KR20150018841A - 카본 브러쉬 - Google Patents

Abstract

정류자 피막이 과도하게 생성되는 것에 기인하는 온도 상승이나 접동음의 증대를 억제할 수 있는 카본 브러쉬의 제공을 목적으로 하고 있다. 본 발명은 표면 및 내부에 기공을 가지는 카본 블록 기재를 구비하고 모터에 마련된 정류자에 접촉해 접동하는 카본 브러쉬로서, 상기 모터의 작동시에서의 카본 브러쉬의 온도보다도 비점이 높은 석유계 용제와 유지로 이루어지는 현탁액이, 상기 기공 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 것이고, 상기 카본 블록 기재에 대한 상기 현탁액의 비율은 0.5중량% 이상 6중량% 이하인 것이 바람직하다.

Description

카본 브러쉬{CARBON BRUSH}

본 발명은 세탁기용 정류자(整流子) 모터나, 전동 공구 모터 등에 사용되는 카본 브러쉬에 관한 것이다.

종래부터 전동 공구나, 세탁기에서는 정류자 모터가 많이 사용되고 있다. 상기 모터에서는 복수로 분할된 정류자의 접촉부가 브러쉬와 접동함으로써, 코일을 권회한 전기자에 전원으로부터 전류가 공급되어 전기자가 회전하는 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 모터에서는 모터 구동시에는 브러쉬와 정류자가 접동하는 것으로부터 접동음이 커진다고 하는 문제가 있었다. 또, 카본 브러쉬의 불꽃 방전 등에 기인하여 정류자 피막이 과잉으로 생성되어 통전시에 브러쉬(모터)의 온도 상승을 초래한다고 하는 문제도 있었다.

종래 카본 브러쉬의 불꽃 억제를 목적으로 하고, 모터의 승온에 따라 기화하는 액체(비점 60~130℃의 알코올)와 윤활성 합성유를 현탁한 것을 함침해 온도에 따라 기화한 액체의 압력에 의해 접동면에 합성유가 배어 나오는 브러쉬가 제안되고 있다(하기 특허문헌 1 참조).

일본 특개 2007-49894호 공보

여기서, 상기 특허문헌 1에 기재된 제안이면 접동면에 합성유만 배어 나오는 구성이지만, 상기 구성에서는 카본 브러쉬의 불꽃 억제를 충분히 달성할 수 없다. 이 때문에, 정류자 피막이 과도하게 생성되어 통전시의 온도 상승을 초래하거나, 브러쉬와 정류자의 마찰이 증대하기 때문에, 접동음이 커진다고 하는 과제를 가지고 있었다.

그래서 본 발명은 정류자 피막이 과도하게 생성되는 것에 기인하는 온도 상승과 접동음의 증대를 충분히 억제할 수 있는 카본 브러쉬의 제공을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 표면 및 내부에 기공을 가지는 카본 블록 기재를 구비하고, 모터에 마련된 정류자와 접촉해 접동하는 카본 브러쉬로서, 상기 모터의 작동시에서의 카본 브러쉬의 온도보다도 비점이 높은 석유계 용제와 유지로 이루어지는 현탁액이, 상기 기공 내에 존재하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 온도 상승을 억제할 수 있고, 또한 접동음이 커지는 것도 억제할 수 있다고 하는 뛰어난 효과를 나타낸다.

도 1은 카본 브러쉬를 이용한 모터의 소음 레벨을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 2는 카본 브러쉬의 브러쉬 온도를 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명 브러쉬 A 및 비교 브러쉬 Z에서의 사이클 수와 소음 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명 브러쉬 A 및 비교 브러쉬 Z에서의 사이클 수와 브러쉬 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 표면 및 내부에 기공을 가지는 카본 블록 기재를 구비하고 모터에 마련된 정류자와 접촉해 접동하는 카본 브러쉬로서, 상기 모터의 작동시에서의 카본 브러쉬 온도보다도 비점이 높은 석유계 용제와 유지로 이루어지는 현탁액이, 상기 기공 내에 존재하는 것을 특징으로 한다.

