JPH0611173B2 - 小型モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は例えばテープレコーダ，ビデオテープレコーダ
などのテープを駆動する為に使用される小型モータに関
するものである。

従来例の構成とその問題点 一般に小型モータにおけるブラシは大きくわけて２種類
ある。

１つは弾性を有する導電材料、例えば鍋，ベリリウム
銅，銅・チタン合金、リン青銅，洋白の薄板材、あるい
は線材に、貴金属合金（例えばＡｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａ
ｇ，Ｃｕ等及びそれらの合金）をクラッド化、又は薄板
材、線材の一部にスポット溶接等の手段によって接合し
た構造であり、もう１つは前記に述べた薄板材あるいは
線材の一部に焼結カーボンブラシ（例えば、Ｃカーボ
ン，Ａｇカーボン，Ｃｕカーボン，ＡｇＣｕＣカーボ
ン，及びそれらの材料にＳｉＣ，ＭｏＳ_２，Ｐｂ，エポ
キシ系樹脂等を添加剤として配合したカーボンブラシ）
を導電性接着剤、スポット溶接、あるいは圧着方式等の
手段によって形成されているが、これらのブラシを有す
る小型モータにおいては、コミュテータ回転時にコミュ
テータ摺動部が不必要に振動し、これによって、コミュ
テータ摺動部のコミュテータ・セグメントに対する接触
面に異常な溶着が生じることと、火花発生に伴なう黒化
物（カーボン及びブラシとコミュテータ・セグメント間
で生ずる摺動摩耗粉が混りあったもの）と云われる異常
現象を促進する異物が生成される事がしばしば起り問題
となる。

小型モータのブラシでは、コミュテータ・セグメントに
摺接するコミュテータ摺動部が、例えばモータケースの
蓋などに設けられた支持手段により支持されているブラ
シ基部と一体に成形されたものがある。その種のブラシ
とコミュテータ・セグメントとの接触状態を第１図に示
す。

第１図において、ブラシ支持手段１に支持されたブラシ
基部２から、折り曲げられたコミュテータ摺動部３が伸
びている。このコミュテータ摺動部３は、ブラシ基部２
から折り曲げられていることによって弾性を有し、コミ
ュテータ・セグメント４に押圧された状態で接触してい
る。そして、この押圧力は、ブラシ基部２とコミュテー
タ摺動部３との折り曲げ角を適当に選ぶことによって、
必要な値にすることができる。また、コミュテータ・セ
グメント４は、絶縁筒５を介してモータ回転軸６に固定
され、モータの回転とともに回転する。

このように、回転するコミュテータ・セグメント４とコ
ミュテータ摺動部３が摺接していることから、両者の間
で電気火花が発生し易く、この電気火花の発生に伴って
電気ノイズや、コミュテータ摺動部３上に溶着が発生す
るなど、不都合な状態が生じることになる。そして、こ
の溶着の発生はブラシの寿命を短かくするのみでなく、
各コミュテータ・セグメント４と接触し始める位置及び
離れる位置（第１図のａ部）に溶着が生じると、この溶
着によってコミュテータ・セグメント４の表面を擦過し
て損傷を与え、さらにこの擦過によって生じた切削屑
が、互いに隣り合うコミュテータ・セグメント４の間の
ギャップ部に溜り、そのためにコミュテータ・セグメン
ト相互間が導通されるという不都合が発生し、モータの
性能そのものまで低下してしまうという欠点があった。
なお、前記コミュテータ摺動部のａ部において電気火花
がよく発生する。

この最大の原因はブラシの振動である。即ち、ブラシの
振動で電気火花が頻繁に起こり、これによって溶着の発
生が促進され、摺動面の荒れを招く。荒れが大きくなる
に従って更に電気火花の発生が増加し、ついにはモータ
の要求特性を得ることが不可能となり、起動停止に至る
ものがある。一般に、コミュテータ摺動部３の材質は前
記のごとく貴金属合金ブラシ、あるいは焼結カーボンブ
ラシであり、コミュテータ・セグメント４の材質は、Ａ
ｇＣｕ，ＡｇＣｄ，ＡｇＣｕＣｄ，Ｃｕ，Ａｕ合金Ａｇ
Ｐｄ合金ＡｇＣｕＴｉ合金などであり、貴金属合金ブラ
シを使用した場合、これらは、両者がほぼ同様の材質で
あることから摺動抵抗が1.0ともなり、摺動界面で擦過
傷が発生し易い不利な組合せである。また、焼結カーボ
ンブラシを使用した場合は貴金属合金ブラシを使用した
時に比べて摺動抵抗は小さくなるといえども、擦過傷の
危険性はあり、又、カーボンブラシを構成する配合材料
中にはＳｉＯ₂等の不純物が混入されており、貴金属合
金ブラシと同様に摺動界面で擦過傷が発生し易い不利な
組合せになっている。

