KR100193179B1 - 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법에 관한 것으로, 종래에는 브러시 내부의 결합제가 탄화되면서 탄소 이외의 성분이 증발하여 기공으로 남게되어 브러시의 비저항을 증가시키고 흑연입자 또는 동입자간의 결합력을 떨어뜨려 브러시의 내마모 특성을 저하시키는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 흑연 분말에 결합제를 혼합하는 혼련 단계와, 이를 경화시키기 위한 가열 단계와, 소정 입도를 갖도록 하는 분쇄 단계와, 동 및 첨가제를 혼합하여 성형체를 형성하는 가압성형 단계와, 소성변형시키는 열처리 단계와, 상기 성형체의 기공에 용융주석(Sn)을 함침하는 단계를 구비함으로써 브러시의 비저항을 감소시키고 흑연입자 또는 동입자간의 결합력을 증대시켜 브러시의 강도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법

본 발명은 직류 전동기에 사용되는 금속흑연질 브러시(Brush)를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 제조공정중 발생되는 기공에 액상의 패놀용융주석(Sn)를 함침시켜 브러시 내부의 흑연이나 동입자간의 결합력을 증대시킬 수 있는 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 흑연 브러시(12)는 제 1 도에 도시된 바와 같이, 저전압 직류 전동기(10)의 정류자(11)상에 미끄럼 운동이 가능하도록 접촉되어서 통전 역할을 수행하는 부재로서, 통상적으로 자동차용 기동 전동기 등과 같은 저전압의 직류 전동기에는 동분말과 천연 흑연 분말을 혼합하여 제조되는 금속흑연질 브러시를 사용하고 있다.

금속흑연질 브러시(이하 브러시라 약칭함)는 직류 전동기의 출력성능, 내구성능에 따라서 금속함유량을 다르게하여 사용하고 있다. 즉, 고출력을 요하는 경우에는 금속함유량이 60∼90 wt%이며, 고 내구성을 요하는 경우에는 금속함유량이 10∼50 wt%로 하는 것이 일반적이다.

한편, 종래의 일실시예에 따른 직류 전동기용 브러시의 제조 방법이 도2 에 나타나 있다.

종래의 브러시 제조방법은 흑연 분말에 열경화성 수지의 결합제를 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 혼련(混煉) 단계와, 상기 열경화성 수지를 경화시키기 위한 가열 단계와, 상기 혼합 분말을 소정입도를 갖도록 하는 분쇄 단계와, 상기 혼합분말에 동 및 첨가제를 혼합하는 소정형상을 갖도록 하는 가압성형 단계와, 이를 소정의 온도범위로 가열하여 소성변형시키는 열처리 단계로 이루어진다.

특히 성형체를 소성변형시키기 위한 열처리 단계에서는 약 500∼900℃ 범위의 온도에서 약 1∼5 시간 열처리하여 소망하는 강도를 갖는 브러시를 형성한다.

그런데 상기와 같은 종래의 열처리단계는 브러시 내부의 결합제가 탄화되면서 탄소 이외의 성분이 증발하여 그 증발된 부분은 기공으로 남게되는 문제를 야기시킨다.

이와같은 기공은 브러시의 비저항을 증가시키고 흑연입자 또는 동입자간의 결합력을 떨어뜨려 브러시의 내마모 특성을 저하시키는 문제를 초래한다.

