JPH0767258B2

JPH0767258B2 - 小型モータ

Info

Publication number: JPH0767258B2
Application number: JP11113384A
Authority: JP
Inventors: 成徳宇田; 寛高尾; 滋近藤; 茂 ▲吉▼田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-05-31
Filing date: 1984-05-31
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPS60255041A

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
ータなどに関するものである。

従来例の構成とその問題点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。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,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
部にスポット溶接の手段によって接合した構造であり、
もう一つは、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、AgCuカーボン、及びそれらの材料にSi
C,MoS₂,Pb,エポキシ系樹脂など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
いは圧着方式など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じり合ったも
の）と言われる異常現象を促進する異物が生成されるこ
とがしばしば起こり問題となる。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、コミュテータ基台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。

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、互いに隣会うコミュテータ・セグメント４の間のギ
ャップ部に溜まり、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、前期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摺動である。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、AgCu,AgCd,AgCuC
d,Cu,Au合金、AgPd合金、AgCuTi合金などであり、貴金
属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わせである。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
を使用した時と較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、またカーボン・ブラシを構
成する配合材料中には、SiO₂など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わせになっている。

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等講じていない
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９を粘着剤
８で貼り付けたものは、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、振動防止用ゴ
ム９のコミュテータ摺動部３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12を基材10の両面に粘着剤８を塗布した構成の接
着剤11で貼り付けたものは、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、このモータの使用雰囲気温度
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
表面の擦過損によるモータ寿命の短縮を防止し、また、
テープレコーダなどの機器へ組み込まれたばあいのワウ
・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、ベンゼン環を有しないパラフィン類本発明の薬品１単数または複数の−COO−結合を有するエステル類本発
明の薬品２単数または複数の−CONH−結合を有するアルキルアミド
類本発明の薬品３単数または複数の−NH−結合を有する二級アミン類本発
明の薬品４単数または複数の−Ｎ＝結合を有する三級アミン類本発
明の薬品５の中の少なくとも一種以上の薬品〔以下（本発明の薬
品）と略す〕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。この
（本発明の薬品）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、側鎖を有するものであり、１気圧
下でのその沸騰点が100℃〜250℃近辺のものを使用状況
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、（本発明の薬
品）が雰囲気温度により蒸気となりモータケース内は
（本発明の薬品）の雰囲気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（本発明の薬品）を直接塗布す
る構成を用いてもよい。

実施例の説明第３図および第４図，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、また14はブラシなどを
保持するプラスチック製のブラケット、15がブラケット
14とによりモータケースを構成するモータハウジング、
16は（本発明の薬品）を含浸させたフェルトである。17
はモータ回転軸６に取付けられる回転子鉄心、18は回転
子鉄心17に巻装されるマグネットワイヤー、19はモータ
ハウジング15の内面に固定される界磁用マグネット、20
はモータ回転軸６を支持するメタル軸受である。第３図
の実施例ではフェルト16はブラケット14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16を取り付けてある。
さらに第５図の実施例ではモータハウジング15にフェル
ト16を装備している。

なお、これらの実施例で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16を
着設してもよい。

いずれの場合の実施例も、モータケース内の雰囲気が
（本発明の薬品）による蒸気雰囲気になり雰囲気ガスに
よりブラシおよびコミュテータ・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。異常の起こり易い状態は、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。このとき黒化物（カーボンおよ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じり合った
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。

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はかれる。（ただ
し、継続的に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。実験結果を第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
図の実施例で示したように、モータハウジング15とブラ
ケット14で囲まれた内部の、コミュテータ摺動部近傍に
（本発明の薬品）類を含浸させたフェルト16を配置した
ものである。この（本発明の薬品）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（本発明の薬品）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（本
発明の薬品）は、その極性基により金属表面に強力に吸
着する。この吸着は、パラフィン類のファンデアワール
スの引力により吸着するものを除くと、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言える。

この、（本発明の薬品）の吸着で、Au,Pd,Pt,Ag,等で出
来た触媒作用の強いコミュテータ・セグメントおよびブ
ラシは勿論のこと、Cuで出来たそれ、また焼結カーボン
ブラシの表面およ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）が付着することを防止する。これは、（本発明の薬
品）がパラフィン類を除いては、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により吸着
する有機ガスに比べて強力に吸着するためである。第７
図に、Ａ）テスト前の品、Ｂ）スチレンモノマー雰囲気
中でのテスト品、Ｃ）トルエン雰囲気中でのテスト品、
Ｄ）（本発明の薬品）雰囲気中でのテスト品、の実用テ
スト結果を示す。また分子構造中に（アミノ基）を有し
ているものは金属を腐食から守る防錆力を有している。
したがって、金属部品を長期に安定に保護する。しか
も、−10℃〜＋60℃が通常の使用環境雰囲気となる小型
モータでは一気圧下での沸騰点が100℃付近のものから2
50℃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。（本発明の薬品）で列記する
と、１）パラフィン類（例）（一気圧下での沸騰点）２・２・４トリメチルペンタン ……99.2℃ ｎ−デカン ……174.1℃ ｎ−ドデカン 216.3℃ テトラデカン ……253.6℃ ２）単数または複数の−COO−結合を有するエステル類（例）（一気圧下での沸騰点）コハク酸ジメチル ……195℃ オクタン酸エチル ……208℃ フマル酸ジエチル ……214℃ デカン酸ジエチル ……242℃ アジピン酸ジエチル ……245℃ ３）単数または複数の−CONH−結合を有するアルキルア
ミド類（例）（一気圧下での沸騰点）ｎ−エチルアセトアミド 205℃ ４）単数または複数の−NH−結合を有する二級アミン類（例）（一気圧下での沸騰点）ジブチルアミン ……160℃ ５）単数または複数の−Ｎ≡結合を有する三級アミン類（例）（一気圧下での沸騰点）トリプロピルアミン ……157℃ トリブチルアミン ……212℃ などである。

