JPS6240046A - 小型モ−タ用シヤフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、小型モータ用シャフトに係り、特にシャフト
をセラミックスで形成することにより、モータの摩擦損
の低減及び電気的特性の向上を図った小型モータ用シャ
フトに関する。

従来技術 最近、小型モータは、玩具、音響機器、カメラ等に広く
使用されているが、電子回路の高集積化の進歩に伴って
、小型モータ及び電池等の電動装置を更に小型のものに
して商品価値を高める工夫が必要となっている。このた
め小型モータには、小型化によって引き起こされる特性
の劣化を補償すべく電気的特性の向上についての方策の
要求が、より強まって来ている。

しかしながら従来の小型モータのコンミヱテータ５２は
、第６図に示すように、大径部５３と小径部５４とから
なる樹脂製の絶縁体５５を介して導電線の金属製シャフ
ト５１に固着されており、コンミュテータ５２は、３極
の場合、絶縁体５５の大径部５３を３等分割するように
形成された端子溝５３ａ及び小径部５４の外径と略同一
の円弧で大径部内に形成された円弧溝５４ａに３枚のセ
グメント５６が嵌挿されて端子溝５３ａが折曲配置され
、該セグメントに対してブラシ（図示せず）が押圧され
て接触し、その表面を摺動するようになっていた。

コンミュテータ５２の外周の半径をｒ、ブラシの押圧力
をＦ１コンミュテータ５２とブラシ間の摩擦係数をμ、
モータの回転角速度をωとすれば、モータの回転に伴い
コンミュテータ５２とブラシの接触部で生じる摩擦トル
クＴはＴ−μＦｒ、コンミュテータ５２の外周の速度Ｖ
はＶ＝ｒωとなる。

この摩擦トルクＴは、モータの摩擦損として作用し、モ
ータの効率に影響する因子であり、またコンミュテータ
５２の外周の速度Ｖはセグメント５６及びブラシの摩擦
或いはセグメント５６とブラシの摩擦から生じる摩擦熱
に関連し、該速度Ｖが大きい程ブラシの押圧力Ｆを増大
させなければならず、特にこの摩擦熱がコンミュテータ
５２を形成している樹脂製の絶縁体５５を熱変形させる
ことがあり、この結果セグメント５６とブラシの接触状
態が良好でなくなり、電気位置通過時の火花の発生を助
長し、絶縁体５５への加熱が更に進行するという悪循環
が生じる欠点があった。

このようなことから、従来の小型モータにおいては、予
め定められているモータシャフト５１の直径に対してコ
ンミュテータ５２の外周の半径ｒを小さく設定すること
に限度があり、またコンミュテータ５２の外周速度Ｖが
大きいのでブラシの押圧力Ｆを小さく設定することにも
限度があって、モータの摩擦損、ブラシの摩耗、電気位
置通過時の火花発生等の問題点を同時に解決しなからモ
ータの電気的特性を変えずに更に小型化を図ることは極
めて困難であった。

目　　的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、電気不導体
であって耐摩耗性及び耐熱性に優れたセラミックスで小
型モータのシャフトを形成することによって、所定の極
数だけのセグメントを配設してコンミュテータを形成す
る一部材であった絶縁体の肉厚相当分だけ、コンミュテ
ータの外周の半径を小さくし、これによってコンミュテ
ータの外周速度も小さくして、この外周速度に応じてブ
ラシの押圧力を小さくできるという相乗効果を得て、モ
ータの摩擦トルクを小さくし、摩擦損失の低減を図るこ
とである。

また、他の目的は、セラミックスの採用によりコンミュ
テータの外周の半径を小さくすることによって、コンミ
ュテータの外周速度を遅くし、これによってセグメント
及びブラシの摩耗を低減させ、またセグメントとカーボ
ンブラシの摩擦による発熱がコンミュテータに作用して
もコンミュテータが全く変形しないようにし、ブラシと
コンミュテータとの接触状態を常に良好に保ち、電気位
置通過時の火花の発生を抑制し、ノイズの低減及びモー
タのトルク変動を小さくして回転むらの低減を図ること
である。

また他の目的は、セラミックスの中に導電材料として例
えばカーボンの粉末を適宜混合することによって、電気
位置通過時に発生する大電流から誘記される火花の発生
を隣接するセグメントと導電性の付与されたセラミック
ス製シャフトとの間で大電流に対してのみバイパス回路
を形成し、大電流の一部を熱消費させて火花の抑制を図
ることである。

構成 要するに本発明（特定発明）は、本体をセラミックスで
形成し、軸部の直径と略同一の直径部分にコンミュテー
タ用の電気導体からなるセグメント挿入用の溝を形成し
たことを特徴とするものである。また本発明（第２発明
）は、本体をセラミックスで形成し、該セラミックス内
に導電材料を混合し、適宜な電気導電性を付与してなる
ことを特徴とするものである。

