JPH0614770B2 - Metallic graphite brush for small motor and manufacturing method thereof - Google Patents

Metallic graphite brush for small motor and manufacturing method thereof

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JPH0614770B2
JPH0614770B2 JP24711489A JP24711489A JPH0614770B2 JP H0614770 B2 JPH0614770 B2 JP H0614770B2 JP 24711489 A JP24711489 A JP 24711489A JP 24711489 A JP24711489 A JP 24711489A JP H0614770 B2 JPH0614770 B2 JP H0614770B2
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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,特に整流特性と耐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,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
ロン以下の耐摩耗兼導電性物質の粉末を0.1〜15.0 wt%
程度,ブラシ全重量に対して添加して構成したものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] A carbon brush for use in a small motor having a permanent magnet field, particularly a graphite brush with improved commutation characteristics and wear resistance. The graphite powder used for the ash is refined to have an ash content of 0.05 wt% or less, and the graphite powder contains wear resistant and electrically conductive substance powder having a particle size of 50 microns or less in an amount of 0.1 to 15.0 wt%.
The composition of the brush is added to the total weight of the brush.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は,小型モータに用いるカーボン・ブラシ,特に
永久磁石磁界を有する小型モータ用金属黒鉛ブラシおよ
びその製造方法に関する。
The present invention relates to a carbon brush used in a small motor, and more particularly to a metal graphite brush for a small motor having a permanent magnet magnetic field and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来,小型モータにおけるカーボン・ブラシとしては,
98%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・ふるい分け処理を行い,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,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。
Conventionally, as a carbon brush for small motors,
A binder was added to the graphite raw material refined to about 98% to 99.5%, and the solidified material added with the binder was crushed and sieved to give the desired conductivity as necessary. A product manufactured by performing a metal powder addition and mixing treatment, then a pressure molding treatment, and a firing treatment is used.

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
鍍銅黒鉛ブラシは,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。
Further, a so-called glazed copper graphite brush is known as one that eliminates the use of the binder. The copper-plated graphite brush is obtained by performing copper plating on powder particles of a graphite raw material that has been refined to about 99%, and press-molding the copper-plated graphite powder as it is, that is, without adding a binder. , Manufactured by firing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来の技術に述べた前者の場合には,黒鉛粉(灰分
も含まれている)をバインダと共に加圧成形,焼成する
ことになっている。このようにバインダを加えて固めら
れた黒鉛原料を粉砕・ふるい分け処理したものに対して
金属粉末を混合して加圧成形した後、焼成して製造する
従来技術による金属黒鉛ブラシにおいては,黒鉛原料中
に1ミクロンから500ミクロン程度の粒径の不純物が含
まれているが普通である。
In the former case described in the above-mentioned conventional technique, graphite powder (including ash) is pressure-molded and fired together with a binder. In a conventional metal graphite brush manufactured by crushing and sieving a graphite raw material that has been hardened by adding a binder in this way, mixing the metal powder, and then firing it, the graphite raw material Impurities with a particle size of about 1 to 500 microns are usually contained in it.

第6図は黒鉛原料中に含有されている不純物の電子顕微
鏡写真を示すが,かなり粒径の大なる不純物が含まれて
いることが判る。
FIG. 6 shows an electron micrograph of impurities contained in the graphite raw material. It can be seen that impurities having a considerably large particle size are contained.

このような不純物の主成分としては,SiO,Al
3,Fe3,MnO,MgO,TiO,珪酸塩等の
酸化物である。不純物としてのこれら酸化物の粒径が50
ミクロン以上のものは,金属粉末を添加,混合する前に
何らかの処理をしなければ加圧成形および焼成してカー
ボン・ブラシとして使用中に整流子と該ブラシの間に粒
子が侵入し整流特性を悪化させる。場合によっては,整
流子とブラシとの間を絶縁しモータを停止させるに至
る。
The main components of such impurities are SiO 2 , Al 2
It is an oxide such as O 3 , Fe 2 O 3 , MnO, MgO, TiO 2 , and silicate. The particle size of these oxides as impurities is 50
If it is more than micron, if it is not subjected to any treatment before adding and mixing the metal powder, it will be pressure-molded and fired, and during use as a carbon brush, particles will enter between the commutator and the brush to improve the rectification characteristics. make worse. In some cases, the motor is stopped by insulating the commutator from the brush.

