JPH02290143A - 電機ブラシ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は黒鉛を母体とし金属被覆層を施した炭素短繊維
を含有する電機ブラシに関する．［従来の技術コ 炭素繊維を用いた電機機械の受給電用ブラシは，例えば
特開昭５９−１４８５４７号公報、特開昭６０−７０９
４９号公報、特開昭６０−１３４５０号公報等に、また
金属被覆した炭素繊維を用いたブラシは，例えば特開昭
４８−９９６０２号公報、特開昭５３−１１５００４号
公報，特開昭５３−１２８７０７号公報，特開昭５６−
７　１　２８３号公報、特開昭５９−１９５８０１号公
報等にそれぞれ提案されている．しかし、これ等のブラ
シに使用する炭素繊維は長繊維を束ねたり、長繊維を同
一方向に配列させて使用しているので、その製造方法は
難しいものとなっていた。また炭素繊維を用いたブラシ
は炭素繊維の抵抗が高いために生ずる性能低下や発熱に
よる摩耗の増大、さらに潤滑性に欠ける等の欠点があり
、また、金属を被覆した炭素繊維を用いたブラシにおい
ては、高い抵抗により生ずる前述の不都合は解決したが
，潤滑性に関してはまだ問題が残っていた．さらに，ブ
ラシの黒鉛母材中に炭素繊維を加えてブラシの耐摩耗特
性の向上を図ろうとする試みが従来より行われているが
、柔らかい黒鉛と強度の高い炭素繊維を混合して成形す
ると，炭素繊維が塑性変形し難いため、第５図に示すよ
うにブラシ成形体１の母体である黒鉛マトリックスと炭
素繊維２との間に気孔３が生じてしまい、ブラシとして
の機械的強度を低下させてしまっていた。

そこで、ブラシ原料粉末に例えばポリアクリロニトリル
系繊維等の繊維を加えて成形し，ブラシ成形体を焼成し
て繊維を炭素化させることにより気孔を無くし、強度の
低下を防止したブラシの製造方法が特開昭５４−１０３
５０２号公報に開示されているが、このブラシもまた抵
抗が大きいための性能低下や摩耗を増大する不都合があ
った．［発明が解決しようとする課題］ そこで，本発明はモータ用ブラシとして要求される耐摩
耗性，性能，潤滑性の向上の諸要件をすべて満足できる
ブラシを提供するものである．［課題を解決するための
手段コ そこで、本発明の電機ブラシは繊維径がｏ．ｏ　ｏ　ｏ
　ｉ−〜０．０２臘、繊維長が０．Ｏ　ｌｍ〜１０−の
炭素短繊維の全表面に金属層を均一に被覆した短繊維（
この金属層は炭素繊維より電気伝導度が高く、剛性の低
いものであり、かつ被覆層は０．０１μｍ〜１０μｍの
厚さ）を，黒鉛中に１％〜５０％（重量比）の割合で混
合し，金属被覆炭素短繊維が黒鉛母体中に均一に分散す
る構成を具備する． ［作用］ 電機ブラシが接触相手と接触する時、金属被覆面を全表
面に形成した炭素短繊維が接触点となり、耐摩耗性能に
優れている炭素短繊維が荷重を支え、ブラシの機械的摩
耗を低減する共に，被覆した金属層は接触面の抵抗を小
さくし、発熱による摩耗を減ずる．さらに黒鉛は適度の
潤滑性を付与する．本発明の電機ブラシは短い炭素繊維
を使用しているので、黒鉛との混合時、繊維同志の凝集
が起らず混合し易く，接触点が容易に確保できる。

［実施例］ 本発明の電機ブラシの実施例を図面を参照しながら説明
する。

ブラシ１０は，母体となる黒鉛１１（パインダ含む）と
、炭素繊維１２に金ＪｍＭｌ３を被覆した金属被覆炭素
繊維１４とよりなり，金属被覆炭素繊維１４は黒鉛母体
１１（バインダ含む）中に均一に分散する。

ブラシ１０に用いる炭素繊維１２としては、ポリアクリ
ロニトリル系あるいはピッチ系の繊維を使用する．繊維
の太さおよび長さは、黒鉛母体との混合時の混合難易性
（Ｊ［＜長い繊維ほど繊維同志の凝集が起り易く混合し
にくい）： 黒鉛母体からの剥離性（繊維長が長い程剥離しにくい）
： 接触相手であるコンミテータとの接触点の確保（繊維長
の短い繊維が多数存在する方が接触点が確保できる）等
の各方面から検討して、繊維径は０．ＯＯＯ１ｍ〜０．
０２ｍ、繊維長は０．Ｏｌｍ〜Ｌｏｗとする短繊維が上
記各条件を満足する。

