JP2005295699A

JP2005295699A - 金属黒鉛ブラシ

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Publication number: JP2005295699A
Application number: JP2004107650A
Authority: JP
Inventors: Teruo Shimizu; 輝夫清水; Tsuneo Maruyama; 恒夫丸山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】硫黄やその化合物が混ざった各種の内燃機関の燃料や、蟻酸,酢酸等の有機酸が混ざった燃料に対しても、耐食性に優れた金属黒鉛ブラシを提供する。
【解決手段】黒鉛粉末と金属粉末とを含む原料粉末を加圧して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してなる金属黒鉛ブラシ２において、質量で、Ｃｕ：４〜５３％、Ｎｉ：１．５〜２２％、Ｓｎ：０．５〜１１％、を含有するから、強度と共に、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた金属黒鉛ブラシが得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐食性を備えた金属黒鉛ブラシに関する。

従来、内燃機関の一例であるガソリンエンジンで、図８に示すようなモータ式燃料ポンプが用いられている。すなわち、図示される通り上記燃料ポンプ101は、ケーシング102内において、モータ103の両端部に固設した回転軸104が軸受105に支持され、前記回転軸104の一方端部にはインペラ106が挿入され、かつ前記インペラ106、モータ103（アーマチュア）の外周面、および軸受105と回転軸104との間の図示しない隙間に沿って狭い間隙のガソリン流通路（図示せず）が形成された構造を有し、前記モータ103の回転でインペラ106が回転し、このインペラ106の回転でガソリンがケーシング102内に取り込まれ、取り込まれたガソリンはインペラ106、モータ103の外周面、および軸受105と回転軸104との間の図示しない隙間に沿って形成されたガソリン流通路を通って送り出され、別設のガソリンエンジンに送り込まれるように作動するものであり、前記燃料ポンプ101は燃料タンク内で使用される。

上記のように燃料ポンプ101のモータ103や燃料タンクの近傍で用いられるモータは、燃料の影響を受けるため、通常の使用条件よりは耐食性を考慮したものを使用する必要があり、例えばモータに使用されるブラシは耐久性が低下する場合がある。特に、硫黄やその化合物が混ざった燃料や、蟻酸や酢酸等の有機酸が混ざった燃料を使用する場合、これらに対する耐食性を確保しないと、腐食により寿命が低下する問題がある。

そこで、小型モータのブラシ装置において、整流子との摺接面の部分以外の導電パターンは、グリーンレジスト等の絶縁皮膜が施され、非レジスト部には、金メッキ等の絶縁被膜が施され、非レジスト部には、金メッキ等の貴金属メッキによる酸化防止膜が施され、摺接面を形成し、前記メッキによる効果は、導電パターンの表面の酸化防止と、動作時における磨耗対策としての役目をなし（例えば特許文献１）、また、モータ用ブラシであって、連続気孔を有する発泡金属から成る導電体を炭素粉末、黒鉛粉末等のように固有抵抗の大きい黒鉛質粉末とともに所定の形状及び寸法に一体成形したのち、焼成することによって焼結し、前記導電体の表面に銀、金、白金、パラジウム、錫等のような固有抵抗の小さい導電性金属の被膜をメッキ、その他の方法で形成する（例えば特許文献２）ようにしたものが知られている。
特開平７−２６４８１３号公報（００２１段及び００２２段）特公昭６２−４５６７０号公報

上記のようにモータ部品であるブラシに金メッキ等の金被覆層を施すことにより、耐食性の向上を図ることができるが、メッキやその他の方法を用いる場合でも、金被覆層を設けるにはコストが掛かる問題がある。また、金メッキは比較的柔らかいため、組立て作業中に外部に接触すると、接触した部分の耐食性が低下することが懸念される。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、硫黄やその化合物が混ざった各種の内燃機関の燃料や、蟻酸,酢酸等の有機酸が混ざった燃料に対しても、耐食性に優れた金属黒鉛ブラシを提供することを目的とする。

