JPH07213022A - 金属黒鉛質ブラシの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 特定量の天然黒鉛粉、電解銅粉、モリブデン
粉末および鉛粉体と、特定量のノボラック型フェノール
樹脂およびフルフラール樹脂からなる結合剤としての混
合樹脂粉末とを用い、先ず黒鉛粉に混合樹脂を湿式混合
して粉末製造し、この混合粉末と残りの粉末とを混合し
て、２〜３ｔｏｎ／cm²の圧力にて加圧成形し、次いで
温度６００〜８００℃で焼成するとともに、この際、同
時にリード線を装着する金属黒鉛質ブラシ製造方法。 【効果】 上記方法によれば、ブラシの構成物である金
属黒鉛質の結合強度を向上させ、かつブラシの摩擦係数
を低減して、モータの騒音低減特性を向上させることが
可能な金属黒鉛質ブラシの製造方法を提示することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属黒鉛質ブラシの製
造方法に関し、特に、ブラシ構成物である金属黒鉛質の
摩擦係数を低減させるとともに、結合強度を高めるため
に、特定の黒鉛結合剤を特定量で用いた金属黒鉛質ブラ
シの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として代表的な金属黒鉛質ブ
ラシの製造方法は、日本国特許公開第９０−５１３４５
号公報に開示されている。この特許は、モータ等の回転
機器の整流子面に、表皮膜が過剰に生成されるのを未然
に防止し、容量が大きい高速回転でのブラシ磨耗を少な
くして、寿命を長くする黒鉛質ブラシ製造方法に関す
る。

【０００３】すなわち、このようなブラシ製造方法で
は、各々直径５０μｍ以下のα-アルミニューム練磨
剤、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）および二硫化タング
ステン（ＷＳ₂）の粉末と結合剤溶液とを混合して、７
０〜３００μｍの粒子を製造し、人造黒鉛粉７０重量％
に、結合剤としてノボラック型フェノール樹脂およびメ
タノールを加えて混練した後、粉砕して粒径１００μｍ
の粉体を製造し、黒鉛粉に対して練磨剤＋潤滑剤＋結合
剤が０．５〜１５重量％の量で配合される配合物を、
０．２５ｔｏｎ／cm²の圧力で成形し、ついで７００℃
で焼成している。

【０００４】一方、従来の回転機器用、特に小型自動車
に用いられる小型モータ用の金属黒鉛質ブラシ製造方法
では、望まれる出力特性および耐久特性に応じて、金属
成分量を変更していた。例えば、もし高出力が望まれる
ときには、金属を６０〜９０重量％の量で添加し、高耐
久性が望まれるときには、金属を１０〜５０重量％の量
で添加していた。加えて、潤滑性を向上させるために、
黒鉛として天然黒鉛を使用していた。

【０００５】さらに、ブラシの耐久性および高出力、モ
ータの騒音低減特性を向上させるために、結合剤の量
と、結合剤としての樹脂の種類、例えばノボラック型フ
ェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、ビスフェノ
ール樹脂Ａ型およびエポキシ−樹脂等とを選択すること
により、結合強度および気孔率を調整していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の金属黒鉛質ブラシ製造方法の内、モータの出力特性
を向上させるために、金属含有量を増加させる方法で
は、ブラシの金属含有量を増加させると、ブラシの抵抗
率は低減するものの、ブラシの耐磨耗性およびモータ騒
音低減特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。

【０００７】さらに、ブラシを焼成した後、結合強度を
向上させるために、さらに結合剤を添加する場合、添加
量が多くなれば、結合強度は増加されるが、ブラシの収
縮が大きく気孔率が減少するため、ブラシの摩擦係数が
増加し、ブラシによるモータ騒音が大きくなる現象が現
れた。また、結合剤の種類を変更して結合強度を向上さ
せた場合、結合剤の種類別に炭素含有量の差異が生じ、
気孔率、整流子の黒鉛および潤滑剤の皮膜のために、ブ
ラシによる整流子としての電流供給が円滑にならなかっ
た。また、これらの皮膜除去練磨剤としての役割を果た
す、結合剤に含まれた炭素、すなわち非晶質炭素（hard
carbon ）の調節が難しいという問題点があった。

