JP4152726B2 - カーボンブラシ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機械用のカーボンブラシに関し、特に、電動工具や電気掃除機等の整流子電動機用のカーボンブラシで、無線妨害特性が改善されたカーボンブラシに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電気機械用カーボンブラシは、特許文献１にあるように、カーボン基材に固体潤滑剤及び研削剤を添加し、整流子との接触部分を除く周囲全面に電気良導性金属を被覆することで、ブラシの温度上昇を抑制し、長期間にわたって安定した整流効果を維持できることに主眼を置いて開発がなされてきた。また、無線妨害特性を改善するためにブラシ基材に油含浸することも検討されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９７３１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電気掃除機や電動工具等の整流子電動機用のカーボンブラシは、近年、特に小型化、高出力化、高速回転化が進んでいる。そのため、小型ながら抵抗損が小さく、かつ摩耗が少ないカーボンブラシが要求されるようになった。
【０００５】
このような要求に対応するカーボンブラシは、一方ではラジオノイズを発生し易くなる。ラジオノイズが発生すると、周囲の電気機器に誤作動させるなどの影響を及ぼすことがあるため、日本を含めた各国、特に欧米諸国では、ラジオノイズの発生に対して厳しい規格を設け、ラジオノイズ発生に対して対策が施されるようになっている。
【０００６】
そこで、本発明は、ラジオノイズの発生を抑制した無線妨害特性が改善されたカーボンブラシを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明者らは、ブラシのカーボン基材に、二硫化モリブデン及び炭化ケイ素を所定量の範囲内で添加することによって、無線妨害特性が改善されることを見出し本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明のカーボンブラシは、カーボン基材に、二硫化モリブデン及び炭化ケイ素を添加したカーボンブラシであって、二硫化モリブデンは、カーボン基材とバインダーとの合計量に対して０．５％以上、３％以下となるように添加され、炭化ケイ素は、カーボン基材とバインダーとの合計量に対して０．１％以上、０．５％以下となるように添加されているものである。また、バインダーが、熱硬化性樹脂又はピッチであるものである。
【０００９】
本発明におけるカーボン基材は、天然黒鉛、膨張黒鉛、人造黒鉛等が例示できるが、中でも、結晶化度の余り高くない、人造黒鉛が特に好ましい。また、これらを混合した黒鉛粒子であってもよい。また、鱗状黒鉛、土状黒鉛等その形態は特に限定されない。これらカーボン基材を用い、生成段階において、混合条件や、焼成条件等を調整することによって、ブラシ基材を所望の固有抵抗とすることが可能となる。
【００１０】
これら黒鉛粒子の粒子間を結合するバインダーは、一般的な熱硬化性樹脂を使用することができ、例えば、固体状或いは液体状のエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びこれらを変性して得られる種々の熱硬化性樹脂等を使用することができる。これら、樹脂は、バインダー分として１０〜４０％を使用することが好ましい。
【００１１】
添加剤として添加する二硫化モリブデンは、単独で樹脂などに混合すると、静電気等の影響により凝集しやすく、樹脂内に均等に分散しにくい。しかしながら、本発明では通電性を有する黒鉛粒子と混合するため、静電気による凝集が非常に少なくなる。更に、バインダーを添加して混捏した上で、粉砕する。このため、メカノケミカル効果により二硫化モリブデンは完全に分散し、バインダー及び黒鉛粒子と強固に接着結合する。このようにして得られた黒鉛粒子を主成分とする混合粉を成形し、熱処理を行いブラシ基材とする。
【００１２】
しかしながら、二硫化モリブデンを含むブラシは、使用中に、整流子表面に皮膜を形成しやすい。この皮膜が厚くなりすぎると、剥離しやすくなる。そして、部分的に剥離等を起こした場合、その部分に電流が集中してしまい、整流特性が悪くなる。場合によっては、整流子自身が損傷を負い、交換を余儀なくされる場合がある。そのため、添加する二硫化モリブデンはカーボン基材とバインダーの合計量に対して０．５％以上、３％以下、好ましくは１．０％以上、２．０％以下の範囲内とすることが好ましい。これによって、ラジオノイズを規格以内に収めることが可能となる。二硫化モリブデンの添加量が０．５％より少ない場合は整流子との間の潤滑特性が悪くなりラジオノイズが発生し、また、３％より多い場合は整流子表面に形成される皮膜が過剰となり、整流特性が悪くなり、結果としてラジオノイズが発生する。
【００１３】
また、この二硫化モリブデンによって整流子表面に形成される皮膜を調整するために、ブラシ基材に研削剤の役目をする炭化ケイ素を添加する。この炭化ケイ素も量が多い場合や、粒径が大きすぎたり、均一に分散せずに、凝集したりした場合には、整流子表面を傷つけ、ラジオノイズの発生の要因の一つとなる。そのため、添加する炭化ケイ素はカーボン基材とバインダーの合計量に対して０．１％以上、０．５％以下、好ましくは０．１％以上、０．３％以下の範囲内が好ましい。０．１％より少ないと、効果が発揮されず、また、０．５％より多いと整流子表面を傷つける可能性が出てくるとともに、ブラシ温度が上昇し、整流子を焼損する場合があるためである。また、炭化ケイ素の粒径が、１００μｍよりも粗すぎると研削作用が強く、整流子表面が荒れる上に、整流子摩耗が多くなり、５μｍより細かいと整流子表面の皮膜の除去作用が低くなる。したがって、粒径は５〜１００μｍの範囲が好ましい。また、これら炭化ケイ素は、樹脂等との親和性、分散性が高いので、これらの添加は最初に潤滑剤と一緒に添加混合しても、混捏、粉砕後に添加混合してもよい。
