(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケース及び該ケースの開口部に配置されるエンドベルと、前記ケースの内周面に取り付けた固定子磁極を構成する対構成のマグネットと、モータシャフト上に回転子磁極及び整流子を備える回転子と、前記エンドベルに固定されかつ前記整流子に摺動する一対のカーボンブラシを含むブラシ装置とを備え、モータの回転を機械的に停止させる停止機構と共に用いる有ブラシモータにおいて、
前記ブラシ装置は、前記一対のカーボンブラシと、これをそれぞれ保持する一対のブラシアームを有し、
前記ブラシアームが有するバネ性によりブラシが摺接する整流子の径方向にブラシを移動可能に、かつ、ブラシが摺接する整流子の接線方向にブラシを移動可能に構成し、
前記ブラシアームは、このブラシアームとそれぞれ結合された一対のブラシベースを有し、前記ブラシアームは前記ブラシベースとの結合端部を、前記エンドベルに固定し、かつ、前記結合端部とは異なる位置で該ブラシアームに湾曲部を設け、
前記ブラシは、整流子回転中心に対するマグネット中心線と整流子回転方向に対して上流側に位置するブラシ前端とのなす角度で表したブラシ位相角が、（0°より大きく8°以下）／固定子磁極対数の範囲にある、
ことを特徴とする有ブラシモータ。
【請求項２】
前記ブラシは、整流子回転中心に対するブラシ前端とブラシ後端のなす角度で表したブラシ幅が、（8°以上16°以下）／固定子磁極対数の範囲にある請求項１に記載の有ブラシモータ。
【請求項３】
前記ブラシは、マグネット中心線と一致させて配置するカーボンブラシであり、かつ、ブラシの整流子摺動面の整流子周方向の幅を狭くするように凸形状に構成した請求項１に記載の有ブラシモータ。
【請求項４】
前記接線方向に移動可能のブラシは、450Hzよりも低い周波数で振動可能にした請求項１に記載の有ブラシモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転を停止機構により機械的に停止させた際に発生する異音を低減した有ブラシモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用ドアロック開閉装置、電動ミラー格納装置など、自動車用電装機器に広く使われている小型モータの中には、所定時間のみ電源がオンされて駆動されるモータがある。このような小型モータは、例えば自動車ドアロックのようなモータ機能を達成した後、電源がオフされる前に、機械的なストッパにより停止する。通常、種々の条件の中でも確実にモータ機能を達成できるように、モータが機械的なストッパにより停止（モータロック）した後、わずかの時間後に電源がオフされるように、モータ電源オン期間は設定されている。言い換えると、小型モータがストッパにより停止後、依然として電源が供給される期間がある。そして、このモータ停止後の電源供給により、モータが振動して異音（高周波ノイズ）が発生することが分かった。発生した異音は、モータ電源がオフとなるまで継続する。
【０００３】
このような異音発生のメカニズムを、特許文献１は、以下のように説明する。図１３は、モータの各回転角度位置での動作を説明する図であり、３個の回転子巻線のそれぞれの両端が、対応する隣接整流子片間に接続されることを示している。一対のブラシは、１８０°間隔の対向配置で、整流子に接触している。但し、このブラシは摩耗していると仮定している。図１３（ａ）に示す位置から矢印方向に進み、（ｂ）に示す位置で、ストッパに当たりモータがロックしたとする。この状態では、依然として電源はオンになっている。次に、図１３（ｃ）に示すように、樹脂製ギヤ等を含む停止機構が有する弾性に基づく反力でモータはわずかに逆転する。この（ｃ）の状態は、（ａ）の状態と同じであり、（ｄ）に示すように再びトルクが上がって回転する。そして、（ｂ）と同じく、ストッパに当たりモータはロックする。この状態は、図１３（ｂ）に示した状態である。そして、前述の動作を繰り返す。
【０００４】
