(57)【要約】【課題】整流子セグメントとの導通を良好としながら、更なる長寿命化を図ることができるカーボンブラシを提供する。【解決手段】カーボンブラシとしての陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂは、研磨剤としての非晶質カーボン１２１と導電性金属（導電性の高い金属）としての銅粉体１２２とが予め一体化されてなる研磨複合剤粉体１２３と、黒鉛（結晶）粉体１２４と、銅粉体１２５とが結合剤にて焼き固められて結合されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨剤と導電性金属とが予め一体化されてなる研磨複合剤粉体と、黒鉛粉体と、銅粉体とが結合剤にて結合されてなることを特徴とするカーボンブラシ。
【請求項２】
請求項１に記載のカーボンブラシにおいて、
前記研磨複合剤粉体は、前記研磨剤の表面の一部または全部に前記導電性金属が付着されてなることを特徴とするカーボンブラシ。
【請求項３】
請求項１に記載のカーボンブラシにおいて、
前記研磨複合剤粉体は、前記研磨剤の内部に前記導電性金属の一部または全部が収納されてなることを特徴とするカーボンブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば直流モータの整流子に摺接されるカーボンブラシに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から直流モータには、整流子に摺接されて巻線コイルに駆動電流を供給するためのカーボンブラシが設けられている。このようなカーボンブラシは、主に黒鉛（結晶）粉体と、銅粉体とが結合剤にて焼き固められて結合されている。
【０００３】
そして、このようなカーボンブラシとしては、例えば、チタン系やシリコン系などの研磨剤を含むものがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、図１０に模式的に示すように、研磨剤２０１と、黒鉛粉体２０２と、銅粉体２０３とが結合剤にて焼き固められて結合されてなるカーボンブラシ２０４は、研磨剤２０１が整流子セグメント２０５表面に発生する酸化膜Ｓを削るため、酸化膜Ｓが厚くなってしまうことが防止される。よって、整流子セグメント２０５との導通不良が低減され、それによって火花の発生が低減され、ひいてはカーボンブラシ２０４の長寿命化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−７１１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなカーボンブラシ２０４では、研磨剤２０１の硬度が高いことからカーボンブラシ２０４が摩耗していく際に孤立して整流子セグメント２０５との摺接面に残り易い。そして、研磨剤２０１は導電性が低いため、研磨剤２０１が孤立して整流子セグメント２０５との摺接面に残ってしまうことに基づき整流子セグメント２０５との導通不良が発生し、それによって火花が発生し、カーボンブラシ２０４の長寿命化が妨げられてしまうという問題がある。即ち、上記のようなカーボンブラシ２０４では、図１１に示すように、駆動時間に対してブラシ摩耗が急激に進み、ブラシ長が加速度的に短くなってしまうことになる。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、整流子セグメントとの導通を良好としながら、更なる長寿命化を図ることができるカーボン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】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、研磨剤と導電性金属とが予め一体化されてなる研磨複合剤粉体と、黒鉛粉体と、銅粉体とが結合剤にて結合されてなるカーボンブラシを要旨とする。
【０００７】
同構成によれば、研磨剤を含むため、整流子セグメント表面に発生する酸化膜が厚くなることが防止される。よって、整流子セグメントとの導通不良が低減され、それによって火花の発生が低減され、ひいてはカーボンブラシの長寿命化を図ることができる。しかも、導電性の低い研磨剤は導電性金属と予め一体化させてなる研磨複合剤粉体とされて、黒鉛粉体及び銅粉体と結合されているため、研磨剤が孤立して整流子セグメントとの摺接面に残ってしまうことが低減される。よって、研磨剤が孤立して整流子セグメントとの摺接面に残ってしまうことに基づく整流子セグメントとの導通不良が低減され、それによって火花の発生が低減され、ひいてはカーボンブラシの更なる長寿命化を図ることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のカーボンブラシにおいて、前記研磨複合剤粉体は、前記研磨剤の表面の一部または全部に前記導電性金属が付着されてなる。
同構成によれば、研磨複合剤粉体は、研磨剤の表面の一部または全部に導電性金属が付着されてなるため、研磨剤の内部に導電性金属が収納されてなるものに比べて、導電性金属が周りの銅粉体と接触し易い。よって、導電性が良い。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のカーボンブラシにおいて、前記研磨複合剤粉体は、前記研磨剤の内部に前記導電性金属の一部または全部が収納されてなる。
