(57)【要約】  黒鉛粒子の銅の粒子を高密度に形成することができるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法を提供するため、黒鉛粒子に銅錯体を付着させる付着工程Ｓ１と、銅錯体が付着した黒鉛粒子を酸素含有雰囲気で熱処理することにより、銅錯体を分解し、黒鉛粒子の表面に銅の粒子を形成させる熱処理工程Ｓ２と、銅の粒子を形成した黒鉛粒子を樹脂と共に成形して成形体を形成する成形工程Ｓ３と、成形体を還元雰囲気で焼成し、樹脂を熱分解して焼結体を形成すると共に、熱処理工程において銅の粒子の表層に生成した酸化銅を銅に還元する還元焼成工程Ｓ４と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子に銅錯体を付着させる付着工程と、
前記銅錯体が付着した前記黒鉛粒子を酸素含有雰囲気で熱処理することにより、前記銅錯体を分解し、前記黒鉛粒子の表面に銅の粒子を形成させる熱処理工程と、
前記銅の粒子を形成した前記黒鉛粒子を樹脂と共に成形して成形体を形成する成形工程と、
前記成形体を還元雰囲気で焼成し、前記樹脂を熱分解して焼結体を形成すると共に、前記熱処理工程において前記銅の粒子の表層に生成した酸化銅を銅に還元する還元焼成工程と、
を備えるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項２】
前記還元焼成工程における焼成温度は、前記熱処理工程における熱処理温度以下に設定してある請求項１に記載のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程における熱処理温度及び前記還元焼成工程における焼成温度は、３００〜３５０℃に設定してある請求項１に記載のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項４】
前記還元焼成工程における焼成温度は、前記樹脂の熱分解開始温度以上に設定してある請求項１に記載のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂は、固形分が１〜３ｗｔ％となるように溶媒に溶解した溶液として用いる請求項１に記載のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂は、フェノール樹脂及びフラン樹脂から選ばれる少なくとも一種の樹脂である請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ用金属黒鉛質部材の製造方法。
【請求項７】
前記フェノール樹脂は、レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂である請求項６に記載のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項８】
前記還元焼成工程における焼成時間は、焼成温度が３００〜３５０℃の場合に、２００分以上に設定してある請求項７に記載のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに用いる金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラシ付きのモータに用いるブラシ材料として、黒鉛粒子と銅の粒子とを接合溶剤を用いて混合し、焼成するモータ用金属黒鉛質ブラシ材料（例えば、特許文献１参照）が知られている。【０００３】
モータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の一例としては、フェノール樹脂溶解溶液をバインダーとして用いて天然黒鉛粒子を捏和し、所定形状に造粒した後、得られた黒鉛粒子にブラシに流す電流密度に応じた量の銅粉と必要量の固体潤滑剤とを混合し、この後、混合した粉体を所定形状に成形する。そして、得られた成形体は酸素を遮断した非酸化性雰囲気で焼成される。このような製造方法によって、黒鉛粒子の表面に被膜として形成したフェノール樹脂は炭化して非晶質炭素になり、黒鉛粒子を結合させる。そして、還元焼成の過程でフェノール樹脂溶解溶液を構成する酸素原子や水素原子は二酸化炭素や水蒸気として昇華するため、焼結体の表面及び内部には多数の気孔が形成される。【０００４】
