JP2005295747A - Electric contact mechanism for small motors - Google Patents
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Abstract
【課題】 機械的摩耗および電気的摩耗が低減され、電気接点の耐久性の向上が可能である、小型モータ用電気接点機構を提供する。
【解決手段】 小型モータ、特に駆動電圧、あるいは消費電力の比較的大きい小型モータの電気接点機構において、その接点材の材質に炭素系材料を用い、その炭素系材料を互いに絡束し、その長さを数100μm〜数mmとし、更にその形態は刷毛状とすることにより、機械的摺動摩耗を低減し、更に、アークの発生を抑制することができ、電気的摩耗(電蝕)を低減することが可能となる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric contact mechanism for a small motor in which mechanical wear and electric wear are reduced and durability of an electric contact can be improved.
In an electric contact mechanism of a small motor, in particular, a small motor with relatively large driving voltage or power consumption, a carbon-based material is used as the material of the contact material, and the carbon-based materials are entangled with each other, and the length The thickness is set to several hundreds μm to several mm, and the form is a brush shape to reduce mechanical sliding wear, further suppress arc generation, and reduce electrical wear (electric corrosion). It becomes possible to do.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、小型モータ用電気接点機構において、機械的摩耗及び電気的摩耗の低減が可能となる電気接点機構に関する。 The present invention relates to an electrical contact mechanism capable of reducing mechanical wear and electrical wear in an electrical contact mechanism for a small motor.
従来、小型モータの電気接点、特にブラシの接点材としては、複数以上の貴金属多元合金、黒鉛及びCuを主成分とした加圧・焼成体などが広く用いられている。これらの材料は、モータ駆動電圧、消費電力等により、選定されるのが一般的である。また、当接摺動する整流子材料は、ブラシ材料あるいは駆動条件により、適宜選定される。しかしながら、小型モータの電気接点は、モータ駆動時における摺動のため、機械的摺動摩耗が発生してしまう。この機械的摺動摩耗の低減による、電気接点の耐久性を向上させる手段として図4、図5を示す。 Conventionally, as an electrical contact of a small motor, particularly a contact material of a brush, a plurality of precious metal multi-component alloys, a pressure / fired body mainly composed of graphite and Cu, and the like are widely used. These materials are generally selected depending on the motor driving voltage, power consumption, and the like. The commutator material that contacts and slides is appropriately selected depending on the brush material or driving conditions. However, since the electric contact of the small motor slides when the motor is driven, mechanical sliding wear occurs. 4 and 5 are shown as means for improving the durability of the electrical contact by reducing the mechanical sliding wear.
図4においては、少なくとも最外層が導電性をもつカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含み、加圧・焼成されてなるブラシ(黒鉛含有によりさらに好適)により、電気伝導率の向上、材料粒子間へのカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブ充填によるブラシ表面粗さの改善に起因した機械的摺動摩耗及び対整流子間接触抵抗の低減、耐食性の向上が提案されている(特許文献1)。 In FIG. 4, at least the outermost layer contains carbon nanofibers or carbon fibers made of carbon nanotubes that are conductive, and is a pressed and fired brush (more preferably containing graphite). There has been proposed reduction of mechanical sliding wear, contact resistance between commutators, and improvement of corrosion resistance due to improvement of brush surface roughness by filling carbon nanofibers or carbon nanotubes between particles (Patent Document 1).
また、図5においては、接触子を、一端が可動体に固定され、他端の自由端が電極に対向する複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ束で形成することにより、電気接点の機械的摺動摩耗の低減、耐食性の向上、弾性の調整が可能となることが提案されている(特許文献2)。
一般的に、消費電力が比較的大きい場合には、アークエネルギーが大きく、電気的摩耗(電蝕)が主体的になる傾向にある。この電気的摩耗の原因となるアークは、ブラシ−整流子の電気的接続遮断時に発生する。電気的接続遮断時に整流しきれずに残存している残留電流Ieが、材料固有値である最小アーク電流Imin以上となるとアークが発生する。また、ブラシ摩耗と相関があるとされるアークエネルギーEaは、Lcをコイルインダクタンスとすると、 Generally, when power consumption is relatively large, arc energy is large and electric wear (electric corrosion) tends to be dominant. This arc that causes electrical wear occurs when the brush-commutator electrical connection is interrupted. An arc is generated when the residual current Ie remaining without being rectified when the electrical connection is cut exceeds the minimum arc current Imin, which is a material specific value. Further, the arc energy Ea, which is considered to have a correlation with the brush wear, is expressed as follows:
(数1)
Ea=Lc(Ie2−Imin2)/2
(Equation 1)
Ea = Lc (Ie 2 −Imin 2 ) / 2
にて示される。残留電流の減少に伴い、アークエネルギーが減少するため、特に電気的摩耗に起因したブラシ摩耗が抑制されると考えられている。 It is indicated by. As the residual current decreases, the arc energy decreases, and it is considered that brush wear due to electrical wear is particularly suppressed.
