JP3390759B2 - ブラシ製造方法 - Google Patents
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Description
レクタ)と固定部品との間の電気的接触を行うブラシの
分野に関する。
モータのコレクタに当たる導電性摩耗ブロックと、金属
製接続編組(すなわち、ケーブル)とを有する。
む。
体)、典型的には炭素質または金属あるいはその両方の
固体粒子を含む粉末の混合物を調製する。この粉末を、
常温で固体である固着剤と混合し、あるいは固着剤、通
常はタール、ピッチまたは合成樹脂で包む。
の成形及び圧縮を行うことによって荒仕上げのブラシを
成形する。
リミングする。
ル)の固定は、様々な方法で行うことができる。
成形型に導入し、圧縮作用を利用して粉末混合物中に編
組を固定する。
有する摩耗ブロックに機械加工によって穴を形成する
か、または摩耗ブロックに編組をろう付けするか、また
は最後に編組と摩耗ブロックをリベットで固定するかい
ずれかの方法でブロックを固定する。
る、すなわち、摩耗ブロックが異なる性質の材料から形
成され、互いに固定された複数の層を有するブラシが知
られており、フランス特許第2009196号は、多層
ブラシの典型的な例を開示している。
つの問題は、その製造コストが比較的高いことである。
とも2つの点で費用がかかる。すなわち、一方では、そ
れ自体が、かなりの労働力と工業手段(機械、建物等)
を必要とし、低いレベルの投資コスト及び運転コストに
対応しない段階であり、他方は、機械加工による削りく
ずが生じ、そのためにブラシの材料コストを増大すると
共に、中身の不合格品の発生源ともなり、その処理に余
分なコストがかかる。
形型に導入するよりも摩耗ブロックを機械加工またはろ
う付けする方が高価につくことが知られている。
剤、例えば、フェノール樹脂は、石炭または石油ピッチ
・タイプ、タール(ピッチと油の混合物)の固着剤より
も大きな困難が生じる。これらはすべて、石炭または石
油の分溜による生成物である。
果、本発明者等は、成形型に編組を組み入れ、廉価な固
着剤、特に(合成固着剤ではなく)蒸留固着剤を使用す
ることによって、ブラシを最終的な寸法で直接製造する
(従って、機械加工の必要がない)手段を追求した。
ロック及び接続編組を有する電気モータ用ブラシの製造
方法は、固着剤で包まれた少なくとも1種の導電性粉末
を含む少なくとも1種の粉末混合物を調製する工程a)
と、前記編組を組み込んで成形型で前記混合物を圧縮し
て荒仕上げのブラシを形成する工程b)と、前記荒仕上
げのブラシを焼成する工程c)とを有し、最終的な寸法
の廉価なブラシを成形によって直接的に得るために、工
程a)において、蒸留固着剤Lと、平均厚さが25μm
未満で平均形状係数F1(長径と短径の比)が5より大
きい固体粒子の形の少なくとも1種の黒鉛粉末PIとを
含む少なくとも1種の混合物M1とを調製する。
と、また焼成作用において、中間状態で軟化作用が生
じ、そのため最終的にかなりの程度の変形が生じ、焼成
後にブラシの機械加工が必要になることが知られてい
る。
成作用の終了時にほぼ最終的な寸法のブラシを製造する
特別の方法がすでに知られている。このような方法の例
としては、蒸留固着剤(ピッチまたはタール)に硫黄を
組み込む方法や、熱硬化性合成固着剤の使用が挙げられ
る。
これら2つの方法は無視すべきである。
銅製の編組を侵すので(成形操作中)焼成の前に銅製の
編組を導入することができない。さらに、前述したよう
に、機械加工操作において、その手順が、摩耗ブロック
に銅製の編組を固定するのは、経済的ではないので考え
られない。
コストが、蒸留固着剤のコストの約10倍もするので、
廉価なブラシの摩耗ブロックの製造に使用することはで
きない。
炭または石油の蒸留によって生成された固着剤)を使用
し、銅製の編組を圧縮成形工程に導入することによっ
て、最終的な寸法の焼成済みのブラシを、直接得る他の
方法を模索した。
に渡される明確な寸法のブラシを直接製造することを可
能にする解決法は、大きな細長比、すなわち大きな形状
係数F1及び比較的小さい平均厚さを有する黒鉛粉末が
基本的に存在することを特徴とする。本発明者等は、細
長比が非常に小さいか、または平均厚さが非常に大きい
場合、荒仕上げされたブラシを焼成操作にかけると、追
加の機械加工を行うことなく、焼成済みブラシをそのま
ま使用するには余りにも大きなレベルの変形を生じるこ
とを発見した。
ら、本発明に従って蒸留固着剤及び特定の黒鉛粉末を使
用すると、大きな変形を生じることなく焼成が可能にな
る理由を確信を持って述べることができない。
現は、焼成中に起こる最小限の変形現象がブラシの大き
さに関して公差の範囲内に留まることを意味する(標準
CEI136(C)(1986)、DIN43000
(1973)、AFNORC51902(1968)参
照)。これらの標準は、本発明者等によって編集された
技術情報STAAE16−4Fに簡単な形で記載されて
いる。一例として、名目値(すなわち、ブラシの断面が
ブラシ支持体の断面よりも小さくなければならないとき
の「t」及び「a」の理論値)が10mmの場合、3つ
の軸“t”,“a”及び“r”上での異なる標準化され
た寸法の公差は、次の通りである。
ら10−0.11mm 「a」については、10−0.03mmから10−0.
