JP5199681B2 - ブラシ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータや発電機等の回転電機に使用されるブラシ装置に関し、特に、ブラシがトーションスプリングによってコミテータに押し付けられる構造のものに関する。
例えば、車載用モータに利用して有効なブラシ装置に関する。

車載用モータのブラシ装置として、ブラシが四角形筒形状のブラシホルダ内に摺動自在に収納されており、ブラシがコミテータにスプリングによって押接されるように構成されているもの、がある。
従来のこの種のブラシ装置においては、ブラシとコミテータとの摺動の摩擦によるブラシの熱膨張を考慮して、クリアランスがブラシとブラシホルダの間に設けられている。
しかし、クリアランスが存在することにより、ブラシとコミテータとの摺動時に、ブラシがブラシホルダ内で暴れて（振動して）しまうために、異音が発生する。

この異音の発生を防止するために、次のような構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
（１）ブラシの後端を斜めに形成することにより、スプリングからブラシに付勢される押圧力の方向を分力させて、ブラシをブラシホルダ内側面に押し付ける構造。
（２）ブラシホルダにブラシを保持させる構造。
特開平５−２１１７４８号公報

しかしながら、前記（１）の構造においては、ブラシとコミテータとはスプリングの押し付け方向と垂直方向に摺動するために、押し付け方向と垂直の方向への分力に対しては、力の変動に対して耐久性が低いという問題点がある。
また、前記（２）の構造においては、ブラシがブラシホルダに保持されているために、ブラシをコミテータと押接させるには、スプリングの弾性力を強く設定しなければならないという問題点がある。

本発明の目的は、耐久性の低下およびスプリング弾性力の強化を回避しつつ、ブラシがブラシホルダ内で暴れる現象の発生を防止することができるブラシ装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
該ブラシを摺動自在に保持するブラシホルダと、
該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
前記係止溝は前記ブラシの一対の側面に対して傾斜しており、
前記係止溝の前記側面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。
（２）一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
該ブラシを摺動自在に保持するブラシホルダと、
該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
前記ブラシは、前記係止溝の最も深い位置を繋いで形成された溝底を有し、該溝底が前記側面に対して傾斜しており、
前記係止溝の前記溝底の前記側面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。
（３）一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
該ブラシを摺動自在に保持するブラシ収容室が形成されたブラシホルダと、
該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
前記ブラシ収容室は前記ブラシを前記ブラシホルダの底面に対して傾斜して保持するように形成されており、
前記ブラシ収容室の前記ブラシホルダ底面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。
（４）一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
該ブラシを摺動自在に保持するブラシホルダと、
該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
前記トーションスプリングの前記作用側端部は、前記ブラシの一対の側面に対して傾斜しており、
前記トーションスプリングの前記作用側端部の前記ブラシの前記一対の側面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。

前記（１）（２）（３）（４）の手段によれば、ブラシホルダ内に収納されたブラシがトーションスプリングによってコミテータに押し付けられると、ブラシはブラシホルダ内でトーションスプリングによって傾けられることにより、ブラシホルダ内面に強制的に押
し付けられるので、ブラシがブラシホルダ内で暴れるのを防止することができる。

本実施形態において、本発明に係るブラシ装置は、車載用モータに使用されるものとして、図１に示されているように構成されている。

ブラシ装置１０はブラシホルダステー（以下、ステーという。）１１を備えている。ステー１１は絶縁性を有する樹脂が使用されて、平面視が略長円形板形状に一体成形されている。ステー１１は中央部に円形孔を開設されており、円形孔はコミテータ２３を挿通するコミテータ挿通部１２を形成している。

ステー１１の一端面（以下、上面とする。）にはプラス側ブラシホルダ１３およびマイナス側ブラシホルダ１４が、それぞれ垂直方向上向きに突設されており、両ブラシホルダ１３、１４はコミテータ挿通部１２を挟んで互いに対向するように配されている。
プラス側ブラシホルダ１３とマイナス側ブラシホルダ１４とは同一形状に形成されて、コミテータ挿通部１２の中心線を基準に対称形状にそれぞれ配置されているので、以下、構成は一方のプラス側ブラシホルダ１３について代表的に説明する。