残留電流を減少させるためには、ブラシ−整流子間通電時に出来る限り広範囲で常に安定して両者が接触していることが望ましい。 In order to reduce the residual current, it is desirable that the two are in contact with each other stably in a wide range as much as possible during energization between the brush and the commutator.
しかしながら、上記特許文献1、2は共にこの電気的摩耗(電蝕)に対する改良がなされていない。特許文献1では、固形カーボンブラシにカーボンナノチューブを充填する構造であるため、形状は従来のカーボンブラシと変わらない。即ち、整流子に接点材が追従しきれないため、アークが飛びやすい形状であることは否めない。また、特許文献2ではカーボンナノチューブがカーボン原子の共有結合のみからなる単結晶で筒状に形成されているが、その長さは最大でも数100μmであるため、回転する整流子に常に接触させることが困難である。また密度を変えることによるカーボンナノチューブ束全体の剛性を可変することができる構造を有している一方、ナノオーダーの径に対する全長が数10μmから数100μmという高アスペクト比の構造となる際に生じやすいカーボンナノチューブ自由端近傍での不意な屈曲に対して十分に配慮しているとは言えず、結果として配向させることによる特長を十分に生かすことができなくなってしまう。
However, neither of the above-mentioned
これらの電気接点機構を小型モータに実装すると、その接点部分は消費電力が大きいほど、電気的摩耗による影響が顕著になる。よって、この接点部分が融着や焼損等を生じ、、小型モータとしての寿命を迎えることが多い。 When these electric contact mechanisms are mounted on a small motor, the influence of electrical wear becomes more noticeable as the power consumption of the contact portion increases. Therefore, this contact portion often causes fusion, burnout, etc., and the life as a small motor is often reached.
本発明は、小型モータ、特に駆動電圧、あるいは消費電力の大きい小型モータの電気接点に適した材質・形態、また、モータ運転時のアークの発生そのものを抑制する構造を得るものである。 The present invention provides a material and form suitable for an electrical contact of a small motor, in particular, a small motor having a large driving voltage or power consumption, and a structure that suppresses the occurrence of arc itself during motor operation.
本発明者らは、導電性を有する弾性材に接点材が固定されたブラシとして、炭素系材料を繊維状にし、弾性材固定面に対して略垂直に配向する電気接点機構を形成することによって課題を解決することが可能であると見出した。本発明の小型モータ用電気接点機構は耐摩耗性や耐熱性に優れるばかりでなく、アークの発生そのものを抑制する構造を有することを特徴とする。 As a brush in which a contact material is fixed to a conductive elastic material, the present inventors form a carbon-based material into a fiber and form an electrical contact mechanism that is oriented substantially perpendicular to the elastic material fixing surface. We found that it was possible to solve the problem. The electric contact mechanism for a small motor according to the present invention is characterized by having not only excellent wear resistance and heat resistance but also a structure that suppresses the occurrence of arc itself.
