(57)【要約】【課題】モータに用いられるブラシの磨耗等の原因となる火花放電を発生し難いモータ用ブラシ材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】モータ用ブラシ材料は、黒鉛を主成分として含む焼結体の内部気孔に、銅粒子を担持してある。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛を主成分として含む焼結体の内部気孔に、銅粒子を担持してあるモータ用ブラシ材料。
【請求項２】
前記銅粒子は、非晶質炭素によって前記気孔内に担持されている請求項１に記載のモータ用ブラシ材料。
【請求項３】
黒鉛粒子を有する焼結体の内部気孔内に、銅錯体溶液を低圧含浸する工程と、
前記気孔内において、前記銅錯体を熱分解して銅粒子を生成する工程とを有するモータ用ブラシ材料の製造方法。
【請求項４】
前記銅錯体を熱分解して銅粒子を生成する工程は、酸化雰囲気で前記銅錯体を熱処理し、熱分解させて銅原子を析出させた後、酸化銅を生成する工程と、還元雰囲気で酸化銅を還元処理し、銅粒子に還元する工程とを有する請求項３に記載のモータ用ブラシ材料の製造方法。
【請求項５】
前記銅錯体溶液は、バインダーを有する請求項３または４に記載のモータ用ブラシ材料の製造方法。
【請求項６】
前記バインダーは、前記銅錯体の熱分解温度より高い熱分解温度を有し、前記銅粒子に還元する工程において非晶質炭素に還元される請求項５に記載のモータ用ブラシ材料の製造方法。
【請求項７】
前記銅錯体は、カルボン酸銅錯体である請求項３〜６のいずれか１項にモータ用ブラシ材料の製造方法。
【請求項８】
前記バインダーはフェノール樹脂である請求項５〜７のいずれか１項に記載のモータ用ブラシ材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに用いられるブラシ材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシ付きのモータは、ブラシが整流子に摺接して給電がなされるものである。そして、整流子には、ロータに設けられるコアに巻回されたコイルが接続され、コイルに対して通電がなされると、ロータはハウジング内部にロータと対向して配設された永久磁石との吸引／反発力によって回転する。
【０００３】
上記構成を有するモータでは、モータ駆動時にはブラシと整流子とが摺接することから、その摺接面において磨耗が発生するという問題があり、これまで、モータ駆動時のブラシに対する磨耗を抑えることを目的として、ブラシの材質の変更や、ブラシの硬さの調整等、様々な検討がなされている。
【０００４】
中でも、ブラシ付きのモータを車両用として適用する場合には、モータ用のブラシ材料として、ブラシ寿命を考慮した、黒鉛粒子と銅粒子とを接合溶剤を用いて混合し、焼成する金属黒鉛質ブラシ材料が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の一例としては、フェノール樹脂溶解溶液をバインダーとして用いて天然黒鉛粒子を捏和し、所定形状に造粒した後、得られた黒鉛粒子にブラシに流す電流密度に応じた量の銅粉と必要量の固体潤滑剤とを混合し、所定形状に成形する。そして、得られた成形体は、酸素を遮断した非酸化性雰囲気で焼成される。この場合、黒鉛粒子の表面に被膜として形成した溶解フェノール樹脂は、還元焼成によって炭化して非晶質炭素になり、この非晶質炭素によって黒鉛粒子を結合させる。そして、焼成によって溶解フェノール樹脂溶液の有機物質は二酸化炭素や水蒸気として昇華するため、焼結体の表面及び内部には多数の気孔が形成される。
【特許文献１】特開２００１−２９８９１３号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のモータ用ブラシ材料では、火花放電を発生することが知られている。