このように、電源オンの間、モータは状態（ｂ）（ｃ）（ｄ）を繰り返し、磁力は変化し、モータは振動して異音を発生することになる。モータがロックして、反力で逆転した状態で、トルクが上がって、上記状態を繰り返すことになる。即ち、モータロック時のモータ回転角度位置が、高トルク位置であると、モータはその角度位置でそのまま停止するので異音は発生しないが、モータロック時のモータ回転角度位置が低トルク位置であると反力で逆転し、モータ回転角度位置が高トルク位置に達すると、上述の説明のようにして異音が発生する。
【０００５】
図１４及び図１５は、トルク上昇について説明する図である。図示したように、３個の整流子片Ａ，Ｂ，Ｃが互いの間にスリットを設けて配置されている。今、図１４（Ａ）に示すように、一対のブラシはそれぞれ、異なる整流子片ＢとＣの上に位置している。一対のブラシの間には、直列接続された２つの巻線と、別の１つの巻線が並列接続されることになる。図１４（Ｂ）は、この状態を示す等価回路図であり、各巻線抵抗をＲとすると、２つのブラシ間の合成抵抗は、２／３Ｒとなる。
【０００６】
次に、モータが図１５（Ａ）に示す状態まで回転したとする。このとき、対向配置されている一方のブラシが、２つの整流子片ＡとＢの間のスリットの上に位置しているとする。このとき、ブラシが摩耗していると、１つの巻線は、このブラシによって短絡されているので、一対のブラシの間には、２つの巻線が並列接続された状態にある。図１５（Ｂ）は、この状態を示す等価回路図である。各巻線抵抗をＲとすると、２つのブラシ間の合成抵抗は、１／２Ｒとなる。このように、図１５の角度位置の方が図１４の角度位置よりも、２つのブラシ間の合成抵抗は小さく、逆に、流れる電流、即ちトルクは大きい。
【０００７】
モータがストッパでロックした時、一方のブラシが２つの整流子片の間のスリットの上に位置していると、大きなトルクが発生して逆転は起こり難いのに対して、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、一方のブラシが２つの整流子片の間のスリットの上に位置していると、大きなトルクで、再び回転を始めることになる。反力で逆転した時のブラシ位置が、整流子片の間のスリットの上に無ければ、トルクは上がらず異音は発生しない。しかし、モータがストッパでロックした時、或いは反力で逆転した時のブラシ位置は、確率的なものであり、ロックした時に整流子間のスリットの上に位置させ、或いは逆転時に整流子片間のスリットの上を避けるようにモータ回転を制御することは事実上困難である。
【０００８】
また、図１６は、特許文献１に開示のブラシアーム形状を示す図である。図示したように、ブラシ装置は、整流子に摺動接触する一対のカーボンブラシと、これをそれぞれ圧入保持する一対のブラシアームと、このブラシアームとかしめ等により結合された一対のブラシベースと、このブラシベースと一体形成の一対のリセプタクル端子とから構成される。このような構成のブラシ装置は、合成樹脂製のエンドベルにおいて、それと一体に形成された柱状部により限定される凹所内に圧入保持される。これによって、ブラシアームの根本側（ブラシベースとの結合側）が固定されることになる。
【０００９】
カーボンブラシは、図示のように、回転子の整流子に適度なブラシ圧で摺動するように、言い換えると、ブラシアームが有するバネ性により整流子の径方向に押圧可能（即ち、移動可能）に構成されているものの、それと直角方向の整流子の接線方向の移動は規制されている。このように、特許文献１に開示のブラシ装置は、一対のブラシ中心を結ぶ線を所定角度傾斜させて配置することにより、モータロック時の異音の発生を防止するものであるが、ブラシアーム根本側の固定自体は通常のように、ブラシの整流子接線方向の移動を規制するように行われている。
【００１０】
また、特許文献２は、カーボンブラシを長時間使用後に摩耗しても、モータ電流波形からパルス出力を安定に出力することを目的として、整流子片１個の周長の２１〜２８％にブラシ幅を設定したカーボンブラシを開示する。さらに、特許文献３は、カーボンブラシのブラシ幅を小さくすることにより、モータの使用時間の経過に関係なく、モータ起動時のスパーク発生を抑制したブラシ装置を開示する。しかし、特許文献２，３のいずれにも、モータロック時の異音発生の防止に関する開示は無い。
【００１１】
