(57)【要約】【課題】  モータ効率の向上を図ると共に長寿命化を達成することができるカーボンブラシを提供することを目的としている。【解決手段】  導電性の回転体２に押し当てられるカーボンブラシ１であって、カーボンを少なくとも１成分として含む骨材とメソカーボン粉末とが含有されていることを特徴とする。メソカーボン粉末は略球状を成すことが好ましく、また、メソカーボン粉末には予熱処理が施されていることが好ましい。更に、予熱処理の温度は５００℃以上７００℃以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の回転体に押し当てられるカーボンブラシであって、
カーボンを少なくとも１成分として含む骨材とメソカーボン粉末とが含有されていることを特徴とするカーボンブラシ。
【請求項２】
上記メソカーボン粉末は略球状を成す、請求項１に記載のカーボンブラシ。
【請求項３】
上記メソカーボン粉末として予熱処理が施されたものを用いる、請求項１又は２に記載のカーボンブラシ。
【請求項４】
上記予熱処理における温度が５００℃以上７００℃以下である、請求項３に記載のカーボンブラシ。
【請求項５】
上記骨材と上記メソカーボン粉末の他にバインダを含み、このバインダと上記骨材との総量に対する上記メソカーボン粉末の割合が０．１質量％以上１０．０質量％以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンブラシ。
【請求項６】
上記メソカーボン粉末の平均粒径が５μｍ以上８０μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンブラシ。
【請求項７】
モータにブラシを押し付けるモータ効率測定において、下記条件で７００時間連続運転したときのモータ効率が４２％より大きく、ブラシ寿命が８００時間より大きいことを特徴とするカーボンブラシ。
モータ効率の測定条件：モータへのブラシのスプリング圧力４１ＫＰａ、
電圧：ＡＣ２４０Ｖ、５０Ｈｚ
モータ回転数３２０００ｒｐｍ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
家電用、電動工具用、自動車用の整流子を用いる電動機用のカーボンブラシ、特に、整流子を用いる小型モータに組込んで使用するカーボンブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータは小型化、大容量化、高出力化が進んでおり、例えば、電気掃除機に用いられるモータは、更に小型で吸引力が強いことが求められている。このため、モータのファンの外径を小さくし、超高速（３００００ｒｐｍ以上）で回転させるようになっている。このような超高速回転のモータにおいては、電気機械用のカーボンブラシと導電性の回転体である整流子との良好な摺動状態を保持することにより、正常な電気的接触を維持し、モータ効率を向上させる必要がある。また、電気掃除機本体の使用中にブラシ交換をしなくても良いように、寿命を長くする必要もある。
【０００３】
このようなことを考慮して、黒鉛粉を樹脂バインダで結合させたレジンボンド系の材質のカーボンブラシを用いることが提案されている。このような構造のカーボンブラシであれば、モータ効率はある程度向上させることができるが、カーボンブラシの長寿命化を図ることはできない。これは、長期間の摺動により整流子の表面に厚いカーボン皮膜が形成された後、当該皮膜が部分的に剥離した場合には、剥離部分に大電流が流れて火花が発生するため、カーボンブラシの表面に凹凸が生じるからである。
【０００４】
そこで、カーボンブラシにＳｉＣ（炭化ケイ素）粉末などの研削剤を添加するような提案がなされている（下記特許文献１参照）。このような構成であれば、カーボンブラシを整流子に摺動させて整流子の表面にカーボン皮膜が形成された場合に、ＳｉＣにより当該皮膜を削ることができるので、皮膜が厚くなるのを抑制できる。したがって、カーボンブラシの長寿命化を図ることができる。しかしながら、摺動によりＳｉＣ粉末は整流子の表面もわずかずつ研削してしまうため、モータ効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９７３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如く、カーボンブラシにＳｉＣ（炭化ケイ素）粉末などの研削剤を添加しなければ、モータ効率は上昇するもののカーボンブラシは短寿命となる。一方、カーボンブラシにＳｉＣを添加すると、カーボンブラシの長寿命化は図れるものの、モータ効率が低下するという課題がある。このようなことから、従来は、モータ効率の向上とカーボンブラシの長寿命化とを両立するのは困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、モータ効率の向上を図ると共に長寿命化を達成することができるカーボンブラシを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、導電性の回転体に押し当てられるカーボンブラシであって、カーボンを少なくとも１成分として含む骨材とメソカーボン粉末とが含有されていることを特徴とする。
