CN102870319B - 碳刷 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种碳刷，所述碳刷可以实现发动机效率的提高并且可以实现长寿命化。本发明的碳刷是被推靠至导电性的旋转体(2)的碳刷(1)，其特征在于，含有：至少含有碳作为1种成分的骨料、和中间相炭粉末。优选中间相炭粉末呈近似球状，另外，优选对中间相炭粉末实施预热处理。进而，预热处理的温度优选为500℃以上700℃以下。

Description

碳刷

技术领域

本发明涉及家电用、电动工具用、汽车用的使用换向器的电动机用的碳刷，尤其是涉及装入到使用换向器的小型发动机中而加以使用的碳刷。

背景技术

电动机的小型化、大容量化、高输出功率化在不断推进，例如对于电动吸尘器中所用的发动机，要求更加小型且抽吸力更强。因此，减小了发动机的风扇的外径，使之以超高速(30000rpm以上)旋转。此种超高速旋转的发动机中，需要通过保持电力机械用的碳刷与作为导电性的旋转体的换向器的良好的滑动状态，来维持正常的电接触，提高发动机效率。另外，为了在电动吸尘器主体的使用中可以不用进行刷子更换，还需要延长寿命。

考虑到此种情况，提出了使用将石墨粉用树脂粘接剂结合而成的树脂粘接剂系材质的碳刷。如果是此种结构的碳刷，则虽然可以在一定程度上提高发动机效率，然而无法实现碳刷的长寿命化。这是因为，因长时间的滑动而在换向器的表面形成厚的碳皮膜，然后该皮膜部分地发生剥离，在这种情况下，会在剥离部分流过大电流而产生火花，因此会在碳刷的表面产生凹凸。

因此，提出了向碳刷中添加SiC(碳化硅)粉末等研削剂的方案(参照下述专利文献1)。如果是此种构成，则在使碳刷向换向器滑动而在换向器的表面形成碳皮膜的情况下，可以利用SiC削除该皮膜，因此可以抑制皮膜变厚。因而，可以实现碳刷的长寿命化。但是，由于SiC粉末随着滑动而将换向器的表面也一点点地研削，因此发动机效率降低。

专利文献

专利文献1：日本特开2000-197315号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

如上所述，如果不向碳刷中添加SiC(碳化硅)粉末等研削剂，则虽然发动机效率提升，然而碳刷的寿命变短。另一方面，如果向碳刷中添加SiC，则虽然可以实现碳刷的长寿命化，然而会有发动机效率降低的问题。基于此种情况，以往很难兼顾发动机效率的提高和碳刷的长寿命化。

因此，本发明的目的在于，提供一种可以实现发动机效率的提高并且可以实现长寿命化的碳刷。

解决问题的手段

本发明为了实现上述目的，而提供一种被推靠至导电性的旋转体的碳刷，其含有：至少含有碳作为1种成分的的骨料、和中间相炭粉末。

中间相炭粉末由于与SiC粉末相比研削性低，因此可以抑制换向器被研削。因而，换向器与碳刷的滑动性提高，可以实现发动机效率的提高。另外，虽然中间相炭粉末与SiC粉末相比研削性低，然而由于可以研削(清扫)形成于换向器的表面的碳皮膜，因此可以实现碳刷的长寿命化。此外，由于可以抑制形成于换向器的表面的碳皮膜部分地发生剥离，因此还可以抑制在该剥离部分流过大电流而使EMI性能降低。

上述中间相炭粉末优选呈近似球状。

如果中间相炭粉末是近似球状(图3及图4中所示的形状)，则与中间相炭粉末为不定形状(为图2中所示的形状，且为无法看作图3及图4中所示的近似球状的形状)的情况相比，中间相炭粉末与换向器的滑动面变大，对碳皮膜的研削能力进一步提高。另外，由于与换向器的滑动面变大，因此可以抑制对换向器施加的外力的集中，从而不易损伤换向器表面。此外，中间相炭粉末为不定形状时，各粉末的形状、粒径大大不同，而中间相炭粉末为近似球状时，各粉末的形状、粒径大致同等。因而，可以发挥出稳定的研削能力。

