(57)【要約】  黒鉛粒子の表面に銅粒子を満遍なく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有する溶液を接触させて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粒子を形成させる熱処理工程Ｓ２と、銅粒子を形成した黒鉛粒子を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、焼結体を形成すると共に、熱処理工程Ｓ２において銅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、付着工程Ｓ１において、溶液に加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物を含有させてある。
2007138662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子に銅錯体を有する溶液を接触させて前記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粒子を形成させる熱処理工程と、
前記銅粒子を形成した前記黒鉛粒子を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、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、
前記付着工程において、前記溶液に加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物を含有させてあるモータ用金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法。
【請求項２】
前記有機金属化合物は、シラン化合物である請求項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】
前記加水分解性基は、アルコキシ基である請求項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】
前記有機官能基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子のうち少なくとも１種のヘテロ原子を有する請求項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】
前記有機官能基は、複素環基を有する請求項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】
前記複素環基は、イミダゾール基である請求項５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７】
前記溶液に、エーテル型非イオン界面活性剤をさらに含有させてある請求項１〜６のいずれか１項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。還元焼成の過程において、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は、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とにより製造することができる。
【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、一般に黒鉛粒子は疎水性であるため、黒鉛粒子の表面に互いに接触した銅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、これまでの銅錯体の溶液を黒鉛粒子に塗布する金属黒鉛質ブラシ材料の製造方法では、黒鉛粒子の表面に銅錯体の溶液が付着し難いという問題があった。このため、塗膜を黒鉛粒子の表面に均一に形成させ難くなり、黒鉛粒子の表面において銅粒子が疎に形成される場合があった。【０００９】
一方、黒鉛粒子の表面を、銅錯体の溶液となじみの良い親水性に改質することも試みられているが、その改質の度合いによって、銅粒子の形成密度が変わるため、その効果は不十分であった。すなわち、黒鉛粒子の改質が部分的である場合には、改質された部分にのみ銅粒子が形成され、黒鉛粒子の表面における銅粒子の形成密度が低下していた。このため、火花放電のエネルギーの縮減度が低下し、火花放電に伴う電気ノイズの低減度合いと、金属黒鉛質ブラシのアブレッシブ磨耗の低減度合いが減少するという問題があった。【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粒子を満遍なく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の製造方法の第１特徴手段は、黒鉛粒子に銅錯体を有する溶液を接触させて前記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粒子を形成させる熱処理工程と、前記銅粒子を形成した前記黒鉛粒子を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、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、前記付着工程において、前記溶液に加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物を含有させてある点にある。【００１２】
