カーボンブラシ及びその製造方法
【課題】表面に被覆処理を施されずに、整流子において発生する短絡電流を抑制することによって、発生する火花を抑制し、仕事効率を従来よりも改善したカーボンブラシを提供する。
【解決手段】一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシであって、前記整流子の回転方向に対する接線方向における前記基材の電気抵抗率ＲＡが、前記導電線が接続された箇所から前記整流子までの間の電気抵抗率ＲＢよりも高く、電気抵抗率ＲＡと電気抵抗率ＲＢとの比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上であることが好ましい。また、電気抵抗率ＲＡが１００μΩ・ｍ以上２０００μΩ・ｍ以下であることが好ましい。このカーボンブラシの製造方法は、基材を成型する際の加圧を、予め整流子の回転方向に対する接線方向と平行な方向に行う工程を有する。
【解決手段】一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシであって、前記整流子の回転方向に対する接線方向における前記基材の電気抵抗率ＲＡが、前記導電線が接続された箇所から前記整流子までの間の電気抵抗率ＲＢよりも高く、電気抵抗率ＲＡと電気抵抗率ＲＢとの比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上であることが好ましい。また、電気抵抗率ＲＡが１００μΩ・ｍ以上２０００μΩ・ｍ以下であることが好ましい。このカーボンブラシの製造方法は、基材を成型する際の加圧を、予め整流子の回転方向に対する接線方向と平行な方向に行う工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家電用、電動工具用及び自動車用の整流子を用いる電動機用カーボンブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
家電用、電動工具用及び自動車用モーターは、小型化、高回転化及び高入力化が進んでいる。従って、カーボンブラシにとっては、より過酷な条件に晒される環境が進んでいる。
【０００３】
特に家電用の掃除機用ブラシでは、仕事効率が重要な性能として求められ、その仕事効率が０．１％の改善要求で激しい競争が進められているのが現状である。
【０００４】
このような状況に対応するため、カーボンブラシの外表面に金属被覆（下記特許文献１参照）したり、カーボンブラシの外表面に含浸被覆（下記特許文献２参照）したりすることなどが行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１２９２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１０２４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２では、カーボンブラシ表面に上述の被覆処理を施す工程を別途設けなければならない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、カーボンブラシ表面に被覆処理を施されずに、整流子において発生する短絡電流を抑制することによって、発生する火花を抑制し、仕事効率を従来よりも改善したカーボンブラシを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 前記課題を解決するための本発明に係るカーボンブラシは、一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシであって、前記整流子の回転方向に対する接線方向における前記基材の電気抵抗率ＲＡが、前記導電線が接続された箇所から前記整流子までの間の電気抵抗率ＲＢよりも高い。
【０００９】
上記構成によれば、カーボンブラシ表面に被覆処理を施されずに、整流子において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制できる。その結果として、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシを提供できる。
【００１０】
（２） 上記（１）のカーボンブラシにおいては、前記電気抵抗率ＲＡと前記電気抵抗率ＲＢとの比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上であることが好ましい。なお、比ＲＡ／ＲＢが１．５０未満であるときは、上記（１）のカーボンブラシにおける効果を十分に発揮できないことがある。
【００１１】
（３） 上記（２）のカーボンブラシにおいては、前記電気抵抗率ＲＡが、１００μΩ・ｍ以上であることが好ましい。上述の電気抵抗率（抵抗率）の差が大きいほど、上記（１）のカーボンブラシにおける効果は顕著となるからである。なお、前記電気抵抗率ＲＡが、１００μΩ・ｍ未満であるときは、上記（２）のカーボンブラシにおける効果を十分に発揮できないことがある。
【００１２】
（４） 上記（３）のカーボンブラシにおいては、前記電気抵抗率ＲＡが、２０００μΩ・ｍ以下であることがより好ましい。電気抵抗率ＲＡが高すぎると、流れるべき全体の電気量が抑制されることにより、仕事効率自体が全体的に低下するためである。
【００１３】
（５） 上記（１）〜（４）のカーボンブラシにおいては、前記基材がオイル含浸されているものであることが好ましい。
【００１４】
上記（５）の構成によれば、ブラシ摩耗特性を向上させることができ、整流子と接触する際の摺動性が改善されるので、この接触の際の温度上昇を抑制できる。その結果として、実際に部品として使用した際のカーボンブラシの摩耗が低減される。
【００１５】
（６） 上記（１）〜（５）のカーボンブラシにおいては、前記基材の全部又は一部の表面がメッキされていることが好ましい。
【００１６】
上記（６）の構成によれば、基材の見かけ上の固有抵抗を低減できるので、より温度上昇を抑制できるとともに、整流が安定し、ブラシの摩耗が低減され、さらにはより高いモーター効率とすることができる。
【００１７】