さらに、最適の繊維として約繊維径は０．０１ｍｍ．繊
維長０，ｌｗｇ，７Ｘペクト比（Ａ／ｄ）＝１０くここ
でΩ：繊維長，ｄ：繊維直径〉とする短繊維が黒鉛母体
との混合容易性、母体からの剥離性、コンミテータとの
接触点の確保という点から最も良好の結果が得られた． 炭素繊維を被覆する金属としては，被覆される炭素繊維
より電気伝導度が高く，かつ剛性の低い金属、例えば銅
，ニッケル．クロム，銀、金等が用いられる．被覆方法
は、メッキ、蒸着等の手段による． また，被覆する金属層の厚さを考慮した時接触相手であ
るコンミテータ１５との抵抗を下げるには金属被覆層の
厚さは厚い方が良いのであるが、金属被覆層の厚さが厚
過ぎる・と被覆金属層とコンミテータとの凝着摩耗が増
大してしまう．その点から金属被覆層の厚さはｏ．ｏｉ
μｍ〜１０μｍ以下がよく、最適値は、１μｍ程度であ
る．第２図は、黒鉛母体中に金属被覆炭素短繊維１４を
混合してブラシとした場合の混合状態の説明図である． 黒鉛母体１１中の炭素繊維１２はそれ自体は剛性があっ
て黒鉛１１との密着性が悪るいのであるが、被覆した金
属層１３は炭素繊維１２より剛性の低い金屈を用いたの
で金属被覆層のない炭素繊維より黒鉛母体に対して密着
性が良く、かつ電気伝導度は炭素繊維より良好であるの
で発熱が少なく、熱的摩耗も減少せしめて、さらに、電
気ブラシとしての機械的強度をも低下させない。

次に黒鉛母体中への金属被覆炭素短繊維の含有量による
ブラシ摩耗量の変化を第３図のグラフによりみる。第３
図のグラフは横軸に金属被覆炭素短繊維の含有量を重量
比率（％）で表わし、縦軸に１時間当たりのブラシ摩耗
量（■）を表わして，金属被覆炭素短繊維の含有量の変
化とブラシ摩耗量の変化との関係を表わしている。

値Ａはブラシを黒鉛のみで構成した場合のブラシ摩耗量
を示している．徐々に母体への金属被覆炭素短繊維の含
有量を増加してゆくに従ってブラシ摩耗量は減少してゆ
く．短繊維の含有量が１０％程度の場合にブラシ摩耗量
は最低値を示す．さらに短繊維の含有量を増加すると、
ブラシ摩耗量は徐々に増加し，短繊維の含有量が５０％
となった時のブラシ摩耗量である値Ｂはほぼ黒鉛のみの
ブラシの場合の摩耗量の値Ａと同一の値を示す。

金属被覆炭素短繊維の母体への含有量を５０％（重量比
）以上に増加すると、摩耗量は多くなり、黒鉛のみのブ
ラシの摩耗量よりブラシの摩耗量が多くなってしまう。

すなわち、黒鉛ブラシより耐磨粍性を向上させるために
は金属被覆炭素短繊維の含有量は１〜５０％の範囲が良
く、さらに摩耗量が最低となる金属被覆炭素短繊維の黒
鉛母体中の含有量を１０％程度にすると耐摩耗性が最も
向上することがわかる。

以上の点から本発明の黒鉛を母体とする電機ブラシは、
被覆される炭素繊維より電気伝導性が高く，Ｗ性の低い
金属で炭素繊維の全表面に均一に被覆層を形成した金属
被覆炭素繊維を黒鉛中に均一に混合して成形する。この
時の炭素繊維の繊維径はＯ．ＯＯＯ１ａｍ〜０．０２ｍ
ｓ、繊維長は０．０１１〜１０＋ａとし、金属被覆層の
被覆厚は１０μｍ以下とし、黒鉛母体中の金属被覆炭素
短繊維の含有量は少なくとも重量比で１％以上、５０％
以下の含有率とするものである。

次に本発明の電機ブラシによる作用を説明する．第１図
は、ブラシの使用状態の説明図である。

本発明による電機ブラシ１０が接触相手であるコンミテ
ータ１５に接触する時、コンミテータ１５との真実の接
触点は耐摩耗強度の高い金属被覆炭素短繊維１４となる
。この種の電機ブラシにおいては、接触相手であるコン
ミテータ１５とのブラシ側の真実の接触点となる物質の
物性が［接触の耐荷重性能、接触抵抗による発熱の多寡
を左右し、電機ブラシの磨粍・性能に大きな影響を及ぼ
すものである．そこで、コンミテータ１５との真実の接
触点を金属被覆炭素短繊維１４とする耐荷重性能をみる
と、耐摩耗性に優れている炭素繊維により荷重が支えら
れるので、黒鉛等の耐摩耗性の低いブラシに比較して、
相手コンミテータとの接触による機械的な摩耗が低減す
る。さらに、荷重を負担する炭素繊維の表面に形成した
金属被覆層は接触相手のコンミテータとの接触面の抵抗
を減少し，それに伴って発生する熱量が低減され、熱に
よる摩耗が減少する．そして、相手コンミテ一夕と真実
の接触点が多数あるので安定した通電が確保され，火花
発生が減少して電気的磨耗も減少する．また，母体の黒
鉛は潤滑性を付与する。

