KR102506927B1 - Carbon brush and producing method for the same - Google Patents

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정민군
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현대자동차 주식회사
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    • H01R43/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12Manufacture of brushes

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 카본 브러시는 흑연 및 글래시 카본을 포함하고, 단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아진다.
본 발명의 일 실시예에 의한 카본 브러시의 제조 방법은 흑연 및 액상의 바인더를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및 성형물을 열처리하는 단계를 포함한다.
A carbon brush according to an embodiment of the present invention includes graphite and glass carbon, and the weight ratio of glass carbon increases from the center to the surface in the width direction of the cross section.
A method for manufacturing a carbon brush according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixture including graphite and a liquid binder; Molding the mixture to produce a molded article; and heat-treating the molding.

Description

카본 브러시 및 그의 제조 방법{CARBON BRUSH AND PRODUCING METHOD FOR THE SAME}Carbon brush and its manufacturing method {CARBON BRUSH AND PRODUCING METHOD FOR THE SAME}

카본 브러시 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 내구성이 향상된 카본 브러시 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.It relates to a carbon brush and a manufacturing method thereof. Specifically, it relates to a carbon brush with improved durability and a manufacturing method thereof.

카본 브러시는 전기 모터류 또는 발전기의 전력을 공급하는 장치이다. 카본 브러시는 장치의 작동 간 계속해서 접촉 마찰을 일으키기 때문에 마찰과 전기적 소모에 의해 카본 브러시의 소모가 발생한다. 이처럼 카본 브러시의 소모는 장치의 내구성에 절대적인 영향을 미친다.A carbon brush is a device that supplies power to electric motors or generators. Since the carbon brush continuously causes contact friction during operation of the device, consumption of the carbon brush occurs due to friction and electrical consumption. As such, the consumption of the carbon brush has an absolute effect on the durability of the device.

일반적으로 카본 브러시는 마찰계수가 낮고, 기계적 마모율이 낮을수록, 기계적 내구수명이 향상되며, 아크 발생 억제 특성이 우수하다. 또한 아크에 의한 소모가 적을수록 전기적 수명이 향상되는 특성을 보인다.In general, the carbon brush has a low friction coefficient and a low mechanical wear rate, an improved mechanical durability, and excellent arc generation suppression characteristics. In addition, as the consumption by the arc is reduced, the electrical lifetime is improved.

현재 사용되고 있는 카본 브러쉬 소재는 크게 전기흑연질, 흑연질, 금속흑연질, 수지결합흑연질로 구분할 수 있다. 전기흑연질 카본브러쉬는 흑연과 코크스, 바인더 등의 물질을 혼합하여 형성한 브러쉬를 고온에서 흑연화하여 전기적 특성을 향상시킨 것을 의미한다. 흑연질은 흑연분말과 바인더, 첨가물로 이루어진 원재료를 가열하여 성형한 것을 의미한다. 금속흑연질 브러쉬는 전기적 특성의 향상을 위해 구리, 은, 철 등 통전물질을 흑연과 혼합하여 제조한 것을 의미한다. 수지결합흑연질은 고온의 탄화 공정 없이 흑연 분말을 에폭시 등의 수지계 바인더로 접합하여 성형한 것을 의미한다.Currently used carbon brush materials can be largely classified into electrical graphite, graphite, metal graphite, and resin-bonded graphite. The electric graphitic carbon brush means that a brush formed by mixing materials such as graphite, coke, and binder is graphitized at a high temperature to improve electrical characteristics. Graphite means that raw materials composed of graphite powder, binder, and additives are heated and molded. The metal graphite brush means that it is manufactured by mixing graphite with an electrically conductive material such as copper, silver, or iron to improve electrical properties. Resin-bonded graphite means that the graphite powder is molded by bonding with a resin-based binder such as epoxy without a high-temperature carbonization process.

금속흑연질, 전기흑연질, 흑연질 브러쉬는 입자의 성형을 위하여 바인더를 사용해야 하며, 바인더는 주로 페놀, 에폭시, 아민 계열의 수지와 PVA, PEG 등의 물질로 구성된다. 바인더를 이용하여 압축 가공 후 열처리를 통해 바인더의 탄화 공정을 거치게 되는데, 이 때 바인더는 흑연상이 아닌 비정질상의 탄소상을 형성하게 되고, 이와 같은 탄소상은 마찰계수가 높고 통전성이 거의 없기 때문에 브러쉬의 물성을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다.Metal graphite, electric graphite, and graphite brushes need to use a binder to form particles, and the binder is mainly composed of phenol, epoxy, amine-based resins, and materials such as PVA and PEG. After compression processing using a binder, the binder undergoes a carbonization process through heat treatment. At this time, the binder forms an amorphous carbon phase rather than a graphite phase, and since such a carbon phase has a high friction coefficient and almost no conductivity, the physical properties of the brush is the main cause of the drop in

종래에는 금속흑연질의 농도를 층별로 달리한 다층구조의 브러쉬, 또는 브러쉬의 표면을 금속으로 코팅하는 구조를 통해 아크 내구성 및 통전성을 해결하려는 시도가 있었다. 하지만 이와 같은 방법은 다수의 공정이 추가되어야 하며, 공정이 복잡하고, 비효율적인 문제가 있었다. 또한 슬립링에 사용되는 브러쉬로 적용할 경우 내구에 대한 장점이 없어지는 문제점이 있다.Conventionally, attempts have been made to solve arc durability and conductivity through a multi-layered brush in which the concentration of metal graphite is different for each layer, or a structure in which the surface of the brush is coated with metal. However, this method requires the addition of a number of processes, and the process is complicated and inefficient. In addition, when applied as a brush used for a slip ring, there is a problem in that the advantage for durability is lost.

본 발명의 일 실시예는 카본 브러시 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로 기계적, 전기적 마모가 저감되는 카본 브러시 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a carbon brush and a manufacturing method thereof. Specifically, it is to provide a carbon brush with reduced mechanical and electrical wear and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 실시예에 의한 카본 브러시는 흑연 및 글래시 카본을 포함하고, 단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아진다.A carbon brush according to an embodiment of the present invention includes graphite and glass carbon, and the weight ratio of glass carbon increases from the center to the surface in the width direction of the cross section.

