CN104303404B - 碳刷 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种碳刷，其可以抑制因过量生成换向器被膜所导致的温度上升、滑动声音增大。本发明的碳刷具备在表面及内部具有气孔的碳块基材，且与设置在电动机上的换向器接触滑动，其特征在于，在上述气孔内存在包含石油系溶剂和油脂的悬浊液，上述石油系溶剂的沸点高于上述电动机工作时的碳刷的温度，上述悬浊液相对于上述碳块基材的比例优选为0.5重量％以上且6重量％以下。

Description

碳刷

技术领域

本发明涉及在洗衣机用换向器电动机、电动工具电动机等中使用的碳刷。

背景技术

一直以来，电动工具、洗衣机中大多使用换向器电动机。该电动机的构造为：被分割为多个的换向器的接触部和刷子发生滑动，由此将来自电源的电流供给至卷绕线圈而成的电枢，且电枢发生旋转。

在此，上述电动机存在以下问题：电动机驱动时，刷子和换向器之间发生滑动，因此，滑动声音变大。此外，基于碳刷的火花放电等原因，过量生成换向器被膜，还会招致通电时刷子(电动机)温度上升的问题。

目前为止，基于抑制碳刷的火花为目的，提出了下述刷子：浸渗将随着电动机的升温而气化的液体(沸点60～130℃的醇)和润滑性合成油悬浊而制成的物质，通过随着温度而气化了的液体的压力向滑动面渗出合成油(参照下述专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-49894号公报

发明内容

发明要解决的问题

在此，若为上述专利文献1中所记载的提案，则是向滑动面仅渗出合成油的构成，但是该构成无法充分实现对碳刷的火花的抑制。因此，过量生成换向器被膜，导致通电时温度上升，或者刷子和换向器之间的摩擦增大，因此存在滑动声音变大这样的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种碳刷，其可充分抑制因过量生成换向器被膜而导致的温度上升、滑动声音增大。

解决问题的手段

本发明的碳刷具备在表面和内部具有气孔的碳块基材，其与设置在电动机上的换向器接触滑动，在上述气孔内存在包含石油系溶剂和油脂的悬浊液，所述石油系溶剂的沸点高于上述电动机工作时的碳刷的温度。

发明效果

根据本发明，可以实现抑制温度上升以及抑制滑动声音变大的优异效果。

附图说明

图1是表示对使用了碳刷的电动机的噪音级别进行测定的方法的说明图。

图2是表示测定碳刷的刷子温度的方法的说明图。

图3是表示本发明刷子A及比较刷子Z的循环数和噪音级别之间的关系的曲线图。

图4是表示本发明刷子A及比较刷子Z的循环数和刷子温度之间的关系的曲线图。

符号说明

1：电动机

2：换向器

3：碳刷

4：噪音计

6：刷子主体

7：刷柄

8：热电偶

具体实施方式

本发明的碳刷具备在表面及内部具有气孔的碳块基材，且与设置在电动机上的换向器接触滑动，其特征在于，

在上述气孔内存在包含石油系溶剂和油脂的悬浊液，上述石油系溶剂的沸点高于上述电动机工作时的碳刷的温度。

上述悬浊液以油脂粒子分散在石油系溶剂中、保持流动性的状态存在。此外，在当初制作碳刷时，悬浊液存在于形成在碳块基材表面及内部的气孔内，另一方面，电动机工作后，悬浊液缓慢地从气孔内排至碳刷和换向器的接触部。而且，若悬浊液从气孔内排出，则油脂在碳刷和换向器的接触部起到改善碳刷的润滑性、降低滑动声音的作用。但是，若在碳刷和换向器的接触部仅存在油脂，则如上所述，因刷子的火花而过量生成换向器被膜，因此存在通电时刷子温度大幅上升、无法充分降低滑动声音的问题。

然而，如上所述，若悬浊液中包含石油系溶剂，则该石油系溶剂会适度清洗换向器表面的油脂，防止过量生成换向器被膜。因此，可以抑制通电时刷子温度上升，而且，可减小滑动声音。此外，石油系溶剂的沸点高于电动机工作时的碳刷的温度，因此，可以抑制下述情况的发生：电动机工作时，石油系溶剂急剧蒸发，变得无法发挥上述的作用效果。即，可长时间发挥上述的作用效果。

