專利名稱：碳刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及家電用、電動(dòng)工具用、汽車用的使用換向器的電動(dòng)機(jī)用的碳刷，尤其是涉及裝入到使用換向器的小型發(fā)動(dòng)機(jī)中而加以使用的碳刷。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)的小型化、大容量化、高輸出功率化在不斷推進(jìn)，例如對(duì)于電動(dòng)吸塵器中所用的發(fā)動(dòng)機(jī)，要求更加小型且抽吸力更強(qiáng)。因此，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇的外徑，使之以超高速(30000rpm以上)旋轉(zhuǎn)。此種超高速旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，需要通過保持電力機(jī)械用的碳刷與作為導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)體的換向器的良好的滑動(dòng)狀態(tài)，來維持正常的電接觸，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。另外，為了在電動(dòng)吸塵器主體的使用中可以不用進(jìn)行刷子更換，還需要延長壽命?？紤]到此種情況，提出了使用將石墨粉用樹脂粘接劑結(jié)合而成的樹脂粘接劑系材 質(zhì)的碳刷。如果是此種結(jié)構(gòu)的碳刷，則雖然可以在一定程度上提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，然而無法實(shí)現(xiàn)碳刷的長壽命化。這是因?yàn)椋蜷L時(shí)間的滑動(dòng)而在換向器的表面形成厚的碳皮膜，然后該皮膜部分地發(fā)生剝離，在這種情況下，會(huì)在剝離部分流過大電流而產(chǎn)生火花，因此會(huì)在碳刷的表面產(chǎn)生凹凸。因此，提出了向碳刷中添加SiC(碳化硅)粉末等研削劑的方案(參照下述專利文獻(xiàn)I)。如果是此種構(gòu)成，則在使碳刷向換向器滑動(dòng)而在換向器的表面形成碳皮膜的情況下，可以利用SiC削除該皮膜，因此可以抑制皮膜變厚。因而，可以實(shí)現(xiàn)碳刷的長壽命化。但是，由于SiC粉末隨著滑動(dòng)而將換向器的表面也一點(diǎn)點(diǎn)地研削，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2000-197315號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題如上所述，如果不向碳刷中添加SiC(碳化硅)粉末等研削劑，則雖然發(fā)動(dòng)機(jī)效率提升，然而碳刷的壽命變短。另一方面，如果向碳刷中添加SiC，則雖然可以實(shí)現(xiàn)碳刷的長壽命化，然而會(huì)有發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低的問題。基于此種情況，以往很難兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高和碳刷的長壽命化。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高并且可以實(shí)現(xiàn)長壽命化的碳刷。解決問題的手段本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，而提供一種被推靠至導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)體的碳刷，其含有至少含有碳作為I種成分的的骨料、和中間相炭粉末。中間相炭粉末由于與SiC粉末相比研削性低，因此可以抑制換向器被研削。因而，換向器與碳刷的滑動(dòng)性提高，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高。另外，雖然中間相炭粉末與SiC粉末相比研削性低，然而由于可以研削(清掃)形成于換向器的表面的碳皮膜，因此可以實(shí)現(xiàn)碳刷的長壽命化。此外，由于可以抑制形成于換向器的表面的碳皮膜部分地發(fā)生剝離，因此還可以抑制在該剝離部分流過大電流而使EMI性能降低。上述中間相炭粉末優(yōu)選呈近似球狀。如果中間相炭粉末是近似球狀(圖3及圖4中所示的形狀)，則與中間相炭粉末為不定形狀(為圖2中所示的形狀，且為無法看作圖3及圖4中所示的近似球狀的形狀)的情況相比，中間相炭粉末與換向器的滑動(dòng)面變大，對(duì)碳皮膜的研削能力進(jìn)一步提高。另外，由于與換向器的滑動(dòng)面變大，因此可以抑制對(duì)換向器施加的外力的集中，從而不易損傷換向器表面。此外，中間相炭粉末為不定形狀時(shí)，各粉末的形狀、粒徑大大不同，而中間相炭粉末為近似球狀時(shí)，各粉末的形狀、粒徑大致同等。因而，可以發(fā)揮出穩(wěn)定的研削能力。應(yīng)予說明，所謂近似球狀，除了球形狀以外，還包括剖面為橢圓形狀的形狀、去掉 了角的不定形且作為整體而接近球形狀的形狀等。