JP2004099782A - カーボンブラシ - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性が良く、ブラシ寿命が向上した樹脂硬化型のカーボンブラシを提供する。
【解決手段】樹脂硬化型カーボンブラシにおいて、フィラーと、バインダーとなる熱硬化性樹脂との混練時に、脂肪酸アマイドを０．１質量％〜３．０質量％となるよう添加し、成形、硬化してカーボンブラシとする。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機械に用いられる樹脂硬化型のカーボンブラシに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の樹脂硬化型のカーボンブラシは、フィラーとなる人造黒鉛や天然黒鉛等の黒鉛粉末と、バインダーとなる樹脂硬化性樹脂を混練し、成形、硬化してカーボンブラシとしている（例えば、特許文献１）。このため、バインダーとなる熱硬化性樹脂は、硬化した状態で成形されており、比較的気孔の少ないものとなっていた。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５８−２６１５６号公報
【０００４】
また、気孔が少なく、バインダーが硬化した状態であるため、放熱性が悪く、カーボンブラシ自身が高温となり、これに伴って、ブラシ特性が低下するおそれがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、放熱性が良く、ブラシ寿命が向上した樹脂硬化型の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の本発明に係るカーボンブラシは、樹脂硬化型カーボンブラシにおいて、フィラーと、バインダーとなる熱硬化性樹脂との混練時に、脂肪酸アマイドを０．１質量％〜３．０質量％となるよう添加し、成形、硬化してなるものである。また、前記脂肪酸アマイドが、エチレンビスステアリン酸アマイドであるものである。
【０００７】
フィラーと、バインダーとなる熱硬化性樹脂との混練時に、脂肪酸アマイドを０．１質量％〜３．０質量％、好ましくは０．２質量％〜１．５質量％、さらに好ましくは０．３質量％〜０．７質量％となるよう添加し、成形、硬化する。混練時に脂肪酸アマイドを添加することによって、脂肪酸アマイドの持つ潤滑特性によってフィラーとバインダーが均等に混練される。そして、所定形状に、成形後に硬化する。この硬化時の温度上昇によって熱硬化性樹脂及び脂肪酸アマイドが液状化する。この際、熱硬化性樹脂よりも粘度の低い脂肪酸アマイドが、熱硬化性樹脂の表面を覆うようになり、脂肪酸アマイドの一部は熱硬化性樹脂と反応し、一部は熱硬化性樹脂の表面に残存するものと考えられる。これによって、脂肪酸アマイドが位置していた熱硬化性樹脂間の部分には、脂肪酸アマイドの形骸が残り、結果として、空隙が形成されて熱硬化性樹脂の硬化後に適度な気孔がブラシ基材内部に形成される。このため、放熱性が向上する。また、脂肪酸アマイドは、熱硬化性樹脂と反応することによって、熱硬化性樹脂が改質する。これによって、ブラシの追従性が向上する。また、脂肪酸アマイドはワックスでもあり、未反応部分は、潤滑性を与え、カーボンブラシの摺動特性を向上させる。
【０００８】
また、添加する脂肪酸アマイドが、０．１質量％よりも少ない場合、添加する脂肪酸アマイドの効果が十分に得られず、３．０質量％よりも多い場合は、ブラシ基材の強度低下につながるため好ましくない。
【０００９】
また、脂肪酸アマイドとして、エチレンビスステアリン酸アマイドを使用することによって、バインダー硬化温度で、バインダーの熱硬化性樹脂と反応し、より効果的にブラシ基材中に気孔を形成することができる。
【００１０】
本発明に使用できるフィラーとなる黒鉛粒子には、人造黒鉛又は天然黒鉛のいずれの黒鉛粒子をも使用することができる。また、これらを混合した黒鉛粒子であってもよい。
【００１１】
これら黒鉛粒子の粒子間を結合するバインダーは、一般的な熱硬化性樹脂を使用することができ、例えば、固体状或いは液体状のエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びこれらを変性して得られる種々の熱硬化性樹脂等を使用することができる。これら、樹脂は、バインダー分として１０〜４０％を使用することが好ましい。
【００１２】
以上の黒鉛粒子６０質量％〜９０質量％と、バインダー１０質量％〜４０質量％と、これら、黒鉛粒子及びバインダーの総重量に対して、脂肪酸アマイド０．１質量％〜３．０質量％とを同時に混練する。そして、所定形状に成形後、バインダー及び脂肪酸アマイドが硬化する１５０〜２５０℃の温度で熱処理をし、カーボンブラシとする。硬化処理の際、脂肪酸アマイドは、ほとんどが反応し、これによって、ブラシ基材には多くの気孔が形成されることになる。なお、脂肪酸アマイドには、固体状或いは液体状のいずれの状態のものも使用することができる。
