JPH03164048A - 小型モータ用金属黒鉛ブラシおよびその製造方法 - 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】 〔概　要〕 永久磁石界磁を有する小型モータに用いるカーボン・ブ
ラシに関し，特に整流特性と耐摩耗性とを向上したカー
ボン・ブラシを提供することを目的とし，黒鉛ブラシに
用いる黒鉛粉末として，灰分が０．０５　ｗｔ％以下に
精製されたものを用いると共に，当該黒鉛粉末に粒径が
５０ミクロン以下の耐摩耗兼導電性′ｐＡ質の粉末を０
．１〜１５．０　ｗｔ％程度，バインダに添加して構戒
したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は，小型モータに用いるカーボン・ブラシ，特に
永久磁石界磁を有する小型モータ用金属黒鉛ブラシおよ
びその製造方法に関する。

〔従来の技術］ 従来．小型モータにおけるカーボン・ブラシとしては．
９８％ないし９９．５％程度に精製された黒鉛原料に対
してバインダを加え，当該バインダを加えて固められた
ものに対して粉砕・ふるい分け処理を行い，必要に応し
て所望の導電性を与えるための金属粉末添加混合処理を
行い，次いで加圧成形処理をへて，焼成処理を行うよう
にして製造されたものが用いられている。

更に上記バインダを用いる点をなくするようにしたもの
として．いわゆる鍍銅黒鉛ブラシが知られている。当該
鍍銅黒鉛ブラシは．９９％程度に精製された黒鉛原料の
粉末粒子に対して銅メッキが行われ，当３８　１Ｋ！メ
ッキされた黒鉛粉末をそのまま加圧成形即ちバインダを
加えることなく加圧成形し，焼威処理を行うようにして
製造される。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記従来の技術に述べた前者の場合には．男鉛粉（灰分
ち含まれている）をバインダと共に加圧成形．焼成する
ことになっている。このようにバインダを加えて固めら
れた黒鉛原料を粉砕・ふるい分け処理したものに対して
金属粉末を混合して加圧成形した後，焼成して製造する
従来技術による金属里鉛ブラシにおいては．場鉛原料中
にｌミクロンから５００ミクロン程度の粒径の不純物が
含まれているのが普通である。

第６図は黒鉛原料中に含有されている不純物の電子顕微
鏡写真を示すが，かなり粒径の大なる不純物が含まれて
いることが判る。

このような不純物の主戊分としては　Ｓｉｎ２Ａｌ．○
ｓ＋ＦｅｚＯｓ＋Ｍｎｏ，ＭｇＯ，Ｔ　ｉ　Ｏ，珪酸塩
等の酸化物である．不純物としてのこれら酸化物の粒径
が５０　ミクロン以上のものは．金属粉末を添加．混合
する前に何らかの処理をしなければ加圧成形および焼戒
してカーボン・ブラシとして使用中に整流子と該ブラシ
の間に粒子が侵入し整流特性を悪化させる。場合によっ
ては，整流子とブラシとの間を絶縁しモータを停止させ
るに至る。

そこで，本願と同一の出願人はすでに出願した別特許出
願の１つにおいて，黒鉛原料に対してまず高純度処理を
行って黒鉛に含まれる不純物の割合を０．０５　ｗｔ％
以下にすると共に．次のバインダ処理工程において，バ
インダに粒径５０　ミクロン以下の酸化物（ｓ　ｉＯＸ
，Ａｅｚ○３＋Ｆｆｌ’ｌ○，，ＭｎＯ，ＭｇＯ，Ｔｉ
○．珪酸塩）を．０．１〜１０．０　ｗｔ％の範囲で添
加してバインダ処理した後粉砕・ふるい分け．金属粉末
混合，加圧成形，焼戒する金属黒鉛ブラシおよびその製
造方法を提案した。

上記出願で提案した製造方法により製造した金属黒鉛ブ
ラシを小型モータに用いた場合，整流特性および耐摩耗
性において共にその性能が向上した。しかしながら．酸
化物というものは一般に絶縁性物質であるので導電性が
無く．該酸化物を添加した黒鉛も電流が流れ難くなり問
題が残る。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し．整流
特性が良好であると共に，耐摩耗性および導電性の大な
る小型モータ用金属黒鉛ブラシおよびその製造方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達戒するために，まず第１の発明においては
， 永久磁石を界磁としてそなえると共に，整流子を介して
転流が行われて回転せしめられる小型モータに使用され
．黒鉛粉末を結合して形成され上記整流子を摺動ずるよ
うに構成した小型モータ用金属黒鉛ブラシにおいて 黒鉛原料を高純度処理して，その黒鉛粉末中に不純物と
して含有される灰分が０．０５　ｗｔ％以下に精製され
たものに対し．バインダ処理中あるいは金属添加物を混
合する混合処理中において粒径５０　ミクロン以下の耐
摩耗兼導電性物質を０．１ｗｔ％ないし１５．０　ｗｔ
％の範囲で添加した上で加圧成形して焼成する．という
技術的手段を採用した。