【０００７】
例えば、金属黒鉛質ブラシ材料を用いる場合、ブラシが整流子から離れると、ブラシと整流子との微小ギャップ間に電界が印加される。この電界によって金属黒鉛質ブラシ材料を構成する黒鉛粒子からπ電子が遊離分離され、その結果、金属黒鉛質ブラシ材料に電荷が誘起される。そして、この誘起された電荷は導電率が相対的に高い物質、金属黒鉛質ブラシ材料の場合においては銅粉、に向かって移動する。この際、銅粉は電荷を蓄積する能力が小さいため、銅粉に移動した電荷の塊が銅粉の外に向かって放電され、火花放電が発生する。
【０００８】
そして、電荷の塊が放出される放電現象によって、放電の核になる部位近傍において急激に温度が上昇するため、銅粉と黒鉛粒子とが急激に体積膨張し、両者の体積膨張率の違いから銅粉と黒鉛粒子との結合が破壊される。さらに、銅粉は黒鉛に比べ昇華点が低く、先行して昇華するため、銅粉の昇華による体積減少によっても銅粉と黒鉛粒子との結合が破壊される。これにより、黒鉛粒子から銅粉が脱落し、ブラシが摩耗し易くなる。また、火花放電時に放出される電荷量に応じたノイズ信号が発生するという問題もある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、モータに用いられるブラシの磨耗等の原因となる火花放電を発生し難いモータ用ブラシ材料及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のモータ用ブラシ材料の第１特徴構成は、黒鉛を主成分として含む焼結体の内部気孔に、銅粒子を担持してある点にある。
【００１１】
つまり、この構成によれば、火花放電の核の数を著しく増大させると共に、火花放電のエネルギーを分散化させることができるため、一つの火花のエネルギーを縮小させることができる。また、火花の核の体積を著しく小さくし、一つの火花の核にチャージされる電荷量を縮減させることができるため、放出される火花放電のエネルギーを縮減させることができる。
【００１２】
したがって、モータ用ブラシ材料の火花放電による影響を小さくすることができ、モータ用ブラシ材料を用いたブラシの磨耗を低減させることができると共に、放電の電荷量が少なくなるため、火花放電によるノイズ信号レベルも抑えることができる。
【００１３】
本発明のモータ用ブラシ材料の第２特徴構成は、前記銅粒子は、非晶質炭素によって前記気孔内に担持されている点にある。
【００１４】
つまり、この構成によれば、非晶質炭素は、黒鉛粒子近い電気抵抗の値を有し、黒鉛粒子と同様に機械的応力によって破壊されやすいため、ブラシの摺動性を阻害しない。
【００１５】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の第１特徴手段は、黒鉛粒子を有する焼結体の内部気孔内に、銅錯体溶液を低圧含浸する工程と、前記気孔内において、前記銅錯体を熱分解して銅粒子を生成する工程とを有する点にある。
【００１６】
つまり、この手段によれば、銅錯体溶液を低圧含浸することにより、焼結体の内部に形成された気孔内に含浸し、保持することができ、気孔内で銅錯体を熱分解させることにより、銅微粒子を気孔内に担持させることができる。
【００１７】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の第２特徴手段は、前記銅錯体と熱分解して銅粒子を生成する工程は、酸化雰囲気で前記銅錯体を熱処理し、熱分解させて銅原子を析出させた後、酸化銅を生成する工程と、還元雰囲気で酸化銅を還元処理し、銅粒子に還元する工程とを有する点にある。
【００１８】
