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(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】2024-02-16
(45)【発行日】2024-02-27
(54)【発明の名称】電機用摺動ブラシ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H02K 13/00 20060101AFI20240219BHJP
【ＦＩ】
H02K13/00 N
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020218506
(22)【出願日】2020-12-28
(65)【公開番号】P2022103711
(43)【公開日】2022-07-08
【審査請求日】2022-12-07
(73)【特許権者】
【識別番号】507182807
【氏名又は名称】クアーズテック合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101878
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100187506
【弁理士】
【氏名又は名称】澤田 優子
(72)【発明者】
【氏名】高橋 政広
(72)【発明者】
【氏名】蛯谷 玄太
【審査官】中島 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－２１１４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２０５７６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－２２２５９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１６５４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２９８５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３２５４０１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １３／００－１３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子を含む粉末材料を所定形状に圧縮成形し、焼成することにより製造される電機用摺動ブラシであって、摺動ブラシの摺動方向と直交する少なくとも一面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面において、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向され、
前記範囲内の摺動面における抵抗率が、前記範囲外の摺動面における抵抗率よりも高いことを特徴とする電機用摺動ブラシ。
【請求項2】
摺動ブラシの摺動方向と直交する第１の面と第２の面を有し、第１の面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面と、第２の面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面において、
少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向していることを特徴とする請求項１記載の電機用摺動ブラシ。
【請求項3】
前記範囲が、摺動ブラシの摺動方向と直交する面から深さ１００μｍ、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１また請求項２記載の電機用摺動ブラシ。
【請求項4】
金属粒子もしくは／及び炭素粒子の少なくとも５０％が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電機用摺動ブラシ。
【請求項5】
金属粒子及び炭素粒子の粉末材料を充填する開口部を有し、前記開口部の壁面によって摺動ブラシの摺動面を形成する金型と、摺動ブラシ摺動面形成面側の下端部に、移動方向と直交する方向に延設された溝部を有する上型とを備えた成形装置を用いて、直方体形状の摺動ブラシを製造する、電機用摺動ブラシの製造方法において、金型の開口部の底面にロアパンチが位置した状態で、粉末材料を金型に充填する工程と、
前記溝部を有する上型を降下させ、前記開口部の上面を閉塞し、粉末材料を圧縮成形し、直方体形状の摺動ブラシを成形する工程と、
前記上型を元の位置まで上昇させ、その後ロアパンチを上昇させて、成形された摺動ブラシを払い出す工程と、を含み、
前記摺動ブラシを成形する工程において、前記粉末材料が前記溝部に侵入し、圧縮成形されることよって、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向されることを特徴とする電機用摺動ブラシの製造方法。
【請求項6】
前記ロアパンチが、摺動ブラシ摺動面形成面側の上端部に、移動方向と直交する方向に延設された溝部を有するロアパンチである、
ことを特徴とする請求項５記載の電機用摺動ブラシの製造方法。
【請求項7】
前記溝部の幅が少なくとも０.５ｍｍ、深さが少なくとも１ｍｍであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電機用摺動ブラシの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動機、発電機等の電機機械に用いられる、電機用摺動ブラシ及びこの電機用摺動ブラシの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、電動機や発電機等の電機機械には、整流用の摺動ブラシが使用されている。
これら摺動ブラシの多くは、金属質、黒鉛質、金属・黒鉛質の粉末焼結材からなり、例えば、成形金型内に充填された黒鉛や銅の材料粉末を圧縮成形し、これを焼成することにより製造される。
