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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6169507
(24)【登録日】2017年7月7日
(45)【発行日】2017年7月26日
(54)【発明の名称】ＤＣモータ
(51)【国際特許分類】
H02K 23/66 20060101AFI20170713BHJP
H02K 13/00 20060101ALI20170713BHJP
H02K 23/00 20060101ALI20170713BHJP
【ＦＩ】
H02K23/66 A
H02K13/00 Q
H02K13/00 X
H02K23/00 B
【請求項の数】5
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2014-29580(P2014-29580)
(22)【出願日】2014年2月19日
(65)【公開番号】特開2014-195395(P2014-195395A)
(43)【公開日】2014年10月9日
【審査請求日】2014年4月11日
【審判番号】不服2016-13040(P2016-13040/J1)
【審判請求日】2016年8月30日
(31)【優先権主張番号】特願2013-35910(P2013-35910)
(32)【優先日】2013年2月26日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000113791
【氏名又は名称】マブチモーター株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100109047
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 雄祐
(74)【代理人】
【識別番号】100109081
【弁理士】
【氏名又は名称】三木 友由
(72)【発明者】
【氏名】橋本 康弘
(72)【発明者】
【氏名】鵜澤 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】中村 啓次
【合議体】
【審判長】
久保 竜一
【審判官】
堀川 一郎
【審判官】
遠藤 尊志
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭６２−２８２４０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
H02K 23/66
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブラシと整流子との間の火花の発生を抑制する円環状のバリスタを備えたＤＣモータであって、
前記バリスタは、
コミテータ片同士の間に接続されている巻線と並列となるように、隣り合う電極が前記コミテータ片同士の間に接続されており、
Ｅ１０値が１３〜１８．４Ｖであり、隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ×Ｎ（前記ＤＣモータが備えるコミテータ片の数をｎ１、前記バリスタの電極数をｎ２とした場合、Ｎ（整数）＝（ｎ１／ｎ２））以上であり、
前記ブラシは、金属ブラシであり、
該ＤＣモータの停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成されていることを特徴とするＤＣモータ。
前記バリスタは、
コミテータ片同士の間に接続されている巻線と並列となるように、隣り合う電極が前記コミテータ片同士の間に接続されており、
Ｅ１０値が１３〜１８．４Ｖであり、隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ×Ｎ（前記ＤＣモータが備えるコミテータ片の数をｎ１、前記バリスタの電極数をｎ２とした場合、Ｎ（整数）＝（ｎ１／ｎ２））以上であり、
前記ブラシは、金属ブラシであり、
該ＤＣモータの停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成されていることを特徴とするＤＣモータ。
【請求項2】
整流子のスリットとコアの磁極の位相とが同じであることを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ。
【請求項3】
ブラシと整流子との間の火花の発生を抑制する円環状のバリスタを備えたＤＣモータであって、
前記バリスタは、
コミテータ片同士の間に接続されている巻線と並列となるように、隣り合う電極が前記コミテータ片同士の間に接続されており、
Ｅ１０値が１．５〜３．５Ｖであり、隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ×Ｎ（前記ＤＣモータが備えるコミテータ片の数をｎ１、前記バリスタの電極数をｎ２とした場合、Ｎ（整数）＝（ｎ１／ｎ２））以上であり、