카본 브러시는 단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 전체 폭 길이의 10%까지의 중심부 및 표면에서 전체 폭 길이의 10% 까지의 표면부를 포함하고, 중심부는 글래시 카본을 10 중량% 이하 포함하고, 표면부는 글래시 카본을 30 중량% 이상 포함할 수 있다.The carbon brush includes, in the width direction of the cross section, a center portion from the center to 10% of the total width length and a surface portion from the surface to 10% of the total width length, and the center portion contains 10% by weight or less of glass carbon, The surface portion may include 30 wt % or more of glass carbon.

카본 브러시는 중심부 및 표면부 사이의 개재부를 더 포함하고, 개재부는 글래시 카본을 10 중량% 초과 및 30 중량% 미만 포함할 수 있다.The carbon brush may further include an interposition portion between the center portion and the surface portion, and the interposition portion may include more than 10 wt % and less than 30 wt % of glass carbon.

촉매 금속을 5 내지 20 중량% 더 포함할 수 있다.It may further include 5 to 20% by weight of a catalytic metal.

중심부의 쇼어 경도는 21 내지 23 이고, 표면부의 쇼어 경도는 26 내지 30 일 수 있다. The Shore hardness of the central portion may be 21 to 23, and the Shore hardness of the surface portion may be 26 to 30.

본 발명의 일 실시예에 의한 카본 브러시의 제조 방법은 흑연 및 액상의 바인더를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및 성형물을 열처리하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a carbon brush according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixture including graphite and a liquid binder; Molding the mixture to produce a molded article; and heat-treating the molding.

혼합물을 제조하는 단계는 흑연 및 액상의 바인더를 혼련하여 덩어리 상태의 혼련물을 형성하는 단계; 혼련물을 분쇄하여 혼합 분말을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.The preparing of the mixture may include kneading graphite and a liquid binder to form a lumpy kneaded product; It may include; preparing a mixed powder by pulverizing the kneaded material.

혼합물을 제조하는 단계는 흑연 90 내지 99 중량% 및 액상의 바인더 1 내지 10 중량% 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다.In the step of preparing the mixture, a mixture may be prepared by mixing 90 to 99% by weight of graphite and 1 to 10% by weight of a liquid binder.

혼합물을 제조하는 단계는 고상의 바인더를 더 혼합하고, 흑연 90 내지 99 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 고상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 혼합할 수 있다.In the step of preparing the mixture, a solid binder may be further mixed, and 90 to 99% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, and 0.5 to 5% by weight of a solid binder may be mixed.

액상의 바인더는 페놀 수지 및 폴리 아크릴로니트릴 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The liquid binder may include at least one of a phenol resin and polyacrylonitrile.

혼합물을 제조하는 단계는 촉매 금속을 더 혼합하고, 흑연 75 내지 90 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 촉매 금속 5 내지 20 중량% 혼합할 수 있다.In the step of preparing the mixture, a catalyst metal may be further mixed, and 75 to 90% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, and 5 to 20% by weight of a catalyst metal may be mixed.

혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계는, 30t/cm2 내지 50t/cm2 의 압력 및 10 내지 250℃의 온도에서 수행될 수 있다.The step of preparing a molding by molding the mixture may be performed at a pressure of 30 t/cm 2 to 50 t/cm 2 and a temperature of 10 to 250°C.

성형물을 열처리하는 단계는, 1000 내지 2000℃의 온도에서 수행될 수 있다.The heat treatment of the molding may be performed at a temperature of 1000 to 2000 °C.

성형물을 열처리하는 단계는, 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다.The heat treatment of the molding may be performed in an inert gas atmosphere.

성형물을 열처리하는 단계는, 수소 가스 0.1 내지 10 부피% 및 불활성 기체 90 내지 99.9 부피% 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다.The heat treatment of the molding may be performed in an atmosphere containing 0.1 to 10 vol% of hydrogen gas and 90 to 99.9 vol% of inert gas.

본 발명의 일 실시예에 의하면 카본 브러시 표면부의 강도가 향상되고, 상대적으로 중심부의 마모가 우선적으로 일어나게 되며, 그로 인해 정류자(또는 슬립링)와의 접촉면이 안정화되고, 전체적으로 기계적 및 전기적 마모가 억제되어, 내구성이 향상된 카본 브러시를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the strength of the surface of the carbon brush is improved, and the wear of the central part occurs first, thereby stabilizing the contact surface with the commutator (or slip ring), and suppressing mechanical and electrical wear as a whole. , it is possible to provide a carbon brush with improved durability.

본 발명의 일 실시예에 의하면 내구성이 향상된 카본 브러시의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a carbon brush with improved durability.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시를 적용한 회전 전기 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 카본 브러시를 적용한 회전 전기 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a view schematically showing a cross section of a carbon brush according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a cross section of a carbon brush according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically showing a cross section of a rotary electric device to which a carbon brush according to an embodiment of the present invention is applied.
4 is a diagram schematically showing a cross section of a conventional rotary electric machine to which a carbon brush is applied.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and can be implemented in various different forms, only these embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and are common in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the knowledgeable person of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on or on the other part or may be followed by another part therebetween. In contrast, when a part is said to be “directly on” another part, there is no intervening part between them.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
Thus, in some embodiments, well-known techniques are not described in detail in order to avoid obscuring the interpretation of the present invention. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In the entire specification, when a certain part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, singular forms also include plural forms unless specifically stated in the text.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시(100)의 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 1의 카본 브러시(100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.1 schematically shows a cross section of a carbon brush 100 according to an embodiment of the present invention. The carbon brush 100 of FIG. 1 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시(100)는 흑연 및 글래시 카본을 포함하고, 단면의 폭방향(x방향)에 대하여, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아진다. 도 1에서는 글래시 카본의 중량을 흑색의 강도로 표현하였다. 즉, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지고, 흑색의 강도가 점점 진해진다.As shown in FIG. 1, the carbon brush 100 according to an embodiment of the present invention includes graphite and glassy carbon, and in the width direction (x direction) of the cross section, from the center to the surface, the glassy The weight ratio of carbon is increased. In FIG. 1, the weight of glass carbon is expressed as the intensity of black. That is, from the center to the surface, the weight ratio of glass carbon increases, and the intensity of black color gradually increases.

