JPH1023717A - 電気機械用カーボンブラシ - Google Patents
電気機械用カーボンブラシInfo
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- JPH1023717A JPH1023717A JP19300896A JP19300896A JPH1023717A JP H1023717 A JPH1023717 A JP H1023717A JP 19300896 A JP19300896 A JP 19300896A JP 19300896 A JP19300896 A JP 19300896A JP H1023717 A JPH1023717 A JP H1023717A
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Landscapes
- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブラシの抵抗損と摩擦損とが小さくて整流性
能の優れた長寿命の電気機械用カーボンブラシを提供す
ること。 【解決手段】 カーボンを主原料とするブラシ基材１に
対して、主電流の流れる方向の全長に渡って１〜２００
μｍの厚さの高導電性金属層２を接合させることにより
構成した。
能の優れた長寿命の電気機械用カーボンブラシを提供す
ること。 【解決手段】 カーボンを主原料とするブラシ基材１に
対して、主電流の流れる方向の全長に渡って１〜２００
μｍの厚さの高導電性金属層２を接合させることにより
構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型モータ等に用
いられるカーボンを主原料とする電気機械用カーボンブ
ラシに関する。
いられるカーボンを主原料とする電気機械用カーボンブ
ラシに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電動モータの小型化、大容量化、
高出力化に伴い、小型ながら高入力に耐え、長寿命でモ
ータ出力或いはモータ効率を高めるカーボンブラシ（以
下、単に「ブラシ」と呼ぶこともある）が求められてい
る。かかる要求を満たすためには、ブラシ本体、付属品
や接触部等における電気抵抗による損失（抵抗損）とブ
ラシと整流子又はスリップリングとの間の摩擦による損
失（摩擦損）とを減少させ、かつ良好な整流性能を保持
し得るブラシを開発する必要がある。
高出力化に伴い、小型ながら高入力に耐え、長寿命でモ
ータ出力或いはモータ効率を高めるカーボンブラシ（以
下、単に「ブラシ」と呼ぶこともある）が求められてい
る。かかる要求を満たすためには、ブラシ本体、付属品
や接触部等における電気抵抗による損失（抵抗損）とブ
ラシと整流子又はスリップリングとの間の摩擦による損
失（摩擦損）とを減少させ、かつ良好な整流性能を保持
し得るブラシを開発する必要がある。
【０００３】従来の金属粉末と黒鉛粉末を混合、成形し
てから焼結させて造られる金属黒鉛質のカーボンブラシ
は、抵抗損の低減を目的として金属含有量を多くする
と、潤滑性や耐アーク性が悪くなり、カーボンブラシの
摩耗量が多くなるという問題がある。逆に、摩擦損の低
減を目的として金属含有量を減らした場合には、モータ
出力の低下や抵抗発熱によるブラシ温度の上昇を生ず
る。
てから焼結させて造られる金属黒鉛質のカーボンブラシ
は、抵抗損の低減を目的として金属含有量を多くする
と、潤滑性や耐アーク性が悪くなり、カーボンブラシの
摩耗量が多くなるという問題がある。逆に、摩擦損の低
減を目的として金属含有量を減らした場合には、モータ
出力の低下や抵抗発熱によるブラシ温度の上昇を生ず
る。
【０００４】かかる問題点を解決するために、金属短繊
維を用いるもの（例えば、特開平５−２３６７０８
号）、黒鉛粉末に銅メツキを施した鍍銅黒鉛を用いるカ
ーボンブラシ（例えば、特開平５−５１６０３号）、或
いは金属含有量の多い抵抗材質と金属含有量の少ない高
抵抗材質を一体成形したものを焼成して２層ブラシとし
たもの（例えば、特開平６−７０５１１号）が提案され
ている。しかし、これらのブラシによりブラシ抵抗率を
効果的に低下させるためには金属含有量を２０％以上に
する必要があり、金属含有量の削減に限界がある。一
方、微晶質炭素を原料として焼成までの工程を施し、さ
らに２５０℃以上の高温度に加熱して黒鉛結晶を発達さ
せて造られる電気黒鉛質のブラシの場合には、比較的抵
抗の少ない材質を得ることができるところ、熱処理を要
するために製造コストが高くなるという不都合がある。
維を用いるもの（例えば、特開平５−２３６７０８
号）、黒鉛粉末に銅メツキを施した鍍銅黒鉛を用いるカ
ーボンブラシ（例えば、特開平５−５１６０３号）、或
