(57)【要約】【課題】従来、直流モータの小型化に対応するために、Ｕ字形状に折曲げた刷子をモータの中心線に対称に配置することで、刷子のストロークの確保と、２本の刷子間に整流子を組込む作業の作業性の向上を図ろうとする構成としていたが、この構成では、整流子と刷子の接触角度が１８０°より小さくなるので、モータの誘起電圧の落ち込みの増大を生じモータの出力が小さくなるという課題がある。【解決手段】Ｕ字形状の刷子１の先端部に更に折曲部５を設けることにより、整流子２と刷子の接点角度が１８０°で接触することが可能となる。これにより、誘起電圧波形の落ち込みを低減でき、モータトルクの変動を低減できる。【選択図】図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板バネに整流子との摺動部分を貴金属にてクラッドしてなる刷子を備える小型直流モータにおいて、この刷子は略Ｕ字形状に形成され、正負のそれぞれの電極をなす一対の刷子がモータの中心線から線対称に配設されており、前記刷子のＵ字形状の曲げ部から整流子との摺動部分を含み刷子の先端に向かう間に、さらにＵ字内側方向に曲げた折曲部を形成し、一対の刷子の前記折曲部が互いに平行に構成された小型直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
主として電池駆動機器で特に携帯電子機器やゲーム用など家庭用電子機器に用いられる小型直流モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電池駆動機器で特に携帯電子機器やゲーム用など家庭用電子機器に用いられる小型直流モータは機器の軽量化、薄型化に伴い非常な小型化が進んでいる。これに対応するために、整流子を２本の刷子の間に組み込む構造についても工夫が必要となっている。
【０００３】
一般に刷子付きの直流モータにおいては、整流子を２本の刷子の間に組み込む際には、組み込む前に刷子の間隔を整流子の直径より広げた状態で保持しておき、整流子を挿入後保持を解除して刷子を整流子表面に弾接させる構造が採用されている（例えば、特許文献１の第２頁、図２参照）。
【０００４】
図４に前記特許文献１に記載された、従来の刷子分け（刷子の間隔を整流子の直径より広げる作業）の例（以下第１の従来技術）を示す。
【０００５】
図４において、４１は刷子台、４２は刷子台４１に固定される刷子端子、４３はその刷子端子４２に固着される刷子、また４７はロータ部中心に位置するシャフト、４８はシャフト４７外周に位置するコミュテータ（整流子）であり、４５は刷子台端面に成形された刷子分け棒挿入用の孔をそれぞれ示している。
【０００６】
しかしながら、このような従来のモータの刷子分け方法では、モータの小型化に対応するため刷子のストロークが短くなるので、刷子の弾性限界を越えて塑性変形を起こす領域まで変位をかけざるを得ない、あるいは、刷子分け棒挿入用の孔を形成するスペースの確保も困難であるという大きな問題があった。
【０００７】
そこで、上記特許文献１に記載された第１の従来技術の有する課題を解決するための方法のひとつとして、刷子を折り曲げてストロークを確保し、刷子をモータの径方向に移動可能な構成とすることにより、組立時は刷子をコミュテータ（整流子）面より放しておき、組立後に刷子をコミュテータ（整流子）面に当接させるものがある（例えば特許文献２の第２頁、第２図参照）。
【０００８】
図５は前記特許文献２に記載された従来の小型直流モータの構造を示す（以下第２の従来技術）。図５において、モータハウジング５１に対し、刷子台ホルダ５２内で摺動可能な刷子台５３を組込み、これをモータハウジング５１に装着し、刷子台組込み時には刷子台５３に配置したＡｇ−Ｐｄ−Ａｕ−Ｐｔ−Ｃｕ合金製の線刷子５４がコミュテータ５５に当接しない状態にし、次に電機子コミュテータ部分５５を挿入する。
【０００９】
しかし、上記第２の従来技術の構成では、刷子のストロークは確保できるものの、刷子をモータの径方向に移動するスペースを必要とする。また、２本の刷子が相対的になす角度が９０゜であることから、この刷子とコミュテータの組合せが適用できるのは固定子側のマグネットの着磁極数が４極の場合に限定される。一般に着磁を施す場合に、Ｎ極とＳ極の境界に無着磁部分が発生することが避けられないので、マグネットを小径化する際にはこの無着磁部分のロスの影響が増大する。従って、着磁極数は最低の２極にすることが望ましい。以上の理由により、モータの小型化を進める上で障害があるという課題がある。
【００１０】
この第２の従来技術の課題を解決するために、刷子の先端を略Ｕ字形状になる様に折り曲げてモータ中心をはさんで対称に配置し、整流子をこの先端の曲面に沿って挿入することにより刷子分け作業を無くした上で、２極着磁のマグネットが採用できる構成が提案されている（例えば特許文献３の第４頁、図４参照）。
【００１１】
図６は前記特許文献３に記載された従来の小型直流モータの構造を示す（以下第３の従来技術）。図６において、刷子６１を概略Ｕ字形状に曲げ、それをモータ中心をはさんで対称になるように二つの刷子６１をブラケット６７に固定し、それぞれの刷子６１に外部から電源入力が可能なようにブラシ端子６３と導通するように固着する構成としている。このような構成にすると、刷子６１のＵ字曲げの曲げ方向の両刷子６１のセンター部から整流子を挿入することにより刷子６１間のギャップを広げるなどの作業をすることなく刷子６１の組立体と整流子を組み立てることが可能となる。