さらに、小型モータを自動車用途に用いた場合、車内には種々のシリコーンガス発生源が存在する。例えば、塗料とか化粧品などのシリコーン製品の中に残留しているシロキサンが、常温でシリコーンガスとして発生する。このガスが、整流子面上のカーボンブラシの通電切り替わり時に発生する火花による熱エネルギーによって、分解されて、絶縁物である二酸化ケイ素SiO2が整流子面上に付着し、これによって、通電不良を起こすことが分かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１６７５３７号公報
【特許文献２】特開２００６−２８８１１２号公報
【特許文献３】特開昭６３−２４９４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、ブラシアーム形状及びその固定を工夫することにより、また、カーボンブラシの形状を工夫することにより、モータ停止後の電源供給によりモータが振動して発生するロック時異音を低減することを目的としている。
【００１４】
また、本発明は、カーボンブラシ形状を工夫して、整流子面上の火花発生領域を狭い範囲に限定することにより、火花発生による熱エネルギーを小さくし、これによって、シリコーンガスの分解により生じる二酸化ケイ素SiO2の整流子面上への付着、及び、この付着により生じる不均一摩耗による通電不良を低減して、より耐久性のある小型モータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の有ブラシモータは、モータケース及び該ケースの開口部に嵌着されるエンドベルと、ケースの内周面に取り付けた固定子磁極を構成する対構成のマグネットと、モータシャフト上に回転子磁極及び整流子を備える回転子と、エンドベルに固定されかつ整流子に摺動する一対のブラシを含むブラシ装置とを備え、モータの回転を機械的に停止させる停止機構と共に用いる。ブラシ装置は、一対のブラシと、これをそれぞれ保持する一対のブラシアームと、このブラシアームとそれぞれ結合された一対のブラシベースを有する。ブラシアームはブラシベースとの結合端部を、エンドベルに固定し、かつ、ブラシアームは、それが有するバネ性によりブラシが摺接する整流子の径方向にブラシを移動可能に、かつ、結合端部とは異なる位置で該ブラシアームの根本側に曲げ加工部を有してブラシが摺接する整流子の接線方向にブラシを移動可能に構成した。
【００１６】
ブラシは、マグネット中心線と一致させて配置するカーボンブラシであり、かつ、ブラシの整流子摺動面の整流子周方向の幅を狭くするように凸形状に構成した。ブラシは、整流子回転中心に対するマグネット中心線と整流子回転方向に対して上流側に位置するブラシ前端とのなす角度で表したブラシ位相角が、（０°〜８°）／固定子磁極対数の範囲にある。また、ブラシは、整流子回転中心に対するブラシ前端とブラシ後端のなす角度で表したブラシ幅が、（８°〜１６°）／固定子磁極対数の範囲にある。
【００１７】
曲げ加工部は、ブラシが摺接する整流子の径方向と同方向に取り付けたブラシアームの結合端部をその方向に伸ばした後、該ブラシアームの根本側でブラシ方向に折り曲げて構成した。接線方向に移動可能のブラシは、450Ｈｚよりも低い周波数で振動可能にした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、モータ停止後の電源供給により、モータが振動して発生するロック時異音を低減することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、カーボンブラシ形状を工夫して、整流子表面の火花発生領域を狭い範囲に限定したことにより、整流子表面に生じる不均一摩耗による通電不良を低減して、耐久性を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用することのできる停止機構付メカユニットを例示する図であり、（Ａ）はウォーム減速機部分を断面で示す有ブラシモータの全体図であり、（Ｂ）は停止機構部を拡大して示す断面図である。
【図２】図１のモータ部に使用可能な有ブラシモータの全体を示す部分断面図である。
【図３】（Ａ）は、有ブラシモータのエンドベルの一例を、内部側から見た図であり、（Ｂ）は、その一方のブラシ及びブラシアームを取り出して示す図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、互いに異なる方向から見た同一のカーボンブラシを示す斜視図である。