一般に、金属黒鉛質ブラシを用いたモータにおいては、金属黒鉛質ブラシが整流子に摺接し、ブラシから整流子へ、もしくは整流子からブラシへ給電がなされる。そして、整流子には、ロータに設けられるコアに巻回されたコイルが接続され、コイルに対して通電がなされると、ロータはハウジング内部にロータと対向して配設された永久磁石との吸引力及び反発力によって回転する。【０００５】
金属黒鉛質ブラシ付きモータは、上記の動作原理で動作するため、モータ駆動時の金属黒鉛質ブラシと整流子との摺接により、金属黒鉛質ブラシが整流子との摺接面において磨耗するという問題があり、モータ駆動時の金属黒鉛質ブラシの磨耗を抑えるべく、これまで様々な検討がされている。【０００６】
この種の技術としては、金属黒鉛質ブラシの磨耗が、整流子との摺接よる機械的磨耗の他に、火花放電の電気的負荷による磨耗があることに着目し、黒鉛粒子の表面に、互いに接触した銅の粒子の群を担持させた金属黒鉛質ブラシ材料(例えば、特許文献２参照)が提案されている。この金属黒鉛質ブラシ材料は、黒鉛粒子から誘起された電荷が伝導する導電通路を、黒鉛粒子の表面に形成させることにより、火花放電を抑制し、火花放電による磨耗を抑えることができる。さらに、この金属黒鉛質ブラシ材料によれば、銅の微粒子化によって、銅微粒子から放出される電荷の数量が低減でき、これによって火花放電の電気的エネルギーが縮減されると共に、火花放電が発生する際の電気的ノイズレベルも低減することができる。【０００７】
このような金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法は、まず、銅錯体の溶液を黒鉛粒子の表面に塗布し、塗膜を黒鉛粒子の表面に形成させ、この黒鉛粒子をバインダーとしての樹脂の溶液と共に捏和する。そして、得られた黒鉛粒子を成形して成形体を形成させた後、この成形体を酸素含有雰囲気で焼成し、さらに還元雰囲気において熱処理する。これにより、黒鉛粒子の表面に銅の粒子を形成させつつ、樹脂が熱分解した低分子量の粉体によって黒鉛粒子同士を結合させることができる。
【特許文献１】特開２００１−２９８９１３号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、黒鉛粒子の表面に、互いに接触した銅の粒子の群を担持させた金属黒鉛質ブラシ材料を作製する場合に、これまでの金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法では、焼成の際に、黒鉛粒子の表面に銅の粒子と共に樹脂が熱分解した低分子量の粉体が形成するという問題があった。このため、黒鉛粒子の表面における銅の粒子の形成密度が低くなり、火花放電を抑えることができなかった。【０００９】
一方、黒鉛粒子の間に樹脂が熱分解した低分子量の粉体を介さない場合は、金属黒鉛質ブラシ材料の機械的強度が弱くなるため、金属黒鉛質ブラシに使用するピグテールと称される端子を取り付けるための機械加工が困難であった。【００１０】
本発明は上記問題に鑑み案出されたものであり、黒鉛粒子の表面に銅の粒子を高密度に形成することができるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第１特徴手段は、黒鉛粒子に銅錯体を付着させる付着工程と、前記銅錯体が付着した前記黒鉛粒子を酸素含有雰囲気で熱処理することにより、前記銅錯体を分解し、前記黒鉛粒子の表面に銅の粒子を形成させる熱処理工程と、前記銅の粒子を形成した前記黒鉛粒子を樹脂と共に成形して成形体を形成する成形工程と、前記成形体を還元雰囲気で焼成し、前記樹脂を熱分解して焼結体を形成すると共に、前記熱処理工程において前記銅の粒子の表層に生成した酸化銅を銅に還元する還元焼成工程と、を備える点にある。【００１２】
つまり、この手段によれば、銅の粒子を黒鉛粒子の表面に形成させる工程と黒鉛粒子を結合させる工程とを分けて、黒鉛粒子の表面に銅の粒子の群を形成させた後、黒鉛粒子を樹脂と共に焼成する。これにより、樹脂の熱分解によって生成されたより低分子量の粉体は、銅の粒子の群の外側に形成して黒鉛粒子を結合するため、銅の粒子の群の形成を妨げることはない。このため、黒鉛粒子の表面に銅の粒子を高密度に形成させることができる。【００１３】
したがって、本発明に係る金属黒鉛質ブラシ材料を用いた金属黒鉛質ブラシでは、火花放電の核である銅が粒子の群構造として分散化され、これによって火花放電の電気的エネルギーが縮減される。このため、金属黒鉛質ブラシの損傷と整流子の損傷が低減され、磨耗量を低減させることができる。また、火花放電の電気的エネルギーを縮減できることにより、火花放電が発生する際の電気的ノイズレベルも低減することができる。【００１４】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第２特徴手段は、前記還元焼成工程における焼成温度は、前記熱処理工程における熱処理温度以下に設定してある点にある。【００１５】
