(57)【要約】【課題】  よりいっそう安定した整流を確保し、モータに対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が得られる電気機械用カーボンブラシを提供する。【解決手段】  導電性の回転体２に押し当てられる電気機械用カーボンブラシ１であり、カーボンを少なくとも１成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、このブラシ基材に対して０．２〜１０重量％の水溶性潤滑剤、あるいは０．２〜３重量％のフッ素変性シリコーンオイル、あるいは０．２〜１０重量％の水溶性潤滑剤と金属化合物を含有させる。【選択図】  図１
2005102491.tif 000002
【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電気機械用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バインダとからなる素材をブラシ基材とし、
水溶性潤滑剤が上記電気機械用カーボンブラシに含有されており、
上記水溶性潤滑剤の含有量が上記ブラシ基材に対して０．２〜１０重量％であることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記水溶性潤滑剤は、ポリエチレングリコール又はその誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、水溶性シリコーンオイルのうちいずれか、あるいはこれらの混合物であることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項３】
導電性の回転体に押し当てられる電気機械用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バインダとからなる素材をブラシ基材とし、
フッ素変性シリコーンオイルが上記電気機械用カーボンブラシに含有されており、
上記フッ素変性シリコーンオイルの含有量が上記ブラシ基材に対して０．２〜３重量％であることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、
金属化合物を含有することを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項５】
請求項４に記載の電気機械用カーボンブラシであって、
金属化合物の含有量が上記ブラシ基材に対して０．０５〜１０重量％であることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記バインダが合成樹脂からなることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記バインダが合成樹脂の炭素化物又はピッチの炭素化物からなることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記電気機械用カーボンブラシの上記導電性の回転体と接触する面を除く当該カーボンブラシの表面の少なくとも１部分に電気良導性の金属皮膜が形成されていることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械用カーボンブラシに関し、特に、小型モータに使用される電気機械用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、高出力化が進んでいる。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（３０，０００ｒｐｍ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、電気機械用カーボンブラシ（以下、ブラシという）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することが重要な課題とされてきた。
【０００３】
従来、このような課題に鑑みて、黒鉛粉末を合成樹脂で結合したいわゆるレジンボンド系のブラシが多く使用されるようになった。このレジンボンド系のブラシは、黒鉛粉末によって滑りを良くするとともに、レジンによって座乗性をよくすることにより、正常な電気的接触が確保されている。
【０００４】
また、電気掃除機等においては、吸引力（吸込仕事率）を高くするために、モータの入力を増やすことにより、ブラシの電流密度を高くすることが可能である。しかし、このような方法による場合、特にレジンボンド系のブラシは、長時間の使用によるブラシの温度上昇やブラシの摩耗の増加による整流不良の恐れが生じる。
【０００５】
