(57)【要約】【課題】  本発明は、炭素材料からなる少なくとも２つの導電性機能層（１２、１４、１６）と、電気絶縁性材料からなり順次続く機能層の間に広がる少なくとも１つの絶縁層（１８）とで構成された多層カーボンブラシ（１０）の製造方法を改良するものである。【解決手段】  当該の多層カーボンブラシを簡単に、かつ所望の厚さの各層で製造するために、それぞれ粉末状の炭素材料及び電気絶縁性材料を製造される多層カーボンブラシの積層構成に相当する順序で層ごとに型に入れてプレスし、続いて熱処理することを提案する。
2005519444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素材料からなる少なくとも２つの導電性機能層（１２、１４、１６）と、電気絶縁性材料からなり、順次続く機能層の間に広がる少なくとも１つの絶縁層（１８）で構成された多層カーボンブラシ（１０）の製造方法において、炭素材料又はこれを充填材として含む材料と電気絶縁性材料を、製造される多層カーボンブラシ（１０）の積層構成に相当する順序で層ごとに粉体の形で型（２８）に入れてプレスし、続いて熱処理することを特徴とする方法。
【請求項２】
完成多層カーボンブラシ（１０）の絶縁層がとりわけ１００μｍ≦ｄ≦５００μｍの厚さｄになるような層高の絶縁性材料を型（２８）に入れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炭素材料からなる少なくとも２つの導電性機能層（４６、４８）と、電気絶縁性材料からなり、順次続く機能層の間に広がる少なくとも１つの絶縁層（１８）で構成された多層カーボンブラシの製造方法において、
−それぞれ粉末状の炭素材料又はこれを充填材として含む材料と、粉末状又はフィルム状の電気絶縁性材料とからなり、製造される多層カーボンブラシに相当する層を型（２８）に充填することにより板材（３８）を作り、
−型の中にある層を板材（３８）にプレス加工し、
−板材（３８）を熱処理し、
−多層カーボンブラシに相当するか、あるいは最終輪郭に近い大きさに、板材を分割すること、
を特徴とする方法。
【請求項４】
電気絶縁性材料として合成樹脂粉末、有機又は無機絶縁フィルム、例えばＡｌ２Ｏ３フィルム、単数又は複数の粉末樹脂、例えばフェノール又はエポキシ樹脂、織物シート、ファイバマット、自己接着性又は接着剤活性化フィルムもしくはこれらの組合せを使用することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
導電性機能層のための導電性出発材料として天然黒鉛、合成黒鉛及び樹脂例えばフェノール樹脂ないしはピッチを使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
出発材料として約５０重量％の天然黒鉛及び約５０重量％の合成黒鉛並びに約２５重量％の樹脂例えばフェノール樹脂又は約４０重量％のピッチを使用し、その際樹脂又はピッチは天然黒鉛及び合成黒鉛の形の充填材１００重量％を基準とすることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素材料からなる少なくとも２つの導電性機能層と、電気絶縁性材料からなり、順次続く機能層の間に広がる少なくとも１つの絶縁層で構成された多層カーボンブラシの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンケーク（carbon bars）とその間に広がる絶縁層からなる多層カーボンブラシは、しばしば小型可逆モータ、例えば洗濯機モータに使用される。その場合絶縁層はフィルム又は絶縁性接着剤又は合成樹脂、単数又は複数の粉末樹脂からなる。カーボンブラシで覆われる整流子の２枚の薄板の間を流れる電流は、高い分路抵抗によって減少され、こうして整流が改善される。
【０００３】
前述の種類の公知の多層カーボンブラシは通常次のようにして製造される。即ちまず熱処理した炭素板材を互いに整列して、その間にフィルムを挿入する。続いて機械加工、寸法仕上げを行い、ケーブル又は素線を入れる。
【０００４】
多層カーボンブラシと呼ばれ、各層がそれぞれ導電性であるが、場合によっては異なる機械的性質を有するカーボンブラシも知られている。当該のカーボンブラシはドイツ実用新案ＤＥ９１０６９７７Ｕ１に見られる。異なる材料組成を有する「ゾーン」とも呼ばれる種々の層は、次のように形成することができる。即ちカーボンブラシのプレス加工の前に、異なる材料組成を有する２つの出発層を逐次プレス型に入れ、共に圧縮加工する。その場合一方のゾーンは他方より高い銅分を有することができる。
【０００５】
ドイツ特許ＤＥ４４３０７４５に基づく多層スリップコンタクトと呼ばれるカーボンブラシは、それぞれ導電性粉体からなる層を有する。多層スリップコンタクトの製造のために１つの型に２つの導電性粉体を同時に充填し、圧縮工程の後に熱処理を行う。粉体の同時型詰めによる層の形成のほかに、導電性粉体を型に逐次供給することによって層を形成することもきる。
【０００６】
