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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    EinMetall wird auf die Oberfläche eineskohlenstoffhaltigen Substrats aufgebracht, das einen mittleren Porenradiusvon 0,1 bis 2,0 µmund ein kumulatives Porenvolumen von 50 bis 600 mm3/gaufweist.
    公开号:DE102004016149A1
    申请号:DE102004016149
    申请日:2004-04-01
    公开日:2004-11-04
    发明作者:Miyozi Arai；Takahiro Sakoda；Kazuhiro Takahashi；Masayuki Takuma
    申请人:Totankako Co Ltd；
    IPC主号:C23C18-31
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine metallbeschichtete Kohlebürste für einenElektromotor.
    [0002] Inletzter Zeit wurden Elektromotoren, die eine Kohlebürste (nachstehendals Bürstebezeichnet) aufweisen, immer kompakter und es ist erforderlich,dass sie ein großesLeistungsvermögenaufweisen. Daher ist fürdie Kohlebürsteeine geringe Größe, eingeringerer Widerstandsverlust (Ohm'scher Verlust) der elektrischen Leitfähigkeit(nachstehend als Widerstandsverlust bezeichnet) und ein geringererVerschleiß erforderlich.
    [0003] Herkömmlich wurdeals Kohlebürste,die für Schleifring-oder Niederspannungselektromotoren eingesetzt wurde, häufig einemetallische Kohlebürsteverwendet, die aus Graphitpulver besteht, das mit Metallpulver gemischtund gesintert worden ist. Da jedoch eine Erhöhung des Metallgehalts denWiderstandsverlust der Kohlebürsteverringert, bestehen einige Probleme wie z.B. eine schlechte Schmierung, eineAnti-Lichtbogeneigenschaftund ein erhöhter Verschleiß.
    [0004] Auchbei einem Wechselstrom-Kommutatormotor besteht das Problem, dassdie Kommutierung schlecht wird und der Verschleiß zunimmt, wenn zur Verminderungdes Widerstandsverlusts ein Material mit niedrigem Widerstand verwendetwird.
    [0005] ImGegensatz dazu nimmt die Bürstentemperaturim Fall der Verwendung eines Materials mit hohem Widerstand unddes Anlegens eines größeren Stromsan eine Bürsteaufgrund des Widerstandsheizens zu. Die Bürste wird gewöhnlich durch Einbetteneines Anschlussdrahts mit Kupferpulver oder dergleichen und Pressenzur Verbindung mit dem Kohlebürstenkörper hergestellt.Wenn Strom angelegt wird, dann besteht das Problem, dass die Bürstentemperaturzunimmt und das Kupferpulver des verstemmten Teils oxidiert wird,der Stromfluss schlecht wird und der Elektromotor schließlich stoppt.
    [0006] Vonden Wechselstrom-Kommutatormotoren wird bei einem Elektromotor,der eine höhereDrehzahl liefern muss, wie z.B. für eine elektrische Reinigungsvorrichtung,eine Kohlebürstevom harzgebundenen Typ verwendet, die aus Graphitpulver und einemHarzbindemittel besteht, die vereinigt und gehärtet werden, da bei einer hohenDrehzahl das Erfordernis einer hervorragenden Kommutierung bei einerlangen Lebensdauer besteht. Im Fall der Bürste vom harzgebundenen Typnimmt jedoch die Bürstentemperaturbei der hohen Stromdichte aufgrund des hohen Widerstands zu, waszu einer Zersetzung des als Bindemittel verwendeten Harzes führt.
    [0007] ZurLösungdieser Probleme ist eine Kohlebürstebekannt, deren Oberflächemit einem Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeitbeschichtet ist, um den elektrischen Widerstand der gesamten Kohlebürste zuvermindern, welche den Kohlenstoff als Komponente enthält (beispielsweisewird auf die japanische ungeprüfte(Kokai) PatentveröffentlichungHei 5-182733 verwiesen).
    [0008] Daes jedoch schwierig war, das Metall mit der gleichen Dicke auf dieOberflächedes kohlenstoffhaltigen Materials aufzubringen, führte diesaufgrund der Schwankungen der Dicke in manchen Fällen zu einer ungleichmäßigen Färbung aufder Oberflächedes Metalls. Dies ist fürdie Anwender der Bürstemanchmal unangenehm. Da die ungleichmäßige Färbung auch die Oxidation desMetalls verursacht, kann sie den guten elektrischen Widerstand nichtbeibehalten.
