JPH05344687A - 小型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した特性を有すると共に、ブラシの整流
子への摺接圧が大であり、長寿命かつ高信頼性を有する
小型モータを提供する。 【構成】 金属材料により有底中空筒状に形成されかつ
内周面に永久磁石を固着してなるケースと、前記永久磁
石に対向する電機子と整流子とからなる回転子と、前記
ケースの開口部に嵌着されかつ前記整流子と摺動係合さ
れるブラシとこのブラシに電気的に接続されてなる入力
端子とを設けてなるケースキャップとからなり、前記ケ
ースの底部とケースキャップとに設けられた軸受を介し
て前記回転子を回転自在に支持してなる小型モータにお
いて、ブラシをＡｇ−Ｐｄ合金材料によって形成し、整
流子を、Ｃｕ２〜８重量％含有のＡｇ−Ｃｕ系合金材料
によって形成し、Ａｇ固溶体中に析出したＣｕ固溶体の
面積率を０〜３％若しくは１０％以上とし、ブラシの整
流子に対する摺接圧を１〜９gfとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば音響機器、自動
車用電装機器等に使用される小型モータに関するもので
あり、特にブラシと整流子との摺動による整流子の摩耗
を低減するように改良した小型モータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１は本発明の対象である小型モータの
例を示す要部縦断面正面図である。図１において、１は
ケースであり、例えば軟鉄のような金属材料により有底
中空筒状に形成され、内周面に例えばアークセグメント
状に形成された永久磁石２を固着する。このケース１内
には、前記永久磁石２に対向する電機子３と整流子４と
からなる回転子５を介装し得るように構成する。

【０００３】次に６はケースキャップであり、例えば合
成樹脂その他の絶縁材料からなる絶縁部材６１と、金属
材料からなる保持部材６２とによって構成され、前記ケ
ース１の開口部に嵌着し得るように形成する。７はブラ
シであり、先端部を例えばフォーク状に形成して整流子
４と摺動係合するように設け、このブラシ７と電気的に
接続されてなる入力端子８と共にケースキャップ６に設
けられる。９、１０は軸受であり、各々ケース１の底部
とケースキャップ６の中央部に固着され、回転子５を構
成するシャフト１１を回転自在に支持する。

【０００４】上記の構成により、入力端子８からブラシ
７を介して回転子５を構成する整流子４を経由して電機
子３に電流を供給することにより、ケース１の内周面に
固着された永久磁石２によって形成されている磁界中に
存在する電機子３に回転力が付与され、回転子５を回転
させることができ、シャフト１１を介して外部機器（図
示せず）を駆動することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の小型モータ
において、整流子４は例えばＡｇ−Ｃｕ合金材料によっ
て形成され、一方ブラシ７は例えばＡｇ−Ｐｄ合金材料
によって形成され、両者は潤滑油を使用することなく直
接摺動係合するように構成されている。また上記整流子
４はＡｇ−Ｃｕ合金材料を熱間圧延加工した後、焼鈍し
て組織の均一化をし、圧延加工によって所定の肉厚寸法
に形成されるのであるが、上記焼鈍処理によるＡｇ固溶
体中へのＣｕ固溶体の析出量が一定せず、従って耐摩耗
性のバラツキが多いという問題点がある。

【０００６】また上記従来の小型モータにおいては、ブ
ラシ７の整流子４に対する摺接圧は１〜５gfの範囲で使
用されるものが多かったが、前記音響機器、自動車用電
装機器等に使用される小型モータに対する近年の要求は
次第に厳しくなってきており、回転、電流等の安定化を
より向上させるよう要請が高まってきている。従ってブ
ラシ７と整流子４との接触状態を安定させるために、ブ
ラシ７の整流子４に対する摺接圧を従来のものより大に
設定する仕様のものが増加しており、整流子４の耐摩耗
性をより向上させることが必要になってきている。

【０００７】更に最近においては、小型モータの使用環
境がより厳しくなってきており、例えば極低温雰囲気、
密閉雰囲気、長時間連続運転等の苛酷な条件に耐えるこ
とが要求され、上記ブラシ７および／または整流子４と
して、就中整流子４としてはより優れた耐摩耗性が要求
されるようになってきている。この点において従来のも
のでは上記要求を満足させることができないという問題
点がある。

【０００８】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解消し、安定した特性を有すると共に、ブラシの整流
子への摺接圧が大であり、また長寿命かつ高信頼性を有
する小型モータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、金属材料により有底中空筒状に
形成されかつ内周面に永久磁石を固着してなるケース
と、前記永久磁石に対向する電機子と整流子とからなる
回転子と、前記ケースの開口部に嵌着されかつ前記整流
子と摺動係合されるブラシとこのブラシに電気的に接続
されてなる入力端子とを設けてなるケースキャップとか
らなり、前記ケースの底部とケースキャップとに設けら
れた軸受を介して前記回転子を回転自在に支持してなる
小型モータにおいて、ブラシをＡｇ−Ｐｄ合金材料によ
って形成すると共に、整流子を、Ｃｕ２〜８重量％を含
有するＡｇ−Ｃｕ系合金材料によって形成し、Ａｇ−Ｃ
ｕ系合金の金属組織におけるＡｇ固溶体中に析出したＣ
ｕ固溶体の面積率を０〜３％若しくは１０％以上とし、
ブラシの整流子に対する摺接圧を１〜９gfとする、とい
う技術的手段を採用した。

