特許 6539018 樹脂結合炭素質ブラシおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6539018

(24)【登録日】2019年6月14日

(45)【発行日】2019年7月3日

(54)【発明の名称】樹脂結合炭素質ブラシおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 13/00 20060101AFI20190625BHJP

   H01R 39/26 20060101ALI20190625BHJP

   H01R 43/12 20060101ALI20190625BHJP

【ＦＩ】

   H02K13/00 P

   H01R39/26

   H01R43/12

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-89272(P2014-89272)

(22)【出願日】2014年4月23日

(65)【公開番号】特開2015-208199(P2015-208199A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年12月20日

【審判番号】不服2018-5224(P2018-5224/J1)

【審判請求日】2018年4月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】592026174

【氏名又は名称】東炭化工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100125704

【弁理士】

【氏名又は名称】坂根 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】香川 佳一

(72)【発明者】

【氏名】白川 秀則

【合議体】

【審判長】 佐々木 芳枝

【審判官】 柿崎 拓

【審判官】 久保 竜一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１９０８２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１３４７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−２９５６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−５３１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７８９６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02K 13/00

H01R 39/26,43/12

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素粉を含むとともに炭素化されていない樹脂による結合のみを含む炭素質材料と、
前記炭素質材料の粒子間に配置される金属粉とを含み、
前記炭素質材料の平均粒径は０．３ｍｍ以上であり、
前記炭素質材料および前記金属粉の全体に対する前記金属粉の割合が１重量％以上３０重量％以下である、樹脂結合炭素質ブラシ。

【請求項2】

前記炭素質材料の平均粒径は２．５ｍｍ以下である、請求項１記載の樹脂結合炭素質ブラシ。

【請求項3】

前記金属粉は、銀粉である、請求項１または２記載の樹脂結合炭素質ブラシ。

【請求項4】

前記炭素質材料の粒子間に配置される金属粉により金属層が形成され、前記金属層の厚みは１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂結合炭素質ブラシ。

【請求項5】

炭素粉および樹脂を混合することにより炭素質材料を作製する工程と、
作製された炭素質材料の平均粒径を０．３ｍｍ以上に調整する工程と、
平均粒径が調整された炭素質材料と金属粉とを混合することによりブラシ材料を作製する工程と、
作製されたブラシ材料を成形する工程と、
炭素質材料に含まれる樹脂が炭化しない温度で、成形されたブラシ材料に熱処理を行うことによって炭素質材料中の樹脂を結合させる工程とを備え、
炭素質材料と金属粉とを混合する工程において、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合を１重量％以上３０重量％以下に調整する、樹脂結合炭素質ブラシの製造方法。

【請求項6】

前記ブラシ材料を作製する工程は、前記炭素質材料の樹脂が未硬化の状態で行われる、請求項５記載の樹脂結合炭素質ブラシの製造方法。

【請求項7】

前記ブラシ材料を作製する工程において、前記金属粉の平均粒径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下である、請求項５または６記載の樹脂結合炭素質ブラシの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂結合炭素質ブラシおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モータのブラシとして、炭素を含みかつ樹脂結合（レジンボンド）によって成形される樹脂結合炭素質ブラシがある（例えば、特許文献１参照）。樹脂結合炭素質ブラシは適度な柔軟性を有し、回転体（ロータ）に対する滑り性が高い。そのため、樹脂結合炭素質ブラシと回転体との間で生じる摩擦音は比較的小さく、樹脂結合炭素質ブラシを用いることによりモータの静音化が可能となる。一般家庭で用いられるような静音性が求められる電気機器のモータに、樹脂結合炭素質ブラシが用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−５０２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

樹脂結合炭素質ブラシは樹脂の含有量が多いので、電気抵抗率が比較的高い。モータの出力を上げるために、樹脂結合炭素質ブラシの電気抵抗率を低くすることが求められる。

【0005】

本発明の目的は、電気抵抗率が低下された樹脂結合炭素質ブラシおよびその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）第１の発明に係る樹脂結合炭素質ブラシは、炭素粉を含むとともに炭素化されていない樹脂による結合のみを含む炭素質材料と、炭素質材料の粒子間に配置される金属粉とを含み、炭素質材料の平均粒径は０．３ｍｍ以上であり、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上３０重量％以下である。

