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公開番号2024081196
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-18
出願番号2022194637
出願日2022-12-06
発明の名称銅黒鉛質ブラシ
出願人トライス株式会社
代理人個人,個人
主分類H02K 13/00 20060101AFI20240611BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【構成】銅黒鉛質ブラシのブラシ本体は、黒鉛とバインダー樹脂由来の未炭化分と炭素繊維を含むカーボンと、銅と、金属硫化物固体潤滑剤とを含む。ブラシ本体は、銅とカーボンと金属硫化物固体潤滑剤の合計含有量を100mass%とした際に、銅含有量が15mass%以上60mass%以下、金属硫化物固体潤滑剤含有量が1mass%以上10mass%以下、かつ、これら以外の成分が5mass%以下である。さらに、銅黒鉛質ブラシの摺動面を電子顕微鏡で観察した際の、観察した面積当たりの炭素繊維が占める面積の割合が0.1%以上1.0%以下である。
【効果】高電流かつ高回転数で使用した際の摩耗量が小さいので、電気自動車の駆動モータ、風力発電機などに適している。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
黒鉛とバインダー樹脂由来の未炭化分と炭素繊維を含むカーボンと、銅と、金属硫化物固体潤滑剤とを含むブラシ本体を備え、
前記ブラシ本体は、銅とカーボンと金属硫化物固体潤滑剤の合計含有量を１００mass%とした際に、銅含有量が１５mass%以上６０mass%以下、金属硫化物固体潤滑剤含有量が１mass%以上１０mass％以下、かつ、これら以外の成分が５mass%以下であり、
さらに、銅黒鉛質ブラシの摺動面を電子顕微鏡で観察した際の、観察した面積当たりの炭素繊維が占める面積の割合が０.１％以上１.０％以下である、銅黒鉛質ブラシ。
続きを表示（約 250 文字）【請求項２】
前記金属硫化物固体潤滑剤は、二硫化タングステン、二硫化モリブデン、及びこれらの混合物の何れかであることを特徴とする、請求項１の銅黒鉛質ブラシ。
【請求項３】
ブラシ本体を非酸化雰囲気で加熱した際に、未炭化分が熱分解し揮発する成分を揮発分とし、揮発分を２mass%以上７mass%以下含有することを特徴とする、請求項１の銅黒鉛質ブラシ。
【請求項４】
電気自動車の駆動モータ用であることを特徴とする、請求項１～３の何れかの銅黒鉛質ブラシ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は銅黒鉛質ブラシに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車の普及の高まりとともに、当初からの課題であった航続距離の問題は徐々に改善され、電気自動車の利便性は高まっている。一方で、電気自動車所有者は購入後の走行距離への関心も高く、従来の内燃機関車両と同等の走行距離、若しくは走行年数を要望する傾向がある。ここで走行距離とは車両が新車として完成してから現時点までのトータルな走行距離のことであり、例えば中古車の査定では重要項目となっている。
【０００３】
電気自動車の駆動モータとしては交流（ＡＣ）が主流となっており、その中でもロータに永久磁石の代わりに界磁用コイルを設けた巻線界磁型同期モーター（ＥＥＳＭ）がある。ＥＥＳＭはコンバータで調整した直流電流をロータに巻いた界磁巻線へ通電させ、電流供給はブラシとスリップリングを介して行われる。ＥＥＳＭに用いるブラシは電気自動車の推進力と連動するため、走行中は常に通電／摺動しており、電気自動車走行距離への影響は大きい。
【０００４】
従来の内燃機関車両用に用いるモータ、及び通電、摺動用ブラシは、使用時にのみ稼働
するものと走行中は常時/随時稼働するものに分類することができる。上記分類のうち、前者はスタータ、ワイパー、電動ミラー用などであり、後者はオルタネータ、燃料ポンプ用などが該当する。一方、上記の通り電気自動車は走行中のモータは常時／随時回転しており、上記ＥＥＳＭの場合、電力供給のためにブラシはモータと連動して摺動している。従って、上記電気自動車走行、及びＥＥＳＭの性質上、電気自動車用ブラシは耐久性が必須となる。また、内燃機関車両用のバッテリー電圧は１２Ｖ，４８Ｖであり、ブラシの耐電圧性能もこの電圧を基準としていた。一方、上記電気自動車では駆動電圧が３００Ｖを上回るため、ブラシの耐電圧性能を向上させる必要がある。
【０００５】
一方、大電流、高電圧で使用しても摩耗量が小さいブラシは、ＥＶ（電気自動車）以外にも、風力発電機などの発電施設などで要求される。これらの用途では、大電流かつ高電圧で使用しても摩耗量が小さく、メンテナンス無しでの長期間使用できるようにすることが要求される。
【０００６】
関連する先行技術を示す。特許文献１（特開２０１５－８２９１０）は、電気自動車のモータ用ブラシについて、ブラシ表面を導電性ダイヤモンドで被覆すると、摩耗量を１／１００に減少させることができる、と報告している。しかしながら導電性ダイヤモンドの被覆が長期間に渡り保持されるかどうかは疑問である。
【０００７】
特許文献２（特公平０６－５１８９４）は、金属黒鉛質ブラシに銅メッキした炭素繊維を５～１５mass%添加することを開示している。炭素繊維の銅メッキは、周囲の金属粉と結合し、電気抵抗が減少し、機械的強度が増して耐摩耗性が向上するとされている。特許文献２のブラシは、炭素繊維自体の性質を利用するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１５－８２９１０
特公平０６－５１８９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の課題は、大電流かつ高電圧で使用しても摩耗量が小さいため、長期信頼性が高く、電気自動車、風力発電機などに適した銅黒鉛質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】
【００１０】
この発明の銅黒鉛質ブラシは、黒鉛と、バインダー樹脂由来の未炭化分と、炭素繊維を含むカーボンと、銅と、金属硫化物固体潤滑剤とを含むブラシ本体を備え、
前記ブラシ本体は、銅とカーボンと金属硫化物固体潤滑剤の合計含有量を１００mass%とした際に、銅含有量が１５mass%以上６０mass%以下、金属硫化物固体潤滑剤含有量が１mass%以上１０mass％以下、かつ、これら以外の成分が５mass%以下であり、
さらに、銅黒鉛質ブラシの摺動面を電子顕微鏡で観察した際の、観察した面積当たりの炭素繊維が占める面積の割合が０.１％以上１.０％以下である。
（【００１１】以降は省略されています）

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