JP2017123774A - ブラシ付き直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシと整流子との接触不良を抑止することのできるブラシ付き直流モータを提供する。
【解決手段】ブラシ付き直流モータは、マグネット１と、マグネット１に対して回転軸Ｒを中心として回転し、整流子を含むアマチュア２と、マグネット１およびアマチュア２における回転軸Ｒに沿った反出力軸側の端部を覆うブラケット２１および２３と、ブラケット２１に固定された給電端子と、給電端子に対して電気的に接続されたブラシと、ブラケット２１に固定された封止部とを備えている。ブラケット２１および２３は、外周面に形成された溝であって、給電端子を内部に収容する溝２１ａを含んでいる。封止部は、整流子およびブラシが存在する内部空間と溝２１ａとの間を封止する。
【選択図】図２

Description

本発明はブラシ付き直流モータに関し、より特定的には、メス端子を備えたブラシ付き直流モータに関する。

ブラシ付き直流（ＤＣ）モータにおいては、ブラシと整流子との接点部分が、シロキサンガスなどの有毒ガスにより腐食されて接触不良が生じるという問題がある。たとえば、ブラシ付き直流モータが使用される雰囲気に存在するシリコーンゴムなどからシロキサンガスが発生し、このシロキサンガスがモータ内部に侵入する。モータ内部に侵入したシロキサンガスは、ブラシと整流子とが摺動する際に発生するエネルギ（スパーク）によって分解され、その後再結合されて、絶縁体である二酸化シリコンとなる。この二酸化シリコンが接点部分に堆積し、ブラシと整流子との電気的接触を阻害する。

有毒ガスによる接触不良を抑止するために、マグネットやアマチュアなどを収容するケースの外側から封止部材（シール部材）をケースに貼り付けることにより、ケース内部を密封構造とする技術が提案されている。このような技術はたとえば下記特許文献１および２などに開示されている。

下記特許文献１には、モータハウジングの開口端部内径よりも小さな外径を有し、モータハウジングに対応した外形状を有し、かつ、内部に空間を形成するように所定の蓋厚みを有する封止蓋を備えた整流子モータが開示されている。この整流子モータにおいて、封止蓋はエンドベルの外側面に配置されており、封止蓋外周側とエンドベルとの間、および封止蓋外周側とモータハウジングとの間は密閉固着されている。モータハウジング側面からは、ブラシベースと外部との電気的接続のためのリード線が導出されている。

下記特許文献２には、ステータケースと側板とを組み合わせたモータケースと、モータケース内部に内蔵されたロータ部およびステータ部とを備えた整流子モータが開示されている。ここ整流子モータにおいては、側板に形成されたばね開き穴にシール部材を貼り付けることにより、ばね開き穴が閉塞されている。側板からは、ブラシと接続されたターミナル端子が突出している。

特開２００９−７７５２０号公報 特開平９−３７５３１号公報

特許文献１および２では、モータに電力を供給するための端子（特許文献１のリード線、特許文献２のターミナル端子）がいずれもオス端子であり、ケース（特許文献１のモータハウジング、特許文献２の側板）よりも外部に突出している。

一方、モータに電力を供給するための端子がメス端子である場合には、メス端子がケース内部に配置されるためにケース内部を密封することは難しく、シロキサンガスなどの有毒ガスによる接触不良の問題が依然として存在していた。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、ブラシと整流子との接触不良を抑止することのできるブラシ付き直流モータを提供することである。

本発明の一の局面に従うブラシ付き直流モータは、マグネットと、マグネットに対して回転軸を中心として回転し、整流子を含むアマチュアと、マグネットおよびアマチュアにおける回転軸に沿った一方側の端部を覆うブラケットと、ブラケットに固定されたメス端子と、メス端子に対して電気的に接続されたブラシと、ブラケットに固定された封止部とを備え、ブラケットは、外周面に形成された溝であって、メス端子を内部に収容する溝を含み、封止部は、整流子およびブラシが存在する空間と溝との間を封止する。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、溝は、回転軸に沿った他方側が解放されており、封止部は、溝の他方側を封止する。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、封止部は、板状の樹脂よりなる。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、封止部は、ブラケットの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有する。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、封止部は、プリント配線基板よりなる。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、ブラケット内部に配置されたガス吸着剤をさらに備える。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、ブラケットは、ブラケット内部と外部とを連通する連通孔をさらに含み、ガス吸着剤は連通孔を塞ぐように配置される。

