WO2002008480A1 - Materiau de contact par glissement, comprenant un alliage a base d'ag-ni, qui presente des particules metalliques en ni dispersees et un materiau composite plaque et moteur compact a courant continu mettant en oeuvre celui-ci - Google Patents

Materiau de contact par glissement, comprenant un alliage a base d'ag-ni, qui presente des particules metalliques en ni dispersees et un materiau composite plaque et moteur compact a courant continu mettant en oeuvre celui-ci Download PDF

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contact material
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Takemasa Honma
Yasuhiro Hashimoto
Osamu Sakaguchi
Kengo Taneichi
Toshiya Yamamoto
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Mabuchi Motor Co., Ltd.
Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.
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    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12896Ag-base component

Definitions

  • the present invention relates to a sliding contact material used for a sliding portion that electrically opens and closes by a mechanical sliding operation, and in particular, a loading and unloading of a CD with a CD player, or a reading of a CD signal.
  • Commutator for small DC motor used for pick feed to move the lens, and commutator for small DC motor used for household appliances driven by rechargeable batteries (other earth rings, rotary switches, etc.) ) Regarding the sliding contact material used in the above. Background art
  • the most important development issues are to make the wear during contact use ideal and to achieve low contact resistance.
  • the low contact resistance of the sliding contact material can be achieved not only by the conductivity of the contact material used, but also by ensuring that the materials in contact with each other are in contact or in close contact.
  • the friction resistance increases as the degree of contact or close contact between the contacting materials increases, and when the material slides against the friction, a remarkable wear phenomenon occurs. is there.
  • a material having more ideal characteristics cannot be obtained unless the above-mentioned contradictory phenomena are originally controlled.
  • there are many points in the study of the wear phenomena of sliding contacts that have not yet been elucidated and it is said that it is very difficult to control the wear phenomena by improving the material of the sliding contacts.
  • Wear in the sliding contact material is roughly classified into adhesive wear and catch wear. Normally, even though the surface of the sliding contact material is fairly smooth, there are many microscopic irregularities instead of a perfect plane in microscopic view. Contact metal surfaces like this Then, it looks like they are in contact with a large area, but in reality, the protruding parts of the fine irregularities existing on the surface are in contact with each other, so-called true contact area is apparent Is smaller than the contact area. As a result, a large pressure is applied to the true contact portion, that is, the protruding portion immediately contacted, and welding of the metals in contact occurs, whereby the soft metal is torn and migrates to the hard metal. Adhesive wear occurs. In addition, when materials with different hardnesses come into contact with each other, or even when soft metals are in contact with each other, if one of them contains hard particles, the soft metal is mechanically sheared by the hard metal, causing drag wear. .
  • wear phenomena largely depend on the hardness of the metal materials in contact and the bonding properties of the metals, and the wear phenomena of the sliding contact materials are also basically remarkable in proportion to the contact pressure. And is reduced by the hardening of the material.
  • wear phenomena also change significantly due to changes in temperature and humidity at the time of contact, corrosive components, organic vapors, and greetings. Since the change in the wear phenomenon is a change in the contact state at the contact point, it causes an increase in the contact resistance, which has a great effect on the stable maintenance of the low contact resistance.
  • the above-mentioned wear phenomenon occurs between the commutator and the brush when the motor is driven at a high speed by incorporating a clad composite material using sliding contact material into a small DC motor.
  • the sliding contact material constituting the commutator is subjected to long-term contact friction, and the frictional heat due to sliding is applied, so that the above-mentioned adhesion wear and pulling-out wear are combined.
  • the surface of the sliding contact material is shaved due to the wear phenomenon, and wear powder is generated, increasing the contact resistance, and the wear powder fills the gap of the commutator, causing a short circuit, and causes noise. You do it.
  • the sliding contact material of a commutator for small DC motors used for loading and unloading of CDs with a CD player, or pick feed for moving a lens that reads CD signals, and rechargeable is composed of an Ag-Cd alloy with 1 to 2% by weight of Cd in the surface layer and the balance of Ag.
  • Two-layer clad composite material for example, Ag 99-Cd 1 / Cu
  • Cu or Cu alloy for the layer
  • ⁇ 2 wt% Cd, 0.01 ⁇ 0.70 wt% N i the balance is Ag_Cd-Ni alloy with Ag as the base layer
  • a double-layer clad composite material for example, Ag97.7-Cd2-Ni0.3 / Cu
  • Alloy composition ZCu described in the above 0 means a clad composite material constituting two layers
  • “No” means an interface between a surface layer and a base layer.
  • the numbers described after the alloy composition elements indicate values in weight%.
  • Such Ag—Cd alloys and Ag—Cd—Ni alloys are extremely excellent in electrical function, hardness, and low contact resistance characteristics.
