JP2009106087A - 炭素黒鉛質カーボンブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ブレーキ機能を備えた電動工具用モータにおける良好なブレーキ性能と、ブラシ及び整流子の長寿命に寄与する炭素黒鉛質カーボンブラシを提供すること。
【解決手段】ブレーキ機能を備えた電動工具用モータに用いるカーボンブラシにおいて、黒鉛粉及びバインダーを主成分とし、直径１０μｍ〜２０μｍ、長さ０．０５〜０．２ｍｍ以下の炭素繊維又は黒鉛繊維をカーボンブラシ基材に対して重量比で０．５％〜１０％含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ブレーキ機能を備えた電動工具用モータに用いられるカーボンを主原料とする炭素黒鉛質カーボンブラシに関する。

丸ノコ等の電動工具では、安全の面からスイッチを切った時に短時間で刃物を停止させるブレーキ機能を備えたものが一般的である。これら交流電源を用いる電動工具用モータのブレーキ回路の仕組みについて説明すれば、スイッチが押されて入っているときにはアーマチュアとフィールドに電流が流れるので、フレミングの左手の法則によりモータは回転する。他方、スイッチを放したときにアーマチュアは慣性により直ぐに止まらずに回転を続け、フィールドに残留磁束があるために発電状態になるところ回路ができていないので電流は流れない。そこで、スイッチを切ったときに発電回路を作って抵抗巻線に電流を流すことにより、残留磁束と同方向に増磁し、発電電流が大きくなってブレーキがかかるという構成とされている。

上記ブレーキ機能を備えた電動工具用モータでは、良好なブレーキ性能を得るために整流子表面の皮膜を薄くして接触抵抗を低下させることが重要であると言われている。
これらの問題を解決するために、例えば、特許文献１には、整流子の表面に過剰な皮膜が形成されないようにするカーボンブラシとして、錫粉とＳｉＣを含有するカーボンブラシが提案されている。また、特許文献２には、整流子の表面における皮膜除去作用を継続させるためにＳｉ粉及びＳｉＣ粉を含有するカーボンブラシが提案されている。
特開平３−９８４３９号公報 特開平１１−４５６３号公報

特許文献１による技術では、電動工具に用いられる高回転数で振動が大きいモータでは、整流火花の発生が大きく、作動時間経過と共に火花の影響で過剰な皮膜が形成されるためにブレーキ性能が悪化してしまう。また、特許文献２による技術では、整流子の表面に形成される皮膜を除去するために添加されている材料が、整流子の素材である銅又は微量の銀を含む銅より硬いために皮膜のみを削らずに整流子も削ってしまうことから、整流子及びカーボンブラシの寿命が短くなってしまうという不都合を生ずる。

本発明は、上記した従来技術の様々な問題点を解決するものであって、ブレーキ機能を備えた電動工具用モータにおける良好なブレーキ性能、ブラシ及び整流子の長寿命に寄与する炭素黒鉛質カーボンブラシを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、ブレーキ機能を備えた電動工具用モータに用いられるカーボンブラシにおいて、
黒鉛粉及びバインダーを主成分とし、直径１０μｍ〜２０μｍ、長さ０．０５〜０．２ｍｍ以下の炭素繊維又は黒鉛繊維をカーボンブラシ基材に対して重量比で０．５％〜１０％含有することを特徴とする。

同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の炭素黒鉛質カーボンブラシにおいて、前記カーボンブラシ基材に対して重量比で１〜５％の固体潤滑剤を添加したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明の炭素黒鉛質カーボンブラシによれば、炭素繊維又は黒鉛繊維が整流子の表面に形成される皮膜より硬くて整流子材料より軟らかいために、過剰に形成された皮膜のみを除去して整流子が機械的に削られるのを抑制することができる。また、従来のカーボンブラシに使用されているＳｉＣ等の粉研磨剤は導電性がないのに対し、本発明のカーボンブラシに使用される炭素繊維等の添加剤は導電性を有する。よって、本発明のカーボンブラシは、上記皮膜除去と通電性確保との相乗効果から接触抵抗を低下させてブレーキ性能を向上させることが可能である。

さらに、請求項２に記載した発明の炭素黒鉛質カーボンブラシは、固体潤滑剤を添加しているので、整流子の表面が荒れることを防止すると共にブラシ及び整流子の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る炭素黒鉛質カーボンブラシは、黒鉛粉及びバインダーを主成分とし、直径１０μｍ〜２０μｍ、長さ０．０５〜０．２ｍｍ以下の炭素繊維又は黒鉛繊維をカーボンブラシ基材に対して重量比で０．５％〜１０％含有している。その黒鉛粉については、特に制限しないが、平均粒径が10〜70μｍ程度の人造黒鉛が好ましい。また、バインダーについては、特に制限しないが、フェノール樹脂が好ましい。バインダーの添加量は、特に制限しないが、カーボンブラシ基材に対して重量比で１０〜３０％とするのが好ましい。

