(57)【要約】【課題】  ブラシ摩耗を好適に低減することのできるブラシを提供する。【解決手段】ブラシ３６は粒径３０μｍ以下の第１銅粒子４１及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子４２が混合されてなる第１集合粒子４３と、第２黒鉛粒子４５の造粒物からなる第２集合粒子４６とよりなりものである。前記第２黒鉛粒子４５の粒径は３０μｍを超えるものであり、前記第２集合粒子４６の粒径は１００μｍ以上に設定されている。また、第１黒鉛粒子４２と第２集合粒子４６との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子及び銅粒子が分散状態で焼結されてなるブラシであって、
粒径３０μｍ以下の第１銅粒子及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子の造粒物からなる第１集合粒子と、第２黒鉛粒子の造粒物からなる第２集合粒子とを含み、
前記第２黒鉛粒子の粒径は３０μｍを超えるものであり、前記第２集合粒子の粒径は１００μｍ以上に設定され、
前記第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されてなることを特徴とするブラシ。
【請求項２】
前記第１集合粒子と前記第２集合粒子との間の隙間には、粒径３０μｍ以下の銅粉が分散されてなることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項３】
黒鉛粒子及び銅粒子が分散状態で焼結されてなるブラシであって、
粒径３０μｍ以下の第１銅粒子及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子の造粒物からなる第１集合粒子と、粒径が３０μｍを超える第２黒鉛粒子及び粒径３０μｍ以下の第２銅粒子の造粒物からなる第２集合粒子とを含み、
前記第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されてなることを特徴とするブラシ。
【請求項４】
前記第１集合粒子と前記第２集合粒子との間の隙間には、粒径３０μｍ以下の銅粉が分散されてなることを特徴とする請求項３に記載のブラシ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のブラシにおいて、銅と黒鉛との重量比は、３０〜４０：７０〜６０であることを特徴とするブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のコンミテータに押圧接触される給電用のブラシに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機の給電用に使用されるブラシは、コンミテータとの接触により摩耗することが知られている。回転電機を長時間駆動する場合には、摩耗したブラシを交換する作業、或いは、必然的に生じる摩耗を考慮して十分な長さを有するブラシを予め準備しておくことが必要となる。しかしながら、前者の場合は、煩雑なメンテナンス（交換作業）が必要となり、不経済でもある。一方、後者の場合は、ブラシの長さに伴って回転電機の大きさも増大するという不都合が生じる。このような不都合を解消すべく、ブラシの摩耗を低減することが強く要求されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、黒鉛粒子と銅粒子とより形成されたブラシが開示されている。図７に模式的に示すように、ブラシ９０は、黒鉛粒子９１が有機系バインダにより固められて複数の集合体９２（５０〜８００μｍ）をなし、当該集合体９２間の隙間に銅粒子９４が分散された構造を有している。ブラシ９０中の黒鉛粒子９１と銅粒子９４との重量比は５０：５０である。このように黒鉛粒子９１と銅粒子９４とより形成されたブラシ９０の摩耗量は、その構成成分の比率等に影響を受けることが知られている。
【０００４】
ブラシの摩耗（以下、ブラシ摩耗と記載する）は、機械摩耗と電気摩耗との和からなる。機械摩耗は、コンミテータに対するブラシの摺動に際し、銅粒子の研磨作用、及び両部材間の摺動摩擦抵抗に起因して経時的に生じる摩耗を意味する。一方、電気摩耗は、以下のような要因によって生じる摩耗である。すなわち、銅粒子を介してのブラシの通電時には、コンミテータ表面に酸化皮膜や黒鉛皮膜等が堆積する。この状態においては、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗が大きくなる。すると、前記接触部分に火花が生じ、これによってブラシが摩耗する。このように、ブラシの電気摩耗とは、ブラシとコンミテータとの接触部分に発生する火花に起因して生じる摩耗を意味する。