そこで,本願と同一の出願人はすでに出願した特別許出
願の1つにおいて,黒鉛原料に対して,まず高純度処理
を行って黒鉛に含まれる不純物の割合を0.05 wt%以下
にすると共に、次のバインダ処理工程又は混合工程にお
いて,ブラシ全重量に対して,粒径50ミクロン以下の酸
化物(SiO2,Al3,Fe23,MnO,MgO,T
iO,珪酸塩)を,0.1〜10.0 wt%の範囲で添加し
てバインダ処理した後,粉砕・ふるい分け,金属粉末混
合,加圧成形,焼成する金属黒鉛ブラシおよびその製造
方法を提案した。
Therefore, in one of the special applications already filed by the same applicant, the graphite raw material is first subjected to high-purity treatment to reduce the proportion of impurities contained in the graphite to 0.05 wt% or less, and In the binder treatment step or the mixing step of the above, oxides (SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MnO, MgO, T
We have proposed a metal graphite brush, in which iO, silicate) is added in the range of 0.1 to 10.0 wt% and treated with a binder, and then crushed and sieved, metal powder is mixed, pressure-molded and fired, and a manufacturing method thereof.

上記出願で提案した製造方法により製造した金属黒鉛ブ
ラシを小型モータに用いた場合,整流特性および耐摩耗
性において共にその性能が向上した。しかしながら,酸
化物というものは一般に絶縁性物質であるので導電性が
無く,該酸化物を添加した黒鉛も電流が流れ難くなり問
題が残る。
When the metal graphite brush manufactured by the manufacturing method proposed in the above application was used for a small motor, both its commutation characteristics and wear resistance were improved. However, oxides are generally insulative substances and therefore have no conductivity, and graphite containing the oxides has a problem in that it is difficult for current to flow.

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し,整流
特性が良好であると共に,耐摩耗性および導電性の大な
る小型モータ用金属黒鉛ブラシおよびその製造方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems existing in the prior art, and to provide a metal graphite brush for a small motor, which has excellent rectifying characteristics, and has great wear resistance and conductivity, and a manufacturing method thereof. .

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するために,まず第1の発明において
は, 永久磁石を磁界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よう
に達成した小型モータ用金属黒鉛ブラシにおいて, 黒鉛原料を高純度処理して,その黒鉛粉末中に不純物と
して含有される灰分が0.0.5 wt%以下に精製されたもの
に対し,バインダ処理中あるいは金属添加物を混合する
混合処理中において粒径50ミクロン以下の耐摩耗兼導電
性物質を0.1wt%ないし15.0wt%の範囲で添加した上で
加圧成形する,という技術的手段を採用した。
In order to achieve the above-mentioned object, firstly, in the first invention, a permanent magnet is provided as a magnetic field, and it is used in a small motor that is commutated via a commutator to rotate.
In a metal graphite brush for small motors, which was formed by combining graphite powders and slid the commutator, the graphite raw material was subjected to high-purity treatment, and the ash contained as impurities in the graphite powders was 0.0. To the refined material of 5 wt% or less, add 0.1 wt% to 15.0 wt% of wear-resistant and conductive material with particle size of 50 μm or less during binder treatment or mixing treatment with metal additives. We adopted the technical means of press forming after doing so.

本発明において,耐摩耗兼導電性物質としては,Ti
C,ZrC,HfC,VC,NbC,TaC,Cr
3,MoC,WC等の1種若しくは2種以上を主成
分とする炭化物,TiN,ZrN,NbN,TaN,C
r2N,VN等の1種若しくは2種以上を主成分とする窒
化物,TiB2,ZrB2,NbB,TaB,CrB,
MoB,WB,LaB,VB等の1種若しくは2種以
上を主成分とするホウ化物またはTiSi2,ZrSi2,N
bSi2,TaSi2,CrSi2,MoSi2,WSi2等の1種若
しくは2種以上を主成分とするケイ化物を使用すること
ができる。
In the present invention, as the wear-resistant and conductive material, Ti is used.
C, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC, Cr
3 C 2, MoC, carbides mainly one or two or more of WC such as, TiN, ZrN, NbN, TaN , C
A nitride containing one or more of r 2 N and VN as a main component, TiB 2 , ZrB 2 , NbB 2 , TaB 2 , CrB,
A boride containing at least one of MoB, WB, LaB, VB 2 and the like as a main component, or TiSi 2 , ZrSi 2 , N
bSi 2, TaSi 2, CrSi 2 , MoSi 2, a silicide as a main component one or two or more of WSi 2, etc. can be used.

