JP3797662B2 - 銅黒鉛質ブラシ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の利用分野】
この発明は、自動車電装モータ等に用いる金属硫化物固体潤滑剤含有の銅黒鉛質ブラシに関し、特に銅黒鉛質ブラシを無鉛化することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車電装モータ用ブラシなどの低電圧動作のブラシとして、銅黒鉛質ブラシが用いられてきた。銅黒鉛質ブラシは黒鉛と銅粉を混合し、成形・焼結して製造され、低電圧動作のため、黒鉛よりも低抵抗の銅粉を配合して抵抗率を低下させている。負荷の大きい銅黒鉛質ブラシにはほとんどの場合、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの金属硫化物固体潤滑剤と鉛とが配合されている。
【０００３】
近年、環境負荷物質として鉛が注目されるようになり、鉛レスのブラシが求められるようになった。もちろん、従来からも鉛を含有しないブラシがあり、スタータモータ以外のモータなどに用いられてきた。また、スタータモータ用ブラシでも、通常の使用環境であれば、単に鉛を除くだけでも使用に耐えるものもある。さらに鉛を除いた場合の潤滑性の改善のため、特開平５−２２６０４８号は、銅よりも低融点の錫や亜鉛などを、銅と合金を作らないように、錫や亜鉛などを黒鉛中に閉じこめて配合することを提案している。
【０００４】
発明者らは、銅と黒鉛に金属硫化物固体潤滑剤を添加した銅黒鉛質ブラシでは、鉛を除くと高温中や、高湿中でブラシの抵抗率やリード線取付抵抗が増大することを見出した。なお前記の特開平５−２２６０４８号は、高温中や高湿中でのブラシの抵抗率やリード線取付抵抗の増加については、開示していない。
【０００５】
【発明の課題】
この発明の基本的課題は、鉛レスで金属硫化物固体潤滑剤含有の銅黒鉛質ブラシに対して、高温中や高湿中での、リード線取付抵抗やブラシ本体抵抗などのブラシ抵抗の増大を抑制することにある(請求項１〜４)。
請求項２の発明での追加の課題は、そのための具体的な構成を提供することにある。
請求項３の発明での追加の課題は、リード線取付抵抗の増大を抑制することにある。
請求項４の発明での追加の課題は、ブラシ本体の抵抗率の増大を抑制することにある。
【０００６】
【発明の構成】
この発明は、二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンからなる金属硫化物固体潤滑剤を添加したブラシ本体に、リード線の先端を、該ブラシ本体の成形時に、埋設した銅黒鉛質ブラシにおいて、前記ブラシ本体もしくはブラシ本体への前記リード線の埋設部に、平均粒径が１５μｍ以下の粒子状の銅−亜鉛の合金をブラシの抵抗増大の抑制用に添加したことを特徴とする(請求項１)。
【０００７】
好ましくは、前記銅−亜鉛合金中の亜鉛含有量を１０〜５０質量％とし(請求項２)、
また好ましくは、前記銅−亜鉛合金は平均粒径が０ . １〜１５μｍ、特に好ましくは１〜１５μｍの粒子状で添加する。平均粒径の測定は例えばレーザ粒度分布測定装置により行う。
好ましくは、前記銅−亜鉛合金をブラシ本体への前記リード線の埋設部に添加する（請求項３）。
好ましくは、前記銅−亜鉛合金をブラシ本体に対して１〜１０質量％の割合で添加する( 請求項４ )。
【０００８】
なお金属硫化物固体潤滑剤は二硫化モリブデンや二硫化タングステンとし、その添加量は例えばブラシ本体に対して１〜５質量％とし、二硫化モリブデンと二硫化タングステンは同等であるので、実施例では二硫化モリブデンを用いるが、二硫化タングステンに変えても同様である。リード線はブラシ本体中にモールド成形し、リード線には例えば無メッキの銅素線の撚り線や編み線などを用いる。なおこの発明で、銅−亜鉛合金を添加、金属硫化物固体潤滑剤を添加、あるいは鉛レスなどという場合、不純物として含有される銅−亜鉛の合金や亜鉛、金属硫化物固体潤滑剤、鉛などを意味しない。
【０００９】
【発明の作用と効果】
発明者らの実験によると、実質的に鉛を含有せず、かつ金属硫化物固体潤滑剤を添加した銅黒鉛質ブラシを、高温や高湿に曝すと、鉛を含有するブラシに比べ、リード線の取付抵抗及びブラシ本体の抵抗上昇が大きいことが確認された。高温中や高湿中でリード線の取付抵抗及びブラシ本体抵抗が増大するのは、金属硫化物固体潤滑剤の影響によるものであり、金属硫化物固体潤滑剤を加えなければ、高温中や高湿中でもリード線の取付抵抗やブラシ本体抵抗は実質的に増大しなかった。このことは鉛の有無と関係し、鉛添加の場合には、高温中や高湿中でもリード線の取付抵抗やブラシ本体抵抗はほとんど増大しなかった。また鉛レスのブラシでは、リード線の取付抵抗やブラシ本体抵抗の増大に対応して、高温中や高湿中でブラシ本体中の銅粉や、ブラシ本体に埋め込んだリード線が酸化されやすくなっていた。
【００１０】
二硫化モリブデンや二硫化タングステンなどの金属硫化物固体潤滑剤はブラシ設計者の意図により添加の要否が決定されるが、長寿命を要求されるブラシには欠かせないものであり、仮に金属硫化物固体潤滑剤を添加しないと、著しい摩耗が発生することがある。特に従来から鉛が添加されていたスタータモータ用のブラシなどではこの現象が顕著であり、鉛と金属硫化物固体潤滑剤とを同時に除くと寿命が著しく低下する。従って、鉛レスのブラシから金属硫化物固体潤滑剤を除くことは困難である。
【００１１】
高温中や高湿中で、銅黒鉛質固体潤滑剤が銅粉やリード線を酸化するメカニズムを、発明者らは以下のように推測した。ブラシに添加された金属硫化物固体潤滑剤からは焼成(ブラシ本体の焼結)の際にイオウが遊離し、銅表面と化合して硫化銅を生成する。高湿中で硫化銅に水分が作用すると、強酸性の硫酸銅が生成して、銅粉やリード線を著しく腐食する。高温中での挙動は不明な点が多いが、硫化銅が酸化されて、抵抗が上昇するのではないかと考えられる。
【００１２】
これに対して発明者は、銅と亜鉛の合金（黄銅）を添加すると高温中や高湿中での抵抗増加を抑制できることを見出した。黄銅をブラシ本体に添加すると、高温中や高湿中で、ブラシ本体の高抵抗率の増加やリード線の取付抵抗の増加を共に防止でき、リード線との接続部に添加すると、高温中や高湿中でリード線の取付抵抗の増加を防止できる。この発明では平均粒径１５μｍ以下の黄銅の添加により、リード線取付抵抗やブラシ本体抵抗などのブラシの抵抗が増大することを防止する。なお単味の亜鉛を添加すると、高湿中の高抵抗化を防止できるが、高温中の高抵抗化を充分には防止できない。