【００１３】
このように、バインダーは硬化した状態ではあるが、ブラシ基材中に気孔が多く形成されているため、放熱性に優れたカーボンブラシとできる。また、同時に添加される脂肪酸アマイドの有する潤滑特性によって、潤滑性に優れたカーボンブラシとすることができる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
平均粒子径が５０μｍの黒鉛粒子８０．０質量％と、バインダーとして汎用性エポキシ樹脂を２０質量％と、これら黒鉛粒子及びバインダーの総重量に対して、０．３質量％となるようにエチレンビスステアリン酸アマイドを混合し、混練した。この混練物を所定の大きさとなるように粉砕した後、１００ＭＰａで所定形状に成形し、２００℃で熱処理を行い、バインダーを硬化させて、水銀ポロシメータによる累積細孔容積が１８７．３ｍｍ３／ｇ、開気孔率２６．２％のカーボンブラシを得た。
【００１５】
（実施例２）
平均粒子径が５０μｍの黒鉛粒子８０．０質量％と、バインダーとして汎用性エポキシ樹脂を２０質量％と、これら黒鉛粒子及びバインダーの総重量に対して、０．５質量％となるようにエチレンビスステアリン酸アマイドを混合し、混練した。この混練物を所定の大きさとなるように粉砕した後、１００ＭＰａで所定形状に成形し、２００℃で熱処理を行い、バインダーを硬化させて、水銀ポロシメータによる累積細孔容積が１９５．９ｍｍ３／ｇ、開気孔率２７．１％のカーボンブラシを得た。
【００１６】
（実施例３）
平均粒子径が５０μｍの黒鉛粒子８０．０質量％と、バインダーとして汎用性エポキシ樹脂を２０質量％と、これら黒鉛粒子及びバインダーの総重量に対して、０．７質量％となるようにエチレンビスステアリン酸アマイドを混合し、混練した。この混練物を所定の大きさとなるように粉砕した後、１００ＭＰａで所定形状に成形し、２００℃で熱処理を行い、バインダーを硬化させて、水銀ポロシメータによる累積細孔容積が２０４．４ｍｍ３／ｇ、開気孔率２８．１％のカーボンブラシを得た。
【００１７】
（比較例１）
平均粒子径が５０μｍの黒鉛粒子８０．０質量％と、バインダーとして汎用性エポキシ樹脂を２０質量％とを混合し、混練した。この混練物を所定の大きさとなるように粉砕した後、１００ＭＰａで所定形状に成形し、２００℃で熱処理を行い、バインダーを硬化させて、水銀ポロシメータによる累積細孔容積が１７４．５ｍｍ３／ｇ、開気孔率２４．８％のカーボンブラシを得た。
【００１８】
実施例１乃至３及び比較例１のカーボンブラシの各物理特性をまとめて表１に示す。
【００１９】
【表１】
Figure 2004099782
【００２０】
上記の各カーボンブラシを、以下に示す試験モータ及び試験条件によってブラシ特性試験を行った。
電圧：ＡＣ２３０Ｖ　５０Ｈｚ
オリフィス：φ１５ｍｍ
運転条件：連続
試験環境：室温２７〜３３℃、湿度２８〜４５％
【００２１】
上記条件におけるブラシ特性試験の結果をまとめて表２に示す。
【００２２】
【表２】
Figure 2004099782
【００２３】
表１及び表２より、実施例１乃至３のカーボンブラシは、比較例１のカーボンブラシに比べて、整流子の平均温度上昇が低いことがわかる。これは、表１に示すように、これら実施例１乃至３のカーボンブラシは、比較例１のカーボンブラシに比べて開気孔率が大きく、このため、放熱性が向上したためであると考えられる。また、脂肪酸アマイドの有する潤滑特性によって、カーボンブラシ自身の潤滑性も向上したことも、平均温度上昇が低下した要因となっていると考えられる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、フィラーと、バインダーとの混練時に、脂肪酸アマイドを添加することによって、脂肪酸アマイドの持つ潤滑特性によって、フィラーとバインダーとが均等に混練される。また、バインダー硬化時に脂肪酸アマイドがバインダーと反応し、ブラシ基材中に多くの気孔を形成し、放熱性を向上することができる。また、熱硬化性樹脂の改質によるカーボンブラシの追従性が向上するとともに、脂肪酸アマイドの持つ潤滑特性によって、カーボンブラシの潤滑性も向上し、このため、カーボンブラシとしての寿命が延命する効果を得ることができる。

Claims (2)

  1. 樹脂硬化型カーボンブラシにおいて、フィラーと、バインダーとなる熱硬化性樹脂との混練時に、脂肪酸アマイドを０．１質量％〜３．０質量％となるよう添加し、成形、硬化してなるカーボンブラシ。
  2. 前記脂肪酸アマイドが、エチレンビスステアリン酸アマイドである請求項１に記載のカーボンブラシ。
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