WO2005025035A1

WO2005025035A1 - 電気機械用カーボンブラシ

Info

Publication number: WO2005025035A1
Application number: PCT/JP2004/013272
Authority: WO
Inventors: Takahiro Sakoda; Takashi Maeda; Yoshikazu Kagawa; Hidenori Shirakawa
Original assignee: Totan Kako Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2005-03-17
Also published as: EP1662640B1; EP1662640A1; KR20060113346A; CN100388600C; KR101011999B1; EP1662640A4; CN1701487A

Abstract

導電性の回転体２に押し当てられる電気機械用カーボンブラシ１であり、カーボンを少なくとも１成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、このブラシ基材に対して０．２～１０重量％の水溶性潤滑剤、あるいは０．２～３重量％のフッ素変性シリコーンオイル、あるいは０．２～１０重量％の水溶性潤滑剤と金属化合物を含有させる。

Description

明細書電気機械用力一ボンブラシ技術分野

本発明は、電気機械用力一ボンブラシに関し、特に、小型モータに使用される電気機械用力一ボンブラシに関する。背景技術

電動モータは小型化、大容量化、高出力化が進んでいる。例えば、電気掃除機に用いられるモータは、更に小型で吸引力が強いことが求められている。このため、モー夕のファンの外径を小さくし、超高速（3 0， 0 0 0 r p ra以上）で回転させるようになつている。このような超高速回転のモータにおいては、電気機械用力一ボンブラシ（以下、ブラシという）と導電性の回転体である整流子との良好な摺動状態を保持することにより、正常な電気的接触を維持することが重要な課題とされてきた。

従来、このような課題に鑑みて、黒鉛粉末を合成樹脂で結合したいわゆるレジンボンド系のブラシが多く使用されるようになった。このレジンボンド系のブラシは、黒鉛粉末によって滑りを良くするとともに、レジンによって座乗性をよくすることにより、正常な電気的接触が確保されている。

また、電気掃除機等においては、吸引力（吸込仕事率）を高くするために、モ一夕の入力を増やすことにより、ブラシの電流密度を高くすることが可能である。しかし、このような方法による場合、特にレジンボンド系のブラシは、長時間の使用によるブラシの温度上昇やブラシの摩耗の増加による整流不良の恐れが生じる。

さらに、入力規制という背景を考慮しなければならず、一定の入力に対してより高い出力が得られるモータがよりいつそう求められていた。

このような状況から、安定した整流を確保するとともに、モータに対して高い効率（入力に対する出力) を与えることができるブラシが強く望まれていた。

こうした問題の対処として、特開 2 0 0 2 _ 5 6 9 4 4号公報（以下、特許文献 1という）には、ブラシ表面に銅などの金属メツキを施してブラシの比抵抗を部分的に下げる方法が開示されている。この方法では、ブラシの見かけの固有抵抗が低下することにより、ブラシの温度上昇が抑えられ、整流が安定し、ブラシの摩耗が低減され、さらにはより高いモータの効率が得られる。

また、米国特許第 6 0 6 8 9 2 6号公報（以下、特許文献 2という）には、ブラシの気孔内にシリコーンオイルを含浸することにより、ブラシ摩耗特性を向上させる方法が開示されている。この方法では、ブラシと整流子との摺動性が改善されることにより、ブラシの温度上昇が抑えられ、ブラシの摩耗が低減されるものとなっている。

これらの公報による技術では、ブラシの摩耗が抑止され、ブラシの長寿命化が期待されている。しかし、特許文献 1に示す方法では、整流が安定し、ブラシの温度上昇及びブラシ摩耗が低減するものの、ブラシ表面に金属メッキを施して部分的に比抵抗を下げていることから、更にモ一夕の効率を向上させるには限界が生じていた。つまり、ブラシ周囲に施された金属メツキの作用によつて整流が安定することによって生じるモータの効率及びブラシの寿命の向上に留まることになつていた。

また、特許文献 2に示す方法では、ブラシの温度上昇及びブラシ摩耗が低減されているが、シリコーンオイルをェマルジヨンにしてブラシの気孔に含浸することから、シリコ一ンオイルをブラシの気孔中に均一に含浸することが困難であり、ムラが生じていた。その結果、ブラシと整流子との良好な摺動性を確保することができず、安定した整流を確保できないおそれがあった。

本発明は、こうした状況を鑑みて創案されたものであり、よりいつそう安定した整流を確保し、モータに対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が得られる電気機械用力一ボンブラシを提供することを目的とする。発明の開示