【特許文献１】特開平６−３０２３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなブラシ９０において、黒鉛粒子９１の含有量が多く、銅粒子９４の含有量が少ない場合には、当該銅粒子９４を介しての通電が生じ難くなる一方で、研磨作用を有する銅粒子９４がブラシ９０表面に露出し難くなるため、機械摩耗は好適に抑制される。しかしながら、この場合はブラシ９０が十分な研磨作用を発揮し難いため、コンミテータ表面に付着する酸化皮膜や黒鉛皮膜等を十分に削り取ることが困難であった。よって、コンミテータに対するブラシ９０の摺動時間の増加に伴って、コンミテータの表面に酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等が堆積してしまい、その結果、両部材の接触部分の電気抵抗が大きくなる。そして、こうした電気抵抗の増大により前記接触部分に火花が発生し、これがブラシ９０の電気摩耗を招いていた。
【０００６】
一方、黒鉛粒子９１の含有量が少なく、銅粒子９４の含有量が多い場合には、銅粒子９４の研磨作用が十分に発揮され、コンミテータ表面に堆積した酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等が好適に削り取られるため、ブラシ９０の電気摩耗は好適に抑制される。しかしながら、この場合ブラシ９０の研磨作用が過剰に高められるおそれがあるため、ブラシ９０とコンミテータとの間の摺動摩擦抵抗が増大し、ブラシ９０の機械摩耗が促進される可能性が高かった。
【０００７】
このように、銅粒子９４の含有量が少ないブラシ９０では電気摩耗の促進が問題となり、銅粒子９４の含有量が多いブラシ９０では機械摩耗の促進が問題となっていた。すなわち、黒鉛粒子と銅粒子とより形成されたブラシにおいては、構成成分の比率を適宜変更した場合でも電気摩耗及び機械摩耗をバランス良く低減することは困難であり、その点においてなお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００８】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブラシ摩耗を好適に低減することのできる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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のブラシは、黒鉛粒子及び銅粒子が分散状態で焼結されてなるブラシであって、粒径３０μｍ以下の第１銅粒子及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子の造粒物からなる第１集合粒子と、第２黒鉛粒子の造粒物からなる第２集合粒子とを含み、前記第２黒鉛粒子の粒径は３０μｍを超えるものであり、前記第２集合粒子の粒径は１００μｍ以上に設定され、前記第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されてなることを要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明のブラシは、請求項１に記載の発明において、前記第１集合粒子と前記第２集合粒子との間の隙間には、粒径３０μｍ以下の銅粉が分散されてなることを要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明のブラシは、黒鉛粒子及び銅粒子が分散状態で焼結されてなるブラシであって、粒径３０μｍ以下の第１銅粒子及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子の造粒物からなる第１集合粒子と、粒径が３０μｍを超える第２黒鉛粒子及び粒径３０μｍ以下の第２銅粒子の造粒物からなる第２集合粒子とを含み、前記第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されてなることを要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明のブラシは、請求項３に記載のブラシにおいて、前記第１集合粒子と前記第２集合粒子との間の隙間には、粒径３０μｍ以下の銅粉が分散されてなることを要旨とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明のブラシは、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のブラシにおいて、銅と黒鉛との重量比は、３０〜４０：７０〜６０であることを要旨とする。
