JP2006187111A

JP2006187111A - 電刷子

Info

Publication number: JP2006187111A
Application number: JP2004377738A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sukai; 博之須貝
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】永久磁石を有する小型モータに用いるのに適し、高電圧環境で使用しても長寿命な電刷子を提供する。
【解決手段】金属含有量が７０〜９５重量％、潤滑材の含有量が５〜３０重量％、Ｃ成分の含有量が前記金属及び前記潤滑材１００重量％に対して外割で０．５重量％以下である、電刷子。好適には、前記潤滑材が前記金属に被覆処理される。また好適には、前記金属及び前記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５〜５重量％の研磨材が添加される。
【選択図】なし

Description

本発明は電刷子に係り、特に永久磁石を有する小型モータに用いるのに適する電刷子に関する。

従来、小型電動機等のように低電圧・高電流密度の環境において用いられる電刷子は、一般に金属黒鉛質電刷子が用いられており、この種の金属黒鉛電刷子においては、銅、銀等の金属粉末と黒鉛粉末に合成樹脂、コールタール、ピッチ等のバインダーを添加して混練造粒した造粒黒鉛を乾式で混合し、成形、焼成して製造されている。

しかし、バインダーを添加すると、焼成後の灰分が過多になり導電性、整流特性等に悪い影響を与えることがあり、バインダーを用いない鍍銅黒鉛電刷子が提案され、さらに、この改良として、鍍銅と鍍銀の２層被覆黒鉛電刷子が提案されている（特許文献１）。

また、電刷子をカーボン粉もしくはこれと金属粉を混合した主原料に、鍍銅処理を施した研摩材からなる電刷子が提案されている（特許文献２）。

一方、現在、ガソリン自動車は１２Ｖの直流電源が用いられており、そのドア・ロック、パワーウインドなどに用いられる小型モータも、１２Ｖの環境で使用されているが、電気自動車への移行に伴って、その使用電源は高電圧化（４２Ｖ）される。
特開平４−８８８５３号公報特開２００４−７１１７７号公報

上記高電圧化に伴って、小型モータ用の電刷子も高電圧環境で使用され、この環境下での使用により、整流が厳しくなり、電刷子発熱が著しく、火花が多く発生するため、従来の電刷子材質では寿命が短くなってしまう。具体的には、電刷子発熱により黒鉛の水分が蒸発し、黒鉛の潤滑性が著しく低下してしまい、また、火花が多く発生するため火花摩耗が著しい。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、高電圧環境で使用しても長寿命な電刷子を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る電刷子は、金属含有量が７０〜９５重量％、潤滑材の含有量が５〜３０重量％であり、Ｃ成分の含有量が前記金属及び前記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５重量％以下であることを特徴とする。

好適には、前記潤滑材が、前記金属により被覆処理される。

また、好適には、前記金属及び前記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５〜５重量％の研磨材が添加される。

本発明に係る電刷子によれば、高電圧環境で使用しても長寿命な電刷子を提供することができる。

以下、本発明に係る電刷子の一実施形態について説明する。

本発明に係る電刷子は、金属含有量が７０〜９５重量％、潤滑材の含有量が５〜３０重量％であり、Ｃ成分の含有量が上記金属及び上記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５重量％以下である。

上記金属としては、銅、銀、アルミニウム、錫、鉛、マンガン、鉄単独もしくは、いずれか複数の組み合わせがあるが、銅単独が最も好ましい。

また、潤滑材としてのＭｏＳ_２もしくはＷＳ_２は、高電圧の環境における高温での使用時、水分の蒸発に伴い摺動性付与状態がなくなる黒鉛と異なり、摺動性機能を付与するため、高温時も良好な摺動性の実現を可能にする。

金属含有量が７０重量％より小さく、潤滑材の含有量が３０重量％を超えると、潤滑性が過多であり、整流子に潤滑材の被膜が多く付着してしまい、電刷子と整流子の接触抵抗が大きくなり、整流特性を損なってしまう。また、Ｓ成分の存在による金属（例えば、Ｃｕ）の酸化が促進し易く、抵抗値が大きくなる。なお、上記金属含有量は後述のように、潤滑材が上記金属に被覆処理される場合には、この金属被覆潤滑材の金属成分を含む合算の含有量である。

金属含有量が９５重量％を超え、ＭｏＳ_２またはＷＳ_２の含有量が５重量％より小さいと、潤滑性が不十分で良好な摺動特性が得られず、寿命が短くなる。

Ｃ成分としては、天然黒鉛、人工黒鉛を上記金属及び潤滑材１００重量％に対して、外割りで０．５重量％以下で添加されていて、また、黒鉛及びバインダー炭化成分の総量が外割で０．５重量％以下となるように、天然黒鉛もしくは人造黒鉛をバインダーとして用いて混練・造粒した混練物が添加されていてもよい。好ましくは、Ｃ成分は上記金属中もしくは、上記潤滑材中または製造工程上で不可避的に混入される含有量として外割で０．５重量％以下となることであり、Ｃ成分を含有しないことがより好ましい。

このように電刷子に含有されるＣ成分量を上記所定値とすることによって、高電圧の環境における高温で使用しても、摺動性の劣化が生じることがなく長時間に渡り、良好な摺動性を維持することができる。

