特許 7424681 カーボンアースブラシ

(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】

(24)【登録日】2024-01-22

(45)【発行日】2024-01-30

(54)【発明の名称】カーボンアースブラシ

(51)【国際特許分類】

   B60K 17/06 20060101AFI20240123BHJP

   H02K 13/00 20060101ALI20240123BHJP

【ＦＩ】

B60K17/06 J

H02K13/00 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022540111

(86)(22)【出願日】2021-07-06

(86)【国際出願番号】 JP2021025432

(87)【国際公開番号】W WO2022024682

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-01-12

(31)【優先権主張番号】P 2020130285

(32)【優先日】2020-07-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】393010787

【氏名又は名称】トライス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086830

【弁理士】

【氏名又は名称】塩入 明

(74)【代理人】

【識別番号】100096046

【弁理士】

【氏名又は名称】塩入 みか

(72)【発明者】

【氏名】服部 太輔

(72)【発明者】

【氏名】福田 祐馬

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６７６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２１８１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５１－１５４３０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５９－９９６６９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １７／０６

Ｈ０２Ｋ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性の液体に晒されている駆動力伝達用の回転軸と摺接面で摺接し、前記回転軸をアースするためのカーボンアースブラシであって、
前記摺接面にスリットが設けられ、前記スリットの少なくとも一端が前記摺接面の１辺に位置し、前記回転軸の回転により摺接面側へ押し込まれる絶縁性の液体をスリット内へ導くと共に前記一端から逃がすように構成されていることを特徴とする、カーボンアースブラシ。

【請求項2】

前記回転軸に発生した電荷を放電するためのブラシであることを特徴とする、請求項１のカーボンアースブラシ。

【請求項3】

前記摺接面から見てカーボンアースブラシの他方にリード線が取り付けられ、
かつ前記スリットは前記摺接面から０.５ｍｍ以上の深さを備えていることを特徴とする、請求項１または２のカーボンアースブラシ。

【請求項4】

前記スリットは前記摺接面から３ｍｍ以上で２０ｍｍ以下の深さを備えていることを特徴とする、請求項３のカーボンアースブラシ。

【請求項5】

前記スリットは前記摺接面に碁盤目状に設けられていることを特徴とする、請求項１～４の何れかのカーボンアースブラシ。

【請求項6】

絶縁性の液体は、自動車のＡＴ（オートマチック・トランスミッション）内の、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）であることを特徴とする、請求項１～５の何れかのカーボンアースブラシ。

【請求項7】

前記スリットの両端が前記摺接面の異なる２辺に位置することを特徴とする、請求項１のカーボンアースブラシ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、絶縁性の液体に晒されている駆動力伝達用の回転軸に摺接する、カーボンアースブラシに関する。

【背景技術】

【0002】

各種機械装置の動力伝達機構では、回転軸とギヤ等を介して動力を伝えることにより、推進力の伝達や発電機での発電を可能としている。上記、動力伝達機構では、意図するものも意図しないものも含めて、系内に電流が発生し、それに伴うトラブルが問題となっている。

【0003】

上記、動力伝達機構の一つである自動車のＡＴ（オートマチック・トランスミッション）では、モータ、エンジンなどの駆動力源の出力を駆動車輪に伝えるための回転軸が、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）に晒されている。この回転軸をアースしないと、ＡＴ系内に電流（意図、意図しないものを含む）が発生し、回転軸とＡＴの他の部位との間の電位差により電蝕が発生し、また電磁ノイズ等が発生する。

【0004】

アースブラシをＡＴ内の回転軸に摺接させると、ＡＴＦがブラシと回転軸との間に入り込み、両者間の接触抵抗が増加する。特に回転数を増すと、ある回転数から接触抵抗が急増する。