【図５】カーボンブラシの整流子面への接触を説明する図である。
【図６】図４に例示したような形状を有するカーボンブラシの作用をさらに説明する図であり、（Ａ）（Ｂ）は、それぞれシリコン汚染試験に用いたタイプＡ及びタイプＢのカーボンブラシ形状を示し、（Ｃ）は、これらカーボンブラシを用いたシリコン汚染試験の結果を示すグラフである。
【図７】シリコン汚染のメカニズムを説明する図である。
【図８】図６により説明したシリコン汚染試験後の整流子表面の写真である。
【図９】（Ａ）は、点線で示すマグネットの中心線上に、摩耗の無い初期のカーボンブラシを配置した場合のブラシ切り替わりを説明する図、及び（Ｂ）は、そのときのトルク変動を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、点線で示すマグネット中心線上に、摩耗したカーボンブラシを配置した場合のブラシ切り替わりを説明する図、及び（Ｂ）は、そのときのトルク変動を示す図である。
【図１１】位相角度と異音発生時間の関係を示すグラフである。
【図１２】横軸にカーボン幅を角度で表し、縦軸に異音発生時間の最大を示すグラフである。
【図１３】モータの各回転角度位置での動作を説明する図である。
【図１４】（Ａ）は、ブラシと整流子片の位置関係を示す図であり、（Ｂ）はそのブラシによって接続された巻線の等価回路図である。
【図１５】（Ａ）は、ブラシと整流子片の別の位置関係を示す図であり、（Ｂ）はそのブラシによって接続された巻線の等価回路図である。
【図１６】特許文献１に開示のブラシアーム形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は本発明を適用することのできる停止機構付メカユニットを例示する図であり、（Ａ）はウォーム減速機部分を断面で示す有ブラシモータの全体図であり、（Ｂ）は停止機構部を拡大して示す断面図である。図１（Ａ）において、モータ部は減速機部に取付けられ、そのモータシャフトの先端部は減速機部の軸受で軸止されている。ウォームは、モータシャフトに固定される。ウォームにはウォームホイールが噛み合わされて、モータ部から出力された駆動トルクは、モータシャフトからウォームに伝達され、減速機部においてウォームからウォームホイールに駆動トルクが伝わり、出力軸から外部にトルクが取り出される構成となっている。
【００２２】
図示の有ブラシモータにおいて、停止機構は、出力軸に固定されて出力軸と共に回転するロック用ギヤと、該ギヤの歯車に噛み合う歯車を有して、回転軸を中心として揺動する係合部と、該係合部の揺動を規制して所定位置で停止させるストッパとから構成されている。そして、この有ブラシモータは、例えば自動車ドアロックのようなモータ機能を達成した後、電源がオフされる前に、機械的なストッパにより停止する。即ち、モータが機械的なストッパにより停止（モータロック）した後、わずかの時間後に、電源がオフされるように、モータ電源オン期間は設定されている。なお、図示の停止機構は、モータ回転を減速機部を介してロックさせるものとして例示したが、モータ回転を所定位置でロックする構成であれば、いかなる停止機構も採用しうるものであって、減速機部は必ずしも必要ではない。
【００２３】
図２は、図１のモータ部に使用可能な有ブラシモータの全体を示す部分断面図である。以下の説明において、２極（一対）の固定子磁極及び３極の回転子磁極を有するモータを例に挙げるが、本発明は、４極（二対）の固定子磁極及び６極の回転子磁極を有するモータに対しても適用することができる。この場合、例示した角度を、１／２倍することにより、４極の固定子磁極及び６極の回転子磁極を有するモータにも当てはまる。言い換えると、以下に例示する角度は、固定子磁極対数当たりの角度を示している。金属材料により有底中空筒状に形成されたケースの内周面には、偶数極（例えば２極）の対構成のマグネットが取り付けられている。このケースの開口部は、絶縁材料で成形された（合成樹脂製）エンドベル（ケース蓋）が嵌着されてそれによって閉じられる。エンドベルの中央部には、モータシャフトのための軸受が収容される。
【００２４】