应予说明，所谓近似球状，除了球形状以外，还包括剖面为椭圆形状的形状、去掉了角的不定形且作为整体而接近球形状的形状等。

作为上述中间相炭粉末，优选使用在向石墨粉末等刷子原料中添加之前实施了预先加热的预热处理的材料。

如果使用实施了预热处理的中间相炭粉末，则可以进一步提高碳皮膜的研削效果。另外，即使实施预热处理，中间相炭粉末的形状基本上也不会变化，因此在使用了近似球状的中间相炭粉末的情况下，可以发挥与上述的效果相同的效果。

上述预热处理的预热温度优选为500℃以上700℃以下。

在上述温度范围以外进行预热处理的情况下，会有无法充分地提高发动机效率的情况。虽然理由尚不确定，然而可以认为，如果超过700℃，则会有中间相炭粉变得过硬的情况，其结果是，换向器的磨损变大，发动机效率降低。

优选除了上述骨料和上述中间相炭粉末以外，还包含粘接剂，相对于该粘接剂与上述骨料的总量，上述中间相炭粉末的比例为0.1质量％以上10.0质量％以下。

如果中间相炭粉末的比例小于0.1质量％，则碳刷的硬度变低而刷子磨损量增大(即，无法充分地发挥中间相炭粉末的添加效果)。另一方面，如果中间相炭粉末的比例超过10.0质量％，则会过度研削形成于换向器表面的碳皮膜，无法获得良好的滑动特性。由此，接触电阻变大，电压下降增大，其结果是，碳刷的寿命变短，并且摩擦增加，使得发动机效率降低。

上述中间相炭粉末的平均粒径最好为5μm以上80μm以下(优选为10μm以上40μm以下，特别优选为20μm以上30μm以下)。

如果中间相炭粉末的平均粒径超过80μm，则因粒子彼此间的摩擦力变大而使润滑性变差，换向器与碳刷之间的滑动特性恶化。由此，接触电阻变大而电压下降增大，其结果是，产生与上述相同的不佳状况。另一方面，如果中间相炭粉末的平均粒径小于5μm，则粒子彼此间的摩擦力变小，因此润滑性变得良好，然而形成于换向器表面的皮膜的研削效果变小。其结果是，无法维持换向器与刷子之间的良好的滑动特性，碳刷的磨损量增大。

另外，本发明的碳刷的特征在于，在将刷子推压至发动机的发动机效率测定中，在刷子对发动机的弹簧压力为41KPa、电压为AC240V、50Hz、发动机转速32000rpm的条件下，连续运转700小时时的发动机效率大于42％，刷子寿命大于800小时。这样，就会成为不仅可以提高发动机效率、而且可以延长刷子的寿命的碳刷。

而且，本说明书中，中间相炭粉末的粒径及平均粒径分别根据由运用了激光衍射散射法的粒度分布测定装置所测得到的粒度分布(体积基准)而求出。测定装置使用的是日机装株式会社制的Microtrack粒度分析仪9320HRA。另外，平均粒径是以中值粒径(50％直径)来求出的。另外，石墨粉末的粒径及平均粒径也是同样地求出的。

