JP2005198477A

JP2005198477A - 電刷子

Info

Publication number: JP2005198477A
Application number: JP2004112009A
Authority: JP
Inventors: Nobushi Inada; 信史稲田; Teruo Kobayashi; 輝雄小林; Yuji Saito; 雄次斉藤
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】摺動特性を損なうことなく電気的損失を低減できる電刷子を提供する。
【解決手段】高抵抗層１、中抵抗層２及び低抵抗層３を含む３層構造の電刷子において、低抵抗層３にリード線４を埋設してなる電刷子に関するものであり、各層における抵抗率は、高抵抗層１＞中抵抗層２＞低抵抗層３の関係を満足していれば特に制約はないが、高抵抗層１の抵抗率は中抵抗層２の抵抗率の２〜２０倍程度が好ましく、また低抵抗層３の抵抗率は中抵抗層２の抵抗率の２／３以下が好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機などに用いられる電刷子に関する。

回転電機などに用いられる電刷子の電気的損失は、回転電機全体の効率に大きな影響を及ぼす。そのため、高出力及び高効率が求められる回転電機においては、電刷子の電気的損失は極力低い方が望ましいとされている。

電刷子の電気的損失を低減する手段としては、電刷子中の金属含有量を増加し、電刷子本体の抵抗率を下げることが有効である。ところが、電刷子は摺動材料であるため潤滑性に乏しい金属の含有量を増加すると摩耗速度が増大（摺動特性が悪化）し、回転電機の寿命が短くなるという問題点がある。

この電気的損失の低減と摩耗速度の低減という相反する要求特性を両立する手段としては、特許文献１に記載されているように、電刷子を高抵抗層と低抵抗層の電気抵抗が異なる複数の層で構成することで整流性能を向上させ、かつ火花発生量を減らし、整流子との接触電圧降下を増大させることなく摩耗速度を低減させるか、特許文献２に記載されているように、電刷子を高抵抗層と低抵抗層の層から構成し、そしてリード線を高抵抗層に触れることなく低抵抗層に埋設することで、リード線埋め込み部の電気的損失を低減する方法がある。

特開平０９−０４９４７８号公報特開平０４−５００５８０号公報

しかしながら上記に記載されているような方法では電刷子の電気的損失低減は、摺動特性とのバランスに制約を受けるという点で本質的には変わっていない。

本発明は、摺動特性を損なうことなく電気的損失を低減できる電刷子を提供するものである。

本発明は、高抵抗層、中抵抗層及び低抵抗層を含む３層構造の電刷子において、低抵抗層の部分にリード線を埋設してなる電刷子に関する。
また、本発明は、摺動面が高抵抗層及び中抵抗層である上記の電刷子に関する。

本発明になる電刷子は、摺動特性を損なうことなく電気的損失を低減でき、工業的に極めて好適である。

本発明になる電刷子は、図１に示されるように高抵抗層１、中抵抗層２、低抵抗層３及びリード線４から構成されている。各層における抵抗率は、高抵抗層１＞中抵抗層２＞低抵抗層３の関係を満足していれば特に制約はないが、これらの抵抗率の関係を満足するには、例えば、高抵抗層１の抵抗率は中抵抗層２の抵抗率の２〜２０倍程度が好ましく、４〜１６倍程度がより好ましく、８〜１２倍程度がさらに好ましい。

また、低抵抗層３の抵抗率は中抵抗層２の抵抗率の２／３以下が好ましく、１／２以下がより好ましく、１／３以下がさらに好ましい。なお、中抵抗層２は電刷子の性能のおおよそを決定する部位であるため、抵抗率は使用される回転電機の要求特性に合わせて設定されるが、一般的には０．１〜３０μΩ・ｍ程度の値である。これら各層の抵抗率は、主に黒鉛を主成分とした電刷子に含有させる金属量を調整して適宜選定する。電刷子に含有させる金属としては、銅、銀等の粉末が挙げられる。

以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
平均粒径が５０μｍの天然黒鉛（日本黒鉛工業(株)製、商品名ＣＢ−１５０）８０重量部及びレゾ-ル型フェノール樹脂（日立化成工業(株)製、商品名ＶＰ１１Ｎ）２０重量部を混練した後、６５℃で１６時間乾燥し、その後粉砕して平均粒径が１５０μｍの樹脂処理黒鉛粉を得た。