作為上述中間相炭粉末，優(yōu)選使用在向石墨粉末等刷子原料中添加之前實(shí)施了預(yù)先加熱的預(yù)熱處理的材料。如果使用實(shí)施了預(yù)熱處理的中間相炭粉末，則可以進(jìn)一步提高碳皮膜的研削效果。另外，即使實(shí)施預(yù)熱處理，中間相炭粉末的形狀基本上也不會(huì)變化，因此在使用了近似球狀的中間相炭粉末的情況下，可以發(fā)揮與上述的效果相同的效果。上述預(yù)熱處理的預(yù)熱溫度優(yōu)選為500°C以上700°C以下。在上述溫度范圍以外進(jìn)行預(yù)熱處理的情況下，會(huì)有無法充分地提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的情況。雖然理由尚不確定，然而可以認(rèn)為，如果超過700°C，則會(huì)有中間相炭粉變得過硬的情況，其結(jié)果是，換向器的磨損變大，發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低。優(yōu)選除了上述骨料和上述中間相炭粉末以外，還包含粘接劑，相對(duì)于該粘接劑與上述骨料的總量，上述中間相炭粉末的比例為O. I質(zhì)量％以上10. O質(zhì)量％以下。如果中間相炭粉末的比例小于O. I質(zhì)量％，則碳刷的硬度變低而刷子磨損量增大(即，無法充分地發(fā)揮中間相炭粉末的添加效果)。另一方面，如果中間相炭粉末的比例超過10. O質(zhì)量％，則會(huì)過度研削形成于換向器表面的碳皮膜，無法獲得良好的滑動(dòng)特性。由此，接觸電阻變大，電壓下降增大，其結(jié)果是，碳刷的壽命變短，并且摩擦增加，使得發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低。上述中間相炭粉末的平均粒徑最好為5 μ m以上80 μ m以下(優(yōu)選為10 μ m以上
40μ m以下，特別優(yōu)選為20 μ m以上30 μ m以下)。如果中間相炭粉末的平均粒徑超過80 μ m,則因粒子彼此間的摩擦力變大而使?jié)櫥宰儾睿瑩Q向器與碳刷之間的滑動(dòng)特性惡化。由此，接觸電阻變大而電壓下降增大，其結(jié)果是，產(chǎn)生與上述相同的不佳狀況。另一方面，如果中間相炭粉末的平均粒徑小于5 μ m，則粒子彼此間的摩擦力變小，因此潤滑性變得良好，然而形成于換向器表面的皮膜的研削效果變小。其結(jié)果是，無法維持換向器與刷子之間的良好的滑動(dòng)特性，碳刷的磨損量增大。另外，本發(fā)明的碳刷的特征在于，在將刷子推壓至發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率測(cè)定中，在刷子對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的彈簧壓力為41KPa、電壓為AC240V、50Hz、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速32000rpm的條件下，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)700小時(shí)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率大于42%，刷子壽命大于800小時(shí)。這樣，就會(huì)成為不僅可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、而且可以延長刷子的壽命的碳刷。而且，本說明書中，中間相炭粉末的粒徑及平均粒徑分別根據(jù)由運(yùn)用了激光衍射散射法的粒度分布測(cè)定裝置所測(cè)得到的粒度分布(體積基準(zhǔn))而求出。測(cè)定裝置使用的是日機(jī)裝株式會(huì)社制的Microtrack粒度分析儀9320HRA。另外,平均粒徑是以中值粒徑(50%直徑)來求出的。另外，石墨粉末的粒徑及平均粒徑也是同樣地求出的。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以起到如下的優(yōu)異效果，S卩，可以在抑制發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)碳刷的長壽命化，此外還可以實(shí)現(xiàn)EMI性能的提高。


圖I是表示使用了本發(fā)明的刷子的發(fā)動(dòng)機(jī)的概略構(gòu)成的立體圖。