  • Japanese Patent Publication No. 2-60745 discloses Sn and It is disclosed as a sliding contact material for a commutator of a small DC motor, containing 1 to 5% by weight of at least one of Cd and a balance of Ag alloy. Considering recent environmental issues, the production and use of sliding contact materials containing Cd, which is regarded as a harmful substance, is not desirable.
  • an Ag_Cu alloy, an Ag-Cu-Cd alloy and the like are also used.
  • these sliding contact materials have low contact resistance in the initial stage of use, but the contact resistance changes with time. Therefore, there is a problem that the product value of a shaver or the like using a rechargeable battery is inferior.
  • the contact resistance increases due to aging, so the starting voltage of the motor increases, the battery electromotive force decreases, and the motor does not start. Problems arise. As a result, the number of times the battery is charged increases, and the life of the battery itself tends to be shorter.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-104140 discloses that, in Ag, Zn l to: L 0 weight%, and at least one of Te, Co, Ni, Cu, Ge, Ti, and Pb are contained in Ag.
  • a sliding contact material of an Ag_Zn-based alloy added at 5 to 1.0% by weight is disclosed.
  • This sliding contact material utilizes the property that Te, Co, Ni, Cu, Ge, Ti, and Pb are more easily oxidized than Zn, and contains these metals to suppress the oxidation of Zn.
  • the purpose of this material is to improve the abrasion resistance and stabilize the low contact resistance, while maintaining the sulfuration resistance and lubricity of the sliding contact material.
  • this sliding contact material also has a low initial contact resistance like the above-mentioned Ag-Cu alloy etc., but changes over time in the contact resistance, and the contact resistance increases as the use period becomes longer. is there.
  • JP-A-8-260078 discloses a sliding contact material of an Ag—Zn alloy or an Ag—Zn—Ni alloy. Although these materials have low contact resistance, they have not yet been developed as sliding contact materials that control wear phenomena to such an extent that the life of the motor is improved.
  • the present invention is based on an alloy composition containing no harmful substance such as Cd, which has particularly excellent contact resistance characteristics, good electrical function and no change over time, and which is superior to conventional sliding contact materials.
  • Contact material with wear resistance comparable to practical use, and using the sliding contact material with such excellent characteristics for the commutator of small DC motors to extend the life of the motor The purpose is to plan.
  • the present inventors have conducted intensive studies and found that 0.7 to 3.0% by weight of Ni powder and Li 2 equivalent to 0.01 to 0.50% by weight of Li in metal conversion as an additive.
  • N i metal particles distributed Ag- N i based alloy sliding contact material of the present invention is A G - n i alloy N i metal particles are dispersed in the Ag Matricaria box, and L i 2 C0 3 moderate It is distributed in.
  • L i 2 C0 3 was dispersed in the material, L i OH ⁇ H 2 0 formed by sliding in the material surface, which is a film, reducing the frictional resistance plays a role of lubricant in the sliding portion, resistance Wear properties are improved.
  • Conventional sliding contact materials such as Ag-Zn alloys and Ag-Cu alloys, are also intended to control the wear phenomenon by forming oxide bands of ZnO and CuO.
  • ZnO and CuO will be excessively generated at the contact point over time, which will increase the contact resistance.
  • CuO having low conductivity is excessively generated, the contact resistance increases remarkably, and even if ZnO having conductivity is excessively generated, the contact resistance increases.
  • the Ni metal particles in the Ag matrix slightly form NiO on the pole surface, but Ni is present as metal particles in the material. Therefore, the entire contact surface is not covered with NiO. Also, L i 2 C0 3 that are dispersed in the material, L i in terms of metal in from 0.01 to 0.50 wt% and for a small amount, there is no impact to increase the contact resistance.
  • the Ni metal particle-dispersed Ag_Ni-based alloy sliding contact material of the present invention is manufactured by a so-called powder metallurgy method, so that Ni metal particles present in the Ag matrix, Li 2 C_ ⁇ 3 is will be very uniformly dispersed can not be formed a g- N i based alloy having the same composition as the present invention is a dissolution method. Therefore, in the present invention, the stability of contact resistance and the improvement of wear resistance, which cannot be achieved with conventional sliding contact materials such as Ag-Zn-Pd-Cu-Ni alloy, are improved, and Cd is improved. It can be achieved at the same time without containing it.
  • Ni metal particles in the Ni-metal particle-dispersed Ag—Ni-based alloy sliding contact material of the present invention mainly play a role of improving the wear resistance of the sliding contact material.
  • Ni content is less than 0.7% by weight when mixed as Ni powder, Ni metal
  • the amount of Ni contained in the material is 0.7 to 3.0% by weight.
