JP2017229208A - ブラシ付きモータを用いた駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシ付きモータにとって有害な成分を含むガスに起因するブラシ付きモータの動作不良を抑制する。
【解決手段】分離した複数の整流子片１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを有する整流子１２０および前記複数の整流子片１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃに接触可能なブラシ１２１を備えたブラシ付きモータと、このブラシ付きモータによって駆動される可動部材と、前記可動部材に接触することで、前記ブラシ付きモータの回転を停止させるストッパー部材とを備え、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、ブラシ１２１が整流子片１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃの隣接する２つの一方のみに接触する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシ付きモータを用いた駆動機構に関する。

電動ミラー格納装置やドアロック開閉装置等の電装品の駆動手段としてブラシ付きモータを使う技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。ところで、芳香剤や化粧品等に含まれるシロキサンに起因するブラシ付きモータの動作不良が知られている（例えば、特許文献２を参照）。この現象は、ブラシ付きモータのブラシと整流子との間で発生する放電（火花）によって有機シリコンであるシロキサンが分解されて酸化珪素（ＳｉＯ_２）が生成され、それがブラシおよび整流子の表面に付着することで生じる。周知のように酸化珪素は電気絶縁性を有するので、ブラシおよび整流子の表面に酸化珪素膜が成膜されることで、ブラシと整流子との間の導通抵抗が上昇し、それがブラシ付きモータの動作不良の要因となる。

特開２００８−１６７５３７号公報 特開２００９−０７７５２０号公報

シロキサンに起因するブラシ付きモータの動作不良を抑制する方法として、ブラシ付きモータを完全密封構造とすることが考えられる。しかしながら、ブラシ付きモータを完全密封構造とすると、大型化、構造の複雑化、重量の増加、コスト増等の問題が発生し、実際の製品に適用するには問題がある。

このような背景において、本発明は、ブラシ付きモータの動作不良を抑制する技術の提供を目的とする。

本発明は、複数の整流子片を有する整流子および前記複数の整流子片に接触可能なブラシを備えたブラシ付きモータと、前記ブラシ付きモータによって駆動される可動部材と、前記可動部材に接触することで、前記ブラシ付きモータの回転を停止させるストッパー部材とを備え、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記ブラシが前記複数の整流子片の隣接する２つの一方のみに接触することを特徴とするブラシ付きモータを用いた駆動機構である。

本発明において、 前記ブラシ付きモータが回転し、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記ブラシへの駆動電圧の印加が特定の期間持続する態様が挙げられる。

本発明において、前記複数の整流子片のそれぞれは、スリットを介して隣接し、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記スリットの開口部と前記ブラシとが回転軸に垂直な方向から見て重ならない位置関係にある態様は好ましい。

本発明において、前記ブラシは、前記整流子を挟む位置に配置された一対のブラシ片を有し、前記整流子の回転中心と前記一対のブラシ片の中央を通る直線と、前記スリットの周方向における中央と前記整流子の回転中心とを結ぶ直線の一つとが直交する状態を第１の状態とした場合に、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記整流子が前記第１の状態を基準として、前記ブラシに対して角度θ°以下の角度で回転させた位置にあり、
前記角度θの値は、
前記整流子の半径：ｒ
前記スリットの仮想円弧長さ：Ｌａ
前記ブラシと前記整流子の接触円弧長さ：Ｌｂ
θｓ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／ｒ
１／６回転分の回転角にθｓが含まれる割合Ｘは、
Ｘ＝θｓ／（１／３）π＝３（Ｌｂ−Ｌａ）／πｒ
θ＝３０°―６０°×（Ｘ／２）（備考：θ＝３０°×（１−Ｘ）でも可）
により算出される態様は好ましい。

本発明において、前記ブラシは、前記整流子を挟む位置に配置された一対のブラシ片を有し、前記整流子の回転中心と前記一対のブラシ片の中央を通る直線と、前記スリットの周方向における中央と前記整流子の回転中心とを結ぶ直線の一つとが直交する状態を第１の状態とした場合に、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記整流子が前記第１の状態を基準として、前記ブラシに対して１０°以下の角度で回転させた位置にある態様は好ましい。

本発明において、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記整流子の位置を、スリットとブラシとが重ならない臨界位置から、この重なりが解消される方向に５°以上、好ましくは７°以上回転させた位置とする構造は好ましい。