本発明に係る小型モータ用シャフト１は、第１図及び第
２図に示すように、本体である軸部１２と、支持体部１
３と磁気回路用の円板３６を取り付けるアーム部１５と
をセラミックスで一体に形成してなるものである。

支持体部１３は、３極の場合、軸部１２より直径の大き
いフランジ１３ａと、該、フランジを放射状に３等分割
するように形成された溝１３ｂと、軸部１２の直径と略
同一の直径を内径としてセグメント３１の肉厚相当分の
厚さを有する環状に形成されたｍ１３ｃとからなるもの
で、該溝１３ｂ、１３Ｃにセグメント３１を嵌挿固定し
て、コンミュテータ１０は形成されている。

アーム部１５には、磁気回路を構成するための磁性体の
一例である鉄製の円板３６がアーム部のボス１５ａと嵌
合するように打ち抜かれた穴３６ａに合わせて固着され
ている。そしてセグメント３１の端子３１ａと電機子コ
イル３４とを接続するためのリード線２８の通路用の穴
ｔｓｂ。

３６ｂが互いに連通ずるように形成されている。

本発明に係る小型モータ用シャフト１を採用した小型モ
ータ１１は、第３図に示すように、電機子２の構造を扁
平の円板状とし、該電機子の軸方向側面にエアギャップ
３を介して界磁用永久磁石４が該電機子２に対向して配
設されるようにしたものであって、界磁用永久磁石４と
、ブラシ取付装置５と、モータケース６．７と、電機子
コイル用鉄心９と、コンミュテータ１０と、シャフト１
を主要部として構成されている。

まず第３図により小型モータ１１用の界磁用永久磁石４
について説明すると、該永久磁石４は複数、例えば２つ
に分割されており、分割された各永久磁石片１４は磁性
材料からなり、ケース６に固定された取付板１６に固定
されている。

次に、小型モータ１１の電機子２について説明する。電
機子２は、鉄心９に導電線又は轟電箔を所定回数巻き付
けてなる複数の電機子コイル３４の永久磁石４側の表面
３４ａに、該電機子コイル３４ごとに磁性材料からなる
分割板３５が貼着されており、電機子コイル３４の裏面
３４ｂには、磁気回路を形成するための磁性材料からな
る円板３６が電機子コイル３４にまたがって貼着されて
いる。そして該円板３６は本発明に係る小型モータ用シ
ャフト１のアーム部１５に固着されているので、電機子
２はシャフト１と一体的に固着されたことになる。なお
分割板３５及び円板３６の磁性材料としては、例えば鉄
板が用いられる。このように電機子コイル３４の表面３
４ａ及び裏面３４ｂに分割板３５及び円板３６を貼着し
たのは、永久磁石４及び取付板１６と電機子２間におい
て磁気回路が形成されるようにするためであって、最後
にシャフト１に磁性材料からなるリング１７を工大固着
して磁気回路は完成する。

なお本発明による小型モータ用シャフト１の第２実施例
として第５図に示すように、軸部１２と支持体部１３と
、アーム部１５を別体によってセラミックスで形成した
ものを組み合わせて一体に固着することも可能である。

次に、第３図及び第４図によりブラシ取付装置５につい
て説明すると、ブラシＩ８は段ねじ２１及びナツト２２
によってモータケース７を貫通して絶縁体２４及び絶縁
材からなるワッシャ２５を介して該モータケース７に固
定されており、ブラシ１８の一端１８ａに取り付けられ
たカーボンブラシ１９がコンミュテータ１０に接触する
ように、ばね２０で押圧付勢されている。またナツト２
２は端子２Ｇをモータケース７に固定し、そして該端子
２Ｇにはリード線２７が接続されるようになっている。

次に、第３図によりモータケース６及び７について説明
する。図示の小型モータ１１においては、上記したよう
に、磁気回路が永久磁石４、取付板１６、リング１７及
び電機子２のみで形成されているため、モータケース６
．７には非鉄材料、例えば合成樹脂が使用可能となって
いる。　ただしモータケース６．７に合成樹脂を用いる
と、小型モータ１１から発生するノイズを吸収するのが
困難で、微弱な電流を使用する電子機器においてはノイ
ズの影響を受けるおそれがあるので、該モータケース６
．７にはノイズ防止用の磁性材料粉、例えば鉄粉を混入
した合成樹脂を用いることが望ましい。

次に、モータケース６．７の構造について説明すると、
第３図に示すように、モータケース７は円形の蓋形に形
成されていて、開口部７ａには外周を削って薄肉になっ
た小径部７ｂが形成されている。モータケース６は、モ
ータケース７と略同様な形状に形成されており、開口部
６ａの内周６ｂは薄肉に形成されていて、該内周にモー
タケース７の小径部７ｂが嵌入するようになっており、
接着或いは熱溶着等の方法によってモータケース６．７
は固着される。そしてモータケース６゜７の中央部には
穴６ｃ、７ｃが形成されており、該穴にはシャフト１の
軸受４０が固着されている。

