(57)【要約】【課題】  高速回転下でのブラシのジャンピングを抑制し、接触抵抗が高く、ブラシの摩耗を低減し、かつ長寿命化を図ることが可能な金属黒鉛質ブラシの製造方法を提供する。【解決手段】  造粒黒鉛及び金属粉を含む組成物を混合、成形し、次いで４００℃以下の温度で熱処理することを特徴とする金属黒鉛質ブラシの製造方法に関するものであり、上記組成物のうち造粒黒鉛として、黒鉛、樹脂及び固体潤滑剤を含有したものを用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】
造粒黒鉛及び金属粉を含む組成物を混合、成形し、次いで４００℃以下の温度で熱処理することを特徴とする金属黒鉛質ブラシの製造方法。
【請求項２】
造粒黒鉛が、黒鉛、樹脂及び固体潤滑剤を含有することを特徴とする請求項１記載の金属黒鉛質ブラシの製造方法。
【請求項３】
黒鉛と樹脂の割合が、黒鉛１００重量部に対して樹脂が５〜３０重量部であることを特徴とする請求項１又は２記載の金属黒鉛質ブラシの製造方法。
【請求項４】
造粒黒鉛が５〜８５重量％及び金属粉が１５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の金属黒鉛質ブラシの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、発電機等の回転電機に使用される金属黒鉛質ブラシの製造方法に関し、特に高速回転で使用される電動機、発電機等の回転電機に使用される金属黒鉛質ブラシの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低電圧、大電流を必要とする電動機、発電機等の回転電機には、ブラシの接触抵抗を低く抑えるため、予め黒鉛粉末とバインダーを混練、造粒した造粒黒鉛に銅粉末を混合し、成形、焼成した金属黒鉛質ブラシが用いられていた。
【０００３】
しかしながら、一般に上記に示すような金属黒鉛質ブラシは、弾性係数が大きいため、回転電機の高速回転下では、回転部の凹凸又は回転電機自体の振動の影響により、ブラシがジャンピングして火花が発生し、ブラシ摩耗が増加する問題があった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２７７５９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題を解決し、高速回転下でのブラシのジャンピングを抑制し、接触抵抗が高く、ブラシの摩耗を低減し、かつ長寿命化を図ることが可能な金属黒鉛質ブラシの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、造粒黒鉛及び金属粉を含む組成物を混合、成形し、次いで４００℃以下の温度で熱処理することを特徴とする金属黒鉛質ブラシの製造方法に関する。
また、本発明は、造粒黒鉛が、黒鉛、樹脂及び固体潤滑剤を含有することを特徴とする前記の金属黒鉛質ブラシの製造方法に関する。
また、本発明は、黒鉛と樹脂の割合が、黒鉛１００重量部に対して樹脂が５〜３０重量部であることを特徴とする前記の金属黒鉛質ブラシの製造方法に関する。
さらに、本発明は、造粒黒鉛が５〜８５重量％及び金属粉が１５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする戦記の金属黒鉛質ブラシの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の方法により得られる金属黒鉛質ブラシは、柔軟性が付与され、通電時のブラシ弾性率を小さく抑えることができるため、ジャンピングによる火花の発生を抑制し、接触抵抗が高く、ブラシの摩耗を低減でき、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明で用いられる造粒黒鉛は、黒鉛、樹脂及び固体潤滑剤を含む組成物に、必要に応じて硬化剤、可塑剤等を添加したものを混練した後、造粒して用いられる。
このうち、黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれでもよいが、結晶の発達した潤滑性のよい天然黒鉛を用いることが好ましい。また黒鉛の粒径については特に制限はないが、平均粒径が１０〜５０μｍ程度のものを用いることが好ましく、１０〜２０μｍ程度のものを用いることがさらに好ましい。