圖2是本發(fā)明刷子AI中所用的中間相炭粉末的SEM照片。圖3是本發(fā)明刷子A2中所用的中間相炭粉末的SEM照片。圖4是本發(fā)明刷子A3中所用的中間相炭粉末的SEM照片。圖5是使用了未進(jìn)行熱處理的中間相炭粉末的碳刷的偏光顯微鏡照片。圖6是使用了在600°C下進(jìn)行了熱處理的中間相炭粉末的碳刷的偏光顯微鏡照片。圖I是表不本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Zl、Z2的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的曲線圖。圖8是表不本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Zl、Z2的刷子壽命的曲線圖。圖9是表示本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Zl、Z2的換向器磨損率的曲線圖。圖10是表示本發(fā)明刷子B及比較刷子Y的頻率與端子干擾電壓的關(guān)系的曲線圖。圖11是表示本發(fā)明刷子B及比較刷子Y的頻率與干擾電力的關(guān)系的曲線圖。圖12是表示本發(fā)明刷子A3、C1、C2及比較刷子Z1、Z2的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的曲線圖。圖13是表示本發(fā)明刷子A3、D1、D2及比較刷子Z1、Z2的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面，在參照附圖的同時(shí)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖I表示出使用了本發(fā)明的實(shí)施方式的刷子的發(fā)動(dòng)機(jī)的概略構(gòu)成。如圖I所示，刷子I形成為如下的結(jié)構(gòu)，即，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的換向器的旋轉(zhuǎn)體2與刷子I的下面Ia接觸，在該部分進(jìn)行滑動(dòng)，并在上述刷子I中安裝有引線3。作為上述刷子I的制造方法，可以例示出(a)使用熱固化性合成樹脂等粘接劑，對(duì)石墨粉末(天然石墨或者電化石墨的粉末)和中間相炭粉末進(jìn)行混練而結(jié)合，再在該樹脂的熱固化溫度下進(jìn)行熱處理，使樹脂固化而制成的刷子(樹脂結(jié)合質(zhì)刷子)；(b)對(duì)石墨粉末(天然石墨或電化石墨的粉末)，微晶碳(非石墨質(zhì)碳)或樹脂、浙青等粘接劑，和中間相炭粉末進(jìn)行混練，將由此而得的混合物作為主原料來加以制造，使用了由此制造出的材料的刷子，例如將上述混合物在400°C 800°C的低溫下燒成，而將粘接劑、微晶碳碳化后而得的刷子(碳石墨質(zhì)刷子)。(b)根據(jù)石墨粉末的比率也稱作石墨碳質(zhì)刷子。此外，還有電化石墨質(zhì)刷子或人造石墨質(zhì)刷子、碳質(zhì)刷子、天然石墨質(zhì)刷子、金屬石墨質(zhì)刷子，而在本發(fā)明中可以使用任意一種材料。本發(fā)明的刷子中，尤其優(yōu)選將樹脂結(jié)合質(zhì)刷子、碳石墨質(zhì)刷子作為基材使用。作為上述刷子I的具體的制造方法，可以例示出如下的方法，即，對(duì)石墨粉末、粘接劑、中間相炭粉末進(jìn)行混練后，將混練后的塊材粉碎而制成成形用粉體，然后，將該粉體成形為刷子基材形狀，再實(shí)施熱處理。在此，對(duì)于上述中間相炭粉末、上述石墨粉末、以及粘接劑，將其具體的內(nèi)容說明如下。(I)關(guān)于中間相炭粉末所謂中間相炭粉末，是如下所述而得到的材料，S卩，將煤的干餾時(shí)副產(chǎn)的煤焦油的蒸餾殘?jiān)疵航褂驼闱唷⒒蚴偷恼麴s殘?jiān)窗赜偷臒岱纸鈿堅(jiān)恼闱?、來自石腦油的熱分解或流動(dòng)接觸分解時(shí)所副產(chǎn)的焦油的浙青等浙青類(也包括石油重油質(zhì))加熱處理，對(duì)所得的物質(zhì)用有機(jī)溶劑、溶劑等進(jìn)行分離、不融化而得的物質(zhì)；或者使上述加熱處理后的物 質(zhì)在固化槽中生長后進(jìn)行粉碎、不融化而得的物質(zhì)；或者是再將上述加熱處理后的物質(zhì)在2000C以上450°C以下的煅燒溫度下煅燒而得的物質(zhì)、或在400°C以上的燒成溫度下燒成而得的物質(zhì)。另外，可以根據(jù)需要實(shí)施粒度調(diào)整。作為上述中間相炭粉末的具體例，可以例示出中間相炭小球體、將中間相炭小球體煅燒而得的物質(zhì)、或?qū)⒅虚g相炭小球體燒成而得的物質(zhì)，或者整體中間相、將整體中間相煅燒而得的物質(zhì)、或?qū)⒄w中間相燒成而得的物質(zhì)。上述中間相炭小球體例如通過將煤焦油浙青加熱處理、使焦油、浙青中的芳香族成分縮合、堆積而生成。如果再繼續(xù)進(jìn)行上述煤焦油浙青的加熱處理，則煤焦油浙青中的中間相炭小球體彼此就會(huì)合體而生成整體中間相。在進(jìn)行上述加熱處理時(shí)，可以在減壓、常壓、加壓中的任一種條件下進(jìn)行，另外，加熱處理優(yōu)選在350°C以上500°C以下(優(yōu)選為380°C以上480°C以下)的溫度范圍中進(jìn)行10分鐘以上，另外，加熱處理次數(shù)優(yōu)選為I次 多次。加熱處理時(shí)的氣氛只要是非氧化性、或輕微的氧化性氣氛即可，然后，實(shí)施粉碎、不融化，并根據(jù)需要實(shí)施粒度調(diào)整。所謂輕微的氧化氣氛，是指氧濃度為5體積％以下左右的氣氛。另外，也可以使用利用溶劑對(duì)以上述的方法得到的煤焦油浙青中的中間相炭小球體進(jìn)行分離、過濾，并在約200°C以上的煅燒溫度下煅燒而得的物質(zhì)；同樣地也可以使用將整體中間相煅燒而得的物質(zhì)。