WO2019107218A1 - 自動車電装用モータのブラシ - Google Patents

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    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/10—Connectors or connections adapted for particular applications for dynamoelectric machines

Definitions

  • the present invention relates to a brush for a motor for vehicle electrical system.
  • Abrasive particles such as SiO 2 or Al 2 O 3 are added to the motor brush in order to remove the oxide film generated by contact with the commutator.
  • a sliding noise of the brush may be generated from the motor.
  • the distance from the motor to the occupant is short and the sliding noise is reflected in the vehicle interior, so the sliding noise from the motor makes the occupant feel uncomfortable.
  • the sliding noise of the brush becomes larger.
  • Patent Document 1 JP 6106667 B discloses, regarding a brush of a motor of a washing machine or a motor of a power tool, impregnating the brush with a suspension composed of a petroleum-based solvent and a fat and oil. According to Patent Document 1, when the motor is operated, the oil moves to the sliding surface between the brush and the commutator, and acts as a lubricant to reduce sliding noise.
  • Patent Document 2 JP2003-347006A discloses that a metal-graphite brush of a motor contains Al2O3 as an abrasive. There is no description of the type of motor and no description on the sliding noise of the brush. However, Patent Document 2 describes that in addition to alumina, silica, iron oxide, titanium oxide, zirconia, boron nitride, silicon carbide, tungsten carbide, coke, and mesophase carbon are preferable as an abrasive. However, specific data on abrasives other than alumina are not described.
  • Patent Document 3 JP 2000-197315 A discloses adding SiC, SiO 2 or Al 2 O 3 as an abrasive to a brush. The application of the brush is a motor of an electric machine such as a vacuum cleaner and a power tool.
  • the subject of the present invention is a
  • An object of the present invention is to reduce the sliding noise of a brush in a motor for motor vehicle electrical system.
  • the brush of the motor for automobile electrical system contains carbon and an abrasive having a Vickers hardness of 10 GPa to 14 GPa in the brush body.
  • the brush body is a member that slides on the commutator, and is a portion of the brush from which lead wires and the like are removed.
  • the inventor has found that the hardness of the abrasive and the sliding noise are related. That is, when the hardness of the abrasive was 10 GPa or more and 14 GPa or less in Vickers hardness, the sliding noise of the brush became smaller (Table 3).
  • abrasive materials with Vickers hardness of 10 GPa to 14 GPa for example, AlN (Vickers hardness 10.4 Gpa), 3Al 2 O 3 ⁇ 2 SiO 2 (Mullite: Vickers hardness 10.8 Gpa), ZrO 2 (Vickers hardness 12.5 Gpa), Si 3 N 4 (Vickers hardness 14.0 Gpa)
  • the sliding noise of the brush by reducing the sliding noise of the brush, the quietness of the cabin of the automobile can be improved.
  • the brush body contains the abrasive at a concentration of 0.1 wt% to 2.0 wt%, more preferably at a concentration of 0.3 wt% to 1.0 wt%.
  • the sliding noise can be further reduced by setting the abrasive concentration to 0.1 wt% or more.
  • the abrasive concentration By setting the abrasive concentration to 2.0 wt% or less, the amount of wear of the brush can be reduced. Since the sliding noise is particularly small when the abrasive concentration is about 0.5 wt%, it is more preferable to set the abrasive concentration to 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less.
  • the brush body contains a metal
  • the weight ratio of carbon to metal is 90:10 or less 40:60 or more, more preferably 85:15 or less 60:40 or more.
  • the metal is, for example, a copper alloy such as copper or brass, silver, tin or the like.
  • the abrasive is ZrO2. As shown in Table 3, when ZrO 2 is used, the sliding noise of the brush can be minimized, and the amount of wear is also within the allowable range.
  • the average particle diameter of ZrO 2 is 30 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, when the maximum Feret diameter defined in JIS Z 882 7-1: 208 is the particle diameter of ZrO 2 particles.
  • Table 6 when the average particle size of ZrO 2 exceeds 30 ⁇ m, the amount of wear of the brush increases.
  • the average particle diameter is 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, sliding noise and wear amount of the brush can be reduced.
