JP6456142B2 - 金属炭素質ブラシおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
(2)炭素質材料および良導通部の全体に対する良導通部の割合が50重量%以下であってもよい。
(3)炭素質材料および良導通部の全体に対する良導通部の割合が20重量%以上であってもよい。
さらに、炭素質材料および良導通部の全体に対する良導通部の割合が10重量%以上70重量%以下である。この場合、良導通部の割合が10重量%以上であるので、金属炭素質ブラシの電気抵抗率を十分に低くすることができる。また、良導通部の割合が70重量%以下であるので、金属炭素質ブラシの磨耗を十分に抑制することができる。
(10)炭素質材料および良導通部の全体に対する良導通部の割合が20重量%以上50重量%以下であるものである。
(11)ブラシの体積に対する粒径300μm以上の複数の炭素質粒子の体積の割合が68%以上85%以下であってもよい。
図1は、本実施の形態に係る金属炭素質ブラシ(以下、ブラシと略記する)を用いた直流モータの模式的斜視図である。図1の直流モータ10は、ブラシ1および回転体2を含む。回転体2は整流子であり、回転軸Gの周りで回転可能に設けられる。ブラシ1にはリード線4が接続される。ブラシ1の一端は回転体2の外周面に接触する。図示しない電源からリード線4を介してブラシ1に電流が供給される。その電流がブラシ1から回転体2に供給されることにより、回転体2が回転軸Gの周りで回転する。ブラシ回転体2が回転することにより、ブラシ1が回転体2に対して摺動する。
ブラシ1の製造方法について説明する。まず、造粒により炭素質材料を作製する。具体的には、炭素粉およびバインダーを混練することにより炭素質材料を作製する。炭素粉としては、黒鉛粉を用いることが好ましい。黒鉛粉としては、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉または膨張黒鉛粉等を用いることができ、これらのうち複数を混合して用いてもよい。バインダーとしては、合成樹脂を用いることができ、熱硬化性合成樹脂または熱可塑性合成樹脂のいずれを用いてもよく、またはこれらを混合して用いてもよい。バインダーの好ましい例として、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、またはポリイミド樹脂が挙げられる。
このように、本実施の形態では、炭素質材料の成形後平均粒径が300μm以上2000μm以下であることにより、ブラシ1の電気抵抗率を低くすることができるとともに、ブラシ1の成形を容易に行うことが可能となる。
(4−1)実施例1
天然黒鉛にバインダーとしてフェノール樹脂を加えるとともに添加剤として二硫化モリブデンを加え、これを常温で混練することにより炭素質材料を作製し、作製された炭素質材料を熱風乾燥器により乾燥した。天然黒鉛の平均粒径は50μmであり、天然黒鉛の灰分は0.5%以下である。天然黒鉛およびフェノール樹脂の総量に対する天然黒鉛の割合は85重量%であり、フェノール樹脂の割合は15重量%である。天然黒鉛およびフェノール樹脂の総量に対する二硫化モリブデンの割合は3重量%である。
造粒後の炭素質材料から篩を用いて1400μmより大きく1700μm以下の粒径を有する炭素質粒子を抽出した点を除いて、上記実施例1と同様にブラシ1を作製した。
造粒後の炭素質材料から篩を用いて300μmより大きく710μm以下の粒径を有する炭素質粒子を抽出した点を除いて、上記実施例1と同様にブラシ1を作製した。
造粒後の炭素質材料から篩を用いて800μmの粒径を有する炭素質粒子を抽出した点を除いて、上記実施例1と同様にブラシ1を作製した。
比較例1が上記実施例1と異なるのは以下の点である。比較例1では、造粒後の炭素質材料を粉砕機により平均粒径が70μmとなるように粉砕した。その後、粉砕された炭素質材料に電解銅粉を混合してブラシ材料を作製し、作製されたブラシ材料を加圧成形後に焼成することによりブラシ1を作製した。
(5−1)表面状態
図3は、偏光顕微鏡により観察されるブラシ1の切断面を示す図である。図3には、実施例1〜3および比較例1において作製されるブラシ1の炭素質粒子および金属粒子の状態が示される。図3に示される顕微鏡画像を解析することにより、実施例1における炭素質粒子の成形後平均粒径は800μmであり、実施例2における炭素質粒子の成形後平均粒径は1500μmであり、実施例3における炭素質粒子の成形後平均粒径は400μmであり、比較例1における炭素質粒子の成形後平均粒径は80μmであることがわかった。