次に第2の発明においては, 永久磁石を磁界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よう
に構成した小型モータ用金属黒鉛ブラシにおいて, 不活性ガス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を,バインダで固
めるバインダ処理工程と, 前記バインダで固められた黒鉛物質に対して粉砕・ふる
い分け処理を行った後,金属粉末を添加混合する混合処
理工程と, 前記混合処理された粉末を加圧成形せしめる加工成形工
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, を実行すると共に,前記バインダ処理工程あるいは前記
混合処理工程において粒径が50ミクロン以下の耐摩耗兼
導電性物質の粉末0.1wt%ないし15.0 wt%の範囲で添加
するようにして金属黒鉛ブラシを製造する,という技術
的手段を採用した。
Next, in the second invention, the permanent magnet is used as a magnetic field, and it is used for a small motor that is commutated through a commutator to rotate.
A high-purity treatment process for purifying a graphite raw material by using a substance that releases halogen in a high-temperature inert gas atmosphere in a metal graphite brush for a small motor that is formed by combining graphite powder and is configured to slide on the commutator. And a binder treatment step of solidifying the graphite powder that has undergone the high-purity treatment step with a binder, and a mixing treatment of adding and mixing metal powder after crushing and sieving the graphite material solidified with the binder. Performing a step, a processing step of pressing the mixed powder, and a firing step of firing the pressure-pressed molded article, and the binder treatment step or the mixing step. In order to manufacture a metal graphite brush, the wear resistance and conductive substance powder having a particle size of 50 microns or less are added in the range of 0.1 wt% to 15.0 wt%. Cormorants adopted the technical means.

第1図は本発明の金属黒鉛ブラシの原理図を示し,第1
図(A)は原理構成図,第1図(B)は製造工程説明図
を示す。
FIG. 1 shows the principle of the metal graphite brush of the present invention.
FIG. 1A is a principle configuration diagram, and FIG. 1B is a manufacturing process explanatory diagram.

第1図(A)において,符号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
性体を表している。
In FIG. 1A, reference numeral 1 is a commutator, 2 is a commutator piece, 3 is a rotating shaft, 4 is a carbon brush, and 5 is a brush elastic body.

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,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
の湾曲面が形成されていて,当該湾曲面が整流子片2上
を摺動する。
The carbon brush 4 is sandwiched by conductive brush elastic bodies 5 and supported so as to slide on the commutator pieces 2, 2, 2. The carbon brush 4 is fired, for example, in a convex shape as shown in A-1 shown in the perspective view, and the convex head is sandwiched between the brush elastic bodies 5. A curved surface is formed on a surface corresponding to the bottom of the convex shape, and the curved surface slides on the commutator piece 2.

また第1図(B)において,20は本発明によるカーボン
・ブラシ4のもとである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′はバインダ処理工程,すなわち耐摩耗材であ
り,かつ導電性物質としての炭化物,窒化物,ホウ化物
またはケイ化物であって,その粒径が50ミクロン以下の
ものを0.1wt%〜15.0 wt%,添加して黒鉛粉末を固める
処理工程,23は粉砕・ふるい分け処理工程,24は処理し
た黒鉛粉末と金属粉末とを混合する混合処理工程,25は
加圧成形工程,26は焼成工程を表している。
Further, in FIG. 1 (B), 20 is a graphite raw material which is a source of the carbon brush 4 according to the present invention, which is purified to, for example, about 99%, 21 is a high purity treatment step according to the present invention, 22 ′ Is a binder treatment process, that is, a wear-resistant material, and a conductive material such as carbide, nitride, boride, or silicide having a particle size of 50 microns or less is 0.1 wt% to 15.0 wt%, A process for adding and solidifying the graphite powder, a process 23 for crushing and sieving, a process 24 for mixing the processed graphite powder and a metal powder, a process 25 for pressure molding, and a process 26 for firing. .

