(57)【要約】  燃料ポンプ用のカーボンブラシはブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備え、ブラシ本体はカーボンとポリエーテルエーテルケトンとを主成分とする。燃料ポンプモータを高い電圧で作動させても、異常摩耗が発生しない。
2012101924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシにおいて、
前記ブラシ本体は、カーボンとポリエーテルエーテルケトンとを主成分とすることを特徴とする、燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項２】
ブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が5質量%以上30質量%以下であることを特徴とする、請求項１の燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項３】
ブラシ本体中のカーボンが天然黒鉛であることを特徴とする、請求項１または２の燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項４】
前記ポリエーテルエーテルケトンの平均粒径が15〜35μｍであることを特徴とする、請求項３の燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項５】
ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法において、
前記ブラシ本体を、カーボンとポリエーテルエーテルケトンとを主成分とする混合粉体を圧縮成型し、334℃以上でかつ500℃以下の温度で焼成することにより製造することを特徴とする、燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法。
【請求項６】
平均粒径が15〜35μｍのポリエーテルエーテルケトンとカーボンとの混合粉体を圧縮成型することを特徴とする、請求項５の燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料ポンプ用のカーボンブラシとその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体燃料中で使用するカーボンブラシは燃料ポンプモータに組み込まれ、液体燃料中でコンミテータを摺動相手として摺動する。燃料ポンプ用のカーボンブラシでは、ブラシとコンミテータの間に液体燃料が介在するために、電気的な接触が不安定である。このためブラシとコンミテータとの間に火花が発生しやすく、火花の発生は特にブラシとコンミテータセグメントが離れる摺動後端で著しい。従来のカーボンブラシでは、バインダーのフェノール樹脂は高温で焼成するためほとんど炭化しており、ブラシ組織の主成分であるカーボン粒子をフェノール樹脂の炭化物で結合している。火花が発生すると、フェノール樹脂炭化物は火花によって焼損し、この結果、カーボン粒子が脱落し、ブラシが摩耗する。【０００３】
燃料ポンプモータが低い電圧で動作している間は火花の発生が少ないため、摩耗も大きくならないが、ある電圧を超えると急激にカーボンの脱落が多くなり、摺動後端に面荒れが発生し、凹凸が激しくなる。するとさらに火花が発生しやすくなり、面荒れが著しくなって、ブラシは急激に摩耗して行く。以上のように、燃料ポンプモータを高負荷状態で高い電圧で作動させると、ブラシが短時間で異常に摩耗するいわゆる異常摩耗が発生する。ブラシとコンミテータの寿命は燃料ポンプの重要機能の一つであるため、異常摩耗を確実に排除する必要がある。近年の燃料ポンプモータは、小型で高い燃料圧力を要求されるため、より高速で回転させるために高負荷状態で作動することが多くなっている。そのために異常摩耗が発生するリスクが高まっており、設計上の大きな懸念点となっている。【０００４】
関連する先行技術を示すと、特許文献１（JP２００７−３００７４８A）は燃料ポンプ用のカーボンブラシにTiO2を1〜10質量%添加することにより、整流火花を抑制することを開示している。また特許文献２（JP２００８−４３０２８A）は、カーボンブラシにモンモリナイトあるいは繊維状のチタン酸カリウムを5〜30質量%添加することにより、整流火花を抑制することを開示している。しかしながら発明者らの実験によると、特許文献１，２のカーボンブラシは、燃料ポンプモータを高電圧で動作させた際の異常摩耗を防止するには不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】JP２００７−３００７４８A