【００１０】本発明において、整流子を形成するＡｇ−
Ｃｕ系合金材料中に含有されるＣｕが２重量％未満であ
ると、耐摩耗性に寄与すべき硬度が低下するため好まし
くない。一方Ｃｕが８重量％を超えると、Ａｇ中へのＣ
ｕの固溶度線に近接し、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織が現われ、
熱処理がしにくくなると共に、耐摩耗性が低下するため
不都合である。

【００１１】本発明におけるＡｇ−Ｃｕ系合金材料とし
ては、二元合金であるＡｇ−Ｃｕ合金の他に、Ａｇに対
して固溶する元素を含む三元合金若しくはそれ以上の多
元合金を使用することができる。

【００１２】また本発明において整流子を形成するＡｇ
−Ｃｕ系合金の金属組織におけるＡｇ固溶体中に析出し
たＣｕ固溶体の面積率が３％を超え１０％未満の範囲の
値であると、耐摩耗性が著しく低下し、小型モータの寿
命を短くするため好ましくない。従って上記Ｃｕ固溶体
の面積率を０〜３％若しくは１０％以上とする。

【００１３】なお上記のようなＣｕ固溶体の面積率を制
御する手段としては、溶体化処理、または溶体化処理と
焼鈍処理とを併用するのが有効である。すなわちＣｕ固
溶体の面積率を０にする場合には、Ａｇ−Ｃｕ系合金の
固溶度線以上の温度（例えば６００〜７８０℃）に加熱
して、Ａｇ中にＣｕをすべて固溶させた状態で急冷すれ
ばよい。またＣｕ固溶体の面積率を上記の値に制御する
には、上記溶体化処理したＡｇ−Ｃｕ系合金の組成と対
応させて、例えば４００〜６００℃に加熱し、所定時間
保持する焼鈍処理を施せばよい。

【００１４】次にブラシの整流子に対する摺接圧が１gf
未満であると、特に高速回転においてブラシの跳ね上り
を招来し、ブラシと整流子との摺接が不安定となり、小
型モータの特性を低下させるため好ましくない。一方上
記摺接圧が９gfを超えると、ブラシと整流子との摩擦力
を増大させ、特に整流子の摩耗を助長し、小型モータの
寿命を低下させるため不都合である。

【００１５】

【作用】上記の構成により、ブラシと摺動係合する整流
子の摩耗を低減させ、安定した特性を保持しつつ小型モ
ータの寿命を増大させることができる。すなわちＡｇ固
溶体中に析出したＣｕ固溶体の面積率を所定の値に制御
することにより、整流子の耐摩耗性を向上させ得ると共
に、ブラシと整流子との間の摺動安定性を増大させるこ
とができ、この結果として小型モータの電流、回転数等
の特性を向上させ得るのである。

【００１６】

【実施例】まずＣｕを重量比にて夫々２％、６％、８％
を含有するＡｇ−Ｃｕ合金材料を熱間圧延した後、夫々
６００℃、７４０℃、７８０℃に略１時間保持し、Ｃｕ
をＡｇ中に全て固溶させた後、水中にて急冷させる溶体
化処理を施した。次に上記溶体化処理したＡｇ−Ｃｕ合
金材料の一部について、夫々４００℃、５２０℃、６０
０℃の温度に３０〜９０分間保持した後空冷し、金属組
織的にみて、Ａｇ固溶体中に析出するＣｕ固溶体の面積
率が夫々2.５％、１1.０％、１5.０％のものを得た。

【００１７】一方比較例として、上記Ａｇ−Ｃｕ合金材
料を従来行なわれていた手段により、熱間圧延後、５０
０℃〜５５０℃の温度で３０〜６０分間保持した後空冷
し、Ａｇ固溶体中に析出するＣｕ固溶体の面積率が夫々
5.０％、7.０％、9.０％のものを得た。

【００１８】上記Ａｇ−Ｃｕ合金材料を夫々圧延加工に
より整流子４（図１参照）に成形した後、回転子５に組
込んで小型モータを構成し、摩耗試験を行なった。この
場合ブラシ７はＰｄ５０重量％を含有するＡｇ−Ｐｄ合
金材料によって形成し、整流子４に対する摺接圧を夫々
１、５、９gfとし、回転数２７００rpm で連続１００時
間継続運転後の整流子４の摩耗量を測定した。

【００１９】表１は整流子を形成するＡｇ−Ｃｕ合金に
おけるＡｇ固溶体中に析出したＣｕ固溶体の面積率と整
流子摩耗量との関係を、Ｃｕ含有量および摺接圧毎に表
わした表である。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、本発明のものに
対応するＡ〜Ｄのものは、従来例のＥ〜Ｇと比較して整
流子摩耗量が何れも大幅に低減していることが認められ
る。また整流子を形成するＡｇ−Ｃｕ合金中のＣｕ含有
量が相違するものについても、上記摩耗量の低減状態が
略同様の傾向であるので、Ｃｕ含有量が６重量％のもの
について、以下考察を行なう。