第1図(A)に示すカーボン・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,バインダ処理工程22′と,粉砕・ふるい分け処
理工程23と,金属粉末混合処理工程24と,加圧成形工程
25と,焼成工程26とを実行することによって製造され
る。
As shown in FIG. 1 (B), the carbon brush 4 shown in FIG. 1 (A) has a high-purity processing step 21, a binder processing step 22 ', and a crushing / sieving processing step for a graphite raw material 20. 23, metal powder mixing process 24, pressure molding process
It is manufactured by performing 25 and the firing process 26.

〔作 用〕[Work]

上記の製造工程では,高純度処理工程21を行って,バイ
ンダ処理工程22′が実行される前の状態において,黒鉛
粉末が0.05 wt%以下の不純物(灰分)をもつようにな
されており,製造されたカーボン・ブラシ4内の不純物
に対応する粒子が黒鉛粒子の0.05 wt%以下となってい
る。
In the above manufacturing process, the graphite powder has 0.05 wt% or less of impurities (ash content) before the high-purity processing process 21 and the binder processing process 22 'are executed. The amount of particles corresponding to the impurities in the carbon brush 4 is less than 0.05 wt% of the graphite particles.

したがって,前記不純物が極めて少ないことから後続の
処理工程を介して製造されるカーボン・ブラシの整流特
性は優れたものとなる。
Therefore, since the impurities are extremely small, the rectifying characteristics of the carbon brush manufactured through the subsequent processing steps are excellent.

更に,このように高純度処理された黒鉛原料に対してバ
インダ処理工程22′または混合工程において粒径50ミ
クロン以下の上記耐摩耗兼導電物質をブラシ全重量に対
して0.1〜15wt%強制的に添加することによって本
発明のカーボン・ブラシの耐摩耗性を高くしうること
が,実験結果からも明らかになった。
Furthermore, in the binder treatment step 22 'or the mixing step for the graphite raw material thus treated with high purity, the wear-resistant and conductive material having a particle size of 50 μm or less is forcibly applied in an amount of 0.1 to 15 wt% with respect to the total weight of the brush. It was also clarified from the experimental results that the wear resistance of the carbon brush of the present invention can be increased by adding it in a specific amount.

〔実施例〕〔Example〕

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。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。
FIG. 2 shows a conceptual diagram of a refining furnace used in the high-purity treatment step according to the present invention. Reference numeral 20 in the figure is a graphite raw material, 30 is a furnace body, 31
Is a transformer and 32 is a halogen gas tube.

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
やCCl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、CCl
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,次の如き反応が行われると考えてよ
い。即ち, CCl→C+2Cl 3C+Fe2+3Cl→ 2FeCl+3CO そして,1900℃以上になったとき,CClをCCl
に切り替え,更に2500℃以上の温度で4時間以上精
錬処理をつづける。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。
The high-purity treatment process is performed using a substance such as CC which easily releases halogen at high temperature in an inert gas such as nitrogen or argon.
l 4 and by using a CCl 2 F 2 corresponds to the step of removing the impurities in the graphite material. That is, the graphite raw material 20 is placed in the furnace body 30.
And a halogen gas pipe 32 is placed below the raw material 20. When the temperature of the furnace is raised to about 1800 ° C, CCl 4
Is saturated with an inert gas and fed from the halogen gas pipe 32. In this case, it can be considered that the following reactions take place. That is, CCl 4 → C + 2Cl 2 3C + Fe 2 O 3 + 3Cl 2 → 2FeCl 3 + 3CO, and when it becomes 1900 ° C. or higher, CCl 4 is changed to CCl 2
Switch to F 2 and continue refining treatment at a temperature of 2500 ° C or higher for 4 hours or longer. Also in the cooling process, flushing is continued with an inert gas such as nitrogen or argon to prevent back diffusion of impurities and remove halogen.