【0007】

この樹脂結合炭素質ブラシにおいては、炭素質材料の粒子間に金属粉が配置されることにより導電性が高まり、電気抵抗率が低くなる。この場合、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上であるので、炭素質材料の粒子間において、金属粉が分散的でなく集中的に配置される。それにより、金属による３次元的な網状のつながりが形成される。その結果、効果的に電気抵抗率が低下される。

【0008】

また、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上であるので、金属粉による導電性が十分に確保される。さらに、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が３０重量％以下であるので、炭素質材料の粒子間における結合力の低下が防止される。

【0009】

（２）炭素質材料の平均粒径は２．５ｍｍ以下であってもよい。この場合、電気抵抗率を低下させつつ樹脂結合炭素質ブラシの成形を容易に行うことができる。

【0010】

（３）金属粉は、銀粉であってもよい。この場合、金属粉の酸化が抑制されるとともに、本来的に電気抵抗率が低い銀が用いられることにより、効果的に電気抵抗率が低下される。

【0011】

（４）炭素質材料の粒子間に配置される金属粉により金属層が形成され、金属層の厚みは１μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。この場合、金属層により３次元的な金属のつながりが形成されるため、効果的に電気抵抗率が低下される。

【0012】

（５）第２の発明に係る樹脂結合炭素質ブラシの製造方法は、炭素粉および樹脂を混合することにより炭素質材料を作製する工程と、作製された炭素質材料の平均粒径を０．３ｍｍ以上に調整する工程と、平均粒径が調整された炭素質材料と金属粉とを混合することによりブラシ材料を作製する工程と、作製されたブラシ材料を成形する工程と、炭素質材料に含まれる樹脂が炭化しない温度で、成形されたブラシ材料に熱処理を行うことによって炭素質材料中の樹脂を結合させる工程とを備え、炭素質材料と金属粉とを混合する工程において、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合を１重量％以上３０重量％以下に調整する。

【0013】

この製造方法によれば、炭素質材料の粒子間に金属粉が配置されることにより導電性が高まり、電気抵抗が低減される。この場合、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上であるので、炭素質材料の粒子間において、金属粉が分散的でなく集中的に配置される。それにより、金属による３次元的な網状のつながりが形成される。その結果、効果的に電気抵抗率が低減される。

【0014】

また、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上であるので、金属粉による導電性が十分に確保される。さらに、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が３０重量％以下であるので、炭素質粒子間における結合力の低下が防止される。

【0015】

（６）ブラシ材料を作製する工程は、炭素質材料の樹脂が未硬化の状態で行われてもよい。この場合、炭素質材料に金属粉が付着しやすくなるので、金属による３次元的な網状のつながりを効率良く形成することができる。

【0016】

（７）ブラシ材料を作製する工程において、金属粉の平均粒径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。この場合、金属による３次元的な網状のつながりにより効果的に電気抵抗率が低下される。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、樹脂結合炭素質ブラシの電気抵抗率が低下される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態に係る樹脂結合炭素質ブラシを用いた交流モータの模式的斜視図である。

【図2】炭素質材料の平均粒径と電気抵抗率との関係を説明するための図である。

【図3】顕微鏡により観察される実施例１の炭素質粒子の表面を示す図である。

【図4】顕微鏡により観察される実施例２の炭素質粒子の表面を示す図である。

【図5】顕微鏡により観察される実施例３の炭素質粒子の表面を示す図である。

【図6】顕微鏡により観察される比較例１の炭素質粒子の表面を示す図である。

【図7】顕微鏡により観察される実施例１のブラシ基材の切断面を示す図である。

【図8】顕微鏡により観察される実施例２のブラシ基材の切断面を示す図である。

【図9】顕微鏡により観察される実施例３のブラシ基材の切断面を示す図である。

【図10】第１のモータにおける測定結果を示す図である。

【図11】第２のモータにおける測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施の形態に係る樹脂結合炭素質ブラシについて図面を参照しながら説明する。