本発明によれば、ブラシ付きモータの動作不良を抑制する技術が得られる。

実施形態の斜視図である。 ブラシ付きモータで駆動される機構を説明する図である。 ブラシ付きモータの一部断面図である。 整流子とブラシの位置関係を示す説明図である。 整流子とブラシの位置関係を示す説明図である。 ブラシ付きモータに流れる電流の波形図である。 耐久試験の結果を示すグラフである。 整流子とブラシの位置関係を示す説明図である。 耐久試験の結果を示すグラフである。 整流子とブラシの位置関係を示す説明図である。 整流子とブラシの位置関係を示す説明図である。 整流子のスリットがブラシをまたがない条件を示す図である。

（概要）
図１および図２には、実施形態のブラシ付きモータを用いた駆動機構の一部が記載されている。この機構では、ブラシ付きモータ１０１のシャフト（出力軸）１０２にウォームギア１０３が取り付けられ、ウォームギア１０３にウォームホイール１０４が噛み合っている。ウォームホイール１０４は、ピニオンギア１０５と同軸構造で一体化されている。ピニオンギア１０５は、図２のロックギア１０６に噛み合い、ロックギア１０６は、係合部１０７に噛み合っている。

係合部１０７は、扇型を有し、扇型の要の位置にある回転軸１０８を軸として揺動（左右に回動）する。係合部１０７における円弧状の外周には、ロックギア１０６と噛み合う歯が形成されている。係合部１０７は、ストッパー１０９，１１０によって、その揺動範囲が制限されている。ブラシ付きモータ１０１が回転すると、ウォームギア１０３に駆動されてウォームホイール１０４が回転し、同時にピニオンギア１０５が回転する。ピニオンギア１０５が回転することで、ピニオンギア１０５と噛み合ったロックギア１０６が回転し、係合部１０７が回転軸１０８を軸として回動する。この係合部１０７の回動範囲は、ストッパー１０９，１１０によって制限され、特定の範囲でしか行えない。

次に、ブラシ付きモータ１０１について説明する。図３には、ブラシ付きモータ１０１が示されている。ブラシ付きモータ１０１は、有底筒型の外側ケーシング１１１を有している。外側ケース１１１の開放部には、蓋部材１１２が結合している。外側ケース１１１の内側には、マグネット１１３が固定されている。マグネット１１３は、２つあり、一方は軸中心側（後述するロータ１１４の側）がＮ極に着磁され、他方は軸中心側がＳ極に着磁されている。マグネット１１３の構造は、通常のブラシ付きモータの場合と同じである。

マグネット１１３の内側には、隙間を介して外側ケース１１１に対して回転が可能な状態のロータ１１４が配置されている。ロータ１１４は、通常のブラシ付きモータと同様な構造を持ち、アマチュアコア１１５、アマチュアコア１１５に装着された樹脂製のインシュレータ１１６、インシュレータ１１６を介してアマチュアコア１１５に巻かれた巻線１１７を有している。アマチュアコア１１５は、軸中心からラジアル方向に延在する３極の突極を備え、電磁鋼鈑等の軟磁性材料の薄板を積層した構造を有している。

アマチュアコア１１５の回転中心には、回転軸となるシャフト１０２が固定されている。シャフト１０２には、整流子１２０が取り付けられている。図４，５に整流子１２０を軸方向から見た概念図を示す。整流子１２０は、周方向に沿って配置された整流子片１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃを有し、ブラシ１２１に摺動可能な状態で接触している。３つの整流子片１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃは、スリット１２３によって分離されている。ブラシ１２１は、整流子１２０を間に挟む位置に配置されたブラシ片１２１Ａ，１２１Ｂを有している。

シャフト１０２は、軸受１１８によって外側ケース１１１に回転自在な状態で保持され、軸受１１９によって蓋部材１１２に回転自在な状態で保持されている。この構造では、アマチュアコア１１５が回転すると、アマチュアコア１１５と共にシャフト１０２が回転する。