  • Photograph showing the particle size measurement method of abrasives with the brush of the example Side view of the brush of the embodiment It is a graph which shows the roundness of the commutator after sliding with a brush, (A) is roundness after sliding with the brush of Example 1, (B) is sliding with the brush of Comparative Example 1 Indicates the later roundness.
  • Scale-like natural graphite having an average particle size of 50 ⁇ m, an abrasive such as ZrO 2 (Vickers hardness 12.3 Gpa), MoS 2 (average particle size 2.5 ⁇ m, content in brush 0.5 wt%) of solid lubricant, and phenol resin resin A binder (content 5 wt% in brush in carbon conversion) was uniformly kneaded by a mixer, and pulverized so as to pass through a 32 mesh sieve to obtain a resin-treated graphite powder. An electrolytic copper powder with an average particle diameter of 30 ⁇ m was added to the obtained resin-treated graphite powder, and mixing was performed with a V-type mixer until uniform, to obtain a material of the brush body.
  • an abrasive such as ZrO 2 (Vickers hardness 12.3 Gpa), MoS 2 (average particle size 2.5 ⁇ m, content in brush 0.5 wt%) of solid lubricant, and phenol resin resin A binder (content 5 wt%
  • the material of the obtained brush body was molded at a pressure of 0.20 MPa, and was fired in a predetermined atmosphere to form a brush of a motor for automobile electrical equipment with a lead wire.
  • the phenolic resin binder was converted to carbon.
  • a brush was prepared using 3Al2O3.2SiO2 (mullite: Vickers hardness 10.8 Gpa) or Si3 N4 (silicon nitride: Vickers hardness 14.0 Gpa) .
  • the brush using SiC (Vickers hardness 23.0 Gpa), Al2O3 (Vickers hardness 15.2 Gpa), or SiO2 (Vickers hardness 9.0 Gpa) was created as a comparative example.
  • the composition and production conditions of the brush are common except that the type, particle size and content of the abrasive differ.
  • the metal powder instead of electrolytic copper powder, copper powder such as atomized copper powder, silver powder, brass powder, tin powder, or a mixture thereof may be used, and the kind and average particle diameter of the metal powder are arbitrary. .
  • the type and average particle size of the graphite are arbitrary, and the type and content of the binder are arbitrary, and PEEK (polyether ether ketone), PPS (polyphenylene sulfide) or the like may be used instead of the phenol resin.
  • the total content of graphite and carbon derived from a binder is shown as the carbon content.
  • the brush may contain components other than carbon, metals, abrasives and solid lubricants.
  • the average particle size of the components other than the abrasive is a value at the time of powder measured by a laser light scattering method.
  • the average particle size of the abrasive is measured by cutting the brush, embedding it in the resin, and polishing the resin surface.
  • the surface is observed with a SEM (scanning electron microscope, for example, S-300N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and the abrasive particles are attached to the SEM EDX (energy dispersive X-ray analyzer, for example, manufactured by Horiba, Ltd.) Observe with EMAX ENERGY EX-250), and confirm the abrasive particle.
  • the maximum value of the distance between the parallel lines (maximum Feret diameter) when the abrasive particles are sandwiched between two parallel lines is determined, and this value is defined as the particle size.
  • the maximum Feret diameter of 100 abrasive particles is measured, and the arithmetic mean is taken as the average particle diameter of the abrasive.
  • the maximum Feret diameter is defined in JIS Z8827-1: 2008 as described above.
  • FIG. 1 shows two SEM images and an EDX image when the average particle diameter of ZrO 2 was measured using the brush of the optimum embodiment (embodiment 1).
  • the maximum Feret diameter is used because, in order to measure the average particle size in a brush, a laser light scattering method or the like is not suitable.
  • the minimum Feret's diameter is also a problem when considering the size of abrasive particles.
  • the action as an abrasive is determined by the maximum Feret diameter rather than the minimum Feret diameter and the like.
  • the maximum Feret diameter was taken as the particle diameter of the abrasive particles.
