WO2021106700A1 - 銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ及びその製造方法 - Google Patents

銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ及びその製造方法 Download PDF

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光男 池田
浩忠 金川
充弘 廣田
喜弘 西村
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トライス株式会社
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    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12—Manufacture of brushes

Definitions

  • the present invention relates to a metallic graphite earth brush containing silver as a main component and a method for producing the same, for the purpose of reducing electromagnetic noise.
  • the present invention relates to, for example, a brush for grounding a drive shaft of a motor-driven automobile, and particularly to an earth brush for reducing electromagnetic noise to a car radio of an automobile.
  • the drive system of automobiles is changing from engine drive to motor drive.
  • the development and popularization of electric vehicles without engines is progressing worldwide. Acceleration / deceleration of an electric vehicle is performed by controlling the rotation speed of a motor by an inverter, and an in-vehicle computer controls the inverter based on various input information.
  • the inverter converts voltage and frequency by intermittent current. Therefore, high-frequency energy is generated, and the high-frequency energy leaks to the outside via the drive shaft of the electric vehicle or the like to generate electromagnetic noise.
  • the electromagnetic noise adversely affects the control equipment of the automobile, the electronic equipment of the vehicle, the audio equipment such as the car radio, and particularly mixes the noise into the sound of the car radio. It should be noted that such a problem is not limited to electric vehicles, but is the same for hybrid vehicles that run on both an engine and a motor.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2016-525329 proposes a carbon-based earth brush containing 1 to 8% of silver. However, the earth brush of Patent Document 1 has too high resistance to earth the inverter of an automobile.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-60861 proposes a brush for a rotary electric machine containing about 70% by mass of silver. This brush is in sliding contact with the commutator and polishes the oxide film on the commutator surface with silver particles to suppress the generation of commutator sparks. As a result, the noise of the rotary electric machine can be reduced.
  • Patent Document 1 does not show that the inverter is grounded. The noise reduction mechanism is to suppress commutator sparks, not to ground the shaft.
  • An object of the present invention is to provide an earth brush having a strength and a life comparable to that of a normal brush for a rotary electric machine, and capable of effectively grounding electromagnetic noise from a drive shaft of a motor-driven automobile.
  • An object of the present invention is, for example, to efficiently suppress noise to a car radio of an automobile.
  • the noise targeted by the present invention may be not only high-frequency energy leaking to the outside via the shaft or the like described above, but also an electric signal flowing through a cable, or an electromagnetic wave radiated from a housing of an electronic device. Including. That is, in the present invention, electromagnetic waves that are unintentionally generated from electronic devices of electric vehicles and hybrid vehicles are called electromagnetic noise.
  • the basic composition of the brush is shown by the mass ratio of silver and carbon, and the volatile components of the organic matter show the composition as a part of carbon.
  • a metal component such as copper may be added to the brush, or an inorganic substance such as a solid lubricant or an abrasive may be added to the brush.
  • the additive such as solid lubricant and abrasive is, for example, 5% by mass or less, preferably 2% by mass or less.
  • the resistivity of the brush is 1000 ⁇ ⁇ cm or less, particularly 100 ⁇ ⁇ cm or less. If the resistivity of the brush is within this range, it has the effect of reducing electromagnetic noise.
  • the volatile component is an uncarbide of a binder resin, and particularly preferably, the volatile component is an uncarbide of a thermosetting resin.
  • the binder resin is incompletely decomposed and remains in the brush without being carbonized. Such volatile components improve the strength of the brush and reduce the amount of wear of the brush to improve the life of the brush.
  • a motor-driven vehicle is a vehicle that runs on a secondary battery or a fuel cell, and a vehicle that has a secondary battery and runs on an engine and a motor.
  • the drive shaft is a shaft that transmits the power of the motor to the drive wheels of an automobile.
  • a metallic graphite ground brush containing silver as a main component is manufactured by sliding contact with the peripheral surface of the shaft and grounding the shaft.
  • the manufacturing method of the present invention A step of kneading silver powder, graphite powder, and a synthetic resin binder to make a brush material, By performing the step of press-molding the brush material into a press-molded body,
  • the mass ratio of silver, the volatile component derived from the synthetic resin binder, and the carbon material composed of graphite in the brush is more than 30% to 90% or less of silver and less than 70% to 10% or more of carbon material.
  • a brush having a volatile component content of 2.0% or more and 15% or less is produced. Since the volatile components are reduced by firing, the composition range of the manufactured brush is important, not the composition range of the brush raw material.
  • the shaft structure is It is provided with a shaft, a metallic graphite earth brush mainly composed of silver that is in sliding contact with the peripheral surface of the shaft and grounds the shaft, and a spring that maintains contact between the earth brush and the peripheral surface of the shaft.
  • the mass ratio of silver to carbonaceous material containing volatile components in the brush is more than 30% to 90% or less of silver and less than 70% to 10% or more of carbonaceous material. When the total mass of silver and carbon is 100%, the content of volatile components is 2.0% or more and 15% or less.
  • Spring pressure applied to the brush at 1.6 kg / cm 2 or less for example 0.1 kg / cm 2 or more 1.6 kg / cm 2 or less, preferably 0.3 kg / cm 2 or more 1.6 kg / cm 2 or less.