（作用）
通常、銅粒子の含有量が所定量以下（例えば３５％以下）であるブラシでは、コンミテータ表面に対する銅粒子の研磨作用が十分に得られないため、研磨剤を用いてコンミテータ表面に堆積した酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等を削り取る必要がある。一方、銅粒子の含有量が所定量以上（例えば３５％以上）であるブラシでは、コンミテータ表面に対する銅粒子の過剰な研磨作用が得られるため、上記研磨剤に代えて、粒子径の大きな黒鉛造粒物を含有させることで前記研磨作用を和らげる必要がある。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、第１集合粒子は、粒径３０μｍ以下の第１銅粒子及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子の造粒物より形成されている。第２集合粒子は、第２黒鉛粒子の造粒物より形成されている。コンミテータ表面に対するブラシの摺動時には、第１集合粒子の微細な第１銅粒子がコンミテータの表面に付着することとなる。このとき、銅粒子間に生じるトンネル効果を介して電流の起点数が増加するため、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗が低減される。従って、前記接触部分における火花の発生が抑制され、ブラシの電気摩耗が低減される。
【００１５】
また、ブラシ中に粒径の大きな黒鉛造粒物（第２集合粒子）を含有されているため、コンミテータ表面に対しての緩やか且つ好適な研磨作用が得られる。このため、ブラシの機械摩耗の増加が極力抑制されるようになる。さらに、第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されている。前記体積平均粒子径がこの範囲内であるブラシでは、黒鉛皮膜がコンミテータ表面に形成され難くなっている。そのため、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗の低減が図られる。
【００１６】
従って、本構成によれば、ブラシの電気摩耗が低減されつつ、機械摩耗の増加が極力抑制されるようになる。すなわち、ブラシ摩耗が好適に低減され、ブラシの長寿命化が図られる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、ブラシには、第１集合粒子を構成する第１銅粒子に加えて銅粉がさらに含有されることとなる。これにより、コンミテータの表面において、電流の起点数がさらに増加するため、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗が効果的に低減されるようになる。従って、前記接触部分における火花の発生が好適に抑制され、ブラシの電気摩耗が低減される。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、第１集合粒子は、粒径３０μｍ以下の第１銅粒子及び粒径３０μｍ以下の第１黒鉛粒子の造粒物より形成されている。第２集合粒子は、粒径が３０μｍを超える第２黒鉛粒子及び粒径３０μｍ以下の第２銅粒子の造粒物より形成されている。コンミテータ表面に対するブラシの摺動時には、第１集合粒子の微細な第１銅粒子がコンミテータの表面に付着することとなる。このとき、銅粒子間に生じるトンネル効果を介して電流の起点数が増加するため、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗が低減される。従って、前記接触部分における火花の発生が抑制され、ブラシの電気摩耗が低減される。
【００１９】
また、第２集合粒子中にも銅粒子（第２銅粒子）が含有されているため、前記第１銅粒子との相乗効果により、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗の更なる低減が図られる。さらに、第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径は、５０〜１５０μｍの範囲内に設定されている。前記体積平均粒子径がこの範囲内であるブラシでは、黒鉛皮膜がコンミテータ表面に形成され難くなっている。そのため、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗の低減が図られる。
【００２０】