흑연은 천연 흑연 또는 합성 흑연이 될 수 있다.Graphite can be natural graphite or synthetic graphite.

글래시 카본은 열경화성 수지를 불활성 분위기에서 열처리할 때 얻어지는 탄소 재료이다. 글래시 카본은 흑연 나노리본(nanoribbon)으로 둘러싸여 있다. 이 때문에 글래시 카본은 흑연과 유사한 특성을 가질 것으로 추정되어 왔다. 그러나 최근에는 글래시 카본의 결정 구조가 풀러렌과 같다고 보는 연구 결과도 나오고 있다. 따라서, 특정한 형태의 결정 구조로 단정지어 말하기는 어렵다고 할 수 있다. 글래시 카본은 열전도성이나 전기전도성이 일반 세라믹 제품에 비해 매우 우수하고 흑연에 비해 고탄성이라는 점과 그 외의 기계적 특성 등은 유리와 유사하다는 점 등 일반 탄소 재료뿐만 아니라 세라믹 재료와도 다른 매우 특이한 특성을 갖는 재료이다. 글래시 카본은 흑연에 비해 높은 저항값을 가지며, 흑연에 비해 치밀한 특성이 있다. 또한, 부식에서 자유롭기 때문에, 브러쉬 내에 포함되는 금속 개재물의 부식을 억제할 수 있다. 또한, 글래시 카본은 매우 높은 열 전도율을 가지며, 그로 인해 방열 특성이 우수하다.Glassy carbon is a carbon material obtained by heat-treating a thermosetting resin in an inert atmosphere. Glassy carbon is surrounded by graphite nanoribbons. Because of this, glassy carbon has been assumed to have similar properties to graphite. Recently, however, research results suggesting that the crystal structure of glassy carbon is the same as fullerene. Therefore, it can be said that it is difficult to say that it is a specific type of crystal structure. Glassy carbon has very unique properties different from ceramic materials as well as general carbon materials, such as superior thermal conductivity and electrical conductivity compared to general ceramic products, high elasticity compared to graphite, and similar mechanical properties to glass. is a material with Glassy carbon has a higher resistance value than graphite and is denser than graphite. In addition, since it is free from corrosion, corrosion of metal inclusions included in the brush can be suppressed. In addition, glassy carbon has a very high thermal conductivity, and thus has excellent heat dissipation characteristics.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 글래시 카본의 성질을 이용하여, 단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지도록 구성하였다. 반대로, 중심에서 표면으로 갈수록, 흑연의 중량 비율은 감소한다.
In one embodiment of the present invention, the weight ratio of the glass carbon is increased from the center to the surface in the width direction of the cross section by using the properties of the glass carbon. Conversely, going from the center to the surface, the weight fraction of graphite decreases.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시(100)의 단면을 개략적으로 나타낸다.2 schematically shows a cross section of a carbon brush 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 나타나듯이, 카본 브러시(100)는 단면의 폭방향(x방향)에 대하여, 중심에서 전체 폭 길이의 10% 까지의 중심부(10) 및 표면에서 전체 폭 길이의 10% 까지의 표면부(30)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the carbon brush 100 has a center portion 10 from the center to 10% of the total width length and a surface portion from the surface to 10% of the total width length in the width direction (x direction) of the cross section. (30).

전술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시(100)는 단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지도록 구성하였으므로, 중심부(10) 및 표면부(30)의 글래시 카본의 중량 비율이 서로 상이하다. As described above, since the carbon brush 100 according to an embodiment of the present invention is configured such that the weight ratio of glass carbon increases from the center to the surface in the width direction of the cross section, the central portion 10 and the surface portion ( 30) have different weight ratios of glass carbon.

구체적으로, 중심부(10)는 글래시 카본을 10 중량% 이하 포함하고, 표면부(30)는 글래시 카본을 30 중량% 이상 포함한다. 글래시 카본을 제외한 성분은 흑연이다. 즉, 흑연을 잔부로 포함한다.Specifically, the center part 10 contains 10% by weight or less of glass carbon, and the surface part 30 contains 30% by weight or more of glass carbon. Ingredients other than glassy carbon are graphite. That is, graphite is included as the remainder.

중심부(10)가 글래시 카본을 너무 많이 포함하는 경우, 표면부와의 경도차이가 상대적으로 작아져 접촉안정화 효과가 감소하고 상대재의 과다 마모를 유발할 수 있다. 더욱 구체적으로 중심부(10)는 글래시 카본을 0.1 내지 8 중량% 포함할 수 있다. When the central portion 10 includes too much glassy carbon, the difference in hardness from the surface portion is relatively small, reducing the contact stabilization effect and causing excessive wear of the counterpart material. More specifically, the center portion 10 may include 0.1 to 8% by weight of glassy carbon.

표면부(30)가 글래시 카본을 너무 적게 포함하는 경우, 표면부(30)의 경도와 내마모성이 작아져, 목적하는 정류자와의 접촉면 안정을 달성할 수 없게 된다. 더욱 구체적으로 표면부(10)는 글래시 카본을 50 내지 95 중량% 포함할 수 있다.When the surface portion 30 contains too little glassy carbon, the hardness and abrasion resistance of the surface portion 30 decrease, making it impossible to achieve the desired stability of the contact surface with the commutator. More specifically, the surface portion 10 may include 50 to 95 wt% of glass carbon.

중심부(10) 및 표면부(30)의 글래시 카본 함량은 전체 중심부(10) 및 표면부(30)에 대한 평균 함량을 의미하는 것이고, 세부적으로 중심부(10) 및 표면부(30) 내에서도 중심에서 표면 방향으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지도록 구성된다.The glassy carbon content of the central portion 10 and the surface portion 30 means the average content of the entire central portion 10 and the surface portion 30, and in detail, the center portion 10 and the surface portion 30 also have a center It is configured so that the weight ratio of glass carbon increases in the direction of the surface.

