[发明专利]微型电机的碳刷及其制造方法

说明书

本发明一般涉及具有永久磁场的微型电机的碳刷，特别涉及镀敷金属的石墨刷。这种镀敷金属的石墨刷的生成过程是：先在已镀敷了金属层的石墨粉末所形成的镀敷金属的石墨粉末里加入纤维材料，然后给镀敷金属的石墨粉末与纤维材料的混合物加压成型和使其烧结。

迄今，业已制造了大量的微型电机碳刷，其生产过程是，在纯度约为98%或99.5%的石墨粉末里加入粘结料，研磨该固体化的混合物并使其过筛，在金属化粉末里掺入土和筛选混合物以得到需要的导电率，然后给由此得出的混合物加压成型并使其烧结。

又，为免除使用粘结料，一种所谓“镀敷铜的石墨刷”已为众所周知。这种镀敷铜的石墨刷的生产过程是：先将纯度约为99%的石墨粉末颗粒镀敷铜，然后对镀敷铜的石墨粉末不加入粘结料而加压成型并使之烧结。

在上述任一种情况中，在石墨粉末内时常含有诸如SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MnO、MgO和TiO之类的颗粒大小为1至500微米的灰尘。

图7示出主要由石墨粉末中所含的SiO₂构成的灰尘的粒子结构的显微图。该显微图示明该灰尘具有不同的颗粒大小，甚至具有大的颗粒。

在电机运转期间，在灰尘进入碳刷与整流子之间时，含有颗粒大于50微米的灰尘的碳刷会使整流特性变坏，在极端的情况下导致电机毁坏。

为了解决这个问题，本申请人早就提出过使用包括净化工艺过程（石墨粉末被净化到灰尘含量低于0.05重量%）在内的制造方法所制造的微型电机碳刷及其制造这种碳刷的方法。

在测试中展示用上述净化工艺过程净化的石墨粉末先镀敷金属然后加压成型并烧结而制造的微型电机碳刷（日本专利申请103201/1989）在降低机械噪声和改进整流特性方面有优越性，但它易于受到严重磨损，如图3（测试号1）所示，这将在下文描述。

为了改进耐磨性，本申请人提出一种微型电机的碳刷及其制造方法（日本专利申请103201/1989），其中在净化过程中已净化的石墨粉末中加入氧化物;还提出一种微型电机的碳刷及其制造方法（日本专利申请247114/1989），其中以相同的方式加入导电性材料。

在这些测试中展示了上面提到的，加入氧化物或导电性材料的碳刷尚已改进其耐磨性，但它们的形状稳定性很差。

本发明试图解决这些问题，为达此目的，本发明的微型电机碳刷是使用灰尘含量净化到低于0.05重量%的石墨粉末并在该石墨粉末中加入0.1重量%到12.0重量%的纤维材料（具有颗粒大小小于40微米、长度小于50微米）而形成的。

图1（A）示出体现本发明的微型电机碳刷原理的示意图;

图1（B）示出有助于解释本发明的制造方法的作业图;

图2示出用于本发明净化过程的净化炉的概括图;

图3示出有助于解释添加剂类型和磨损度之间关系的表格。

图4示出有助于解释本发明中添加纤维材料的数量与磨损度之间关系的表格;

图5示出填加到本发明碳刷中的玻璃纤维的粒子结构和显微图;

图6示出有助于解释本发明另一实施例的作业图;

图7示出主要由石墨粉末中所含的SiO₂构成的灰尘的粒子结构的显微图。

图1示出本发明的原理图，其中图1（A）示出说明本发明原理的示意图，图1（B）是制造过程图。

在图1（A）中，标号1表示整流子，标号2表示整流片，标号3表示转子，标号4表示碳刷，标号5表示碳刷弹性部件。

在图1（B）中，标号20表示净化到例如约为99%的石墨粉末;标号21表示本发明的净化过程;标号22表示纤维材料掺和过程，其中加入0.1重量%到12.0重量%的纤维材料（玻璃纤维、矾土纤维、硅石纤维、氧化锆纤维、碳纤维、胡须等），其颗粒大小小于40微米、其长度小于50微米;标号23表示金属镀敷过程;标号25表示烧结过程。

碳刷4由导电性的、碳刷弹性部件5夹持与整流片2、2和2滑动接触。碳刷4被烧结成为具有由碳刷弹性部件5支持的塞头和倒T字形状，如图1（A）的图A-1的碳刷透视图所示。例T字形状的底部表面形成得稍弯曲状以滑动接触整流片2。

如图1（B）所示，碳刷的制造过程是执行：净化过程21、纤维材料掺和过程22、金属镀敷过程23、加压成型过程24、在石墨粉末20的烧结过程25。