(57)【要約】【課題】  リード線埋め込み部の電気抵抗が増加せず、かつ摺動特性を損なうことなく電気的損失を低減できる金属黒鉛質電刷子を提供する。【解決手段】  銅及び黒鉛を主成分とした高抵抗層、中抵抗層及び低抵抗層を含む３層構造からなり、かつ低抵抗層にリード線を埋設してなる金属黒鉛質電刷子において、低抵抗層に亜鉛を１〜１０重量％含有してなる金属黒鉛質電刷子に関するものであり、高抵抗層、中抵抗層及び低抵抗層それぞれの抵抗率は、高抵抗層＞中抵抗層＞低抵抗層の関係を満足していることが好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅及び黒鉛を主成分とした高抵抗層、中抵抗層及び低抵抗層を含む３層構造からなり、かつ低抵抗層にリード線を埋設してなる金属黒鉛質電刷子において、低抵抗層に亜鉛を１〜１０重量％含有してなる金属黒鉛質電刷子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、発電機等に使用される回転電機用電刷子、特に自動車用スタータモータの金属黒鉛質電刷子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機などに用いられる電刷子の電気的損失は、回転電機全体の効率に大きな影響を及ぼす。そのため、高出力、高効率が求められる回転電機においては、電刷子の電気的損失は極力低いほうが望ましいとされている。
【０００３】
電刷子の電気的損失を低減する手段としては、電刷子中に金属を含有させ、その金属含有量を増加し、電刷子本体の抵抗率を下げることが有効である。ところが、電刷子は摺動材料であるため潤滑性が乏しい金属の含有量を増加すると摺動特性が悪化し、摩耗量が増大するため、回転電機の寿命が短くなるという問題がある。また、回転電機の運転によって電刷子が高温となり、リード線埋め込み部の電気抵抗が増加し、電気的損失が増加するという問題がある。
【０００４】
この電気的損失の低減と摩耗量の低減という相反する要求特性を両立する手段としては、特許文献１に記載されているように、電刷子を高抵抗層と低抵抗層の電気抵抗が異なる複数の層で構成することで整流性能を向上させ、かつ火花発生量を減らし、整流子との接触電圧降下を増大させることなく摩耗量を低減させるか又は特許文献２に記載されているように、電刷子を高抵抗層と低抵抗層の層から構成し、そしてリード線を高抵抗層に触れることなく低抵抗層に埋設することで、リード線埋め込み部の電気的損失を低減する方法がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０４９４７８号公報
【特許文献２】特開平０４−５００５８０号公報
【０００６】
しかしながら上記に記載されているような方法では、電刷子の摺動特性を向上させるために黒鉛量を増加させると電気的損失も増加し、摺動特性とのバランスに制約を受けるという点では本質的には変わっていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、リード線埋め込み部の電気抵抗が増加せず、かつ摺動特性を損なうことなく電気的損失を低減できる金属黒鉛質電刷子を提供するものである。        
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、銅及び黒鉛を主成分とした高抵抗層、中抵抗層及び低抵抗層を含む３層構造からなり、かつ低抵抗層にリード線を埋設してなる金属黒鉛質電刷子において、低抵抗層に亜鉛を１〜１０重量％含有してなる金属黒鉛質電刷子に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電刷子は、リード線埋め込み部の電気抵抗が増加せず、かつ摺動特性を損なうことなく電気的損失を低減でき、工業的に極めて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明になる電刷子は、図１に示されるように高抵抗層１、中抵抗層２、低抵抗層３及びリード線４から構成されており、リード線４を埋設する低抵抗層３には亜鉛を含有した材料が用いられる。
【００１１】
亜鉛含有量は、低抵抗層３を構成する全組成物中に１〜１０重量％の範囲、好ましくは２〜８重量％の範囲とされ、亜鉛含有量が１重量％未満であるとリード線埋め込み部の電気抵抗が高く変化し易くなり電気的損失が増加する。一方、１０重量％を超えるとリード線埋め込み部の初期における電気抵抗の値が高くなり電気的損失が増加する。
【００１２】
高抵抗層１、中抵抗層２及び低抵抗層３それぞれの抵抗率は高抵抗層１＞中抵抗層２＞低抵抗層３の関係を満足していれば特に制限はないが、これらの抵抗率の関係を満足するためには、例えば、高抵抗層１の抵抗率は中抵抗層２の抵抗率の２〜２０倍程度が好ましく、４〜１６倍程度がより好ましく、８〜１２倍程度がさらに好ましい。
【００１３】
また、低抵抗層３の抵抗率は中抵抗層２の抵抗率の２／３以下が好ましく、１／２以下がより好ましく、１／３以下がさらに好ましい。なお、中抵抗層２は電刷子の性能の大部分を決定する部位であるため、抵抗率は使用される回転電機の要求特性に合せて設定されるが、一般的には０．１〜３０μΩ・ｍ程度の値である。これらの各層の抵抗率は主に黒鉛を主成分とした電刷子に含有させる銅粉の量を調整して適宜選定する。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
平均粒径が５０μｍの天然黒鉛（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８０重量％及びレゾール型フェノール樹脂（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１Ｎ）２０重量％を混練した後、６５℃で１６時間乾燥し、その後粉砕して平均粒径が１５０μｍの樹脂処理黒鉛粉を得た。