도 2에서 나타나듯이, 중심부(10) 및 표면부(30) 사이에는 개재부(20)가 형성된다. 개재부(20)는 글래시 카본을 10 중량% 초과 및 30 중량% 미만으로 포함할 수 있다. 개재부(20)가 글래시 카본을 너무 적게 포함하는 경우, 기계적 강도가 너무 낮아져 문제가 될 수 있다. 개재부(20)가 글래시 카본을 너무 많이 포함하는 경우, 상대적으로 흑연 함량이 적어져, 전기적 특성 및 윤활성 면에서 문제가 될 수 있다. 개재부(20)의 글래시 카본 함량은 전체 개재부(20)에 대한 평균 함량을 의미하는 것이고, 세부적으로 개재부(20) 내에서도 중심에서 표면 방향으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지도록 구성된다. 더욱 구체적으로 개재부(20)는 글래시 카본을 15 중량% 내지 25 중량% 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2 , an intervening portion 20 is formed between the central portion 10 and the surface portion 30 . The intervening portion 20 may include glassy carbon in an amount greater than 10 wt % and less than 30 wt %. When the intervening portion 20 contains too little glassy carbon, mechanical strength is too low, which can be a problem. When the intervening portion 20 includes too much glassy carbon, the graphite content is relatively low, which may cause problems in terms of electrical characteristics and lubricity. The glassy carbon content of the intervening portion 20 means the average content of the entire intervening portion 20, and in detail, the weight ratio of the glassy carbon increases in the direction from the center to the surface within the intervening portion 20. It consists of More specifically, the intervening portion 20 may include 15 wt % to 25 wt % of glassy carbon.

이처럼 중심부(10), 개재부(20) 및 표면부(30) 각각의 기계적 강도를 달리 함으로써, 상대적으로 경도가 낮은 중심부(10) 마모가 우선적으로 일어나게 되며, 정류자(또는 슬립링)과의 접촉면이 안정화되고, 기계적 마모 및 전기적 마모가 억제될 수 있다. 구체적으로 중심부(10)의 쇼어 경도는 21 내지 23이고, 표면부(30)의 쇼어 경도는 26 내지 30일 수 있다. 단 쇼어 경도는 ISO868에 따라 측정된 값이다.As such, by varying the mechanical strength of the central part 10, the intervening part 20, and the surface part 30, wear of the central part 10, which has relatively low hardness, occurs preferentially, and the contact surface with the commutator (or slip ring) This is stabilized, and mechanical wear and electrical wear can be suppressed. Specifically, the Shore hardness of the central portion 10 may be 21 to 23, and the Shore hardness of the surface portion 30 may be 26 to 30. However, shore hardness is a value measured according to ISO868.

카본 브러시는 촉매 금속을 더 포함할 수 있다. 촉매 금속은 철, 구리, 또는 이들의 산화물이 될 수 있다. 촉매 금속을 더 포함하는 경우, 1 내지 10 중량% 더 포함할 수 있다.The carbon brush may further include a catalytic metal. The catalytic metal may be iron, copper, or oxides thereof. When the catalyst metal is further included, it may further include 1 to 10% by weight.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 브러시(100)를 적용한 회전 전기 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 회전 전기 장치는 도 3에 나타나듯이, 카본 브러시(100), 정류자(110) 및 브러시 홀더(120)를 포함한다.3 is a diagram schematically showing a cross section of a rotary electric machine to which a carbon brush 100 according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 3 , the rotary electric machine includes a carbon brush 100 , a commutator 110 and a brush holder 120 .

카본 브러시(100)에 대한 설명은 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다. 정류자(110)는 단면이 원형인 원통 형상이며, 카본 브러시(100)의 폭방향으로 정류자(110)와 맞닿도록 배치된다. 브러시 홀더(120)은 컵 형상으로 구성되며, 개구부가 정류자(110)를 향하고, 카본 브러시(100)를 내포할 수 있도록 배치된다.Since the description of the carbon brush 100 has been described above, duplicate descriptions will be omitted. The commutator 110 has a cylindrical shape with a circular cross section, and is disposed so as to contact the commutator 110 in the width direction of the carbon brush 100 . The brush holder 120 is configured in a cup shape, and the opening faces the commutator 110 and is disposed so as to contain the carbon brush 100.

도 3에서 나타나듯이, 진동이나 유동 발생으로 인하여, 카본 브러시(100)가 양 화살표 방향으로 움직이게 된다. 이 때, 카본 브러시(100)의 표면부(30)가 중심부(10)에 비해 경도가 높아, 중심부(10)의 마모가 우선적으로 일어나게 된다. 그 결과 정류자(110)와의 접촉면이 안정화되고, 기계적 마모 및 전기적 마모가 억제되게 된다.As shown in FIG. 3, the carbon brush 100 moves in the direction of both arrows due to the occurrence of vibration or flow. At this time, since the hardness of the surface portion 30 of the carbon brush 100 is higher than that of the central portion 10, wear of the central portion 10 occurs preferentially. As a result, the contact surface with the commutator 110 is stabilized, and mechanical wear and electrical wear are suppressed.

도 4는 종래의 카본 브러시를 적용한 회전 전기 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예와는 달리 종래의 카본 브러시는 카본 브러시 전체에서 함량이 일정하다. 결국, 진동이나 유동 발생으로 인하여, 카본 브러시가 양 화살표 방향으로 움직이면, 표면부로의 힘이 집중되어 기계적 마모가 가속되거나, 또는 카본 브러시와 정류자 간의 간극이 벌어져 아크에 의한 전기 소모가 발생하게 된다.4 is a diagram schematically showing a cross section of a conventional rotary electric machine to which a carbon brush is applied. Unlike one embodiment of the present invention, the content of the conventional carbon brush is constant throughout the carbon brush. As a result, when the carbon brush moves in the direction of both arrows due to vibration or flow, force is concentrated on the surface portion and mechanical wear is accelerated, or a gap between the carbon brush and the commutator is widened, causing electricity consumption by an arc.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 의하면 카본 브러시(100) 표면부(30)의 강도가 향상되고, 상대적으로 중심부(10)의 마모가 우선적으로 일어나게 되며, 그로 인해 정류자(110)와의 접촉면이 안정화되고, 전체적으로 기계적 및 전기적 마모가 억제되어, 내구성이 향상된다.
As described above, according to one embodiment of the present invention, the strength of the surface portion 30 of the carbon brush 100 is improved, and the wear of the central portion 10 occurs relatively preferentially, thereby stabilizing the contact surface with the commutator 110 , Overall mechanical and electrical wear is suppressed, and durability is improved.

