JPH0739114A - 小型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型モータの高品質と長寿命化を実現する優
れた構成を提供する。 【構成】 小型モータの接点潤滑剤に２−メチル−２，
４−ペンタンジオールにエチレンオキサイドを付加した
ものを数種類混合しブラシ・整流子に吸着させることに
より、ブラシ・整流子の接触安定性が向上し高品質で長
寿命の小型モータを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばテープレコーダ
ー・ビデオテープレコーダーなどのテープを駆動するた
めに使用される小型モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】接点開閉回数の最も多い小型モータの例
で説明すると、一般に小型モータにおけるブラシは大き
くわけて二種類ある。

【０００３】一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，Ｐ
ｔ，Ａｇ，Ｃｕ等およびそれらの合金）をクラッド化、
または薄板材、線材の一部にスポット溶接の手段によっ
て接合した構造である。

【０００４】もう一つは、前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、カーボン、Ａ
ｇカーボン、Ｃｕカーボン、ＡｇＣｕカーボン、および
それらの材料にＳｉＣ，ＭｏＳ₂，Ｐｂ，エポキシ系樹
脂などを添加剤として配合したもの）を導電性接着剤，
スポット溶接、あるいはカシメ方式などの手段によって
形成されている。

【０００５】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ブラシしゅう動部が不必要
に振動し、これによってブラシしゅう動部のコミュテー
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、火花発生に伴う黒化物（分解生成物またはメカノ
ケミカル反応でできた重合物であるカーボン状のものお
よびブラシとコミュテータ・セグメント間で生ずるしゅ
う動摩耗粉が混じり合ったもの）といわれる異常現象を
促進する異物が生成されることがしばしば起こり問題と
なる。

【０００６】小型モータのブラシの一例として、コミュ
テータ・セグメントにしゅう接するブラシしゅう動部が
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。

【０００７】その種のブラシとコミュテータ・セグメン
トとの接触状態を図５に示す。図５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
ブラシしゅう動部３が伸びている。このブラシ基部２、
ブラシしゅう動部３それ自体が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とブラシしゅう動部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は整
流子基台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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、しゅう接
するコミュテータ・セグメント４とブラシしゅう動部３
からは整流時および接触点の断続により電気火花が発生
し、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・セグメント４、ブラシしゅう動部３に消耗や溶着
が発生するなど不都合な状態が生じる。

【０００９】例えば、コミュテータ・セグメント４と接
触し始める位置および離れる位置（図５のａ部）に溶着
が生じると、この溶着物がコミュテータ・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
生じた切屑が互いに隣合うコミュテータ・セグメント４
の間のギャップ部（図５のｂ部）に溜まり、そのために
コミュテータ・セグメント相互間が導通され回転不安定
になる。

【００１０】また例えば、摩耗によりコミュテータ・セ
グメント表面の面粗度が粗くなるとブラシの振動の原因
となり電気火花の発生を助長し、さらに摩耗を進行し異
常摩耗などの原因となったり、電気ノイズや整流位置の
ズレなどモータの性能そのものを低下してしまう。

【００１１】なお、ブラシしゅう動部３とコミュテータ
・セグメント４との接触面ａにおいて最もよく電気火花
が発生する。もちろんしゅう接するコミュテータ・セグ
メント４とブラシしゅう動部３には、電気火花を原因と
しない機械的な摩耗も生じるのはいうまでもない。

【００１２】よく用いられるブラシしゅう動部３の材質
は上記のごとく貴金属合金あるいは焼結カーボンであ
り、コミュテータ・セグメント４の材質はＡｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等の貴金属合金（例えば、ＡｇＣｕ，ＡｇＣｄ，Ａ
ｇＣｕＣｄ，ＡｇＣｕＴｉなど）からなる。特に貴金属
ブラシとの組み合わせでは、いずれも表面エネルギーが
高く両者がほぼ同様の材質であることから、しゅう接面
で擦過傷が発生し易い不利な組み合わせである。

【００１３】また、焼結カーボンブラシとの組み合わせ
においても、貴金属合金ブラシと較べてしゅう動抵抗は
小さくなるといえどもブラシを構成する配合材料中に
は、ＳｉＯ₂などの不純物が少なからず混入しており、
擦過傷の危険性はあり、また貴金属合金ブラシの場合と
同様に貴金属合金のカーボンの場合は、しゅう接面で擦
過傷が発生し易い不利な組み合わせになる。

【００１４】図６（ａ）の例は、これらの欠点の原因と
なっている電気火花を抑制する機械的手段を有していな
い構造を示す。即ち、ブラシしゅう動部３に振動減衰対
策を何等講じていないものはブラシしゅう動部の振動が
大きく、火花の発生が多くなり溶着、消耗が起こり易
い。