これらの欠点の原因となっている電気火花を抑制する手
段を有していない第２図ａに示した構造のもの、即ちコ
ミュテータ摺動部３に振動減衰対策を何ら講じていない
ものは、コミュテータ摺動部の振動が大きく、従って常
温の使用でも溶着が容易に発生し、寿命の長い、品質の
すぐれたものは得がたい。また第２図ｂに示したよう
な、コミュテータ摺動部３に摺動防止用ゴム７を粘着剤
８で貼付けたものは、常温での振動吸収がよく、火花の
発生をおさえることができるが使用上限温度の６０℃近
くになると粘着剤の粘性が著しく低下し、防振ゴム７の
摺動部への接着力が減少し、振動吸収能力が低下して火
花の発生が多くなり、寿命の短い、品質の不安定なもの
となってしまう。さらに第２図ｃに示したような、コミ
ュテータ摺動部３に振動防止用シート９を、基材１０の
両面に粘着剤８を塗布した構成の接着材１１で貼付けた
ものは、上記第２図ｂの例と比較すると、高温での粘着
剤の粘性の低下が、ある程度小さいものの充分とは云え
ず、高温での長寿命，高品質を得ることは出来ない。

なお、この機器の使用雰囲気温度は−１０℃〜＋６０℃
で使用するものが多い。また印加電圧が３０Ｖを越える
モータでは、たとえ後述する黒化物の溶着がコミュテー
タ摺動部に発生しても、印加電圧が高いためにブラシと
コミュテータ・セグメントとの間の電気的導通を十分に
とることができ、問題とはならない。

発明の目的 本発明は、コミュテータ摺動部と、コミュテータ・セグ
メントの摺動性の改善を図り、コミュテータ・セグメン
ト表面の擦過損傷によるモータ寿命の短縮を防止し、ま
た、テープレコーダ等の機器等へ組込まれた場合のワウ
・フラッターの低減が得られる高性能の小型モータを提
供するものである。

発明の構成 前記目的を達成するために、本発明は、薄板状あるいは
線状、金属弾性体からなるブラシ基部及び、このブラシ
基部から延設され、あるいは、このブラシ基部の一部に
固設されたコミュテータ摺動部を有するブラシを備えた
小型モータにおいて、モータケース内の一部、例えばブ
ラケット上のコミュテータ摺動部の近傍に、環状エーテ
ルを含浸させた部材、例えばフェルトを接着剤で固着あ
るいは圧着方式等の手段で設置する。この環状エーテル
はベンゼン環を有しないリニアーな炭素結合からなる側
鎖を有するか、または側鎖を有さない環状エーテルであ
り１気圧下での、その沸点が１００℃付近の物質から２
５０℃付近のものを使用状況によって適切なものを選定
すると特に有効であり、３００℃程度のものまで使用可
能である。この環状エーテルが雰囲気温度により蒸気と
なりモータケース内は環状エーテルの雰囲気下となるよ
うに構成する。なお、モータ構成を簡単にするため、前
記ブラシまたはコミュテータ摺動部に前記環状エーテル
を直接塗布する構成を用いてもよい。

実施例の説明 第３図，第４図及び第５図は、それぞれ本発明の実施例
を示したものである。ここで、第１図のものと同一名称
部分には同一符号を付してあり、１はブラシ等を保持す
るブラケット、１３はモータハウジング、１４は環状エ
ーテルを含浸させたフェルトである。なお、コミュテー
タ摺動部３はカーボンブラシで構成している。第３図の
実施例では、フェルト１４はブラケット１２上のコミュ
テータ摺動部３の近傍に配置されており、また第４図の
実施例では、ブラシ基部２上にフェルト１４を取り付け
てある。