従って、本構成によれば、ブラシの電気摩耗が低減されつつ、機械摩耗の増加が極力抑制されるようになる。すなわち、ブラシ摩耗が好適に低減され、ブラシの長寿命化が図られる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、第１集合粒子及び第２集合粒子に加えて、両粒子間の隙間にも銅粉が含有されることとなる。これにより、コンミテータの表面において、電流の起点数がより一層増加するため、ブラシとコンミテータとの接触部分の電気抵抗がさらに相乗的に低減される。従って、前記接触部分における火花の発生がより一層好適に抑制され、ブラシの電気摩耗が効果的に低減される。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、好適な研磨作用が得られ、且つブラシとコンミテータとの間の摺動摩擦抵抗を増加させることのない適度な量の銅がブラシに含有されることとなる。なお、前記銅とは、ブラシ中に含有されてなる銅粒子（第１銅粒子、第２銅粒子）及び銅粉を示す。また、前記黒鉛とは、ブラシ中に含有されてなる黒鉛粒子（第１黒鉛粒子、第２黒鉛粒子）を示す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のブラシによれば、ブラシ摩耗を好適に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を自動車用部品の電動駆動モータに配設されるブラシに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、回転電機としての直流モータ２１は、略有底円筒状のヨークハウジング２２と、エンドフレーム２３と、ヨークハウジング２２の内周面に固定される複数のマグネット２４と、ヨークハウジング２２及びエンドフレーム２３とで囲まれた空間に収容される電機子２５及びブラシ装置２６とを備えている。ヨークハウジング２２の開口部は、径方向外側に延びるフランジ部２２ａにて前記エンドフレーム２３の外周部に固定されている。エンドフレーム２３は、略円盤状に形成され、その中央部には中央孔２３ａが開口されている。
【００２５】
電機子２５は、回転軸２８と、該回転軸２８に固定されるコア２９と、該コア２９に巻回される巻線３０と、エンドフレーム２３側で回転軸２８に固定されるコンミテータ３１（整流子）とを備えている。回転軸２８は、その上端がヨークハウジング２２の底部中央に設けられた軸受３２に支持されるとともに、下端側がエンドフレーム２３の中央孔２３ａの内周に固定された軸受３３に回転可能に支持されている。ちなみに、回転軸２８の下端側は、軸受３３によって回転可能に支持されながら中央孔２３ａから外部に突出している。そして、突出した回転軸２８の下端部には、図示しない外部の被回転軸（本実施形態ではステアリングシャフト）と回転方向に係合するように嵌合するための二面幅凹部３４ａを有する嵌合部材３４が固定される。コンミテータ３１は、略円筒状をなし、その外周面に複数のセグメント３１ａが備えられている。各セグメント３１ａは、前記巻線３０と電気的に接続されている。
【００２６】
ブラシ装置２６は、エンドフレーム２３上で、コンミテータ３１に隣接した位置に配設されている。このブラシ装置２６は、コンミテータ３１の周方向に沿って、１８０度間隔に一対設けられている。各ブラシ装置２６は、ブラシホルダ３５と、ブラシ３６と、コイルばね３７とを備えている。ブラシホルダ３５は、有底略四角筒状をなし、その開口部をコンミテータ３１側に向けた状態でエンドフレーム２３に固定されている。ブラシホルダ３５の上側面には、その長手方向（ブラシホルダ３５におけるコンミテータ３１径方向）に沿って取出溝３５ａが形成されている。
【００２７】
ブラシ３６は略直方体状をなしている。ブラシ３６は、ブラシホルダ３５の両側壁の間に、該側壁と一定の間隙を有して該ブラシホルダ３５内に収容されている。この間隙は、直流モータ２１が長時間駆動される場合に、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触抵抗により起こるブラシ３６の熱膨張を考慮して設けられている。ブラシ３６の後端面とブラシホルダ３５の底部との間には付勢手段としてのコイルばね３７が圧縮された状態で配設されており、ブラシ３６の先端部がコンミテータ３１の外周面（セグメント３１ａ）に当接するように該ブラシ３６をコンミテータ３１側へ付勢している。
【００２８】
ブラシ３６の上面には、給電用リード線としてのピグテール３８が接続されており、ブラシホルダ３５に形成された前記取出溝３５ａからブラシホルダ３５の外部へ突出している。このピグテール３８は、図示しない給電端子を介して直流電源に接続されている。そして、この直流モータ２１では、ピグテール３８及びブラシ３６を介してコンミテータ３１に駆動電流が供給されて、電機子２５が正回転又は逆回転されるようになっている。