【０００８】なお、このような従来技術の問題点を解決
する方法として、従来では、摩擦係数を低くするため
に、金属の含有量を小さくし、接触電圧の変動を少なく
するために、純粋な黒鉛質を使用し、耐熱磨耗性を高め
るために潤滑剤として二硫化モリブデン等を使用し、結
合強度を高めるためにフェノール樹脂の結合剤を、１種
または２種利用する方法も採用されていた。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、金属黒鉛質ブラシの製
造方法であって、騒音低減特性に重要な要素である摩擦
係数と、出力特性に重要な要素である抵抗率を低減させ
ることが可能な金属黒鉛質ブラシ製造方法を提供するこ
とにある。

【００１０】本発明の他の目的は、結合剤の炭素量を調
整し、ブラシの構成物である金属黒鉛質の結合強度を向
上させ、かつブラシの摩擦係数を低減して、モータの騒
音低減特性を向上させることが可能な金属黒鉛質ブラシ
の製造方法を提示することにある。

【００１１】また、本発明のさらに他の目的は、ブラシ
用組成物に含まれる添加剤が、各々１．５重量％の二硫
化モリブデンと、１重量％の鉛とからなり、特に結合剤
はノボラック型フェノール樹脂と、フルフラール樹脂が
５０：５０で含まれ、かつ黒鉛粉に対して７．５重量％
添加され、これによって、製品強度を向上させることが
可能な金属黒鉛質ブラシ製造方法を提示することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の金属黒鉛質ブラシ製造方法は、以下
の工程を含んでいる。 イ）５５〜７０重量％の天然黒鉛粉と、２５〜４０重量
％の電解銅粉と、１〜５重量％の潤滑剤としての二硫化
モリブデンおよび鉛と、ノボラック型フェノール樹脂お
よびフルフラール樹脂を含み、前記天然黒鉛粉に対して
１〜１５重量％の結合剤としての混合樹脂粉末と、を製
造する工程； ロ）前記天然黒鉛粉と前記混合樹脂粉末とを湿式混合
し、任意に造粒して粒径２００μｍ以下の粉末を製造す
る工程；および ハ）前記工程ロ）で得られた材料と、他の原料とを混合
して得られた組成物を圧力２〜３ｔｏｎ／cm²にて加圧
成形した後に、温度６００〜８００℃で焼成し、この際
同時にリード線が付着されるようにする工程 本発明では、銅粉末粒子分布が、平均２７μｍであり、
原料粉末の混合比が、天然黒鉛６２．５重量％、電解銅
粉３５重量％、添加剤２．５重量％であり、結合剤とし
て、ノボラック型フェノール樹脂とフルフラール樹脂が
５０：５０の重量比で混合された混合樹脂が、天然黒鉛
に対して７．５重量％添加されることが好ましい。

【００１３】特に、本発明の金属黒鉛質ブラシの製造方
法では、結合剤として、ノボラック型フェノール樹脂と
フルフラール樹脂を５０：５０の重量比にて混合した混
合樹脂が、天然黒鉛に対して１〜１５重量％の量で含有
されることが望ましい。

【００１４】

【発明の具体的説明】本発明の金属黒鉛質ブラシの製造
方法では、例えば、以下の具体的方法によって、金属黒
鉛質ブラシを製造できる。

【００１５】天然黒鉛粒子に、ノボラック型フェノール
樹脂およびフルフラール樹脂を５０：５０の重量比で混
合してなる結合剤としての混合樹脂を、天然黒鉛に対し
て７．５重量％の量となるように添加し、湿式混合して
乾燥させた後、粉砕して２００μｍ以下の平均粒径を有
する黒鉛・樹脂粉末を得る。

【００１６】黒鉛・樹脂粉末、および他の原料、すなわ
ち平均粒径２７μｍの電解銅粉と、平均粒径２７μｍの
電解銅粉と、平均粒子粒径２７μｍ以下の二硫化モリブ
デンおよび鉛とを、黒鉛：６２．５重量％、銅粉：３５
重量％、二硫化モリブデン：１．５重量％、および鉛：
１．０重量％の組成で混合し、２．７５ｔｏｎ／cm²の
圧力で加圧成形した後、７００℃の温度において加熱処
理し、同時にリード線を付着させた後、モータに装着で
きるよう加工処理して金属黒鉛質ブラシを得る。