【0005】

関連する先行技術を示す。特許文献１（実開昭６１－７４２６９）は電動機のブラシ表面に溝を設けることを開示している。溝は、整流子との摺接面となるブラシ表面に設ける。一般に電動機の整流子は円筒状、製造直後のブラシの摺接面（整流子などと摺接する面）は平面状なので、ブラシの摺接面が整流子に沿った形状に変形するように、ブラシを馴染み運転により変形させる必要がある。そして特許文献１では、ブラシ表面に溝を設けることにより、摺接面を早期に摩耗させ、馴染み運転を短縮する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】実開昭６１－７４２６９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この発明の課題は、絶縁性の液体に晒されている駆動力伝達用の回転軸を用い、ＡＴなどの機械装置内に発生した電流を、小さな接触抵抗でアースできるカーボンアースブラシを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明は、絶縁性の液体に晒されている駆動力伝達用の回転軸と摺接面で摺接し、前記回転軸をアースするためのカーボンアースブラシであって、
前記摺接面にスリットが設けられ、前記スリットの少なくとも一端が前記摺接面の１辺に位置し、前記回転軸の回転により摺接面側へ押し込まれる絶縁性の液体をスリット内へ導くと共に前記一端から逃がすように構成されていることを特徴とする。

【0009】

この発明でのスリットは、ブラシの摺接面を初期的に馴染ませるものではなく、ブラシの使用期間中は常に存在することが好ましい。そこで好ましくは、スリットはブラシの有効使用長さ以上の深さを備えている。ここでブラシ有効長さとは、ブラシの使用期間中（例えば、電気自動車の使用期間内の走行距離）に摩耗する長さを称する。スリット深さをブラシ有効長さ以上としておけば、ブラシが使用されるＡＴ若しくは機械装置の使用期間中、アース性能を保証することができる。

【0010】

ここで本発明者はブラシの有効長さを試算し、自動車の走行距離が３００，０００ｋｍで１８ｍｍ、１０，０００ｋｍで０.５ｍｍと算出した。従って、スリットの深さは例えば０.５ｍｍ以上で、好ましくは３～２０ｍｍ、特に好ましくは１０～２０ｍｍとする。

【0011】

この発明でのスリットは、回転軸の回転により摺接面へ押し込まれた絶縁性の液体に逃げ道を与える。回転軸が回転すると、絶縁性の液体が摺接面と回転軸の間に押し込まれるため、カーボンブラシによる回転軸のアースが不完全になりやすい。しかしこの発明では、摺接面側へ押し込まれた絶縁性の液体はスリットに吸収され、スリットの端部からカーボンブラシの外部へ逃げる。このため回転軸が回転しても、回転軸を確実にアースできる。特に回転軸が高速で回転しても、摺接面と回転軸との接触抵抗の増加を小さくできる。

【0012】

スリットはブラシ摺接面の周辺部の少なくとも1か所に設けておけば、本件発明は達せられる。例えば、ブラシ摺接面が四角形状の場合、その一辺に達するスリットを設けておけばよい。また、スリットはブラシ摺接面の周辺部からもう一方の周辺部に達しなくともよい。即ちスリットは、開口（スリットの両端部がブラシ摺接面の異なる２辺に達するもの）、閉口（スリットの一端部のみが摺接面の辺に達するもの）、若しくは開口と閉口の組み合わせの何れかでもよい。スリットが開口形状であれば、摺接面に油膜を形成しかけた液体（流体）をより排出しやすくなり、絶縁性の液体（流体）による絶縁膜の形成を削減することができる。さらにまた、スリットの開口は３箇所以上でもよく、例えば碁盤目状にスリットを設けると、摺接面から絶縁性の液体をより容易に排出できる。

【0013】

好ましくは、絶縁性の液体は自動車のＡＴ（オートマチック・トランスミッション）内の、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルード）で、アースする軸はＡＴＦに晒されているＡＴ内の動力伝達軸である。ただしこの発明のブラシの用途は任意である。

【0014】

この発明のカーボンアースブラシでの、カーボン成分は導電性を有し、粉末状で、且つ焼結体を形成できるものであればよい。カーボン成分は例えば黒鉛で、人造黒鉛、天然黒鉛等任意であるが、コークス、カーボンブラック、活性炭、木炭、石炭等でも良い。ブラシはカーボン以外に、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の金属粉を含んでいても良く、金属粉の種類及び平均粒径、含有量は任意である。

【発明の効果】

【0015】

この発明のカーボンアースブラシは回転軸に発生した電荷を放電することにより、回転軸等の電蝕を抑制し、また回転軸からの電磁ノイズ等のノイズの発生を抑制する。この発明では、回転軸により摺接面側へ押し込まれた絶縁性の液体を、スリットにより逃がすことができる。このため回転軸と摺接面間の接触抵抗を小さくし、電蝕も電磁ノイズ等の発生も抑制できる。この発明の効果は、回転軸を高速で回転させ、液体を押し込む作用が強くなった際に発揮される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例のブラシの使用環境を示す模式図

