JP4588392B2 - Carbon brush for electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、電気機械用カーボンブラシに関し、特に、小型モータに使用される電気機械用カーボンブラシに関する。   The present invention relates to a carbon brush for an electric machine, and more particularly, to a carbon brush for an electric machine used for a small motor.

電動モータは小型化、大容量化、高出力化が進んでいる。例えば、電気掃除機に用いられるモータは、更に小型で吸引力が強いことが求められている。このため、モータのファンの外径を小さくし、超高速(30,000rpm以上)で回転させるようになっている。このような超高速回転のモータにおいては、電気機械用カーボンブラシ(以下、カーボンブラシという)と導電性の回転体である整流子との良好な摺動状態を保持することにより、正常な電気的接触を維持することが重要な課題とされてきた。   Electric motors are becoming smaller, larger capacity, and higher output. For example, a motor used in a vacuum cleaner is required to be smaller and have a strong suction force. For this reason, the outer diameter of the fan of the motor is reduced, and the motor is rotated at an ultra high speed (30,000 rpm or more). In such an ultra-high-speed rotation motor, normal electrical operation is achieved by maintaining a good sliding state between a carbon brush for an electric machine (hereinafter referred to as a carbon brush) and a commutator that is a conductive rotating body. Maintaining contact has been an important issue.

従来、このような課題に鑑みて、黒鉛粉末を合成樹脂で結合したいわゆるレジンボンド系のカーボンブラシが多く使用されるようになった。このレジンボンド系のカーボンブラシは、黒鉛粉末によって滑りを良くするとともに、レジンによって座乗性をよくすることにより、正常な電気的接触が確保されている。   Conventionally, in view of such a problem, a so-called resin bond type carbon brush in which graphite powder is bonded with a synthetic resin has been widely used. This resin-bonded carbon brush is made slippery with graphite powder and has good seating properties with the resin, thereby ensuring normal electrical contact.

また、電気掃除機等においては、吸引力(吸込仕事率)を高くするために、モータの入力を増やすことにより、カーボンブラシの電流密度を高くすることが可能である。しかし、このような方法による場合、特にレジンボンド系のカーボンブラシは、長時間の使用によるカーボンブラシの温度上昇やカーボンブラシの摩耗の増加による整流不良の恐れが生じる。   Moreover, in a vacuum cleaner or the like, the current density of the carbon brush can be increased by increasing the input of the motor in order to increase the suction force (suction power). However, in the case of such a method, in particular, a resin-bonded carbon brush may cause a rectification failure due to an increase in temperature of the carbon brush due to long-time use or an increase in wear of the carbon brush.

さらに、入力規制という背景を考慮しなければならず、一定の入力に対してより高い出力が得られるモータがよりいっそう求められていた。
このような状況から、安定した整流を確保するとともに、モータに対して高い効率(入力に対する出力)を与えることができるカーボンブラシが強く望まれていた。
Furthermore, the background of input restriction has to be taken into consideration, and there has been a further demand for a motor that can obtain a higher output for a given input.
Under such circumstances, there has been a strong demand for a carbon brush capable of ensuring stable commutation and providing high efficiency (output with respect to input) to the motor.

こうした課題の対処として、黒鉛粉と、この黒鉛粉に対して0.5〜5重量%の概ね200メッシュ以下の粒状アルミニウム粉及び結合剤が混合されてなり、これを加圧成型した後、350℃以下の温度で加熱処理してなるカーボンブラシが開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、黒鉛粉と、この黒鉛粉に対して0.2〜3.0重量%の概ねアルミニウム粉及び2〜10重量%の銅粉と熱硬化性樹脂が混合されてなり、これを成型した後、焼成してなるカーボンブラシが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特公昭58−58787号公報 特開昭64−8844号公報
As a countermeasure for such a problem, graphite powder, 0.5 to 5% by weight of granular aluminum powder of approximately 200 mesh or less and a binder are mixed, and after this is pressure-molded, 350 A carbon brush obtained by heat treatment at a temperature of ℃ or less is disclosed (for example, see Patent Document 1). Also, after graphite powder, 0.2 to 3.0% by weight of aluminum powder and 2 to 10% by weight of copper powder and thermosetting resin are mixed with the graphite powder, and then molded. A carbon brush obtained by firing is disclosed (for example, see Patent Document 2).
Japanese Patent Publication No. 58-58787 JP-A 64-88844

