JP2007028841A

JP2007028841A - 直流電動モータ用ブラシ及びその製造法

Info

Publication number: JP2007028841A
Application number: JP2005209935A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Konno; 重治紺野; Fukumi Akatsu; 福美赤津; Michio Ogami; 三千男大上
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】低湿度雰囲気中で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシ及び低湿度雰囲気中で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシの製造法を提供する。
【解決手段】黒鉛及び銅粉を主成分としたブラシ材料に、亜鉛化合物を含有してなる直流電動モータ用ブラシ並びに黒鉛、銅粉及び亜鉛化合物含む組成物と樹脂を含有した混合粉に、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直流電動モータ用ブラシの製造法。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機などに用いられる摩耗の少ない、直流電動モータ用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、低湿度雰囲気中では黒鉛潤滑が不足し、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、低湿度雰囲気中で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシを提供するものである。
請求項４記載の発明は、低湿度雰囲気中で摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシの製造法を提供するものである。

本発明は、黒鉛及び銅粉を主成分としたブラシ材料に、亜鉛化合物を含有してなる直流電動モータ用ブラシに関する。
また、本発明は、亜鉛化合物が、亜鉛量として０．０５〜５．０重量％含有してなる前記の直流電動モータ用ブラシに関する。
また、本発明は、亜鉛化合物が、平均粒径が８０μｍ以下である前記の直流電動モータ用ブラシに関する。
さらに、本発明は、黒鉛、銅粉及び亜鉛化合物含む組成物と樹脂を含有した混合粉に、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直流電動モータ用ブラシの製造法に関する。

請求項１、２及び３記載の直流電動モータ用ブラシは、低湿度雰囲気中で使用しても摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシである。
請求項４記載の方法により得られる直流電動モータ用ブラシは、低湿度雰囲気中で使用しても摩耗の少ない直流電動モータ用ブラシである。

本発明になる直流電動モータ用ブラシは、亜鉛化合物が整流子面とブラシ面の間に介在し、適度な皮膜を形成させる。このため、低湿度雰囲気中でも適度な皮膜が形成され、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℃以下で絶対湿度が５ｇ／ｍ^３以下では、ブラシと整流子間に適度な皮膜が生成されず、摩擦変動が大きくなるが、亜鉛化合物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、５０〜７０重量％の範囲がさらに好ましい。
また、亜鉛化合物の含有量は、ブラシ全組成物中に亜鉛量として０．０５〜５．０重量％の範囲が好ましく、０．１〜１．０重量％の範囲がより好ましく、０．２〜０．８重量％の範囲がさらに好ましい。

なお、銅粉及び樹脂の含有量は、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。
本発明においては、上記成分の他に必要に応じて少量の二硫化モリブデンを添加してもよい。

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。

さらに、樹脂としては、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。

本発明の直流電動モータ用ブラシに含有される亜鉛化合物は、平均粒径が８０μｍ以下のものが好ましく、５０μｍ以下のものであればさらに好ましい。
本発明においては、亜鉛粉に代えて亜鉛化合物を使用することができるが、使用可能な亜鉛化合物としては、ＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＨ）_２、ＺｎＳ、ＺｎＡｌ_２Ｏ_４、ＺｎＳＯ_４、ＺｎＣＯ_３、ＺｎＳｉＯ_４等が挙げられる。

以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
亜鉛量が１．０重量％となる量のＺｎＯ（平均粒径が５０μｍ）、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８０．５重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）２．０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）１６．５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％と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量％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℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。

実施例２
亜鉛量が０．５重量％となる量のＺｎＯ（平均粒径が５０μｍ）、天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１．０重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）２．０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）１６．５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。

実施例３
天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１．５重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）２．０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）１６．５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５９重量％と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量％と亜鉛量が１．０重量％となる量のＺｎＯ（平均粒径が５０μｍ）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℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。

実施例４
天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８１．５重量％、二硫化モリブデン粉（クライマックス社製、商品名ＭｏＴＦ）２．０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）１６．５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５９重量％と電解銅粉（福田金属箔紛（株）製、商品名ＣＥ−２５）４０重量％と亜鉛量が１．０重量％となる量のＺｎＳ（平均粒径が５０μｍ）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℃の温度で焼成して直流電動モータ用ブラシを得た。

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２００μｍの造粒黒鉛を得た。

次に、実施例１〜４及び比較例１で得られた直流電動モータ用ブラシについて、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を使用し、低湿度雰囲気４±２ｇ／ｍ^３の条件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電動ファンモーターにブラシを装着し、このものを２５±５℃の温度に設定した恒温恒湿槽に入れ、低湿度雰囲気４±２ｇ／ｍ^３の条件で、ブラシの摩耗評価を行った。その結果を図３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。

上記のような状態のもとで、モータの回転数１４２０ｍｉｎ^−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℃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、８０Ｗ電動ファンモーターにブラシを装着してモータを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直流電動モータ用ブラシは、比較例１の直流電動モータ用ブラシに比較して、低湿度雰囲気４±２ｇ／ｍ^３でブラシ温度１２０℃以下の温度では摩擦変動が小さいことが明らかである。
また、図３に示されるように、本発明の実施例になる直流電動モータ用ブラシは、比較例１の直流電動モータ用ブラシに比較して、低湿度雰囲気４±２ｇ／ｍ^３、２５±５℃の温度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で得られた直流電動モータ用ブラシのブラシ温度と摩擦変動を示すグラフである。温度２５±５℃、かつ低湿度雰囲気４±２ｇ／ｍ^３の条件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

黒鉛及び銅粉を主成分としたブラシ材料に、亜鉛化合物を含有してなる直流電動モータ用ブラシ。
亜鉛化合物が、亜鉛量として０．０５〜５．０重量％含有してなる請求項１直流電動モータ用ブラシ。
亜鉛化合物が、平均粒径が８０μｍ以下である請求項１又は２直流電動モータ用ブラシ。
黒鉛、銅粉及び亜鉛化合物含む組成物と樹脂を含有した混合粉に、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直流電動モータ用ブラシの製造法。