巻線１１７は、各突極に巻かれたロータコイルを構成している。巻線１１７は、整流子１２０に接続されている。巻線１１７と整流子１２０の結線の仕方は、通常のブラシ付きモータの場合と同じである。図４，図５に軸方向から見た整流子１２０とブラシ１２１の位置関係が示されている。整流子１２０は、周方向の等角な位置に整流子片１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃが配置され、各整流子片に巻線１１７が接続されている。ブラシ１２１は、ブラシ片１２１Ａと１２１Ｂの２つからなり、各ブラシ片は蓋部材１１２に固定されている。また、ブラシ片１２１Ａは図１の電極端子１２２Ａに接続され、ブラシ片１２１Ｂは、電極端子１２２Ｂに接続されている。電極端子１２２Ａと１２２Ｂの一方に＋電圧が印加され、他方にマイナス電圧が印加することでアマチュアコア１１５が回転する。駆動動作時おける整流子１２０とブラシ１２１の機能は、通常のブラシ付きモータの場合と同じである。

（構造上の特徴）
図１，２に示す機構では、整流子１２０（ロータ１１４）が回転していない場合に、係合部１０７（図２）がストッパー１０９に接触した第１の状態と、係合部１０７がストッパー１１０に接触した第２の状態の２つしかとりえない設計となっている。言い換えると、故障でない限り、整流子１２０が停止している状態では、係合部１０７はストッパー１０９か１１０のどちらかに必ず接触する。

また、上記第１の状態および第２の状態、すなわち整流子１２０が静止している状態では、ブラシ片１２１Ａ，１２１Ｂのそれぞれは、整流子片１２０Ａ，整流子片１２０Ｂ，整流子片１２０Ｃのいずれか一つのみと接触する。すなわち、第１の状態および第２の状態、すなわち整流子１２０が静止している状態では、ブラシ片に２つの整流子片が同時に接触することがないように設計されている。

以下、上述した第１および第２の状態について更に説明する。本実施形態では、整流子１２０（ロータ１１４）が静止している状態において、周方向で隣接する整流子片の間に設けられた３カ所のスリット１２３のそれぞれが、ブラシ片１２１Ａおよびブラシ片１２１Ｂと対向しないように設定されている。言い換えると、整流子１２０が静止している状態において、回転軸に垂直な方向から見て、周方向で隣接する整流子片の間に設けられた３カ所のスリット１２３のそれぞれが、ブラシ片１２１Ａおよびブラシ片１２１Ｂと重ならないように設定されている。この場合の一例が図４に示されている。この設定は、図１，２に示すギア機構のギア比やストッパー１０９，１１０の位置を調整することで実現されている。

なお、図５には、アマチュアコア１１５が静止している状態において、整流子片１２０Ａと整流子片１２０Ｂとがブラシ片１２１Ａに同時に接触し、またスリット１２３の一つがブラシ片１２１Ａに対向している状態が示されている。

（放電現象の解析）
ここでは、図４の構成に至る過程について説明する。前述したように、ブラシと整流子との間の接触不良は、シロキサンを含んだ雰囲気中でブラシと整流子との間で放電が発生することに起因する。よって放電の発生を抑えることができれば、シロキサンに起因する酸化珪素膜の生成が抑えられ、上記の接触不良の問題を抑制できる。

この観点から、本発明者らは、ブラシと整流子との間に発生する放電について解析した。図６は、ブラシ付きモータ１０１に流れる電流値を計測したグラフである。図６において、ｔ１は電源がＯＮとなった時刻である。ｔ２は、ストッパー１０９（または１１０）に係合部１０７が接触した時刻である。ｔ２でストッパー１０９（または１１０）に係合部１０７が接触してもギアを構成する部材の弾性に起因してシャフト１０２（ロータ１１４）が反転と正転を何度か繰り返し、揺動する現象が観察される。このシャフト１０２の揺動が生じる期間がｔ２とｔ３の間の期間である。ｔ３以後の期間は、シャフト１０２の揺動が収まり、ロータ１１４の動きが停止し、且つ、駆動電圧は印加された状態である。

図６において、波形にヒゲが見える。このヒゲが発生するタイミングで、整流子１２０とブラシ１２１との間で放電が発生している。放電は、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間の期間、および時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間において発生している。本発明者らは、蓋部材１１２に孔を形成したサンプルを用意し、この孔から整流子１２０とブラシ１２１との間で生じる放電をハイスピードカメラで撮影した。この結果、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間の期間で発生する放電より、時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間で発生する放電が大きい（より大きな火花が観察される）様子が観察された。