【００２９】
このブラシ３６は、コンミテータ３１と擦れ、滑り接点を作るために用いられる導電体であって、先端面がコンミテータ３１のセグメント３１ａに押圧接触されることにより該セグメント３１ａを介して駆動電流を巻線３０へと供給する。コンミテータ３１は、直流電源から供給される直流電流を交流電流に変換する整流作用を有している。この整流作用は、ブラシ３６とセグメント３１ａとの間の押圧接触にて短絡された巻線３０内の電流が、短絡の瞬間から解除されるまでの極めて短い間に電気的に１８０度反転することを繰り返すことによる。なお、前記ブラシ３６とセグメント３１ａとの間の押圧接触は、電機子２５の回転により間欠的に引き起こされ、前記短絡と解除とを短い周期で繰り返すようになっている。
【００３０】
ブラシ３６がセグメント３１ａに押圧接触する際には、接触前よりも接触後に巻線３０内の通電電流に対し電圧を降下させる現象（電圧降下）が発生する。この電圧降下は、ブラシ３６とセグメント３１ａとの間に接触抵抗が働くために引き起こされる現象であり、発熱等が起こってエネルギーロスの原因となる。
【００３１】
また、ブラシ３６がセグメント３１ａに押圧接触する際には、これら両部材３６，３１ａ間に摺動摩擦力が作用する。この摺動摩擦力、即ち両部材３６，３１ａ間の摩擦係数μは、大きい程、ブラシ３６の振動を引き起こしたり直流モータ２１の騒音や異音の発生を促進させたりする。また、この摩擦係数μは、ブラシ３６に含有される銅粒子４１の含有量に比例している。すなわち、ブラシ３６中の銅粒子４１の含有量を低減することにより、摩擦係数μの値が低減し、これに伴ってブラシ３６の摩耗が抑制されることとなる。
【００３２】
（第１の実施形態）
次に、本発明のブラシを具体化した第１の実施形態について、上記従来のブラシ９０との比較を交えてさらに詳細に説明する。なお、以下の記載において、ブラシ摩耗とは、ブラシ３６の機械摩耗及びブラシ３６の電気摩耗の両者の和からなる。ブラシ３６の機械摩耗は、コンミテータ３１に対するブラシ３６の摺動に際し、銅粒子の研磨作用、及び両部材３１，３６間の摺動摩擦抵抗に起因して経時的に生じるものである。一方、ブラシ３６の電気摩耗は、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分に発生する火花に起因して生じるものである。当該火花は、銅粒子を介してのブラシ３６の通電時に、コンミテータ３１表面に堆積した酸化皮膜や黒鉛皮膜等に起因して前記接触部分の電気抵抗が大きくなることで生じる。
【００３３】
図２は本実施形態のブラシ３６の任意の切断面における微細構造の模式図である。図２に示すように、ブラシ３６は、第１銅粒子４１及び第１黒鉛粒子４２からなる第１集合粒子４３と、第２黒鉛粒子４５の造粒物からなる第２集合粒子４６とが分散状態で焼結されてなるものである。同ブラシ３６は、第１集合粒子４３及び第２集合粒子４６の混合物を圧縮成形した後に焼成することにより製造される。なお、上記焼結されてなるとは、焼成時の熱処理により粒子同士の結合が生じ、圧縮成形時のほぼそのままの形状で固まった状態を指しており、焼成によって固められた状態全般を意味する。
【００３４】
第１集合粒子４３は、第１銅粒子４１、第１黒鉛粒子４２及び有機系バインダ（例えばフェノール等）を混練し、これを乾燥した後に粉砕することで得られるものである。すなわち、第１集合粒子４３は、第１銅粒子４１と第１黒鉛粒子４２とが互いにまとまって顆粒状をなす造粒物である。当該第１集合粒子４３の粒径は５０〜１００μｍに設定されている。なお、第１集合粒子４３の粒径は、レーザ粒度分布測定装置を用いて当該第１集合粒子４３の散乱光から求められたものである。
【００３５】
第１銅粒子４１は、ブラシ３６に高い導電性を付与すべく含有されるものである。この第１銅粒子４１の粒径は３０μｍ以下である。第１銅粒子４１の粒径が３０μｍを超える場合には、ブラシ３６に過剰な研磨作用が付与されてしまい、同ブラシ３６の機械摩耗が促進される可能性が高い。
【００３６】
黒鉛粒子（第１黒鉛粒子４２及び第２黒鉛粒子４５）は、ブラシ３６の主成分として含有されるものである。なお、前記主成分とは、ブラシ３６中の重量比が５０％を超えることを意味する。第１黒鉛粒子４２の粒径は３０μｍ以下である。第１黒鉛粒子４２の粒径が３０μｍを超える場合には、当該黒鉛粒子４２同士が凝集しやすくなり、ブラシ３６中に不均一に分散される。このため、コンミテータ３１の表面に付着した酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等を十分に削り取ることが困難である。したがって、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電気抵抗が十分に低減されず、結果的にブラシ３６の電気摩耗を招いてしまう可能性が高い。
