KR20040023532A - 카본 브러시 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카본 브러시에 관한 것으로, 수지 경화형 카본 브러시에 있어서 필러와, 바인더로 이루어진 열경화성 수지의 혼련시에, 지방산 아마이드를 0.1질량%~3.0질량%가 되도록 첨가하고 성형, 경화하여 카본 브러시로 하는 것으로, 방열성이 좋고 브러시 수명이 향상된 수지 경화형의 카본 브러시를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

카본 브러시{CARBON BRUSH}
본 발명은 전기기계에 사용되는 수지 경화형의 카본 브러시에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 수지 경화형 카본 브러시는 필러(filler)가 되는 인조흑연이나 천연흑연 등의 흑연분말과, 바인더(binder)가 되는 수지 경화성 수지를 혼련하고 성형, 경화하여 카본 브러시로 하고 있다(예를 들어, 일본 특공 소58-26156호 공보). 이 때문에, 바인더가 되는 열경화성 수지는 경화된 상태에서 성형되어 있고, 비교적 공기가 적은 것이 되어 있었다.
또한, 공기가 적고, 바인더가 경화된 상태이므로 방열성이 나쁘고, 카본 브러시 자체가 고온이 되고, 이에 따라서 브러시 특성이 저하될 우려가 있었다.
본 발명은 방열성이 좋고 브러시 수명이 향상된 수지 경화형 카본 브러시를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 카본 브러시는 수지 경화형 카본 브러시에서 필러와, 바인더가 되는 열경화성 수지의 혼련시에, 지방산 아마이드를0.1질량%~3.0질량%가 되도록 첨가하고 성형, 경화하여 이루어진 것이다. 또한, 상기 지방산 아마이드가 에틸렌 비스 스테아린산 아마이드인 것이다.
필러와, 바인더로 이루어진 열경화성 수지의 혼련시에 지방산 아마이드를 0.1질량%~3.0질량%, 바람직한 것은 0.2질량%~1.5질량%, 더욱 바람직한 것은 0.3질량%~0.7질량%가 되도록 첨가하여 성형, 경화한다. 혼련시에 지방산 아마이드를 첨가함으로써 지방산 아마이드가 가진 윤활 특성에 의해 필러와 바인더가 균등하게 혼련된다. 그리고, 소정 형상으로 성형후에 경화한다. 상기 경화시의 온도 상승에 의해 열경화성 수지 및 지방산 아마이드가 액상화된다. 이 때, 열경화성 수지 보다도 점도가 낮은 지방산 아마이드가 열경화성 수지의 표면을 덮게 되고, 지방산 아마이드의 일부는 열경화성 수지와 반응하고, 일부는 열경화성 수지의 표면에 잔존하는 것으로 생각된다. 이에 의해, 지방산 아마이드가 위치하고 있었던 열경화성 수지 사이의 부분에는 지방산 아마이드의 흔적이 남고, 그 결과 틈이 형성되어 열경화성 수지의 경화후에 적절한 기공이 브러시 기재 내부에 형성된다. 이 때문에 방열성이 향상된다. 또한, 지방산 아마이드는 열경화성 수지와 반응함으로써 열경화성 수지가 개질된다. 이에 의해, 브러시의 추종성이 향상된다. 또한, 지방산 아마이드는 왁스이기도 하고, 미반응 부분은 윤활성을 부여하여 카본 브러시의 슬라이딩 특성을 향상시킨다.
또한, 첨가하는 지방산 아마이드가 0.1질량% 보다도 적은 경우, 첨가하는 지방산 아마이드의 효과가 충분히 얻어지지 않고, 3.0질량% 보다도 많은 경우에는 브러시 기재의 강도저하로 연결되므로 바람직하지 않다.
또한, 지방산 아마이드로서 에틸렌 비스 스테아린산 아마이드를 사용함으로써 바인더 경화온도에서 바인더의 열경화성 수지와 반응하고, 보다 효과적으로 브러시 기재중에 기공을 형성할 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 필러가 되는 흑연 입자에는 인조흑연 또는 천연흑연 중 어느 하나의 흑연입자도 사용할 수 있다. 또한, 이들을 혼합한 흑연입자이어도 좋다.
이들 흑연입자의 입자간을 결합하는 바인더는 일반적인 열경화성 수지를 사용할 수 있고, 예를 들어 고체형상 또는 액체형상의 에폭시 수지, 페놀수지 및 이들을 변형하여 얻어지는 여러가지의 열경화성 수지 등을 사용할 수 있다. 이들, 수지는 바인더분으로서 10~40%를 사용하는 것이 바람직하다.
이상의 흑연입자 60질량%~90질량%와, 바인더 10질량%~40질량%와, 이들 흑연입자 및 바인더의 총중량에 대해서 지방산 아마이드 0.1질량%~3.0질량%를 동시에 혼련한다. 그리고, 소정 형상으로 성형한 후 바인더 및 지방산 아마이드가 경화되는 150~250℃의 온도에서 열처리하여 카본 브러시로 한다. 경화처리시, 지방산 아마이드는 대부분이 반응하고, 이에 의해 브러시 기재에는 많은 기공이 형성된다. 또한, 지방산 아마이드에는 고체상 또는 액체상 중 어떤 상태의 것도 사용할 수 있다.
이와 같이, 바인더는 경화된 상태이기는 하지만, 브러시 기재 중에 기공이 많이 형성되어 있으므로, 방열성이 뛰어난 카본 브러시로 할 수 있다. 또한, 동시에 첨가되는 지방산 아마이드가 갖는 윤활 특성에 의해, 윤활성이 뛰어난 카본 브러시로 할 수 있다.