つまり、この手段によれば、酸化雰囲気で銅錯体を熱処理することにより、錯体から銅原子が分離させ、酸化させて酸化銅分子が形成させ、酸化銅粒子として成長させることができる。そして、還元処理により、酸化銅粒子は銅粒子に還元させることができる。これにより、銅錯体溶液からの銅粒子の形成と内部気孔への銅粒子の担持とを同時に進行させることができる。
【００１９】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の第３特徴手段は、前記銅錯体溶液は、バインダーを有する点にある。
【００２０】
つまり、この手段によれば、銅錯体溶液をバインダーと共にモータ用ブラシ材料の内部気孔に含浸し、処理することができるため、生成した銅粒子を気孔内で担持させることができる。
【００２１】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の第４特徴手段は、前記バインダーは、前記銅錯体の熱分解温度より高い熱分解温度を有し、前記銅粒子に還元する工程において非晶質炭素に還元される点にある。
【００２２】
つまり、この手段によれば、銅錯体の熱分解や酸化反応では分解させず、銅粒子を還元する工程において、非晶質炭素に還元させることができるため、バインダーを銅錯体溶液と共に気孔内に含浸させて、気孔内において生成された銅粒子を非晶質炭素によって担持させることができる。
【００２３】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の第５特徴手段は、前記銅錯体は、カルボン酸銅錯体である点にある。
【００２４】
つまり、この手段によれば、カルボン酸銅錯体は、比較的低温で金属粒子を形成させることができるため、粒子の成長速度を遅くさせ、より微細な粒子を形成することができる。
【００２５】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の第６特徴手段は、前記バインダーはフェノール樹脂である点にある。
【００２６】
つまり、この手段によれば、非晶質炭素への変換効率を高くすることができ、求める熱分解特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明に係るモータ用ブラシ材料は、黒鉛を主成分として含む焼結体の内部気孔に、銅粒子を担持してあるものである。これにより、火花放電の核の数を著しく増大させると共に、火花放電のエネルギーを分散化させることができるため、一つの火花のエネルギーを縮小させることができる。また、火花の核の体積を著しく小さくし、一つの火花の核にチャージされる電荷量を縮減させることができるため、放出される火花放電のエネルギーを縮減させることができる。したがって、モータ用ブラシ材料の火花放電による影響を小さくすることができ、ブラシの磨耗を低減させることができると共に、放電の電荷量が少なくなるため、火花放電によるノイズ信号レベルも抑えることができる。
【００２８】
従来のモータ用ブラシ材料のうち、金属黒鉛質ブラシ材料を例にとると、銅粉が金属黒鉛質ブラシ材料の内部で孤立して分散された状態で存在するため、金属黒鉛質ブラシ材料に誘起された電荷は、その電荷から最も近傍にある銅粉を目指して移動する。この時、黒鉛粒子は導電率が銅粉に比べ相対的に低く、かつ配合割合は相対的に多いため、黒鉛粒子から銅粉に向かって電荷が移動することにより黒鉛粒子が発熱することが想定される。
【００２９】
このため、銅粉を孤立して分散した状態ではなく、電荷を伝達できる連続的な通路として形成することができれば、電荷の移動による昇温を抑えることができる。金属黒鉛質ブラシ材料においては、電流密度の制約を受けるため、電荷を伝える連続的な通路は、銅の粒子の群を導電通路として黒鉛粒子の表面に形成させることが好ましい。すなわち、銅が電荷を伝える連続的な導電通路を形成する粒子構造を個々の黒鉛粒子の表面に形成できれば、この導電通路内を電荷の移動による発熱を抑えることができる。そして、この電荷を伝える粒子構造が電荷を放出する部位として作用すると、この部位は銅の粒子の群として形成されているため、銅の粒子径を小さくすればするほど、電荷が放出する核は無数に形成されることになり、一つの放電の核から放電される電荷量は著しく少なくなり、火花放電による昇温も抑制される。また、放電の電荷量が少なくなるため、火花放電によるノイズ信号レベルも抑えられる。