此外，還可以使用利用溶劑對(duì)以上述的方法得到的煤焦油浙青中的中間相炭小球體進(jìn)行分離、過濾、并在約500°C以上1300°C以下的燒成溫度下燒成而得的物質(zhì)，同樣地也可以使用間利用溶劑分離、過濾出的整體中間相燒成而得的物質(zhì)。以上述的方法得到的中間相炭粉末優(yōu)選在添加到石墨粉末和粘接劑中進(jìn)行混練之前，先進(jìn)行預(yù)熱處理。例如優(yōu)選在非氧化氣氛、50(TC 120(TC下進(jìn)行預(yù)熱處理，更優(yōu)選在500°C 700°C下進(jìn)行預(yù)熱處理，進(jìn)一步優(yōu)選為550°C 650°C。碳刷中的中間相炭粉末可以如下所述加以確認(rèn)，即，向丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等中埋入作為受檢體試樣的碳刷，使之固化后連同樹脂一起進(jìn)行研磨，通過用偏光顯微鏡觀察如此研磨后的碳刷的觀察面來確認(rèn)。由于碳刷中的中間相炭粉末維持了向骨料中添加時(shí)的形狀，因此可以從觀察面中很容易被確定。若向偏光顯微鏡中插入銳敏色板而觀察碳刷觀察面，則會(huì)在中間相炭粉末中顯現(xiàn)出干涉色，例如在旋轉(zhuǎn)角為-45°時(shí)為黃色，在0°時(shí)為紅色，在+45°時(shí)為藍(lán)色。另外，若用偏光顯微鏡的正交尼科耳棱鏡觀察中間相炭粉末，則通過將試樣從-45°到+45°地加以旋轉(zhuǎn)，會(huì)使消光線發(fā)生變化。在此，圖5是使用了對(duì)由上述操作得到的中間相炭粉末未進(jìn)行預(yù)熱處理的中間相炭粉末的碳刷的偏光顯微鏡照片，圖6是使用了對(duì)中間相炭粉末再在600°C下進(jìn)行了預(yù)熱處理的中間相炭粉末的碳刷的偏光顯微鏡照片。從圖5及圖6中可以清楚地看到，在將中間相炭粉末向石墨粉末和粘接劑中添加前，無論是對(duì)中間相炭粉末進(jìn)行預(yù)熱處理后而使用，還是未對(duì)中間相炭粉末進(jìn)行預(yù)熱處理而使用，都可以確認(rèn)中間相炭粉末以近似球體的狀態(tài)存在于碳刷內(nèi)。此外，根據(jù)需要，也可以對(duì)上述中間相炭粉末進(jìn)行粒度調(diào)整。在此，粒度調(diào)整可以通過調(diào)整加熱處理溫度或煅燒溫度、或者調(diào)整加熱處理時(shí)間或煅燒時(shí)間來進(jìn)行。例如，在通過提高加熱處理溫度或煅燒溫度、或者延長加熱處理時(shí)間或煅燒時(shí)間而使粒度分布變大的情況下，可以將其分級(jí)而調(diào)整粒度分布。另外，在變?yōu)榇蟮牧降那闆r下，只要進(jìn)行粉碎、分級(jí)等來調(diào)整粒度分布即可。通過將中間相炭粉末粉碎，可以使中間相炭粉末形成不定形狀。另外，通過使將煤焦油浙青加熱處理而得的物質(zhì)在固化槽中生長，將由此而得的物質(zhì)加以粉碎，也可以使中間相炭粉末形成不定形狀。應(yīng)予說明，本發(fā)明的中間相炭粉末的縱橫尺寸比優(yōu)選為I 3，進(jìn)一步優(yōu)選為I 2，特別優(yōu)選為I I. 5。 (2)關(guān)于石墨粉末作為石墨粉末，可以使用天然石墨、人造石墨、電化石墨、或膨脹石墨中的任一種，
也可以使用將它們組合后混合而得的物質(zhì)。其中，由于雜質(zhì)含量少，因此優(yōu)選使用人造石
m
O另外，相對(duì)于石墨粉末與粘接劑的總量，石墨粉末的比例優(yōu)選是60質(zhì)量％以上90質(zhì)量％以下。如果石墨粉末的比例超過90質(zhì)量％，則粘接劑的比例減少，因此刷子容易變得強(qiáng)度不足。另一方面，如果石墨粉末的比例小于60質(zhì)量％，則難以獲得所需的碳刷的特性。此外，雖然石墨粉末的粒徑?jīng)]有特別限定，然而優(yōu)選形成與前述中間相炭粉末(粒徑為5 μ m以上80 μ m以下、平均粒徑為10 μ m以上40 μ m以下)相同程度的粒徑。具體來說，石墨粉末的粒徑優(yōu)選為Iym以上IOOym以下，平均粒徑優(yōu)選為5 μ m以上50 μ m以下。如此加以限制是因?yàn)槿绻勰┑牧匠^100 μ m，則在滑動(dòng)時(shí)就有可能易于發(fā)生粒子脫離，因從該處產(chǎn)生火花而加劇刷子的磨損。另一方面，如果石墨粉末的粒徑為I μ m以下，則刷子基材的強(qiáng)度降低，并且粘接劑變得過多，從而難以獲得所需的碳刷的特性。與此相對(duì)，如果石墨粉末的粒徑為Iym以上100 μ m以下，則即使在滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了粒子脫離等情況下，脫離的粒子部分也很小，不會(huì)發(fā)生偏磨損，進(jìn)而刷子基材的強(qiáng)度充分，可以實(shí)現(xiàn)長壽命化。如果考慮到上述的情況，則石墨粉末的粒徑優(yōu)選限制為10 μ m以上80 μ m以下，且平均粒徑優(yōu)選限制為10 μ m以上30 μ m以下。(3)關(guān)于粘接劑作為粘接劑，除了浙青、熱固化性樹脂等以外，例如還可以使用固體狀、液體狀的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、對(duì)它們進(jìn)行改性而得的各種熱固化樹脂，進(jìn)而還可以將它們組合使用。