メソカーボン粉末はＳｉＣ粉末よりも研削性は低いため、整流子が研削されるのを抑制することができる。したがって、整流子とカーボンブラシとの摺動性が向上し、モータ効率の向上を図ることができる。また、メソカーボン粉末はＳｉＣ粉末よりも研削性は低いというものの、整流子の表面に形成されるカーボン皮膜を研削（クリーニング）することはできるので、カーボンブラシの長寿命化を図ることができる。加えて、整流子の表面に形成されたカーボン皮膜が部分的に剥離するのを抑制できるので、当該剥離部分に大電流が流れてＥＭＩ性能が低下するのを抑えることもできる。
【０００９】
上記メソカーボン粉末は略球状を成すことが望ましい。
メソカーボン粉末が略球状（図３及び図４に示される形状）であれば、メソカーボン粉末が不定形状（図２に示す形状であって、図３及び図４に示される略球状とはみなされない形状）である場合に比べて、メソカーボン粉末と整流子との摺動面が大きくなり、カーボン皮膜に対する研削能力がより向上する。また、整流子との摺動面が大きくなることから、整流子に加わる外力の集中を抑制でき、整流子表面を傷つけ難い。更に、メソカーボン粉末が不定形状の場合は各粉末の形状や粒径が大きく異なっているのに対して、メソカーボン粉末が略球状の場合は各粉末の形状や粒径が略同等になる。したがって、安定した研削能力を発揮できる。
尚、略球状とは、球形状のものの他、断面が楕円形状のものや、角の取れた不定形であり、全体として球形状に近い形状であるもの等を含む。
【００１０】
上記メソカーボン粉末として、黒鉛粉末などのブラシ原料に添加する前に、予め熱を加えておく予熱処理が施されたものを用いることが望ましい。
予熱処理が施されたメソカーボン粉末を用いれば、カーボン皮膜の研削効果を一層高めることができる。また、予熱処理を施しても、メソカーボン粉末の形状は殆ど変化しないため、略球状のメソカーボン粉末を用いた場合には、上述した効果と同様の効果が発揮される。
【００１１】
上記予熱処理における予熱温度が５００℃以上７００℃以下であることが望ましい。
上記温度範囲以外で予熱処理を行った場合にはモータ効率を十分に向上できないことがある。理由は定かではないが、７００℃を超えるとメソカーボン粉が硬くなり過ぎる場合があると考えられ、その結果、整流子の摩耗が大きくなり、モータ効率が低下するのではないかと思われる。
【００１２】
上記骨材と上記メソカーボン粉末の他にバインダを含み、このバインダと上記骨材との総量に対する上記メソカーボン粉末の割合が０．１質量％以上１０．０質量％以下であることが望ましい。
メソカーボン粉末の割合が０．１質量％未満であるとカーボンブラシの硬度が低くなってブラシ摩耗量が多くなる（即ち、メソカーボン粉末の添加効果を十分に発揮できない）。一方、メソカーボン粉末の割合が１０．０質量％を超えると、整流子表面に形成されるカーボン皮膜を削りすぎてしまい、良好な摺動特性が得られない。このため、接触抵抗が大きくなって電圧降下が大きくなる結果、カーボンブラシの寿命が短くなると共に、摩擦が増えてモータ効率が低下する。
【００１３】
上記メソカーボン粉末の平均粒径が５μｍ以上８０μｍ以下（好ましくは、１０μｍ以上４０μｍ以下、特に好ましくは、２０μｍ以上３０μｍ以下）であることが望ましい。
メソカーボン粉末の平均粒径が８０μｍを超えると、粒子同士間の摩擦力が大きくなることで滑りが悪くなり、整流子とカーボンブラシとの間の摺動特性が悪化する。このため、接触抵抗が大きくなって電圧降下が大きくなる結果、上記と同様の不都合を生じる。一方、メソカーボン粉末の平均粒径が５μｍ未満であると、粒子同士間の摩擦力が小さくなるので滑りは良好となるが、整流子表面に形成される皮膜の研削効果が小さくなる。この結果、整流子とブラシとの間の良好な摺動特性を維持できず、カーボンブラシの摩耗量が大きくなる。
【００１４】
また、本発明のカーボンブラシは、モータにブラシを押し付けるモータ効率測定において、モータへのブラシのスプリング圧力４１ＫＰａ、電圧：ＡＣ２４０Ｖ、５０Ｈｚ、モータ回転数３２０００ｒｐｍの条件で、７００時間連続運転したときのモータ効率が４２％より大きく、ブラシ寿命が８００時間より大きいことを特徴とする。これにより、モータ効率を向上できるだけでなく、ブラシの寿命を長らえることのできるカーボンブラシとなる。
【００１５】