つまり、この手段によれば、還元焼成工程における焼成温度を熱処理工程における熱処理温度以下に設定することにより、熱処理工程で黒鉛粒子の表面に形成した銅の粒子が、還元焼成工程においてさらに成長して粗大化することを防止することができる。したがって、黒鉛粒子の表面に銅の微粒子を高密度に形成することができる。【００１６】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第３特徴手段は、前記熱処理工程における熱処理温度及び前記還元焼成工程における焼成温度は、３００〜３５０℃に設定してある点にある。【００１７】
つまり、この手段によれば、熱処理工程における熱処理温度及び還元焼成工程における焼成温度を３００〜３５０℃の範囲に設定することにより、銅の粒子のさらなる成長を抑制し、黒鉛粒子の表面に銅の微粒子を高密度に形成することができる。【００１８】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第４特徴手段は、前記還元焼成工程における焼成温度は、前記樹脂の熱分解開始温度以上に設定してある点にある。【００１９】
つまり、この手段によれば、還元焼成工程において、樹脂が低分子量の粉体に熱分解され、この熱分解された樹脂が黒鉛粒子同士を結合させる。したがって、高い曲げ強度を有するモータ用金属黒鉛質ブラシ材料を作製することができる。【００２０】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第５特徴手段は、前記樹脂は、固形分が１〜３ｗｔ％となるように溶媒に溶解した溶液として用いる点にある。【００２１】
つまり、樹脂を、固形分が１〜３ｗｔ％となるように溶媒に溶解した溶液として用いることにより、銅の粒子を高密度に形成することができるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の好適な実施形態が提供される。【００２２】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第６特徴手段は、前記樹脂は、フェノール樹脂及びフラン樹脂から選ばれる少なくとも一種の樹脂である点にある。【００２３】
つまり、この手段によれば、樹脂として、フェノール樹脂及びフラン樹脂から選ばれる少なくとも一種の樹脂を用いることにより、銅の粒子を高密度に形成することができるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の好適な実施形態が提供される。【００２４】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第７特徴手段は、前記フェノール樹脂は、レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂である点にある。【００２５】
つまり、この手段によれば、フェノール樹脂として、レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂を用いることにより、銅の粒子を高密度に形成することができるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の好適な実施形態が提供される。【００２６】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の第８特徴手段は、前記還元焼成工程における焼成時間は、焼成温度が３００〜３５０℃の場合に２００分以上に設定してある点にある。【００２７】
つまり、上記条件で還元焼成することにより、樹脂を熱的に安定化させることができるため、金属黒鉛質ブラシとして使用した場合の凝着磨耗を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法は、黒鉛粒子に銅錯体を付着させる付着工程と、前記銅錯体が付着した前記黒鉛粒子を酸素含有雰囲気で熱処理することにより、前記銅錯体を分解し、前記黒鉛粒子の表面に銅の粒子を形成させる熱処理工程と、前記銅の粒子を形成した前記黒鉛粒子を樹脂と共に成形して成形体を形成する成形工程と、前記成形体を還元雰囲気で焼成し、前記樹脂を熱分解して焼結体を形成すると共に、前記熱処理工程において前記銅の粒子の上に生成した酸化銅を銅に還元する還元焼成工程と、を備えるものである。【００２９】