  • the shaft is, for example, a drive shaft of a motor-driven automobile.
  • the overall resistance including the contact resistance between the brush and the shaft, is more important than the resistivity of the brush itself.
  • the resistance obtained by adding the contact resistance between the brush and the shaft to the resistance of the brush itself is simply referred to as "contact resistance”. According to the experiment, when the ratio of silver exceeds 90% when the total amount of silver and carbonaceous material is 100% by mass, the contact resistance at low temperature becomes unstable and may show an abnormally high value. (Figs. 5 and 6).
  • the resistivity of the brush became extremely high and exceeded 1000 ⁇ ⁇ cm.
  • silver is more than 30% to 90% or less, and carbon is less than 70% to 10% or more.
  • silver is 50% or more and 75% or less, and carbon is 50% or less and 25% or more. In this range, the contact resistance of the brush is small, and the resistivity of the brush is 100 ⁇ ⁇ cm or less. Therefore, the electromagnetic noise from the shaft can be minimized.
  • the above-mentioned volatile component is preferably an uncarbide of a binder resin, particularly preferably an uncarbide of a thermosetting resin, and in an example, an uncarbide of a phenolic resin.
  • a binder resin particularly preferably an uncarbide of a thermosetting resin
  • Other thermosetting resins such as furan resin, xylene resin, thermosetting polyimide resin and the like can also be used.
  • thermoplastic resin PPS (polyphenylene sulfide), PEEK (polyetheretherketone), PTFE (polytetrafluoroethylene), POM (polyoxymethylene), PI (polyimide) and the like can also be used.
  • the silver carbon-based earth brush of the present invention is in sliding contact with the peripheral surface of a drive shaft of a motor-driven automobile, and grounds the drive shaft to the vehicle body of the automobile.
  • electromagnetic noise to automobile control equipment, electronic equipment, and audio equipment is reduced, and in particular, noise to car radio is reduced.
  • FIG. 1 shows the usage state of the metallic graphite earth brush containing silver as a main component of the example
  • FIG. 2 shows the structure of the earth brush 1.
  • Reference numeral 2 denotes a brush body, for example, a lead wire 3 is attached.
  • the brush body 2 has, for example, a rectangular parallelepiped shape, and the sliding contact surface 4 is in sliding contact with the drive shaft of the automobile.
  • Reference numeral 5 denotes a hole, and the lead wire 3 is embedded together with the embedding material 6.
  • the embedding material is silver powder or metal powder whose surface is silver-coated (for example, copper powder whose surface is silver-plated) and does not contain binder resin.
  • the resistance between the brush body 2 and the lead wire 3 can be reduced. Further, since the embedding material 6 and the brush body 1 both contain silver, they are familiar with each other. The shape and structure of the earth brush 2 are arbitrary, and the lead wire 3 may be omitted.
  • Reference numeral 10 denotes a drive shaft of an automobile, in which the sliding contact surface 4 of the brush body 2 is in sliding contact with the peripheral surface thereof, and the drive shaft 2 is grounded to the vehicle body via the lead wire 3.
  • the vehicle used is an electric vehicle or a hybrid vehicle that runs on both batteries and an engine.
  • the control computer 14 controls the inverter 13, and the inverter 13 controls the rotation speed of the motor 12. The rotation of the motor 12 is decelerated by the transmission 11, and the wheels are rotated via the drive shaft 10.
  • the shape of the earth brush is as shown in FIG. 2, and the length L of the brush body 2 is 16 mm, the depth D is 5 mm, and the width W is 5 mm.
  • the lead wire 3 is a stranded copper wire without plating, having a diameter of 1.0 mm and a depth of the embedded portion of 3.0 mm.
  • the content of the binder resin is included in the mass of carbon, and the content thereof is defined by the concentration at which the total of silver and carbon is 100% by mass.
  • the binder resin is preferably contained in an amount of 2.5 to 22% by mass at the raw material stage.
  • the silver concentration is generally more than 30% and 90% or less, and the carbon content is less than 70% by mass and 10% by mass or more.
  • silver is contained in an amount of 50% by mass or more and 75% by mass or less
  • carbon is contained in an amount of 50% by mass or less and 25% by mass or more.
  • the volatile component is contained in an amount of 2.0% by mass or more and 15% by mass or less, preferably 2.5% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the brush body material was compression molded and fired at 300 ° C to 700 ° C in a reducing atmosphere to manufacture the earth brush 1.
  • the silver concentration and the carbon concentration (including volatile components) in the brush body 2 were measured as follows.
  • Quantitative method of silver and carbon Shave the earth brush after firing into powder weigh 5.0 g, dissolve the nitric acid aqueous solution with a specific gravity of 1.38 in 15 mL of nitric acid aqueous solution diluted with pure water at a volume ratio of 1: 1 and heat it. After boiling in (No. 5A) to completely dissolve the silver, the insoluble matter was separated with a quantitative filter paper (No. 5A) to obtain an aqueous silver nitrate solution. Silver chloride was precipitated by adding 0.2 mol / L hydrochloric acid aqueous solution little by little to this aqueous solution until precipitation did not occur. The silver content was determined from the obtained silver chloride by the gravimetric method.