実施例1〜3および比較例1において作製されたブラシ1から5mm×5mm×40mmのテストピースを作製し、各テストピースの電気抵抗率を測定した。
図4は、電気抵抗率の測定結果を示す図である。図4に示すように、銅割合が20重量%である場合、30重量%である場合、40重量%である場合、および50重量%である場合の各々において、実施例1〜3のテストピースの電気抵抗率が、比較例1のテストピースの電気抵抗率よりも小さくなった。また、銅割合が20重量%である場合、30重量%である場合、40重量%である場合、および50重量%である場合の各々において、実施例1,2のテストピースの電気抵抗率が、実施例3のテストピースの電気抵抗率よりもそれぞれ小さくなった。
実施例4および比較例1において作製されたブラシ1から7mm×11mm×11mmのテストピースを作製し、各テストピースの酸化膨張による膨張率を測定した。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(7)参考形態
(1)本参考形態の一局面に従う金属炭素質ブラシは、複数の炭素質粒子からなる炭素質材料と、複数の炭素質粒子の隙間に設けられ、金属からなる良導通部とを含み、複数の炭素質粒子の平均粒径が300μm以上2000μm以下であるものである。
この金属炭素質ブラシにおいては、炭素質粒子間に形成される隙間に良導通部が設けられるので、金属黒鉛質ブラシの電気抵抗率を低くすることができる。この場合、複数の炭素質粒子の平均粒径が300μm以上であるので、良導通部を容易に形成することができる。また、複数の炭素質粒子の平均粒径が2000μm以下であるので、ブラシの成形を容易に行うことが可能となる。
また、金属の割合を大きくする必要がないので、金属炭素質ブラシとモータの接触部分との間の摩擦が抑制される。したがって、金属炭素質ブラシの磨耗が抑制される。
(2)炭素質材料および良導通部の全体に対する良導通部の割合が10重量%以上70重量%以下であってもよい。
この場合、良導通部の割合が10重量%以上であるので、金属炭素質ブラシの電気抵抗率を十分に低くすることができる。また、良導通部の割合が70重量%以下であるので、金属炭素質ブラシの磨耗を十分に抑制することができる。
(3)良導通部は電解銅粉を用いて形成されてもよい。この場合、コストの増大を抑制しつつ金属炭素質ブラシの導電性を確保することができる。
(4)本参考形態の他の局面に従う金属炭素質ブラシの製造方法は、炭素質粉およびバインダーを混合することにより炭素質材料を作製する工程と、作製された炭素質材料の粒径を調整する工程と、粒径が調整された炭素質材料と金属粉とを混合する工程と、混合された炭素質材料および金属粉を成形する工程と、成形後の炭素質材料および金属粉を焼成する工程とを備え、調整する工程において、成形および焼成後の炭素質材料の平均粒径が300μm以上2000μm以下となるように、炭素質材料の粒径を調整するものである。
この製造方法においては、炭素質材料の粒径が調整された後に、炭素質材料と金属粉とが混合されることにより、成形および焼成後の炭素質材料の平均粒径が300μm以上2000μm以下になる。この場合、炭素質材料の平均粒径が300μm以上となることにより、炭素質粒子間に形成される隙間に金属粒子が集中的にかつ連続的に配置される。そのため、複数の金属粒子が互いに接触しやすくなる。さらに、互いに接触する金属粒子が焼結されて一体化する。それにより、金属炭素質ブラシの電気抵抗率を低くすることができる。また、炭素質材料の平均粒径が2000μm以下であるので、ブラシの成形を容易に行うことが可能となる。
また、金属粉の割合を大きくする必要がないので、金属炭素質ブラシとモータの接触部分との間の摩擦が抑制される。したがって、金属炭素質ブラシの磨耗が抑制される。
(5)混合する工程において、金属粉として銅粉を用い、炭素質材料と混合される銅粉の平均粒径は、成形および焼成後の炭素質材料の平均粒径の200分の1以上20分の3以下であってもよい。
この場合、金属炭素質ブラシの導電性を十分に確保することができるとともに、金属炭素質ブラシの磨耗を十分に抑制することができる。