【００１５】図６（ｂ）の例は、ブラシしゅう動部３に
振動減衰対策を講じた構成を示す。即ち、ブラシしゅう
動部３に防振ゴム９を粘着剤８で貼り付けたものであ
り、常温においては振動吸収がよく、火花の発生を抑え
ることができる。

【００１６】しかし、使用上限温度の６０℃近くにおい
ては粘着剤の粘性が著しく低下し、防振ゴム９のブラシ
しゅう動部３との接着力が減少し、振動吸収能力が低下
して火花の発生が多くなり、寿命の長い品質の優れたも
のは得難くなる。

【００１７】さらに図６（ｃ）は、図６（ｂ）と同様に
ブラシしゅう動部３に振動減衰対策を講じた構造の別の
例を示す。即ちブラシしゅう動部３に防振シート１２を
基材１０の両面に粘着剤８を塗布した構成の接着部材１
１で貼り付けたものであり、上記図４（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抑えら
れるものの不充分であり、高温での長寿命、高品質を満
足することはできない。

【００１８】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。

【００１９】本発明は、モータのブラシとコミュテータ
のしゅう動により発生するブラシ・コミュテータの消
耗、溶着による擦過損・機械的摩耗によるモータ寿命短
縮の防止を図ることを目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の小型モータは、薄板状あるいは線状金属弾性
体からなるブラシ基部および、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ブラ
シしゅう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、例えばブラッケット上のブ
ラシしゅう動部の近傍に２−メチル−２，４−ペンタン
ジオールとエチレンオキサイドを付加した化合物（以降
ＨＧ＋ＥＯと記す）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などの手段で着設す
る。

【００２１】このＨＧ＋ＥＯが雰囲気温度により蒸気と
なり、モータケース内はＨＧ＋ＥＯの雰囲気となるよう
に構成する。

【００２２】

【作用】これまでの文献や実験などでブラシしゅう動部
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、ブラシしゅう動
部とコミュテータ・セグメントがしゅう動する部位の雰
囲気か、またはコミュテータ・セグメント自体に不飽和
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。

【００２３】このとき黒化物（分解生成物またはメカノ
ケミカル反応でできた重合物であるカーボンようのもの
およびブラシとコミュテータ・セグメント間で生ずるし
ゅう動摩耗粉が混じり合ったもの）といわれる異常現象
を促進する異物が生成する。

【００２４】この異物は、不飽和環状炭化水素がしゅう
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た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
ーボンができるためと思われる。

【００２５】また不飽和環状炭化水素以外の炭化水素の
雰囲気では、コミュテータ・セグメントへの吸着により
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ことが解
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
間の運転実験を行った。この実験で、 （１）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。 （２）コミュテータ・セグメントに１０μｇ程度のトル
エンなどの不飽和環状炭化水素の吸着がある場合、コミ
ュテータ・セグメントの異常が緩和され、小型モータの
長寿命化が図れる（ただし、断続的に不飽和環状炭化水
素の補給がない場合のデータである）結果が得られた。

【００２６】そこで上記現象を考慮した結果、ＨＧ＋Ｅ
Ｏを用いるとスチレンモノマーやトルエンと異なりその
分子構造の中に酸素や３級のカーボンを有しているため
によく燃焼し、異常現象の一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ブラシしゅう動部とコミュテー
タ・セグメントのしゅう動抵抗を減ずる。

【００２７】またこの作用は、例えば異常現象の発生す
る確率の高い高温・低湿においてもＨＧ＋ＥＯ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とと、
ＨＧ＋ＥＯが有する水酸基により金属表面に強力に吸着
するので充分な効果を得ることができる。

【００２８】またＨＧ＋ＥＯを配する小型モータは、空
気の流通の少ないほぼ密閉に近い構造であるか、その小
型モータが組み込まれる機器そのものが空気の流通の少
ない構造のものの方が好結果が得られる。

【００２９】ＨＧ＋ＥＯの吸着で、Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，
Ａｇ等およびその合金の触媒作用の強い材料を用いたコ
ミュテータ・セグメントおよびブラシは勿論のこと、Ｃ
ｕなどでできたそれ、焼結カーボンブラシの表面、およ
びそれ以外のモータを構成する金属部品の表面へも吸着
し、表面へ電気絶縁性の黒化物を生成し易いガス（スチ
レンモノマー、トルエン等）が付着することを防止す
る。

【００３０】これは、ＨＧ＋ＥＯが例えばスチレンモノ
マー、トルエン等のファンデアワールスの引力より吸着
する有機ガスに比べて水素結合を作り強力に吸着するた
めである。