본 발명의 일 실시예에 의한 카본 브러시의 제조 방법은 흑연 및 액상의 바인더를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계(S10); 혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계(S20); 및 성형물을 열처리하는 단계(S30)를 포함한다. A method for manufacturing a carbon brush according to an embodiment of the present invention includes preparing a mixture including graphite and a liquid binder (S10); Molding the mixture to prepare a molding (S20); and heat-treating the molding (S30).

본 발명의 일 실시예에서는 액상의 바인더를 카본 브러시의 바인더로서 사용한다. 이로 인하여, 단계(S20) 등에서 압력을 가하여 성형할 시, 압력에 의한 유동 및 모세관 현상에 의해 브러시의 중심으로부터 표면 방향으로 액상의 바인더 농도가 높아지게 된다. 이후 단계(S30)에서 열처리함으로써, 액상의 바인더가 탄화되어 글래시 카본으로 탄화되게 된다. 이를 통해 제조된 카본 브러시(100)는 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지게 된다. 글래시 카본의 중량 비율에 대한 구체적인 세부 구성 및 효과는 전술한 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다. 이하에서는 각 단계별로 상세하게 설명한다.In one embodiment of the present invention, a liquid binder is used as a binder for a carbon brush. For this reason, when molding by applying pressure in step S20 or the like, the concentration of the liquid binder increases from the center of the brush to the surface due to flow and capillarity caused by the pressure. Thereafter, by heat treatment in step S30, the liquid binder is carbonized to be carbonized into glass carbon. In the carbon brush 100 manufactured through this, the weight ratio of glass carbon increases from the center to the surface. Since the specific configuration and effects of the weight ratio of glass carbon are the same as those described above, overlapping descriptions will be omitted. Hereinafter, each step is described in detail.

먼저, 단계(S10)에서는 흑연 및 액상의 바인더를 포함하는 혼합물을 제조한다. 단계(S10)은 더욱 구체적으로 액상의 바인더를 혼련하여 덩어리 상태의 혼련물을 형성하는 단계; 및 혼련물을 분쇄하여 혼합 분말을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.First, in step S10, a mixture including graphite and a liquid binder is prepared. Step (S10) is more specifically a step of kneading a liquid binder to form a kneaded product in a lumpy state; and preparing a mixed powder by pulverizing the kneaded material.

단계(S10)에서 흑연 90 내지 99 중량% 및 액상의 바인더 1 내지 10 중량% 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다. 액상의 바인더가 너무 부족할 경우, 표면부(30)의 글래시 카본의 함량이 낮아지는 문제가 발생하고, 흑연의 결합성이 떨어질 수 있다. 액상의 바인더가 너무 많을 경우, 상대적으로 흑연의 양이 줄어들어, 카본 브러시(100)의 전기적 물성이 떨어질 수 있다.In step S10, a mixture may be prepared by mixing 90 to 99% by weight of graphite and 1 to 10% by weight of a liquid binder. When the liquid binder is excessively insufficient, a problem in that the content of glassy carbon in the surface portion 30 is lowered, and the binding properties of graphite may be deteriorated. If the amount of the liquid binder is too large, the amount of graphite is relatively reduced, and electrical properties of the carbon brush 100 may deteriorate.

단계(S10)에서 바인더로서 액상의 바인더 외에 고상의 바인더(즉, 분말형 바인더)를 더 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다. 액상의 바인더 만을 포함할 경우, 후술할 단계(S20) 등에서 압력을 강하게 가할 경우, 중심부(10)의 바인더 농도가 낮아져 원하는 수준의 경도를 얻지 못할 수 있다. 이 경우, 고상의 바인더를 적절히 더 혼합하는 경우 해결이 될 수 있다. 구체적으로, 흑연 90 내지 99 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 고상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 혼합할 수 있다. 고상의 바인더가 너무 많이 포함될 경우, 중심과 표면의 경도 차이가 적절히 발생하지 아니하는 문제가 발생할 수 있다. 고상의 바인더는 고분자 수지 또는 핏치(pitch)가 될 수 있다.In step S10, a mixture may be prepared by further mixing a solid binder (ie, a powder type binder) in addition to a liquid binder as a binder. When only the liquid binder is included, when strong pressure is applied in step S20, which will be described later, the concentration of the binder in the central portion 10 is lowered, so that a desired level of hardness may not be obtained. In this case, it can be solved by properly mixing the solid binder further. Specifically, 90 to 99% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, and 0.5 to 5% by weight of a solid binder may be mixed. If too much solid binder is included, a problem may occur in which a difference in hardness between the center and the surface is not properly generated. The solid binder may be a polymer resin or pitch.

액상의 바인더는 페놀 수지 및 폴리아크릴로니트릴 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 페놀 수지와 폴리아크릴로니트릴은 방향족 벤젠 고리를 다수 포함하기 때문에, 글래시 카본으로의 전환 효율이 우수하다.The liquid binder may include at least one of a phenol resin and polyacrylonitrile. Since the phenolic resin and polyacrylonitrile contain a large number of aromatic benzene rings, conversion efficiency to glass carbon is excellent.

혼합물을 제조하는 단계는 촉매 금속을 더 혼합하고, 흑연 80 내지 95 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 촉매 금속 1 내지 10 중량% 혼합할 수 있다. 흑연, 액상의 바인더, 고상의 바인더 및 촉매 금속을 혼합할 수도 있으며, 이 경우, 흑연 80 내지 95 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량%, 고상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 촉매 금속 1 내지 10 중량% 혼합할 수 있다.In the step of preparing the mixture, a catalyst metal may be further mixed, and 80 to 95% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, and 1 to 10% by weight of a catalyst metal may be mixed. Graphite, a liquid binder, a solid binder, and a catalyst metal may be mixed. In this case, 80 to 95% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, 0.5 to 5% by weight of a solid binder, and 1 to 10% by weight of a catalyst metal 10% by weight can be mixed.