前記ブラシは、金属ブラシであり、
該ＤＣモータの停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成されており、
整流子のスリットとコアの磁極の位相とが同じであることを特徴とするＤＣモータ。
前記バリスタは、
コミテータ片同士の間に接続されている巻線と並列となるように、隣り合う電極が前記コミテータ片同士の間に接続されており、
Ｅ１０値が１．５〜３．５Ｖであり、隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ×Ｎ（前記ＤＣモータが備えるコミテータ片の数をｎ１、前記バリスタの電極数をｎ２とした場合、Ｎ（整数）＝（ｎ１／ｎ２））以上であり、
前記ブラシは、金属ブラシであり、
該ＤＣモータの停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成されており、
整流子のスリットとコアの磁極の位相とが同じであることを特徴とするＤＣモータ。
【請求項4】
前記整流子は、前記ブラシとの摺動部が銀含有金属で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
【請求項5】
前記バリスタは、ディスク状のセラミックバリスタであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＤＣモータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、様々な装置や製品の駆動源としてＤＣモータが用いられている。例えば、プリンタや複写機等の事務機器、電動シェーバー用途等の様々な家電製品、自動車の各種電装部品の用途（ステアリングロック等）で採用されている。
【0003】
ＤＣモータのうちブラシを備えたものは、回転する整流子にブラシを摺動接触させてロータの巻線に電流を流しつつその方向を切り替えている。このようなモータでは、回転時の整流子の断続によって誘導される高電圧によって火花が発生し、ブラシ・整流子の消耗やノイズ発生の原因となる。そのため、これらの現象を抑制するためにバリスタを備えたＤＣモータが知られている。
【0004】
ＤＣモータに使用されるバリスタは、一般的に、バリスタに１０ｍＡの電流が流れる電圧（以下、適宜「Ｅ１０値」と称する。）を基準に選定される。例えば、駆動電圧が１２Ｖのモータの場合、Ｅ１０値が１３〜１６．５Ｖのバリスタが使用されている。
【0005】
このようなバリスタを用いたモータとして、板バネブラシと整流子とセラミックバリスタとを備え、セラミックバリスタのＥ１０値がモータの駆動電圧の１．５倍以上３倍以下であるとされる小型ＤＣモータがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平１１−２８５２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、本発明者らが鋭意検討したところ、Ｅ１０値が所望の範囲に含まれる同種のバリスタを用いたＤＣモータにおいて、モータの使用用途によっては、モータの寿命に大きなばらつきが生じていることを見いだした。そのため、従来のＥ１０値のみを用いた選定では所望のバリスタを適切に選別することが困難な場合がある。
【0008】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、適切なバリスタを用いて所望のモータ寿命を満たすＤＣモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のＤＣモータは、ブラシと整流子との間の火花の発生を抑制するバリスタを備えている。バリスタは、Ｅ１０値が１３〜１８．４Ｖであり、隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ×Ｎ（前記ＤＣモータが備えるコミテータ片の数をｎ１、バリスタの電極数をｎ２とした場合、Ｎ＝（ｎ１／ｎ２））以上である。ブラシは、金属ブラシである。ＤＣモータは、その停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成されている。ここで、測定するバリスタの電極は、任意の隣り合う電極間でよい。
【0010】
この態様によると、ブラシと整流子との間の火花摩耗が低減され、モータの寿命が向上する。また、高入力が想定される用途では、火花摩耗低減の効果がより高まる。
【0011】
ＤＣモータは、正転動作及び逆転動作での使用を想定して構成されていてもよい。ここで、「正転動作及び逆転動作での使用」とは、単に両方向に回転できるという動作だけでなく、用途に応じた構成がなされている場合を含む。例えば、ブラシや整流子片のスリットの位置が、積極的に進角や遅角となる位置に設定されていない（いわゆる中性位置）場合である。