    [0009] Demgemäß ist esdie Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine metallbeschichteteKohlebürste miteiner einheitlichen Dicke der Metallbeschichtung bereitzustellenund die ungleichmäßige Färbung zu verhindern.
    [0010] Einemetallbeschichtete Kohlebürste,welche die vorstehend genannten Probleme löst, ist ein kohlenstoffhaltigesSubstrat und eine auf der Oberfläche deskohlenstoff haltigen Substrats ausgebildete Metallbeschichtung, wobeidas kohlenstoffhaltige Substrat einen mittleren Porenradius von0,1 bis 2,0 μm undein kumulatives Porenvolumen von 50 bis 600 mm3/gaufweist. Das Metall ist aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Silberoder silberbeschichtetem Kupfer, ausgewählt. Ferner beträgt die Dickeder Metallbeschichtung 1 bis 10 μm.Die Metallbeschichtung wird durch stromloses Beschichten gebildet.
    [0011] DasKohlebürstensubstrat,das fürdie vorliegende Erfindung verwendet wird, wird beispielsweise ➀ durchKneten von Graphitpulvern mit einem Bindemittel wie z.B. einem wärmehärtendenHarz und Härten(Kohlebürstevom harzgebundenen Typ), ➁ durch Kneten von Graphitpulvernmit einem Bindemittel wie z.B. einem wärmehärtenden Harz oder Pech undZusammenbacken und Carbonisieren bzw. Verkohlen der Bindemittelkomponente(CG-Typ), oder ➂ durch Kneten von Graphitpulvern mit einemBindemittel wie z.B. einem wärmehärtendenHarz oder Pech und Zusammenbacken und weiter Graphitisieren durcheine Wärmebehandlung,wobei mindestens eine der Kohlenstoffkomponenten graphitisiert wird(EG-Typ), hergestellt. In der vorliegenden Erfindung wird als Substratvorwiegend der harzgebundene Typ verwendet. In dem Substrat desharzgebundenen Typs ist die elektrische Isolierung relativ höher, dadas fürdas Bindemittel verwendete Harz nicht carbonisiert oder graphitisiert(sondern nur gehärtet)wird. Demgemäß bestehtder Vorteil, dass der elektrische Widerstand hoch und die Kommutierunghervorragend ist. Im Gegensatz dazu ist der elektrische Widerstandsverlust hoch,da der elektrische Widerstand hoch ist. Als Ergebnis besteht derNachteil, dass der Wärmeverlust beieinem Langzeiteinsatz bei hoher Temperatur hoch ist, und als Folgedavon findet eine Zersetzung des Harzes statt und die Eigenschaftender Kohlebürstevariieren.
    [0012] Umdies zu verhindern, wird die Oberfläche auf dem Bürstensubstratmit einem Metall beschichtet, das aus der Gruppe aus Kupfer, Silberund silberbeschichtetem Kupfer ausgewählt ist. Als Ergebnis ist esdurch die Wirkung des aufgebrachten Metalls, das auf der Oberfläche desBürstensubstratsvorliegt, möglich,den scheinbaren elektrischen Widerstand zu vermindern und den Temperaturanstiegzu unterdrückenund trotz des hohen elektrischen Widerstands des Bürstensubstratseine Eigenschaftsänderungder Bürstebeim Gebrauch zu verhindern. Demgemäß ist es möglich, einen Nachteil des Substrats desharzgebundenen Typs zu kompensieren. Daher kann eine Hochleistungsbürste mitdem Vorteil des Substrats des harzgebundenen Typs erzeugt werden.
    [0013] DasKohlebürstensubstrat,das mit dem Metall beschichtet wird, wird so hergestellt, dass eseinen mittleren Porenradius von 0,1 bis 2,0 μm, vorzugsweise von 0,5 bis1,5 μm,und ein kumulatives Porenvolumen von 50 bis 600 mm3/g,vorzugsweise von 100 bis 500 mm3/g aufweist.Ferner wird die Dicke der Metallbeschichtung auf dem Bürstensubstrat sogesteuert bzw. kontrolliert, dass sie 1 bis 10 μm, vorzugsweise 2 bis 5 μm beträgt. Dadurchwird eine ungleichmäßige Färbung unterdrückt.