これら摺動ブラシの多くは、金属質、黒鉛質、金属・黒鉛質の粉末焼結材からなり、例えば、成形金型内に充填された黒鉛や銅の材料粉末を圧縮成形し、これを焼成することにより製造される。
【0003】
この摺動ブラシと整流子とが接触摺動することによって、電動機等が回転するが、その際、前記摺動ブラシと前記整流子との間に過度な電流集中がおこることにより、火花が発生し摩耗が促進されたり、前記接触摺動によるノイズが生じたりする。
【0004】
従来、これらの課題について、特許文献１にはブラシ摺動面の表層部の硬化によって、ノイズが生じることが示されている。また、この特許文献１には、成形されたブラシを金型から払い出す際、ブラシ摺動面が金型壁面と接触しないように、金型を離間させ、ブラシ摺動面と金型壁面との擦れを抑制し、ブラシ摺動面の表層部の硬化を抑制することが示されている。そして、このようにして製造されたブラシ摺動面の表層部は、その内部とほぼ同様の固さを有し、電動機に装着した場合、初期ノイズを低減できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００２－２７０３２５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献１に記載された電機用摺動ブラシは、初期ノイズの低減を達成できるものの、火花の発生による摩耗の増大を抑制する効果が十分ではないという技術的課題があった。
【0007】
本発明者らは、この火花の発生による摩耗の増大を抑制する方法について鋭意研究した。その結果、図１２に示すように整流子２１が図中の矢印方向に回転することにより、摺動ブラシ２０が整流子２１を跨ぎ、摺動ブラシ２０の端部２０Ａが整流子２１から離れる。
その際、摺動ブラシ端部２０Ａと整流子２１の間に過度な電流集中が起こる（過大な電流２２が流れる）ことにより、火花が生じ、しかも、この火花はブラシの接触面に損傷を与え、この火花によって、ブラシの接触面の摩耗が次第に大きくなることを知見した。
本発明者らは、上記知見に基づいて、摺動ブラシ端部２０Ａの抵抗率を高くし、摺動ブラシ２０と整流子２１の間に過度な電流集中を抑制することにより、火花の発生を抑制し、ブラシの接触面の摩耗が低減することを想到し、本発明を完成するに至った。
その際、摺動ブラシ端部２０Ａと整流子２１の間に過度な電流集中が起こる（過大な電流２２が流れる）ことにより、火花が生じ、しかも、この火花はブラシの接触面に損傷を与え、この火花によって、ブラシの接触面の摩耗が次第に大きくなることを知見した。
本発明者らは、上記知見に基づいて、摺動ブラシ端部２０Ａの抵抗率を高くし、摺動ブラシ２０と整流子２１の間に過度な電流集中を抑制することにより、火花の発生を抑制し、ブラシの接触面の摩耗が低減することを想到し、本発明を完成するに至った。
【0008】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、火花を低減することによって、ブラシの接触面の摩耗を低減した電機用摺動ブラシ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するためになされた電機用摺動ブラシは、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子を含む粉末材料を所定形状に圧縮成形し、焼成することにより製造される電機用摺動ブラシであって、摺動ブラシの摺動方向と直交する少なくとも一面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面において、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向され、前記範囲内の摺動面における抵抗率が、前記範囲外の摺動面における抵抗率よりも高いことを特徴とする。
【0010】
本発明にかかる電機用摺動ブラシにあっては、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向している。そのため、金属粒子、炭素粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、垂直に配向している場合と比べて、摺動ブラシの摺動面の抵抗率が高くなる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき（過大な電流が流れるのを抑制でき）、火花を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき（過大な電流が流れるのを抑制でき）、火花を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
【0011】
ここで、摺動ブラシの摺動方向と直交する第１の面と第２の面を有し、第１の面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面と、第２の面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面において、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向していることが望ましい。
【0012】
このように、第１面と摺動ブラシの摺動面によって画定される所定の範囲内において、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向している。また、第２面と摺動ブラシの摺動面によって画定される所定の範囲内において、金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向している。
そのため、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき（過大な電流が流れるのを抑制でき）、火花を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