いは金属含有量の多い抵抗材質と金属含有量の少ない高
抵抗材質を一体成形したものを焼成して２層ブラシとし
たもの（例えば、特開平６−７０５１１号）が提案され
ている。しかし、これらのブラシによりブラシ抵抗率を
効果的に低下させるためには金属含有量を２０％以上に
する必要があり、金属含有量の削減に限界がある。一
方、微晶質炭素を原料として焼成までの工程を施し、さ
らに２５０℃以上の高温度に加熱して黒鉛結晶を発達さ
せて造られる電気黒鉛質のブラシの場合には、比較的抵
抗の少ない材質を得ることができるところ、熱処理を要
するために製造コストが高くなるという不都合がある。
【０００５】また、天然又は人造黒鉛と結合材を原料と
して焼成までの工程で造られる炭素黒鉛質や黒鉛粉末
を、熱硬化性合成樹脂を結合材として樹脂の硬化温度で
熱処理して造られる樹脂結合質のブラシは、整流時のリ
アクタンス電圧によって生ずる短絡電流をブラシと整流
子間の接触抵抗を大きくして減殺すること（抵抗整流）
により整流性能を向上させることができる。しかし、接
触抵抗を大きくすると電機子に印加される電圧が低下す
るので、モータ出力の低下が避けられない。従って、接
触抵抗の高いほど整流性能は向上するがモータ出力は低
下し、接触抵抗の低いほどモータ出力は向上するが整流
性能は低下する、という相反する問題点があった。さら
に、樹脂結合質のブラシは抵抗率が高く、抵抗損による
モータ効率の低下に加えて、抵抗発熱によるリード線や
それを固定するための銅粉の酸化及び結合材の熱劣化の
問題点も生じていた。
して焼成までの工程で造られる炭素黒鉛質や黒鉛粉末
を、熱硬化性合成樹脂を結合材として樹脂の硬化温度で
熱処理して造られる樹脂結合質のブラシは、整流時のリ
アクタンス電圧によって生ずる短絡電流をブラシと整流
子間の接触抵抗を大きくして減殺すること（抵抗整流）
により整流性能を向上させることができる。しかし、接
触抵抗を大きくすると電機子に印加される電圧が低下す
るので、モータ出力の低下が避けられない。従って、接
触抵抗の高いほど整流性能は向上するがモータ出力は低
下し、接触抵抗の低いほどモータ出力は向上するが整流
性能は低下する、という相反する問題点があった。さら
に、樹脂結合質のブラシは抵抗率が高く、抵抗損による
モータ効率の低下に加えて、抵抗発熱によるリード線や
それを固定するための銅粉の酸化及び結合材の熱劣化の
問題点も生じていた。
【０００６】これらの問題点を解決するために、ブラシ
基材の整流性能を低下させることなくブラシの抵抗損を
下げるブラシとして、ブラシに形成した貫通孔に導電性
粉末を埋め込んで固めたブラシ（例えば、特開平５−３
８０９９号）や、ブラシ基材の周囲全面にメッキによる
導電性金属の被覆を施したブラシ（例えば、特開平５−
１８２７３３号）が提案されている。かかる構成の樹脂
結合質ブラシは、整流性能に優れて長寿命であり、モー
タ効率の高いブラシを必要とする電気掃除機用モータに
多く使用されている。しかし、前者のブラシは導電性粉
末間の接触抵抗がブラシ抵抗率に影響する問題を生じ、
ブラシの摩擦損を低減するためには導電性粉末を詰める
孔径を小さくすることが望ましいが、孔径を小さくする
には限界がある。また、後者のブラシはメッキ膜の酸化
の問題やメッキ後に生ずる廃液を処理しなければならな
いという不都合がある。
基材の整流性能を低下させることなくブラシの抵抗損を
下げるブラシとして、ブラシに形成した貫通孔に導電性
粉末を埋め込んで固めたブラシ（例えば、特開平５−３
８０９９号）や、ブラシ基材の周囲全面にメッキによる
導電性金属の被覆を施したブラシ（例えば、特開平５−
１８２７３３号）が提案されている。かかる構成の樹脂
結合質ブラシは、整流性能に優れて長寿命であり、モー
タ効率の高いブラシを必要とする電気掃除機用モータに
多く使用されている。しかし、前者のブラシは導電性粉
末間の接触抵抗がブラシ抵抗率に影響する問題を生じ、
ブラシの摩擦損を低減するためには導電性粉末を詰める
孔径を小さくすることが望ましいが、孔径を小さくする
には限界がある。また、後者のブラシはメッキ膜の酸化
の問題やメッキ後に生ずる廃液を処理しなければならな
いという不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記した
従来技術の種々の問題点を解決するものであって、ブラ
シの抵抗損と摩擦損とが小さくて整流性能の優れた長寿
命の電気機械用カーボンブラシを提供することを目的と
する。
従来技術の種々の問題点を解決するものであって、ブラ
シの抵抗損と摩擦損とが小さくて整流性能の優れた長寿
命の電気機械用カーボンブラシを提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、カーボンを主原料とするブ