  • the maximum Feret diameters at the upper right of FIG. 1 are 8.35 ⁇ m and 8.38 ⁇ m, and those at the lower right are 8.84 ⁇ m, 6.24 ⁇ m, and 9.10 ⁇ m.
  • FIG. 2 shows a brush 2 of a motor for motor vehicle electrical system, a lead wire 8 is attached to the brush body 4, and a sliding surface 6 contacts the commutator 10 of the motor.
  • the brush 2 may be a multilayer brush such as a two-layer brush or a three-layer brush, in which case at least one layer, preferably each layer may be included in the present invention.
  • the brushes of Examples and Comparative Examples were evaluated as follows. First, the resistivity of the brush was measured. Subsequently, the brush was incorporated into a motor for automobile electrical system and operated for 200 hours. Thereafter, the motor was operated in a quiet room, and the noise from the motor was measured by a noise meter. Furthermore, the brush and the commutator were taken out from the motor, and the wear amount of the brush was measured, and the roundness of the commutator outer circumference was measured. Conditions such as ambient temperature, degree of air flow, and motor operating voltage in 200 hours of operation are common to each brush, and measurement conditions by a sound level meter are also common to each brush. The results are shown in Tables 1 and 2, the total amount of carbon derived from the graphite and the binder is shown as carbon, and the content of MoS2 is constant at 0.5 wt%.
  • the relationship between the Vickers hardness of the abrasive and the noise level is extracted from Tables 1 and 2 and is shown in Table 3. Moreover, below, the unit of Vickers hardness is GPa. As is clear from Table 3, the noise level is related to the Vickers hardness of the abrasive material, and the noise level is reduced when the Vickers hardness is 10 or more and 14 or less. And the best results were obtained with ZrO2 with a Vickers hardness of 12.5. The noise level and the amount of abrasion in AlN (aluminum nitride: Vickers hardness 10.4 Gpa) were similar to 3Al2O3.2SiO2 (mullite: Vickers hardness 10.8 Gpa).
  • the relationship between the content of the abrasive (ZrO 2) and the average particle diameter, the noise level and the amount of wear is extracted from Tables 1 and 2 and is shown in Table 4.
  • Table 4 samples having similar average particle sizes were extracted.
  • ZrO 2 was used as the abrasive
  • the noise level was lower than in Comparative Examples 1 to 3 (Vickers hardness is less than 10 or more than 14) regardless of the content.
  • the ZrO2 content is 0.2 wt%, 0.5 wt%, or 1.8 wt%, sufficient noise reduction can be obtained, the wear amount is small, and when the ZrO2 content is 0.5 wt%, the best performance can be obtained.
  • the content of the abrasive is preferably 0.1 wt% or more and 2.0 wt% or less, more preferably 0.2 wt% or more and 1.8 wt% or less, and most preferably 0.3 wt% or more and 1.0 wt% or less.
  • Table 4 Abrasive material (ZrO2) content and average particle size, noise level and wear amount
  • Example 3 ZrO2 0.2 wt% 9.2 ⁇ m 58 dB 0.78 mm
  • Example 1 ZrO 2 0.5 wt% 9.3 ⁇ m 50 dB 0.8 mm
  • Example 2 ZrO 2 1.8 wt% 8.5 ⁇ m 53 dB 0.85 mm
  • the brushes in which the content ratio of ZrO 2 was fixed to 0.5 wt% and the weight ratio of metal to graphite was changed were extracted from Tables 1 and 2.
  • the noise level and the amount of wear of the weight ratio of metal to graphite and the influence on the resistivity are shown in Table 5.
  • the weight ratio of carbon: metal is preferably 40:60 or more at 90:10 or less, particularly 40:85:15 or less. Preferably 60 or more.
  • Example 8 84 15 15.2 ⁇ m 52 dB 0.8 mm 1500 ⁇ ⁇ cm
  • the relationship between the average particle diameter of ZrO 2 and the noise level and the amount of wear of the brush is extracted from Tables 1 and 2 and is shown in Table 6.
  • the ZrO2 content is 0.5 wt% in all cases.