そのため、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき（過大な電流が流れるのを抑制でき）、火花を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
【0013】
また、前記範囲が、摺動ブラシの摺動方向と直交する面から深さ１００μｍ、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１００μｍの範囲であっても良い。
このように、金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向していることが観察される範囲が、摺動ブラシの摺動方向と直交する面から深さ１００μｍ、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１００μｍの範囲と狭い範囲であっても、ブラシの摺動面の摩耗を抑制する効果が得られる。
このように、金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向していることが観察される範囲が、摺動ブラシの摺動方向と直交する面から深さ１００μｍ、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１００μｍの範囲と狭い範囲であっても、ブラシの摺動面の摩耗を抑制する効果が得られる。
【0014】
また、金属粒子もしくは／及び炭素粒子の少なくとも５０％が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向していることが望ましい。
このように、金属粒子もしくは／及び炭素粒子の少なくとも５０％が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向している場合には、摺動面の摩耗の抑制効果を十分に得ることができる。
このように、金属粒子もしくは／及び炭素粒子の少なくとも５０％が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向している場合には、摺動面の摩耗の抑制効果を十分に得ることができる。
【0015】
また、上記目的を達成するためになされた電機用摺動ブラシの製造方法は、金属粒子及び炭素粒子の粉末材料を充填する開口部を有し、前記開口部の壁面によって摺動ブラシの摺動面を形成する金型と、摺動ブラシ摺動面形成面側の下端部に、移動方向と直交する方向に延設された溝部を有する上型とを備えた成形装置を用いて、直方体形状の摺動ブラシを製造する、電機用摺動ブラシの製造方法において、金型の開口部の底面にロアパンチが位置した状態で、粉末材料を金型に充填する工程と、前記溝部を有する上型を降下させ、前記開口部の上面を閉塞し、粉末材料を圧縮成形し、直方体形状の摺動ブラシを成形する工程と、前記上型を元の位置まで上昇させ、その後ロアパンチを上昇させて、成形された摺動ブラシを払い出す工程と、を含み、前記摺動ブラシを成形する工程において、前記粉末材料が前記溝部に侵入し、圧縮成形されることよって、少なくとも金属粒子もしくは炭素粒子のいずれかの粒子が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向されることを特徴とする。
【0016】
このように、摺動ブラシ摺動面形成面側の下端部に、移動方向と直交する方向に延設された溝部を有する上型を用いて、摺動ブラシが成形される。
これにより、所定範囲内において金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した、摺動面の抵抗率が高い、摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中による火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
これにより、所定範囲内において金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した、摺動面の抵抗率が高い、摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中による火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
【0017】
ここで、前記ロアパンチが、摺動ブラシ摺動面形成面側の上端部に、移動方向と直交する方向に延設された溝部を有するロアパンチであることが望ましい。
このようにロアパンチにも溝部が形成されている場合には、摺動ブラシの摺動面における抵抗率が高く、また抵抗率がより均一な摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨いだ状態から、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき（過大な電流が流れるのを抑制でき）、火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
このようにロアパンチにも溝部が形成されている場合には、摺動ブラシの摺動面における抵抗率が高く、また抵抗率がより均一な摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨いだ状態から、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき（過大な電流が流れるのを抑制でき）、火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
【0018】
前記上型、前記ロアパンチに形成された溝部の幅が少なくとも０．５ｍｍ、深さが少なくとも１ｍｍであることが望ましい。
このような溝部を有する前記上型、あるいは前記ロアパンチによって成形した場合には、より好ましい、金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した、摺動面の抵抗率が高い摺動ブラシを得ることができる。
