專利名稱：碳刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電機的碳刷，特別涉及用于電動工具、真空吸塵器等的換向器電機的碳刷，產(chǎn)生較小的無線電干擾。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，通過向碳基材料中加入固體潤滑劑和研磨劑并且在除了電刷接觸換向器的部分以外的全部表面上涂敷良好導(dǎo)電性的金屬，來抑制電刷的溫度升高并長時間保持穩(wěn)定的換向作用，已經(jīng)開發(fā)了用于這類電機的碳刷，如JP-A-2000-197315中所公開的。
但是，近年來，關(guān)于真空吸塵器、電動工具等的換向器電動機的碳刷，已經(jīng)特別地追求小型化、高輸出和更高的轉(zhuǎn)速。所以，已經(jīng)要求具有小尺寸但是具有更小電阻損耗和更小摩擦的碳刷。
另一方面，滿足這種要求的碳刷容易產(chǎn)生無線電噪聲。當(dāng)產(chǎn)生無線電噪聲時，可能對碳刷周圍的電設(shè)備有一些影響并導(dǎo)致它們不正常工作。所以，在許多國家，包括日本，特別是在歐洲國家和美國，提供了克服無線電噪聲的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)并采取防護性措施對抗無線電噪聲的發(fā)生。為了減小各種無線電干擾的產(chǎn)生，已經(jīng)考慮了電刷基材的油浸，如JP-A-8-130078中所公開的。
但是，隨著轉(zhuǎn)速進一步增大，單獨的油浸不足以控制無線電干擾。而且，油浸存在一個問題，即由于長期儲存產(chǎn)生的浸漬油的損失阻礙了無線電干擾的穩(wěn)定控制。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生更小無線電干擾的碳刷，其抑制無線電噪聲的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向電刷的碳基材中加入特定的金屬或無機材料抑制無線電干擾的產(chǎn)生，并且完成了本發(fā)明。
具體地，通過向碳基材料中加入由金屬或無機材料制成的添加劑，改善了本發(fā)明碳刷的無線電干擾產(chǎn)生性能，所述碳基材料通過把石墨粉末與粘合劑混合并且熱處理該粘合劑組分而形成。
添加劑優(yōu)選用鎢、錫、氧化鋅和硫化鋅的至少一種制成。
優(yōu)選地，添加劑不超過碳基材料的3重量％并且不小于0.3重量％。
優(yōu)選地，添加劑是二硫化鉬和碳化硅。
優(yōu)選地，二硫化鉬不小于碳基材料和粘合劑總量的0.5％，并且不大于3％，碳化硅不小于碳基材料和粘合劑總量的0.1％，并且不大于0.5％。
碳基材料優(yōu)選用油浸漬。
粘合劑優(yōu)選的是熱固性樹脂或瀝青。
附圖簡述

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的碳刷的末端干擾電壓測量的結(jié)果的圖。
圖2是圖1中所示的低頻區(qū)域的放大圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的碳刷的干擾電壓測量的結(jié)果的圖。
本發(fā)明的碳基材料可以是天然石墨、膨脹石墨或人造石墨。其中，具有較低結(jié)晶度的人造石墨是特別優(yōu)選的。也可以使用通過混合這些石墨材料所制備的石墨顆粒。石墨的形式不特別限制，并且可以是例如鱗片狀石墨或者土狀石墨。通過使用這些碳基材料并調(diào)節(jié)在制備階段的混合條件、烘烤條件等，可以實現(xiàn)希望的電刷基材的電阻率。
作為結(jié)合這些石墨顆粒的粘合劑，可以使用常用的熱固性樹脂。例如，可以使用固體或液體環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或通過改性這些環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂所制備的各種熱固性樹脂。優(yōu)選地，用于粘合劑的這些樹脂是組合物的10-40％。
向碳基材料中加入鎢、錫、鋅、這些金屬的氧化物和這些金屬的硫化物中的一種或多種。特別地，添加劑優(yōu)選由鎢、錫、氧化鋅和硫化鋅中的至少一種制成。而且，鎢作為添加劑是特別優(yōu)選的，因為僅僅少量的鎢即可在寬頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定的無線電干擾抑制性能。