造粒黒鉛の大きさは、使用する金属粉の粒度の３〜１０倍、即ち５０〜５００μｍの範囲のものを用いることが好ましい。
【０００８】
金属黒鉛質ブラシの主原料となる金属粉としては、銅粉、銀粉等が用いられ、価格、出力及び機械的強度の向上を図る点から、平均粒径が７５μｍ以下の電解銅粉を用いることが好ましい。
なお、本発明において、平均粒径はレーザー散乱型粒度分布測定装置により測定することができる。
【０００９】
また、樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ、特にエポキシ樹脂、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化硼素等が挙げられ、特に二硫化モリブデンを用いることが好ましい。
【００１０】
黒鉛と樹脂の配合割合については特に制限はないが、黒鉛１００重量部に対し、樹脂５〜３０重量部の範囲であることが好ましく、黒鉛１００重量部に対し、樹脂１０〜３０重量部の範囲であることがより好ましく、黒鉛１００重量部に対し、樹脂１０〜２５重量部の範囲であることがさらに好ましい。樹脂の量が５重量部未満であると機械的温度が低下し、ブラシの機械的摩耗が増加する傾向があり、３０重量部を超えると黒鉛が有する潤滑性が疎外され、ブラシ摩耗が増加する傾向がある。
【００１１】
必要に応じて添加される可塑剤の添加量は、ブラシの弾性率及び熱変形温度の点で黒鉛１００重量部に対して５〜２０重量部添加することが好ましく、５〜１５重量部添加することがさらに好ましい。また硬化剤の添加量は、樹脂が硬化できる程度添加していればよく特に制限はない。
【００１２】
造粒黒鉛と金属粉の配合割合は、造粒黒鉛が５〜８５重量％に対して、金属粉が１５〜９５重量％の範囲が好ましく、造粒黒鉛が５〜８０重量％に対して、金属粉が２０〜９５重量％の範囲がさらに好ましい。
【００１３】
本発明において、熱処理温度は、４００℃以下、好ましくは１５０〜４００℃の範囲、さらに好ましくは２５０〜３５０℃の範囲とされ、４００℃を超えると樹脂の熱分解又は炭化により強度が著しく低下し、摩耗が増加する。なお、低温で熱処理すると樹脂の硬化不足になり、強度低下又は運転中の熱変形が生じるおそれがあるので下限は、１５０℃であることが好ましい。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明を実施例により説明する。
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）１００重量部、〔硬化剤（日立化成工業(株)製、商品名酸無水メチルハイミック酸Ｐ）を２重量％含有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ(株)製、商品名エピコート８２８）〕１０重量部及び固体潤滑剤として二硫化モリブデンを１重量部配合して混練した後、造粒して粒径が５０〜２５０μｍの造粒黒鉛を得た。
【００１５】
次に、上記で得た造粒黒鉛８０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）２０重量％を混合し、この混合物を金型に充填し、さらに所定の箇所にリード線を設置した後、成形プレスで３９２ＭＰａの圧力で成形し、次いで窒素ガス雰囲気中で２５０℃の温度で熱処理して、ブラシ素材を得た。この後、得られたブラシ素材を所定の形状、寸法に機械加工して、金属黒鉛質ブラシを得た。
【００１６】
実施例２
エポキシ樹脂の配合割合を１５重量部とした以外は、実施例1と同様の材料を実施例1と同じ割合で配合し、以下実施例１と同様の工程を経て金属黒鉛質ブラシを得た。
【００１７】
実施例３
エポキシ樹脂の配合割合を２０重量部とした以外は、実施例1と同様の材料を実施例１と同じ割合で配合し、以下実施例１と同様の工程を経て金属黒鉛質ブラシを得た。
【００１８】
実施例４
平均粒径が５０μｍの天然黒鉛（日本黒鉛工業(株)製、商品名ＣＢ−１５０）１００重量部、フェノール樹脂（日立化成工業(株)製、商品名ＶＰ１１Ｎ）１５重量部、可塑剤としてポリエチレングリコール５重量部、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを１重量部配合して混練した後、造粒して粒径が５０〜２５０μｍの造粒黒鉛を得た。
【００１９】