【００３７】
また、有機系バインダは、圧縮成形時の成形性を高めるために添加される。この有機系バインダは、焼成によって炭化した状態でブラシ３６内に残留する。
第２集合粒子４６は、第２黒鉛粒子４５及び有機系バインダ（例えばフェノール等）を混練し、乾燥した後に粉砕することで得られるものである。すなわち、第２集合粒子４６は、複数個の第２黒鉛粒子４５同士が互いにまとまって顆粒状をなす造粒物である。第２黒鉛粒子４５の粒径は３０μｍを超えるものであり、好ましくは８０〜１５０μｍである。第２黒鉛粒子４５の粒径が３０μｍ以下の場合には、所望の大きさの第２集合粒子４６を形成することが困難となる可能性が高い。
【００３８】
第２集合粒子４６の粒径は、１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上である。第２集合粒子４６の粒径が１００μｍ未満の場合には、コンミテータ３１表面に対する第１銅粒子４１の研磨作用を好適に和らげることが困難であり、ブラシ３６に過剰な研磨作用が付与されてしまう。その結果、ブラシ３６の機械摩耗が促進される可能性が高い。なお、第２集合粒子４６の粒径も、第１集合粒子４３と同様、レーザ粒度分布測定装置を用いて求められたものである。
【００３９】
本実施形態のブラシ３６中の銅と黒鉛との重量比、すなわち第１銅粒子４１の重量と、第１黒鉛粒子４２及び第２黒鉛粒子４５の総重量との比率は、３０〜４０：７０〜６０である。ブラシ３６中の第１銅粒子４１と黒鉛粒子（第１黒鉛粒子４２及び第２黒鉛粒子４５）との重量比が上記の範囲内にある場合は、好適な研磨作用が得られ、且つブラシ３６とコンミテータ３１との間の摺動摩擦抵抗を増加させることのない適度な量の第１銅粒子４１がブラシ３６に含有されることとなる。また、本実施形態のブラシ３６は、第１黒鉛粒子４２と第２集合粒子４６との体積比が１：２に設定されている。
【００４０】
本実施形態のブラシ３６（実施例）は、黒鉛粒子４２と銅粒子４１との造粒物（第１集合粒子４３）が分散している点が従来のブラシ９０（比較例）と大きく異なる（図２及び図７参照）。その結果、本実施形態のブラシ３６では、黒鉛粒子４２と銅粒子４１とが近接して存在している。この状態においては、両粒子４１，４２間に相互作用が働くため、コンミテータ３１の表面への両粒子４１，４２の付着が極力抑制される。すなわち、コンミテータ３１の表面に対する酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等の形成が極力抑制されるようになる。
【００４１】
また、図７に示すように、従来のブラシ９０は、黒鉛粒子の造粒物である複数の造粒黒鉛粒子（集合体９２）間に銅粉９４が単独で不均一に分散されている。このため、コンミテータ３１の表面に付着した酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等を十分且つ均一に削り取ることが困難となる。
【００４２】
さて、本実施形態のブラシ３６は、粒径３０μｍ以下の微細な銅粒子４１を含有している。コンミテータ３１の表面に対するブラシ３６の摺動時には、これらの銅粒子４１がコンミテータ３１の表面に付着することとなる。すると、多数の銅粒子４１間に電流が流れるようになり（トンネル効果）、コンミテータ３１表面における電流の起点数が増加する。その結果、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電気抵抗の低減が図られる。こうした電気抵抗の低減により前記接触部分における火花の発生が抑制され、ブラシ３６の電気摩耗が低減する。
【００４３】
また、上記ブラシ３６は、多数の第２黒鉛粒子４５の造粒物である第２集合粒子４６を含有している。第２集合粒子４６の粒径は、第２黒鉛粒子４５を複数個含んでいるため、当該第２黒鉛粒子４５の粒径よりも必然的に大きくなっている。粒径の大きな第２集合粒子４６を含有することにより、コンミテータ３１表面に対する適度な強さの研磨作用が得られる。そのため、ブラシ３６の機械摩耗の増大が極力抑制され、同ブラシ３６の長寿命化が図られる。
【００４４】
ここで、図３は、黒鉛粒子の体積平均粒子径と、ブラシ３６の各種摩耗（機械摩耗及び電気摩耗）との関係を示すものである。同図における黒鉛粒子の体積平均粒子径とは、第１黒鉛粒子４２と第２集合粒子４６（第２黒鉛粒子４５の造粒物）との体積平均粒子径を示す。この体積平均粒子径は、上記した第１黒鉛粒子４２と第２集合粒子４６との体積比を考慮して下記の式より求められる平均粒子径である。
