(57)【要約】【課題】  高温下で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシ及び高温下で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシの製造法を提供するものである。を提供する。【解決手段】  黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、気相成長カーボンファイバ、銅粉及び樹脂を含有してなる直流電動モータ用ブラシ並びに黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材に、気相成長カーボンファイバ、銅粉及び樹脂を含有する混合粉に、リード線を埋設した後成形し、還元ガス又は不活性雰囲気中で焼成することを特徴とする直流電動モータ用ブラシの製造法。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、気相成長カーボンファイバ、銅粉及び樹脂を含有してなる直流電動モータ用ブラシ。
【請求項２】
気相成長カーボンファイバが、直径が５μｍ以下及び長さが１００μｍ以下である請求項１記載の直流電動モータ用ブラシ。
【請求項３】
黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、気相成長カーボンファイバ、銅粉及び樹脂バインダを含有する混合粉に、リード線を埋設した後成形し、還元ガス又は不活性雰囲気中で焼成することを特徴とする直流電動モータ用ブラシの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機などに用いられる摩耗の少ない、直流電動モータ用ブラシ及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属黒鉛質ブラシは、特許文献１に記載されているように、銅粉と樹脂（結合剤）をコーキングした天然黒鉛を主成分とし、これに鉛、錫等を添加したものを混合し、成形した後、焼成して作製していた。
また、耐磨耗性を向上させるため、特許文献２に記載されているように、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の硫化金属粉を少量添加したものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特公平０６−０６６１４７号公報
【特許文献２】特公平０６−００７５０５号公報
【０００４】
しかしながら上記に示すブラシは、ブラシ温度が高くなると黒鉛潤滑が不足し、ブラシ摩耗が増大するという欠点があった。
また、硫化金属粉を多くすると比抵抗が増加し、電気損失が増大するという欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
請求項１及び２記載の発明は、高温下で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシを提供するものである。
請求項３記載の発明は、高温下で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシの製造法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、気相成長カーボンファイバ、銅粉及び樹脂を含有してなる直流電動モータ用ブラシに関する。
また、本発明は、気相成長カーボンファイバが、直径が５μｍ以下及び長さが１００μｍ以下である直流電動モータ用ブラシに関する。
さらに、本発明は、黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、気相成長カーボンファイバ、銅粉及び樹脂を含有する混合粉に、リード線を埋設した後成形し、還元ガス又は不活性雰囲気中で焼成することを特徴とする直流電動モータ用ブラシの製造法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１及び２記載の直流電動モータ用ブラシは、高温下で使用しても摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシである。
請求項３記載の方法により得られる直流電動モータ用ブラシは、高温下で使用しても摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシである。
【０００８】
本発明になる直流電動モータ用ブラシは、カーボンファイバが整流子面とブラシ面の間に介在し、摺動時にミクロな転がり作用が生じる。このため、摩耗の形態は転がり摩耗となり、摩擦係数が低く、ブラシ摩耗が低減するものと考えられる。
特に、ブラシ温度が１５０℃に上昇すると、ブラシと整流子間に生成されていた酸化膜の潤滑性が低下し、摩擦変動が大きくなるが、カーボンファイバを含有したブラシは、上記の理由により摩擦変動が小さくなるものと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明において、黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンの含有量は、ブラシ全組成物中に２０〜８０重量％の範囲が好ましく、４０〜６０重量％の範囲がさらに好ましい。
また、気相成長カーボンファイバの含有量は、ブラシ全組成物中に０．０１〜１０重量％の範囲が好ましく、０．１〜５重量％の範囲がさらに好ましい。
なお、銅粉及び樹脂バインダの含有量は、特に制限はなく、そのときの条件に応じて適宜選定して添加される。
【００１０】
カーボン材中に含まれる非晶質カーボンとしては、コークス粉、各種樹脂、タール、木炭、石炭、原油等から生成される乾留物を２０００℃以下の温度で熱分解して得られた炭化物を用いることができる。
また、樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、特にフェノール樹脂は、レゾール又はノボラック樹脂若しくはこれらを混合して用いることができる。なお、レゾール、ノボラック樹脂は、液状、固形状、粉状等いずれのものを用いても差し支えない。
【００１１】
上記のフェノール樹脂は、特性に応じて各種変性剤で変性された変性フェノール樹脂、例えば、レゾルシン変性フェノール樹脂、クレゾール変性フェノール樹脂、アルキル変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、芳香族炭化水素樹脂変性フェノール樹脂、メラミン変性フェノール樹脂、油変性フェノール樹脂、フラン変性フェノール樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等を用いることができる。
【００１２】
本発明の直流電動モータ用ブラシに含有される気相成長カーボンファイバは、直径が５μｍ以下、好ましくは０．０１〜４μｍの範囲、さらに好ましくは０．０２〜３μｍの範囲及び長さが１００μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍの範囲、さらに好ましくは１０〜２０μｍの範囲のカーボンファイバを用いることが望ましい。直径が５μｍを超え、かつ長さが１００μｍを超えるものを用いると、モータのコンミテータへの研削性が増加すると同時に、ブラシ自身の摩耗が大きくなる傾向がある。
なお、気相成長カーボンファイバの直径及び長さは、走査形電子顕微鏡を用いて測定することができる。
【００１３】
本発明で用いられる気相成長カーボンファイバとは、化学気相成長法、特に触媒を用いた化学気相成長法又は放電を利用した化学気相成長法などの気相成長法によって生成したものであり、例えば、カーボン原子の６角網目状に結合したグラフェンシートが円筒状に巻かれ、グラフェンシートの両端の炭素同士が互いに結合して円周のカーボンが完全に結合し、未結合のカーボンを含まないチューブ状カーボンを指すものである。