【００３１】本発明において有効な物質の分子構造とそ
の性状を示す。

【００３２】

【化１】

【００３３】 吸水率：５％〜３０％（４０℃・９０％ＲＨ・１気圧） 前述のＨＧ＋ＥＯは、ブラシ、コミュテータ・セグメン
ト表面へ吸着し、単分子膜またはそれに相応する超薄膜
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。

【００３４】本発明は上記接点潤滑剤を使用することに
より、高性能，長寿命の小型モータを得るものである。

【００３５】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
にしながら説明する。

【００３６】図１および図２はそれぞれ本発明の一実施
例を示したものである。ここで図４のものと同一名称部
分には同一符号を付してある。

【００３７】図において、３はカーボンブラシよりなる
ブラシしゅう動部、１４はブラシしゅう動部３などを保
持するブラケット、１５はモータケース、１６はＨＧ＋
ＥＯを含浸させたフェルトである。

【００３８】図１の実施例ではフェルト１６はブラケッ
ト１４上のブラシしゅう動部３の近傍に配置されてお
り、また図２の実施例ではブラシ基部２上にフェルト１
６を取り付けてある。

【００３９】なお、図１，図２の実施例ではいずれもブ
ラシ基部２の先端部にカーボンブラシよりなるブラシし
ゅう動部３を固着した構成になっているが、ブラシ基部
２から曲げ延設されたブラシしゅう動部を設け、そのし
ゅう動部上にフェルト１６を着設してもよい。

【００４０】また、いずれの実施例もモータケース内の
雰囲気がＨＧ＋ＥＯによる蒸気雰囲気になり、ブラシお
よびコミュテータ・セグメント表面にＨＧ＋ＥＯが吸着
することを目的としたものであり、その手段はこの限り
ではない。

【００４１】図３において（ａ）〜（ｅ）は本発明のＨ
Ｇ＋ＥＯの雰囲気における６０℃、５％ＲＨ雰囲気での
１５００時間テスト後の整流波形を示したものであり、
（表１）は図３（ａ）〜（ｅ）の整流波形図に対応する
薬品の配合組成を同順に示したものである。

【００４２】

【表１】

【００４３】また、図４において（ａ）は６０℃、５％
ＲＨ雰囲気中での従来品のテスト前の整流波形を示し、
（ｂ）は不飽和環状炭化水素スチレンモノマー雰囲気中
での６０℃、５％ＲＨ雰囲気での１００時間テスト後の
比較例１の整流波形を示し、（ｃ）は不飽和環状炭化水
素（トルエン）をコミュテータ・セグメント表面に約１
０μｇ吸着させた場合における６０℃、５％ＲＨ雰囲気
での３００時間テスト後の比較例２の整流波形を示した
ものである。

【００４４】また（表２）は、本発明のＨＧ＋ＥＯ雰囲
気中でのテスト品、従来品、比較例１のスチレンモノマ
ー雰囲気中でのテスト品、比較例２のトルエン雰囲気中
でのテスト品の各種モータ特性の効果を示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】なお、ＨＧ＋ＥＯの成分に多少の不純物が
あっても、ＨＧ＋ＥＯは著しい効果を発揮する。

【００４７】実施例における図３の実験の結果を、図１
のモータで説明する。このモータは直流モータで、外径
３０mm高さ２５mmの大きさで定格出力０．１Ｗ、試験時
の運転条件はＤＣ４．２Ｖ、２５ｍＡである。

【００４８】このモータの空隙にポリエステルフェルト
１６をポリフルオロエチレン液で洗浄し脱脂したもの
に、ＨＧ＋ＥＯを含浸させたものを設置したものは、Ｈ
Ｇ＋ＥＯが徐々に蒸発し著しい効果を得ることができ
る。

【００４９】ポリエステルフェルト１６は、その繊維の
太さとみかけ比重を変えることによって蒸発スピードの
コントロールが可能である。このポリエステルフェルト
１６のかわりに連続発泡のプラスチックまたはゴムのス
ポンジを用いても著しい効果を得ることができる。

【００５０】また、焼結されたポーラスなフィールドマ
グネット（図示せず）にＨＧ＋ＥＯを含浸させたもの
は、０．１ないし０．３ｇの保持力があり著しい効果を
得ることができる。

【００５１】さらに、プラスチック製のブラケット１４
にブレンドしたもの、プラスチック製の整流子基台５に
ブレンドしたもの、防振ゴム９にブレンドしたもの、図
６に示す防振ゴム貼付用接着剤８にブレンドしたもの、
またポリエチレンなどの気体透過性のフィルムまたはケ
ースに封入し小型モータ内に設置したものもＨＧ＋ＥＯ
を保持する力があり著しい効果を得ることができる。