つまり、この手段によれば、付着工程において、銅錯体の溶液に加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物を含有させることにより、有機金属化合物は次の２つの作用をもたらす。一つの作用は有機官能基によるものであり、有機官能基は、非共有電子対の酸化作用により黒鉛粒子に結合した疎水性の官能基を解離させると共に、黒鉛粒子に配位もしくはファンデルワールス力等によって有機金属化合物を結合させる。もう一つの作用は加水分解性基または水酸基によるものであり、加水分解性基または水酸基は黒鉛粒子の表面を親水化させる。これらの作用により、黒鉛粒子の表面に均一に銅錯体を付着させることができ、この黒鉛粒子を熱処理工程で熱処理することにより黒鉛粒子の表面に銅粒子を満遍なく、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、金属黒鉛質ブラシの損傷と整流子の損傷が低減されるため、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、火花放電が発生する際の電気的ノイズレベルを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、前記有機金属化合物は、シラン化合物である点にある。【００１５】
つまり、この手段によれば、有機金属化合物として、シラン化合物を用いることにより、黒鉛粒子の表面に銅粒子を満遍なく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。【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、前記加水分解性基は、アルコキシ基である点にある。【００１７】
つまり、この手段によれば、加水分解性基としてアルコキシ基を適用し、加水分解反応、縮合反応させることより、有機金属化合物同士を容易に互いに架橋させることができる。これによって、黒鉛粒子との結合部位である非共有電子対を増やすことができ、有機金属化合物と黒鉛粒子との結合力を高くすることができる。そして、架橋された有機金属化合物は親水性であるため、有機金属化合物が架橋することによって黒鉛粒子の表面を親水性の物質で覆うことになり、これにより黒鉛粒子の表面の親水化を促進することができる。【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、前記有機官能基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子のうち少なくとも１種のヘテロ原子を有する点にある。【００１９】
つまり、この手段によれば、有機官能基として酸素原子、窒素原子、硫黄原子のうち少なくとも１種のヘテロ原子を有する有機金属化合物を用いることにより、黒鉛粒子の表面に銅粒子を満遍なく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。【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、前記有機官能基は、複素環基を有する点にある。【００２１】
つまり、この手段によれば、複素環基は黒鉛粒子と配位もしくはファンデルワールス力等によって結合すると共に、銅イオンと錯形成するため、銅錯体に対する黒鉛粒子の付着性を向上させることができる。【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、前記複素環基は、イミダゾール基である点にある。【００２３】
つまり、この手段によれば、複素環基としてイミダゾール基を適用することにより、黒鉛粒子の表面に銅粒子を満遍なく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、前記溶液に、エーテル型非イオン界面活性剤をさらに含有させてある点にある。【００２５】
つまり、この手段によれば、溶液にエーテル型非イオン界面活性剤を含有させることにより、エーテル型非イオン界面活性剤の酸素原子が有する非共有電子対が、黒鉛粒子に結合した疎水性の官能基を酸化して解離させると共に、黒鉛粒子に配位もしくはファンデルワールス力等によりエーテル型非イオン界面活性剤を結合させて、黒鉛粒子の表面を親水化することができる。このため、黒鉛粒子に接触させる溶液に、エーテル型非イオン界面活性剤を加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物と共に含有させることにより、黒鉛粒子の表面の親水度を高めて銅錯体を黒鉛粒子の表面に均一に付着させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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は、黒鉛粒子に銅錯体を有する溶液を接触させて前記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粒子を形成させる熱処理工程と、前記銅粒子を形成した前記黒鉛粒子を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、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、前記付着工程において、前記溶液に加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物を含有させてあるものである。【００２７】
一般に、黒鉛粒子は炭素原子が環状に共有結合したものがファンデルワールス力によって層状に結合した結晶構造を有しており、このような黒鉛粒子の結晶子の末端の炭素原子には、−Ｈ，＝Ｏ，−ＣＯＯＨ等の官能基が結合している。このため黒鉛粒子は疎水性となり、また水に対する接触角が８６度であるように撥水性も有する。本発明者は、黒鉛粒子の炭素原子に結合している官能基を、酸化することによって黒鉛粒子から解離できることに着目した。そして、黒鉛粒子の表面に銅錯体を付着させる際に、銅錯体と加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物とを有する溶液に接触させることにより、黒鉛粒子の表面に均一に銅錯体を付着できることを見出した。すなわち、有機金属化合物は、その有機官能基の非共有電子対の酸化作用により黒鉛粒子の表面から官能基を解離させると共に黒鉛粒子に配位もしくはファンデルワールス力等によって結合し、有機金属化合物の加水分解性基または水酸基の作用によって黒鉛粒子の表面を親水化させることができる。【００２８】