11mm 「r」については、10±0.3mm これらの寸法は、図1a及び図1bに示されている。本
明細書では、ブラシの「高さ」は、“r”の方向に対応
する。
形現象が等しく重要であり、受け入れられないというこ
とはないことを知っている。当業者は、焼成動作中のブ
ラシの割れの他にも、とりわけ、ランダムな変形現象
(従って当業者は、再現可能な製造条件を探す)、また
はブラシを使用不能にする、ブラシの湾曲に対応する変
形現象を恐れる。これとは対照的に、焼成中の相似的変
形(再現可能)は、予備的な試験の後に、当業者がブラ
シの設計及びその製造プロセスに再現可能な相似的変形
を導入することができるので、それ自体が問題を生じる
ような変形とはならない。
惑させる変形現象に関する問題に回答を与えるものであ
る。
P1の選択から生じるが、本発明者等は、前記粉末P
1、前記固着剤L及び他の黒鉛粉末P2を有する混合物
の圧縮によって摩耗ブロック2または摩耗層20を形成
することが好ましいが、この粉末は、低い細長比、3未
満の小さな形状係数F2を有する粒子から形成される粉
末であることに気付いた。
物は、実際に前述の問題に対する回答を与え、焼成後に
標準通りの最終的寸法を有するブラシを提供するとして
も、最初にブラシを「硬化」し、かつコレクタの汚れと
ブラシの摩耗を減少させるために小さな細長比の黒鉛粒
子P2を粒子P1と混合することが好ましい。
の100%に対応する従来の方法で3角形上に示した3
つの成分L,P1,P2から形成された混合物M1の可
能なすべての組成のうちで、本発明による組成は限られ
た範囲に含まれる。図5に示すように、頂点L,P1及
びP2を有する3角形中で、本発明の範囲は、平行四辺
形ABCDであり、本発明の好ましい範囲は、平行四辺
形A′B′C′D′である。
による)点A,B,C,Dの座標または組成は次の通り
である。
る制限は、本発明者等の研究から得られ、以下のすべて
の条件を満足することができる実験条件の選択を規定す
る。
標準に従って取り扱うことができる、特別の処理を必要
としない廉価な粉末である。
い。
接続層に組み入れる。
械的特性を有していなければならず、実際に有する。
的重量比が大きすぎる(30%より大きい)場合、混合
物M1が過剰に湿り、焼成中にブラシが割れる危険があ
る。他方、それが小さすぎる(25%未満)場合は、固
体粒子(黒鉛粉末P1とP2)が固着されず、最終的な
ブラシの機械的強度に有害となり(ブラシの一部が非常
にもろくなり)、早い摩耗が起こる。
対比を考慮すると、粉末P2の量に対してP1の量が少
なすぎる場合、焼成操作中に過大な変形が生じることが
分かった。これとは対照的に、粉末P2がない場合、得
られるブラシは、上記の問題に対処できるが、上述のよ
うに、本発明者等はこの場合に、ブラシの摩耗が早くな
りかつコレクタの汚れがひどくなることを観察した。
好ましい範囲は、以下の範囲(重量組成)に対応する平
行四辺形A′B′C′D′によって表される。
ら20の平均形状係数F1、及び1から15μmの平均
厚さを有するフレーク(顕著な2方向性を有する粒子)
から形成することが好ましい。同様に細長比の小さな黒
鉛粉末P2は、1に近い平均形状係数F2、及び10か
ら200μmの平均直径、好ましくは、30から100
μmの平均直径を有する粒子(顕著な3方向性を有する
粒子)から形成することが好ましい。
の部分との間の(電気的接触抵抗による)接触低下を低
減するために前記編組4を固定した、摩耗層20と接続
層3から形成される2層ブラシに関して図1bに示した
ような多層ブラシの形成が好都合である。
程a)は、2種の別々の粉末混合物M1及びM2を調製
するものであり、M1は上述の混合物に対応し、M2
は、黒鉛粉末、銅粉末及び合成固着剤を含み、工程b)
は、前記上層中に前記編組の端部を組み入れた後に、
「摩耗」層C1と前記編組が固定された「接続」層C2
とから構成される荒仕上げした2重層ブラシが製造され
るように、粉末の混合物M1から形成される下層と、混
合物M2から形成される上層との2つの層を重ねたもの
を圧縮するものである。工程c)における荒仕上げブラ