ラシ基材に対して、主電流の流れる方向の全長に渡って
１〜２００μｍの厚さの高導電性金属層を接合させるこ
とにより構成したことを特徴とする。
に請求項１に記載の発明は、カーボンを主原料とするブ
ラシ基材に対して、主電流の流れる方向の全長に渡って
１〜２００μｍの厚さの高導電性金属層を接合させるこ
とにより構成したことを特徴とする。
【０００９】同様の目的を達成するために請求項２に記
載の発明は、請求項１に記載の電気機械用カーボンブラ
シにおいて、前記高導電性金属層が金属箔であって、該
金属箔と前記ブラシ基材とを接着剤を介して接合させる
ことにより構成したことを特徴とする。
載の発明は、請求項１に記載の電気機械用カーボンブラ
シにおいて、前記高導電性金属層が金属箔であって、該
金属箔と前記ブラシ基材とを接着剤を介して接合させる
ことにより構成したことを特徴とする。
【００１０】同様の目的を達成するために請求項３に記
載の発明は、請求項１に記載の電気機械用カーボンブラ
シにおいて、前記高導電性金属層が直径０．０１〜０．
２ｍｍの素線からなる金属網であって、該金属網と前記
ブラシ基材とを接着剤を介して接合させることにより構
成したことを特徴とする。
載の発明は、請求項１に記載の電気機械用カーボンブラ
シにおいて、前記高導電性金属層が直径０．０１〜０．
２ｍｍの素線からなる金属網であって、該金属網と前記
ブラシ基材とを接着剤を介して接合させることにより構
成したことを特徴とする。
【００１１】同様の目的を達成するために請求項４に記
載の発明は、請求項１に記載の電気機械用カーボンブラ
シにおいて、前記高導電性金属層が金属をフィラーとす
る導電性接着剤からなることを特徴とする。
載の発明は、請求項１に記載の電気機械用カーボンブラ
シにおいて、前記高導電性金属層が金属をフィラーとす
る導電性接着剤からなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態例を
図面に基づいて説明する。図１は第１実施の形態例を示
す説明図、図２は第２実施の形態例を示す説明図、図３
は電圧降下法によるブラシの抵抗率の測定方法を示す説
明図、図４はリード線取付抵抗の測定方法を示す説明
図、図５は接触電圧降下の測定方法を示す説明図、図６
は電気掃除機用モータの風量に対するモータ効率を示す
グラフ、図７は第３実施の形態例を示す説明図、図８は
第４実施の形態例を示す説明図である。
図面に基づいて説明する。図１は第１実施の形態例を示
す説明図、図２は第２実施の形態例を示す説明図、図３
は電圧降下法によるブラシの抵抗率の測定方法を示す説
明図、図４はリード線取付抵抗の測定方法を示す説明
図、図５は接触電圧降下の測定方法を示す説明図、図６
は電気掃除機用モータの風量に対するモータ効率を示す
グラフ、図７は第３実施の形態例を示す説明図、図８は
第４実施の形態例を示す説明図である。
【００１３】図１、２において、１は電気黒鉛質、炭素
黒鉛質、樹脂結合質及び金属含有量の少ない金属黒鉛質
などのカーボンを主原料とするブラシ基材である。２は
主電流の流れる方向の全長に渡り、整流子の軸方向と同
一方向（図１）又は整流子の軸方向と直交する方向（図
２）に接着剤又は圧着成形により接合された１〜２００
μｍの厚さの高導電性金属層である。３は接着剤層、４
は前記ブラシ基材１の摺動面１ａと反対側の端部に、銅
粉により埋設して高導電性金属層２に接続されたリード
線である。
黒鉛質、樹脂結合質及び金属含有量の少ない金属黒鉛質
などのカーボンを主原料とするブラシ基材である。２は
主電流の流れる方向の全長に渡り、整流子の軸方向と同
一方向（図１）又は整流子の軸方向と直交する方向（図
２）に接着剤又は圧着成形により接合された１〜２００
μｍの厚さの高導電性金属層である。３は接着剤層、４
は前記ブラシ基材１の摺動面１ａと反対側の端部に、銅
粉により埋設して高導電性金属層２に接続されたリード
線である。
【００１４】上記高導電性金属層２を図１に示すように
設けたブラシ１０の場合には、高導電性金属層２の幅が
広くなり摺動面１ａの全体で接触することになるので、
ブラシ抵抗率が低くなりブラシの潤滑性が低くなる傾向
となる。他方、図２のブラシ１０の場合には、高導電性
金属層２の幅がより狭くなり該金属層２の厚さ部分が摺
動面１ａの一部となって接触することから、ブラシ抵抗
率が高くなりブラシの潤滑性が高くなる傾向となる。
設けたブラシ１０の場合には、高導電性金属層２の幅が
広くなり摺動面１ａの全体で接触することになるので、
ブラシ抵抗率が低くなりブラシの潤滑性が低くなる傾向
となる。他方、図２のブラシ１０の場合には、高導電性
金属層２の幅がより狭くなり該金属層２の厚さ部分が摺
動面１ａの一部となって接触することから、ブラシ抵抗