  • the noise level is smallest when the average particle size is 9.3 ⁇ m (Example 1), and the noise level and the amount of brush wear increase when the average particle size is 22 ⁇ m (Example 4). Further, at 4.5 ⁇ m (Example 5), although the amount of wear is small, the noise level becomes large. Therefore, although not particularly limited, the average particle diameter of ZrO 2 is preferably 30 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the average particle diameter is preferably 30 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • Table 6 Average particle size, noise level and amount of wear of ZrO2 Example 5 4.5 ⁇ m 58 dB 0.6 mm Example 1 9.3 ⁇ m 50 dB 0.8 mm Example 4 22 ⁇ m 55 dB 0.88 mm
  • the roundness of the commutator surface after 200 hours of operation was measured using a roundness and cylindrical shape measuring machine (Roundtest RA-2000) manufactured by Mitutoyo Co., Ltd. and analyzed using the analysis software (Roundpak-F2000 Ver. 4) of the same company. .
  • the roundness is shown in FIGS. 3A and 3B, and the deviation of the surface of the commutator from the true circle is developed.
  • (A) shows the result in Example 1
  • (B) shows the result in Comparative Example 1.
  • the vertical axis indicates the deviation from a true circle, and the unit is ⁇ m.
  • the downward spikes are undercuts of the commutator and have no meaning.
  • the deviation from the true circle (the vertical axis is 0.00) is small, and in the comparative example, the deviation is large.
  • the fact that the data changes rapidly from a true circle means that there is a chip on the surface of the commutator, and this chip mainly corresponds to spark discharge, and indicates that the surface of the commutator is worn unevenly.
  • Tables 1 and 2 show the roundness after 200 hours in three stages of good ((), somewhat good ((), and bad ( ⁇ ).
  • motor for motor car interior such as motor for power window, motor for power seat, blower motor etc., or motor for wiper arranged on the cabin side of engine room of car, noise reduction is especially important. It is suitable for the brush of the present invention.