シの焼成後に、追加の機械加工なしで使用できるブラシ
が得られる。
した黒鉛粉末と、15から35重量%の比率の銅粉末と
を含むことが好ましく、合成固着剤は、熱硬化性樹脂か
ら、さらに具体的にはフェノール樹脂から選択する。
考慮すると、(混合物M1の量に対して)混合物M2の
量を、編組の固定に必要な量に厳密に制限するのが好都
合である。
後に、前記編組がその中に固定された前記層C2が2か
ら10mmの高さとなる荒仕上げの多層ブラシを製造す
るように選択され、前記層の高さは、成形型内で混合物
が圧縮される方向に対応する。通常、「層C1の高さと
層C2の高さ」の比は、2から30であり、多くの場合
は、5から10程度である。従って理解できるように、
ブラシを形成する大部分の材料は、廉価な固着剤を含
む。
着剤については、それは、石炭または石油の蒸留製品か
ら、あるいはこのような蒸留製品から誘導された製品か
ら形成される。事実、石油または石炭の蒸留によって直
接に、または変換の後に得られる固着剤は、合成固着剤
(通常は、フェノール、エポキシ樹脂等のタイプの硬化
性樹脂)に比べて廉価である。
含まない単一の材料から形成され、やはり本発明の目的
を達成できる、単層ブラシを製造するのも好都合であ
る。この場合、本発明の方法の工程a)において、混合
物M1を、非希釈材料を少なくとも25%重量含む合成
固着剤を溶剤に溶かした溶液で処理し、混合操作を続け
て、混合物M1と溶剤の前記溶液の均質化を行い、前記
溶液から溶剤を除去する。
から20重量部の合成固着剤が90重量部の混合物M1
に組み込まれている。合成固着剤の量は、7から12重
量部であり、蒸留固着剤Lの量より少なくとも50%少
ないことが好ましい。合成固着剤はフェノール樹脂とな
ることが好ましく、溶剤はアルコールとすることが好ま
しい。(非希釈材料として表した)合成固着剤の量は、
編組4が十分に固定された、焼成操作終了後の最終的な
大きさの廉価な単層ブラシの製造が可能になるように選
択する。溶剤の量は、混合物M1と合成固着剤の均質化
を行うのに十分な液体混合ができるように選択する。こ
のタイプの「単層」ブラシは、製造がより簡単であり、
粉末の混合物を1種だけ調製して操作すればよく、合成
固着剤の量は、全体として「2層ブラシ」におけるより
も「単層ブラシ」における方が多いが、使用される蒸留
固着剤の量よりもずっと少なく、少なくとも50%重量
は少ないので、「2層」ブラシより経済的である。
のブラシでも、本発明による方法は、(断面に比べて高
さが大きい)比較的細長いブラシの製造に適用され、
「高さと断面積の平方根」の比で定義される細長比Pが
2から6であるブラシの製造に特に適用される。この細
長比Pに関する制限は、以下の知見に基づいている。一
方では、p<2の場合、ブラシの細長比が余りに小さい
ので本発明の問題は生じず、他方では、p>6の場合、
ブラシの細長比が大きくなりすぎ、ブラシが本発明によ
る手段によって、直接かつ高い信頼度で製造できない危
険がある。
使用して製造した。
製した。
形成される。
レークの平均厚さが10μmのタイプP1(フレーク)
のものである。「黒鉛粉末とフェノール樹脂」の重量比
は、75/25である。
る。
μmの大きなフレークから形成された黒鉛粉末(実質的
に市販の合成黒鉛と天然黒鉛の等量混合物)(図3a参
照)。
10μmで、平均形状係数F1が8であることを特徴と
し、使用した人工黒鉛は、平均厚さが5μmで、形状係
数F1が12であることを特徴とする。
直径が50μmの市販の人工黒鉛粉末。
ッチ 混合物M1の重量組成は、次の通りである。
け密度は、0.75である。
mm2 の成形型6を充填するもので、その内側の形状
は、図1bから方向“r”を延ばすことによって引き出
される。まず混合物M1を粉末高さ50mmまで導入
し、次に混合物M2を高さ10mmまで導入する。
縮して、合計高さが23mmに近い図1bに示すブラシ
を製造した。層C1(圧縮した混合物M1)の高さは、
18.2mmであり、層C2(圧縮した混合物M2)の
高さは、4.8mmである。層C1の密度は、1.78
から1.80であり、層C2の密度は、1.9から2.
