(57)【要約】【課題】  摩耗係数及び比摩耗量を低下させ、寿命を長くすることができるブラシを得ることができる整流子モータ用ブラシの製造方法を提供する。【解決手段】  整流子に押圧されて接触することによりモータに給電するための整流子モータ用ブラシの製造方法において、黒鉛、熱硬化性樹脂、及びカーボンナノチューブを混合して撹拌する撹拌工程と、前記撹拌工程の後、前記熱硬化性樹脂を溶解してスラリーを得る溶解工程と、該溶解工程によって得られたスラリーを撹拌するとともに、そのスラリーに対して超音波を照射する超音波照射工程と、該超音波照射工程で得られたスラリーを乾燥して粉末化させる乾燥工程と、該乾燥工程にて得られた粉末を加圧しつつ加熱することにより成形し、ブラシ形状とする成形工程とを有した方法である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子に押圧されて接触することによりモータに給電するための整流子モータ用ブラシの製造方法において、
黒鉛及び熱硬化性樹脂を含む粉末を加熱しつつ加圧することにより成形し、ブラシ形状としたことを特徴とする整流子モータ用ブラシの製造方法。
【請求項２】
前記粉末は、黒鉛及び熱硬化性樹脂に加え、カーボンナノチューブを含有して成ることを特徴とする請求項１記載の整流子モータ用ブラシの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子に押圧されて接触することによりモータに給電するための整流子モータ用ブラシの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転する整流子に対しブラシが接触してこれらの導通が図られ、モータに給電し得るよう構成されており、かかる整流子モータ用ブラシは、主に黒鉛から成り導電性が良好とされたものである。また、ブラシは、整流子の近傍に固設されたホルダ内に収容され、常時整流子と接触されるよう当該整流子側にスプリング等の弾性部材によって付勢されている。
【０００３】
上記整流子モータ用ブラシは、一般に体積固有抵抗値が比較的小さく導電性が良好な黒鉛質ブラシと同体積固有抵抗値が比較的大きな樹脂ブラシとに分類され、このうち黒鉛ブラシは、例えば特許文献１で開示されたようなものが挙げられる。具体的には、黒鉛質ブラシを得るには、黒鉛粉末及び熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂又はフルフラール樹脂等）に導電性を高めるための銅粉末や摺動性を向上させるための二硫化モリブデン粒子等が添加され、これらを混合撹拌した後、１００〜３００ＭＰａの圧力で加圧してブラシ形状に成形し、その後更に６００〜８００℃の高温で熱硬化性樹脂を炭化処理してブラシ状に成形する工程を経る。
【０００４】
一方、整流子モータ用ブラシのうち樹脂ブラシは、黒鉛質ブラシと同様の成分を含有させて撹拌させて得られるのであるが、当該黒鉛質ブラシとは異なり、高温で樹脂を炭化処理する工程を経ないで得られる。かかる樹脂ブラシは、通常、自動車用や掃除機用等比較的小型のモータに使用されることが多く、高い導電性を必要とせず、銅粉末を添加しないのが一般的である。
【特許文献１】特開２００１−１７８０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記整流子モータ用ブラシにおいては、以下の如き問題があった。即ち、黒鉛質ブラシにおいては、導電性を良好とすべく銅粉末を添加させているため、及びブラシ形状への成形工程において粉末に対して常温で加圧するのみであったため、摩擦係数及び比摩耗量が大きくなってしまい、整流子との摺動時に摩耗量が大きくなって寿命が短くなってしまうという不具合があった。更に、樹脂ブラシにおいては、炭化処理が成されないために樹脂を含有しており、黒鉛質ブラシと同様、摩擦係数及び比摩耗量が大きくなって寿命が低下してしまうという不具合があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、摩耗係数及び比摩耗量を低下させ、寿命を長くすることができるブラシを得ることができる整流子モータ用ブラシの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、整流子に押圧されて接触することによりモータに給電するための整流子モータ用ブラシの製造方法において、黒鉛及び熱硬化性樹脂を含む粉末を加熱しつつ加圧することにより成形し、ブラシ形状としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の整流子モータ用ブラシの製造方法において、前記粉末は、黒鉛及び熱硬化性樹脂に加え、カーボンナノチューブを含有して成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、黒鉛及び熱硬化性樹脂を含む粉末を加熱しつつ加圧することにより成形しブラシ形状としたので、摩耗係数及び比摩耗量を低下させ、寿命を長くすることができる整流子モータ用ブラシを得ることができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、摺動性が良好なカーボンナノチューブを含有するので、摩擦係数及び比摩耗量を更に低下させ、整流子モータ用ブラシの寿命を更に長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る整流子モータ用ブラシは、図１に示すように、ホルダ３に収容されつつ整流子１にコイルスプリング４にて押圧されて接触することによりモータに給電し得るよう構成されたもので、整流子１が同図矢印方向に回転するのに伴い、ブラシ２の先端が当該整流子１の周面を摺動するようになっている。