（７） 本発明は、一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシの製造方法であって、前記基材を成型する際の加圧を、予め前記整流子の回転方向に対する接線方向と平行な方向に行う工程を有している。
【００１８】
上記（７）の構成によれば、カーボンブラシ表面に被覆処理を施す工程を有さずに、整流子において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制でき、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシを容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態に係るカーボンブラシについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るカーボンブラシと、整流子とを示す側面図である。
【００２０】
本実施形態のカーボンブラシ１は、一端に導電線１ｂが接続された基材１ａからなり、基材１ａの他端が緩やかな凹型のカーブ形状を有しており、この他端において、回転する整流子２の曲面と面接触するように配設されている。
【００２１】
基材１ａにおいては、整流子２の回転方向に対する接線方向（図１中の点線矢印Ａ方向）における電気抵抗率ＲＡが、導電線１ｂが接続された箇所から整流子２に接触するまでの間の電気抵抗率ＲＢよりも高くなっている。具体的には、比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上となるように調整されているとともに、電気抵抗率ＲＡが１００μΩ・ｍ以上２０００μΩ・ｍ以下となるように調整されている。
【００２２】
整流子２は、公知の一般的な構成を有する整流子であれば、どのようなものでもよい。
【００２３】
本実施形態におけるカーボンブラシの分類は、結合剤が熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂またはこれらの配合系である樹脂結合黒鉛質、熱硬化性樹脂またはピッチを非酸化雰囲気で熱処理を施すことにより炭化せしめた炭素黒鉛質及びその構成成分に金属を配合した金属黒鉛質等が例示できる。
【００２４】
使用される黒鉛は、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛、キッシュ黒鉛等が例示され、また不定形炭素については、コークス及びスートが好ましいが、特に限定されるものではない。黒鉛及び不定形炭素のこれらが個々に他の黒鉛及び不定形炭素同士で配合されるものでも差し支えない。
【００２５】
なお、黒鉛は、その結晶が平面的な構造になっており、面に接する平行な方向によりも面に垂直な結晶が積み重なった層方向の方が電気的な抵抗率（電気抵抗率）が高くなる性質を持っている。その詳細な比率は、結晶構造や粒径により異なる。
【００２６】
使用される結合剤は、熱硬化性樹脂にあっては、好ましくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはこれらを個々に配合するもの、熱可塑性樹脂にあっては、ポリエステル、ポリエチレン等市販の樹脂が使用できる。また、これらの各配合系でも使用できる。金属黒鉛質に使用される主な金属成分は、銅、銀さらにこれらをメッキしたものが好ましいが、特に限定されるものではなく、これらの配合系であっても差し支えない。
【００２７】
次に、カーボンブラシ１の製造方法について説明する。まず、黒鉛に添加剤を混合した後、結合剤とともに所定温度で温めながら混練し、混練終了後に室温まで冷却する。その後、所定粒径となるように粉砕し、所定圧力で基材１ａを加圧成型する。この加圧は、図２（ａ）の両矢印方向のように、予め整流子２の回転方向に対する接線方向と平行な方向（図２（ａ）紙面におけるカーボンブラシ１の右側面及び左側面に対して垂直に挟むような方向）に行われるので、各層の面に対する法線方向が加圧方向と略平行となっている複数層からなる基材１ａが形成されることになる。そして、基材１ａの一端に穴をあけて、この穴に導電線１ｂを銅粉などによって埋め込み取り付けすることによって、カーボンブラシ１は完成する。
【００２８】
なお、図２（ｂ）の両矢印方向のような従来の加圧方向（図２（ｂ）紙面におけるカーボンブラシ３の手前側面及び奥手側面に対して垂直に挟むような方向）では、図２（ａ）において導電線１ｂが接続された面中心から整流子２に接触する面中心の方向を軸とした場合、この軸に対して９０°回転させたような複数層からなる基材３ａを有するカーボンブラシ３となる。このとき、カーボンブラシ３の整流子４に接触する面は、図２（ｂ）に示すように、回転する整流子４の曲面と面接触するように、緩やかな凹型のカーブ形状を有するように形成されている。このようなカーボンブラシ３では、黒鉛の層が回転方向に重なって配列していないため、短絡電流が大きくなるので、カーボンブラシ１に比べ、仕事効率が劣る。
【００２９】
上記構成のカーボンブラシ１によれば、このカーボンブラシ１表面に被覆処理を施す工程を有さずに、整流子２において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制できる。その結果として、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシ１を提供できる。
【実施例】
【００３０】
以下に実施例を挙げ、本発明を詳しく説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例に記載される寸法表記中の（Ｗ）は、幅を意味し、（Ｌ）は、長さを意味し、（Ｔ）は厚み方向を意味している。
【００３１】
（実施例１）
平均粒径１００μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３２】
（実施例２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３３】
（実施例３）