1である。
化を防ぐために非酸化雰囲気中で600℃で焼成した。
すべての試験において、ガス状雰囲気の体積組成は:1
0%H2 −90%N2 であった。
3)1/2 、すなわち2.77である。
mm×6.3mm(“a”דt”)、ブラシの高さ
(名目値)が23mmの場合、“r”,“a”及び
“t”に関する標準公差は、次の通りである。
察されなかった(軸“r”に沿ったブラシの重大な受け
入れられない湾曲はなかった)。観察された変形は、焼
成操作終了時のブラシの寸法が公差の範囲内(100分
の数mm)に収まるのに十分なわずかなものであった。
を、10,000個のブラシ製品中から選択した100
個のブラシについて行った。
したブラシが寸法に関する標準を満たしたが、寸法の範
囲の狭いことも認められた。
なるバッチについて観察された範囲(統計的な意味での
範囲=最大値−最小値)は、次の通りである。
(範囲)と比較するならば、 ・高さについて(軸“r”):1mm ・長さについて(軸“a”):0.09mm ・幅について(軸“t”):0.08mm 本発明による方法が狭い範囲内でどれだけ再現性がある
かが分かり、これは大きな利点である。
組の機械的強度が非常に良好であり、他方では、本発明
に従って製造したブラシの摩耗特性が、特にブラシの摩
耗が比較的少ない高出力(出力500から1000W以
上)の家庭用モータの場合に、優れていることが判明し
た。
合物M1の組成が次の通りである点を除き、例1とあら
ゆる点で同一のブラシを製造するものである。
に、標準内の寸法である。
ブラシは、例1のブラシよりわずかに大きい摩耗速度を
示した。
の通り(図5の点3)である点を除き、例1とすべての
点で同じブラシを製造した。
1のブラシとほぼ同様のブラシが得られる。
物M2を混合物M1で置き換えた点を除き、例1とすべ
ての点で同じ図1aに示すようなブラシを製造するもの
であった。
のブラシと同様であるが、その摩耗特性に関しては例1
のブラシよりわずかに劣った(接触抵抗がより大きいた
めに電気損失が大きく、従って耐久性が低い)。
るものであった。
フェノール樹脂40%溶液を混合した。混合物M1 9
0重量部の場合、この例では(非希釈フェノール樹脂と
して表して)フェノール樹脂8重量部とエタノール12
重量部を使用した。
合操作自体から発生する熱によってアルコールを飛ばし
て、冷却後に、圧縮の準備ができた粉末を製造した。
の成形型内に高さ60mmまで装入し高さが23mmに
近くなるまで圧縮した。
る混合物M1の組成に基づいて実施したすべてのテスト
は、材料の点から(例えば固着剤Lが25%未満のた
め)成功せず、あるいは割れが生じ(L>30%),ま
たは焼成後に過剰に変形する(Lが25から30%の場
合、P2>55%)。
等)、特に高出力機器(通常、500から1000W以
上)用のブラシに関する。また、石油ポンプのモータに
使用される通常15mm程度の比較的短いブラシに関す
る。
であり、ブラシを仕上げまたは機械加工にかける必要が
ない、銅または銅合金の接続ケーブルまたは編組を有す
る単層または2層のブラシを製造することを可能にす
る。
を成形する標準の工具を用いて、また非常に大きな部分
において廉価な固着剤を使用して達成される。従って、
全体的な経済的利益は、非常に顕著であり、状況に応じ
て、同等の従来技術のブラシに比べて5から15%であ
り、これは大量消費製品において顕著であり、経済的利
益は、単層タイプのブラシの場合にさらに顕著である。
る2層ブラシは、特に高水準の性能を有し、その使用に
関連する要求の水準に応じて、単層ブラシより好ましい
ことがある。事実、「2層」ブラシの場合、編組4の固
定を行うための層3の組成により、特に合成樹脂と銅粉
末を組み合わせて使用することにより、非常に良好な編
組の物理的固定を達成することが可能になると同時に、
特に編組4と接続層3の接合部における低い接触降下が
達成され、編組4と摩耗ブロック2の接合部の場合に観
察される値(50mV程度)と比較して1.5mV程度
である。観察されるように、本発明による2層ブラシを
焼成すると、層C1はわずかに膨張するが、層C2はわ
ずかに収縮し、その結果、編組4を包囲する材料の圧縮
によって層C2中での編組の固定が補強される。
断面図である。
である。
である。
(顕微鏡写真を図面にしたもの)である。
(顕微鏡写真を図面にしたもの)である。
囲(平行四辺形ABCD)を示すグラフである。
Claims (17)