請求項１の金属黒鉛ブラシは、黒鉛粉末と金属粉末とを含む原料粉末を加圧して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してなる金属黒鉛ブラシにおいて、質量で、Ｃｕ：４〜５３％、Ｎｉ：１．５〜２２％、Ｓｎ：０．５〜１１％、を含有するものである。

また、請求項２の金属黒鉛ブラシは、質量で、Ｚｎ：０．５〜１１％、ＭｏＳ₂：０．５〜３％、を含有するものである。

また、請求項３の金属黒鉛ブラシは、外面を被覆する被覆層を備え、この被覆層が四フッ化エチレン樹脂層であるものである。

請求項１の構成によれば、強度と共に、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた金属黒鉛ブラシが得られ、Ｎｉは、Ｃｕに固溶して、Ｃｕ−Ｎｉ系合金などの固溶体相からなる素地を形成し、強度及び耐食性を向上させる作用があるが、その含有量が１．５％未満では耐食性が不足し、２２％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を１．５〜２２％、好ましくは３〜１８％である。また、Ｓｎは、その含有量が０．５％未満では耐食性が不足し、１１％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を０．５〜１１％、好ましくは２〜９％である。

また、請求項２の構成によれば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金の固溶体相からなる素地を形成し、Ｚｎは、強度に貢献し、その含有量が０．５％未満では強度の向上効果がなく、１１％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を０．５〜１１％、好ましくは２〜９％である。また、ＭｏＳ₂（二硫化モリブデン）は、潤滑性を付与し、その含有量が０．５％未満では潤滑性の効果がなく、３％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を０．５〜３％、好ましくは１〜２％である。

また、請求項３の構成によれば、耐食性が一層向上する。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる金属黒鉛ブラシを採用することにより、従来にない金属黒鉛ブラシが得られ、その金属黒鉛ブラシを夫々記述する。

以下、本発明の金属黒鉛ブラシの実施例１について、図１〜図４を参照しながら説明する。同図において、モータ１と、金属黒鉛ブラシ２及び整流子３などを示している。前記整流子３は、モータ１の回転軸25に設けられ、相互に絶縁された複数の整流子片３Ａ，３Ａ，３Ａ…を備え、回転軸25に設けた回転子５にコイル６，６，６…を設け、これらコイル６，６，６…を構成するリード線６Ｒの端部を前記整流子片３Ａ，３Ａ，３Ａ…に接続しており、ブラシ２に電源を接続して整流子３を介して給電することにより、前記コイル６，６，６…と固定マグネット７との間でトルクが発生し、回転子５を回転付勢するようにしている。尚、図中26はモータ１のケーシングであり、27は回転軸25を回転自在に支持する軸受である。

図２に示すように、前記金属黒鉛ブラシ２は、黒鉛粉末と金属粉末などを混合した原料粉末を加圧して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してなる焼結合金からなる。この焼結合金の製造方法につき説明すると、原料粉末として黒鉛粉末と金属粉末とを所定の割合で混合する。金属粉末は、例えば、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金などを用いることができ、質量％で、Ｃｕ：４〜５３％、Ｎｉ：１．５〜２２％、Ｓｎ：０．５〜１１％、Ｚｎ：０．５〜１１％、ＭｏＳ₂：０．５〜３％、を含有する。そして、残りがＣと不可避不純物からなる組成のものを用いることができる。特に好ましくは、質量％で、Ｃｕ：１０〜４５％、Ｎｉ：３〜１８％、Ｓｎ：２〜９％、Ｚｎ：２〜９％、ＭｏＳ₂：１〜２％、を含有し、残りがＣと不可避不純物とする。すなわち、Ｎｉは、Ｃｕに固溶して、Ｃｕ−Ｎｉ系合金の固溶体相からなる素地を形成し、強度及び耐食性を向上させる作用があるが、その含有量が１．５％未満では耐食性が不足し、２２％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を１．５〜２２％、好ましくは３〜１８％である。また、Ｓｎは、その含有量が０．５％未満では耐食性が不足し、１１％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を０．５〜１１％、好ましくは２〜９％である。また、Ｚｎは、強度に貢献し、その含有量が０．５％未満では強度の向上効果がなく、１１％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を０．５〜１１％、好ましくは２〜９％である。また、ＭｏＳ₂（二硫化モリブデン）は、潤滑性を付与し、その含有量が０．５％未満では潤滑性の効果がなく、３％を超えると、強度が不足するようになるので、含有量を０．５〜３％、好ましくは１〜２％である。