添加劑為碳基材料的3重量％或更少，更優(yōu)選為1％或更少，并且為0.3％或更多。如果添加劑量小于0.3重量％，無線電干擾抑制作用小。如果添加劑量超過3重量％的極限，或者1％的更優(yōu)選極限，碳基材料的硬度增大，并且低摩擦性能惡化。
另外，二硫化鉬和碳化硅可以是添加劑。二硫化鉬作為添加劑，在單獨與樹脂等混合時，在靜電等的影響下容易絮凝并且不容易均勻分散。但是，在本發(fā)明中，由于二硫化鉬與導(dǎo)電石墨顆?；旌希?，由于靜電產(chǎn)生的絮凝較少發(fā)生。而且，粘合劑加入到其中并混練，然后研磨。所以，二硫化鉬通過機械化學(xué)作用完全分散，并且牢固地與粘合劑和石墨顆粒附著并粘合。把用這種方法制備的含有石墨粉末作為主要成分的混合粉末成型和熱處理，以產(chǎn)生電刷基材。
但是，含有二硫化鉬的電刷，在使用中時容易在換向器表面上形成涂層。隨著該涂層變厚，容易發(fā)生剝落。如果發(fā)生部分剝落等，電流在該部分集中，惡化了換向性能。在某些情況下，換向器本身被損壞并且必須更換。所以，二硫化鉬的加入量優(yōu)選為碳基材料和粘合劑的總量的0.5％-3％。更優(yōu)選為1.0％-2.0％。這能夠符合無線電噪聲標(biāo)準(zhǔn)。如果二硫化鉬加入量小于0.5％，該換向器的潤滑性降低并且產(chǎn)生無線電噪聲。如果所述量大于3％，在換向器表面上形成的涂層變得過多，換向性能惡化。結(jié)果，產(chǎn)生無線電噪聲。
為了減少由二硫化鉬在換向器表面上形成的這種涂層，向電刷基材中加入作為研磨劑的碳化硅。同樣，如果碳化硅的量太多或者其顆粒尺寸太大并且碳化硅絮凝而不是均勻分散，則換向器表面被損壞，并且這會導(dǎo)致無線電噪聲。所以，碳化硅的加入量優(yōu)選為碳基材料和粘合劑總量的0.1％-0.5％，更優(yōu)選為0.1％-0.3％。如果該量小于0.1，碳化硅不呈現(xiàn)其希望的作用。如果該量大于0.5％，換向器表面被損壞，并且電刷溫度升高，燒壞換向器。如果碳化硅的顆粒尺寸大于100μm，其研磨作用太強，從而粗化換向器表面并增大換向器的摩擦。如果顆粒尺寸小于5μm，則降低去除換向器表面上的涂層的作用。所以，顆粒尺寸優(yōu)選為5-100μm。由于碳化硅與樹脂等有親合性并且在樹脂等中有分散性，所以，碳化硅和樹脂可以在開始時與潤滑劑一起加入并混合，或者碳化硅和樹脂可以混練、研磨，然后通過混合加入。
由于用這種方式以預(yù)定量向碳基材料中加入二硫化鉬和碳化硅，所以，換向器表面上二硫化鉬的潤滑性和碳化硅的涂層調(diào)節(jié)功能相互作用，因此穩(wěn)定了換向性能并抑制無線電噪聲的發(fā)生。
當(dāng)石墨粉末與粘合劑如熱固性樹脂或瀝青混練時，加入這些添加劑。
在把石墨粉末與熱固性樹脂粘合劑混練并碳化或硬化粘合劑組分后，用油浸漬該電刷基材。這種油浸進一步促進無線電干擾抑制性能的改進。對于這種油，可以使用合成烴油、酯油、礦物油或石油烴。油浸比例優(yōu)選為電刷基材的2重量％或更多，更優(yōu)選為2-10％。特別優(yōu)選的是該油的1-0.5％為硅組分。
作為在其中電刷壓在換向器表面上的方向上延伸的電刷的整個橫向表面上或在其一部分上的金屬涂層，可以通過無電鍍方法形成和施加銅。當(dāng)進行鍍銅時，在鍍銅后進行上述的油浸。如果這樣施加的銅鍍膜太厚，則處于滑動時它粗化配對的刷握滑動表面的表面，并且在電刷與接觸的換向器之間的摩擦往往增大。另一方面，如果銅鍍膜非常薄，電刷基材涂層作用小，不能足夠地降低電刷的電阻。這使得難以抑制電刷的溫度升高。所以，優(yōu)選的是銅鍍膜的厚度約為0.1-100μm。
優(yōu)選的實施方案詳述下文中，將使用實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不限于以下實施例。
實施例1向70份平均顆粒尺寸為20μm且灰分含量為1.0％或更少的人造石墨粉末和天然石墨粉末的混合物中，加入30質(zhì)量份酚醛樹脂和0.5份鎢，把該混合物在150℃混練1小時。此后，把該混合物研磨到40目或更小的顆粒尺寸，并在100Mpa的壓力下壓制成6×9×15mm的尺寸，在700℃熱處理所述樹脂，從而形成電刷基材。把該電刷基材用根據(jù)DIN51561在40℃測定的動粘度為68(mm2/s)的合成烴基油和酯油浸泡，并且用油浸漬該電刷基材，使其達(dá)到總重量的4.5重量％。
實施例2通過按基材的0.5重量％加入錫代替實施例1中的鎢，制備電刷基材。該電刷基材用油浸漬，使油量為3.8重量％。
實施例3通過加入氧化鋅(ZnO)使其達(dá)到基材重量的0.5％代替實施例1中的鎢，制備電刷基材。該電刷基材用油浸漬，使油量為3.7重量％。
