JPH0386043A - 整流用カーボンブラシの製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、整流用カーボンブラシの製造方法に関し、
特に得られるブラシの良好な整流特性を有利に確保しよ
うとするものである。

（従来の技術） 現在のところ電機用のブラシにはいわゆる万能ブラシと
いうものはなく、それぞれの使用条件に従って多くの品
種が開発されている。

かかるブラシは、種類によってその製造方法が異なるが
、−船釣な製造方法は電気黒鉛質ブラシの場合を例に挙
げると以下のとおりである。

まず油煙、コークス、黒鉛などを主原料として用い、こ
の主原料に結合剤としてタールピッチを、場合によって
更に添加剤、処理剤として硫黄、レジンその他の溶剤等
を加えて混合する。これらの混合物を炉に入れて焼威し
その後粉砕、選別して粒子を揃える。この焼成と粉砕と
は、必要に応じて何度か繰り返す。得られた微粉は、圧
縮成形を加えた後に焼成し続いてブラシにとって最も重
要な黒鉛化処理を行う。

この黒鉛化処理は、素材を２５００″Ｃ程度に加熱する
ものであり、黒鉛化処理の程度で各原料が種々の反応を
示し、ブラシとして好ましい特性を持つことになる。

こうして得られた素材は必要な大きさに切り出し、面仕
上げ後、ピグテールを取りつけてブラシを完成させる。

さて主原料によって分類される種々のブラシの中でも接
触電圧降下が大で、整流特性が良いものが、直流材全般
（電気鉄道用を含む）に適している。油煙系、コークス
系と言われているものである。

発明者らは先に新たな主原料としてメソカーボンマイク
ロビーズを用いた整流用ブラシの開発を進めた（特開昭
５５−６６２５３号公報参照）。

このメソカーボンマイクロビーズは、コールタールピッ
チ等を３５０〜４５０°Ｃの温度で熱処理した際にピッ
チ中に生成する光学的異方性小球体を、溶剤分別により
ピッチマトリックスから分離して得られる炭素質粉末で
ある。該メソカーボンマイクロビーズは、例えば特開昭
５４−１５７７９１号公報、特開昭６０−２００８１６
号公報に示される如き処理により、ピッチ等のバインダ
ーを使用することなくそのまま成形、坑底、必要に応じ
て黒鉛化を行うことにより、容易に高密度、高強度、等
方性黒鉛材が得られることが知られている。

上掲特開昭５５−６６２５３号公報に示されたカーボン
ブラシの製造方法は、従来の電気黒鉛質ブラシの製造方
法を大幅に合理化するものであり、ブラシの摺動特性も
既存の良質ブラシに優るとも劣らなかったが、とりわけ
強度を高めるべく成形圧を高くした場合に、整流用とし
ては残念ながら電気比抵抗がやや小さく、その向上が望
まれていた。

ところでブラシの特性は大別して静的特性すなわちブラ
シ自身の炭素材料としての物理的な特性と、動的特性す
なわちブラシ特有のすり接触現象に伴う特性との２つか
らなる。前者は、見掛比重、電気比抵抗、ショア硬度、
曲げ強度、弾性率、灰分等であり、後者は、摩擦特性、
接触電圧降下、整流特性、摩耗特性等でありブラシにと
って重要な特性である。

通常整流用ブラシの場合は、整流特性を向上させるため
に高電気比抵抗の炭素材料が必要とされる。したがって
電気比抵抗を向上させるため一般的には黒鉛化温度を下
げるか、又は成形圧力を下げて得られる炭素材料の見掛
密度を低下させることが行われる。

しかし黒鉛化温度の低下は、一方で炭素材料の結晶性の
低下とショア硬度の増加を招き、結果的に重要な動的特
性である摩擦抵抗の増加を招く。

また成形圧力の低下は、炭素材料の強度、材料内部の品
質のバラツキにつながるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述した摩擦抵抗の増加や炭素材料の強度問題等を起こ
すことなく優れた整流特性を確保し得る整流用カーボン
ブラシの製造方法を提案することがこの発明の目的であ
る。

（課題を解決するための手段） 発明者らは鋭意検討を重ねた末に、六方晶系ＢＮ（ｈ−
ＢＮ）に着目した。ｈ−ＢＮは、黒鉛と類似の結晶構造
を持ち、熱伝導度が高く、黒鉛やＨｏ５ｔ並みに潤滑性
が良く、化学安定性が良く、高温で溶融金属に対し濡れ
にくく、耐食性を示し、電気絶縁性を有することから、
かかるｈ−ＢＮをメソカーボンマイクロビーズ、コーク
ス等の炭素質原料に添加、分散させることにより成形圧
力を下げることなく電気比抵抗を所要の領域まで高め、
安定して高い整流効果を有する整流用ブラシを得ること
ができ、しかもｈ−ＢＮの持つ特性のために得られるブ
ラシの摩擦抵抗の増加も見られないという知見を得た。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、六方晶系ＢＮ＠粉を炭素質原料粉
末に添加、分散させた混合粉末を、成形し、次いで焼結
を施してから黒鉛化処理を行うことを特徴とする整流用
カーボンブラシの製造方法である。

この発明で炭素質原料としては、例えば上記したメソカ
ーボンマイクロビーズの他、微粉コークスまた油煙を含
むカーボンブラックあるいは黒鉛粉末等が挙げられる。

メソカーボンマイクロビーズは通常の方法例えば前掲特
開昭５４−１５７７９１号公報、特開昭６０−２００８
１６号公報に記載された方法のものを使用できる。ただ
しこれらの方法に限られるものではない。メソカーボン
マイクロビーズは、強い自己焼結性を持っているため、
バインダーとの混ねつ又は含浸工程を必要とせずブラシ
材の製造工程は大幅な短縮化が可能である。