電刷子の使用初期段階の摺動性を高めるためには、Ｃ成分、特に黒鉛を上記金属及び上記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．１〜０．５重量％含まれることが好ましい。

また、上記潤滑材は、上記金属により被覆処理されているのが好ましい。潤滑材は、単に金属粉と混ぜ、加圧成型しても、十分分散されず、小さな塊が生じ易いが、上記金属により被覆処理されていることにより、このような問題は発生せず、電刷子の強度、導電性が向上する。

潤滑材の上記金属により被覆処理は、周知の方法、例えば、銅の被覆処理であれば、一般的な鍍銅が利用可能である。具体的には、潤滑材と銅との置換当量より過剰の鉄粉とを混合しこの鉄粉にフリー硫酸銅と銅イオンを含む酸性水溶液を銅イオン換算で潤滑材の約１／２重量％以下添付撹拌して一次鍍銅被覆を潤滑材に析出させ、しかる後、銅イオン及びフリー硫酸銅を含む酸性水溶液を鍍銅相当量のわずか過剰量を添加撹拌してなされる。

また、金属及び上記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５〜５重量％の研磨材が添加されるのが好ましい。

この研磨材としては、ＷＣ、Ｔｉ、ＴｉＳｉ等の導電性研磨材、もしくはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の非導電性研磨材のいずれか一つまたは、いずれか複数の組み合わせでもよい。特に小型モータ用電刷子で生じ易い導電不良を防ぐためには、上記導電性研磨材のいずれか一つまたは、いずれか複数の組み合わせを用いるのが好ましい。

本実施形態の電刷子によれば、Ｃを含有しないので、高電圧の環境における高温で使用しても、通常金属黒鉛電刷子のように黒鉛に含まれる水分の蒸発に伴い、摺動性が損なわれることがなく、潤滑材により摺動性ご長時間持続され、高温時も良好な摺動性が実現され、さらに、上記金属により被覆処理を施した潤滑材が添加されるので、潤滑材同士の凝集が少なく、潤滑材が電刷子組織中に均一に分散されて、均一な研摩性を有し、摺動時整流子表面の酸化被膜を部分的に多く削り取ることがなくて接触抵抗や摩耗のばらつきが少なくなる。また、金属原料とこの金属により被覆処理した潤滑材とが被覆金属を介して繋がっているので、潤滑材が電刷子組織から脱落しにくく、整流子との摺動における耐久時間が長くなり、かつ耐久時間のばらつきが少なくなる。

試験：本発明の電刷子を作製し、電刷子の寿命と問題点を調べた。

試料：図１に示すような寸法を有する正面視凸状の電刷子を表１に示す組成とし、以下の製法により作製する（実施例１−３、比較例１、２、但し従来例は常法による）。

製法：
１）平均粒径２０μｍのＭｏＳ_２に５０重量％の鍍銅処理を施した鍍銅ＭｏＳ_２を使用
２）その鍍銅ＭｏＳ_２と平均粒径３μｍの表１に示す量の電解銅粉を混合
実施例２にあっては、研磨材としてＷＣ２重量％添加
３）プレス加工にて３ｔ／ｃｍ^２の成型圧力で加圧成型
４）窒素ガス＋水素ガス（窒素ガス：水素ガス＝３：２容積比）の雰囲気中で６５０℃焼成

評価方法：
１）環境放置条件：８０℃−９５％に２００時間放置
２）テスト条件：マイクロモータ、４２Ｖ、４０００ｒｐｍ、３ｓｅｃＯＮ―２０ｓｅｃＯＦＦ×２（正逆回転）
＝１サイクル（４６ｓｅｃ）

結果：表１に示す。

表１からもわかるように、Ｃ成分を含有する従来例は、Ｃ成分（天然黒鉛＋バインダー炭化物）を含有しない各実施例及び各比較例に比べて寿命が短い。

比較例１はＣ成分を含有しないので、従来例に比べて寿命が長いが、銅成分が７０重量％未満であり、潤滑性過多によるオーバーフィルムと環境放置後の電刷子母材の酸化により接触抵抗が大幅に上昇し、各実施例に比べて寿命が劣る。

これに対して、Ｃ成分を含有せず、銅含有量が本発明の範囲内の実施例１は、従来例に比べて寿命が約２３％アップする。

また、実施例１に研磨材としてＷＣ２重量％添加した実施例２は、従来例に比べて約３５％寿命が向上し、ＷＣを添加しない実施例１に比べても、さらに約１０％寿命が向上する。

Ｃを含有せず、銅含有量が本発明の範囲内の実施例３は、従来例に比べて寿命が約６％アップする。

銅含有量が９５重量％を超え本発明の範囲外の比較例２は、従来例の寿命を上回るが、実施例１、２に比べて寿命がはるかに劣り、また、従来例にも劣り、潤滑性不足で整流子を削る減少も発生する。

寿命試験に用いられる電刷子の形状を示す概念図。

Claims

金属含有量が７０〜９５重量％、潤滑材の含有量が５〜３０重量％であり、Ｃ成分の含有量が前記金属及び前記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５重量％以下であることを特徴とする電刷子。
前記潤滑材が、前記金属により被覆処理されていることを特徴とする請求項１に記載の電刷子。
前記金属及び前記潤滑材１００重量％に対して、外割で０．５〜５重量％の研磨材が添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電刷子。