단계(S10)에서 흑연 및 액상 또는 고상의 바인더뿐 아니라 기타 첨가제를 더 추가할 수도 있다. 구체적으로 금속분말, 고체윤활제 또는 연마제 등을 더 추가할 수 있다.In step S10, graphite and a liquid or solid binder as well as other additives may be further added. Specifically, metal powder, a solid lubricant or an abrasive may be further added.

다음으로, 단계(S20)은 혼합물을 성형하여 성형물을 제조한다. Next, in step S20, a molded article is prepared by shaping the mixture.

단계(S20)에서 30t/cm2 내지 50t/cm2의 압력 및 10 내지 250℃의 온도에서 수행될 수 있다. 압력이 너무 낮으면, 성형이 원활치 않은 문제가 발생할 수 있다. 압력이 너무 높으면 중심부(10)의 바인더 농도가 낮아져 원하는 수준의 경도를 얻지 못할 수 있다. 또한 온도가 너무 낮으면 바인더의 유동이 저하되어 스프링백 문제가 발생할 수 있다. 온도가 너무 높으면 바인더의 탄화가 진행되어 문제가 발생할 수 있다.In step (S20), it may be performed at a pressure of 30 t/cm 2 to 50 t/cm 2 and a temperature of 10 to 250°C. If the pressure is too low, a problem of poor molding may occur. If the pressure is too high, the concentration of the binder in the central portion 10 is low, and a desired level of hardness may not be obtained. In addition, if the temperature is too low, the flow of the binder is reduced, which may cause a springback problem. If the temperature is too high, carbonization of the binder proceeds, which may cause problems.

다음으로, 단계(S30)은 성형물을 열처리하여 카본 브러시를 제조한다. 단계(S30)에서 성형물 내의 바인더가 탄화되어 글래시 카본으로 전환된다. 단계(S20)에서의 가압 등으로 인하여 중심으로부터 표면 방향으로 바인더의 농도가 높아지는 농도 구배가 형성되므로, 최종 제조된 카본 브러시(100)는 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지게 된다.Next, in step S30, a carbon brush is manufactured by heat-treating the molding. In step S30, the binder in the molding is carbonized and converted into glass carbon. Since a concentration gradient in which the concentration of the binder increases from the center to the surface is formed due to the pressurization in step S20, the weight ratio of glass carbon in the finally manufactured carbon brush 100 increases from the center to the surface. .

단계(S30)은 1000 내지 2000℃의 온도에서 수행될 수 있다. 온도가 너무 낮으면, 바인더가 글래시 카본으로 원활히 전환되지 않을 수 있다. 온도가 더 높더라도 효과 향상은 없으며, 높은 온도에 따른 생산 비용만이 증가한다.Step (S30) may be performed at a temperature of 1000 to 2000 ℃. If the temperature is too low, the binder may not be smoothly converted into glass carbon. Higher temperatures do not improve the effect, only production costs increase with higher temperatures.

단계(S30)은 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 이 때 산소가 포함되는 경우 탄소의 연소가 발생한다. 불활성 기체란 아르곤(Ar) 또는 질소(N2) 기체를 의미한다.Step S30 may be performed in an inert gas atmosphere. At this time, if oxygen is included, combustion of carbon occurs. The inert gas means argon (Ar) or nitrogen (N 2 ) gas.

바인더가 글래시 카본으로 원활히 전환되도록 단계(S30)은 수소 가스를 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다. 구체적으로 수소 가스 0.1 내지 10 부피% 및 불활성 기체 90 내지 99.9 부피% 포함하는 분위기에서 수행될 수 있다. 수소 가스가 너무 많이 포함될 경우, 수소가스에 의한 침식현상이 과도하여 브러쉬의 기계적 물성이 떨어질 수 있다.Step S30 may be performed in an atmosphere containing hydrogen gas so that the binder is smoothly converted into glass carbon. Specifically, it may be performed in an atmosphere containing 0.1 to 10% by volume of hydrogen gas and 90 to 99.9% by volume of an inert gas. If too much hydrogen gas is included, the mechanical properties of the brush may deteriorate due to excessive erosion caused by the hydrogen gas.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Preferred examples and comparative examples of the present invention are described below. However, the following example is only a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the following example.

실시예 1Example 1

흑연 99 g, 액상의 페놀 수지 0.8 g 및 물 0.2 g을 70 ℃의 온도에서 4시간 동안 혼련하여 99.7 g의 분말 상태의 혼련물을 얻었다.99 g of graphite, 0.8 g of liquid phenol resin, and 0.2 g of water were kneaded at a temperature of 70 DEG C for 4 hours to obtain 99.7 g of a powdery kneaded product.

분말 상태의 혼련물을 재분쇄하여 입경 10 내지 50 ㎛의 혼합 분말을 제조하였다.The powdery kneaded material was re-ground to prepare a mixed powder having a particle size of 10 to 50 μm.

혼합 분말을 성형기에 넣고, 23 ℃에서 30 t/cm2 압력으로 가압하여 1cm x 0.5cm x 3cm 크기의 성형물을 얻었다. 성형물을 3 부피% 수소를 포함하는 비활성 분위기에서 1800 ℃의 온도에서 12시간 동안 열처리하여 카본 브러시를 제조하였다.
The mixed powder was put into a molding machine and pressurized at 23° C. with a pressure of 30 t/cm 2 to obtain a molded article having a size of 1 cm x 0.5 cm x 3 cm. A carbon brush was prepared by heat-treating the molding at 1800° C. for 12 hours in an inert atmosphere containing 3 vol% hydrogen.

밀도, 비저항, 곡강도, 쇼어경도, 내구 소모율 및 고온 고습 방치후 무게 증가율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.Density, resistivity, flexural strength, shore hardness, durability consumption rate, and weight increase rate after being left at high temperature and high humidity were measured and are shown in Table 1 below.