上記課題を解決するために、本発明の電気機械用カーボンブラシは、導電性の回転体に押し当てられる電気機械用力一ボンブラシであって、カーボンを少なくとも 1成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、 7j溶性潤滑剤が電気機械用カーボンブラシに含有されており、 7K溶性潤滑剤の含有量がブラシ基材に対して 0 . 2〜 1 0重量％であることによって特徴付けられる。

この構成により、モータに対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減を付与することができる電気機械用力ーボンブラシが提供され上記目的が達成される。

骨材とバインダとから構成されているブラシ基材は、「気孔」と呼ばれる空隙部分が存在しているが、ここで含浸とは、その気孔に水溶性潤滑剤を当該物質に存在せしめることを意味する。

なお、存在する気孔の大きさや容積はブラシの種類、製造方法及び製造条件等の違いによって異なる。そして、気孔はブラシ全体に存在しており、ブラシ表面から内部までつながっている開気孔と、ブラシ内部に孤立してある閉気孔が存在する。以下、単に「気孔」というときは開気孔を意味するものとする。

そこで、 7K溶性潤滑剤は、水溶液であるので分子レベルの大きさのままで水溶性潤滑剤をブラシの気孔中に含浸させることができる。更に、 7j溶性潤滑剤は、界面活性作用があり表面張力が低下して毛細管現象によって微細の気孔に内部まで浸透しやすくなる。従つて、 7K溶性潤滑剤は、ブラシの微細な気孔にも含浸することができ、またブラシ表面の部分だけでなく内部の方に向けての気孔まで均一に含浸される。このように、水溶性潤滑剤がブラシ気孔中に均一に含浸されていることによって、水溶性潤滑剤が長時間に渡つて、回転体との摺動面の全体に均一に作用し、摺動面での機械的抵抗が低減され、良好な摺動性が達成されることによつてモータ効率の向上、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が図れるものと考えられる。ここで、水溶性潤滑剤のブラシに対する含浸量が 0 . 1重量％未満であれば水溶性潤滑剤の効果が発現されず、 1 0重量％を超えるとモータの効率を低下させてしまう。水溶性潤滑剤のブラシに対する含浸量が 0 . 2〜3重量％では、含有量を減らしても同等の効果が得られるため、経済的であり、さらに好ましい。

水溶性潤滑剤は、水に可溶性の潤滑性能を有する物質であり、本発明の電気機械用力一ボンブラシに適用される好ましい水溶性潤滑剤は、ポリエチレングリコール又はその誘導体、ポリビュルアルコール、ポリビュルピロリドン、 zK溶性シリコーンオイルあるいはこれらの混合物である。ポリェチレングリコール誘導体としては、ポリェチレングリコ一ルエステル、ポリエチレングリコールエーテル等が挙げられる。

また、これらの水溶性潤滑剤のうち、水溶性シリコーンオイルは高温安定性が高く、より好ましい。

また、本発明の電気機械用カーボンブラシは、電気機械用カーボンブラシに含有される物質として、上記水溶性潤滑剤に替えて、フッ素変性シリコーンオイルとしてもよい。この場合、フッ素変性シリコーンオイルの含有量がブラシ基材に対して 0 . 2 ~ 3重量％とすることが好ましい。

この構成により、モー夕に対する高い効率、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減を付与することができる電気機械用力一ボンブラシが提供され上記目的が達成される。

フッ素変性シリコーンオイルは、ブラシ表面との表面張力が小さく毛細管現象によって微細な気孔に内部まで浸透しやすいので含浸によってもブラシに含有させることができる。従って、フッ素変性シリコーンオイルは、ブラシの微細な気孔にも含浸することができ、またブラシの表面の気孔だけでなく内部の気孔まで均一に含浸される。このように、フッ素変性シリコ一ンオイルがブラシ気孔中に均一に含浸されていることによって、フッ素変性シリコーンオイルが長時間に渡って、回転体との摺動面の全体に均一に作用し、摺動面での機械的抵抗が低減され、良好な摺動性が達成されることによってモータに対する効率が向上するものと考えられる。ここで、フッ素変性シリコーンオイルのブラシに対する含浸量が 0 . 2重量％未満であればフッ素変性シリコーンオイルの効果が発現されず、 3 重量％を超えるとモ一夕の効率を低下させてしまう。