モータシャフトの他端は、有底中空筒状のケースの底部中央に設けられた軸受によって支持されている。このモータシャフトには、積層コア上に巻線を巻回することにより構成される回転子磁極と、整流子とが通常に備えられて、有ブラシモータの回転子を構成している。そして、この整流子に接触する一対のカーボンブラシのそれぞれが、エンドベルに固定されているブラシ装置に取り付けられている。
【００２５】
図３（Ａ）は、有ブラシモータのエンドベルの一例を、内部側から見た図であり、（Ｂ）は、その一方のブラシ及びブラシアームを取り出して示す図である。図示のエンドベルが嵌着されるケースの内周面に取り付けられる２極のマグネットは、図３（Ａ）の水平方向に配置されている。図示したように、ブラシ装置は、整流子に摺動接触する一対のカーボンブラシと、これをそれぞれ圧入保持する一対のブラシアーム（支持手段）と、このブラシアームとかしめ等により結合された一対のブラシベースと、このブラシベースと接続（或いは一体形成）の一対のリセプタクル端子とから構成される。但し、図示の例において、一方のリセプタクル端子とカーボンブラシ間に直列に、ＰＴＣ（正特性サーミスタ）のような過電流を検出して焼損を防止する素子が接続されるものとして例示している。
【００２６】
カーボンブラシは、適度なブラシ圧を得る為にバネ性を有するブラシアームに取付けて、この回転子の整流子に摺動するように構成されている。このような構成のブラシ装置は、合成樹脂製のエンドベルにおいて、それと一体に形成された柱状部により限定される凹所内に圧入保持される。このブラシ装置への電源供給は、一対の外部端子を外部端子挿入口を通してエンドベルの外部より挿入して、一対のリセプタクル端子のそれぞれに電気的に接触させることにより行われる。
【００２７】
図示のカーボンブラシは、図３（Ｂ）中に矢印で示すように、ブラシが摺接する整流子の径方向とそれと直角の接線方向の２方向に移動可能に取り付けられている。これを可能にするために、ブラシアームは、その根本側に曲げ加工部（湾曲部）を有している。即ち、ブラシアームは、ブラシベース先端部との固定（例えば、カシメ固定）側において、上記径方向と同一方向に略平行にして取り付け、その方向に所定距離だけ伸ばした後（図３（Ｂ）中に延長部として図示）、その固定部とは離れた位置で曲げ加工により形成した湾曲部において、カーボンブラシ方向に略直角に折り曲げられる。
【００２８】
図１３〜図１５を参照して説明したように、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、摩耗したブラシの一方が２つの整流子片の間のスリットの上に位置していると、大きなトルクで、再び回転を始めることになる。ロック、逆転、及び再回転を繰り返すことによって異音が発生することになるが、この繰り返しは、カーボンブラシを同じ条件に保持することにより、継続し易くなる。これに対して、カーボンブラシを整流子接線方向に移動（接線方向振動）させて、繰り返し条件を変更することにより、繰り返しは継続せずに、異音は途切れることになる。
【００２９】
なお、従来技術に基づいて作成した有ブラシモータについて、ロック時異音を測定した結果、ある基本周波数で音圧が高く、かつ、そのｎ次倍の周波数でも音圧が高くなることが分かった。その１次の基本周波数は、最小：450Ｈｚ、最大：1600Ｈｚであった。それ故に、この最小周波数よりも低い周波数で、カーボンブラシを接線方向に振動させることにより、基本周波数から外れやすくなって、異音の発生を減少させることができる。カーボンブラシが接線方向に振動する周波数は、ブラシアームのバネ性（板厚、材質）とか、ブラシアーム固定部と湾曲部までの距離（長さ）を変えることにより調整できる。
【００３０】
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、互いに異なる方向から見た同一のカーボンブラシを示す斜視図である。カーボンブラシは、その嵌合部をブラシアーム先端側の対応する箇所に設けた矩形穴に嵌め込み、圧入することにより取り付けられる。このブラシアーム先端側に取り付けられるカーボンブラシの嵌合部は、段差を設けて、ブラシ本体部よりも整流子軸方向に幅を狭くすることにより、構成されている。ブラシ本体部は、整流子摺動面の整流子周方向の幅を狭くするように凸形状に構成されている。
【００３１】