쇼어경도는 ISO868에 따라 측정하였다. 중심부는 폭방향의 중심으로부터 1mm까지의 경도이고, 표면부는 폭방향의 표면으로부터 1mm 까지의 경도이다.Shore hardness was measured according to ISO868. The central part has a hardness of up to 1 mm from the center in the width direction, and the surface part has a hardness of up to 1 mm from the surface in the width direction.

내구 소모율은 1kW 용량의 자동차용 모터에 부착하여 25Nm 의 부하를 주어 1초 ON, 3초 OFF 를 200,000 회 반복한 후 소모된 중량을 측정하는 방법으로 측정하였다. 비교예 1에서 소모된 중량을 100으로 기준잡고, 상대치를 표시하였다.The durability consumption rate was measured by attaching it to a 1kW capacity automotive motor, applying a load of 25Nm, repeating 1 second ON and 3 seconds OFF 200,000 times, and then measuring the consumed weight. In Comparative Example 1, the consumed weight was set as 100, and the relative value was displayed.

고온 고습 방치후 무게 증가율은 85 ℃의 온도 및 85 ℃의 습도로 24 시간 동안 방치한 후, 증가된 중량을 측정하는 방법으로 측정하였다.
The weight increase rate after leaving at high temperature and high humidity was measured by measuring the increased weight after leaving for 24 hours at a temperature of 85 °C and a humidity of 85 °C.

실시예 2Example 2

흑연 82 g, 구리 분말 17g 액상의 페놀 수지 0.8 g 및 물 0.2 g을 70 ℃의 온도에서 4시간 동안 혼련하였다. 혼련하는 과정 중에서 휘발성 물질을 제거하여 99.7 g의 분말 상태의 혼련물을 얻었다.82 g of graphite, 17 g of copper powder, 0.8 g of a liquid phenol resin, and 0.2 g of water were kneaded at a temperature of 70° C. for 4 hours. During the kneading process, volatile substances were removed to obtain 99.7 g of a powdery kneaded product.

분말 상태의 혼련물을 재분쇄하여 입경 10 내지 50 ㎛의 혼합 분말을 제조하였다.The powdery kneaded material was re-ground to prepare a mixed powder having a particle size of 10 to 50 μm.

혼합 분말을 성형기에 넣고, 23 ℃에서 30 t/cm2 압력으로 가압하여 1cm x 0.5cm x 3cm 크기의 성형물을 얻었다. 성형물을 3 부피% 수소를 포함하는 비활성 분위기에서 1800 ℃의 온도에서 12시간 동안 열처리하여 카본 브러시를 제조하였다.
The mixed powder was put into a molding machine and pressurized at 23° C. with a pressure of 30 t/cm 2 to obtain a molded article having a size of 1 cm x 0.5 cm x 3 cm. A carbon brush was prepared by heat-treating the molding at 1800° C. for 12 hours in an inert atmosphere containing 3 vol% hydrogen.

밀도, 비저항, 곡강도, 쇼어경도, 내구 소모율 및 고온 고습 방치후 무게 증가율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
Density, resistivity, flexural strength, shore hardness, durability consumption rate, and weight increase rate after being left at high temperature and high humidity were measured and are shown in Table 1 below.

비교예 1Comparative Example 1

열처리 온도를 600℃로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was carried out at 600 ° C.

밀도, 비저항, 곡강도, 쇼어경도, 내구 소모율 및 고온 고습 방치후 무게 증가율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.Density, resistivity, flexural strength, shore hardness, durability consumption rate, and weight increase rate after being left at high temperature and high humidity were measured and are shown in Table 1 below.

비교예 2Comparative Example 2

열처리 온도를 600℃로 실시한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 2, except that the heat treatment temperature was carried out at 600 ° C.

밀도, 비저항, 곡강도, 쇼어경도, 내구테스트 한계를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.Density, resistivity, bending strength, Shore hardness, and endurance test limits were measured and shown in Table 1 below.

비교예 3Comparative Example 3

흑연 82 g, 구리 분말 17 g 액상의 페놀 수지 0.8 g 및 물 0.2 g의 층 표면을 흑연 90 g, 구리 9 g, 액상의 페놀 수지 0.8 g 및 물 0.2 g 의 흑연함량이 높은 재질로 둘러싼 구조로 만든 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 제조하였다. The layer surface of 82 g of graphite, 17 g of copper powder, 0.8 g of liquid phenolic resin, and 0.2 g of water is surrounded by a material with a high graphite content of 90 g of graphite, 9 g of copper, 0.8 g of liquid phenolic resin, and 0.2 g of water. It was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that it was made.

밀도, 비저항, 곡강도, 쇼어경도, 내구테스트 한계를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.Density, resistivity, bending strength, Shore hardness, and endurance test limits were measured and shown in Table 1 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 밀도(g/cm3)Density (g/cm 3 ) 1.771.77 2.302.30 1.821.82 2.312.31 2.132.13 비저항(μΩ·cm)Resistivity (μΩ cm) 42754275 720720 1042610426 318318 824824 곡강도(kgf/cm2)Bending strength (kgf/cm 2 ) 273273 215215 141141 135135 127127 쇼어경도(HSc)Shore Hardness (HSc) 중심부center 2323 2424 2020 2323 2323 표면부surface area 2727 2828 2020 2323 2020 내구 소모율durability consumption rate 3737 5252 100100 121121 8888 고온 고습 방치후 무게 증가율(%)Weight increase rate after leaving high temperature and high humidity (%) 0.70.7 1.21.2 1.91.9 1.71.7 1.71.7