率が高くなりブラシの潤滑性が高くなる傾向となる。
【００１５】前記高導電性金属層２としては、銀、銅、
アルミニウム、鉄又はニッケル材料が好ましく、金属
箔、直径０．０１〜０．２ｍｍの素線からなる金属網、
金属をフィラーとする導電性接着剤を用いる。これらの
金属層２の厚さは、薄くなるほどブラシ抵抗率が低下し
にくく、厚くなるほど整流子等の表面を傷つけやすくな
って結果的にブラシ摩耗が大きくなる。このため、９〜
３５μｍ程度が好適であり、重量比でブラシ全体の１〜
２％程度とする。
アルミニウム、鉄又はニッケル材料が好ましく、金属
箔、直径０．０１〜０．２ｍｍの素線からなる金属網、
金属をフィラーとする導電性接着剤を用いる。これらの
金属層２の厚さは、薄くなるほどブラシ抵抗率が低下し
にくく、厚くなるほど整流子等の表面を傷つけやすくな
って結果的にブラシ摩耗が大きくなる。このため、９〜
３５μｍ程度が好適であり、重量比でブラシ全体の１〜
２％程度とする。
【００１６】ブラシ基材１と高導電性金属層２との接合
に用いる接着剤は、ブラシ抵抗率の低さの点から電気伝
導性のより高いものが望ましく、耐久性の点から接着強
度が大きく耐熱性に優れるものがよい。接着剤層３の厚
さは、１〜１０００μｍ程度まで設定することが可能で
あるところ、ブラシ基材１と高導電性金属層２との接触
抵抗や接着強度の点から１０〜５０μｍ程度が望まし
い。熱硬化性樹脂をバインダーとする導電性接着剤を用
いる場合には、上記高導電性金属層２の酸化を生じない
温度で加熱硬化を行うものとする。
に用いる接着剤は、ブラシ抵抗率の低さの点から電気伝
導性のより高いものが望ましく、耐久性の点から接着強
度が大きく耐熱性に優れるものがよい。接着剤層３の厚
さは、１〜１０００μｍ程度まで設定することが可能で
あるところ、ブラシ基材１と高導電性金属層２との接触
抵抗や接着強度の点から１０〜５０μｍ程度が望まし
い。熱硬化性樹脂をバインダーとする導電性接着剤を用
いる場合には、上記高導電性金属層２の酸化を生じない
温度で加熱硬化を行うものとする。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を比較例と共に
具体的に説明する。 （実施例１）平均粒径７０μｍの人造黒鉛粉７５重量％
に市販のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１８.５重量
％と硬化剤６.５重量％を加えて混練し、これを乾燥後
粉砕して３ｔ/cm2の圧力で成形し、ついで２００℃で熱
処理を施して樹脂結合質のブラシ基材（Ａ）を得た。
具体的に説明する。 （実施例１）平均粒径７０μｍの人造黒鉛粉７５重量％
に市販のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１８.５重量
％と硬化剤６.５重量％を加えて混練し、これを乾燥後
粉砕して３ｔ/cm2の圧力で成形し、ついで２００℃で熱
処理を施して樹脂結合質のブラシ基材（Ａ）を得た。
【００１８】平均粒径６μｍの人造黒鉛粉７７.５重量
％に市販のノボラック型フェノール樹脂２２.５重量％
を加えて混練し、これを乾燥後粉砕して３ｔ/cm2の圧力
で成形し、ついで非酸化性雰囲気にて４００℃で熱処理
を施して炭素黒鉛質のブラシ基材（Ｂ）を得た。
％に市販のノボラック型フェノール樹脂２２.５重量％
を加えて混練し、これを乾燥後粉砕して３ｔ/cm2の圧力
で成形し、ついで非酸化性雰囲気にて４００℃で熱処理
を施して炭素黒鉛質のブラシ基材（Ｂ）を得た。
【００１９】シュンク社（独国）製の材質（ＥＧ４９）
(製品名)を電気黒鉛質のブラシ基材（Ｃ）として用い
た。
(製品名)を電気黒鉛質のブラシ基材（Ｃ）として用い
た。
【００２０】上記３種類のブラシ基材（Ａ）■（Ｃ）を
裁断加工し、厚さ１８μｍの銅箔（ＣＦ-Ｔ９、福田金
属箔粉工業(株)社製）と２種類の導電性接着剤（Ａ１/
Ｃ１（銀フィラー）、Ａ３/Ｃ３（カーボンフィラ
ー）、藤倉化成(株)社製）を用いて図１及び図２に示す
形態の加工を行って供試ブラシを得た。これらの供試ブ
ラシは、大きさ６×８×３０ｍｍ、接着剤層の厚さ３０
〜４５μｍ、素線径０.０８ｍｍで構成素線数３×２７
からなるリード線を用いた。
裁断加工し、厚さ１８μｍの銅箔（ＣＦ-Ｔ９、福田金
属箔粉工業(株)社製）と２種類の導電性接着剤（Ａ１/
Ｃ１（銀フィラー）、Ａ３/Ｃ３（カーボンフィラ
ー）、藤倉化成(株)社製）を用いて図１及び図２に示す
形態の加工を行って供試ブラシを得た。これらの供試ブ
ラシは、大きさ６×８×３０ｍｍ、接着剤層の厚さ３０
〜４５μｍ、素線径０.０８ｍｍで構成素線数３×２７
からなるリード線を用いた。
【００２１】また、上記３種類のブラシ基材（Ａ）■
（Ｃ）のみで同一形状のブラシ（比較例I、II、III）を