ところで、上記した金属粉末を含むカーボンブラシにおいて、特許文献1及び2に開示されている技術では、下記の問題点(1)〜(4)がある。
(1)金属粉末が整流子を研削するため、整流子の摩耗量が増加する。
(2)カーボン基材と金属粉末との密着性が悪い場合には、金属粉末が脱離することがある。
(3)金属粉末を用いるため、この金属粉末がカーボンブラシの材質内で偏在を起こしやすい。
(4)金属粉末が多量に含有されると、カーボンブラシの弾性係数が高くなり、回転時にブラシが跳ねやすくなるなど、ブラシの座乗性が悪くなるため、回転電機の効率が低下し、ブラシの寿命を短くしてしまう。
By the way, in the carbon brush containing the metal powder described above, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 have the following problems (1) to (4).
(1) Since the metal powder grinds the commutator, the amount of wear of the commutator increases.
(2) When the adhesion between the carbon substrate and the metal powder is poor, the metal powder may be detached.
(3) Since metal powder is used, the metal powder tends to be unevenly distributed in the material of the carbon brush.
(4) If the metal powder is contained in a large amount, the elastic coefficient of the carbon brush becomes high, and the brush seating property deteriorates, for example, the brush easily jumps during rotation. Will shorten the service life.

本発明は、こうした状況を鑑みて創案されたものであり、よりいっそう安定した整流を確保し、モータに対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子の摩耗量の低減が得られる電気機械用カーボンブラシを提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of such circumstances, ensuring more stable commutation, high efficiency for motors, long life, temperature reduction, sliding noise suppression, commutator wear reduction. An object of the present invention is to provide a carbon brush for an electric machine from which can be obtained.

上記課題を解決するために、本発明の電気機械用カーボンブラシは、導電性の回転体に押し当てられる電気機械用カーボンブラシであって、カーボンを少なくとも1成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、金属化合物Cu(edta)を水に溶解させた含浸液に上記ブラシ基材を浸漬することにより、上記ブラシ基材の気孔に上記金属化合物Cuが当該ブラシ基材に対して0.16〜0.96重量%の割合で均一に含浸されていることによって特徴付けられる In order to solve the above problems, an electric machine carbon brush according to the present invention is an electric machine carbon brush pressed against a conductive rotating body, and includes an aggregate containing at least one carbon and a binder. By immersing the brush base material in an impregnating solution in which the material is a brush base material and the metal compound Cu (edta) is dissolved in water, the metal compound Cu is in the pores of the brush base material with respect to the brush base material. And uniformly impregnated at a ratio of 0.16 to 0.96% by weight .

骨材とバインダとから構成されているブラシ基材は、「気孔」と呼ばれる空隙部分が存在しているが、ここで含浸とは、その気孔に金属化合物を当該物質に存在せしめることを意味する。   The brush base material composed of the aggregate and the binder has void portions called “pores”. Here, impregnation means that a metal compound is present in the material in the pores. .

なお、存在する気孔の大きさや容積はブラシの種類、製造方法及び製造条件等の違いによって異なる。そして、気孔はブラシ全体に存在しており、ブラシ表面から内部までつながっている開気孔と、ブラシ内部に孤立してある閉気孔が存在する。以下、単に「気孔」というときは開気孔を意味するものとする。   The size and volume of the existing pores vary depending on the type of brush, manufacturing method, manufacturing conditions, and the like. The pores exist in the entire brush, and there are open pores connected from the brush surface to the inside and closed pores isolated in the brush. Hereinafter, the term “pores” simply means open pores.

上記金属化合物は、水溶液あるいは有機溶剤に溶けた状態であるので分子レベルの大きさのままで金属化合物をブラシの気孔中に均一に含浸させることができる。金属化合物がブラシ気孔中に均一に含浸されていることによって、金属化合物が長時間に渡って、回転体との摺動面の全体に均一に作用し、摺動面での機械的抵抗が低減され、良好な摺動性が達成されることによってモータ効率の向上、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が図れるものと考えられる。   Since the metal compound is in a state of being dissolved in an aqueous solution or an organic solvent, the metal compound can be uniformly impregnated into the pores of the brush while maintaining the molecular level. By uniformly impregnating the metal pores in the brush pores, the metal compound acts uniformly on the entire sliding surface with the rotating body for a long time, and the mechanical resistance on the sliding surface is reduced. Thus, it is considered that by achieving good slidability, motor efficiency can be improved, long life, temperature can be reduced, sliding noise can be suppressed, and commutator wear can be reduced.

上記構成において、上記金属化合物が金属錯化合物であってもよいし、キレート化合物であてもよい。さらに、上記金属化合物の配位子は、アミン系化合物、ケトン化合物、オキシム系化合物のうちいずれか一つであることが好ましい。In the above configuration, the metal compound may be a metal complex compound or a chelate compound. Furthermore, the ligand of the metal compound is preferably any one of an amine compound, a ketone compound, and an oxime compound.

更に本発明の電気機械用カーボンブラシでは、電気機械用カーボンブラシの導電性回転体と接触する面を除く当該カーボンブラシの表面の少なくとも1部分に電気良導性の金属皮膜が形成されているものを使用することができる。   Further, in the carbon brush for electric machine of the present invention, an electrically conductive metal film is formed on at least a part of the surface of the carbon brush excluding the surface in contact with the conductive rotating body of the carbon brush for electric machine. Can be used.