(6)混合する工程において、銅粉として電解銅粉を用いてもよい。この場合、コストの増大を抑制しつつ金属炭素質ブラシの導電性を十分に確保することができる。
(7)電解銅粉の粒径は10μm以上40μm以下であってもよい。この場合、金属炭素質ブラシの導電性を十分に確保することができる。
(8)本参考形態のさらに他の局面に従う金属炭素質ブラシは、複数の炭素質粒子からなる炭素質材料と、複数の炭素質粒子の隙間に設けられ、金属からなる良導通部とを含み、ブラシの体積に対する粒径300μm以上の複数の炭素質粒子の体積の割合が50%以上であるものである。
この金属炭素質ブラシにおいては、ブラシの体積に対する粒径300μm以上の複数の炭素質粒子の体積の割合が50%以上である。この場合、酸素と接触する良導通部の面積が減少する。したがって、金属炭素質ブラシが高温になった場合でも、良導通部が酸化しにくくなる。これにより、良導通部の酸化による金属炭素質ブラシの酸化膨張を抑制することができる。その結果、他の部材への金属炭素質ブラシの固着、または整流子への金属炭素質ブラシの押し付け不良等の不具合が発生することを防止することができる。
(9)ブラシの体積に対する粒径300μm以上の複数の炭素質粒子の体積の割合が60%以上90%以下であってもよい。
この場合、電気抵抗率を低減させつつ酸素と接触する良導通部の面積をより減少させることができる。これにより、良導通部の酸化による金属炭素質ブラシの酸化膨張をより抑制することができる。
Claims (11)
- 複数の炭素質粒子からなる炭素質材料と、
前記複数の炭素質粒子の隙間に設けられ、金属からなる良導通部とを含み、
前記複数の炭素質粒子の平均粒径が300μm以上2000μm以下であり、
ブラシの体積に対する粒径300μm以上の前記複数の炭素質粒子の体積の割合が60%以上90%以下であり、
前記炭素質材料および前記良導通部の全体に対する前記良導通部の割合が10重量%以上70重量%以下である、金属炭素質ブラシ。 - 前記炭素質材料および前記良導通部の全体に対する前記良導通部の割合が50重量%以下である、請求項1記載の金属炭素質ブラシ。
- 前記炭素質材料および前記良導通部の全体に対する前記良導通部の割合が20重量%以上である、請求項1または2記載の金属炭素質ブラシ。
- 前記良導通部は電解銅粉を用いて形成される、請求項1記載の金属炭素質ブラシ。
- 炭素質粉およびバインダーを混合することにより炭素質材料を作製する工程と、
作製された炭素質材料の粒径を調整する工程と、
粒径が調整された炭素質材料と金属粉とを混合する工程と、
混合された炭素質材料および金属粉を成形する工程と、
成形後の炭素質材料および金属粉を焼成する工程とを備え、
前記調整する工程において、成形および焼成後の炭素質材料の平均粒径が300μm以上2000μm以下となるように、炭素質材料の粒径を調整することにより、金属粉に由来する金属からなる良導通部を炭素質粒子の隙間に形成し、
ブラシの体積に対する粒径300μm以上の前記複数の炭素質粒子の体積の割合が60%以上90%以下である、金属炭素質ブラシの製造方法。 - 前記混合する工程において、前記金属粉として銅粉を用い、
炭素質材料と混合される銅粉の平均粒径は、前記成形および焼成後の炭素質材料の平均粒径の200分の1以上20分の3以下である、請求項5記載の金属炭素質ブラシの製造方法。 - 前記混合する工程において、前記銅粉として電解銅粉を用いる、請求項6記載の金属炭素質ブラシの製造方法。
- 前記電解銅粉の粒径は10μm以上40μm以下である、請求項7記載の金属炭素質ブラシの製造方法。
- 複数の炭素質粒子からなる炭素質材料と、
前記複数の炭素質粒子の隙間に設けられ、金属からなる良導通部とを含み、
ブラシの体積に対する粒径300μm以上の前記複数の炭素質粒子の体積の割合が60%以上90%以下であり、
前記炭素質材料および前記良導通部の全体に対する前記良導通部の割合が10重量%以上70重量%以下である、金属炭素質ブラシ。 - 前記炭素質材料および前記良導通部の全体に対する前記良導通部の割合が20重量%以上50重量%以下である、請求項9記載の金属炭素質ブラシ。
- ブラシの体積に対する粒径300μm以上の前記複数の炭素質粒子の体積の割合が68%以上85%以下である、請求項9または10記載の金属炭素質ブラシ。
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