さらに、本発明の電気機械用カーボンブラシでは、電気機械用力一ボンブラシに含有される物質として、上記物質に替えて、 7K溶性潤滑剤及び金属化合物を含有する構成であつてもよい。この場合、 7 溶性潤滑剤の含有量がブラシ基材に対して 0 . 2〜 1 0重量％であり、金属化合物の含有量が上記ブラシ基材に対して 0 . 0 5〜 1 0重量％とすることが好ましく、 0 . 1〜 4重量％では含有量を減らしても同等の効果が得られるため、経済的であり、さらに好ましい。

この構成では、水溶性潤滑剤及び金属化合物は、上記の構成同様、ブラシの表面および内部の微細な気孔に均一に含浸されることにより、ブラシや整流子の摩耗をさらに低減し、温度と摺動音が低下し、モータの効率はさらに向上するものと考えられる。

ここで、水溶性潤滑剤及び金属化合物のブラシに対する含浸量が上記範囲を逸脱すると、これらの物質によるモータの効率の向上効果が発現されない。

また、本発明の電気機械用力一ボンブラシでは、バインダが合成樹脂からなることが好ましい。

このようなバインダが合成樹脂からなるレジンボンド系のブラシは気孔が微細である傾向にあるが、このようなブラシに対しても、水溶性潤滑剤、フッ素変性シリコーンオイル、水溶性潤滑剤及び金属化合物が均一に含浸され上記目的が達成される。

また、本発明の電気機械用カーボンブラシでは、バインダが合成樹脂の炭素化物又はピツチの炭素化物であってもよい。この場合の具体例として、合成樹脂としては、エポキシ樹脂、フヱノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビュルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはこれらの混合物が挙げられる。また、ピッチは、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、あるいはこれらの混合物が挙げられる。

更に本発明の電気機械用力ーボンブラシでは、電気機械用力一ボンブラシの導電性回転体と接触する面を除く当該カーボンブラシの表面の少なくとも 1部分に電気良導性の金属皮膜が形成されているものを使用することができる。

このように金属皮膜が形成されているブラシを使用することによって、モータに対する効率をさらに向上させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態に係るブラシを用いたモータの概略構成を示す斜視図である。

図 2は、本発明の実施の形態に係る水溶性シリコーンオイルの化学構造を示す図である図 3は、本発明の実施の形態に係るフッ素変性シリコ一ンオイルの化学構造を示す図であ。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図 1は、本発明の実施の形態に係るブラシを用いたモ一夕の概略構成を示している。ブラシ 1は、モータの整流子である回転体 2とブラシ 1の下面 1 aが接触し、その部分で摺動する。

ブラシ 1は、カーボンを少なくとも 1成分として含む骨材とバインダとからなる素材を基材としている。この基材は、前述したように気孔を有しており、本実施の形態では、ブラシ基材の気孔中に水溶性潤滑剤、フッ素変性シリコーンオイル、または、水溶性潤滑剤と金属化合物とをともに含浸する。

ブラシ 1の気孔については、例えば、水銀圧入法によって求めた平均気孔半径が 1 um 以下の小さな気孔半径を有するブラシ基材であつてもよい。

ブラシ 1の基材としては、 CG (Carb on Gr aph i t e) 系と呼ばれる炭素黒鉛質のブラシ、 EG (E l e c t r i c Gr a h i t e)系と呼ばれる電気黒鉛質のブラシ、バインダが炭素化されていない合成樹脂であるレジンボンド系ブラシ、銅粉、鉄粉、銀粉等の金属粉末を骨材の一部に使用した金属系ブラシ等を使用することができ、特に、レジンボンド系ブラシが好適である。

このレジンボンド系ブラシ基材の製造方法について以下に説明する。

まず、骨材 1 0 0重量部に対してバインダ 1 0 ~ 4 0重量部を概ねの配合比として、これら骨材とバインダを混練する。

この骨材としては、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛等を使用することができる。このうち、特に黒鉛の結晶性があまり発達していない人造黒鉛又は、天然黒鉛と人造黒鉛とを配合した構成が好ましい。

一方、バインダとしては、合成樹脂が使用され、熱硬化性合成樹脂又は熱可塑性合成樹脂のいずれを使用してもよいし、これらの混合物を使用してもよい。特に好適な合成樹脂としては、エポキシ樹脂、フヱノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビュルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。

なお、混練の際には必要に応じてアルコール類、アセトン等の有機溶剤を適量加えてもよい。また、必要に応じて骨材の一部に添加剤、例えば、固体潤滑材、皮膜調整剤を加えてもよい。例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑材ゃ、アルミナ