図５は、カーボンブラシの整流子面への接触を説明する図である。カーボンブラシは、マグネット中心線と一致させて配置するものとして図示している（中性位置）。図示のように、カーボンブラシは、ブラシ本体の幅狭の凸形状先端面を、整流子面に摺動させる。摩耗の無い初期のカーボンブラシは、整流子軸方向の線状に接触するが、ブラシ摩耗と共に、整流子摺動面の全面が整流子に摺動接触することになる。さらに、この際、ブラシ摩耗だけでなく、整流子表面も摩耗するが、整流子表面の摩耗は、スリットを中心としたブラシ幅範囲内で大きくなるような不均一摩耗となる。この不均一摩耗は、スリットで電流が切り替わって、火花が発生するためである。
【００３２】
図６は、図４に例示したような凸形状を有するカーボンブラシの作用をさらに説明する図であり、（Ａ）（Ｂ）は、それぞれシリコン汚染試験に用いたタイプＡ、及びタイプＢ（従来技術）のカーボンブラシ形状を示し、（Ｃ）は、これらカーボンブラシを用いたシリコン汚染試験の結果を示すグラフである。（Ａ）に示すタイプＡのカーボンブラシは、図４に例示した凸形状カーボンブラシと同じものであり、（Ｂ）に示すタイプＢのカーボンブラシは従来技術に基づき構成した四角形状カーボンブラシを示している。（Ｃ）は、横軸にタイプＡ及びタイプＢのカーボンブラシを備えた各サンプル５個ずつのモータナンバーを示し、縦軸は、モータが停止するまでのサイクル数を示している。シリコン汚染試験は、シリコーンガス雰囲気中で、各サンプル５個ずつのモータ（4.9mNm負荷時  電流0.6A  回転数10600r/min定格）について行なった。本試験は、１サイクルを、0.2秒正転−2.3秒オフ−0.2秒逆転−2.3秒オフとして、モータが停止するまでのサイクル数をカウントした。試験条件は、端子間電圧14.5V  (DC CONSTANT)、負荷4.9mNm、試験温度：常温、シリコーンガス雰囲気中である。シリコーンガス雰囲気は、常温蒸発するシリコンオイル５ｍｌを、モータを設置した試験槽の中に投入後、３時間放置して揮発させることにより形成した。
【００３３】
図６（Ｃ）のグラフに見られるように、タイプＡの凸形状カーボンブラシは、タイプＢ（従来技術）と対比して明らかに耐久回数が増えており、例えば、最も早く停止したもの同士を比較すれば（6000対19000 サイクル）、３倍以上の耐久回数となっていることが分かる。
【００３４】
図７は、シリコン汚染のメカニズムを説明する図である。シリコーン製品の中で未反応のシロキサンが製品中に残留し、かつ、この残留しているシロキサンの中で、低分子量のものは蒸気圧が高いため、常温でシリコーンガスとして発生する。このガスが、火花発生により生じた熱エネルギーによって、雰囲気中の酸素O2と反応して分解し、絶縁物である二酸化ケイ素SiO2を生じる。このSiO2が、整流子面（モータ接点）上に付着し、通電不良を起こすことになる。Si-Oの結合エネルギー（108kcal/mol）、Si-Cの結合エネルギー（76kcal/mol）、C-Hの結合エネルギー（98kcal/mol）以上の熱エネルギーが加えられると、シリコーンガスは分解する。低分子量のシロキサンとしては、例示のオクタメチルシクロテトラシロキサン[（CH3）2SiO]4以外にも、ドデカメチルペンタシロキサンCH3[（CH3）2SiO]4Si(CH3)3がある。
【００３５】
図８は、図６により説明したシリコン汚染試験後の整流子表面の写真である。（Ａ）は、タイプＡの凸形状カーボンブラシによる火花発生領域を示し、（Ｂ）は、タイプＢ（従来技術）のカーボンブラシによる火花発生領域を示している。いずれも、整流子片間のスリット両側に火花発生領域が生じているが、凸形状のタイプＡのカーボンブラシの方が、四角形状のタイプＢよりも、火花発生領域が狭くなっている。このように、凸形状のタイプＡのカーボンブラシは、火花発生領域が狭くかつ小さくなっていることにより、そこで発生する熱エネルギーも小さくなる。これにより、SiO2の発生を少なくすることができ、その結果として、図８の写真に示されるように、スリットを中心とした整流子表面の不均一摩耗領域が狭く小さなものとなるため、シリコーンガス環境下での延命が可能になる。
【００３６】
