KR19990061404A

KR19990061404A - Metal Graphite Brush Manufacturing Method

Info

Publication number: KR19990061404A
Application number: KR1019970081663A
Authority: KR
Inventors: 김일두; 김성수
Original assignee: 오상수; 만도기계 주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-26

Abstract

본 발명은 고온 윤활성 향상을 위한 목적으로 첨가되는 이황화 몰리브데늄의 입도를 최적화한 금속 흑연질 브러시의 제조방법을 개시한다.The present invention discloses a method for producing a metal graphite brush with optimized particle size of molybdenum disulfide added for the purpose of improving high temperature lubricity.

본 발명은 흑연 분말에 수지 결합제를 혼합하여 코팅시키는 혼련단계와; 상기 수지 결합제를 경화시켜 덩어리 상태의 혼합 분말을 형성하는 단계와; 이를 분쇄하여 소정입도를 갖는 혼합 분말을 형성하는 단계와; 상기 혼합 분말에 동분말 및 5∼15㎛의 입도를 갖는 이황화몰리브데늄을 첨가하는 단계와; 상기 혼합 분말을 성형 및 소성가공하는 단계;를 포함한다.The present invention is a kneading step of mixing and coating a resin binder in graphite powder; Curing the resin binder to form a lumped mixed powder; Grinding the powder to form a mixed powder having a predetermined particle size; Adding molybdenum disulfide having a copper powder and a particle size of 5 to 15 µm to the mixed powder; It includes; molding and plastic processing the mixed powder.

본 발명에 따르면 동분말 사이에 분포되는 이황화 몰리브데늄의 입도를 최적화함으로서 비저항에 미치는 영향을 최소화하면서 전기적 특성 및 윤활특성이 우수한 정류자 피막 형성으로 브러시의 내마모성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, by optimizing the particle size of molybdenum disulfide distributed between copper powders, it is possible to obtain an effect of improving the wear resistance of the brush by forming a commutator film having excellent electrical and lubricating properties while minimizing the effect on the specific resistance.

Description

Metal Graphite Brush Manufacturing Method

본 발명은 직류전동기에 사용되는 금속 흑연질 브러시(Brush)를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 윤활효과의 극대화 및 강도 증가를 위해 첨가되는 이황화 몰리브덴의 입도를 최적화한 금속 흑연질 브러시 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal graphite brush (brush) for use in a direct current motor, and more particularly, to a metal graphite brush with optimized particle size of molybdenum disulfide added to maximize the lubrication effect and increase the strength It relates to a manufacturing method.

일반적으로, 흑연 브러시는 저전압 직류 전동기의 정류자상에 미끄럼 운동이 가능하도록 접촉되어서 통전 역할을 수행하는 부재로서, 통상적으로 자동차용 기동 전동기 등과 같은 저전압의 직류 전동기에는 동분말과 천연 흑연 분말을 혼합하여 제조되는 금속 흑연질 브러시를 사용하고 있다.In general, the graphite brush is a member that is in contact with the commutator of the low voltage direct current motor so as to allow a sliding motion, and acts as an energizing role. Typically, a low voltage direct current motor, such as a motor starting motor for automobiles, by mixing copper powder and natural graphite powder The metal graphite brush manufactured is used.

금속 흑연질 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.Metal graphite brushes (hereinafter abbreviated as brushes) are used with different metal contents depending on the output performance and the durability of the DC motor. That is, when high output is required, the metal content is 60 to 90 wt%, and when high durability is required, the metal content is generally 10 to 50 wt%.

한편, 본 출원인에 의해 선행출원된 특허출원번호 (특허97-194)호에 금속 흑연질 브러시 제조방법이 개시되어 있다.Meanwhile, a method for preparing a metal graphite brush is disclosed in Patent Application No. (patent 97-194) previously filed by the present applicant.

선행출원된 흑연질 브러시의 제조방법에 따르면, 먼저 흑연분말에 5∼40wt% 의 수지 결합제를 첨가하여 혼련단계를 수행한다.According to the method for preparing a graphite brush previously applied, first, a kneading step is performed by adding 5 to 40 wt% of a resin binder to the graphite powder.