本発明において．耐摩耗兼導電性物質としては，ＴｉＣ
，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｃｒ＋Ｃｚ
　，　Ｍ　ｏ　Ｃ，　ＷＣ等の１種若し《は２種以？を
主成分とする炭化物，ＴｉＮ，ＺｒＮＮ　ｂ　Ｎ，　Ｔ
　ａ　Ｎ．　ＣｒｚＮ，　　Ｖ　Ｎ等の１種若しくは２
種以上を主成分とする窒化物，　Ｔ　ｉ　Ｂ　Ｚ，Ｚ　
ｒ　Ｂ　２＋ＮｂＢ．，ＴａＢｚ　，ＣｒＢ，ＭｏＢ，
ＷＢＬａＢ，ＶＢｚ等の１種若しくは２種以上を主或分
とするホウ化物またはＴ　ｉ　Ｓｉｚ，　　Ｚ　ｒ　Ｓ
ｉ■ＮｂＳｉ．，ＴａＳｉ．，ＣｒＳｉｚ，ＭｏＳｉｚ
，ＷＳｉｚ等のｌ種若しくは２種以上を主或分とするケ
イ化物を使用することができる。

次に第２の発明においては， 永久磁石を界磁としてそなえると共に，整流子を介して
転流が行われて回転せしめられる小型モータに使用され
，黒鉛粉末を結合して形成され上記整流子を摺動するよ
うに溝或した小型モータ用金属黒鉛ブラシの製造方法に
おいて 不活性ガスの高温雰囲気中でハロゲンを遊離する物質を
用い黒鉛原料を精製する高純度処理工程と． 当該高純度処理工程を経た黒鉛の粉末を，バインダで固
めるバインダ処理工程と 前記バインダで固められた黒鉛物質に対して粉砕・ふる
い分け処理を行った後．金属粉末を添加混合する混合処
理工程と 前記ｄ合処理された粉末を加圧成形せしめる加圧成形工
程と 当該加圧成形された加圧成形物を焼戒する焼戒工程と を実行すると共に．前記バインダ処理工程あるいは前記
混合処理工程において粒径が５０　ミクロン以下の耐摩
耗兼導電性物質の粉末を０．１ｗｔ％ないし１５．０　
ｗｔ％の範囲で添加するようにして金属黒鉛ブラシを製
造する．という技術的手段を採用した。

第ｌ図は本発明の金属黒鉛ブラシの原理図を示し，第ｌ
図（Ａ）は原理構戒図．第１図（Ｂ）は製造工程説明図
を示す。

第Ｉ図（Ａ）において．符号ｌは整流子．２は整流子片
．３は回転軸，４はカーボン・ブラシ，５はブラシ弾性
体を表している。

カーボン・ブラシ４は，導電性のブラシ弾性体５によっ
て扶持され，整流子片２．２．２上を摺動するように支
持される。カーボン・ブラシ４は，図示斜視図として示
すＡ−１図示の如く，例えば凸字形状に焼成されており
．凸字形状の頭部が上記ブラシ弾性体５によって扶持さ
れている。そして凸字形状の底辺に相当する面に多少の
湾曲面が形成されていて．当該湾曲面が整流子片２上を
摺動する。

また第１図（Ｂ）において．２０は本発明によるカーボ
ン・プラシ４のもとである黒鉛原料であって例えば９９
％程度に精製されたもの，２１は本発明にいう高純度処
理工程９　２２′はバインダ処理工程．すなわち耐摩耗
材であり．かつ導電性物質としての炭化物．窒化物．ホ
ウ化物またはケイ化物であって，その粒径が５０　ミク
ロン以下のものを０．１ｗｔ％〜１５．Ｏ　ｗｔ％．バ
インダに添加して黒鉛籾末を固める処理工程．２３は粉
砕・ふるい分け処理工程．２４は処理した黒鉛粉末と金
属粉末とを混合する混合処理工程．２５は加圧成形工程
，２６は焼成工程を表している。