상기 현탁액은 유지의 입자가 석유계 용제 중에 분산해 유동성을 유지한 상태로 존재한다. 또, 카본 브러쉬 제작 초기에는 카본 블록 기재의 표면 및 내부에 형성된 기공 내에 현탁액이 존재하는 한편, 모터 작동 후는 기공 내로부터 카본 브러쉬와 정류자의 접촉부로 현탁액이 서서히 배출된다. 그리고, 기공 내로부터 현탁액이 배출되면 유지는 카본 브러쉬와 정류자의 접촉부에 있어서, 카본 브러쉬의 윤활성을 개선해 접동음을 저감시킨다고 하는 역할을 완수한다. 단, 카본 브러쉬와 정류자의 접촉부에 유지만이 존재하면 상술한 바와 같이, 브러쉬의 불꽃에 의해서 정류자 피막이 과도하게 생성되기 때문에, 통전시에 브러쉬의 온도가 크게 상승하거나, 접동음이 충분히 저감될 수 없다고 하는 문제가 있다.

그렇지만, 상기 구성과 같이 현탁액에 석유계 용제가 포함되어 있으면, 이 석유계 용제는 정류자 표면의 유지를 적절히 클리닝하고, 정류자 피막이 과도하게 생성되는 것을 방지한다. 따라서, 통전시에 브러쉬가 온도 상승하는 것을 억제할 수 있고, 게다가 접동음이 작아진다. 또, 석유계 용제의 비점은 모터의 작동시에서의 카본 브러쉬의 온도보다도 높기 때문에, 모터 작동시에 석유계 용제가 급격하게 증발해 상기 작용 효과를 발휘할 수 없게 된다고 하는 사태가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 상기 작용 효과가 장기간에 걸쳐 발휘된다.

또, 카본 블록 기재의 기공 중에 충전된 현탁액은 유동성이 유지되고 있음으로써, 외압(회전 속도의 증감에 의한 가속도나, 원심력에 기인해 발생)에 의해서 좁은 공극을 이동한다. 따라서, 대시포트 효과에 의해서 진동 흡수 작용이 발휘된다. 이 결과, 브러쉬의 진동이 억제되고 정류자와의 접촉이 안정화되므로, 접동음이 한층 저감된다.

또한, 상기 유지에는 고형상인 것이나, 반고형상인 것을 사용할 수 있다.

상기 카본 블록 기재에 대한 상기 현탁액의 비율이 0.5중량% 이상 6중량% 이하인 것이 바람직하다.

카본 블록 기재에 대한 현탁액의 비율이 0.5중량% 미만에서는 정류자 피막이 과도하게 생성되는 것을 충분히 억제하지 못하고, 브러쉬의 온도 상승을 억제하거나, 접동음을 충분히 저감한다고 하는 작용 효과가 충분히 발휘되지 않는 것이 있다. 또한, 대시포트 효과에 의한 진동 억제 효과가 작아지기 때문에, 이 점에서도 접동음을 충분히 저감할 수 없는 것이 있다. 한편, 상기 비율이 6중량%를 넘으면, 모터 운전시의 온도 상승에 의해서 현탁액의 부피가 크게 증가해 현탁액이 나오기 때문에, 정류자나 브러쉬 주위를 오손(汚損)하거나 발연(發煙)하는 경우가 있다.

상기 현탁액의 총량에 대한 상기 유지의 비율이 3중량% 이상 60중량% 이하인 것이 바람직하다.

현탁액의 총량에 대한 유지의 비율이 3중량% 미만에서는 카본 브러쉬의 윤활성이 충분히 발휘되지 않고, 접동음의 저감을 충분히 달성할 수 없는 경우가 있다. 한편, 상기 비율이 60중량%를 넘으면 석유계 용제가 너무 적어서, 정류자 표면의 유지를 적절히 클리닝하지 못하고, 정류자 피막이 과도하게 생성되는 경우가 있다.

상기 석유계 용제의 비점이 140℃ 이상 250℃ 이하인 것이 바람직하다.

석유계 용제의 비점이 140℃ 미만인 경우에는 모터의 작동 온도보다도 석유계 용제의 비점이 낮아지는 경우가 있고, 상기 비점이 250℃를 넘는 유기용제는 모터의 동작 온도에 있어서 유동성이 부족하여 유지의 삼출이 불충분하게 되거나, 클리닝 효과가 저하되기 때문이다.

상기 석유계 용제의 20℃에서의 증기압은 1kPa 이하인 것이 바람직하다.

상온에서의 증기압이 1kPa를 상회하면, 용제가 신속하게 휘발해 버림으로써 기재에 남지 않게 될 우려가 생긴다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 근거해 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 카본 브러쉬는 하기 실시예의 내용에 의해서 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

본 발명의 카본 브러쉬를 이하와 같이 하여 제작했다.