【００３０】
言い換えれば、黒鉛粒子の表面に銅粒子の郡構造を形成させることによって、黒鉛粒子から分離したπ電子は、その黒鉛粒子の表面で確実に捕らえることができる。このため、黒鉛粒子から分離、誘起された電荷の移動行程が短くなり、電荷の移動に伴う発熱が抑制される。さらに、黒鉛粒子の表面に連通する粒子群構造として形成され、黒鉛粒子から分離、誘起されたπ電子は銅粒子の群構造中を移動することができるため、非抵抗が相対的に高い黒鉛粒子中を移動するのに比べて、電荷の移動に伴う発熱を抑制することができる。
そして、銅粒子を微粒子化することによって、火花放電の核の数を著しく増大させると共に、火花放電のエネルギーを分散化させて、一つの火花エネルギーを縮小させることができる。また、火花の核の体積を著しく小さくなるため、一つの火花の核にチャージされる電荷量を縮減でき、放出される火花放電のエネルギーを縮減させることができる。また、放電の電荷量が少なくなるため、火花放電によるノイズ信号レベルも抑えることができる。
【００３１】
そこで、本発明者は、上記の黒鉛粒子の表面への銅粒子の郡構造形成、及び銅粒子の微粒子化の２つの手段のブラシの磨耗抑制に対する貢献度について、鋭意検討し、銅粒子を微粒子化することの方が、ブラシの磨耗抑制に対する寄与がはるかに大きいことを見出した。
【００３２】
すなわち、天然黒鉛粒子の電気抵抗は、六角形状に結合された炭素原子が配列される軸方向（ａ軸方向）の比抵抗は１０−４Ωｃｍ程度であり、この軸方向に垂直な方向（ｃ軸方向）の比抵抗は１Ωｃｍ程度と大きい。一方、銅の比抵抗は１．７×１０−６Ωｃｍである。前記の黒鉛粒子から分離、誘起されるπ電子は黒鉛粒子を構成する炭素原子の２Ｐｚ軌道を形成する価電子であるため、黒鉛粒子中を移動するπ電子は、主にａ軸方向の比抵抗に伴う発熱現象をもたらす。したがって、電荷が黒鉛粒子中を移動する際に発生する発熱現象と、銅粒子中を電荷が移動する際に発生する発熱現象の比率は、黒鉛のａ軸方向の非抵抗と銅の非抵抗との比率に応じた発熱現象に近似される。両者の比率は、僅かに１０２程度の比率である。
【００３３】
一方、微粒子化による放電エネルギーの低減効果は、粒子の大きさによって概略決まる。従来の金属黒鉛質ブラシ材料に用いられている銅粉は、樹枝状の電解銅粉であり、球状粉に近似した場合は、直径が１０〜５０μｍの大きさである。ここで、電解銅粉の大きさを球状に近似した平均粒径を２０μｍとし、微粒子化した銅粒子の大きさを２０ｎｍとすると、この場合、両者の体積の比率は１０−９であり、前記の非抵抗の比率に比べて著しく大きい。
【００３４】
このため、無数の微粒子化した銅粒子を金属黒鉛質ブラシ材料の内部に封じ込め、この銅微粒子を火花放電の核として作用させることによって、ブラシの火花放電による磨耗を著しく低減させることができるものと予測される。そして、この考えによれば、銅粒子が連通する群構造として形成する必要性は無く、分散された数多くの微粒子として形成されればよい。
また、黒鉛粒子から分離したπ電子を、その近傍に存在する銅粒子で確実に捕らえるためには、全ての黒鉛粒子の表面の近傍に銅粒子が分散化されていることが望ましい。そして、π電子が集まり、放電する電荷の量は少ない方が、銅粒子から発せられる放電エネルギーが小さくなるため、黒鉛粒子の近傍に分散されて存在する銅微粒子の数は多い方が望ましい。
【００３５】