【００１３】
黄銅中の亜鉛の含有率は、質量％単位で１０〜５０％が好ましく、１０％未満では効果が少なく、５０％を越えると黄銅粒子が硬くかつ脆くなり、ブラシ本体の摺動特性に悪影響を与えるおそれがある。そして黄銅中の亜鉛含有率が１０〜５０％の範囲で、効果的に高温中や高湿中での高抵抗化を防止できる(請求項２)。
【００１４】
黄銅は平均粒径の小さな粒子として添加する方が高抵抗化の防止効果が大きく(請求項１)、例えば平均粒径５０μｍの黄銅粒子よりも、平均粒径１５μｍの黄銅粒子の方が、はるかに添加効果が大きい。
【００１５】
黄銅はブラシ本体に対して例えば１〜１０質量％添加し、好ましくはブラシ本体にほぼ均一に添加する。黄銅添加量が１質量％未満では効果が少なく、黄銅の導電性が銅よりも低いため１０質量％を越えるとブラシ本体の抵抗率が増加するが、１〜１０質量％の添加範囲で、高温中でも高湿中でも効果的に、リード線の接続抵抗とブラシ本体の抵抗率の増加を抑制できる(請求項４)。
【００１６】
【実施例】
図１に、実施例の銅黒鉛質ブラシ２を示し、以下では銅黒鉛質ブラシを単にブラシと呼び、例えばスタータモータなどの自動車電装モータ用のブラシに用いる。４はブラシ本体で、黒鉛と銅と金属硫化物固体潤滑剤と黄銅粒子とを含む。実施例では銅と亜鉛の２元合金を用いたが、黄銅中には他に錫などの第三成分を例えば１０質量％以下含有させても良い。６はリード線で、ここでは無メッキの銅素線の撚り線や編み線であるが、素線の表面などをニッケルなどでメッキした銅リード線でも良い。７は回転電機の整流子との接触面で、８はリード線埋込部である。ブラシ２は、配合粉中にリード線６の先端をモールドして成形し、還元雰囲気などで焼結して製造する。
【００１７】
金属硫化物固体潤滑剤は二硫化モリブデンや二硫化タングステンからなり、ブラシ本体４での添加量は１〜５質量％が好ましく、１質量％未満では潤滑作用が不十分で、５質量％超ではブラシの抵抗率が増加する。ブラシ本体４は鉛を無添加で、金属硫化物固体潤滑剤のために高温中や高湿中で抵抗率やリード線の取付抵抗が増加することを防止するため、平均粒径１５μｍ以下、より好ましくは平均粒径が０.１〜１５μｍ、最も好ましくは平均粒径が１〜１５μｍの黄銅粒子を、ブラシ本体材料に対して好ましくは１〜１０質量％添加する。
【００１８】
黄銅中の亜鉛含有量は１０〜５０質量％が好ましく、１０質量％未満では効果が少なく、５０質量％を越えると黄銅粒子の硬度が増すとともに脆くなり、ブラシの摺動特性に悪影響を与えるおそれがある。黄銅の電気伝導度は純銅よりも低いので、１０質量％超添加するのは好ましくなく、また１質量％以下では効果が小さい。平均粒径が１５μｍ以下の黄銅粒子は、例えばアトマイズ法により得ることができる。なおこの明細書で、鉛レスとは鉛の含有量が不純物レベル(最大で０.２質量％)以下であることを意味し、亜鉛の不純物レベルは例えば０.０５質量％以下である。
【００１９】
図２に変形例のブラシ１２を示す。このブラシ１２は、黄銅粒子をリード線６の埋込部８の付近のブラシ本体材料のみに添加し、整流子との接触面７側には添加しないようにしたものである。このブラシ１２では、整流子との接触面側のブラシ本体抵抗率の増加を防げないが、高温、高湿中でのリード線の取付抵抗の増加を防止できる。図２において、１４は整流子側部材で、銅と黒鉛及び金属硫化物固体潤滑剤からなり、１６はリード線埋込部材で、銅と黒鉛と黄銅と金属硫化物固体潤滑剤とからなる。リード線埋込部材１６に金属硫化物固体潤滑剤を無添加の場合でも、整流子側部材１４の金属硫化物潤滑剤に起因する硫酸イオンなどの回り込みや、リード線埋込部材１６での不純物レベルの金属硫化物固体潤滑剤の影響などがあり、黄銅の添加が必要である。
【００２０】
黄銅は少なくともリード線６の埋込部８の付近に添加し、例えば黄銅粒子を添加した銅黒鉛質粉体をその先端に付着させたリード線を、例えば黄銅無添加のブラシ材料中に取り付けて成形しても良い。このような場合、黄銅の添加領域が不明確になるので、リード線６とブラシ本体との界面付近での、ブラシ材料中での黄銅濃度を、リード線埋込部での黄銅の濃度と定める。なお図１のブラシ２に関する記載は、特に指摘しない限り、図２のブラシ１２にも当てはまり、リード線埋込部材１６での黄銅濃度は１〜１０質量％、黄銅中の亜鉛含有率は１０〜５０質量％、平均粒径は１５μｍ以下とし、より好ましくは０.１〜１５μｍ、最も好ましくは１〜１５μｍとする。
【００２１】
図２のブラシ１２は例えば図３のようにして製造し、固定型３０に対して例えば一対の下部可動型３１，３２を用意し、下部可動型３２でリード線埋込部材に相当する部分をブロックしておいて、第１のホッパ３３から、黄銅無添加の粉体材料３６を投入する。次いで下部可動型３２を後退させ、第２のホッパ３４から、黄銅粒子を添加した粉体材料３８を投入する。そして、先端からリード線６を引き出した上部可動型３５を下降させて、リード線６の先端を埋め込んで一体成形する。このようにして整流子側部材とリード線埋込部材とを一体に成形し、同時にリード線の先端をモールドして、還元雰囲気などで焼結すれば、ブラシ２が得られる。
【００２２】
図４，図５に第２の変形例を示す。４２は新たな銅黒鉛質ブラシで、ブラシ本体４４の粉体材料は黄銅無添加とし、銅の撚り線や編み線を用いたリード線４６に、平均粒径が１５μｍ以下の黄銅粒子を使用したペーストを、ディスペンサやインクジェットプリンタのヘッドなどでスポット的に塗布し、黄銅源４８とする。黄銅源４８は、リード線４６をブラシ本体４４に埋め込む位置に、例えばリード線４６に沿った長さ方向での位置を変えて、周面の複数箇所、例えば３〜４箇所に設ける。
【００２３】
黄銅源４８を設けたリード線４６を用いて、従来例と同様にブラシ４２を成形・焼結すると、リード線取付抵抗の増加を防止できる。なおこれ以外に、ブラシ本体への埋込部で、銅リード線に黄銅の合金メッキを施しても良いが、このようなものは本発明には含まない。また図１のブラシ２に関する記載は、特に指摘しない限り、図４のブラシ４２にも当てはまる。
【００２４】
【試験例】
以下に試験例を示す。ブラシの形状は図１のものとし、ブラシ本体４は幅Ｗと長さＬが各約１２ｍｍ，厚さＴは４.８ｍｍである。リード線６はメッキ無しの銅素線の撚り線で、直径が３.５ｍｍ、埋込部の深さが４.５ｍｍである。
【００２５】
試験例１