发明效果

根据本发明，可以起到如下的优异效果，即，可以在抑制发动机效率降低的同时，实现碳刷的长寿命化，此外还可以实现EMI性能的提高。

附图说明

图1是表示使用了本发明的刷子的发动机的概略构成的立体图。

图2是本发明刷子A1中所用的中间相炭粉末的SEM照片。

图3是本发明刷子A2中所用的中间相炭粉末的SEM照片。

图4是本发明刷子A3中所用的中间相炭粉末的SEM照片。

图5是使用了未进行热处理的中间相炭粉末的碳刷的偏光显微镜照片。

图6是使用了在600℃下进行了热处理的中间相炭粉末的碳刷的偏光显微镜照片。

图7是表示本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的发动机效率的曲线图。

图8是表示本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的刷子寿命的曲线图。

图9是表示本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的换向器磨损率的曲线图。

图10是表示本发明刷子B及比较刷子Y的频率与端子干扰电压的关系的曲线图。

图11是表示本发明刷子B及比较刷子Y的频率与干扰电力的关系的曲线图。

图12是表示本发明刷子A3、C1、C2及比较刷子Z1、Z2的发动机效率的曲线图。

图13是表示本发明刷子A3、D1、D2及比较刷子Z1、Z2的发动机效率的曲线图。

具体实施方式

下面，在参照附图的同时对本发明的实施方式进行说明。图1表示出使用了本发明的实施方式的刷子的发动机的概略构成。

如图1所示，刷子1形成为如下的结构，即，作为发动机的换向器的旋转体2与刷子1的下面1a接触，在该部分进行滑动，并在上述刷子1中安装有引线3。

作为上述刷子1的制造方法，可以例示出：

(a)使用热固化性合成树脂等粘接剂，对石墨粉末(天然石墨或者电化石墨的粉末)和中间相炭粉末进行混练而结合，再在该树脂的热固化温度下进行热处理，使树脂固化而制成的刷子(树脂结合质刷子)；

(b)对石墨粉末(天然石墨或电化石墨的粉末)，微晶碳(非石墨质碳)或树脂、沥青等粘接剂，和中间相炭粉末进行混练，将由此而得的混合物作为主原料来加以制造，使用了由此制造出的材料的刷子，例如将上述混合物在400℃～800℃的低温下烧成，而将粘接剂、微晶碳碳化后而得的刷子(碳石墨质刷子)。(b)根据石墨粉末的比率也称作石墨碳质刷子。

此外，还有电化石墨质刷子或人造石墨质刷子、碳质刷子、天然石墨质刷子、金属石墨质刷子，而在本发明中可以使用任意一种材料。本发明的刷子中，尤其优选将树脂结合质刷子、碳石墨质刷子作为基材使用。

作为上述刷子1的具体的制造方法，可以例示出如下的方法，即，对石墨粉末、粘接剂、中间相炭粉末进行混练后，将混练后的块材粉碎而制成成形用粉体，然后，将该粉体成形为刷子基材形状，再实施热处理。

在此，对于上述中间相炭粉末、上述石墨粉末、以及粘接剂，将其具体的内容说明如下。

(1)关于中间相炭粉末

所谓中间相炭粉末，是如下所述而得到的材料，即，将煤的干馏时副产的煤焦油的蒸馏残渣即煤焦油沥青、或石油的蒸馏残渣即柏油的热分解残渣的沥青、来自石脑油的热分解或流动接触分解时所副产的焦油的沥青等沥青类(也包括石油重油质)加热处理，对所得的物质用有机溶剂、溶剂等进行分离、不融化而得的物质；或者使上述加热处理后的物质在固化槽中生长后进行粉碎、不融化而得的物质；或者是再将上述加热处理后的物质在200℃以上450℃以下的煅烧温度下煅烧而得的物质、或在400℃以上的烧成温度下烧成而得的物质。另外，可以根据需要实施粒度调整。

作为上述中间相炭粉末的具体例，可以例示出中间相炭小球体、将中间相炭小球体煅烧而得的物质、或将中间相炭小球体烧成而得的物质，或者整体中间相、将整体中间相煅烧而得的物质、或将整体中间相烧成而得的物质。

上述中间相炭小球体例如通过将煤焦油沥青加热处理、使焦油、沥青中的芳香族成分缩合、堆积而生成。如果再继续进行上述煤焦油沥青的加热处理，则煤焦油沥青中的中间相炭小球体彼此就会合体而生成整体中间相。在进行上述加热处理时，可以在减压、常压、加压中的任一种条件下进行，另外，加热处理优选在350℃以上500℃以下(优选为380℃以上480℃以下)的温度范围中进行10分钟以上，另外，加热处理次数优选为1次～多次。加热处理时的气氛只要是非氧化性、或轻微的氧化性气氛即可，然后，实施粉碎、不融化，并根据需要实施粒度调整。所谓轻微的氧化气氛，是指氧浓度为5体积％以下左右的气氛。