    [0014] AlsVerfahren zum Aufbringen des Metalls auf die Oberfläche desBürstensubstratsist stromloses Beschichten bevorzugt. Als Verfahren zum stromlosenBeschichten wird häufigein bekanntes Verfahren verwendet, das in der Literatur beschriebenist. Das stromlose Beschichten ist beispielsweise in „Electrolessplating„ (Maki-ShotenPublishing and Tokuzo Kambe (1986)) detailliert beschrieben und bildetin der vorliegenden Erfindung eine feste Metallbeschichtung aufder Oberflächedes Bürstensubstrats.Das in dieser Literatur gezeigte Prinzip des stromlosen Beschichtensmit Kupfer ist nachstehend beschrieben. Als Komplexbildner wirdein Weinsäure-Alkalisalz oder EDTA(Ethylendiamintetraessigsäure)einer Kupfersalzlösungzugesetzt, um eine Komplexierung und Stabilisierung in schwach alkalischerLösungzu erreichen. Danach wird als Reduktionsmittel Formaldehyd oderein Hydrazinsalz zugesetzt und auf der Oberfläche des Substrats bildet sich eineKupferbeschichtung. Vor der Durchführung der stromlosen Beschichtungwerden der VorbehandlungslösungZinn(II)-chlorid (SnCl2) als Sensibilisator undPalladiumchlorid (PdCl2) als Aktivierungsmittel zugesetzt.Dann wird durch die Durchführungder stromlosen Beschichtung bei Raumtemperatur innerhalb von 30min, vorzugsweise innerhalb von 15 min, die Metallbeschichtung ineiner Dicke von 1 bis 10 μm aufder Oberflächedes Substrats ausgebildet. Obwohl einige allgemeine Lösungen zumstromlosen Beschichten eine Elektrolysetemperatur von 80 ± 5°C (am meistenbevorzugt) aufweisen, wird die Elektrolysetemperatur zur Verminderungder Reaktionsge schwindigkeit, und um die Metallstruktur fein zumachen, so gesteuert, dass sie bei Raumtemperatur liegt.
    [0015] 1 ist eine Photographiedes Aussehens der Kohlebürste,um das Beispiel 1 mit dem Vergleichsbeispiel 1 zu vergleichen.
    [0016] Nachstehendwird die erfindungsgemäße metallbeschichteteKohlebürstegenauer erläutert. Dievorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
    [0017] 75Massen-% Graphitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm und 25Massen-% eines Epoxyharzes als Bindemittel wurden gemischt und geknetet.Dieses geknetete Material wurde auf eine vorbestimmte Größe pulverisiertund bei einem Druck von 15 MPa in eine vorbestimmte Form gebracht,worauf das Bindemittel bei 180°Cerhitzt und gehärtetwurde, wodurch ein Bürstensubstratmit einem mittleren Porenradius von 1,1 μm und einem kumulativen Porenvolumenvon 339 mm3/g hergestellt wurde. Dann wurdedieses Substrat nach dem Waschen mit Wasser in die Vorbehandlungslösung eingetaucht,die aus Wasser und Alkohol bestand, und es wurden 1,0 Massen-% SnCl2 als Sensibilisator zugesetzt. Ferner wurdedas Substrat nach dem erneuten Waschen mit Wasser in die Vorbehandlungslösung eingetaucht,die aus Wasser und PdCl2 als Aktivierungsmittelbestand. Das Substrat wurde 3 min in jede Vorbehandlungslösung eingetauchtund umgesetzt und dann mit Wasser gewaschen. Danach wurde das Substratin eine Kupfersulfidlösungeingetaucht, die bei 20 bis 25°Cgehalten wurde, und dann wurde dieser Lösung Natriumhydroxid zugesetzt. Schließlich wurdedas Substrat einheitlich in einer Dicke von 2 μm mit Kupfer beschichtet. Dermittlere Porenradius und das kumulative Porenvolumen des Substratswurden mit einem Quecksilberporosimeter (von FISON Co., Ltd. hergestellt)gemessen und mit der folgenden Formel berechnet. 2πrδcosθ = πr2·P
    [0018] 75Massen-% Graphitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm und 25Massen-% eines Epoxyharzes als Bindemittel wurden gemischt und geknetet.Dieses geknetete Material wurde auf eine vorbestimmte Größe pulverisiertund bei einem Druck von 20 MPa in eine vorbestimmte Form gebracht,worauf das Bindemittel bei 180°Cerhitzt und gehärtetwurde, wodurch ein Bürstensubstratmit einem mittleren Porenradius von 2 μm und einem kumulativen Porenvolumenvon 56 mm3/g hergestellt wurde. Dann wurdeKupfer wie im Beispiel 1 auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
    [0019] 75Massen-% Graphitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm und 25Massen-% eines Epoxyharzes als Bindemittel wurden gemischt und geknetet.Dieses geknetete Material wurde auf eine vorbestimmte Größe pulverisiertund bei einem Druck von 10 MPa in eine vorbestimmte Form gebracht,worauf das Bindemittel bei 180°Cerhitzt und gehärtetwurde, wodurch ein Bürstensubstratmit einem mittleren Porenradius von 1,9 μm und einem kumulativen Porenvolumenvon 571 mm3/g hergestellt wurde. Dann wurdeKupfer wie im Beispiel 1 auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
    [0020] Mitder Ausnahme, dass SnCl2 als Sensibilisatorund PdCl2 als Aktivierungsmittel der Vorbehandlungslösung nichtzugesetzt wurden, wurde die metallbeschichtete Kohlebürste, beider auf der Oberflächedes BürstensubstratsKupfer aufgebracht war, gemäß Beispiel1 hergestellt.