尚、本明細書においては、メソカーボン粉末の粒径及び平均粒子径は、レーザ回折散乱法を用いた粒度分布測定装置で測定して得た粒度分布（体積基準）からそれぞれ求めた。測定装置は日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分析計９３２０ＨＲＡを用いた。また、平均粒子径は、メディアン径（５０％径）で求めた。また、黒鉛粉末の粒径及び平均粒子径も、同様にして求めた。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、モータ効率が低下するのを抑制しつつ、カーボンブラシの長寿命化を図ることができ、更に、ＥＭＩ性能の向上を図ることができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るブラシを用いたモータの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明ブラシＡ１に用いたメソカーボン粉末のＳＥＭ写真である。
【図３】本発明ブラシＡ２に用いたメソカーボン粉末のＳＥＭ写真である。
【図４】本発明ブラシＡ３に用いたメソカーボン粉末のＳＥＭ写真である。
【図５】熱処理を行っていないメソカーボン粉末を用いたカーボンブラシの偏光顕微鏡写真である。
【図６】６００℃で熱処理を行ったメソカーボン粉末を用いたカーボンブラシの偏光顕微鏡写真である。
【図７】本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のモータ効率を示すグラフである。
【図８】本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のブラシ寿命を示すグラフである。
【図９】本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２の整流子摩耗率を示すグラフである。
【図１０】本発明ブラシＢ及び比較ブラシＹの周波数と端子妨害電圧との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明ブラシＢ及び比較ブラシＹの周波数と妨害電力との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明ブラシＡ３、Ｃ１、Ｃ２及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のモータ効率を示すグラフである。
【図１３】本発明ブラシＡ３、Ｄ１、Ｄ２及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のモータ効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るブラシを用いたモータの概略構成を示している。
【００１９】
図１に示すように、ブラシ１は、モータの整流子である回転体２とブラシ１の下面１ａが接触し、その部分で摺動する構造となっており、上記ブラシ１にはリード線３が取り付けられる。
上記ブラシ１の製造方法としては、
（イ）黒鉛粉末（天然黒鉛あるいは電気黒鉛の粉末）と、メソカーボン粉末とを熱硬化性合成樹脂などのバインダを用いて混練して結合し、さらにその樹脂の熱硬化温度で熱処理を行い、樹脂を硬化せしめて作られるもの（樹脂結合質ブラシ）、
（ロ）黒鉛粉末（天然黒鉛または電気黒鉛の粉末）と、微晶質炭素（非黒鉛質炭素）又は樹脂やピッチなどのバインダと、メソカーボン粉末とを混練した混合物を主原料として造られた素材を用いたもの、例えば、上記混合物を４００℃〜８００℃の低温度で焼成して、バインダや微晶質炭素を炭化したもの（炭素黒鉛質ブラシ）、
が例示される。（ロ）は、黒鉛粉末の比率によっては黒鉛炭素質ブラシともいう。
他にも、電気黒鉛質ブラシ又は人造黒鉛質ブラシ、炭素質ブラシ、天然黒鉛質ブラシ、金属黒鉛質ブラシがあるが、本発明ではいずれの素材を用いても良い。本発明のブラシでは、とくに、樹脂結合質ブラシ、炭素黒鉛質ブラシを基材として用いることが好ましい。
【００２０】
上記ブラシ１の具体的な製造方法としては、黒鉛粉末と、バインダと、メソカーボン粉末とを混練した後、混練した塊を粉砕して成形用の粉体に調整し、その後、その粉体をブラシ基材形状に成形し、更に、熱処理を施す方法が例示できる。
ここで、上記メソカーボン粉末、上記黒鉛粉末、及び、バインダについて、その具体的内容を以下に説明する。
【００２１】
（１）メソカーボン粉末について
メソカーボン粉末とは、石炭の乾留時に副生するコールタールの蒸留残渣であるコールタールピッチ、または、石油の蒸留残渣であるアスファルトの熱分解残渣のピッチ、ナフサの熱分解や流動接触分解時に副生するタールからのピッチなどのピッチ類（石油重油質も含む）を加熱処理したものを有機溶媒、溶剤等で分離、不融化したもの、又は、加熱処理したものを固化槽で成長させてから粉砕、不融化したものであり、さらにそれらを２００℃以上４５０℃以下のか焼温度でか焼したもの、または、４００℃以上の焼成温度で焼成したものである。また、必要に応じて粒度調整を施すことができる。
【００２２】
上記メソカーボン粉末の具体例としては、メソフェーズカーボン小球体、メソフェーズカーボン小球体をか焼したもの、或いは、メソフェーズカーボン小球体を焼成したもの、又は、バルクメソフェーズ、バルクメソフェーズをか焼したもの、或いは、バルクメソフェーズを焼成したもの、が例示できる。
