(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径が５〜１００μｍ、含有量が０．１〜５．０質量％であるタルクを含有したカーボンブラシ。
【請求項２】
平均粒子径が５〜５００μｍ、含有量が７０〜９０質量％である黒鉛粉末をさらに含有した請求項１記載のカーボンブラシ。
【請求項３】
平均粒子径が５〜１００μｍ、含有量が０．１〜５．０質量％であるタルクを含有した樹脂硬化型カーボンブラシ。
【請求項４】
平均粒子径が５〜５００μｍ、含有量が７０〜９０質量％である黒鉛粉末をさらに含有した請求項３記載の樹脂硬化型カーボンブラシ。
【請求項５】
樹脂またはピッチ成分が炭化され、平均粒子径が５〜１００μｍ、含有量が０．１〜５．０質量％であるタルクを含有したカーボンブラシ。
【請求項６】
平均粒子径が５〜５００μｍ、含有量が７０〜９０質量％である黒鉛粉末をさらに含有した請求項５記載のカーボンブラシ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流子を用いる小型モーターに組み込んで使用されるカーボンブラシに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の樹脂硬化型カーボンブラシは、特許文献１に開示されるように、フィラーとなる天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛粉末と、バインダーとなるフェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を混練し、成形、硬化してカーボンブラシとしている。
【０００３】
また、カーボンブラシに油及び／又は油化合物を含有する樹脂に無機質粉末を添加混合した樹脂の皮膜を形成してブラシの表面エネルギー及び固渋現象を防止することが特許文献２に提案されている。
【０００４】
カーボンブラシ素子片を接着せしめる材料に蝋石または滑石粉末を混合したものを用い接着させ、カーボンブラシの電流経路を長くし、リアクタンス電圧を抑制することが特許文献３に提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５８−２６１５６号公報
【特許文献２】
特開平３−１７８５４３号公報
【特許文献３】
特公昭２８−６０５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらカーボンブラシは、長時間使用していると、カーボンブラシ自身が高温となり、これに伴って、ブラシ特性が低下する恐れがあった。また、特に樹脂硬化型カーボンブラシは、使用時に整流子表面に被膜を形成しやすく、カーボンブラシと整流子間における摩擦係数増大によりモーターの吸込仕事率及び寿命等のモーター特性が低下する要因の一つになっていた。
【０００７】
また、カーボンブラシに油及び／又は油化合物を含有する樹脂に無機質粉末を添加混合した樹脂の皮膜を形成すると一時的にその効果は有するものの、長期間にわたってその効果を継続することはできない。また、添加する無機質粉末の種類によっては整流子表面が荒損し、モーター特性が低下する場合があった。
【０００８】
これに加え、特許文献３に提案されている場合においても、これら粉末量が微量かつ整流子との接触面積がわずかであるため、粉末による皮膜形成までには至らず、タルク皮膜形成による長寿命化等の効果は薄いものであった。
【０００９】
さらに、近年、特に樹脂硬化型カーボンブラシを使用したモーターの吸込仕事効率及び寿命の向上が強く要求されてきている。
【００１０】
そこで本発明は、高い吸込仕事効率、長寿命化及び整流子表面の荒損防止が可能なカーボンブラシを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明に係るカーボンブラシは、カーボンブラシにおいて、フィラーと、バインダーとなる熱硬化性樹脂またはピッチにタルクが含有されてなるカーボンブラシを要旨とする。さらに、前記タルクの含有量が０．１〜５．０質量％であることを要旨とする。
【００１２】
本発明の請求項１に係るカーボンブラシについて以下に説明する。フィラーとしては、鱗状あるいは土状黒鉛等の天然黒鉛、あるいは、キッシュ黒鉛、熱分解炭素、膨張黒鉛等の人造黒鉛を平均粒子径が５〜５００μｍとなるように粉砕した黒鉛粉末が好適に使用できる。フィラーの平均粒子径が５μｍよりも小さいと基材の強度低下となるため好ましくなく、５００μｍを越えると粒子離脱が発生する原因となるため好ましくない。また、黒鉛粉末以外に石油コークス、石炭コークス等もフィラーとして使用できる。
【００１３】
バインダーとしては一般的に熱硬化性樹脂としては市販されている液状もしくは粉末状のフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂等が使用できる。また、樹脂以外にピッチ等もバインダーとして使用できる。
【００１４】
タルクは市販されているものを好適に使用できるが、平均粒子径としては５〜１００μｍの粉末を使用することが好ましく、更に５〜７０μｍの粉末が好ましい。平均粒子径が５μｍよりも小さいと強度低下となり、平均粒子径が１００μｍよりも大きいと、粒子離脱原因となるため好ましくない。
【００１５】
本発明の請求項２，３に係る樹脂硬化および炭化型カーボンブラシの製造方法としては、（１）所定量のフィラーと熱硬化性樹脂またはピッチとタルクを混合した混合物を成形、熱処理して熱硬化性樹脂結合型カーボンブラシを得る方法や、（２）フィラーと熱硬化性樹脂とを混合、成形、熱処理したカーボンブラシ基材にタルクを分散させた溶液を含浸させる方法等が例示できる。
【００１６】