前述の（本発明の薬品）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。）実験の結果に示す実施例を、第５図のモータで説明する
と、4.2Vで運転するこの直流モータは外径30mm高さ25mm
のもので25mAの電流がその回路を流れるものである。

このモータの内部に設けた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、（本発
明の薬品）を0.1grから0.6gr含浸させたものは、（本発
明の薬品）が徐々に蒸発し著しい効果を得ることが出来
た。このフェルトは、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。このフェルト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
が出来た。

またマグネット19に含浸させたものは、フェライトマグ
ネットがポーラスであるため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出来た。また、同じよう
に、プラスチック製のブラケット14にブレンドしたも
の、プラスチック製のコミュテータ基台５にブレンドし
たもの、マグネットワイヤー18に含浸させたもの、メタ
ル軸受20の油にブレンドしたもの、マグネット19とモー
タハウジング15の間に含浸させたもの、第２図に示す防
振ゴム９にブレンドしたもの、第２図に示す防振ゴム貼
付用接着剤８にブレンドしたもの、ｃ（本発明の薬品）
を保持する力があり、著しい効果を得ることができた。

なお、第６図において、A,Bが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（本発明の薬品）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。

また第７図のＡはテスト前の整流子の表面の状態を示
し、Ｂは不飽和環状炭化水素（スチレンモノマー）雰囲
気による100Hrテスト後の状態を示し、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10μｇ吸着させた場合の300Hrテスト後の状態を示
し、Ｄは（本発明の薬品）の雰囲気による1500Hrテスト
後の状態を示すものである。なお、いずれも60℃,5％RH
雰囲気としている。

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。

１）（本発明の薬品）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、摺動
部の異常摩耗や擦過損傷が防止できる効果がある。

２）スチレンモノマーやトルエンなどのベンゼン環を有
する有機ガスがあっても、ブラシ、コミュテータ・セグ
メント表面は、その表面へ吸着した（本発明の薬品）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、接触不安定に伴う小型モータの速度の安定化も図ら
れ、結果的には1V〜30V程度の比較的低電圧使用の小型
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。

３）前記１）および２）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】

第１図は従来例の構成図、第２図は従来例のコミュテー
タ摺動部の構成を示す図、第３図，第４図および第５図
はそれぞれ本発明の実施例の構成を示す断面図、第６図
は比較例および本発明の整流波形を示す図、第７図は比
較例及び本発明のコミュテータ・セグメント表面の状態
を示す説明図である。３……コミュテータ摺動部、４……コミュテータ・セグ
メント、14……ブラケット、15……ハウジング、16……
（本発明の薬品）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 (72)発明者 ▲吉▼田茂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」第２版（昭52−３−１）日刊工業新聞社Ｐ．149−150 ＪｏｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ 19［１］（1948）Ｐ．１ −10

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、かつベンゼン環を有しない１）パラフィン類２）単数または複数の−COO−結合を有するエステル類３）単数または複数の−CONH−結合を有するアルキルア
ミド類４）単数または複数の−NH−結合を有する二級アミン類５）単数または複数の−Ｎ≡結合を有する三級アミン類の中の少なくとも一種以上の薬品の雰囲気を持たせた小
型モータ。
【請求項２】薬品は、モータケース内部及びその近傍に
配したフェルトまたはスポンジに含浸させた特許請求の
範囲第１項記載の小型モータ。
【請求項３】薬品は、モータケース内に装備した界磁マ
グネットに含浸させた特許請求の範囲第１項記載の小型
モータ。
【請求項４】薬品は、モータハウジングとともにモータ
ケースを構成するプラスチック製のブラケットにブレン
ドした特許請求の範囲第１項記載の小型モータ。
【請求項５】薬品は、プラスチック製のコミュテータ基
台にブレンドした特許請求の範囲第１項記載の小型モー
タ。
【請求項６】薬品は、マグネットワイヤーに含浸させた
特許請求の範囲第１項記載の小型モータ。
【請求項７】薬品は、回転軸を支持するメタル軸受の油
にブレンドした特許請求の範囲第１項記載の小型モー
タ。
【請求項８】薬品は、モータケースを構成するモータハ
ウジングの内面に固着されるマグネットとモータハウジ
ングの間に含浸させた特許請求の範囲第１項記載の小型
モータ。