【特許文献２】JP２００８−４３０２８A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の課題は、燃料ポンプモータを高い電圧で作動させても、異常摩耗が発生しないカーボンブラシを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシにおいて、前記ブラシ本体がカーボンとポリエーテルエーテルケトンPEEK[-O-φ-O-φ-CO−φ]n：φはベンゼン環，nは重合度で例えば100-1000程度）とすることを特徴とする。ポリエーテルエーテルケトンは融点が334℃でガラス転移点が143℃の耐熱性の高い熱可塑性樹脂である。ポリエーテルエーテルケトンは耐熱性が高いため、コンミテータとの間の火花放電により焼損しにくい。このため燃料ポンプ用のカーボンブラシに含有させた際に、ブラシの異常摩耗を防止し、ブラシの耐久性を増すことができる。またブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量は好ましくは5質量%以上30質量%以下とし、5質量%未満ではブラシの強度が不足するため耐久性に欠け、30質量%超ではブラシの導電性が低下する。ブラシ本体中のカーボンは電気黒鉛等の人造黒鉛、あるいは非晶質カーボンでも良いが、好ましくは安価で摺動性に優れた天然黒鉛とする。【０００８】
ポリエーテルエーテルケトンの平均粒径は例えば5μｍ以上50μｍ以下とするが、好ましくは15μｍ以上で35μｍ以下、最も好ましくは20μｍ以上で30μｍ以下とする。ポリエーテルエーテルケトンはカーボン粒子間を結合するので、大きすぎる粒子はバインダーとして不効率である。このため平均粒径は50μｍ以下が好ましく、好ましくは35μｍ以下、特に好ましくは30μｍ以下とする。ポリエーテルエーテルケトンの平均粒径の最適値は25μｍ付近に有り、平均粒径は好ましくは15μｍ以上、特に好ましくは20μｍ以上とする。【０００９】
平均粒径が小さすぎるポリエーテルエーテルケトンは異常摩耗を防止する能力が不十分で、平均粒径が大きすぎるポリエーテルエーテルケトンはバインダーとして不効率である。そこで、好ましくは平均粒径が15μｍ以上35μｍ以下、特に好ましくは平均粒径が20μｍ以上30μｍ以下のポリエーテルエーテルケトンと、カーボンとの混合粉体を圧縮成型する。【００１０】
またこの発明は、ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法において、前記ブラシ本体を、カーボンとポリエーテルエーテルケトンとを主成分とする混合粉体を圧縮成型し、ポリエーテルエーテルケトンの融点である334℃以上でかつ500℃以下の温度で焼成することにより製造することを特徴とする。なお圧縮成型と焼成は同じ型内で行っても、ブラシ本体を圧縮成型の型から取り出して別のステップとして行っても良く、焼成雰囲気は空気中、窒素中、還元雰囲気中等任意である。ポリエーテルエーテルケトンは500℃以下の焼成では実質的には分解しないが、好ましくは焼成温度は融点の334℃以上で400℃以下とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、燃料ポンプ用カーボンブラシの異常摩耗を防止し、燃料ポンプの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例のカーボンブラシの正面図
【図２】実施例と比較例でのカーボンブラシの摩耗量を示す特性図
【図３】実施例と比較例でのコンミテータの摩耗量を示す特性図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。本発明は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、かつ実施例に当業者に公知の事項を加えて変形できる。
【実施例】
【００１４】
平均粒径30μｍの天然黒鉛粉末９２質量%に対し、平均粒径25μｍのPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂８質量%を配合し、ブレンダーで均一に混合して配合粉を得る。この配合粉を粉末圧縮成型機で3×10４Ｎ／ｃｍ2の圧力で成型し、配合粉を成型したものを型から取り出して空気中で350℃（最高温度の保持時間は60分）で熱処理してブラシ素材を得た。このブラシを切削加工機で図１の形状に加工し、リード線を銅粉止めで取り付けてブラシ完成品とした。PEEKは[-O−φ−φ-CO-φ-]n（φはベンゼン環）の構造の熱可塑性樹脂で、融点は334℃、ガラス転移点は143℃である。350℃での焼成によりPEEK粒子は溶融して天然黒鉛粒子間を接続する。また焼成雰囲気は任意で、焼成時の最高温度は、PEEKの融点である334℃以上で、PEEKの熱分解を避けるため500℃以下が好ましく、400℃以下での焼成が特に好ましい。またPEEKの含有量はブラシ本体に対し5質量%以上30質量%以下が好ましく、カーボンは天然黒鉛が好ましいが、非晶質カーボン、あるいは電気黒鉛等の人造黒鉛でも良い。焼成温度はポリエーテルエーテルケトンの融点の334℃以上で500℃以下が好ましく、特に好ましくはポリエーテルエーテルケトンの融点以上で400℃以下とする。図１にカーボンブラシ２の構造を示し、４は前記のブラシ本体で、６はリード線、８はコンミテータとの摺動面である。【００１５】