상기 수지 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.The resin binder may be a thermosetting resin such as a novolac phenol resin, a bisphenol A epoxy resin, a resol type phenol resin, or the like, and a diluent such as alcohol or acetone may be added to maintain an even distribution of the binder.

건조 단계는 혼련 챔버내에서 소정의 온도로 희석제가 휘발되어 제거될 때까지 가열하며, 결합제가 경화되어 흑연분말의 결합 작용이 이루어짐으로써 덩어리 상태의 혼합 분말을 형성한다.The drying step is heated until the diluent is volatilized and removed at a predetermined temperature in the kneading chamber, and the binder is cured to form a mixed powder in the form of agglomerates by the binding action of the graphite powder.

분쇄 단계는 덩어리 상태의 혼합 분말을 분쇄하여 균일하면서 미세한 입도를 갖도록 한다.The grinding step grinds the mixed powder in the form of agglomerates to have a uniform and fine particle size.

이와같은 미세한 혼합 분말에 동분말(cu) 및 이황화 몰리브데늄(MoS₂)을 첨가한 후 약 2 ∼3.5 ton/cm²으로 가압하여 소정 형상을 갖는 성형체를 형성한다.To this fine mixed powder, copper powder (cu) and molybdenum disulfide (MoS ₂ ) are added, and then pressurized at about 2 to 3.5 ton / cm ² to form a molded article having a predetermined shape.

상기 동분말은 브러시의 전기전도성을 향상시키기 위한 것이며, 상기 이황화 몰리브데늄은 브러시의 고온 윤활 특성을 향상시키기 위한 것이다.The copper powder is for improving the electrical conductivity of the brush, the molybdenum disulfide is for improving the high temperature lubrication characteristics of the brush.

이어서, 상기 성형체를 500 ∼ 800℃의 온도범위에서 1 ∼ 5시간 정도로 가열처리하여 소성변형시킴으로써 브러시의 강도를 증대시키는 열처리단계를 수행한다.Subsequently, a heat treatment step of increasing the strength of the brush is performed by heat-forming the molded body in a temperature range of 500 to 800 ° C. for about 1 to 5 hours to plastic deformation.

한편, 도 1은 종래의 제조방법에 따른 금속 흑연질 브러시의 현미경조직을 보인 조직도로서, 윤활성이 우수한 흑연분말(녹색부분)과 전기전도성이 우수한 동분말(황색부분)이 혼합된 조직구조를 보이고 있다. 한편, 이황화 몰리브데늄(동분말 중의 녹색부분)은 흑연분말와 동분말의 경계 사이 또는 동분말 중에 존재하고 있다.On the other hand, Figure 1 is a microstructure showing the microstructure of the metal graphite brush according to the conventional manufacturing method, showing a structure of a mixture of graphite powder (green part) with excellent lubricity and copper powder (yellow part) with excellent electrical conductivity. have. On the other hand, molybdenum disulfide (green part in the copper powder) exists between the boundary of the graphite powder and the copper powder or in the copper powder.

그런데 동분말 중에 분포된 이황화 몰리브데늄은 전기적인 부도체로서 전기전도성을 저하시킬 뿐만아니라 동분말의 소결을 방해하는 요인으로 작용하여 비저항을 상승시키는 문제가 있었다.However, the molybdenum disulfide distributed in the copper powder has a problem of increasing the specific resistance by acting as a factor that prevents the sintering of the copper powder as well as reducing the electrical conductivity as an electrical insulator.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동분말과 함께 첨가되어 동분말 사이에 존재하여 고온 윤활성을 부여하는 이황화 몰리브데늄의 입도를 최적화함으로써 소성가공시 동분말의 소결력을 증대할 수 있는 금속 흑연질 브러시 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve such a conventional problem, by increasing the sintering power of copper powder during plastic processing by optimizing the particle size of molybdenum disulfide added between the copper powder and present between the copper powder to give high temperature lubricity It is an object of the present invention to provide a method for producing a metal graphite brush.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 흑연 분말에 수지 결합제를 혼합하여 코팅시키는 혼련단계와; 상기 수지 결합제를 경화시켜 덩어리 상태의 혼합 분말을 형성하는 단계와; 이를 분쇄하여 소정입도를 갖는 혼합 분말을 형성하는 단계와; 상기 혼합 분말에 동분말 및 5∼15㎛의 입도를 갖는 이황화몰리브데늄을 첨가하는 단계와; 상기 혼합 분말을 성형 및 소성가공하는 단계;를 포함한다.The present invention for realizing the above object is a kneading step of mixing and coating the resin binder in the graphite powder; Curing the resin binder to form a lumped mixed powder; Grinding the powder to form a mixed powder having a predetermined particle size; Adding molybdenum disulfide having a copper powder and a particle size of 5 to 15 µm to the mixed powder; It includes; molding and plastic processing the mixed powder.

