(57)【要約】      （修正有）【課題】  燃料噴射ポンプのカーボンとコンミュテータ間の整流火花によるコンミュテータ表面の凸凹、磨耗が問題になる。カーボンブラシに繊維状のチタン酸カリウムもしくはモンモリロナイトを５〜３０wt%添加する。【解決手段】  カーボンを主成分とするブラシの平均２次粒子径が０．１〜１μｍのモンモリロナイトや、繊維幅の平均値が０．２〜０．６μｍの繊維状のチタン酸カリウム、の少なくとも一員からなる低い削摩剤を添加して、カーボン整流子への削摩作用を僅かに抑えながらその表面を平滑化して、整流火花自体の発生を抑制する。よって燃料噴射ポンプコンミュテータの耐久性を増すことができる。【選択図】  図５
2008043028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンを主成分とするブラシ本体を備えた燃料噴射ポンプ用のカーボンブラシにおいて、
前記ブラシ本体に、平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイト、及び繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍの繊維状のチタン酸カリウム、の少なくとも一員からなる削摩剤を添加したことを特徴とする、カーボンブラシ。    
【請求項２】
前記削摩剤として平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイトを添加したことを特徴とする、請求項１のカーボンブラシ。
【請求項３】
ブラシ本体に対する平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイト、及び繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍの繊維状のチタン酸カリウムの合計添加量が、５wt%超３０wt%以下であることを特徴とする、請求項１または２のカーボンブラシ。
【請求項４】
ブラシ本体に対する平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイト、及び繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍの繊維状のチタン酸カリウムの合計添加量が、１０wt%超３０wt%以下であることを特徴とする、請求項３のカーボンブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料噴射ポンプに用いるカーボンブラシに関し、特に整流火花によるカーボンコンミュテータ表面の凹凸を抑制し、これによってカーボンブラシの摩耗も抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、燃料噴射ポンプにカーボンブラシやカーボンコンミュテータを用いることを検討した(特許文献１)。ここでブラシやコンミュテータにカーボンを用いるのは、燃料中に残存する硫黄分や燃料に添加されたアルコール類によって銅が腐食されるのを避けるためである。またこのような燃料噴射ポンプでも、カーボンブラシとカーボンコンミュテータ間の整流火花の防止が問題になる。一般に整流火花の防止では、ブラシの摺動方向前方と摺動方向後方との抵抗率を変え、摺動方向前方のブラシ材料では銅含有量を増し、摺動方向後方では銅含有量を少なくすることが行われている。しかしながらカーボンブラシにおいて、銅含有量の調整で整流火花を防止することはできない。なお特許文献２はカーボンブラシにモース硬度４〜５の削摩剤を添加し、銅スリップリングや銅整流子の表面に生じる銅の酸化被膜を削摩することを開示している。しかしながら特許文献２は、燃料噴射ポンプにカーボンブラシを用いることや、カーボンコンミュテータと組み合わせることは開示していない。
【特許文献１】特開２００２−６４９５８号公報
【特許文献２】特開平１０−９８８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明の課題は、カーボンブラシの摩耗を僅かにしながら、カーボンコンミュテータの表面の凹凸を削摩して、整流火花の影響を小さくできるカーボンブラシを提供することにある。
請求項３，４の発明での追加の課題は、適切な量の添加剤を添加した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】
【０００４】
この発明は、カーボンを主成分とするブラシ本体を備えた燃料噴射ポンプ用のカーボンブラシにおいて、前記ブラシ本体に、平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイト、及び繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍの繊維状のチタン酸カリウム、の少なくとも一員からなる削摩剤を添加したことを特徴とする。