另外，相對(duì)于石墨粉末與粘接劑的總量，粘接劑的比例優(yōu)選為10質(zhì)量％以上且小于40質(zhì)量％。如果粘接劑的比例小于10質(zhì)量％，則與石墨粉末等的結(jié)合力變小，從而會(huì)有刷子強(qiáng)度不足的情況。另一方面，如果粘接劑的比例超過40質(zhì)量％，則由于石墨粉末的配合量變少，而難以獲得所需的碳刷的特性。而且，也可以在不大幅度改變刷子特性的范圍中(相對(duì)于石墨粉末與粘接劑的總量，添加劑的比例為0.5質(zhì)量％以上5質(zhì)量％以下)添加二硫化鑰等添加劑。設(shè)為這種比例是因?yàn)槿绻砑觿┑谋壤∮?.5質(zhì)量％，則無法充分地發(fā)揮添加效果，另一方面，如果添加劑的比例超過5質(zhì)量％，則形成于換向器表面的皮膜就會(huì)過厚。另外，刷子I也可以在刷子基材的階段，在除去刷子I的下面Ia以外的側(cè)面Ib及上面Ia的全面或局部形成導(dǎo)電性良好的金屬皮膜(例如由鎳、銅或銀構(gòu)成)。應(yīng)予說明，該皮膜只要利用電鍍、非電鍍等公知的方法制作即可，另外，雖然無論其厚度如何都可以，然而一般來說為3 100 μ m。這樣，在與導(dǎo)電性旋轉(zhuǎn)體的滑動(dòng)時(shí)碳刷的電阻損耗就會(huì)變小，換向性提聞。 實(shí)施例[第I實(shí)施例](實(shí)施例I)首先，在將作為骨料的人造石墨粉末(平均粒徑20 μ m) 77質(zhì)量％、和作為粘接劑的環(huán)氧樹脂(熱固化性樹脂)23質(zhì)量％配合后，添加未進(jìn)行預(yù)熱處理的不定形的中間相炭粉末(平均粒徑20 μ m、參照?qǐng)D2)。應(yīng)予說明，該中間相炭粉末使用的是對(duì)煤焦油浙青進(jìn)行加熱處理、固化、粉碎、不融化、粒度調(diào)整而得的物質(zhì)。此時(shí)，相對(duì)于上述人造石墨粉末與上述環(huán)氧樹脂的總量，將中間相炭粉末的比例設(shè)為I質(zhì)量％。然后，以使人造石墨粉末、樹脂和中間相炭粉末均勻地混合的方式，在常溫下混練規(guī)定的時(shí)間(60分鐘)。繼而，將該混練物粉碎到平均粒徑為80 μ m以下，制成用于刷子成形的成形用粉末。在利用冷壓機(jī)、以lton/cm2的壓力將該成形用粉末成形后，通過在惰性氣氛下、在180°C下進(jìn)行熱處理，而制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作本發(fā)明刷子Al。(實(shí)施例2)使用未進(jìn)行預(yù)熱處理的近似球狀的中間相炭粉末(平均粒徑25 μ m、參照?qǐng)D3)來代替不定形的中間相炭粉末，除此以外，與上述實(shí)施例I相同地制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作本發(fā)明刷子A2。(實(shí)施例3)使用將在上述實(shí)施例2中所用的近似球狀的中間相炭粉末在600°C下進(jìn)行了 5小時(shí)預(yù)熱處理的粉末(平均粒徑26μπκ圖4參照)來代替不定形的中間相炭粉末，除此以外，與上述實(shí)施例I相同地制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作本發(fā)明刷子A3。(比較例I)添加SiC粉末(相對(duì)于人造石墨粉末與環(huán)氧樹脂的總量的比例為O. 3質(zhì)量％ )來代替不定形的中間相炭粉末，除此以外，與上述實(shí)施例I相同地制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作比較刷子Zl。(比較例2)
除了沒有添加不定形的中間相炭粉末以外，與上述實(shí)施例I相同地制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作比較刷子Z2。(實(shí)驗(yàn)I)利用下述的測(cè)定方法考察上述本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Z1、Z2的發(fā)動(dòng)機(jī)效率，將其結(jié)果示于圖7中。應(yīng)予說明，實(shí)驗(yàn)是在濕度為30 40%的室溫(20 30°C)下進(jìn)行的。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)效率的測(cè)定，首先，對(duì)于試驗(yàn)用的發(fā)動(dòng)機(jī)，以41KPa的彈簧壓力將引線安裝于各刷子后，設(shè)置于試驗(yàn)用的發(fā)動(dòng)機(jī)中。其后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加AC240V、50Hz的電壓，以32000rpm的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，測(cè)定各刷子的抽吸功率P (W)，根據(jù)下述(I)