本発明者は、上記の考えを実現させる手段として、ブラシ材料の内部気孔の存在に注目した。すなわち、一般的なモータ用ブラシ材料は、黒鉛粒子を捏和する際に、バインダーを用いており、捏和後の造粒黒鉛は、酸素を遮断した雰囲気で還元焼成する。この時、バインダーが非晶質炭素に変わると共に、熱分解によって生成された低分子量の芳香族化合物、例えばフェノールやキシレノールなどのフェノール類のガスや、メチレン結合に起因するメタンガス、二酸化炭素ガスが発生し、ブラシ材料の内部に気孔構造が形成される。この内部気孔は体積割合で約２０％程度の体積割合を占める。そして、この内部気孔に、分散した多数の銅粒子を担持させることで、銅粒子を放電の核として利用することができる。また、形成される内部気孔は連通する気孔構造であって、黒鉛粒子同士の粒界には確実に存在するため、黒鉛粒子から遊離されたπ電子はその最も近傍にある銅粒子が担持してある気孔で確実に捕らえられる。また、その銅粒子が微細でかつ多ければ、一つの銅微粒子に集まる黒鉛粒子からのπ電子の数が少なくなり、結果として、一つの銅微粒子から放電される電荷の量が少なくなり、放電によって発生するブラシの損傷が抑えることができる。
【００３６】
なお、銅粒子は、非晶質炭素によって気孔内に担持させることが好ましい。非晶質炭素は、電気抵抗が黒鉛粒子に近い値を持ち、かつ黒鉛粒子のように機械的応力によって破壊されやすいため、ブラシの摺動性を阻害しない。
【００３７】
本発明のモータ用ブラシ材料は、前述の通り、従来のモータ用ブラシ材料としての性質を維持しつつ、火花放電の発生を抑制したものである。以下、本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法の一例を示す。
【００３８】
本発明のモータ用ブラシ材料の製造方法は、黒鉛粒子を有する焼結体の気孔内に、銅錯体溶液を低圧含浸する工程と、前記気孔内において、前記銅錯体を熱分解して銅粒子を生成する工程とを有するものである。これにより、モータ用ブラシ材料の焼結体の内部気孔に銅粒子を担持させることができる。
【００３９】
そして、銅錯体と熱分解して銅粒子を生成する工程は、酸化雰囲気で前記銅錯体を熱処理し、熱分解させて銅原子を析出させた後、酸化銅を生成する工程と、還元雰囲気で酸化銅を還元処理し、銅粒子に還元する工程とを有することが好ましい。すなわち、酸化雰囲気で前記銅錯体を熱処理することにより、錯体から銅原子が分離し、酸化されて酸化銅分子が形成され、酸化銅微粒子として成長する。そして、還元処理により、酸化銅の粒子は銅の粒子に還元される。このように、銅錯体溶液からの銅粒子の形成と内部気孔への銅粒子の担持が同時に進行させることができる。
【００４０】
また、気孔内に含浸する銅錯体溶液は、バインダーを有することが好ましく、銅錯体溶液をバインダーと共にブラシ材料の内部気孔に含浸し、処理することにより、生成した銅粒子を気孔内で担持させることができる。
【００４１】
バインダーは、前記銅錯体の熱分解温度より高い熱分解温度を有し、前記銅粒子に還元する工程において非晶質炭素に還元されることが好ましい。これにより、銅錯体の熱分解や酸化反応では分解されず、銅粒子を還元する工程において、非晶質炭素に還元されるため、バインダーを銅錯体溶液と共に気孔内に含浸させることができ、気孔内において生成された銅粒子を非晶質炭素によって担持させることができる。
【００４２】
このような観点から、バインダーは、下記式に代表されるフェノール樹脂であることが好ましい。フェノール樹脂は、非晶質炭素に還元される割合が最も高い合成樹脂の一種であり、その分子構造と分子量との違いにより、様々な熱分解特性を有するフェノール樹脂を任意に選択することができる。
【００４３】
【化１】
2006067741.tif 000002
【００４４】