平均粒径２５μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３４】
（実施例４）
平均粒径１００μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３５】
（実施例５）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３６】
（実施例６）
平均粒径２５μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３７】
（実施例７）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）ｍｍ×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３８】
（実施例８）
平均粒径８μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３９】
（実施例９）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４０】
（実施例１０）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４１】
（実施例１１）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛５５重量部及びコークス３０重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４２】
（実施例１２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４３】
（実施例１３）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４４】
（実施例１４）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４５】
（比較例１）
平均粒径１００μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４６】
（比較例２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４７】
（比較例３）
平均粒径２５μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４８】
（比較例４）
平均粒径１００μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４９】
（比較例５）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５０】
（比較例６）
平均粒径２５μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、
１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５１】
（比較例７）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５２】
（比較例８）
平均粒径８μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５３】
（比較例９）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５４】
（比較例１０）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５５】
（比較例１１）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛５５重量部及びコークス３０重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５６】
（比較例１２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５７】
（比較例１３）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５８】
（比較例１４）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５９】
実施例１から１１及び比較例１から１１の各々のカーボンブラシについて、ＡＣ１００Ｖ、６０Ｈｚ掃除機用モーターの仕事率の測定を行った。尚、モーターに使用されるカーボンブラシの整流子の回転方向における寸法は６ｍｍである。
【００６０】
実施例１２から１４及び比較例１２から１４の各々のカーボンブラシについて、ＤＣ１００Ｖ、６０Ｈｚ掃除機用モーターの仕事率の測定を行った。尚、モーターに使用されるカーボンブラシの整流子の回転方向における寸法は６ｍｍである。
【００６１】
これらの試験結果を表１に示した。
【表１】
【００６２】
表１に示すように樹脂結合黒鉛質、炭素黒鉛質及び金属黒鉛質において整流子の回転方向とその各電気抵抗率の方向性による仕事効率の差が認められる。
【００６３】
従って、本実施例により、カーボンブラシ表面に被覆処理を施す工程を有さずに、整流子において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制できることがわかる。したがって、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシを提供できたことがわかる。
【００６４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態における導電線１ｂは、基材１ａの一端に接続されているが、基材１ａの一端付近（例えば側面）に接続されているものであればよい。
【００６５】