  • motors are motors disposed in or around the cabin of a car.
  • a motor for an automobile interior which is disposed in a vehicle compartment of a car, for example, the above-mentioned motor for a power window, a motor for a power seat, and a blower motor are particularly suitable for the brush of the present invention.
  • the brush may contain components other than what was shown in the Example.

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Abstract

自動車電装用モータのブラシは、ブラシ本体に、カーボンとビッカース硬度が10GPa以上14GPa以下の削摩材とを含有する。自動車電装用モータのブラシでの、ブラシの摺動音を小さくする。

Description

自動車電装用モータのブラシ
　この発明は自動車電装用モータのブラシに関する。
　モータのブラシには、コンミュテータとの接触で生じる酸化被膜を除去するため、SiO2あるいはAl2O3等の削摩材粒子が添加されている。しかしながら、酸化被膜を除去するために削摩材をブラシに含有させると、モータからブラシの摺動音が発生する場合がある。特に、自動車電装用モータのブラシでは、モータから乗員までの距離が小さくかつ車室内で摺動音が反響するので、モータからの摺動音が乗員に不快感を感じさせる。また一般にブラシ温度が高いほど、ブラシの摺動音が大きくなる。
　関連する先行技術を示す。特許文献１（JP6106667B）は洗濯機のモータ、あるいは電動工具のモータのブラシに関して、石油系溶剤と油脂とから成る懸濁液をブラシに含浸させることを開示している。特許文献１によると、モータの作動時に油脂はブラシとコンミュテータとの摺動面に移行し、潤滑剤として作用することにより、摺動音を低減させる。
　特許文献２（JP2003-347006A）は、モータの金属黒鉛質ブラシに、削摩材としてAl2O3を含有させることを開示している。モータの種類の記載は無く、またブラシの摺動音に関する記載もない。しかしながら特許文献２は、アルミナの他に、削摩材としてシリカ、酸化鉄、酸化チタン、ジルコニア、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化タングステン、コークス、メソフェーズカーボンが好ましいことを記載している。ただしアルミナ以外の削摩材についての具体的なデータは記載されていない。特許文献３（JP2000-197315A）はブラシに削摩材として、SiC,SiO2,またはAl2O3を添加することを開示している。ブラシの用途は電気掃除機、電動工具等の電気機械のモータである。 
JP6106667B JP2003-347006A JP2000-197315A
　この発明の課題は、
　この発明の課題は、自動車電装用モータのブラシでの、ブラシの摺動音を小さくすることにある。
　この発明の自動車電装用モータのブラシは、カーボンと、ビッカース硬度が10GPa以上14GPa以下の削摩材とをブラシ本体中に含有する。なおブラシ本体はコンミュテータと摺動する部材であり、ブラシからリード線等を除いた部分である。　
　発明者は、削摩材の硬度と摺動音とが関係することを見出した。即ち、削摩材の硬度をビッカース硬度で10GPa以上14GPa以下にすると、ブラシの摺動音が小さくなった（表３）。ビッカース硬度で10GPa以上14GPa以下の削摩材には、例えばAlN（ビッカース硬度10.4Gpa）、3Al2O3・2SiO2（ムライト：ビッカース硬度10.8Gpa）、ZrO2（ビッカース硬度12.5Gpa）、Si3N4（ビッカース硬度14.0Gpa）がある。この発明では、ブラシの摺動音を小さくすることにより、自動車の車室の静音性を向上させることができる。
　好ましくは、ブラシ本体は削摩材を0.1wt%以上2.0wt%以下の濃度で含有し、より好ましくは0.3wt%以上1.0wt%以下の濃度で含有する。表４に示すように、削摩材濃度を0.1wt%以上とすることにより、摺動音をより小さくできる。そして削摩材濃度を2.0wt%以下とすることにより、ブラシの摩耗量を小さくできる。摺動音は削摩材濃度が0.5wt%程度で特に小さくなるので、削摩材濃度を0.3wt%以上1.0wt%以下とすることがより好ましい。