さらに、入力規制という背景を考慮しなければならず、一定の入力に対してより高い出力が得られるモータがよりいっそう求められていた。
このような状況から、安定した整流を確保するとともに、モータに対して高い効率（入力に対する出力）を与えることができるブラシが強く望まれていた。
【０００６】
こうした問題の対処として、特許文献１には、ブラシ表面に銅などの金属メッキを施してブラシの比抵抗を部分的に下げる方法が開示されている。この方法では、ブラシの見かけの固有抵抗が低下することにより、ブラシの温度上昇が抑えられ、整流が安定し、ブラシの摩耗が低減され、さらにはより高いモータの効率が得られる。
【０００７】
また、特許文献２には、ブラシの気孔内にシリコーンオイルを含浸することにより、ブラシ摩耗特性を向上させる方法が開示されている。この方法では、ブラシと整流子との摺動性が改善されることにより、ブラシの温度上昇が抑えられ、ブラシの摩耗が低減されるものとなっている。
【特許文献１】特開２００２−５６９４４号公報
【特許文献２】米国特許第６０６８９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの公報による技術では、ブラシの摩耗が抑止され、ブラシの長寿命化が期待されている。しかし、特許文献１に示す方法では、整流が安定し、ブラシの温度上昇及びブラシ摩耗が低減するものの、ブラシ表面に金属メッキを施して部分的に比抵抗を下げていることから、更にモータの効率を向上させるには限界が生じていた。つまり、ブラシ周囲に施された金属メッキの作用によって整流が安定することによって生じるモータの効率及びブラシの寿命の向上に留まることになっていた。
【０００９】
また、特許文献２に示す方法では、ブラシの温度上昇及びブラシ摩耗が低減されている
が、シリコーンオイルをエマルジョンにしてブラシの気孔に含浸することから、シリコーンオイルをブラシの気孔中に均一に含浸することが困難であり、ムラが生じていた。その結果、ブラシと整流子との良好な摺動性を確保することができず、安定した整流を確保できないおそれがあった。
【００１０】
本発明は、こうした状況を鑑みて創案されたものであり、よりいっそう安定した整流を確保し、モータに対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が得られる電気機械用カーボンブラシを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の電気機械用カーボンブラシは、導電性の回転体に押し当てられる電気機械用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バインダとからなる素材をブラシ基材とし、水溶性潤滑剤が電気機械用カーボンブラシに含有されており、水溶性潤滑剤の含有量がブラシ基材に対して０．２〜１０重量％であることによって特徴付けられる。
【００１２】
骨材とバインダとから構成されているブラシ基材は、「気孔」と呼ばれる空隙部分が存在しているが、ここで含浸とは、その気孔に水溶性潤滑剤を当該物質に存在せしめることを意味する。
【００１３】
なお、存在する気孔の大きさや容積はブラシの種類、製造方法及び製造条件等の違いによって異なる。そして、気孔はブラシ全体に存在しており、ブラシ表面から内部までつながっている開気孔と、ブラシ内部に孤立してある閉気孔が存在する。以下、単に「気孔」というときは開気孔を意味するものとする。
【００１４】
そこで、水溶性潤滑剤は、水溶液であるので分子レベルの大きさのままで水溶性潤滑剤をブラシの気孔中に含浸させることができる。更に、水溶性潤滑剤は、界面活性作用があり表面張力が低下して毛細管現象によって微細の気孔に内部まで浸透しやすくなる。従って、水溶性潤滑剤は、ブラシの微細な気孔にも含浸することができ、またブラシ表面の部分だけでなく内部の方に向けての気孔まで均一に含浸される。このように、水溶性潤滑剤がブラシ気孔中に均一に含浸されていることによって、水溶性潤滑剤が長時間に渡って、回転体との摺動面の全体に均一に作用し、摺動面での機械的抵抗が低減され、良好な摺動性が達成されることによってモータ効率の向上、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が図れるものと考えられる。ここで、水溶性潤滑剤のブラシに対する含浸量が０．２重量％未満であれば水溶性潤滑剤の効果が発現されず、１０重量％を超えるとモータの効率を低下させてしまう。水溶性潤滑剤のブラシに対する含浸量が０．２〜３重量％では、含有量を減らしても同等の効果が得られるため、経済的であり、さらに好ましい。
【００１５】