此外，填充在碳块基材的气孔中的悬浊液保持流动性，因此，可以根据外压(因旋转速度的增减导致的加速度及离心力而产生)来调整狭小的空隙。因此，可以通过缓冲效应来发挥振动吸收作用。其结果，可以抑制刷子的振动，实现与换向器接触的稳定化，因此可进一步降低滑动声音。

需要说明的是，上述油脂可以使用固体状、半固体状的油脂。

上述悬浊液相对于上述碳块基材的比例优选是0.5重量％以上且6重量％以下。

若悬浊液相对于碳块基材的比例低于0.5重量％，则无法充分抑制过量生成换向器被膜，无法充分发挥抑制刷子温度上升，或者充分降低滑动声音的作用效果。此外，利用缓冲效应产生的振动抑制效果也会减小，因此，从这一点来看，也无法充分降低滑动声音。另一方面，若该比例超过6重量％，则因电动机运转时温度的上升而悬浊液体积大幅增加，悬浊液被吹散，因此有时会在换向器和刷子周围发生污损或冒烟。

上述油脂相当于上述悬浊液的总量的比例优选为3重量％以上且60重量％以下。

若油脂相对于悬浊液的总量的比例低于3重量％，则有时无法充分发挥碳刷的润滑性，而无法充分实现滑动声音的降低。另一方面，若该比例超过60重量％，则石油系溶剂过少，无法适度地清洗换向器表面的油脂，会过量生成换向器被膜。

上述石油系溶剂的沸点优选为140℃以上且250℃以下。

其原因在于：在石油系溶剂的沸点低于140℃的情况下，石油系溶剂的沸点会变得比电动机的工作温度还要低，而该沸点超过250℃的有机溶剂在电动机的工作温度下缺乏流动性，油脂渗出变得不充分，或者会降低清洗效果。

上述石油系溶剂在20℃的蒸气压优选为1kPa以下。

若常温下的蒸气压超过1kPa，则溶剂迅速挥发，由此产生不会停留在基材上的担忧。

实施例

以下基于实施例对本发明进行具体说明，但本发明的碳刷并不受下述实施例的内容的限定。

[实施例]

本发明的碳刷按照下述方式进行制作。

首先，以相对于石墨粉总量的比例为50重量％的方式添加作为粘合剂的沥青。接着，以高于上述沥青的熔点的高温条件进行混捏，然后冷却、粉碎，得到通过了40目筛子的成形原料。接着使用加压装置将该成形原料加压成形，在非氧化气氛下进行高温烧制，使粘合剂碳化，得到碳块基材。随后，将该碳块基材切削加工成指定的尺寸，之后在碳块基材上安装引线。

然后，向形成在碳块基材表面及内部的气孔内浸渗悬浊液，由此制作在洗衣机电动机中使用的碳刷。

按照下述进行悬浊液的浸渗。首先，将上述碳块基材在由油脂和石油系溶剂形成的浸渗液中浸渗20分钟，使得浸渗液浸渗在碳块基材的气孔内。需要说明的是，作为上述油脂，使用耐热油脂(添加3重量％的二硫化钼作为润滑性改良剂，添加7重量％膨润土粘土作为增稠剂)。作为上述石油溶剂，使用工业用烃系溶剂(异链烷烃系溶剂(矿物油精)，沸点为190℃、20℃的蒸气压为0.1～0.2kPa)。此外，将油脂相对于石油系溶剂的比例设定为5重量％。接着，对多余的浸渗液脱脂(原文：脂ぎり)后，在50℃通风干燥，由此除去多余的石油系溶剂。经过该工序，可以向气孔内浸渗悬浊液(除去了浸渗液中多余的石油系溶剂的液体)。需要说明的是，计算浸渗前后的重量变化，则上述悬浊液相对于碳块基材的比例为1.5重量％。

下文中将按照上述制作的碳刷称作本发明刷子A。

[比较例]

除了不使形成在碳块基材表面及内部的气孔内浸渗悬浊液以外，和上述实施例同样地制作了碳刷。

下文中将按照上述制作的碳刷称作比较刷子Z。

[实验]

将上述本发明刷子A和比较刷子Z分别安装在用于滚筒洗衣机的换向器电动机上，使用再现了洗涤时的实际运转状况的试验台，按照下述条件进行运转。并且测定了上述运转时电动机的噪音级别和刷子的温度，将其结果分别示于图3和图4中。

·实验条件换向器的种类：铜换向器

转数：洗涤时730rpm(1个循环的时间：60分钟)

脱水时16000rpm(1个循环的时间：10分钟)

1个循环：80分钟

刷子压力：58kPa

测定时间：19小时(14个循环)