【0020】

（１）ブラシの構成
図１は、本実施の形態に係る樹脂結合炭素質ブラシ（以下、ブラシと略記する）を用いた交流モータの模式的斜視図である。図１の交流モータ１０は、ブラシ１および回転体２を含む。回転体２は整流子であり、回転軸Ｇの周りで回転可能に設けられる。ブラシ１にはリード線４が接続される。ブラシ１の一端が回転体２の外周面に接触するように、図示しないブラシスプリングによりブラシ１が付勢される。図示しない電源からリード線４を介してブラシ１に電流が供給される。その電流がブラシ１から回転体２に供給されることにより、回転体２が回転軸Ｇの周りで回転する。回転体２が回転することにより、ブラシ１が回転体２に対して摺動する。

【0021】

なお、本実施の形態では、交流モータ１０にブラシ１が用いられるが、これに限らず、直流モータにブラシ１が用いられてもよい。

【0022】

（２）ブラシの製造方法
ブラシ１の製造方法について説明する。まず、炭素粉およびバインダーを混練することにより炭素質材料を作製する。炭素粉としては、黒鉛粉を用いることが好ましい。黒鉛粉としては、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉または膨張黒鉛粉等を用いることができ、これらのうち複数を混合して用いてもよい。バインダーとしては、合成樹脂を用いることができ、熱硬化性合成樹脂または熱可塑性合成樹脂のいずれを用いてもよく、またはこれらを混合して用いてもよい。

【0023】

バインダーとして、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、またはポリイミド樹脂を用いることが好ましい。また、これらのバインダーがアセトン等のケトン類、またはメタノールもしくはエタノール等のアルコール類等の溶媒に溶解され、その溶解液が炭素粉と混練されてもよい。

【0024】

炭素粉およびバインダーの総量に対する炭素粉の割合は、例えば５重量％以上９５重量％以下であり、５０重量％以上９０重量％以下であることが好ましい。

【0025】

炭素粉およびバインダーの混練時に、タングステン、タングステンカーバイト、モリブデンおよびこれらの硫化物のうち１種類または複数種類を添加剤として加えてもよい。炭素粉およびバインダーの総量に対する添加剤の割合は、例えば、０．１重量％以上１０重量％以下であり、１重量％以上５重量％以下であることが好ましい。

【0026】

次に、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上となるように、炭素質材料の造粒を行う。この場合、混練により造粒を行ってもよく、または造粒粉を篩を用いて整粒してもよい。あるいは、炭素質材料を粉砕する等の他の方法により造粒を行ってもよい。造粒後の炭素質材料の平均粒径は０．３ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることがより好ましい。

【0027】

次に、造粒後の炭素質材料と金属粉とを混合することによりブラシ材料を作製する。ブラシ材料の総量に対する金属粉の割合は、１重量％以上３０重量％以下に調整され、２．５重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。金属粉としては、例えば、銀粉または銅粉が用いられる。金属粉として銀粉が用いられる場合、銀粉の見かけ密度は０．５ｇ／ｃｍ^３以上０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。また、金属粉の平均粒径が小さいほど、金属による３次元的な網状のつながり（以下、金属のネットワークと呼ぶ）を形成しやすくなる。一方、金属粉の平均粒径が小さすぎると、金属粉の取り扱いが困難となる。そこで、金属粉の平均粒径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。

【0028】

炭素質材料と金属粉とを混合する際には、炭素質材料に含まれる樹脂が未硬化の状態であることが好ましい。未硬化の樹脂には金属粉が付着しやすいので、炭素質材料の表面に均一に金属粉を付着させることができる。それにより、金属のネットワークを効率よく形成することができる。また、樹脂が未硬化の状態でかつバインダーの溶媒が残存する状態で炭素質材料と金属粉とを混合してもよい。

【0029】

次に、作製されたブラシ材料を加圧成形する。続いて、成形後のブラシ材料に対して、樹脂が炭化されない温度で熱処理を行う。これにより、ブラシ材料中の樹脂が硬化および結合され、樹脂結合質のブラシ基材が作製される。熱処理の温度は、ブラシ材料中の樹脂が炭素化されない温度であり、例えば１５０℃以上２５０℃以下である。熱処理は、窒素雰囲気下、アンモニア還元雰囲気下、または真空下で行われることが好ましい。この場合、金属粉の酸化を抑制することができる。作製されたブラシ基材から所望の寸法および形状を有するブラシ１を作製する。