次に，一般自動車用モータに本発明の電機ブラシ（銅め
つきの炭素繊維含有量１０％）を使用した場合のブラシ
の摩耗量および回転数を従来より用いられている金属黒
鉛ブラシ（銅含有量３４％）および炭素繊維入りブラシ
（金属被覆なしの炭素繊維含有量１０％）と比較して，
各ブラシの寿命と性能をみる。

第４図（ａ）は銅めっきした炭素Ｒ維入りのブラシと炭
素繊維入りのブラシ及び金パ黒鉛ブラシの１時間当たり
のブラシ摩耗量（■）を太線で表わしている。

銅めっきした炭素繊維入りのブラシは１時間に０．１■
程度の摩耗量であるのに対し、炭素繊維入りのブラシは
０．３■〜０．５■，金属黒鉛ブラシは０．５■〜１．
５■の磨粍量となっている．ブラシの寿命は摩耗量に比
例して短くなるので，銅めっき炭素繊維入りのブラシが
他の従来より用いていたブラシに比較してはるかに長い
寿命を有することわかる． 第４図（ｂ）は同条件の３種類のブラシの回転速度を表
ねしている。各ブラシの回転速度を比較することにより
、電気ブラシの性能の良否を判定する。

銅めっき炭素繊維入りのブラシは、金属黒鉛ブラシと同
じ３　２　０　０ｒ．ｐ．ｍ．どなっているが，抵抗の
大きい炭素繊維が接触点となる炭素繊維入りブラシの場
合は３　０　７　０　〜３　０　８　０ｒ．ｐ．ａ＋．
を示し、性能が落ちている． 上記実験結果から゛もわかるように、本発明の電機ブラ
シを一般自動車用モータに使用した場合にも金属黒鉛ブ
ラシ、および金属被覆なしの炭素繊維含有ブラシに比べ
て大幅に摩耗が減少して耐用を長期化することができ、
また，性能を示す回転数も金属被覆なしの炭素繊維含有
ブラシの回転速度を上回り、性能がアップされている．
［発明の効果］ 本発明の電機ブラシに含有する金属被覆炭素繊維は短繊
維を用いているので、黒鉛母体との混合時繊維同志の凝
集が起らず混合し易い．さらに，柔らかな黒鉛母体中に
耐摩耗性に優れた炭素短繊維が均一に分散しているので
、多数の接触点が確保され、その接触点は炭素短繊維の
全表面に形成した金属被覆層により形成されるので機械
的な摩耗が低減されブラシの寿命を長期化できる．また
、炭素繊維外層部の金属被覆層は黒鉛母体と炭素短繊維
との間隙を埋め、ブラシの機械的強度を増すと同時に接
触面の抵抗を小さくして発熱による摩耗を低減し、抵抗
の低下によってモータ等の電気機器の性能を向上する。

母体が潤滑性の良い黒鉛を用いているので、従来の炭素
繊維のみのブラシに比べ適当な潤滑性を保持するブラシ
である．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電機ブラシの使用状態説明図、第２図
は、本発明の電機ブラシにおける黒鉛と金属被覆炭素繊
維との混合状態説明図、第３図は銅めつき炭素繊維量と
ブラシ摩耗量との関係を表わすグラフ、 第４図は本発明の電機ブラシと従来の電機ブラシとの寿
命と性能を比較するグラフ， 第５図は従来の電機ブラシにおける黒鉛と炭素繊維との
混合状態説明図である． １０・・・・・・電機ブラシ、 １１・・・・・・黒鉛、 １２・・・・・・炭素繊維、 １３・・・・・・金属被覆層、 １４・・・・・・金属被覆炭素繊維、 ｌ５・・・・・・コンミテータ。 第　　２　　図 出顆入　　　日本電装株式会社 代理人　　　弁理士　鈴　木　昌　明（外２名）弔 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）全表面に金属被覆層を形成した、繊維径が０．０
   ００１ｍｍ〜０．０２ｍｍ、繊維長が０．０１ｍｍ〜１
   ０ｍｍの炭素短繊維を黒鉛母体中に重量比で１％〜５０
   ％混合し均一に分散して成形したことを特徴とする電機
   ブラシ。
2. （２）炭素短繊維を被覆する金属は、被覆される炭素短
   繊維より電気伝導度が高く剛性の低いものであり、かつ
   金属被覆層は０．０１μｍ〜１０μｍの均一な厚さの層
   を形成していることを特徴とする請求項１記載の電機ブ
   ラシ。