図２は図１を簡略的に表した説明用の略図である。
図２に示されているように、プラス側ブラシホルダ１３は本体１５を備えており、本体１５は正方形筒形状に形成されている。本体１５はステー１１の上面に直角に立設されており、本体１５は筒心をコミテータ挿通部１２の法線に一致するように配されている。
本体１５の筒内径はブラシ収容室１６を形成している。ブラシ収容室１６は後記するブラシを筒心方向（以下、内外方向とする。）に摺動自在に嵌入されて保持し得る大きさに形成されている。ブラシ収容室１６は内外両端面をそれぞれ開放している。
本体１５はピグテール引出し用切欠部１７を天井壁に一体的に開設されており、ピグテール引出し用切欠部１７は内外方向に延在している。本体１５はトーションスプリング用切欠部１８を片方の側壁に一体的に開設されており、トーションスプリング用切欠部１８は内外方向に延在している。ピグテール引出し用切欠部１７およびトーションスプリング用切欠部１８は外側端をそれぞれ開口している。

ステー１１の上面には、一対のトーションスプリング保持柱（以下、保持柱という。）２０、２０がそれぞれ直角に突設されている。両保持柱２０、２０は両ブラシホルダ１３、１４の側方の片脇に配置されている。両保持柱２０、２０は同一の円柱形状に形成されている。両保持柱２０、２０はトーションスプリング２２を外側に装着してそれぞれ保持している。
トーションスプリング２２は断面が円形の弾性線材をコイル形状にプレス加工されたブラシスプリングであり、一端部が作用側端部２２ａを構成し、他端部が反力側端部２２ｂを構成する。
ステー１１の上面には、一対のトーションスプリング係止柱（以下、係止柱という。）２１、２１がそれぞれ直角に突設されており、両係止柱２１、２１は一対の保持柱２０、２０に隣接した位置にそれぞれ配置されている。両係止柱２１、２１には各トーションスプリング２２の反力側端部２２ｂがそれぞれ係止されている。

ブラシホルダのブラシ収容室１６には、コミテータ２３に摺接するブラシ２４が内外方向に摺動自在に収納されている。ブラシ２４はブラシ粒子が成形型（図示せず）によって突き固められて焼成された導電体である。ブラシ２４は断面が正方形の棒形状に形成されており、ブラシ収容室１６に対して小さめに相似している。すなわち、ブラシ収容室１６とブラシ２４との間には適度なクリアランスが確保されている。

ブラシ２４の径方向の外側端面２５にはトーションスプリング係止溝（以下、係止溝という。）２６が一体的に没設されている。係止溝２６は断面が半円形で、一定幅一定深さの細長い溝形状に形成されている。係止溝２６の溝幅（半円形の直径）は、トーションスプリング２２の作用側端部２２ａの太さ（直径）よりも大きい。
係止溝２６はブラシ２４の一対の側面である上面と下面とに対して傾斜している。係止溝２６の上面および下面に対する傾斜角度αは、５度以上２０度以下（５≦α≦２０）の範囲内の所定角度に設定されている。

係止溝２６にはトーションスプリング２２の作用側端部２２ａが係止されており、トーションスプリング２２の反力側端部２２ｂは係止柱２１に係止されている。トーションスプリング２２は反力側端部２２ｂにおいて係止柱２１に反力を取って、作用側端部２２ａにおいてブラシ２４に弾発力を付勢することにより、ブラシ２４の反対側端面（径方向内側端面）をコミテータ２３に押し付ける。