上記ブラシ付き直流モータにおいて好ましくは、マグネットおよびアマチュアにおける一方側の端部、およびマグネットおよびアマチュアの外周側を覆うケースをさらに備え、ブラケット、ケース、および封止部で構成された内部空間は密封されている。

本発明によれば、ブラシと整流子との接触不良を抑止することのできるブラシ付き直流モータを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態におけるブラシ付き直流モータの構成を模式的に示す側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った半断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った半断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 本発明の第１の実施の形態の効果を説明する第１の図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第１の実施の形態の効果を説明する第２の図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第１の実施の形態の効果を説明する第３の図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施の形態における封止部２５の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるブラシ付き直流モータの構成を模式的に示す正面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った半断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるブラシ付き直流モータの構成を模式的に示す側面図であって、反出力軸側の側面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った半断面図である。なお、ブラシ付き直流モータの回転軸Ｒに沿った一方側（図２中右側）を反出力軸側と記し、ブラシ付き直流モータの回転軸Ｒに沿った他方側（図２中左側）を出力軸側と記すことがある。

図１および図２を参照して、本実施の形態におけるブラシ付き直流モータは、マグネット１と、アマチュア２と、ブラケット２１および２３と、ケース２２と、軸受６０とを主に備えている。

マグネット１は、ケース２２の内周面に固定されている。マグネット１は、一対で互いに異なる磁極の着磁中心が対向するように配置されている。

アマチュア２は、マグネット１の内周側に設けられている。アマチュア２は、マグネット１に対して回転軸Ｒを中心として回転する。アマチュア２は、シャフト１１と、コイル１２と、アマチュアコア１３と、インシュレータ１４と、整流子１５とを含んでいる。シャフト１１は回転軸Ｒを含んでいる。シャフト１１にはアマチュアコア１３が固定されている。アマチュアコア１３は、たとえば、平板である複数枚のコアピースの各々を、回転軸Ｒに沿った方向に積層することにより構成されている。アマチュアコア１３は、回転軸Ｒを中心として放射状に延びた複数のティース部１３ａを含んでいる。複数のティース部１３ａの各々には、コイル１２が巻回されている。コイル１２およびアマチュアコア１３は、インシュレータ１４によって互いに絶縁されている。アマチュアコア１３よりも反出力軸側のシャフト１１には、整流子１５が固定されている。整流子１５は、コイル１２と電気的に接続されている。

ブラケット２１は、ケース２２に取り付けられている。ブラケット２３は、ブラケット２１に取り付けられている。ブラケット２１および２３は、アマチュア２における反出力軸側端部を覆っている。ケース２２は、アマチュア２における出力軸側端部、およびマグネット１およびアマチュア２の外周側を覆っている。ブラケット２１の出力軸側端部における外周面には窪み部２１ｂが設けられている。ケース２２の反出力側端部における内周面と、窪み部２１ｂの外周面とは密着している。

ブラケット２１および２３の外周面には、２つの溝２１ａが形成されている。溝２１ａの各々には、溝２１ａ内部と外部とを区画する蓋（図示無し）が設けられていてもよい。

ケース２２は、切欠き２２ａを含んでいる。切欠き２２ａは、ケース２２内部と外部とが貫通しないような折曲量で、ケース２２の内周側に折り曲げられている。切欠き２２ａによってマグネット１の回転軸Ｒ方向の位置決めがされている。

軸受６０は、マグネット１に対してアマチュア２を回転可能に支持している。軸受６０は、ケース２２とシャフト１１との間、およびブラケット２１とシャフト１１との間の各々に設けられている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った半断面図である。なお、図３、図６〜図８、および図１１では、整流子１５などのアマチュア２側の部材の図示が省略されていて、後述する導電体３１ａ、３１ｂのばね性によりそれぞれのブラシ２４が接触しているように描かれている。

図３および図４を参照して、ブラシ付き直流モータは、ブラシ２４と、ばね性を持つ給電端子２７ａおよび２７ｂと、ばね性を持つ導電体２８、３０、３１ａ、３１ｂ、および３２と、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ２９とをさらに備えている。