먼저, 흑연 분말의 총량에 대한 비율이 50중량%가 되도록 바인더로서의 피치를 가했다. 다음에, 상기 피치의 융점보다 높은 온도에서 혼련한 후, 냉각하고 분쇄해 40메쉬 패스의 성형 원료를 얻었다. 그 다음에, 이 성형 원료를 프레스 장치에 의해 가압 성형해 비산화 분위기 하에서 고온 소성함으로써 바인더를 탄화시켜 카본 블록 기재를 얻었다. 이 후, 이 카본 블록 기재를 소정의 치수로 절삭 가공한 후, 카본 블록 기재에 리드선을 장착했다.

그리고 나서, 카본 블록 기재의 표면 및 내부에 형성된 기공 내에 현탁액을 함침시킴으로써, 세탁기용 모터에 사용되는 카본 브러쉬를 제작했다.

현탁액의 함침은 이하와 같이 하여 행하였다. 먼저, 유지와 석유계 용제로 이루어지는 함침액에 상기 카본 블록 기재를 20분 침지하여 카본 블록 기재의 기공 내에 함침액을 함침시켰다. 또한, 상기 유지로는 내열 그리스(윤활성 개량제로서의 이황화 몰리브덴이 3중량% 첨가되고, 점조제로서 벤토나이트 점토가 7중량% 첨가된 것)를 사용했다. 상기 석유계 용제로는 공업용 탄화수소계 용제(이소파라핀계인 것[미네랄 스피릿]으로서, 비점은 190℃, 20℃에서의 증기압은 0.1~0.2kPa)를 사용했다. 또, 석유계 용제에 대한 유지의 비율은 5중량%로 했다. 그 다음에, 여분의 함침액을 제거한 후, 50℃에서 통풍 건조함으로써 여분의 석유계 용제를 제거했다. 이와 같은 공정을 거쳐 기공 내에 현탁액(함침액 중의 여분의 석유계 용제를 제거한 액)을 함침할 수 있다. 또한, 함침 전후에서의 중량 변화로부터 산출하면 카본 블록 기재에 대한 상기 현탁액의 비율은 1.5중량%였다.

이와 같이 하여 제작한 카본 브러쉬를, 이하 본 발명 브러쉬 A라고 칭한다.

[비교예]

카본 블록 기재의 표면 및 내부에 형성된 기공 내에 현탁액을 함침시키지 않는 것 이외에는 상기 실시예와 동일하게 하여 카본 브러쉬를 제작했다.

이와 같이 하여 제작한 카본 브러쉬를, 이하 비교 브러쉬 Z라고 칭한다.

[실험]

상기 본 발명 브러쉬 A 및 비교 브러쉬 Z를 각각 드럼 세탁기용 정류자 모터에 세트하고, 세탁시에서의 실제 운전 상황을 재현한 시험대에서 하기 조건으로 운전했다. 그리고, 이 운전시에서의 모터의 소음 레벨과 브러쉬의 온도를 측정했으므로, 이들 결과를 각각 도 3 및 도 4에 나타낸다.

·실험 조건 정류자의 종류: 구리 정류자

회전수: 세탁시 730rpm(1사이클 중 시간: 60분)

탈수시 16000rpm(1사이클 중 시간: 10분)

1사이클: 80분

브러쉬압: 58KPa

측정 시간: 19시간(14사이클)

·소음 레벨의 측정 방법

도 1에 나타내는 바와 같이, 카본 브러쉬(3)와 소음계(4)의 거리 L1은 50cm가 되도록 하여 소음 레벨을 측정했다. 또한, 도 1에 있어서 1은 모터, 2는 정류자이다.

·브러쉬 온도의 측정 방법

도 2에 나타내는 바와 같이, 브러쉬 본체(6)와 브러쉬 홀더(7)의 경계 위치로부터 열전대(8)까지의 거리 L3은 2mm가 되도록 하여 측정했다. 또한, 브러쉬 본체(6)의 노출 길이 L2는 2mm로 했다.

도 3에서 분명한 바와 같이, 본 발명 브러쉬 A는 비교 브러쉬 Z에 비해, 소음 레벨이 약 5dB 저하되어 있는 것이 확인된다. 또, 도 4에서 분명한 바와 같이, 본 발명 브러쉬 A는 비교 브러쉬 Z에 비해, 브러쉬 온도가 10~20℃ 저하되어 있는 것이 확인된다.