【0012】
本発明の別の態様もまた、ＤＣモータである。このＤＣモータは、ブラシと整流子との間の火花の発生を抑制するバリスタを備えている。バリスタは、隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ×Ｎ（前記ＤＣモータが備えるコミテータ片の数をｎ１、バリスタの電極数をｎ２とした場合、Ｎ＝（ｎ１／ｎ２））以上である。ブラシは、金属ブラシである。ＤＣモータは、その停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成されている。ＤＣモータは、正転動作及び逆転動作での使用を想定して構成されている。ここで、測定するバリスタの電極は、任意の隣り合う電極間でよい。
【0013】
この態様によると、ブラシと整流子との間の火花摩耗が低減され、モータの寿命が向上する。また、このように高入力が想定される用途では、火花摩耗低減の効果がより高まる。
【0015】
整流子は、ブラシとの摺動部が銀含有金属で構成されていてもよい。バリスタは、ディスク状のセラミックバリスタであってもよい。
【0016】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、モータの使用用途によらずに適切なバリスタを選定することができる。これにより、ブラシと整流子との間の火花摩耗が低減され、モータの寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本実施の形態に係るＤＣモータの一部破断面図である。
【図2】ブラシとコミテータとの摺動部近傍を拡大した模式図である。
【図3】ロータをシャフトの軸方向から見たブラシとコミテータとの接触状態を説明するための模式図である。
【図6】ＤＣモータを摩耗試験した場合の負ブラシの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。
【図7】ＤＣモータを摩耗試験した場合のコミテータの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。
【図8】ＤＣモータを電動シェーバーでの使用を想定して摩耗試験した場合の負ブラシの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。
【図9】ＤＣモータを電動シェーバーでの使用を想定して摩耗試験した場合のコミテータの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。
【図10】ブラシとコミテータとの位置関係が進角位置となっている状態を示す模式図である。
【図11】停動電流Ｉｓの異なる６つのＤＣモータを摩耗試験した場合の負ブラシの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。
【図12】停動電流Ｉｓの異なる６つのＤＣモータを摩耗試験した場合のコミテータの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。
【図14】静電容量が異なるバリスタを用いたモータについて所定の寿命試験を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【0020】
（ＤＣモータ）図１は、本実施の形態に係るＤＣモータの一部破断面図である。図２は、ブラシとコミテータとの摺動部近傍を拡大した模式図である。図１に示すＤＣモータ１０は、２極３溝モータであり、筒状のハウジング１２の内壁にマグネット１４が１個または複数個配置されている。マグネット１４は、内側に磁極（Ｎ極及びＳ極）が位置するように配置されており、ハウジング１２の内壁の周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に並んでいる。
【0021】
ハウジング１２の中央部にはロータ１６が配置されている。ロータ１６は、シャフト１８、コア２０と、巻線２２と、コミテータ（整流子）２４と、バリスタ２６とを備える。シャフト１８は、軸受２８ａ，２８ｂを介して、ロータ１６を支持する回転軸である。また、シャフト１８は、出力軸としても機能する。
【0022】
コア２０は、複数の鋼板が積層されたものであり、その中心にはシャフト１８が貫通した状態で固定されている。巻線２２は、コア２０の溝２０ａに巻き回されており、電流が流れることで磁力を生じさせる。
【0023】
コミテータ２４は、コア２０と同様にシャフト１８に固定されている。コミテータ２４は、接触するブラシ３０を通して通電される電流を巻線２２に適切なタイミングで流す接点である。ブラシ３０は、例えば、貴金属等を主成分とするフォーク状の金属ブラシである。また、ブラシ３０の可撓部にはダンパ（紙面裏側に配置：不図示）が取り付けられている。なお、ブラシは、カーボンブラシの場合もありうる。一方、コミテータ２４は、例えば、ブラシ３０との摺動部が銀含有金属で構成されている。