当該高純度処理工程において得られる黒鉛の純度は99.9
5wt%以上となる。即ち,不純物は0.05wt%以下とな
る。
The purity of graphite obtained in the high-purity treatment step is 99.9.
It will be 5 wt% or more. That is, the impurities are 0.05 wt% or less.

なお,本発明者は,黒鉛ブラシに用いる黒鉛の純度を高
めるために,上記高制度処理工程の他に,次の方法を用
いて精錬した上で,黒鉛ブラシを製造し,モータに適用
してテストを行った。
In addition, in order to increase the purity of graphite used for the graphite brush, the present inventor refined it by the following method in addition to the high precision treatment step, manufactured the graphite brush, and applied it to the motor. I did a test.

(i)物理精錬 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,気泡に付けて浮かし
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2.0%程
度が含まれているものとなる。
(I) Physical refining Flotation is used to separate impurities and graphite by utilizing the physicochemical differences on the surface of solid particles, and particles of approximately 300 μ or less are targeted. Since graphite can be sorted by bubbles,
Graphite powder was placed in oil and air bubbles, attached to air bubbles and collected. In this case, a purity of 98% or more and less than 99.5% can be obtained. Therefore, 0.5% to 2.0% is included as impurities.

(ii)化学処理 黒鉛中に含有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, Fe2+6HCl→ 2FeCl+3HO 2SiO+4NaOH→ 2Na2SiO+2HO この処理の場合には99%以上99.95%未満の純度が得ら
れる。従って,不純物として,0.05%以上1.0%程度が
含まれているものとなる。
(Ii) Chemical treatment Impurities contained in graphite are dissolved in a high-concentration acid or alkali solution, and at the same time, heating (160 ° to 170 ° C) and pressurization (5 to 6 atm) are applied. This treatment method is called the autoclave method, and the reaction of the main components can be considered as follows. That is, Fe 2 O 3 + 6HCl → 2FeCl 3 + 3H 2 O 2SiO 2 + 4NaOH → 2Na 2 SiO 3 + 2H 2 O In this treatment, a purity of 99% or more and less than 99.95% is obtained. Therefore, the impurity content is 0.05% to 1.0%.

このようにして,本発明によるカーボン・ブラシは高純
度処理工程21を経て精製された黒鉛原料に対して,更に
第1図(B)に示すバインダ処理工程22′において,冒
頭で述べたように例えば導電性の硬炭化物であってその
粒径が50ミクロン以下のものを0.1wt%ないし15.0 wt
%,黒鉛原料を処理する工程または混合工程で強制的に
添加する。このように添加されて後続の工程をへて製造
された本発明による金属黒鉛ブラシは整流特性および耐
摩耗性に優れているばかりでなく,導電性においても優
れたものにすることができる。
In this manner, the carbon brush according to the present invention is applied to the graphite raw material refined through the high-purity treatment step 21 and further in the binder treatment step 22 'shown in FIG. 1 (B) as described at the beginning. For example, conductive hard carbides with a particle size of 50 microns or less are 0.1 wt% to 15.0 wt
%, Forcibly added in the process of treating the graphite raw material or the mixing process. The metal graphite brush according to the present invention added as described above and manufactured through the subsequent steps can be excellent not only in rectifying characteristics and wear resistance but also in conductivity.

第3図は,第1図(B)に示す製造工程において,高純
度処理工程21を経て,純度99.95%に精製された黒鉛原
料に対して,バインダ処理工程22′または混合工程で添
加物を混入しなかった場合すなわち,無添加の場合,酸
化物(例えばSiO2,Al3,Fe2O3,MnO,Mg
O,TiO,珪酸塩など)を添加した場合,それに導電
性のある炭化物を添加した場合における各カーボン・ブ
ラシを使った小型モータの実験結果データを示してい
る。
Fig. 3 shows that, in the manufacturing process shown in Fig. 1 (B), the graphite raw material refined to a purity of 99.95% through the high-purity treatment step 21 is added with the binder treatment step 22 'or the mixing step. When it is not mixed, that is, when it is not added, an oxide (for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MnO, Mg
(O, TiO, silicate, etc.) is added, and experimental result data of a small motor using each carbon brush when conductive carbide is added is shown.