作製した。
（Ｃ）のみで同一形状のブラシ（比較例I、II、III）を
作製した。
【００２２】（ブラシ抵抗率とリード線取付抵抗の測
定）上記構成になる１５種類の供試ブラシについて、図
３に示す測定方法により抵抗率を測定し、ブラシとリー
ド線の取り付け部に生ずる電気抵抗であるリード線取付
抵抗を炭素協会規格（JCS-12-1968）に記載された方法
（図４を参照）に準じて測定を行った。その結果を表１
に示す。
定）上記構成になる１５種類の供試ブラシについて、図
３に示す測定方法により抵抗率を測定し、ブラシとリー
ド線の取り付け部に生ずる電気抵抗であるリード線取付
抵抗を炭素協会規格（JCS-12-1968）に記載された方法
（図４を参照）に準じて測定を行った。その結果を表１
に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１の結果から明らかなように、本発明に
よる１２種類のブラシの各測定値は、比較例I、II、III
の何れよりも低い値となることが認められた。
よる１２種類のブラシの各測定値は、比較例I、II、III
の何れよりも低い値となることが認められた。
【００２５】（接触電圧降下の測定）ブラシとスリップ
リングとの接触面を通って電流が流れる時の接触抵抗に
よって生ずる電圧降下である接触電圧降下を図５に示す
方法により測定を行った。ただし、銅製スリップリング
の直径１００ｍｍ、周速１０ｍ/ｓ、ブラシ荷重３６０
ｇ/ｃｍ2、電流密度８Ａ/ｃｍ2で測定した。その結果を
表２に示す。
リングとの接触面を通って電流が流れる時の接触抵抗に
よって生ずる電圧降下である接触電圧降下を図５に示す
方法により測定を行った。ただし、銅製スリップリング
の直径１００ｍｍ、周速１０ｍ/ｓ、ブラシ荷重３６０
ｇ/ｃｍ2、電流密度８Ａ/ｃｍ2で測定した。その結果を
表２に示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】表２の結果から明らかなように、本発明に
よる４種類のブラシの各測定値は、比較例Iと比べて小
さいことが認められた。
よる４種類のブラシの各測定値は、比較例Iと比べて小
さいことが認められた。
【００２８】（実施例２）かさ比重１.４４ｇ/ｃｍ3、
ショア硬さＨ(ｓ)２１、抵抗率２７０００μΩｃｍ、曲
げ強さ１５０Ｋｇ/ｃｍ2の樹脂結合質のブラシ基材を裁
断加工し、厚さ１８μｍの銅箔（ＣＦ-Ｔ９）と導電性
接着剤（Ａ１/Ｃ１）を用いて図１及び図２に示す形態
の加工を行い、供試ブラシ（試料Ｎｏ.１６（図１の形
状）、試料Ｎｏ.１７（図２の形状））を得た。
ショア硬さＨ(ｓ)２１、抵抗率２７０００μΩｃｍ、曲
げ強さ１５０Ｋｇ/ｃｍ2の樹脂結合質のブラシ基材を裁
断加工し、厚さ１８μｍの銅箔（ＣＦ-Ｔ９）と導電性
接着剤（Ａ１/Ｃ１）を用いて図１及び図２に示す形態
の加工を行い、供試ブラシ（試料Ｎｏ.１６（図１の形
状）、試料Ｎｏ.１７（図２の形状））を得た。
【００２９】また、上記樹脂結合質のブラシ基材のみで
同一形状のブラシ（比較例IV）を作製した。
同一形状のブラシ（比較例IV）を作製した。
【００３０】（ブラシ温度の測定）電気掃除機用モータ
（入力１.３ｋｗ、１００ｖ）を３５分間運転し、停止
直後にブラシの整流子と接触する面から３ｍｍ離れた位
置で熱電対を用いてブラシ温度を測定した。
（入力１.３ｋｗ、１００ｖ）を３５分間運転し、停止
直後にブラシの整流子と接触する面から３ｍｍ離れた位
置で熱電対を用いてブラシ温度を測定した。
【００３１】その結果、試料Ｎｏ.１７ではブラシ温度
が１０６℃であったのに対し、比較例IVではブラシ温度
が１２６℃まで上昇し、２０℃の温度低下が確認され
た。
が１０６℃であったのに対し、比較例IVではブラシ温度
が１２６℃まで上昇し、２０℃の温度低下が確認され
た。
【００３２】（モータ効率とブラシ寿命の測定）モータ
効率は、ブラシに試料Ｎｏ.１７と比較例IVを用い、日
本工業規格（JISC9108-1992）に準じて電気掃除機用モ
ータ（入力１.３ｋｗ、１００ｖ）の入力と吸込仕事率
を測定し、それからモータ効率を以下に示す数式により
算出した。その結果を図６に示す。
効率は、ブラシに試料Ｎｏ.１７と比較例IVを用い、日
本工業規格（JISC9108-1992）に準じて電気掃除機用モ
ータ（入力１.３ｋｗ、１００ｖ）の入力と吸込仕事率
を測定し、それからモータ効率を以下に示す数式により
算出した。その結果を図６に示す。
【００３３】
【数１】
【００３４】図６の結果から明らかなように、試料Ｎ
ｏ.１７では比較例IVと比べてピーク位置で約２％の向
上が見られた。
ｏ.１７では比較例IVと比べてピーク位置で約２％の向
上が見られた。
【００３５】ブラシの寿命試験は、ブラシに試料Ｎｏ.
