JPH0474938B2

JPH0474938B2 -

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Publication number: JPH0474938B2
Application number: JP62180530A
Authority: JP
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1992-11-27
Also published as: JPS6426344A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の利用分野］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する。この発明は特に、燃料
噴射ポンプ用モーター等の自動車電装用モーター
等に使用する電刷子に関する。［従来技術］回転電機に使用する電刷子としては、天然黒鉛
や人造黒鉛からなる黒鉛質の電刷子本体を用いた
もの、あるいは金属と黒鉛とを混合した金属黒鉛
質の電刷子本体を用いたもの等が知られている。ここで電刷子を回転電機に組付け、コンミユテ
ーター上を摺動させると、電刷子本体の黒鉛がコ
ンミユテーター表面に移行し、黒鉛皮膜を形成し
て、両者間の潤滑状態が保たれる。しかし黒鉛皮
膜の形成状態が不適当な場合、電刷子本体やコン
ミユテーターの磨耗が著しく、保守上の問題とな
る。電刷子本体の耐磨耗性の改良には、既に種々の
研究が有る。例えば黒鉛の潤滑性を補助し、黒鉛
との混合皮膜を形成させるため、二硫化モリブデ
ンや二硫化タングステン、あるいは窒化硼等を添
加することが知られている（特公昭60−42595
号）。また二硫化モリブテン等に変え、硫化銅や
硫化亜鉛を添加することも知られている。更にコ
ンミユテーター上の過剰の黒鉛皮膜を除去するた
め、シリカやアルミナ等の削磨性物質の微粒子を
添加することも知られている。しかしこれらの検
討にもかかわらず、電刷子本体の耐磨耗特性の改
善は充分ではない。［発明の目的］この発明の目的は、電刷子本体の耐磨耗特性の
改良にある。［発明の構成］この発明は、黒鉛質もしくは金属黒鉛質の電刷
子本体を用いた電刷子において、前記電刷子本体
には、粒径１〜800μｍの熱硬化性合成樹脂の球
状粒子もしくはこれを炭素化した球状粒子を１〜
30重量％添加し、焼成して炭素化球状粒子を含有
させたことを特徴とする。ここで電刷子本体に熱硬化性合成樹脂の球状粒
子、あるいはこれを炭素化した球状粒子を添加
し、焼成すると、電刷子本体の耐磨耗特性を著し
く改善できる。そしてこの効果は、燃料噴射ポン
プ用のモーターに用いる場合のように、液体燃料
中に電刷子を浸漬して用いる場合に特に著しい。用いる熱硬化性合成樹脂粒子は、例えばエマル
ジヨン重合やサスペンシヨン重合により得られ、
その後分散媒から分離して用いる。粒子の形状は
球状である。粒子の縮合度は初期縮合状態のもの
から縮合を完了したものまで、任意の縮合度のも
のを用いることができ、球状の形態を維持できる
程度に硬化したものであれば良い。このような熱
硬化性合成樹脂の球状粒子を中性あるいは還元性
の雰囲気で熱処理すると、樹脂は炭素化し球状の
炭素化粒子が得られる。そしてこのような炭素化
球状粒子も用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えばフエノール系樹
脂、フラン系樹脂、キシレン系樹脂、あるいは熱
硬化性ポリイミド樹脂等を用いれば良い。このう
ち安価で容易に入手し得る樹脂としては、ユニベ
ツクス（ユニベツクスは商品名、ユニチカ株式会
社製）や、ベルパール（ベルパールは商品名、鐘
紡株式会社製）等がある。これらはフエノール系
樹脂の球状粒子である。樹脂の材質に付いては、中性あるいは還元性雰
囲気で焼成した際の残留炭素量が多いもの程好ま
しい。残留炭素量は、好ましくは50％以上とす
る。なおここに残留炭素量は、焼成後の炭素量と
樹脂との重量比を意味する。残留炭素量は、電刷
子本体と同様の焼成条件で樹脂粒子を焼成した際
の値から定めるものとする。次ぎに樹脂は、酸化
しないように還元性雰囲気で焼成した後に、ガラ
ス状カーボン、即ち緻密で光沢のあるカーボン、