第１図（Ａ）に示すカーボン・ブラシ４は．第１図（　
Ｂ’）図示の如く．黒鉛原料２０に対して，高純度処理
工程２１と，バインダ処理工程２２′と，粉砕・ふるい
分け処理工程２３と，金属粉末混合処理工程２４と，加
圧威形工程２５と，焼成工程２６とを実行することによ
って製造される。

〔作　用〕 上記の製造工程では，高純度処理工程２１を行って，バ
インダ処理工程２２′　が実行される前の状態において
，黒鉛粉末が０．０５　ｗｔ％以下の不純物（灰分）を
もつようにされており，製造されたカーボン・ブラシ４
内の不純物に対応する粒子が黒鉛粒子の０．０５　ｗｔ
％以下となっている。

したがって．前記不純物が極めて少ないことから後続の
処理工程を介して製造されるカーボン・ブラシの整流特
性は優れたものとなる。

更に，このように高純度処理された黒鉛原料に対してバ
インダ処理工程２２′　において粒径５０ごクロン以下
の耐摩耗兼導電性物質を０．１〜ｌ５ーｔ％，バインダ
に強制的に添加することによって本発明のカーボン・ブ
ラシの耐摩耗性を高くしうることが，実験結果からも明
らかになった。

？実施例〕 第２図は本発明にいう高純度処理工程に用いる精製炉の
概念図を示す。図中の符号２０は黒鉛原Ｉｔ．　　３０
は炉体，３１はトランス，３２はハロゲン・ガス管を表
している． 高純度処理工程は．窒素やアルゴンなどの不活性ガス中
で高温度時に容易にハロゲンを遊離する物質例えばＣＣ
Ｉ．やＣ（１．Ｆ．などを用いて黒鉛原料中の不純物を
除く工程に対応している。

即ち，炉体３０内に黒鉛原料２０を投入し．原料２０の
下にハロゲン・ガス管３２が置かれている。

炉を昇温させ，約ｌ８００゜Ｃに達した際に，ｃｃｐ．
を不活性ガスに飽和させてハロゲン・ガス管３２から給
送する。この場合に．次の如き反応が行われると考えて
よい。即ち ｃｃｐ．→Ｃ＋２ＣＮ■ ？Ｃ＋ＦｅｚＯｓ　　＋３ＣＰ．ｔ　　→２　Ｆ　ｅ　
Ｃ　Ｑ　３＋　３　Ｃ○ そして，　　１９００゜Ｃ以上になったとき．ＣＣｌ．
をｃｃｇ■Ｆｚに切り替え，更に２５００゜Ｃ以上の温
度で４時間以上精練処理をつづける。そして冷却過程に
おいても，窒素またはアルゴンなどの不活性ガスでフラ
ンシングをつづけて不純物の逆拡散を防ぎハロゲンを除
去する。

当該高純度処理工程において得られる黒鉛の純度は９９
．９５ｗＬ％以上となる。即ち，不純物は０．０５−ｔ
％以下となる。

なお，本発明者は．黒鉛ブラシに用いる黒鉛の純度を高
めるために，上記高精度処理工程の他に，次の方法を用
いて精練した上で．黒鉛ブラシを製造し，モータに適用
してテストを行った。

（ｉ）物理精練 浮遊選鉱を用い，固体粒子の表面の物理化学的な差を利
用して不純物と黒鉛とを分離しており略３００μ以下の
粒子が対象となる。黒鉛は気泡で選別できることから．
油と気泡との中に黒鉛粉末を入れ．気泡に付けて浮かし
て採集した。この場合には９８％以上９９．５％未満の
純度が得られる。

従って，不純物として０．５％以上２．０％程度が含ま
れているものとなる． （ｉｉ）化学処理 黒鉛中に含有される不純物を高濃度酸５アルカリ液で溶
かし．同時に加熱（１６０”〜１７０’Ｃ）　　・加圧
（５〜６気圧）が加えられる。この処理方法は，オート
クレープ法と呼ばれており，主或分の反応は次の如きも
のと考えてよい。即ち ＦｅｔＯｓ　＋　６　Ｈ　Ｃ　ｌ→ ２　Ｆ　ｅ　Ｃ　Ｑ　ｓ　＋　３　Ｈ　ｚ　０２ＳｉＯ
．＋４ＮａＯＨ−＊ ２　ＮａｚＳ　ｉ　Ｏ＊　＋　２　Ｈｇ　○この処理の
場合には９９％以上９９．９５％未満の純度が得られる
。従って，不純物として，　０．０５％以上１．０％程
度が含まれているものとなる。