【0030】

図２は、炭素質材料の平均粒径と電気抵抗率との関係を説明するための図である。図２（ａ）には、炭素質材料の平均粒径が比較的小さい場合の炭素質材料の粒子および金属粒子の状態が示される。図２（ｂ）には、炭素質材料の粒径が比較的大きい場合の炭素質材料の粒子および金属粒子の状態が示される。以下、造粒後の炭素質材料の粒子を炭素質粒子と呼ぶ。

【0031】

炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍより小さく例えば約０．１ｍｍである場合、図２（ａ）に示すように、複数の炭素質粒子Ｐ１および複数の金属粒子Ｐ２がそれぞれ分散的に配置される。そのため、複数の金属粒子Ｐ２が互いに接触しにくくなり、ブラシ１の電気抵抗率が高くなる。

【0032】

一方、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上である場合、図２（ｂ）に示すように、複数の炭素質粒子Ｐ１間に形成される隙間に複数の金属粒子Ｐ２が集中的にかつ連続的に配置され、金属のネットワークが形成される。これにより、複数の金属粒子Ｐ２による導電性が確保され、ブラシ１の電気抵抗率が低くなる。

【0033】

複数の炭素質粒子Ｐ１間において金属粒子Ｐ２により形成される金属層の厚みは、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。この場合、金属のネットワークにより効果的に電気抵抗率が低下される。

【0034】

また、炭素質材料の平均粒径が２．５ｍｍより大きく調整された場合、ブラシ１の成形が困難となる。そのため、炭素質材料の平均粒径が２．５ｍｍ以下に調整されることにより、ブラシ１の電気抵抗率を低下させつつブラシ１の成形を容易に行うことが可能となる。

【0035】

また、ブラシ材料中の金属粉の割合が、１重量％以上に調整されるので、複数金属粒子Ｐ２による導電性が確保される。一方、ブラシ材料中の金属粉の割合が、３０重量％以下に調整されるので、炭素質粒子Ｐ１の表面全体が金属粒子Ｐ２によって覆われることがない。そのため、複数の炭素質粒子Ｐ１間における結合力の低下が防止される。したがって、ブラシ１の曲げ強さが確保される。また、金属の割合が大きくなり過ぎないので、摺動特性への悪影響を防止することができる。

【0036】

ブラシ１の電気抵抗率を低くするため、炭素質材料に金属粉が添加される代わりに、ブラシ１の表面に金属めっき（例えば、銅めっき）が行われることが考えられる。しかしながら、めっき層の厚みの違いによりブラシ１の電気抵抗率にばらつきが生じやすい。また、めっき層の剥離が生じると、ブラシ１の電気抵抗率が大きく変化する。そのため、状況によってはブラシ１の電気抵抗率が安定しなくなる虞がある。

【0037】

それに対して、本実施の形態では、加圧成形および熱処理の前に、炭素質材料の平均粒径およびブラシ材料中の金属粉の割合が一定範囲に調整されるので、ブラシ１の電気抵抗率にばらつきが生じにくい。また、ブラシ１の電気抵抗率が大きく変化することもほとんどない。さらに、導電性の高い部分がブラシ１の表面に偏在することがないので、炭素質材料による電気抵抗率の変動が小さくなる。したがって、電気抵抗率を効果的に低下させることができる。

【0038】

（３）効果
このように、本実施の形態では、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上となるように炭素質材料が造粒された後、炭素質材料と金属粉とが混合される。その後、炭素質材料および金属粉からなるブラシ材料の加圧成形および熱処理が行われる。

【0039】

これにより、炭素質材料の粒子間に金属粉が配置されるので、導電性が高まり、電気抵抗率が低くなる。この場合、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上であるので、炭素質材料の粒子間において、金属粉が分散的でなく集中的に配置される。それにより、効果的に電気抵抗率が低くなる。

【0040】

また、本実施の形態では、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上に調整されるので、金属粉による導電性が十分に確保される。さらに、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が３０重量％以下に調整されるので、炭素質材料の粒子間における結合力の低下が防止される。したがって、ブラシ１の曲げ強さ等の機械的な強度が確保される。

【0041】

（４）実施例および比較例
（４−１）実施例１
結晶度が高い人造黒鉛粉を炭素粉として用い、アセトンに溶解されたエポキシ樹脂をバインダーとして炭素粉に加え、これらを常温で混練することにより炭素質材料を作製した。混練前の炭素粉の平均粒径は５０μｍであった。また、８０重量部の炭素粉に対して２０重量部のエポキシ樹脂を用いた。

