JP4268522B2 - 樹脂結合黒鉛材料、樹脂結合黒鉛材料の製造方法及びその使用 - Google Patents

Description

本発明は、電気抵抗率Ｗ_SpezがＷ_Spez≧３５００μΩｍである、特に電気接点のための樹脂結合黒鉛材料に関する。また本発明は特に電気接点材料としての樹脂結合黒鉛材料の製造方法に関する。更に本発明は樹脂結合黒鉛材料の使用に関する。

カーボンブラシ、特に小型カーボンブラシのために、二三の例だけ挙げれば樹脂結合黒鉛材料、炭素−黒鉛質材料、電気黒鉛又は金属添加物例えば銅及び銀を含む黒鉛が使用される。特に炭素−黒鉛質は特殊な問題解決のために多面的に使用できる長所があるので、家庭用機器の汎用モータに使用される。一例として良好な整流作用、僅かな火花障害、長い寿命及び高い機械的電気的負荷での耐用性が挙げられる。その場合なるべく高オームのカーボンブラシ材料を使用することによって短絡電流を制限し、障害発生源の内部抵抗を高めることができる。また適当な炭素−黒鉛質材料は２４００μΩｍに及ぶ電気抵抗率を有する（データ集“Schunk Kohlenstofftechnik GmbH,Kohlenbursten,Werkstoff physikalische Werte, L-Werkstoffe:Kohlenstoff-Graphit, 13.14/01.99”を参照）。

これまで高オームのカーボンブラシ材料が使用されたにかかわらず、機械的運転挙動の改善に加えて、カーボンブラシの寿命期間中の火花障害を低減するために、カーボンブラシを含浸処理することが必要である。さらにチョーク又はコイルのような障害防止部品も組込まれる。
米国特許第４，３５１，７４５号には、電気又は電子装置や機械用の箔あるいはフィルムのための樹脂結合黒鉛材料が示されている。この樹脂結合黒鉛材料は、黒鉛とカーボンブラックよりなる。
米国特許５，７０８，９３６号は、カーボンブラックと黒鉛粒子の混合物よりなる電気導通用のフィルムを開示している。
ドイツ特許公開第３９３５１４０号によれば、導電性の炭素含有のポリアリール硫化物の混合物を、電磁マグネット軸を遮蔽あるいは電流を熱に変換するために、成型体、結合体、箔あるいはフィルムに加工することができる。バッテリーや蓄電器用の導通ライン又はプレートへの使用も同様に可能である。この場合、この混合物は黒鉛とカーボンブラックを含む。
欧州特許第１０７４９９７号には導通用の樹脂混合物が開示され、これは特に、マトリックスエンコーダ用に利用される。ここにおいて、この混合物は黒鉛とカーボンブラックを含む。

本発明の課題は、原則として含浸のような別の処置を要せずに、電気接点としての使用時に火花障害が排除され又はほとんど排除されるように、冒頭に挙げた種類の樹脂結合黒鉛材料を改良することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明によればこの課題は、樹脂結合黒鉛材料がＲ_G≧３０重量％のカーボンブラック含量Ｒ_Gを有するカーボンブラック含有電気黒鉛とカーボンブラックなしの電気黒鉛及び結合剤からなり、３５００μΩｍ≦W_Spez≦１５０００μΩｍの電気抵抗率Ｗ_Spezを有することによって解決される。

カーボンブラックなしの電気黒鉛は特にカーボンブラックなしの電気黒鉛リサイクル材料である。カーボンブラック含有電気黒鉛として例えばカートリッジ黒鉛（cartridge graphite）を使用することができる。

このことは別として、各出発製品はカーボンブラックなしの又はカーボンブラック含有素材であって、これを結合剤と混合し、その上で焼成し、黒鉛化し、粉砕するものとする。

またカーボンブラック含有電気黒鉛は３５００μΩｍ≧Ｗ_Spez≧４０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有するものとする。

このことは別として、電気黒鉛素材は等方性であり、即ち方向に無関係な抵抗率を有するものとする。

カーボンブラック含有電気黒鉛もカーボンブラックなしの電気黒鉛も２０μｍ≦ｄ₅₀≦４０μｍの粒度ｄ₅₀を有するものとする。なお特性値ｄ₅₀は、粉砕した原料の５０％が上記の目開きのフルイを通って落下することを意味する。