【0024】
ブラシ３０は、端子となるブラシベース３２と接続された状態で、ブラシホルダ３４に固定されている。ブラシホルダ３４は、ハウジング１２内に装着される。そして、エンドベル３６でハウジング１２の開口部が蓋をされる。
【0025】
バリスタ２６は、コア２０とコミテータ２４との間に配置されており、コミテータ２４とブラシ３０との間での火花の発生を抑制し火花摩耗を低減する素子である。バリスタ２６には、例えば、ディスク状のセラミックバリスタが用いられる。
【0026】
図３は、ロータをシャフトの軸方向から見たブラシとコミテータとの接触状態を説明するための模式図である。図３に示すように、コミテータ２４は、３つのコミテータ片２４ａ，２４ｂ，２４ｃからなる。そして、図３では、一対のブラシ３０の一方のブラシ３０ａが一つのコミテータ片２４ａと接触し、他方のブラシ３０ｂが他の一つのコミテータ片２４ｂと接触している。そして、コミテータ２４が回転することで、各ブラシ３０ａ，３０ｂと接触するコミテータ片が入れ替わり、整流が行われる。
【0027】
次に、ブラシとコミテータとの間の火花摩耗について説明する。図４（ａ）は、ブラシとコミテータとの間で生じる火花摩耗を模式的に示した図、図４（ｂ）は、ブラシの摩耗箇所を模式的に示した図、図４（ｃ）は、コミテータの摩耗箇所を模式的に示した図である。
【0028】
図４（ａ）に示すように、コミテータ２４とブラシ３０との接触部３８では、ロータの回転により、それまでブラシ３０と接触していた一つのコミテータ片が離間する際に火花が発生することがある。その結果、図４（ｂ）に示すように、ブラシ３０ｂの接触部４０には摩耗が生じている。また、図４（ｃ）に示すように、コミテータ２４の外側領域の一部領域４２にも摩耗が生じている。このような摩耗について、本発明者らが鋭意検討したところ、適切な特性のバリスタ２６を用いることで改善できることを見いだした。
【0029】
はじめに、摩耗深さの定義について説明する。図５（ａ）は、図４（ａ）のブラシ３０ｂとコミテータ２４との接触領域におけるブラシ３０ｂの摩耗部分の拡大図、図５（ｂ）は、図４（ａ）のブラシ３０ｂとコミテータ２４との接触領域におけるコミテータ２４の摩耗部分の拡大図である。
【0030】
図５（ａ）に示す摩耗深さｄ１は、ブラシ３０ｂの摺動部において、火花等の発生で生じる摩耗が最も深い領域の値である。図５（ｂ）に示す摩耗深さｄ２は、コミテータ片２４ｂの摺動部において、火花等の発生で生じる摩耗がコミテータの径方向において最も深い領域の値である。
【0031】
ブラシ３０ｂの摩耗深さｄ１やコミテータ２４の摩耗深さｄ２は、モータの構成やバリスタの特性に大きく依存することを本発明者らは見いだした。以下、試験結果に基づいて適切なバリスタの構成やモータの構成について説明する。
【0032】
図１４は、静電容量が異なるバリスタを用いたモータについて所定の寿命試験を行った結果を示す図である。グループＬのバリスタは、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が２．５〜３．４ｎＦのものであり、グループＨのバリスタは、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５〜８．５ｎＦのものである。静電容量の測定電圧は１Ｖｒｍｓとした。また、測定には一般的なＬＣＲメータを用いた。寿命試験は、自動車の電装部品の一つであるステアリングロックの動作を想定したモードで行った。
【0033】
試験条件は、各バリスタをＤＣモータに装着し、常温下で電圧を１３Ｖにして負荷状態で通電する。負荷は約１８０ｇ・ｃｍとした。通電条件は、モータを一方向に回転させるようにし、０．２ｓ通電、７．３ｓ停止（停止時、ショートブレーキあり。）を連続して３８０００サイクルまで行った（モード１）。モード１において３８０００サイクルに達する前にブラシやコミテータの摩耗が許容量を超えた場合は、そこまでのサイクル数が寿命となる。
【0034】
モータの一方向の断続回転動作が３８０００サイクルまで達した場合、モータが他方向に回転するように通電条件を変更する。具体的には、常温下で電圧を１４Ｖにして負荷状態で通電する。負荷は約２１ｇ・ｃｍとした。この際の通電条件は、モータを他方向に回転させるようにし、０．３ｓ通電、２．７ｓ停止（停止時、ショートブレーキあり。）を連続して３８０００サイクルまで行った（モード２）。モード２において３８０００サイクルに達する前にブラシやコミテータの摩耗が許容量を超えた場合は、モード１でのサイクル数を含めたそれまでのサイクル数が寿命となる。
【0035】