　また好ましくは、ブラシ本体が金属を含有し、かつカーボンと金属の重量比が90:10以下40:60以上で、より好ましくは85:15以下60:40以上とする。なお金属は例えば銅、黄銅等の銅合金、銀、錫等とする。カーボンと金属の重量比を90:10以下、特に85:15以下とすることにより、ブラシの摩耗量を小さくできる。またカーボンと金属の重量比を40:60以上とすることによりブラシの摺動音を小さくでき、カーボンと金属の重量比を60:40以上とすることにより、ブラシの摺動音をさらに小さくできる（表５参照）。
　特に好ましくは、削摩材はZrO2である。表３に示すように、ZrO2を用いるとブラシの摺動音をもっとも小さくでき、かつ摩耗量も許容範囲内にある。
　好ましくは、JIS Z8827-1:208 で規定される最大フェレー径をZrO2粒子の粒径とした際の、ZrO2の平均粒径を30μm以下とし、より好ましくは5μm以上20μm以下とする。表６に示すように、ZrO2の平均粒径が30μmを越えるとブラシの摩耗量が増加する。また平均粒径を5μm以上20μm以下とすると、ブラシの摺動音も摩耗量も小さくできる。なお粒径として最大フェレー径（ZrO2粒子を2本の平行線で挟んだときの平行線の間隔の最大値）を用いるのは、削摩材としての作用が、削摩材粒子の長径を表す最大フェレー径に依存すると考えられるためである。
実施例のブラシでの削摩材の粒径測定法を示す写真 実施例のブラシの側面図 ブラシとの摺動後のコンミュテータの真円度を示すグラフで、(A)は実施例１のブラシとの摺動後の真円度を、(B)は比較例１のブラシとの摺動後の真円度を示す。
　以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。本発明は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、かつ実施例に当業者に公知の事項を加えて変形できる。
　平均粒径が50μmの鱗片状天然黒鉛、ZrO2（ビッカース硬度12.3Gpa）等の削摩材、固体潤滑剤のMoS2（平均粒径2.5μm、ブラシ中の含有量0.5wt%）、及びフェノール樹脂レジンバインダー（カーボン換算でブラシ中の含有量5wt%）をミキサーで均一に混練し、32メッシュの篩いを通るように粉砕し、樹脂処理済み黒鉛粉体とした。得られた樹脂処理済み黒鉛粉体に平均粒径30μmの電解銅粉を加え、V型混合機で均一になるまで混合することにより、ブラシ本体の材料とした。得られたブラシ本体の材料を0.20MPaの圧力で成型し、所定雰囲気中で焼成し、リード線付きの自動車電装用モータのブラシとした。焼成により、フェノール樹脂レジンバインダーはカーボンに転化した。ZrO2の平均粒径及び含有量を変化させると共に、ZrO2以外の実施例として、3Al2O3・２SiO2（ムライト：ビッカース硬度10.8Gpa）,あるいはSi3N4（窒化珪素：ビッカース硬度14.0Gpa）を用いたブラシを作成した。また比較例として、SiC（ビッカース硬度23.0Gpa）,Al2O3（ビッカース硬度15.2Gpa）,あるいはSiO2（ビッカース硬度9.0Gpa）を用いたブラシを作成した。ブラシの組成及び製造条件は、削摩材の種類と粒径及び含有量が異なる他は、共通である。
　金属粉として、電解銅粉の代わりにアトマイズド銅粉、銀粉、黄銅粉等の銅合金粉、錫粉、あるいはこれらの混合物等を用いても良く、金属粉の種類及び平均粒径は任意である。黒鉛の種類及び平均粒径は任意、バインダーの種類及び含有量は任意で、フェノール樹脂の代わりにPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）、PPS（ポリフェニレンサルファイド）等を用いても良い。なお黒鉛とバインダー由来のカーボンの合計含有量をカーボン含有量として示す。またMoS2の代わりにWS2等の他の固体潤滑剤を用いても良く、固体潤滑剤の有無、含有量、種類、及び平均粒径は任意である。さらにブラシは、カーボン、金属、削摩材、固体潤滑剤以外の成分を含んでいても良い。削摩材以外の成分の平均粒径は、レーザ光散乱法により測定した粉体の時点での値である。
　削摩材の平均粒径は、ブラシを切断し、樹脂中に包埋し、樹脂表面を研磨して測定する。測定では、SEM（走査型電子顕微鏡、例えば日立ハイテクノロジーズ製のS-300N）により表面を観察し、削摩材粒子をSEMに取り付けたEDX（エネルギー分散型X線分析装置、例えば堀場製作所製のEMAX ENERGY EX-250）により観察し、削摩材の粒子を確認する。そしてSEM画像から、削摩材粒子を2本の平行線で挟んだときの平行線の間隔の最大値（最大フェレー径）を求め、この値を粒径とする。100個の削摩材粒子の最大フェレー径を測定し、その算術平均を削摩材の平均粒径とする。なお最大フェレー径は、前記の通りJIS Z8827-1:2008に規定されている。
