JPH02285952A

JPH02285952A - 小型モータにおけるカーボン・ブラシとその製造方法

Info

Publication number: JPH02285952A
Application number: JP1103202A
Authority: JP
Inventors: Isao Shibuya; 功渋谷
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1990-11-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕永久磁石界磁を有する小型モータに用いるカーボン・ブ
ラシに関し。

機械ノイズと整流特性と摩耗性とを向上したカーボン・
ブラシを提供することを目的とし。

金属メッキ黒鉛ブラシに用いる黒鉛粉末として。

灰分が０．０５　ｗｔ％以下に精製されたものを用いる
と共に、当該黒鉛粉末に粒径が５０ミクロン以下の酸化
物の粉末を添加して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、小型モータに用いるカーボン・ブラシ、特に
永久磁石界磁を有する小型モータに用いるカーボン・ブ
ラシに関する。

〔従来の技術〕

従来、小型モーフにおけるカーボン・ブラシとしては、
９９％ないし９９．５％程度に精製された黒鉛原料に対
してバインダを加え、当該バインダを加えて固められた
ものに対して粉砕・ふるい分は処理を行い、必要に応じ
て所望の導電性を与えるための金属粉末添加混合処理を
行い１次いで加圧成形処理をへて、焼成処理を行うよう
にして、製造されたものが用いられている。

更に上記バインダを用いる点をなくするようにしたもの
として、いわゆる鍍銅黒鉛ブラシが知られている。当該
Ｍ１ｊ４黒鉛ブラシは、９９％程度に精製された黒鉛原
料の粉末粒子に対して銅メッキが行われ、当該銅メッキ
された黒鉛粉末をそのまま加圧成形即ちバインダを加え
ることなく加圧成形し、焼成処理を行うようにして製造
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術に述べた前者の場合には、黒鉛粉（灰分
ち含まれている）をバインダと共に成形焼成している形
となっている。このために６バインダが存在することも
あって組成強度が大となり。

このようにして製造されたブラシを用いる場合に整流子
面上を摺動する際の機械ノイズが大きい傾向をもつ。

一方、上記後者のｖｉ鋼黒鉛ブラシの場合には。

いわば個々の黒鉛粉末粒子の表面が銅被膜層でおおわれ
たものが、加圧成形されて接触しあって結合された形と
なる。このために、バインダが使用されていないことか
ら、当該鍍銅黒鉛ブラシの場合には、上記前者のカーボ
ン・ブラシにくらべて機械ノイズが小さい。

しかし、当該従来の鍍銅黒鉛ブラシの場合には。

黒鉛粉末中に灰分を含まれていることから、整流特性が
十分でない。

第９図は従来のｉＪＷ銅黒鉛ブラシにおける粉末粒子結
合態様を示している０図中の符号１１は黒鉛粒子、１２
は銅被膜層２１３は灰分粒子を表している。

従来の鍍銅黒鉛ブラシの場合には１図中の灰分粒子１３
が整流子表面と接触する状態にあるとき。

整流子表面に傷をつけて以後の転流に際して火花が発生
し易くなったり、あるいは当該灰分粒子１３が介在する
ことのために瞬間的に導通不良となったりする。

本願出願人は、上記の点を解決し３機械ノイズと整流特
性とを向上した小型モータにおけるカーボン・ブラシと
その製造方法を本願出願と同時に提案している。しかし
、実験の結果、当該提案のカーボン・ブラシは１機械ノ
イズと整流特性とにおいて優れている反面、摩耗が大き
いということが判明した。

本発明は１機械ノイズと整流特性との向上を図ると共に
、摩耗性が向上したカーボン・ブラシを提供することを
目的としている。

（課題を解決するための手段）第１図は本発明の原理図を示し、第１図（Ａ）は原理構
成図、第１図ＣＢ）は製造工程説明図を示す。

図中の符号１は整流子、２は整流子片、３は回転輪、４
はカーボン・ブラシ、５はブラシ弾性体１１は黒鉛粒子
、１１′は酸化物粒子、１２′は例えば銅被膜層などの
金属メッキ層を表している。