複数のサンプルを作成し、上記の観察を行ったが、図６のように時刻ｔ２と時刻ｔ３の間の期間で明確に放電が発生する第１のサンプル群と、ほとんど放電が発生しない（発生しても観察し難いレベル）の第２のサンプル群とがあることが判明した。なお、時刻ｔ１−時刻ｔ２の間で発生する花火は、第１のサンプル群と第２のサンプル群とで目立った差異は観察されなかった。

そこで、第１のサンプル群と第２のサンプル群の違いについて解析を行ったところ、以下の事実が判明した。

（１）第１のサンプル群（時刻ｔ２−時刻ｔ３間で顕著な放電が発生したサンプル群）
第１のサンプル群では、整流子１２０（ロータ１１４）が静止している状態、すなわち係合部材１０７がストッパー１０９または１１０に接触している状態において、整流子１２０とブラシ１２１の位置関係が図５の状態（または図５に近い状態）にある。

（２）第２のサンプル群（時刻ｔ２−時刻ｔ３間で放電が目立たないサンプル群）
第２のサンプル群では、整流子１２０（ロータ１１４）が静止している状態、すなわち係合部材１０７がストッパー１０９または１１０に接触している状態において、整流子１２０とブラシ１２１の位置関係が図４の状態（または図４に近い状態）にある。

図７に第１のサンプル群の代表例と第２のサンプル群の代表例の耐久試験の結果を示す。この耐久試験では、シロキサンが飽和状態の湿度１００％の雰囲気中で図７に示す耐久試験条件で繰り返しモータの駆動を行った。図７の縦軸は、駆動時に流れる電流値である。ブラシと整流子の電気的な接触が悪くなると、アマチュアコア（ロータ）の巻線１１７への電流供給経路の電気抵抗が高くなるので、図７の縦軸の電流値の値が低下する。

図７から明らかなように、第１のサンプル群に対して、第２のサンプル群の耐久性は非常に高い。放電現象に着目した場合の第１のサンプル群と第２のサンプル群の違いは、上述した図６の時刻ｔ２−時刻ｔ３間で発生する放電の有無（顕著であるかor目立たないか）である。よって、図６の時刻ｔ２−時刻ｔ３間で発生する放電が耐久性の悪化の主な要因であると結論される。

なお、代表例１と代表例２の違いは、電源系に組み込んだ電流制限デバイスの有無（代表例１は有り、代表例２はなし）である。電流制限デバイス有のタイプの耐久性が低い理由は不明である。

（放電発生のメカニズム）
以下、図６の時刻ｔ２−時刻ｔ３間で発生する放電がブラシと整流子の電気的な接触に悪影響を与えるメカニズムについて説明する。前述したように、時刻ｔ２−時刻ｔ３間において、整流子１２０は、正転と反転を繰り返した揺動を行う。この揺動は、主にギア系の弾性変形に起因する。

図５の状態において上記の揺動（ブラシ１２１に対する整流子１２０の揺動）が生じると、整流子片１２０Ａと整流子片１２０Ｂのブラシ片１２１Ａに対する接触状態が変動する。この過程で変動する不安定な接触が生じる。ところで、この段階で整流子片１２０Ａと整流子片１２０Ｂの間には電圧が加わっているので、上記の不安定な接触に起因して電位差が生じた部分で放電が発生する。この放電は、駆動電圧に起因し、しかも通常の回転時よりもゆっくりとした上述の整流子１２０の揺動時に生じるので、放電の間隔が時刻ｔ１−時刻ｔ２間（図６）におけるものよりも長く、そのため放電されるエネルギーが時刻ｔ１−時刻ｔ２間におけるものよりも大きい。このことは、図６の波形からも見て取れる。このため、この放電によりシロキサンが効率良く分解され易く、整流子１２０とブラシ１２１の接触面にシロキサンに起因する酸化珪素膜が形成され易い。したがって、図７に示すように第１のサンプル群は、第２のサンプル群に比較して耐久性が低くなる。