に転化するものが好ましい。フエノール系樹脂や
フラン系樹脂、あるいはキシレン系樹脂等の熱硬
化性樹脂の多くは、焼成によりガラス状カーボン
に転化する。樹脂粒子の粒径は１〜800μｍとし、粒度分布
の小さなもの、あるいは大きなもののいずれも用
い得る。粒径はより好ましくは10〜500μｍ、更
に好ましくは10〜250μｍとする。1μｍ以下の粒
径では耐磨耗特性の改善効果が小さく、効果を高
めるため多量に添加すると電刷子の比抵抗が増加
する。一方800μｍ以上の粒径のものでは、成型
時に黒鉛粉や金属粉から分離し易く均質な電刷子
を得難い。また800μｍ以上の粒径のものは、使
用時にコンミユテーター等に大きな条痕を発生さ
せることがあり、コンミユテーター等を傷付け
る。添加する樹脂粒子や樹脂を炭素化した粒子の量
は、電刷子本体の全材料に対し１〜30重量％と
し、より好ましくは２〜20重量％、更に好ましく
は３〜15重量％とする。なお以下では、電刷子の
本体材料の全量に占める各材料の割合を、重量％
単位で単に％と表示する。そして樹脂粒子の添加
量と残留炭素量との積、あるいは樹脂を最初から
炭素化して用いる場合には、炭素化した樹脂粒子
の量が、電刷子本体に対する実際の樹脂系炭素の
添加量となる。添加した樹脂や樹脂を炭素化した
粒子の量を１％以下とすると、耐磨耗特性の改善
効果がほとんど得られない。30％以上添加しても
効果は飽和し、電刷子本体の比抵抗を増加させモ
ーター等の回転電機の出力を低下させる。更に発
明者らの実験によると、30％以上の樹脂を添加す
るとコンミユテーターの磨耗を促進した場合が有
つた。この発明で用いる樹脂粒子、あるいはこれを炭
素化した粒子は球状である。一方電刷子本体の製
造では、しばしば黒鉛の結合剤としてフエノール
樹脂ワニスを使用する。これらの結合剤は溶媒に
溶解して用いられ、電刷子本体の焼成後は非常に
薄い被膜状の炭素に変化する。そしてこのような
被膜状の炭素は、電刷子本体の耐磨耗特性に寄与
しない。この発明は、黒鉛質あるいは金属黒鉛質のいず
れの電刷子本体に対しても適用できる。ここに金
属粉としては銅粉や銀粉等の導電性に優れた金属
粉が好ましく、必要に応じて鉛粉や錫粉等を併用
しても良い。金属粉の使用量は０〜80％が好まし
く、モーターの種類や必要な出力、耐久性等に応
じ、適宜に定めれば良い。例えば自動車エンジン
のスターターモーターの場合50〜80％が好まし
く、ブロワーモーターやワイパーモーターでは30
〜60％が好ましく、ガソリン等の燃料噴射ポンプ
用モーターでは０〜40％が好ましい。金属粉を80
％以上添加すると、電流密度を大きくした場合
に、コンミユテーターの磨耗を促進する。黒鉛粉には天然質黒鉛粉が好ましいが、人造黒
鉛粉も使用できる。これらの黒鉛粉は通常、黒鉛
重量に対し１〜30重量％程度のフエノール樹脂ワ
ニス等の結合剤で予め処理して使用する。しかし
必ずしも結合剤を用いなくても良い。また黒鉛粉
の使用量は例えば15〜99％とし、金属粉や熱硬化
性樹脂粒子、あるいはこれを炭素化した粒子、及
び必要に応じて窒化硼素や二硫化モリブデン、二
硫化タングステン等の他の添加物と合わせて、合
計量を100％とする。なお黒鉛粉の含有量を15％
以下とすると、電刷子の耐磨耗特性が著しく低下
し好ましくない。電刷子本体の製造は例えば、材料の混合、成
型、中性あるいは還元性雰囲気での焼成の順に行
えば良い。ここで樹脂粒子やこれを炭素化した粒
子を予め黒鉛粉と混合した後に金属粉を混合して
も良く、あるいは全ての材料を一括して混合して
も良い。［実施例］実施例１銅粉70％と、フエノール樹脂系ワニスで処理し
た天然黒鉛粉23％と、粒径100〜200μｍのフエノ
ール系樹脂の球状粒子（商品名ユニベツクスＮ、
ユニチカ株式会社製）５％と、二硫化モリブデン
２％を混合し、プレス成型によりピグテールを埋
設した電刷子本体の形状に成型し、ついで焼成し
てスターターモーター用の電刷子とした。フエノ
ール系球状粒子の残留炭素量は63％で、焼成後の
電刷子本体の組成は銅71.4％、黒鉛23.4％、フエ
ノール系樹脂を炭素化した球状炭素粒子3.2％、
二硫化モリブデン２％である。比較例として、フエノール樹脂系球状粒子を添
加しなかつた他は、全く同様に調製した電刷子を