このように金属皮膜が形成されているブラシを使用することによって、モータに対する効率をさらに向上させることができる。   Thus, the efficiency with respect to a motor can further be improved by using the brush in which the metal membrane | film | coat is formed.

本発明によれば、以上の構成により、モータの効率が向上し、ブラシの摩耗量が減少し、ブラシの寿命が長くなる。また、温度が高い場合にはモータに付随する他の部品が劣化しやすくなるが、本発明ではブラシの温度が低下することから、こうした問題も解消される。さらに、摺動音が低下し、整流子摩耗が低減する点でも有益である。   According to the present invention, the above configuration improves the efficiency of the motor, reduces the amount of wear of the brush, and extends the life of the brush. In addition, when the temperature is high, other components associated with the motor are likely to deteriorate. However, in the present invention, the temperature of the brush is lowered, so that such a problem is solved. Further, it is beneficial in that the sliding noise is reduced and commutator wear is reduced.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態に係るブラシを用いたモータの概略構成を示している。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a motor using a brush according to an embodiment of the present invention.

ブラシ1は、モータの整流子である回転体2とブラシ1の下面1aが接触し、その部分で摺動する。このブラシ1はブラシホルダー4によってその外周を囲まれた状態で保持されている。   The brush 1 is in contact with the rotating body 2 that is a commutator of the motor and the lower surface 1a of the brush 1 and slides at that portion. The brush 1 is held in a state of being surrounded by a brush holder 4.

ブラシ1は、カーボンを少なくとも1成分として含む骨材とバインダとからなる素材を基材としている。この基材は、前述したように気孔を有しており、本実施の形態では、ブラシ基材の気孔中に金属化合物を含浸する。   The brush 1 has a base material made of an aggregate containing carbon as at least one component and a binder. This substrate has pores as described above, and in the present embodiment, the pores of the brush substrate are impregnated with a metal compound.

ブラシ1の気孔については、例えば、水銀圧入法によって求めた平均気孔半径が1μm以下の小さな気孔半径を有するブラシ基材であってもよい。   The pores of the brush 1 may be, for example, a brush base material having a small pore radius with an average pore radius determined by a mercury intrusion method of 1 μm or less.

ブラシ1の基材としては、CG(Carbon Graphite)系と呼ばれる炭素黒鉛質のブラシ、EG(Electric Graphite)系と呼ばれる電気黒鉛質のブラシ、バインダが炭素化されていない合成樹脂であるレジンボンド系ブラシ、銅粉、鉄粉、銀粉等の金属粉末を骨材の一部に使用した金属系ブラシ等を使用することができ、特に、レジンボンド系ブラシが好適である。   As a base material of the brush 1, a carbon graphite brush called CG (Carbon Graphite) system, an electric graphite brush called EG (Electric Graphite) system, and a resin bond system that is a synthetic resin whose binder is not carbonized A metal brush using metal powder such as a brush, copper powder, iron powder, silver powder or the like as part of the aggregate can be used, and a resin bond brush is particularly preferable.

このレジンボンド系ブラシ基材の製造方法について以下に説明する。   The manufacturing method of this resin bond type brush base material is demonstrated below.

まず、骨材100重量部に対してバインダ10〜40重量部を概ねの配合比として、これら骨材とバインダを混練する。   First, these aggregates and a binder are knead | mixed by making 10-40 weight part of binder into an approximate compounding ratio with respect to 100 weight part of aggregate.

この骨材としては、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛等を使用することができる。このうち、特に黒鉛の結晶性があまり発達していない人造黒鉛又は、天然黒鉛と人造黒鉛とを配合した構成が好ましい。   As this aggregate, artificial graphite, natural graphite, expanded graphite and the like can be used. Of these, artificial graphite in which the crystallinity of graphite is not so developed, or a configuration in which natural graphite and artificial graphite are blended is preferable.

一方、バインダとしては、合成樹脂が使用され、熱硬化性合成樹脂又は熱可塑性合成樹脂のいずれを使用してもよいし、これらの混合物を使用してもよい。特に好適な合成樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。   On the other hand, a synthetic resin is used as the binder, and either a thermosetting synthetic resin or a thermoplastic synthetic resin may be used, or a mixture thereof may be used. Particularly suitable synthetic resins include epoxy resins, phenol resins, polyester resins, vinyl ester resins, furan resins, polyamide resins, and polyimide resins.