この方法によれば、付着工程において、黒鉛粒子の表面に均一に銅錯体を付着させることができる。このため、この黒鉛粒子を熱処理工程で熱処理することにより黒鉛粒子の表面に銅粒子を満遍なく形成させることができる。【００２９】
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。このため、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粒子に一斉に移動する。銅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。【００３０】
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粒子に集積するπ電子の数が銅粒子の大きさと銅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粒子の大きさと銅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。【００３１】
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。【００３２】
（付着工程Ｓ１）
付着工程Ｓ１は、黒鉛粒子に銅錯体を付着させる工程である。具体的には、銅錯体と、加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物とを含有する溶液を黒鉛粒子に接触させることにより、黒鉛粒子に銅錯体を付着させる。黒鉛粒子を溶液に接触させる方法は、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Ｓ２において銅粒子を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Ｓ２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。銅錯体を溶解する溶媒としては、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。【００３４】
加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物は、シラン化合物、チタン化合物、アルミニウム化合物等が例示され、特に限定されないが、中でもシラン化合物は比較的安価であり、取扱いが容易であるため特に好ましい。【００３５】
有機官能基は非共有電子対を有するものであれば、非共有電子対の数に制限はなく、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子等のヘテロ原子を有するものを用いることができる。また有機官能基は複素環基を有することが好ましく、この複素環基が黒鉛粒子と配位もしくはファンデルワールス力等によって結合すると共に、銅イオンと錯形成するため、銅錯体に対する黒鉛粒子の付着性を向上させることができる。複素環基としては特に限定されず、ピロール基、フラン基、チオフェン基、イミダゾール基、オキサゾール基、チアゾール基、ピリジン基、ピリミジン基、ピラジン基、ピペラジン基等が例示される。【００３６】
加水分解性基は、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基等のアルコキシ基、ハロゲン基、アセトキシ基、アシルオキシ基等、加水分解性の官能基であれば任意に選択可能である。例えば、アルコキシ基は加水分解反応、縮合反応により、有機金属化合物同士を容易に互いに架橋させることができる。これによって、黒鉛粒子との結合部位である非共有電子対を増やすことができ、有機金属化合物と黒鉛粒子との結合力を高くすることができるため好ましい。また、架橋された有機金属化合物は親水性であり、有機金属化合物が架橋することによって黒鉛粒子の表面を親水性の物質で覆うことになるため、黒鉛粒子の表面の親水化という観点からも好ましい。【００３７】
加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物としては、化１、化２に示すように、イミダゾール基とシリル基とをメチレン鎖、酸素原子、窒素原子等で結合したイミダゾールシラン化合物や、化３に一例を示すように従来公知のシラン系カップリング剤が例示される。【００３８】
【化１】
2007138662.tif 000003
【化２】
2007138662.tif 000004
【化３】
2007138662.tif 000005
【００３９】
イミダゾールシラン化合物は、化１、化２においてＲ１〜Ｒ６は、水素、アルキル基、アルコキシ基等の従来公知の官能基であり、Ｒ４〜Ｒ６のうち少なくとも１つはアルコキシ基等の加水分解性基または水酸基である。このようなイミダゾールシラン化合物としては、Ｒ４〜Ｒ６のうち２つまたは３つがメトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基であるジアルコキシシリル基やトリアルコキシシリル基を有するものが好ましい。例えば、トリアルコキシシリル基を有するイミダゾールシラン化合物を用いた場合には、図２に示すように、イミダゾールシラン化合物同士がシラノール結合によるネットワークを形成すると共に、イミダゾール基が銅イオンと錯形成しつつ黒鉛粒子と配位もしくはファンデルワールス力等により結合することにより、銅錯体に対する黒鉛粒子の付着性を向上させることができる。また、イミダゾールシラン化合物は、化２に示すように２級水酸基を有することが好ましい。このような水酸基は、イミダゾールシラン化合物の親水度をより高め、水酸基の水素結合によって架橋構造をより強固にすることができる。なお、このようなイミダゾールシラン化合物の熱分解温度は３００〜３５０℃であり、銅を含有する場合には銅が熱分解反応の触媒作用をもたらすため熱分解温度は３００℃以下となる。このため、イミダゾールシラン化合物は熱処理工程Ｓ２において熱分解され、金属黒鉛質ブラシ材料を作製後にイミダゾールシラン化合物が熱分解された低分子量物質が残存して悪影響を及ぼすことはない。【００４０】