本発明における接点材に用いられる炭素系材料は、黒鉛繊維体、CNT(SWNT、MWNT)、ピーポッドナノチューブ、CNF(Carbon Nano Fiber)、FNW、フラーレンシェルチューブ、カーボンアモルファスチューブ(グラッシーカーボンチューブ)を総称したものである。これら炭素系材料は耐熱性が高いため、機械的摺動時に発生する摩擦熱、アークエネルギーに関連した発熱、あるいはブラシ−整流子間接触抵抗に起因したジュール熱による、ブラシ摺動面の脆弱化を抑制できる。また、熱伝導度が良好であることから、ブラシ‐整流子摺動面から各種熱を効率よく分散でき、相手材に対する摩擦係数も小さいため、発熱を抑制することができる。 The carbon-based material used for the contact material in the present invention is a generic name for graphite fiber body, CNT (SWNT, MWNT), peapod nanotube, CNF (Carbon Nano Fiber), FNW, fullerene shell tube, and carbon amorphous tube (glassy carbon tube). It is a thing. Since these carbon-based materials have high heat resistance, the brush sliding surface is weakened by frictional heat generated during mechanical sliding, heat generation related to arc energy, or Joule heat due to contact resistance between the brush and commutator. Can be suppressed. Moreover, since heat conductivity is favorable, various heat can be efficiently disperse | distributed from a brush-commutator sliding surface, and since the friction coefficient with respect to a counterpart material is also small, heat generation can be suppressed.
請求項1記載の発明は、導電性を有する弾性材に接点材が固定されたブラシが整流子と当接摺動し、整流子に接続された電機子へ転流する小型モータ用電気接点機構において、前記接点材に炭素系材料を用い、且つその炭素系材料が互いに絡束されて、繊維状を形成し、その繊維状炭素系材料が、弾性材の接点材固定面に対し、略垂直に配向していることを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an electric contact mechanism for a small motor in which a brush in which a contact material is fixed to a conductive elastic material abuts and slides on a commutator and commutates to an armature connected to the commutator. In the above, a carbon-based material is used for the contact material, and the carbon-based materials are entangled with each other to form a fiber, and the fibrous carbon-based material is substantially perpendicular to the contact material fixing surface of the elastic material. This is an electric contact mechanism for a small motor characterized by being oriented in the direction.
炭素系材料は結晶層の面方向の電気伝導率に対し、結晶の層間方向の電気伝導率が著しく小さい異方性が有るため、接点材固定面に対し、略垂直に配向することにより、有効な電気伝導率を維持できるが、繊維状に絡束されることから、炭素系材料の自由端近傍で生じる不意な屈曲を炭素系材料で抱束し、確実に配向効果が得られる接点材を有する小型モータ用電気接点機構を形成できる。 Since carbon-based materials have anisotropy in which the electrical conductivity in the crystal layer direction is significantly smaller than the electrical conductivity in the plane direction of the crystal layer, it is effective by being oriented substantially perpendicular to the contact material fixing surface. It is possible to maintain a high electrical conductivity, but since it is entangled in a fibrous form, a contact material that can be surely obtained an orientation effect by bundling the unexpected bending near the free end of the carbon-based material with the carbon-based material. An electric contact mechanism for a small motor can be formed.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の小型モータ用電気接点機構において、前記接点材の炭素系材料を繊維状に形成することにより、その長さが数100μm〜数mmとすることを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 According to a second aspect of the present invention, in the electric contact mechanism for a small motor according to the first aspect, the carbon-based material of the contact material is formed into a fiber shape, so that the length is several hundreds μm to several mm. This is a featured electric contact mechanism for a small motor.
小型モータ用電気接点機構における、ブラシの接点材として、繊維状を形成した炭素系材料の長さが数100μm〜数mmとなることにより、導電性を有する弾性材の一端に刷毛状形態で固定したブラシを構成することができる。このため、この接点材は耐食性に優れ、フレキシブル性に富み、ブラシの整流子片間通過時、あるいは整流子の真円度、偏心、回転数等に関係して発生する整流子振動時であっても、接点材は整流子の曲面に確実に追従し、ブラシと整流子は常に広範囲で安定して接触することが可能となる。 As a brush contact material in an electric contact mechanism for a small motor, the length of a carbon-based material that forms a fiber is several hundred μm to several mm, and is fixed to one end of a conductive elastic material in a brush shape. Brushes can be constructed. For this reason, this contact material is excellent in corrosion resistance and rich in flexibility, and when the commutator vibrations occur in relation to the roundness, eccentricity, rotation speed, etc. of the commutator when passing between the commutator pieces of the brush. However, the contact material reliably follows the curved surface of the commutator, so that the brush and the commutator can always stably contact in a wide range.
