JP2004014294A - カーボンブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】無線妨害特性が安定して改善されたカーボンブラシを提供することを目的とする。
【解決手段】カーボン基材に、タングステン、錫、亜鉛、これらの酸化物、これらの硫化物のいずれか１種以上を添加剤として含有させる。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動工具等の整流子電動機用のカーボンブラシで、無線妨害特性が改善されたカーボンブラシに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動工具等の整流子電動機用のカーボンブラシは、近年、特に小型化、高出力化、高速回転化が進んでいる。そのため、小型ながら抵抗損が小さく、かつ磨耗が少ないカーボンブラシが要求されるようになった。
【０００３】
このような要求に対応するカーボンブラシは、一方ではラジオノイズを発生し易くなる。このラジオノイズを抑えて無線妨害特性を改善するために、特開平８−１３００７８号公報に開示のように、カーボンブラシにオイルを含浸することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高速回転化が一段と進むと、オイルを含浸するだけでは、無線妨害特性を抑制しきれなくなる。また、オイル含浸の場合、長期間保存による含浸オイルの流出があり、無線妨害特性が安定して発揮できないというという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、カーボン基材を用いるカーボンブラシであって、無線妨害特性が安定して改善されたカーボンブラシを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者らは、ブラシのカーボン基材に、特定の金属成分を少量添加すると、無線妨害特性が改善されるということを見出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明のブラシは、カーボン基材に、タングステン、錫、亜鉛、これらの酸化物、これらの硫化物のいずれか１種以上を添加剤として含有させ、無線妨害特性が改善されたものである。
前記添加剤は、タングステン、錫、酸化亜鉛、硫化亜鉛のいずれか１種以上であるものが好ましい。
また、前記添加剤は、前記カーボン基材に対して、３重量％以下、０．３重量％以上含まれるものが好ましい。
また、前記カーボン基材に、オイルを含浸させてあるものが好ましい。
また、前記カーボン基材は、黒鉛粉を熱硬化性樹脂又はピッチなどのバインダーで混練し、前記バインダー成分を炭化して形成されたものが好ましい。
【０００８】
本発明における、ブラシの基材は、（１）黒鉛粉を熱硬化性樹脂又はピッチなどのバインダーで混練し、低温度で焼成して、バインダー成分を炭化した炭素黒鉛質のもの、（２）黒鉛粉を熱硬化性樹脂などのバインダーで混練し、硬化せしめただけの樹脂結合質（レジンボンド系）のもの、等が例示できる。
【０００９】
中でも、結晶化度の余り高くない人造黒鉛粉を用い、バインダーとしてピッチや熱硬化性樹脂を加えて混捏し、所定の大きさに成形し、低温度で焼成して、バインダー成分を炭化した炭素黒鉛質のものが好ましい。後述するオイルの含浸が適切にできるからである。このバインダーとして用いられる熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等を使用することができる。
【００１０】
このブラシ基材に、タングステン、錫、亜鉛、これらの酸化物、これらの硫化物のいずれか１種以上を添加剤として含有させる。特に、前記添加剤は、タングステン、錫、酸化亜鉛、硫化亜鉛のいずれか１種であるものが好ましい。更に、前記添加剤としてタングステンが、少量でもって広い周波数範囲で安定した無線妨害特性を発揮するため特に好ましい。
【００１１】
この添加剤は、前記カーボン基材に対して、３重量％以下、より好ましくは１重量％以下、更に０．３重量％以上含まれるものにする。添加剤量が０．３重量％未満では、無線妨害特性の改善効果が少なく、添加剤量が３重量％を超え、より好ましくは１重量％を超えると、ブラシ基材の硬度が増し、低摩擦特性が劣化する。
【００１２】
なお、このブラシ基材中に、高温の潤滑性を安定的に維持するために、固体潤滑剤として二硫化モリブデンや二硫化タングステン等を添加することもできる。また、この固体潤滑剤によって整流子表面に形成される皮膜を調整するために、ブラシ基材に研削剤を添加することもできる。この研削剤には、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素等が使用される。
【００１３】
無線妨害特性改善用の添加剤の含むこのような添加剤は、黒鉛粉を熱硬化性樹脂又はピッチなどのバインダーで混練するときに添加される。
【００１４】
黒鉛粉と熱硬化性樹脂バインダーとを混練し、バインダー成分を炭化又は硬化した後のブラシ基材にオイルを含浸させる。このオイル含浸によって、無線妨害特性の改善が一層促進される。このオイルには、合成炭化水素油、エステル油、鉱物油、石油系炭化水素が用いられる。オイルの含浸率は、ブラシ基材に対して２重量％以上が好ましく、更に２〜１０重量％が好ましい。また、これらオイルには、シリコン成分が１〜０．５重量％含まれることが特に好ましい。
【００１５】
また、ブラシの表面の整流子への押し当て方向に延在する側面の全部又は一部の面に金属質皮膜として銅を、無電解メッキ法により形成、被覆することもできる。この銅メッキが施される場合には、前述したオイル含浸は、銅メッキ後に行われる。このようにして被覆される銅メッキ膜の厚さは、厚すぎると摺動時に相手摺動面を荒らし、ブラシ及び相手材（整流子）の摩耗が大きくなる傾向がある。また、逆に極端に薄いと、ブラシの基材の被覆効果が少なく、ブラシの抵抗が余り下がらず、ブラシの温度の上昇を抑制することが困難となる。従って、銅メッキ膜の厚さとしては０．１〜１００μｍ程度が好適である。
【００１６】
このように、タングステン、錫、亜鉛、これらの酸化物、これらの硫化物のいずれか１種以上、特にタングステン、錫、酸化亜鉛、硫化亜鉛のいずれか１種をカーボン基材に含ませたもの、更にカーボン基材にオイルを含浸させたものは、カーボン基材のブラシの優れた特性を維持しつつ、無線妨害特性を改善させることができる。
【００１７】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明を詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）平均粒径２０μｍ、灰分１．０％以下の人造黒鉛粉と天然黒鉛粉の混合粉７０質量部にフェノール樹脂３０質量部と、基材換算で０．５重量％となるようにタングステンを加え、１５０℃で１時間混捏した。その後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１００ＭＰａの圧力で６×９×１５ｍｍの寸法に型押し成形し、６００℃で樹脂を炭化し、ブラシ基材を得た。このブラシ基材をＤＩＮ５１５６１による動粘度が４０℃において６８（ｍｍ^２／ｓ）の合成炭化水素系とエステル油の混合に漬けて、ブラシ基材に４．５重量％のオイルを含浸させた。
【００１８】
（実施例２）実施例１のタングステンに代わり、錫を基材換算で０．５重量％となるように加えたブラシ基材とし、このブラシ基材に３．８重量％のオイルを含浸させた。
【００１９】
（実施例３）実施例１のタングステンに代わり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を基材換算で０．５重量％となるように加えたブラシ基材とし、このブラシ基材に３．７重量％のオイルを含浸させた。
【００２０】
（実施例４）実施例１のタングステンに代わり、硫化亜鉛（ＺｎＳ）を基材換算で０．５重量％となるように加えたブラシ基材とし、このブラシ基材に４．０重量％のオイルを含浸させた。
【００２１】
（比較例１）平均粒径２０μｍ、灰分１．０％以下の人造黒鉛粉と天然黒鉛粉との混合粉７０質量部にフェノール樹脂３０質量部を加え、１５０℃で１時間混捏した。その後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１００ＭＰａの圧力で６×９×１５ｍｍの寸法に型押し成形し、６００℃で樹脂を炭化し、ブラシ基材を得た。このブラシ基材を実施例１で使用したのと同じオイルに漬けて、ブラシ基材に４．５重量％のオイルを含浸させた。
【００２２】
実施例１〜４及び比較例１の各々のブラシについて、ＣＩＳＰＲ１４規格に基づくＥＭＩ試験により、ＡＣ２３０Ｖ，６０Ｈｚ−１５ｍｉｎの条件で端子妨害電圧測定と妨害電力測定を実施した。端子妨害電圧測定の結果を表１に示し、妨害電力測定の結果を表２に示した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
表１及び表２に示すように、タングステン、錫、亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛のいずれかを添加剤として含有させることにより、ノイズレベルを数ｄＢ下げることができる。
【００２６】
また、実施例１〜４、比較例１の物理特性を表３に示す。
【００２７】
【表３】