比較例のカーボンブラシを製造した。平均粒径30μｍの天然黒鉛粉末80質量%に、天然黒鉛80質量%に対して20質量%のフェノール樹脂ワニスをメタノールに溶かしたものをミキサーで混練、乾燥、粉砕して開口の一辺が198μｍの篩いを通過させ、配合粉を得た。この配合粉を粉末圧縮成型機で3×10４Ｎ／ｃｍ2の圧力で成型し、還元雰囲気中、電気炉で800℃に加熱して焼成しブラシ素材を得た。他は実施例と同様にして、比較例のカーボンブラシとした。【００１６】
実施例と比較例のカーボンブラシを以下の条件で試験した。カーボンブラシをカーボンコンミテータを備えた燃料ポンプモータに組み込み、さらにそのモータを燃料ポンプに組み込んだ。レギュラーガソリン中に浸漬されている燃料ポンプに対して、最初に14Vの電圧を印加し、48Hr経過ごとに1Vずつ電圧を上昇させ、48Hrずつ一定の電圧を加えて動作させた。最終の印加電圧を19V、総運転時間を288Hrとし、２個のポンプを用いて試験を行い、48Hr経過ごとにモータを一旦停止させて、カーボンブラシの磨耗量およびコンミテータの磨耗量を測定した。カーボンブラシの摩耗量を図２に、コンミテータの摩耗量を図３に示す。【００１７】
図２，図３から明らかなように、比較例では燃料ポンプモータに加える電圧を16V以上にすると、カーボンブラシ、コンミテータ共に異常摩耗が発生した。実施例では、時間と共にカーボンブラシ及びコンミテータの摩耗量が増大するものの、異常摩耗には至らなかった。このようにポリエーテルエーテルケトンをバインダーとして使用することにより、高負荷時に高電圧で燃料ポンプモータを動作させた際の、異常摩耗を防止できることが分かった。
【符号の説明】
【００１８】
２          カーボンブラシ
４          ブラシ本体
６          リード線
８          摺動面
【図１】
2012101924.tif 000003
【図２】
2012101924.tif 000004
【図３】
2012101924.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月13日(2012.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシにおいて、
前記ブラシ本体は、天然黒鉛とポリエーテルエーテルケトンとを主成分とし、ブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が５質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする、燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記ポリエーテルエーテルケトンの平均粒径が１５〜３５μｍであることを特徴とする、請求項１の燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項５】
ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法において、
前記ブラシ本体を、天然黒鉛とポリエーテルエーテルケトンとを主成分とする混合粉体を圧縮成型し、３３４℃以上でかつ５００℃以下の温度で焼成することにより製造し、かつブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量を５質量％以上３０質量％以下にすることを特徴とする、燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法。
【請求項６】
平均粒径が１５〜３５μｍのポリエーテルエーテルケトンと天然黒鉛との混合粉体を圧縮成型することを特徴とする、請求項５の燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月25日(2013.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシにおいて、
前記ブラシ本体は、天然黒鉛とポリエーテルエーテルケトンとを主成分とし、ブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が5質量%以上30質量%以下であることを特徴とする、燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項２】
前記ポリエーテルエーテルケトンの平均粒径が15〜35μｍであることを特徴とする、請求項１の燃料ポンプ用のカーボンブラシ。