請求項3記載の発明は、請求項1乃至請求項2記載の小型モータ用電気接点機構において、炭素系材料としてSWNT(Single Wall Nano Tube)、MWNT(Multi Wall Nano Tube)、FNW(Fullerene Nano Whisker)、あるいはそれらの誘導体のうち、少なくとも一種以上の分子を互いに絡束されることにより繊維状に形成される接点材を有することを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric contact mechanism for a small motor according to the first or second aspect of the present invention. Or an electrical contact mechanism for a small motor, characterized in that it has a contact material formed into a fibrous shape by entanglement of at least one kind of molecules among them.
炭素系材料として、CNT、FNW、あるいはそれらの誘導体(置換基付与体などの化学的誘導体やフラーレンシェルチューブ、カーボンアモルファスチューブ(グラッシーカーボンチューブ)などの物理的誘導体)のうち少なくとも一種以上の分子を用いることにより、熱伝導による放熱特性はダイヤモンドに匹敵する値を示すほか、電流容量は最大109A/cm2、電気伝導度は最大10−4Ω/cmを示し、駆動電圧、あるいは消費電力の比較的大きい小型モータにおいて理想的な接点材を形成できる。 As a carbon-based material, at least one molecule of CNT, FNW, or a derivative thereof (a chemical derivative such as a substituent group-provided substance or a physical derivative such as a fullerene shell tube or a carbon amorphous tube (glassy carbon tube)) When used, the heat dissipation characteristics due to heat conduction show values comparable to diamond, the current capacity is up to 10 9 A / cm 2 , the electric conductivity is up to 10 −4 Ω / cm, and the drive voltage or power consumption An ideal contact material can be formed in a small motor having a relatively large size.
請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項2記載の小型モータ用電気接点機構において、炭素系材料としてSWNT、MWNT、FNW、あるいはそれらの誘導体のうち、少なくとも一種以上の分子が網目状に互いに絡み合わされ、且つ略一方向に配向せしめられ、薄葉シート状に形成され、その配向方向が略一定になるように積層される接点材を有することを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the electric contact mechanism for a small motor according to the first or second aspect, at least one or more molecules of SWNT, MWNT, FNW, or a derivative thereof as a carbon-based material are mesh-like. An electric contact mechanism for a small motor, characterized in that it has a contact material that is intertwined with each other and oriented in approximately one direction, is formed in a thin sheet shape, and is laminated so that the orientation direction is substantially constant. is there.
炭素系材料を網目状に絡ませ、且つ配向させ、薄葉シート状にして積層させる本発明形態では原材料が綿状の状態であっても最も簡単に小型モータ用電気接点機構を作製することが可能となり、生産性の面で有利となる。また、薄葉シート状であるため、整流子の曲面に確実に追従するフレキシブル性を維持したまま、不意な屈曲が最も起こりにくく確実に配向効果が得られる接点材を有する小型モータ用接点機構を形成できる。 In the embodiment of the present invention in which carbon materials are entangled in a mesh, oriented, and laminated in the form of a thin sheet, it becomes possible to produce the electric contact mechanism for a small motor most easily even if the raw material is in a cotton-like state. This is advantageous in terms of productivity. In addition, because it is a thin sheet, it forms a contact mechanism for small motors with contact material that is most unlikely to cause unexpected bending while maintaining the flexibility to reliably follow the curved surface of the commutator. it can.
請求項5記載の発明は、請求項1乃至2記載の小型モータ用電気接点機構において、炭素系材料としてSWNT、MWNT、FNW、あるいはそれらの誘導体のうち、少なくとも一種以上の分子を互いに絡束される、繊維状に形成される接点材と、網目状に互いに絡み合わされ、薄葉シート状に形成される接点材の複合体で、且つ、接点材固定面に対し、略垂直に配向される接点材を有することを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the electric contact mechanism for a small motor according to the first or second aspect, at least one molecule of SWNT, MWNT, FNW, or a derivative thereof is entangled as a carbon-based material. The contact material formed in a fibrous shape and the contact material that is entangled with each other in a mesh shape and formed in a thin sheet shape, and is oriented substantially perpendicular to the contact material fixing surface It is an electric contact mechanism for small motors characterized by having.