【0042】

続いて、混練によって炭素質材料の造粒を行い、篩を用いて炭素質材料の平均粒径が０．８ｍｍとなるように粒径調整を行った。粒径調整後の炭素質材料に５．６μｍの平均粒径を有する銀粉を加え、これらを粉体混合機により混合することによりブラシ材料を作製した。この場合、ブラシ材料中の炭素質材料の割合が９７．５重量％となり、金属粉の割合が２．５重量％となるように、炭素質材料および金属粉の量を調整した。作製されたブラシ材料を２ｔ／ｃｍ^２の圧力で加圧成形し、成形後のブラシ材料に２００℃で熱処理を行うことにより、ブラシ基材を作製した。

【0043】

（４−２）実施例２
ブラシ材料中の炭素質材料および金属粉の割合をそれぞれ９５．０重量％および５．０重量％に調整した点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0044】

（４−３）実施例３
ブラシ材料中の炭素質材料および金属粉の割合をそれぞれ９０．０重量％および１０．０重量％に調整した点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0045】

（４−４）実施例４
平均粒径が２．０ｍｍとなるように炭素質材料の粒径調整を行った点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0046】

（４−５）実施例５
平均粒径が１．５ｍｍとなるように炭素質材料の粒径調整を行った点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0047】

（４−６）実施例６
平均粒径が１．０ｍｍとなるように炭素質材料の粒径調整を行った点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0048】

（４−７）実施例７
平均粒径が０．５ｍｍとなるように炭素質材料の粒径調整を行った点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0049】

（４−８）比較例１
以下の点を除いて、実施例１と同様にブラシ基材を作製した。炭素粉とバインダーとを混練することにより炭素質材料を作製した後、熱風乾燥機により炭素質材料を乾燥させ、粉砕機により平均粒径が０．２５ｍｍとなるように炭素質材料を粉砕した。その後、銀粉を加えることなく炭素質材料の加圧成形および熱処理を行うことによりブラシ基材を作製した。

【0050】

（４−９）比較例２
湿式造粒機により平均粒径が０．８ｍｍとなるように炭素質材料の粒径調整を行った点を除いて、比較例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0051】

（４−１０）比較例３
炭素質材料および金属粉の割合がそれぞれ９７．５重量％および２．５重量％となるように炭素質材料に銀粉を加えた点を除いて、比較例１と同様にブラシ基材を作製した。

【0052】

（５）評価
（５−１）炭素質材料の粒子表面
実施例１〜３および比較例１において、加圧成形前の炭素質粒子の表面を顕微鏡により観察した。図３は、顕微鏡により観察される実施例１の炭素質粒子の表面を示す図である。図４は、顕微鏡により観察される実施例２の炭素質粒子の表面を示す図である。図５は、顕微鏡により観察される実施例３の炭素質粒子の表面を示す図である。図６は、顕微鏡により観察される比較例１の炭素質粒子の表面を示す図である。

【0053】

図３〜図５に示すように、実施例１〜３では、炭素質粒子の表面にほぼ均一に銀粉が付着している。そのため、これらの炭素質材料（ブラシ材料）に加圧成形および熱処理が行われることによりブラシ１が作製された場合、複数の炭素質粒子間に銀粉が集中的に配置され、ブラシ１の電気抵抗率が低下される。

【0054】

また、図３に示される実施例１に比べて、図４に示される実施例２では、炭素質材料の粒子表面に付着する銀粉の量が多い。さらに、図４に示される実施例２に比べて、図５に示される実施例３では、炭素質材料の粒子表面に付着する銀粉の量が多い。そのため、実施例１に対応するブラシ１の電気抵抗率に比べて実施例２に対応するブラシ１の電気抵抗率が低くなり、実施例２に対応するブラシ１の電気抵抗率に比べて実施例３に対応するブラシ１の電気抵抗率が低くなる。

【0055】

一方、図６に示すように、比較例１では、炭素質材料の粒子表面に銀粉が付着していない。そのため、この炭素質材料に加圧成形および熱処理が行われることによりブラシ１が作製されても、ブラシ１の電気抵抗率が低くならない。