また、銅錯体は、カルボン酸銅錯体であることが好ましい。銅錯体としてはカルボン酸銅の他、アミン、アミノ酸、オキシ酸等の銅錯体を用いても熱分解によって銅原子を分離抽出することは可能であり、特に制限はないが、カルボン酸の錯体に比べると熱分解温度が高いため、相対的に低温度での金属粒子の形成が可能になるカルボン酸の金属錯体を用いることがより好ましい。すなわち、金属錯体から熱分解された金属原子は金属分子となり、更に金属粒子は成長する。そして、金属粒子が成長する過程の温度は低い方が、金属粒子の成長速度は遅く、微細な粒子の形成が可能になる。このため、金属錯体の熱分解温度は低い方が好ましい。
【００４５】
なお、カルボン酸銅はアルコール類に対しては溶解度が高く、フェノール樹脂はアルコール類とケトン類に任意の割合で溶解する。このため、カルボン酸銅のアルコール溶解液と、フェノール樹脂のアルコール溶解溶液とは相溶するため、このような観点からも好ましい組み合わせである。
【００４６】
本発明に係るモータ用ブラシ材料の製造方法の好ましい具体例について、図１を参照して説明する。
【００４７】
最初に、黒鉛粒子を捏和する際のバインダーを調製する。このバインダーは、黒鉛粒子を捏和するためだけではなく、黒鉛粒子同士を結合させる非晶質炭素を還元形成させるためには上記の通りフェノール樹脂が望ましい。もちろん、フェノール樹脂以外の合成樹脂であっても、同様の機能を有する樹脂であれば特に限定されるものではない。なお、非晶質炭素に還元する温度が低い方が、製作に掛かる費用は安価となるため好ましい。
【００４８】
次に、バインダーを黒鉛粒子の表面にスプレー塗装等の手段で固着させる。この後、黒鉛粒子を捏和し、所定の加圧力で所定の形状、例えば直方体形状に成形する。その後、還元雰囲気で焼成し、バインダーを非晶質炭素に還元させると共に、バインダーの熱分解によって生成された低分子量の芳香族化合物、例えばフェノールやキシレノールなどのフェノール類のガスや、メチレン結合に起因する
メタンガス、二酸化炭素ガスが発生し、直方体の焼成品の内部に気孔が形成される。
なお、黒鉛粒子を所定の形状に成形する際には、従来の方法と同様に銅粉を混合してもよい。混合する銅粉の量は、求める電流密度に応じて任意に決めることができる。
【００４９】
このような方法によって得られた内部に気孔構造を有する黒鉛粒子の焼成品に、銅錯体溶液とバインダーの溶液、例えば、カルボン酸銅の溶解度が高いアルコール溶液と、カルボン酸銅のアルコール溶液と相溶性のあるフェノール樹脂の溶解溶液とからなる混合溶液を調製し、低圧含浸する。
【００５０】
この後、酸化処理によって、内部気孔に充填された銅錯体溶液を熱分解し、上記の通り、銅原子の分離、銅分子の生成、酸化銅の生成を略同時に進行させることができる。このように生成された酸化銅は、分子レベルの粒子であるため、その活性度は高く、隣接した酸化銅分子を取り込んで、酸化銅の集合体として成長する。さらに、昇温させると酸化銅の粒子としての成長速度が高まり、酸化銅の粒子が形成される。
【００５１】
そして、還元処理で酸化銅を銅に還元する。還元処理は、水素ガスが混入された窒素ガス雰囲気で行うことが好ましい。処理温度は、既に形成された酸化銅粒子の構造を変えないために、酸化処理の温度に近い温度で行うことが望ましい。
【００５２】
また、銅錯体は溶解濃度が高いほど、生成される銅粒子の密度が高くなる。このため、銅錯体の原料である銅化合物と酸の溶解濃度が高い方が好ましい。また、得られた銅錯体が熱分解される温度は低く、銅錯体を熱分解することで生成される酸化銅の粒子の成長速度を制御する温度範囲は広い方が、酸化銅の粒子構造を制御する範囲が広くなる。
【００５３】
ここで、銅錯体及びバインダーの熱処理による挙動について、カルボン酸銅及びフェノール樹脂のメタノール溶液を気孔内に含浸させた場合を例にとって、図２を参照して詳述する。なお、フェノール樹脂は、メチロール基が導入された変性フェノール樹脂を使用する。