天然の鱗状黒鉛１００重量部に対し、レゾール型フェノール樹脂を３０重量部とメタノール１０重量部を混合し、ミキサーで均一に混練し、乾燥機でメタノールを乾燥させた後、衝撃型粉砕器で粉砕し、４０メッシュパスの篩(４０５μｍパスの篩)で篩い分けて、樹脂処理黒鉛粉体を得た。
【００２６】
この樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、平均粒径３５μｍの電解銅粉５４.０重量部、二硫化モリブデン粉３.０重量部、亜鉛：銅の質量比が２０：８０で平均粒径１０μｍのアトマイズ銅−亜鉛合金粉３.０重量部を加えて、Ｖ型混合機で均一になるまで混合し、配合粉を得た。配合粉をホッパから型内に投入し、リード線６の先端を埋め込むように、４×１０８Pa(４×９８００Ｎ／cm2)の圧力でモールド成形し、還元雰囲気の電気炉で７００℃で焼結し、試験例１のブラシを得た。アトマイズ銅−亜鉛合金粉は、溶融した銅−亜鉛の合金を高速の気流などで微細な粒子にしたもので、平均粒径１μｍ程度までの微細な球状粒子が得られる。これ以外に湿式還元法であれば、平均粒径０.１μｍ程度までの銅−亜鉛合金粒子を得ることができる。
【００２７】
以下では、合金組成は質量比で示す。また焼結過程で黒鉛粉体が減量するため、焼結後の組成は配合時の組成から変化する。レーザ粒度分布測定装置での平均粒径の測定は、液体中に黄銅粒子を分散させ、その散乱光から平均粒径を求めるものである。実施例では、レーザ粒度分布測定装置として、Coulter Electronics Inc製のCOULTER LS100を用いた（「COULTER LS100」は商品名）。
【００２８】
試験例２
前記の樹脂処理黒鉛粉体３５重量部に、前記の電解銅粉５３重量部、二硫化モリブデン粉３.０重量部、亜鉛：銅が２０：８０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉９重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例２のブラシを得た。
【００２９】
試験例３
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例３のブラシを得た。
【００３０】
試験例４
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５６重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉１重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例４のブラシを得た。
【００３１】
試験例５
前記の樹脂処理黒鉛粉体３５重量部に、前記の電解銅粉５３重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉９重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例５のブラシを得た。
【００３２】
試験例６
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が２０：８０で平均粒径５μｍのアトマイズ黄銅粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例６のブラシを得た。
【００３３】
試験例７
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５６.５重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉０.５重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例７のブラシを得た。
【００３４】
試験例８
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が３０：７０で平均粒径５０μｍの搗砕黄銅粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例８のブラシを得た。
【００３５】
試験例９
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、平均粒径３０μｍのアトマイズ亜鉛粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例９のブラシを得た。
【００３６】
試験例１０
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５７重量部、二硫化モリブデン粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例１０のブラシを得た。
【００３７】
試験例１１
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５５重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、鉛２重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例１１のブラシを得た。
【００３８】
焼結後のブラシの組成は、焼結時にレゾール型フェノール樹脂が一部分解して減量するため、配合濃度に対して銅−亜鉛合金などの含有量が３％程度増加する。試験例１〜１１のブラシでの、黄銅含有量、その平均粒径、合金中での銅と亜鉛との比率などを表１に示す。なお表１での含有量０％は含有量が不純物レベルであることを意味する。
【００３９】
【表１】
試料の組成
試 料 鉛含有量 黄銅の含有量と平均粒径及び黄銅中の亜鉛含有率
試験例１ ０％ ３.１％ １０μｍ ２０％
試験例２ ０％ ９.３％ １０μｍ ２０％
試験例３ ０％ ３.１％ １０μｍ ４０％
試験例４ ０％ １.０３％ １０μｍ ４０％
試験例５ ０％ ９.３％ １０μｍ ４０％
試験例６ ０％ ３.１％ ５μｍ ４０％
試験例７ ０％ ０.５％ １０μｍ ４０％
試験例８ ０％ ３.１％ ５０μｍ ３０％
試験例９ ０％ 平均粒径３０μｍの純亜鉛粉を３.１％含有
試験例１０ ０％ ０％
試験例１１ ２.０％ ０％
＊ 潤滑剤(二硫化モリブデン)含有量は全て３.１質量％，
＊ 含有量はブラシ本体材料に対する質量％単位，
＊ 試験例９は銅−亜鉛と単味の亜鉛との比較のための試験例，
＊ 試験例１〜６は最適実施例で、試験例７，８は銅−亜鉛合金の極端な添加形態を示す試験例で、試験例８は銅−亜鉛合金の平均粒径が大きすぎる比較例 .