なお、混練の際には必要に応じてアルコール類、アセトン等の有機溶剤を適量加えてもよい。また、必要に応じて骨材の一部に添加剤、例えば、固体潤滑材、皮膜調整剤を加えてもよい。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑材や、アルミナ、シリカ、炭化珪素等の皮膜調整剤を加えてもよい。   When kneading, an appropriate amount of an organic solvent such as alcohols or acetone may be added as necessary. Moreover, you may add an additive, for example, a solid lubricant, and a film | membrane regulator, to some aggregates as needed. For example, a solid lubricant such as molybdenum disulfide or tungsten disulfide, or a film modifier such as alumina, silica, or silicon carbide may be added.

次に、混練した塊を粉砕して成形用の粉体に調整する。その後、その粉体をブラシ基材形状に成形する。そして成形体に樹脂が硬化する温度下(一般的には、100〜300℃)で熱処理を施して樹脂を硬化させる。   Next, the kneaded mass is pulverized to prepare a powder for molding. Thereafter, the powder is formed into a brush base material shape. And it heat-processes under the temperature (generally 100-300 degreeC) which resin hardens | cures to a molded object, and resin is hardened.

また、ブラシ1は、ブラシ基材の段階で、ブラシ1の下面1aを除く側面1b及び上面1aの全面又は1部分に電気良導性の金属皮膜を形成してもよい。この皮膜の材質としては、ニッケル、銅及び銀を挙げることができる。また、この皮膜の厚さは、概ね3〜100μmであるが、これに限定されるものではない。   Moreover, the brush 1 may form an electrically conductive metal film on the entire surface or a part of the side surface 1b and the upper surface 1a excluding the lower surface 1a of the brush 1 at the stage of the brush substrate. Examples of the material of the coating include nickel, copper, and silver. Moreover, although the thickness of this film | membrane is about 3-100 micrometers in general, it is not limited to this.

なお、この金属皮膜の形成は、電解メッキ、無電解メッキ等の公知の方法によって行うことができる。   The metal film can be formed by a known method such as electrolytic plating or electroless plating.

金属化合物をブラシに含有させる方法としては、ブラシを製造する途中でこれらを骨材やバインダと共に混合させる方法や、予め製造したブラシ基材に対してこれらをを含浸させる方法を採用することができる。   As a method of incorporating the metal compound into the brush, a method of mixing these together with an aggregate or a binder in the course of manufacturing the brush, or a method of impregnating them into a previously manufactured brush base material can be employed. .

次に、ブラシ基材に金属化合物を含浸する構成について説明する。   Next, the structure which impregnates a brush base material with a metal compound is demonstrated.

この金属化合物は、水あるいは有機溶剤に可溶な金属化合物であり、この金属化合物は金属錯化合物であることが好ましく、さらに、この金属錯化合物がキレート化合物であることが好ましい。   The metal compound is a metal compound that is soluble in water or an organic solvent. The metal compound is preferably a metal complex compound, and the metal complex compound is preferably a chelate compound.

また、この金属化合物に含まれる金属種は長周期型元素周期表における3〜14族かつ3〜5周期の金属であればよく、この場合、Al,Ti,Fe,Ni,Cu,Zn,Ag,Snのいずれかであることが好ましい。これらの金属の中で特に、Fe,Cu,Zn,Agが好ましい。   In addition, the metal species contained in this metal compound may be any metal of 3 to 14 groups and 3 to 5 periods in the long-period element periodic table. In this case, Al, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag , Sn is preferable. Among these metals, Fe, Cu, Zn, and Ag are particularly preferable.

このような金属化合物としては、イオン結合性のものでも共有結合性のものでもよく、上記金属の硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩等の無機塩、上記金属の酢酸塩、シュウ酸塩、安息香酸塩、ベンゼンスルホン酸塩等の有機酸塩、上記金属が中心原子である金属錯化合物やキレート化合物が挙げられるが、特に限定はされず、市販のものが使用できる。
上記金属が中心原子である金属錯化合物やキレート化合物は、特に限定はされず、市販のものが使用できる。
Such metal compounds may be ion-bonding or covalent-bonding, inorganic salts such as sulfates, nitrates and hydrochlorides of the above metals, acetates, oxalates and benzoates of the above metals , Organic acid salts such as benzene sulfonate, metal complex compounds and chelate compounds in which the above metal is the central atom, but are not particularly limited, and commercially available products can be used.
The metal complex compound or chelate compound in which the metal is a central atom is not particularly limited, and commercially available products can be used.

上記金属が中心原子である金属錯化合物やキレート化合物の配位子は、エチレンジアミン(en)、ジエチレントリアミン(dien)、トリエチレンテトラミン(trien)、エチレンジアミン四酢酸(edta)、ピピリジン(bpy)、テルピリジン(terpy)等のアミン系化合物、アセチルアセトン(acac)等のケトン化合物、ジメチルグリオキシム(dmg)等のオキシム系化合物等であるものが好ましい。   The ligand of the metal complex compound or chelate compound in which the metal is the central atom is ethylenediamine (en), diethylenetriamine (dien), triethylenetetramine (trien), ethylenediaminetetraacetic acid (edta), pyridine (bpy), terpyridine ( and an amine compound such as terpy), a ketone compound such as acetylacetone (acac), and an oxime compound such as dimethylglyoxime (dmg).