結合剤として特に合成粉末樹脂例えば合成プラスチック、特に熱硬化性プラスチックが使用される。結合剤は溶剤に溶解した粉末樹脂又は無溶剤液状樹脂であることが好ましい。

また液状樹脂及び／又は溶剤に溶解した粉末樹脂の形の結合剤は５０℃≦Ｔ_G≦２５０℃のガラス変態温度Ｔ_Gを有するものとする。この樹脂の別の特性値として室温で１０ｃＰ≦Ｖ≦６０００ｃＰの粘度Ｖが挙げられる。

混合物自体はカーボンブラック含有電気黒鉛１５−７５重量部、カーボンブラックなしの電気黒鉛１５−７５重量部、固体潤滑剤０−１０重量部及び研摩添加剤０−１重量部を有し、固形物に１５−３５重量部の結合剤を添加するものとする。

上記の重量部で原料即ちカーボンブラックなしの電気黒鉛及びカーボンブラック含有電気黒鉛と場合によって存在する添加剤が合計１００重量部であり、これに原料１００重量部に対して１５−３５重量部の結合剤が加えられることが明らかである。

カーボンブラック含有電気黒鉛、カーボンブラックなしの電気黒鉛、特に電気黒鉛リサイクル材料と液状結合剤からなる本発明の混合物に基づき、抵抗率Ｗ_Spez＞３５００μΩｍ、特に１００００μΩｍ以下の樹脂結合黒鉛材料が得られる。これはほとんど絶縁体に等しいが、電導性に悪影響はない。これによって特に火花障害挙動に関して利点が得られるから、高価な障害防止部品例えばチョーク又はコイルを使用する必要がない。また少なくとも先行技術で不可欠なように、材料を含浸することは不要である。この材料は電流を小さく保つために小さな電力（＜４００ワット）ととりわけ２２０−２５０Ｖの電圧で使用される。この電力範囲で使用すれば、カーボンブラシに在来の材料のように高い温度が生じない。またカーボンブラシの寿命と摩耗は慣用の材料に匹敵する。

特に電気接点材料として使用するための樹脂結合黒鉛材料の製造方法はおおむね次の手順、即ち
−８μΩｍ≦Ｗ_Spez≦３０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有するカーボンブラック含量Ｒ_G＞３０重量％のカーボンブラック含有電気黒鉛及びカーボンブラックなしの電気黒鉛と液状樹脂を温度Ｔ₁で混合し、
−混合物を粉砕し、
−粉砕した混合物を圧縮成形して圧粉体とし、
−続いて硬化する。
ことを特徴とする。

特にカーボンブラック含有電気黒鉛、カーボンブラックなしの微粒電気黒鉛及び液状結合剤、例えば液状樹脂を室温で混合する。こうして調製された混合物を次に５０μｍ≦ｄ₅₀≦１５０μｍの粒度ｄ₅₀に粉砕する。続いて粉砕した混合物に１０００ないし２０００ｋｐ／ｃｍ²の比圧縮圧力を加える。次に圧粉体を１８０℃≦Ｔ≦２５０℃の最終温度Ｔで１０時間≦ｔ≦２０時間の期間ｔにわたり硬化する。

カーボンブラック含有電気黒鉛１５−７５重量部、カーボンブラックなしの微粒電気黒鉛１５−７５重量部及び結合剤１５−３５重量部を混合し、混合物にとりわけ０−１０重量部の固体潤滑剤及び／又は０−１重量部の研摩添加剤を加えれば、本発明の樹脂結合黒鉛材料の高い抵抗率が得られる。

カーボンブラックなしの電気黒鉛としてカーボンブラックなしの電気黒鉛リサイクル材料及び／又はカーボンブラック含有電気黒鉛としてカートリッジ黒鉛を使用することができる。結合剤として溶剤に溶解した粉末樹脂も無溶剤液状樹脂も使用することができ、その場合結合剤として合成プラスチック、例えばエポキシ樹脂又はフェノール樹脂を使用するものとする。液状結合剤を使用する場合は、これが５０℃≦Ｔ_G≦２５０℃のガラス変態温度Ｔ_G及び／又は室温で１０ｃＰ≦Ｖ≦６０００ｃＰの粘度Ｖを有するものとする。

特に本発明は、本発明に基づく樹脂結合黒鉛材料をカーボンブラシ又はスリップリングのための材料として使用することを特徴とする。

本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲、特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、少なくとも実施例の下記の説明からも明らかである。