【００４０】
試験例１〜１１のブラシを、温度１８０℃の電気オーブンに４００時間入れて強制的に酸化させ、暴露前後のリード線取付抵抗とブラシ本体の抵抗率とを測定した。また試験例１〜１１のブラシを、温度４０℃相対湿度９５％の恒温恒湿層に入れ、高湿度に曝して銅を強制的に酸化させて、４００時間後のリード線取付抵抗のブラシ本体の抵抗率とを測定した。測定数は各１０個で算術平均値を取った。リード線取付抵抗の測定は、炭素協会規格ＪＣＡＳ−１２−１９８６「電気機械用ブラシのリード線取付抵抗試験方法」に示す方法で行った。またブラシ本体の抵抗率は、４端子法でブラシ成形時の加圧方向と直角な方向に対して測定した。
【００４１】
１８０℃への暴露に伴うリード線取付抵抗の変化を表２に、４０℃９５％暴露試験に伴うリード線取付抵抗の変化を表３に示す。１８０℃暴露試験の前後でのブラシ本体の抵抗率の変化を表４に、４０℃９５％暴露試験に伴うブラシ本体の抵抗率の変化を表５に示す。
【００４２】
【表２】
１８０℃暴露によるリード線取付抵抗の変化
試料 リード線取付抵抗 (単位 mv/10A)
初期値 ４００時間後
試験例１ １.２ ２.６
試験例２ １.３ ２.４
試験例３ １.２ ２.５
試験例４ １.２ ３.０
試験例５ １.３ ２.４
試験例６ １.２ ２.５
試験例７ １.２ ３.６
試験例８ １.４ ３.２
試験例９ １.２ ４.３
試験例１０ １.２ ５.７
試験例１１ １.２ １.８
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４３】
【表３】
４０℃湿度９５％暴露によるリード線取付抵抗の変化
試料 リード線取付抵抗 (単位 mv/10A)
初期値 ４００時間後
試験例１ １.２ １.８
試験例２ １.３ １.７
試験例３ １.２ １.８
試験例４ １.２ ４.５
試験例５ １.３ １.７
試験例６ １.２ １.７
試験例７ １.２ ９.８
試験例８ １.４ １０.４
試験例９ １.２ １.９
試験例１０ １.２ ３４.７
試験例１１ １.２ １.５
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４４】
【表４】
１８０℃暴露の前後での抵抗率の変化
ブラシ本体抵抗率 (単位 μΩ・cm)
試 料 初期値 ４００時間後
試験例１ ２２.１ ４２.６
試験例２ ２４.２ ４３.２
試験例３ ２２.２ ４４.３
試験例４ ２１.９ ５６.４
試験例５ ２４.４ ４３.０
試験例６ ２２.２ ４３.４
試験例７ ２１.８ ７２.９
試験例８ ２４.２ ７３.６
試験例９ ２３.２ ８２.４
試験例１０ ２１.２ ９６.３
試験例１１ ２２.２ ３１.３
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４５】
【表５】
４０℃湿度９５％暴露の前後での抵抗率の変化
ブラシ本体抵抗率 (単位 μΩ・cm)
試 料 初期値 ４００時間後
試験例１ ２２.２ ２４.６
試験例２ ２４.１ ２６.２
試験例３ ２２.４ ２４.１
試験例４ ２２.１ ４３.２
試験例５ ２４.２ ２６.４
試験例６ ２２.１ ２４.１
試験例７ ２２.０ ７６.０
試験例８ ２４.６ １０３
試験例９ ２３.３ ２５.６
試験例１０ ２１.０ ２１１
試験例１１ ２１.９ ２３.６
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４６】
試験例１１の鉛入りブラシでは、高温中でも高湿中でもリード線取付抵抗やブラシ本体抵抗は上昇しないが、試験例１０の単純な鉛レスブラシでは、高温でも高湿中でもリード線取付抵抗やブラシ本体の抵抗率が著しく増大する。４０℃湿度９５％は加速試験としての条件であるが、室温でも高湿中に長期間暴露するとブラシが酸化され、リード線取付抵抗や抵抗率が同様に上昇する。これに対して試験例１〜６のように、平均粒径１５μｍ以下の黄銅粉を１〜１０質量％添加すると、高温、高湿ともに抵抗変化の少ないブラシが得られた。試験例７のように黄銅の添加量が１％を下回ると効果が小さくなり、また試験例８のように、アトマイズ粉でない搗砕黄銅粉(平均粒径３０μｍ)を用いると、効果が小さかった。銅と合金化しない単味の亜鉛（試験例９）では、高温中でリード線取付抵抗やブラシ本体の抵抗率が増加した。
【００４７】
試験例では示さなかったが、リード線の埋込部の付近にのみ配合粉に黄銅粉を加えても、あるいはリード線から黄銅を供給しても、高温、高湿中でのリード線取付抵抗の増加を防止できる。また二硫化モリブデンを二硫化タングステンに変えても全く同様の結果が得られ、黄銅粉の平均粒径の下限は例えば０.１μｍとし、好ましくは１μｍとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の銅黒鉛質ブラシの斜視図
【図２】 変形例の銅黒鉛質ブラシの断面図
【図３】 変形例の銅黒鉛質ブラシの製造工程を模式的に示す図
【図４】 第２の変形例の銅黒鉛質ブラシの断面図
【図５】 第２の変形例で用いたリード線を模式的に示す図
【符号の説明】
２，１２，４２ 銅黒鉛質ブラシ
４，４４ ブラシ本体
１４ 整流子側部材
１６ リード線埋込部材
６，４６ リード線
３０ 固定型
３３，３４ ホッパ
３１，３２ 下部可動型
３５ 上部可動型
２６，２８ 粉体材料
４８ 黄銅源
【発明の利用分野】
この発明は、自動車電装モータ等に用いる金属硫化物固体潤滑剤含有の銅黒鉛質ブラシに関し、特に銅黒鉛質ブラシを無鉛化することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車電装モータ用ブラシなどの低電圧動作のブラシとして、銅黒鉛質ブラシが用いられてきた。銅黒鉛質ブラシは黒鉛と銅粉を混合し、成形・焼結して製造され、低電圧動作のため、黒鉛よりも低抵抗の銅粉を配合して抵抗率を低下させている。負荷の大きい銅黒鉛質ブラシにはほとんどの場合、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなどの金属硫化物固体潤滑剤と鉛とが配合されている。
【０００３】