【００１７】すなわち、本発明の金属黒鉛質ブラシ製造
方法は、以下に説明される通りである。先ず、５５〜７
０重量％、好ましくは５７．５〜７０重量％天然黒鉛粉
と、２５〜４０重量％、好ましくは２７．５〜４０重量
％の電解銅粉と、潤滑特性を向上させる添加剤として合
計１〜５重量％、好ましくは合計２．５重量％の二硫化
モリブデンおよび鉛の粉末とを準備する。

【００１８】添加剤としての二硫化モリブテンおよび鉛
は上記合計量となる限りいかなる量で用いてもよいが、
例えば、二硫化モリブテンの粉末は、好ましくは０．７
５〜３重量％、さらに好ましくは１．５重量％の量で用
いられ、鉛の粉末は、好ましくは０．２５〜２重量％、
さらに好ましくは１．０重量％の量で用いられることが
望ましい。

【００１９】これら準備された粉末の内、少なくとも天
然黒鉛粉と、天然黒鉛粉に対し１〜１５重量％の結合剤
とを湿式混合し、好ましくは乾燥した後、粉砕して２０
０μｍ以下の平均粒径を有する粉末を得る。

【００２０】黒鉛粉末が天然黒鉛である場合、人造黒鉛
より潤滑性に優れるため、摺動特性を向上させる。黒鉛
原料粉末の粒度分布は、好ましくは−１５０μｍ〜＋６
３μｍ：３０〜４０重量％、−６３μｍ〜＋４５μｍ：
２５〜３５重量％、−４５μｍ：３０〜４０重量％、さ
らに好ましくは−１５０μｍ〜＋６３μｍ：３５重量
％、−６３μｍ〜＋４５μｍ：３０重量％、−４５μ
ｍ：３５重量％であることが望ましい。

【００２１】結合剤としては、ノボラック型フェノール
樹脂とフルフラール樹脂を混合してなる混合樹脂が使用
され、これら樹脂の混合比は、樹脂の全体重量を１００
とした場合、好ましくは２５：７５〜７５：２５であ
り、特に好ましくは５０：５０であり、このような混合
比の混合樹脂を用いることにより、もっとも優れた黒鉛
と樹脂との混合効果を得ることができる。

【００２２】上述したように、本発明では、結合剤とし
ての混合樹脂を、黒鉛に対して１〜１５重量％、好まし
くは７．５重量％添加して湿式混合し、次いで好ましく
は乾燥した後、粉砕して２００μｍ以下の平均粒径を有
する黒鉛・樹脂粉末を得る。

【００２３】得られた黒鉛・樹脂粉末に加えて、他の原
料、例えば金属粉として、好ましくは２５〜４０μｍ、
さらに好ましくは２７μｍの平均粒径を有する電解銅粉
を用いると共に、添加剤として、好ましくは１０〜３０
μｍ、さらに好ましくは２７μｍ以下の平均粒径を有す
る二硫化モリブデンおよび鉛の粉砕粉末を使用する。こ
れら粉体は、例えば、各々天然黒鉛：６２．５重量％、
電解銅粉：３５重量％、二硫化モリブデン：１．５重量
％、および鉛：１．０重量％の組成で混合する。電解銅
粉は、その他の銅粉と比較して、黒鉛と混合された場合
の電気伝導度および摺動特性に優れている。また、金属
粉は、黒鉛・樹脂混練時に加えてもよい。

【００２４】なお、結合剤を１５重量％を越えて混合し
た場合、ブラシの抵抗率が上昇することとなり、さらに
モータ作動時での整流子の皮膜形成が困難となるので、
かえって導電率を低下させることがある。