ドイツ特許ＤＥ−Ｃ−８３５４２８では工芸品としての鏡面仕上げ石炭成形体及びその製造方法が記述される。そのためにプレス型に石炭を入れ、プレスし、まず予備焼結し、次に切削加工して、最終焼結加工の前に品物を油脂含有ペーストで覆い又は含浸する。    
【０００７】
多層カーボンブラシの製造方法がドイツ特許ＤＥ−Ｃ−６３６５４０で知られている。完成カーボン層を平滑に研削し、２つの完成カーボン層の間に絶縁物入りの粘稠性のプラスチックを配置し、次に炉内乾燥を可能にするためにカーボン層を適当なプレス型の中で緊圧する。
【０００８】
カーボン積層材の製造方法がドイツ特許公開ＤＥ３３０７０９０Ａ１で明らかである。プレス加工と熱処理によって所望の最終品を得るために、重ね合わせ可能なカーボン層例えばカーボンフェルト層の間に熱塑性プラスチックのフィルムを配置し、その上で所望の圧力と温度を働かせる。
【０００９】
ドイツ特許公開ＤＥ１９９０２９３８Ａ１は異なる材料組成の断片からなるカーボンブラシに関するものである。その場合カーボンブラシは１回のプレス工程で製造される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の根底にある課題は、少なくとも２つの導電性機能層と順次続く機能層の間に広がる絶縁層とからなる多層カーボンブラシの製造方法を、製造技術的に簡素化するために改良することである。さらに製造される多層カーボンブラシの使用分野に合わせて絶縁層を問題なく設計することを可能にすることである。また有孔率（ポロシティ）又は摩擦係数といった材料特性を問題なく調整することができなければならない。さらに、手数のかかる仕上げ加工を要せずに、機能層の厚さを問題なく個別に設計することを可能にしなければならない。  
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１１】
本発明に基づき上記課題はおおむね次のようにして解決される。即ち炭素材料又はこれを充填剤として含む材料と電気絶縁性材料を、製造される多層カーボンブラシの積層構成に相当する順序で層ごとに粉体の形で型に入れてプレスし、続いて熱処理するのである。その場合完成多層カーボンブラシの絶縁層がとりわけ１００μｍ≦ｄ≦５００μｍの厚さｄとなるような層高の絶縁性材料を型に入れなければならない。
【００１２】
特に本発明は、炭素材料からなる少なくとも２つの導電性機能層と、電気絶縁性材料からなり順次続く機能層の間に広がる少なくとも１つの絶縁層とで構成された多層カーボンブラシの製造方法において、次の手順
即ち
−それぞれ粉末状の炭素材料又はこれを充填材として含む材料及び粉末状又はフィルム状の電気絶縁性材料からなり、製造される多層カーボンブラシに相当する層を型に充填することにより板材を作り、
−型の中にある層を板材にプレス加工し、
−板材を熱処理し、
−多層カーボンブラシに相当するか、あるいは最終輪郭に近い大きさに、板材を分割すること、
を特徴とする。
【００１３】
寸法仕上げと素線又はケーブルの挿入は周知のように行う。
【００１４】
本発明によれば、量産品である積層カーボンブラシの製造で、多数の多層カーボンブラシを製造するのに１回の熱処理工程しか必要でない。これに対して先行技術ではカーボンからなる板材を別々に製造するか、又は出発材料をまず型に入れる場合は、複数の導電性層からなるカーボンブラシをそれぞれ個別に製造する。
【００１５】
特に電気絶縁性材料として合成樹脂粉末、有機又は無機絶縁フィルム、例えばＡｌ２Ｏ３フィルム、単数又は複数の粉末樹脂、例えばフェノール又はエポキシ樹脂、織物シート、ファイバマット、自己接着性又は接着剤活性化フィルム又はこれらの組合せを使用することを提案する。
【００１６】
製造される多層カーボンブラシ又は多層カーボンブラシを得るための板材の好ましい材料組成として下記が挙げられる。即ち約５０重量％の天然黒鉛、約５０重量％の合成黒鉛、約２５重量％の粉末状のフェノール又はエポキシ又は熱塑性樹脂、約４０重量％以下のコールタールピッチ。なお後者は１００重量％の充填材、即ち天然黒鉛及び合成黒鉛を基準とする。
【００１７】
粉末状の適当な組成物を次に所望の範囲で層ごとに電気絶縁性材料で隔離してプレス型に入れ、プレス加工の後に例えば約２００℃以下の温度Ｔ１で約１５時間にわたり硬化するか、又は約６００℃以下の最終温度Ｔ２まで焼成する。
【００１８】
本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲、特許請求の範囲に見られる個々の構成ないしはそれらの組合せからだけでなく、図面に見られる好ましい実施形態の下記の説明からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は多層カーボンブラシの製造方法に関するものである。なお多層カーボンブラシとは、導電性材料からなる炭素材料製の又はこれを含む機能層−カーボンケークともいう−の間に絶縁層が広がるカーボンブラシを意味する。その場合本発明においては２つ以上の機能層を有する多層カーボンブラシの製造を包含する。
