JP2014096934A - ブラシ付直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を伴うことなく単純な構造でブラシと整流子の相対位置を変えることが可能な「ブラシ付直流モータ」を提供する。
【解決手段】ブラシ付直流モータ１は、ハウジング２の内面に設けられた永久磁石３と、ハウジング２とキャップ４に回転可能に軸支されたモータ軸５と、モータ軸５と一体回転するコア６に巻回されたコイル７と、モータ軸５に設けられた整流子８に摺接するブラシ９等を備えており、モータ軸５の軸線方向の一端側に変位部材１０が配置されている。この変位部材１０は形状記憶合金からなり、モータ回転に伴う発熱によって周囲環境温度が形状記憶合金の変態点以上になると、変位部材１０が平板状から円錐状に形状回復してモータ軸５をその軸線方向へ移動することにより、整流子８とブラシ９の摺接位置がモータ軸５の軸線方向に沿って変化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディスクプレーヤのディスク回転機構等に用いられるブラシ付直流モータに関するものである。

ＣＤやＤＶＤ等のディスクに対して情報の記録および／または再生を行うディスクプレーヤは、ディスクを回転するターンテーブルの駆動源としてモータを使用しているが、ＤＶＤやＢＤ等に比べると回転数の低いＣＤ用ディスクプレーヤではコストの面から安価なブラシ付直流モータを使用することが多い。

この種のブラシ付直流モータは、ハウジングの内面に対極となるように設けられた永久磁石と、ハウジングに回転可能に軸支されたモータ軸と、モータ軸と一体的に回転するコア（鉄心）に巻回されたコイルと、モータ軸に設けられた整流子（コミテータ）に摺接するブラシ等によって構成されており、整流子は円周方向に沿って複数に分割されている。ハウジングの外部には端子が露出しており、この端子に外部から電力を供給すると、電力がブラシと整流子を経由してコイルに流れ、モータ軸を含むロータにコイルに流れる電力に応じた回転磁界が発生する。そして、このロータで発生した回転磁界と永久磁石で作られる磁界とによる吸引／反発によってモータ軸が回転し、ブラシと整流子による電気の整流でモータ軸が回転し続けるようになっている。

このように概略構成されたブラシ付直流モータでは、任意の整流子間がブラシを用いて連結されて整流が行われるようになっているが、整流終了時においてコイルに流れる電流変化が大きくなるため、コイルの中の短絡コイルのインダクタンスによって大きなリアクタンス電圧が発生する。これによってブラシと整流子間にスパーク（火花放電）を発生させるため、整流子の表面が粗くなってブラシの摩耗量が大きくなり、ブラシの寿命が著しく短くなるという問題や、スパーク時に発生するカーボン粉がブラシと整流子の摺接箇所に入り込んで導通不良を起こすという問題がある。

そこで従来より、モータ軸を軸線方向（スラスト方向）へ移動可能な移動機構を付設し、この移動機構を用いてブラシと整流子の相対位置を変えることにより、ブラシの摩耗量を低減するようにしたブラシ付直流モータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この移動機構は、モータ軸に形成されたウォームと、ウォームに噛合するウォームホイールとによって構成されており、モータ軸の回転方向とウォームの歯のねじり方向に応じてモータ軸が軸線方向に往復移動するため、モータ軸の正転時と逆転時とで整流子に対するブラシの摺接位置を変えることができる。

特許第３３３７３１４号公報

しかし、特許文献１に開示された従来のブラシ付直流モータでは、モータ軸を軸線方向へ駆動する移動機構としてウォームとウォームホイールが必要となるため、移動機構を含めたモータ全体が大型化してしまうという問題があった。また、モータ軸の回転方向に応じてブラシと整流子の相対位置を変化させる構成であるため、このブラシ付直流モータは双方向回転の駆動源として使用することが前提となり、ディスクを一方向にのみ回転させるターンテーブルの駆動用モータのように一方向回転の駆動源としては使用できないという問題もあった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、大型化を伴うことなく単純な構造でブラシと整流子の相対位置を変えることが可能なブラシ付直流モータを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のブラシ付直流モータは、モータ軸と、このモータ軸に設けられた整流子と、この整流子の外周面に摺接するように配置されたブラシと、前記モータ軸の軸線方向の一端側に配置された形状記憶合金からなる変位部材と、前記モータ軸を前記変位部材に向けて付勢する付勢手段とを備え、前記変位部材が形状記憶合金の変態点以上の温度になったときに前記モータ軸を軸線方向へ変位させるようにした。