ブラケット２３は、ネジ３３によって、ブラケット２１の図３中右上部および図３中左下部の内周面に固定されている。ブラケット２３は、ブラケット２１の反出力軸側端部の内壁面２１ｃ（図４）と接触している。ブラケット２１および２３によって溝２１ａが構成されている。溝２１ａの出力軸側（図４中左側）にはブラケットが形成されておらず、解放されている。

給電端子２７ａおよび２７ｂの各々は、メス端子であり、ブラシ２４に対して電気的に接続されている。給電端子２７ａおよび２７ｂの各々は、溝２１ａ内部に収容されており、溝２１ａを通じてブラケット２１および２３の外周面に露出している。給電端子２７ａおよび２７ｂの各々は、ブラケット２１とブラケット２３との間に挟まれることによって、ブラケット２１および２３に固定されている。

導電体２８および導電体３０によってＰＴＣサーミスタ２９は、ブラケット２１の図３中下部の内周面に固定されている。導電体２８および導電体３０はばね性があり、このばね力によりＰＴＣサーミスタ２９と接触し電気的に接続している。導電体２８は、給電端子２７ｂとＰＴＣサーミスタ２９とを電気的に接続している。

ブラシ２４は、２本の導電体３１ａおよび３１ｂによってブラケット２１および２３内部に支持されており、図２に示すように整流子１５の外周面と接触している。導電体３０は、ＰＴＣサーミスタ２９と導電体３１ｂとを電気的に接続している。導電体３２は、導電体３１ａと給電端子２７ａとを電気的に接続している。

図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

図４および図５を参照して、ブラシ付き直流モータは、封止部２５をさらに備えている。封止部２５は、２つのネジ２６によって、ブラケット２１の反出力軸側端部の内壁面２１ｄに固定されている。この固定方法は、ネジに限定せず、例えば超音波を用いた溶着や接着などであってもよい。封止部２５は、固定された状態で、内壁面２１ｄと、ブラケット２３の内壁面２３ａと接触している。これにより、溝２１ａの出力軸側（図４中左側）の開放された部分は、封止部２５によって封止され、ブラケット２１、ケース２２、および封止部２５で構成された内部空間ＳＰ（整流子１５およびブラシ２４が存在する内部空間ＳＰ）と溝２１ａとの間は、封止部２５によって封止される。内部空間ＳＰは、ブラケット２１、ケース２２、および封止部２５によって密封される。

封止部２５は、ブラケット２１および２３と同一の材料よりなっており、板状の樹脂（樹脂板）よりなることが好ましい。なお、封止部２５は、ブラケット２１および２３と異なる材料よりなっていてもよく、金属や、粘度の高い接着剤を硬化させたものよりなっていてもよい。封止部２５は、板状以外の任意の形状を有していてもよい。さらに封止部２５は、ブラケットの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数（たとえばブラケット２１および２３の熱膨張係数の±１０％以内の熱膨張係数）を有することが好ましい。

なお、給電端子２７ａおよび２７ｂ、ならびに封止部２５のブラケットへの固定方法は任意であり、ネジによる固定の代わりに、たとえば接着や溶着により固定されていてもよい。特に封止部２５は、固定する対象であるブラケット２１および２３の隙間のサイズに合わせたサイズで構成することによりブラケット２１および２３に対して圧入されてもよい。ブラケット２１および２３は一体化したものであってもよい。この場合、ネジ３３は不要となり、またブラケット２１とブラケット２３とが接触する部分はなくなり、そこから大気が流れ込むことは完全になくなる。また、封止部２５による封止効果を強めるために、封止部２５とブラケット２１との隙間に固着材などを塗布してもよい。

次に、本実施の形態の効果について、図６〜図８を用いて説明する。なお、図６〜図８は、図３と同じ平面で切った場合の断面図である。図８には、封止部２５と重なる領域ＲＧが一点鎖線で示されている。

図６を参照して、プラグ１００は、ブラシ付き直流モータに電力を供給する電源（図示無し）のプラグである。プラグ１００は、２つのオス端子１０１ａおよび１０１ｂを有している。