さらに、上記実施形態の変形例として、基材１ａに穴を形成して埋め込み取り付けする導電線１ｂの代わりに、（１）穴を形成せずに導電性のスプリングを基材１ａに単に接触させたり、（２）予め基材１ａに突起部を形成しておき、その突起部に導電性のスプリングを嵌合させたりするようなカーボンブラシとしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態のカーボンブラシの基材においては、オイル含浸されているものであってもよい。ここで用いられるオイルとしては、潤滑油、炭化水素油などが挙げられる。これにより、ブラシ摩耗特性を向上させることができ、整流子と接触する際の摺動性が改善されるので、この接触の際の温度上昇を抑制できる。その結果として、実際に部品として使用した際のカーボンブラシの摩耗が低減される。
【００６７】
さらに、上記実施形態のカーボンブラシの基材においては、全部又は一部の表面がメッキされていてもよい。ここで、メッキに用いる金属材料としては、銅、銀、銅および銀の２層などが挙げられる。これにより、基材の見かけ上の固有抵抗を低減できるので、より温度上昇を抑制できるとともに、整流が安定し、ブラシの摩耗が低減され、さらにはモーターに使用した際、より高いモーター効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係るカーボンブラシと、整流子とを示す側面図である。
【図２】（ａ）が図１のカーボンブラシと、整流子の一部とを示す斜視図、（ｂ）が従来のカーボンブラシと、整流子の一部とを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、３ カーボンブラシ
１ａ、３ａ 基材
１ｂ、３ｂ 導電線
２、４ 整流子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家電用、電動工具用及び自動車用の整流子を用いる電動機用カーボンブラシに関する。
【背景技術】
【０００２】
家電用、電動工具用及び自動車用モーターは、小型化、高回転化及び高入力化が進んでいる。従って、カーボンブラシにとっては、より過酷な条件に晒される環境が進んでいる。
【０００３】
特に家電用の掃除機用ブラシでは、仕事効率が重要な性能として求められ、その仕事効率が０．１％の改善要求で激しい競争が進められているのが現状である。
【０００４】
このような状況に対応するため、カーボンブラシの外表面に金属被覆（下記特許文献１参照）したり、カーボンブラシの外表面に含浸被覆（下記特許文献２参照）したりすることなどが行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１２９２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１０２４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２では、カーボンブラシ表面に上述の被覆処理を施す工程を別途設けなければならない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、カーボンブラシ表面に被覆処理を施されずに、整流子において発生する短絡電流を抑制することによって、発生する火花を抑制し、仕事効率を従来よりも改善したカーボンブラシを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１） 前記課題を解決するための本発明に係るカーボンブラシは、一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシであって、前記整流子の回転方向に対する接線方向における前記基材の電気抵抗率ＲＡが、前記導電線が接続された箇所から前記整流子までの間の電気抵抗率ＲＢよりも高い。
【０００９】
上記構成によれば、カーボンブラシ表面に被覆処理を施されずに、整流子において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制できる。その結果として、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシを提供できる。
【００１０】
（２） 上記（１）のカーボンブラシにおいては、前記電気抵抗率ＲＡと前記電気抵抗率ＲＢとの比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上であることが好ましい。なお、比ＲＡ／ＲＢが１．５０未満であるときは、上記（１）のカーボンブラシにおける効果を十分に発揮できないことがある。
【００１１】
（３） 上記（２）のカーボンブラシにおいては、前記電気抵抗率ＲＡが、１００μΩ・ｍ以上であることが好ましい。上述の電気抵抗率（抵抗率）の差が大きいほど、上記（１）のカーボンブラシにおける効果は顕著となるからである。なお、前記電気抵抗率ＲＡが、１００μΩ・ｍ未満であるときは、上記（２）のカーボンブラシにおける効果を十分に発揮できないことがある。
【００１２】
（４） 上記（３）のカーボンブラシにおいては、前記電気抵抗率ＲＡが、２０００μΩ・ｍ以下であることがより好ましい。電気抵抗率ＲＡが高すぎると、流れるべき全体の電気量が抑制されることにより、仕事効率自体が全体的に低下するためである。
【００１３】
（５） 上記（１）〜（４）のカーボンブラシにおいては、前記基材がオイル含浸されているものであることが好ましい。
【００１４】
上記（５）の構成によれば、ブラシ摩耗特性を向上させることができ、整流子と接触する際の摺動性が改善されるので、この接触の際の温度上昇を抑制できる。その結果として、実際に部品として使用した際のカーボンブラシの摩耗が低減される。
【００１５】
（６） 上記（１）〜（５）のカーボンブラシにおいては、前記基材の全部又は一部の表面がメッキされていることが好ましい。
【００１６】
上記（６）の構成によれば、基材の見かけ上の固有抵抗を低減できるので、より温度上昇を抑制できるとともに、整流が安定し、ブラシの摩耗が低減され、さらにはより高いモーター効率とすることができる。
【００１７】
（７） 本発明は、一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシの製造方法であって、前記基材を成型する際の加圧を、予め前記整流子の回転方向に対する接線方向と平行な方向に行う工程を有している。