このようにして，本発明によるカーボン・ブラシは高純
度処理工程２ｌを経て精製された黒鉛原料に対して，更
に第１図（Ｂ）に示すパインダ処理工程２２′　におい
て．冒頭で述べたように例えば導電性の硬炭化物であっ
てその粒径が５０　ミクロン以下のものを０．１ｗｔ％
ないし１５．Ｏ　ｗｔ％，バインダに添加して黒鉛粉末
を固めている．したがって，第１図（Ｂ）で示した後続
の処理工程２３〜２６を経て製造された本発明による金
属黒鉛ブラシは整流特性および耐摩耗性に優れているば
かりでなく．導電性においても優れたものにすることが
できる。

第３図は，第１図（Ｂ）に示す製造工程において．高純
度処理工程２１を経て，純度９９．９５％に精製された
黒鉛原料に対して，バインダ処理工程２２′　ではバイ
ンダに何ら添加物を混入しなかった場合すなわち．無添
加の場合，酸化物（例えばＳｉｎｇ，Ａｆ２０３＋Ｆｅ
２０＝，ＭｎＯ，ＭｇＯ，Ｔ　ｉ　Ｏ，珪酸塩など）を
添加した場合，それに導電性のある炭化物を添加した場
合における各カーボン・ブラシを使った小型モータの実
験結果データを示している。

この実験は′，各ブラシを最大８０時間まで運転テスト
したものである．なお，この場合において酸化物または
炭化物を添加した場合には，その粒径を５０　ミクロン
以下，添加量は３ｗｔ％として行ったゆ 第３図に示すように，８０時間にわたるテストにおいて
，無添加のものは摩耗度１００％．酸化物添加のものは
３３％，炭化物添加のものは１９％であった。したがっ
て炭化物を添加すると耐摩耗度も高くすることができる
。

第４図は，炭化物を添加したものに対して（その粒径，
５０　ミクロン以下），その添加量を変化した場合の摩
耗度の変化をみるテスト結果を示す。

なお．この場合，炭化物を添加したブラシを１０個製造
し．最大８０時間のテストを行ったゆ図中の×印は運転
不能となった時間経過を示している。

同図図示のように９炭化物添加量０．５ｗｔ％のときは
８０時間後，摩耗度が３２％であるが２１．０〜１５．
Ｏ　ｗｔ％までは２０　ｗｔ％〜２６　ｓｔ％と摩耗度
は比較的低い。モして２０−ｔ％では整流子の摩耗度が
極端に高くなるので小型モータを停止した。

このことから炭化物の添加量は１．０〜１５．Ｏ　ｗＬ
％程度までが好ましいことが判る。

第５図は．炭化物の添加量を一定（３−ｔ％）にして．
その粒径を変化した場合の摩耗度テストを行った結果を
示している。

同図図示のように，粒径５０コクロン以下では８０時間
経て摩耗度２２％，５０〜７４　ξクロンの範囲では２
０％．１０５〜１４９ξクロンの範囲になると３０％に
なり，モータの平均停止時間も５３時間と短くなり，更
に１４９〜１７４ミクロンの範囲では摩耗度は急激に高
くなり殆んど全個数が運転不能となり（平均３８時間）
，不適である。

以上説明した実験結果にもとづいて，添加すべき炭化吻
の粒径および添加量が決定され，それらの値は５０竃ク
ロン以下のものを０．　ｌｗ　ｔ％〜１５．Ｏｗｔ％の
範囲で添加するのが最適である。

本実施例においては，耐摩耗兼導電性物質として炭化物
を使用した例について記述したが．耐摩耗兼導電性物質
としては炭化物のみに限定されず，窒化物，ホウ化物若
しくはケイ化物も使用することができ．前記炭化物の場
合と同様な作用効果を発揮できる。また上記炭化物，窒
化物，ホウ化物若しくはケイ化物の２種以上が混在して
も作用効果は同様である。

