JPH0710154B2

JPH0710154B2 - 小型モータ

Info

Publication number: JPH0710154B2
Application number: JP59016537A
Authority: JP
Inventors: 寛高尾; 成徳宇田; 滋近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-01-31
Filing date: 1984-01-31
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPS60162437A

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
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S
iC,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AgC
u,AgCd,AgCuCd,Cu,Au合金、Ag Pb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の振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剤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を超えるモ
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、脂肪酸を含浸さ
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。この脂肪酸はベンゼン環が有
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−COOH基を有する脂
肪酸であり、１気圧下での、その沸点又は融点が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。この脂肪酸が雰囲気温度により
蒸気となりモータケース内は脂肪酸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脂肪酸を直接
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は脂肪酸を含
浸させたフエルトである。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、フエルト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上にフエルト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にフエ
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エルト14
を装備してもよい。いずれの場合の実施例も、モータハ
ウジング13,ブラケット12よりなるモータケース内の雰
囲気が、脂肪酸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で囲まれた内部に脂肪酸類を含浸さ
せたフエルト14を配置したものである。この脂肪酸類
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、脂肪酸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
ニアーな炭素結合を有するか、側鎖を有する脂肪酸類
は、その分子構造中へ単数又は複数個の−COOH基を有し
ており、−COOH基は、その極性力により、金属表面へ、
−COOH結合による吸着力を有する。

−COOH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、安定な吸着状態を云える。この脂肪酸類の吸着で、
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−COOH基の吸着力が、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−COOH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、脂肪酸
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気圧下での沸点又は融点が、100℃付近
の物質から、250℃付近のものまでが特に有効であり、3
00℃程度のものまで用いることができる。脂肪酸の種類
で列記すると、ピバル酸……164℃（１気圧下での沸点）イソクロトン酸……169℃（１気圧下での沸点）イソ吉草酸……177℃（１気圧下での沸点）ｎ−オクタン酸……239℃（１気圧下での沸点）マロン酸……135℃（１気圧下での融点）などである。

前述の脂肪酸類は、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）は本発明にかかる脂肪酸
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。

脂肪酸類のコミュテータ・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脂肪酸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……
脂肪酸類を含浸させたフエルト。

───────────────────────────────────────────────────── 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)参考文献特公昭32−2279（ＪＰ，Ｂ１) 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

Claims

【特許請求の範囲】

【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−COOH基を有する脂肪酸類の雰囲気を持たせた小型
モータ。