實施例4通過加入硫化鋅(ZnS)使其達(dá)到基材重量的0.5％代替實施例1中的鎢，制備電刷基材。該電刷基材用油浸漬，使油量為4.0重量％。
對比實施例1向70質(zhì)量份平均顆粒尺寸為20μm且灰分含量為1.0％或更少的人造石墨粉末和天然石墨粉末的混合物中，加入30質(zhì)量份酚醛樹脂，把該混合物在150℃混練1小時。此后，把該混合物研磨到40目或更小的顆粒尺寸，并在100MPa的壓力下壓制成6×9×15mm的尺寸，在700℃熱處理所述樹脂，從而形成電刷基材。把該電刷基材用與實施例1中所用的相同的油浸泡，使油量為4.5重量％。
對于實施例1-4和對比實施例1的電刷，在AC 230V、60Hz和15分鐘的條件下，使用基于CISPR(Comite International Specialdes Perturbations Radioelectriques)14標(biāo)準(zhǔn)的EMI(電子干擾)測試，進行末端(terminal)干擾電壓測量和干擾電壓測量。表1表示末端干擾電壓測量的結(jié)果。表2表示干擾電壓測量的結(jié)果。
表1末端干擾電壓 測定值是準(zhǔn)峰值(QP)
表2干擾電壓 測定值是準(zhǔn)峰值(QP)
如表1和2所示，當(dāng)含有鎢、錫、鋅、氧化鋅或硫化鋅作為添加劑時，噪音水平可以降低若干dB。
表3表示實施例1-4和對比實施例1的物理特性。
表3物理特性

如表3所示，即使含有鎢、錫、鋅、氧化鋅或硫化鋅作為添加劑，也能令人滿意地保持物理特性。
下面將描述加入二硫化鉬粉末和碳化硅粉末作為添加劑的實施例。
實施例5把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.1％或更小的人造石墨粉末、1份二硫化鉬粉末和0.15份平均顆粒尺寸為50μm的碳化硅混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
實施例6把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.1％或更小的人造石墨粉末、1份二硫化鉬粉末和0.3份平均顆粒尺寸為50μm的碳化硅混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
實施例7把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.1％或更小的人造石墨粉末、2份二硫化鉬粉末和0.15份平均顆粒尺寸為50μm的碳化硅混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
實施例8把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.1％或更小的人造石墨粉末、0.5份二硫化鉬粉末和0.15份平均顆粒尺寸為50μm的碳化硅混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
實施例9把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.1％或更小的人造石墨粉末、3份二硫化鉬粉末和0.15份平均顆粒尺寸為50μm的碳化硅混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
對比實施例2把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.2％或更小的人造石墨粉末和0.15份平均顆粒尺寸為50μm的碳化硅混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
對比實施例3把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.2％或更小的人造石墨粉末、1份二硫化鉬粉末和1份平均顆粒尺寸為75μm的鋁粉混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
對比實施例4把80質(zhì)量份的平均顆粒尺寸為40μm且灰分含量為0.2％或更小的人造石墨粉末和0.5份二硫化鉬粉末混合，石墨粉末與后加入的粘合劑的總量為100份。向其中加入20質(zhì)量份的通用環(huán)氧樹脂作為粘合劑，并在常溫下混練1小時。然后，把該混合物研磨到400μm或更小的顆粒尺寸，并在200MPa的壓力下壓制成7×11×30mm的尺寸。然后把該成型材料在180℃熱處理，從而形成碳刷。
