JPH0365632B2

JPH0365632B2 -

Info

Publication number: JPH0365632B2
Application number: JP62050958A
Authority: JP
Priority date: 1987-03-05
Filing date: 1987-03-05
Publication date: 1991-10-14
Also published as: JPS63218178A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］この発明は、モーターや発電機等の回転電機に
使用する電刷子に関し、特にその耐摩耗特性の改
善に関する。［従来技術］天然質黒鉛は普通、スリランカ産やマダガスカ
ル産等の多量の灰分を含んだ原鉱石を微粉砕し、
浮遊選鉱法で精製して市販されている。このよう
な市販の天然質黒鉛は、通常0.7〜2.0重量％程度
の灰分を含んでいる。そして電刷子に天然質黒鉛
を用いる場合、灰分量0.6〜１重量％程度のもの
が一般に使用されている。以下％は重量％を現
す。更に天然質黒鉛の純度を高める場合、浮遊選鉱
後に化学的に処理し灰分を除去すれば、灰分0.2
〜0.5％程度の高純度の天然質黒鉛が得られる。
また浮遊選鉱後の天然質黒鉛を中性雰囲気中で
2300℃以上に加熱すると、灰分が揮散し、灰分
0.1％以下の高純度のものが得られる。容易に予想されるように、灰分の多い天然質黒
鉛を使用した電刷子は、摺動相手の銅リングやコ
ンミユテーターを摩耗させることが多い。そして
このことはまた、電刷子の摩耗をも促進する。発
明者はここで、耐摩耗特性の改善のため、灰分量
0.5％以下の高純度の天然質黒鉛を使用すること
を試みた。このような電刷子は摺動相手の摩耗を
抑制したが、電刷子自体の摩耗は従来の灰分0.6
〜１％のものに比べかえつて増加した。［発明の目的］この発明は、天然質黒鉛を用いた電刷子の耐摩
耗特性を改善し、電刷子自体の摩耗と摺動相手側
の摩耗の双方を抑制することを目的とする。［発明の構成］この発明の電刷子は、灰分量0.03〜0.5重量％
の天然質黒鉛と長さ0.03〜１mmの炭素繊維とを含
有せしめると共に、前記の炭素繊維の含有量を電
刷子の全重量に対し0.1重量％超〜５重量％未満
としたことを特徴とする。ここに電刷子の形状・構造は既に周知であり、
適宜のものを用い得る。また電刷子にはこれ以外
に種々の添加物を加えることができ、例えば銅や
銀、錫、アルミニウム等の金属粉末を添加しても
良く、また二硫化モリブデンや窒化硼素等の固体
潤滑材を添加しても良い。用いる天然質黒鉛は、0.03〜0.5％の灰分量ま
で精製したものであれば任意の精製法によるもの
を用いることができる。好ましい精製法は、化学
的な処理による灰分の溶出除去や、高温での灰分
の揮散を用いたものである。なお灰分量は黒鉛を
酸化し炭素を除去した際の残存無機物の量から決
定するものとし、具体的には空気中1000℃で処理
した際の残存無機物の量から決定する。炭素繊維は、ポリアクリロニトリル等の繊維原
料を用いたものや、ピツチを原料としたもの等の
適宜のものを用い得る。しかしそのグレードは、
高温で処理した黒鉛グレードの方が、低温で処理
した炭素グレードのものよりも好ましい。炭素繊
維の長さは、混合・分散が容易で電刷子や摺動相
手の摩耗防止効果に優れた0.03〜１mmとする。こ
れは黒鉛粉や銅粉等との混合を容易にするため
で、３mm以上の長さでは均一な混合・分散が困難
である。炭素繊維の添加量は、電刷子本体に対する添加
量で0.1重量％超〜５重量％未満とし、0.1重量％
以下では効果に乏しく、５重量％以上では電刷子
や摺動相手の摩耗を増す。ここに電刷子本体と
は、電刷子中の黒鉛や黒鉛と金属粉等の混合物の
成型体を意味し、電刷子からピグテールやイン青
銅板等の取り付け構造部を除いたものである。本発明の電刷子の製造には、通常の電刷子の製
造方法をそのまま適用できる。例えばフエノール
樹脂等の合成樹脂からなる結合材で処理した灰分
量0.03〜0.5％の天然質黒鉛と炭素繊維とを混合
し、あるいはこれに銅粉等の金属粉末や二硫化モ
リブデンよ窒化硼素等を混合し、プレスにて加圧
成型した後、焼成して電刷子とすれば良い。また
天然質黒鉛と炭素繊維とを予め混合した後に、結
合材で処理しても良い。以下に実施例を示す。［実施例］銅粉40重量部（以下単に「部」と表記する。）
と、化学処理により灰分量を0.5重量％まで精製
した高純度の天然質黒鉛をフエノール樹脂ワニス
で処理したもの60部と、長さ約0.13mmのピツチ系
炭素繊維、（黒鉛グレードのクレカチヨツプ
M201S、クレカチヨツプは呉羽化学株式会社の
商品名）、0.3部とを均一に混合した。これを厚さ
５mm幅８mm、長さ18mmの直方体状の電刷子の形状
にプレス成型し、250℃で焼成して電刷子とした
（実施例１）。焼成温度を700℃に変えた他は、実施例１と同
様にして電刷子を得た（実施例２）。 2300℃で処理し灰分量を0.03重量％とした天然
質黒鉛に、長さ約0.3mmのポリアクリロニトリル
系炭素繊維（トレカMLD300トレカは東レ株式会
社の商品名）を混合し、フエノール樹脂ワニスで
処理した。この黒鉛粉60部と銅粉40部とを混合
し、700℃で焼成して同様の電刷子とした。電刷
子中の炭素繊維の含有量は、0.6重量％（実施例
３）と3.0重量％（実施例４）、および4.8重量％
（実施例５）の３種とした。炭素繊維を長さ約0.7mmのクレカチヨツプ
M207S（クレカチヨツプは呉羽化学株式会社の商
品名）とした他は、実施例２と同様にして電刷子
を得た（実施例６）。灰分量0.4重量％の天然質黒鉛に長さ約0.13mm
の炭素繊維（呉羽化学株式会社製のクレカチヨツ
プM201S）を混合し、フエノール樹脂ワニスで
処理し、プレス成型後に700℃で焼成し、同様の
電刷子を得た（実施例７）。電刷子中の炭素繊維
含有量は１重量％である。灰分量0.03重量％の天然質黒鉛に上記の長さ約
0.13mmの炭素繊維を混合し、フエノール樹脂ワニ
スで処理した後、実施例７と同様にして電刷子を
得た（実施例８）。電刷子中の炭素繊維含有量は
３重量％である。フエノール樹脂ワニスで処理した灰分量0.8重
量％の天然質黒鉛60部と、銅粉40部とを混合し、
700℃で焼成して同様の電刷子とした（比較例
１）。また灰分量0.4重量％の天然質黒鉛を用いたこ
と以外は、比較例１と同様にして、電刷子を得た
（比較例２）。灰分量0.035重量％の人造黒鉛（株式会社エス
イーシー製商品名SGP25）に上記の長さ約0.13
mmの炭素繊維を混合し、フエノール樹脂ワニスで
処理した後、プレス成型して700℃で焼成して電
刷子を得た（比較例３）。電刷子中の炭素繊維含
有量は３重量％である。これらの電刷子を自動車用の交流ジエネレータ
ーに装着し、摺動相手を銅リングとし500時間使
用して、電刷子や銅リングの摩耗量を測定した。
なお銅リングは直径23mm、リングの回転数は
12000rpm、電流は5A、電刷子の周囲温度は100
℃である。結果を表に示す。