そして、モード１及びモード２を交互に繰り返しながら、ブラシやコミテータの摩耗が許容量を超えるまで寿命試験を行った。その結果、図１４に示すように、１ＭＨｚ測定時の静電容量が比較的低いグループＬ（静電容量が２．５〜３．４ｎＦ）のバリスタを用いたモータ（サンプル数Ｎ＝３）では、サイクル数は、３３０００サイクル、３３０００サイクル、２６０００サイクルであった。一方、１ＭＨｚ測定時の静電容量が比較的高いグループＨ（静電容量が７．５〜８．５ｎＦ）のバリスタを用いたモータ（サンプル数Ｎ＝３）では、サイクル数は、１５２０００サイクル、２２１０００サイクル、１６５０００であった。このような結果から、バリスタの１ＭＨｚ測定時の静電容量の相違が、モータの寿命（ブラシやコミテータの摩耗寿命）に大きく影響を与えることが予想される。
【0036】
なお、この寿命試験で用いたモータは、コミテータの位置が中性（進角でも遅角でもない位置）で設定してある。図１５は、ブラシとコミテータとの位置関係が中性位置となっている状態を示す模式図である。図１５に示すように、ロータ１６では、回転方向において、コミテータ２４のスリット２４ｄとコア２０の磁極の位相とが同じになるように構成されている。つまり、このようなロータを備えるＤＣモータは、正転動作及び逆転動作での使用を想定して構成されていることになる。
【0037】
（摩耗試験１）図６は、ＤＣモータを摩耗試験した場合の負ブラシの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。図７は、ＤＣモータを摩耗試験した場合のコミテータの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。試験に用いたＤＣモータは、例えば、後述する図１３に示す構成であり、車両電装品（例えばステアリングロック機構）の駆動に用いられるものであり、停動電流Ｉｓが約２．６Ａである。ここで、停動電流Ｉｓとは、回転中のモータの負荷を増加させて、モータの回転が停止した時の電流値である。
【0038】
摩耗試験は、以下の条件で行った。はじめに、Ｅ１０値が１３〜１８．４Ｖのバリスタを用意した。そして、各バリスタの任意の隣り合う電極間の静電容量を１ＭＨｚで測定し、静電容量に応じて７つのグループ（Ａ〜Ｇ）に分けた。グループＡは静電容量が２．５〜３．４ｎＦ（１ＭＨｚ測定時、以下、適宜省略する。）のもの、グループＢは静電容量が４．２〜４．８ｎＦのもの、グループＣは静電容量が５．１〜５．５ｎＦのもの、グループＤは静電容量が５．６〜６．１ｎＦのもの、グループＥは静電容量が６．６〜７．０ｎＦのもの、グループＦは静電容量が７．５〜８．０ｎＦのもの、グループＧは静電容量が８．０〜８．５ｎＦのものである。静電容量の測定電圧は１Ｖｒｍｓとした。また、測定には一般的なＬＣＲメータを用いた。各グループでのサンプル数Ｎは３である。
【0039】
そして、各バリスタをＤＣモータに装着し、常温下で電圧を１３Ｖにして負荷状態で通電する。負荷は約１８０ｇ・ｃｍとした。通電条件は、モータを一方向に回転させるようにし、０．２ｓ通電、７．３ｓ停止（停止時、ショートブレーキあり。）を２００００サイクル行った。その際の負荷時の電流は、約１．９Ａである。その後、各モータから負ブラシ３０ｂとコミテータ２４とを取り出し摩耗深さｄ１，ｄ２を測定し、グループ毎にその範囲と平均値とを算出した。
【0040】
図６に示すように、負ブラシの摩耗深さｄ１は、グループＡ〜グループＥ（静電容量が７ｎＦ以下）のバリスタを用いたＤＣモータの場合において非常に大きく、７５μｍ程度である。一方、静電容量が７ｎＦを超えているグループＦ，Ｇ（静電容量が７．５ｎＦ以上）のバリスタを用いたＤＣモータでは、負ブラシの摩耗深さｄ１は、非常に小さくなっており、２０〜２５μｍ程度である。
【0041】
また、図７に示すように、コミテータの摩耗深さｄ２は、グループＡ〜グループＥ（静電容量が７ｎＦ以下）のバリスタを用いたＤＣモータの場合において非常に大きく、７０〜８０μｍ程度である。一方、静電容量が７ｎＦを超えているグループＦ，Ｇ（静電容量が７．５ｎＦ以上）のバリスタを用いたＤＣモータでは、コミテータの摩耗深さｄ２は、非常に小さくなっており、３５〜４０μｍ程度である。
【0042】
このように、Ｅ１０値が一定の範囲のバリスタを用いたにもかかわらず、ブラシやコミテータ摩耗の程度が大きく異なる場合がある。つまり、ブラシやコミテータの摩耗は、Ｅ１０値のみには余り依存しないことがわかる。
【0043】
つまり、Ｅ１０値が１３〜１８．４Ｖであり、静電容量が７．０ｎＦより大きい（より好ましくは７．５ｎＦ以上）バリスタを用いたＤＣモータでは、コミテータ２４や負ブラシ３０ｂの火花摩耗が約１／２〜１／３まで低減されるため、モータの寿命が向上する。
【0044】
