JP2007049827A

JP2007049827A - 電刷子

Info

Publication number: JP2007049827A
Application number: JP2005232002A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yasu; 和博安
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】低抵抗層成形用粉体と高抵抗層成形用粉体との粉体同士の充填密度のバラツキが生ぜず、特性と各層の厚さをコントロールすることが容易で、かつ長寿命で電気的損失が小さい電刷子を提供する。
【解決手段】電刷子本体にリード線の一端が固定され、かつ整流子と接触する摺動面が低抵抗層及び高抵抗層で形成された電刷子において、低抵抗層及び高抵抗層の両者が接着され、かつこれらの表面が金属層で形成された電刷子であり、低抵抗層と高抵抗層を接着する場合、低抵抗層及び高抵抗層の接合面のいずれか一方に突起、他方に凹部を形成し、該突起と凹部を嵌め合わせて接着すれば接着強度にすぐれるので好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電動機などに用いられる電刷子に関する。

最近の直流電動機は、高速、高電流密度化を行って小型軽量化を図っている。
しかし、この種の電動機は、整流性能、出力特性等の低下が大きく、また電刷子摩耗も多くなり、耐久性が短くなっているのが現状である。これらを解決するためには、電刷子素材の性能向上だけでは限界があるため、電刷子の構造を工夫して対応している。

その一例として、特許文献１、２等に示されるように、電刷子中に含有される黒鉛と金属との配合割合を調整した低抵抗層及び高抵抗層を有する多層構造の電刷子が用いられるようになってきた。
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多層構造の電刷子は、粉体成形金型に低抵抗層成形用粉体及び高抵抗層成形用粉体をそれぞれ層状に充填した後、一体成形を行うため、成形時に低抵抗層成形用粉体と高抵抗層成形用粉体との境界部分の粉体同士が混じりあい、粉体同士の充填密度のバラツキが生じ、特性と各層の厚さをコントロールすることが困難であった。
また、上記に示す多層構造の電刷子では摩耗が速く、電気的損失が大きい、特にリード線埋め込み部の電圧降下の増加が大きいという問題点があった。

本発明は、低抵抗層成形用粉体と高抵抗層成形用粉体との粉体同士の充填密度のバラツキが生ぜず、特性と各層の厚さをコントロールすることが容易で、かつ長寿命で電気的損失が小さい電刷子を提供するものである。

本発明は、電刷子本体にリード線の一端が固定され、かつ整流子と接触する摺動面が低抵抗層及び高抵抗層で形成された電刷子において、低抵抗層及び高抵抗層の両者が接着され、かつこれらの表面が金属層で形成された電刷子に関する。
また、本発明は、低抵抗層及び高抵抗層の接合面のいずれか一方に突起、他方に凹部を形成し、該突起と凹部を嵌め合わせて接着したものである前記の電刷子に関する。
さらに、本発明は、金属層が、銅、銀、ニッケル、錫である前記の電刷子に関する。

本発明になる電刷子は、低抵抗層成形用粉体と高抵抗層成形用粉体との粉体同士の充填密度のバラツキが生ぜず、特性と各層の厚さをコントロールすることが容易で、かつ長寿命で電気的損失が小さく、工業的に極めて好適である。

本発明になる電刷子は、リード線、低抵抗層、高抵抗層及び金属層から構成されており、低抵抗層と高抵抗層とは接着剤により接着されている。高抵抗層及び低抵抗層における抵抗率は、高抵抗層＞低抵抗層の関係を満足していれば抵抗率に制約はないが、これらの抵抗率の関係を満足するには、例えば高抵抗層の抵抗率は低抵抗層の抵抗率の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。

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。上記の抵抗率にするには、主に黒鉛を主成分とした電刷子に含有され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

本発明において、低抵抗層と高抵抗層を接着するのに用いられる接着剤としては、導電性を有する接着剤、例えば、銀、銅、パラジウム等の金属粉を含むエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
また、電刷子の表面に金属層を形成するが、この金属層に用いられる金属としては、銀、銅、ニッケル、錫等が挙げられ、これらのうち銀、銅を用いることが好ましい。

上記の金属層を形成する方法としては、メッキ法又は上記に示す金属とエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を混合してペースト状にしたものを塗布、溶射する方法などが挙げられるが、金属層を形成することが可能であればこれらの方法に制限するものではない。

なお、本発明においては、低抵抗層と高抵抗層を接着する場合、低抵抗層及び高抵抗層の接合面のいずれか一方に突起、他方に凹部を形成し、該突起と凹部を嵌め合わせて接着すれば接着強度にすぐれるので好ましい。