小型電動機用カーボンブラシの製造のためにカーボンブラック含量５０重量％で約１００μΩｍの電気抵抗率Ｗ_Spez、３０μｍの粒度ｄ₅₀を有するカーボンブラック含有電気黒鉛５０重量部及び２０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spez、３０μｍの粒度ｄ₅₀を有するカーボンブラックなしの微粒電気黒鉛５０重量部とエポキシ樹脂の形の溶剤溶解粉末樹脂２５重量部をシグマニーダで室温で混合した。完成混合物を次に粒度ｄ₅₀＝９０μｍに粉砕し、１５００ｋｐ／ｃｍ²の比圧縮圧力で圧縮成形した。続いて圧粉体に最終温度２００℃で１５時間の硬化処理を行った。当該の圧粉体は８０００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有する。当該の圧粉体から製造したカーボンブラシを次に比較測定のために、６００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有する在来の樹脂結合黒鉛材料によるカーボンブラシと比較した。その際２つの電動機で火花障害測定を行った。結果は図１のとおりである。

単一の図で参照符号１０で表示したグラフは火花障害レベルの限界値に相当し、これに対して参照符号１２の直線は７ｄＢだけ減少した限界値である。

曲線１４、１６は在来のカーボンブラシ材料のカーボンブラシを装備する２個の電動機で測定したものである。測定曲線１８、２０は本発明の材料で製造した８０００μΩｍの抵抗率を有するカーボンブラシを備えた同じ電動機の結果である。本発明に基づく材料によって火花障害が明らかに減少することが分かる。

小型電動機用カーボンブラシの製造のためにカーボンブラック含量５０重量％で約１００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spez、３０μｍの粒度ｄ₅₀を有するカーボンブラック含有電気黒鉛４０重量部及び２０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spez、３０μｍの粒度ｄ₅₀を有するカーボンブラックなしの微粒電気黒鉛６０重量部とエポキシ樹脂の形の溶剤溶解粉末樹脂２５重量部をシグマニーダで室温で混合した。完成混合物を次に粒度ｄ₅₀＝９０μｍに粉砕し、１５００ｋｐ／ｃｍ²の比圧縮圧力で圧縮成形した。続いて圧粉体に最終温度２００℃で１５時間の硬化処理を行った。当該の圧粉体は５０００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有する。当該の圧粉体から製造したカーボンブラシを次に比較測定のために、６００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有する在来の樹脂結合黒鉛材料によるカーボンブラシと比較した。火花障害測定は実施例１と同様に在来のブラシと比較して火花障害の明らかな減少をもたらした。

各々２個の電動機での材料Ｉ及びＩＩの火花障害測定の結果を表したグラフである。

Claims (40)