本発明が炭素系材料が繊維状に形成される接点材と薄葉シート状に形成される接点材の何れか一方の構造に限定されず、これらの構造の複合体となっても全く問題はない。 The present invention is not limited to the structure of any one of the contact material in which the carbon-based material is formed in a fiber shape and the contact material formed in a thin sheet shape, and there is no problem even if it is a composite of these structures. .
請求項6記載の発明は、請求項3乃至5記載の小型モータ用電気接点機構において、SWNT、MWNT、FNW、あるいはそれらの誘導体が、球状フラーレンあるいは金属内包球状フラーレンを内包していることを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 A sixth aspect of the present invention is the electric contact mechanism for a small motor according to the third to fifth aspects, wherein the SWNT, MWNT, FNW, or a derivative thereof includes a spherical fullerene or a metal-encapsulated spherical fullerene. This is an electric contact mechanism for a small motor.
球状フラーレンがSWNT、MWNT、FNW、あるいはそれらの誘導体に内包されることにより、電気伝導度の向上を図ることができる。さらに、球状フラーレン同士を重合させた後に内包することにより、重合時に開放された電子が伝導性を付与し、電気伝導度が向上するため、より好ましい。また、電気伝導性を有する金属を内包させた球状フラーレンを内包することにより、金属原子が有する伝導電子が電気伝導度を向上させるため、より好ましい。 The electrical conductivity can be improved by encapsulating the spherical fullerene in SWNT, MWNT, FNW, or a derivative thereof. Furthermore, it is more preferable that the spherical fullerenes are encapsulated and then encapsulated, so that electrons released during polymerization give conductivity and electrical conductivity is improved. In addition, since the spherical fullerene in which the metal having electric conductivity is included is included, the conduction electrons of the metal atom are more preferable because the electric conductivity is improved.
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6記載の小型モータ用電気接点機構において、炭素系材料に金属を介在させていることを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 A seventh aspect of the present invention is the electric contact mechanism for a small motor according to any one of the first to sixth aspects, wherein a metal is interposed in the carbon-based material.
本発明は、炭素系材料表面への金属の介在および炭素系材料への金属の内包による介在のどちらか一方あるいは両方を有しており、炭素系材料表面に金属を介在させることにより、金属の高電気伝導性と、炭素系材料が持つ耐熱性や放熱性、耐アーク性を併せ持つ接点材が実現できる。さらに、炭素系材料に金属を内包させた場合は、金属原子が有する伝導電子が炭素系材料の電気伝導度のさらなる向上効果を生む。電気伝導度を重視する場合はAu、Ag、Cu、Alを基材とした金属、あるいはそれらを含む合金であることが使用上好ましく、また、熱的性質や耐アーク性を重視する場合はTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ru、Rh、Pd、Pt、Fe、Co、Niなどの高融点元素を基材とした高融点金属、あるいはそれらを含む合金であることが好ましい。 The present invention has either or both of metal interposition on the carbon-based material surface and metal inclusion in the carbon-based material, and by interposing the metal on the carbon-based material surface, A contact material that combines high electrical conductivity with the heat resistance, heat dissipation, and arc resistance of carbon-based materials can be realized. Furthermore, when a metal is included in the carbon-based material, the conduction electrons of the metal atom produce an effect of further improving the electrical conductivity of the carbon-based material. When electric conductivity is important, it is preferable to use a metal based on Au, Ag, Cu, Al, or an alloy containing them, and Ti is important when thermal properties and arc resistance are important. Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ru, Rh, Pd, Pt, Fe, Co, refractory metals based on refractory elements such as Ni, or alloys containing them Preferably there is.
請求項8記載の発明は、請求項1乃至7記載の小型モータ用電気接点機構において、炭素系材料と弾性材、あるいは炭素系材料同士が、金属を用いることで電気的に接合することを特徴とした小型モータ用電気接点機構である。 The invention according to claim 8 is the electric contact mechanism for a small motor according to any one of claims 1 to 7, wherein the carbon-based material and the elastic material, or the carbon-based materials are electrically joined by using a metal. This is an electric contact mechanism for a small motor.