このような溝部を有する前記上型、あるいは前記ロアパンチによって成形した場合には、より好ましい、金属粒子もしくは炭素粒子が摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した、摺動面の抵抗率が高い摺動ブラシを得ることができる。
【発明の効果】
【0019】
以上のとおり、本発明にかかる電機用摺動ブラシは、火花の発生を低減することによって、ブラシの摺動面の摩耗を低減した電機用摺動ブラシ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明にかかる電機用摺動ブラシ及びその製造方法の実施形態を図１乃至図７に基づいて説明する。尚、ただし、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【0022】
（電機用摺動ブラシ）
まず、電機用摺動ブラシの実施形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１に示すように、電機用摺動ブラシ１は、整流子（図示せず）と接触、摺動する摺動面１ａと、摺動ブラシの摺動方向Ｒと直交する面１ｂ、１ｃと、摺動ブラシの摺動方向Ｒと平行な面１ｄ、１ｅと、摺動面１ａと対向する面１ｆを有する、直方体形状に形成されている。
図１では、電機用摺動ブラシ１の摺動面１ａを平坦面として示しているが、摺動面１ａは整流子の円筒状の外形に沿った凹曲面とするのが好ましい。このように電機用摺動ブラシ１の摺動面１ａを凹曲面とした場合には、摺動面１ａ全体が整流子と接触することとなり、均一に消耗するため好ましい。
まず、電機用摺動ブラシの実施形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１に示すように、電機用摺動ブラシ１は、整流子（図示せず）と接触、摺動する摺動面１ａと、摺動ブラシの摺動方向Ｒと直交する面１ｂ、１ｃと、摺動ブラシの摺動方向Ｒと平行な面１ｄ、１ｅと、摺動面１ａと対向する面１ｆを有する、直方体形状に形成されている。
図１では、電機用摺動ブラシ１の摺動面１ａを平坦面として示しているが、摺動面１ａは整流子の円筒状の外形に沿った凹曲面とするのが好ましい。このように電機用摺動ブラシ１の摺動面１ａを凹曲面とした場合には、摺動面１ａ全体が整流子と接触することとなり、均一に消耗するため好ましい。
【0023】
また、摺動ブラシの摺動方向Ｒと直交する面１ｂには、端子２が設けられている。この端子２は、摺動ブラシ１の成形時に、その先端が摺動ブラシ１に埋設されることにより、取り付けられる。
【0024】
この電機用摺動ブラシ１は、金型内に成形材料（粉末材料）を充填し、圧縮成形し、その後焼成することによって製造される。
この成形材料としては、電動機、発電機等の圧縮成形摺動ブラシに通常用いられる製造用原料であれば良く、特に限定されるものではない。
例えば、銅や銀等の金属質粉末、黒鉛質粉末、銅・黒鉛等の金属・黒鉛質混合粉末、銀・黒鉛等の金属・黒鉛質混合粉末等の原料を用いることができる。特に、好ましくは、銅・黒鉛の金属・黒鉛質混合粉末、銀・黒鉛等の金属・黒鉛質混合粉末等の原料である。また、添加物として、ＭｏＳ２やＷＳ２などの金属硫化物、ＷＣやＭｏ２Ｃなどの金属炭化物、ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｇが配合されていても良い。即ち、少なくとも銅や銀等の金属粒子もしくは炭素粒子を含む粉末材料であれば良い。
この成形材料としては、電動機、発電機等の圧縮成形摺動ブラシに通常用いられる製造用原料であれば良く、特に限定されるものではない。
例えば、銅や銀等の金属質粉末、黒鉛質粉末、銅・黒鉛等の金属・黒鉛質混合粉末、銀・黒鉛等の金属・黒鉛質混合粉末等の原料を用いることができる。特に、好ましくは、銅・黒鉛の金属・黒鉛質混合粉末、銀・黒鉛等の金属・黒鉛質混合粉末等の原料である。また、添加物として、ＭｏＳ２やＷＳ２などの金属硫化物、ＷＣやＭｏ２Ｃなどの金属炭化物、ＢＮ、ＳｉＯ２、Ａｇが配合されていても良い。即ち、少なくとも銅や銀等の金属粒子もしくは炭素粒子を含む粉末材料であれば良い。
【0025】
また、図１（ｂ）に示すように、摺動ブラシ１の摺動方向と直交する面１ｂから深さｔ１が１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシ１の摺動面１ａから深さｔ２が１ｍｍ以下の範囲Ｓ内の断面において、金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐ（図２参照）が摺動ブラシ１の摺動面１ｂに対して、斜めに配向している。この金属粒子としては、上記したように銅粒子、銀粒子を好適に用いられる。
本発明にかかる製造方法において、金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐを斜めに配向した状態になるのは、後に述べるように、直交する面１ｂから深さｔ１が１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面１ａから深さｔ２が１ｍｍ以下の範囲であり、また摺動ブラシが整流子を跨ぎ、整流子に接触する摺動ブラシの端部に相当する範囲である。
そして、この範囲が整流子を跨ぐ際、整流子の間で過度な電流集中が起きるところであり、この範囲の抵抗率が高くすることにより、過度な電流集中を抑制でき、その結果、火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
本発明にかかる製造方法において、金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐを斜めに配向した状態になるのは、後に述べるように、直交する面１ｂから深さｔ１が１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面１ａから深さｔ２が１ｍｍ以下の範囲であり、また摺動ブラシが整流子を跨ぎ、整流子に接触する摺動ブラシの端部に相当する範囲である。
そして、この範囲が整流子を跨ぐ際、整流子の間で過度な電流集中が起きるところであり、この範囲の抵抗率が高くすることにより、過度な電流集中を抑制でき、その結果、火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