付着工程Ｓ１において、黒鉛粒子に接触させる溶液にはエーテル型非イオン界面活性剤をさらに含有させることができる。エーテル型非イオン界面活性剤は酸素原子を有しており、この酸素原子が有する非共有電子対の酸化作用により黒鉛粒子の表面から官能基を解離させると共に、図３に示すように黒鉛粒子に配位もしくはファンデルワールス力等によりエーテル型非イオン界面活性剤を結合させて、黒鉛粒子の表面を親水化することができる。このため、黒鉛粒子に接触させる溶液に、エーテル型非イオン界面活性剤を、加水分解性基または水酸基と非共有電子対を有する有機官能基とを備える有機金属化合物と共に含有させることにより、黒鉛粒子の表面の親水度をさらに高めることができる。この結果、銅錯体を黒鉛粒子のより広い表面に均一に付着させることができる。また、有機金属化合物とエーテル型非イオン界面活性剤とを溶液に添加する際には、同時に添加してもよく、段階的に添加してもよい。これらの化合物を段階的に溶液に添加する場合には、添加順序は特に限定されないが、一方を溶液に添加し、溶液と黒鉛粒子とを十分になじませた後、他方を添加するとよい。例えば、エーテル型非イオン界面活性剤を先に溶液に添加すると、エーテル型非イオン界面活性剤は黒鉛粒子の表面に結合し、その後に添加した有機金属化合物が黒鉛粒子の表面に結合したエーテル型非イオン界面活性剤と反応するため、黒鉛粒子の表面の親水度を高めることができる。【００４１】
例えば、アルコキシ基を有するイミダゾールシラン化合物とエーテル型非イオン界面活性剤とを含有する溶液を用いる場合には、それぞれが黒鉛粒子と結合するだけでなく、イミダゾールシラン化合物のアルコキシシリル基とエーテル型非イオン界面活性剤のポリエーテル鎖とが反応することにより、黒鉛粒子の銅錯体に対する付着性を相乗的に高めることができる。【００４２】
エーテル型非イオン界面活性剤は、特に限定されないが、化４、化５に示すようにポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤等、従来公知のエーテル型非イオン界面活性剤を適用することができる。ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤を用いる場合には、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤１モル当りに付加したアルキレンオキサイドの平均付加モル数は５以上であることが好ましく、７以上であることがより好ましく、１０以上であることがさらに好ましい。すなわち、アルキレンオキサイドの平均付加モル数が多くなるほど、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤が有する非共有電子対の数が増えるため酸化作用が増大する。これにより、黒鉛粒子に結合した官能基をより解離させ易くなり、かつ黒鉛粒子を親水化し易くなる。また、アルキレンオキサイドの平均付加モル数が多いほど、非イオン界面活性剤自体の親水性が高まるため、銅錯体を溶解する溶媒に対して溶解し易くなる。【００４３】
【化４】
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【化５】
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【００４４】
また、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤では、アルキレンオキサイドの平均付加モル数が多くなると、１−ブタノール等の溶媒への溶解度が低下する。このため、アルキレンオキサイドの平均付加モル数が多いポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤を使用する場合には、１−ブタノール等の溶媒に対する溶解度を向上させるため、溶液の温度を上げて使用することが好ましい。例えば、アルキレンオキサイドの平均付加モル数が２０のポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤を溶媒に溶解させるには、５０℃程度まで昇温すればよい。この場合、１−ブタノールは沸点が１１７℃であり、溶媒として好ましく適用することができる。一方、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤の溶液を常温で使用する場合には、黒鉛粒子に結合した官能基に対する酸化力と、溶媒に対する溶解度との観点から、アルキレンオキサイドの平均付加モル数は、５〜１５であることが好ましく、７〜１２であることがより好ましい。ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤等を選択することができる。【００４５】
（熱処理工程Ｓ２）
熱処理工程Ｓ２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。【００４６】
この熱処理工程Ｓ２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粒子に成長する。一方、熱処理温度が高くなり過ぎると、銅粒子に成長する成長度が過度になり、成長し過ぎた銅粒子は、銅粒子が存在しない領域が部分的に散在する不連続な網目構造を形成する。こうして、銅粒子の成長が進みすぎると、銅が欠落した領域が多くなり、銅粒子は点在した島状の構造となる。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、銅粒子の成長を抑制し、黒鉛粒子の表面に銅粒子をより高密度に形成するためには、３００℃に近いほど好ましい。これにより、黒鉛粒子から発し銅粒子に集積するπ電子がより分散化され、銅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Ｓ２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粒子は、表面が酸化され、銅粒子の表層には酸化銅が生成する。【００４７】