材料の接点間には接触抵抗が必ず存在するため、材料間の接触状態によって接点材の見かけ上の抵抗は著しく変化する。本発明では、炭素系材料−接点間あるいは炭素系材料同士間で、金属炭素化合物を形成することにより、電気的に接合する。電気伝導性の良好な金属炭素化合物を接合材として用いることで、接触抵抗が低下する。さらに、炭素系材料を金属へ埋没させることによって接触面積を大きくさせると接触抵抗は低下し、より円滑な電子の供受を行うことが可能となる。特に、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Siなどの炭素と相性の良い元素を基材とした金属、あるいはそれらを含む合金であることが好ましい。 Since a contact resistance always exists between the contact points of the material, the apparent resistance of the contact material varies significantly depending on the contact state between the materials. In the present invention, the metal-carbon compound is formed between the carbon-based material and the contact or between the carbon-based materials to electrically connect them. By using a metal carbon compound having good electrical conductivity as a bonding material, the contact resistance is lowered. Furthermore, when the contact area is increased by burying the carbon-based material in a metal, the contact resistance decreases, and it becomes possible to receive electrons more smoothly. In particular, a metal based on an element compatible with carbon such as Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si, or an alloy containing them is preferable.
以上より、本発明の小型モータ用電気接点機構を適用することにより、炭素系材料の自由端近傍で生じる不意な屈曲を炭素系材料で抱束し、確実に配向効果が得られ、また、フレキシブル性を有するブラシが、整流子の曲面に確実に追従し、ブラシと整流子が広範囲で安定して接触することからアークの発生が抑制されて電気的摩耗が低減し、機械的摺動摩耗の抑制や、耐熱性、耐食性の向上はもとより、電気的摩耗(電蝕)の低減、且つ電気伝導性に優れた接点材を有する小型モータ用電気接点機構を形成できる。 From the above, by applying the electric contact mechanism for a small motor of the present invention, the unexpected bending that occurs near the free end of the carbon-based material can be bundled with the carbon-based material, and an orientation effect can be reliably obtained, and flexible Since the brush has the ability to reliably follow the curved surface of the commutator and the brush and commutator are in stable contact with each other over a wide area, the generation of arc is suppressed, electrical wear is reduced, and mechanical sliding wear is reduced. An electric contact mechanism for a small motor having a contact material excellent in suppression, heat resistance and corrosion resistance, electric wear (electric corrosion), and excellent electrical conductivity can be formed.
本発明は、小型モータ、特に駆動電圧、あるいは消費電力の比較的大きい小型モータの電気接点のブラシ構造において、その材質に繊維状炭素系材料を用い、その繊維状炭素系材料の長さが数100μm〜数mmで形成され、更にその形態は刷毛状形態であるブラシ構造であることにより、機械的摺動摩耗を低減し、更に、アークの発生を抑制することができるため、電気的摩耗を低減することが可能である。 The present invention uses a fibrous carbon-based material as a material for a brush structure of an electric contact of a small motor, particularly a small motor with relatively large driving voltage or power consumption, and the length of the fibrous carbon-based material is several. Since it is formed of 100 μm to several mm, and the form thereof is a brush structure that is a brush-like form, mechanical sliding wear can be reduced, and furthermore, generation of arc can be suppressed. It is possible to reduce.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態としての小型モータの接点機構の接点材1の模式図を図1に示す。この前記接点材1は、炭素系材料を繊維状に形成し、長さLが数100μm〜数mmとし、接点材固定面に対し、略垂直に配向させる。
(First embodiment)
The schematic diagram of the contact material 1 of the contact mechanism of the small motor as 1st Embodiment is shown in FIG. The contact material 1 is made of a carbon-based material in a fiber shape, has a length L of several hundred μm to several mm, and is oriented substantially perpendicular to the contact material fixing surface.