【0026】
金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐの配向について、図２に基づいて説明する。
摺動ブラシ１の従来の製造方法を用いて、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐを金型内に充填し、圧縮成形した場合には、図２（ａ）に示すように、粉末材料Ｐは圧縮により偏平状になり、その左右端を結ぶ線分と摺動ブラシ１の摺動面１ａとなす角度（配向角度）θは、９０度となる。この場合、配向角度θは９０度であり、摺動ブラシ１に流れる電流の方向Ｄと平行となるため、低抵抗になる。
摺動ブラシ１の従来の製造方法を用いて、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐを金型内に充填し、圧縮成形した場合には、図２（ａ）に示すように、粉末材料Ｐは圧縮により偏平状になり、その左右端を結ぶ線分と摺動ブラシ１の摺動面１ａとなす角度（配向角度）θは、９０度となる。この場合、配向角度θは９０度であり、摺動ブラシ１に流れる電流の方向Ｄと平行となるため、低抵抗になる。
【0027】
これに対して、本発明にかかる摺動ブラシ１の製造方法による場合には、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐを圧縮成形した際、図２（ｂ）に示すように、粉末材料Ｐは圧縮により偏平状になり、しかもその左右端を結ぶ線分は傾く。即ち、その左右端を結ぶ線分と摺動ブラシ１の摺動面１ａとなす角度（配向角度）θは、９０度よりも小さい、例えば７５度となる。あるいはまた、図２（ｃ）に示すように、圧縮成形された、粉末材料Ｐの左右端を結ぶ線分が摺動ブラシ１の摺動面１ａとなす角度（配向角度）θは、９０度よりも大きい、例えば１３５度となる。
【0028】
この図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すような、粉末材料Ｐの左右端を結ぶ線分が摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して斜めになる場合には、摺動ブラシ１に流れる電流の方向Ｄと斜めになり、抵抗率が高くなる。
ここで、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向しているとは、粉末材料Ｐの左右端を結ぶ線分と摺動ブラシ１の摺動面１ａとのなす角度（配向角度）θが、０度以上９０度未満、あるいは９０度を超えて１８０未満を意味している。
即ち、この配向角度θが、０度以上９０度未満、あるいは９０度を超えて１８０未満の場合には、配向角度θが９０度の場合と比べて、高抵抗になる。
特に、配向角度θが０度以上６０度以下、また１２０度以上１８０度以下である場合には、配向角度θが９０度の場合と比べて、明らかに高抵抗になるため、より好ましい。
ここで、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向しているとは、粉末材料Ｐの左右端を結ぶ線分と摺動ブラシ１の摺動面１ａとのなす角度（配向角度）θが、０度以上９０度未満、あるいは９０度を超えて１８０未満を意味している。
即ち、この配向角度θが、０度以上９０度未満、あるいは９０度を超えて１８０未満の場合には、配向角度θが９０度の場合と比べて、高抵抗になる。
特に、配向角度θが０度以上６０度以下、また１２０度以上１８０度以下である場合には、配向角度θが９０度の場合と比べて、明らかに高抵抗になるため、より好ましい。
【0029】
尚、前記範囲は、摺動ブラシの摺動方向と直交する面から深さ１００μｍ、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１００μｍの範囲であっても良い。
このように、銅粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐが、斜めに配向していることが観察される範囲が狭い場合であっても、火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
このように、銅粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐが、斜めに配向していることが観察される範囲が狭い場合であっても、火花の発生を抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を低減できる。
【0030】
また、前記範囲内において、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが少なくとも５０％、斜めに配向していれば良い。金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐの少なくとも５０％が、摺動ブラシの摺動面に対して、斜めに配向している場合には、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分に低減できる。
【0031】
上記実施形態では、摺動ブラシ１の摺動方向と直交する面１ｂから深さｔが１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシ１の摺動面１ａから深さｔ２が１ｍｍ以下の範囲Ｓ内の断面において、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向していることを説明した。
しかしながら、図３に示すように、摺動ブラシ１の摺動方向と直交する面１ｃから深さｔ１が１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシ１の摺動面１ａから深さｔ２が１ｍｍ以下の範囲Ｓ内の断面において、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向していても良い。