１６と比較例IVを用い、前記と同じモータを使用して１
００ｖにて直径１７ｍｍのオリフィスを付けた状態で連
続運転し、ブラシ摩耗率を測定した。その結果を表３に
示す。
１６と比較例IVを用い、前記と同じモータを使用して１
００ｖにて直径１７ｍｍのオリフィスを付けた状態で連
続運転し、ブラシ摩耗率を測定した。その結果を表３に
示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】表３の結果から明らかなように、試料Ｎ
ｏ.１６のブラシ摩耗率と比較例IVのものとは、ほぼ同
じであった。
ｏ.１６のブラシ摩耗率と比較例IVのものとは、ほぼ同
じであった。
【００３８】（実施例３）ブラシ基材（Ａ）と厚さ１８
μｍの銅箔（ＣＦ-Ｔ９）と導電性接着剤（Ａ１/Ｃ１）
を用いて図７の形状に加工したブラシ（試料Ｎｏ.１
８）、ブラシ基材（Ａ）と銅箔を用いず導電性接着剤
（Ａ１/Ｃ１）のみを用いて図８の形状に加工したブラ
シ（試料Ｎｏ.１９）を作製した。図３に示す測定方法
により、これらの抵抗率を測定した。その結果を比較例
Iと共に表４に示す。
μｍの銅箔（ＣＦ-Ｔ９）と導電性接着剤（Ａ１/Ｃ１）
を用いて図７の形状に加工したブラシ（試料Ｎｏ.１
８）、ブラシ基材（Ａ）と銅箔を用いず導電性接着剤
（Ａ１/Ｃ１）のみを用いて図８の形状に加工したブラ
シ（試料Ｎｏ.１９）を作製した。図３に示す測定方法
により、これらの抵抗率を測定した。その結果を比較例
Iと共に表４に示す。
【００３９】
【表４】
【００４０】表３の結果から明らかなように、試料Ｎ
ｏ.１８とＮｏ.１９の何れも比較例Iよりも低い抵抗率
を示した。
ｏ.１８とＮｏ.１９の何れも比較例Iよりも低い抵抗率
を示した。
【００４１】以上に示した測定結果から、本発明による
実施例においてブラシ本体の電気抵抗、リード線取付抵
抗及び接触電圧降下が低減したことが明らかである。こ
のことから、ブラシの抵抗損が低減してモータ効率が向
上し、ブラシ温度も低下する。また、試料Ｎｏ.１６の
ブラシ摩耗率が比較例IVと同等であることは、実施例の
ブラシが整流子等の相手部品の表面を傷めず、かつブラ
シ基材の整流性能を低下させないことを意味している。
実施例においてブラシ本体の電気抵抗、リード線取付抵
抗及び接触電圧降下が低減したことが明らかである。こ
のことから、ブラシの抵抗損が低減してモータ効率が向
上し、ブラシ温度も低下する。また、試料Ｎｏ.１６の
ブラシ摩耗率が比較例IVと同等であることは、実施例の
ブラシが整流子等の相手部品の表面を傷めず、かつブラ
シ基材の整流性能を低下させないことを意味している。
【００４２】さらに、表４の結果から、高導電性金属層
の積層位置が異なっても本発明の効果は認められた。し
かも、金属層に電気伝導性が高いものを用い、それとブ
ラシ基材間の接触抵抗を下げることにより目的とするブ
ラシを製造し得ることが確認された。
の積層位置が異なっても本発明の効果は認められた。し
かも、金属層に電気伝導性が高いものを用い、それとブ
ラシ基材間の接触抵抗を下げることにより目的とするブ
ラシを製造し得ることが確認された。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、ブラシの抵抗損を効果
的に低減することができることから、モータ効率が向上
し、しかもブラシの温度上昇を抑制することが可能とな
る。さらには、金属層を薄くすることにより、整流子や
スリップリングを損傷することがなく、優れた整流性能
を持ち長寿命であるという利点がある。
的に低減することができることから、モータ効率が向上
し、しかもブラシの温度上昇を抑制することが可能とな
る。さらには、金属層を薄くすることにより、整流子や
スリップリングを損傷することがなく、優れた整流性能
を持ち長寿命であるという利点がある。
【図１】第１実施の形態例を示す説明図
【図２】第２実施の形態例を示す説明図
【図３】電圧降下法によるブラシの抵抗率の測定方法を
示す説明図
示す説明図
【図４】リード線取付抵抗の測定方法を示す説明図
【図５】接触電圧降下の測定方法を示す説明図
【図６】電気掃除機用モータの風量に対するモータ効率
を示すグラフ
を示すグラフ
【図７】第３実施の形態例を示す説明図
【図８】第４実施の形態例を示す説明図
１０→電気機械用カーボンブラシ（ブラシ） １→ブラ
シ基材 ２→高導電性金属層 ３→接着剤層 ４→リード線
シ基材 ２→高導電性金属層 ３→接着剤層 ４→リード線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年９月１２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】近年、電動モータの小型化、大容量化、
高出力化に伴い、小型ながら高入力に耐え、長寿命でモ
ータ出力或いはモータ効率を高めるカーボンブラシ（以
下、単に「ブラシ」と呼ぶこともある）が求められてい
る。かかる要求を満たすためには、ブラシ本体、付属品
や接触部等における電気抵抗による損失（抵抗損）とブ
ラシと整流子又はスリップリングとの間の摩擦仕事によ
る損失（摩擦損）とを減少させ、かつ良好な整流性能を
保持し得るブラシを開発する必要がある。
高出力化に伴い、小型ながら高入力に耐え、長寿命でモ
ータ出力或いはモータ効率を高めるカーボンブラシ（以
下、単に「ブラシ」と呼ぶこともある）が求められてい
る。かかる要求を満たすためには、ブラシ本体、付属品
や接触部等における電気抵抗による損失（抵抗損）とブ
ラシと整流子又はスリップリングとの間の摩擦仕事によ
る損失（摩擦損）とを減少させ、かつ良好な整流性能を
保持し得るブラシを開発する必要がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】かかる問題点を解決するために、金属短繊