また第１図（Ｂ）において、２０は黒鉛原料であって例
えば９９％程度に精製されたもの、２１は本発明にいう
高純度処理工程、２２は酸化物添加工程、２３は金属メ
ッキ処理工程、２４は加圧成形工程、２５は焼成工程を
表している。

カーボン・ブラシ４は、導電性のブラシ弾性体５によっ
て挟持され、整流子片２．２．２上を摺動するように支
持される。カーボン・ブラシ４は図示斜視図として示す
Ａ−１図示の如く９例えば凸字形状に焼成されており、
凸字形状の頭部が上記ブラシ弾性体５によって挟持され
ている。そして凸字形状の底辺に相当する面に多少の湾
曲面を形成されていて、当該湾曲面が整流子片２上を摺
動する。

カーボン・ブラシ４の図示拡大図として示すＡ−２図示
の如く、カーボン・ブラシ４は例えば銅メッキされた黒
鉛粒子１１に例えば銅メンキされた酸化物粒子１１′が
添加されたものを加圧成形され焼成されたものである。

そして、その顕微鏡写真図として示すＡ−３図示の如く
６黒鉛粒子１１゜１１、・・・および酸化物粒子１１’
・・・の夫々の表面に金属メッキ層１２′が形成されて
おり、これらが加圧成形されて当該金属メッキ層１２′
によって結合されている。

当該カーボン・ブラシ４は、第１図（Ｂ）図示の如く、
黒鉛原料２０に対して、高純度処理工程２１と、酸化物
添加工程２２と、金属メッキ処理工程２３と、加圧成形
工程２４と、焼成工程２５とを実行することによって製
造される。

〔作　用〕

黒鉛粒子に対して銅メッキをほどこして製造したｌ！ｆ
銅黒鉛ブラシ自体は、従来の技術の欄において記述した
如く公知であり１本発明の特徴は、高純度処理工程２１
を行って、金属メッキ処理工程２３が実行される前の状
態において、黒鉛粉末が０．０５　ｗｔ％以下の灰分を
もつようにされており。

したがって、製造されたカーボン・ブラシ４内の金属メ
ッキされた加圧成形・焼成された全粒子中で、灰分に対
応する粒子が黒鉛粒子の０．０５　ｗｔ％以下となって
いる所にある。

従って、金属メッキ黒鉛ブラシが形成されていることか
ら、従来のバインダを用いたカーボン・ブラシにくらべ
てモータ運転時の機械ノイズが少なく、かつ上記灰分が
きわめて少ないことから整流特性が優れたものとなる。

また、酸化物添加工程２２において、上記黒鉛粉末に粒
径が５０ミクロン以下の酸化物粉末を添加することによ
り、実験結果によれば摩耗性を高くすることができるこ
とが判明した。即ち、従来の場合の！！銅黒鉛ブラシは
、概念としては公知であったが現実には使用できないも
のであったけれども１本発明によって初めて実用の域に
高められたものとなった。

〔実施例〕

第２図は本発明にいう高純度処理工程に用いる精製炉の
概念図を示す０図中の符号２０は黒鉛原料、３０は炉体
、３１はトランス、３２はハロゲン・ガス管を表してい
る。

高純度処理工程は、窒素やアルゴンなどの不活性ガス中
で高温度時に容易にハロゲンを遊離する物質例えばＣＣ
β４やＣＣｌ２Ｆ、などを用いて黒鉛原料中の不純物を
除く工程に対応している。

即ち、炉体３０内に黒鉛原料２０を投入し、原料２０の
下にハロゲン・ガス管３２が置かれている。

炉を昇温させ、約１８００℃に達した際に、ＣＣｌ４を
不活性ガスに飽和させてハロゲン・ガス管３２から給送
する。この場合に１次の如き反応が行われると考えてよ
い。即ちＣＣ１ａ→Ｃ＋２ＣＩ。