この範囲Ｓにおいて、金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向していている場合には、整流子から離れる際、整流子の間で起こる過度な電流集中が抑制され、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分低減できる
しかしながら、図３に示すように、摺動ブラシ１の摺動方向と直交する面１ｃから深さｔ１が１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシ１の摺動面１ａから深さｔ２が１ｍｍ以下の範囲Ｓ内の断面において、金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向していても良い。
この範囲Ｓにおいて、金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向していている場合には、整流子から離れる際、整流子の間で起こる過度な電流集中が抑制され、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分低減できる
【0032】
（電機用摺動ブラシの製造方法）
金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐを圧縮成形する摺動ブラシの成形装置としては、例えば、図４に示すような装置（具体的には、自動車ワイパー用モータに用いられる摺動ブラシ用成形装置を図示）が用いられる。
尚、図４において、（ａ）は該装置の一部を破断して示した正面図、（ｂ）は同様に一部を破断して示した側面図、（ｃ）は（ｂ）に示したＡ－Ａ線を矢印方向に見た断面図である。
金属粒子、炭素粒子の粉末材料Ｐを圧縮成形する摺動ブラシの成形装置としては、例えば、図４に示すような装置（具体的には、自動車ワイパー用モータに用いられる摺動ブラシ用成形装置を図示）が用いられる。
尚、図４において、（ａ）は該装置の一部を破断して示した正面図、（ｂ）は同様に一部を破断して示した側面図、（ｃ）は（ｂ）に示したＡ－Ａ線を矢印方向に見た断面図である。
【0033】
この成形装置１０は、基台１１と、前記基台１１に載置され、その中央部に開口部１２ａを有する摺動ブラシ成形用の金型１２と、前記金型１２の上方に配設され、前記開口部１２ａの上面から粉末材料Ｐを圧縮成形する上型１３と、前記基台１１（金型１２）の上面をスライドして前記開口部１２ａ内に材料粉末Ｐを送り込むフィーダ１４と、このフィーダ１４に材料粉末Ｐを供給するホッパ１５と、前記開口部１２ａの底面を構成し、かつ、圧縮成形後の摺動ブラシ１の半製品を前記金型１２の内側壁面に沿って上方に押し出すロアパンチ１６とを備えている。
また、前記上型１３内には、摺動ブラシ１に取り付けられる導線１７の一端部が挿通されている。さらに、前記基台１０の上面の前記フィーダ１４と対向する位置には、前記摺動ブラシ１に一端が埋設された前記導線１７を所定長さに切断するための切断器１８が配設されている。この導線１７は切断器１８により切断され、摺動ブラシ１の端子２とされる。
また、前記上型１３内には、摺動ブラシ１に取り付けられる導線１７の一端部が挿通されている。さらに、前記基台１０の上面の前記フィーダ１４と対向する位置には、前記摺動ブラシ１に一端が埋設された前記導線１７を所定長さに切断するための切断器１８が配設されている。この導線１７は切断器１８により切断され、摺動ブラシ１の端子２とされる。
【0034】
また、図５に示すように、上型１３の摺動ブラシ摺動面形成面１３ａ側の下端部には、移動方向Ｍと直交する方向に延設された溝部１３ａを有している。
前記溝部１３ａの幅ｔ３が少なくとも０，５ｍｍ、深さｔ４が少なくとも１ｍｍである。前記溝部の幅ｔ３が０，５ｍｍ未満の場合には、材料粉末Ｐを摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向した状態にすることができない。
また深さｔ４が１ｍｍ未満の場合には、材料粉末Ｐを摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して十分斜めに配向した状態にすることができないため、好ましくない。
前記溝部１３ａの幅ｔ３が少なくとも０，５ｍｍ、深さｔ４が少なくとも１ｍｍである。前記溝部の幅ｔ３が０，５ｍｍ未満の場合には、材料粉末Ｐを摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向した状態にすることができない。
また深さｔ４が１ｍｍ未満の場合には、材料粉末Ｐを摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して十分斜めに配向した状態にすることができないため、好ましくない。
【0035】
上記装置を用いた摺動ブラシ１の製造方法について、図４、図６に基づいて説明する。
まず、金型１２の開口部１２ａの底面にロアパンチ１６が位置した状態で、ホッパ１５内の粉末材料Ｐをフィーダ１４より開口部１２ａに充填する（図６（ａ）参照）。
その後、上型１３を降下させ、前記開口部１２ａの上面を閉塞し、上型１３、ロアパンチ１６により粉末材料Ｐを圧縮成形する（図６（ｂ）（ｃ）参照）。
まず、金型１２の開口部１２ａの底面にロアパンチ１６が位置した状態で、ホッパ１５内の粉末材料Ｐをフィーダ１４より開口部１２ａに充填する（図６（ａ）参照）。
その後、上型１３を降下させ、前記開口部１２ａの上面を閉塞し、上型１３、ロアパンチ１６により粉末材料Ｐを圧縮成形する（図６（ｂ）（ｃ）参照）。
【0036】
このとき、導線１７の一端は上型３の下端面から延出されているため、圧縮成形された摺動ブラシ１内に、その先端部分が埋設される。
また、粉末材料Ｐが上型１３の溝部１３ａに侵入することにより、前記溝部１３ａ及び溝部近傍の圧縮力は低下し、粉末材料Ｐが摺動ブラシの摺動面に対して（溝部１３ａの方向に向かって）、斜めに配向して圧縮成形される。
また、粉末材料Ｐが上型１３の溝部１３ａに侵入することにより、前記溝部１３ａ及び溝部近傍の圧縮力は低下し、粉末材料Ｐが摺動ブラシの摺動面に対して（溝部１３ａの方向に向かって）、斜めに配向して圧縮成形される。