すなわち、この方法によれば、銅の粒子を黒鉛粒子の表面に形成させる工程と黒鉛粒子を結合させる工程とを分けて、黒鉛粒子の表面に銅の粒子の群を形成させた後、黒鉛粒子を樹脂と共に焼成する。これにより、樹脂の熱分解によって生成されたより低分子量の粉体は、銅の粒子の群の外側に形成され、また、黒鉛粒子及び銅の粒子と化学結合して、黒鉛粒子同士を直接結合し、あるいは銅粒子を介して間接的に黒鉛粒子を結合させる。このため、樹脂の熱分解による粉体の生成が、銅の粒子の群の形成を妨げることはない。したがって、黒鉛粒子の表面に銅の粒子を高密度に形成させることができる。【００３０】
一般に、金属黒鉛質ブラシと整流子との摺接面における接触点は極少数であるため、両者の摺接面の大部分は大気が媒体となる。これにより、摺接面の大部分が微小な大気の間隙になるので、金属黒鉛質ブラシに電位が印加されると、金属黒鉛質ブラシに高電界が誘起されて、黒鉛粒子の価電子を構成するπ電子が励起される。励起されたπ電子は、黒鉛粒子の近くに存在する相対的に低電位である銅の粒子に一斉に移動する。銅の粒子は移動してきたπ電子を蓄積することができないためπ電子を一斉に放出する。この現象が火花放電現象となる。そして、この火花放電によって、火花放電の核になる銅の粒子が局所的に昇華し、ブラシ内部における破壊が起こる。また、火花放電は整流子に到達するものもあり、整流子に達した火花は、整流子の表面が局所的に昇華し、整流子の表面状態が変わることで、金属黒鉛質ブラシのアブレッシブ磨耗が起こる。【００３１】
そこで、本発明に係る金属黒鉛質ブラシ材料を用いた金属黒鉛質ブラシでは、金属黒鉛質ブラシ材料に銅の粒子を高密度に形成させることにより、黒鉛粒子から発し銅の粒子に集積するπ電子の数が銅の粒子の大きさと銅の粒子の数量とに応じて分散化されて減少する。この現象によって、一つの銅の粒子から放出される火花放電のエネルギーが縮減される。こうして、金属黒鉛質ブラシの損傷と整流子の損傷とが低減され、金属黒鉛質ブラシの磨耗量を低減させることができる。また、火花放電のエネルギーが縮減できるので、火花放電に伴う電気ノイズも銅の粒子の大きさと銅の粒子の数量とに応じて縮減され、火花放電に伴う電気ノイズ対策が不要となる。【００３２】
モータ用金属黒鉛質ブラシ材料は、図１に示すように、付着工程Ｓ１、熱処理工程Ｓ２、成形工程Ｓ３、還元焼成工程Ｓ４を経ることにより、作製することができる。以下、本発明に係るモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の各工程について詳述する。
（付着工程）
付着工程は、黒鉛粒子に銅錯体を付着させる工程であり、例えば、銅錯体の溶液を黒鉛粒子に接触させることにより付着させることができる。銅錯体の溶液を黒鉛粒子に接触させる場合、その方法は、特に限定されず、浸漬、塗布、噴霧等、従来公知の方法を適用することができる。【００３３】
黒鉛粒子に付着させる銅錯体は、特に限定されないが、例えば、合成が容易で、また、有機溶媒に溶解し易く、かつ比較的低温度で熱分解するカルボン酸銅錯体等を用いることが好ましい。カルボン酸銅錯体は、銅化合物とカルボン酸との液相反応により作製することができる。銅化合物としては、塩化銅、硫酸銅、炭酸銅等が例示され、カルボン酸としては、ブタン酸、オクタン酸等の直鎖飽和モノカルボン酸や、直鎖飽和ジカルボン酸、鎖状飽和モノカルボン酸、鎖状不飽和モノカルボン酸、鎖状不飽和ジカルボン酸、芳香族カルボン酸等が例示される。中でも、カルボン酸として直鎖飽和モノカルボン酸を用いた直鎖飽和モノカルボン酸銅錯体が特に好ましい。直鎖飽和モノカルボン酸銅錯体は、他のカルボン酸銅錯体に比べて熱分解温度が１５０℃以下と低いため、熱処理工程において銅の粒子を３００〜３５０℃の比較的低い温度で形成することができる。このように、銅錯体として直鎖飽和モノカルボン酸銅錯体を用いることで、他のカルボン酸銅錯体の中でも特に低い温度で熱分解できる。この結果、熱処理工程における熱処理は、銅粒子への成長を抑制することができる温度領域で行うことができる。【００３４】
銅錯体を溶液として用いる場合には、銅錯体を溶解する溶媒として、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール等を用いることができる。また、この場合、溶液には、黒鉛粒子とのなじみを良くするために、界面活性剤等を添加することもできる。【００３５】