カルボン酸銅及びフェノール樹脂のメタノール溶液を気孔内に含浸した後、大気雰囲気中で加熱することにより、１００℃に達するまでに溶媒であるメタノールが揮発する。その後、カルボン酸銅の挙動に着目すると、１２０℃を超えたあたりから熱分解が起こり、銅の原子が分離される。この時、カルボン酸銅の熱分解の挙動に伴い、二酸化炭素と水蒸気とが発生する。さらに加熱により２００℃を超えると、銅原子は大気中の酸素との反応が起こり、酸化銅となると共に粒子が成長する。
【００５４】
一方、フェノール樹脂は、溶媒が揮発した後は、３５０℃あたりまでの間に未硬化物及び低分子量物質が揮発し、メチロール基が反応することにより、熱分解され、粉体となる。そして、この粉体に上記の酸化銅が固着し、気孔内に担持される。
【００５５】
その後、還元雰囲気中でさらに加熱され、４５０℃あたりまで達すると、フェノール樹脂の熱分解された粉体は炭化反応により、非晶質炭素となる。そして、酸化銅は、フェノール樹脂の粉体に固着した状態で、粉体が非晶質炭素になるのと略同時に還元されるため、そのまま非晶質炭素に吸着した状態で銅の粒子が形成され、成長する。
【００５６】
このように、生成する銅粒子が非晶質炭素に吸着し、気孔内に担持させることができる。実際には、銅粒子は活性が高いため表面には酸化されて不動態が形成されていると考えられるが、電気抵抗ほとんど変わらないため問題はない。
【００５７】
なお、フェノール樹脂は、より温度が高い方が炭化し易くなり、非晶質炭素への変換率が高くなるため好ましい。銅粒子は温度が高くなると粒子が成長し、大きくなるため、できるだけ低い温度の方が粒子の成長を抑え、微粒子が得られ易くなり好ましい。すなわち、両者はトレードオフの関係にあり、求める特性に応じて温度を制御する必要があるが、銅粒子の成長を極力抑えつつ、フェノール樹脂の非晶質炭素への変換率を５０％以上とするためには、上記例の場合、４５０℃あたりまでで制御することが好ましい。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明のブラシ材料を使用したブラシを備えたモータを用いた連続動作試験から、各実施例の効果を評価した。動作試験は、ブラシの整流子に対して加える荷重を７８．５ｋＰａ、整流子の回転速度を３．９ｍ/ｓに設定し、室温で連続１００時間と連続３００時間動作させた後のブラシの磨耗量を調べた。ブラシの摺接面の面積はいずれの試料も同一で、８ｍｍ×５ｍｍの大きさである。
【００５９】
カルボン酸は、分子構造と分子量に応じて略熱分解温度が決まる。モノカルボン酸よりジカルボン酸の方が熱分解温度は高く、直鎖飽和型より鎖状飽和型、鎖状飽和型より鎖状不飽和型、鎖状不飽和型より芳香族型の方が熱分解温度は高い。なお、芳香族ジカルボン酸であっても熱分解温度は約２００℃から始まり、直鎖飽和型モノカルボン酸は約１２０℃から熱分解が始まる。このように、カルボン酸は、分子構造、分子量の違いによって熱分解温度は異なるものの、熱分解温度の差は大きくはない。このため、熱分解温度よりもカルボン酸の溶解度を優先させてカルボン酸を選択した。表１にメタノールに対する溶解度が高いカルボン酸を示す。
【００６０】
【表１】
2006067741.tif 000003
また、銅化合物の中でアルコールに対する溶解度が高い化合物としては、塩化第二銅がある。塩化第二銅のアルコールに対する溶解度は、表２に示す通りであり、中でも溶解度が最も高い塩化第二銅のメタノール溶液を用いた。そして、カルボン酸銅のメタノール溶液と塩化第二銅のメタノール溶液とを混合し、カルボン酸銅のメタノール溶液を調製した。
【００６１】
【表２】
2006067741.tif 000004
【００６２】