【００２３】
上記メソフェーズカーボン小球体は、例えば、コールタールピッチを加熱処理して、タールやピッチ中の芳香族成分が縮合やスタッキングすることにより生成する。上記コールタールピッチの加熱処理を更に続けると、コールタールピッチ中のメソフェーズカーボン小球体同士が合体してバルクメソフェーズが生成する。上記加熱処理を行う際には、減圧、常圧、加圧のいずれの条件下で行っても良く、また、加熱処理は、３５０℃以上５００℃以下（好ましくは、３８０℃以上４８０℃以下）の温度範囲で１０分以上行うことが望ましく、また、加熱処理回数は１回〜複数回であることが望ましい。加熱処理時の雰囲気は非酸化性、または、若干の酸化性雰囲気であれば良く、その後、粉砕、不融化、必要に応じて粒度調整を施す。若干の酸化雰囲気とは、酸素濃度が５体積％以下程度の雰囲気である。
【００２４】
また、上記の方法で得られたコールタールピッチ中のメソフェーズカーボン小球体を、溶剤により分離、濾別して、約２００℃以上のか焼温度でか焼したものを用いても良く、同様に、バルクメソフェーズをか焼したものを用いても良い。更に、上記の方法で得られたコールタールピッチ中のメソフェーズカーボン小球体を、溶剤により分離、濾別して、約５００℃以上１３００℃以下の焼成温度で焼成したものを用いても良く、同様に、溶剤により分離、濾別したバルクメソフェーズを焼成したものを用いても良い。
上記の方法で得られたメソカーボン粉末は、黒鉛粉末とバインダに添加して混練する前に、予熱処理しておくことが好ましい。例えば、非酸化雰囲気、５００℃〜１２００℃で予熱処理することが好ましく、５００℃〜７００℃で予熱処理することがより好ましく、５５０℃〜６５０℃がさらに好ましい。
【００２５】
カーボンブラシ中のメソカーボン粉末は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂等に被検体試料となるカーボンブラシを埋込み、硬化させた後に樹脂ごと研摩することにより研摩されたカーボンブラシの観察面を、偏光顕微鏡で観察することで確認することができる。カーボンブラシ中のメソカーボン粉末は、骨材へ添加したときの形状を維持しているので、観察面から容易に特定することができる。偏光顕微鏡に鋭敏色検板を挿入してカーボンブラシ観察面を観察すると、メソカーボン粉末に干渉色が現れ、例えば、回転角が−４５°のときに黄色、０°では赤色、＋４５°のときには青色となる。また、偏光顕微鏡の直交ニコルでメソカーボン粉末を観察すると、試料を−４５°から＋４５°回転することで消光線が変化する。ここで、図５は上記により得られたメソカーボン粉末について、予熱処理を行っていないメソカーボン粉末を用いたカーボンブラシの偏光顕微鏡写真であり、図６はメソカーボン粉末について、さらに６００℃で予熱処理を行ったメソカーボン粉末を用いたカーボンブラシの偏光顕微鏡写真である。図５及び図６から明らかなように、メソカーボン粉末を黒鉛粉末とバインダとへ添加前に、メソカーボン粉末を予熱処理しても、メソカーボン粉末を予熱処理せずに用いても略球体のままカーボンブラシ内に存在していることが確認できる。
【００２６】
加えて、必要に応じて、上記のメソカーボン粉末を粒度調整しても良い。ここで、粒度調整は、加熱処理温度或いはか焼温度を調整、若しくは、加熱処理時間或いはか焼時間を調整することで行うことができる。例えば、加熱処理温度或いはか焼温度を高くする、または、加熱処理時間或いはか焼時間を長くすることで粒度分布が大きくなる場合は、分級して粒度分布を調整することができる。また、大きな粒径となった場合には、粉砕、分級するなどして粒度分布を調整すればよい。メソカーボン粉末を粉砕することで、メソカーボン粉末を不定形状とすることができる。また、コールタールピッチを加熱処理したものを固化槽で成長させたものを粉砕することでもメソカーボン粉末を不定形状とすることができる。尚、本発明のメソカーボン粉末のアスペクト比は、１〜３、特に、１〜２、更には１〜１．５であることが好ましい。
【００２７】
（２）黒鉛粉末について
黒鉛粉末としては、天然黒鉛、人造黒鉛、電気黒鉛、又は、膨張黒鉛のいずれを用いてもよく、これらを組合せて混合したものを用いても良い。ただし、不純物含有量が少ないことから、人造黒鉛を用いることが好ましい。
また、黒鉛粉末とバインダとの総量に対する黒鉛粉末の割合は、６０質量％以上９０質量％であることが望ましい。黒鉛粉末の割合が９０質量％を超えると、バインダの割合が減少するため、ブラシが強度不足となり易くなる。一方、黒鉛粉末の割合が６０質量％未満になると、所望のカーボンブラシの特性が得られ難くなる。
【００２８】
更に、黒鉛粉末の粒径は特に限定するものではないが、前述のメソカーボン粉末（粒径が５μｍ以上８０μｍ以下であって、平均粒径が１０μｍ以上４０μｍ以下である）と同程度の粒径とするのが好ましい。具体的には、黒鉛粉末の粒径は１μｍ以上１００μｍ以下、平均粒径は５μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。