    [0021] 75Massen-% Graphitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm und 25Massen-% eines Epoxyharzes als Bindemittel wurden gemischt und geknetet.Dieses geknetete Material wurde auf eine vorbestimmte Größe pulverisiertund bei einem Druck von 23 MPa in eine vorbestimmte Form gebracht,worauf das Bindemittel bei 180°Cerhitzt und gehärtetwurde, wodurch ein Bürstensubstratmit einem mittleren Porenradius von 0,08 μm und einem kumulativen Porenvolumenvon 44 mm3/g hergestellt wurde. Dann wurdeKupfer wie im Beispiel 1 auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
    [0022] 75Massen-% Graphitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm und 25Massen-% eines Epoxyharzes als Bindemittel wurden gemischt und geknetet.Dieses geknetete Material wurde auf eine vorbestimmte Größe pulverisiertund bei einem Druck von 9 MPa in eine vorbestimmte Form gebracht,worauf das Bindemittel bei 180°Cerhitzt und gehärtetwurde, wodurch ein Bürstensubstratmit einem mittleren Porenradius von 2,2 μm und einem kumulativen Porenvolumenvon 658 mm3/g hergestellt wurde. Dann wurdeKupfer wie im Beispiel 1 auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht.
    [0023] Diemit dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellte metallbeschichtete Kohlebürste wiesauf der Oberflächedes Metalls eine ungleichmäßige Färbung auf. Beiden mit den Vergleichsbeispielen 2 und 3 hergestellten metallbeschichtetenKohlebürstenlöstensich die durch die stromlose Beschichtung gebildeten Beschichtungenab und auf der Oberflächedes Metalls wurde eine ungleichmäßige Färbung festgestellt.Wie vorstehend beschrieben ist es durch Eintauchen des Kohlenstoffsubstrats,das einen mittleren Porenradius von 0,1 bis 2,0 μm und ein kumulatives Porenvolumenvon 50 bis 600 mm3/g aufweist, als Kohlebürstensubstratin die Vorbehandlungslösung,der SnCl2 als Sensibilisator und PdCl2 als Aktivierungsmittel zugesetzt wordenist, vor der Durchführungder stromlosen Beschichtung möglich,das Metall auf das Kohlebürstensubstratohne ungleichmäßige Färbung und unterBildung einer festen Beschichtung aufzubringen. Als Ergebnis istes möglich,die metallbeschichtete Bürstevor einer Oxidation zu bewahren. Ferner werden die ästhetischenAnforderungen der Kunden erfüllt.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Metallbeschichtete Kohlebürste, umfassend ein kohlenstoffhaltigesSubstrat und eine auf der Oberflächedes kohlenstoffhaltigen Substrats gebildete Metallbeschichtung,wobei das kohlenstoffhaltige Substrat einen mittleren Porenradiusvon 0,1 bis 2,0 μmund ein kumulatives Porenvolumen von 50 bis 600 mm3/gaufweist.
    [2] Metallbeschichtete Kohlebürste nach Anspruch 1, bei derdas Metall aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Silber oder silberbeschichtetem Kupfer,ausgewähltist.
    [3] Metallbeschichtete Kohlebürste nach Anspruch 1 oder 2,bei der die Dicke der Metallbeschichtung 1 bis 10 μm beträgt.
    [4] Metallbeschichtete Kohlebürste nach Anspruch 1, 2 oder3, bei der die Metallbeschichtung durch stromloses Beschichten gebildetworden ist.
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    引用文献:
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    法律状态:
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    2015-06-06| R020| Patent grant now final|
    优先权:
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