【００２５】これら混合された粉末を、通常２〜３ｔｏ
ｎ／cm²、好ましくは２．７５ｔｏｎ／cm²の圧力下で加
圧成形した後に、結合剤が炭化される温度、通常６００
〜８００℃、好ましくは７００℃で焼成（加熱処理）
し、この際、同時にリード線を付着し、次いでモータに
装着することができるように加工することによって、金
属黒鉛質ブラシが製造する。結合剤としてノボラック型
フェノール樹脂およびフルフラール樹脂の混合樹脂を使
用して焼成・炭化させた場合は、ノボラック型フェノー
ル樹脂のみを結合剤として用いて焼成・炭化させた場合
と比較して、製品の収縮率が大きく気孔率を減少させる
ため、ブラシの抵抗率が減少し、モータの出力特性が向
上する他、結合剤が炭化して非晶質炭素となるため、黒
鉛と黒鉛との結合力が向上し、整流子表面の皮膜を調整
する練磨剤作用を得ることができる。

【００２６】

【実施例】ここで、上述の具体的方法に従って金属黒鉛
質ブラシ１を製造した実施例と、結合剤としてノボラッ
ク型フェノール樹脂のみを用いた以外は、上述の具体的
方法と同様にして金属黒鉛質ブラシ２を製造して比較例
とを参照し、本発明の上記効果をさらに具体的に説明す
る。

【００２７】また、実施例の黒鉛質ブラシ１の原料と同
様の黒鉛・樹脂粉末、電解銅粉、二硫化モリブデンおよ
び鉛の原料混合物を、基板上で混練して焼成した場合の
状態を示す倍率１０倍の写真を図２に、比較例の黒鉛質
ブラシ１の原料と同様の原料混合物を、基板上で混練し
て焼成した場合の状態を示す倍率１０倍の写真を図１に
示す。

【００２８】図１および図２に図示されるように、金属
黒鉛質ブラシ１の製造原料であり、結合剤として、ノボ
ラック型フェノール樹脂とフルフラール樹脂を５０：５
０にて混合した混合樹脂を含む原料混合物を用いて７０
０℃で焼成した場合と、金属黒鉛質ブラシ２の製造原料
であり、結合剤としてノボラック型フェノール樹脂のみ
を使用した原料混合物を用いて７００℃での焼成した場
合とにおいて、湿り特性に関して比較すると、結合剤と
して混合樹脂を用いた場合の方が、ノボラック型フェノ
ール樹脂のみを使用した場合に比べて均等な湿り特性を
示したことが判る。

【００２９】ところで、炭化量が余りに多い結合剤を使
用すると、結合力が高まる反面、潤滑特性に悪影響を及
ぼすこととなり、摩擦係数が上昇して、ブラシによるモ
ータの騒音が増加される結果となる。

【００３０】本発明では、７０％程度の炭素を含有する
ノボラック型フェノール樹脂と、６０％程度の炭素を含
有するフルフラール樹脂を混合してなる混合樹脂を結合
剤として使用し、炭化量を調整することにより、ブラシ
の摩擦係数を低減させ、モータの騒音低減特性を向上さ
せることができた。

【００３１】また、上述の具体的方法に示した組成で各
粉末を用い、ノボラック型フェノール樹脂とフルフラー
ル樹脂を重量比５０：５０で混合して結合剤とし、この
結合剤を用いて製造した金属黒鉛質ブラシ１の場合は、
金属黒鉛質ブラシ２と比較して、黒鉛と結合剤の均一な
混合が達成され、焼成によって結合剤が炭化されてなる
非晶質炭素が均一に分布し、ブラシの気孔率が低減し、
かつ抵抗率が低減するため、摩擦係数を低減させ、モー
タの騒音低減特性を向上させることができた。

【００３２】さらに、上記方法にて製造した金属黒鉛ブ
ラシ１および２を、１６０Ｗ容量の自動車用ヒーターブ
ロアモータに装着し、出力４．７kg／cmの負荷を与えて
テストした。また、自動車用ヒーターブロアモータを防
音室内に入れ、モータ回転数１５００rpm とし、無負荷
状態で発生する騒音の周波数分析をおこなって、ブラシ
と整流子間の騒音を評価した。