한편, 종래에도 이와같은 기공을 줄이기 위해 가압성형 단계에서 성형압력을 증가하거나 결합제의 양을 줄이는 방법 등이 제안되어 있으나, 이는 브러시의 물리적 특성에 악영향을 가져와 근본적인 해결책은 될 수 없었다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흑연과 동분말 및 기타 첨가제를 혼합, 성형, 소성한 금속흑연질 브러시의 기공에 용융주석(Sn)를 함침시켜 브러시의 강도를 향상시킬 수 있는 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 흑연 분말에 열경화성 수지의 결합제를 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 혼련 단계와, 상기 혼합 분말에 포함된 열경화성 수지를 경화시키기 위한 가열 단계와, 상기 혼합 분말을 소정 입도를 갖도록 하는 분쇄 단계와, 상기 혼합분말에 동 및 첨가제를 혼합하여 소정형상을 갖도록 성형체를 형성하는 가압성형 단계와, 상기 성형체를 소정의 온도범위로 가열하여 소성변형시키는 열처리 단계와, 상기 성형체의 기공에 용융주석(Sn)를 충진하는 함침단계로 이루어지는 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 함침단계는 액상수지가 함침된 성형체를 100∼150℃에서 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 정류자상에 접촉되어 있는 브러시를 도시한 단면도.

도 2는 종래의 브러시 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도.

도 3은 본 발명에 따른 브러시 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도.

도 4는 본 발명에 따른 함침공정을 수행하기 위한 장치 개략도.

도면의 주요부분에 대한 부호 설명

10. 직류 전동기 11. 정류자

12. 브러시20. 챔버

22. 용기24. 도관

26. 성형체

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직류 전동기용 브러시 제조방법을 나타낸 공정도이며, 도 4는 본 발명에 따른 함침공정을 수행하기 위한 장치 개략도이다.

본 발명은 흑연 분말에 열경화성 수지의 결합제를 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 혼련 단계와, 상기 혼합 분말에 포함된 열경화성 수지를 경화시키기 위한 가열 단계와, 상기 혼합 분말을 소정 입도를 갖도록 하는 분쇄 단계와, 상기 혼합분말에 동 및 첨가제를 혼합하여 소정형상을 갖도록 성형체를 형성하는 가압성형 단계와, 상기 성형체를 소정의 온도범위로 가열하여 소성변형시키는 열처리 단계와, 상기 성형체의 기공에 용융주석(Sn)를 함침하여 100∼150℃에서 경화시키는 단계를 포함한다.

상기 혼련 단계는 챔버에 장입되어 있는 흑연 분말에 소정의 점도를 갖는 액상의 경화성 수지 결합제를 상기 흑연 분말 조성에 대해 5∼40wt% 정도로 첨가시킨다.

상기 결합제는 노볼락형 페놀 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 레졸형 페놀 수지 등과 같은 열경화성 수지를 사용하며, 결합제의 고른 분포상태를 유지할 수 있도록 알콜 또는 아세톤과 같은 희석제가 첨가된다.

상기 가열 단계는 혼련 챔버내에서 소정의 온도로 희석제가 휘발되어 제거될 때까지 가열하여 결합제가 경화되면서 결합 작용이 이루어짐으로써 충분한 강도를 갖는 덩어리 상태의 혼합 분말을 형성한다.

상기 분쇄 단계는 덩어리 상태의 혼합 분말을 분쇄하여 균일하면서 미세한 입도, 바람직하게는 75∼420 ㎛ 의 입도를 갖는 분말로 형성한다.

상기 가압성형 단계는 상기 미세한 혼합 분말에 동분말 및 이황화 몰리브데늄을 첨가하여 약 2 ∼3.5 ton/cm²으로 가압하여 소정 형상을 갖는 성형체를 형성한다.

상기 동분말은 브러시의 전기전도성을 향상시키기 위한 것으로, 25 ∼ 60㎛ 정도의 평균 입자 크기를 갖는 동분말을 혼합 분말에 대하여 20∼80wt% 첨가된다.

한편, 상기 이황화 몰리브데늄은 브러시의 고온 윤활 특성을 향상시키기 위한 것으로, 10 ∼ 50㎛ 정도의 평균 입자 크기를 갖는 이황화 몰리브데늄을 혼합 분말에 대하여 10wt% 미만으로 첨가된다.

상기 열처리 단계는 상기 성형체를 소성변형시킬 수 있도록 500 ∼ 900℃ 온도하에서 1 ∼ 5시간 정도로 가열처리하여 브러시의 강도를 증대시킨다.