  • the carbon content (when the additive other than silver and carbon is contained, the total content of carbon and the additive) is obtained from the dry weight of the insoluble matter on the filter paper.
  • the earth brush contains an additive
  • the residual amount after firing the earth brush for 15 hours or more in an electric furnace at 900 ° C. or higher in an air atmosphere is defined as the additive content.
  • the earth brush contains a metal other than silver, for example, copper
  • the concentration of copper or the like is measured by EDTA using a filtered solution of silver chloride and a PAN indicator.
  • the earth brush material to be collected is the material of the portion of the brush body 2 excluding the hole 5.
  • Tables 3 and 4 show the silver concentration, the carbon concentration composed of graphite and volatile components, and the volatile component concentration in the brush body 2 after firing. It should be noted that the additive is ignored and the concentration is shown so that the total of silver and carbon is 100% by mass.
  • the volatile component concentration of the brush body 2 was measured as follows. Scraping the powder to the brush body at the tip of the cutter to produce a sample of 5 mg ⁇ 0.2 m g triplicate. The sample was placed in a differential thermal balance (TG-DTA TG8120 manufactured by Rigaku Co., Ltd.) and heated in a nitrogen atmosphere (nitrogen flow rate was 200 mL / min) from room temperature to 902 ° C at a heating rate of 20 ° C / min.
  • the measurement start temperature of the present invention is the room temperature under air conditioning, which is within the normal temperature range (5 to 35 ° C.) defined by JIS Z 8703.
  • the weight before and after heating was read from the weight reduction curve, and the weight loss rate was calculated.
  • the above measurement was performed on three samples, and the average value of the weight loss rate was corrected by the total concentration of silver and carbon in the brush body to obtain the volatile component concentration.
  • the brush 1 was slidably contacted with the shaft 10 in the same manner as in the measurement of the wear amount contact resistance.
  • the ambient temperature was set to 80 ° C.
  • the rotation speed of the shaft was 10,000 rpm
  • the length in the brush length direction after 200 hours of sliding contact was measured, and the dimensional difference before and after the measurement was taken as the amount of wear.
  • Example 6 and Comparative Example 2 in which the volatile component is 2% by mass or more the amount of wear is within the permissible range.
  • the lower limit of the volatile component concentration was set to 2% by mass.
  • the volatile component concentration is preferably 2.0% by mass or more and 10% by mass or less.
  • the resistivity of the brush body 2 decreases with the silver concentration, and is within the permissible range in Example 2 and Comparative Example 4 of 32% by mass, and out of the permissible range in Comparative Example 1 of 25% by mass, so the silver concentration is over 30% by mass. To do. When the silver concentration is 50% by mass or more, the resistivity of the brush body 2 becomes sufficiently low (Examples 1, 3 to 6, Comparative Example 3), which is preferable.
  • the contact resistance of the brush is shown in FIG. 5 (500 rpm) and FIG. 6 (5000 rpm).
  • Comparative Example 2 silver concentration 95% by mass
  • the contact resistance fluctuated sharply and the average value was also high in Comparative Example 2.
  • Example 1 having a silver concentration of 77% by mass
  • Example 4 having a silver concentration of 55% by mass
  • the contact resistance was low and stable, and the fluctuation was small.
  • Example 3 (FIG. 6) having a silver concentration of 85% by mass
  • Preferred spring pressure is 1.6 kg / cm 2 or less, for example 0.1 kg / cm 2 or more 1.6 kg / cm 2 or less, preferably 0.3 kg / cm 2 or more 1.6 kg / cm 2 or less.
  • the silver concentration of the brush body 2 is preferably 50% by mass or more and 75% by mass or less.
  • an earth brush can be obtained in which the amount of wear is small, the shape of the brush body is not chipped or swollen, the resistivity of the brush body is low, and the contact resistance with the drive shaft is small.
  • the mass ratio of silver to carbonaceous material containing volatile components is more than 30% to 90% or less of silver and less than 70% to 10% or more of carbonaceous material. It may contain additives such as solid lubricant.
  • the concentration of other metals such as copper with respect to the brush body is, for example, 20% by mass or less, preferably 16% by mass or less, more preferably 12% by mass or less, particularly preferably 6% by mass or less, and most preferably 5% by mass or less. Is. Metals other than silver do not improve the properties of the brush, but are generally cheaper than silver.
  • Example 7 An earth brush was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of molybdenum disulfide was used and a part of the silver powder was replaced with 5, 10 or 20% by mass of electrolytic copper powder (Example 7). -9). Other production conditions were the same as in Example 1. Table 5 shows the raw material composition of the brush body and the concentration of volatile components after firing at 400 ° C.
  • FIG. 7 shows the contact resistance between the brush and the shaft under the same measurement conditions as in FIG.
  • copper is mixed in an amount of 10% by mass or more, the performance deteriorates. At 20% by mass, it can be used by selecting the usage environment. At 10% by mass, it has low performance, but it can be used at all temperatures. At 5% by mass, it can be used at all temperatures. Met.