そして、原料粉末を成形金型111の充填部115に充填する。図３は成形金型111の一例を示し、この成形金型111は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ112、下パンチ113および上パンチ114を備えている。下パンチ113は、ほぼ角柱形状で、ダイ112に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ114は、ほぼ角柱形状で、ダイ112に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ112と下パンチ113との間に前記充填部115が形成される。この充填部115に、原料粉末を充填し、これらに振動を与える。この後、下，上パンチ113，114により充填部115内の原料粉末を加圧することにより圧粉体２Ａを成形する。この圧粉体２Ａを焼結することにより、前記金属黒鉛ブラシ２が形成される。
実験例
比較例の金属黒鉛ブラシは、質量で、Ｃｕ：１０〜８０％、Ｓｎ：１〜１０％、を含有し、残りをＣと不可避不純物からなる組成の原料粉末を用い、この原料粉末を加圧して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してなる。この比較例のものと、実施例（後述する被覆層はなし）のものを用いたモータ１で、酢酸６００ｐｐｍ、蟻酸と酢酸１０００ｐｐｍ、アルコール５０００ｐｐｍ含むガソリンを使用して試験を行ったところ、比較例のものは数時間で腐食が原因によるガジリを発生し、使用不能となったのに対して、実施例のものは１０００時間の耐久性が得られた。

また、金属黒鉛ブラシ２の表面に、四フッ化エチレン樹脂により被覆層を形成してもよく、好ましい四フッ化エチレン樹脂層８の厚さは５〜１５μｍである。そして、前記複数の導電線を撚って撚り線22を形成し、該撚り線22に金属黒鉛ブラシ２と端子接続部23を接続して組み立てた後、撚り線22、該撚り線22と金属黒鉛ブラシ２との接続箇所22Ｓ及び端子接続部23の露出した外面に、被覆層である四フッ化エチレン樹脂層８を形成する。尚、四フッ化エチレン樹脂として、例えばＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））を用いることができる。

尚、各導電線に四フッ化エチレン樹脂層８をコーティングした後、撚って撚り線22としてもよく、この場合は必ずしも撚り線22にコーティングする必要はない。また、前記接合箇所22Ｓは半田などにより構成される。

前記四フッ化エチレン樹脂層８は、四フッ化エチレン樹脂をコーティングして形成される。まず、コーティングを施すコーティング面には、バリ、錆などがないものとし、これを確認する。次に、必要に応じて、脱脂後、好ましくは燐酸塩処理等の化学処理、又はブラスト等で洗浄化し、密着性をよくする。続いて、温風などで速やかに乾燥処理するか、有機溶剤で洗浄脱脂をし乾燥させる。コーティングの方法には、スプレー法、浸漬法、刷毛塗布法などを用いることができ、刷毛を用いて塗る刷毛塗布法が簡易である。また、全体にコーティングを施すにはタンブラー法も好適である。尚、コーティングに用いる四フッ化エチレン樹脂は、溶剤以外ほぼ１００％同樹脂を用いる。また、コーティング後は常温で焼成する。

また、整流子３及び前記整流子３に接続した前記コイル６の露出した外面に、前記被覆層である四フッ化エチレン樹脂層８を形成する。尚、この場合、整流子３は、前記金属黒鉛ブラシ２が摺動する部分には四フッ化エチレン樹脂層８を形成せず、例えば、コーティングの際、前記摺動する部分をマスキングすることにより、四フッ化エチレン樹脂層８を設けない部分を形成する。

また、ブラシホルダー４には前記金属黒鉛ブラシ２を整流子３に摺動するように付勢するスプリング９が設けられている。前記ブラシホルダー４は銅製や黄銅製のものが用いられ、前記スプリング９は銅製のものが用いられる。そして、前記ブラシホルダー４及びスプリング９の露出した外面に、前記被覆層である四フッ化エチレン樹脂層８を形成する。