【００１４】
このように、カーボン基材に、二硫化モリブデン及び炭化ケイ素を所定の割合で添加することによって、二硫化モリブデンの有する潤滑性と、炭化ケイ素の有する整流子表面の被膜調整機能が相互に作用しあって、整流特性が安定し、ラジオノイズの発生を抑制することができる。
【００１５】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明を詳しく説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１６】
（実施例１）
平均粒径４０μｍ、灰分０．１％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末を１％と、平均粒径５０μｍの炭化ケイ素０．１５％とを混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００１７】
（実施例２）
平均粒径４０μｍ、灰分０．１％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末を１％と、平均粒径５０μｍの炭化ケイ素０．３％とを混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００１８】
（実施例３）
平均粒径４０μｍ、灰分０．１％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末を２％と、平均粒径５０μｍの炭化ケイ素０．１５％とを混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００１９】
（実施例４）
平均粒径４０μｍ、灰分０．１％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末を０．５％と、平均粒径５０μｍの炭化ケイ素０．１５％とを混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００２０】
（実施例５）
平均粒径４０μｍ、灰分０．１％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末を３％と、平均粒径５０μｍの炭化ケイ素０．１５％とを混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００２１】
（比較例１）
平均粒径４０μｍ、灰分０．２％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して平均粒径５０μｍの炭化ケイ素０．１５％を混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００２２】
（比較例２）
平均粒径４０μｍ、灰分０．２％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末を１％と、平均粒径７５μｍ以下のアルミニウム粉末１％とを混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００２３】
（比較例３）
平均粒径４０μｍ、灰分０．２％以下の人造黒鉛粉８０質量部と、人造黒鉛粉と後述するバインダーとなる汎用性エポキシ樹脂との合計量に対して二硫化モリブデン粉末０．５％を混合し、これに汎用性エポキシ樹脂２０質量部を加えて常温で１時間混捏した。その後、粒径が４００μｍ以下になるように粉砕し、２００ＭＰａの圧力で７×１１×３０ｍｍの寸法に型押し成形した。次に、この成形体を２００℃で硬化し、カーボンブラシを得た。
【００２４】
実施例１〜５及び比較例１〜３の各々のブラシについて、ＣＩＳＰＲ１４規格に基づくＥＭＩ試験により、ＡＣ２３０Ｖ，５０Ｈｚ−１５ｍｉｎの条件で端子妨害電圧測定と妨害電力測定を実施した。端子妨害電圧測定の結果を表１及び図１、図２に示し、妨害電力測定の結果を表２及び図３に示した。なお、図２は、図１の低周波数領域の拡大図である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
表１、表２及び図１乃至図３に示すように、カーボン基材に、二硫化モリブデンをカーボン基材とバインダーとの合計量に対して０．５％以上、３％以下となるように添加し、炭化ケイ素をカーボン基材とバインダーとの合計量に対して０．１％以上、０．５％以下となるように添加した実施例１〜５に係るカーボンブラシは、欧米諸国でのラジオノイズの規格以下であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、カーボン基材に、二硫化モリブデン及び炭化ケイ素を所定の割合で添加することによって、ラジオノイズが低減し、無線妨害特性が安定的に改善される効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係るカーボンブラシの端子妨害電圧測定の結果を示す図である。
【図２】図１における低周波数領域の拡大図である。
【図３】本実施例に係るカーボンブラシの妨害電力測定の結果を示す図である。

Claims (2)

1. カーボン基材に、二硫化モリブデン及び炭化ケイ素を添加したカーボンブラシであって、
   前記カーボン基材とバインダーとの合計量に対して、前記二硫化モリブデンは、０ ．５％以上、３％以下となるように添加され、
   前記カーボン基材と前記バインダーとの合計量に対して、前記炭化ケイ素は、０．１％以上、０．５％以下となるように添加されたカーボンブラシ。
2. 前記バインダーが、熱硬化性樹脂又はピッチである請求項１に記載のカーボンブラシ。

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