【００２２】図２は摺接圧と整流子摩耗量との関係を示
す図であり、前記表１におけるＣｕ含有量６重量％のも
のを抽出して示した図である。図２中の記号は表１中の
記号と同一である。図２から明らかなように、摺接圧が
増大するに伴なって整流子摩耗量は略比例的に増大する
が、従来例におけるＥ〜Ｇにおいては、特に摺接圧が９
gfにおいて摩耗量の増加率が顕著に大である。これに対
して本発明のものを示すＡ〜Ｄにおいては、摩耗量の増
加率が小であり、特に摺接圧が９gfの高水準になっても
緩慢な増加に留まると共に、従来例と比較して１／２以
下の値である。従って摺接圧が大なる態様においても充
分に使用に耐え得ることを示している。

【００２３】次に図３はＣｕ固溶体の面積率と整流子摩
耗量との関係を示すものであり、前記図２と同様に表１
におけるＣｕ含有量６重量％のものを抽出して示した図
である。図３から明らかなように、Ｃｕ固溶体の面積率
が３〜１０％の領域のもの（表１における従来例Ｅ〜Ｇ
に相当）は、整流子摩耗量が相対的に大であり、摺接圧
が大になるに伴なってその差が大になっている。すなわ
ち従来例においては、Ａｇ−Ｃｕ合金材料を熱間圧延
後、焼鈍処理を行なって圧延加工して整流子を成形する
のであるが、このようにして成形したものにおいてはＡ
ｇ固溶体中に析出するＣｕ固溶体の面積率が３〜１０％
の領域にあり、却って整流子の摩耗を助長していること
が認められる。

【００２４】図４はＣｕ固溶体の面積率と整流子摩耗指
数との関係を示す図であり、前記図３を修正して示す図
である。すなわち図４において整流子摩耗指数は、Ｃｕ
固溶体の面積率０のものを１００とし、夫々の面積率の
者に対応する整流子摩耗量を指数として表わしたもので
ある。図４から明らかなように、Ｃｕ固溶体の面積率が
３〜１０％の領域のものは１９０〜２４０の範囲にあ
り、上記領域外のものにおける１００〜１３０と比較し
て略２倍の値を示す。従ってＣｕ固溶体の面積率を０〜
３％若しくは１０％以上に制御することにより、何れの
摺接圧においても整流子の摩耗量を従来例のものと比較
して略１／２に低減させ得ることが明らかである。この
理由については不明であるが、Ｃｕ固溶体の面積率を上
記のように制御することにより、安定した金属組織が得
られることが認められ、整流子の耐摩耗性を向上させ得
ることが実験的に確認された。

【００２５】本実施例においては、整流子をＡｇ−Ｃｕ
合金材料によって形成した例について記述したが、Ａｇ
に対して固溶し得る他の元素を併せて含有するＡｇ−Ｃ
ｕ系合金材料についても作用は同様である。なおＡｇ−
Ｃｕ系合金材料についての溶体化処理、焼鈍処理および
圧延加工条件は、合金の組成その他を勘案して適宜選定
することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、整流子を形成するＡｇ−Ｃｕ系合金材料
中のＡｇ固溶体中に析出するＣｕ固溶体の面積率を制御
することにより、整流子の耐摩耗性が大幅に向上し、小
型モータの寿命を増大させ得る。また整流子の耐摩耗性
の向上に伴ない、ブラシの整流子に対する摺接圧を大に
することができ、両者の接触安定性が向上し、小型モー
タの電流、回転数特性を高水準に安定させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象である小型モータの例を示す要部
縦断面正面図である。

【図２】摺接圧と整流子摩耗量との関係を示す図であ
る。

【図３】Ｃｕ固溶体の面積率と整流子摩耗量との関係を
示す図である。

【図４】Ｃｕ固溶体の面積率と整流子摩耗指数との関係
を示す図である。

【符号の説明】

４ 整流子 ７ ブラシ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属材料により有底中空筒状に形成され
   かつ内周面に永久磁石を固着してなるケースと、前記永
   久磁石に対向する電機子と整流子とからなる回転子と、
   前記ケースの開口部に嵌着されかつ前記整流子と摺動係
   合されるブラシとこのブラシに電気的に接続されてなる
   入力端子とを設けてなるケースキャップとからなり、前
   記ケースの底部とケースキャップとに設けられた軸受を
   介して前記回転子を回転自在に支持してなる小型モータ
   において、 ブラシをＡｇ−Ｐｄ合金材料によって形成すると共に、
   整流子を、Ｃｕ２〜８重量％を含有するＡｇ−Ｃｕ系合
   金材料によって形成し、Ａｇ−Ｃｕ系合金の金属組織に
   おけるＡｇ固溶体中に析出したＣｕ固溶体の面積率を０
   〜３％若しくは１０％以上とし、ブラシの整流子に対す
   る摺接圧を１〜９gfとしたことを特徴とする小型モー
   タ。