（熱処理工程）
熱処理工程は、銅錯体が付着した黒鉛粒子を酸素含有雰囲気で熱処理する工程である。この工程により、銅錯体を熱分解し、黒鉛粒子の表面に銅の粒子を形成させる。なお、酸素含有雰囲気としては、大気雰囲気、富酸素雰囲気、酸素雰囲気等、任意に採用でき、特に限定されるものではない。【００３６】
この熱処理工程において、黒鉛粒子の表面に付着した銅錯体は１５０℃以下で熱分解し、銅原子が分離する。そして、分離した銅原子は銅分子になり、さらに昇温することで銅の粒子に成長する。一方、熱処理温度が高くなり過ぎると、銅の粒子の成長が進み粗大化するため、黒鉛粒子の表面において銅の粒子は点在する島状の構造となり、形成密度が低下する。このような観点から、熱処理温度は、３００〜５００℃であることが好ましい。特に、銅の粒子の成長を抑制し、黒鉛粒子の表面に銅の粒子をより高密度に形成するためには、３００〜３５０℃で熱処理することが好ましく、３００℃に近いほどより好ましい。これにより、黒鉛粒子から発し銅の粒子に集積するπ電子がより分散化され、銅の粒子から放出されるπ電子の数がより低減するため、火花放電の際のエネルギーがより縮減される。したがって、３００℃で熱処理することが特に好ましい。また、熱処理時間は、特に限定されないが、例えば、３００℃で熱処理する場合には、３００℃における銅粒子への成長を充分に進行させるため、２時間程度が好ましい。
なお、この熱処理工程では、銅錯体を熱分解するために酸素含有雰囲気で熱処理する。このため、黒鉛粒子の表面に形成した銅の粒子は、表面が酸化され、銅の粒子の表層には酸化銅が生成する。【００３７】
（成形工程）
成形工程は、銅の粒子を表面に形成した黒鉛粒子を、バインダーとしての樹脂と共に成形して成形体を形成する工程であり、従来公知の方法が採用できる。例えば、樹脂を溶媒に溶解した溶液として用い、銅の粒子が表面に形成した黒鉛粒子に樹脂の溶液を塗布等により付着させた後、この黒鉛粒子を箱型の容器に充填し、所定の圧力（例えば、１００Ｐａ）で加圧することにより、黒鉛粒子の圧縮成形体を形成することができる。【００３８】
バインダーとして用いる樹脂は、特に限定されず、任意に選択することができるが、前記熱処理工程における熱処理温度以下で分解するものが好ましい。これにより、還元焼成工程において、黒鉛粒子の表面に既に形成された銅の粒子に影響を与えることなく、黒鉛粒子同士を直接もしくは銅の粒子を介して、結合させることができる。例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂は、３００℃以下の還元雰囲気では熱分解しない。このため、バインダーとしては、３００℃付近の還元雰囲気で熱分解可能な樹脂が好ましい。【００３９】
このような樹脂としては、フラン樹脂及びフェノール樹脂から選択される少なくとも一種の熱硬化性樹脂が例示される。フラン樹脂の場合、３００℃の窒素雰囲気では、５５ｗｔ％程度が熱分解され、４５ｗｔ％の割合で低分子量の固体の粉体が残存する。なお、このようなフラン樹脂をバインダーとして使用すれば、後述の実施例で示すように、金属黒鉛質ブラシ材料の曲げ強度を、例えば、６．５Ｎ／ｍｍ２から１２．５Ｎ／ｍｍ２に向上させることができ、金属黒鉛質ブラシとしての機械加工が可能となる。【００４０】
また、フェノール樹脂を用いる場合には、例えば、ノボラック型のフェノール樹脂（住友ベークライト社製ＰＲ−３１１）は、６００℃の大気雰囲気では、２６ｗｔ％まで熱分解するが、３００℃の大気雰囲気では、８ｗｔ％程度が熱分解し、還元雰囲気では熱分解率はさらに低下する。このため、フェノール樹脂としては、より耐熱性を下げた変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。【００４１】
変性フェノール樹脂としては、特に限定されず、メラミン変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、クレゾール変性フェノール樹脂、レゾルシン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、油変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、フラン変性フェノール樹脂等、フェノール樹脂の特性を向上させる多くの変性フェノール樹脂が例示される。例えば、レゾール型のフェノール樹脂とメラミンとを反応させたレゾール型のメラミン変性フェノール樹脂（住友ベークライト社製ＰＲ−５３７２８Ｙ）は、１０℃／分で昇温した場合、図２に示すような熱分解曲線を示し、３００℃の大気雰囲気では１３ｗｔ％まで熱分解する。【００４２】