（摩耗試験２）次に、摩耗試験１とは異なる試験条件である摩耗試験２の場合について説明する。図８は、ＤＣモータを電動シェーバーでの使用を想定して摩耗試験した場合の負ブラシの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。図９は、ＤＣモータを電動シェーバーでの使用を想定して摩耗試験した場合のコミテータの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。試験に用いたＤＣモータは、例えば、図１に示す構成であり、停動電流Ｉｓが約７Ａである。
【0045】
また、ここで用いたモータは、コミテータの位置が進角で設定してある。図１０は、ブラシとコミテータとの位置関係が進角位置となっている状態を示す模式図である。図１０に示すように、ロータ１６では、回転方向において、コミテータ２４のスリット２４ｄがコア２０の磁極の位相に対して角度θ進んだ位置となるように構成されている。つまり、このようなロータを備えるＤＣモータは、一方向での使用を想定して構成されていることになる。
【0046】
摩耗試験は、以下の条件で行った。はじめに、Ｅ１０値が１．５〜３．５Ｖ程度のバリスタを用意した。そして、各バリスタの任意の隣り合う電極間の静電容量を１ＭＨｚで測定し、静電容量に応じて４つのグループ（Ａ’〜Ｄ’）に分けた。グループＡ’は静電容量が２５ｎＦ程度のもの、グループＢ’は静電容量が１７ｎＦ程度のもの、グループＣ’は静電容量が１１ｎＦ程度のもの、グループＤ’は静電容量が６ｎＦ程度のものである。なお、グループＥ’はバリスタがない場合である。静電容量の測定電圧は１Ｖｒｍｓとした。また、測定には一般的なＬＣＲメータを用いた。各グループでのサンプル数Ｎは３である。
【0047】
そして、各バリスタ（グループＡ’〜Ｄ’）をＤＣモータに装着し、常温下で電圧を１．１Ｖにして負荷状態で通電する。負荷は約１３ｇとした。通電条件は、モータを一方向に回転させるようにし、１２０ｓ通電、２ｓ停止（停止時、ショートブレーキなし。）を２２００サイクル行った。その際の負荷時の電流は、約１．９Ａである。その後、各モータから負ブラシ３０ｂとコミテータ２４とを取り出し摩耗深さｄ１，ｄ２を測定し、グループ毎にその範囲と平均値とを算出した。
【0048】
図８に示すように、負ブラシの摩耗深さｄ１は、グループＤ’（静電容量が６ｎＦ程度）のバリスタを用いたＤＣモータの場合、あるいはバリスタを用いていない（グループＥ’）ＤＣモータの場合において大きく、３０μｍ程度である。一方、静電容量が６ｎＦを超えているグループＡ’〜Ｃ’（静電容量が７．５ｎＦ以上、より好ましくは静電容量が１１ｎＦ以上）のバリスタを用いたＤＣモータでは、負ブラシの摩耗深さｄ１は、小さくなっており、２０μｍ程度である。
【0049】
また、図９に示すように、コミテータの摩耗深さｄ２は、バリスタを用いていない（グループＥ’）ＤＣモータの場合において非常に大きく、１００μｍを超えている。一方、静電容量が６ｎＦを超えているグループＡ’〜Ｄ’（静電容量が６ｎＦ以上）のバリスタを用いたＤＣモータでは、コミテータの摩耗深さｄ２は、非常に小さくなっており、２０μｍ程度である。
【0050】
つまり、Ｅ１０値が１．５〜３．５Ｖであり、静電容量が６．０ｎＦより大きい（より好ましくは７．５ｎＦ以上）バリスタを用いたＤＣモータであって、正転動作または逆転動作のいずれかの回転方向のみでの使用を想定して構成されているものであっても、コミテータ２４やブラシ３０の火花摩耗が低減されるため、モータの寿命が向上する。
【0051】
（摩耗試験３）次に、停動電流Ｉｓが異なる６種類のＤＣモータについて、それぞれ静電容量の異なるバリスタを用いて摩耗試験を行った。図１１は、停動電流Ｉｓの異なる６つのＤＣモータを摩耗試験した場合の負ブラシの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。図１２は、停動電流Ｉｓの異なる６つのＤＣモータを摩耗試験した場合のコミテータの摩耗深さとバリスタの静電容量との関係を示す図である。試験に用いたＤＣモータは、例えば、後述する図１３に示す構成であり、車両電装品（例えばステアリングロック機構）の駆動に用いられるものである。
【0052】
モータＭ１は停動電流Ｉｓが１．５Ａ、モータＭ２は停動電流Ｉｓが１．８Ａ、モータＭ３は停動電流Ｉｓが２Ａ、モータＭ４は停動電流Ｉｓが２．２Ａ、モータＭ５は停動電流Ｉｓが２．４Ａ、モータＭ６は停動電流Ｉｓが３Ａのものである。それぞれのモータについて、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量の異なるグループＬ（静電容量２．５〜３．５ｎＦ）とグループＨ（静電容量７．５ｎＦ〜８．３ｎＦ）のバリスタを用いて摩耗試験を行った。静電容量の測定電圧は１Ｖｒｍｓとした。また、測定には一般的なＬＣＲメータを用いた。なお、各グループのバリスタを用いたモータのサンプル数Ｎは３である。
【0053】