水溶性潤滑剤は、水に可溶性の潤滑性能を有する物質であり、本発明の電気機械用カーボンブラシに適用される好ましい水溶性潤滑剤は、ポリエチレングリコール又はその誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、水溶性シリコーンオイルあるいはこれらの混合物である。ポリエチレングリコール誘導体としては、ポリエチレングリコールエステル、ポリエチレングリコールエーテル等が挙げられる。
【００１６】
また、これらの水溶性潤滑剤のうち、水溶性シリコーンオイルは高温安定性が高く、より好ましい。
【００１７】
また、本発明の電気機械用カーボンブラシは、電気機械用カーボンブラシに含有される物質として、上記水溶性潤滑剤に替えて、フッ素変性シリコーンオイルとしてもよい。この場合、フッ素変性シリコーンオイルの含有量がブラシ基材に対して０．２〜３重量％とすることが好ましい。
【００１８】
フッ素変性シリコーンオイルは、ブラシ表面との表面張力が小さく毛細管現象によって微細な気孔に内部まで浸透しやすいので含浸によってもブラシに含有させることができる。従って、フッ素変性シリコーンオイルは、ブラシの微細な気孔にも含浸することができ、またブラシの表面の気孔だけでなく内部の気孔まで均一に含浸される。このように、フッ素変性シリコーンオイルがブラシ気孔中に均一に含浸されていることによって、フッ素変性シリコーンオイルが長時間に渡って、回転体との摺動面の全体に均一に作用し、摺動面での機械的抵抗が低減され、良好な摺動性が達成されることによってモータに対する効率が向上するものと考えられる。ここで、フッ素変性シリコーンオイルのブラシに対する含浸量が０．２重量％未満であればフッ素変性シリコーンオイルの効果が発現されず、３重量％を超えるとモータの効率を低下させてしまう。
【００１９】
さらに、本発明の電気機械用カーボンブラシでは、電気機械用カーボンブラシに含有される物質として、上記物質に替えて、水溶性潤滑剤及び金属化合物を含有する構成であってもよい。この場合、水溶性潤滑剤の含有量がブラシ基材に対して０．２〜１０重量％であり、金属化合物の含有量が上記ブラシ基材に対して０．０５〜１０重量％とすることが好ましく、０．１〜４重量％では含有量を減らしても同等の効果が得られるため、経済的であり、さらに好ましい。
【００２０】
この構成では、水溶性潤滑剤及び金属化合物は、上記の構成同様、ブラシの表面および内部の微細な気孔に均一に含浸されることにより、ブラシや整流子の摩耗をさらに低減し、温度と摺動音が低下し、モータの効率はさらに向上するものと考えられる。
【００２１】
ここで、水溶性潤滑剤及び金属化合物のブラシに対する含浸量が上記範囲を逸脱すると、これらの物質によるモータの効率の向上効果が発現されない。
【００２２】
また、本発明の電気機械用カーボンブラシでは、バインダが合成樹脂からなることが好ましい。
【００２３】
このようなバインダが合成樹脂からなるレジンボンド系のブラシは気孔が微細である傾向にあるが、このようなブラシに対しても、水溶性潤滑剤、フッ素変性シリコーンオイル、水溶性潤滑剤及び金属化合物が均一に含浸され上記目的が達成される。
【００２４】
また、本発明の電気機械用カーボンブラシでは、バインダが合成樹脂の炭素化物又はピッチの炭素化物であってもよい。この場合の具体例として、合成樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはこれらの混合物が挙げられる。また、ピッチは、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、あるいはこれらの混合物が挙げられる。
【００２５】
更に本発明の電気機械用カーボンブラシでは、電気機械用カーボンブラシの導電性回転体と接触する面を除く当該カーボンブラシの表面の少なくとも１部分に電気良導性の金属皮膜が形成されているものを使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の構成により、モータに対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減を付与することができる電気機械用カーボンブラシが提供され上記目的が達成される。
【００２７】
また、金属皮膜が形成されているブラシを使用することにより、モータに対する効率をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
ブラシ１は、カーボンを少なくとも１成分として含む骨材とバインダとからなる素材を基材としている。この基材は、前述したように気孔を有しており、本実施の形態では、ブラシ基材の気孔中に水溶性潤滑剤、フッ素変性シリコーンオイル、または、水溶性潤滑剤と金属化合物とをともに含浸する。
【００３２】