上述のように、比較的狭いブラシ幅を有する凸形状カーボンブラシを用いることにより、シリコーンガス環境下で整流子表面の不均一摩耗領域を狭く小さなものとすることができるが、より具体的には、詳細は後述するように、本発明は、ブラシ位相角を（０°〜８°）／固定子磁極対数に、また、ブラシ幅を（８°〜１６°）／固定子磁極対数の角度に設定することにより、シリコーンガス環境下で不均一摩耗を低減した。
【００３７】
次に、ロック時異音の低減について、さらに説明する。図５に示すように、ブラシの整流子摺動面の一方の端を「ブラシ前端」（整流子回転方向に対して上流側）、他方の端を「ブラシ後端」（下流側）と表示している。本明細書において、ブラシ幅は、整流子回転中心に対する整流子面上のブラシ前端とブラシ後端のなす角度で表す。また、ブラシ摩耗時には、このブラシ前端において、整流が切り替わることになるので、ブラシ位相角は、整流子回転中心に対するマグネット中心線とブラシ前端とのなす角度で表す。詳細は後述するように、本発明は、ブラシ位相角を（０°〜８°）／固定子磁極対数に、また、ブラシ幅を（８°〜１６°）／固定子磁極対数の角度に設定することにより、異音の発生を防止することができた。
【００３８】
図１３を参照して前述したように、確率的に決まることであるが、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、摩耗したブラシの一方が２つの整流子片の間のスリットの上に位置していると、大きなトルクで、再び回転を始めることになる。しかし、このような場合であっても、ブラシ位相角及びブラシ幅を上述のように設定することにより、発生トルクの上昇を抑えることができることを、本発明者らは見いだした。以下、図９〜図１０を参照して、ブラシ位相角及びブラシ幅と異音発生との関係について、説明する。
【００３９】
図９（Ａ）は、点線で示すマグネットの中心線上に、摩耗の無い初期のカーボンブラシを配置した場合のブラシ切り替わりを説明する図、及び（Ｂ）は、そのときのトルク変動を示す図である。整流子回転方向は、右回りと仮定しているので、図中（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に回転が進行する。モータ位相とは、マグネットの各磁極の中心位置に対する整流子とブラシの切り替わり位置の関係を示している。周知のように、マグネットの中心線上で切り替わって、整流するのが中性であり、この中性に対しブラシの位置がモータの回転方向と反対側（上流側）にずれた位置で整流するのが進角、そして、中性に対しブラシの位置がモータの回転方向（下流側）にずれた位置で整流するのが遅角である。
【００４０】
図９（Ａ）に示すように、摩耗の無い初期のカーボンブラシと整流子片は、線接触（実際には、図中の奥行き方向に所定の長さを有している）となる。このため、（ｂ）に示すマグネットの中心線上に、整流子片間のスリットが位置するときに、カーボンブラシから流れる電流は、整流子片Ｐから整流子片Ｑに切り替わることになる。
【００４１】
図９（Ｂ）は、摩耗のない初期のカーボンブラシを用いた際のトルク変動を説明する図である。横軸は、時間（角度）を示し、縦軸は発生トルクを示している。周知のように、モータ巻線には、一定値の電源電圧と、逆起電力との差電圧が印加される。ブラシが１つの整流子片Ｐに接触し始めるとき、逆起電力が低いために、実質的に大きな電圧がモータ巻線に印加される。しかし、モータ巻線はインダクタンスを有しているために、電流は、所定の時定数で立ち上がることになる。立ち上がった後の電流は、逆起電力が大きくなるにつれて低下する。トルクもまた電流に比例して低下することになる。そして、ブラシ接触線が、整流子片間のスリットに到達すると、整流子片Ｐを介しての電流はオフとなり、そして、次の整流子片Ｑに対して接触をし始め、また、同様な経過をたどる。
【００４２】
また、図９（Ｂ）は、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、トルク上昇が生じるが、その上昇は小さいことを示している。このように、摩耗のない初期のカーボンブラシを用いて中性位相で整流作用が行われている限り、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、一方のブラシが２つの整流子片の間のスリットの上に位置していても、発生トルクは小さく、それ故に、再び回転を始めることにはならない。