이와같은 제조방법에 따른 금속 흑연질 브러시는 이황화 몰리브데늄이 최적화된 입도로 동분말중에 분포하게 됨으로써 동분말의 소결력 증대로 비저항 및 굴곡강도 등의 물리적 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 전동기 습동시 저항에 의한 열 발생을 감소시키고 동입자내에 고르고 균형있는 윤활성을 부여하여 전기적 특성 및 윤활특성이 있는 정류자 피막 형성으로 금속 흑연질 브러시의 내마모성을 향상시킨다.The metal graphite brush according to the manufacturing method is distributed in the copper powder with an optimized particle size of molybdenum disulfide can improve physical properties such as specific resistance and bending strength by increasing the sintering power of the copper powder. Therefore, it reduces heat generation due to resistance during motor sliding and gives even and balanced lubricity in copper particles, thereby improving wear resistance of the metal graphite brush by forming a commutator film having electrical and lubricating properties.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

도 1은 종래의 금속 흑연질 브러시의 현미경 조직을 보인 조직도,1 is a tissue diagram showing a microscopic structure of a conventional metal graphite brush,

도 2는 본 발명에 따른 금속 흑연질 브러시의 제조공정도,2 is a manufacturing process chart of the metal graphite brush according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 금속 흑연질 브러시의 현미경 조직을 보인 조직도.Figure 3 is a tissue diagram showing a microscopic structure of the metal graphite brush according to the present invention.

이하 본 발명에 따른 금속 흑연질 브러시 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the metal graphite brush manufacturing method according to the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 따른 금속 흑연질 브러시의 제조공정도로서, 본 발명은 흑연 분말에 수지 결합제를 혼합하여 코팅시키는 혼련단계와; 상기 수지 결합제를 경화시켜 덩어리 상태의 혼합 분말을 형성하는 건조단계와; 이를 분쇄하여 소정입도를 갖는 혼합 분말을 형성하는 단계와; 상기 혼합 분말에 동분말 및 5∼15㎛의 입도를 갖는 이황화몰리브데늄을 첨가하는 단계와; 상기 혼합 분말을 성형 및 소성가공하는 단계;로 이루어진다.2 is a manufacturing process chart of the metal graphite brush according to the present invention, the present invention is a kneading step of mixing and coating a resin binder in the graphite powder; A drying step of curing the resin binder to form a mixed powder in a lump state; Grinding the powder to form a mixed powder having a predetermined particle size; Adding molybdenum disulfide having a copper powder and a particle size of 5 to 15 µm to the mixed powder; Forming and plastic processing the mixed powder; consists of.

흑연분말에 첨가되는 상기 수지 결합제는 노볼락형 페놀 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 레졸형 페놀 수지 등과 같은 열경화성 수지를 사용하며, 수지 결합제(18)의 고른 분포상태를 유지할 수 있도록 알콜 또는 아세톤과 같은 희석제가 첨가된다.The resin binder added to the graphite powder is a thermosetting resin such as a novolak phenol resin, a bisphenol A epoxy resin, a resol type phenol resin, and the like, and includes alcohol or acetone to maintain an even distribution of the resin binder 18. The same diluent is added.