ブラシ１の気孔については、例えば、水銀圧入法によって求めた平均気孔半径が１μｍ以下の小さな気孔半径を有するブラシ基材であってもよい。
【００３３】
ブラシ１の基材としては、ＣＧ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ）系と呼ばれる炭素黒鉛質のブラシ、ＥＧ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ）系と呼ばれる電気黒鉛質のブラシ、バインダが炭素化されていない合成樹脂であるレジンボンド系ブラシ、銅粉、鉄粉、銀粉等の金属粉末を骨材の一部に使用した金属系ブラシ等を使用することができ、特に、レジンボンド系ブラシが好適である。
【００３４】
このレジンボンド系ブラシ基材の製造方法について以下に説明する。
【００３５】
まず、骨材１００重量部に対してバインダ１０〜４０重量部を概ねの配合比として、これら骨材とバインダを混練する。
【００３６】
この骨材としては、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛等を使用することができる。このうち、特に黒鉛の結晶性があまり発達していない人造黒鉛又は、天然黒鉛と人造黒鉛とを配合した構成が好ましい。
【００３７】
一方、バインダとしては、合成樹脂が使用され、熱硬化性合成樹脂又は熱可塑性合成樹脂のいずれを使用してもよいし、これらの混合物を使用してもよい。特に好適な合成樹  脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。
【００３８】
なお、混練の際には必要に応じてアルコール類、アセトン等の有機溶剤を適量加えてもよい。また、必要に応じて骨材の一部に添加剤、例えば、固体潤滑材、皮膜調整剤を加えてもよい。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑材や、アルミナ、シリカ、炭化珪素等の皮膜調整剤を加えてもよい。
【００３９】
次に、混練した塊を粉砕して成形用の粉体に調整する。その後、その粉体をブラシ基材形状に成形する。そして成形体に樹脂が硬化する温度下（一般的に、１００〜３００℃）で熱処理を施して樹脂を硬化させる。
【００４０】
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を形成してもよい。この皮膜の材質としては、ニッケル、銅及び銀を挙げることができる。また、この皮膜の厚さは、概ね３〜１００μｍであるが、これに限定されるものではない。
【００４１】
なお、この金属皮膜の形成は、電解メッキ、無電解メッキ等の公知の方法によって行うことができる。
【００４２】
水溶性潤滑剤、フッ素変性シリコーンオイル、または水溶性潤滑剤と金属化合物とをともにブラシに含有させる方法としては、ブラシを製造する途中でこれらを骨材やバインダと共に混合させる方法や、予め製造したブラシ基材に対してこれらをを含浸させる方法を採用することができる。
【００４３】
次に、ブラシ基材に水溶性潤滑剤のうち、より好ましい水溶性シリコーンオイルを含浸する構成について説明する。
【００４４】
図２は、水溶性シリコーンの構造式を示す。
【００４５】
この水溶性シリコーンオイルは、SiO からなる主鎖と結合しているメチル基のうちの1 つがアルキル基とポリアルキレンオキシドとが連結した官能基に置き換わっているものである。このシリコーンオイルは、図２のｘ及びｙ（自然数）の値によって平均分子量が変わり、それに応じて動粘度も変化する。本実施形態においては、１０〜２００００ｍｍ2 ／ｓ（２０℃）の動粘度を有するものが好ましい。また、１０〜１０００ｍｍ2 ／ｓの動粘度を有する水溶性シリコーンオイルを使用することがより好ましい。
【００４６】
ブラシ基材への水溶性シリコーンオイルの含浸には、まず、図２に示す水溶性シリコーンオイルの水溶液（シリコーンオイル水溶液）を調整する。水溶性シリコーンオイルと水とは、容易に混ざり合うので撹拌棒を用いて手で撹拌するといった簡単な操作でシリコーンオイル水溶液を調整することができる。水溶液における水溶性シリコーンオイルの量は、目的とする含浸率、含浸条件、選択した基材の種類等に応じて適宜決められる。
【００４７】
調整したシリコーンオイル水溶液は、毛細管現象によって微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単にシリコーンオイル水溶液中にブラシ基材を浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。
【００４８】