- 【請求項1】 摩耗ブロック及び接続編組を有する、所
定の最終寸法の電気モータ用ブラシを製造する方法であ
って、 a)蒸留固着剤で包まれており、平均厚さが25μm未
満で、平均形状係数が5より大きい固体粒子の形の少な
くとも1種の導電性黒鉛粉末を含有する少なくとも1種
の混合物を調整する工程と、 b)成形型中で、前記少なくとも1種の混合物を接続編
組とともに成形して前記最終寸法の荒仕上げのブラシを
形成する工程と、 c)前記荒仕上げのブラシを焼成する工程と、 を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記混合物が、前記黒鉛粉末と、前記固
着剤と、平均形状係数が3より小さい第2の黒鉛粉末と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記混合物が、15から75重量%の前
記黒鉛粉末と、30から25重量%の前記固着剤と、0
から55重量%の前記第2の黒鉛粉末を含有することを
特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記混合物が、30から60重量%の前
記黒鉛粉末と、30から25重量%の前記固着剤と、1
5から40重量%の前記第2の黒鉛粉末の混合物によっ
て形成されることを特徴とする、請求項3に記載の方
法。 - 【請求項5】 前記第2の黒鉛粉末が、平均形状係数が
1に近い粒状の形態であることを特徴とする請求項2に
記載の方法。 - 【請求項6】 前記第2の黒鉛粉末が、10から200
μmの平均直径を有することを特徴とする、請求項5に
記載の方法。 - 【請求項7】 前記第2の黒鉛粉末が、30から100
μmの平均直径を有することを特徴とする、請求項6に
記載の方法。 - 【請求項8】 前記黒鉛粉末が、平均形状係数が5から
20で、平均厚さが1から15μmのフレーク状である
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 工程a)において、黒鉛粉末と銅粉末と
合成固着剤とを含有する第2の混合物を調整する工程を
更に備え、工程b)において、2つの混合物層の積層体
であって、下層が前記少なくとも1種の混合物より形成
され、上層が前記第2の混合物より形成され、前記編組
は当該上層に組み込まれる、該積層体を圧縮する工程を
更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 前記第2の混合物が、合成固着剤によ
って固められた黒鉛粉末と、15から35重量%の銅粉
末とを含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前記合成固着剤が、フェノール樹脂で
あることを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記混合物および前記第2の混合物の
量は、前記上層が2から10mmの高さである複層ブラ
シが圧縮後に形成され、前記下層の高さを前記上層の高
さで除した値が2から30となるよう選択されることを
特徴とする請求項9に記載の方法。 - 【請求項13】 前記ブラシが、2から6の細長比を有
することを特徴とする請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 前記蒸留固着剤Lが、石炭もしくは石
油の蒸留物、あるいはこのような蒸留物から誘導された
ものであることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項15】 工程a)において、前記少なくとも1
種の混合物と、溶剤中に少なくとも25重量%の合成固
着剤を含む合成固着剤溶液とを混合する工程と、混合操
作を続けて、前記少なくとも1種の混合物と前記溶液の
均質化を行い、その後、溶剤を除去する工程とを更に備
えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項16】 5から20重量部の合成固着剤が、9
0重量部の前記少なくとも1種の混合物に組み入れられ
ることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】 前記合成固着剤がフェノール樹脂であ
り、前記溶剤がアルコールであることを特徴とする請求
項16に記載の方法。
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