このように構成されたブラシ付直流モータでは、ある温度（変態点）を境にして形状変化する変位部材がモータ軸の軸線方向の一端側に配置されており、モータ回転に伴う発熱によって周囲環境温度が変態点以上になると、それまで所定形状に変形されていた変位部材が元の形状に回復し、かかる変位部材の形状変化によってモータ軸が軸線方向へ移動する。その結果、モータ軸に設けられた整流子に対するブラシの摺接位置が変化するため、常に同一箇所で摺動する場合に比べてブラシの摩耗量を減らすことができ、ブラシの長寿命化やカーボン粉に起因する導通不良の発生頻度を減らすことができる。

上記の構成において、モータ軸の一端面と変位部材との間に金属板が介設されていると、変位部材の形状変化に伴う変位量が金属板を介してモータ軸に確実に伝達されるだけでなく、回転するモータ軸に対して変位部材が直接接触しなくなるため、変位部材の損傷を防止することができて好ましい。

この場合において、変位部材が形状記憶合金の変態点以上の温度になったときに平板状から円錐状または円椀状に形状変化するようになっていると、変位部材が円錐形状や円椀形状になったときの剛性を高めることができて好ましい。

本発明のブラシ付直流モータは、形状記憶合金からなる変位部材をモータ軸の軸線方向の一端側に配置し、モータ回転に伴う発熱によって周囲環境温度が形状記憶合金の変態点以上になったとき、変位部材の形状変化に伴ってモータ軸を軸線方向へ移動することにより、ブラシと整流子の相対位置が変化するようになっているため、変位部材の追加という単純な構造によってブラシの摩耗量を減らすことができる。また、モータ軸を軸線方向へ移動する手段が周囲環境温度の上昇に伴う変位部材の形状変化であるため、このブラシ付直流モータは一方向回転の駆動源としても双方向回転の駆動源としても使用することができる。

本発明の実施形態例に係るブラシ付直流モータの構成図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 ブラシと整流子の相対的な位置変化を示す説明図である。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、本発明の実施形態例に係るブラシ付直流モータ１は、ＣＤ用ディスクプレーヤに備えられるターンテーブルの駆動源として使用されるものである。

図１に示すように、このブラシ付直流モータ１は、一端面を開口した有底円筒状のハウジング２と、ハウジング２の内周面に固着された永久磁石３と、ハウジング２の開口端を蓋閉するキャップ４と、ハウジング２とキャップ４に回転可能に支持されたモータ軸５と、ハウジング２の内部でモータ軸５に固着されたコア６と、コア６に巻回されたコイル７と、モータ軸５の一端部側に設けられた整流子８と、整流子８の外周面に摺接する一対のブラシ９と、キャップ４に保持された変位部材１０と、モータ軸５の一端面と変位部材１０との間に介設された金属板１１等によって主に構成されている。

金属製のハウジング２は永久磁石３と共に磁気回路を構成しており、永久磁石３はコア６を挟んで対極となるようにハウジング２の内周面に２つ固着されている。

ハウジング２の側端面とキャップ４の内部にはそれぞれ含油メタル軸受（すべり軸受）１２，１３が取り付けられており、モータ軸５はこれら含油メタル軸受１２，１３によって回転可能に支持されている。モータ軸５の一部はハウジング２の側端面から外部へ突出しており、このブラシ付直流モータ１をＣＤ用ディスクプレーヤに組み付けたとき、モータ軸５の突出端にターンテーブル（図示せず）が固着されるようになっている。なお、モータ軸５は磁気回路からの磁力を受けて常に金属板１１と圧接する方向（図１の右方向）へ付勢されており、この磁力がモータ軸５を変位部材１０に向けて付勢する付勢手段として機能している。また、前述したターンテーブルに載置されたディスクを回転駆動するとき、ディスクをターンテーブルに押し付けるクランパ（図示せず）の押圧力が、同じくモータ軸５を変位部材１０に向けて付勢する付勢手段として機能する。

