にばね供給位置（ａ）まで戻るというものである。

ばね撓曲手段２３は、円筒状の回動本体部２６と、ブラシばね１５に接してそれを撓曲させる回動ピン２７とを具備している。回動ピン２７は、中心軸線Ａｚから半径方向に離間された位置で回動本体部２６の下端面から下方へ突出している。回動本体部２６はヘッド本体２２に内蔵された回動機構（不図示）によって中心軸線を中心に所定の角度で往復回動され、したがってそれに固定された回動ピン２７も同様に回動する。

図４は、ばね保持具２４がブラシばね１５を保持した状態を示しており、この場合のブラシばね１５は撓みのない自然状態である。この図に示されるように、ばね保持具２４は横長の矩形状の横断面形状を有しており、ブラシばね１５の内端部空隙１５ｂに挿入されたときブラシばね１５を保持ように形成されている。また、回動ピン２７の横断面形状は、回動の円周方向に横長の楕円状を呈している。また、ばね保持具２４は、回動本体部２６と共に回動はしない。

回動ピン２７の回動の始点は、図３に示されるようにブラシばね１５の自然状態においてブラシばね１５に接触しない始点角度位置Ａ₀に設定されている。回動ピン２７が中心軸線Ａｚを中心にして図の時計回りに回動されると、回動しないばね保持具２４に保持されたブラシばね１５は撓曲されてひずみエネルギを蓄える。図４に示されるように、回動ピン２７は終点角度位置Ａ₁まで回動され、ブラシばね１５の作用端部１５ａもほぼ同様の角度位置まで変位する。回動ピン２７の終点角度位置Ａ₁は、ブラシばね１５を支持部材１１側の固定スタッド１７に取り付ける際に、ブラシばね１５がブラシホルダ１３またはブラシ１４に干渉しない位置として定められている。

また、ばね撓曲手段２３が反対方向に終点角度位置Ａ₁から始点角度位置Ａ₀に向けて回動するときの回動速度は比較的低速に設定されていて、少なくとも、撓曲されたブラシばね１５が発生するばね力を回動ピン２７が回動中に支持できる速度に設定されている。前記速度は、換言すると、ブラシばね１５の撓みが自由解放されたときのブラシばね１５の移動速度よりも遅い速度である。

次に、本発明の実施例によるブラシばねを組付ける方法について以下に説明する。以下に示す実施例の方法は、前述の実施例によるブラシばね組付け装置２０を用いて行われる。なお、図８はこの実施例の方法のフローチャートである。
まず一対のブラシ１４が配設された支持部材１１及びブラシばね１５を、組付け位置のブラシアセンブリ位置決め具２９及びばね供給位置（ａ）のばねラック２８にそれぞれ準備しておく。
次に、ばね撓曲手段２３の回動ピン２７が始点角度位置Ａ₀にある状態でヘッド部２１を下降させて、ばね保持具２４をブラシばね１５の内端部空隙１５ｂに挿入してばね保持具２４にブラシばね１５を保持させる。（Ｓ１）
次に、図５に示されるようにばね撓曲手段２３を始点角度位置Ａ₀から終点角度位置Ａ₁まで回動させてブラシばね１５を撓曲させる。（Ｓ２）
次に、ヘッド部２１を上昇させる。図３はこの状態を示している。（Ｓ３）
次に、組付け位置へ向かって水平に移動させる。このとき、ばね保持具２４を保持部材側の固定スタッド１７に整列させる。（Ｓ４）
次に、ばね保持具２４の先端と固定スタッド１７の先端とが当接するまでヘッド部２１を下降させて、ブラシばね１５の内端部空隙１５ｂに固定スタッド１７を挿入してブラシばね１５を固定スタッド１７にも保持させる。図６はこの状態を示している。（Ｓ５）
次に、ばね撓曲手段２３の回動ピン２７を図７に示されるように終点角度位置Ａ₁から始点角度位置Ａ₀に向けて回動させる。このとき、回動速度は比較的低速であるので、回動ピン２７はブラシばね１５の発生するばね力を支持しながら回動し、あるところまで進むとブラシばね１５の作用端部１５ａがブラシ１４の後端面に衝撃力を与えることなく当接する。（Ｓ６）
作用端部１５ａが始点角度位置Ａ₀に戻ったら、ヘッド部２１を上昇させる。ヘッド部２１が上昇するとばね保持具２４はブラシばね１５の内端部空隙１５ｂから抜け出てブラシばね１５を切り離す。（Ｓ７）
最後に、ヘッド部２１をばね供給位置へ向けて水平に移動させる。（Ｓ８）
以上で、ブラシアセンブリ１０の図２の右側のブラシばね１５の組み付けが完了する。同様の方法で左側のブラシばね１５を組み付ける。

前述の説明においてブラシばね１５は渦巻きばねであったが、本発明による方法及び装置は、ブラシばね１５が板ばね及びねじりコイルばねで形成される場合にも適用可能である。