【００２９】
このように規制するのは、黒鉛粉末の粒径が１００μｍを超えると、摺動時に粒子離脱が発生し易くなる可能性があり、そこから火花が発生することでブラシの摩耗が進む。一方、黒鉛粉末の粒径が１μｍ以下になると、ブラシ基材の強度が低下すると共に、バインダが過多となって、所望のカーボンブラシの特性が得られ難くなる。これに対して、黒鉛粉末の粒径が１μｍ以上１００μｍ以下であれば、仮に、摺動時に粒子離脱等が発生した場合であっても、離脱した粒子部分が小さく、偏摩耗することがなく、更に、ブラシ基材の強度が十分で、長寿命化を達成できる。
上記のことを考慮すれば、黒鉛粉末の粒径は１０μｍ以上８０μｍ以下で、平均粒径は１０μｍ以上３０μｍ以下に規制することが、特に望ましい。
【００３０】
（３）バインダについて
バインダとしては、ピッチや熱硬化性樹脂などの他、例えば、固体状、液体状のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、これらを変性して得られる種々の熱硬化樹脂が使用することができ、更に、これらを組合せて用いても良い。
【００３１】
また、黒鉛粉末とバインダとの総量に対するバインダの割合は、１０質量％以上４０質量％未満であることが望ましい。バインダの割合が１０質量％未満であると、黒鉛粉末等との結合力が小さくなって、ブラシ強度が不足することがある。一方、バインダの割合が４０質量％を超えると、黒鉛粉末の配合量が少なくなるため、所望のカーボンブラシの特性が得られにくくなる。
【００３２】
尚、二硫化モリブデンなどの添加剤を、ブラシ特性を大きく変化させない範囲（黒鉛粉末とバインダとの総量に対する添加剤の割合が０．５質量％以上５質量％以下）で添加してもよい。このような割合とするのは、添加剤の割合が０．５質量％未満であると、添加効果を十分に発揮することができない一方、添加剤の割合が５質量％を超えると、整流子表面に形成される被膜が厚くなり過ぎるからである。
【００３３】
また、ブラシ１は、ブラシ基材の段階で、ブラシ１の下面１ａを除く側面１ｂ及び上面１ａの全面又は１部分に電気良導性の金属皮膜（例えば、ニッケル、銅、又は銀から成る）を形成しても良い。尚、この皮膜は電解メッキ、無電解メッキ等の公知の方法によって作製すれば良く、また、その厚さは問わないが、一般には、３〜１００μｍである。これにより、導電性回転体との摺動時にカーボンブラシの抵抗損は小さくなり整流性が向上する。
【実施例】
【００３４】
〔第１実施例〕
（実施例１）
先ず、骨材として人造黒鉛粉末（平均粒径２０μｍ）７７質量％と、バインダであるエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）２３質量％とを配合した後、予熱処理がされていない不定形のメソカーボン粉末（平均粒径２０μｍ、図２参照）を添加した。なお、このメソカーボン粉末は、コールタールピッチを加熱処理、固化、粉砕、不融化、粒度調整して得たものを使用した。この際、上記人造黒鉛粉末と上記エポキシ樹脂との総量に対するメソカーボン粉末の割合は１質量％とした。次いで、人造黒鉛粉末と樹脂とメソカーボン粉末とが均一に混合するように、常温で所定の時間（６０分）混練した。
【００３５】
次に、この混練物を平均粒径８０μｍ以下に粉砕して、ブラシ成形のための成形用粉末とした。この成形用粉末を冷間プレスにより１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で成形した後、不活性雰囲気下１８０℃で熱処理することにより、カーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＡ１と称する。
【００３６】
（実施例２）
不定形のメソカーボン粉末の代わりに、予熱処理がされていない略球状のメソカーボン粉末（平均粒径２５μｍ、図３参照）を用いた以外は、上記実施例１と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＡ２と称する。
【００３７】
（実施例３)
不定形のメソカーボン粉末の代わりに、上記実施例２で用いた略球状のメソカーボン粉末を６００℃で５時間、予熱処理がされたもの（平均粒径２６μｍ、図４参照）を用いた以外は、上記実施例１と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＡ３と称する。
【００３８】
（比較例１)
不定形のメソカーボン粉末の代わりに、ＳｉＣ粉末を添加（人造黒鉛粉末とエポキシ樹脂との総量に対する割合は０．３質量％）した以外は、上記実施例１と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、比較ブラシＺ１と称する。
【００３９】
（比較例２)