ブラシ基材への金属化合物の含浸には、まず、上記金属化合物と水あるいは有機溶剤を混合し、この含浸液を調整する。金属化合物と水あるいは有機溶剤とは、容易に混ざり合うので撹拌棒を用いて手で撹拌するといった簡単な操作でこの含浸液を調整することができる。この含浸液における金属化合物の量は、目的とする含浸率、含浸条件、選択した基材の種類等に応じて適宜決められる。   For impregnation of the brush base material with the metal compound, first, the metal compound and water or an organic solvent are mixed to prepare the impregnation liquid. Since the metal compound and water or the organic solvent are easily mixed, the impregnating liquid can be prepared by a simple operation such as stirring manually with a stirring rod. The amount of the metal compound in the impregnation liquid is appropriately determined according to the target impregnation rate, impregnation conditions, the type of the selected substrate, and the like.

調整した含浸液は、毛細管現象によって微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単に含浸液中にブラシ基材を浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。   The adjusted impregnating liquid penetrates into the fine pores to the inside by capillary action and is uniformly impregnated into the pores of the brush base material. Therefore, the impregnation can be performed by simply immersing the brush substrate in the impregnating liquid. However, vacuum degassing and pressurizing operations known as general impregnation methods may be used in combination.

含浸液の温度は、水あるいは有機溶剤の沸点に応じて、適宜選択でき、20〜30℃程度の室温から40〜60℃の高温の温度範囲で行うことができる。また、浸漬時間は、含浸液の粘度、温度、ブラシ基材等の条件によって適宜決められるが、例えば10〜60分程度である。   The temperature of the impregnating liquid can be appropriately selected according to the boiling point of water or the organic solvent, and can be performed in a temperature range from about 20 to 30 ° C. to 40 to 60 ° C. In addition, the immersion time is appropriately determined depending on conditions such as the viscosity of the impregnating solution, temperature, and brush base material, and is, for example, about 10 to 60 minutes.

ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを取り出して100℃以上の温度下で乾燥することにより、ブラシに含浸された水あるいは有機溶剤を除去する。乾燥によるブラシの重量が恒量になった時点でこれらの除去が終点に達したものとみなして乾燥を終了する。ブラシ基材に残された金属化合物の重量が、含浸された重量である。   After the brush is immersed for a certain time, the brush is taken out and dried at a temperature of 100 ° C. or higher to remove water or an organic solvent impregnated in the brush. When the weight of the brush by drying reaches a constant weight, it is considered that the removal has reached the end point, and the drying is finished. The weight of the metal compound left on the brush substrate is the weight impregnated.

このように金属化合物が含浸されたブラシに適宜リード線3等が取り付けられる。   Thus, the lead wire 3 etc. are suitably attached to the brush impregnated with the metal compound.

また、本実施形態においては、10〜20000mm2 /s(20℃)の動粘度を有する金属化合物と水あるいは有機溶媒の混合物が好ましい。さらに、10〜1000mm2 /sの動粘度を有することがより好ましい。 In the present embodiment, a mixture of a metal compound having a kinematic viscosity of 10 to 20000 mm 2 / s (20 ° C.) and water or an organic solvent is preferable. Furthermore, it is more preferable to have a kinematic viscosity of 10 to 1000 mm 2 / s.

以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明する。
[実施例]
まず、本実施例において使用するレジンボンド系のブラシ基材を以下のように作製した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[Example]
First, a resin-bonded brush base material used in this example was produced as follows.

人造黒鉛粉末(平均粒径100μm、灰分5重量%以下)100重量部に対して、エポキシ樹脂30重量部を配合し、人造黒鉛粉末と樹脂とが均一に混合されるように、常温で所定の時間(30〜120分)混練した。   30 parts by weight of epoxy resin is blended with 100 parts by weight of artificial graphite powder (average particle size 100 μm, ash content 5% by weight or less), and at a normal temperature, the artificial graphite powder and the resin are uniformly mixed. Kneading was carried out for a time (30 to 120 minutes).

この混練物を40メッシュ以下に粉砕してブラシに成形するための成形用粉末とした。この成形用粉末を金型でブラシの形状に成形(寸法:5.5x6x25mm)した後、市販の乾燥器を用いて150℃の熱処理を施して、樹脂を硬化させた。   This kneaded product was pulverized to 40 mesh or less to obtain a molding powder for molding into a brush. The molding powder was molded into a brush shape with a mold (size: 5.5 × 6 × 25 mm), and then heat-treated at 150 ° C. using a commercially available dryer to cure the resin.