【0056】

（５−２）切断面
実施例１〜３において、作製されたブラシ基材の切断面を顕微鏡により観察した。図７は、顕微鏡により観察される実施例１のブラシ基材の切断面を示す図であり、図８は、顕微鏡により観察される実施例２のブラシ基材の切断面を示す図であり、図９は、顕微鏡により観察される実施例３のブラシ基材の切断面を示す図である。

【0057】

図７〜図９に示すように、実施例１〜３では、炭素質材料の複数の粒子間に銀粉が集中的に配置されることがわかった。特に、図９の実施例３においては、線状に延びるように銀粉が配置されることが明確に視認される。

【0058】

（５−３）かさ密度、硬度、抵抗率および曲げ強さ
実施例１〜７および比較例１〜３で作製されたブラシ基材から６×６×４２ｍｍの寸法を有する棒状の試験片を作製し、その試験片のかさ密度、硬度、曲げ強さおよび電気抵抗率を測定した。硬度は、ショア硬度計のＣ型を用いて測定した。

【0059】

表１には、実施例１〜７および比較例１〜３における銀の含有率および炭素質材料の平均粒径が示されるとともに、これらのかさ密度、硬度、曲げ強さおよび電気抵抗率の測定結果が示される。

【0060】

【表1】

表１に示すように、比較例１および比較例２に比べて、実施例１〜７における電気抵抗率は低い。これにより、銀粉および炭素質材料を含むブラシ材料からブラシ基材が作製されることにより、炭素質材料のみからブラシ基材が作製される場合に比べて、電気抵抗率が低くなることがわかった。また、比較例３に比べて、実施例１〜７における電気抵抗率は低い。これにより、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上であることにより、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍより小さい場合に比べて、電気抵抗率が低くなることがわかった。さらに、実施例１よりも実施例２における電気抵抗率が低く、実施例２よりも実施例３における電気抵抗率が低い。これにより、炭素質材料の平均粒径が同じである場合には、銀の含有率が高いほど、電気抵抗率が低くなることがわかった。

【0061】

また、銀の含有率が同じである実施例１および実施例４〜７に関して、炭素質材料の平均粒径が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で異なっても、電気抵抗率に大きな差はなかった。

【0062】

また、実施例１〜７における曲げ強さは、１２．３ＭＰａ以上１４．５ＭＰａ以下の範囲内であり、図１のモータ１０に用いるブラシ１の曲げ強さとして適正な範囲にあることがわかった。なお、かさ密度および硬度に関しては、実施例１〜７と比較例１〜３との間に大きな差はなかった。

【0063】

（５−４）モータの効率
実施例１〜７および比較例１〜３で作製されたブラシ基材から６．１×９×２０ｍｍの寸法を有するブラシ１を作製し、そのブラシ１を掃除機のモータ１０で使用し、モータ効率を測定した。ここで、モータ効率とは、モータ１０に入力される電気エネルギーに対するモータ１０で出力される機械エネルギーの比率である。ブラシ１の電気抵抗率が低いほど、モータ効率は高い。モータ効率の測定は、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）４４９５９「掃除機吸い込み仕事率測定方法」に準じて行った。

【0064】

本測定では、２台のモータ１０を用いた。一方のモータ１０（以下、第１のモータ１０と呼ぶ）では、実施例１〜３、比較例１および比較例２に対応するブラシ１を使用し、ブラシ基材中の銀の含有率とモータ効率との関係を調べた。他方のモータ１０（以下、第２のモータ１０と呼ぶ）では、実施例４〜７、比較例１および比較例３に対応するブラシ１を使用し、炭素質材料の平均粒径とモータ効率との関係を調べた。いずれのモータ１０に関しても、定格電圧および電源電圧は１００Ｖであり、周波数は６０Ｈｚであり、ブラシ１から回転体２（図１）に加わる圧力は４０ＫＰａであった。また、吸い込み口絞り径を１９ｍｍとした。また、モータ１０の動作が安定するまで２０分間のエージングを行った後に、モータ効率の測定を行った。

