JP2005285438A

JP2005285438A - ブラシ及びその製造法

Info

Publication number: JP2005285438A
Application number: JP2004095150A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Konno; 重治紺野; Michio Ogami; 三千男大上; Fukumi Akatsu; 福美赤津
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】高温下で摩耗の少ないブラシ及び高温下で摩耗の少ないブラシの製造法を提供するものである。
を提供する。
【解決手段】黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、フラーレン、銅粉及び樹脂を含有してなるブラシ並びに黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材に、フラーレン、銅粉及び樹脂を含有する混合粉に、リード線を埋設した後成形し、還元ガス又は不活性雰囲気中で焼成することを特徴とするブラシの製造法に関するものであり、このように構成することにより、高温下で摩耗の少ないブラシを得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、直流電動機などに用いられるブラシ及びその製造法に関する。

従来、金属黒鉛質ブラシは、特許文献１に記載されているように、銅粉と樹脂（結合剤）をコーキングした天然黒鉛を主成分とし、これに鉛、錫等を添加したものを混合し、成形した後、焼成して作製していた。
また、耐摩耗性を向上させるため、特許文献２に記載されているように、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の硫化金属粉を少量添加したものが知られている。

特公平０６−０６６１４７号公報特公平０６−００７５０５号公報

しかしながら上記に示すブラシは、ブラシ温度が１５０℃以上になると黒鉛潤滑が不足し、ブラシ摩耗が増大するという欠点があった。
また、硫化金属粉を多くすると比抵抗が増加し、電気損失が増大するという欠点があった。

請求項１、２及び３記載の発明は、高温下（ブラシ温度が１２０℃以上）で摩耗の少ない用ブラシを提供するものである。
請求項４記載の発明は、高温下（ブラシ温度が１２０℃以上）で摩耗の少ないブラシの製造法を提供するものである。

本発明は、黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、フラーレン、銅粉及び樹脂を含有してなるブラシに関する。
また、本発明は、フラーレンが、カーボン原子数が６０以上であるブラシに関する。
また、本発明は、フラーレンが、単離体又は２種以上の混合体であるブラシに関する。
さらに、本発明は、黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材に、フラーレン、銅粉及び樹脂を含有する混合粉に、リード線を埋設した後成形し、還元ガス又は不活性雰囲気中で焼成することを特徴とするブラシの製造法に関する。

請求項１、２及び３記載のブラシは、高温下で使用しても摩耗の少ないブラシである。
請求項４記載の方法により得られるブラシは、高温下で使用しても摩耗の少ないブラシである。

本発明になるブラシは、フラーレンが整流子面とブラシ面の間に介在し、摺動時にミクロな転がり作用が生じ、このため、摩耗の形態は転がり摩耗となり、摩擦係数が低く、ブラシ摩耗が低減するものと考えられる。
特に、ブラシ温度が１２０℃に上昇すると、ブラシと整流子間に生成されていた酸化膜の潤滑性が低下し、摩擦変動が大きくなるが、フラーレンを含有したブラシは上記の理由により摩擦変動が小さくなるものと考えられる。

本発明において、黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンの含有量は、ブラシ全組成物中に２０〜８０重量％の範囲が好ましく、４０〜６０重量％の範囲がさらに好ましい。
また、フラーレンの含有量は、ブラシ全組成物中に０．１〜１０重量％の範囲が好ましく、０．２〜５重量％の範囲がより好ましく、０．５〜１重量％の範囲がさらに好ましい。
なお、銅粉及び樹脂バインダの含有量は、特に制限はなく、そのときの条件に応じて適宜選定して添加される。

ブラシの主成分となる黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれでもよい。また黒鉛の粒径についても特に制限はないが、平均粒径が１０〜２００μｍ程度のものを用いることが好ましい。平均粒径は、レーザー散乱型粒度分布測定装置により測定することができる。
また、本発明のブラシに含有される非晶質カーボンとしては、コークス粉、各種樹脂、タール、木炭、石炭、原油等から生成される乾留物を２０００℃以下の温度で熱分解して得られた炭化物を用いることができる。

さらに、樹脂バインダとしては、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、特にフェノール樹脂は、レゾール又はノボラック樹脂若しくはこれらを混合して用いることができる。なお、レゾール、ノボラック樹脂は、液状、固形状、粉状等いずれのものを用いても差し支えない。

上記のフェノール樹脂は、特性に応じて各種変性剤で変性された変性フェノール樹脂、例えば、レゾルシン変性フェノール樹脂、クレゾール変性フェノール樹脂、アルキル変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、芳香族炭化水素樹脂変性フェノール樹脂、メラミン変性フェノール樹脂、油変性フェノール樹脂、フラン変性フェノール樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等を用いることができる。

本発明で用いられるフラーレンは、燃焼法、アーク放電法等によって生成される球殻状炭素分子を指し、特に、炭素分子の結合による５員環及び６員環からなる複数の環状炭素体の組み合わせによって構成された球殻状分子、楕円球状分子を指すものである。