【００１８】
上記（７）の構成によれば、カーボンブラシ表面に被覆処理を施す工程を有さずに、整流子において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制でき、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシを容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態に係るカーボンブラシについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るカーボンブラシと、整流子とを示す側面図である。
【００２０】
本実施形態のカーボンブラシ１は、一端に導電線１ｂが接続された基材１ａからなり、基材１ａの他端が緩やかな凹型のカーブ形状を有しており、この他端において、回転する整流子２の曲面と面接触するように配設されている。
【００２１】
基材１ａにおいては、整流子２の回転方向に対する接線方向（図１中の点線矢印Ａ方向）における電気抵抗率ＲＡが、導電線１ｂが接続された箇所から整流子２に接触するまでの間の電気抵抗率ＲＢよりも高くなっている。具体的には、比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上となるように調整されているとともに、電気抵抗率ＲＡが１００μΩ・ｍ以上２０００μΩ・ｍ以下となるように調整されている。
【００２２】
整流子２は、公知の一般的な構成を有する整流子であれば、どのようなものでもよい。
【００２３】
本実施形態におけるカーボンブラシの分類は、結合剤が熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂またはこれらの配合系である樹脂結合黒鉛質、熱硬化性樹脂またはピッチを非酸化雰囲気で熱処理を施すことにより炭化せしめた炭素黒鉛質及びその構成成分に金属を配合した金属黒鉛質等が例示できる。
【００２４】
使用される黒鉛は、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛、キッシュ黒鉛等が例示され、また不定形炭素については、コークス及びスートが好ましいが、特に限定されるものではない。黒鉛及び不定形炭素のこれらが個々に他の黒鉛及び不定形炭素同士で配合されるものでも差し支えない。
【００２５】
なお、黒鉛は、その結晶が平面的な構造になっており、面に接する平行な方向によりも面に垂直な結晶が積み重なった層方向の方が電気的な抵抗率（電気抵抗率）が高くなる性質を持っている。その詳細な比率は、結晶構造や粒径により異なる。
【００２６】
使用される結合剤は、熱硬化性樹脂にあっては、好ましくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはこれらを個々に配合するもの、熱可塑性樹脂にあっては、ポリエステル、ポリエチレン等市販の樹脂が使用できる。また、これらの各配合系でも使用できる。金属黒鉛質に使用される主な金属成分は、銅、銀さらにこれらをメッキしたものが好ましいが、特に限定されるものではなく、これらの配合系であっても差し支えない。
【００２７】
次に、カーボンブラシ１の製造方法について説明する。まず、黒鉛に添加剤を混合した後、結合剤とともに所定温度で温めながら混練し、混練終了後に室温まで冷却する。その後、所定粒径となるように粉砕し、所定圧力で基材１ａを加圧成型する。この加圧は、図２（ａ）の両矢印方向のように、予め整流子２の回転方向に対する接線方向と平行な方向（図２（ａ）紙面におけるカーボンブラシ１の右側面及び左側面に対して垂直に挟むような方向）に行われるので、各層の面に対する法線方向が加圧方向と略平行となっている複数層からなる基材１ａが形成されることになる。そして、基材１ａの一端に穴をあけて、この穴に導電線１ｂを銅粉などによって埋め込み取り付けすることによって、カーボンブラシ１は完成する。
【００２８】
なお、図２（ｂ）の両矢印方向のような従来の加圧方向（図２（ｂ）紙面におけるカーボンブラシ３の手前側面及び奥手側面に対して垂直に挟むような方向）では、図２（ａ）において導電線１ｂが接続された面中心から整流子２に接触する面中心の方向を軸とした場合、この軸に対して９０°回転させたような複数層からなる基材３ａを有するカーボンブラシ３となる。このとき、カーボンブラシ３の整流子４に接触する面は、図２（ｂ）に示すように、回転する整流子４の曲面と面接触するように、緩やかな凹型のカーブ形状を有するように形成されている。このようなカーボンブラシ３では、黒鉛の層が回転方向に重なって配列していないため、短絡電流が大きくなるので、カーボンブラシ１に比べ、仕事効率が劣る。
【００２９】
上記構成のカーボンブラシ１によれば、このカーボンブラシ１表面に被覆処理を施す工程を有さずに、整流子２において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制できる。その結果として、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシ１を提供できる。
【実施例】
【００３０】
以下に実施例を挙げ、本発明を詳しく説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例に記載される寸法表記中の（Ｗ）は、幅を意味し、（Ｌ）は、長さを意味し、（Ｔ）は厚み方向を意味している。
【００３１】
（実施例１）
平均粒径１００μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３２】
（実施例２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３３】
（実施例３）
平均粒径２５μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３４】
（実施例４）
平均粒径１００μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３５】