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Abstract

銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシは、シャフトの周面に摺接しシャフトをアースする。ブラシ中の、銀と、揮発成分を含むカーボン質との質量比が、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上であり、銀とカーボン質との合計質量を１００％とした場合に、揮発成分の含有量が２.０％以上１５％以下である。シャフトを確実にアースしカーラジオへのノイズ等を抑制し、しかも長寿命で強度も備えている。

Description

銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ及びその製造方法
　この発明は、電磁ノイズの低減を目的とする、銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ及びその製造方法に関する。この発明は、例えばモータ駆動の自動車の駆動シャフトをアースするブラシに関し、特に自動車のカーラジオへの電磁ノイズを低減するアースブラシに関する。
　エンジン駆動からモータ駆動へと自動車の駆動方式が変わりつつある。特に温室効果ガスの削減のために、エンジンを持たない電気自動車の開発と普及が世界的に進んでいる。電気自動車の加減速は、インバータによりモータの回転数を制御することにより行われ、車載のコンピュータは様々な入力情報を基にインバータを制御する。
　インバータは電流の断続により電圧及び周波数を変換する。このため高周波エネルギが発生し、高周波エネルギは電気自動車の駆動シャフト等を介して外部に漏れ、電磁ノイズを発生させる。そして電磁ノイズは、自動車の制御機器、車載の電子機器、カーラジオ等のオーディオ機器に悪影響を与え、特にカーラジオの音声に雑音を混入させる。なおこのような問題は、電気自動車に限らず、エンジンとモータの双方で走行するハイブリッドカーでも同様である。
　関連する先行技術を示す。特許文献１(特表２０１６－５２５３２９)は、銀を１～８％含むカーボン質のアースブラシを提案している。しかしながら特許文献１のアースブラシは、自動車のインバータをアースするには高抵抗過ぎる。
　特許文献２(特開２００７－６０８６１)は、銀を約７０質量％含有する回転電機用のブラシを提案している。このブラシは整流子と摺接し、整流子表面の酸化被膜を銀粒子により研磨し、整流子火花の発生を抑制する。この結果、回転電機の低騒音化が図れる。しかしながら特許文献１は、インバータをアースすることは示していない。また低騒音化の機構は、整流子火花の抑制であって、シャフトのアースではない。　
特表２０１６－５２５３２９ 特開２００７－６０８６１
　この発明の課題は、回転電機用の通常のブラシに匹敵する強度と寿命を持ち、かつモータ駆動の自動車の駆動シャフトからの電磁ノイズを効果的にアースできるアースブラシを提供することにある。
　この発明の課題は、例えば自動車のカーラジオへのノイズを効率的に抑制することにある。
　なお、本発明が対象とするノイズは、上記したシャフト等を介して外部に漏れる高周波エネルギーだけでなく、ケーブルを流れる電気信号であってもよいし、電子機器の筐体から放射される電磁波も含む。即ち、本発明では、電気自動車、ハイブリッドカーの電子機器から意図せず発生してしまう電磁波を電磁ノイズと呼ぶ。
　この発明は、シャフトの周面に摺接し、前記シャフトをアースする銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシにおいて、
　ブラシ中の、銀と、揮発成分を含むカーボン質との質量比が、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上であり、
　銀とカーボン質との合計質量を１００％とした場合に、揮発成分の含有量が２.０％以上１５％以下であることを特徴とする。
　この明細書では、銀とカーボン質の質量比で、ブラシの基本的な組成を示し、有機物の揮発成分はカーボン質の一部として組成を示す。ブラシには銀以外に銅等の金属成分を加えても良く、また固体潤滑剤、研磨剤等の無機物を加えても良い。銀とカーボン質の合計を１００質量％として、これらの第３成分の濃度を示すと、固体潤滑剤、研磨材等の添加剤は例えば５質量％以下で、好ましくは２質量％以下とする。
　好ましくは、ブラシの抵抗率は１０００μΩ・ｃｍ以下、特に１００μΩ・ｃｍ以下である。ブラシの抵抗率がこの範囲であれば、電磁ノイズ低減の効果を有する。
　また好ましくは、前記揮発成分が、バインダ樹脂の未炭化物であり、特に好ましくは前記揮発成分が、熱硬化性樹脂の未炭化物である。ブラシの焼成条件を選ぶと、バインダ樹脂は未炭化のまま不完全に分解してブラシ中に残存する。このような揮発成分はブラシの強度を向上し、かつブラシの摩耗量を減少させて、ブラシ寿命を向上させる。
　好ましくは、銀粉、若しくは表面を銀コートした金属粉（例えば銀コートした銅粉）から成り、かつバインダ樹脂を含まない埋め込み材料により、ブラシの孔部にリード線が埋め込まれている。銀粉あるいは表面を銀コートした金属粉から成る埋め込み材料でリード線を埋め込むと、ブラシのプレス時にリード線を埋め込む場合に比べ、ブラシとリード線間の導電性が高くなる。また銀粉あるいは表面を銀コートした金属粉から成る埋め込み材料は、銀と黒鉛を主成分とするブラシ本体に適合している。埋め込み材料がバインダ樹脂を含まないことも、リード線とブラシ間の導電性を高める。