【0037】
続いて、上型１３を元の位置まで上昇させる、すなわち初期状態に復帰させる。このとき、摺動ブラシ１は開口部１２ａの壁面（金型１２の壁面）に圧接されているため、導線１７は所定長さ繰り出される。
そして、前記導線１７は、切断器１８により所定長さに切断され、端子２が形成される。その後、ロアパンチ１６を上昇させることにより、摺動ブラシ１は、図６の（ｄ）に示すように、開口部１２ａから上方に押出される。
そして、前記導線１７は、切断器１８により所定長さに切断され、端子２が形成される。その後、ロアパンチ１６を上昇させることにより、摺動ブラシ１は、図６の（ｄ）に示すように、開口部１２ａから上方に押出される。
【0038】
なお、上記のようにして成形された摺動ブラシ１は、一般に、金型１２の内側壁面に接する部分の一部が摺動面、すなわち、電動機等の整流子と接触する面となる。そして更に、図示しないが、成形された摺動ブラシ１を焼成することにより、完成品としての摺動ブラシ１が得られる。
【0039】
このように、摺動ブラシ摺動面形成面側の下端部に、移動方向と直交する方向に延設された溝部１３ａを有する上型１３を用いて、摺動ブラシ１を成形する。
これにより、所定範囲内の金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが、摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した、摺動面の抵抗率が高い摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、ブラシの端部が整流子から離れる際、ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき、その結果、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分低減できる。
これにより、所定範囲内の金属粒子もしくは（及び）炭素粒子の粉末材料Ｐが、摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した、摺動面の抵抗率が高い摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシが整流子を跨ぎ、ブラシの端部が整流子から離れる際、ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき、その結果、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分低減できる。
【0040】
なお、上記実施形態では、上型１３下端部の摺動ブラシ摺動面形成面側に、移動方向と直交する方向に延設された溝部１３ｃを有している場合について説明した。
本発明では、図７に示すように、ロアパンチ１６上端部の摺動ブラシ摺動面形成面側に、上型１３と同様に、移動方向と直交する方向に延設された溝部１６ａを有していても良い。
本発明では、図７に示すように、ロアパンチ１６上端部の摺動ブラシ摺動面形成面側に、上型１３と同様に、移動方向と直交する方向に延設された溝部１６ａを有していても良い。
【0041】
この溝部１６ａは、前記溝部１３ａと同様に、前記溝部１６ａの幅ｔ５が少なくとも０，５ｍｍ、深さｔ６が少なくとも１ｍｍである。
前記溝部１６ａの幅ｔ５が０，５ｍｍ未満の場合には、材料粉末Ｐを摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向した状態にすることができないため、好ましくない。
また深さｔ６が１ｍｍ未満の場合には、摺動ブラシ１の摺動面に対して十分斜めに配向した状態にすることができないため、好ましくない。
前記溝部１６ａの幅ｔ５が０，５ｍｍ未満の場合には、材料粉末Ｐを摺動ブラシ１の摺動面１ａに対して、斜めに配向した状態にすることができないため、好ましくない。
また深さｔ６が１ｍｍ未満の場合には、摺動ブラシ１の摺動面に対して十分斜めに配向した状態にすることができないため、好ましくない。
【0042】
このようにロアパンチ１６にも溝部１６ａが形成されている場合には、摺動ブラシ１の摺動面１ａにおける抵抗率がより高く、より均一な摺動ブラシを得ることができる。
その結果、摺動ブラシ１が整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき、その結果、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分低減できる。
その結果、摺動ブラシ１が整流子を跨ぎ、摺動ブラシの端部が整流子から離れる際、摺動ブラシ端部と整流子の間に過度な電流集中を抑制でき、その結果、火花の発生を十分に抑制でき、ブラシの摺動面の摩耗を十分低減できる。
【実施例】
【0043】
［実験１］
銅３０重量％、黒鉛７０重量％の混合粉末を材料粉末として用いて、成形圧力を３トン／ｃｍ２とし、５ｍｍ（幅）、４ｍｍ（厚さ）、８ｍｍ（長さ）の成形体を得た。その後、焼成し、焼結体Ｎｏ．１～Ｎｏ．５を得た。
そして、得られた焼結体Ｎｏ．１～Ｎｏ．５の銅または黒鉛の粒子の配向角度を変えて切り出し、試験片を作成した後、抵抗率を測定した。
切り出し方は、図８に示すように、成形体を焼成した焼結体（図８（ａ））を４５度傾けて切断した（配向角度４５度の試験片（図８（ｂ）））、また、成形体を焼成した焼結体（図８（ａ））を９０度傾けて切断した（配向角度９０度の試験片（図８（ｃ）））。尚、図８において、試験片内部の斜線は、摺動面１ａに相当する面に対する配向角度を模式的に示している。
銅３０重量％、黒鉛７０重量％の混合粉末を材料粉末として用いて、成形圧力を３トン／ｃｍ２とし、５ｍｍ（幅）、４ｍｍ（厚さ）、８ｍｍ（長さ）の成形体を得た。その後、焼成し、焼結体Ｎｏ．１～Ｎｏ．５を得た。
そして、得られた焼結体Ｎｏ．１～Ｎｏ．５の銅または黒鉛の粒子の配向角度を変えて切り出し、試験片を作成した後、抵抗率を測定した。