【請求項３】
ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法において、
前記ブラシ本体を、天然黒鉛とポリエーテルエーテルケトンとを主成分とする混合粉体を圧縮成型し、334℃以上でかつ500℃以下の温度で焼成することにより製造し、かつブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量を5質量%以上30質量%以下にすることを特徴とする、燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法。
【請求項４】
平均粒径が15〜35μｍのポリエーテルエーテルケトンと天然黒鉛との混合粉体を圧縮成型することを特徴とする、請求項３の燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明は、ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシにおいて、前記ブラシ本体は、天然黒鉛とポリエーテルエーテルケトン(PEEK[-O-φ-O-φ-CO−φ]n：φはベンゼン環，nは重合度で例えば100-1000程度）とを主成分とし、ブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量が5質量%以上30質量%以下であることを特徴とする。ポリエーテルエーテルケトンは融点が334℃でガラス転移点が143℃の耐熱性の高い熱可塑性樹脂である。ポリエーテルエーテルケトンは耐熱性が高いため、コンミテータとの間の火花放電により焼損しにくい。このため燃料ポンプ用のカーボンブラシに含有させた際に、ブラシの異常摩耗を防止し、ブラシの耐久性を増すことができる。またブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量は好ましくは5質量%以上30質量%以下とし、5質量%未満ではブラシの強度が不足するため耐久性に欠け、30質量%超ではブラシの導電性が低下する。ブラシ本体中の天然黒鉛は電気黒鉛等の人造黒鉛、あるいは非晶質カーボンでも良いが、好ましくは安価で摺動性に優れた天然黒鉛とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
またこの発明は、ブラシ本体とブラシ本体に接続されたリード線とを備える燃料ポンプ用のカーボンブラシの製造方法において、前記ブラシ本体を、天然黒鉛とポリエーテルエーテルケトンとを主成分とする混合粉体を圧縮成型し、ポリエーテルエーテルケトンの融点である334℃以上でかつ500℃以下の温度で焼成することにより製造し、かつブラシ本体中のポリエーテルエーテルケトンの含有量を5質量%以上30質量%以下にすることを特徴とする。なお圧縮成型と焼成は同じ型内で行っても、ブラシ本体を圧縮成型の型から取り出して別のステップとして行っても良く、焼成雰囲気は空気中、窒素中、還元雰囲気中等任意である。ポリエーテルエーテルケトンは500℃以下の焼成では実質的には分解しないが、好ましくは焼成温度は融点の334℃以上で400℃以下とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
平均粒径30μｍの天然黒鉛粉末９２質量%に対し、平均粒径25μｍのPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂８質量%を配合し、ブレンダーで均一に混合して配合粉を得る。この配合粉を粉末圧縮成型機で3×10４Ｎ／ｃｍ2の圧力で成型し、配合粉を成型したものを型から取り出して空気中で350℃（最高温度の保持時間は60分）で熱処理してブラシ素材を得た。このブラシを切削加工機で図１の形状に加工し、リード線を銅粉止めで取り付けてブラシ完成品とした。PEEKは[-O−φ−0−φ-CO-φ-]n（φはベンゼン環）の構造の熱可塑性樹脂で、融点は334℃、ガラス転移点は143℃である。350℃での焼成によりPEEK粒子は溶融して天然黒鉛粒子間を接続する。また焼成雰囲気は任意で、焼成時の最高温度は、PEEKの融点である334℃以上で、PEEKの熱分解を避けるため500℃以下が好ましく、400℃以下での焼成が特に好ましい。またPEEKの含有量はブラシ本体に対し5質量%以上30質量%以下が好ましく、カーボンは天然黒鉛が好ましいが、非晶質カーボン、あるいは電気黒鉛等の人造黒鉛でも良い。焼成温度はポリエーテルエーテルケトンの融点の334℃以上で500℃以下が好ましく、特に好ましくはポリエーテルエーテルケトンの融点以上で400℃以下とする。図１にカーボンブラシ２の構造を示し、４は前記のブラシ本体で、６はリード線、８はコンミテータとの摺動面である。
【国際調査報告】
2012101924.tif 000006
2012101924.tif 000007