另外，也可以使用利用溶剂对以上述的方法得到的煤焦油沥青中的中间相炭小球体进行分离、过滤，并在约200℃以上的煅烧温度下煅烧而得的物质；同样地也可以使用将整体中间相煅烧而得的物质。此外，还可以使用利用溶剂对以上述的方法得到的煤焦油沥青中的中间相炭小球体进行分离、过滤、并在约500℃以上1300℃以下的烧成温度下烧成而得的物质，同样地也可以使用间利用溶剂分离、过滤出的整体中间相烧成而得的物质。

以上述的方法得到的中间相炭粉末优选在添加到石墨粉末和粘接剂中进行混练之前，先进行预热处理。例如优选在非氧化气氛、500℃～1200℃下进行预热处理，更优选在500℃～700℃下进行预热处理，进一步优选为550℃～650℃。

碳刷中的中间相炭粉末可以如下所述加以确认，即，向丙烯酸树脂或环氧树脂、酚醛树脂等中埋入作为受检体试样的碳刷，使之固化后连同树脂一起进行研磨，通过用偏光显微镜观察如此研磨后的碳刷的观察面来确认。由于碳刷中的中间相炭粉末维持了向骨料中添加时的形状，因此可以从观察面中很容易被确定。若向偏光显微镜中插入锐敏色板而观察碳刷观察面，则会在中间相炭粉末中显现出干涉色，例如在旋转角为-45°时为黄色，在0°时为红色，在+45°时为蓝色。另外，若用偏光显微镜的正交尼科耳棱镜观察中间相炭粉末，则通过将试样从-45°到+45°地加以旋转，会使消光线发生变化。在此，图5是使用了对由上述操作得到的中间相炭粉末未进行预热处理的中间相炭粉末的碳刷的偏光显微镜照片，图6是使用了对中间相炭粉末再在600℃下进行了预热处理的中间相炭粉末的碳刷的偏光显微镜照片。从图5及图6中可以清楚地看到，在将中间相炭粉末向石墨粉末和粘接剂中添加前，无论是对中间相炭粉末进行预热处理后而使用，还是未对中间相炭粉末进行预热处理而使用，都可以确认中间相炭粉末以近似球体的状态存在于碳刷内。

此外，根据需要，也可以对上述中间相炭粉末进行粒度调整。在此，粒度调整可以通过调整加热处理温度或煅烧温度、或者调整加热处理时间或煅烧时间来进行。例如，在通过提高加热处理温度或煅烧温度、或者延长加热处理时间或煅烧时间而使粒度分布变大的情况下，可以将其分级而调整粒度分布。另外，在变为大的粒径的情况下，只要进行粉碎、分级等来调整粒度分布即可。通过将中间相炭粉末粉碎，可以使中间相炭粉末形成不定形状。另外，通过使将煤焦油沥青加热处理而得的物质在固化槽中生长，将由此而得的物质加以粉碎，也可以使中间相炭粉末形成不定形状。应予说明，本发明的中间相炭粉末的纵横尺寸比优选为1～3，进一步优选为1～2，特别优选为1～1.5。

(2)关于石墨粉末

作为石墨粉末，可以使用天然石墨、人造石墨、电化石墨、或膨胀石墨中的任一种，也可以使用将它们组合后混合而得的物质。其中，由于杂质含量少，因此优选使用人造石墨。

另外，相对于石墨粉末与粘接剂的总量，石墨粉末的比例优选是60质量％以上90质量％以下。如果石墨粉末的比例超过90质量％，则粘接剂的比例减少，因此刷子容易变得强度不足。另一方面，如果石墨粉末的比例小于60质量％，则难以获得所需的碳刷的特性。

此外，虽然石墨粉末的粒径没有特别限定，然而优选形成与前述中间相炭粉末(粒径为5μm以上80μm以下、平均粒径为10μm以上40μm以下)相同程度的粒径。具体来说，石墨粉末的粒径优选为1μm以上100μm以下，平均粒径优选为5μm以上50μm以下。