（成形工程Ｓ３）
成形工程Ｓ３は、銅粒子を表面に形成した黒鉛粒子を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、銅粒子が表面に形成した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。なお、黒鉛粒子の成形体を形成する際には、バインダーを混合させることができる。銅粒子が表面に形成した黒鉛粒子にバインダーを付着させることにより、後述する還元焼成工程Ｓ４において黒鉛粒子同士を結合させることができる。バインダーとしては、変性フェノール樹脂、グリセリン等が例示され、このようなバインダーは、例えば、メタノール等の溶媒に溶解させて溶液として、塗布等により黒鉛粒子に付着させることができる。【００４８】
（還元焼成工程Ｓ４）
還元焼成工程Ｓ４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Ｓ２において銅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、黒鉛粒子の表面に形成している銅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Ｓ２における熱処理温度以下であることが好ましく、熱処理温度と同等の、例えば、３００℃である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。
【実施例】
【００４９】
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。【００５０】
（実施例１）
オクタン酸銅を１−ブタノールに飽和溶液となるように溶解させ、２ｗｔ％の割合で化２に示すトリメトキシシリル基を有するイミダゾールシラン化合物を添加し、１０分間攪拌した。この溶液に黒鉛粒子が入った容器を浸漬させ、溶液中で１時間程度の間、上下左右に振動させ、さらに右回り方向、及び左回り方向に回転させた。この後、黒鉛粒子が入った容器を溶液中から引き上げ、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、黒鉛粒子の表面に銅粒子の群を形成させた。【００５１】
（実施例２）
１−ブタノールを溶媒とするオクタン酸銅の飽和溶液に、実施例１で使用したイミダゾールシラン化合物を２ｗｔ％の割合で添加し、さらにエーテル型非イオン界面活性剤として、化４に示すポリオキシエチレンアルキルエーテル型非イオン界面活性剤（ｍ＋ｎ＝１２〜１４）でエチレンオキサイドの平均付加モル数ｘが１２のものを５ｗｔ％の割合で添加したこと以外は、実施例１と同様の方法により行った。【００５２】
（実施例３）
１−ブタノールを溶媒とするオクタン酸銅の飽和溶液に、実施例２で使用したエーテル型非イオン界面活性剤を５ｗｔ％の割合で添加し、１０分間攪拌した。この溶液に黒鉛粒子が入った容器を浸漬させ、溶液中で１時間程度の間、上下左右に振動させ、さらに右回り方向、及び左回り方向に回転させた。続いて、実施例１及び２で使用したイミダゾールシラン化合物を２ｗｔ％の割合で添加し、さらに１時間程度の間、黒鉛粒子が入った容器を様々な方向に回転させた。この後、黒鉛粒子が入った容器を溶液中から引き上げ、実施例１と同様の処理を行った。【００５３】
各実施例における銅粒子の形成状態を５０００倍の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。また、処理した黒鉛粒子を圧縮成形して成形体を形成し、還元焼成して金属黒鉛質ブラシ材料を作製した。得られた金属黒鉛質ブラシ材料を構成する銅の含有量を、銅錯体の化学式と銅錯体の付着量とから算出した結果、各実施例の銅の混合割合は、４５ｗｔ％に相当するものであった。各実施例の金属黒鉛質ブラシ材料の電気抵抗を４探針法で測定した。その結果を表１に示した。従来の製造方法に基づき、黒鉛粒子に電界銅粉を４５ｗｔ％混合して作製した金属黒鉛質ブラシ材料の電気抵抗は、１５Ｅ−３Ω・ｃｍであり、いずれの実施例の金属黒鉛質ブラシ材料も従来のものに比べて電気抵抗は低下していた。【００５４】
【表１】
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【００５５】
また、実施例１〜３で作製した黒鉛粒子を箱型の容器に充填し、１００Ｐａの加圧力で加圧して成形し、この後、９０ｖｏｌ．％の窒素ガスと１０ｖｏｌ．％の水素ガスからなる還元雰囲気で、３００℃で５時間焼成した。このようにして製作した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。比較例として、従来の製造方法に基づき、黒鉛粒子に電界銅粉を４５ｗｔ％混合して作製した金属黒鉛質ブラシを用いた。電気ノイズレベルは、比較例の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、実施例１〜３のいずれにおいても、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。【００５６】
【表２】
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【００５７】
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】
【００５８】
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】
【００５９】
【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】黒鉛粒子に対するイミダゾールシラン化合物の結合状態を示す模式図
【図３】黒鉛粒子に対するエーテル型非イオン界面活性剤の結合状態を示す模式図
【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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