近年、環境負荷物質として鉛が注目されるようになり、鉛レスのブラシが求められるようになった。もちろん、従来からも鉛を含有しないブラシがあり、スタータモータ以外のモータなどに用いられてきた。また、スタータモータ用ブラシでも、通常の使用環境であれば、単に鉛を除くだけでも使用に耐えるものもある。さらに鉛を除いた場合の潤滑性の改善のため、特開平５−２２６０４８号は、銅よりも低融点の錫や亜鉛などを、銅と合金を作らないように、錫や亜鉛などを黒鉛中に閉じこめて配合することを提案している。
【０００４】
発明者らは、銅と黒鉛に金属硫化物固体潤滑剤を添加した銅黒鉛質ブラシでは、鉛を除くと高温中や、高湿中でブラシの抵抗率やリード線取付抵抗が増大することを見出した。なお前記の特開平５−２２６０４８号は、高温中や高湿中でのブラシの抵抗率やリード線取付抵抗の増加については、開示していない。
【０００５】
【発明の課題】
この発明の基本的課題は、鉛レスで金属硫化物固体潤滑剤含有の銅黒鉛質ブラシに対して、高温中や高湿中での、リード線取付抵抗やブラシ本体抵抗などのブラシ抵抗の増大を抑制することにある(請求項１〜４)。
請求項２の発明での追加の課題は、そのための具体的な構成を提供することにある。
請求項３の発明での追加の課題は、リード線取付抵抗の増大を抑制することにある。
請求項４の発明での追加の課題は、ブラシ本体の抵抗率の増大を抑制することにある。
【０００６】
【発明の構成】
この発明は、二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンからなる金属硫化物固体潤滑剤を添加したブラシ本体に、リード線の先端を、該ブラシ本体の成形時に、埋設した銅黒鉛質ブラシにおいて、前記ブラシ本体もしくはブラシ本体への前記リード線の埋設部に、平均粒径が１５μｍ以下の粒子状の銅−亜鉛の合金をブラシの抵抗増大の抑制用に添加したことを特徴とする(請求項１)。
【０００７】
好ましくは、前記銅−亜鉛合金中の亜鉛含有量を１０〜５０質量％とし(請求項２)、
また好ましくは、前記銅−亜鉛合金は平均粒径が０ . １〜１５μｍ、特に好ましくは１〜１５μｍの粒子状で添加する。平均粒径の測定は例えばレーザ粒度分布測定装置により行う。
好ましくは、前記銅−亜鉛合金をブラシ本体への前記リード線の埋設部に添加する（請求項３）。
好ましくは、前記銅−亜鉛合金をブラシ本体に対して１〜１０質量％の割合で添加する( 請求項４ )。
【０００８】
なお金属硫化物固体潤滑剤は二硫化モリブデンや二硫化タングステンとし、その添加量は例えばブラシ本体に対して１〜５質量％とし、二硫化モリブデンと二硫化タングステンは同等であるので、実施例では二硫化モリブデンを用いるが、二硫化タングステンに変えても同様である。リード線はブラシ本体中にモールド成形し、リード線には例えば無メッキの銅素線の撚り線や編み線などを用いる。なおこの発明で、銅−亜鉛合金を添加、金属硫化物固体潤滑剤を添加、あるいは鉛レスなどという場合、不純物として含有される銅−亜鉛の合金や亜鉛、金属硫化物固体潤滑剤、鉛などを意味しない。
【０００９】
【発明の作用と効果】
発明者らの実験によると、実質的に鉛を含有せず、かつ金属硫化物固体潤滑剤を添加した銅黒鉛質ブラシを、高温や高湿に曝すと、鉛を含有するブラシに比べ、リード線の取付抵抗及びブラシ本体の抵抗上昇が大きいことが確認された。高温中や高湿中でリード線の取付抵抗及びブラシ本体抵抗が増大するのは、金属硫化物固体潤滑剤の影響によるものであり、金属硫化物固体潤滑剤を加えなければ、高温中や高湿中でもリード線の取付抵抗やブラシ本体抵抗は実質的に増大しなかった。このことは鉛の有無と関係し、鉛添加の場合には、高温中や高湿中でもリード線の取付抵抗やブラシ本体抵抗はほとんど増大しなかった。また鉛レスのブラシでは、リード線の取付抵抗やブラシ本体抵抗の増大に対応して、高温中や高湿中でブラシ本体中の銅粉や、ブラシ本体に埋め込んだリード線が酸化されやすくなっていた。
【００１０】
二硫化モリブデンや二硫化タングステンなどの金属硫化物固体潤滑剤はブラシ設計者の意図により添加の要否が決定されるが、長寿命を要求されるブラシには欠かせないものであり、仮に金属硫化物固体潤滑剤を添加しないと、著しい摩耗が発生することがある。特に従来から鉛が添加されていたスタータモータ用のブラシなどではこの現象が顕著であり、鉛と金属硫化物固体潤滑剤とを同時に除くと寿命が著しく低下する。従って、鉛レスのブラシから金属硫化物固体潤滑剤を除くことは困難である。
【００１１】
高温中や高湿中で、銅黒鉛質固体潤滑剤が銅粉やリード線を酸化するメカニズムを、発明者らは以下のように推測した。ブラシに添加された金属硫化物固体潤滑剤からは焼成(ブラシ本体の焼結)の際にイオウが遊離し、銅表面と化合して硫化銅を生成する。高湿中で硫化銅に水分が作用すると、強酸性の硫酸銅が生成して、銅粉やリード線を著しく腐食する。高温中での挙動は不明な点が多いが、硫化銅が酸化されて、抵抗が上昇するのではないかと考えられる。
【００１２】
これに対して発明者は、銅と亜鉛の合金（黄銅）を添加すると高温中や高湿中での抵抗増加を抑制できることを見出した。黄銅をブラシ本体に添加すると、高温中や高湿中で、ブラシ本体の高抵抗率の増加やリード線の取付抵抗の増加を共に防止でき、リード線との接続部に添加すると、高温中や高湿中でリード線の取付抵抗の増加を防止できる。この発明では平均粒径１５μｍ以下の黄銅の添加により、リード線取付抵抗やブラシ本体抵抗などのブラシの抵抗が増大することを防止する。なお単味の亜鉛を添加すると、高湿中の高抵抗化を防止できるが、高温中の高抵抗化を充分には防止できない。
【００１３】
黄銅中の亜鉛の含有率は、質量％単位で１０〜５０％が好ましく、１０％未満では効果が少なく、５０％を越えると黄銅粒子が硬くかつ脆くなり、ブラシ本体の摺動特性に悪影響を与えるおそれがある。そして黄銅中の亜鉛含有率が１０〜５０％の範囲で、効果的に高温中や高湿中での高抵抗化を防止できる(請求項２)。
【００１４】
黄銅は平均粒径の小さな粒子として添加する方が高抵抗化の防止効果が大きく(請求項１)、例えば平均粒径５０μｍの黄銅粒子よりも、平均粒径１５μｍの黄銅粒子の方が、はるかに添加効果が大きい。