同構成によれば、研磨複合剤粉体は、研磨剤の内部に導電性金属の一部または全部が収納されてなるため、研磨剤の表面に導電性金属が付着されてなるものに比べて、その製造が容易である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、整流子セグメントとの導通を良好としながら、更なる長寿命化を図ることができるカーボンブラシを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施の形態を図１〜図７に従って説明する。
図２に示すように、本実施形態の直流モータ１０１は、固定子１０２と回転子である電機子１０３とを備えている。固定子１０２は、略筒形状のヨークハウジング１０４と、該ヨークハウジング１０４の内周面に等角度間隔で配置固着された複数のマグネット１０５とを備えている。本実施の形態では、マグネット１０５は６個設けられ、磁極数が６とされている。
【００１２】
電機子１０３は、図２及び図３に示すように、回転軸１０６と、該回転軸１０６に固定された電機子コア１０７と、同じく回転軸１０６に固定された整流子１０８とを備える。電機子１０３は、図３に示すように、回転軸１０６の両端側がヨークハウジング１０４を含むハウジング（詳しくはヨークハウジング１０４及びその開口部を塞ぐエンドハウジングＥ）に保持された軸受Ｇにて回転可能に支持されている。又、この状態で整流子１０８の外周には前記エンドハウジングＥに保持され給電を行うためのカーボンブラシとしての陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂが摺接可能に押圧接触される。又、この状態で電機子コア１０７はマグネット１０５と対向して周囲を囲まれるように配置される。
【００１３】
電機子コア１０７は回転軸１０６を中心として放射状に延びる８個のティースＴ１〜Ｔ８を有し、該ティースＴ１〜Ｔ８間にはそれぞれスロットＳ１〜Ｓ８が形成されている（図２及び図５（ａ）参照）。即ち、本実施の形態では、スロット数が８とされている。そして、ティースＴ１〜Ｔ８には、スロットＳ１〜Ｓ８内を通るように巻線Ｍ１〜Ｍ８がそれぞれインシュレータ１１０（図３参照）を介して集中巻にて巻装されている。尚、図５（ａ）は、電機子１０３を平面状に展開した模式図である。
【００１４】
整流子１０８は、図３に示すように、整流子本体１１１と短絡部材１１２とからなる。整流子本体１１１は、略円筒形状の本体絶縁材１１３と、本体絶縁材１１３の外周面に周方向に２４個配設される整流子セグメントとしてのセグメント１〜２４（図５（ａ）参照）とを備える。尚、このセグメント１〜２４は本体絶縁材１１３の外周で略円筒状をなし、その径方向外側から前記陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂが押圧接触して当接されることになる。
【００１５】
短絡部材１１２は、整流子本体１１１の軸方向端部に固定され、図５（ａ）に示すように、２４個のセグメント１〜２４を１２０度間隔に電気的に接続し、例えば、セグメント１，９，１７の組や、セグメント５，１３，２１の組を短絡された同電位状態とする。詳しくは、短絡部材１１２は、図４に示すように、絶縁層１１４を挟む２つの層にそれぞれ２４個ずつ配置された短絡片１１５，１１６を備える。一方（図４中、紙面手前側の層）の各短絡片１１５は、その径方向内側端部が径方向外側端部に対して周方向一方（図４中、時計回り方向）に６０°ずれるように形成されている。又、他方（図４中、紙面奥側の層であって、破線で示す）の各短絡片１１６は、その径方向内側端部が径方向外側端部に対して周方向他方（図４中、反時計回り方向）に６０°ずれるように形成されている。そして、２つの層の各短絡片１１５，１１６は、互いに径方向内側端部同士、及び径方向外側端部同士が絶縁層１１４を挟まずにそれぞれ電気的に接続されている。これにより、短絡部材１１２における短絡片１１５，１１６の径方向外側端部は、１２０度間隔に電気的に接続されることになる。そして、短絡部材１１２は、その各径方向外側端部がセグメント１〜２４にそれぞれ電気的に接続されるように整流子本体１１１に固定されている。尚、本実施の形態では、他方（図４中、紙面奥側の層であって、破線で示す）の短絡片１１６における径方向外側端部に前記巻線Ｍ１〜Ｍ８の端部を接続固定するためのライザ１１６ａが形成されている。又、このライザ１１６ａは、２４個の短絡片１１６において、周方向に３つおきに全体で８個形成されている。
【００１６】
そして、前記巻線Ｍ１〜Ｍ８は、その端部が前記ライザ１１６ａに係止されることでセグメント１〜２４に結線されながら、全部で１つの閉ループを構成するように直列に接続されながら巻装されている。尚、本実施の形態の巻線Ｍ１〜Ｍ８は、Ｍ１、Ｍ４、Ｍ７、Ｍ２、Ｍ５、Ｍ８、Ｍ３、Ｍ６、Ｍ１…の順で閉ループを構成している。即ち、図５（ａ）における巻線Ｍ１〜Ｍ８によって形成される回路を視覚的に分かり易く展開すると図５（ｂ）のようになる。又、このように巻線Ｍ１〜Ｍ８を全部で１つの閉ループを構成するように巻装することで、陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂ間の並列回路数は２とされている。つまり、２つのブラシである陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂ間は２系統で接続されることを意味する。