以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
平均粒径が５０μｍの天然黒鉛粉（日本黒鉛工業（株）製、商品名ＣＢ−１５０）８０重量％及びレゾール型フェノール樹脂（日立化成工業（株）製、商品名ＶＰ１１Ｎ）２０重量％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％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％を混合して低抵抗層成形用粉体を得た。一方、上記で得た樹脂処理黒鉛粉６５重量％及び上記で用いた電解銅粉３５重量％を混合して高抵抗層成形用粉体を得た。

上記で得た高抵抗層成形用粉体を金型に充填し、成形プレスで３９２ＭＰａの圧力で成形し、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リード線挿入孔を設けた寸法が１６×１５×２ｍｍの高抵抗層用電刷子片を得た。

一方、上記で得た低抵抗層成形用粉体を金型に充填し、成形プレスで３９２ＭＰａの圧力で成形し、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リード線の下端部を埋設するための凹みを設けた寸法が１６×１５×５ｍｍの低抵抗層用電刷子片を得た。

この後、上記で得た高抵抗層用電刷子片と低抵抗層用電刷子片をエポキシ樹脂系接着剤（日立化成工業（株）製、商品名ＭＰ２００Ｖ１）に銀粉を混合してペースト状にした導電性の接着剤を用いて両者を接着して樹脂を硬化させ、低抵抗層及び高抵抗層を有する電刷子前駆体を得た。

次に、図１に示すように、高抵抗層に設けたリード線挿入孔にリード線１を挿入し、さらにリード線１の先端部を低抵抗層に設けた凹みに挿入した後、リード線１の周囲に銀めっき銅粉（図示せず）を充填し、充填後スタンピング作業により銀めっき銅粉を加圧して高抵抗層２及び低抵抗層３にリード線１を固定した。

次いで、リード線１を固定した電刷子前駆体を銅メッキ浴槽内に浸漬して電刷子前駆体の表面に厚さ１００μｍの銅メッキを施し、金属層４を形成した電刷子を得た。なお、図１において５は接着剤である。
得られた電刷子の抵抗率を測定したところ、高抵抗層２は３．５μΩ・ｍ及び低抵抗層３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。

実施例２
高抵抗層に突起を形成し、一方、低抵抗層に前記突起に嵌合するための凹部を形成し、前記突起と凹部を嵌め合わせて接着した以外は、実施例１と同様の工程を経て電刷子を得た。

比較例１
実施例１で得た高抵抗層成形用粉体及び低抵抗層成形用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２に示すように寸法が１６×１５×７ｍｍの高抵抗層２及び低抵抗層３を有する電刷子を得た。

得られた電刷子の高抵抗層２及び低抵抗層３を横切るように切断してその表面を観察したところ、高抵抗層２と低抵抗層３の境界部分がはっきりと確認することができず、粉体同士の充填密度にバラツキが生じていた。

次に、実施例１、２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における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、２で得た電刷子は、比較例１で得た電刷子に比較してリード線埋め込み部の電圧降下値が低減していることが明らかである。
また、上記とは別に実施例１、２で得た電刷子と比較例１で得た電刷子の摩耗量を測定した。その結果、実施例１で得た電刷子の摩耗量は１．５ｍｍ、実施例２で得た電刷子の摩耗量は１．３ｍｍであった。これに対し、比較例１で得た電刷子の摩耗量は１．９ｍｍと実施例１、２で得た電刷子に比較して摩耗量が多かった。

なお、電刷子の摩耗量は、１．８リットルディーゼルエンジンに電刷子を装着した１．４ｋＷスタータモータを取付け、２秒間ＯＮ、２８秒間ＯＦＦの操作を１サイクルとし、この操作を１万サイクル行い、サイクル（試験）前の電刷子の寸法と１万サイクル後の電刷子の寸法の差から求めた。

実施例１で得た電刷子の断面図である。比較例１で得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リード線
２高抵抗層
３低抵抗層
４金属層
５接着剤

Claims

電刷子本体にリード線の一端が固定され、かつ整流子と接触する摺動面が低抵抗層及び高抵抗層で形成された電刷子において、低抵抗層及び高抵抗層の両者が接着され、かつこれらの表面が金属層で形成された電刷子。
低抵抗層及び高抵抗層の接合面のいずれか一方に突起、他方に凹部を形成し、該突起と凹部を嵌め合わせて接着したものである請求項１記載の電刷子。
金属層が、銅、銀、ニッケル、錫である請求項１又は２記載の電刷子。