〔発明の効果〕

これまで述べてきたように，本発明においては．第１図
（Ｂ）の高純度処理工程２ｌで黒鉛原料の純度を９９．
９５％以上（したがって不純物は０．０５−ｔ％以下）
に上げてから，次の処理に入るような，いわば前置処理
を施すものであるため，整流特性を改善する一方，バイ
ンダ処理工程２２′　において．粒径が５０　ミクロン
以下の耐摩耗兼導電性物質をバインダに対してＯ．　ｌ
ｗｔ％ないし１５．０　ｗｔ％添加することによって耐
摩耗性および導電性をも高めた金属黒鉛ブラシを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の金属黒鉛ブラシの原理構威図，
第ｌ図（Ｂ）は本発明の金属黒鉛ブラシの製造工程説明
図．第２図は本発明にいう高純度処理工程で用いる精製
炉の概念図，第３図はバインダに対して添加物無しの場
合．酸化物添加の場合．および炭化物添加の場合につき
ブラシの摩耗度をテストした場合の実験結果データ，第
４図は炭化物の粒径を一定にしてその添加量を変化した
場合の摩耗度をテストした実験結果データ，第５図は炭
化物の添加量を一定にしてその粒径を変化した場合の摩
耗度をテストした場合の実験結果データ，および第６図
は黒鉛原料に含有されている不純物の電子ｗ４微鏡写真
，をそれぞれ示す。 図中，１は整流子，２は整流子片，３は回転軸，４はカ
ーボン・ブラシ，５はブラシ弾性体，２０は黒鉛原料，
２１は高純度処理工程，２２′　はバインダ処理工程，
２３は粉砕・ふるい分け処理工程．２４は金属粉末混合
処理工程，２５は加圧威形工程，２６は焼戒工程を表す
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）永久磁石を界磁としてそなえると共に、整流子を
   介して転流が行われて回転せしめられる小型モータに使
   用され、黒鉛粉末を結合して形成され上記整流子を摺動
   するように構成した小型モータ用金属黒鉛ブラシにおい
   て、 黒鉛原料を高純度処理して、その黒鉛粉末中に不純物と
   して含有される灰分が０．０５ｗｔ％以下に精製された
   ものに対し、バインダ処理中あるいは金属添加物を混合
   する混合処理中において粒径５０ミクロン以下の耐摩耗
   兼導電性物質を０．１ｗｔ％ないし１５．０ｗｔ％の範
   囲で添加した上で加圧成形して焼成したことを特徴とす
   る小型モータ用金属黒鉛ブラシ。 （２）耐摩耗兼導電性物質が、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ
   、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、ＭｏＣ、Ｗ
   Ｃ等の１種若しくは２種以上を主成分とする炭化物であ
   る請求項（１）記載の小型モータ用金属黒鉛ブラシ。 （３）耐摩耗兼導電性物質がＴｉＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、
   ＴａＮ、Ｃｒ＿２Ｎ、ＶＮ等の１種若しくは２種以上を
   主成分とする窒化物である請求項（１）記載の小型モー
   タ用金属黒鉛ブラシ。（４）耐摩耗兼導電性物質がＴｉ
   Ｂ＿２、ＺｒＢ＿２、ＮｂＢ＿２、ＴａＢ＿２、ＣｒＢ
   、ＭｏＢ、ＷＢ、ＬａＢ、ＶＢ＿２等の１種若しくは２
   種以上を主成分とするホウ化物である請求項（１）記載
   の小型モータ用金属黒鉛ブラシ。 （５）耐摩耗兼導電性物質がＴｉＳｉ＿２、ＺｒＳｉ＿
   ２、ＮｂＳｉ＿２、ＴａＳｉ＿２、ＣｒＳｉ＿２、Ｍｏ
   Ｓｉ＿２、ＷＳｉ＿２等の１種若しくは２種以上を主成
   分とするケイ化物である請求項（１）記載の小型モータ
   用金属黒鉛ブラシ。 （６）永久磁石を界磁としてそなえると共に、整流子を
   介して転流が行われて回転せしめられる小型モータに使
   用され、黒鉛粉末を結合して形成され上記整流子を摺動
   するように構成した小型モータ用金属黒鉛ブラシの製造
   方法において、不活性ガスの高温雰囲気中でハロゲンを
   遊離する物質を用い黒鉛原料を精製する高純度処理工程
   と、 当該高純度処理工程を経た黒鉛の粉末を、バインダで固
   めるバインダ処理工程と、 前記バインダで固められた黒鉛物質に対して粉砕・ふる
   い分け処理を行った後、金属粉末を添加混合する混合処
   理工程と、 前記混合処理された粉末を加圧成形せしめる加圧成形工
   程と、 当該加圧成形された加圧成形物を焼成する焼成工程と、 を実行すると共に、前記バインダ処理工程あるいは前記
   混合処理工程において粒径が５０ミクロン以下の耐摩耗
   兼導電性物質の粉末を０．１ｗｔ％ないし１５．０ｗｔ
   ％の範囲で添加するようにして金属黒鉛ブラシを製造す
   るようにしたことを特徴とする小型モータ用金属黒鉛ブ
   ラシの製造方法。