また、請求項２に記載した発明の炭素黒鉛質カーボンブラシは、潤滑性を持たせるために二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤を添加している。その固体潤滑剤の添加量については、特に制限しないが、カーボンブラシ基材に対して重量比で１〜５％が好ましい。

以下に、本発明に係る炭素黒鉛質カーボンブラシの実施例を比較例と共に具体的に説明する。
（実施例１）
平均粒径２０μｍの人造黒鉛粉７０重量％にバインダーを２５重量％、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを２重量％、直径１４．５μｍ、長さ０．１５ｍｍの黒鉛繊維を３重量％加えて混練し、これを乾燥後粉砕して、３ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形し、熱処理を施して実施例１の供試ブラシを作製した。

（実施例２）
平均粒径２０μｍの人造黒鉛粉７０重量％にバインダーを２５重量％、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを２重量％、直径１４．５μｍ、長さ０．１５ｍｍの炭素繊維を３重量％加えて混練し、これを乾燥後粉砕して、３ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形し、熱処理を施して実施例２の供試ブラシを作製した。

（実施例３）
平均粒径２０μｍの人造黒鉛粉７０重量％にバインダーを２５重量％、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを２重量％、直径１２．５μｍ、長さ０．１５ｍｍの黒鉛繊維を３重量％加えて混練し、これを乾燥後粉砕して、３ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形し、熱処理を施して実施例３の供試ブラシを作製した。

（実施例４）
平均粒径２０μｍの人造黒鉛粉７０重量％にバインダーを２５重量％、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを２重量％、直径１４．５μｍ、長さ０．０９ｍｍの黒鉛繊維を３重量％加えて混練し、これを乾燥後粉砕して、３ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形し、熱処理を施して実施例４の供試ブラシを作製した。

（比較例１）
平均粒径２０μｍの人造黒鉛粉７３重量％にバインダーを２５重量％、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを２重量％加えて混練し、これを乾燥後粉砕して、３ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形し、熱処理を施して比較例１の供試ブラシを作製した。

（比較例２）
平均粒径２０μｍの人造黒鉛粉７２重量％にバインダーを２５重量％、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを２重量％、研磨剤としてアルミナを１重量％加えて混練し、これを乾燥後粉砕して、３ｔ／ｃｍ^２の圧力で成形し、熱処理を施して比較例２の供試ブラシを作製した。

（カーボンブラシの一般的物理特性）
上記実施例１〜４のカーボンブラシと、比較例１及び２のカーボンブラシについて、一般的物理特性を炭素協会規格（JCAS−１０−１９８７）に記載された方法に準じて測定した。その結果を表１に示す。

（ブレーキ特性の測定）
つぎに、上記実施例１〜４のカーボンブラシと、比較例１及び２のカーボンブラシについて、ブレーキ特性の試験を行なった。
その試験方法は、電動工具（丸ノコ、入力２０００Ｗ、２３０V）を使用し、電源を切ってから丸ノコの刃（試験では擬似円盤を使用）が停止するまでの時間を測定した。また、電源を切ってからブレーキがかかるまでの電流波形をデジタルオシロスコープにより測定し、その電流波形より電源を切ってからブレーキ電流が入るまでの時間を算出し、それの時間を「ブレーキ遅れ」とした。その結果を表２に示す。そのブレーキ遅れ時間が５００m秒以上であると、ブレーキがかかっていないと判断される。また、前記測定終了時における整流子の摩耗量を測定し、その結果を表３に示した。

表２に示す結果から明らかなように、実施例１〜４の全てのカーボンブラシにおいて、比較例1のカーボンブラシより大幅にブレーキ電流の入る時間が短縮され、ブレーキ特性が著しく向上することが確認された。

表３に示す結果から明らかなように、実施例１〜４の全てのカーボンブラシにおいて、比較例２のカーボンブラシより整流子摩耗量が減少することが確認された。

Claims (2)

1. ブレーキ機能を備えた電動工具用モータに用いられるカーボンブラシにおいて、
   黒鉛粉及びバインダーを主成分とし、直径１０μｍ〜２０μｍ、長さ０．０５〜０．２ｍｍ以下の炭素繊維又は黒鉛繊維をカーボンブラシ基材に対して重量比で０．５％〜１０％含有することを特徴とする炭素黒鉛質カーボンブラシ。
2. 前記カーボンブラシ基材に対して重量比で１〜５％の固体潤滑剤を添加したことを特徴とする請求項１に記載の炭素黒鉛質カーボンブラシ。