【００２８】
表３に示すように、タングステン、錫、亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛のいずれかを添加剤として含有させても、その物理特性は良好に保持される。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、カーボン基材に、タングステン、錫、亜鉛、これらの酸化物、これらの硫化物のいずれか１種以上を添加剤として含有させることにより、ラジオノイズが低減し、無線妨害特性が安定的に改善される。

Claims (5)

1. カーボン基材に、タングステン、錫、亜鉛、これらの酸化物、これらの硫化物のいずれか１種以上を添加剤として含有させ、無線妨害特性が改善されたカーボンブラシ。
2. 前記添加剤は、タングステン、錫、酸化亜鉛、硫化亜鉛のいずれか１種である請求項２記載の無線妨害特性が改善されたカーボンブラシ。
3. 前記添加剤は、前記カーボン基材に対して、３重量％以下、０．３重量％以上含まれる請求項１又は２に記載の無線妨害特性が改善された無線妨害特性が改善されたカーボンブラシ。
4. 前記カーボン基材に、オイルを含浸させてある請求項１〜３のいずれか記載の無線妨害特性が改善されたカーボンブラシ。
5. 前記カーボン基材は、黒鉛粉を熱硬化性樹脂又はピッチなどのバインダーで混練し、前記バインダー成分を炭化して形成されたものである請求項１〜４いずれか記載の無線妨害特性が改善されたカーボンブラシ。