如此加以限制是因为：如果石墨粉末的粒径超过100μm，则在滑动时就有可能易于发生粒子脱离，因从该处产生火花而加剧刷子的磨损。另一方面，如果石墨粉末的粒径为1μm以下，则刷子基材的强度降低，并且粘接剂变得过多，从而难以获得所需的碳刷的特性。与此相对，如果石墨粉末的粒径为1μm以上100μm以下，则即使在滑动时产生了粒子脱离等情况下，脱离的粒子部分也很小，不会发生偏磨损，进而刷子基材的强度充分，可以实现长寿命化。

如果考虑到上述的情况，则石墨粉末的粒径优选限制为10μm以上80μm以下，且平均粒径优选限制为10μm以上30μm以下。

(3)关于粘接剂

作为粘接剂，除了沥青、热固化性树脂等以外，例如还可以使用固体状、液体状的环氧树脂、酚醛树脂、对它们进行改性而得的各种热固化树脂，进而还可以将它们组合使用。

另外，相对于石墨粉末与粘接剂的总量，粘接剂的比例优选为10质量％以上且小于40质量％。如果粘接剂的比例小于10质量％，则与石墨粉末等的结合力变小，从而会有刷子强度不足的情况。另一方面，如果粘接剂的比例超过40质量％，则由于石墨粉末的配合量变少，而难以获得所需的碳刷的特性。

而且，也可以在不大幅度改变刷子特性的范围中(相对于石墨粉末与粘接剂的总量，添加剂的比例为0.5质量％以上5质量％以下)添加二硫化钼等添加剂。设为这种比例是因为：如果添加剂的比例小于0.5质量％，则无法充分地发挥添加效果，另一方面，如果添加剂的比例超过5质量％，则形成于换向器表面的皮膜就会过厚。

另外，刷子1也可以在刷子基材的阶段，在除去刷子1的下面1a以外的侧面1b及上面1a的全面或局部形成导电性良好的金属皮膜(例如由镍、铜或银构成)。应予说明，该皮膜只要利用电镀、非电镀等公知的方法制作即可，另外，虽然无论其厚度如何都可以，然而一般来说为3～100μm。这样，在与导电性旋转体的滑动时碳刷的电阻损耗就会变小，换向性提高。

实施例

[第1实施例]

(实施例1)

首先，在将作为骨料的人造石墨粉末(平均粒径20μm)77质量％、和作为粘接剂的环氧树脂(热固化性树脂)23质量％配合后，添加未进行预热处理的不定形的中间相炭粉末(平均粒径20μm、参照图2)。应予说明，该中间相炭粉末使用的是对煤焦油沥青进行加热处理、固化、粉碎、不融化、粒度调整而得的物质。此时，相对于上述人造石墨粉末与上述环氧树脂的总量，将中间相炭粉末的比例设为1质量％。然后，以使人造石墨粉末、树脂和中间相炭粉末均匀地混合的方式，在常温下混练规定的时间(60分钟)。

继而，将该混练物粉碎到平均粒径为80μm以下，制成用于刷子成形的成形用粉末。在利用冷压机、以1ton/cm²的压力将该成形用粉末成形后，通过在惰性气氛下、在180℃下进行热处理，而制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子A1。

(实施例2)

使用未进行预热处理的近似球状的中间相炭粉末(平均粒径25μm、参照图3)来代替不定形的中间相炭粉末，除此以外，与上述实施例1相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子A2。

(实施例3)

使用将在上述实施例2中所用的近似球状的中间相炭粉末在600℃下进行了5小时预热处理的粉末(平均粒径26μm、图4参照)来代替不定形的中间相炭粉末，除此以外，与上述实施例1相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子A3。

(比较例1)

添加SiC粉末(相对于人造石墨粉末与环氧树脂的总量的比例为0.3质量％)来代替不定形的中间相炭粉末，除此以外，与上述实施例1相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作比较刷子Z1。

(比较例2)

除了没有添加不定形的中间相炭粉末以外，与上述实施例1相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作比较刷子Z2。

(实验1)

利用下述的测定方法考察上述本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的发动机效率，将其结果示于图7中。应予说明，实验是在湿度为30～40％的室温(20～30℃)下进行的。