次に、この第1の実施の形態の繊維状炭素系材料の製法について説明する。まず、綿状に絡み合った種々の炭素系材料を、適宜選択されたポリマー、溶剤などの有機溶媒が入った硝子容器内に流し込み、有機溶媒内に炭素系材料を分散させた混合液体とした。炭素系材料の液体中での分散に際しては、炭素系材料が偏存することの無い様十分に撹拌あるいは練解した。 Next, the manufacturing method of the fibrous carbonaceous material of this 1st Embodiment is demonstrated. First, various carbon-based materials intertwined in a cotton-like shape were poured into a glass container containing an organic solvent such as an appropriately selected polymer and solvent to obtain a mixed liquid in which the carbon-based material was dispersed in the organic solvent. When the carbon-based material was dispersed in the liquid, it was sufficiently stirred or kneaded so that the carbon-based material was not unevenly distributed.
そして、この得られた混合液体を先端孔径10μm、先端長さ約5mmのノズルに流し込み、ノズル内部を加圧し、射出することによって、射出方向に配向した繊維状炭素系材料を得ることができた。この繊維状炭素系材料を2mm(D)×0.1mm(W)の面に略垂直方向に配向させ、長さ0.3mmに調整し、前記接点材1とした。尚、残存する有機溶媒は溶剤を用いて除去した。 Then, the obtained mixed liquid was poured into a nozzle having a tip hole diameter of 10 μm and a tip length of about 5 mm, and the inside of the nozzle was pressurized and injected to obtain a fibrous carbon-based material oriented in the injection direction. . The fibrous carbon-based material was oriented in a substantially vertical direction on a 2 mm (D) × 0.1 mm (W) surface and adjusted to a length of 0.3 mm to obtain the contact material 1. The remaining organic solvent was removed using a solvent.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態としての小型モータの接点機構の接点材3を図2に示す。この前記接点材3は、炭素系材料が互いに絡み合わされ、薄葉シート状に形成されているものである。この薄葉シート状の炭素系材料を積層し、接点材固定面に対し、略垂直に配向させることにより前記接点材3を形成する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a
次に、この第2の実施の形態の繊維状炭素系材料の製法について説明する。まず、綿状に絡み合った種々の炭素系材料を、適宜選択されたポリマー、溶剤などの有機溶媒が入った硝子容器内に流し込み、有機溶媒内に炭素系材料を分散させた混合液体とした。炭素系材料の液体中での分散に際しては、炭素系材料が偏存することの無い様十分に撹拌あるいは練解した。 Next, the manufacturing method of the fibrous carbonaceous material of this 2nd Embodiment is demonstrated. First, various carbon-based materials intertwined in a cotton-like shape were poured into a glass container containing an organic solvent such as an appropriately selected polymer and solvent to obtain a mixed liquid in which the carbon-based material was dispersed in the organic solvent. When the carbon-based material was dispersed in the liquid, it was sufficiently stirred or kneaded so that the carbon-based material was not unevenly distributed.
そして、この得られた混合液体を孔径1μmのフィルタ上に流し込み、濾過を行い、フィルタ上の堆積物を剥離して薄葉シート状炭素系材料を形成した。さらに形成した薄葉シート状炭素系材料を一軸方向に引張応力を加えることにより、引張方向に配向したシートを得ることができた。これらを接点材固定面に対して略垂直方向に配向させ、積層して、2mm(D)×0.1mm(W)×0.3mm(H)である直方体形状の前記接点材3とした。尚、残存する有機溶媒は溶剤を用いて除去した。
The obtained mixed liquid was poured onto a filter having a pore diameter of 1 μm, filtered, and the deposit on the filter was peeled off to form a thin-leaf sheet-like carbon material. Furthermore, the sheet | seat orientated to the tension direction was able to be obtained by applying the tensile stress to the formed thin sheet-like carbon-type material to a uniaxial direction. These were oriented in a substantially vertical direction with respect to the contact material fixing surface and laminated to form the rectangular
上記の製法により得られた前記接点材1、3と、導電性を有する弾性材2、4との間に金属炭素化合物を形成し固定させてブラシ形状とした。テスターを用いて前記接点材−前記弾性材間の通電を確認した。
A metal carbon compound was formed and fixed between the
例えば、従来の貴金属ブラシやカーボンブラシを小型モータに実装し、駆動電圧を12V、駆動モードを無負荷正転連続運転とした寿命試験を行うと、従来の貴金属ブラシを実装した小型モータは、激しい焼損が発生して80〜100時間で停止してしまう。 For example, when a conventional precious metal brush or carbon brush is mounted on a small motor, and a life test is performed with a drive voltage of 12 V and a drive mode of no-load forward rotation continuous operation, Burnout occurs and stops in 80 to 100 hours.
