JPH0710155B2 - 小型モータ - 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、例えば銅、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,Ag,
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,MoS₂,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）と言われる、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
摺動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、コミューテータ・セグメント４の材質は、
AgCu,AgCd,AgCuCd,Cu,Au合金、AgPd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に振動防止用ゴム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言えず、
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、モノアルコー
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。このモノアルコー
ルは２重結合を有しない、またベンゼン環を有しない、
リニアーな炭素結合を有するか、側鎖を有し、その分子
構造中に−OH基を有するモノアルコールであり、１気圧
下での、その沸点が100℃付近の物質から250℃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。このモ
ノアルコールが、雰囲気温度により蒸気となりモータケ
ース内はモノアルコー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モノアルコールを直接塗
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、12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はモノアルコ
ー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14
を装備してもよい。いづれの場合の実施例も、モータケ
ース内の雰囲気がモノアルコー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）と言われる、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
て長時間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、モノアルコール
類を含浸させたフェルト14を配置したものである。この
モノアルコール類は、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軟質のものとなり、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、モノアルコー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２重結合を有しな
い、またベンゼン環を有しない、リニアーな炭素結合を
有するか、側鎖を有するモノアルコール類は、その分子
構造中へ−OH基を有しており、−OH基は、その極性力に
より、金属表面へ、水素結合による吸着力を有する。

水素結合による吸着は、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、２倍以上の力で吸着し
ており、安定な吸着状態を言える。このモノアルコール
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−OH基の吸着力が、例えばスチレンモノマやトル
エンのファンデアワールス吸着より強い水素結合吸着と
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、燃焼が起る場合でも、モノアルコー
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。モノアルコールの種類で列
記すると、 ｎ−プロピールアルコール……97.2℃ （１気圧下での沸点） イソブチルアルコール……106°〜109℃ （１気圧下での沸点） イソアミルアルコール……128°〜132℃ （１気圧下での沸点） ジイソブチルカルビノール……176°〜184℃ （１気圧下での沸点） ノルマルオクチールアルコール……193°〜196℃ （１気圧下での融点） などである。この内、沸点の低いｎ−プロピールアルコ
ール，イソブチルアルコールなどは、ブラシ，コミュテ
ータを製造した直後、あるいは、モータとして組立を行
なう際、あらかじめブラシ，コミュテータの面へ、吸着
させておくと一層効果的である。

前述のモノアルコール類は、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10μ
ｇ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60℃,5％RH300時間テスト後
の整流波形である。さらに、E,Fは本発明にかかるモノ
アルコー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。

モノアルコー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、モノアルコール類の皮膜で保護
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、14……
モノアルコール類を含浸させたフェルト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 滋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 炭素材料学会編「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、ＰＰ．149〜150，（４) 有毒ガスの影響と対策 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ 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小型モータにお
   いて、モータケース内に、１気圧下での沸点が100℃付
   近から250℃付近であり、かつリニアーな炭素結合を有
   するか、側鎖を有し、その分子構造中に−OH基を有する
   モノアルコール類の雰囲気を持たせた小型モータ。