他方において、第２群のサンプルは、停止時において隣接する整流子片間の３つのスリット１２３の全てがブラシ片から離れているので、図６の時刻ｔ２−時刻ｔ３間におけるスリット１２３の付近がブラシ片１２１Ａおよびブラシ片１２１Ｂに揺動しつつ接触する現象が生じない。このため、強い放電が発生せず、シロキサンに起因する酸化珪素膜の形成が抑制され、図７に示す高い耐久性が得られる。

（実証データ）
図４，５に示すスリット１２３とブラシ片１２１Ａ，１２１Ｂの位置関係と耐久性の相関関係について調べた結果について説明する。図８（Ａ）および（Ｂ）には、ロータ１１４が回転を停止した状態（図２のストッパー１０９または１１０に係合部１０７が接触した状態）における整流子１２０とブラシ１２１の関係が示されている。図８（Ａ）と図８（Ｂ）の違いは、ロータ１１４が回転していない状態における整流子１２０とブラシ１２１の位置関係にある。

図８（Ａ）には、ロータ１１４（整流子１２０）の回転中心とスリット１２３の一つの中心を通る直線Ａと、ブラシ片１２１Ａと１２１Ｂの中心を通る直線Ｂとが直交する状態が示されている。図８（Ａ）の状態は、３つあるスリット１２３とブラシ片１２１Ａ，１２１Ｂとが最も離れた位置にある場合である。

図８（Ｂ）には、図８（Ａ）の状態からロータ１１４を時計回り方向に３０°回転させた状態が示されている。図８（Ｂ）では、スリット１２３の一つとブラシ片１２１Ａとが対向する（ブラシ片１２１Ａがスリット１２３をまたいでいる）。図８（Ｂ）における直線Ｃは、図８（Ａ）の直線Ａを時計回り方向に３０°回転させたものである。図８の場合、直線Ａと直線Ｃのなす角度θは３０°である。

ここで、角度θの値を０〜３０°の間で振ったサンプルを作製し、図７の場合と同様の耐久性試験を行った。結果を図９に示す。図９から明らかなように、角度θと耐久性には、明確な相関関係がある。総じて、角度θが小さいものが長寿命であり、角度θが大きいものが短寿命であることが明確に見て取れる。

この結果は、角度θが３０°に近づくと図８（Ｂ）に近い状態となり、前述した「放電発生のメカニズム」の欄で述べた耐久性に大きな悪影響を与える放電が生じる可能性が増大することを裏付けている。ところで、ａ５６とａ３４のサンプルは、角度θが近い値（ａ５６：θ＝１６°、ａ３４：θ＝１８°）ながら、前者が長寿命品、後者に短寿命品となっている。これは、θ＝１６〜１８°付近に、「放電発生のメカニズム」の欄で述べた耐久性に大きな悪影響を与える放電が生じる閾値がある可能性を示唆している。

（考察モデル）
以下、角度θの閾値となる値について理論的に考察した結果を説明する。図１０および図１１に示すモデルでスリット１２３をブラシ片１２１Ａまたは１２１Ｂがまたぐ条件を調べた。ここでは、下記のようにして、Ｘを求める式を導出した。

前提として、整流子１２０とブラシ１２１は、円弧上に線接触しているとする。そして、
整流子の半径：ｒ
スリットの仮想円弧長さ：Ｌａ
スリットの仮想円弧の中心角：θａ
ブラシ/整流子の接触円弧長さ：Ｌｂ
ブラシ/整流子の接触円弧の中心角：θｂ
ラジアンの公式より
Ｌａ＝ｒθａ、Ｌｂ＝ｒθｂ
あるスリットをあるブラシがまたぐ角度θｓ は
θｓ＝θｂ−θａ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／ｒ
１／６回転分の回転角にθｓが含まれる割合Ｘは、
Ｘ＝θｓ／（１／３）π＝３（Ｌｂ−Ｌａ）／πｒ

仮に、整流子１２０とブラシ１２１の接触面に摩耗がない場合、整流子１２０とブラシ１２１との接触は線接触となる。このとき、θｂ＝２θａとなる。図９のデータを得たサンプルは、ｒ＝１．７５ｍｍ，Ｌ_ａ＝０．８０ｍｍ，Ｌ_ｂ＝１．６ｍｍであるので、６０°の範囲でスリット１２３をブラシ片がまたぐ角度範囲θｓは、上記の式から、θｓ＝２６°となる。

