JPS6247351B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は金属被覆炭素繊維よりなる集電用ブ
ラシに関する。 微小径（約７μｍ）の炭素繊維の表面をイオン
プレーテイング法によりアルミニウム、銅、銀等
又はこれらの合金にて被覆した金属被覆炭素繊維
を適当な長さをもつて多数束ね、その基端部をこ
れに重ねた導電性金属板と共に熱圧してこれらを
一体に固相拡散接合し、上記繊維束の先端部を前
記繊維が刷毛状に分離した分繊部とし、この分繊
部の先端を集電摺接面とする集電用ブラシは、前
記分繊部の各金属被覆炭素繊維が適当な可撓性を
保持してスリツプリングや整流子に摺接している
場合は、一般に適当な電流、周速、ブラシ圧力の
下で良好な摺動特性を示す。 第１図、第２図は上記集電用ブラシの概略構造
を示し、第１図においては、金属被覆炭素繊維の
束１の基端部２の上下に、炭素繊維の被覆金属と
固相拡散接合しうる金属板３，４を当てて熱圧に
より一体に固相拡散接合したもので、金属板３，
４の先を適当な斜面のナイフエツジ状に形成して
前記繊維が、互に拡散接合して高密度に一体化さ
れた基端部２から前記斜面に沿つて次第に密度が
低下して分繊部５に移行し、分繊部５においては
各繊維が分離して刷毛状をなし、分繊部５の先端
面を矢印方向に摺動する摺接面６とする。また第
２図においては、前記繊維束１の間に金属板７を
挿入して基端部２を金属板７と共に一体に拡散接
合する。リード線８は金属板３，４に適当な周知
手段で接続してもよく、或は拡散接合時に基端部
２又は金属板３，４内に同時に拡散接合してもよ
い。 摺接面６はスリツプリング又は整流子に均一に
摺接するよう充分に摺り合せを行い、基端部２を
ブラシホルダに支持してばねにより摺接面６に適
当な接触圧を与えて使用する。 上記構造のブラシにおいては、分繊部５におけ
る金属被覆炭素繊維の密集度合がブラシ摺動特性
に大きな影響を与える。例えば密集度合が過大な
らば、分繊部５は各繊維が互に拘束し合つて柔軟
性が低下し、その結果宛も従来の固形ブラシと同
様にチヤタリングを生じたり、各繊維の先端が相
手方摺接面に適切に接触しないために電流が一部
の炭素繊維に集中して接触電圧降下が増大した
り、またその結果被覆金属が溶融して相手方摺接
面にかじりを生じたりスパークを起す等、実際の
使用に耐えないものとなる。これに反し、前記密
集度合が過小ならば、各炭素繊維が過大電流によ
り赤熱して被覆金属が溶融したり、或は炭素繊維
が焼け切れるという事態を生ずる。 したがつて、前記密集度合には適正範囲があ
る。本発明においては、この密集度合を、摺接面
６内における金属被覆炭素繊維の重量分布密度
と、該繊維間に空間がない状態における断面重量
密度との百分比をもつて表わし、これを充填率と
定義する。 次に金属被覆炭素繊維ブラシの試験結果につい
て説明する。第１表に試験に用いたブラシの各型
Ａ〜Ｇの仕様を示す。

【表】 上記各型のブラシについて試験した結果は次の
通りである。 (1) 繊維各個の動き易さ、 充填率が高いＡ，Ｂ型ブラシは、分繊部５に柔
軟性がなく、固形ブラシの如き挙動を示すので、
摺り合せが困難で連続使用に適しない。Ｃ型ブラ
シは分繊部５の繊維が互に拘束し合つて動きが若
干固いが、各繊維は互に固着していないので摺動
接触圧により撓むことができ、また摺り合せも15
時間位で摺接面６が光択を帯び、スリツプリング
と良好に摺接することが認められた。したがつ
て、この点から充填率の上限を40％位に定めるの
が適当である。しかし充填率が39％のＣ型ブラシ
でも、接触電圧降下がある値を越すと摺接面６に
おいて繊維同志が部分的に相互固着するので、接
触電圧降下を制限する必要はある。またＣ型ブラ
シは時々チヤツタリングを起すことが認められ
た。 そこで更に「柔軟」なＤ，Ｅ，EM，Ｆ型ブラ
シを試作したのであるが、Ｄ型はＣ型と同じ繊維
数で被覆金属の厚さを半減したものであり、Ｅ型
はＣ型と同じ被覆厚さで繊維数を調整したもの、
またＦ型は被覆厚さを１μｍとし、総被覆アルミ
断面積がＥ型と同等になるよう繊維数を調整した
ものである。またEM型は高弾性率の炭素繊維を
用いた外はＥ型とほぼ同じである。 これらＤ〜Ｆ型ブラシはいずれも分繊部５が柔
軟で、Ｃ型ブラシが時々チヤツタリングを起した
のに比べ、非常にスムーズな摺接状態を示した。 しかしＤ〜Ｆ型ブラシにおいても接触電圧降下