次に、この樹脂処理黒鉛粉４５重量部及び平均粒径が３５μｍの電解銅粉（福田金属箔工業(株)製、商品名ＣＥ−２５）５５重量部を混合して中抵抗層用の粉体を得た。一方、上記で得た樹脂処理黒鉛粉６５重量部及び上記で用いた電解銅粉３５重量部を混合して高抵抗層用の粉体を得ると共に上記で得た樹脂処理黒鉛粉３０重量部及び上記で用いた電解銅粉７０重量部を混合して低抵抗層用の粉体を得た。

上記で得た各々の粉体を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、さらに所定の箇所（低抵抗層となる部分）にリード線を設置した後、成形プレスで３９２ＭＰａの圧力で一体成形し、その後還元雰囲気中で７００℃まで３時間で昇温し、７００℃で１時間焼結し、次いで所定の形状に機械加工して図１に示す電刷子を得た。得られた電刷子の抵抗率を測定したところ、高抵抗層は３．５μΩ・ｍ、中抵抗層は０．４μΩ・ｍ及び低抵抗層は０．２μΩ・ｍであった。

なお、抵抗率の測定は、各々の粉体を単独で上記と同様の条件で成形、焼結後、機械加工して５×５×２０ｍｍの寸法に試験片を作製し、２０ｍｍの方向に１Ａの電流を流した際の１０ｍｍ間の電圧降下を測定し、次式により算出した。ここで、測定用試験片は２０ｍｍ方向を成形加圧直角方向とした。

但し、Ｓは断面積（ｍ^２）、Ｖは電圧降下、Ｉは電流及びＬは電圧降下測定スパンである。

比較例１
実施例１で得た中抵抗層用の粉体と低抵抗層用の粉体を金型の所定の位置にそれぞれ別々に充填し、さらに所定の箇所（中抵抗層となる部分）にリード線を設置し、以下実施例１と同様の工程を経て図２に示す電刷子を得た。得られた電刷子の抵抗率を測定したところ、高抵抗層は３．５μΩ・ｍ及び中抵抗層は０．４μΩ・ｍであった。

次に、実施例１で得た電刷子と比較例１で得た電刷子の製造直後（０時間のとき）のリード線埋め込み部の電圧降下値及び温度８０℃、湿度９０％の条件で２５０時間後のリード線埋め込み部の電圧降下値の経時変化を調べた。その結果を図３に示すが図３中の０時間の値は、製造直後の値である。なお、リード線埋め込み部の電圧降下値は図４に示すようにＡ−Ｂ間に２００Ａの電流を流したときのＣ−Ｄ間の電圧降下を測定した値である。

図３に示されるように、本発明になる実施例１の電刷子は、比較例１の電刷子に比較して、リード線埋め込み部の電圧降下値が小さいことが明らかである。また温度８０℃、湿度９０％の高温多湿の条件で２５０時間放置した後においても実施例１の電刷子は、比較例１の電刷子に比較して、リード線埋め込み部の電圧降下が小さいことが明らかであると共に実施例１の電刷子と比較例１の電刷子との電圧降下の差が大きいことが明らかである。なお、実施例１の電刷子と比較例１の電刷子とは摺動部成分は同一であることから摺動特性に差はなく、これにより実施例１の電刷子は比較例１の電刷子に対し、摺動特性を損なわずに電気的損失が低減されていることが明らかである。

本発明の実施例になる電刷子の断面図である。比較例１で得られた電刷子の断面図である。放置時間とリード線埋め込み部の電圧降下との関係を示すグラフである。リード線埋め込み部の電圧降下の測定法を示す概略図である。

符号の説明

１高抵抗層
２中抵抗層
３低抵抗層
４リード線

Claims

高抵抗層、中抵抗層及び低抵抗層を含む３層構造の電刷子において、低抵抗層にリード線を埋設してなる電刷子。
摺動面が高抵抗層及び中抵抗層である請求項１記載の電刷子。