このように本実施形態では、請求項１に対応して、黒鉛粉末と金属粉末とを含む原料粉末を加圧して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してなる金属黒鉛ブラシ２において、質量で、Ｃｕ：４〜５３％、Ｎｉ：１．５〜２２％、Ｓｎ：０．５〜１１％、を含有するから、強度と共に、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた金属黒鉛ブラシ２が得られる。

また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、質量で、Ｚｎ：０．５〜１１％、ＭｏＳ₂：０．５〜３％、を含有するから、強度と共に、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた金属黒鉛ブラシが得られる。

また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、外面を被覆する被覆層を備え、この被覆層が四フッ化エチレン樹脂層８であるから、耐食性が一層向上する。

図５は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、前記金属黒鉛ブラシ２と端子接続部23Ａとの間に、前記スプリング９を一体に組み付けた小型のモータ用のものであり、該ブラシ２の露出する外面には先端面211を除いて四フッ化エチレン樹脂層８を形成している。

図６は本発明の実施例３を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、同図はフラットモータ11を示し、フラットモータ11は、ハウジング12内に設けた永久磁石13と僅かな間隔14をもって対設され、かつ、前記ハウジング12に回転自在に支持された扁平円盤状のアーマチュア15と、このアーマチュア15の盤面15Ａに、先端平坦面16が弾性的に突設して給電する金属黒鉛ブラシ17とを備え、この金属黒鉛ブラシ17は、ハウジング12内に固着されたブラシロッカー19内に嵌挿され、常時バネたるコイルスプリング18によりアーマチュア15の盤面15Ａに向って押圧されている。

そして、アーマチュア15，金属黒鉛ブラシ17，ブラシロッカー19の露出した外面に、前記被覆層である四フッ化エチレン樹脂層８を形成する。尚、この場合、アーマチュア15の盤面15Ａは、前記ブラシ17の先端平坦面16が弾性的摺動する部分には四フッ化エチレン樹脂層８を形成せず、例えば、コーティングの際、前記摺動する部分をマスキングすることにより、四フッ化エチレン樹脂層８を設けない部分を形成する。

図７は本発明の実施例４を上記各実施形態と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、回転軸25にスリップリング31を設け、このスリップリング31に前記金属黒鉛ブラシ２が摺動して給電する例であり、通電部材であるスリップリング31は、前記金属黒鉛ブラシ２が摺動する部分を除いて露出する外面に四フッ化エチレン樹脂層８を形成しており、この例においても、金属黒鉛ブラシ２は、強度と共に、高い耐食性を備える。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、金属黒鉛ブラシは、実施例のものに限らず種々の形状のものに適用可能である。

本発明の実施例１を示すモータの断面図である。同上、ブラシの斜視図である。同上、成形装置の断面図である。同上、整流子周りの断面図である。本発明の実施例２を示すブラシの斜視図である。本発明の実施例３を示すモータの断面図である。本発明の実施例４を示すスリップリング周りの断面図である。ガソリンエンジン用モータ式燃料ポンプの概略断面図である。

符号の説明

１モータ
２金属黒鉛ブラシ
８四フッ化エチレン樹脂層（被覆層）
17 金属黒鉛ブラシ

Claims

黒鉛粉末と金属粉末とを含む原料粉末を加圧して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してなる金属黒鉛ブラシにおいて、質量で、Ｃｕ：４〜５３％、Ｎｉ：１．５〜２２％、Ｓｎ：０．５〜１１％、を含有することを特徴とする金属黒鉛ブラシ。
質量で、Ｚｎ：０．５〜１１％、ＭｏＳ₂：０．５〜３％、Ｃ：残部を含有することを特徴とする請求項１記載の金属黒鉛ブラシ。
外面を被覆する被覆層を備え、この被覆層が四フッ化エチレン樹脂層であることを特徴とする請求項１又は２記載の金属黒鉛ブラシ。