、シリカ、炭化珪素等の皮膜調整剤を加えてもよい。

次に、混練した塊を粉砕して成形用の粉体に調整する。その後、その粉体をブラシ基材形状に成形する。そして成形体に樹脂が硬化する温度下（一般的に、 1 0 0〜3 0 0 °C ) で熱処理を施して樹脂を硬化させる。

また、ブラシ 1は、ブラシ基材の段階で、ブラシ 1の下面 1 aを除く側面 1 b及び上面

1 aの全面又は 1部分に電気良導性の金属皮膜を形成してもよい。この皮膜の材質としては、ニッケル、銅及び銀を挙げることができる。また、この皮膜の厚さは、概ね 3〜 1 0

0 であるが、これに限定されるものではない。

なお、この金属皮膜の形成は、電解メツキ、無電解メツキ等の公知の方法によって行うことができる。

水溶性潤滑剤、フッ素変性シリコーンオイル、または水溶性潤滑剤と金属化合物とをともにブラシに含有させる方法としては、ブラシを製造する途中でこれらを骨材やバインダと共に混合させる方法や、予め製造したブラシ基材に対してこれらをを含浸させる方法を採用することができる。

次に、ブラシ基材に水溶性潤滑剤のうち、より好ましい水溶性シリコ一ンオイルを含浸する構成について説明する。

図 2は、 7_ 溶性シリコーンの構造式を示す。

この水溶性シリコーンオイルは、 S i 0からなる主鎖と結合しているメチル基のうちの 1つがァルキル基とポリァルキレンォキシドとが連結した官能基に置き換わつているものである。このシリコーンオイルは、図 2の X及び y (自然数）の値によって平均分子量が変わり、それに応じて動粘度も変化する。本実施形態においては、 1 0 ~ 2 0 0 0 0 mm ²/ s ( 2 0 °C ) の動粘度を有するものが好ましい。また、 1 0〜 1 0 0 0 mm ² / sの動粘度を有する水溶性シリコーンオイルを使用することがより好ましい。

ブラシ基材への水溶性シリコ一ンオイルの含浸には、まず、図 2に示す水溶性シリコーンオイルの水溶液（シリコーンオイル水溶液）を調整する。水溶性シリコーンオイルと水とは、容易に混ざり合うので撹拌棒を用いて手で撹拌するといつた簡単な操作でシリコーンオイル水溶液を調整することができる。 τΚ溶液における水溶性シリコーンオイルの量は、目的とする含浸率、含浸条件、選択した基材の種類等に応じて適宜決められる。

調整したシリコーンオイル水溶液は、毛細管現象によつて微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単にシリコーンオイル水溶液中にブラシ基材を浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。

シリコ一ンオイル水溶液の温度は 2 0〜 3 0 °C程度の室温下で行うことができる。必要に応じて、 6 0 ~ 8 0 °Cといった高温にして含浸を行ってもよい。また、浸漬時間は、シリコ一ンオイル水溶液の粘度、温度、ブラシ基材等の条件によって適宜決められるが、例えば 1 0 ~ 6 0分程度である。 ' ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを取り出して 1 0 0 °C以上の温度下で乾燥することにより、ブラシに含浸されたシリコーンオイル水溶液の水分を除去する。乾燥によるブラシの重量が恒量になつた時点で水分の除去が終点に達したものとみなして乾燥を終了する。ブラシ基材に残された水溶性シリコーンオイルの重量が、含浸された重量である。本実施形態では含浸された水溶性シリコーンオイルの重量が、ブラシ基材に対して 0 . ~ 1 0重量％となるようにしている。

このように水溶性シリコーンオイルが含浸されたブラシに適宜リ一ド線 3等が取り付けられる。

次に、ブラシ基材にフッ素変性シリコーンオイルを含浸する構成について説明する。図 3は、フッ素変性シリコ一ンオイルの構造式を示す。

このフッ素変性シリコーンオイルは、 SiOからなる主鎖と結合しているメチル基のうちの 1つが（CH₂ ) ₂と CF₃とが連結した官能基に置き換わっているものである。このシリコ一ンオイルは、図 3の X (自然数）の値によって平均分子量が変わり、それに応じて動粘度も変化する。本実施形態においては、 1 0〜2 0 0 0 O mmV s ( 2 0 °C ) の動粘度を有するものが好ましい。また、 1 0〜1 0 0 0 mm ²/ sの動粘度を有するフッ素変性シリコ一ンオイルを使用することがより好ましい。