本発明でいうカーボン原子数が６０以上のフラーレンとしては、具体的にはその原子数が、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８４、Ｃ_８８、Ｃ_９６、さらにＣ_２４０、Ｃ_５４０のような高次フラーレンを指すものである。
また、本発明で用いられるフラーレンは、単離体又は２種以上の混合体も含まれる。

以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
試薬フラーレン単離体のＣ_６０を０．５重量％、平均粒径が５０μｍ天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）を８１．６重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）を１．９重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１３Ｎ）１６重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が２００μｍの造粒黒鉛を得た。

次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で均一に混合し、この混合粉を金型に充填し、さらに所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ_３分解ガスの雰囲気炉中で８００℃の温度で焼成してブラシを得た。

実施例２
試薬フラーレン単離体のＣ_７０を０．３重量％、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１．６重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）を１．９重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１Ｎ）１６．２重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が２００μｍの造粒黒鉛を得た。

次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で均一に混合し、この混合粉を金型に充填し、さらに所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ_３分解ガスの雰囲気炉中で７５０℃の温度で焼成してブラシを得た。

実施例３
（試薬フラーレン単離体のＣ_６０を６０重量％、Ｃ_７０を２３重量％及び高次フラーレンＣ_２４０を１７重量％含む）混合フラーレンを１重量％、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１重量％、及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１３Ｎ）１８重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が１００μｍの造粒黒鉛を得た。

比較例１
天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８２重量％及びフェノール樹脂のワニス（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ−１１Ｎ）１８重量％を均一に混練、乾燥、粉砕、分級して平均粒径が１００μｍの造粒黒鉛を得た。
次に、上記で得た造粒黒鉛６０重量部と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量部をＶ型混合機で混合し、この混合粉を金型に充填し、そして所定の位置にリード線を埋設した後、単軸の粉末成形機で２９４ＭＰａの圧力で成形し、次いでＮＨ_３分解ガスの雰囲気炉中で７５０℃の温度で焼成して用ブラシを得た。

次に、実施例１〜３及び比較例１で得られたブラシについて、図１に示す直径が１６０ｍｍ（φ）の銅スリップリングを用いた摩擦係数測定試験機で、ブラシ温度と摩擦変動の関係を調べた。その結果を図２に示す。
また、８０Ｗの電動ファンモーターにブラシを装着して、８０℃に加熱した高温槽に入れて、ブラシの摩耗評価を行った結果を図３に、８０Ｗの電動ファンモーターにブラシを装着して、大気中で２５±５℃の条件でブラシの摩耗評価を行った結果を図４に示す。

なお、摩擦係数は、以下に示す方法で算出した。
図１に示す直径が１６０ｍｍ（φ）の銅スリップリング１は、奥行き側で別に連結されているモータ（図示せず）によって回転するようになっており、該銅スリップリング１の面を＃６００の研磨機で磨いた後、ブラシホルダ２にブラシ３を設置し、バネ４を介してバネ圧Ｐで押圧して固定した。一方、ブラシ３に熱電対５を固定し、これを介して銅スリップリング１に内蔵したヒータ６への電力を制御してブラシ温度を一定に保持した。

上記のような条件のもとで、モータの回転数１４００ｍｉｎ^−１、ブラシへの電流９Ａの条件で、回転に伴って加わる力Ｆをブラシ３に連結されたロードセルで測定し、Ｆ／Ｐにより摩擦係数（μ）を算出した。また図２に示すモータを上記に示す条件で２０時間回転させ、回転終了前の１０分間についてブラシ３の温度が６０℃、８０℃、１２０℃、１６０℃及び１８０℃のときの摩擦係数（μ）の上下の幅（変動）を図示したものである。なお、図１において７は電源である。
また、摩耗評価は、上記の条件でモータを１００時間回転し、ブラシの回転前の寸法と１００時間回転後の寸法の差からブラシの摩耗量を求めた。

図２に示されるように、本発明の実施例になるブラシは、比較例１のブラシに比較して、１６０℃以上の高温で摩擦変動が小さいことが明らかである。
また、図３及び図４に示されるように、本発明の実施例になるブラシは、比較例１のブラシに比較して、８０℃の雰囲気でのブラシ摩耗及び大気中でのブラシ摩耗が少ないことが明らかである。

摩擦係数測定試験機の概略図である。実施例１〜３と比較例１で得られたブラシのブラシ温度と摩擦変動を示すグラフである。８０℃の雰囲気での電動ファンモーターにおけるブラシ摩耗を示すグラフである。大気中での電動ファンモーターにおけるブラシ摩耗を示すグラフである。

符号の説明

１銅スリップリング
２ブラシホルダ
３ブラシ
４バネ
５熱電対
６ヒータ
７電源

Claims

黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材、フラーレン、銅粉及び樹脂を含有してなるブラシ。
フラーレンが、カーボン原子数が６０以上である請求項１記載のブラシ。
フラーレンが、単離体又は２種以上の混合体である請求項１又は２記載のブラシ
黒鉛又は黒鉛と非晶質カーボンを含むカーボン材に、フラーレン、銅粉及び樹脂を含有する混合粉に、リード線を埋設した後成形し、還元ガス又は不活性雰囲気中で焼成することを特徴とするブラシの製造法。