具体的に本発明に係る樹脂硬化および炭化型カーボンブラシの製造方法を例示すると下記のようになる。フィラーとして平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛７０〜９０質量％と、バインダーとして熱硬化性樹脂及び／またはピッチを１０〜３０質量％の用意する。さらに、これらの総量に対して平均粒子径が５０μｍのタルクを０．１〜５質量％、好ましくは、０．３〜３質量％、さらに好ましくは、０．５〜２質量％添加し、室温〜２００℃で混練する。この混練物を所定の粒子径になるように粉砕後、５０〜３００ＭＰａで成形し、熱処理して本発明に係る樹脂結合型カーボンブラシとする。
【００１７】
本発明では、フィラーと熱硬化性樹脂にタルクを０．１〜５質量％添加したカーボンブラシとしたので潤滑性および整流性能が向上し、高吸込仕事効率および長寿命化となる。
【００１８】
【実施例】
以下に、本発明を具体例に基づき説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
（実施例１）
（人造黒鉛＋熱硬化性樹脂＋タルク０．５質量％添加）
平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛８３質量％に、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を１７質量％、及びこの総量に対して平均粒子径が５０μｍのタルクを０．５質量％添加し、これを１００℃で混練した。この混練物を粉砕、１００ＭＰａで成形後、１８０℃で熱処理させてカーボンブラシを得た。
【００２０】
（実施例２）
（人造黒鉛＋熱硬化性樹脂＋タルク１．０質量％添加）
平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛８３質量％に、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を１７質量％、及びこの総量に対して平均粒子径が５０μｍのタルクを１．０質量％添加し、これを１００℃で混練した。この混練物を粉砕、１００ＭＰａで成形後、１８０℃で熱処理させたカーボンブラシを得た。
【００２１】
（実施例３）
（人造黒鉛＋熱硬化性樹脂＋タルク２.０質量％添加）
平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛８３質量％に、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を１７質量％、及びこの総量に対して平均粒子径が５０μｍのタルクを２．０質量％添加し、これを１００℃で混練した。この混練物を粉砕、１００ＭＰａで成形後、１８０℃で熱処理させてカーボンブラシを得た。
【００２２】
（実施例４）
（人造黒鉛＋ピッチ＋タルク０．５質量％添加）
平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛７０質量％に、バインダーとしてピッチを３０質量％、及びこの総量に対して平均粒子径が５０μｍのタルクを０．５質量％添加し、これを２００℃で混練した。この混練物を粉砕、１００ＭＰａで成形後、６５０℃で熱処理させてカーボンブラシを得た。
【００２３】
（比較例１）
（人造黒鉛＋熱硬化性樹脂）
平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛８３質量％に、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を１７質量％、これを１００℃で混練した。この混練物を粉砕、１００ＭＰａで成形後、１８０℃で熱処理させてカーボンブラシを得た。
【００２４】
（比較例２）
（人造黒鉛＋ピッチ）
平均粒子径が５０μｍの人造黒鉛７０質量％に、バインダーとしてピッチを３０質量％、これを２００℃で混練した。この混練物を粉砕、１００ＭＰａで成形後、６５０℃で熱処理させてカーボンブラシを得た。
【００２５】
上記実施例１から３と、比較例１のカーボンブラシの物理特性を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003702279.tif 000002
【００２７】
また、上記実施例１から３と、比較例１のカーボンブラシを、以下に示す試験モーター及び試験条件でカーボンブラシの性能試験を行った。
電圧：ＡＣ１００Ｖ  ６０Ｈｚ
運転条件：連続運転
圧力：３５ｋＰａ
試験環境：室温４０〜４５℃、湿度３０％以下
【００２８】
上記条件におけるカーボンブラシの特性試験の結果をまとめて表２に示す。
【００２９】
【表２】
0003702279.tif 000003
【００３０】
実施例４と比較例２のカーボンブラシの物理特性を表３に示す。
【００３１】
【表３】
0003702279.tif 000004
【００３２】
電圧：ＡＣ２３０Ｖ  ６０Ｈｚ
運転条件：断続運転
圧力：５０ｋＰａ
試験環境：室温２０〜４５℃、湿度３０％以下
【００３３】
上記条件におけるカーボンブラシの特性試験の結果をまとめて表４に示す。
【００３４】
【表４】
0003702279.tif 000005
【００３５】
表２より、実施例１から実施例３に係るカーボンブラシは、高い吸込仕事効率及び寿命が大幅に向上していることがわかる。また、表４より、実施例４に係るカーボンブラシは、寿命が向上しかつ整流火花が抑制されていることがわかる。また、表２および表４の整流子摩耗率からタルクを含有することにより整流子に荒損が発生していないこともわかる。
【００３６】
【発明の効果】
フィラーとバインダーにタルク粉末を添加し混練、粉砕、成形、熱処理したカーボンブラシとすることによってタルクの有する潤滑性及び整流性能向上によって吸込仕事率が向上し、かつ長寿命のカーボンブラシとすることができる。