　銀カーボン質アースブラシは、モータ駆動の自動車の駆動シャフトの周面に摺接し、駆動シャフトを前記自動車の車体にアースする。これにより自動車内の電磁ノイズを低減し、特にカーラジオへのノイズを低減する。モータ駆動の自動車とは、２次電池あるいは燃料電池により走行する自動車、及び、２次電池を備え、エンジンとモータにより走行する自動車のことである。駆動シャフトは、自動車の駆動輪へモータの動力を伝達するシャフトのことである。
　この発明の製造方法では、シャフトの周面に摺接し、前記シャフトをアースする、銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシを製造する。この発明の製造方法は、
　銀粉と、黒鉛粉と、合成樹脂バインダとを混練し、ブラシ材料とするステップと、
　前記ブラシ材料をプレス成型しプレス成型体とするステップとを行うことにより、
　ブラシ中の、銀と、前記合成樹脂バインダに由来する揮発成分と黒鉛とから成るカーボン質との質量比が、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上であり、かつ銀とカーボン質との合計質量を１００％とした場合に、揮発成分の含有量を２.０％以上１５％以下のブラシを製造することを特徴とする。なお揮発成分は焼成により減少するので、ブラシ原料の組成範囲ではなく、製造したブラシの組成範囲が重要である。
　この発明をシャフト構造として考えると、シャフト構造は、
　シャフトと、その周面に摺接し、前記シャフトをアースする銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ、アースブラシとシャフトの周面との接触を維持するスプリングとを備え、
　ブラシ中の、銀と、揮発成分を含むカーボン質との質量比が、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上であり、
　銀とカーボン質との合計質量を１００％とした場合に、揮発成分の含有量が２.０％以上１５％以下で、
　ブラシに加えるスプリング圧は1.6kg/cm2以下で、例えば0.1kg/cm2以上1.6kg/cm2以下、好ましくは0.3kg/cm2以上1.6kg/cm2以下である。シャフトは例えばモータ駆動の自動車の駆動シャフトである。
　ブラシ自体に関する明細書の記載は、ブラシの製造方法及びシャフト構造にも、そのまま当てはまる。
　
　ブラシ中の銀の割合を増すと、ブラシの抵抗率は低下する。しかしながらシャフトからのノイズを除去する場合、ブラシ自体の抵抗率よりも、ブラシとシャフトとの接触抵抗を含む全体的な抵抗が重要である。なおこの明細書では、ブラシ自体の抵抗にブラシとシャフトとの接触抵抗を加えた抵抗を単に「接触抵抗」という。そして実験によると、銀とカーボン質の総量を１００質量％とした際の銀の割合が９０％を越えると、低温時の接触抵抗が不安定になり異常に高い値を示す場合があった。(図５，図６)。
　次に銀含有量が３０％未満では、ブラシの抵抗率が極めて高くなり１０００μΩ・ｃｍを超過した。これらのことから、銀とカーボン質の総量を１００質量％とした際に、 銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上とする。好ましくは銀とカーボン質の総量を１００質量％とした際に、銀５０％以上～７５％以下、カーボン質５０％以下～２５％以上とする。この範囲では、ブラシの接触抵抗は小さく、またブラシの抵抗率は１００μΩ・ｃｍ以下となる。従って、シャフトからの電磁ノイズを極く小さくできる。
　ブラシ原料にはバインダ樹脂などの有機物を加えるのが普通である。ブラシを比較的低い温度で焼成すると、バインダなどの有機物は完全な炭化に到らない程度に熱分解し、揮発性の未炭化物として残存する。ブラシ中の揮発成分量はブラシの摩耗量に影響し、銀とカーボン質の総量を１００質量％とした際に、揮発成分が２.０質量％以上でブラシの強度が増すため摩耗量が小さくなる。また揮発成分が１５質量％を越えると、焼成時に多量のガスが発生するためブラシにカケ、膨れ等が生じ易くなる。このため、銀とカーボン質の総量を１００質量％とした際に、揮発成分を２.０質量％以上で１５質量％以下とする。
　上記の揮発成分は好ましくはバインダ樹脂の未炭化物とし、特に好ましくは熱硬化性樹脂の未炭化物とし、実施例ではフェノール系樹脂の未炭化物とする。他の熱硬化性樹脂、例えばフラン系樹脂、キシレン系樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等も使用可能である。また熱可塑性樹脂としては、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、POM(ポリオキシメチレン)、PI(ポリイミド)なども使用可能である。　
　この発明の銀カーボン質アースブラシは、モータ駆動の自動車の駆動シャフトの周面に摺接し、前記駆動シャフトを前記自動車の車体にアースする。これにより、自動車の制御機器、電子機器、オーディオ機器への電磁ノイズを低減し、特にカーラジオへのノイズを低減する。
　　　　　
実施例のブラシの使用状態を示す図 実施例のブラシの斜視図 実施例のブラシの側面図 実施例での接触抵抗の測定法を示す図 回転数５００rpmでの、実施例と比較例のブラシの接触抵抗を示す特性図 回転数５０００rpmでの、実施例と比較例のブラシの接触抵抗を示す特性図 回転数５００rpmでの、銅を含有する実施例の場合の、ブラシの接触抵抗を示す特性図