式算出發(fā)動(dòng)機(jī)的效率(應(yīng)予說明，彈簧壓力使用的是依照J(rèn)IS B 2704(2009)的值。)。n = (P/I) X 100......(I)上述⑴式中，Tl為發(fā)動(dòng)機(jī)效率(％ )，P為抽吸功率(W)，I為輸入功率(W)。從圖7可以清楚地看到，添加有中間相炭粉末的本發(fā)明刷子Al A3的發(fā)動(dòng)機(jī)效率為42. 26 42. 47%，與未添加中間相炭粉末的比較刷子Ζ2 (發(fā)動(dòng)機(jī)效率為42. 30% )同等或在其以上，與添加有SiC粉末的比較刷子Zl (發(fā)動(dòng)機(jī)效率為41. 80% )相比提高O. 4%以上。特別是可以看到，對(duì)于使用了預(yù)先進(jìn)行過熱處理的中間相炭粉末的本發(fā)明刷子A3，發(fā)動(dòng)機(jī)效率為42. 47%，大幅度地得到提高。在此，在小型發(fā)動(dòng)機(jī)的領(lǐng)域中，發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高O. I O. 2%是非常顯著的效果，如本發(fā)明刷子Al A3這樣，與添加有SiC粉末的比較刷子Zl相比，提高了約O. 4%以上，可以認(rèn)為取得了飛躍性的效果。在因發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)格等而存在無法增大輸入功率等限制的情況下，如本發(fā)明這樣的輸出功率損耗小、發(fā)動(dòng)機(jī)效率高的刷子極為合適。(實(shí)驗(yàn)2)在考察上述本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Zl、Ζ2的刷子壽命后，將其結(jié)果示于圖8中。應(yīng)予說明，實(shí)驗(yàn)是在與上述實(shí)驗(yàn)I相同的條件下使發(fā)動(dòng)機(jī)工作700小時(shí)后，測(cè)定刷子磨損量，根據(jù)下述(2)式算出的刷子壽命。應(yīng)予說明，在下述(2)式中，將有效磨損長度設(shè)為30mm。刷子壽命(h)=有效磨損長度30 (mm) +刷子磨損量(mm) X發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間(h)......(2)從圖8中可以清楚地看到，添加有中間相炭粉末的本發(fā)明刷子Al A3的刷子壽命為880 1017小時(shí)，與添加有SiC粉末的比較刷子Zl (刷子壽命為900小時(shí))同等或在其以上，與未添加中間相炭粉末的比較刷子Z2(刷子壽命為790小時(shí))相比提高了。特別是可以看到，使用了進(jìn)行過預(yù)熱處理的中間相炭粉末的本發(fā)明刷子A3中，刷子壽命為1017小時(shí)，大幅度地得到了提高。這樣，本申請(qǐng)的碳刷是在將刷子推壓至發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率測(cè)定中，在刷子對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的彈簧壓力為41KPa、電壓AC240V、50Hz、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速32000rpm的條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)700小時(shí)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率大于42%、刷子壽命大于800小時(shí)這樣的、可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高和延長刷子壽命的碳刷。(實(shí)驗(yàn)3)在考察使用了上述本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Z1、Z2的發(fā)動(dòng)機(jī)的換向器磨損率后，將其結(jié)果示于圖9中。應(yīng)予說明，實(shí)驗(yàn)是在與上述實(shí)驗(yàn)I相同的條件下使發(fā)動(dòng)機(jī)工作700小時(shí)后，測(cè)定換向器磨損量，根據(jù)下述(3)式算出的換向器磨損率。換向器磨損率(mm/100h)=換向器磨損量(mm) X 100+發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)時(shí)間(h)……(3)從圖9可以清楚地看到，添加有中間相炭粉末的本發(fā)明刷子Al A3的換向器磨損率為O. 02 O. 03mm/100h,與未添加中間相炭粉末的比較刷子Z2(換向器磨損率為O. Olmm/lOOh)大致同等，與添加有SiC粉末的比較刷子Zl (換向器磨損率為O. 06mm/100h)相比提高了。這樣，由于可以減少換向器的磨損量，獲得穩(wěn)定的滑動(dòng)，因此可以抑制火花的產(chǎn)生而獲得防噪音(日文雑防効果)效果。
(實(shí)驗(yàn)4)在考察上述本發(fā)明刷子Al A3及比較刷子Zl、Z2的容積密度、硬度、電阻率、以及彎曲強(qiáng)度后，將其結(jié)果示于表I中。[表 I]
^刷子的種類^添加劑容積密度 fi電阻率彎曲強(qiáng)度