·噪音级别的测定方法

如图1所示，按照将碳刷3和噪音计4的距离L1设定为50cm的方式测定了噪音级别。需要说明的是，在图1中，1为电动机，2为换向器。

·刷子温度的测定方法

如图2所示，按照由刷子主体6和刷柄7交界位置到热电偶8的距离L3设定为2mm的方式进行了测定。需要说明的是，将刷子主体6的露出长度L2设定为2mm。

如图3所示，可以确认到：与比较刷子Z相比，本发明刷子A的噪音级别降低约5dB。此外，如图4所示，可以确认到：与比较刷子Z相比，本发明刷子A的刷子温度降低10～20℃。

(其他事项)

(1)尽管在上述实施例中，将浸渗液中的油脂相对于石油系溶剂的比例设定为5重量％，但并不限定于此。其中，该比例优选为1重量％以上且30重量％以下。优选为上述限定的原因在于：若该比例低于1重量％，则油脂的比例过少，有时无法充分提高润滑性。另一方面，若该比例超过30重量％，则浸渗液的粘度变高，有时无法在气孔内浸渗足够量的浸渗液。

需要说明的是，若将浸渗液限定为上述比例，则使浸渗液浸渗在碳块基材的气孔内以后，除去多余的石油系溶剂而使气孔内浸渗悬浊液时，可以容易地将悬浊液相对于碳块基材的比例规定在0.5重量％以上且6重量％以下。

(2)作为石油系溶剂，并不限定于上述溶剂，也可以是具有90℃以上的沸点的异丁醇、异戊醇、乙二醇单乙醚、乙二醇单甲醚、氯苯、乙酸异丁酯、乙酸正丁酯、乙酸正丙酯、1，4-二氧六环、四氯乙烯、甲苯、1-丁醇、甲基异丁酮、甲基正丁酮等，也可以优选为具有140℃以上的沸点的乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单正丁基醚、邻二氯苯、甲酚、乙酸异戊酯、乙酸正戊酯、环己醇、环己酮、N，N-二甲基甲酰胺、苯乙烯、甲基环己醇、甲基环己酮、石油脑、矿物油精等。但石油系溶剂优选在沸点为90℃以上且250℃以下(特别是140℃以上且250℃以下)下，具有对油脂的清洗、溶解能力、而且臭味小的溶剂。因此，更优选为乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单正丁基醚、石油脑、矿物油精等。其中，更进一步优选为20℃的蒸气压为1kPa以下的溶剂，尽管上述4种溶剂均为1kPa以下，但对于品种之间存在差异的溶剂，优选选定1kPa的品种。

(3)作为油脂，使用增加了蜡和增稠剂的油脂。此外，也可以向其中添加改良润滑性的添加剂。

作为油脂，可以优选使用油脂类，特别优选在增稠剂中使用了膨润土粘土等的高温适用型油脂。作为蜡，可以适宜使用褐煤蜡等矿物系蜡，石蜡等石油系蜡，合成蜡，聚乙烯系蜡，硬脂酸等。

此外，作为增稠剂，除了上述的膨润土粘土以外，可以使用高岭土、多水高岭土等。

进一步地，作为改良润滑的添加剂，除了上述二硫化钼以外，还可以使用二硫化钨、氮化硼、氟化石墨、氧化铋、氧化钴、氧化镍、氧化锰、氧化铬、氧化锑、氧化铝、氧化硅、氧化锡等。

工业实用性

本发明可以使用于洗衣机用换向器以及电动工具电动机等。

Claims (5)

1.一种碳刷，其特征在于，其具备在表面及内部具有气孔的碳块基材，且与设置在电动机上的换向器接触滑动，

在所述气孔内存在由石油系溶剂和油脂构成的悬浊液，所述石油系溶剂的沸点高于所述电动机工作时的碳刷的温度，

所述油脂是固体状的油脂或半固体状的油脂。

2.根据权利要求1所述的碳刷，其中，所述悬浊液相对于所述碳块基材的比例为0.5重量％以上且6重量％以下。

3.根据权利要求1或2所述的碳刷，其中，所述油脂相对于所述悬浊液的总量的比例为3重量％以上且60重量％以下。

4.根据权利要求1或2所述的碳刷，其中，所述石油系溶剂的沸点为140℃以上且250℃以下。

5.根据权利要求1或2所述的碳刷，其中，所述石油系溶剂在20℃的蒸气压为1kPa以下。