図１２に、上述した考察モデルから得た寿命と図８の角度θの関係を示す。図１２から、θ＝１７°付近が長寿命と短寿命の閾値であることが判る。これは、長寿命と短寿命の分かれ目が、θ＝１６〜１８°付近に存在することを示唆する図９のデータと整合する。また、図１３には、θ＝３０°で耐久性が最低となっており、この結果は、「放電発生のメカニズム」で述べた内容とも整合する。なお、整流子１２０とブラシ１２１の接触面に摩耗が進むと、両者の接触が面接触になり、Ｘの値は大きくなる。

（好ましい態様）
上述した実証データおよび考察した内容から得られる好ましいθの範囲について説明する。図８のθの許容値（最大値）は、図１２の関係より、θ＝３０°―６０°×（Ｘ／２）で求められる。摩耗の影響を１０％程度と見積もると、θの摩耗マージンを見込んだ角度範囲θ’は、０．９θすなわち、θ’＝０．９×（３０°―６０°×（Ｘ／２））となる。

一般に、図１２の関係からθ≦１０°（正負で捉えた場合、−１０°≦θ≦１０°）を目安に全体の機構を設計すれば、電極の摩耗が生じても、ロータ１１４が静止している状態で、スリット１２３をブラシ１２１がまたがず、前述した「放電発生のメカニズム」の欄で述べた強い放電の発生を抑えることができる。そして、この強い放電による電極表面への酸化珪素膜の成膜が抑えられ、ブラシ付きモータの耐久性を高めることができる。

好ましい態様は、以下のように表現される。まず、図８（Ａ）の状態、すなわち整流子１２０の回転中心と一対のブラシ片１２１Ａ，１２１Ｂの中央を通る直線（回転中心を通り直線Ａに直交する直線）と、スリット１２３の周方向における中央と整流子１２０の回転中心とを結ぶ線の一つ（直線Ａ）とが直交する状態を第１の状態（図８（Ａ）の状態）とする。ここで、可動部材（係合部１０７）がストッパー部材１０９または１１０に接触することでブラシ付きモータ１０１の回転が静止した状態を考える。この状態において、整流子１２０が前記第１の状態（図８（Ａ）の状態）を基準としてブラシ１２１に対して角度θ°以下の角度で回転させた位置にある。角度θの好ましい値は、
整流子１２０の半径：ｒ
スリット１２３の仮想円弧長さ：Ｌａ
ブラシ１２１と整流子１２０の接触円弧長さ：Ｌｂ
θｓ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／ｒ
１／６回転分の回転角にθｓが含まれる割合Ｘは、
Ｘ＝θｓ／（１／３）π＝３（Ｌｂ−Ｌａ）／πｒ
θ＝３０°―６０°×（Ｘ／２）
により算出される。
一般的には、余裕を見て角度θを１０°以下とする構造が好ましい。

また、整流子１２０が静止した状態において、整流子１２０の位置を、スリット１２３とブラシ１２１とが重ならない臨界位置（整流子１２０をそれ以上動かすと重なりが生じる位置）から、この重なりが解消される方向に５°以上、好ましくは７°以上回転させた位置とする構造も好ましい。この程度のマージンをとっておけば、図６の時刻ｔ２以後にスリット１２３をブラシ片１２１Ａまたは１２１Ｂがまたぐ状態が回避され、整流子１２０とブラシ１２１との間の放電を抑えることができる。

（適用例）
例えば、図１，２に示す機構は、自動車のドアロック機構に利用される。この場合、係合部１０７がストッパー１０９に接触した状態でドアロックがＯＮとなり、係合部１０７がストッパー１１０に接触した状態でドアロックがＯＦＦとなるように設計がされる。具体的にいうと、係合部１０７は、ドアロックを行うアクチュエータ部材に係合し、係合部１０７の回動に従って当該アクチュエータは進退する。例えば、当該アクチュエータが前進すると、ドアロックの可動部が押されてドアロックがＯＦＦからＯＮになり、当該アクチュエータが後退すると、ドアロックの可動部が引かれてドアロックがＯＮからＯＦＦになる。