(그 밖의 사항)

(1) 상기 실시예에서는 함침액에 있어서, 석유계 용제에 대한 유지의 비율을 5중량%로 했지만, 이것으로 한정하는 것은 아니다. 단, 상기 비율은 1중량% 이상 30중량% 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 한정하는 것이 바람직한 것은 상기 비율이 1중량% 미만이면, 유지의 비율이 너무 적어 윤활성이 충분히 향상되지 않는 경우가 있다. 한편, 상기 비율이 30중량%를 넘으면, 함침액의 점도가 높아져 충분한 양의 함침액을 기공 내로 함침할 수 없는 경우가 있다고 하는 이유 때문이다.

또한, 함침액이 이와 같은 비율로 규제되어 있으면, 카본 블록 기재의 기공 내에 함침액을 함침시킨 후, 여분의 석유계 용제를 제거해 기공 내에 현탁액을 함침시킬 때, 카본 블록 기재에 대한 현탁액의 비율이 0.5중량% 이상 6중량% 이하가 되도록 용이하게 규제할 수 있다.

(2) 석유계 용제로는 상술한 것으로 한정하는 것이 아니고, 90℃ 이상의 비점을 가지는 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 클로로벤젠, 아세트산이소부틸, 아세트산노말-부틸, 아세트산노말-프로필, 1,4-디옥산, 테트라클로로에틸렌, 톨루엔, 1-부탄올, 메틸이소부틸케톤, 메틸-노말-부틸케톤 등이어도 되며, 바람직하게는 140℃ 이상의 비점을 가지는 에틸렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜 모노-노말-부틸에테르, 오르토-디클로로벤젠, 크레졸, 아세트산이소펜틸, 아세트산노말-펜틸, 시클로헥산올, 시클로헥산온, N·N-디메틸포름아미드, 스티렌, 메틸시클로헥산올, 메틸시클로헥산온, 석유 나프타, 미네랄 스피릿 등이어도 된다. 단, 석유계 용제는 비점이 90℃ 이상 250℃ 이하(특히, 140℃ 이상 250℃ 이하)로 유지의 세정, 용해 능력을 가지고, 게다가 악취가 적은 것이 바람직하다. 따라서, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜 모노-노말-부틸에테르, 석유 나프타, 미네랄 스피릿 등인 것이 한층 바람직하다. 그 중에서도, 20℃에서의 증기압이 1kPa 이하인 것이 보다 한층 바람직하고, 상기 4종의 용제는 대개 1kPa 이하이지만, 품종에 따라 차이가 있는 것은 1kPa의 품종을 선정하는 것이 바람직하다.

(3) 유지로는 왁스나 점조제를 가한 유지를 사용한다. 또, 이것에 윤활성을 개량하는 첨가제가 가해지고 있어도 된다.

유지로는 그리스류를 적합하게 사용할 수 있고, 특히 벤토나이트 점토 등을 점조제로 사용한 고온 적성형의 그리스가 적합하다. 왁스로는 몬탄 왁스 등의 광물계 왁스, 파라핀 왁스 등의 석유계 왁스, 합성 왁스, 폴리에틸렌계 왁스, 스테아린산 등을 적절히 사용할 수 있다.

또 점조제로는 상술한 벤토나이트 점토 외에, 카올리나이트, 할로이사이트 등을 사용할 수 있다.

또한, 윤활을 개량하는 첨가제로는 상술한 이황화 몰리브덴 외에, 이황화 텅스텐, 질화 붕소, 불화 흑연, 산화 비스무트, 산화 코발트, 산화 니켈, 산화 망간, 산화 크롬, 산화 안티몬, 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 주석 등을 사용할 수 있다.

본 발명은 세탁기용 정류자 모터나 전동 공구 모터 등에 이용할 수 있다.

1: 모터
2: 정류자
3: 카본 브러쉬
4: 소음계
6: 브러쉬 본체
7: 브러쉬 홀더
8: 열전대

Claims (5)

1. 표면 및 내부에 기공을 가지는 카본 블록 기재를 구비하고, 모터에 마련된 정류자와 접촉해 접동하는 카본 브러쉬로서,
   상기 모터의 작동시에서의 카본 브러쉬의 온도보다도 비점이 높은 석유계 용제와 유지로 이루어지는 현탁액이, 상기 기공 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 카본 브러쉬.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 카본 블록 기재에 대한 상기 현탁액의 비율이 0.5중량% 이상 6중량% 이하인 카본 브러쉬.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 현탁액의 총량에 대한 상기 유지의 비율이 3중량% 이상 60중량% 이하인 카본 브러쉬.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 석유계 용제의 비점이 140℃ 이상 250℃ 이하인 카본 브러쉬.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 석유계 용제의 20℃에서의 증기압이 1kPa 이하인 카본 브러쉬.

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