フッ素変性シリコーンオイルは、ブラシ表面との表面張力が小さく毛細管現象によって微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単にフッ素変性シリコーンオイル中にブラシ基材に浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。

そして、フッ素変性シリコ一ンオイルの温度は 2 0〜 3 0 °C程度の室温下で行うことができる。必要に応じて、 6 0〜8 0 °Cといった高温にして含浸を行ってもよい。また、浸漬時間は、フッ素変性シリコ一ンオイルの粘度、温度、ブラシ基材等の条件によつて適宜決められるが、例えば 10〜60分程度である。

ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを取り出してブラシ表面に付着したフッ素変性シリコーンオイルを、柔らかい布でふき取る等して除去する。ブラシ基材に残されたフッ素変性シリコーンオイルの重量が、含浸された重量である。

本実施形態では含浸されたフッ素変性シリコーンオイルの重量が、ブラシ基材に対して 0. 2〜3重量％となるようにしている。

このようにフッ素変性シリコーンオイルが含浸されたブラシに適宜リ一ド線 3等が取り付けられる。

さらに、ブラシ基材に水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物を含浸する場合について説明する。

この金属化合物は、水あるいは有機溶剤に可溶な金属化合物であり、好ましくは金属錯化合物、さらに好ましくはキレート化合物である。上記金属化合物の金属種は、長周期型元素周期表における 3~14族かつ 3〜 5周期の金属であり、好ましくは、 A l， T i , F e, N i , Cu, Zn, Ag, Snであり、さらに好ましくは F e, Cu, Zn, Ag である。

本実施形態に用いられる金属化合物としては、イオン結合性のものでも共有結合性のものでもよく、上記金属種の硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩等の無機塩、上記金属種の酢酸塩、シユウ酸塩、安息香酸塩、ベンゼンスルホン酸塩等の有機酸塩、上記金属種が中心原子である金属錯化合物ゃキレート化合物が挙げられるが、特に限定はされず、市販のものが使用可能である。錯化合物あるいはキレート化合物の配位子が、エチレンジァミン（en)、ジェチレントリアミン（ d i e n ) 、トリエチレンテトラミン（ t r i e n) 、エチレンジアミン四酢酸（e d t a) 、ピピリジン（b p y) 、テルピリジン（ t e r p y)等のアミン系化合物、ァセチルァセトン（a c a c) 等のケトン化合物、ジメチルグリオキシム（dmg) 等のォキシム系化合物等であるものが好適である。

本実施形態において水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物は、 10〜20000 mm²/s (20°C) の動粘度を有するものが好ましい。また、 10〜1000 mm²/ sの動粘度を有する水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物を使用することがより好ましい。

水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物も上記実施形態と同様、表面張力が小さく毛細管現象によって、微細の気孔に内部まで浸透して、ブラシ基材の気孔中に均一に含浸される。従って、含浸は、単に水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物中にブラシ基材を浸漬することによって行うことができる。ただし、一般的な含浸方法として知られる真空脱気や加圧操作を併用してもよい。

そして、 7K溶性潤滑剤と金属化合物の混合物は、 20°C〜30°C程度の室温下で含浸を行うことができるが、 401 ~ 60 °Cの高温下で含浸を行うことがより好ましい。また、浸漬時間は、 7 溶性潤滑剤と金属化合物の混合物の粘度、温度、ブラシ基材等の条件によつて適宜決められるが、例えば 10〜60分程度である。

ブラシを一定時間浸漬した後に、ブラシを 100°Cで乾燥させる。ブラシ基材に残された水溶性潤滑剤と金属化合物の混合物の重量が、含浸された重量である。この場合、水溶性潤滑剤の含有量がブラシ基材に対して 0. 2〜 1 0重量％であり、金属化合物の含有量がブラシ基材に対して 0. 0 5〜1 0重量％とする。

この構成では、含浸する物質として、 zK溶性潤滑剤と金属化合物の 2種類の物質を用いたことによる相乗効果が発現され、モータに対する効率の向上、長寿命、温度の低減、摺動音の抑制、整流子摩耗の低減が顕著となると考えられる。

以下、実施例によつて本発明を更に具体的に説明する。

まず、本各実施例において使用するレジンボンド系のブラシ基材を以下のように作製した。

人造黒鉛粉末（平均粒径 1 0 0 wm、灰分 5重量％以下） 1 0 0重量部に対して、ェポキシ樹脂 3 0重量部を配合し、人造黒鉛粉末と樹脂とが均一に混合されるように、常温で所定の時間（ 3 0〜 1 2 0分）混練した。