また、第５図の実施例では、モータハウジング１３にフ
ェルト１４を装備したものである。なお、第５図におい
て、１５はモータ回転軸６に取付けられる回転子鉄心、
１６は回転子鉄心１５に巻装された巻線、１７はモータ
ハウジング１３の内面に固定された永久磁石、１８はモ
ータ回転軸６を支持する軸受である。

なお、これらの実施例は、いずれもブラシ基部２の先端
部にコミュテータ摺動部３を固着した構成になっている
が、第１図のようにブラシ基部２から曲げ延設されたコ
ミュテータ摺動部を有し、その摺動部の上にフェルト１
４を装備してもよい。いづれの場合の実施例も、モータ
ケース内の雰囲気が、環状エーテルによる蒸気雰囲気に
なり雰囲気ガスにより、ブラシ及びコミュテータ・セグ
メント表面に吸着する事を目的としたものであり、その
手段はこの限りではない。

ところで、これまでの文献や実験などで、コミュテータ
摺動部とコミュテータ・セグメントの溶着し易い状態、
あるいは溶着や異常摩耗や導通不良の起こり易い状態が
解明されつつある。異常の起こり易い状態は、ブラシ摺
動部とコミュテータ・セグメントが、摺動する部位の雰
囲気か、またはコミュテータ・セグメント自体へ不飽和
環状炭化水素が存在したり、吸着したりしている場合で
ある。この時、黒化物（カーボン及びブラシとコミュテ
ータ・セグメント間で生ずる摺動摩耗粉が混りあったも
の）と云われる。異常現象を促進する異物が生成する。

この異物は、不飽和環状炭化水素が摺動部とコミュテー
タ・セグメント間のアークによって燃焼するとき、単位
体積当りのカーボン量が多く、不完全燃焼することと、
またその分子構造に起因するものであるが、生成カーボ
ンの結合状態が密となるため、硬質のカーボンが出来る
ためと思われる。また、不飽和環状炭化水素以外の炭化
水素の雰囲気、およびコミュテータ・セグメントへの吸
着では、その分子構造に起因するものであるが、生成す
るカーボンは軟質のものとなり、異常現象につながらぬ
事が解明されている。これらの現象をもとにして、微量
の炭化水素の吸着したコミュテータ・セグメントを用い
て長期感の運転実験を行なった。この実験で、 高温・低湿の場合のコミュテータ・セグメントに異
常摩耗の発生する確率が高い。

コミュテータ・セグメントに１０μg程度の炭化水
素の吸着がある場合、コミュテータ・セグメントの異常
現象が緩和され、小型モータの長寿命化がはかれる。
（但し継続的に炭化水素の補給がない場合のデータであ
る。） との結果が得られた。（実験の結果を第６図に示す） そこで本発明では、上記現象を考慮して、第３図，第４
図，第５図の実施例で示したように、モータハウジング
１３と、ブラケット１２で囲まれた内部に環状エーテル
類を含浸させたフェルト１４を配置したものである。こ
の環状エーテル類は、不飽和環状炭化水素とは、その分
子構造の点で最も異なり、そのため異常現象の１つであ
る硬質の黒化物生成に対して最も遠い存在となり、カー
ボン生成があっても極めて硬質のものとなり、コミュテ
ータ摺動部とコミュテータ・セグメントの摺動抵抗を減
ずるものである。

上記構成において、異常現象の発生する確率の高い高温
・低湿では、環状エーテル類の蒸気圧にみあった雰囲気
がモータケース内に得られる。このベンゼン環を有しな
いリニアーな炭素結合からなる側鎖を有するか、または
側鎖を有さない環状エーテル類は、その極性力により金
属表面に強力に吸着する。この吸着は、ファンデアワー
ルスの引力により、吸着する有機ガスに比べて、強力に
吸着しており、安定な吸着状態と云える。この環状エー
テル類の吸着で、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ等で出来た、
触媒作用の強い、コミュテータ・セグメント及びブラシ
は、勿論のことＣｕで出来たそれ、また焼結カーボンブ
ラシの表面及びそれ以外の金属表面へも吸着し、表面へ
反応性の高いガス（スチレンモノマー，トルエン等）が
付着する事を防止する。これは例えばスチレンモノマー
やトルエンのファンデアワールス吸着より強い吸着とな
るためである。また、ブラシ，コミュテータ・セグメン
ト間のアークで、燃焼が起こる場合でも、環状エーテル
類はその分子構造中へ酸素を有しており、不完全燃焼に
よるタール類の生成がほとんどなく、接触不良となる黒
化物の生成も微少で、よく燃焼し、接点障害を起こすこ
とがない。