図２に示すように、コア（鉄心）６はモータ軸５の周方向に沿って３つの部分に分岐しており、これらコア６の各分岐部分にそれぞれコイル７が巻回されている。また、整流子（コミテータ）８もモータ軸５の周方向に沿って３分割されており、各コイル７の両端が所定の整流子８に接続されている。

一対のブラシ９はばね性に富む金属板からなり、これらブラシ９はキャップ４の内面に一体化された合成樹脂製のブラケット１４に保持されている。ブラシ９は整流子８の外周面と多点接触するように複数（例えば３つ）の接点部を有しており、モータ軸５の軸線方向に沿う整流子８の長さはブラシ９の幅寸法に対して十分に長く設定されている。また、ブラシ９にはリード線１５が接続されており、このリード線１５はハウジング２とキャップ４の間を通って外部に導出されている。

変位部材１０と金属板１１はキャップ４の中央部に形成された凹部４ａ内に積層状態で収納されており、金属板１１はモータ軸５の一端面に接触してスラスト板として機能する。変位部材１０は、Ｔｉ−Ｎｉ（チタン−ニッケル）合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ（銅−亜鉛−アルミニウム）合金等の形状記憶合金に略円錐形状（または略円椀形状）となる形状記憶処理を施した後、ある温度（変態点）以下で平板状となるように変形したものであり、その温度以上になると元の略円錐形状に回復するという性質（マルテンサイト変態）を有している。すなわち、形状記憶合金からなる変位部材１０は、変態点よりも低い温度のときにマルテンサイト相となり、モータ軸５に対する前記付勢手段の付勢力を受けて平板形状を維持するが、変態点よりも高い温度になると、オーステナイト相（母相）になって略円錐形状に形状回復する。

このように構成されたブラシ付直流モータ１において、リード線１５を介してブラシ９に電流が供給されると、この電流はブラシ９と整流子８を経由してコイル７に流れ、ロータ側のコア６がコイル７に流れる電流に応じた回転磁界を発生する。そして、このロータで発生した回転磁界と永久磁石３で作られる磁界とによる吸引／反発によってモータ軸５が回転し、３分割された整流子８がタイミング良く電流の方向を切り替えることにより、モータ軸５は連続して回転し続けることになる。本実施形態例の場合、このブラシ付直流モータ１をＣＤ用ディスクプレーヤに組み込んでターンテーブルの駆動源として使用しており、図示せぬターンテーブルとクランパとの間にディスクをチャッキングした状態でモータ１を回転駆動することにより、ターンテーブルとディスクおよびクランパの三者が一体的に回転するようになっている。

ここで、ブラシ付直流モータ１の使用環境温度が常温またはそれに近い温度にあるとき、図３（ａ）に示すように、変位部材１０は平板状の形状を維持したまま凹部４ａ内に収納されているため、ブラシ９は整流子８の軸線方向のほぼ中央付近に摺接している。すなわち、ブラシ付直流モータ１のモータ軸５が回転し始めてから暫くの間、使用環境温度はそれほど上昇しないため変位部材１０の平板形状は維持され、整流子８に対するブラシ９の摺接位置は変化しない。一方、モータ軸５の回転動作が長く続いたり、モータ軸５の回転数が上昇することにより、周囲環境温度が変位部材１０の形状記憶合金の変態点以上になると、図３（ｂ）に示すように、変位部材１０が平板形状から元の略円錐形状に回復し、かかる変位部材１０の形状変化によってモータ軸５が同図の矢印Ａ方向（左方向）へ移動する。その結果、モータ軸５と一緒に移動する整流子８とブラケット１４に保持されたブラシ９との相対位置が変化し、ブラシ９が整流子８の軸線方向の右側部分を摺動するため、常に同一箇所で摺動する場合に比べてブラシ９の摩耗量を減らすことができる。