図７を参照して、オス端子１０１ａおよび１０１ｂの各々は、溝２１ａの各々に挿入され、ばね性を持つ給電端子２７ａおよび２７ｂの各々が変形する。これにより、オス端子１０１ａおよび１０１ｂの各々と、ばね性を持つ給電端子２７ａおよび２７ｂの各々とが電気的に接続され、ブラシ付き直流モータに電力が供給される。具体的には、オス端子１０１ｂがプラス端子、オス端子１０１ａがマイナス端子である場合には、電源から供給される電流は、オス端子１０１ｂ、給電端子２７ｂ、導電体２８、ＰＴＣサーミスタ２９、導電体３０、導電体３１ｂ、およびブラシ２４の各々を介して整流子１５（図２）に流れる。その後電流はブラシ２４、導電体３１ａ、導電体３２、および給電端子２７ａを介して、オス端子１０１ａに流れる。

図８を参照して、給電端子２７ａおよび２７ｂが収容されている溝２１ａは、ブラシ付き直流モータ外部に面しているので、溝２１ａ内部には外部雰囲気に含まれるシロキサンガスなどの有毒ガスが流入する（なお、溝２１ａに蓋が設けられている場合にも、オス端子１０１ａおよび１０１ｂが挿入された場合には、蓋が溝２１ａ内部に押し込まれるなどにより、溝２１ａがブラシ付き直流モータ外部に面するので、溝２１ａ内部には有毒ガスが流入する）。しかし、溝２１ａの出力軸側の開放された部分は、封止部２５によって封止されているので、有毒ガスが溝２１ａを通じて内部空間ＳＰに侵入することがなくなる。その結果、簡易な構成でブラシと整流子との接触不良を抑止することができる。

［第２の実施の形態］
図９は、本発明の第２の実施の形態における封止部２５の構成を模式的に示す平面図である。

図９を参照して、本実施の形態における封止部２５は、導体（図示無し）が形成されたプリント配線基板よりなっている。言い換えれば、本実施の形態では、樹脂板よりなる封止部を基板として使用し、基板上に導体を形成し、電子部品を搭載したものである。封止部２５上にはたとえばチップコンデンサ２５ａ、ＰＴＣ素子（復帰性ヒューズ）２５ｂ、またはスルーホール２５ｃなどの電子部品が搭載されている。チップコンデンサ２５ａ、ＰＴＣ素子２５ｂ、およびスルーホール２５ｃは電気回路を構成している。

なお、上述以外のブラシ付き直流モータの構成は、第１の実施の形態の場合と同様であるので、その説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、封止部２５がプリント配線基板としての役割を果たすので、ブラシ付き直流モータの駆動に関係する電気回路を封止部２５に形成することができ、部品点数を減らすことができる。特に、電子部品としてチップコンデンサなどを封止部２５が含む場合には、ブラシ付き直流モータのＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ、電磁両立性）を確保することができる。また、電子部品としてＰＴＣ素子などを封止部２５が含む場合には、ブラシ付き直流モータを過電流から保護することができる。

［第３の実施の形態］
図１０は、本発明の第３の実施の形態におけるブラシ付き直流モータの構成を模式的に示す図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った半断面図である。

図１０〜図１２を参照して、本実施の形態におけるブラシ付き直流モータは、ブラケット２１および２３内部に配置されたガス吸着剤４１をさらに備えている。ブラケット２３は、給電端子２７ａを収容する溝２１ａを構成するブラケット２３ｂと、給電端子２７ｂを収容する溝２１ａを構成するブラケット２３ｃとを含んでいる。ガス吸着剤４１は、ブラケット２１、２３ｂ、および２３ｃの各々に形成された突起部４２によって、ブラケット２３ｂおよび２３ｃに固定されている。

ガス吸着剤４１は、シロキサンガスを吸着する性質を有する材料よりなることが好ましく、たとえばスルホン酸基を有する樹脂、活性炭、シリカゲル、またはゼオライトなどよりなっている。

ブラケット２３ｂとブラケット２３ｃとの間には貫通孔４０が形成されている。ガス吸着剤４１は、貫通孔４０を塞いでいる。貫通孔４０が形成された場合、内部空間ＳＰ（ブラケット２１および２３内部）と外部とは貫通孔４０にて連通するので、内部空間ＳＰは密封されたものではなくなる。