【表】表から、黒鉛中の灰分量を減少させると、リン
グの摩耗量は減少するが、電刷子の摩耗量は逆に
増加することが判る（比較例１、２）。次にこれ
に炭素繊維を混合すると、リングと電刷子の双方
の摩耗を抑制できることが判る（例えば比較例２
と実施例２）。また灰分量は0.5％以下であれば、
本質的な差は生じないことが判る（例えば実施例
２と実施例３）。炭素繊維の量的効果を検討する
と、0.6重量％で十分な効果が得られており、添
加量をますとむしろ摩耗を速めることが判る（実
施例３、４、５）。従つて炭素繊維の添加量は、
0.1〜５重量％が好ましく、より好ましくは0.1〜
４重量％、更に好ましくは0.1〜1.5重量％とす
る。なおここでは特定の材料に付いて実施例を説明
したが、公知技術を加味し適宜に変更して実施し
得ることはいうまでもない。［発明の効果］以上に説明した様にこの発明によれば、灰分含
有量を0.5重量％以下とした天然質黒鉛に３mm以
下の長さの炭素繊維を混合することにより、摺動
相手の摩耗と電刷子自体の摩耗の双方を抑制する
ことができる。ここで炭素繊維を加えず灰分のみ
を減少させると、摺動相手の摩耗を抑制できる
が、電刷子自体の摩耗はむしろ増加する。これに
対して低灰分の黒鉛に炭素繊維を添加すると、摺
動相手の摩耗を更に減少させると共に、電刷子の
摩耗を著しく減少させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

１灰分量0.03〜0.5重量％の天然質黒鉛と長さ
0.03〜１mmの炭素繊維とを含有せしめると共に、
前記の炭素繊維の含有量を電刷子本体の重量に対
し0.1重量％超〜５重量％未満としたことを特徴
とする電刷子。