（第２集合粒子４６の粒径×１／３）＋（第１黒鉛粒子４２の粒径×２／３）
なお、本実施形態においては、第２集合粒子４６の粒径は１００μｍ以上であり、第１黒鉛粒子４２の粒径は３０μｍである。
【００４５】
図３に示すように、実施例及び比較例のブラシにおいては、黒鉛粒子の体積平均粒子径を大きくするに連れて、機械摩耗は緩やかに増加し、電気摩耗は著しく低減することが確認された。すなわち、黒鉛粒子の体積平均粒子径を大きくするに連れて、コンミテータ３１表面に対する黒鉛皮膜の付着が抑制され、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電気抵抗が好適に低減される。これにより、ブラシ３６の電気摩耗の低減が図られたものと推測される。
【００４６】
また、図４は、黒鉛粒子の体積平均粒子径とブラシ摩耗との関係を示すものである。図４に示すように、黒鉛粒子の体積平均粒子径が２４０μｍ以下の範囲では、実施例のブラシ３６は比較例のものに比べて、ブラシ摩耗の低減が好適に図られている。
【００４７】
黒鉛粒子の体積平均粒子径が５０〜１５０μｍの範囲、特に８０〜１５０μｍの範囲では、ブラシ摩耗が最も効果的に低減されていることが確認された。これは、黒鉛粒子の体積平均粒子径が上記範囲内であるブラシ３６では、黒鉛皮膜がコンミテータ３１表面に付着し難くなり、これに伴ってブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電導抵抗の低減が図られる。その結果、ブラシ３６の電気摩耗が効果的に低減されたものと思われる。すなわち、ブラシ摩耗の低減を図るには、ブラシ３６の電気摩耗を低減することが最も重要な要素だと考えられる。
【００４８】
前記第１の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１）  本実施形態のブラシ３６は、粒径３０μｍ以下の微細な銅粒子４１がコンミテータ３１の表面に多数付着することとなる。そのため、銅粒子４１間に生じるトンネル効果を介して電流の起点数が増加するため、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電気抵抗が低減される。従って、両部材３６，３１間の接触部分における火花の発生が抑制されるため、ブラシ３６の電気摩耗を低減することができる。
【００４９】
（２）  本実施形態のブラシ３６は、銅粒子４１と黒鉛粒子４２との造粒物（第１集合粒子４３）が形成されていることから、銅粒子４１と黒鉛粒子４２とが近接して存在することとなる。このため、ブラシ３６の摺動時には、両粒子４１，４２間に相互作用が働き、その結果、コンミテータ３１の表面への両粒子４１，４２の付着が極力抑制される。すなわち、本実施形態では、コンミテータ３１の表面に対する酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等の形成を極力抑制することができる。
【００５０】
（３）  本実施形態のブラシ３６によれば、コンミテータ３１表面への酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等の付着が抑制されるため、研磨作用を有する銅粒子４１の含有量を低減することが可能である。ちなみに、従来のブラシ９０中の銅粒子と黒鉛粒子との重量比は５０：５０であるのに対し、本実施形態のブラシ３６中の前記重量比は３０〜４０：７０〜６０である。これにより、ブラシ３６とコンミテータ３１との間の摩擦係数の低下が図られる。その結果、両部材３６，３１間の摺動摩擦抵抗が抑制され、ブラシ３６の機械摩耗の増大を極力抑制することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
以下、本発明のブラシを具体化した第２の実施形態について詳細に説明する。第２の実施形態のブラシは、前記第１の実施形態に比べ、粒子の分散状態が異なるものである。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態のブラシ３６は、第１集合粒子４３と第２集合粒子４６との間の隙間４９に多数の銅粉５１が分散している。この銅粉５１の粒径は３０μｍ以下である。銅粉５１の粒径が３０μｍを超える場合には、ブラシ３６に過剰な研磨作用が付与されてしまい、同ブラシ３６の機械摩耗が促進される可能性が高い。このブラシ３６は、第１集合粒子４３及び第２集合粒子４６の混合物に銅粉５１を添加した状態で、これを圧縮成形した後に焼成することにより製造される。
【００５３】