　以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。本発明は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、かつ実施例に当業者に公知の事項を加えて変形できる。
アースブラシの構造と使用状態
　図１～図６に、実施例とその特性を示す。図１は実施例の銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシの使用状態を示し、図２はアースブラシ１の構造を示す。２はブラシ本体で、例えばリード線３が取り付けられている。ブラシ本体２は例えば直方体状で、摺接面４が自動車の駆動シャフトに摺接する。５は孔部で、リード線３が埋め込み材料６と共に埋め込まれている。また埋め込み材料は、銀粉、もしくは表面を銀コートした金属粉（例えば表面を銀メッキした銅粉）であり、バインダ樹脂を含まない。リード線３の一端を孔部５に埋め込み材料６で固定することにより、ブラシ本体２とリード線３との間の抵抗を小さくできる。また埋め込み材料６とブラシ本体１は共に銀を含むため、互いの馴染みがよい。なおアースブラシ２の形状と構造は任意で、リード線３は無くても良い。
　１０は自動車の駆動シャフトで、ブラシ本体２の摺接面４がその周面に摺接し、駆動シャフト２をリード線３を介して車体にアースする。用いる自動車は電気自動車、あるいは電池とエンジンの双方で走行するハイブリッド車である。制御コンピュータ１４はインバータ１３を制御し、インバータ１３はモータ１２の回転数を制御する。モータ１２の回転を変速機１１で減速し、駆動シャフト１０を介して車輪を回転させる。
アースブラシの製造　
　銀粉、黒鉛粉、バインダ樹脂、及び必要に応じて添加剤を混合し、ブラシ本体２をプレス成型する。次いで還元性雰囲気等でブラシ本体２を焼成し、アースブラシ１とする。ブラシ本体２の強度と導電性を高めるため、樹枝状の形状の電解銀粉が好ましい。黒鉛粉は例えば天然あるいは人造の黒鉛粉を用いる。バインダ樹脂は例えば熱硬化性樹脂で、この樹脂が不完全に分解して未炭化物としてブラシ本体２中に残存する温度、例えば２００℃～６００℃でブラシ本体２を焼成する。
　プレス成型では図２、図３の形状に成型するが、大きな成型体へプレスし、次いで成型体を切断し、リード線３を取り付け、図２，図３のブラシ１としても良い。
　焼成後のブラシ本体２を、切削加工機で図２、図３の形状に加工し、孔部５を設ける。次いで、リード線３を孔部５に埋め込み材料６により埋め込み、加圧して埋め込み材料６を圧縮し、リード線３の端部を孔部５に固定し、ブラシ完成品とした。埋め込み材料としては、銅、銀などの金属粉、及びそれらを表面コートしたものなどが使用でき、特に銀粉、もしくは金属粉の表面を銀でコートしたもの（例えば銀で表面をコートした銅粉）が好ましい。埋め込み材料６はバインダ樹脂を含まず、好ましくは上記の金属粉以外の材料を含まない。
アースブラシの形状
　ブラシの形状は図２のものとし、ブラシ本体２の長さＬは１６ｍｍ，奥行きＤは５ｍｍ，幅Ｗは５ｍｍである。リード線３はメッキ無しの銅素線の撚り線で、直径が１.０ｍｍ、埋込部の深さが３.０ｍｍである。
　この明細書では、バインダ樹脂の質量をカーボンの質量に含め、銀とカーボンの合計を１００質量％とする濃度で、これらの含有量を規定する。バインダ樹脂は、原料段階で２.５～２２質量％含有することが好ましい。また銀濃度は一般的には３０％超、９０％以下で、カーボンは７０質量％未満１０質量％以上含有する。好ましくは、銀を５０質量％以上７５質量％以下含有し、カーボンを５０質量％以下２５質量％以上含有する。揮発成分は２.０質量％以上１５質量％以下含有し、好ましくは２.５質量％以上１０質量％以下含有する。添加剤は二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤、シリカ等の削摩材で、添加の有無は任意で、その濃度はブラシ本体２に対し例えば２質量％以下、好ましくは１質量％以下である。
実験例
　鱗片状天然黒鉛と、フェノール樹脂バインダとアセトンを混練し、３２メッシュの篩を通るように粉砕し、バインダ付き黒鉛粉とした。平均粒径１５μｍの電解銀粉をバインダ付き黒鉛粉とＶ型混合機で混合し、ブラシ本体２の材料とした。バインダ濃度は溶媒のアセトンを除いた正味量である。添加剤の種類と有無は任意である。実施例の材料組成とブラシの特性を表１に、比較例の材料組成とブラシの特性を表２に示す。材料組成は銀とカーボンの合計を１００質量％とする濃度で示す。
　ブラシ本体材料を圧縮成型し、還元性雰囲気中３００℃～７００℃で焼成し、アースブラシ１を製造した。製造したアースブラシ１に対し、ブラシ本体２中の、銀濃度と(揮発成分を含む)カーボン濃度は、以下のように測定した。
銀とカーボンの定量法
