(57)【要約】【課題】黒鉛粒子フィラーのフィラー組織を均一なものとし、この黒鉛粒子フィラーを用いた寿命の長いカーボンブラシを提供する。【解決手段】フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が１０％以下、好ましくは５％以下であり、かつ、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１０％以下、さらに黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が全体の６０％以上であり、また、この中で、粒子径が１２〜２０μｍの黒鉛粒子が４０％以上となるように制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が１０％以下であるカーボンブラシ。
【請求項２】
黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１０％以下である請求項１に記載のカーボンブラシ。
【請求項３】
黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が６０％以上である請求項２に記載のカーボンブラシ。
【請求項４】
黒鉛粒子のうち粒子径が１２〜２０μｍの黒鉛粒子の積算値が４０％以上である請求項３に記載のカーボンブラシ。
【請求項５】
樹脂硬化型カーボンブラシ、炭化型カーボンブラシ、金属と黒鉛が結合したカーボンブラシのうちより選ばれるものである請求項１〜４のいずれかに記載のカーボンブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒鉛粒子フィラーを用いた電気機械用カーボンブラシに関し、特に、使用時のフィラーの粒子離脱等を抑制した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、カーボンブラシは公知となっている。例えば、下記特許文献１に開示されるものがある。この特許文献１のものは、人造黒鉛粒子あるいは天然黒鉛粒子などをフィラーとして使用していた。そして、フィラーとなる人造黒鉛粒子あるいは天然黒鉛粒子などは、微粉、粗粉等大まかに制御して使用されていたため、形成されるカーボンブラシは、そのフィラー組織が均一なものでなく、粒子の大きさが不揃いな不均一なものが主流であった。
【特許文献１】特開２０００−１９７３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、近年、モータの入力が高くなり、カーボンブラシの使用条件も過酷なものとなっている。このような場合、特許文献１のものなどでは、使用時に粒子離脱等が発生し、短寿命となることもある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、黒鉛粒子フィラーのフィラー組織を均一なものとし、この黒鉛粒子フィラーが用いられる寿命の長いカーボンブラシを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るカーボンブラシは、フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が１０％以下である。これに加えて、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１０％以下であることが好ましい。さらに加えて、黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が６０％以上であることが好ましい。また、その中でも、黒鉛粒子のうち粒子径が１２〜２０μｍの黒鉛粒子の積算値が４０％以上であることが好ましい。さらに、本発明に係るカーボンブラシは、樹脂硬化型カーボンブラシ、炭化型カーボンブラシ、金属と黒鉛が結合したカーボンブラシのうちより選ばれるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以上のように構成されており、黒鉛粒子を制御することによって、均一な組織を有する黒鉛粒子フィラーとすることが可能となり、この黒鉛粒子フィラーをカーボンブラシに用いることで、粒子離脱等を抑制することが可能となり、カーボンブラシの長寿命化の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が１０％以下、好ましくは５％以下であり、かつ、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１０％以下、さらに黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が全体の６０％以上、また、この中で、粒子径が１２〜２０μｍの黒鉛粒子が４０％以上となるように制御する。これによって、フィラーとなる黒鉛粒子の組織が均一となる。このため、この黒鉛粒子フィラーが用いられるカーボンブラシは、使用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、寿命の延命効果が得られる。
【０００８】
ここで、レーザ回折法の原理について説明する。測定対象となる粒子にレーザ光（単色、平行ビーム）を照射すると、空間的に回折・散乱光の光強度分布パターンが生じる。この光強度分布パターンをセンサにより検出する。なお、光強度分布パターンは、粒子の大きさに依存して変化するものである。
実際に測定するのは粒子群であることから、大きさの異なる複数の粒子が混在しているため、粒子群から生ずる光強度分布パターンは、それぞれの粒子からの回折・散乱光の重ね合せとなる。
【０００９】
このレーザ回折法を用いたレーザ回折式粒度分布測定装置によって測定すると、上述した重ね合された光強度分布パターンを検出でき、この光強度分布パターンのデータから計算によってサンプル粒子群の中に、どのような大きさの粒子が、どのような割合で含まれているか算出できる。そして、その算出結果から、粒径分布を得ることができるものである。
【００１０】
例えば、図１に示すようなグラフを得ることができる。この図１のグラフの横軸は粒子径（μｍ）（対数表示されている）、縦軸は相対粒子量（％）を示す。ここで、例えば、「黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値」とは、図１の粒径分布と横軸とで囲まれる面積のうち、斜線部分（１０〜４０μｍの粒子径に対応する部分）の面積の割合をいう。
【００１１】
なお、本発明に使用される黒鉛粒子は、人造黒鉛又は天然黒鉛のいずれの黒鉛粒子をも使用することができる。また、これらを混合した黒鉛粒子であってもよい。
【００１２】