不定形のメソカーボン粉末を添加しない以外は、上記実施例１と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、比較ブラシＺ２と称する。
【００４０】
（実験１）
上記本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のモータ効率を、下記の測定方法で調べたので、その結果を図７に示す。尚、実験は、湿度が３０〜４０％の室温（２０〜３０℃）下で行った。
モータ効率の測定は、先ず、試験用のモータに４１ＫＰａのスプリング圧力で、各ブラシにリード線を取り付けた後、試験用のモータにセットした。その後、モータに、ＡＣ２４０Ｖ、５０Ｈｚの電圧を加え、モータ回転数３２０００ｒｐｍで連続運転を行った。この際、各ブラシの吸引仕事率Ｐ（Ｗ）を測定し、下記（１）式からモータの効率を算出した（尚、スプリング圧力は、ＪＩＳ  Ｂ  ２７０４（２００９）に準じたものを使用。）。
【００４１】
η＝（Ｐ／Ｉ）×１００・・・（１）
上記（１）式において、ηはモータ効率（％）、Ｐは吸引仕事率（Ｗ）Ｉは入力（Ｗ）である。
【００４２】
図７から明らかなように、メソカーボン粉末を添加した本発明ブラシＡ１〜Ａ３のモータ効率は４２．２６〜４２．４７％であって、メソカーボン粉末を添加していない比較ブラシＺ２（モータ効率は４２．３０％）と同等又はそれ以上であり、ＳｉＣ粉末を添加した比較ブラシＺ１（モータ効率は４１．８０％）よりも０．４％以上向上していることが認められる。特に、予め熱処理したメソカーボン粉末を用いた本発明ブラシＡ３では、モータ効率が４２．４７％で、格段に向上していることが認められる。
【００４３】
ここで、小型モータの分野において、モータ効率が０．１〜０．２％向上するのは顕著な効果であり、本発明ブラシＡ１〜Ａ３のように、ＳｉＣ粉末を添加した比較ブラシＺ１よりも約０．４％以上向上していることは、飛躍的な効果が得られたと考えられる。モータの規格などにより、入力を大きくできない等の規制がされている場合には、本発明のような出力損失が小さく、モータ効率の高いブラシが極めて好適である。
【００４４】
（実験２）
上記本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のブラシ寿命を調べたので、その結果を図８に示す。尚、実験は、上記実験１と同様の条件で７００時間モータを作動させた後、ブラシ摩耗量を測定し、下記（２）式からブラシ寿命を算出した。尚、下記（２）式において、有効摩耗長さは３０ｍｍとした。
【００４５】
ブラシ寿命（ｈ）＝
有効摩耗長さ３０（ｍｍ）÷ブラシ摩耗量（ｍｍ）×モータ作動時間（ｈ）
・・・（２）
【００４６】
図８から明らかなように、メソカーボン粉末を添加した本発明ブラシＡ１〜Ａ３のブラシ寿命は８８０〜１０１７時間であって、ＳｉＣ粉末を添加した比較ブラシＺ１（ブラシ寿命は９００時間）と同等又はそれ以上であり、メソカーボン粉末を添加していない比較ブラシＺ２（ブラシ寿命は７９０時間）よりも向上していることが認められる。特に、予熱処理したメソカーボン粉末を用いた本発明ブラシＡ３では、ブラシ寿命が１０１７時間で、格段に向上していることが認められる。
このように、本願のカーボンブラシは、モータにブラシを押し付けるモータ効率測定において、モータへのブラシのスプリング圧力４１ＫＰａ、電圧：ＡＣ２４０Ｖ、５０Ｈｚ、モータ回転数３２０００ｒｐｍの条件で、７００時間連続運転したときのモータ効率が４２％より大きく、ブラシ寿命が８００時間より大きいというモータ効率の向上とブラシ寿命とを永らえることのできるカーボンブラシである。
【００４７】
（実験３）
上記本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２を用いたモータの整流子摩耗率を調べたので、その結果を図９に示す。尚、実験は、上記実験１と同様の条件で７００時間モータを作動させた後、整流子摩耗量を測定して、下記（３）式から整流子摩耗率を算出した。
【００４８】
整流子摩耗率（ｍｍ／１００ｈ）＝
整流子摩耗量（ｍｍ）×１００÷モータ作動時間（ｈ）・・・ （３）
【００４９】
図９から明らかなように、メソカーボン粉末を添加した本発明ブラシＡ１〜Ａ３の整流子摩耗率は０．０２〜０．０３ｍｍ／１００ｈであって、メソカーボン粉末を添加していない比較ブラシＺ２（整流子摩耗率は０．０１ｍｍ／１００ｈ）と略同等であり、ＳｉＣ粉末を添加した比較ブラシＺ１（整流子摩耗率は０．０６ｍｍ／１００ｈ）よりも向上していることが認められる。このように、整流子の摩耗量を低減でき、安定した摺動を得られるということから、火花の発生を抑制して雑防効果を得ることができる。
【００５０】
（実験４）
上記本発明ブラシＡ１〜Ａ３及び比較ブラシＺ１、Ｚ２のかさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さを調べたので、その結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2011205816.tif 000003