【００２０】
図１に３個のカーボンケーク１２、１４、１６が絶縁層１８で互いに電気的に絶縁された多層カーボンブラシ１０の純原理的構成図を示す。
【００２１】
カーボンケーク１２、１４、１６と絶縁層１８はカーボンブラシの接触面２０に対して垂直に延びている。接触面２０の反対側の面２２から圧接コンタクト２４とケーブル又は素線２６が出ている。但し、これらの構成については前述した種類の多層カーボンブラシの周知の構造を参照されたい。
【００２２】
多層カーボンブラシの製造のために本発明に基づき次のことを提案する。即ち個々の層１２、１４、１６をなす材料を所望の積層順で逐次、プレス装置３０の型、すなわちめす型２８に入れる。めす型２８を種々の材料で所望の範囲で満たすために、めす型２８の中に他の型、すなわち、おす型３２が変位可能に配置されている。それぞれ１つの層をなす材料を充填した後に、スライダ３４により過剰の材料を除去する。一方では炭素からなり、他方では電気絶縁体からなる材料をめす型に層ごとに入れた後に、本例ではおす型３６により層を圧縮加工する。その場合本発明に基づきめす型２８の横断面は多層板３８が生じるようになっている。多層板３８をめす型２８から取り除き、熱処理した後、常法により断片４０、４２、４４に分割する。断片の寸法は製造される多層カーボンブラシの寸法に相当する。次に常法により断片４０、４２、４４の寸法仕上げとケーブルの挿着を行う。
【００２３】
図４に示す板材３８は炭素材料からなる機能層４６、４８で構成され、その間に電気絶縁性材料からなる層５０が広がっている。
【００２４】
絶縁層１８、５０をとりわけ粉末材料のプレス加工によって得る場合は、炭素材料からなる個々の層の間に電気絶縁性材料のフィルムを配置し、これを炭素材料又はこれを含む材料とともにめす型２８の中でプレスすることも可能である。
【００２５】
フィルムを使用する場合は無機又は有機フィルム、例えばＡｌ２Ｏ３フィルム、織物シート又はファイバマット、自己接着性又は接着剤活性化フィルムが考えられる。その場合必要ならばフィルムを活性化しなければならない。
【００２６】
本発明によれば、絶縁層が所望の厚さを有する多層カーボンブラシを簡単に製造することが可能である。そのために所望の高さの絶縁層材料を所望の範囲で充填しさえすればよい。但しそれには材料の圧縮加工の後に絶縁層が１００μｍないし５００μｍの厚さになる程度に絶縁材料を詰め込まなければならない。
【００２７】
このことは別として、例えば充填度又はプレス加工のパラメータによって個々の層の材料特性、例えば有孔率（ポロシティ）を問題なく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】３つの機能層を有する多層カーボンブラシの純原理的構成図を示す。
【図２】図１のカーボンブラシの部分拡大図を示す。
【図３】板材の製造のための型の原理的構成図を示す。
【図４】多層カーボンブラシの製造のための多層板材の要部斜視図を示す。
【図１】
2005519444.tif 000003
【図２】
2005519444.tif 000004
【図３】
2005519444.tif 000005
【図４】
2005519444.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月15日(2003.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
ドイツ特許公開ＤＥ１９９１３５９９Ａ１には、上述の多層カーボンブラシが開示されている。
カーボンケーク（carbon bars）とその間に広がる絶縁層からなる多層カーボンブラシは、しばしば小型可逆モータ、例えば洗濯機モータに使用される。その場合絶縁層はフィルム又は絶縁性接着剤又は合成樹脂、単数又は複数の粉末樹脂からなる。カーボンブラシで覆われる整流子の２枚の薄板の間を流れる電流は、高い分路抵抗によって減少され、こうして整流が改善される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
ドイツ特許公開ＤＥ１９９０２９３８Ａ１は異なる材料組成の断片からなるカーボンブラシに関するものである。その場合カーボンブラシは１回のプレス工程で製造される。
欧州特許公開ＥＰ１１２８４９６Ａ１から、低い抵抗を有する材料からなる第１の層と、高い抵抗を有する材料からなる周囲の層とで構成されたスタータ・カーボンブラシが公知である。そして、周囲の層は、カーボンブラシの作用面から出発して対抗する背面に対して離間したところまで延出している。これら第１及び第２の層は、粉体を型内に充填させて同時に成形し、次いでプレスし、これに続いて焼結することにより作られる。


【国際調査報告】
2005519444.tif 000007
2005519444.tif 000008
2005519444.tif 000009
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