【００３３】以下の表１に、結合剤としてノボラック型
フェノール樹脂と、フルフラール樹脂を５０：５０で混
合した混合樹脂を用いた実施例の金属黒鉛質ブラシ１
と、結合剤としてノボラック型フェノール樹脂のみを用
いた比較例の金属黒鉛質ブラシ２の、密度、気孔率、抵
抗率、摩擦係数、出力および騒音の測定結果を示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】前記表１によれば、結合剤としてノボラッ
ク型フェノール樹脂と、フルフラール樹脂を重量比５
０：５０で混合した混合樹脂を用いた実施例の金属黒鉛
質ブラシ１は、結合剤としてノボラック型フェノール樹
脂のみを用いた比較例の金属黒鉛質ブラシ２と比べて、
密度が高く、かつ気孔率が低いために、抵抗率が減少し
て出力特性が向上しており、また摩擦係数が低く、かつ
騒音低減特性が向上していることが判る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る金属
黒鉛質ブラシの製造方法によれば、上記特定量の天然黒
鉛粉と、電解銅粉と、添加剤としての二硫化モリブデン
および鉛と、ノボラック型フェノール樹脂およびフルフ
ラール樹脂を特定割合で混合してなる結合剤としての混
合樹脂とを混合して成形し、次いで焼成して金属黒鉛質
ブラシを製造しているため、焼成後の製品の収縮率が大
きく気孔率を減少させることができ、ブラシの抵抗率が
減少し、モータの出力特性が向上する他、焼成前に均一
に存在する結合剤が炭化して非晶質炭素となるため、黒
鉛と黒鉛との結合力が向上し、整流子表面の皮膜を調整
する練磨剤作用を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】比較例の黒鉛質ブラシ１の原料混合物を、基板
上で混練して焼成した場合の状態を示す倍率１０倍の写
真である。

【図２】本発明の実施例の黒鉛質ブラシ１の原料と同様
の黒鉛・樹脂粉末、電解銅粉、二硫化モリブデンおよび
鉛の原料混合物を、基板上で混練して焼成した場合の状
態を示す倍率１０倍の写真である。

フロントページの続き (72)発明者 リー ジァエ スング 大韓民国，キュングキ−ドー，アンサン, ウォルピ−ドング，ヒュンダイ ２エヌデ ィー エーピーティー 204−705

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属黒鉛質ブラシの製造方法において、
   イ）５５〜７０重量％の天然黒鉛粉と、２５〜４０重量
   ％の電解銅粉と、１〜５重量％の添加剤としての二硫化
   モリブデンおよび鉛とノボラック型フェノール樹脂およ
   びフルフラール樹脂を含み、前記天然黒鉛粉に対して１
   〜１５重量％の結合剤としての混合樹脂粉末とを製造す
   る工程、ロ）前記天然黒鉛粉と前記混合樹脂粉末とを湿
   式混合し、任意に造粒して粒径２００μｍ以下の粉末を
   製造する工程、およびハ）前記工程ロ）で得られた材料
   と、他の原料とを混合して得られた組成物を圧力２〜３
   ｔｏｎ／cm²にて加圧成形した後に、温度６００〜８０
   ０℃で焼成し、この際同時にリード線が付着されるよう
   にする工程を含むことを特徴とする金属黒鉛質ブラシの
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記工程ロ）において、前記天然黒鉛５
   ５〜７０重量％と、前記電解銅粉２５〜４０重量％と、
   前記天然黒鉛粉に対して１〜１５重量％の前記結合剤と
   を湿式混合し、かつ該結合剤はノボラック型フェノール
   樹脂およびフルフラール樹脂を２５：７５〜７５：２５
   の重量比で混合してなることを特徴とする請求項１に記
   載の金属黒鉛質ブラシの製造方法。
3. 【請求項３】 前記天然黒鉛粉は、粒度分布が、−１５
   ０μｍ〜＋６３μｍ：３０〜４０重量％、−６３μｍ〜
   ＋４５μｍ：２５〜３５重量％、−４５μｍ：３０〜４
   ０重量％であり、かつ平均粒径が、２７μｍであること
   を特徴とする請求項１に記載の金属黒鉛質ブラシ製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記天然黒鉛、電解銅粉および潤滑剤
   が、各々６２．５重量％、３５重量％および２．５重量
   ％の量で用いられ、前記結合剤が、ノボラック型フェノ
   ール樹脂およびフルフラール樹脂を５０：５０の重量比
   で混合してなり、かつ前記天然黒鉛粉に対して７．５重
   量％の量で添加されることを特徴とする請求項１に記載
   の金属黒鉛質ブラシ製造方法。