用いた。これらの電刷子を出力2.0KWのスター
ターモーターに組付け、3000c.c.のデイーゼルエン
ジンに取り付けて、２秒駆動13秒休止を１サイク
ルに、10000サイクル使用した。使用後の電刷子
の磨耗量を評価した。実施例での磨耗量は1.6mm
であつたが、比較例では2.7mmであつた。実施例
では、磨耗速度が約40％低下している。実施例２銅粉30％と、フエノール樹脂ワニスで処理した
天然黒鉛粉60％と、粒径１〜20μｍの硬化したフ
エノール樹脂球状粒子（商品名ベルパールＲ−
900、鐘紡株式会社製）10％とを混合し、ピグテ
ールを埋設して、プレス成型と焼成とを行い、電
刷子とした。この樹脂の残留炭素量は62％で、電
刷子本体の組成は銅31.2％、黒鉛62.4％、球状の
炭素化粒子6.4％である。比較例として、フエノール樹脂の球状粒子を添
加しなかつた他は全く同様に調製したものを用い
た。これらの電刷子を自動車用小形ブロワモータ
ーに取り付け、電圧12V、電流密度25A／cm²で
500時間使用し、磨耗量を比較した。実施例での
磨耗量が2.5mmであつたのに対して、比較例では
3.75mmであつた。実施例では、磨耗速度が2/3に
低下している。実施例３フエノール樹脂ワニスで処理した天然黒鉛粉72
％に、粒径500〜750μｍの硬化したフエノール樹
脂球状粒子（商品名ユニベツクスＣ、ユニチカ株
式会社製）28％を混合し、プレス成型後に700℃
で焼成して電刷子を得た。残留炭素量は63％で、
組成は黒鉛80.3％、球状の樹脂系炭素粒子19.7％
である。実施例４実施例３で用いたフエノール樹脂球状粒子を５
時間700℃に加熱し、炭素化して球状の炭素粒子
とした。この過程での残留炭素量は63％であつ
た。この炭素化粒子３％と、フエノール樹脂ワニ
スで処理した天然黒鉛粉97％とを混合し、成型後
に700℃で焼成し、電刷子とした。実施例５銅粉20％と、フエノール樹脂ワニスで処理した
天然黒鉛粉70％に、粒径100〜200μｍのフエノー
ル樹脂球状粒子（商品名ユニベツクスWA−Ｓ、
ユニチカ株式会社製）10％を混合し、成型後に
700℃で焼成して電刷子とした。残留炭素量から
換算した電刷子本体の組成は、銅21％、黒鉛72.5
％、球状炭素粒子6.5％である。実施例６銅粉20％と、フエノール樹脂ワニスで処理した
天然黒鉛粉70％に、粒径１〜20μｍの硬化したフ
エノール樹脂球状粒子（商品名ベルパールＲ−
900、鐘紡株式会社製）10％を混合し、成型後に
700℃で焼成して電刷子とした。残留炭素量から
換算した電刷子本体の組成は、銅20.8％、黒鉛
72.8％、樹脂系球状炭素粒子6.4％である。比較例１実施例３、４に対する比較例とし、フエノール
樹脂球状粒子を添加しなかつた他は、全く同様に
調製したものを、比較例１とした比較例２実施例５、６に対する比較例として、フエノー
ル樹脂球状粒子を無添加とした他は全く同様に調
製したものを比較例２とした。これらの電刷子ほ、自動車エンジンのガソリン
噴射ポンプ用モーターに組付け、電刷子をガソリ
ン中に浸漬した状態で使用した。モーターの使用
条件を、電圧12V、電流4.5Aとし、500時間駆動
した後の、電刷子の磨耗量を測定した。

【表】

【表】表１から明らかなように、熱硬化性樹脂の球状
粒子やこれを炭素化した球状粒子を加えると、電
刷子の磨耗量は1/10以下に減少する。このように
球状炭素化粒子の添加効果は、燃料噴射ポンプ用
モーター等の、液体燃料中に電刷子を浸漬して用
いる場合に特に著しい。そしてこの効果は、樹脂
の性状を、硬化、未硬化、炭素化のいずれとして
も得られる。更に樹脂の添加量を３〜28％の広い
範囲で変化させたが、いずれの添加量でも充分に
耐磨耗特性が向上している。［発明の効果］この発明では、黒鉛質、あるいは金属黒鉛質の
電刷子に対し、熱効果性樹脂の球状粒子もしくは
これを炭素化した球状粒子を加えて焼成すること
により、電刷子の耐磨耗特性を改善する。

Claims

【特許請求の範囲】１黒鉛質もしくは金属黒鉛質の電刷子本体を用
いた電刷子において、前記電刷子本体には、粒径１〜800μｍの熱硬
化性合成樹脂の球状粒子もしくはこれを炭素化し
た球状粒子を１〜30重量％添加し、焼成して炭素
化球状粒子を含有させたことを特徴とする電刷
子。