【００５２】
上記表１から明らかなように、本発明ブラシＡ１〜Ａ３と比較ブラシＺ１、Ｚ２とを比較した場合、かさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さについて、殆ど差異が無いことが認められる。
【００５３】
（実験５）
上記本発明ブラシＡ１〜Ａ３に用いられているメソカーボン粉末の揮発分と灰分とを調べたので、その結果を表２に示す。尚、表２にはメソカーボン粉末の平均粒径についても記載している。なお、灰分は、ＪＩＳ  Ｒ７２７３−１９９７に準じて求めた。
【００５４】
【表２】
2011205816.tif 000004
【００５５】
表２から明らかなように、灰分については何れのブラシも大差ないが、予熱処理を行った場合には、揮発分が減少することが認められる（本発明ブラシＡ２と本発明ブラシＡ３との差異）。
【００５６】
〔第２実施例〕
（実施例）
先ず、人造黒鉛粉末（平均粒径１５μｍ）７０質量％と、バインダであるピッチ３０質量％とを配合し、更に、上記人造黒鉛粉末と上記ピッチとの総量に対して０．９質量％の割合で不定形のメソカーボン粉末（平均粒径２０μｍ）を添加した。次いで、人造黒鉛粉末とピッチとメソカーボン粉末とが均一に混合するように、２００℃で所定の時間（６０分）混練した。
【００５７】
次に、この混練物を平均粒径８０μｍ以下に粉砕して、ブラシ成形のための成形用粉末とした。この成形用粉末を冷間プレスにより１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で成形した後、不活性雰囲気下６５０℃で熱処理することにより、カーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＢと称する。
【００５８】
（比較例)
不定形のメソカーボン粉末の代わりに、ベントナイト粉末を添加（人造黒鉛粉末とピッチとの総量に対して０．６質量％の割合で添加）した以外は、上記実施例と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、比較ブラシＹと称する。
【００５９】
（実験１）
上記本発明ブラシＢ及び比較ブラシＹのＥＭＩ性能(電動工具用途で重視される性能)について調べたので、その結果を図１０及び図１１に示す。尚、当該性能については、ＣＩＳＰＲ１４規格に基づくＥＭＩ試験により、端子妨害電圧と妨害電力を測定することにより行った。
【００６０】
図１０から明らかなように、本発明ブラシＢと比較ブラシＹとを比較した場合、周波数が１５ＭＨｚまでの周波数では差異はないが、周波数が１５ＭＨｚを超えると、本発明ブラシＢは比較ブラシＹに比べて、端子妨害電圧が低くなっていることが認められる。また、図１１から明らかなように、周波数が３０ＭＨｚ以上の場合には、本発明ブラシＢは比較ブラシＹに比べて、妨害電力が極めて低くなっていることが認められる。
【００６１】
ＥＭＩ性能は高周波領域（１５ＭＨｚ以上、特に３０ＭＨｚ）で問題となる。上記の如く、当該領域では、本発明ブラシＢは比較ブラシＹに比べて、端子妨害電圧や妨害電力が低くなっていることから、本発明ブラシＢは比較ブラシＹよりＥＭＩ性能に優れるということがわかる。
【００６２】
（実験２）
上記本発明ブラシＢ及び比較ブラシＹのかさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さを調べたので、その結果を表３に示す。
【００６３】
【表３】
2011205816.tif 000005
【００６４】
上記表３から明らかなように、本発明ブラシＢと比較ブラシＹとを比較した場合、かさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さについて、殆ど差異が無いことが認められる。
【００６５】
〔第３実施例〕
（実施例１）
予熱処理された略球状のメソカーボン粉末の添加量を２質量％とした以外は、前記第１実施例の実施例３と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＣ１と称する。
【００６６】
（実施例２)
予熱処理された略球状のメソカーボン粉末の添加量を３質量％とした以外は、前記第１実施例の実施例３と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＣ２と称する。
【００６７】
（実験１）
上記本発明ブラシＣ１、Ｃ２のモータ効率を調べたので、その結果を図１２に示す。尚、実験方法は前記第１実施例の実験１と同様の方法である。また、図１２には、前記本発明ブラシＡ３、及び比較ブラシＺ１、Ｚ２の実験結果についても記載している。
【００６８】