好ましくは、削摩剤として平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイトを添加する。繊維状のチタン酸カリウムはティスモと呼ばれ、Ｋ2Ｏ・ｎＴiＯ2の組成の繊維状鉱物であり、繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍで、繊維長の平均値が１０〜２０μｍ程度、モース硬度は４で、高強度・高剛性の特徴がある。なお以下では、繊維状のチタン酸カリウムを単にチタン酸カリウムと呼ぶ。モンモリロナイトは粘度鉱物の一種で、平均２次粒子径は０.１〜１μｍ程度と粘度鉱物中で最も微細で、モース硬度は１.５である。チタン酸カリウムとモンモリロナイトの共通点は、アルミナやシリカなどに比べてモース硬度が低いここと、微細な形状をしているため、カーボンコンミュテータの削摩量を小さくできることである。さらにチタン酸カリウムもモンモリロナイトも鉱物なので、燃料中のアルコールや硫黄、酸等で腐食され難い。
【０００５】
ブラシ本体に対する、平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイト、及び繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍの繊維状のチタン酸カリウムの合計添加量は、５wt%超３０wt%以下が好ましく、特に好ましくは１０wt%超３０wt%以下とする。３０wt%超の添加はブラシの抵抗率を増し、またコンミュテータの摩耗が増大する。一方５wt%以下の添加ではコンミュテータ表面の凹凸抑制の効果が小さく、ブラシの摩耗も大きくなる。そして１０wt%超３０wt%以下の範囲で、ブラシの摩耗が少なく、コンミュテータ表面の凹凸も小さくできる。
【発明の効果】
【０００６】
この発明ではカーボンブラシに、平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイトや、繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍの繊維状のチタン酸カリウムからなる、微細で硬度の低い削摩剤を加えるので、燃料噴射ポンプのカーボンコンミュテータを穏やかに削摩する。そして発明者はこの程度の削摩作用でも、整流火花の発生によるコンミュテータ表面の凹凸を除去できることを見出した。整流火花によるコンミュテータ表面の凹凸を除去できると、整流火花自体を発生し難くでき、さらに凹凸でカーボンブラシとカーボンコンミュテータとが衝突してカーボンブラシが摩耗されるプロセスを止めることができる。この結果、カーボンコンミュテータ表面の凹凸を小さくすると共に、カーボンブラシの摩耗を抑制できる。そしてこれらによって、燃料噴射ポンプの耐久性を増すことができる。
【０００７】
繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍのチタン酸カリウムと平均２次粒子径が０.１〜１μｍのモンモリロナイトの凹凸抑制効果や摩耗抑制効果はほぼ同等であるが、モンモリロナイトはブラシやコンミュテータには今まで使われたことがない物質である。また火花放電による凹凸を削摩作用で抑制するため、チタン酸カリウムやモンモリロナイトの添加量には好適範囲があり、５wt%超、特に１０wt%超が好ましく、３０wt%以下が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【０００９】
図１に実施例のカーボンブラシ２を示すと、ブラシ本体４は人造黒鉛や天然黒鉛、あるいはその他のカーボンに樹脂バインダーと、削摩剤としてモンモリロナイトまたはチタン酸カリウムとを添加し、８００℃以上の温度で焼成したものである。削摩剤の添加量は焼成後のブラシ本体４の全量に対して１０〜３０wt%が好ましく、より広くは５〜３０wt%添加する。なおブラシ２を積層ブラシとする場合、摺動面８側にのみに削摩剤を添加しても良い。６はピグテールで、スズメッキ銅線や黄銅線等からなり、ブラシ本体４と外部との電気接続の手法は任意である。またブラシ本体４には硫化物潤滑剤などの第３成分を添加しても良い。
【００１０】
図２に実施例の燃料噴射ポンプ２２を示す。２４はケーシング、２５は直流モータ、２６はステータ、２７は電機子、２８，２９は軸受けで、図３を切り欠いて示す位置にカーボンブラシ２とカーボンコンミュテータ１０とがあり、これらはガソリン等の液体燃料中に浸されている。カーボンコンミュテータ１０では、金属片に中間の銅黒鉛質層を介してカーボン製の摺動部を結合したものを樹脂製のボスに固定し、その構造は特許文献１などにより公知である。
【００１１】