对于发动机效率的测定，首先，对于试验用的发动机，以41KPa的弹簧压力将引线安装于各刷子后，设置于试验用的发动机中。其后，对发动机施加AC240V、50Hz的电压，以32000rpm的发动机转速进行连续运转。此时，测定各刷子的抽吸功率P(W)，根据下述(1)式算出发动机的效率(应予说明，弹簧压力使用的是依照JISB2704(2009)的值。)。

η＝(P/I)×100……(1)

上述(1)式中，η为发动机效率(％)，P为抽吸功率(W)，I为输入功率(W)。

从图7可以清楚地看到，添加有中间相炭粉末的本发明刷子A1～A3的发动机效率为42.26～42.47％，与未添加中间相炭粉末的比较刷子Z2(发动机效率为42.30％)同等或在其以上，与添加有SiC粉末的比较刷子Z1(发动机效率为41.80％)相比提高0.4％以上。特别是可以看到，对于使用了预先进行过热处理的中间相炭粉末的本发明刷子A3，发动机效率为42.47％，大幅度地得到提高。

在此，在小型发动机的领域中，发动机效率提高0.1～0.2％是非常显著的效果，如本发明刷子A1～A3这样，与添加有SiC粉末的比较刷子Z1相比，提高了约0.4％以上，可以认为取得了飞跃性的效果。在因发动机的规格等而存在无法增大输入功率等限制的情况下，如本发明这样的输出功率损耗小、发动机效率高的刷子极为合适。

(实验2)

在考察上述本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的刷子寿命后，将其结果示于图8中。应予说明，实验是在与上述实验1相同的条件下使发动机工作700小时后，测定刷子磨损量，根据下述(2)式算出的刷子寿命。应予说明，在下述(2)式中，将有效磨损长度设为30mm。

刷子寿命(h)＝

有效磨损长度30(mm)÷刷子磨损量(mm)×发动机工作时间(h)……(2)

从图8中可以清楚地看到，添加有中间相炭粉末的本发明刷子A1～A3的刷子寿命为880～1017小时，与添加有SiC粉末的比较刷子Z1(刷子寿命为900小时)同等或在其以上，与未添加中间相炭粉末的比较刷子Z2(刷子寿命为790小时)相比提高了。特别是可以看到，使用了进行过预热处理的中间相炭粉末的本发明刷子A3中，刷子寿命为1017小时，大幅度地得到了提高。

这样，本申请的碳刷是在将刷子推压至发动机的发动机效率测定中，在刷子对发动机的弹簧压力为41KPa、电压：AC240V、50Hz、发动机转速32000rpm的条件下连续运转700小时时的发动机效率大于42％、刷子寿命大于800小时这样的、可以实现发动机效率的提高和延长刷子寿命的碳刷。

(实验3)

在考察使用了上述本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的发动机的换向器磨损率后，将其结果示于图9中。应予说明，实验是在与上述实验1相同的条件下使发动机工作700小时后，测定换向器磨损量，根据下述(3)式算出的换向器磨损率。

换向器磨损率(mm/100h)＝

换向器磨损量(mm)×100÷发动机作动时间(h)……(3)

从图9可以清楚地看到，添加有中间相炭粉末的本发明刷子A1～A3的换向器磨损率为0.02～0.03mm/100h，与未添加中间相炭粉末的比较刷子Z2(换向器磨损率为0.01mm/100h)大致同等，与添加有SiC粉末的比较刷子Z1(换向器磨损率为0.06mm/100h)相比提高了。这样，由于可以减少换向器的磨损量，获得稳定的滑动，因此可以抑制火花的产生而获得防噪音(日文：雑防効果)效果。

(实验4)

在考察上述本发明刷子A1～A3及比较刷子Z1、Z2的容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度后，将其结果示于表1中。

[表1]

从上述表1可以清楚地看到，在对本发明刷子A1～A3与比较刷子Z1、Z2进行比较的情况下，对于容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度来说，基本上没有差异。

(实验5)

在考察上述本发明刷子A1～A3中所用的中间相炭粉末的挥发成分和灰分后，将其结果示于表2中。应予说明，表2中还记载了中间相炭粉末的平均粒径。应予说明，灰分是依照JISR7273-1997求出的。

[表2]