切り出し方は、図８に示すように、成形体を焼成した焼結体（図８（ａ））を４５度傾けて切断した（配向角度４５度の試験片（図８（ｂ）））、また、成形体を焼成した焼結体（図８（ａ））を９０度傾けて切断した（配向角度９０度の試験片（図８（ｃ）））。尚、図８において、試験片内部の斜線は、摺動面１ａに相当する面に対する配向角度を模式的に示している。
【0044】
図９に示す装置を用いて試験片に電圧計を接続し、電圧降下を求め、次の式から抵抗率を求めた。
ρ＝（Ｖ×Ａ／Ｉ×Ｌ）×１０３
ここで、ρ；抵抗率（μΩ・ｃｍ）
Ｖ：電圧端子間の電圧降下（ｍＶ）
Ａ：試験片の断面積
Ｉ：試験片に流す電流（Ａ）
Ｌ：電圧端子間の距離（ｃｍ）
ρ＝（Ｖ×Ａ／Ｉ×Ｌ）×１０３
ここで、ρ；抵抗率（μΩ・ｃｍ）
Ｖ：電圧端子間の電圧降下（ｍＶ）
Ａ：試験片の断面積
Ｉ：試験片に流す電流（Ａ）
Ｌ：電圧端子間の距離（ｃｍ）
【0045】
また、銅７０重量％、黒鉛３０重量％の混合粉末を材料粉末とした場合についても同様に焼結体Ｎｏ．１～Ｎｏ．５を作製し、試料片を作成し、抵抗率を測定した。その結果を表１に示す。
【0046】
【表1】
【0047】
表１から明らかなように、配向角度が増すにつれて、高抵抗率を示すことが分かった。
【0048】
［実施例］
（実施例１）
図４の電機用摺動ブラシ成型装置において、図５に示した、幅ｔ３が０．５ｍｍ、深さｔ４が１ｍｍの溝部１３ａが形成された上型１３、また図７に示した、幅ｔ５が０．５ｍｍ、深さｔ６が１ｍｍの溝部１６ａが形成されたロアパンチ１６を用いた。
そして、銅３０重量％、黒鉛７０重量％の混合粉末を材料粉末として用いて、成形圧力を３トン／ｃｍ２とし、５ｍｍ（幅）、４ｍｍ（厚さ）、８ｍｍ（長さ）の成形体を得た。
そして、離型時には、全体金型から、ブラシ摺動面を形成する金型の一部を移動して（離して）、成形された摺動ブラシをロアパンチにより、押し出した。
その後、焼成し、得られた摺動ブラシについて、上面及ぶ下面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面の組織を観察した。その結果を図１０に示す。
（実施例１）
図４の電機用摺動ブラシ成型装置において、図５に示した、幅ｔ３が０．５ｍｍ、深さｔ４が１ｍｍの溝部１３ａが形成された上型１３、また図７に示した、幅ｔ５が０．５ｍｍ、深さｔ６が１ｍｍの溝部１６ａが形成されたロアパンチ１６を用いた。
そして、銅３０重量％、黒鉛７０重量％の混合粉末を材料粉末として用いて、成形圧力を３トン／ｃｍ２とし、５ｍｍ（幅）、４ｍｍ（厚さ）、８ｍｍ（長さ）の成形体を得た。
そして、離型時には、全体金型から、ブラシ摺動面を形成する金型の一部を移動して（離して）、成形された摺動ブラシをロアパンチにより、押し出した。
その後、焼成し、得られた摺動ブラシについて、上面及ぶ下面から深さ１ｍｍ以下、かつ摺動ブラシの摺動面から深さ１ｍｍ以下の範囲内の断面の組織を観察した。その結果を図１０に示す。
【0049】
（比較例１）
図５に示したような溝部１３ａが形成されていない上型１３、また図７に示したような溝部１６ａが形成されていないロアパンチ１６を用いたこと以外は、実施例１と同一の条件で行った。その後、焼成し、得られた摺動ブラシについて、実施例１と同様に、組織を観察した。その結果を図１１に示す。
図５に示したような溝部１３ａが形成されていない上型１３、また図７に示したような溝部１６ａが形成されていないロアパンチ１６を用いたこと以外は、実施例１と同一の条件で行った。その後、焼成し、得られた摺動ブラシについて、実施例１と同様に、組織を観察した。その結果を図１１に示す。
【0050】
また、実施例１および比較例１で作製した摺動ブラシについて、パワーシート用モータを用いて耐久試験をおこなった。これらの摺動ブラシをモータに装着して、電圧１４．５Ｖを２１秒印加し、その後６９秒ＯＦＦ（正逆）を１サイクルとし、ブラシライフを比較した。結果を表２に示す。
【0051】
【表2】
【0052】
実施例１では、図１０中に矢印で示すように、銅粒子，炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した状態が観察された。一方、比較例１では、銅粒子，炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した状態は観察されなかった。また、耐久試験では摩耗が低減され、ブラシライフが伸びることが認められた。
【0053】
以上のように、本発明にかかる摺動ブラシによれば、銅粒子，炭素粒子の粉末材料Ｐが摺動ブラシの摺動面に対して斜めに配向した状態となり、高い抵抗率を示し、また火花による摩耗が低減されたことが認められた。
【符号の説明】
【0054】
１ 電機用摺動ブラシ
１ａ 摺動面
１ｂ 摺動ブラシの摺動方向と直交する面（第１の面）
１ｃ 摺動ブラシの摺動方向と直交する面（第２の面）
１ｄ 摺動ブラシの摺動方向と平行な面
１ｅ 摺動ブラシの摺動方向と平行な面
１ｆ 摺動面と対抗する面
２ 端子
１０ 摺動ブラシ成形装置
１３ 上型
１３ａ 溝部
１６ ロアパンチ
１６ａ 溝部
ｔ１ 摺動ブラシの摺動方向と直交する面からの深さ
ｔ２ 摺動ブラシの摺動面からの深さ
ｔ３ 上型の溝部の幅
ｔ４ 上型の溝部の深さ
ｔ５ ロアパンチの溝部の幅
ｔ６ ロアパンチの溝部の深さ
Ｄ 摺動ブラシに流れる電流の方向
Ｐ 粉末材料
Ｒ 摺動ブラシの摺動方向
Ｍ 上型の移動方向
１ａ 摺動面
１ｂ 摺動ブラシの摺動方向と直交する面（第１の面）
１ｃ 摺動ブラシの摺動方向と直交する面（第２の面）
１ｄ 摺動ブラシの摺動方向と平行な面
１ｅ 摺動ブラシの摺動方向と平行な面
１ｆ 摺動面と対抗する面
２ 端子
１０ 摺動ブラシ成形装置
１３ 上型
１３ａ 溝部
１６ ロアパンチ
１６ａ 溝部
ｔ１ 摺動ブラシの摺動方向と直交する面からの深さ
ｔ２ 摺動ブラシの摺動面からの深さ
ｔ３ 上型の溝部の幅
ｔ４ 上型の溝部の深さ
ｔ５ ロアパンチの溝部の幅
ｔ６ ロアパンチの溝部の深さ
Ｄ 摺動ブラシに流れる電流の方向
Ｐ 粉末材料
Ｒ 摺動ブラシの摺動方向
Ｍ 上型の移動方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】