(57)【要約】【課題】掃除機や自動車に使用される直流電動機において、動作時の発熱によるブラシ表面メッキの剥がれを解決し、モータの高効率を長期持続すること。【解決手段】カーボンブラシ基材（本体）１を、２５ｎｍの有機銀化合物と２００ｎｍの酸化銀を有機溶剤に均一分散させ、４０Ｐａ・ｓの粘度の溶液に浸し、１５０℃で酸化銀と有機銀化合物のナノ粒子間を十分に融着（層）３させ、表面に厚さ１〜５μｍの高導電性の銀皮膜層２を形成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状の有機銀化合物と酸化銀を有機溶剤及び／又は樹脂に均一分散させた溶液を表面に塗布し、１５０℃から２００℃以下で加熱することにより酸化銀と有機銀化合物の粒子間を融着させ、表面に高導電性の銀皮膜層を形成させた黒鉛を主体とする電動機用のカーボンブラシ。
【請求項２】
溶液の粘度が１００Ｐａ・ｓ以下である請求項１記載の電動機用のカーボンブラシ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のカーボンブラシを有する電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械用カーボンブラシに関して、特に電気掃除機や電動工具、電装等の整流子電動機用のカーボンブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
整流子電動機に用いられる電気機械用カーボンブラシ（以下ブラシと呼ぶ）は、近年、特に小型化、高出力化、高速回転化が進んでいる。（例えば特許文献１参照）
そのため、高電流密度の状況下でも小型で、摩耗が少なく、温度上昇の小さいブラシが要求されるようになった。
【０００３】
従来技術としては、図２に示すようにブラシ基材５周囲の外表面に電気の良導性金属、例えば、ニッケル、銅、金、銀等の皮膜６を形成することで、みかけの抵抗を下げ、温度上昇を抑える技術などが知られている。
【０００４】
この金属質皮膜は、電解メッキ法、無電解メッキ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法等の各種金属の被覆法による。中でも、本実施形態例におけるブラシ基材のように、良導体である炭素と、不良導体である樹脂部とが混在する物質であり、多孔質である炭素材の表面に金属質の皮膜を形成するには、無電解メッキ法が特に好ましいとされている。
【特許文献１】特開２００３−０５１３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、黒鉛を主体とする多孔質体であるカーボンブラシの表面に対する密着性及び金属皮膜の連続性の向上が望まれている。したがって、モータ運転中にメッキがはがれや導電率などの性能に改良が望まれ、従来技術のブラシでは温度が上昇の低減という視点から課題とされる場合もあった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、密着性が向上し、強固で薄い金属皮膜を形成したカーボンブラシ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】
【０００７】
上記課題を解決するための第１の発明は、粒子状の有機銀化合物と酸化銀を有機溶剤及び／又は樹脂に均一分散させた溶液を表面に塗布し、１５０℃から２００℃以下で加熱することにより酸化銀と有機銀化合物の粒子間を融着させ、表面に高導電性の銀皮膜層を形成させた黒鉛を主体とする電動機用のカーボンブラシである。これによりカーボンブラシの多孔質体表面の凹凸にまで浸透する浸透域３を有するため、密着性が向上し、メッキの剥がれや導電率の低下を解消することができる。
【０００８】
また、第２の発明は、上記発明において、溶液の粘度が１００Ｐａ・ｓ以下とする電動機用のカーボンブラシである。これにより、カーボンブラシの多孔質体の表面凹凸まで浸透しやすく、ディップ工法により、均一で薄い金属膜を形成させることができる。
【０００９】
また、第３の発明は、上記第１・第２の発明のカーボンブラシを有する電動機である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本件出願に係る発明によれば、メッキの剥がれや導電率の低下を防止することができ、高いモータ効率を長時間持続できることが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】