本ブラシ基材は、かさ密度が1.45g/cm3 であり、抵抗率が700μΩ・mであ
った。本ブラシ基材の累積気孔容積は212mm3 /g、平均気孔半径は0.76μmで
あった。なお、気孔率は水銀圧入法(水銀ポロシメータFISONS Instrument社製、モデルMAPO120及びPO2000を使用)によって求めた。
This brush base material had a bulk density of 1.45 g / cm 3 and a resistivity of 700 μΩ · m. The brush substrate had a cumulative pore volume of 212 mm 3 / g and an average pore radius of 0.76 μm. In addition, the porosity was calculated | required by the mercury intrusion method (The mercury porosimeter FISONS Instrument company make, model MAPO120 and PO2000 was used).

本実施例においては、まず、このように作製したブラシ基材を用いて、金属化合物Cu(edta)を水に溶解させた含浸液とし、この含浸液にブラシ基材を浸漬する時間を変化させることにより、含浸率がそれぞれ、0.16重量%、0.32重量%、0.48重量%、0.96重量%の金属化合物含浸ブラシ(4種類)を得た。なお、含浸率(重量%)は、含浸による増加分の重量を含浸前のブラシの重量で除して求めた値に100を掛けてパーセント表示したものである。   In this example, first, the brush base material thus prepared is used as an impregnation liquid in which the metal compound Cu (edta) is dissolved in water, and the time during which the brush base material is immersed in the impregnation liquid is changed. As a result, metal compound-impregnated brushes (4 types) having impregnation rates of 0.16 wt%, 0.32 wt%, 0.48 wt%, and 0.96 wt% were obtained. The impregnation rate (% by weight) is expressed as a percentage by multiplying the value obtained by dividing the weight of the increase due to impregnation by the weight of the brush before impregnation by 100.

モータの効率の測定には、まず、これらのブラシにリード線を取り付けた後、試験用のモータに41kPaのスプリング圧力でセットした。一定の条件の下、それぞれのブラシについて、吸込仕事率P(W)を測定した。なお、モータには、電圧230V、60Hzの下、約1550Wの電力を入力した。このとき、モータの回転数は約34000rpmであった。   To measure the motor efficiency, first, lead wires were attached to these brushes, and then set to a test motor with a spring pressure of 41 kPa. Suction power P (W) was measured for each brush under certain conditions. In addition, about 1550W of electric power was input into the motor under the voltage 230V and 60Hz. At this time, the rotation speed of the motor was about 34000 rpm.

モータの効率は(1)式によって計算した。   The efficiency of the motor was calculated by equation (1).

η=(P/I) x 100・・・(1)
ここで、ηはモータの効率(%)、Pは吸引仕事率(W)、Iは入力(W)である。
η = (P / I) x 100 (1)
Here, η is the motor efficiency (%), P is the suction power (W), and I is the input (W).

これによって得られたモータの効率(η)を、金属化合物を含浸していないブラシを使用した場合、上記4種類の金属化合物含浸ブラシを使用した場合のそれぞれのモータの効率の試験結果を表1に示す。なお、含浸率が0重量%は本実施例には含まず、比較例(1) として記す。   Table 1 shows the motor efficiency test results obtained when the brushes not impregnated with the metal compound were used, and the motor efficiency tests obtained when the four types of metal compound impregnated brushes were used. Shown in The impregnation rate of 0% by weight is not included in this example, and is described as Comparative Example (1).

また、100時間当りのブラシの摩耗量(mm/100h)、ブラシホルダ外周先端部の温度(℃)、およびブラシの摺動音(dB )、100時間当りの整流子摩耗量(mm/100h)をそれぞれ測定した結果を表1に示す。   Also, the amount of wear of the brush per 100 hours (mm / 100h), the temperature of the outer periphery of the brush holder (° C), the sliding sound of the brush (dB), the amount of wear of the commutator per 100 hours (mm / 100h) Table 1 shows the results obtained by measuring the values.

なお、温度は、ブラシホルダー4の外周の回転体側の先端部温度を熱電対を用いて測定した。   In addition, the temperature measured the front-end | tip part temperature by the side of the rotary body of the outer periphery of the brush holder 4 using the thermocouple.

また、摺動音は、ブラシホルダー4から10cm(距離)離れた位置をサウンドレベルメータ(ONOSOKKI製LA−210)で測定した。   The sliding sound was measured at a position 10 cm (distance) away from the brush holder 4 with a sound level meter (LA-210 manufactured by ONOSOKKI).

また、金属粉末Alを0.5重量%、 金属粉末Cuを0.5重量%含有させたブラシをそれぞれ比較例(2) 、比較例(3) とし、これらについても上記実施例と同様、モータの効率の計算及び、各測定を行った。   Further, brushes containing 0.5% by weight of metal powder Al and 0.5% by weight of metal powder Cu were referred to as Comparative Example (2) and Comparative Example (3), respectively. The efficiency was calculated and each measurement was performed.