シリコーンオイル水溶液の温度は２０〜３０℃程度の室温下で行うことができる。必要に応じて、６０〜８０℃といった高温にして含浸を行ってもよい。また、浸漬時間は、シリコーンオイル水溶液の粘度、温度、ブラシ基材等の条件によって適宜決められるが、例えば１０〜６０分程度である。
【００４９】
ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを取り出して１００℃以上の温度下で乾燥することにより、ブラシに含浸されたシリコーンオイル水溶液の水分を除去する。乾燥によるブラシの重量が恒量になった時点で水分の除去が終点に達したものとみなして乾燥を終了する。ブラシ基材に残された水溶性シリコーンオイルの重量が、含浸された重量である。
本実施形態では含浸された水溶性シリコーンオイルの重量が、ブラシ基材に対して０．２〜１０重量％となるようにしている。
【００５０】
このように水溶性シリコーンオイルが含浸されたブラシに適宜リード線３等が取り付けられる。
【００５１】
次に、ブラシ基材にフッ素変性シリコーンオイルを含浸する構成について説明する。図３は、フッ素変性シリコーンオイルの構造式を示す。
【００５２】
このフッ素変性シリコーンオイルは、SiO からなる主鎖と結合しているメチル基のうち
の1 つが（CH2 ）2 とCF3 とが連結した官能基に置き換わっているものである。このシリコーンオイルは、図３のｘ（自然数）の値によって平均分子量が変わり、それに応じて動粘度も変化する。本実施形態においては、１０〜２００００ｍｍ2 ／ｓ（２０℃）の動粘度を有するものが好ましい。また、１０〜１０００ｍｍ2 ／ｓの動粘度を有するフッ素変性シリコーンオイルを使用することがより好ましい。
【００５３】
フッ素変性シリコーンオイルは、ブラシ表面との表面張力が小さく毛細管現象によって
微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単にフッ素変性シリコーンオイル中にブラシ基材に浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。
【００５４】
そして、フッ素変性シリコーンオイルの温度は２０〜３０℃程度の室温下で行うことができる。必要に応じて、６０〜８０℃といった高温にして含浸を行ってもよい。また、浸漬時間は、フッ素変性シリコーンオイルの粘度、温度、ブラシ基材等の条件によって適宜決められるが、例えば１０〜６０分程度である。
【００５５】
ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを取り出してブラシ表面に付着したフッ素変性シリコーンオイルを、柔らかい布でふき取る等して除去する。ブラシ基材に残されたフッ素変性シリコーンオイルの重量が、含浸された重量である。
【００５６】
本実施形態では含浸されたフッ素変性シリコーンオイルの重量が、ブラシ基材に対して０．２〜３重量％となるようにしている。                                      
【００５７】
このようにフッ素変性シリコーンオイルが含浸されたブラシに適宜リード線３等が取り付けられる。
【００５８】
さらに、ブラシ基材に水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物を含浸する場合について説明する。
【００５９】
この金属化合物は、水あるいは有機溶剤に可溶な金属化合物であり、好ましくは金属錯化合物、さらに好ましくはキレート化合物である。上記金属化合物の金属種は、長周期型元素周期表における３〜１４族かつ３〜５周期の金属であり、好ましくは、Ａｌ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｓｎであり、さらに好ましくはＦｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｇである。
【００６０】
本実施形態に用いられる金属化合物としては、イオン結合性のものでも共有結合性のものでもよく、上記金属種の硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩等の無機塩、上記金属種の酢酸塩、シュウ酸塩、安息香酸塩、ベンゼンスルホン酸塩等の有機酸塩、上記金属種が中心原子である金属錯化合物やキレート化合物が挙げられるが、特に限定はされず、市販のものが使用可能である。錯化合物あるいはキレート化合物の配位子が、エチレンジアミン（ｅｎ）、ジエチレントリアミン（ｄｉｅｎ）、トリエチレンテトラミン（ｔｒｉｅｎ）、エチレンジアミン四酢酸（ｅｄｔａ）、ピピリジン（ｂｐｙ）、テルピリジン（ｔｅｒｐｙ）等のアミン系化合物、アセチルアセトン（ａｃａｃ）等のケトン化合物、ジメチルグリオキシム（ｄｍｇ）等のオキシム系化合物等であるものが好適である。
【００６１】