この実験は,各ブラシを最大80時間まで運転テストした
ものである。なお,この場合において,酸化物または炭
化物を添加した場合には,その粒径を50ミクロン以下,
添加量は3wt%として行った。
In this experiment, each brush was tested for up to 80 hours. In this case, if oxides or carbides are added, the particle size is 50 microns or less,
The amount added was 3 wt%.

第3図に示すように,80時間にわたるテストにおいて,
無添加のものは摩耗度100%,酸化物添加のものは33
%,炭化添加物のものは19%であった。したがって炭化
物を添加すると耐摩耗度も高くすることができる。
As shown in Fig. 3, in the 80-hour test,
Abrasion rate of 100% without additive, 33 with oxide added
%, And those with carbonization additives were 19%. Therefore, when carbide is added, the wear resistance can be increased.

第4図は,炭化物を添加したものに対して(その粒径,
50ミクロン以下),その添加量を変化した場合の摩耗度
の変化をみるテスト結果を示す。なお,この場合,炭化
物を添加したブラシを10個製造し,最大80時間のテスト
を行った。図中の×印は運転不能となった時間経過を示
している。
Fig. 4 shows the results of the addition of carbide (particle size,
(50 microns or less), the test results to see the change of the wear degree when the addition amount is changed are shown. In this case, 10 brushes with carbide added were manufactured and tested for a maximum of 80 hours. The crosses in the figure indicate the time when operation is impossible.

同図図示のように,炭化物添加量0.5wt%のときは80時
間後,摩耗度が32%であるが,1.0〜15.0 wt%では2
0wt%〜26wt%と摩耗度は比較的低い。そして20wt%で
の整流子の摩耗度が極端に高くなるので小型モータを停
止した。
As shown in the figure, when the amount of carbide added is 0.5 wt%, the wear degree is 32% after 80 hours, but at 1.0 to 15.0 wt% it is 2%.
The degree of wear is relatively low, 0 wt% to 26 wt%. Then, the wear of the commutator at 20 wt% became extremely high, so the small motor was stopped.

このことから炭化物の添加量は1.0〜15.0wt%程度ま
でが好ましいことが判る。
From this, it is understood that the addition amount of carbide is preferably up to about 1.0 to 15.0 wt%.

第5図は,炭化物の添加量を一定(3wt%)にして,そ
の粒径を変化した場合の摩耗度テストを行った結果を示
している。
FIG. 5 shows the results of an abrasion test when the amount of carbide added was kept constant (3 wt%) and the grain size was changed.

同図図示のように,粒径50ミクロン以下では80時間経て
摩耗度22%,50〜74ミクロンの範囲では20%,105〜149
ミクロンの範囲になると30%になり,モータの平均停止
時間も53時間と短くなり,更に149〜174ミクロンの範囲
では摩耗度は急激に高くなり殆んど全個数が運転不能と
なり(平均38時間),不適である。
As shown in the figure, the wear rate is 22% after 80 hours when the particle size is 50 microns or less, 20% when the particle size is 50 to 74 microns, and 105 to 149
In the micron range, it is 30%, the average motor stop time is shortened to 53 hours, and in the range of 149 to 174 microns, the wear rate is suddenly increased and almost all of the motors become inoperable (average 38 hours). ), Is not suitable.

以上説明した実験結果にもとづいて,添加すべき炭化物
の粒径および添加量が決定され,それらの値は50ミクロ
ン以下のものを0.1wt%〜15.0wt%の範囲で添加するの
が最適である。
Based on the experimental results described above, the particle size and amount of carbide to be added are determined, and it is optimal to add those with a particle size of 50 microns or less in the range of 0.1 wt% to 15.0 wt%. .