摩耗試験は、以下の条件で行った。はじめに、Ｅ１０値が１３〜１８．４Ｖのバリスタを用意し、各バリスタをＤＣモータに装着し、常温下で電圧を１３Ｖにして負荷状態で通電する。通電条件は、モータを一方向に回転させるようにし、０．２ｓ通電、７．３ｓ停止（停止時、ショートブレーキあり。）を１００００サイクル行った。その際の負荷時の電流は、約０．６Ａである。その後、各モータから負ブラシ３０ｂとコミテータ２４とを取り出し摩耗深さｄ１，ｄ２を測定し、グループ毎にその範囲と平均値とを算出した。
【0054】
図１１に示すように、負ブラシの摩耗深さｄ１は、モータＭ１（Ｉｓ＝１．５Ａ）やモータＭ２（Ｉｓ＝１．８Ａ）においては、グループＬ、グループＨのいずれのバリスタを用いても、摩耗深さに大きな違いは生じなかった。一方、モータＭ３〜モータＭ６（Ｉｓ＝２Ａ〜３Ａ）においては、グループＬよりもグループＨのバリスタを用いた方が、摩耗深さが減少している。特に、モータＭ６（Ｉｓ＝３Ａ）においては、グループＬよりもグループＨのバリスタを用いた方が、摩耗深さの減少がより大きくなっている。
【0055】
また、図１２に示すように、コミテータの摩耗深さｄ２は、モータＭ１（Ｉｓ＝１．５Ａ）やモータＭ２（Ｉｓ＝１．８Ａ）においては、グループＬ、グループＨのいずれのバリスタを用いても、摩耗深さに大きな違いは生じなかった。一方、モータＭ３〜モータＭ６（Ｉｓ＝２Ａ〜３Ａ）においては、グループＬよりもグループＨのバリスタを用いた方が、摩耗深さが減少している。特に、モータＭ６（Ｉｓ＝３Ａ）においては、グループＬよりもグループＨのバリスタを用いた方が、摩耗深さの減少がより大きくなっている。
【0056】
このように、停動電流Ｉｓが１．５Ａを超えるように構成されているＤＣモータ、より好ましくは、停動電流Ｉｓが２．０Ａ以上となるように構成されているＤＣモータのように、高入力が想定される用途では、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．５ｎＦ以上のバリスタを用いることで、火花摩耗低減の効果がより高まる。
【0057】
上述のように、停動電流Ｉｓが２Ａ以上となるように構成され、金属ブラシが用いられているＤＣモータの場合、摩耗はＥ１０値のみに依存せずに、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量（７．５ｎＦ以上）に依存することがわかる。
【0059】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すＤＣモータ１１０は、４極６溝モータである点が図１に示すＤＣモータ１０と大きく異なる。ＤＣモータ１１０は、筒状のハウジング１１２の内壁にマグネット１１４が１個または複数個配置されている。マグネット１１４は、内側に磁極（Ｎ極及びＳ極）が位置するように配置されており、ハウジング１１２の内壁の周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に並んでいる。
【0060】
ハウジング１１２の中央部にはロータ１１６が配置されている。ロータ１１６は、シャフト１１８、コア１２０と、巻線１２２と、コミテータ（整流子）１２４と、バリスタ１２６とを備える。シャフト１１８は、軸受１２８ａ，１２８ｂを介して、ロータ１１６を支持する回転軸である。また、シャフト１１８は、出力軸としても機能する。
【0061】
コア１２０は、複数の鋼板が積層されたものであり、その中心にはシャフト１１８が貫通した状態で固定されている。巻線１２２は、コア１２０の溝１２０ａに巻き回されており、電流が流れることで磁力を生じさせる。
【0062】
コミテータ１２４は、コア１２０と同様にシャフト１１８に固定されている。コミテータ１２４は、接触するブラシ１３０を通して通電される電流を巻線１２２に適切なタイミングで流す接点である。ブラシ１３０は、例えば、貴金属等を主成分とするフォーク状の金属ブラシである。また、ブラシ１３０の可撓部にはダンパ１３１が取り付けられている。なお、ブラシは、カーボンブラシの場合もありうる。一方、コミテータ１２４は、例えば、ブラシ１３０との摺動部が銀含有金属で構成されている。
【0063】
ブラシ１３０は、端子となるブラシベース１３２と接続された状態で、ブラシホルダ１３４に固定されている。ブラシホルダ１３４は、ハウジング１１２内に装着される。そして、エンドベル１３６でハウジング１１２の開口部が蓋をされる。
【0064】
バリスタ１２６は、コア１２０とコミテータ１２４との間に配置されており、コミテータ１２４とブラシ１３０との間での火花の発生を抑制し火花摩耗を低減する素子である。バリスタ１２６には、例えば、ディスク状のセラミックバリスタが用いられる。
【0065】