（実施例５）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３６】
（実施例６）
平均粒径２５μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３７】
（実施例７）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）ｍｍ×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３８】
（実施例８）
平均粒径８μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００３９】
（実施例９）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４０】
（実施例１０）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４１】
（実施例１１）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛５５重量部及びコークス３０重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４２】
（実施例１２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４３】
（実施例１３）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４４】
（実施例１４）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を１０ｍｍ×３０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４５】
（比較例１）
平均粒径１００μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４６】
（比較例２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４７】
（比較例３）
平均粒径２５μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４８】
（比較例４）
平均粒径１００μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００４９】
（比較例５）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５０】
（比較例６）
平均粒径２５μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、
１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５１】
（比較例７）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５２】
（比較例８）
平均粒径８μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用エポキシ樹脂１５重量部を１２０℃で１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、１８０℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５３】
（比較例９）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５４】
（比較例１０）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５５】
（比較例１１）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛５５重量部及びコークス３０重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、５００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５６】
（比較例１２）
平均粒径５０μｍの天然黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５７】
（比較例１３）
平均粒径５０μｍの人造黒鉛８５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５８】
（比較例１４）
平均粒径１５μｍの人造黒鉛５５重量部に汎用フェーノール樹脂１５重量部をメタノールで溶解したものと同１時間混練し、その後室温まで冷却した後、粒径が４０メッシュ以下になるように粉砕し、これと平均粒径５０μｍの銅粉を５０重量部となるように混合し、１５０ＭＰａの圧力で１０ｍｍ（Ｗ）×３０ｍｍ（Ｌ）×６ｍｍ（Ｔ）の成型体を６ｍｍ×１０ｍｍの面で加圧成型して、７００℃で熱処理してカーボンブラシ基材を得た。
【００５９】
実施例１から１１及び比較例１から１１の各々のカーボンブラシについて、ＡＣ１００Ｖ、６０Ｈｚ掃除機用モーターの仕事率の測定を行った。尚、モーターに使用されるカーボンブラシの整流子の回転方向における寸法は６ｍｍである。
【００６０】
実施例１２から１４及び比較例１２から１４の各々のカーボンブラシについて、ＤＣ１００Ｖ、６０Ｈｚ掃除機用モーターの仕事率の測定を行った。尚、モーターに使用されるカーボンブラシの整流子の回転方向における寸法は６ｍｍである。
【００６１】
これらの試験結果を表１に示した。
【表１】
【００６２】
表１に示すように樹脂結合黒鉛質、炭素黒鉛質及び金属黒鉛質において整流子の回転方向とその各電気抵抗率の方向性による仕事効率の差が認められる。
【００６３】
従って、本実施例により、カーボンブラシ表面に被覆処理を施す工程を有さずに、整流子において発生する短絡電流を抑制できるので、発生する火花を抑制できることがわかる。したがって、仕事効率が従来よりも改善されたカーボンブラシを提供できたことがわかる。