　図１に、最適実施例（実施例１）のブラシを用い、ZrO2の平均粒径を測定した際の、2箇所のSEM画像とEDX画像とを示す。最大フェレー径を用いるのは、ブラシ中での平均粒径を測定するためには、レーザー光散乱法等は不適だからである。また削摩材粒子のサイズを考える上では、最大フェレー径の他に最小フェレー径等も問題になる。しかし削摩材としての作用は、最小フェレー径等よりも、最大フェレー径で定まる。即ち削摩材粒子に長径と短径とがある場合、削摩作用は短径よりも長径に依存しやすい。このため、最大フェレー径を削摩材粒子の粒径とした。なお図１の右上での最大フェレー径は8.35μmと8.38μm、右下での最大フェレー径は8.84μm，6.24μm，9.10μmである。
　図２は自動車電装用モータのブラシ2を示し、ブラシ本体4にリード線8が取り付けられ、摺動面6でモータのコンミュテータ10に接触する。ブラシ2は、2層ブラシ、3層ブラシ等の多層ブラシでも良く、その場合、少なくともいずれかの層が、好ましくは各層がこの発明に含まれていればよい。
　実施例及び比較例のブラシを、以下のようにして評価した。先ずブラシの抵抗率を測定した。次いでブラシを自動車電装用モータに組み込み、200時間動作させた。その後、モータを静音室内で動作させ、騒音計によりモータからの騒音を測定した。さらにモータからブラシとコンミュテータを取り出し、ブラシの摩耗量を測定すると共に、コンミュテータ外周の真円度を測定した。200時間の動作での周囲温度、気流の程度、モータの動作電圧等の条件は各ブラシに対し共通で、騒音計による測定条件も各ブラシに対し共通である。結果を表１，表２に示し、黒鉛とバインダー由来のカーボンの合計量をカーボンとして示し、MoS2の含有量は0.5wt%で一定である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　削摩材のビッカース硬度と騒音レベル（モータからのブラシの摺動音）との関係を表１，表２から抽出し、表３に示す。また以下で、ビッカース硬度の単位はGPaである。表３から明らかなように、騒音レベルは削摩材のビッカース硬度と関係し、ビッカース硬度が10以上14以下で騒音レベルが小さくなった。そしてビッカース硬度が12.5のZrO2で最良の結果が得られた。なおAlN（窒化アルミニウム：ビッカース硬度10.4Gpa）での騒音レベルと摩耗量は、3Al2O3・2SiO2（ムライト：ビッカース硬度10.8Gpa）に類似であった。
表３
 　　　　　削摩材のビッカース硬度と、騒音レベル及びブラシの摩耗量
比較例２　　SiO2　　　　　　硬度8.7　 　65dB　 　　0.8mm
実施例６　　3Al2O3・2SiO2　 硬度10.8　　56dB　 　　0.85mm
実施例１　　ZrO2　　　　　　硬度12.5　　50dB　　 　0.8mm
実施例９　　Si3N4　　　　　 硬度14.0　　58dB　 　　0.85mm
比較例３　　Al2O3　　　　　 硬度15.2　　66dB 　　　0.92mm
比較例１　　SiC　　　　　　 硬度23.0　　70dB 　　　0.95mm
　
　削摩材（ZrO2）の含有量と平均粒径、騒音レベル及び摩耗量の関係を表１，表２から抽出し、表４に示す。なお表４では平均粒径が類似の試料を抽出した。ZrO2を削摩材とすると、その含有量によらず、比較例１～３（ビッカース硬度が10未満又は14超）よりも、騒音レベルは低くなった。そしてZrO2含有量が0.2wt%、0.5wt%、1.8wt%のいずれでも充分な静音性が得られかつ摩耗量も小さく、ZrO2含有量が0.5wt%で最高の性能が得られた。これらのことから、削摩材の含有量は0.1wt%以上2.0wt%以下が好ましく、より好ましくは0.2wt%以上1.8wt%以下とし、もっとも好ましくは0.3wt%以上1.0wt%以下とする。
表４
　　　　削摩材（ZrO2）の含有量と平均粒径、騒音レベル及び摩耗量
実施例３　　　ZrO2　0.2wt%　　　9.2μm　　58dB　　　　0.78mm　
実施例１　　　ZrO2　0.5wt%　　　9.3μm　　50dB　　　　0.8mm　 
実施例２　　　ZrO2　1.8wt%　　　8.5μm　　53dB　　　　0.85mm　
　
　ZrO2の含有量を0.5wt%に固定し、金属と黒鉛との重量比を変化させたブラシを表１，表２から抽出した。金属と黒鉛との重量比の騒音レベルと摩耗量、及び抵抗率への影響を表５に示す。表５から明らかなように、騒音レベルと摩耗量を最適化するためには、カーボン：金属の重量比が90:10以下で40:60以上であることが好ましく、特に85:15以下で40:60以上であることが好ましい。