【図2】実施例のブラシを用いたＡＴの模式図

【図3】実施例のブラシの摺接面を示す図

【図4】第２実施例のブラシの摺接面を示す図

【図5】第３実施例のブラシの摺接面を示す図

【図6】第４実施例のブラシの摺接面を示す図

【図7】図３のブラシの側面図

【図8】実施例のブラシの特性図

【発明を実施するための最良の形態】

【0017】

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。

【実施例】

【0018】

図１～図８に実施例とその変形を示す。図１は、実施例のカーボンアースブラシ８（以下単に「ブラシ８」あるいは「ブラシ」という）を用いた電気自動車を示し、２は車体で、モータ４からクランク軸５が延び、ＡＴ６により、出力軸１６を駆動する。出力軸１６はディファレンシャルギア１７を介し、駆動輪１８を駆動する。またＡＴ６内にはＡＴＦが収容され、回転軸１４はＡＴ６内でＡＴＦに晒されている。そしてブラシ８はＡＴ６内で回転軸１４を車体２へ向けてアースする。なお対象とする車両は電気自動車であるが、ハイブリット車、ガソリン車、ディーゼル車等でもよい。

【0019】

図２はＡＴ６の例を示し、クランク軸５はトルクコンバータ１０を介してＡＴ６内の回転軸１４に接続され、回転軸１４は変速機１２を介して出力軸１６を駆動する。回転軸１４はＡＴＦ７に常時晒され、その表面はＡＴＦにより濡れている。トルクコンバータ１０と変速機１２，及びＡＴＦ７のため、回転軸１４のアースは不完全で、静電気等により帯電し、放置すると電蝕及び電磁ノイズ等の原因となる。

【0020】

図３～図６は実施例のブラシでの４種類の摺接面を示し、これらは例である。図３のブラシ８では、摺接面２０に碁盤目状のスリット２１が、例えば縦横各２本あり、摺接面２０はスリット２１により例えば９個の凸部２２に分割されている。

【0021】

図４のブラシ２８では、例えば回転軸１４の回転方向（軸１４の周面での円周方向）に平行に、スリット３１が例えば３本設けられ、摺接面３０は例えば４個の凸部３２に分割されている。なおスリット３１の長手方向は、回転軸１４の回転方向に対して斜め、あるいは直交していても良い。

【0022】

図５のブラシ３８では、例えば回転軸１４の回転方向に対し４５度の角度で、スリット４１が例えば４本設けられ、摺接面４０は例えば５個の凸部４２に分割されている。

【0023】

図３～図５のブラシ８，２８，３８では、スリット２１，３１，４１は摺接面２０，３０，４０の端の２辺まで延びている。この結果、スリット２１，３１，４１内のＡＴＦは、容易に摺接面２０，３０，４０から排出される。このため図３～図５のように、各スリットが摺接面の異なる２辺まで延びているブラシが好ましい。特に図３の碁盤目状のスリット２１は、凸部２２からＡＴＦを短い距離で排出でき、特に好ましい。図６のブラシ４８では、例えば４本のスリット５１が何れも閉口形状であり、且つ向きを例えば９０°ずつ変えて設けられ、各スリット５１は摺接面５０の１辺とのみ交わり、摺接面５０の凸部５２は分割されていない。そして摺接面５０の４辺とスリット５１が交わっている。なおスリットは摺接面の少なくとも２辺と交わることが好ましい。またスリット２１，３１，４１，５１の本数は例えば１本以上６本以下で、３本以上５本以下が好ましい。

【0024】

図７はブラシ８の側面を示し、ブラシ８には摺接面２０から見て離れた側にリード線２４が固定されている。摺接面２０は例えば正方形で、一辺のサイズをＨとする。なおブラシ８との摺接面は長方形などの方形が望ましい。摺接面２０からリード線２４の取付位置の中心までの距離をＬ，摺接面２０からスリット２１の底部までの深さをＤとする。スリット２１はブラシ８の使用中は常に存在すべきもので、その深さＤはブラシ８の有効長さよりも長い。

【0025】

スリットの面積と摺接面全体の面積との比は、図３～図６では１／３程度で、回転軸とブラシとの実際の接触面積を確保することと、ＡＴＦを摺接面から容易に排出できるようにすることの兼ね合いにより、１／３程度にした。この比の好ましい範囲は２０％以上４０％以下で、より好ましくは２５％以上４０％以下である。なお摺接面全体の面積は、スリットと凸部の合計面積の意味である。