維を用いるもの（例えば、特開平５−２３６７０８
号）、黒鉛粉末に銅メツキを施した鍍銅黒鉛を用いるカ
ーボンブラシ（例えば、特開平５−５１６０３号）、或
いは金属含有量の多い低抵抗材質と金属含有量の少ない
高抵抗材質を一体成形したものを焼成して２層ブラシと
したもの（例えば、特開平６−７０５１１号）が提案さ
れている。しかし、これらのブラシによりブラシ抵抗率
を効果的に低下させるためには金属含有量を２０％以上
にする必要があり、金属含有量の削減に限界がある。一
方、微晶質炭素を原料として焼成までの工程を施し、さ
らに２５００℃以上の高温度に加熱して黒鉛結晶を発達
させて造られる電気黒鉛質のブラシの場合には、比較的
抵抗の低い材質を得ることができるところ、熱処理を要
するために製造コストが高くなるという不都合がある。
維を用いるもの（例えば、特開平５−２３６７０８
号）、黒鉛粉末に銅メツキを施した鍍銅黒鉛を用いるカ
ーボンブラシ（例えば、特開平５−５１６０３号）、或
いは金属含有量の多い低抵抗材質と金属含有量の少ない
高抵抗材質を一体成形したものを焼成して２層ブラシと
したもの（例えば、特開平６−７０５１１号）が提案さ
れている。しかし、これらのブラシによりブラシ抵抗率
を効果的に低下させるためには金属含有量を２０％以上
にする必要があり、金属含有量の削減に限界がある。一
方、微晶質炭素を原料として焼成までの工程を施し、さ
らに２５００℃以上の高温度に加熱して黒鉛結晶を発達
させて造られる電気黒鉛質のブラシの場合には、比較的
抵抗の低い材質を得ることができるところ、熱処理を要
するために製造コストが高くなるという不都合がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】また、天然又は人造黒鉛と結合材を原料と
して焼成までの工程で造られる炭素黒鉛質や黒鉛粉末を
熱硬化性合成樹脂を結合材として樹脂の硬化温度で熱処
理して造られる樹脂結合質のブラシは、整流時のリアク
タンス電圧によって生ずる短絡電流をブラシと整流子間
の接触抵抗を大きくして減殺すること（抵抗整流）によ
り整流性能を向上させることができる。しかし、接触抵
抗を大きくすると電機子に印加される電圧が低下するの
で、モータ出力の低下が避けられない。従って、接触抵
抗の高いほど整流性能は向上するがモータ出力は低下
し、接触抵抗の低いほどモータ出力は向上するが整流性
能は低下する、という相反する問題点があった。さら
に、樹脂結合質のブラシは抵抗率が高く、抵抗損による
モータ効率の低下に加えて、抵抗発熱によるリード線や
それを固定するための銅粉の酸化及び結合材の熱劣化の
問題点も生じていた。
して焼成までの工程で造られる炭素黒鉛質や黒鉛粉末を
熱硬化性合成樹脂を結合材として樹脂の硬化温度で熱処
理して造られる樹脂結合質のブラシは、整流時のリアク
タンス電圧によって生ずる短絡電流をブラシと整流子間
の接触抵抗を大きくして減殺すること（抵抗整流）によ
り整流性能を向上させることができる。しかし、接触抵
抗を大きくすると電機子に印加される電圧が低下するの
で、モータ出力の低下が避けられない。従って、接触抵
抗の高いほど整流性能は向上するがモータ出力は低下
し、接触抵抗の低いほどモータ出力は向上するが整流性
能は低下する、という相反する問題点があった。さら
に、樹脂結合質のブラシは抵抗率が高く、抵抗損による
モータ効率の低下に加えて、抵抗発熱によるリード線や
それを固定するための銅粉の酸化及び結合材の熱劣化の
問題点も生じていた。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】ブラシ基材１と高導電性金属層２との接合
に用いる接着剤は、ブラシ抵抗率の低さの点から電気伝
導性のより高いものが望ましく、耐久性の点から接着強
度が大きく耐熱性に優れるものがよい。接着剤層３の厚
さは、１〜１０００μｍ程度まで設定することが可能で
あるところ、ブラシ基材１と高導電性金属層２との間の
抵抗や接着強度の点から１０〜５０μｍ程度が望まし
い。熱硬化性樹脂をバインダーとする導電性接着剤を用
いる場合には、上記高導電性金属層２の酸化を生じない
温度で加熱硬化を行うものとする。
に用いる接着剤は、ブラシ抵抗率の低さの点から電気伝
導性のより高いものが望ましく、耐久性の点から接着強
度が大きく耐熱性に優れるものがよい。接着剤層３の厚
さは、１〜１０００μｍ程度まで設定することが可能で
あるところ、ブラシ基材１と高導電性金属層２との間の
抵抗や接着強度の点から１０〜５０μｍ程度が望まし
い。熱硬化性樹脂をバインダーとする導電性接着剤を用
いる場合には、上記高導電性金属層２の酸化を生じない
温度で加熱硬化を行うものとする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】（ブラシ抵抗率とリード線取付抵抗の測
定）上記構成になる１５種類の供試ブラシについて、図
３に示す測定方法により抵抗率を測定し、ブラシとリー
ド線の取り付け部に生ずる電気抵抗であるリード線取付
抵抗を炭素協会規格（ＪＣＡＳ−１２−１９６８）に記
載された方法（図４を参照）に準じて測定を行った。そ
の結果を表１に示す。
定）上記構成になる１５種類の供試ブラシについて、図
３に示す測定方法により抵抗率を測定し、ブラシとリー
ド線の取り付け部に生ずる電気抵抗であるリード線取付
抵抗を炭素協会規格（ＪＣＡＳ−１２−１９６８）に記
載された方法（図４を参照）に準じて測定を行った。そ
の結果を表１に示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】（接触電圧降下の測定）ブラシとスリップ
リングとの接触面を通って電流が流れる時の接触抵抗に
よって生ずる電圧降下である接触電圧降下を図５に示す
方法により測定を行った。ただし、銅製スリップリング
の直径１００ｍｍ、周速１０ｍ／ｓ、ブラシ圧力３６０