上記のドアロック機構の場合、ブラシ付きモータ１０１の静止状態においては、ドアロックのＯＮとＯＦＦの２段階の状態しかとりようがなく、ブラシ付きモータ１０１の静止状態では常にＯＮまたはＯＦＦの一方の状態した存在しない。すなわち、係合部１０７の静止位置は、常に係合部１０７がストッパー１０９に接触した第１の状態（ドアロックＯＮの状態）か係合部１０７がストッパー１１０に接触した第２の状態（ドアロックＯＦＦの状態）のいずれかにある。

ここで、係合部１０７がストッパー１０９に接触した状態および係合部１０７がストッパー１１０に接触した状態では、整流子１２０とブラシ１２１とは図４（図８（Ａ））の位置関係となるように全体の機構が設計されている。係合部１０７がストッパー１０９に接触した状態および係合部１０７がストッパー１１０に接触した状態における整流子１２０とブラシ１２１の相対位置関係が図４（図８（Ａ））の状態からずれていてもよい。この場合、図８（Ｂ）の角度θで示される図８（Ａ）の状態からのずれ角を、前述したθ＝３０°―６０°×（Ｘ／２）で計算される角度、より簡易には１０°以下とする。あるいは、整流子１２０が静止した状態において、整流子１２０の位置を、スリット１２３とブラシ１２１とが重ならない臨界位置（整流子１２０をそれ以上動かすと重なりが生じる位置）から、この重なりが解消される方向に５°以上、好ましくは７°以上回転させた位置とする。

重要なのは、整流子１２０が停止している状態において、スリット１２３をブラシ片１２１Ａまたは１２１Ｂがまたがない状態、あるいは回転軸に垂直な方向から見て、スリット１２３とブラシ片１２１Ａまたは１２１Ｂとが重ならない位置となるようにすることである。なお、図８（Ｂ）の場合、図８（Ａ）の状態からのずれ角θが３０°であり、スリット１２３がブラシ片１２１Ａと対向し、スリット１２３をブラシ片１２１Ａがまたいだ状態である。係合部１０７がストッパー１０９に接触した状態および係合部１０７がストッパー１１０に接触した状態において、図８（Ｂ）の位置関係とならないようにすることが重要である。なお、ずれ角θの回転方向は、図８の場合と逆、すなわち図８（Ａ）の状態から整流子１２０を反時計回り方向に例えば１０°以下回転させた（ずらした）構造も可能である。

以下、ドアロック機構の具体的な動作の一例を説明する。まず、ドアロックスイッチがＯＦＦの状態（係合部１０７がストッパー１１０に接触した状態）を考える。この状態において、ドアロックスイッチをＯＮにすると、係合部１０７が図２の反時計回りの方向に回動するようにブラシ付きモータ１０１が回転し、係合部１０７がストッパー１１０に接触した状態からストッパー１０９に向けて回動を開始する。そして、係合部１０７がストッパー１０９に接触した段階で係合部１０７の反時計回り方向へ回動が停止する。この係合部１０７の動きの過程において、係合部１０７の動きによってドアロックのＯＦＦからＯＮへの機械的な切り替えが行われる。また、ブラシ付きモータ１０１を上記と逆に回転させることで、ドアロックのＯＮからＯＦＦへの機械的な切り替えが行われる。

この機構では、ドアロックの切り替えを確実に行うために、ブラシ付きモータ１０１がある程度の期間の間動作し続けるように、ブラシ付きモータ１０１への駆動電圧の印加が行われる。したがって、係合部１０７がストッパー１０９からストッパー１１０に向けて回動し、ストッパー１１０に接触した後もブラシ付きモータ１０１への駆動電圧の印加は継続する。また、係合部１０７がストッパー１１０からストッパー１０９に向けて回動し、ストッパー１０９に接触した後もブラシ付きモータ１０１への駆動電圧の印加は継続する。

勿論、駆動電圧の印可期間は予め設定され、また過電流制限素子等の働きによって、係合部１０７が動けなくなった状態で駆動電圧が印加され続ける時間が長時間にならないように工夫されている。しかしながら、係合部１０７が動けなくなった時点から数十〜数百ｍ秒単位の期間、ブラシ付きモータ１０１への駆動電圧の印加は継続する。

したがって、係合部１０７の停止時に図５や図８（Ｂ）の状態となる構造では、図６に示す時刻ｔ２以降に生じる整流子とブラシの間における放電の発生は不可避である。これに対して、係合部１０７の停止時に図４や図８（Ａ）の状態となる構造では、図６の時刻ｔ２以後における放電の発生が抑えられる。この場合、図７や図９に示すようにブラシ付きモータの耐久性を高めることができる。