【００１７】
ここで、本実施の形態の陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂは、図１に模式的に示すように、研磨剤としての非晶質カーボン１２１と導電性の高い金属である導電性金属としての銅粉体１２２とが予め一体化されてなる研磨複合剤粉体１２３と、黒鉛（結晶）粉体１２４と、銅粉体１２５とが結合剤にて焼き固められて結合されている。又、本実施の形態の前記研磨複合剤粉体１２３は、図６に模式的に示すように、前記非晶質カーボン１２１の表面に銅粉体１２２が付着されてなる。尚、それぞれの粉径は、黒鉛粉体１２４が５０〜１００μｍ、銅粉体１２５が１０〜３０μｍ、非晶質カーボン１２１が１０〜３０μｍ、導電性金属としての銅粉体１２２が黒鉛粉体１２４よりも小径であって１０〜５０μｍに設定されている。
【００１８】
即ち、陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂの製造方法は、非晶質カーボン１２１と銅粉体１２２とを一体化して研磨複合剤粉体１２３を作成する「一体化工程」と、「一体化工程」の後、作成した研磨複合剤粉体１２３と、黒鉛粉体１２４と、銅粉体１２５とを結合剤にて結合する「結合工程」とを備える。又、本実施の形態の「一体化工程」では、非晶質カーボン１２１の表面に銅粉体１２２を付着させて（結合剤にて結合させて（銅粉体１２２が溶けない温度で焼き固めて））一体化させている。尚、「一体化工程」における非晶質カーボン１２１に対する銅粉体１２２の割合は、３０体積％〜１００体積％としている。又、「結合工程」における黒鉛粉体１２４に対する研磨複合剤粉体１２３の割合は、０．２重量％〜２０重量％としている。
【００１９】
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂは、研磨剤としての非晶質カーボン１２１を含むため、セグメント１〜２４表面に発生する酸化膜Ｓが摺動時に削られて厚くなることが防止される。よって、セグメント１〜２４との導通不良が低減され導通が良好とされ、それによって火花の発生が低減され、ひいては陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂの長寿命化を図ることができる。
【００２０】
しかも、導電性の低い非晶質カーボン１２１は銅粉体１２２と予め一体化させてなる研磨複合剤粉体１２３とされて、黒鉛粉体１２４及び銅粉体１２５と結合されているため、非晶質カーボン１２１が孤立してセグメント１〜２４との摺接面に残ってしまうことが低減される。よって、非晶質カーボン１２１が孤立してセグメント１〜２４との摺接面に残ってしまうことに基づくセグメント１〜２４との導通不良が低減され、それによって火花の発生が低減され、ひいては陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂの更なる長寿命化を図ることができる。即ち、上記のような陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂでは、図７に示すように、駆動時間に対してブラシ摩耗が略一定速度で進み、ブラシ長が略比例して徐々に短くなり、従来（図１１参照）に比べて、長寿命化を図ることができる。
【００２１】
（２）研磨複合剤粉体１２３は、非晶質カーボン１２１の表面に銅粉体１２２が付着されてなるため、非晶質カーボン１２１の内部に導電性金属である銅粉体１２２が収納されてなるものに比べて、銅粉体１２２が周りの銅粉体１２５と接触し易い。よって、導電性が良い。
【００２２】
（３）上記実施の形態のようにインダクタンスが大きくなる巻線Ｍ１〜Ｍ８を用いると、陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂとセグメント１〜２４との間で火花放電が大きくなりやすい。そして、この大きな火花放電が陽極側及び陰極側ブラシ１０９ａ，１０９ｂを損傷させ、セグメント１〜２４表面に発生する酸化膜Ｓを厚くし、導通不良を発生させる原因となるが、これが低減されるため、本実施の形態では効果が顕著となる。
【００２３】
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、研磨複合剤粉体１２３は、非晶質カーボン１２１の表面に銅粉体１２２が付着されてなるとしたが、これに限定されず、例えば、図８及び図９に示すように、研磨剤としての非晶質カーボン１３１の内部に導電性金属としての銅粉体１３２（その少なくとも一部）が収納されてなる研磨複合剤粉体１３３としてもよい。即ち、この例の「一体化工程」では、非晶質カーボン１３１の内部に銅粉体１３２を収納させて（結合剤にて結合させて（銅粉体１３２が収納される温度で焼き固めて））一体化させている。尚、この例の「一体化工程」における非晶質カーボン１３１に対する銅粉体１３２の体積比は、９：１〜１：１としている。