ブラシ２４の上面にはピグテール３０の一端が外側端面２５付近に配線されている。すなわち、ピグテール３０は一端部をブラシ２４の内部に埋め込まれて電気的に配線されており、ピグテール３０の配置は、ブラシ２４の外側端面２５に最も近い位置であって、ブラシ２４の内部に埋め込まれた先端が係止溝２６から露出しない位置に設定されている。つまり、ピグテール３０は係止溝２６に干渉しない範囲内で、ブラシ２４の有効長を最も確保することができる位置に配線されている。

次に、以上の構成に係るブラシ装置の作用および効果を説明する。

図２に示されているように、ブラシ２４はブラシ収容室１６内に収容されると、トーションスプリング２２の作用側端部２２ａによってコミテータ２３に押し付けられる。
このとき、ブラシ２４の係止溝２６が上面および下面に対して傾斜しているので、ブラシ２４はブラシ収容室１６内でトーションスプリング２２の作用側端部２２ａの弾性力によって傾けられることにより、四隅をブラシ収容室１６の内面に弾性力によって強制的に押し付けられる。
このようにして、四隅をブラシ収容室１６の内面にトーションスプリング２２の弾性力によって押し付けられたブラシ２４は、クリアランスの存在にかかわらず、ブラシ収容室１６内で暴れることはない。
この際、トーションスプリング２２の作用側端部２２ａの弾性力はコミテータ２３と接線方向に作用するので、力の変動に対して耐久性が低下することはない。
また、トーションスプリング２２の作用側端部２２ａの弾性力はブラシ２４をブラシ収容室１６内で傾けさせれば済むため、トーションスプリング２２の弾性力を強化する程ではない。
他方、ブラシ２４とブラシ収容室１６との間のクリアランスは確保されているので、ブラシ２４が摩擦熱によって膨張しても、ブラシ２４とブラシ収容室１６との間の摺動抵抗は適正に維持することができる。

ここで、係止溝２６の上面および下面に対する傾斜角αを５度未満に設定すると、トーションスプリング２２の作用側端部２２ａによってブラシ２４をブラシ収容室１６内面に押し付ける弾性力が不足するために、ブラシ２４がブラシ収容室１６内で暴れる現象を防止し切れない。
反対に、係止溝２６の上面および下面に対する傾斜角αを２０度超に設定すると、トーションスプリング２２の作用側端部２２ａによってブラシ２４をブラシ収容室１６内面に押し付ける弾性力が過大になるために、ブラシ２４とブラシ収容室１６との間の摺動抵抗を適正に維持することができなくなる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されているように、構成してもよい。

図３（ａ）は本発明の第二実施形態の主要部を示す正面図である。
本実施の形態が前記実施形態と異なる点は、ブラシ２４ＡはＶ字溝に形成された係止溝２７を備えており、Ｖ字溝の最も深い位置を繋いで形成された溝底２７ａがブラシ２４Ａの上面および下面に対して傾斜している点である。
なお、係止溝２７の溝底２７ａの上面および下面に対する傾斜角度αは、５度以上２０度以下に設定されている。
本実施形態においても、ブラシ２４Ａをブラシ収容室１６内で傾けて、四隅をブラシ収容室１６の内面に弾性力によって強制的に押し付けることができるので、ブラシ２４Ａがブラシ収容室１６内で暴れる現象が発生するのを防止することができる。
他方、ブラシ２４Ａとブラシ収容室１６との間のクリアランスは確保することができるので、ブラシ２４Ａが摩擦熱によって膨張しても、ブラシ２４Ａとブラシ収容室１６との間の摺動抵抗を適正に維持することができる。

図３（ｂ）は本発明の第三実施形態の主要部を示す正面図である。
本実施の形態が前記実施形態と異なる点は、ブラシ２４Ｂの係止溝２８を上面および下面と平行に形成するとともに、ブラシ収容室１６Ｂを係止溝２８に対して傾斜するように形成することにより、ブラシ収容室１６Ｂがブラシ２４Ｂを傾斜して保持するように構成した点である。
本実施形態においても、ブラシ２４Ｂをブラシ収容室１６Ｂ内で傾けて四隅をブラシ収容室１６Ｂの内面に弾性力によって強制的に押し付けることができるので、ブラシ２４Ｂがブラシ収容室１６Ｂ内で暴れる現象が発生するのを防止することができる。
他方、ブラシ２４Ｂとブラシ収容室１６Ｂとの間のクリアランスは確保することができるので、ブラシ２４Ｂが摩擦熱によって膨張しても、ブラシ２４Ｂとブラシ収容室１６Ｂとの間の摺動抵抗を適正に維持することができる。