これらの試験結果を表2に示す。   The test results are shown in Table 2.

Figure 0004588392
Figure 0004588392

Figure 0004588392
表1に示すように、試料番号(2) 〜(5) では、モータの効率がそれぞれ41.2%、41.1%、41.1%、41.1%であり、金属化合物Cu(edta)を含浸していないブラシ(無含浸ブラシ)のモータの効率41.0%に対して0.1〜0.2%高い値を示した。
Figure 0004588392
As shown in Table 1, in the sample numbers (2) to (5), the motor efficiency is 41.2%, 41.1%, 41.1%, 41.1%, respectively, and the metal compound Cu (edta ) Was 0.1 to 0.2% higher than the efficiency of the motor of 41.0%.

モータの効率が0.1〜0.2%向上することは、電気掃除機等に使用する小型モータの分野においては、顕著な効果と判断される。従って、こうしたモータの効率の向上は、大きな意義を持ち利用価値が高いものと評価される。特に、モータの規格等によって、入力が規制されているような状況では、入力を大きくすることにより、出力を高くすることができないことを考慮すると、このように、よりモータの効率の高いブラシが要求されることは必須である。   An improvement in the motor efficiency of 0.1 to 0.2% is considered to be a significant effect in the field of small motors used in vacuum cleaners and the like. Therefore, the improvement in the efficiency of such a motor is evaluated as having great significance and high utility value. In particular, in a situation where the input is restricted by the motor standard, etc., considering that the output cannot be increased by increasing the input, a brush with higher motor efficiency is thus obtained. It is essential to be required.

また、100時間当りのブラシ摩耗量については、試料番号(2) 〜(5) では、7〜9(mm/100h) の値となり、無含浸ブラシの10(mm/100h) に比べ、飛躍的に低減された。また、温度については、93℃以下に抑えられた。さらに、摺動音については、試料番号(2) 〜( 4) では、無含浸ブラシの110dBに比べ低くなった。100時間当りの整流子摩耗量については、試料番号(2) 〜(5) では、0.04〜0.05(mm/100h) の値となり、無含浸ブラシの0.12(mm/100h) に比べ、飛躍的に低減された。   Also, the brush wear amount per 100 hours is 7-9 (mm / 100h) for sample numbers (2) to (5), which is dramatic compared to 10 (mm / 100h) for the non-impregnated brush. Reduced to Moreover, about temperature, it was restrained to 93 degrees C or less. Further, the sliding noise was lower in the sample numbers (2) to (4) than the 110 dB of the non-impregnated brush. The amount of commutator wear per 100 hours is 0.04 to 0.05 (mm / 100h) for sample numbers (2) to (5), and 0.12 (mm / 100h) for the non-impregnated brush. Compared with, it was drastically reduced.

金属粉末を含有させた試料番号(6)(7)の比較例(2)(3)においては、Al粉末を含有させた場合には、モータの効率が41.2%と高い値を示したものの、Cu粉末を含有させた場合には、モータの効率が40.7%と低い値を示した。しかし、100時間当りのブラシ摩耗量、温度、摺動音については、いずれも上記実施例のような効果はみられなかった。また、この比較例(3) (試料番号(7))の結果から明らかなように、Cu粉末を含有するブラシは、モータの効率は下がるものの、本実施例の金属化合物Cu(edta)が含浸されたブラシは、前述したように効果が顕著であることが証明された。   In Comparative Examples (2) and (3) of sample numbers (6) and (7) containing metal powder, the efficiency of the motor showed a high value of 41.2% when Al powder was contained. However, when Cu powder was included, the efficiency of the motor was as low as 40.7%. However, no effect as in the above example was observed for the amount of brush wear per 100 hours, temperature, and sliding noise. Further, as is clear from the results of this comparative example (3) (sample number (7)), the brush containing Cu powder impregnates the metal compound Cu (edta) of this example, although the efficiency of the motor decreases. It was proved that the effect of the brush was remarkable as described above.

また、本実施例で作製したブラシ基材のブラシの回転部に接触する部分を除く周囲の表面の全面を厚さ10μmの銅皮膜を、銅の無電解メッキによって形成させた。   Further, a copper film having a thickness of 10 μm was formed by electroless plating of copper on the entire surface of the surrounding surface except for the portion of the brush base material produced in this example that was in contact with the rotating portion of the brush.