상기 건조 단계는 혼련 챔버내에서 소정의 온도로 희석제가 휘발되어 제거될 때까지 가열하여 결합제가 경화되면서 결합 작용이 이루어짐으로써 충분한 강도를 갖는 덩어리 상태의 혼합 분말을 형성한다.The drying step is heated until the diluent is volatilized and removed at a predetermined temperature in the kneading chamber to form a mixed powder having a sufficient strength by curing while the binder is hardened.

분쇄 단계는 덩어리 상태의 혼합 분말을 분쇄하여 균일하면서 미세한 입도, 바람직하게는 75∼420 ㎛ 의 입도를 갖는 분말로 형성한다.The pulverizing step pulverizes the mixed powder in the form of agglomerates to form a powder having a uniform and fine particle size, preferably 75 to 420 μm.

이와같은 미세하게 분쇄된 혼합 분말에 동분말과 5 ∼ 15㎛ 정도의 평균 입자 크기를 갖는 이황화 몰리브데늄을 첨가한 후 약 2∼3.5on/cm²으로 가압하여 소정 형상을 갖는 성형체를 형성한다.To such finely ground mixed powder, copper powder and molybdenum disulfide having an average particle size of about 5 to 15 µm are added, and then pressurized at about ² to 3.5 on / cm ² to form a molded article having a predetermined shape. .

상기 동분말은 브러시의 전기전도성을 향상시키기 위한 것으로, 25 ∼ 60㎛ 정도의 평균 입자 크기를 갖도록하여 혼합 분말에 대하여 20∼80wt% 첨가한다.The copper powder is to improve the electrical conductivity of the brush, it is added to the mixed powder 20 to 80wt% to have an average particle size of about 25 to 60㎛.

상기 이황화 몰리브데늄은 정류자에 생성되는 피막 두께를 조절하는 작용과 함께 브러시의 회전 마찰시 고온 윤활성을 부여하는 작용을 하는 첨가제로서, 혼합 분말에 대하여 10wt% 미만으로 첨가한다.The molybdenum disulfide is an additive that acts to control the thickness of the film formed on the commutator and to impart high temperature lubricity at the time of rotational friction of the brush.

이어서, 성형 및 소성가공 단계는 상기 성형체를 소성변형시킬 수 있도록 500 ∼ 800℃의 온도범위에서 1 ∼ 5시간 정도로 가열처리하여 브러시의 강도를 증대시킨다.Subsequently, the molding and plastic working steps are heat treated at a temperature range of 500 to 800 ° C. for about 1 to 5 hours so as to plastically deform the molded body, thereby increasing the strength of the brush.

한편, 도 3은 본 발명의 제조방법에 따른 금속 흑연질 브러시의 현미경조직을 보인 조직도로서, 흑연분말은 수지 결합제에 의해 결합되어 존재하며, 흑연분말 사이에 동분말이 분포되어 있다. 특히, 이황화 몰리브데늄은 동분말 내부에 분포되어 있다.On the other hand, Figure 3 is a microstructure showing the microscopic structure of the metal graphite brush according to the production method of the present invention, the graphite powder is present by being bonded by a resin binder, the copper powder is distributed between the graphite powder. In particular, molybdenum disulfide is distributed inside the copper powder.

상기 이황화 몰리브데늄은 동분말과 함께 첨가시 동분말 사이에 존재하는 기공에 가장 용이하게 침투할 수 있는 입도, 예컨대 5∼15㎛를 갖도록 조절되어 동분말 중에 고르게 분포된다.The molybdenum disulfide is evenly distributed in the copper powder, adjusted to have a particle size, such as 5 to 15 μm, that can easily penetrate the pores existing between the copper powder when added together with the copper powder.

본 발명의 제조방법에 따른 도 3과 종래의 제조방법에 따른 도 2의 조직도를 비교하면 다음과 같다.3 according to the manufacturing method of the present invention and the organization chart of Figure 2 according to the conventional manufacturing method is as follows.