　焼成後のアースブラシを粉末状に削り５.０ｇを秤量し、比重１.３８の硝酸水溶液を体積比で１：１に純水で薄めた硝酸水溶液１５ｍＬに溶かし、ヒーターで煮沸して銀を完全に溶解した後、定量濾紙(Ｎｏ.５Ａ)で不溶分を分離し、硝酸銀水溶液を得た。この水溶液に、沈殿が生じなくなるまで、０.２ｍｏｌ/Ｌの塩酸水溶液を少量ずつ添加して塩化銀を析出させた。得られた塩化銀から重量法により銀の含有量を求めた。また濾紙上の不溶分の乾燥重量から、カーボン含有量（銀とカーボン以外の添加剤を含む場合、カーボンと添加剤の合計含有量）を求める。アースブラシが添加剤を含む場合、空気雰囲気で900℃以上の電気炉でアースブラシを15時間以上焼成した後の残量を、添加剤含有量とする。アースブラシが銀以外の金属、例えば銅を含む場合、塩化銀をろ過した溶液を用い、PAN指示薬を用い、EDTAにより銅等の濃度を測定する。なお採取するアースブラシ材料は、ブラシ本体２中で孔部５を除く部分の材料とする。
　焼成後のブラシ本体２での、銀濃度と、黒鉛及び揮発成分から成るカーボン濃度、及び揮発成分濃度を表３，表４に示す。なお添加剤を無視し、銀とカーボンの合計を１００質量％とする濃度で示す。
揮発成分濃度
　ブラシ本体２の揮発成分濃度は、以下のように測定した。ブラシ本体をカッターの先端で粉末状に削り、５mg±０.２mgの試料を３個ずつ作成した。試料を示差熱天秤(リガク株式会社製　TG-DTA TG8120)に投入し、窒素雰囲気中(窒素流量は200mL／min)で室温から902℃まで、昇温速度20℃／minで加熱した。なお、本発明の測定開始温度は空調下の室温であり、JIS Z 8703で定める常温の範囲内(５～３５℃)である。加熱終了後に、重量減少曲線から加熱前後の重量を読み取り、重量減少率を求めた。３個の試料について上記の測定を行い、重量減少率の平均値を、ブラシ本体中の銀とカーボンの合計濃度で補正し、揮発成分濃度とした。
ブラシの抵抗率
　摺接面４とその反対面との間に直流電流を加え、ブラシ本体２(試料数４)の一方の側面(図２の右側に見える側面)に２本の端子を間隔１０mmで接触させ、４端子法により電圧降下値を測定した。同様に反対の側面についても同様に電圧降下値を測定し、１試料当たり２個のデータを得た。２×４個の測定データの平均値から、ブラシ本体２の抵抗率を求めた。
接触抵抗
　接触抵抗の測定法を図４に示す。電気自動車の駆動シャフト１０(クロムモリブデン鋼製で直径10mm、表面に油膜無し)に、一対のブラシ１，1を平行に摺接させた。ブラシ１をスプリング８によりスプリング圧1.56kg/cm2でシャフト１０側へ加圧した。図４のように、直流電源１６，抵抗１７，電圧形１８を接続し、抵抗１７の電圧から、ブラシ１，１の本体抵抗と、ブラシ１，１とシャフト１０間の接触抵抗、及びシャフト１０内の抵抗の合計値を測定した。シャフト１０内の抵抗は小さく、ブラシ１，１自体の抵抗は一定で、変動要因は接触抵抗である。雰囲気温度及びシャフトの回転数を変えながら、抵抗の合計値を測定した。測定結果中の抵抗の変動要素が、ブラシ１，１とシャフト１０との真の接触抵抗を表す。測定結果を図５，図６に示す。なお実際のシャフト構造では、駆動シャフト１０の周面に例えば１個のブラシ１をスプリング８により接触させる。
摩耗量
　接触抵抗の測定と同様に、ブラシ１をシャフト１０に摺接させた。ただし雰囲気温度を８０℃に設定し、シャフトの回転数を１０，０００rpmとし、２００時間摺接後のブラシ長さ方向の長さを測定し、測定前後の寸法差を摩耗量とした。
結果　
　表１～表４を参照して、結果を検討する。各表とも組成の単位は質量％である。なお表１，表２の揮発成分量は、ブラシ中の揮発成分濃度ではない。例えば表１の実施例１は、６.６質量％のバインダが、５.２質量％の揮発成分として残存していたことを示している。この例では、焼成時の分解により、１.４質量％相当のバインダが失われるので、表３に示すように、焼成前の銀濃度７０％は焼成後には７１％に変化し、黒鉛濃度は２３.４％から２３.７％に増加し、焼成後の揮発成分濃度は５.３％である。ブラシ中の揮発成分濃度等は、表３，表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
結果
　揮発成分量が少なくなると共に摩耗量が増加し、揮発成分量が１.８質量％の比較例３では摩耗量が許容範囲を越える。これに対し、揮発成分が２質量％以上の実施例６，比較例２では摩耗量は許容範囲内である。このことから、揮発成分濃度の下限を２質量％とした。揮発成分濃度が増すと、焼成時にブラシ本体２に膨れあるいはカケが生じるようになり、１９.５質量％(比較例４)では許容範囲外、１２.６質量％(比較例１)では許容範囲内だったので、揮発成分濃度の上限を１５質量％とした。揮発成分濃度は、好ましくは２.０質量％以上で１０質量％以下とする。
　ブラシ本体２の抵抗率は銀濃度と共に減少し、３２質量％の実施例２及び比較例４では許容範囲内、２５質量％の比較例１では許容範囲外なので、銀濃度は３０質量％超とする。銀濃度を５０質量％以上とすると、ブラシ本体２の抵抗率が十分低くなる(実施例１、３～６、比較例３)ので好ましい。
　ブラシの接触抵抗を図５(５００rpm)と図６(５０００rpm)に示す。図５，図６共に、比較例２(銀濃度９５質量％)では、接触抵抗は変動が激しく、平均値も高かった。特に雰囲気温度が相対的に低く、回転数の低い領域(図５)で、比較例２は接触抵抗の変動が著しかった。また回転数が高い場合(図６)も、比較例２では接触抵抗は変動が激しく平均値も高かった。銀濃度が７７質量％の実施例１及び５５質量％の実施例４では、接触抵抗は低くかつ安定し、変動も小さかった。さらに銀濃度が８５質量％の実施例３(図６)では、比較例２と、実施例１，４の中間的な結果が得られた。
　ブラシ１を駆動シャフト１０へ接触させるバネ圧が大きすぎると摩耗量が増し、小さすぎると接触が不安定になる。好ましいスプリング圧は1.6kg/cm2以下で、例えば0.1kg/cm2以上1.6kg/cm2以下、好ましくは0.3kg/cm2以上1.6kg/cm2以下である。