この混練物を 4 0メッシュ以下に粉砕してブラシに成形するための成形用粉末とした。この成形用粉末を金型でブラシの形状に成形 (寸法： . 5 6 x 2 5 mm) した後、市販の乾燥器を用いて 1 5 0°Cの熱処理を施して、樹脂を硬化させた。

本ブラシ基材は、かさ密度が 1. 4 5 g/cm³であり、抵抗率が 70 0 · mであつた。本ブラシ基材の累積気孔容積は 1 1 2 mm³/ g、平均気孔半径は 0. 76〃 mであつた。なお、気孔率は水銀圧入法（水銀ポロシメ一夕 F I SONS I n s t r ume n t社製、モデル MAP 01 2 0及び PO 2 0 0 0を使用）によって求めた。

[実施例 1 ]

実施形態では、図 1に示す化学構造を有する水溶性シリコーンオイルを、上記のように作製したレジンボンド系のブラシ基材の気孔に含浸した。なお、使用した水溶性シリコーンオイルの 2 0°Cでの動粘度は 1 0 0 mm²/ sであった。

含浸工程においては、水溶性シリコーンオイルを所定の量の水に溶解してシリコーンォィル水溶液とし、その水溶液中にブラシ基材を所定の時間浸潰した。

シリコーンオイルのブラシ基材への含浸率の異なる数種類のブラシを作製するために、シリコーンオイル水溶液のシリコーンオイル濃度を 1〜 80重量％に調整したものを作製し、シリコーンオイル濃度の違いによって含浸率を調整した。また、ブラシ基材をシリコーンオイル水溶液中に浸漬する時間は、重量増加がほぼ飽和する時点に設定した。その浸漬する時間は、シリコーンオイルの濃度によっても異なるが、 1 5~3 0分であった。なお、シリコーンオイル水溶液の温度はいずれの場合も 6 0 °Cに設定した。

この浸漬作業が終了した後、ブラシ基材をシリコーンオイル水溶液から取り出した後、シリコーンオイル水溶液が含浸されたブラシを 1 2 0 °Cに保持した乾燥器に入れ、シリコーンオイルとともに含浸された水分のみを乾燥により除去した。

以上により、含浸率がそれぞれ、 0. 2重量％、 1. 2重量％、 2. 7重量％、 4. 0 重量％の水溶性シリコーンオイル含浸ブラシ（4種類）を得た。なお、含浸率（重量⁰ /6) は、含浸による増加分の重量を含浸前のブラシの重量で除して求めた値に 1 0 0を掛けてパ一セント表示したものである。

これら 4種類の水溶性シリコ一ンオイル含浸ブラシ及びブラシ基材を使用したときの乇一夕の効率を求めた。

モータの効率の測定には、まず、これらのブラシにリード線を取り付けた後、試験用のモータに 3 5 k P aのスプリング圧力でセットした。一定の条件の下、それぞれのブラシについて、吸込仕事率 P (W) を測定した。なお、モータには、電圧 1 0 0 V、 6 0 H z の下、約 1 0 0 0 Wの電力を入力した。このとき、モー夕の回転数は約 3 2 0 0 0 r p m であった。

モータの効率は（ 1 ) 式によって計算した。

7? = ( P / I ) 1 0 0 · · · ( 1 )

ここで、 7?はモー夕の効率 (%) 、 Pは吸込仕事率（W) 、 Iは入力（W) である。これによつて得られたモー夕の効率（7? ) を、水溶性シリコーンオイルを含浸していないブラシを使用した場合、上記 4種類の水溶性シリコ一ンオイル含浸ブラシを使用した場合のそれぞれのモータの効率の試験結果を表 1に示す。

<表 1 >

表 1に示すように、含浸率が 1 . 2重量％の場合は、モータの効率が 4 0 . 4 %であり、水溶性シリコーンオイルを含浸していないブラシ（無含浸ブラシ）のモー夕の効率 4 0 . 2 %に対して 0 . 2 %高い値を示した。また、含浸率が 0 . 2重量％及び 1 . 7重量％の場合には、モータの効率が 4 0 . 3 %であり、無含浸ブラシのモータの効率より 0 . 1 %高い値を示した。なお、含浸率が 4 . 0重量％の場合は、表 1に示すようにモ一夕の効率を下げてしまう結果となった。