もちろん従来の微粉コークスまた油煙を含むカーボンブ
ラックあるいは黒鉛粉末等の系も炭素質原料として使用
可能であることは言うまでもない。

これらの炭素質原料粉末とｈ−ＢＮとの混合粉末の底形
の際には、バインダー（ピッチ等）をこの混合粉末に混
合させる。

添加すべきｈ−ＢＮは、通常市販されているもので十分
である。ただし炭素質原料との混合を容易にするためｈ
−ＢＮの粒子径は、１μｍ以下であることが好ましい。

ｈ−ＢＮの量は、炭素質原料粉末の性状によって異なる
が、通常炭素質原料粉末１００重量部に対して１０〜１
００重量部程度であり、好ましくは２０〜４０重量部で
ある。

（作　用） 黒鉛やＭｏ５ｚ並みに潤滑性が良く、電気絶縁性を有す
るｈ−ＢＮ微粉を炭素質原料に添加、分散させることに
より摩擦抵抗の増加や炭素材料の強度問題等を起こすこ
となくブラシの電気比抵抗を所要の領域まで高めること
ができる。

炭素質原料粉末とｈ−ＢＮ微粉との混合粉末は、通常の
方法に従い底形、焼成及び黒鉛化処理を行うことによっ
て目的とするブラシ材を製造可能である。ただし黒鉛化
温度は、２０００℃を超えるとＢＮの分解又は８４Ｇの
生成による揮発が起こるため、２０００°Ｃ以下にする
必要がある。

（実施例） 裏旌班よ コールタールピッチを４５０℃に熱処理し、かかる熱処
理ピッチをタール中油を使用して溶剤抽出することによ
り、ろ過ケーキとしてメソカーボンマイクロビーズを得
た。該メソカーボンマイクロビーズを更に窒素雰囲気下
で３５０°Ｃで仮焼し、かようなメソカーボンマイクロ
ビーズ１００重量部に対し粒径１ｕ１１以下のｈ−ＢＮ
を３０重量部添加した。

この混合物をそのまま成形圧１０００ｋｇ／ｃ＋ｗ”で
底形し、通常の方法に従い焼成、黒鉛化した。焼成温度
は１０００°Ｃ１黒鉛化温度は２０００°Ｃであった。

かくして得られた黒鉛化品の静的特性と摩擦係数及び整
流特性の測定結果を表１に示し、また整流特性を第１図
に図表化して示す。

なお各特性の測定方法及び評価方法は次のとおりである
。

■摩擦係数 電動機入力差法により、ブラシ圧５００ｇ７ｃｍ”、銅
スリップリング周速４．８ｍ／ｓで測定した。

■整流試験 一定の負荷電流の下で、整流子コイルの自己インダクタ
ンス（Ｌ）を変化させて強制的に火花を発生させ、この
火花限界のＬの値を各々の負荷電流に対して求め、プロ
ットしたものである。整流特性は、この無火花帯の大き
さにより判定した。

すなわちこの無火花帯の大きいものが優れた整流特性を
示すことになる。

■見掛比重 ｌＯｘｌＯｘ５０ｍｍのテストピースの体積と重量から
計算した。

■電気比抵抗 上記テストピースを使用して、定電流下での電圧降下法
によった。

■曲げ強度 同じく上記テストピースを使用して、３点曲げ強度法に
よった。スパン距離は３０ｍｍとした。

表１および第１図から明らかなように、得られた黒鉛代
品は、整流用ブラシとして優れた特性を有していること
がわかった。

災嵐班主 市販のＮｏ、１針状コークス１００重量部に対しピッチ
４０重量部、粒径１μｍ以下のｈ−ＢＮを３０重量部添
加し加熱混合した。該混合物を成形圧６００ｋｇ／ｃｍ
”で底形し、通常の方法に従い焼成、黒鉛化した。

焼成、黒鉛化各条件は実施例１と同様である。

得られた黒鉛代品の静的特性と摩擦係数及び整流特性の
測定結果を表１に併記し、また整流特性を第１図に併せ
示す。

表１および第１図から明らかなように、かくして得られ
た黒鉛代品は、整流用ブラシとして優れた特性を有して
いることがわかった。

五較斑 実施例１で製造されたメソカーボンマイクロビーズに何
も添加することなくそのままそれぞれ３００ｋｇ／ｃｍ
”、９００ｋｇ／ｃｍ”の成形圧力で底形し、通常の方
法で焼成、黒鉛化してそれぞれＡ、８２種類の黒鉛代品
を得た。焼成温度は１０００″Ｃ１黒鉛化温度は２５０
０°Ｃとした。

得られた黒鉛代品の静的特性と摩擦係数及び整流特性の
測定結果を表１に併記し、また整流特性も第１図に併せ
示す。

表１および第１図から明らかなように、ここで得られた
黒鉛代品は、実施例１．２で得られた黒鉛材に比較して
整流用ブラシとしては特性の劣るものであった。

参考班 参考例として市販の電気黒鉛質ブラシの静的特性を表１
に併記した。

（発明の効果） この発明の整流用カーボンブラシの製造方法は、炭素質
原料粉末に六方晶系ＢＮ粉末を添加、混合させることに
より、摩擦抵抗を小としたままでかつ強度を下げること
なく所要の領域まで電気比抵抗を高めることができ、安
定して高い整流効果を有する整流用ブラシを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ゆ、実施例および比較例の整流特性を示すグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、六方晶系ＢＮ微粉を炭素質原料粉末に添加、分散さ
   せた混合粉末を、成形し、次いで焼結を施してから黒鉛
   化処理を行うことを特徴とする整流用カーボンブラシの
   製造方法。