【００２４】
このようにしても、上記実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。又、このようにすると、上記実施の形態と比べて、その製造が容易となる。
・上記実施の形態では、研磨剤を非晶質カーボン１２１（１３１）としたが、これに限定されず、他の研磨剤に変更してもよい。例えば、非晶質カーボン１２１をタングステン、又はその化合物に変更してもよい。
【００２５】
・上記実施の形態では、導電性金属を銅粉体１２２（１３２）としたが、これに限定されず、他の導電性金属に変更してもよい。例えば、銅粉体１２２を銀に変更してもよい。
・上記実施の形態では、整流子１０８は２４個のセグメント１〜２４を有するとしたが、これに限定されず、整流子セグメントの数が異なる整流子を備えた直流モータに具体化してもよい。また、短絡部材１１２をなくし巻線と接続しないセグメントを接続セグメントと合わせた整流子を備えた直流モータにしてもよい。
【００２６】
・上記実施の形態では、マグネット１０５の数、即ち磁極数が６で、巻線Ｍ１〜Ｍ８が集中巻にて巻装される直流モータに具体化したが、これに限定されず、例えば、磁極数が２で、巻線が分布巻にて巻装される直流モータに具体化してもよい。
【００２７】
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）研磨剤と導電性金属とを一体化して研磨複合剤粉体を作成する一体化工程と、前記一体化工程の後、前記研磨複合剤粉体と、黒鉛粉体と、銅粉体とを結合剤にて結合する結合工程とを備えたことを特徴とするカーボンブラシの製造方法。
【００２８】
同方法で製造されたカーボンブラシは研磨剤を含むため、整流子セグメント表面に発生する酸化膜が厚くなることが防止される。よって、整流子セグメントとの導通不良が低減され、それによって火花の発生が低減され、ひいてはカーボンブラシの長寿命化を図ることができる。しかも、一体化工程にて一般的に導電性の低い研磨剤が導電性金属と一体化されて研磨複合剤粉体とされた後、結合工程にて黒鉛粉体及び銅粉体と結合されてカーボンブラシが製造されるため、研磨剤が孤立して整流子セグメントとの摺接面に残ってしまうことが低減される。よって、研磨剤が孤立して整流子セグメントとの摺接面に残ってしまうことに基づく整流子セグメントとの導通不良が低減され、それによって火花の発生が低減され、ひいてはカーボンブラシの更なる長寿命化を図ることができる。
【００２９】
（ロ）上記（イ）に記載のカーボンブラシの製造方法において、前記一体化工程では、前記研磨剤の表面に前記導電性金属を付着させることを特徴とするカーボンブラシの製造方法。
【００３０】
同方法によれば、研磨剤の内部に導電性金属を収納する場合に比べて、導電性金属が周りの銅粉体と接触し易い。よって、導電性が良い。
（ハ）上記（イ）に記載のカーボンブラシの製造方法において、前記一体化工程では、前記研磨剤の内部に前記導電性金属の少なくとも一部を収納させることを特徴とするカーボンブラシの製造方法。
【００３１】
同方法で製造された研磨複合剤粉体は、研磨剤の内部に導電性金属の少なくとも一部が収納されてなるため、研磨剤の表面に導電性金属が付着されてなるものに比べて、その製造が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態における陽極側及び陰極側ブラシの摺接状態を説明するための模式図。
【図２】本実施の形態における直流モータを説明するための概略構成図。
【図３】本実施の形態における直流モータの断面図。
【図４】本実施の形態における直流モータの整流子の短絡部材の平面図。
【図５】（ａ）本実施の形態における直流モータの電機子を平面状に展開した展開図。（ｂ）本実施の形態の巻線によって形成される回路図。
【図６】本実施の形態における研磨複合剤粉体の模式図。
【図７】本実施の形態における駆動時間−ブラシ長の特性図。
【図８】別例における陽極側及び陰極側ブラシの摺接状態を説明するための模式図。
【図９】別例における研磨複合剤粉体の模式図。
【図１０】従来技術におけるカーボンブラシの摺接状態を説明するための模式図。
【図１１】従来技術における駆動時間−ブラシ長の特性図。
【符号の説明】
【００３３】
１２１，１３１…非晶質カーボン（研磨剤）、１２２，１３２…銅粉体（導電性金属）、１２３，１３３…研磨複合剤粉体、１２４…黒鉛粉体、１２５…銅粉体。
【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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【図８】
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【図９】
2008148417.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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