从表2可以清楚地看到，虽然对于灰分来说任何的刷子都没有大的差别，然而在进行了预热处理的情况下，挥发成分减少(本发明刷子A2与本发明刷子A3的差异)。

[第2实施例]

(实施例)

首先，将人造石墨粉末(平均粒径15μm)70质量％和作为粘接剂的沥青30质量％配合，再相对于上述人造石墨粉末与上述沥青的总量而言，以0.9质量％的比例添加不定形的中间相炭粉末(平均粒径20μm)。然后，以使人造石墨粉末、沥青和中间相炭粉末均匀地进行混合的方式，在200℃下混练规定的时间(60分钟)。

然后，将该混练物粉碎到平均粒径80μm以下，制成用于刷子成形的成形用粉末。在利用冷压机将该成形用粉末以1ton/cm²的压力成形后，通过在惰性气氛下、在650℃下进行热处理，从而制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子B。

(比较例)

添加膨润土粉末(相对于人造石墨粉末与沥青的总量，以0.6质量％的比例添加)来代替不定形的中间相炭粉末，除此以外，与上述实施例相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作比较刷子Y。

(实验1)

在对上述本发明刷子B及比较刷子Y的EMI性能(在电动工具用途中所重视的性能)进行考察后，将其结果示于图10及图11中。应予说明，对于该性能，是通过利用基于CISPR14标准的EMI试验，测定端子干扰电压和干扰电力而进行的。

从图10中可以清楚地看到，在对本发明刷子B和比较刷子Y进行比较的情况下，在频率到15MHz为止的频率下没有差异，然而当频率超过15MHz时，可以看到本发明刷子B与比较刷子Y相比，端子干扰电压变低。另外，从图11中可以清楚地看到，在频率为30MHz以上的情况下，本发明刷子B与比较刷子Y相比，可以看到干扰电力大幅地变低。

EMI性能在高频率区域(15MHz以上、特别是30MHz)成为问题。如上所述，在该区域中，本发明刷子B与比较刷子Y相比，端子干扰电压、干扰电力变低，因此可知：本发明刷子B与比较刷子Y相比，在EMI性能方面优异。

(实验2)

在考察上述本发明刷子B及比较刷子Y的容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度后，将其结果示于表3中。

[表3]

从上述表3中可以清楚地看到，在对本发明刷子B和比较刷子Y进行比较的情况下，对于容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度来说，基本上没有差异。

[第3实施例]

(实施例1)

将进行过预热处理的近似球状的中间相炭粉末的添加量设为2质量％，除此以外，与前述第1实施例的实施例3相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子C1。

(实施例2)

将进行过预热处理的近似球状的中间相炭粉末的添加量设为3质量％，除此以外，与前述第1实施例的实施例3相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子C2。

(实验1)

在考察上述本发明刷子C1、C2的发动机效率后，将其结果示于图12中。应予说明，实验方法是与前述第1实施例的实验1相同的方法。另外，图12中，还记载了前述本发明刷子A3、及比较刷子Z1、Z2的实验结果。

从图12中可以清楚地看到，中间相炭粉末的添加量为2质量％、3质量％的本发明刷子C1、C2的发动机效率分别是42.60％、42.70％。因而可以看到，不仅与未添加中间相炭粉末的比较刷子Z2(发动机效率为42.30％)、或添加有SiC粉末的比较刷子Z1(发动机效率为41.80％)相比有提高，而且与中间相炭粉末的添加量为1质量％的本发明刷子A3的发动机效率相比也有提高。

由以上的情况可知：中间相炭粉末的添加量优选较多为好，然而如果中间相炭粉末的添加量过多，则会过度研削形成于换向器表面的碳皮膜，从而存在无法获得良好的滑动特性的情况。所以，相对于粘接剂与人造石墨的总量，中间相炭粉末的比例优选为10.0质量％以下。

(实验2)

在考察上述本发明刷子C1、C2的容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度后，将其结果示于表4中。应予说明，表4中还记载了前述本发明刷子A3、及比较刷子Z1、Z2的实验结果。

[表4]