種類形狀 有無熱 (Mg/in') (SHORfiC 型)(μΩ.ηα) (Mpa)
____(質(zhì)量％) 處理(Γ)_____
本發(fā)明刷子Al 中間不定形無1.4015101118
本發(fā)明刷子Α2 相炭近似I1.401597918
本發(fā)明刷子A3球狀有(600) 1.4015101118
比較刷子 Zl SiC —0.3—1.401590018
比較刷子 Ζ2 無一一一1.401591318從上述表I可以清楚地看到，在對(duì)本發(fā)明刷子Al A3與比較刷子Zl、Ζ2進(jìn)行比較的情況下，對(duì)于容積密度、硬度、電阻率、以及彎曲強(qiáng)度來說，基本上沒有差異。(實(shí)驗(yàn)5)在考察上述本發(fā)明刷子Al A3中所用的中間相炭粉末的揮發(fā)成分和灰分后，將其結(jié)果示于表2中。應(yīng)予說明，表2中還記載了中間相炭粉末的平均粒徑。應(yīng)予說明，灰分是依照J(rèn)IS R7273-1997求出的。[表2]
刷子的種類中間相炭粉末 _揮發(fā)成分(質(zhì)量％) 灰分(質(zhì)量％)平均粒徑(μηι)本發(fā)明刷子 Al10.60.1120
本發(fā)明刷子Α2__6Α__013__25_
本發(fā)明刷子A3__23__Oll__26_從表2可以清楚地看到，雖然對(duì)于灰分來說任何的刷子都沒有大的差別，然而在進(jìn)行了預(yù)熱處理的情況下，揮發(fā)成分減少(本發(fā)明刷子Α2與本發(fā)明刷子A3的差異)。[第2實(shí)施例](實(shí)施例)首先，將人造石墨粉末(平均粒徑15μπι)70質(zhì)量％和作為粘接劑的浙青30質(zhì)量％配合，再相對(duì)于上述人造石墨粉末與上述浙青的總量而言，以O(shè). 9質(zhì)量％的比例添加不定形的中間相炭粉末(平均粒徑20 μ m)。然后，以使人造石墨粉末、浙青和中間相炭粉末均勻地進(jìn)行混合的方式，在200°C下混練規(guī)定的時(shí)間(60分鐘)。然后，將該混練物粉碎到平均粒徑80 μ m以下，制成用于刷子成形的成形用粉末。在利用冷壓機(jī)將該成形用粉末以lton/cm2的壓力成形后，通過在惰性氣氛下、在650°C下進(jìn)行熱處理，從而制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作本發(fā)明刷子B。(比較例)添加膨潤土粉末(相對(duì)于人造石墨粉末與浙青的總量，以O(shè). 6質(zhì)量％的比例添加)來代替不定形的中間相炭粉末，除此以外，與上述實(shí)施例相同地制作出碳刷。
以下將如此制作的碳刷稱作比較刷子Y。(實(shí)驗(yàn)I)在對(duì)上述本發(fā)明刷子B及比較刷子Y的EMI性能(在電動(dòng)工具用途中所重視的性能)進(jìn)行考察后，將其結(jié)果示于圖10及圖11中。應(yīng)予說明，對(duì)于該性能，是通過利用基于CISPR14標(biāo)準(zhǔn)的EMI試驗(yàn)，測(cè)定端子干擾電壓和干擾電力而進(jìn)行的。從圖10中可以清楚地看到，在對(duì)本發(fā)明刷子B和比較刷子Y進(jìn)行比較的情況下，在頻率到15MHz為止的頻率下沒有差異，然而當(dāng)頻率超過15MHz時(shí)，可以看到本發(fā)明刷子B與比較刷子Y相比，端子干擾電壓變低。另外，從圖11中可以清楚地看到，在頻率為30MHz以上的情況下，本發(fā)明刷子B與比較刷子Y相比，可以看到干擾電力大幅地變低。EMI性能在高頻率區(qū)域(15MHz以上、特別是30MHz)成為問題。如上所述，在該區(qū)域中，本發(fā)明刷子B與比較刷子Y相比，端子干擾電壓、干擾電力變低，因此可知本發(fā)明刷子B與比較刷子Y相比，在EMI性能方面優(yōu)異。(實(shí)驗(yàn)2)在考察上述本發(fā)明刷子B及比較刷子Y的容積密度、硬度、電阻率、以及彎曲強(qiáng)度后，將其結(jié)果示于表3中。[表3]
刷子的種類添加劑容積密度I電阻I彎曲強(qiáng)度
—^ —形狀 fi (Mg/m3) (SHORE C Μ) 率 (MPa) (質(zhì)量 ％)(μΩ-m)
本發(fā)明刷子B 中間相炭不定形 0.9__L52__38__1200 17
比較刷子 Y 膨潤土一__(16__L53__38__1390 19從上述表3中可以清楚地看到，在對(duì)本發(fā)明刷子B和比較刷子Y進(jìn)行比較的情況下，對(duì)于容積密度、硬度、電阻率、以及彎曲強(qiáng)度來說，基本上沒有差異。[第3實(shí)施例](實(shí)施例I)將進(jìn)行過預(yù)熱處理的近似球狀的中間相炭粉末的添加量設(shè)為2質(zhì)量％，除此以夕卜，與前述第I實(shí)施例的實(shí)施例3相同地制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作本發(fā)明刷子Cl。(實(shí)施例2)