本実施形態において水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物は、１０〜２００００ｍｍ2 ／ｓ（２０℃）の動粘度を有するものが好ましい。また、１０〜１０００ｍｍ2 ／ｓの動粘度を有する水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物を使用することがより好ましい。
【００６２】
水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物も上記実施形態と同様、表面張力が小さく毛細管現象によって、微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単に水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物中にブラシ基材を浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。
【００６３】
そして、水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物は、２０℃〜３０℃程度の室温下で含浸を行うことができるが、４０℃〜６０℃の高温下で含浸を行うことがより好ましい。また、浸漬時間は、水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物の粘度、温度、ブラシ基材等の条件によって適宜決められるが、例えば１０〜６０分程度である。
【００６４】
ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを１００℃で乾燥させる。ブラシ基材に残された水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物の重量が、含浸された重量である。
【００６５】
この場合、水溶性潤滑剤の含有量がブラシ基材に対して０．２〜１０重量％であり、金属化合物の含有量がブラシ基材に対して０．０５〜１０重量％とする。
【００６６】
この構成では、含浸する物質として、水溶性潤滑剤と金属化合物の２種類の物質を用いたことによる相乗効果が発現され、モータに対する効率の向上、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が顕著となると考えられる。
【００６７】
以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明する。
【００６８】
まず、本各実施例において使用するレジンボンド系のブラシ基材を以下のように作製した。
【００６９】
人造黒鉛粉末（平均粒径１００μｍ、灰分５重量％以下）１００重量部に対して、エポキシ樹脂３０重量部を配合し、人造黒鉛粉末と樹脂とが均一に混合されるように、常温で所定の時間（３０〜１２０分）混練した。
【００７０】
この混練物を４０メッシュ以下に粉砕してブラシに成形するための成形用粉末とした。この成形用粉末を金型でブラシの形状に成形（寸法：５．５ｘ６ｘ２５ｍｍ）した後、市販の乾燥器を用いて１５０℃の熱処理を施して、樹脂を硬化させた。
【００７１】
本ブラシ基材は、かさ密度が１．４５ｇ／ｃｍ3 であり、抵抗率が７００μΩ・ｍであ
った。本ブラシ基材の累積気孔容積は２１２ｍｍ3 ／ｇ、平均気孔半径は０．７６μｍで
あった。なお、気孔率は水銀圧入法（水銀ポロシメータＦＩＳＯＮＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製、モデルＭＡＰＯ１２０及びＰＯ２０００を使用）によって求めた。
［実施例１］
実施形態では、図２に示す化学構造を有する水溶性シリコーンオイルを、上記のように作製したレジンボンド系のブラシ基材の気孔に含浸した。なお、使用した水溶性シリコーンオイルの２０℃での動粘度は１００ｍｍ2 ／ｓであった。
【００７２】
含浸工程においては、水溶性シリコーンオイルを所定の量の水に溶解してシリコーンオイル水溶液とし、その水溶液中にブラシ基材を所定の時間浸漬した。
【００７３】
シリコーンオイルのブラシ基材への含浸率の異なる数種類のブラシを作製するために、シリコーンオイル水溶液のシリコーンオイル濃度を１〜８０重量％に調整したものを作製し、シリコーンオイル濃度の違いによって含浸率を調整した。また、ブラシ基材をシリコーンオイル水溶液中に浸漬する時間は、重量増加がほぼ飽和する時点に設定した。その浸漬する時間は、シリコーンオイルの濃度によっても異なるが、１５〜３０分であった。なお、シリコーンオイル水溶液の温度はいずれの場合も６０℃に設定した。
【００７４】
この浸漬作業が終了した後、ブラシ基材をシリコーンオイル水溶液から取り出した後、