図３（ｃ）は本発明の第四実施形態の主要部を示す正面図である。
本実施の形態が前記実施形態と異なる点は、ブラシ２４Ｃの係止溝２９が上面および下面に平行に形成されているとともに、トーションスプリング２２Ｃの作用側端部２２ａがブラシ収容室１６Ｃの上面および下面に対して傾斜するように屈曲されている点である。
本実施形態においても、ブラシ２４Ｃをブラシ収容室１６Ｃ内で傾けて四隅をブラシ収容室１６Ｃの内面に弾性力によって強制的に押し付けることができるので、ブラシ２４Ｃがブラシ収容室１６Ｃ内で暴れる現象が発生するのを防止することができる。
他方、ブラシ２４Ｃとブラシ収容室１６Ｃとの間のクリアランスは確保することができるので、ブラシ２４Ｃが摩擦熱によって膨張しても、ブラシ２４Ｃとブラシ収容室１６Ｃとの間の摺動抵抗を適正に維持することができる。

本発明の一実施の形態であるブラシ装置を示す斜視図である。 主要部を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態であるブラシ装置の主要部を示しており、（ａ）は第二実施形態の正面図、（ｂ）は第三実施形態の正面図、（ｃ）は第四実施形態の正面図、である。

符号の説明

１０…ブラシ装置、１１…ブラシホルダステー、１２…コミテータ挿通部、１３…プラス側ブラシホルダ、１４…マイナス側ブラシホルダ、
１５…本体、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ…ブラシ収容室、１７…ピグテール引出し用切欠部、１８…トーションスプリング用切欠部、
２０…トーションスプリング保持柱、２１…トーションスプリング係止柱、
２２、２２Ｃ…トーションスプリング、２２ａ…作用側端部、２２ｂ…反力側端部、
２３…コミテータ、
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ…ブラシ、２５…外側端面、
２６…係止溝（トーションスプリング係止溝）、
２７…係止溝、２７ａ…溝底、
２８…係止溝、
２９…係止溝、
３０…ピグテール。

Claims (4)

1. 一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
   該ブラシを摺動自在に保持するブラシホルダと、
   該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
   前記係止溝は前記ブラシの一対の側面に対して傾斜しており、
   前記係止溝の前記側面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。
2. 一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
   該ブラシを摺動自在に保持するブラシホルダと、
   該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
   前記ブラシは、前記係止溝の最も深い位置を繋いで形成された溝底を有し、該溝底が前記一対の側面に対して傾斜しており、
   前記係止溝の前記溝底の前記側面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。
3. 一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
   該ブラシを摺動自在に保持するブラシ収容室が形成されたブラシホルダと、
   該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
   前記ブラシ収容室は前記ブラシを前記ブラシホルダの底面に対して傾斜して保持するように形成されており、
   前記ブラシ収容室の前記ブラシホルダ底面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。
4. 一端面に係止溝が形成され、他端面にコミテータへの給電用摺接面が設けられ略四角柱形状に形成されたブラシと、
   該ブラシを摺動自在に保持するブラシホルダと、
   該ブラシホルダに係止する反力側端部を一端部に有し、前記係止溝に係止する作用側端部を他端部に有するトーションスプリングと、を備えているブラシ装置であって、
   前記トーションスプリングの前記作用側端部は、前記ブラシの一対の側面に対して傾斜しており、
   前記トーションスプリングの前記作用側端部の前記ブラシの前記一対の側面に対する傾斜角度は、５度以上２０度以下に設定されている、ことを特徴とするブラシ装置。

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