３　Ｃ＋　Ｆｅｔｕｓ　＋　３　Ｃ１ｔ　→２Ｆｅ　Ｃ
１ｘ　＋　３ＣＯそして、　１９００℃以上になったとき、ＣＣＺ、をＣ
Ｃｌ１ｘＦｔに切り替え、更に２５００℃以上の温度で
４時間以上精練処理をつづける。そして冷却過程におい
ても、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスでフラッシ
ングをつづけて不純物の逆拡散を防ぎハロゲンを除去す
る。

当該高純度処理工程において得られる黒鉛の純度は９９
．９５　ｗｔ％以上となる。即ち、不純物は０．０５　
ｗｔ％以下となる。

なお５本発明者は、金属メッキ黒鉛ブラシに用いる黒鉛
の純度を高めるために、上記高精度処理工程の他に１次
の方法を用いて精練した上で、鍍銅黒鉛ブラシを製造し
、モータに適用してテストを行った。

（ｉ）物理精練浮遊選鉱を用い、固体粒子の表面の物理化学的な差を利
用して不純物と黒鉛とを分離しており。

略３００μ以下の粒子が対象となる。黒鉛は気泡で選別
できることから、油と気泡との中に黒鉛粉末を入れ、気
泡に附けて浮かして採集した。この場合には９８％以上
９９．５％未満の純度が得られる。

従って、不純物として０．５％以上２．０ｚ程度が含ま
れているものとなる。

（ｉｔ＞化学処理黒鉛中に含存される不純物を高濃度酸、アルカリ液で溶
かし、同時に加熱（１６０°〜１７０℃）加圧（５〜６
気圧）が加えられる。この処理方法は、オートクレーブ
法と呼ばれており、主成分の反応は次の如きものと考え
てよい、即ち。

Ｆｅｚｅｓ　＋６ＨＣ１−＊２Ｆｅ　Ｃ１１ｚ　＋３Ｈ！、０２Ｓｉ　Ｃｈ　＋４Ｎａ　０Ｈ− ２ＮａｚＳｉ　Ｏｓ　＋２Ｈｚ　Ｏこの処理の場合には９９％以上９９．９％未満の純度が
得られる。従って、不純物として、　０．０５％以上１
．０ｚ程度が含まれているものとなる。

第３図はブラシ・テスト結果を説明する図である。Ｎ１
ｋｌは従来のカーボン・ブラシ（バインダを含むもの）
を用いた場合、ｌｌ＆ｌＬ■は物理精練鍍銅黒鉛ブラシ
を用いた場合、Ｎｌ［ｉは化学処理Ｕｉ銅黒鉛ブラシを
用いた場合、ｍＴＶは本発明の高純度処理工程による処
理を行って得た鍍銅黒鉛ブラシを用いた場合を夫々表し
ている。上記１ｋｌないし１ｋｒＶに対応して夫々１０
個のブラシを製造し、テストした。

１１ｋｉ［の場合には１機械ノイズの平均値が４６ｄＢ
であり、整流波形によって整流特性を調べた結果では１
０個中の２個のものにおいて不良であった。

１１ｈｎとＮＩＩ［ｌとの場合には、夫々１機械ノイズ
の平均値は４０ｄＢであるが、１０個中のすべてが整流
波形において不良であった。上記に対して１ｋｌＶの場
合には１機械ノイズの平均値が３８ｄＢであり。

かつ１０個中のすべてにおいて整流波形が良好であった
。

第４図（Ａ）　（Ｂ）　（Ｃ）　（Ｄ）は第３図図示ぬ
■ないし患■に示されるブラシを用いた場合の典型的な
整流波形を表すオシロ波形の写真を示している。なお整
流波形とは、ブラシが整流子片上を摺動してゆく間にお
けるモータ電流の波形を意味しており。

