JPH0714266B2 - 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,Mo
S₂,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、Ag
Cu,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、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。このエーテルはベンゼン
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、その分子構造中に単数又は複数個の‐C-O-結合を
有するエーテルであり、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、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、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、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、
リニアーな炭化結合を有するか、側鎖を有するエーテル
類は、その分子構造中へ単数又は複数個の‐C-O-結合を
有しており、‐C-O-結合は、その極性力により、金属表
面へ強力に吸着する。

‐C-O-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、強力に吸着してお
り、安定な吸着状態と云える。このエーテル類の吸着
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、表面への反応性の高いガス（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‐C-O-結合の吸着力が、例えばウチレンモノマー
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、燃焼が起る場合でも、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。エーテルの種類で記すると、 ｎ−ブチルエーテル……143℃（１気圧下での沸点） オルト炭酸エチル……158℃（１気圧下での沸点） イソアミルエーテル……173.2℃（１気圧下での沸点） などである。

前述のエーテル類は、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。

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……
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 (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 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．19，Ｎｏ．１ Ｐ．１〜10，Ｊａｎ，1948 ＡＭＥＲＩ ＣＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＰＨ ＹＳＩＣＳ

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、その分子構造中に単数または複数
   個の‐C-O-結合を有するエーテル類の雰囲気を持たせた
   小型モータ。