本実施形態のブラシ３６は、前記第１の実施形態に比べ、多数の銅粉５１がより均一に分散された構造を有している。このため、均一に分散されて存在する銅粉５１により、コンミテータ３１表面に付着した酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等を十分且つ均一に削り取ることができる。また、第１銅粒子に加えて銅粉がコンミテータ表面に付着することにより、電流の起点数がさらに増加する。従って、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電気抵抗が好適に低減され、その結果、ブラシ３６の電気摩耗を十分に抑制することができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
以下、本発明のブラシを具体化した第３の実施形態について詳細に説明する。第３の実施形態のブラシは、前記第２の実施形態に比べ、粒子の分散状態が異なるものである。
【００５５】
図６に示すように、本実施形態のブラシ３６は、前記第２の実施形態の第２集合粒子中に第２銅粒子５３が含有されてなるものである。すなわち、本実施形態の第２集合粒子５５は、第２黒鉛粒子４５、第２銅粒子５３及び有機系バインダ（例えばフェノール等）を混練し、乾燥した後に粉砕することで得られるものである。当該第２集合粒子５５は、第２黒鉛粒子４５と第２銅粒子５３とが互いにまとまって顆粒状をなす造粒物である。
【００５６】
前記第２銅粒子５３の粒径は３０μｍ以下である。第２銅粒子５３の粒径が３０μｍを超える場合には、ブラシ３６に過剰な研磨作用が付与されてしまい、ブラシ３６の機械摩耗が促進される可能性が高い。そして、本実施形態のブラシ３６は、第１集合粒子４３及び第２集合粒子５５の混合物に銅粉５１を添加した状態で、これを圧縮成形した後に焼成することにより製造される。
【００５７】
本実施形態のブラシ３６では、前記第２の実施形態に比べて、多数の第２銅粒子５３が含有されている。このため、コンミテータ３１の表面に付着した酸化銅皮膜や黒鉛皮膜等をより一層十分且つ均一に削り取ることができる。また、第１銅粒子及び銅粉に加えて第２銅粒子がコンミテータ表面に付着することにより、電流の起点数がさらに増加する。従って、ブラシ３６とコンミテータ３１との接触部分の電気抵抗が一層好適に低減され、その結果、ブラシ３６の電気摩耗を十分に抑制することができる。
【００５８】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  第３の実施形態において、第１集合粒子４３及び第２集合粒子５５の隙間４９に分散された銅粉５１を省略してもよい。この場合、ブラシ３６は、第１集合粒子４３及び第２集合粒子５５の混合物を圧縮成形した後に焼成することにより製造される。
【００５９】
・  ブラシ３６は、直流モータ２１以外の回転電機に設けられても構わない。或いは、ブラシ３６を回転電機以外の電気機器に用いられる電極に応用しても構わない。
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００６０】
・  前記第１黒鉛粒子と前記第２集合粒子との体積平均粒子径が、８０〜１５０μｍの範囲内に設定されてなることを特徴とする請求項１に記載のブラシ。この構成によれば、ブラシ摩耗をより効果的に低減することができる。
【００６１】
・  請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のブラシを備えてなることを特徴とする回転電機。この構成によれば、回転電機は、摩耗の低減が図られたブラシを備えているため、回転電機の長寿命化を容易に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】全実施形態の直流モータの模式図。
【図２】第１の実施形態のブラシの切断面の微細構造を示す模式図。
【図３】実施例及び比較例のブラシに含有される黒鉛粒子の体積平均粒子径とブラシの各種摩耗との関係を調べた結果を示すグラフ。
【図４】実施例及び比較例のブラシに含有される黒鉛粒子の体積平均粒子径とブラシ摩耗との関係を調べた結果を示すグラフ。
【図５】第２の実施形態のブラシの切断面の微細構造を示す模式図。
【図６】第３の実施形態のブラシの切断面の微細構造を示す模式図。
【図７】従来のブラシの切断面の微細構造を示す模式図。
【符号の説明】
【００６３】
３６…ブラシ、４１…第１銅粒子、４２…第１黒鉛粒子、４３…第１集合粒子、４５…第２黒鉛粒子、４６，５５…第２集合粒子、４９…隙間、５１…銅粉、５３…第２銅粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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