【0026】

スリット２１，３１，４１，５１の幅ｗsはスリットの長辺方向に直角な幅を意味する。加工を容易にすることと、スリット間の距離をなるべく狭くすることとの兼ね合いから、幅ｗsは０.２ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、特に０.４ｍｍ以上０.８ｍｍ以下が好ましい。スリット２１，３１，４１，５１の深さＤは０.５ｍｍ以上が好ましく、例えば３ｍｍ以上で２０ｍｍ以下とし、特に好ましくは１０ｍｍ以上で２０ｍｍ以下とする。

【0027】

リード線２４を除くブラシ８等は、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛、コークス、カーボンブラック、活性炭、石炭、木炭等、のカーボンを含有し、特に黒鉛が好ましい。またリード線２４を除くブラシ８等は、カーボン以外に，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｚｎ等の金属を含有しても良い。

【0028】

ブラシ８等の製造例
鱗片状天然黒鉛をバインダーにより処理し、衝撃型粉砕機で粉砕し、８０メッシュパスの粉体を得た。材料粉をホッパから型内に投入し、リード線の先端を埋設し、モールド成型した。次いで還元雰囲気の電気炉で、７００℃で焼結し、切削加工により図３～図６のブラシとした。ブラシのサイズは摺接面に直角な方向の長さが１０ｍｍ、リード線の取付位置までは７ｍｍ、摺接面は１辺が各５ｍｍの正方形状である。ブラシ８等に切削加工により幅ｗsが約０.６ｍｍ、深さＤが５ｍｍのスリット２１等を設けた。

【0029】

図４のブラシ２８について、回転軸１４との接触抵抗を測定した。スリット幅ｗsは約０.６ｍｍ、深さＤは５ｍｍ、凸部３２の幅は約０.８ｍｍである。なお図３のブラシ８では、高速回転域での接触抵抗はより小さい。市販の自動車のＡＴ６内の回転軸１４に、図示しないバネによりブラシ２８を接触させ、回転軸１４の回転数を変化させ、接触抵抗を測定した。実施例１ではスリット２１の長手方向が回転軸１４の回転方向と平行、実施例２では直角である。また比較例は、スリット３１を設けていない平らな摺接面のブラシで、組成と製造条件は実施例１，２と共通で、相違点はスリット３１の有無である。またブラシ２８が４ｍｍ程度摩耗するまでの耐久試験を行ったが、凸部３２が欠ける等の損傷は確認できなかった。結果を表と図８とに示す。

【0030】

表１
接触抵抗（：Ω）
周速＊（ｍ／ｓ） ０ ０.４ ２ ５.２ １５
実施例１ ０.４ ８.３ ８.６ １０.７ １１.８
実施例２ １.３ ８.８ ８.２ １３.６ １２.０

比較例 ０.１未満 １.５ ５.０ ２７.５ ５６.６
＊ 周速１ｍ／ｓはモータ主軸の１０００ｒｐｍに相当。

【0031】

周速が２ｍ／ｓまでは実施例、比較例とも接触抵抗は小さかったが、５.４ｍ／ｓから比較例の接触抵抗は急増した。なお２７.５Ωは、通常はアースが不完全と考えられる値である。これに対して実施例１，２は共に周速１５ｍ／ｓまで接触抵抗は許容範囲内にあった。また回転軸の回転方向に対するスリットの方向による差違は僅かであった。

【0032】

実施例では自動車のＡＴ内の軸をアースすることを示したが、絶縁性の液体に晒される駆動用の回転軸をアースするものであれば、モータ主軸、車軸、軸流液ポンプの軸など任意の用途に使用できる。

【符号の説明】

【0033】

２ 車体
４ モータ
５ クランク軸
６ ＡＴ
７ ＡＴＦ
８， ２８，３８，４８ ブラシ
１０ トルクコンバータ
１２ 変速機
１４ 回転軸
１６ 出力軸
１７ ディファレンシャルギア
１８ 駆動輪
２０，３０，４０，５０ 摺接面
２１，３１，４１，５１ スリット
２２，３２，４２ 凸部
２４ リード線

Ｄ スリットの深さ
Ｌ リード線取り付け位置までの距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】