표 1에서 나타나듯이, 중심부와 표면부의 경도를 다르게 한 실시예의 경우, 내구 소모율이 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 반면, 중심부와 표면부의 경도가 동일한 비교예 1 및 비교예 2는 내구 소모율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 모터 작동 과정에서 압력 집중이 발생하여, 기계적 마모가 가속된 것이 원인으로 분석된다. 또한 실시예가 비교예에 비해 기계적 특성 및 전기적 특성이 모두 우수함을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, in the case of the embodiment in which the hardness of the center and the surface are different, it can be seen that the durability consumption rate is significantly reduced. On the other hand, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, in which the hardness of the center and surface portions are the same, can be confirmed to increase the durability consumption rate. This is analyzed as the cause of accelerated mechanical wear due to pressure concentration occurring during motor operation. In addition, it can be confirmed that the examples have excellent mechanical properties and electrical properties compared to the comparative examples.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The present invention is not limited to the above embodiments, but can be manufactured in a variety of different forms, and those skilled in the art to which the present invention pertains may take other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It will be understood that it can be implemented as. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

100: 카본 브러시 10: 중심부
20: 개재부 30: 표면부
110: 정류자 120: 브러시 홀더
100: carbon brush 10: center
20: intervening portion 30: surface portion
110: commutator 120: brush holder

Claims (15)

흑연 및 글래시 카본을 포함하고,
단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 표면으로 갈수록, 글래시 카본의 중량 비율이 높아지는 카본 브러시.
including graphite and glassy carbon;
A carbon brush in which the weight ratio of glass carbon increases from the center to the surface in the width direction of the cross section.
제1항에 있어서,
상기 카본 브러시는 단면의 폭방향에 대하여, 중심에서 전체 폭 길이의 10% 까지의 중심부 및 표면에서 전체 폭 길이의 10% 까지의 표면부를 포함하고, 상기 중심부는 글래시 카본을 10 중량% 이하 포함하고, 상기 표면부는 글래시 카본을 30 중량% 이상 포함하는 카본 브러시.
According to claim 1,
The carbon brush includes a center portion extending from the center to 10% of the total width length and a surface portion extending from the surface to 10% of the total width length in the width direction of the cross section, and the center portion contains 10% by weight or less of glass carbon. And, the surface portion of the carbon brush contains 30% by weight or more of glassy carbon.
제2항에 있어서,
상기 카본 브러시는 상기 중심부 및 상기 표면부 사이의 개재부를 더 포함하고, 상기 개재부는 글래시 카본을 10 중량% 초과 및 30 중량% 미만 포함하는 카본 브러시.
According to claim 2,
The carbon brush of claim 1 , wherein the carbon brush further includes an intervening portion between the central portion and the surface portion, and wherein the interposing portion includes more than 10% by weight and less than 30% by weight of glass carbon.
제2항에 있어서,
상기 중심부의 쇼어 경도는 21 내지 23 이고, 상기 표면부의 쇼어 경도는 26 내지 30인 카본 브러시.
According to claim 2,
The shore hardness of the central portion is 21 to 23, and the shore hardness of the surface portion is 26 to 30 carbon brush.
제1항에 있어서,
촉매 금속을 5 내지 20 중량% 더 포함하는 카본 브러시.
According to claim 1,
A carbon brush further comprising 5 to 20% by weight of a catalyst metal.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 카본 브러시의 제조 방법으로서,
흑연 및 액상의 바인더를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및
상기 성형물을 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계는, 30 내지 50t/cm2의 압력 및 10 내지 250℃의 온도에서 수행되는 카본 브러시의 제조 방법.
A method for producing the carbon brush according to any one of claims 1 to 5,
preparing a mixture comprising graphite and a liquid binder;
molding the mixture to produce a molded article; and
Including the step of heat-treating the molding,
The step of molding the mixture to produce a molded product is performed at a pressure of 30 to 50 t / cm 2 and a temperature of 10 to 250 ° C. Method for producing a carbon brush.
제6항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계는
흑연 및 액상의 바인더를 혼련하여 덩어리 상태의 혼련물을 형성하는 단계; 및
상기 혼련물을 분쇄하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
를 포함하는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
Preparing the mixture
kneading graphite and a liquid binder to form a lumpy kneaded product; and
preparing a mixed powder by pulverizing the kneaded material;
Method for manufacturing a carbon brush comprising a.
제6항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계는
흑연 90 내지 99 중량% 및 액상의 바인더 1 내지 10 중량% 혼합하여 혼합물을 제조하는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
Preparing the mixture
A method for producing a carbon brush by mixing 90 to 99% by weight of graphite and 1 to 10% by weight of a liquid binder to prepare a mixture.
제6항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계는
고상의 바인더를 더 혼합하고, 흑연 90 내지 99 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 고상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 혼합하는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
Preparing the mixture
A method for producing a carbon brush in which a solid binder is further mixed, and 90 to 99% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, and 0.5 to 5% by weight of a solid binder are mixed.
제6항에 있어서,
상기 혼합물을 제조하는 단계는
촉매 금속을 더 혼합하고, 흑연 75 내지 90 중량%, 액상의 바인더 0.5 내지 5 중량% 및 촉매 금속 5 내지 20 중량% 혼합하는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
Preparing the mixture
A method for producing a carbon brush in which a catalyst metal is further mixed, and 75 to 90% by weight of graphite, 0.5 to 5% by weight of a liquid binder, and 5 to 20% by weight of a catalyst metal are mixed.
제6항에 있어서,
상기 액상의 바인더는 페놀 수지 및 폴리 아크릴로니트릴 중 1종 이상을 포함하는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
The method of manufacturing a carbon brush, wherein the liquid binder includes at least one of a phenol resin and polyacrylonitrile.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 성형물을 열처리하는 단계는, 1000 내지 2000℃의 온도에서 수행되는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
The step of heat-treating the molding is a method of manufacturing a carbon brush performed at a temperature of 1000 to 2000 ° C.
제6항에 있어서,
상기 성형물을 열처리하는 단계는, 불활성 기체 분위기에서 수행되는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
The method of manufacturing a carbon brush in which the heat treatment of the molding is performed in an inert gas atmosphere.
제6항에 있어서,
상기 성형물을 열처리하는 단계는, 수소 가스 0.1 내지 10 부피% 및 불활성 기체 90 내지 99.9 부피% 포함하는 분위기에서 수행되는 카본 브러시의 제조 방법.
According to claim 6,
The heat treatment of the molding is performed in an atmosphere containing 0.1 to 10% by volume of hydrogen gas and 90 to 99.9% by volume of an inert gas.
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