將進(jìn)行過預(yù)熱處理的近似球狀的中間相炭粉末的添加量設(shè)為3質(zhì)量％，除此以夕卜，與前述第I實(shí)施例的實(shí)施例3相同地制作出碳刷。以下將如此制作的碳刷稱作本發(fā)明刷子C2。(實(shí)驗(yàn)1)在考察上述本發(fā)明刷子Cl、C2的發(fā)動(dòng)機(jī)效率后，將其結(jié)果示于圖12中。應(yīng)予說明，實(shí)驗(yàn)方法是與前述第I實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)I相同的方法。另外，圖12中，還記載了前述本發(fā)明刷子A3、及比較刷子Z1、Z2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖12中可以清楚地看到，中間相炭粉末的添加量為2質(zhì)量％、3質(zhì)量％的本發(fā)明刷子Cl、C2的發(fā)動(dòng)機(jī)效率分別是42. 60%,42. 70%。因而可以看到，不僅與未添加中間相炭粉末的比較刷子Z2 (發(fā)動(dòng)機(jī)效率為42. 30% )、或添加有SiC粉末的比較刷子Zl (發(fā)動(dòng)機(jī)效率為41. 80%)相比有提聞，而且與中間相炭粉末的添加量為I質(zhì)量％的本發(fā)明刷子A3的發(fā)動(dòng)機(jī)效率相比也有提高。由以上的情況可知中間相炭粉末的添加量?jī)?yōu)選較多為好，然而如果中間相炭粉末的添加量過多，則會(huì)過度研削形成于換向器表面的碳皮膜，從而存在無法獲得良好的滑動(dòng)特性的情況。所以，相對(duì)于粘接劑與人造石墨的總量，中間相炭粉末的比例優(yōu)選為10.0質(zhì)量％以下。(實(shí)驗(yàn)2)在考察上述本發(fā)明刷子Cl、C2的容積密度、硬度、電阻率、以及彎曲強(qiáng)度后，將其結(jié)果示于表4中。應(yīng)予說明，表4中還記載了前述本發(fā)明刷子A3、及比較刷子Zl、Z2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。[表 4]
權(quán)利要求
1.一種碳刷，其特征在于，是被推靠至導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)體的碳刷， 所述碳刷含有至少含有碳作為I種成分的骨料、和中間相炭粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碳刷，其中，所述中間相炭粉末呈近似球狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的碳刷，其中， 作為所述中間相炭粉末，使用的是實(shí)施了預(yù)熱處理的中間相炭粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳刷，其中， 所述預(yù)熱處理的溫度為500°C以上700°C以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的碳刷，其中， 除了所述骨料和所述中間相炭粉末以外，還含有粘接劑，相對(duì)于所述粘接劑和所述骨料的總量，所述中間相炭粉末的比例為O. I質(zhì)量％以上10. O質(zhì)量％以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的碳刷，其中， 所述中間相炭粉末的平均粒徑為5 μ m以上80 μ m以下。
7.一種碳刷，其特征在于， 在將刷子推壓至發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率測(cè)定中，在下述條件下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)700小時(shí)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)效率大于42%,刷子壽命大于800小時(shí)， 發(fā)動(dòng)機(jī)效率的測(cè)定條件為 刷子對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的彈簧壓力為41KPa， 電壓為 AC240V、50Hz， 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為32000rpm。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種碳刷，所述碳刷可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高并且可以實(shí)現(xiàn)長壽命化。本發(fā)明的碳刷是被推靠至導(dǎo)電性的旋轉(zhuǎn)體(2)的碳刷(1)，其特征在于，含有至少含有碳作為1種成分的骨料、和中間相炭粉末。優(yōu)選中間相炭粉末呈近似球狀，另外，優(yōu)選對(duì)中間相炭粉末實(shí)施預(yù)熱處理。進(jìn)而，預(yù)熱處理的溫度優(yōu)選為500℃以上700℃以下。
文檔編號(hào)H02K13/00GK102870319SQ201180015180
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者香川佳一, 前田孝, 藤村拓司, 白川秀則 申請(qǐng)人:東洋炭素株式會(huì)社