これら黒鉛粒子の粒子間を結合する樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びこれらを変性して得られる種々の熱硬化性樹脂等を使用することができる。これら、樹脂は、バインダー分として１０〜４０％を使用することが好ましい。
【００１３】
そして、これら熱硬化性樹脂を結合剤として、前述の黒鉛粒子に結合剤となる樹脂を混合後、所定形状に成形後、これら樹脂が硬化する１５０〜２５０℃の温度で熱処理をし、カーボンブラシとする。
【００１４】
なお、本発明に係るカーボンブラシは、前述のフィラーに加えて、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素等の固体潤滑剤を加えることもできる。また、前述の熱硬化型カーボンブラシに限らず、フェノール樹脂やピッチで混練し、焼成する炭化型や、金属黒鉛質型と呼ばれる各種カーボンブラシに適用することで、同様の効果を得ることが可能である。
【実施例１】
【００１５】
以下、実施例により本発明に係るカーボンブラシを具体的に説明する。
レーザ回折式粒度分布測定装置としては、（株）島津製作所製  ＳＡＬＤ−２０００Ａを使用した。以下の実施例及び比較例においても同様である。
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値（図２における粒径分布と横軸とで囲まれる面積のうち、左側の斜線部分（横軸が５μｍ以下の部分）の面積の割合）が１０％の黒鉛粒子フィラーとなるように調整した（平均粒子径が６２μｍ）、モード径が５７μｍで標準偏差値０．２５の人造黒鉛粉末７５重量％に、バインダーとしてエポキシ樹脂２５重量％を配合して混練した。この混練物を６３μｍ以下のものが５０％程度になるように粉砕後、１００ＭＰａで成形しカーボンブラシを得た。
【実施例２】
【００１６】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が５％、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値（図２における粒径分布と横軸とで囲まれる面積のうち、右側の斜線部分（横軸が１００μｍ以上の部分）の面積の割合）が１０％の黒鉛粒子フィラーとなるように調整した人造黒鉛粉末７５重量％に、バインダーとしてエポキシ樹脂２５重量％を配合して混練した。この混練物を６３μｍ以下のものが５０％程度になるように粉砕後、１００ＭＰａで成形しカーボンブラシを得た。
【実施例３】
【００１７】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が３％、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が４％、黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が６５％の黒鉛粒子フィラーとなるように調整した人造黒鉛粉末７５重量％に、バインダーとしてエポキシ樹脂２５重量％を配合して混練した。この混練物を６３μｍ以下のものが５０％程度になるように粉砕後、１００ＭＰａで成形しカーボンブラシを得た。
【比較例１】
【００１８】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が２０％の黒鉛粒子フィラーとなるように調整し、バインダーとしてエポキシ樹脂２５重量％を配合して混練した。この混練物を６３μｍ以下のものが５０％程度になるように粉砕後、１００ＭＰａで成形しカーボンブラシを得た。
【比較例２】
【００１９】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が３０％、粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１０％の黒鉛粒子フィラーとなるように調整し、バインダーとして汎用性エポキシ樹脂２５重量％を配合して混練した。この混練物を６３μｍ以下のものが５０％程度になるように粉砕後、１００ＭＰａで成形しカーボンブラシを得た。
【比較例３】
【００２０】
フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が４０％、粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１５％、粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が５５％の黒鉛粒子フィラーになるように調整し、バインダーとして汎用性エポキシ樹脂２０重量％を配合して混練した。この混練物を６３μｍ以下のものが５０％程度になるように粉砕後、１００ＭＰａで成形しカーボンブラシを得た。
【００２１】
以上の各カーボンブラシを、真空掃除機用のモータに組み込んで、寿命を調査した。表１に、各カーボンブラシの特性をまとめて示す。
【００２２】
【表１】
2005086850.tif 000002
【００２３】
表１からわかるように、フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が１０％の黒鉛粒子フィラーとなるように制御した実施例１のカーボンブラシは、比較例１に係る制御していないカーボンブラシに比べ、寿命が１．５倍程度は延びていることがわかる。
また、フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が５％、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が１０％の黒鉛粒子フィラーとなるように制御した実施例２のカーボンブラシは、比較例２に係る制御していないカーボンブラシに比べ、寿命が２倍程度延びていることがわかる。
また、フィラーとなる黒鉛粒子をレーザ回折法にて測定したときの粒径分布において、黒鉛粒子のうち粒子径が５μｍ以下の黒鉛粒子の積算値が３％、黒鉛粒子のうち粒子径が１００μｍ以上の黒鉛粒子の積算値が４％、黒鉛粒子のうち粒子径が１０〜４０μｍの黒鉛粒子の積算値が６５％の黒鉛粒子フィラーとなるように制御した実施例３のカーボンブラシは、比較例３に係る制御していないカーボンブラシに比べて、その寿命が３倍程度延びていることがわかる。
したがって、本発明によって、従来品に比べ飛躍的に寿命が長くなるカーボンブラシを提供できることが確認できた。
【００２４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】粒径分布の一例を示すグラフ。
【図２】粒径分布の他例を示すグラフ。
【図１】
2005086850.tif 000003
【図２】
2005086850.tif 000004