平均粒径が２５μｍの天然黒鉛粉体１００重量部に、平均２次粒子径が０.１〜１μｍで、具体的には０.３５μｍのモンモリロナイトや、繊維幅の平均値が０.２〜０.６μｍで具体的には０.４μｍ、繊維長の平均値が１０〜２０μｍで具体的には１５μｍのチタン酸カリウムを添加した。さらにバインダーのノボラック系フェノール樹脂バインダ１５重量部のメタノール溶液を混合し、ミキサーで混練した。次いで混合粉体を流動乾燥機で乾燥させて篩で分級し、篩を通過しなかった部分を衝撃型粉砕機で粉砕して、篩を通過した粉体に混合した。混合粉体を金型でピグテールを埋設するようにプレス成型し、９００℃で焼成した。焼成温度は８００℃以上１２００℃以下が好ましい。以下添加量は焼成後のブラシ本体に対する削摩剤の重量％単位で示し、バインダのフェノール樹脂はカーボンに換算して添加量を計算した。また削摩剤無添加の他は同様にして、比較例のカーボンブラシを作成した。
【００１２】
実施例のカーボンブラシ４を、削摩剤を無添加のカーボンコンミュテータと組み合わせ、燃料噴射ポンプに組み込んで８００時間使用した後に、ブラシの摩耗量(図３)、カーボンコンミュテータの摩耗量(図４)を測定すると共に、コンミュテータ表面の凹凸量を表面粗さ計で測定した。
【００１３】
図３〜図５から明らかなように、チタン酸カリウムやモンモリロナイトを添加すると、ブラシの摩耗量を比較例の１／２以下にできる。一方整流子の摩耗量は削摩剤を加えるとやや減少する。さらにコンミュテータ表面の凹凸は削摩剤により１／３程度に減少する。
【００１４】
以上のように、チタン酸カリウムやモンモリロナイトはカーボンコンミュテータ表面を穏やかに削摩して、整流火花による凹凸を除去する。そしてカーボンコンミュテータの凹凸を除去できると、コンミュテータとブラシとの衝突による摩耗も防止でき、これは特にカーボンブラシの摩耗抑制効果となって表れる。
【００１５】
次にチタン酸カリウムやモンモリロナイトの添加量を変えてカーボンブラシを作成し、削摩剤の添加量の影響を検討した。図３〜図５と同様に燃料噴射ポンプに組み込んで８００時間運転した後の結果を表１に示す。表１から削摩剤の添加量は５wt%超〜３０wt%が適当で、１０wt%超〜３０wt%が特に好ましいことが分かる。また平均２次粒径が０.１５μｍのモンモリロナイトと平均２次粒径が０.８μｍのモンモリロナイトとを入手し、ブラシに１５wt%添加した試料を作成したが、その性能は表１で平均２次粒子径が０.３５μｍのモンモリロナイトを１５wt%添加したブラシと同等であった。
【００１６】
表１    削摩剤の影響  
削摩剤（wt%）      ブラシ  コンミュテータ  コンミュテータ    モータ回転数
摩耗量    摩耗量          の凹凸              の割合  
無添加              ０.１      ０.０２６      ０.０２８
チタン酸カリウム
５％              ０.０７    ０.０２２      ０.０１５        １００％
１５％              ０.０３５  ０.０１９      ０.００５          ９７％
モンモリロナイト
５％              ０.０８    ０.０２０      ０.０１６        １００％
１０％              ０.０６    ０.０１７      ０.０１２          ９８％
１５％              ０.０４５  ０.０１５      ０.００９          ９７％
２５％              ０.０４５  ０.０１８      ０.００８          ９５％
３５％              ０.０５    ０.０２３      ０.００８          ９２％
＊  摩耗量や凹凸の単位はｍｍ
＊  モータ回転数の割合は、削摩材無添加を１００％とした際の回転数の割合を示し、運転開始時に測定.  
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例のカーボンブラシの正面図
【図２】実施例で用いた燃料噴射ポンプの断面図
【図３】実施例のカーボンブラシの摩耗量を示す特性図
【図４】実施例のカーボンブラシを用いた際の、摺動相手のカーボンコンミュテータの摩耗量を示す特性図
【図５】実施例のカーボンブラシを用いた際の、摺動相手のカーボンコンミュテータの凹凸量を示す特性図
【符号の説明】
【００１８】
２          カーボンブラシ
４          ブラシ本体
６          ピグテール
８          摺動面
１０        カーボンコンミュテータ
２２        燃料噴射ポンプ
２４        ケーシング
２５        直流モータ
２６        ステータ
２７        電機子
２８，２９  軸受け
【図１】
2008043028.tif 000003
【図２】
2008043028.tif 000004
【図３】
2008043028.tif 000005
【図４】
2008043028.tif 000006
【図５】
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