【0065】

図１０は、第１のモータ１０における測定結果を示す図である。図１１は、第２のモータ１０における測定結果を示す図である。図１０（ａ）および図１１（ａ）には、測定されたモータ効率が示される。図１０（ｂ）および図１１（ｂ）には、比較例１に対応するブラシ１を使用した場合のモータ効率と、他の例に対応するブラシ１を使用した場合のモータ効率との差（効率差）が示される。

【0066】

第１のモータ１０においては、図１０に示すように、比較例１および比較例２に対応するブラシ１を使用した場合にモータ効率が４６．７〜４６．８％であった。一方、実施例１〜実施例３に対応するブラシ１を使用した場合にモータ効率が４７．３〜４８．８％であった。

【0067】

このように、実施例１〜３に対応するブラシ１を使用した場合には、比較例１および比較例２に対応するブラシ１を使用した場合に比べて、モータ効率が高かった。これにより、銀粉および炭素質材料を含むブラシ材料からブラシ基材が作製されることにより、炭素質材料のみからブラシ基材が作製される場合に比べて、モータ効率が高くなることがわかった。

【0068】

また、実施例１に対応するブラシ１を使用した場合より、実施例２に対応するブラシ１を使用した場合のモータ効率が高く、実施例２に対応するブラシ１を使用した場合より、実施例３に対応するブラシ１を使用した場合のモータ効率が高かった。これにより、炭素質材料の平均粒径が同じである場合には、銀の含有率が高いほど、モータ効率が高くなることがわかった。

【0069】

第２のモータ１０においては、図１１に示すように、比較例１および比較例３に対応するブラシ１を使用した場合にモータ効率がそれぞれ４８．４％であった。一方、実施例４〜７に対応するブラシ１を使用した場合にモータ効率が４８．８〜４８．９％であった。

【0070】

このように、実施例４〜７に対応するブラシ１を使用した場合には、比較例３に対応するブラシ１を使用した場合に比べて、モータ効率が高かった。これにより、炭素質材料の平均粒径が０．５ｍｍ以上であることにより、炭素質材料の平均粒径が０．５ｍｍより小さい場合に比べて、モータ効率が高くなることがわかった。
（６）参考形態
第１の参考形態に係る樹脂結合炭素質ブラシは、炭素および樹脂を含む炭素質材料と、炭素質材料の粒子間に配置される金属粉とを含み、炭素質材料の平均粒径は０．３ｍｍ以上であり、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上３０重量％以下である。
この樹脂結合炭素質ブラシにおいては、炭素質材料の粒子間に金属粉が配置されることにより導電性が高まり、電気抵抗率が低くなる。この場合、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上であるので、炭素質材料の粒子間において、金属粉が分散的でなく集中的に配置される。それにより、金属による３次元的な網状のつながりが形成される。その結果、効果的に電気抵抗率が低下される。
また、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上であるので、金属粉による導電性が十分に確保される。さらに、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が３０重量％以下であるので、炭素質材料の粒子間における結合力の低下が防止される。
第２の参考形態に係る樹脂結合炭素質ブラシの製造方法は、炭素粉および樹脂を混合することにより炭素質材料を作製する工程と、作製された炭素質材料の平均粒径を０．３ｍｍ以上に調整する工程と、平均粒径が調整された炭素質材料と金属粉とを混合することによりブラシ材料を作製する工程と、作製されたブラシ材料を成形する工程と、炭素質材料に含まれる樹脂が炭化しない温度で、成形されたブラシ材料に熱処理を行う工程とを備え、炭素質材料と金属粉とを混合する工程において、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合を１重量％以上３０重量％以下に調整する。
この製造方法によれば、炭素質材料の粒子間に金属粉が配置されることにより導電性が高まり、電気抵抗が低減される。この場合、炭素質材料の平均粒径が０．３ｍｍ以上であるので、炭素質材料の粒子間において、金属粉が分散的でなく集中的に配置される。それにより、金属による３次元的な網状のつながりが形成される。その結果、効果的に電気抵抗率が低減される。
また、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が１重量％以上であるので、金属粉による導電性が十分に確保される。さらに、炭素質材料および金属粉の全体に対する金属粉の割合が３０重量％以下であるので、炭素質粒子Ｐ１間における結合力の低下が防止される。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、種々のモータに有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0072】

１ ブラシ
２ 回転体
４ リード線
１０ 交流モータ
Ｐ１ 炭素質粒子
Ｐ２ 金属粒子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】