ｇ／ｃｍ２、電流密度８Ａ／ｃｍ２で測定した。その結
果を表２に示す。
リングとの接触面を通って電流が流れる時の接触抵抗に
よって生ずる電圧降下である接触電圧降下を図５に示す
方法により測定を行った。ただし、銅製スリップリング
の直径１００ｍｍ、周速１０ｍ／ｓ、ブラシ圧力３６０
ｇ／ｃｍ２、電流密度８Ａ／ｃｍ２で測定した。その結
果を表２に示す。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】（モータ効率とブラシ寿命の測定）モータ
効率は、ブラシに試料Ｎｏ．１７と比較例ＩＶを用い、
日本工業規格（ＪＩＳＣ９１０８−１９９２）に準じて
電気掃除機用モータ（入力１．３ｋｗ、１００ｖ）の入
力と空気力学的動力を測定し、それからモータ効率を以
下に示す数式により算出した。その結果を図６に示す。
効率は、ブラシに試料Ｎｏ．１７と比較例ＩＶを用い、
日本工業規格（ＪＩＳＣ９１０８−１９９２）に準じて
電気掃除機用モータ（入力１．３ｋｗ、１００ｖ）の入
力と空気力学的動力を測定し、それからモータ効率を以
下に示す数式により算出した。その結果を図６に示す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】表４の結果から明らかなように、試料Ｎ
ｏ．１８とＮｏ．１９の何れも比較例Ｉよりも低い抵抗
率を示した。
ｏ．１８とＮｏ．１９の何れも比較例Ｉよりも低い抵抗
率を示した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】さらに、表４の結果から、高導電性金属層
の積層位置が異なっても本発明の効果は認められた。し
かも、金属層に電気伝導性が高いものを用い、それとブ
ラシ基材間の抵抗を下げることにより目的とするブラシ
を製造し得ることが確認された。
の積層位置が異なっても本発明の効果は認められた。し
かも、金属層に電気伝導性が高いものを用い、それとブ
ラシ基材間の抵抗を下げることにより目的とするブラシ
を製造し得ることが確認された。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】
【数１】モータ効率（％）＝空気力学的動力（Ｗ）／入
力（Ｗ）×１００
力（Ｗ）×１００
Claims (4)
- 【請求項１】 カーボンを主原料とするブラシ基材に対
して、主電流の流れる方向の全長に渡って１〜２００μ
ｍの厚さの高導電性金属層を接合させることにより構成
したことを特徴とする電気機械用カーボンブラシ。 - 【請求項２】 前記高導電性金属層が金属箔であって、
該金属箔と前記ブラシ基材とを接着剤を介して接合させ
ることにより構成したことを特徴とする請求項１に記載
の電気機械用カーボンブラシ。 - 【請求項３】 前記高導電性金属層が直径０．０１〜
０．２ｍｍの素線からなる金属網であって、該金属網と
前記ブラシ基材とを接着剤を介して接合させることによ
り構成したことを特徴とする請求項１に記載の電気機械
用カーボンブラシ。 - 【請求項４】 前記高導電性金属層が金属をフィラーと
する導電性接着剤からなることを特徴とする請求項１に
記載の電気機械用カーボンブラシ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19300896A JPH1023717A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 電気機械用カーボンブラシ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19300896A JPH1023717A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 電気機械用カーボンブラシ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023717A true JPH1023717A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=16300671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19300896A Pending JPH1023717A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 電気機械用カーボンブラシ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1023717A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007159283A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Fuji Carbon Seizosho:Kk | 樹脂結合質カーボンブラシ |
| FR2972082A1 (fr) * | 2011-02-28 | 2012-08-31 | Mersen France Amiens Sas | Balai de contact |
| JP2018068004A (ja) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | 有限会社 ジャパンマグネット | 燃料ポンプ用ｄｃモータ及びカーボンブラシ |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP19300896A patent/JPH1023717A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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