表５
カーボン／金属の重量比とZrO2の平均粒径，騒音レベル,摩耗量及び抵抗率
実施例８　　　84:15　　　15.2μm　　52dB　　　0.8mm　　1500μΩ・cm
実施例１　　　76:23　　　 9.3μm　　50dB　　　0.8mm　　 630μΩ・cm
実施例７　　　51:48　　　 7.8μm　　58dB　　　0.7mm　　 100μΩ・cm
　
　ZrO2の平均粒径と騒音レベル及びブラシの摩耗量の関係を表１，表２から抽出し、表６に示す。なおZrO2含有量はいずれも0.5wt%である。平均粒径が9.3μm（実施例１）で騒音レベルは最も小さく、平均粒径が22μｍ（実施例４）では騒音レベルとブラシ摩耗量が増す。また4.5μｍ（実施例５）では、摩耗量が小さいが、騒音レベルが大きくなる。そこで特に限定するものではないが、ZrO2の平均粒径は30μｍ以下が好ましく、特に5μm以上20μm以下が好ましい。なおビッカース硬度を10以上14以下の範囲に制限すると、3Al2O3・2SiO2（実施例６　ビッカース硬度10.8）、Si3N4（実施例９　ビッカース硬度14.0）に対しても、平均粒径が同じであればその挙動も類似するはずである。従って平均粒径は30μｍ以下が好ましく、特に5μm以上20μm以下が好ましい。
表６
　　　　　ZrO2の平均粒径と騒音レベル及び摩耗量　
実施例５　　　4.5μm 　　　58dB　　　0.6mm
実施例１　　　9.3μm　　　 50dB　　　0.8mm　
実施例４　　 22μm 　　　　55dB　　　0.88mm
　
　ブラシとの摺動によりコンミュテータ表面が偏った摩耗をすると、コンミュテータ表面の真円度が悪化し、ブラシ音が大きくなる。200時間動作後のコンミュテータ表面の真円度を株式会社ミツトヨ製の真円度・円筒形状測定機（Roundtest RA-2000）により測定し、同社の解析ソフトウェア（Roundpak-F2000　Ver.4）により解析した。図３（A）,(B)に真円度を示し、コンミュテータ表面の真円からのずれを展開して示す。(A)は実施例１での結果を、(B)は比較例１での結果を示す。縦軸は真円からのずれを示し、単位はμmである。また下向きのスパイク状のものはコンミュテータのアンダーカット部であって意味はない。実施例では真円（縦軸が0．00）からの偏差が小さく、比較例では偏差が大きい。そしてデータが真円から急激に変化することはコンミュテータ表面に欠けがあることを意味し、この欠けは主として火花放電に対応し、コンミュテータ表面が不均一に摩耗していることを表している。表１，表２に、200時間経過後の真円度を、良好（◎）、やや良好（○）、不良（×）の3段階で示す。
　自動車電装用モータとしては、パワーウィンドウ用モータ、パワーシート用モータ、ブロアモータ等の自動車の内装用モータ、あるいは自動車のエンジンルームの車室側に配置されるワイパ用モータが、静音性が特に重要なのでこの発明のブラシに適している。これらのモータは、自動車の車室あるいはその周囲に配置されるモータである。これらの中でも自動車の車室内に配置される自動車の内装用モータ、例えば前記のパワーウィンドウ用モータ、パワーシート用モータ、ブロアモータが、この発明のブラシに特に適している。
　なおブラシは、実施例で示したもの以外の成分を含んでいても良い。
2　　自動車電装用モータのブラシ
4　　ブラシ本体
6　　摺動面
8　　リード線
10　 コンミュテータ　　

Claims (6)

  1. 　カーボンと、ビッカース硬度が10GPa以上14GPa以下の削摩材とをブラシ本体中に含有する、自動車電装用モータのブラシ。
  2. 　ブラシ本体は削摩材を0.1wt%以上2.0wt%以下の濃度で含有することを特徴とする、請求項１の自動車電装用モータのブラシ。
  3. 　ブラシ本体が金属を含有し、かつカーボンと金属の重量比が90:10以下40:60以上であることを特徴とする、請求項１または２の自動車電装用モータのブラシ。　
  4. 　前記削摩材がZrO2であることを特徴とする、請求項１～３のいずれかの自動車電装用モータのブラシ。　
  5. 　最大フェレー径をZrO2粒子の粒径とした際の、ZrO2の平均粒径が30μm以下であることを特徴とする、請求項４の自動車電装用モータのブラシ。　
  6. 　最大フェレー径をZrO2粒子の粒径とした際の、ZrO2の平均粒径が5μm以上20μm以下であることを特徴とする、請求項５の自動車電装用モータのブラシ。
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