シリコーンオイル水溶液が含浸されたブラシを１２０℃に保持した乾燥器に入れ、シリコーンオイルとともに含浸された水分のみを乾燥により除去した。
【００７５】
以上により、含浸率がそれぞれ、０．２重量％、１．２重量％、２．７重量％、４．０重量％の水溶性シリコーンオイル含浸ブラシ（４種類）を得た。なお、含浸率（重量％）は、含浸による増加分の重量を含浸前のブラシの重量で除して求めた値に１００を掛けてパーセント表示したものである。
【００７６】
これら４種類の水溶性シリコーンオイル含浸ブラシ及びブラシ基材を使用したときのモータの効率を求めた。
【００７７】
モータの効率の測定には、まず、これらのブラシにリード線を取り付けた後、試験用のモータに３５ｋＰａのスプリング圧力でセットした。一定の条件の下、それぞれのブラシについて、吸込仕事率Ｐ（Ｗ）を測定した。なお、モータには、電圧１００Ｖ、６０Ｈｚの下、約１０００Ｗの電力を入力した。このとき、モータの回転数は約３２０００ｒｐｍであった。
【００７８】
モータの効率は（１）式によって計算した。
【００７９】
η＝（Ｐ／Ｉ）  ｘ  １００・・・（１）
ここで、ηはモータの効率（％）、Ｐは吸込仕事率（Ｗ）、Ｉは入力（Ｗ）である。
【００８０】
これによって得られたモータの効率（η）を、水溶性シリコーンオイルを含浸していないブラシを使用した場合、上記４種類の水溶性シリコーンオイル含浸ブラシを使用した場合のそれぞれのモータの効率の試験結果を表１に示す。
【００８１】
【表１】
2005102491.tif 000003
表１に示すように、含浸率が１．２重量％の場合は、モータの効率が４０．４％であり、水溶性シリコーンオイルを含浸していないブラシ（無含浸ブラシ）のモータの効率４０．２％に対して０．２％高い値を示した。また、含浸率が０．２重量％及び２．７重量％の場合には、モータの効率が４０．３％であり、無含浸ブラシのモータの効率より０．１％高い値を示した。なお、含浸率が４．０重量％の場合は、表１に示すようにモータの効率を下げてしまう結果となった。
【００８２】
モータの効率が０．１〜０．２％向上することは、電気掃除機等に使用する小型モータの分野においては、顕著な効果として判断される。従って、こうしたモータの効率の向上は、大きな意義を持ち利用価値が高いものと評価される。特に、モータの規格等によって、入力が規制されているような状況では、入力を大きくすることにより、出力を高くすることができないことを考慮すると、このように、よりモータの効率の高いブラシが要求されることは必須である。
【００８３】
また、本実施例で作製したブラシ基材のブラシの回転部に接触する部分を除く周囲の表面の全面を厚さ１０μｍの銅皮膜を、銅の無電解メッキによって形成させた。
【００８４】
この銅皮膜を形成したブラシ基材に上記（本実施例）の方法で、同じ水溶性シリコーンオイルを含浸させた。その結果、銅皮膜を形成したブラシ基材に対する水溶性シリコーンオイル含浸率は、上記の銅皮膜が無いブラシに比べて２割程度低い値となった。しかし、銅皮膜を形成したブラシ基材の場合には、浸漬時間を長くしたり浸漬温度を変化させたりするといった方法によって、銅皮膜が無いブラシに対する場合と同等の含浸率を得ることができた。
【００８５】
このようなブラシでは、ブラシ表面に電気良導性金属の皮膜による効果、すなわちブラシの温度上昇を抑制することができ、安定した整流を長期にわたって維持できる点で上記効果に寄与するものである。
［実施例２］
本実施例２においては、まず、実施例１で作製したブラシ基材に対して、図３に示す化学構造を有するフッ素変性シリコーンオイルを含浸した。ここで、フッ素変性シリコーンオイルの動粘度は、１００ｍｍ2 ／ｓであった。
【００８６】
フッ素変性シリコーンオイルの含浸は、２５℃の室温下でブラシ基材をフッ素変性シリコーンオイルに一定時間浸漬して行った。その後、ブラシを取り出してブラシ表面に付着したフッ素変性シリコーンオイルを、柔らかい布でふき取る等して除去した。
【００８７】
フッ素変性シリコーンオイルにブラシ基材を浸漬する時間を変化させて、実施例１と同じ含浸率のブラシ、すなわち、含浸率がそれぞれ、０．２重量％、１．２重量％、２．７重量％、４．０重量％のフッ素変性シリコーンオイル含浸ブラシ（４種類）を得た。なお、含浸率は実施例１の場合と同様の方法で求めた。
【００８８】
これら４種類のフッ素変性シリコーンオイル含浸ブラシ及びブラシ基材を使用したときのモータの効率を実施例１と同様、（１）式によって計算した。
【００８９】
これによって得られたフッ素変性シリコーンオイルを含浸していないブラシ及び４種類のフッ素変性シリコーンオイル含浸ブラシを使用した場合のそれぞれのモータの効率（η）の試験結果を表２に示す。