また、バインダーとして用いる樹脂は、還元焼成工程の後、熱的に安定していることがより好ましい。すなわち、樹脂が熱的に不安定な場合は、モータ駆動時の金属黒鉛質ブラシと整流子との摺接による昇温により、金属黒鉛質ブラシと整流子との摺接面において樹脂の熱分解がさらに進行する。これにより、樹脂が整流子とブラシとの摺接面に凝着し、金属黒鉛質ブラシの凝着磨耗を発生する虞がある。【００４３】
このような観点から、レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂の場合の大気雰囲気での３００℃における処理時間と熱分解率との関係を調べると、図３に示すように、熱分解は２００分までは徐々に進行し、熱分解率は２６ｗｔ％になるが、２５０分後には熱分解は飽和状態になり進行しなくなる。すなわち、レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂を使用する場合には、３００℃における処理時間を長くすることで熱分解を進行させ、かつ飽和させることにより、その温度において熱的に安定させることができる。このように、３００℃において熱的に安定な物質になるように熱分解を進行させることによって、金属黒鉛質ブラシは整流子との摺接によって３００℃に達することはないため、モータの駆動によって摺接面で金属黒鉛質ブラシが凝着磨耗を発生する虞はない。なお、このようなレゾール型のメラミン変性フェノール樹脂は、バインダーとして使用することにより、後述の実施例で示すように、金属黒鉛質ブラシ材料の曲げ強度を、例えば、６．５Ｎ／ｍｍ２から１３Ｎ／ｍｍ２に向上させることができる。【００４４】
成形工程において、バインダーとしての樹脂の添加量は、特に限定されないが、樹脂が熱分解して生成する低分子量の粉体は金属黒鉛質ブラシの電気抵抗を増大させるため、電気抵抗の増大を抑制させる範囲で添加することが好ましい。このため、バインダーとして用いる量は、金属黒鉛質ブラシ材料の曲げ強度が確保できる限り少ない方が好ましい。例えば、樹脂を溶液として用いる場合、樹脂を固形分が１〜３ｗｔ％となるように溶媒に溶解した溶液が好ましく、固形分が２ｗｔ％程度の溶液がより好ましい。樹脂を溶液として用いる場合、樹脂を溶解する溶媒は、メタノール、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール等が使用できる。【００４５】
（還元焼成工程）
還元焼成工程は、成形体を還元雰囲気で焼成する工程である。この工程により、焼結体を形成すると共に、前記熱処理工程において銅の粒子の表層に生成した酸化銅を銅に還元する。還元雰囲気としては、特に限定されないが、例えば、５０〜９５ｖｏｌ．％の窒素ガスと５〜５０ｖｏｌ．％の水素ガスとの混合ガス雰囲気が採用できる。特には、９０ｖｏｌ．％の窒素ガスと１０ｖｏｌ．％の水素ガスとからなる還元雰囲気が、酸化銅を銅に還元する効果と還元処理の安全性の観点とから好ましい。還元焼成は１５０〜５００℃程度で行うことができるが、黒鉛粒子の表面に既に形成している銅の粒子の本工程における成長を抑えるため、焼成温度は、前記熱処理工程における熱処理温度以下であることが好ましい。一方、焼成温度は、バインダーである樹脂の熱分解開始温度以上に設定することが好ましいため、このような観点から、還元焼成は、３００〜３５０℃で行うことが好ましく、３００℃近辺で行うことがより好ましい。また、熱処理時間は１０分間〜５時間程度が好ましい。例えば、バインダーとして、上記のレゾール型のメラミン変性フェノール樹脂を用いる場合は、３００〜３５０℃で２００分以上還元焼成することにより、熱分解された粉体が熱的に安定になり、金属黒鉛質ブラシとして使用する場合は、整流子との摺接面における金属黒鉛質ブラシの凝着磨耗を防止することができる。【００４６】
以下に、モータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法の実施例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４７】