第４図（Ｄ）図示の本発明のブラシを用いた場合には、
実質上転流時の波形が規則的に現れており。

整流特性が良いことを表している。

これに対し第４図（Ｂ）に示す隘「および第４図（Ｃ）
に示すｘｍの場合には、転流時の波形に乱れがあり８時
によっては非導通状態も発生している。

また第４図（八）に示すＮＱ＋の場合には、略規則的で
あり、実用可能な範囲である。

第５図（Ａ）　（Ｂ）は本発明のブラシにおける粒子構
造を表す写真を示している０本発明のブラシを樹脂でモ
ールドした上で研磨した写真である。第５図（＾）は第
１図（Ａ）図示Ａ−１において図示上下方向に切断した
面の写真であり、第５図（Ｂ）は同じくＡ−１において
図示水平方向に切断した面の写真である。写真に示され
ている如（、各黒鉛粉末粒子の表面に銅メッキ層が存在
している。

第６図（Ａ）　（Ｂ）は従来のバインダを用いるカーボ
ン・ブラシにおける粒子構造を表す写真を示している。

第６図（Ａ）は第５図（Ａ）に対応し、第６図（Ｂ）は
第５図（Ｂ）に対応した写真である。第６図の写真の場
合には、黒鉛粉末粒子の間にバインダが介在している状
態となっている。

また、高純度鍍銅黒鉛粉末にｕ１ｕＡ酸化物粉末を添加
した上で、加圧成形し焼成した本発明のカーボン・ブラ
シは、第７図および第８図に示す実験結果により、摩耗
性が高くなることが判明した。

なお１本発明のカーボン・ブラシに添加される酸化物に
は１例えば５ｉ０１＋ＡＩｉ○３、Ｆｅ２Ｏ２，ＭｎＯ
。

ＭｇＯ，Ｔｉ０ｚ等の組成を有する珪酸塩が用いられる
。そして、上記摩耗性は、酸化物粉末の粒径と当該酸化
物粉末の含有量と密接な関係があることも判明した。な
お第７図は、上記酸化物粉末の含有量を３　ｗｔ％とし
、当該酸化物粉末の粒径と摩耗度との関係を示した実験
結果であり、第８図は。

上記酸化物粉末の粒径を５０ミクロン以下とし７当該酸
化物粉末の含有量と摩耗度との関係を示した実験結果で
ある。また、第７図および第８図に示されている実験結
果は、各テストＮｏ、毎に夫々１０個のブラシを製造し
、最大８０時間の運転テストを行ったものである。なお
１図中のｘ印は運転不能となつたタイミングを示してい
る。

第７図により明らかなように、ＦＪ耗度を低く抑えるよ
うにするためには、上記酸化物粉末の粒径を、５０ミク
ロン以下（テストＮｏ、２）にすれば良い、即ち、酸化
物無添加の場合（テス）　Ｎｏ、　１　）には摩耗度が
大きくなり１粒径が５０〜６０ミクロンの場合（テスト
Ｎｏ、　３　）には短時間（平均８時間）のうちに５個
も運転不能となり、その他の場合（テストＮｏ、４ない
しテストＮｏ、　７　）には短時間（平均３．９〜４．
５時間）のうちに全個数が運転不能となるため不適当で
ある。

また、第８図により明らかなように、上記酸化物粉末の
含有量を０．１〜１０．Ｏｗｔ％の範囲（テストＮｏ、
１ないしテストＮｏ、　６　）において、摩耗度が３１
ないし４３％となるため実用上問題は無いが、上記酸化
物粉末の含有量を０．５〜１０．０　ｉｖｔ％の範囲（
テストＮ０９３ないしテストＮｏ、６）にすると、摩耗
度が３１ないし３３％となるため一層好ましい、しかし
、含有量が１２．０　ｗＬ％の場合（テストＮｏ、７）
には、短時間（平均３３時間）のうちに全個数が運転不
能となるため不適当である。

以上説明した実験結果にもとづいて１本発明のカーボン
ブラシは、摩耗性の向上を図るため１粒径が５０ミクロ
ン以下の酸化物粉末を０．１ないし１０．０　ｗｔ％添
加して形成されているものである。