【００１５】
次に、この樹脂処理黒鉛粉４５重量％及び平均粒径が３５μｍの電解銅粉（福田金属箔工業（株）製、商品名ＣＥ−２５）５５重量％を混合機で３０分間混合して中抵抗層用の配合粉を得た。一方、上記で得た樹脂処理黒鉛粉６５重量％及び上記で用いた電解銅粉３５重量％を混合機で３０分間混合して高抵抗層の配合粉を得た。
また、上記で得た樹脂処理黒鉛粉、上記で用いた電解銅粉及び平均粒径が３０μｍの亜鉛粉を表１に示す割合に秤量し、混合機で３０分間混合して低抵抗層の配合粉を得た。
【００１６】
次に、上記で得た各々の配合粉を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、さらに低抵抗層となる箇所にリード線を設置した後、成形プレスで３９２ＭＰａの圧力で一体成形し、その後還元雰囲気中で７００℃まで３時間で昇温し、７００℃で１時間焼結し、次いで所定の形状、即ち、中抵抗層の部分が１６×８×厚さ５．４ｍｍ、高抵抗層の部分が１６×８×厚さ１．６ｍｍ及び低抵抗層の部分が１６×７×厚さ７ｍｍの寸法になるように機械加工して図１に示す形状の金属黒鉛質電刷子を得た。得られた金属黒鉛質電刷子の抵抗率を測定したところ高抵抗層は３．５μΩ・ｍ、中抵抗層は０．４μΩ・ｍ及び低抵抗層３は０．１μΩ・ｍであった。
【００１７】
なお、抵抗率の測定は、各々の配合粉を単独で上記と同様の条件で成形、焼結後、機械加工して５×５×２０ｍｍの寸法の試験片を作製し、２０ｍｍの方向に１Ａの電流を流した際の１０ｍｍ間の電圧降下を測定し、次式により算出した。ここで、測定用試験片は２０ｍｍ方向を成形加圧直角方向とした。
【００１８】
【数１】
2005304115.tif 000002
【００１９】
実施例２〜６
実施例１で得た樹脂処理黒鉛粉、実施例１で用いた電解銅粉及び平均粒径が３０μｍの亜鉛粉を表１に示す割合に秤量し、混合機で３０分間混合して低抵抗層の配合粉を得た。その後、得られた低抵抗層の配合粉及び実施例１で得た中抵抗層用の配合粉と高抵抗層の配合粉を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、以下実施例１と同様の工程を経て実施例１と同形状の金属黒鉛質電刷子を得た。
【００２０】
比較例１
実施例１で得た樹脂処理黒鉛粉及び実施例１で用いた電解銅粉を表１に示す割合に秤量し、混合機で３０分間混合して亜鉛を含有しない低抵抗層の配合粉を得た。その後、得られた低抵抗層の配合粉及び実施例１で得た中抵抗層用の配合粉と高抵抗層の配合粉を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、以下実施例１と同様の工程を経て実施例１と同形状の金属黒鉛質電刷子を得た。
【００２１】
比較例２
実施例１で得た樹脂処理黒鉛粉、実施例１で用いた電解銅粉及び平均粒径が３０μｍの亜鉛粉を表１に示す割合に秤量し、混合機で３０分間混合して亜鉛の含有量が１重量％未満の低抵抗層の配合粉を得た。その後、得られた低抵抗層の配合粉及び実施例１で得た中抵抗層用の配合粉と高抵抗層の配合粉を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、以下実施例１と同様の工程を経て実施例１と同形状の金属黒鉛質電刷子を得た。
【００２２】
比較例３
実施例１で得た樹脂処理黒鉛粉、実施例１で用いた電解銅粉及び平均粒径が３０μｍの亜鉛粉を表１に示す割合に秤量し、混合機で３０分間混合して亜鉛の含有量が１０重量％を超える低抵抗層の配合粉を得た。その後、得られた低抵抗層の配合粉及び実施例１で得た中抵抗層用の配合粉と高抵抗層の配合粉を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、以下実施例１と同様の工程を経て実施例１と同形状の金属黒鉛質電刷子を得た。
【００２３】
【表１】
2005304115.tif 000003
【００２４】
次に、実施例１〜６及び比較例１〜３で得られた金属黒鉛質電刷子について、製造直後（０時間のとき）のリード線埋め込み部の電圧降下値及び温度８０℃、湿度９０％の条件で１００時間後、２００時間後並びに２５０時間後におけるリード線埋め込み部の電圧降下値の経時変化を調べた。その結果を図２に示す。なお、リード線埋め込み部の電圧降下値は図３に示すように、Ａ−Ｂ間に２００Ａの電流を流したときのＣ−Ｄ間の電圧降下を測定した値である。  
【００２５】
図２に示されるように、本発明になる実施例１〜６の金属黒鉛質電刷子は、比較例１〜３の金属黒鉛質電刷子に比較してリード線埋め込み部の電圧降下値の経時変化が小さいことが明らかである。なお、実施例１〜６の金属黒鉛質電刷子と比較例１〜３の金属黒鉛質電刷子は、リード線を埋設する低抵抗層を構成する成分が異なるだけで、中抵抗層と高低抗層の摺動部は同一成分であることから摺動特性に差はなく、これにより本発明の金属黒鉛質電刷子は比較例の金属黒鉛質電刷子に比較し、摺動特性を損なわずに電気的損失が低減されることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】金属黒鉛質電刷子の構造を示す断面図である。
【図２】放置時間とリード線埋め込み部の電圧降下との関係を示すグラフである。
【図３】リード線埋め込み部の電圧降下の測定方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  高抵抗層
２  中抵抗層
３  低抵抗層
４  リード線
【図１】
2005304115.tif 000004
【図２】
2005304115.tif 000005
【図３】
2005304115.tif 000006