从上述表4中可以清楚地看到，在对本发明刷子A3、C1、C2与比较刷子Z1、Z2进行比较的情况下，对于容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度来说，基本上没有差异。

[第4实施例]

(实施例1)

将近似球状的中间相炭粉末的预热处理温度设为800℃，除此以外，与前述第1实施例的实施例3相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子D1。

(实施例2)

将近似球状的中间相炭粉末的预热处理温度设为1100℃，除此以外，与前述第1实施例的实施例3相同地制作出碳刷。

以下将如此制作的碳刷称作本发明刷子D2。

(实验1)

在考察上述本发明刷子D1、D2的发动机效率后，将其结果示于图13中。应予说明，实验方法是与前述第1实施例的实验1相同的方法。另外，图13中还记载了前述本发明刷子A3、及比较刷子Z1、Z2的实验结果。

从图13中可以清楚地看到，中间相炭粉末的预热处理温度分别为800℃、1100℃的本发明刷子D1、D2的发动机效率分别是42.20％、42.30％。因而可以看到，与添加有SiC粉末的比较刷子Z1(发动机效率为41.80％)相比发动机效率提高了，与未添加中间相炭粉末的比较刷子Z2(发动机效率为42.30％)大致同等。但是，与中间相炭粉末的预热处理温度为600℃的本发明刷子A3的发动机效率相比略差。

根据以上的情况，当中间相炭粉末的预热处理温度变得过高时，则发动机效率降低，因此预热处理的温度优选为700℃以下。应予说明，虽然上述图13中没有显示，然而当预热处理的温度过低时，无法发挥预热处理效果，因此预热处理的温度优选为500℃以上。

(实验2)

在考察上述本发明刷子D1、D2的容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度后，将其结果示于表5中。应予说明，表5中还记载了前述本发明刷子A3、以及比较刷子Z1、Z2的实验结果。

[表5]

从上述表5可以清楚地看到，在对本发明刷子A3、D1、D2与比较刷子Z1、Z2进行比较的情况下，对于容积密度、硬度、电阻率、以及弯曲强度来说，基本上没有差异。

工业上的可利用性

本发明的碳刷可以用于家电用、电动工具用、汽车用的使用换向器的电动机等中。

符号说明

1：刷子

2：旋转体

Claims (6)

1.一种碳刷，其特征在于，所述碳刷选自将至少含有碳作为1种成分的骨料和粘接剂树脂混炼且使树脂固化而得的树脂结合质刷子、或将至少含有碳作为1种成分的骨料和粘接剂作为主成份而进行混炼且使粘接剂碳化而得的碳石墨质刷子，并且所述碳刷是被推靠至导电性的旋转体的碳刷，

以中间相炭粉末相对于所述骨料和粘接剂的总量的比例为0.1质量％以上且10.0质量％以下的范围含有该中间相炭粉末。

2.根据权利要求1所述的碳刷，其中，所述中间相炭粉末呈近似球状。

3.根据权利要求1或2所述的碳刷，其中，

作为所述中间相炭粉末，使用的是实施了预热处理的中间相炭粉末。

4.根据权利要求3所述的碳刷，其中，

所述预热处理的温度为500℃以上且700℃以下。

5.根据权利要求1、2或4所述的碳刷，其中，

所述中间相炭粉末的平均粒径为5μm以且80μm以下。

6.一种碳刷，其特征在于，

所述碳刷选自将至少含有碳作为1种成分的骨料和粘接剂树脂混炼且使树脂固化而得的树脂结合质刷子、或将至少含有碳作为1种成分的骨料和粘接剂作为主成份而进行混炼且使粘接剂碳化而得的碳石墨质刷子，并且所述碳刷含有中间相炭，且以中间相炭粉末相对于所述骨料和粘接剂的总量的比例为0.1质量％以上且10.0质量％以下的范围含有该中间相炭粉末，

在将刷子推压至发动机的发动机效率测定中，在下述条件下连续运转700小时时的发动机效率大于42％，且刷子寿命大于800小时，

发动机效率的测定条件为：

刷子对发动机的弹簧压力为41KPa，

电压为AC240V、50Hz，

发动机转速为32000rpm。