がある程度以上になると、ブラシ先端の被覆アル
ミニウムが溶けて繊維同志が部分的に固着する現
象がみられた。 (2) 接触電圧降下 接触電圧降下はスリツプリング表面の酸化によ
り径時的に増大する傾向があり、これがある値を
越せば上記の如き繊維間固着を起すので、スリツ
プリングに接触抵抗が小さく酸化し難い貴金属層
として銀メツキを施して試験をしたところ、低い
ブラシ荷重でも低い接触電圧降下で大電流通電が
可能であることが認められた。第３図ａ，ｂは、
銀メツキした黄銅製スリツプリングにそれぞれＥ
型ブラシ（正極側）及びＦ型ブラシ（負極側）を
組合せた場合の接触電圧降下の実測値を示し、図
中の測定点番号は測定順番を示す。各測定点は最
低1.5時間の通電後に測定した値で、例外はある
が、大略順番が後になるほど同一電流に対する接
触電圧降下が低くなる傾向が認められた。特に後
者においては安定した再現性が得られた。これは
ブラシがスリツプリングになじんできたためと考
えられる。図中の曲線は最低電圧降下特性を示
し、また電流密度は実際の摺接状態におけるブラ
シ摺接面の面積に基いて算出した値である。 第４図は第３図と同様のスリツプリングに対す
るＧ型ブラシの正、負の接触電圧降下特性を示
す。この場合もかなり大なる電流密度が得られる
が、分繊部５の柔軟性はＣ型ブラシと同程度であ
る。 (3) 火花の発生 火花の発生は、接触電圧降下の増大による繊維
先端間の部分的固着現象と関連することが試験に
よつて認められたので、この点についての検討結
果を説明する。 先づ、直流定電圧の下でブラシ先端を銅片に離
接して火花発生状況をみたところ、火花発生の限
界電圧は0.5Vであつた。また前記ブラシを構成
するアルミ被覆炭素繊維（炭素繊維径７μｍ、ア
ルミ被覆厚さ２μｍ）の比抵抗実測値（６×10^-6
Ωcm）から繊維１本の抵抗を求めると6.3Ωcmで
ある。したがつて、火花発生時の繊維電流は
0.5V／6.3Ωcm＝0.08Aである。 一方顕微鏡下で通電中の上記単繊維を観察する
と、繊維は約0.1Aで赤熱し、それ以上の電流で
は焼き切れることが判明した。この限界電流は火
花発生時の電流（0.08A）と近似する。このこと
から、アルミ被覆炭素繊維ブラシの火花は、繊維
が前記限界電流以上の電流によつて焼け飛ぶため
に生ずるものと推察される。 前記の如く、ある値以上の接触電圧降下におけ
るブラシ先端の繊維の部分的固着現象は、ブラシ
摺接時に特に電流が通り易い繊維に電流が集中す
るために生ずると考えられるから、接触電圧降下
を一定限度に抑えることが火花発生防止と繊維先
端の部分的固着を防ぐ上からも必要であり、金属
被覆炭素繊維ブラシは0.1V程度の比較的小なる
接触電圧降下において従来の固形ブラシの最大電
流密度（25A／cm²位）よりも遥かに大なる電流密
度の集電が可能であることがわかる。 上記試験結果から、明らかな通り、各繊維の電
流は赤熱しない範囲に定める必要があり、したが
つてブラシを構成する繊維数も各繊維の電流容量
によつて自ら最小数が定まるが、その場合、繊維
数の代りに充填率をもつて表わせば、充填率は５
％以上に定めるのが適当であり、これ以下では繊
維が焼き切れるおそれがある。 本発明は上記構成を有し、金属被覆炭素繊維よ
りなる集電用ブラシにおいては、該繊維の充填率
を５〜40％の範囲に選定するのがよく、これによ
つて従来の固形ブラシの電流密度よりも高い
30A／cm²以上の電流密度において、相手方摺接面
に対し良好な摺動特性を発揮することができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明における金属被覆炭素
繊維からなる集電用ブラシのそれぞれ異る構造を
示す断面図、第３図ａ，ｂはそれぞれＥ型及びＦ
型ブラシの接触電圧降下を示す図、第４図はＧ型
ブラシの接触電圧降下を示す図である。 ２……基端部、５……分繊部、６……摺接面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多数の金属被覆炭素繊維を束ねて基端部を互
   に固相拡散接合し、先端部の刷毛状分繊部の先端
   がスリツプリングもしくは整流子に摺接する集電
   用ブラシにおいて、表面に貴金属被覆層を形成し
   たスリツプリングもしくは整流子に摺接させるよ
   うになし且つ前記繊維のブラシ摺接面における充
   填率が５〜40％である金属被覆炭素繊維よりなる
   集電用ブラシ。