次に、バリスタの電極数およびコミテータ片の数と、バリスタの好適な静電容量との関係を説明する。例えば、図１に示すＤＣモータ１０においては、コミテータ片の数ｎ１が３、バリスタの電極数ｎ２が３である。図１６は、図１に示すＤＣモータ１０の回路構成の一例を示す図である。図１７（ａ）は、電極が３極のディスクバリスタの上面図、図１７（ｂ）は、電極が６極のディスクバリスタの上面図である。
【0066】
図１６では、図１７（ａ）に示す３極のディスクバリスタを用いた場合について説明する。なお、本実施の形態に係るディスクバリスタは、例えば、チタン酸ストロンチウムを主成分とするものである。チタン酸ストロンチウムは、誘電率が高いため、コンデンサ兼用バリスタとして用いられる。
【0067】
コミテータ２４は、各コミテータ片２４ａ，２４ｂ，２４ｃの一部と、バリスタ２６の各電極２６ａ，２６ｂ，２６ｃとが接続されている。各電極は、互いに隙間を設けて円弧状に形成されている。また、コミテータ２４の他部と巻線２２が接続されている。詳述すると、コミテータ片２４ａとコミテータ片２４ｂとの間に巻線２２ａが接続されており、コミテータ片２４ｂとコミテータ片２４ｃとの間に巻線２２ｂが接続されており、コミテータ片２４ｃとコミテータ片２４ａとの間に巻線２２ｃが接続されている。なお、図１７（ａ）に示すバリスタ２６は、外径が１０〜１１ｍｍ程度、内径が６〜７ｍｍ程度である。また、バリスタ２６の電極１つ当たりの面積は、約１２．６ｍｍ２である。
【0069】
コミテータ１２４は、円筒を回転方向に６つに分割した円弧状のコミテータ片１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆを有する。また、巻線１２２は、コア１２０の６つのティースに巻き回された６つの巻線１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ，１２２ｅ，１２２ｆを有する。また、バリスタ１２６は、互いの間に隙間が設けられている６つの円弧状の電極１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ，１２６ｅ，１２６ｆを有する。
【0070】
コミテータ１２４は、各コミテータ片１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ，１２４ｆの一部と、バリスタ１２６の各電極１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ，１２６ｅ，１２６ｆとが接続されている。また、コミテータ１２４の他部と巻線２２が接続されている。詳述すると、コミテータ片１２４ａとコミテータ片１２４ｅとの間に巻線１２２ａ，１２２ｄが接続されており、コミテータ片１２４ｂとコミテータ片１２４ｆとの間に巻線１２２ｂ，１２２ｅが接続されており、コミテータ片１２４ｃとコミテータ片１２４ｄとの間に巻線１２２ｃ，１２２ｆが接続されている。なお、図１７（ｂ）に示すバリスタ１２６は、外径が８．６ｍｍ±０．２ｍｍ程度、内径が４．９ｍｍ±０．１ｍｍ程度である。また、バリスタ１２６の電極１つ当たりの面積は、約６．３ｍｍ２である。なお、バリスタの静電容量を高めるためには電極１つ当たりの面積を広くすればよいが、バリスタが大きくなってしまう。そこで、好ましくは、バリスタ１２６の電極１つ当たりの面積は、６．３ｍｍ２以下であるとよい。
【0071】
図１６や図１８に示すように、コミテータ片の数ｎ１とバリスタの電極数ｎ２とが同じ（Ｎ＝（ｎ１／ｎ２）＝１）ＤＣモータの場合、前述したように、バリスタは、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．０ｎＦより大きい（より好ましくは７．５ｎＦ以上である）とよい。
【0072】
次に、コミテータ片の数ｎ１（６片）とバリスタの電極数ｎ２（３極）とが異なる場合について説明する。図１９は、図１３に示すＤＣモータ１１０の回路構成の変形例を示す図である。なお、バリスタが３極である以外は、図１８に示す回路と同じである。
【0073】
このように、コミテータ片の数ｎ１がバリスタの電極数ｎ２の整数倍（Ｎ＝（ｎ１／ｎ２）＝２）のＤＣモータの場合、バリスタは、任意の隣り合う電極間の１ＭＨｚ測定時の静電容量が７．０ｎＦ×Ｎより大きい（より好ましくは７．５ｎＦ×Ｎ以上である）とよい。
【0074】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【0075】
１０ ＤＣモータ、 １２ ハウジング、 １４ マグネット、 １６ ロータ、 １８ シャフト、 ２０ コア、 ２０ａ 溝、 ２２ 巻線、 ２４ コミテータ、 ２６ バリスタ、 ３０ ブラシ、 ３８，４０ 接触部、 １１０ ＤＣモータ、 １１２ ハウジング、 １１４ マグネット、 １１６ ロータ、 １１８ シャフト、 １２０ コア、 １２０ａ 溝、 １２２ 巻線、 １２４ コミテータ、 １２６ バリスタ、 １３０ ブラシ。