【００１４】
また、上記以外に、グラフェンシートが単層で巻かれた単層ナノチューブ及び直径の異なるチューブが同心円状に、多層になった多層ナノチューブ、金属的な高導電性を示すもの、半導体的な高電気抵抗性のものなどを指すものである。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
直径が０．１５μｍ及び長さが１０〜２０μｍの範囲の気相成長カーボンファイバ（昭和電工（株）製、商品名ＶＧＣＦ）を０．５重量％、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）を８１．６重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）を１．９重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１３Ｎ）１６重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が２００μｍの造粒黒鉛を得た。
【００１６】
次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で均一に混合し、この混合粉を金型に充填し、さらに所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ３分解ガスの雰囲気炉中で８００℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。
【００１７】
実施例２
直径が０．０２０μｍ及び長さが１０〜２０μｍの範囲のカーボンナノチューブ（三井物産（株）製）１重量％、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１Ｎ）１８重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が１００μｍの造粒黒鉛を得た。
【００１８】
次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で均一に混合し、この混合粉を金型に充填し、さらに所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ３分解ガスの雰囲気炉中で７５０℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。
【００１９】
実施例３
直径が０．１５μｍ及び長さが１０〜２０μｍの範囲の気相成長カーボンファイバ（昭和電工（株）製、商品名ＶＧＣＦ）０．５重量％、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１重量％、コークス粉（２００メッシュアンダー）２重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）を１．９重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１３Ｎ）１４．６重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が２００μｍの造粒黒鉛を得た。
【００２０】
次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で均一に混合し、この混合粉を金型に充填し、さらに所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ３分解ガスの雰囲気炉中で７５０℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。
【００２１】
比較例１
天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８２重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１Ｎ）１８重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が１００μｍの造粒黒鉛を得た。
次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で均一に混合し、この混合粉を金型に充填し、さらに所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ３分解ガスの雰囲気炉中で７５０℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。
【００２２】
次に、実施例１〜３及び比較例１で得られた直流電動モータ用ブラシについて、図１に示す直径が１６０ｍｍ（φ）の銅スリップリングを用いた摩擦係数測定試験機で、ブラシ温度と摩擦変動の関係を調べた。その結果を図２に示す。
また、８０Ｗの電動ファンモーターにブラシを装着して、８０℃に加熱した高温槽に入れて、ブラシの摩耗評価を行った結果を図３に、８０Ｗの電動ファンモーターにブラシを装着して、大気中で２５±５℃の条件でブラシの摩耗評価を行った結果を図４に示す。
【００２３】
なお、摩擦係数は、以下に示す方法で算出した。
図１に示す直径が１６０ｍｍ（φ）の銅スリップリング１は、奥行き側で別に連結されているモータ（図示せず）によって回転するようになっており、該銅スリップリング１の面を＃６００の研磨機で磨いた後、ブラシホルダ２にブラシ３を設置し、バネ４を介してバネ圧Ｐで押圧して固定した。一方、ブラシ３に熱電対５を固定し、これを介して銅スリップリング１に内蔵したヒータ６への電力を制御してブラシ温度を一定に保持した。
【００２４】
上記のような状態のもとで、モータの回転数１４２０ｍｉｎ−１、ブラシへの電流９Ａの条件で、回転に伴って加わる力Ｆをブラシ３に連結されたロードセルで測定し、Ｆ／Ｐにより摩擦係数（μ）を算出した。また図２に示すモータを上記に示す条件で２０時間回転させ、回転終了前の１０分間についてブラシ３の温度が６０℃、８０℃、１２０℃、１６０℃及び１８０℃のときの摩擦係数（μ）の上下の幅（変動）を図示したものである。なお、図１において７は電源である。
また、摩耗評価は、上記の条件でモータを１００時間回転し、ブラシの回転前の寸法と１００時間回転後の寸法の差からブラシの摩耗量を求めた。
【００２５】
図２に示されるように、本発明の実施例になる直流電動モータ用ブラシは、比較例１の直流電動モータ用ブラシに比較して、１６０℃以上の高温で摩擦変動が小さいことが明らかである。
また、図３及び図４に示されるように、本発明の実施例になる直流電動モータ用ブラシは、比較例１の直流電動モータ用ブラシに比較して、８０℃の雰囲気でのブラシ摩耗及び大気中でのブラシ摩耗が少ないことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】摩擦係数測定試験機の概略図である。
【図２】実施例１〜３と比較例１で得られた直流電動モータ用ブラシのブラシ温度と摩擦変動を示すグラフである。
【図３】８０℃の雰囲気での電動ファンモーターにおけるブラシ摩耗を示すグラフである。
【図４】大気中での電動ファンモーターにおけるブラシ摩耗を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１  銅スリップリング
２  ブラシホルダ
３  ブラシ
４  バネ
５  熱電対
６  ヒータ
７  電源
【図１】
2005245159.tif 000002
【図２】
2005245159.tif 000003
【図３】
2005245159.tif 000004
【図４】
2005245159.tif 000005