モー夕の効率が 0 . 1〜0 . 2 %向上することは、電気掃除機等に使用する小型モ一夕の分野においては、顕著な効果として判断される。従って、こうしたモータの効率の向上は、大きな意義を持ち利用価値が高いものと評価される。特に、モータの規格等によって、入力が規制されているような状況では、入力を大きくすることにより、出力を高くすることができないことを考慮すると、このように、よりモータの効率の高いブラシが要求されることは必須である。

また、本実施例で作製したブラシ基材のブラシの回転部に接触する部分を除く周囲の表面の全面を厚さ 1 0 / mの銅皮膜を、銅の無電解メツキによって形成させた。

この銅皮膜を形成したブラシ基材に上記（本実施例）の方法で、同じ水溶性シリコーンオイルを含浸させた。その結果、銅皮膜を形成したブラシ基材に対する水溶性シリコーンオイル含浸率は、上記の銅皮膜が無いブラシに比べて 1割程度低い値となつた。しかし、銅皮膜を形成したブラシ基材の場合には、浸漬時間を長くしたり浸漬温度を変化させたりするといつた方法によつ.て、銅皮膜が無いブラシに対する場合と同等の含浸率を得ることができた。

このようなブラシでは、ブラシ表面に電気良導性金属の皮膜による効果、すなわちブラシの温度上昇を抑制することができ、安定した整流を長期にわたって維持できる点で上記効果に寄与するものである。

[実施例 2 ]

本実施例 1においては、まず、実施例 1で作製したブラシ基材に対して、図 3に示す化学構造を有するフッ素変性シリコーンオイルを含浸した。ここで、フッ素変性シリコーンオイルの動粘度は、 1 0 0mm²/sであった。

フヅ素変性シリコーンオイルの含浸は、 1 5 °Cの室温下でブラシ基材をフッ素変性シリコーンオイルに一定時間浸漬して行った。その後、ブラシを取り出してブラシ表面に付着したフッ素変性シリコーンオイルを、柔らかい布でふき取る等して除去した。

フッ素変性シリコーンオイルにブラシ基材を浸漬する時間を変化させて、実施例 1と同じ含浸率のブラシ、すなわち、含浸率がそれぞれ、 0. 2重量％、 1. 2重量⁰ /6、 2. 7 重量％、 4. 0重量％のフッ素変性シリコーンオイル含浸ブラシ（4種類）を得た。なお、含浸率は実施例 1の場合と同様の方法で求めた。

これら 4種類のフッ素変性シリコーンオイル含浸ブラシ及びブラシ基材を使用したときのモータの効率を実施例 1と同様、（ 1) 式によって計算した。

これによつて得られたフッ素変性シリコーンオイルを含浸していないブラシ及び 4種類のフッ素変性シリコーンオイル含浸ブラシを使用した場合のそれぞれのモータの効率（7?

) の試験結果を表 2に示す。

<表 2 >

表 2に示すように、含浸率が 0. 2重量％の場合にはモータの効率が 4 0. 4%、含浸率が 1. 2重量％の場合にはモータの効率が 4 0. 7%、 2. 7重量％の場合にはモータの効率が 4 0. 5%であった。つまり、無含浸ブラシのモータの効率 4 0. 2%より 0. 2 %~0. 5%高い値を示した。含浸率が 1. 2重量％の場合にはモータの効率がこのように飛躍的に高くなつた。なお、含浸率が 4. 0重量％の場合は、表 2に示すようにモー夕の効率を下げてしまう結果となった。 [実施例 3 ]

実施例 1で作製したブラシ基材に対して、図に示す化学構造を有する水溶性シリコーンオイルと金属錯化合物 Cu (e d t a) の混合物に含浸した。ここで、この水溶性シリコーンオイルおよび金属錯化合物の動粘度は、 1 0 0 mm²/ sであった。

この水溶性シリコーンオイルと金属化合物の含浸は、 5 0°Cの液温下でブラシ基材をこの混合物に 1 5分間浸漬して行った。その後、ブラシ基材をこの混合物から取り出した後、このブラシを 1 0 0 °Cに保持した乾燥器に入れ、この水溶性シリコーンオイルと金属化合物とともに含浸された水分を除去した。