(실시예 1)
평균입자직경이 50㎛인 흑연입자 80.0질량%와, 바인더로서 범용성 에폭시 수지 20질량%와, 이들 흑연 입자 및 바인더의 총중량에 대해서 0.3질량%가 되도록 에틸렌 비스 스테아린산 아마이드를 혼합하여 혼련했다. 상기 혼련물을 소정의 크기가 되도록 분쇄한 후, 100MPa에서 소정 형상으로 성형하고 200℃에서 열처리를 실시하고 바인더를 경화시켜 수은 포로시미터에 의한 누적 미세구멍 용적이 187.3㎣/g, 개방 기공률 26.2%의 카본 브러시를 얻었다.
(실시예 2)
평균입자직경이 50㎛인 흑연입자 80.0질량%와, 바인더로서 범용성 에폭시 수지 20질량%와, 이들 흑연입자 및 바인더의 총중량에 대해서 0.5질량%가 되도록 에틸렌 비스 스테레인산 아마이드를 혼합하여 혼련했다. 상기 혼련물을 소정의 크기가 되도록 분쇄한 후, 100MPa에서 소정 형상으로 성형하고, 200℃에서 열처리를 실시하고 바인더를 경화시켜 수은 포로시미터에 의한 누적 미세구멍 용적이 195.9㎣/g, 개방 기공률 27.1%의 카본 브러시를 얻었다.
(실시예 3)
평균입자직경이 50㎛인 흑연입자 80.0질량%와, 바인더로서 범용성 에폭시 수지 20질량%와, 이들 흑연입자 및 바인더의 총중량에 대해서 0.7질량%가 되도록 에틸렌 비스 스테아린산 아마이드를 혼합하여 혼련했다. 상기 혼련물을 소정의 크기가 되도록 분쇄한 후, 100MPa에서 소정 형상으로 성형하고, 200℃에서 열처리를 실시하고, 바인더를 경화시켜 수은 포로시미터에 의한 누적 세공 용적이 204.4㎣/g, 개방 기공률 28.1%의 카본 브러시를 얻었다.
(비교예 1)
평균입자직경이 50㎛인 흑연입자 80.0질량%와, 바인더로서 범용성 에폭시 수지 20질량%를 혼합하여 혼련했다. 상기 혼련물을 소정의 크기가 되도록 분쇄한 후, 100MPa에서 소정 형상으로 성형하고 200℃에서 열처리를 실시하고 바인더를 경화시켜 수은 포로시미터에 의한 누적 미세구멍 용적이 174.5㎣/g, 개방 기공률 24.8%의 카본 브러시를 얻었다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 카본 브러시의 각 물리특성을 정리하여 표 1에 나타낸다.
누적미세구멍용적(㎣/g) 개방기공률(%) 부피비중 경도(쇼어C) 저항률(μΩm) 굽힘 강도(MPa)
실시예 1 187.3 26.2 1.40 15/11 1040 15.0
실시예 2 195.9 27.1 1.39 14/10 1180 11.0
실시예 3 204.4 28.1 1.38 13/10 1050 10.0
비교예 1 174.5 24.8 1.42 17/12 931 19.4
상기의 각 카본 브러시를 이하에 나타내는 시험 모터 및 시험 조건에 의해 브러시 특성 시험을 실시했다.
전압: AC230V 50㎐
오리피스: φ15㎜
운전조건: 연속
시험환경: 실온 27~33℃, 습도 28~45%
상기 조건에서의 브러시 특성시험의 결과를 정리하여 표 2에 나타낸다.
시험시간(h) 브러시마모율(㎜/100h) 브러시수명(h) 회전수(rpm) 입력(W) 불꽃(#) 정류자마모율(φ㎜/100h) 정류자온도상승평균(K)
실시예1 602.4 3.20/3.43 750/699 36894 1227 3 0.015 76.2
실시예2 602.4 3.04/3.05 790/788 36899 1227 3 0.014 75.3
실시예3 602.4 3.72/3.68 646/652 36822 1226 3 0.016 76.0
비교예1 600.8 4.00/4.02 600/597 36040 1245 3 0.018 77.7
표 1 및 표 2에서 실시예 1 내지 3의 카본 브러시는 비교예 1의 카본 브러시에 비해 정류자의 평균온도상승이 낮은 것을 알 수 있다. 이것은, 표 1에 나타낸 바와 같이, 이들 실시예 1 내지 3의 카본 브러시는 비교예 1의 카본 브러시에 비해 개방 기공률이 크고, 이 때문에 방열성이 향상되었기 때문이라고 생각된다. 또한, 지방산 아마이드가 갖는 윤활특성에 의해, 카본 브러시 자신의 윤활성도 향상된 것도, 평균온도상승이 저하된 요인이 되어 있는 것으로 생각된다.
이상과 같이 필러와 바인더의 혼련시에 지방산 아마이드를 첨가함으로써 지방산 아마이드가 갖는 윤활특성에 의해 필러와 바인더가 균등하게 혼련된다. 또한, 바인더 경화시에 지방산 아마이드가 바인더와 반응하고, 브러시 기재 중에 많은 기공을 형성하며, 방열성을 향상시킬 수 있다. 또한, 열경화성 수지의 개선에 의한 카본 브러시의 추종성이 향상되고, 또한 지방산 아마이드가 갖는 윤활특성에 의해 카본 브러시의 윤활성도 향상되고, 이 때문에 카본 브러시로서의 수명이 연명되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 수지 경화형 카본 브러시에 있어서,
    필러와, 바인더로 이루어진 열경화성 수지의 혼련시에 지방상 아미이드를 0.1질량%~3.0질량%가 되도록 첨가하고 성형, 경화하여 이루어진 것을 특징으로 하는 카본 브러시.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지방산 아마이드가 에틸렌 비스 스테아린산 아마이드인 것을 특징으로 하는 카본 브러시.
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