【００１５】
黄銅はブラシ本体に対して例えば１〜１０質量％添加し、好ましくはブラシ本体にほぼ均一に添加する。黄銅添加量が１質量％未満では効果が少なく、黄銅の導電性が銅よりも低いため１０質量％を越えるとブラシ本体の抵抗率が増加するが、１〜１０質量％の添加範囲で、高温中でも高湿中でも効果的に、リード線の接続抵抗とブラシ本体の抵抗率の増加を抑制できる(請求項４)。
【００１６】
【実施例】
図１に、実施例の銅黒鉛質ブラシ２を示し、以下では銅黒鉛質ブラシを単にブラシと呼び、例えばスタータモータなどの自動車電装モータ用のブラシに用いる。４はブラシ本体で、黒鉛と銅と金属硫化物固体潤滑剤と黄銅粒子とを含む。実施例では銅と亜鉛の２元合金を用いたが、黄銅中には他に錫などの第三成分を例えば１０質量％以下含有させても良い。６はリード線で、ここでは無メッキの銅素線の撚り線や編み線であるが、素線の表面などをニッケルなどでメッキした銅リード線でも良い。７は回転電機の整流子との接触面で、８はリード線埋込部である。ブラシ２は、配合粉中にリード線６の先端をモールドして成形し、還元雰囲気などで焼結して製造する。
【００１７】
金属硫化物固体潤滑剤は二硫化モリブデンや二硫化タングステンからなり、ブラシ本体４での添加量は１〜５質量％が好ましく、１質量％未満では潤滑作用が不十分で、５質量％超ではブラシの抵抗率が増加する。ブラシ本体４は鉛を無添加で、金属硫化物固体潤滑剤のために高温中や高湿中で抵抗率やリード線の取付抵抗が増加することを防止するため、平均粒径１５μｍ以下、より好ましくは平均粒径が０.１〜１５μｍ、最も好ましくは平均粒径が１〜１５μｍの黄銅粒子を、ブラシ本体材料に対して好ましくは１〜１０質量％添加する。
【００１８】
黄銅中の亜鉛含有量は１０〜５０質量％が好ましく、１０質量％未満では効果が少なく、５０質量％を越えると黄銅粒子の硬度が増すとともに脆くなり、ブラシの摺動特性に悪影響を与えるおそれがある。黄銅の電気伝導度は純銅よりも低いので、１０質量％超添加するのは好ましくなく、また１質量％以下では効果が小さい。平均粒径が１５μｍ以下の黄銅粒子は、例えばアトマイズ法により得ることができる。なおこの明細書で、鉛レスとは鉛の含有量が不純物レベル(最大で０.２質量％)以下であることを意味し、亜鉛の不純物レベルは例えば０.０５質量％以下である。
【００１９】
図２に変形例のブラシ１２を示す。このブラシ１２は、黄銅粒子をリード線６の埋込部８の付近のブラシ本体材料のみに添加し、整流子との接触面７側には添加しないようにしたものである。このブラシ１２では、整流子との接触面側のブラシ本体抵抗率の増加を防げないが、高温、高湿中でのリード線の取付抵抗の増加を防止できる。図２において、１４は整流子側部材で、銅と黒鉛及び金属硫化物固体潤滑剤からなり、１６はリード線埋込部材で、銅と黒鉛と黄銅と金属硫化物固体潤滑剤とからなる。リード線埋込部材１６に金属硫化物固体潤滑剤を無添加の場合でも、整流子側部材１４の金属硫化物潤滑剤に起因する硫酸イオンなどの回り込みや、リード線埋込部材１６での不純物レベルの金属硫化物固体潤滑剤の影響などがあり、黄銅の添加が必要である。
【００２０】
黄銅は少なくともリード線６の埋込部８の付近に添加し、例えば黄銅粒子を添加した銅黒鉛質粉体をその先端に付着させたリード線を、例えば黄銅無添加のブラシ材料中に取り付けて成形しても良い。このような場合、黄銅の添加領域が不明確になるので、リード線６とブラシ本体との界面付近での、ブラシ材料中での黄銅濃度を、リード線埋込部での黄銅の濃度と定める。なお図１のブラシ２に関する記載は、特に指摘しない限り、図２のブラシ１２にも当てはまり、リード線埋込部材１６での黄銅濃度は１〜１０質量％、黄銅中の亜鉛含有率は１０〜５０質量％、平均粒径は１５μｍ以下とし、より好ましくは０.１〜１５μｍ、最も好ましくは１〜１５μｍとする。
【００２１】
図２のブラシ１２は例えば図３のようにして製造し、固定型３０に対して例えば一対の下部可動型３１，３２を用意し、下部可動型３２でリード線埋込部材に相当する部分をブロックしておいて、第１のホッパ３３から、黄銅無添加の粉体材料３６を投入する。次いで下部可動型３２を後退させ、第２のホッパ３４から、黄銅粒子を添加した粉体材料３８を投入する。そして、先端からリード線６を引き出した上部可動型３５を下降させて、リード線６の先端を埋め込んで一体成形する。このようにして整流子側部材とリード線埋込部材とを一体に成形し、同時にリード線の先端をモールドして、還元雰囲気などで焼結すれば、ブラシ２が得られる。
【００２２】
図４，図５に第２の変形例を示す。４２は新たな銅黒鉛質ブラシで、ブラシ本体４４の粉体材料は黄銅無添加とし、銅の撚り線や編み線を用いたリード線４６に、平均粒径が１５μｍ以下の黄銅粒子を使用したペーストを、ディスペンサやインクジェットプリンタのヘッドなどでスポット的に塗布し、黄銅源４８とする。黄銅源４８は、リード線４６をブラシ本体４４に埋め込む位置に、例えばリード線４６に沿った長さ方向での位置を変えて、周面の複数箇所、例えば３〜４箇所に設ける。
【００２３】
黄銅源４８を設けたリード線４６を用いて、従来例と同様にブラシ４２を成形・焼結すると、リード線取付抵抗の増加を防止できる。なおこれ以外に、ブラシ本体への埋込部で、銅リード線に黄銅の合金メッキを施しても良いが、このようなものは本発明には含まない。また図１のブラシ２に関する記載は、特に指摘しない限り、図４のブラシ４２にも当てはまる。
【００２４】
【試験例】
以下に試験例を示す。ブラシの形状は図１のものとし、ブラシ本体４は幅Ｗと長さＬが各約１２ｍｍ，厚さＴは４.８ｍｍである。リード線６はメッキ無しの銅素線の撚り線で、直径が３.５ｍｍ、埋込部の深さが４.５ｍｍである。
【００２５】
試験例１
天然の鱗状黒鉛１００重量部に対し、レゾール型フェノール樹脂を３０重量部とメタノール１０重量部を混合し、ミキサーで均一に混練し、乾燥機でメタノールを乾燥させた後、衝撃型粉砕器で粉砕し、４０メッシュパスの篩(４０５μｍパスの篩)で篩い分けて、樹脂処理黒鉛粉体を得た。
【００２６】
この樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、平均粒径３５μｍの電解銅粉５４.０重量部、二硫化モリブデン粉３.０重量部、亜鉛：銅の質量比が２０：８０で平均粒径１０μｍのアトマイズ銅−亜鉛合金粉３.０重量部を加えて、Ｖ型混合機で均一になるまで混合し、配合粉を得た。配合粉をホッパから型内に投入し、リード線６の先端を埋め込むように、４×１０８Pa(４×９８００Ｎ／cm2)の圧力でモールド成形し、還元雰囲気の電気炉で７００℃で焼結し、試験例１のブラシを得た。アトマイズ銅−亜鉛合金粉は、溶融した銅−亜鉛の合金を高速の気流などで微細な粒子にしたもので、平均粒径１μｍ程度までの微細な球状粒子が得られる。これ以外に湿式還元法であれば、平均粒径０.１μｍ程度までの銅−亜鉛合金粒子を得ることができる。
【００２７】
以下では、合金組成は質量比で示す。また焼結過程で黒鉛粉体が減量するため、焼結後の組成は配合時の組成から変化する。レーザ粒度分布測定装置での平均粒径の測定は、液体中に黄銅粒子を分散させ、その散乱光から平均粒径を求めるものである。実施例では、レーザ粒度分布測定装置として、Coulter Electronics Inc製のCOULTER LS100を用いた（「COULTER LS100」は商品名）。
【００２８】
試験例２
前記の樹脂処理黒鉛粉体３５重量部に、前記の電解銅粉５３重量部、二硫化モリブデン粉３.０重量部、亜鉛：銅が２０：８０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉９重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例２のブラシを得た。
【００２９】
試験例３
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例３のブラシを得た。
【００３０】
試験例４
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５６重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉１重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例４のブラシを得た。
【００３１】
試験例５
前記の樹脂処理黒鉛粉体３５重量部に、前記の電解銅粉５３重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉９重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例５のブラシを得た。
【００３２】
試験例６
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が２０：８０で平均粒径５μｍのアトマイズ黄銅粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例６のブラシを得た。
【００３３】
試験例７
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５６.５重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が４０：６０で平均粒径１０μｍのアトマイズ黄銅粉０.５重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例７のブラシを得た。
【００３４】
試験例８
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、亜鉛：銅が３０：７０で平均粒径５０μｍの搗砕黄銅粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例８のブラシを得た。
【００３５】
試験例９
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５４重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、平均粒径３０μｍのアトマイズ亜鉛粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例９のブラシを得た。
【００３６】
試験例１０
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５７重量部、二硫化モリブデン粉３重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例１０のブラシを得た。
【００３７】
試験例１１
前記の樹脂処理黒鉛粉体４０重量部に、前記の電解銅粉５５重量部、二硫化モリブデン粉３重量部、鉛２重量部を加えて、他は試験例１と同様にして試験例１１のブラシを得た。
【００３８】
焼結後のブラシの組成は、焼結時にレゾール型フェノール樹脂が一部分解して減量するため、配合濃度に対して銅−亜鉛合金などの含有量が３％程度増加する。試験例１〜１１のブラシでの、黄銅含有量、その平均粒径、合金中での銅と亜鉛との比率などを表１に示す。なお表１での含有量０％は含有量が不純物レベルであることを意味する。
【００３９】
【表１】
試料の組成
試 料 鉛含有量 黄銅の含有量と平均粒径及び黄銅中の亜鉛含有率
試験例１ ０％ ３.１％ １０μｍ ２０％
試験例２ ０％ ９.３％ １０μｍ ２０％
試験例３ ０％ ３.１％ １０μｍ ４０％
試験例４ ０％ １.０３％ １０μｍ ４０％
試験例５ ０％ ９.３％ １０μｍ ４０％
試験例６ ０％ ３.１％ ５μｍ ４０％
試験例７ ０％ ０.５％ １０μｍ ４０％
試験例８ ０％ ３.１％ ５０μｍ ３０％
試験例９ ０％ 平均粒径３０μｍの純亜鉛粉を３.１％含有
試験例１０ ０％ ０％
試験例１１ ２.０％ ０％
＊ 潤滑剤(二硫化モリブデン)含有量は全て３.１質量％，
＊ 含有量はブラシ本体材料に対する質量％単位，
＊ 試験例９は銅−亜鉛と単味の亜鉛との比較のための試験例，
＊ 試験例１〜６は最適実施例で、試験例７，８は銅−亜鉛合金の極端な添加形態を示す試験例で、試験例８は銅−亜鉛合金の平均粒径が大きすぎる比較例 .