本実施例においては,耐摩耗兼導電性物質として炭化物
を使用した例について記述したが,耐摩耗兼導電性物質
としては炭化物のみに限定されず,窒化物,ホウ化物若
しくはケイ化物も使用することができ,前記炭化物の場
合と同様な作用効果を発揮できる。また上記炭化物,窒
化物,ホウ化物若しくはケイ化物の2種以上が混在して
も作用効果は同様である。
In this embodiment, an example in which a carbide is used as the wear-resistant and conductive substance is described, but the wear-resistant and conductive substance is not limited to carbide, and nitride, boride, or silicide may be used. It is possible to exhibit the same action and effect as in the case of the above-mentioned carbide. Further, even if two or more kinds of the above-mentioned carbides, nitrides, borides or silicides are mixed, the action and effect are the same.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

これまで述べてきたように,本発明においては,第1図
(B)の高純度処理工程21で黒鉛原料の純度を99.95%
以上(したがって不純物は0.05wt%以下)に上げてか
ら,次の処理に入るような,いわば前置処理を施すもの
であるため,整流特性を改善する一方,バインダ処理工
程または混合工程において,粒径が50ミクロン以下の耐
摩耗兼導電物質をブラシ全重量に対して0.1wt%〜1
5.0wt%添加することによって耐摩耗性および導電性を
も高めた金属黒鉛ブラシを実現することができる。
As described above, according to the present invention, the purity of the graphite raw material is 99.95% in the high purity treatment step 21 of FIG. 1 (B).
Since the pretreatment is carried out so that the next treatment is started after raising the above (therefore, the impurities are 0.05 wt% or less), the rectification characteristics are improved, while the graininess in the binder treatment process or the mixing process is improved. Wear-resistant and conductive material with a diameter of 50 microns or less 0.1 wt% to 1 of the total brush weight
The addition of 5.0 wt% makes it possible to realize a metal graphite brush having improved wear resistance and conductivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(A)は本発明の金属黒鉛ブラシの原理構成図,
第1図(B)は本発明の金属黒鉛ブラシの製造工程説明
図,第2図は本発明にいう高純度処理工程で用いる精製
炉の概念図,第3図は添加物無しの場合,酸化物添加の
場合,および炭化物添加の場合につきブラシの摩耗度を
テストした場合の実験結果データ,第4図は炭化物の粒
径を一定にしてその添加量を変化した場合の摩耗度をテ
ストした実験結果データ,第5図は炭化物の添加量を一
定にしてその粒径を変化した場合の摩耗度をテストした
場合の実験結果データ,および第6図は黒鉛原料に含有
されている不純物の金属組織をあらわす写真,をそれぞ
れ示す。 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,20は黒鉛原料,21
は高純度処理工程,22′はバインダ処理工程,23は粉砕
・ふるい分け処理工程,24は金属粉末混合処理工程,25
は加圧成形工程,26は焼成工程を表す。
FIG. 1 (A) is a principle block diagram of the metal graphite brush of the present invention,
FIG. 1 (B) is an explanatory view of the production process of the metal graphite brush of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of a refining furnace used in the high purity treatment step of the present invention, and FIG. Results data of brush wear test with addition of carbide and addition of carbide, Fig. 4 is an experiment of wear test with variation of addition amount of carbide with constant grain size. Result data, Fig. 5 is the experimental result data when the wear degree was tested when the grain size was changed while the addition amount of carbide was kept constant, and Fig. 6 is the metallographic structure of the impurities contained in the graphite raw material. , Respectively, are shown. In the figure, 1 is a commutator, 2 is a commutator piece, 3 is a rotating shaft, 4 is a carbon brush, 5 is a brush elastic body, 20 is a graphite raw material, 21
Is a high-purity processing step, 22 'is a binder processing step, 23 is a crushing / sieving processing step, 24 is a metal powder mixing processing step, 25
Is a pressure forming step, and 26 is a firing step.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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
摺動するように構成した小型モータ用金属黒鉛ブラシに
おいて, 黒鉛原料を高純度処理して,その黒鉛粉末中に不純物と
して含有される灰分が0.0.5 wt%以下に精製されたもの
に対し,バインダ処理中あるいは金属添加物を混合する
混合処理中において粒径50ミクロン以下の耐摩耗兼導電
性物質を0.1wt%ないし15.0 wt%の範囲で添加した上で
加圧成形して焼成したことを特徴とする小型モータ用金
属黒鉛ブラシ。