なお３本発明の説明において、高純度１！銅黒鉛粉末に
１！銅酸化物粉末を添加した上で、加圧成形し焼成して
カーボンブラシを形成するように説明したが１本発明は
これに限られるものではなく。

高純度鍍銅黒鉛粉末に鍍銅されていない酸化物粉末を添
加するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上説明した如く１本発明によれば、従来実用化できな
いと考えられていた金属メッキ黒鉛ブラシを実用化する
ことが可能となり１機械ノイズと整流特性との向上を図
ると共に、摩耗性が向上したカーボン・ブラシを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は本発明にいう高純度
処理工程に用いる精製炉の概念図、第３図はブラシ・テ
スト結果を説明する図、第４図（Ａ）（Ｂ）　（Ｃ）　
（Ｄ）は第３図図示のｍ＋ないしＭａｉｌ／に示される
ブラシを用いた場合の典型的な整流波形、第５図（Ａ）
（Ｂ）は本発明のブラシにおける粒子構造を表す写真、
第６図（Ａ）　（Ｂ）は従来のバインダを用いるカーボ
ン・ブラシにおける粒子構造を表す写真第７図は添加さ
れる酸化物粉末の粒径と摩耗度との関係を示すテスト結
果を説明する図、第８図は添加される酸化物粉末の含有
量と摩耗度との関係を示すテスト結果を説明する図、第
９図は従来のｌｔｗ４黒鉛ブラシにおける粉末粒子結合
態様を示している。図中、１は整流子、２は整流子片、３は回転軸。４はカーボン・ブラシ、５はブラシ弾性体、１１は黒鉛
粒子、１１′は酸化物粒子、１２′は金属メッキ層、２
０は黒鉛原料、２１は高純度処理工程２２は酸化物添加
工程、２３は金属メッキ処理工程、２４は加圧成形工程
、２５は焼成工程を表す。特許出願人　マブチモーター株式会社代理人弁理士森１）寛（外２名）第１図第２図第３図（テスト：１０イ［ｆＩ）第Ｇ図手続補正書（方式）補正の内容２゜３゜４゜平成　１年特許願第１０３２０２号発明の名称小型モータにおけるカーボン・ブラシとその製造方法補正をする者事件との関係　特許出願人住所　千葉県松戸市松飛台４３０番地名称　　　マブナモーター株式会社代表者　馬　渕　隆　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）永久磁石を界磁としてそなえると共に，整流子を
介して転流が行われて回転せしめられる小型モータに使
用され，黒鉛粉末を結合して形成され上記整流子を摺動
する小型モータにおけるカーボン・ブラシにおいて，上記黒鉛粉末の粉末粒子を金属層で覆った鍍金黒鉛粉末
に，粒径が５０ミクロン以下の酸化物粉末粒子を添加し
た上で，加圧成形され焼成されて形成された金属メッキ
黒鉛ブラシであって，当該金属メッキ黒鉛ブラシに使用された黒鉛粉末が，当
該黒鉛粉末中に灰分を０．０５ｗｔ％以下に精製された
ものであることを特徴とする小型モータにおけるカーボン・ブラシ
。
（２）永久磁石を界磁としてそなえると共に，整流子を
介して転流が行われて回転せしめられる小型モータに使
用され，黒鉛粉末を結合して形成され上記整流子を摺動
する小型モータにおけるカーボン・ブラシの製造方法に
おいて，不活性ガスの高温雰囲気中でハロゲンを遊離する物質を
用い黒鉛原料を精製する高純度処理工程と，当該高純度処理工程を経た黒鉛の粉末に粒径が５０ミク
ロン以下の酸化物の粉末を添加する酸化物添加工程と，当該酸化物添加工程を経た黒鉛の粉末と酸化物の粉末と
に対して，金属層をメッキせしめる金属メッキ処理工程
と，当該金属メッキ処理された粉末を加圧成形せしめる加圧
成形工程と，当該加圧成形された加圧成形物を焼成する焼成工程とを実行し，金属メッキ黒鉛ブラシを製造するようにしたことを特徴とする小型モータにおけるカーボン・ブラシ
の製造方法。