また、カーボンブラシを実装した小型モータは、ブラシの摩耗により、接点不良を起こし、約90時間で停止してしまう。従来カーボンブラシは、摺動時に摩耗を生じやすく、大きな体積を持たせることによって摩耗の影響を補い、寿命を確保しているが、小型化に伴い、確保することができる体積が減少し、その結果として、小型モータの寿命が大幅に低下した。 In addition, a small motor mounted with a carbon brush causes contact failure due to wear of the brush and stops in about 90 hours. Conventional carbon brushes are prone to wear during sliding and have a large volume to compensate for the effects of wear and ensure the service life, but with the miniaturization, the volume that can be secured decreases, As a result, the life of the small motor has been greatly reduced.
一方、本発明の繊維状炭素系材料を接点材として用いることにより、従来の電気接点機構と比べて数倍〜数10倍の寿命向上が期待できる。これは接点材に炭素系材料を用いることから、高消費電力に耐えられ、且つ、その構造がフレキシブル性を有することから、機械的摩耗が少なく、また接点材が確実に整流子に追従し、アークの発生を抑制して、電気的摩耗を低減できたことによるものである。 On the other hand, the use of the fibrous carbon-based material of the present invention as a contact material can be expected to improve the life several times to several tens of times compared to the conventional electric contact mechanism. This is because a carbon-based material is used for the contact material, it can withstand high power consumption, and its structure has flexibility, so there is little mechanical wear, and the contact material surely follows the commutator, This is because the electrical wear can be reduced by suppressing the generation of the arc.
以上より、本発明における小型モータ用電気接点機構が、小型モータ、特に駆動電圧あるいは消費電力の大きい小型モータに適した形態であり、また、モータ駆動時のアークの発生そのものを抑制する、極めて有効な構造であるといえる。 As described above, the electric contact mechanism for a small motor according to the present invention is suitable for a small motor, particularly a small motor with a large driving voltage or power consumption, and it is extremely effective to suppress the generation of arc itself when the motor is driven. It can be said that it is a simple structure.
以上の構造を有する電気接点機構を用いることにより、機械的摺動摩耗の抑制や、耐食性の向上はもとより、電気的摩耗、即ち電蝕の直接の原因となるアークの発生を抑制することが可能となる。以上の効果を確実に得るためには、その長さが数100μm〜数mmであることが実用上より好ましい。 By using the electrical contact mechanism with the above structure, it is possible not only to suppress mechanical sliding wear and improve corrosion resistance, but also to suppress electrical wear, that is, the occurrence of arcs that directly cause electric corrosion. It becomes. In order to surely obtain the above effects, it is more practically preferable that the length is several hundred μm to several mm.
本発明は、互いに絡束、配向し、構成される、繊維状炭素系材料を、小型モータ用電気接点機構における、ブラシの接点材に使用することにより、機械的摺動摩耗だけでなく、電気的摩耗が低減され、電気接点の耐久性の向上が可能である。 The present invention uses not only mechanical sliding wear but also electrical sliding contact by using a fibrous carbon-based material that is entangled, oriented, and configured as a brush contact material in an electric contact mechanism for a small motor. Wear can be reduced and the durability of the electrical contact can be improved.
1、3 接点材
2、4 導電性を有する弾性材
1, 3
Claims (8)
前記接点材に炭素系材料を用い、且つその炭素系材料が互いに絡束されて、繊維状を形成し、その繊維状炭素系材料が、弾性材の接点材固定面に対し、略垂直に配向していることを特徴とした小型モータ用電気接点機構。 In an electric contact mechanism for a small motor in which a brush in which a contact material is fixed to a conductive elastic material abuts and slides on a commutator and commutates to an armature connected to the commutator.
A carbon-based material is used for the contact material, and the carbon-based materials are entangled with each other to form a fiber shape, and the fibrous carbon-based material is oriented substantially perpendicular to the contact material fixing surface of the elastic material. An electrical contact mechanism for small motors.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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