例えば、乗用車等の車内は、芳香剤や化粧品に起因するシロキサンを含む雰囲気となり易い、あるいはシロキサンを含む雰囲気となる場合があるので、本発明を利用したブラシ付きモータを用いた駆動機構は有用となる。

（その他）
本発明は、車のドアロックの駆動機構への適用に限定されない。本発明は、ブラシ付きモータを用いた各種の駆動機構における当該ブラシ付きモータの整流子とブラシの間における放電を抑える技術として利用できる。また、当該放電に起因する不具合であれば、不具合の要因は、シロキサンに限定されない。

１０１…ブラシ付きモータ、１０２…シャフト、１０３…ウォームギア、１０４…ウォームホイール、１０５…ピニオンギア、１０６…ロックギア、１０７…係合部、１０８…回転軸、１０９…ストッパー、１１０…ストッパー、１１１…外側ケーシング、１１２…蓋部材、１１３…マグネット、１１４…ロータ、１１５…アマチュアコア、１１６…インシュレータ、１１７…巻線、１１８…軸受、１１９…軸受、１２０…整流子、１２０Ａ…整流子片、１２０Ｂ…整流子片、１２０Ｃ…整流子片、１２１…ブラシ、１２１Ａ…ブラシ片、１２１Ｂ…ブラシ片、１２３…スリット。

Claims (6)

1. 複数の整流子片を有する整流子および前記複数の整流子片に接触可能なブラシを備えたブラシ付きモータと、
   前記ブラシ付きモータによって駆動される可動部材と、
   前記可動部材に接触することで、前記ブラシ付きモータの回転を停止させるストッパー部材と
   を備え、
   前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記ブラシが前記複数の整流子片の隣接する２つの一方のみに接触することを特徴とするブラシ付きモータを用いた駆動機構。
2. 前記ブラシ付きモータが回転し、前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記ブラシへの駆動電圧の印加が特定の期間持続する請求項１に記載のブラシ付きモータを用いた駆動機構。
3. 前記複数の整流子片のそれぞれは、スリットを介して隣接し、
   前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、前記スリットの開口部と前記ブラシとが回転軸に垂直な方向から見て重ならない位置関係にある請求項１または２に記載のブラシ付きモータを用いた駆動機構。
4. 前記ブラシは、前記整流子を挟む位置に配置された一対のブラシ片を有し、
   前記整流子の回転中心と前記一対のブラシ片の中央を通る直線と、前記スリットの周方向における中央と前記整流子の回転中心とを結ぶ直線の一つとが直交する状態を第１の状態とした場合に、
   前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、
   前記整流子が前記第１の状態を基準として、前記ブラシに対して角度θ°以下の角度で回転させた位置にあり、
   前記角度θの値は、
   前記整流子の半径：ｒ
   前記スリットの仮想円弧長さ：Ｌａ
   前記ブラシと前記整流子の接触円弧長さ：Ｌｂ
   θｓ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／ｒ
   １／６回転分の回転角にθｓが含まれる割合Ｘは、
   Ｘ＝θｓ／（１／３）π＝３（Ｌｂ−Ｌａ）／πｒ
   θ＝３０°―６０°×（Ｘ／２）
   により算出される請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブラシ付きモータを用いた駆動機構。
5. 前記ブラシは、前記整流子を挟む位置に配置された一対のブラシ片を有し、
   前記整流子の回転中心と前記一対のブラシ片の中央を通る直線と、前記スリットの周方向における中央と前記整流子の回転中心とを結ぶ線の一つとが直交する状態を第１の状態とした場合に、
   前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、
   前記整流子が前記第１の状態を基準として、前記ブラシに対して１０°以下の角度で回転させた位置にある請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブラシ付きモータを用いた駆動機構。
6. 前記可動部材が前記ストッパー部材に接触することで前記ブラシ付きモータの回転が静止した状態において、
   前記整流子の位置が、前記スリットと前記ブラシとが重ならない臨界位置から、この重なりが解消される方向に５°以上回転させた位置にある請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブラシ付きモータを用いた駆動機構。

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