【特許文献１】特開平７−１１５７５２号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５２２５４５号公報
【特許文献３】特開平１１−１３６９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら上記従来の構成では、整流子を２本の刷子の間に挿入するときに、刷子のＵ字形状の先端の曲げ部の間隔を整流子の直径より大きく設定する必要があった。さもないと、整流子が刷子の先端に当たり、刷子の変形を生じる虞があった。従って、刷子のＵ字形状の先端の曲げ部の半径は小さな半径としなければならない。そして、半径を小さくすると、２本の刷子は先端から内側に向かって間隔が狭くなるテーパー状の構成となり、整流子と正極、負極の刷子接点間の角度である接触角が１８０゜となる位置は非常に限定された範囲となり、組み込んだときの刷子と整流子の接触角が１８０°より小さな角度で接する構成となる。そのため、モータコイルへの電気通電タイミングがずれることになる。電気通電タイミングがずれると誘起電圧リップルが大きくなり無駄なエネルギーを消費することになり、結果、モータ出力が低下し、電流値が高くなり、また整流子に加わる電圧変動が大きくなると整流子の磨耗が大きくなりモータ寿命が短くなるなどの課題がある。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり整流子を刷子の間に組立てる工程が簡易で誘起電圧リップルを最小化し低電流、高出力、長寿命化が可能な小型直流モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明は、板バネに整流子との摺動部分を貴金属にてクラッドしてなる刷子を備える小型直流モータにおいて、この刷子は略Ｕ字形状に形成され、正負のそれぞれの電極をなす一対がモータの中心線から線対称に配設されており、前記刷子の略Ｕ字形状の曲げ部から整流子との摺動部分を含み刷子の先端に向かう間に、さらにＵ字内側方向に曲げた折曲部を形成し、一対の刷子の前記折曲部が互いに平行に構成することにより、刷子と整流子の接触点間の角度が１８０°となるように構成された小型直流モータである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１記載の発明によれば、刷子と整流子の接触角を１８０°にすることができるので、誘起電圧の落ち込みを小さくでき無駄なエネルギーを消費することがなく、結果、モータ出力が増加し、電流値を低くし回転数のばらつきも小さくなる。また整流子に加わる電圧変動と電流が小さくなるので整流子の磨耗が小さくなりモータ寿命が長くな
る。また、組立性についても、刷子を広げる作業を必要としないことから簡易な組立を実現でき、刷子を広げる作業がないため刷子にダメージを与える可能性がなく、ブラケットに穴を開ける必要がないのでブラケットの構成に制約を与えないためブラケットの小型化を容易に実現できるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の発明は、板バネに整流子との摺動部分を貴金属にてクラッドしてなる刷子を備える小型直流モータにおいて、この刷子は略Ｕ字形状に形成され、正負のそれぞれの電極をなす一対の刷子がモータの中心線から線対称に配設されており、前記刷子のＵ字形状の曲げ部から整流子との摺動部分を含み刷子の先端に向かう間に、さらにＵ字内側方向に曲げた折曲部を形成し、一対の刷子の前記折曲部が互いに平行に構成された小型直流モータであり、この構成により、刷子と整流子の接触角を部品のバラツキないし組立誤差等によらず、折曲部の範囲で１８０°にすることができるので、誘起電圧リップルを小さくでき無駄なエネルギーを消費することがなく、結果、モータ出力が増加し、電流値が低くなる。また整流子に加わる電圧変動が小さくなるので整流子の磨耗が少なくなりモータ寿命が長くなる。また、組立性についても、刷子を広げる作業を必要としないことから簡易な組立を実現でき、刷子を広げる作業がないため刷子にダメージを与える可能性がなく、ブラケットに穴を開ける必要がないのでブラケットの構成に制約を与えないためブラケットの小型化を容易に実現できるという作用を有する。
【実施例１】
【００１７】
以下本発明のより具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１において、刷子１は板バネになっており、整流子２との摺動部分に貴金属によるクラッド部３を形成してなる。前期刷子１は、通常先端部を１ａ、１ｂ、１ｃと分割されており、それぞれ分割された刷子１ａ、１ｂ、１ｃが整流子２と接触する。前記刷子１のように先端部を分割することにより、整流子２との接触飛びを低減できる。前記刷子１の分割を３分割で示したが、上記分割数に関係なく先端部を分割すれば接触飛びを低減できる。  また図２において、この刷子１は、概略Ｕ字形をして正負のそれぞれの電極をなす刷子１がモータの中心から線対称に位置するようにケースに取り付けられている。この刷子１はＵ字曲げ部４から整流子との接点部の間にＵ字内側方向に曲げた折曲部５が設けられている。前記折曲部５の曲げ角度βは、整流子２を取り付けたとき、刷子１と整流子２との接触角が１８０°となるように決める。従って、前記βは、Ｕ字曲げ部４のＲ半径と整流子２の径で決まり、この折曲部５が刷子間に整流子を取り付けたとき刷子と整流子の接触角が１８０°で接するような角度としたものである。このことにより、整流子２への通電切り替えのバランスがとれ、誘起電圧リップルを最小限に小さくできる。