バインダーであるフェノール樹脂の溶解溶液は、カルボン酸銅の溶解溶液との相溶性から、メタノールの溶液とした。そして、フェノール樹脂として、上記式のフェノール樹脂を用い、内部気孔に含浸する液体として、フェノール樹脂の溶解溶液とカルボン酸銅の溶解溶液との混合液を用いた。
【００６３】
（実施例１）
３０℃で、塩化第二銅のメタノールへの飽和溶液、及びブタン酸のメタノールへの飽和溶液を調製した。この後、両者を１対２のモル比の割合で混合し、ブタン酸銅のメタノール溶解溶液を調製した。さらに、フェノール樹脂の粉体をメタノールに対し５０ｗｔ％で溶解し、フェノール樹脂のメタノール溶解溶液を調製した。次に、ブタン酸銅のメタノール溶液とフェノール樹脂のメタノール溶液とを５対１の体積割合で混合し、この混合溶液を、既に製作された黒鉛粒子の焼成品の内部気孔に低圧含浸させた。低圧含浸は、所謂真空含浸法と呼ばれる、試料を溶液に浸漬し、真空ポンプで引くことで、試料の内部気孔に入り込んだ大気と溶液を置換し、試料の内部気孔に溶液を含浸させる方法である。
【００６４】
次に、試料を大気雰囲気中で１５０℃、１時間放置した後、３００℃、２時間放置した。この後、試料を水素ガスが１０ｖｏｌ．％の窒素ガスがリッチの雰囲気で、３５０℃、２時間処理した。この処理によって、フェノール樹脂は二酸化炭素ガスと水蒸気を蒸発し、非晶質炭素に変換され、本発明のモータ用ブラシ材料が得られた。このブラシ材料を用いてモータの連続動作試験を行った。
【００６５】
（実施例２）
カルボン酸として、ブタン酸をオクタン酸に替えて、実施例１と同様に処理した後、得られたブラシ材料を用いてモータの連続動作試験を行った。
【００６６】
（実施例３）
カルボン酸として、ブタン酸をデカン酸に替えて、実施例１と同様に処理した後、得られたブラシ材料を用いてモータの連続動作試験を行った。
【００６７】
（実施例４）
カルボン酸として、ブタン酸をドデカン酸に替えて、実施例１と同様に処理した後、得られたブラシ材料を用いてモータの連続動作試験を行った。
【００６８】
（実施例５）
カルボン酸として、ブタン酸をアクリル酸に替えて、実施例１と同様に処理した後、得られたブラシ材料を用いてモータの連続動作試験を行った。
【００６９】
（比較例）
従来の金属黒鉛質ブラシ材料を用いてモータの連続動作試験行った。
【００７０】
以上の結果、図２に示した通り、いずれの実施例についても従来の金属黒鉛質ブラシ材料に比べ、磨耗量は減少した。特に実施例１〜３においては、１００時間の連続動作試験における磨耗量は従来品に比べ、半減以上の効果をもち、３００時間の連続動作試験における効果は更に大きいことが分かった。これはカルボン酸銅のメタノール溶解濃度が高く、高密度の銅微粒子が気孔内に形成されたためと推定される。
また、実施例５においては、アクリル酸銅のメタノール溶解濃度が高いにもかかわらず、実施例２及び３に比べて効果が小さかった。これは、アクリル酸のみが鎖状不飽和モノカルボン酸であり、直鎖飽和モノカルボン酸とは、熱分解によって生じる酸化銅の成長速度が異なったためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のモータ用ブラシ材料を使用したブラシは、車両のエンジンを冷却するウォータポンプを駆動するモータ、冷却ファンを廻すモータ、エンジンのオイルポンプを駆動するモータ等に使用されるブラシに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】モータ用ブラシ材料の製造工程を示す工程図である。
【図２】熱分解特性を説明する図である。
【図３】モータ用ブラシ材料の磨耗量を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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