1. Used in a small motor that has a permanent magnet as a field and is commutated through a commutator to rotate, and is formed by combining graphite powder to slide the commutator. In the metal graphite brush for small motors configured as above, the graphite raw material was subjected to high-purity treatment, and the ash contained as impurities in the graphite powder was refined to less than 0.0.5 wt%. Small size characterized by adding wear resistant and electrically conductive material with particle size of 50 microns or less in the range of 0.1 wt% to 15.0 wt% during the mixing process of mixing metal additives, followed by pressure molding and firing. Metal graphite brush for motor.
【請求項2】耐摩耗兼導電性物質が,TiC,ZrC,
HfC,VC,NbC,TaC,Cr,MoC,
WC等の1種若しくは2種以上を主成分とする炭化物で
ある請求項(1)記載の小型モータ用金属黒鉛ブラシ。
2. A wear-resistant and conductive material is TiC, ZrC,
HfC, VC, NbC, TaC, Cr 3 C 2 , MoC,
The metal graphite brush for a small motor according to claim 1, which is a carbide containing one or more of WC as a main component.
【請求項3】耐摩耗兼導電性物質がTiN,ZrN,N
bN,TaN,CrN,VN等の1種若しくは2種以
上を主成分とする窒化物である請求項(1)記載の小型モ
ータ用金属黒鉛ブラシ。
3. The wear-resistant and conductive material is TiN, ZrN, N.
The metal graphite brush for a small motor according to claim 1, which is a nitride containing one or more kinds of bN, TaN, Cr 2 N, VN and the like as a main component.
【請求項4】耐摩耗兼導電性物質がTiB,Zr
,NbB,TaB,CrB,MoB,WB,L
aB,VB等の1種若しくは2種以上を主成分とする
ホウ化物である請求項(1)記載の小型モータ用金属黒鉛
ブラシ。
4. The wear-resistant and conductive material is TiB 2 , Zr.
B 2 , NbB 2 , TaB 2 , CrB, MoB, WB, L
The metal graphite brush for a small motor according to claim 1, which is a boride containing one or more of aB, VB 2 and the like as a main component.
【請求項5】耐耗兼導電性物質がTiSi,ZrSi
,NbSi,TaSi,CrSi,MoS
,WSi等の1種若しくは2種以上を主成分とす
るケイ化物である請求項(1)記載の小型モータ用金属黒
鉛ブラシ。
5. The wear-resistant and conductive material is TiSi 2 , ZrSi.
2 , NbSi 2 , TaSi 2 , CrSi 2 , MoS
The metal graphite brush for a small motor according to claim 1, which is a silicide containing one or more of i 2 , WSi 2 or the like as a main component.
【請求項6】永久磁石を磁界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
摺動するように構成した小型モータ用金属黒鉛ブラシの
製造方法において, 不活性ガス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を,バインダで固
めるバインダ処理工程と, 前記バインダで固められた黒鉛物質に対して粉砕・ふる
い分け処理を行った後,金属粉末を添加混合する混合処
理工程と, 前記混合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, を実行すると共に,前記バインダ処理工程あるいは前記
混合処理工程において粒径50ミクロン以下の耐摩耗兼導
電性物質の粉末0.1wt%ないし15.0 wt%の範囲で添加す
るようにして金属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用金属黒鉛ブラシの製造方
法。
6. A small motor which has a permanent magnet as a magnetic field and is commutated through a commutator to rotate, and is formed by combining graphite powder to slide the commutator. In the method of manufacturing a metal graphite brush for a small motor configured as described above, a high-purity treatment step of purifying a graphite raw material using a substance that releases halogen in an inert gas high temperature atmosphere, and a graphite powder that has undergone the high-purity treatment step are A binder treatment step of hardening with a binder, a mixing treatment step of adding and mixing metal powder after crushing and sieving treatment of the graphite substance hardened with the binder, and pressure molding of the mixed powder. The pressure molding step and the firing step of firing the pressure-molded pressure-molded article are performed, and the binder treatment step or the mixing treatment step is performed. A metal graphite brush for a small motor characterized in that a powder of wear-resistant and electrically conductive material having a particle size of 50 microns or less is added in the range of 0.1 wt% to 15.0 wt% to produce a metal graphite brush. Manufacturing method.
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