상기 함침 단계는 도 4에 보인 것과 같이, 진공을 형성할 수 있는 챔버(20)에 들어있는 성형체(26)와, 가열가능한 용기(22)에 용융상태로 들어있는 용융주석(Sn)과, 상기 챔버(20)와 용기(22)를 연결하는 도관(24)을 구비하여 이루어진다.

즉, 성형체(26)를 챔버(20)에 넣은 후 진공을 형성하면 성형체(26)의 기공에 있던 공기가 제거되며, 주석은 약 400℃ 정도로 가열하면 용융주석(Sn)을 형성하게 된다.

한편, 진공상태의 챔버(20)는 대기압에 대해 부압이므로 도관(24)을 통해 용융주석(Sn)을 챔버(20)내로 빨아들이게 되어 챔버(20)내에 들어있는 성형체(26)를 전체적으로 담구게 되면서 기공속으로 용융주석(Sn)이 들어가 함침된다.

바람직하게 챔버(20)의 진공은 10^-1torr 이하로 유지하는 것이 적당하다.

특히 용융주석(Sn)은 브러시에 첨가되어 모터의 일 부재인 정류자의 윤활특성을 향상시키는 재질이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 비교하면 다음과 같다.

표 1은 본 발명에 따라 함침단계를 거친 실시예와, 함침단계가 생략된 종래의 비교예를 항목별로 비교한 것이다.

여기서, 비교예의 시편은 종래의 브러시 제조방법에 따라 제조한 것으로, 흑연 35wt%, 동 60wt%, 이황화몰리브덴 5 wt%을 혼합한 혼합분말을 2.5 ton/cm²로 가압성형하여 650℃의 온도로 소결한 것이다.

또한, 실시예는 비교예와 동일한 조건에서 형성된 성형체(26)를 10^-1torr의 진공도가 형성된 챔버(20)에 넣고 용융주석(Sn)을 함침시킨 것이다.

항목	비저항 (μΩ㎝)	밀도 (g/㎤)	경도 (Hs)	굴곡강도 (kg/㎤)	내구수명 (cycle)
비교예	26	3.75	18	420	11,000
실시예	19	3.81	22	570	19,000

표 1에서 드러난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 비교예에 대하여 비저항, 밀도, 경도, 굴곡강도 및 일정조건하에서의 내구수명이 우수한 것임을 알 수 있다.

즉, 용융주석(Sn)이 성형체(26)의 기공을 충진시켜 기공을 제거함으로써 비저항을 감소시킬 수 있으며 기공으로 인한 브러쉬와 정류자간에 발생되는 불꽃을 억제할 수 있으며, 성형체(26) 내부의 흑연재질과 동 및 기타 첨가물간의 결합력을 향상시켜 내마모특성이 향상됨으로써 모터의 수명을 연장할 수 있게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

따라서 본 발명에 따르면 금속흑연질 브러시의 기공에 용융주석(Sn)을 함침시켜 브러시의 비저항을 감소시키고 흑연입자 또는 동입자간의 결합력을 증대시켜 브러시의 강도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 흑연 분말에 열경화성 수지의 결합제를 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 혼련 단계와, 상기 혼합 분말에 포함된 열경화성 수지를 경화시키기 위한 가열 단계와, 상기 혼합 분말을 소정 입도를 갖도록 분쇄하는 분쇄 단계와, 상기 혼합분말에 동 및 첨가제를 혼합하여 소정형상을 갖도록 성형체를 형성하는 가압성형 단계와, 상기 성형체를 소정의 온도범위로 가열하여 소성변형시키는 열처리 단계와, 상기 성형체의 기공에 용융주석(Sn)을 충진하는 함침 단계를 포함하는 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 함침 단계는 진공이 형성된 챔버에 성형체를 넣고 진공에 의해 용융주석(Sn)이 챔버내로 빨려들어 성형체에 함침되는 것을 특징으로 하는 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 챔버의 진공도는 10^-1torr 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 직류 전동기용 금속흑연질 브러시 제조방법.