この水溶性シリコ一ンオイルと金属化合物の含浸率が、表 3に示すそれぞれのブラシを得た。なお、含浸率は実施例 1の場合と同様の方法で求めた。

これらの水溶性シリコーンオイルと金属化合物含浸ブラシ及びブラシ基材を使用したときのモータの効率（7?) を実施例 1と同様、（ 1) 式によって計算した。また、 1 0 0時間当りのブラシの摩耗量 (mm/1 0 0 h) 、ブラシホルダ外周先端部の温度 (°C) 、ブラシの摺動音（dB) (ONO SOKK I製サウンドレベルメ一夕一を使用）及び 1 0 0 時間当りの整流子摩耗量をそれぞれ測定した結果を表 3に示す。

モータの効率の測定には、まず、これらのブラシにリード線を取り付けた後、試験用のモータに 4 1 kP aのスプリング圧力でセットした。一定の条件の下、それぞれのブラシについて、吸込仕事率 P (W) を測定した。なお、モ一夕には、電圧 2 3 0 V、 6 0 Hz の下、約 1 5 5 0 Wの電力を入力した。このとき、モー夕の回転数は約 3 4 0 0 0 r pm であった。

表 3に示すように、試料番号 (2)〜 (4)、（6)〜（17)では、モー夕の効率がそれぞれ 4 1 . 4%〜4 1. 9%となり、水溶性シリコーンオイル及び金属化合物を含浸していないブラシ（無含浸ブラシ）のモータの効率 4 1. 0%に対して 0. 4~0. 9%高い値を示し、飛躍的な効果を示すものであった。また、 1 0 0時間当りのブラシ摩耗量については、試料番号（2)〜 (4)、（6)〜（17)では、 3. 8 ~ 7 (薩 /100h)の値となり、無含浸ブラシの 1 0 (mm/100h)に比べ、飛躍的に低減された。また、温度については、 1 00°C以下に抑えられた。さらに、摺動音については、試料番号 (2)〜(4)、（6)~(17)では、無含浸ブラシの 1 1 0 dBに比べ低くなった。

1 0 0時間当りの整流子摩耗量については、試料番号 (2) ~ (4)、（6)〜（17)では、 0. 3 0 4〜 0 8 (mm/100h)の値となり、無含浸ブラシの 0. 1 2 (mm/100h)に比べ、飛躍的に低減された。く表 3 >

産業上の利用可能性

電気掃除機など、モータを搭載する電気機械では、モータの規格等によって入力規制がある場合は、特に、モ一夕効率が高いことが要求される。本発明はそのようなモータに利用が可能である。さらに、ブラシの寿命も長く、摺動音を低減でき、経済的にも有益であり、ブラシを短くすることが可能となり、モータの小型化にも寄与できる。

Claims

請求の範囲

1 . 導電性の回転体に押し当てられる電気機械用力一ボンブラシであって、

力一ボンを少なくとも 1成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、

τΚ溶性潤滑剤が上記電気機械用カーボンブラシに含有されており、

上記水溶性潤滑剤の含有量が上記ブラシ基材に対して 0 . 2 ~ 1 0重量％であることを特徴とする電気機械用力一ボンブラシ。

2 . 請求項 1に記載の電気機械用カーボンブラシであって、 ·

上記水溶性潤滑剤は、ポリェチレングリコール又はその誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビュルピロリドン、水溶性シリコ一ンオイルのうちいずれか、あるいはこれらの混合物であることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。

3 . 導電性の回転体に押し当てられる電気機械用カーボンブラシであって、

カーボンを少なくとも 1成分として含む骨材とバインダとからなる素材をブラシ基材とし、

フッ素変性シリコーンオイルが上記電気機械用カーボンブラシに含有されており、上記フッ素変性シリコーンオイルの含有量が上記ブラシ基材に対して 0 . 2〜 3重量％であることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。

4 . 請求項 1乃至 3のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、金属化合物を含有することを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。

5 . 請求項 4に記載の電気機械用力一ボンブラシであって、

金属化合物の含有量が上記ブラシ基材に対して 0 . 0 5〜 1 0重量％であることを特徴とする電気機械用力―ボンブラシ。

6 . 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、

上記バインダが合成樹脂からなることを特徴とする電気機械用力一ボンブラシ。

7 . 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、

上記バインダが合成樹脂の炭素化物又はピッチの炭素化物からなることを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。

8 . 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の電気機械用カーボンブラシであって、

上記電気機械用カーボンブラシの上記導電性の回転体と接触する面を除く当該力一ボンブラシの表面の少なくとも 1部分に電気良導性の金属皮膜が形成されていることを特徴とする電気機械用力一ボンブラシ。