次に、上記で得た造粒黒鉛８０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）２０重量％を混合し、この混合物を金型に充填し、さらに所定の箇所にリード線を設置した後、成形プレスで３９２ＭＰａの圧力で成形し、次いで窒素ガス雰囲気中で２５０℃の温度で熱処理して、ブラシ素材を得た。この後、得られたブラシ素材を所定の形状、寸法に機械加工して、金属黒鉛質ブラシを得た。
【００２０】
実施例５
可塑剤の配合割合を１０重量部とした以外は、実施例４と同様の材料を実施例４と同じ割合で配合し、以下実施例４と同様の工程を経て金属黒鉛質ブラシを得た。
【００２１】
実施例６
可塑剤の配合割合を１５重量部とした以外は、実施例４と同様の材料を実施例４と同じ割合で配合し、以下実施例４と同様の工程を経て金属黒鉛質ブラシを得た。
【００２２】
比較例１
実施例１と同様の材料を実施例1と同じ割合で配合し、熱処理を省略した以外は、実施例１と同様の工程を経て金属黒鉛質ブラシを得た。
【００２３】
比較例２
実施例１と同様の材料を実施例1と同じ割合で配合し、４５０℃の温度で熱処理をした以外は、実施例１と同様の工程を経て金属黒鉛質ブラシを得た。
【００２４】
次に、実施例１〜６及び比較例２で得た金属黒鉛質ブラシを８０Ｗの電動ファンモータに装着して、モータの回転数１４００ｍｉｎ−１、ブラシへの電流９Ａ及び大気中で２５±５℃の条件でブラシの摩耗試験及び整流子の摩耗試験を行った。その結果を表１に示す。上記試験は、上記の条件でモータを１００時間運転し、ブラシ及び整流子の回転前の寸法と１００時間回転後の寸法の差からブラシの摩耗量及び整流子の摩耗量を求めた。なお、比較例１で得た金属黒鉛質ブラシは、強度が小さいためブラシの摩耗試験及び整流子の摩耗試験を行わなかった。
【００２５】
【表１】
2005310434.tif 000002
【００２６】
表１に示されるように、実施例１〜６で得た金属黒鉛質ブラシは、比較例２で得た金属黒鉛質ブラシに比較して、ブラシ摩耗及び整流子摩耗が小さいことが明らかである。特に可塑剤を添加した実施例４〜６で得た金属黒鉛質ブラシについては、可塑剤の含有量が多くなるに従って、ブラシ摩耗及び整流子摩耗が小さいことが判明した。また実施例１〜６で得た金属黒鉛質ブラシは、比較例２で得た金属黒鉛質ブラシに比較して、整流火花が小さいこと、可塑剤を添加した実施例４〜６で得た金属黒鉛質ブラシについては、可塑剤の含有量が多くなるに従って整流火花が小さいことも確認した。なお、可塑剤にグリセリンを使用した場合においても上記と同様の結果が得られた。
【００２７】
また、実施例１〜６及び比較例２で得た金属黒鉛質ブラシについて、温度と弾性率の関係及びモータの回転数と接触障害度の関係を調べた。その結果を図１及び図２に示す。なお、弾性率については、ブラシを４×７×２０ｍｍの寸法に加工し、長さ方向（２０ｍｍ）の超音波伝播時間を超音波測定器で求め、次式により求めた。
【００２８】
【数１】
2005310434.tif 000003
【００２９】
一方、接触障害度は、直径が２３ｍｍ（φ）の銅製の模擬整流子を用いて、２０時間以上十分に摺り合わせを行った後、回転数５０００、１００００、１５０００、２００００及び２５０００ｍｉｎ−１のときのブラシ間の電圧降下の変動を測定し、これを接触障害度とした。使用したブラシ寸法は、５．７×９．５×１７ｍｍ、バネ圧４．０Ｎ及び電流ＡＣ５Ａの条件で行った。なお、比較例１で得た金属黒鉛質ブラシは、モータの回転中に熱変形が生じたため、弾性率及び接触障害度については調べなかった。
【００３０】
図１に示されるように、実施例１〜６で得た金属黒鉛質ブラシは、比較例２で得た金属黒鉛質ブラシに比較して温度が高くなると弾性率が小さくなり、特に可塑剤を添加した実施例４〜６で得た金属黒鉛質ブラシについては、可塑剤の含有量が多くなるに従って温度が高くなると弾性率が小さくなることが明らかである。このことから通電によりブラシの座乗性が良くなることを示している。
【００３１】
また、図２に示されるように、実施例１〜６で得た金属黒鉛質ブラシは、比較例２で得た金属黒鉛質ブラシに比較して接触障害度が小さく、回転体と良好な接触を維持していることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】温度と弾性率の関係を示すグラフである。
【図２】モータの回転数と接触障害度の関係を示すグラフである。
【図１】
2005310434.tif 000004
【図２】
2005310434.tif 000005