オクタン酸銅を１−ブタノールに飽和溶液に近い濃度となるように溶解し、２ｖｏｌ．％の割合で親水性のポリオキシエチレンアルキルエーテルからなる非イオン界面活性剤を添加し、１０分間攪拌した。この溶液に天然黒鉛粒子を浸漬し、天然黒鉛粒子を３０分程度攪拌して、天然黒鉛粒子の表面に満遍なく付着させた。この後、天然黒鉛粒子を溶液中から取り出し、大気雰囲気で、室温から１５０℃まで５℃／分の速度で昇温し、１５０℃で１時間保持した後、３００℃まで５℃／分の速度で昇温し、３００℃で５時間保持し、天然黒鉛粒子の表面に銅の粒子の群を形成させた。【００４８】
次に、バインダーとして、レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂を用い、固形分が２ｗｔ％になるようにメタノールに溶解し、この溶液を、表面に銅の粒子を形成した天然黒鉛粒子にスプレー塗布した。この後、この天然黒鉛粒子をブラシの形状となる金型に充填し、５０トンの荷重をかけて油圧によって圧縮成形して成形体を形成し、この成形体を９０ｖｏｌ．％の窒素ガスと１０ｖｏｌ．％の水素ガスからなる還元雰囲気で、２５０分間還元焼成し、銅の粒子を高密度に形成したモータ用金属黒鉛質ブラシ材料を作製した。
【実施例２】
【００４９】
バインダーとして、フラン樹脂を用い、固形分が５ｗｔ％になるようにメタノールに溶解した溶液を使用した他は、実施例１と同様の方法によりモータ用金属黒鉛質ブラシ材料を作製した。【００５０】
各実施例によって作製したモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の電気抵抗を４探針法により測定した。また、モータ用金属黒鉛質ブラシ材料の下部の２点で支持し、上部の中央部の一点で加圧し、曲げ強度を測定した。なお、比較例として、従来の製造方法に基づき、天然黒鉛粒子に電界銅粉を４５ｗｔ％混合して作製したモータ用金属黒鉛質ブラシ材料についても同様の測定を行った。その結果、表１に示すように、本発明に係る製造方法によって作製したモータ用金属黒鉛質ブラシ材料は、従来のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料より電気抵抗が小さく、かつ従来のモータ用金属黒鉛質ブラシ材料と同等の曲げ強度を有することが確認できた。【００５１】
【表１】
2007096989.tif 000003
【００５２】
また、各実施例及び比較例によって作製したモータ用金属黒鉛質ブラシ材料を、モータに取り付けて金属黒鉛質ブラシの磨耗量と電気ノイズレベルを測定した。金属黒鉛質ブラシは、４．５ｍｍ×９．０ｍｍの大きさに成形し、金属黒鉛質ブラシの整流子に対する荷重を７８．５ｋＰａ、モータの回転速度を３．６ｍ／ｓとして、金属黒鉛質ブラシと整流子との間に１０Ａの電流を流し、モータを回転させた。モータは、１００℃の雰囲気温度で連続５００時間回転させた。電気ノイズレベルは、比較例で作製した金属黒鉛質ブラシを１とし、これを基準として判断した。その結果、表２に示すように、いずれの実施例おいても、比較例に比べて大幅に磨耗量が減り、電気ノイズも低減した。【００５３】
【表２】
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【００５４】
以上の通り、本発明に係る製造方法によって作製した金属黒鉛質ブラシ材料を用いた金属黒鉛質ブラシは、表面に微細な銅の粒子を群構造として高密度で形成しているため、摺接時の火花放電の抑制、電気ノイズの抑制の相乗効果が得られることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る製造方法により作製した金属黒鉛質ブラシ材料は、車両のエンジンを冷却するウォータポンプを駆動するモータ、冷却ファンを廻すモータ、エンジンのオイルポンプを駆動するモータ等に用いる金属黒鉛質ブラシに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】モータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造工程を示す図
【図２】レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂の温度と熱分解率との関係を示すグラフ
【図３】レゾール型のメラミン変性フェノール樹脂の３００℃における時間と熱分解率との関係を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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