図１２から明らかなように、メソカーボン粉末の添加量が２質量％、３質量％の本発明ブラシＣ１、Ｃ２のモータ効率は、各々、４２．６０％、４２．７０％である。したがって、メソカーボン粉末を添加していない比較ブラシＺ２（モータ効率は４２．３０％）や、ＳｉＣ粉末を添加した比較ブラシＺ１（モータ効率は４１．８０％）のみならず、メソカーボン粉末の添加量が１質量％の本発明ブラシＡ３のモータ効率よりも向上していることが認められる。
【００６９】
以上のことから、メソカーボン粉末の添加量は多いことが好ましいことがわかるが、メソカーボン粉末の添加量が多過ぎると、整流子表面に形成されるカーボン皮膜を削り過ぎてしまい、良好な摺動特性が得られないことがある。したがって、バインダと人造黒鉛との総量に対するメソカーボン粉末の割合は１０．０質量％以下であることが望ましい。
【００７０】
（実験２）
上記本発明ブラシＣ１、Ｃ２のかさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さを調べたので、その結果を表４に示す。尚、表４には、前記本発明ブラシＡ３、及び比較ブラシＺ１、Ｚ２の実験結果についても記載している。
【００７１】
【表４】
2011205816.tif 000006
【００７２】
上記表４から明らかなように、本発明ブラシＡ３、Ｃ１、Ｃ２と比較ブラシＺ１、Ｚ２とを比較した場合、かさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さについて、殆ど差異が無いことが認められる。
【００７３】
〔第４実施例〕
（実施例１）
略球状のメソカーボン粉末の予熱処理温度を８００℃とした以外は、前記第１実施例の実施例３と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＤ１と称する。
【００７４】
（実施例２)
略球状のメソカーボン粉末の予熱処理温度を１１００℃とした以外は、前記第１実施例の実施例３と同様にしてカーボンブラシを作製した。
このようにして作製したカーボンブラシを、以下、本発明ブラシＤ２と称する。
【００７５】
（実験１）
上記本発明ブラシＤ１、Ｄ２のモータ効率を調べたので、その結果を図１３に示す。尚、実験方法は前記第１実施例の実験１と同様の方法である。また、図１３には、前記本発明ブラシＡ３、及び比較ブラシＺ１、Ｚ２の実験結果についても記載している。
【００７６】
図１３から明らかなように、メソカーボン粉末の予熱処理温度が各々８００℃、１１００℃の本発明ブラシＤ１、Ｄ２のモータ効率は、各々、４２．２０％、４２．３０％である。したがって、ＳｉＣ粉末を添加した比較ブラシＺ１（モータ効率は４１．８０％）よりもモータ効率が向上し、メソカーボン粉末を添加していない比較ブラシＺ２（モータ効率は４２．３０％）と略同等であることが認められる。但し、メソカーボン粉末の予熱処理温度が６００℃の本発明ブラシＡ３のモータ効率より若干劣っている。
【００７７】
以上のことから、メソカーボン粉末の予熱処理温度が余り高くなるとモータ効率が低下するので、予熱処理の温度は７００℃以下であることが好ましい。尚、上記表１３には示していないが、予熱処理の温度が余り低いと予熱処理効果が発揮されないので、予熱処理の温度は５００℃以上であることが好ましい。
【００７８】
（実験２）
上記本発明ブラシＤ１、Ｄ２のかさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さを調べたので、その結果を表５に示す。尚、表５には、前記本発明ブラシＡ３、及び比較ブラシＺ１、Ｚ２の実験結果についても記載している。
【００７９】
【表５】
2011205816.tif 000007
【００８０】
上記表５から明らかなように、本発明ブラシＡ３、Ｄ１、Ｄ２と比較ブラシＺ１、Ｚ２とを比較した場合、かさ密度、硬度、抵抗率、及び、曲げ強さについて、殆ど差異が無いことが認められる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のカーボンブラシは、家電用、電動工具用、自動車用の整流子を用いる電動機等に用いることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１：ブラシ
２：回転体
【図１】
2011205816.tif 000008
【図７】
2011205816.tif 000009
【図８】
2011205816.tif 000010
【図９】
2011205816.tif 000011
【図１０】
2011205816.tif 000012
【図１１】
2011205816.tif 000013
【図１２】
2011205816.tif 000014
【図１３】
2011205816.tif 000015
【図２】
2011205816.tif 000016
【図３】
2011205816.tif 000017
【図４】
2011205816.tif 000018
【図５】
2011205816.tif 000019
【図６】
2011205816.tif 000020