なお、ガス吸着剤４１は、封止部２５に接着などの方法で固定されていてもよい。貫通孔４０は形成されていなくてもよく、ガス吸着剤４１は、ブラケット２１および２３内部の任意の位置に配置されていてもよい。また、ブラケット２１および２３は一体化したものであってもよい。

なお、上述以外のブラシ付き直流モータの構成は、第１の実施の形態の場合と同様であるので、その説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、ガス吸着剤４１によって有害ガスを除去することにより、内部空間ＳＰ内の有害ガスの濃度を低減することができる。特に、ガス吸着剤４１が貫通孔４０を塞ぐように配置されている場合には、ガス吸着剤４１が有害ガスのフィルターとしての効果を奏するようになり、貫通孔４０から吸い込んだブラシ付き直流モータ外部のガスのうち無害なガスのみを内部空間ＳＰに取り込むことができる。

［その他］
上述の実施の形態では、アマチュアがマグネットの内周側に設けられたインナーロータ型のブラシ付き直流モータについて示したが、ブラシ付き直流モータは、アマチュアがマグネットの外周側に設けられたアウターロータ型のブラシ付き直流モータであってもよい。

上述の実施の形態は適宜組み合わせることができる。たとえば第２の実施の形態における封止部２５がプリント配線基板よりなる構成に対して、第３の実施の形態におけるガス吸着剤４１を設けた構成を適用してもよい。

上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ マグネット
２ アマチュア
１１ シャフト
１２ コイル
１３ アマチュアコア
１３ａ ティース部
１４ インシュレータ
１５ 整流子
２１，２３，２３ｂ，２３ｃ ブラケット
２１ａ ブラケット２１の溝
２１ｂ ブラケット２１の窪み部
２１ｃ，２１ｄ ブラケット２１の反出力軸側端部の内壁面
２２ ケース
２３ａ ブラケット２３の内壁面
２４ ブラシ
２５ 封止部
２５ａ チップコンデンサ
２５ｂ ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子
２５ｃ スルーホール
２６，３３ ネジ
２７ａ，２７ｂ 給電端子
２８，３０，３１ａ，３１ｂ，３２ 導電体
２９ ＰＴＣサーミスタ
４０ 貫通孔
４１ ガス吸着剤
４２ ブラケット２３ｂおよび２３ｃの突起部
６０ 軸受
１００ プラグ
１０１ａ，１０１ｂ プラグのオス端子
Ｒ 回転軸
ＲＧ 封止部２５と重なる領域
ＳＰ 内部空間

Claims (8)

1. マグネットと、
   前記マグネットに対して回転軸を中心として回転し、整流子を含むアマチュアと、
   前記マグネットおよび前記アマチュアにおける前記回転軸に沿った一方側の端部を覆うブラケットと、
   前記ブラケットに固定されたメス端子と、
   前記メス端子に対して電気的に接続されたブラシと、
   前記ブラケットに固定された封止部とを備え、
   前記ブラケットは、外周面に形成された溝であって、前記メス端子を内部に収容する溝を含み、
   前記封止部は、前記整流子および前記ブラシが存在する空間と前記溝との間を封止する、ブラシ付き直流モータ。
2. 前記溝は、前記回転軸に沿った他方側が解放されており、
   前記封止部は、前記溝の前記他方側を封止する、請求項１に記載のブラシ付き直流モータ。
3. 前記封止部は、板状の樹脂よりなる、請求項１または２に記載のブラシ付き直流モータ。
4. 前記封止部は、前記ブラケットの熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシ付き直流モータ。
5. 前記封止部は、プリント配線基板よりなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシ付き直流モータ。
6. 前記ブラケット内部に配置されたガス吸着剤をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載のブラシ付き直流モータ。
7. 前記ブラケットは、前記ブラケット内部と外部とを連通する連通孔をさらに含み、
   前記ガス吸着剤は前記連通孔を塞ぐように配置される、請求項６に記載のブラシ付き直流モータ。
8. 前記マグネットおよび前記アマチュアにおける前記一方側の端部、および前記マグネットおよび前記アマチュアの外周側を覆うケースをさらに備え、
   前記ブラケット、前記ケース、および前記封止部で構成された内部空間は密封されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のブラシ付き直流モータ。

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