【００４３】
図１０（Ａ）は、点線で示すマグネット中心線上に、摩耗したカーボンブラシを配置した場合のブラシ切り替わりを説明する図、及び（Ｂ）は、そのときのトルク変動を示す図である。整流子回転方向は、右回りと仮定しているので、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の順に回転が進行する。図１０（Ａ）に示すように、摩耗時のカーボンブラシと整流子片は、面接触となる。即ち、ブラシはその幅方向の前端から後端までの全面で接触している。（ａ）に示す状態で、ブラシは、一つの整流子片のみに接触している。次に、（ｂ）に示す状態で、カーボンブラシから流れる電流は、整流子片Ｐ単独から、整流子片Ｐと整流子片Ｑの両方に切り替わることになる。この状態（ｂ）を、切り替りとして表示している。そして、ブラシが完全に整流子片ＰとＱの両方に接触する状態（ｃ）を経て、状態（ｄ）の位置で、ブラシは、整流子片Ｐを離れて、整流子片Ｑのみに接触する。
【００４４】
図１０（Ｂ）は、摩耗したカーボンブラシを用いた際のトルク変動を説明する図である。横軸は、時間（角度）を示し、縦軸は発生トルクを示している。立ち上がった後の電流は、逆起電力が大きくなるにつれて低下する。トルクもまた電流に比例して低下することになる。但し、図１０（Ｂ）においては、ブラシの摩耗分だけ早く電流は切り替わって、整流子片ＰとＱの両方を介して流れる電流により、発生トルクも大きくなる。そして、電流は、状態（ｄ）で、整流子片Ｑ単独に切り替わるために、トルクは急激に低下する。図示のように、トルクが急激に低下した位置（図１０（Ａ）に示す状態（ｄ））或いはその近辺に、ストッパがあると、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、トルク上昇が大きいことを示している。このように、摩耗時のカーボンブラシを用いる場合、その整流作用は、図１０（Ａ）の（ｂ）に示すように、位相角αの進角となる。さらには、前述したような、スリットを中心とした整流子表面の不均一摩耗もまた、進角の原因となる。これによって、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時、確率的なものであるが、一方のブラシが２つの整流子片に同時に接触していると、発生トルクは大きく、それ故に、再び回転を始めることになる。
【００４５】
以上のことより明らかなように、モータがストッパでロックした後の反力で逆転した時の発生トルクの上昇は、位相角αに関係があることが分かる。図１１は、位相角度と異音発生時間の関係を示すグラフである。試験は、各サンプル５個ずつのモータ（4.9mNm負荷時  電流0.6A  回転数10600r/min定格）について行ない、グラフに示している。本試験は、１サイクルを、0.2秒正転−2.3秒オフ−0.2秒逆転−2.3秒オフとして、２分中における異音発生時間（ミリ秒：ｍｓ）を測定した。試験条件(耐久試験の条件)は、端子間電圧13.5V  (DC CONSTANT)、負荷4.9mNm、試験環境：常温常湿(およそ25℃60%RH)である。
【００４６】
上述したように、異音発生は、確率的なものであり、グラフに示すようにバラツキはあるが、位相角度０°〜８°では発生しなかった。位相角度を０°よりもさらに小さくマイナスにすることは、遅角位相を意味するが、遅角は、効率・電気ノイズ・寿命等を悪化させるためにモータにとって好ましくない状態であるとして、通常は用いられない。
【００４７】
図１２は、横軸にカーボン幅を、モータ中心を中心とする角度で表し、縦軸に異音発生時間の最大を示すグラフである。モータを正転、逆転の両方向動作をさせる場合、ブラシは中心線に対して幅方向に対称に構成する必要があり、この場合、カーボン幅角度の半分が位相角度となる。位相角度の下限は、ブラシ幅の下限によって制限を受けることになる。グラフに示すように、８°〜１６°のカーボン幅角度で、異音が発生しなかった。但し、カーボン幅角度の下限は、整流子片間のスリット幅以上にすることが望ましい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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