【００５２】なお（表１）に示した配合例の範囲のもの
が特に著しい性能向上が見られた。

【００５３】

【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。

【００５４】ＨＧ＋ＥＯがブラシ、コミュテータ・セグ
メント表面へ吸着することにより、潤滑作用が働き、し
ゅう接面の異常摩耗や溶着とそれによる擦過損傷を防止
できる効果がある。（表２）のブラシ摩耗量の欄にその
結果の一例を示す。

【００５５】スチレンモノマーやトルエンなどのベンゼ
ル環を有する有機ガスがあってもブラシ、コミュテータ
・セグメント表面へ吸着したＨＧ＋ＥＯ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の発生を防止できる。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、
小型モータの速度の安定化も図られ、結果的には１〜３
０Ｖ程度の比較的低電圧用の小型モータが使用される機
器のワウ・フラッターを低減する。（表２）にその結果
の一例を示す。

【００５６】ＨＧ＋ＥＯの潤滑作用により一般によく用
いられる動作電圧：１〜３０Ｖ、電流値：１００ｍＡ前
後のマイクロモータをＨＧ＋ＥＯの雰囲気で運転する
と、電流値が５〜１０％減少し、省エネルギー化が図れ
る。（表２）の無負荷電流値の欄にその結果の一例を示
す。

【００５７】ＨＧ＋ＥＯがブラシとコミュテータのしゅ
う動により発生する振動を押さえるダンピング効果を有
し、１〜１０％の機械雑音の減少を可能とする。即ちブ
ラシに通常貼り付ける防振ゴムと殆ど同程度の消音効果
を有する。（表２）にその結果の一例を示す。

【００５８】ＨＧ＋ＥＯの吸湿性は、親水性を有する−
ＯＨ基と疎水性を有する−Ｃ−Ｃ−（炭素結合部）のバ
ランスが理想的であり、４０℃・湿度９０％ＲＨの雰囲
気中でも吸水率は、２０％以下となり金属を腐食するほ
ど湿潤することなく潤滑効果の大きいものとなる。

【００５９】２メチル・２・４ペンタンジオールは、比
較的低温でも蒸発しブラシ・整流子表面へ吸着し、エチ
レンオキサイドが付加する数が増すと沸点が高くなり長
時間徐々に蒸発して効果を発揮する。

【００６０】エチレンオキサイドが３モル以上付加した
ものは、殆ど蒸発せずむしろ適度の吸湿性を有するため
湿度が高くなった時水分を保持し、乾燥状態で水分を放
出する。また、４０℃・湿度９０％ＲＨの雰囲気中で吸
水率は混合薬品として２０％以下の吸水率で金属を腐食
するほど湿潤することなく潤滑効果の大きいものとな
る。

【００６１】以上の結果、小型モータの品質が向上し寿
命を大幅に延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における小型モータの構成図

【図２】本発明の他の実施例における小型モータの構成
図

【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例における小型
モータの整流波形を示す図

【図４】（ａ）〜（ｃ）は従来例、比較例における小型
モータの整流波形を示す図

【図５】一般的なブラシ，コミュテータの構成を示す図

【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ従来例のブラシしゅ
う動部の代表的構成を示す図

【符号の説明】

１ ブラシ支持手段 ２ ブラシ基部 ３ ブラシしゅう動部 ４ コミュテータ・セグメント ５ 整流子基台 ６ モータ回転軸 ８ 粘着剤 ９ 防振ゴム １０ 基材 １１ 接着部材 １２ 防振シート １４ ブラケット １５ モータケース １６ フェルト

フロントページの続き (72)発明者 森本 孝克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【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しゅう動する小型モータにおい
   て、モータケース内に２−メチル−２，４−ペンタンジ
   オールにエチレンオキサイドを付加した化合物を複数種
   類混合したものを封入したことを特徴とする小型モー
   タ。
2. 【請求項２】 前記エチレンオキサイド１モルを２−メ
   チル−２，４−ペンタンジオールに付加した化合物が全
   体の２０〜５０ｗｔ％と、２モル付加した化合物が全体
   の１０〜４０ｗｔ％と、３モル付加した化合物が全体の
   ３０ｗｔ％以下と、前記２−メチル−２，４−ペンタン
   ジオールが全体の１５〜５５ｗｔ％よりなり、前記エチ
   レンオキサイドの複数の化合物と前記２−メチル−２，
   ４−ペンタンジオールを混合したもので１００ｗｔ％と
   なることを特徴とする請求項１記載の小型モータ。