即ち、ブラシ２の整流子１に対する摺動によりモータに対する給電がなされるのである。
【００１２】
ここで、本実施形態に係るブラシ２は、黒鉛（グラファイト）及び熱硬化性樹脂に加え、カーボンナノチューブを所定量含有して直方体状に成形されて成るものである。このカーボンナノチューブは、炭素原子が網目状に結び付いてできたナノメートルサイズの極めて小さな筒（チューブ）状のもので、図２に示すようなチューブ状のものが１層のもの（単層ナノチューブ）と、図３に示すようなチューブ状のものが同心円状に多層形成されたもの（多層ナノチューブ）とがある。
【００１３】
尚、本明細書において、カーボンナノチューブの直径とは、単層ナノチューブの場合、その外径（図２中符号ｄ）をいい、多層ナノチューブの場合、最も外側に位置するチューブ状のものの外径（図３中符号ｄ）をいう。
【００１４】
以下、上記構成の如くカーボンナノチューブを含有した整流子モータ用ブラシの製造方法について図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、黒鉛及びフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂又はフルフラール樹脂等の熱硬化性樹脂にカーボンナノチューブを所定量含有させ、これらを混合撹拌する（撹拌工程Ｓ１）。そして、撹拌後のものにメタノール等の溶媒を投入し、上記熱硬化性樹脂を溶解しつつ撹拌してスラリーを得る（溶解工程Ｓ２）。
【００１５】
上記の如く溶解工程Ｓ２によってスラリーを撹拌するとともに、そのスラリーに対して超音波を照射し、含有するカーボンナノチューブを当該スラリーに対して均一に分布するよう解す（超音波照射工程Ｓ３）。そして、撹拌したスラリーを乾燥（風乾）させた後、真空乾燥してスラリーに内在する溶媒を除去する（乾燥工程Ｓ４）。これにより、スラリーが固体となるので、これを粉砕して粉末状のものとする。
【００１６】
上記乾燥工程により得られた粉末をプレス金型等に投入して、所謂ホットプレス加工を施すことにより、粉末を加圧しつつ加熱した後、圧力を開放して更に加熱することにより樹脂を硬化させてブラシ形状とする（成形工程Ｓ５）。尚、かかる成形工程において、プレス金型は、所謂ホットプレス用の金型が用いられ、加圧と共に加熱し得るようになっている。ここで、金型にてブラシ形状を直に成形するものに代え、ブラシ形状より大きな所定形状のものを成形し、その所定形状のものをブラシ形状（即ち直方体形状）になるよう切削して整流子モータ用ブラシを得るようにしてもよい。
【００１７】
上記の如く製造された整流子モータ用ブラシは、摺動性が良好なカーボンナノチューブを含有しているので、摩擦係数及び比摩耗量を低下させ、整流子モータ用ブラシの寿命を長くすることができる。また、超音波照射工程Ｓ３にて、超音波を照射しつつ撹拌しているので、カーボンナノチューブが全体により均一に分散され、より確実に摩擦係数及び比摩耗量を低下させ、寿命が長い整流子モータ用ブラシを得ることができる。
【００１８】
尚、含有させるカーボンナノチューブは、単層ナノチューブ及び多層ナノチューブの何れであってもよいが、多層ナノチューブを用いた方が摺動性を向上させる上で好ましい。また、黒鉛及び所定の樹脂（熱硬化性樹脂）にカーボンナノチューブを含有させた整流子モータ用ブラシを得ることができれば、他の製造工程にて製造するようにしてもよい。
【００１９】
更に、本実施形態の如く乾燥工程で得られた粉末を所謂ホットプレス加工することにより、粉末を加圧しつつ加熱してブラシ形状を得ているので、常温にて加圧するものに比べ、摩耗係数及び比摩耗量を低下させ、寿命を長くすることができる整流子モータ用ブラシを得ることができる。また更に、整流子１との間で通電しつつ摺動させることによりスパークが生じ、ブラシ２の摩耗が促進される状況下であったとしても、本実施形態の如きカーボンナノチューブを含有したものによれば、摩擦係数及び比摩耗量の低減の維持を更に図ることができ、当該ブラシの寿命を更に長くさせることができる。
【００２０】
然るに、成形工程Ｓ５における成形温度及び圧力は、１１０〜２５０℃及び１〜１００ＭＰａであるのが好ましく、１４０〜１８０℃及び２〜３０ＭＰａとすれば更に好ましい。また、成形時間は、０．５〜３０分であるのが好ましく、１〜１５分とすれば更に好ましい。更に、カーボンナノチューブの含有量は、０〜１０重量％であるのが好ましく、２〜５重量％とすれば更に好ましい。