【００９０】
【表２】
2005102491.tif 000004
表２に示すように、含浸率が０．２重量％の場合にはモータの効率が４０．４％、含浸率が１．２重量％の場合にはモータの効率が４０．７％、２．７重量％の場合にはモータの効率が４０．５％であった。つまり、無含浸ブラシのモータの効率４０．２％より０．２％〜０．５％高い値を示した。含浸率が１．２重量％の場合にはモータの効率がこのように飛躍的に高くなった。なお、含浸率が４．０重量％の場合は、表２に示すようにモータの効率を下げてしまう結果となった。
［実施例３］
実施例１で作製したブラシ基材に対して、図２に示す化学構造を有する水溶性シリコーンオイルと金属錯化合物Ｃｕ（ｅｄｔａ）の混合物に含浸した。ここで、この水溶性シリコーンオイルおよび金属錯化合物の動粘度は、１００ｍｍ2 ／ｓであった。
【００９１】
この水溶性シリコーンオイルと金属化合物の含浸は、５０℃の液温下でブラシ基材をこの混合物に１５分間浸漬して行った。その後、ブラシ基材をこの混合物から取り出した後、このブラシを１００℃に保持した乾燥器に入れ、この水溶性シリコーンオイルと金属化合物とともに含浸された水分を除去した。
【００９２】
この水溶性シリコーンオイルと金属化合物の含浸率が、表３に示すそれぞれのブラシを得た。なお、含浸率は実施例１の場合と同様の方法で求めた。
【００９３】
これらの水溶性シリコーンオイルと金属化合物含浸ブラシ及びブラシ基材を使用したときのモータの効率（η）を実施例１と同様、（１）式によって計算した。また、１００時間当りのブラシの摩耗量（ｍｍ／１００ｈ）、ブラシホルダ外周先端部の温度（℃）、ブラシの摺動音（ｄB ）（ＯＮＯＳＯＫＫＩ製サウンドレベルメーターを使用）及び１００時間当りの整流子摩耗量をそれぞれ測定した結果を表３に示す。
【００９４】
モータの効率の測定には、まず、これらのブラシにリード線を取り付けた後、試験用のモータに４１ｋＰａのスプリング圧力でセットした。一定の条件の下、それぞれのブラシについて、吸込仕事率Ｐ（Ｗ）を測定した。なお、モータには、電圧２３０Ｖ、６０Ｈｚの下、約１５５０Ｗの電力を入力した。このとき、モータの回転数は約３４０００ｒｐｍであった。
【００９５】
【表３】
2005102491.tif 000005
【００９６】
表３に示すように、試料番号(2) 〜(4) 、(6) 〜(17)では、モータの効率がそれぞれ４１．４％〜４１．９％となり、水溶性シリコーンオイル及び金属化合物を含浸していないブラシ（無含浸ブラシ）のモータの効率４１．０％に対して０．４〜０．９％高い値を示し、飛躍的な効果を示すものであった。また、１００時間当りのブラシ摩耗量については、試料番号(2) 〜(4) 、(6) 〜(17)では、３．８〜７(mm/100h) の値となり、無含浸ブラシの１０(mm/100h) に比べ、飛躍的に低減された。また、温度については、１００℃以下に抑えられた。さらに、摺動音については、試料番号(2) 〜(4) 、(6) 〜(17)では、無含浸ブラシの１１０ｄＢに比べ低くなった。
【００９７】
１００時間当りの整流子摩耗量については、試料番号(2) 〜(4) 、(6) 〜(17)では、０．０４〜０．０８(mm/100h) の値となり、無含浸ブラシの０．１２(mm/100h) に比べ、飛躍的に低減された。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
電気掃除機など、モータを搭載する電気機械では、モータの規格等によって入力規制がある場合は、特に、モータ効率が高いことが要求される。本発明はそのようなモータに利用が可能である。さらに、ブラシの寿命も長く、摺動音を低減でき、経済的にも有益であり、ブラシを短くすることが可能となり、モータの小型化にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】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す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水溶性シリコーンオイルの化学構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフッ素変性シリコーンオイルの化学構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  ブラシ
２  回転体
３  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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