作用 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。まず本発明に係る小型モータ用シャ
フト１を使用したことによるコンミュテータ１０の外周
の半径ｒが、従来の小型モータにおける場合に比べてど
の程度減少するかを示すと以下の通りである。即ち第１
表に示すように、シャフト１．５１の半径を同一の１鶴
とした場合、コンミュテータ１０．５６の半径は夫々１
．３鰭、１．８鶴であり、従って、コンミステータ１０
外周の半径は従来例に比べて約２８％の減少となる。

また、このコンミュテータ１０の外周半径の減少は、コ
ンミュテータ１０とカーボンブラシ１９の接触する部分
の周速度Ｖについても２８％の減少となって作用し、更
にこれが該カーボンブラシのばね２０の押圧力の減少に
つながり、該接触部分の摩耗及び発熱の減少に大きく寄
与する。

第１表 本発明による小型モータ用シャフトエは、電気不導体の
セラミックスで形成されたことによって上記のように、
シャフトｌにセグメント３１を直接固着してコンミュテ
ータ１０を形成し、該コンミュテータの外周の半径を従
来のものよりも大幅に小さくすることが可能となるばか
りでなく、発熱によるコンミュテータＩＯの変形は皆無
となり、カーボンブラシ１９の８亥コンミユテータに対
する接触状況は常に良好となる。

またセラミックスの特性を更に利用して該セラミックス
の中に導電性のカーボン粉末を適宜混合することによっ
て、電気位置通過の際、即ち整流時に発生する大電流か
ら誘起される火花の発生を、隣接するセグメント３１と
、適宜に導電性の付与されたセラミックス製シャフト１
との間で大電流に対してのみバイパスで結んだ短絡回路
を形成して、大電流の一部を熱消費に振り向けられるの
で、火花を抑制することが可能となる。そして電気位置
通過の際の火花発生を抑制することによって、該位相に
おける電機子２の回転ショックが緩和され、回転むらの
少ない円滑な回転が得られる。

効果 本発明は、上記のように構成され、作用するものである
から、電気不導体であって耐摩耗性及び耐熱性にも優れ
たセラミックスで小型モータのシャフトを形成したので
、所定の極数だけのセグメントを配設してコンミュテー
タを形成する一部材料であった絶縁体を不要とし得る効
果が得られ、この結果絶縁体の肉厚相当分だけ、コンミ
ュテータの外周の半径が小さくなり、これに伴ってコン
ミュテータの外周速度も小さくなり、この外周速度に応
じてブラシの押圧力を小さくできるという相乗効果が生
まれ、モータの摩擦トルクを減らして摩擦損の大幅な減
少を可能とし得る効果がある。

またコンミュテータの外周半径を小さくできるので、コ
ンミュテータの外周速度が遅くなり、この結果セグメン
ト及びカーボンブラシの摩耗を低減させる効果が得られ
、またセグメントとブラシの摩擦による発熱がコンミュ
テータに作用してもブラシとコンミュテータとの接触状
態を常に良好に保って、電気位置通過時の火花の発生を
抑制し得る効果があり、これに伴ってノイズの発生の低
減及びモータのトルク変動を小さくして回転むらを低減
させることができる効果がある。

また、セラミックスの中に導電性材料、例えばカーボン
粉末を適宜混合したので、電気位置通過時に発生する大
電流から誘起させる火花の発生を隣接するセグメントと
導電性の付与されたセラミックス製シャフトとの間で大
電流に対してのみバイパス回路を形成し、大電流の一部
を熱消費させて火花を抑制できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の実施例に係り、第１図は小
型モータ用シャフトの正面図、第２図は第１図のｎ−ｎ
矢視縦断面図、第３図は小型モータの完成状態における
部分縦断面図、第４図はブラシ取付装置の要部縦断面図
、第５図は小型モータ用シャフトの第２実施例を示す部
分縦断面図、第６図は従来例に係る小型モータ用シャフ
ト及びコンミュテータの斜視図である。 １は小型モータ用シャフト、１０はコンミュテータ、１
２は軸部、１３ｂ、１３ｃは溝、３１はセグメントであ
る。 特許出願人　　　藤　崎　清　則 ・　　小林寿夫 〃　　加藤平へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　本体をセラミックスで形成し、軸部の直径と略同一
   の直径部分にコンミュテータ用の電気導体からなるセグ
   メント挿入用の溝を形成したことを特徴とする小型モー
   タ用シャフト。 ２　本体をセラミックスで形成し、該セラミックス内に
   導電材料を混合し、適宜な電気導電性を付与してなるこ
   とを特徴とする小型モータ用シャフト。 ３　前記導電材料は、カーボンの粉末であることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の小型モータ用シャ
   フト。