また、図３（ｂ）に示す状態から周囲環境温度が常温またはそれに近い温度に下がると、形状記憶合金がオーステナイト相からマルテンサイト相に相変態して柔らかくなるため、変位部材１０はモータ軸５に対する付勢手段の付勢力を受けて平板形状となる。これにより、モータ軸５が同図の矢印Ａと逆向き（右方向）に移動するため、図３（ａ）に示すように、ブラシ９は再び整流子８の軸線方向のほぼ中央付近に摺接することになる。

以上説明したように、本実施形態例に係るブラシ付直流モータ１では、形状記憶合金からなる変位部材１０をモータ軸５の軸線方向の一端側に配置してあり、モータ回転に伴う発熱によって周囲環境温度が形状記憶合金の変態点以上になると、変位部材１０が元の形状に回復してモータ軸５をその軸線方向へ移動するため、変位部材１０の追加という単純な構造を採用することにより、モータ軸５に設けられた整流子８に対するブラシ９の摺接位置を変えることができる。したがって、常に同一箇所で摺動する場合に比べてブラシ９の摩耗量を減らすことができ、ブラシ９の長寿命化やカーボン粉に起因する導通不良の発生頻度を減らすことができる。しかも、モータ軸５を軸線方向へ移動する手段が周囲環境温度の上昇に伴う変位部材１０の形状変化であるため、このブラシ付直流モータ１は、ＣＤ用ディスクプレーヤのターンテーブルのように一方向回転の駆動源として使用することができるだけでなく、双方向回転の駆動源としても使用することができ、汎用性の高いモータとなっている。

また、本実施形態例に係るブラシ付直流モータ１では、モータ軸５の一端面と変位部材１０との間に金属板（スラスト板）１１が介設されているので、変位部材１０の形状変化に伴う変位量が金属板１１を介してモータ軸５に確実に伝達されるだけでなく、回転するモータ軸５に対して変位部材１０が直接接触しなくなるため、変位部材１０の損傷を長期に亘って防止することができる。しかも、周囲環境温度の上昇時に変位部材１０が平板状から円錐状（または円椀状）に回復するように形状記憶されているので、変位部材１０が円錐形状や円椀形状になったときの剛性を高めることができ、この点からも変位部材１０の形状変化に伴う変位量をモータ軸５に確実に伝達することができる。

なお、上記実施形態例では、高温側のオーステナイト相の状態で形状記憶した変位部材１０を用い、周囲環境温度の上昇時に変位部材１０が元の形状に回復する形状記憶効果を利用してモータ軸５を軸線方向へ移動するようにしているが、高温側のオーステナイト相の状態だけでなく低温側のマルテンサイト相の状態も形状記憶した変位部材１０を用い、周囲環境温度の上昇時と下降時の両方でこの変位部材１０が元の形状に回復する二方向性形状記憶効果を利用してモータ軸５を軸線方向へ移動するようにしても良い。

１ ブラシ付直流モータ
２ ハウジング
３ 永久磁石
４ キャップ
４ａ 凹部
５ モータ軸
６ コア
７ コイル
８ 整流子
９ ブラシ
１０ 変位部材
１１ 金属板
１２，１３ 含油メタル軸受
１４ ブラケット
１５ リード線

Claims (3)

1. モータ軸と、このモータ軸に設けられた整流子と、この整流子の外周面に摺接するように配置されたブラシと、前記モータ軸の軸線方向の一端側に配置された形状記憶合金からなる変位部材と、前記モータ軸を前記変位部材に向けて付勢する付勢手段とを備え、前記変位部材が形状記憶合金の変態点以上の温度になったときに前記モータ軸を軸線方向へ変位させるようにしたことを特徴とするブラシ付直流モータ。
2. 請求項１の記載において、前記モータ軸の一端面と前記変位部材との間に金属板が介設されていることを特徴とするブラシ付直流モータ。
3. 請求項２の記載において、前記変位部材は形状記憶合金の変態点以上の温度になったときに平板状から円錐状または円椀状に形状変化することを特徴とするブラシ付直流モータ。

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