【００１１】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１においては、平均粒径が４０μｍの人造黒鉛８０ｗｔ％、エポキシ樹脂と硬化剤２０ｗｔ％を混錬する。これを乾燥後、粉裂して圧縮成形し、ついで２２０℃に加熱して効果させカーボンブラシを得た。得られたカーボンブラシ基材（本体）１を、２５ｎｍの有機銀化合物と２００ｎｍの酸化銀を有機溶剤に均一分散させ、４０Ｐａ・ｓの粘度の溶液に浸し、１５０℃で酸化銀と有機銀化合物のナノ粒子間を十分に融着（層）３させ、表面に厚さ１〜５μｍの高導電性の銀皮膜層２を形成させた。
【００１３】
（実施の形態２）上記溶液粘度を８０Ｐａ・ｓの粘度の溶液を調整し、同様のカーボンブラシ基材に塗布し、銀皮膜層を形成させた。
【００１４】
（実施の形態３）上記溶液粘度を１２０Ｐａ・ｓの粘度の溶液を調整し、同様のカーボンブラシ基材に塗布し、銀皮膜層を形成させた。
【００１５】
（比較の形態１）
平均粒径が４０μｍの人造黒鉛８０ｗｔ％、エポキシ樹脂と硬化剤２０ｗｔ％を混錬する。これを乾燥後、粉裂して圧縮成形し、ついで２２０℃に加熱して効果させカーボンブラシを得た。得られたカーボンブラシ基材に銅無電解メッキを施す。
【００１６】
（実施の形態４）
平均粒径が４０μｍの人造黒鉛８０ｗｔ％、フェノール樹脂２０ｗｔ％を混錬する。これを乾燥後、粉裂して圧縮成形し、窒素雰囲気下で６００℃に加熱して、樹脂成分を炭化させ、ブラシ基材を得た。得られたカーボンブラシ基材を、２５ｎｍの有機銀化合物と２００ｎｍの酸化銀を有機溶剤に均一分散させた溶液に浸し、１５０℃で酸化銀と有機銀化合物のナノ粒子間を十分に融着させ、表面に厚さ１〜５μｍの高導電性の銀皮膜層を形成させた。
【００１７】
（比較の形態２）
平均粒径が４０μｍの人造黒鉛８０ｗｔ％、フェノール樹脂２０ｗｔ％を混錬する。これを乾燥後、粉裂して圧縮成形し、窒素雰囲気下で６００℃に加熱して、樹脂成分を炭化させ、ブラシ基材を得た。得られたカーボンブラシ基材に銅無電解メッキを施す。
【００１８】
以上得られたブラシの金属皮膜の効果について確認する。ただし、ブラシサンプルは５．５×１０×３４ｍｍのサイズとする。金属被覆のないブラシサンプルの比抵抗は、２６２００μΩｃｍであった。
【００１９】
（試験方法）
（ａ）接触電圧降下測定
サンプルを１００℃、２００時間に放置後、ブラシ両端に１Ａを流しながら、ブラシ中央の１０ｍｍ間の電圧降下度を測定し、見かけ抵抗を測定する。
【００２０】
（ｂ）ブラシの温度特性
１００Ｖ、１２００Ｗのブロアモータに装着し、整流子との接触摺動面から３ｍｍの深さまで小孔をあけ、細い熱電対を挿入してモータを運転する。
【００２１】
（ｃ）膜圧測定
カーボンブラシ基材の断面をカットし、表面の膜厚を測定する。
【００２２】
（ｄ）浸透性
サンプルを断面カットし、表面からの金属層の浸透距離を測定する。
【００２３】
上記の測定結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表1のとおり、高温放置後の表面皮膜の劣化によるブラシ抵抗の増大もなく、ブラシ温度も低下する。また、表面断面について比較の形態１と実施の形態１とを比較すると、実施の形態1の方が比較の形態１よりも、多孔質の表面内部まで微粒子が入り込み、密着性が向上しているのが確認された。
【００２６】
また、膜厚を１５μ以下に薄くするためには、溶液粘度を１００Pa・ｓ以下にする必要がある。
【００２７】
さらに、ブラシ寿命試験の結果は、実施の形態１と比較の形態１とが、ほぼ同等の摩耗率である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のカーボンブラシは、メッキの剥がれや導電率の低下を防止することができ、高いモータ効率を長時間持続できることができるため、特に電気掃除機や電動工具、電装等の整流子電動機用で性能向上に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１によるカーボンブラシの説明図
【図２】従来例の無電解メッキ仕様のカーボンブラシの説明図
【符号の説明】
【００３０】
１  カーボンブラシ（本体）
２  皮膜層
３  融着層
４  ピグテール
５  カーボンブラシ（本体）
６  皮膜層（皮膜）
７  ピグテール
【図１】
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【図２】
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