【００２１】
次に、本発明の更に具体的な実施例について説明する。勿論、本発明はかかる実施例に限定されず、任意に変更、追加等を施すことができる。
【００２２】
（実施例１、２及び比較例１、２）
平均粒径３０μｍの黒鉛（グラファイト）８０重量％と（実施例１及び比較例１のもの：実施例２及び比較例２については８５重量％）、平均直径２０ｎｍのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）５重量％（実施例１及び比較例１のもののみ）と、ノボラック型の粉末フェノール樹脂１５重量％とをＶ型混合機に投入し、２００ｒｐｍで５時間撹拌して混合した。尚、実施例２及び比較例２のものには、カーボンナノチューブは含有していない。
【００２３】
その後、上記の如く得られた混合物１ｋｇを２Ｌ容ビーカーに移し、１Ｌのメタノールを加えて粉末フェノール樹脂を溶解させた。こうして得られたスラリーを羽根式攪拌機に投入して撹拌するとともに、出力３００ｗの超音波ホモジナイザにて当該スラリーに対して超音波を照射した。かかるスラリーに対する撹拌及び超音波の照射を１時間行った。
【００２４】
次に、上記の如く得られたスラリーを大型の金属製バットに移し、風乾した後、４０℃にて真空乾燥し、メタノールを除去して粉末を得た。かかる粉末をホットプレス金型に投入し、実施例のものにおいては、５分間、１７５℃の温度にて加熱しつつ１００ＭＰａの圧力をかけて硬化させる一方、比較例のものにおいては加熱せず常温にて加圧による成形を行った。また、ブラシの摩耗を比較するための条件を揃えるために、各試料の比抵抗（成形の際の目標比抵抗）を１０ｍΩ・ｃｍとした。
【００２５】
上記成形後、圧力を開放した状態で２時間２１０℃の温度にて更に加熱し、樹脂を完全に硬化させることにより実施例１、２及び比較例１、２に係るいずれも所定の大きさのブロックを得た。そして、各ブロックを切削して直径３ｍｍ、長さ３０ｍｍのピンオンディスク摩耗試験片を得て、比摩耗量を測定するための摩耗試験を行った。尚、摩耗試験におけるディスクは純銅を使用し、摩擦速度は４０ｍ／ｓとした。
【００２６】
即ち、実施例１のものは、カーボンナノチューブを含有しつつ粉末の加圧時に加熱を行って成形されたもの、実施例２のものは、カーボンナノチューブを含有せず粉末の加圧時に加熱を行って成形されたもの、比較例１のものは、カーボンナノチューブを含有しつつ常温にて粉末を加圧し成形されたもの、比較例２のものは、カーボンナノチューブを含有せず常温にて粉末を加圧し成形されたものとしてそれぞれ製造されるとともに、それら実施例１、２及び比較例１、２における実験結果（比摩耗量）について以下の表１にまとめた。
【００２７】
【表１】
2005229687.tif 000003
【００２８】
上記表１によれば、実施例１と比較例１、及び実施例２と比較例２とをそれぞれ比較した場合、いずれも実施例の方が比摩耗量が低いことが分かる。従って、粉末の加圧時に加熱することにより、摩耗係数及び比摩耗量を低下させることができ、整流子モータ用ブラシとして使用した場合、寿命を長くすることができる。
【００２９】
更に、実施例１と実施例２とを比較した場合、実施例１の方が比摩耗量が低いことが分かる。従って、粉末の加圧時に加熱する条件に加え、カーボンナノチューブを所定量含有させることにより、摩耗係数及び比摩耗量を更に低下させることができ、整流子モータ用ブラシとして使用した場合、更に寿命を長くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
黒鉛及び熱硬化性樹脂から成る粉末を加熱しつつ加圧することにより成形し、ブラシ形状として整流子モータ用ブラシを得るものであれば、製造過程の工程が異なるもの、或いは他の工程が付加されたものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る整流子モータ用ブラシが適用される整流子及びその周辺構造を示す模式図
【図２】本発明の実施形態に係る整流子モータ用ブラシが含有する単層ナノチューブ（カーボンナノチューブ）を示す模式図
【図３】本発明の実施形態に係る整流子モータ用ブラシが含有する多層ナノチューブ（カーボンナノチューブ）を示す模式図
【図４】本発明の実施形態に係る整流子モータ用ブラシの製造工程を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３２】
１…整流子
２…ブラシ（整流子モータ用ブラシ）
３…ホルダ
４…コイルスプリング
【図１】
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【図２】
2005229687.tif 000005
【図３】
2005229687.tif 000006
【図４】
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