しかも、−１０℃〜＋６０℃が通常の使用環境範囲とな
る小型モータでは１気圧下での沸点が100℃付近の物質
から２５０℃付近のものが特に有効であり、３００℃程
度のものまで用いることができる。環状エーテルの種類
で記すると、 シクロペプタノン…180℃（１気圧下での沸点）などで
ある。

前述の環状エーテル類は、ブラシ，コミュテータ表面へ
吸着し、単分子膜を形成するため、潤滑性も極めて向上
し、接触部分の摩耗も著しく減少する（実験の結果を第
６図に示す。） なお、第６図において、Ａ，Ｂは不飽和環状炭化水素を
有するスチレンモノマー雰囲気中の整流波形を示し、Ａ
は６０℃，５％ＲＨテスト前の整流波形、Ｂは６０℃，
５％ＲＨ１００時間テスト後の整流波形である。又、
Ｃ，Ｄは炭化水素（トルエン）をコミュテータ・セグメ
ント表面に約１０μg吸着させた場合の確認結果を示
し、Ｃは６０℃，５％ＲＨテスト前の整流波形、Ｄは６
０℃，５％ＲＨ３００時間テスト後の整流波形である。
さらに、Ｅ，Ｆは本発明にかかる環状エーテル類雰囲気
中の確認結果を示し、Ｅは６０℃，５％ＲＨテスト前の
整流波形、Ｆは６０℃，５％ＲＨ１５００時間テスト後
の整流波形である。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば下記の効
果を奏する。

環状エーテル類のコミュテータ・セグメント，ブラ
シ表面へ吸着することにより、潤滑作用が働き、摺動部
の異常摩耗や擦過損傷が防止できる効果がある。

スチレンモノマーやトルエン等のベンゼン環を有す
る有機ガスがあってもブラシ及びコミュテータ・セグメ
ント表面に吸着した環状エーテル類の皮膜で保護され、
黒化物の生成も微少となり、ブラシ，コミュテータ・セ
グメント間の接触不良を防止出来る。また接触不良を起
こさないため電気ノイズの発生も減少し、接触不安定に
伴なう小型モータの速度の安定化も図られ、結果的には
小型モータが使用される機器のワウ・フラッターの低減
が得られる効果がある。

前記及びの結果、１Ｖ〜３０Ｖ程度の比較的低
電圧用の小型モータの品質が向上し、寿命を大幅に延ば
すことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図ａ〜ｃはそれぞれ従来
例のコミュテータ摺動部の構成を示す図、第３図及び第
４図はそれぞれ本発明の実施例の構成図、第５図ａ，ｂ
は本発明のさらに他の実施例にかかる小型モータの縦断
面図及び横断面図、第６図Ａ〜Ｆは従来例及び本発明の
整流波形を示す図である。 ３……コミュテータ摺動部、４……コミュテータ・セグ
メント、１２……ブラケット、１３……ハウジング、１
４……環状エーテル類を含浸させたフェルト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 炭素材料学会偏「電機用ブラシとその使 い方」、日刊工業新聞社、第２版昭和52年 ３月１日発行、Ｐ．149〜150 Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．19，Ｎｏ．１ Ｐ．１〜10 Ｊａｎ．1948，ＡＭＥＲＩＣ ＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＰＨＹ ＳＩＣＳ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシ機構部とコミュテータを有し、ブラ
   シとコミュテータが接触摺動する構造の印加電圧３０Ｖ
   以下の小型モータにおいて、モータケース内に環状エー
   テルもしくはリニアーな炭素結合からなる側鎖を有する
   環状エーテルの雰囲気を持たせた小型モータ。