【００４０】
試験例１〜１１のブラシを、温度１８０℃の電気オーブンに４００時間入れて強制的に酸化させ、暴露前後のリード線取付抵抗とブラシ本体の抵抗率とを測定した。また試験例１〜１１のブラシを、温度４０℃相対湿度９５％の恒温恒湿層に入れ、高湿度に曝して銅を強制的に酸化させて、４００時間後のリード線取付抵抗のブラシ本体の抵抗率とを測定した。測定数は各１０個で算術平均値を取った。リード線取付抵抗の測定は、炭素協会規格ＪＣＡＳ−１２−１９８６「電気機械用ブラシのリード線取付抵抗試験方法」に示す方法で行った。またブラシ本体の抵抗率は、４端子法でブラシ成形時の加圧方向と直角な方向に対して測定した。
【００４１】
１８０℃への暴露に伴うリード線取付抵抗の変化を表２に、４０℃９５％暴露試験に伴うリード線取付抵抗の変化を表３に示す。１８０℃暴露試験の前後でのブラシ本体の抵抗率の変化を表４に、４０℃９５％暴露試験に伴うブラシ本体の抵抗率の変化を表５に示す。
【００４２】
【表２】
１８０℃暴露によるリード線取付抵抗の変化
試料 リード線取付抵抗 (単位 mv/10A)
初期値 ４００時間後
試験例１ １.２ ２.６
試験例２ １.３ ２.４
試験例３ １.２ ２.５
試験例４ １.２ ３.０
試験例５ １.３ ２.４
試験例６ １.２ ２.５
試験例７ １.２ ３.６
試験例８ １.４ ３.２
試験例９ １.２ ４.３
試験例１０ １.２ ５.７
試験例１１ １.２ １.８
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４３】
【表３】
４０℃湿度９５％暴露によるリード線取付抵抗の変化
試料 リード線取付抵抗 (単位 mv/10A)
初期値 ４００時間後
試験例１ １.２ １.８
試験例２ １.３ １.７
試験例３ １.２ １.８
試験例４ １.２ ４.５
試験例５ １.３ １.７
試験例６ １.２ １.７
試験例７ １.２ ９.８
試験例８ １.４ １０.４
試験例９ １.２ １.９
試験例１０ １.２ ３４.７
試験例１１ １.２ １.５
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４４】
【表４】
１８０℃暴露の前後での抵抗率の変化
ブラシ本体抵抗率 (単位 μΩ・cm)
試 料 初期値 ４００時間後
試験例１ ２２.１ ４２.６
試験例２ ２４.２ ４３.２
試験例３ ２２.２ ４４.３
試験例４ ２１.９ ５６.４
試験例５ ２４.４ ４３.０
試験例６ ２２.２ ４３.４
試験例７ ２１.８ ７２.９
試験例８ ２４.２ ７３.６
試験例９ ２３.２ ８２.４
試験例１０ ２１.２ ９６.３
試験例１１ ２２.２ ３１.３
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４５】
【表５】
４０℃湿度９５％暴露の前後での抵抗率の変化
ブラシ本体抵抗率 (単位 μΩ・cm)
試 料 初期値 ４００時間後
試験例１ ２２.２ ２４.６
試験例２ ２４.１ ２６.２
試験例３ ２２.４ ２４.１
試験例４ ２２.１ ４３.２
試験例５ ２４.２ ２６.４
試験例６ ２２.１ ２４.１
試験例７ ２２.０ ７６.０
試験例８ ２４.６ １０３
試験例９ ２３.３ ２５.６
試験例１０ ２１.０ ２１１
試験例１１ ２１.９ ２３.６
* 試験例８〜１１は比較例.
【００４６】
試験例１１の鉛入りブラシでは、高温中でも高湿中でもリード線取付抵抗やブラシ本体抵抗は上昇しないが、試験例１０の単純な鉛レスブラシでは、高温でも高湿中でもリード線取付抵抗やブラシ本体の抵抗率が著しく増大する。４０℃湿度９５％は加速試験としての条件であるが、室温でも高湿中に長期間暴露するとブラシが酸化され、リード線取付抵抗や抵抗率が同様に上昇する。これに対して試験例１〜６のように、平均粒径１５μｍ以下の黄銅粉を１〜１０質量％添加すると、高温、高湿ともに抵抗変化の少ないブラシが得られた。試験例７のように黄銅の添加量が１％を下回ると効果が小さくなり、また試験例８のように、アトマイズ粉でない搗砕黄銅粉(平均粒径３０μｍ)を用いると、効果が小さかった。銅と合金化しない単味の亜鉛（試験例９）では、高温中でリード線取付抵抗やブラシ本体の抵抗率が増加した。
【００４７】
試験例では示さなかったが、リード線の埋込部の付近にのみ配合粉に黄銅粉を加えても、あるいはリード線から黄銅を供給しても、高温、高湿中でのリード線取付抵抗の増加を防止できる。また二硫化モリブデンを二硫化タングステンに変えても全く同様の結果が得られ、黄銅粉の平均粒径の下限は例えば０.１μｍとし、好ましくは１μｍとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の銅黒鉛質ブラシの斜視図
【図２】 変形例の銅黒鉛質ブラシの断面図
【図３】 変形例の銅黒鉛質ブラシの製造工程を模式的に示す図
【図４】 第２の変形例の銅黒鉛質ブラシの断面図
【図５】 第２の変形例で用いたリード線を模式的に示す図
【符号の説明】
２，１２，４２ 銅黒鉛質ブラシ
４，４４ ブラシ本体
１４ 整流子側部材
１６ リード線埋込部材
６，４６ リード線
３０ 固定型
３３，３４ ホッパ
３１，３２ 下部可動型
３５ 上部可動型
２６，２８ 粉体材料
４８ 黄銅源
Claims (4)
- 二硫化モリブデンもしくは二硫化タングステンからなる金属硫化物固体潤滑剤を添加したブラシ本体に、リード線の先端を、該ブラシ本体の成形時に、埋設した銅黒鉛質ブラシにおいて、
前記ブラシ本体もしくはブラシ本体への前記リード線の埋設部に、平均粒径が１５μｍ以下の粒子状の銅−亜鉛の合金をブラシの抵抗増大の抑制用に添加したことを特徴とする、銅黒鉛質ブラシ。 - 前記銅−亜鉛合金中の亜鉛含有量が、１０〜５０質量％であることを特徴とする、請求項１の銅黒鉛質ブラシ。
- 前記銅−亜鉛合金がブラシ本体への前記リード線の埋設部に添加されていることを特徴とする、請求項１または２の銅黒鉛質ブラシ。
- 前記銅−亜鉛合金が、ブラシ本体に対して１〜１０質量％の割合で添加されていることを特徴とする、請求項１または２の銅黒鉛質ブラシ。
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