本発明の実施例によるブラシばねの組付け方法及び装置が適用可能なブラシアセンブリを含むエンジンスタータの部分断面図である。前記ブラシアセンブリの平面図である。本発明の実施例によるブラシばね組付け装置の動作を示す概略正面図である。前記ブラシばね組付け装置の動作を説明する模式的平面図である。前記ブラシばね組付け装置の動作を説明する模式的平面図である。前記ブラシばね組付け装置の動作を説明する模式的正面図である。前記ブラシばね組付け装置の動作を説明する模式的平面図である。本発明の実施例によるブラシばね組付け方法を示すフローチャートである。従来のブラシばね組付け方法を模式的に示す図である。

符号の説明

１１支持部材
１３ブラシホルダ
１４ブラシ
１５ブラシばね
１７固定スタッド
２３回動手段
２４ばね保持具
２７回動ピン

Claims

ブラシ（１４）と該ブラシ（１４）を弾性的に押圧するブラシばね（１５）と前記ブラシ（１４）及び前記ブラシばね（１５）が配設される支持部材（１１）とを具備する回転電機用ブラシアセンブリ（１０）の前記ブラシばね（１５）を前記支持部材（１１）に組み付けるブラシばね組付け方法であって、
前記ブラシばね（１５）は、曲げ変形を受けてひずみエネルギを蓄積するばねであって、前記ブラシ（１４）を押圧する作用端部（１５ａ）を有するものであり、
該ブラシばね組付け方法は、前記ブラシばね（１５）を保持するばね保持手段（２４）と、始点（Ａ₀）と終点（Ａ₁）の間を回動することにより前記ばね保持手段（２４）によって保持された前記ブラシばね（１５）を撓曲させるばね撓曲手段（２３）とを用いて実施される以下の段階、即ち、
前記ブラシ（１４）が配設された前記支持部材（１１）及び前記ブラシばね（１５）をそれぞれ準備する段階と、
前記ブラシばね（１５）を前記ばね保持手段（２４）により保持する段階と、
前記ブラシばね（１５）を前記支持部材（１１）に取り付けるときに前記ブラシばね（１５）が前記支持部材（１１）及び前記ブラシ（１４）に干渉しないように、前記ばね撓曲手段（２３）を前記始点（Ａ₀）から前記終点（Ａ₁）へ回動させることにより前記ブラシばね（１５）を撓曲させる段階と、
前記ばね保持手段（２４）で保持した前記ブラシばね（１５）を前記支持部材（１１）に取り付ける段階と、
前記ばね撓曲手段（２３）を前記終点（Ａ₁）から前記始点（Ａ₀）へ回動させることにより、前記ブラシばね（１５）の発生するばね力を前記ばね撓曲手段（２３）により支持しながら前記ブラシばね（１５）の前記作用端部（１５ａ）を前記ブラシ（１４）に当接させる段階と、
前記ばね保持手段（２４）が、保持していた前記ブラシばね（１５）を切り離す段階と、を含むことを特徴とするブラシばね組付け方法。
前記ブラシばね（１５）が渦巻きばねから成ることを特徴とする、請求項１に記載のブラシばね組付け方法。
前記回転電機が、エンジン始動用のスタータに使用される直流モータであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のブラシばね組付け方法。
ブラシ（１４）と該ブラシ（１４）を弾性的に押圧するブラシばね（１５）と前記ブラシ（１４）及び前記ブラシばね（１５）が配設される支持部材（１１）とを具備する回転電機用ブラシアセンブリ（１０）の前記ブラシばね（１５）を前記支持部材（１１）に組付けるブラシばね組付け装置であって、
前記ブラシばね（１５）は、曲げ変形を受けてひずみエネルギを蓄積するばねであって、前記ブラシ（１４）を押圧する作用端部（１５ａ）を有するものであり、該ブラシばね組付け装置は、
前記ブラシばね（１５）を保持するばね保持手段（２４）と、
始点（Ａ₀）と終点（Ａ₁）の間を往復回動するばね撓曲手段（２３）にして、前記始点（Ａ₀）から前記終点（Ａ₁）に向けて回動するとき前記ばね保持手段（２４）に保持された前記ブラシばね（１５）を押して撓曲させ、前記終点（Ａ₁）から前記始点（Ａ₀）に向けて回動するとき撓曲された前記ブラシばね（１５）の発生するばね力を支持するばね撓曲手段（２３）と、を具備し、
前記ばね撓曲手段（２３）が前記終点（Ａ₁）から前記始点（Ａ₀）に向けて回動する間に前記ブラシばね（１５）の前記作用端部（１５ａ）が前記ブラシ（１４）に当接されることを特徴とするブラシばね組付け装置。
前記ブラシばね（１５）が渦巻きばねから成ることを特徴とする、請求項３に記載のブラシばね組付け装置。
前記回転電機が、エンジン始動用のスタータに使用される直流モータであることを特徴とする、請求項４又は５に記載のブラシばね組付け装置。