　このことは官能試験での電気自動車のカーラジオからのノイズの強弱と対応する。即ち、比較例２では低速走行からの加速時にカーラジオに不快な雑音が混入したが、実施例１～６ではカーラジオからのノイズは小さく、実施例１，４，５，６でカーラジオからのノイズが特に小さかった。実施例１，４で最も優れた結果が得られ、実施例３がこれに次いだことから、ブラシ本体２の銀濃度は５０質量％以上７５質量％以下が好ましい。
　実施例では、摩耗量が小さく、ブラシ本体形状にカケや膨れが無く、ブラシ本体の抵抗率も低く、かつ駆動シャフトとの接触抵抗が小さい、アースブラシが得られる。
Ａｇ－Ｃｕ混合系
　少量であれば、銀に加えて銅等の他の金属を含有させても良い。この場合でも、銀と、揮発成分を含むカーボン質との質量比は、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上とし、銀とカーボン質以外に、例えば銅と、固体潤滑剤等の添加物を含んでいていも良い。銅等の他の金属のブラシ本体に対する濃度は、例えば２０質量％以下、好ましくは１６質量％以下、より好ましくは１２質量％以下、特に好ましくは６質量％以下で、最も好ましくは５質量％以下である。銀以外の金属はブラシの特性を改善しないが、銀よりも一般に安価である。
　二硫化モリブデンを０.５質量％用い、銀粉の一部を５，１０，または２０質量％の電解銅粉により置き換えた他は、実施例１と同様にしてアースブラシを製造した（実施例７－９）。他の製造条件は実施例１と同じにした。ブラシ本体の原料組成と、４００℃焼成後の揮発成分濃度を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　図７に、図５と同じ測定条件での、ブラシとシャフト間の接触抵抗を示す。銅を１０質量％以上混合すると性能は低下し、２０質量％では使用環境を選べば使用可能、１０質量％では低性能であるが一応全温度で使用可能、５質量％では全温度で使用可能であった。
　
１　　アースブラシ
２　　ブラシ本体
３　　リード線
４　　摺接面
５　　孔部
６　　埋め込み材料
８　　スプリング
１０　駆動シャフト
１１　変速機
１２　モータ
１３　インバータ
１４　制御コンピュータ
１６　直流電源
１７　抵抗
１８　電圧計

Claims (8)

  1. 　シャフトの周面に摺接し、前記シャフトをアースする、銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシにおいて、
    　ブラシ中の、銀と、揮発成分を含むカーボン質との質量比が、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上であり、
    　銀とカーボン質との合計質量を１００％とした場合に、揮発成分の含有量が２.０％以上１５％以下であることを特徴とする、銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ。
  2. 　前記ブラシの抵抗率が１０００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ。
  3. 　前記揮発成分が、バインダ樹脂の未炭化物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ。　
  4. 　前記揮発成分が、熱硬化性樹脂の未炭化物であることを特徴とする、請求項３に記載の銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ。
  5. 　モータ駆動の自動車の駆動シャフトの周面に摺接し、前記駆動シャフトを前記自動車の車体にアースすることにより、前記自動車内の電磁ノイズを低減するための、請求項１～４のいずれかに記載の銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ。
  6. 　カーラジオのノイズ低減用であることを特徴とする、請求項５に記載の銀カーボン質アースブラシ。　　
  7. 　シャフトの周面に摺接し、前記シャフトをアースする、銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシの製造方法において、
    　銀粉と、黒鉛粉と、合成樹脂バインダとを混練し、ブラシ材料とするステップと、
    　前記ブラシ材料をプレス成型しプレス成型体とするステップとを行うことにより、
    　ブラシ中の、銀と、前記合成樹脂バインダに由来する揮発成分と黒鉛とから成るカーボン質との質量比が、銀３０％超～９０％以下、カーボン質７０％未満～１０％以上であり、かつ銀とカーボン質との合計質量を１００％とした場合に、揮発成分の含有量を２.０％以上１５％以下のブラシを製造することを特徴とする、銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシの製造方法。
  8. 　前記プレス成型ステップの後に、前記プレス成型体を２００℃以上６００℃以下で焼成することを特徴とする、請求項７に記載の銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシの製造方法。
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