【００６４】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態における導電線１ｂは、基材１ａの一端に接続されているが、基材１ａの一端付近（例えば側面）に接続されているものであればよい。
【００６５】
さらに、上記実施形態の変形例として、基材１ａに穴を形成して埋め込み取り付けする導電線１ｂの代わりに、（１）穴を形成せずに導電性のスプリングを基材１ａに単に接触させたり、（２）予め基材１ａに突起部を形成しておき、その突起部に導電性のスプリングを嵌合させたりするようなカーボンブラシとしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態のカーボンブラシの基材においては、オイル含浸されているものであってもよい。ここで用いられるオイルとしては、潤滑油、炭化水素油などが挙げられる。これにより、ブラシ摩耗特性を向上させることができ、整流子と接触する際の摺動性が改善されるので、この接触の際の温度上昇を抑制できる。その結果として、実際に部品として使用した際のカーボンブラシの摩耗が低減される。
【００６７】
さらに、上記実施形態のカーボンブラシの基材においては、全部又は一部の表面がメッキされていてもよい。ここで、メッキに用いる金属材料としては、銅、銀、銅および銀の２層などが挙げられる。これにより、基材の見かけ上の固有抵抗を低減できるので、より温度上昇を抑制できるとともに、整流が安定し、ブラシの摩耗が低減され、さらにはモーターに使用した際、より高いモーター効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係るカーボンブラシと、整流子とを示す側面図である。
【図２】（ａ）が図１のカーボンブラシと、整流子の一部とを示す斜視図、（ｂ）が従来のカーボンブラシと、整流子の一部とを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１、３ カーボンブラシ
１ａ、３ａ 基材
１ｂ、３ｂ 導電線
２、４ 整流子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシであって、
前記整流子の回転方向に対する接線方向における前記基材の電気抵抗率ＲＡが、前記導電線が接続された箇所から前記整流子までの間の電気抵抗率ＲＢよりも高いことを特徴とするカーボンブラシ。
【請求項２】
前記電気抵抗率ＲＡと前記電気抵抗率ＲＢとの比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上であることを特徴とする請求項１記載のカーボンブラシ。
【請求項３】
前記電気抵抗率ＲＡが、１００μΩ・ｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載のカーボンブラシ。
【請求項４】
前記電気抵抗率ＲＡが、２０００μΩ・ｍ以下であることを請求項３に記載のカーボンブラシ。
【請求項５】
前記基材が、オイル含浸されているものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンブラシ。
【請求項６】
前記基材の全部又は一部の表面がメッキされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンブラシ。
【請求項７】
一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシの製造方法であって、
前記基材を成型する際の加圧を、予め前記整流子の回転方向に対する接線方向と平行な方向に行う工程を有していることを特徴とするカーボンブラシの製造方法。
【請求項１】
一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシであって、
前記整流子の回転方向に対する接線方向における前記基材の電気抵抗率ＲＡが、前記導電線が接続された箇所から前記整流子までの間の電気抵抗率ＲＢよりも高いことを特徴とするカーボンブラシ。
【請求項２】
前記電気抵抗率ＲＡと前記電気抵抗率ＲＢとの比ＲＡ／ＲＢが１．５０以上であることを特徴とする請求項１記載のカーボンブラシ。
【請求項３】
前記電気抵抗率ＲＡが、１００μΩ・ｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載のカーボンブラシ。
【請求項４】
前記電気抵抗率ＲＡが、２０００μΩ・ｍ以下であることを請求項３に記載のカーボンブラシ。
【請求項５】
前記基材が、オイル含浸されているものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンブラシ。
【請求項６】
前記基材の全部又は一部の表面がメッキされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンブラシ。
【請求項７】
一端付近に導電線が接続された基材からなり、前記基材の他端において、回転する整流子と接触するカーボンブラシの製造方法であって、
前記基材を成型する際の加圧を、予め前記整流子の回転方向に対する接線方向と平行な方向に行う工程を有していることを特徴とするカーボンブラシの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３２５４０１（Ｐ２００７−３２５４０１Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５２１９８（Ｐ２００６−１５２１９８）
【出願日】平成１８年５月３１日（２００６．５．３１）
【出願人】（５９２０２６１７４）東炭化工株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月３１日（２００６．５．３１）
【出願人】（５９２０２６１７４）東炭化工株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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