この銅皮膜を形成したブラシ基材に上記(本実施例)の方法で、同じ金属化合物を含浸させた。その結果、銅皮膜を形成したブラシ基材に対する金属化合物の含浸率は、上記の銅皮膜が無いブラシに比べて2割程度低い値となった。しかし、銅皮膜を形成したブラシ基材の場合には、浸漬時間を長くしたり浸漬温度を変化させたりするといった方法によって、銅皮膜が無いブラシに対する場合と同等の含浸率を得ることができた。   The same metal compound was impregnated into the brush base material on which this copper film was formed by the method described above (this example). As a result, the impregnation rate of the metal compound with respect to the brush base material on which the copper film was formed was about 20% lower than that of the brush without the copper film. However, in the case of a brush base material on which a copper film was formed, the impregnation rate equivalent to that for a brush without a copper film could be obtained by a method of increasing the immersion time or changing the immersion temperature. .

このようなブラシでは、ブラシ表面に電気良導性金属の皮膜による効果、すなわちブラシの温度上昇を抑制することができ、安定した整流を長期にわたって維持できる点で上記効果に寄与するものである。   Such a brush contributes to the above effect in that the effect of the electrically conductive metal film on the brush surface, that is, the temperature rise of the brush can be suppressed and stable rectification can be maintained over a long period of time.

電気掃除機など、モータを搭載する電気機械では、モータの規格等によって入力規制がある場合は、特に、モータ効率が高いことが要求される。本発明はそのようなモータに利用が可能である。さらに、ブラシの寿命も長く、摺動音を低減でき、経済的にも有益であり、モータの小型化にも寄与できる。   An electric machine equipped with a motor such as a vacuum cleaner is required to have high motor efficiency especially when there is an input restriction due to the motor standard or the like. The present invention is applicable to such a motor. Furthermore, the life of the brush is long, the sliding noise can be reduced, it is economically beneficial, and it can contribute to the miniaturization of the motor.

図1は、本発明の実施の形態に係るブラシを用いたモータの概略構成を示す斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a motor using a brush according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ブラシ
2 回転体
3 リード線
4 ブラシホルダー
1 Brush 2 Rotating body 3 Lead wire 4 Brush holder

Claims (5)

導電性の回転体に押し当てられる電気機械用カーボンブラシであって、
カーボンを少なくとも1成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、
金属化合物Cu(edta)を水に溶解させた含浸液に上記ブラシ基材を浸漬することにより、上記ブラシ基材の気孔に上記金属化合物Cuが当該ブラシ基材に対して0.16〜0.96重量%の割合で均一に含浸されていることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
A carbon brush for an electric machine pressed against a conductive rotating body,
A material composed of aggregate and binder containing carbon as at least one component is a brush base material,
By immersing the brush base material in an impregnating solution in which the metal compound Cu (edta) is dissolved in water, the metal compound Cu is 0.16 to 0.00 in the pores of the brush base material with respect to the brush base material. A carbon brush for an electric machine, which is uniformly impregnated at a ratio of 96% by weight.
請求項1に記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記金属化合物の配位子は、アミン系化合物、ケトン化合物、オキシム系化合物のうちいずれか一つであることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
The carbon brush for an electric machine according to claim 1,
The carbon brush for an electric machine , wherein the ligand of the metal compound is any one of an amine compound, a ketone compound, and an oxime compound .
請求項1又は2に記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記ブラシ基材が、炭素黒鉛質のブラシ、電気黒鉛質のブラシ、レジンボンド系ブラシのうちいずれか一つであることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
The carbon brush for an electric machine according to claim 1 or 2,
The carbon brush for an electric machine , wherein the brush base material is any one of a carbon graphite brush, an electrographite brush, and a resin bond brush.
請求項1〜3のいずれか一つに記載の電気機械用カーボンブラシであって、
上記電気機械用カーボンブラシの上記導電性の回転体と接触する面を除く当該カーボンブラシの表面の少なくとも1部分に電気良導性の金属皮膜が形成されていることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。
A carbon brush for an electric machine according to any one of claims 1 to 3,
A carbon for electric machines, characterized in that an electrically conductive metal film is formed on at least a part of the surface of the carbon brush excluding the surface of the carbon brush for electric machines that contacts the conductive rotating body. brush.
請求項1〜4のいずれか一つに記載の電気機械用カーボンブラシを製造する方法であって、A method for producing a carbon brush for an electric machine according to any one of claims 1 to 4,
カーボンを少なくとも1成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、A material composed of aggregate and binder containing carbon as at least one component is a brush base material,
金属化合物Cu(edta)を水に溶解させた含浸液に上記ブラシ基材を浸漬することにより、上記ブラシ基材の気孔に上記金属化合物Cuを該ブラシ基材に対して0.16〜0.96重量%の割合で均一に含浸することを特徴とする電気機械用カーボンブラシの製造方法。By immersing the brush base material in an impregnating solution in which the metal compound Cu (edta) is dissolved in water, the metal compound Cu is introduced into the pores of the brush base material in an amount of 0.16 to 0.00 with respect to the brush base material. A method for producing a carbon brush for an electric machine, characterized by uniformly impregnating at a ratio of 96% by weight.
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