【００１９】
図３は、モータの誘起電圧波形を示している。この誘起電圧波形データは、通常モータを外部駆動し、そのモータ端子から発生する電圧を測定したものである。図３（ａ）は、折曲部５を設けない場合、図３（ｂ）は折曲部５を設けた場合のモータの誘起電圧波形を示している。図３（ａ）について説明する。１、２、３、４、５、６、７は刷子が整流子スリットをまたぐ点で、コイルに流れる電流の流れが切り替わる通電切り替え点である。ｘ１、ｙ１、ｘ２、ｙ２、ｘ３、ｙ３はそれぞれの通電切り替え点の幅を示している。図３（ａ）の波形の場合は、図４に示している通り刷子４３と整流子弧片４８との接触角θが１８０°より小さい値となっているため、図３（ａ）の誘起電圧波形での通電切り替えの幅ｘ、ｙが同じでなく、図３（ａ）の場合では、ｘの方が長くｙが短くなっている。このように通電切り替え幅がずれると誘起電圧波形が対称ではなく、ひずみが生じることになり、通電切り替え点（１、２など）で誘起電圧の落ち込みが大きくなる。これに対し図３（ｂ）の場合は、図２のように刷子に折曲部５を設けることにより刷子１の接触角θが１８０°となり、コイルへの相切り替えが適切になされるので、通電切り替え幅ｘ１、ｙ
１、ｘ２、ｙ２、ｘ３、ｙ３が同じ幅となる。ｘ１、ｙ１、ｘ２、ｙ２、ｘ３、ｙ３が同じ幅となることにより、適切な通電が行われ、誘起電圧波形が対称な波形となる。その結果、通電切り替え点１、２、３、４、５、６、７での誘起電圧波形の落ち込みが最小になる。誘起電圧に通電電流を掛け合わせた値がモータのトルクとなるので、誘起電圧が高いほうがモータのトルクが大きくなる。このことから図３（ａ）、図３（ｂ）の誘起電圧波形を比較すると、図３（ａ）の誘起電圧波形の落ち込みが大きくなるため、モータトルクが発生しないことになる。結果、図２に示す折曲部５を有する本発明の構成にすることにより、モータのトルクがアップすると言える。さらにモータトルクが大きくなることによりモータの使用負荷点が同じ場合は電流が下がる。また、モータトルクが大きくなることで機械的負荷変動に対して強くなることとなり、モータの回転数が安定すると言う効果が得られる。また、誘起電圧の変化幅が小さくなることは、整流子２と刷子１に加わる電圧変化も電流変化も小さくなり、整流子２と刷子１の電気磨耗量が減り、モータの寿命が伸びるという効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の小型直流モータは、刷子と整流子の接触角を１８０°にすることができるので、誘起電圧の落ち込みを小さくでき無駄なエネルギーを消費することがなく、結果、モータ出力を増加させ、電流値を低くし、回転数のばらつきも小さくなる。また整流子に加わる電圧変動と電流が小さくなるので整流子の磨耗が小さくなりモータ寿命が長くなる。また、組立性についても、刷子を広げる作業を必要としないことから簡易な組立を実現でき、刷子を広げる作業がないため刷子にダメージを与える可能性がなく、ブラケットに穴を開ける必要がないのでブラケットのデザインに制約を受けることがないのでブラケットの小型化を行えるという有利な効果を有し、携帯端末用の小型、高出力、低電流を必要とする駆動用モータとして有用であり、特に携帯機器の小型振動用モータ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１による小型直流モータの刷子を示す図
【図２】本発明の実施例１による小型直流モータの刷子組立図
【図３】（ａ）本発明の実施例１による小型直流モータの刷子に折曲部を設けない場合の誘起電圧波形を示す波形図（ｂ）本発明の実施例１による小型直流モータの刷子に折曲部を設けた場合の誘起電圧波形を示す波形図
【図４】第１の従来技術による小型直流モータの刷子組立図
【図５】第２の従来技術による従来の小型直流モータの刷子組立図
【図６】第３の従来技術による従来の小型直流モータの刷子組立図
【符号の説明】
【００２２】
１、４３、５４、６１  刷子
１ａ、１ｂ、１ｃ  刷子分割部
２、４８、５５  整流子（コミュテータ）
３  クラッド部
４  Ｕ字曲げ部
５  折曲部
４１、５３  刷子台
４２、６３  刷子端子
４５  刷子分け棒挿入用の孔
４７  シャフト
５１  モータハウジング
５２  刷子台ホルダ
６７  ブラケット
β  曲げ角度
θ  接触角
【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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