對于實施例5-9和對比實施例2-4的電刷，使用基于CISPR 14標(biāo)準(zhǔn)的EMI試驗，在AC 230V和50Hz的條件下，進行末端干擾電壓測量和干擾電壓測量。表4和圖1和2表示末端干擾電壓測量的結(jié)果。表5和圖3表示干擾電壓測量的結(jié)果。圖2是圖1中所示的低頻區(qū)域的放大圖。
表4末端干擾電壓 測定值是準(zhǔn)峰值(QP)
表5干擾電壓 測定值是準(zhǔn)峰值(QP)
如表4和5以及圖1-3所示，用通過向碳基材料中加入碳基材料和粘合劑總量的不小于0.5％且不大于3％的二硫化鉬，并加入碳基材料和粘合劑總量的不小于0.5％且不大于1％的硅所生產(chǎn)的實施例1-5的碳刷，所產(chǎn)生的無線電噪聲等于或小于在歐洲國家和美國的無線電噪聲標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明構(gòu)成如上所述。通過以預(yù)定的比例向碳基材料中加入特定的金屬組分或無機材料如二硫化鉬和碳化硅，減小了無線電噪聲并且可以穩(wěn)定地改善無線電干擾抑制性能。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其特征在于，它是含有碳基材料和包含金屬或無機材料的添加劑的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其是通過向把石墨粉末與粘合劑混練并且熱處理粘合劑而形成的所述碳基材料中添加所述添加劑而生產(chǎn)的。
2.一種產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其特征在于，它是含有碳基材料和包含金屬或無機材料的添加劑的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其是通過混練使石墨粉末、粘合劑以及包含金屬或無機材料的添加劑混合而成的混合物之后，將其成型，然后熱處理而生產(chǎn)的。
3.一種產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其特征在于，它是含有碳基材料和包含金屬或無機材料的添加劑的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其是通過混練使石墨粉末和粘合劑混合而成的混合物、粉碎后，混合包含金屬或無機材料的添加劑，進行成型，然后熱處理而生產(chǎn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一項的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其特征在于，所述添加劑由所述金屬或所述無機材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其特征在于，所述添加劑由選自鎢、錫、氧化鋅和硫化鋅中的至少一種制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其中所述添加劑為所述碳基材料的不大于3重量％且不小于0.3重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其特征在于，所述添加劑是二硫化鉬和碳化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其中二硫化鉬為所述碳基材料的不小于0.5重量％且不大于3重量％，并且碳化硅為所述碳基材料的不小于0.1重量％和不大于0.5重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8的任一項的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其中所述碳基材料用油浸漬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一項的產(chǎn)生較小無線電干擾的碳刷，其中所述粘合劑為熱固性樹脂或瀝青。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有抑制無線電噪聲產(chǎn)生的改善的無線電干擾抑制性能的碳刷。該碳刷包含碳基材料和添加劑。
文檔編號H01R43/12GK1956280SQ20061015186
公開日2007年5月2日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者藤村拓司, 高橋和宏, 白川秀則, 前田孝, 香川佳一, 佐古田隆仁 申請人:東炭化工株式會社