1. 電気抵抗率Ｗ_Spezが、３５００μΩｍ≦W_Spezである、電気接点用の樹脂結合黒鉛材料において、
   樹脂結合黒鉛材料がＲ_G≧３０重量％のカーボンブラック含量Ｒ_Gを有する１５ないし７５重量部のカーボンブラック含有電気黒鉛と、１５ないし７５重量部のカーボンブラックなしの電気黒鉛及び１５ないし３５重量部の結合剤とよりなる混合物からなり、電気抵抗率Ｗ_Spez が３５００μΩｍ≦W_Spez≦１５０００μΩｍであることを特徴とする樹脂結合黒鉛材料。
2. 樹脂結合黒鉛材料がＷ_Spez≦１００００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
3. 混合物が添加剤として少なくとも１つの固体潤滑剤、及び／又は研摩添加剤を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂結合黒鉛材料。
4. カーボンブラックなしの電気黒鉛が、カーボンブラックなしの電気黒鉛リサイクル材料からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
5. カーボンブラック含有電気黒鉛がカートリッジ黒鉛からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
6. カーボンブラック含有電気黒鉛が３５００μΩｍ≧W_Spez≧４０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
7. カーボンブラックなしの電気黒鉛が８μΩｍ≦W_Spez≦３０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
8. カーボンブラック含有電気黒鉛が２０μｍ≦ｄ₅₀≦５０μｍの粒度ｄ₅₀を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
9. カーボンブラックなしの電気黒鉛が２０μｍ≦ｄ₅₀≦５０μｍの粒度ｄ₅₀を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
10. カーボンブラック含有及び／又はカーボンブラックなしの電気黒鉛が抵抗率に関して等方性であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
11. 結合剤が合成粉末樹脂であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
12. 結合剤が熱硬化性プラスチックであることを特徴とする請求項１１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
13. 結合剤が合成粉末エポキシ樹脂及び／又はフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
14. 結合剤が溶剤に溶解した粉末樹脂及び／又は無溶剤液状樹脂であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
15. １５ないし７５重量部のカーボンブラック含有電気黒鉛及び１５ないし７５重量部のカーボンブラックなしの電気黒鉛よりなる混合物に、０ないし１０重量部の固体潤滑剤及び／又は０ないし１重量部の研摩添加剤が添加され、原料として総体で１００重量部を有してなることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
16. 結合剤が５０℃≦Ｔ_G≦２５０℃のガラス変態温度Ｔ_Gを有することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
17. 結合剤が室温で１０ｃＰ≦Ｖ≦６０００ｃＰの粘度Ｖを有することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１に記載の樹脂結合黒鉛材料。
18. 下記の手順、即ち
    −８μΩｍ≦Ｗ_Spez≦３０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有するカーボンブラック含量Ｒ_G＞３０重量％の１５ないし７５重量部のカーボンブラック含有電気黒鉛及び１５ないし７５重 量部のカーボンブラックなしの電気黒鉛と１５ないし３５重量部の結合剤としての液状樹脂を混合して混合物を形成し、
    −該混合物を５０μｍ≦ｄ₅₀≦１５０μｍの粒度ｄ₅₀に粉砕し、
    −粉砕した混合物を圧縮成形し、
    −粉砕した混合物を硬化して圧粉体とする
    ことを特徴とする電気接点材料のための樹脂結合黒鉛材料の製造方法。
19. カーボンブラック含有電気黒鉛、カーボンブラックなしの電気黒鉛及び結合剤を室温で混合することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 混合物に固体潤滑剤を添加することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 混合物に研摩添加剤を添加することを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１に記載の方法。
22. 粉砕した混合物を比圧縮圧力１０００ｋＰ／ｃｍ²ないし２０００ｋＰ／ｃｍ²で圧縮成形することを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれか１に記載の方法。
23. 圧粉体を１０ｈ≦ｔ≦２０ｈの期間ｔにわたって１８０℃≦Ｔ₂≦２５０℃の最終温度Ｔ₂で硬化することを特徴とする請求項１８ないし２２のいずれか１に記載の方法。
24. 混合物に０ないし１０重量部の固体潤滑剤を添加することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の方法。
25. 混合物に０ないし１重量部の研摩添加剤を添加することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の方法。
26. カーボンブラックなしの電気黒鉛としてカーボンブラックなしの電気黒鉛リサイクル材料を使用することを特徴とする請求項１８ないし２５のいずれか１に記載の方法。
27. カーボンブラック含有電気黒鉛としてカートリッジ黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし２６のいずれか１に記載の方法。
28. 結合剤として溶剤に溶解した粉末樹脂を使用することを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれか１に記載の方法。
29. 結合剤として無溶剤液状樹脂を使用することを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれか１に記載の方法。
30. 結合剤として合成プラスチックを使用することを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれか１に記載の方法。
31. 前記合成プラスチックは、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂であることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
32. ５０℃≦Ｔ_G≦２５０℃のガラス変態温度Ｔ_Gを有する液状結合剤を使用することを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれか１に記載の方法。
33. 室温で１０ｃＰ≦Ｖ≦６０００ｃＰの粘度Ｖを有する液状結合剤を使用することを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれか１に記載の方法。
34. ４０μΩｍ≦Ｗ_Spez≦３５００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有するカーボンブラック含有電気黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし３３のいずれか１に記載の方法。
35. Ｗ_Spez≦２５００μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有するカーボンブラック含有電気黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし３４のいずれか１に記載の方法。
36. ８μΩｍ≦Ｗ_Spez≦３０μΩｍの抵抗率Ｗ_Spezを有するカーボンブラックなしの電気黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし３５のいずれか１に記載の方法。
37. ２０μｍ≦ｄ₅₀≦５０μｍの粒度ｄ₅₀を有するカーボンブラックなしの電気黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし３６のいずれか１に記載の方法。
38. ２０μｍ≦ｄ₅₀≦５０μｍの粒度ｄ₅₀を有するカーボンブラックなしの微粒電気黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし３６のいずれか１に記載の方法。
39. 抵抗率が等方性であるカーボンブラックなしの及び／又はカーボンブラック含有電気黒鉛を使用することを特徴とする請求項１８ないし３８のいずれか１に記載の方法。
40. カーボンブラシ及び／又はスリップリングのための接続接点材料としての請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の樹脂結合黒鉛材料の使用。

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