조직도에서 대략 녹색으로 나타나는 부분은 흑연과 수지 결합제가 혼합된 부분이며, 황색부분으로 나타나는 부분은 동분말을 나타낸다. 그리고 황색으로 나타나는 동분말 중에 균열처럼 미세하게 분포된 부분이 바로 동분말 사이에 존재하는 기공 또는 동분말 중에 침투된 이황화 몰리브데늄이다. 여기서 이황화 몰리브데늄과 기공은 명확하게 구분되지 않는 상태이다.In the organization chart, the part appearing green is the part in which graphite and the resin binder are mixed, and the part appearing in the yellow part represents the same powder. Part of the copper powder, which appears as yellow, is a finely distributed part such as molybdenum disulfide penetrated into pores or copper powder present between the copper powder. Here, molybdenum disulfide and pores are not clearly distinguished.

도 1과 도 3의 특징적인 차이점은 본 발명에 따른 도 3의 동분말에 존재하는 기공 및 이황화 몰리브데늄의 분포상태가 훨씬 미세하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 종래에는 동분말과 이황화 몰리브데늄의 입도가 비슷하거나 동분말 사이의 기공에 이황화 몰리브데늄이 침투할 수 있는 입도의 조건을 고려하지 않고 첨가한 관계로 동분말 중에 이황화 몰리브데늄이 단순하게 혼합된 상태를 나타낸 반면에, 본 발명에서는 동분말의 입도에 비해 상대적으로 미세한 입도( 동분말 사이의 기공에 침투할 수 있는 입도)로 조절된 이황화 몰리브데늄이 동분말의 기공에 침투하여 동분말의 기공을 축소하는 것과 아울러 고르게 분포할 수 있게 된다.Characteristic differences between FIG. 1 and FIG. 3 indicate that pores and molybdenum disulfide distributions present in the copper powder of FIG. 3 appear much finer. That is, conventionally, molybdenum disulfide in copper powder is added without considering the particle size of copper powder and molybdenum disulfide in the same or without considering the conditions of particle size in which molybdenum disulfide can penetrate into pores between copper powder. While showing a simple mixed state, in the present invention, molybdenum disulfide, which is controlled to a relatively fine particle size (particle size that can penetrate pores between copper powders), penetrates into the pores of the copper powder, compared to the particle size of copper powder. By reducing the pores of the copper powder it can be evenly distributed.

이와같은 고른 분포 및 기공율 저하는 동분말의 소결력을 증대시킬 뿐만아니라 비저항 및 굴곡강도 등의 물리적 특성을 향상시키게 된다. 따라서, 전동기 습동시 저항에 의한 열발생을 감소시키고 동분말 내에 고르고 균형있는 윤활성을 부여하여 전기적 특성 및 윤활특성이 있는 정류자 피막 형성으로 브러시의 내마모성을 향상시키게 된다.This even distribution and lower porosity not only increase the sintering power of the copper powder, but also improve physical properties such as specific resistance and flexural strength. Therefore, it reduces heat generation due to resistance during motor sliding and gives even and balanced lubricity in the copper powder, thereby improving wear resistance of the brush by forming a commutator film having electrical and lubricating properties.

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.In the above description, it should be understood that those skilled in the art can make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as it merely illustrates a preferred embodiment of the present invention.

따라서 본 발명에 따르면 동분말 사이에 분포되는 이황화 몰리브데늄의 입도를 최적화함으로서 비저항에 미치는 영향을 최소화하면서 전기적 특성 및 윤활특성이 우수한 정류자 피막 형성으로 브러시의 내마모성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, by optimizing the particle size of molybdenum disulfide distributed between copper powders, it is possible to obtain an effect of improving the wear resistance of the brush by forming a commutator film having excellent electrical and lubricating properties while minimizing the effect on specific resistance.

Claims

A kneading step of coating the graphite powder by mixing the resin binder; A drying step of curing the resin binder to form a mixed powder in a lump state; Grinding the powder to form a mixed powder having a predetermined particle size; Adding molybdenum disulfide having a copper powder and a particle size of 5 to 15 µm to the mixed powder; Forming and plastic processing the mixed powder; Metal graphite brush manufacturing method comprising a.