  • Ag and Ni hardly dissolve each other when they are melted. It is in a separated state, and Ni is present in the upper part of the rutupo and Ag is present in the lower part in a molten state, and even if it is manufactured, even if it is manufactured, Ni partially prayed Only Ag—Ni alloys can be obtained. That is, the Ag-Ni alloy sliding contact material of the Ni metal particle dispersion type of the present invention cannot be formed by the melting method.
  • the Ag—Ni alloy sliding contact material of the present invention is formed by powder metallurgy, the Ni metal particles in the material are in a state of being very uniformly dispersed in the Ag matrix, and the resistance is high. It works well for improved wear.
  • L i 2 C_ ⁇ 3 dispersed in N i metal particles distributed A g-N i based alloy sliding contact material of the present invention
  • L in the sliding portion i.e. the contact surface i OH ⁇ H 2 It becomes 0 and works as a lubricant.
  • Dispersion amount of the L i 2 C0 3 in 0.1 below 01 by weight percent L i terms of metal tends to no longer function as a lubricant, machining of the sliding contact material exceeds 0.50 wt% And the stability of the contact resistance tends to decrease.
  • the L i 2 C0 3 is 0.1 in L i terms of metal 05-0. Be mixed with 20 wt% of i 2 C0 3 powder, the N i metal particles distributed in accordance with the present invention A g- N i The characteristics of the base alloy sliding contact material can be made the most excellent.
  • the present inventors as a result of various studies on the N i metal particles distributed A G - n i based alloy sliding contact material additives, in addition to L i 2 C0 3, L a 2 0 It has been found that the subject of the present invention can be achieved also by adding 3 . Specifically, 0.7 to 3.0% by weight of Ni powder and 0.01 to 0. 0. 0. In L i 2 C0 3 powder and metal conversion corresponding to 50% by weight of L i 01 ⁇ 1. 00% by weight of L a 2 0 3 powder corresponding to L a, and A g powder balance mixing And agitating the mixture to form a uniformly dispersed mixture.
  • the mixture is molded and sintered to obtain a Ni metal particle-dispersed Ag—Ni-based alloy sliding contact material.
  • the La 2 0 3 is dispersed in the material as well as L i 2 C0 3, together with La 2 ⁇ 3 particles themselves act as a lubricant, not in Ag matrix but also in the inner portion of the N i metal particles It has the synergistic effect of improving the wear resistance of Ni metal particles and contributes to the improvement of the wear resistance of the material. If the dispersion amount of La 2 ⁇ 3 is less than 0.01% by weight in terms of La metal, a synergistic effect with Ni metal particles cannot be obtained, and if it exceeds 1.00% by weight, the workability of the sliding contact material will be lost. And the stability of the contact resistance tends to decrease.
  • This La 2 ⁇ 3 can be mixed with La 2 ⁇ 3 powder in an amount of 0.20 to 0.40% by weight in terms of La metal. The characteristics of the base alloy sliding contact material can be made the most excellent.
  • L a 2 0 3 in the N i metal particles distributed A g- N i based alloy sliding contact material of the present invention other rare earth oxides, for example, to substitute the Ce 2 0 3, Sm 2 ⁇ 3 etc. It can also be used. It was chosen L a 2 0 3 with N i metal particles distributed A g- N i based alloy sliding contact Material of the present invention, L a 2 0 3 is a resource enriched readily available This is for some reason.
  • a base material of 011 or ⁇ It is preferable to use a ⁇ 1 alloy and to form a clad composite material in which the sliding contact material of the present invention is embedded in a part of the base material. By doing so, the solderability in the soldering process required for electrically connecting the commutator is improved, and the workability in forming the commutator shape is also improved. Also, by taking the form of a clad composite material, the thickness of the sliding contact material of the present invention embedded in the base material can be controlled according to the motor to be used. It can be used only partially and can be economically advantageous.
  • the base material of Cu or Cu alloy In the case of a clad composite material in which the sliding contact material of the present invention is embedded in a part of the material, at least a part of the sliding contact material is preferably coated with Au or an Au alloy.
  • Au or Au alloy is known as a good sliding contact material having excellent corrosion resistance and realizing low contact resistance, but it is very expensive, so that its use in large quantities is economically disadvantageous. Therefore, the increase in cost is suppressed by partially coating Au or an Au alloy, and corrosion in the Ni metal particle dispersed type Ag-Ni alloy sliding contact material according to the present invention is prevented.
  • the so-called two-layer or three-layer clad composite material of the present invention is used as a commutator in a small DC motor, a low contact resistance can be stably realized, a change with time is small, and abrasion powder is generated. It is possible to drive a small DC motor with a low starting voltage without any problem. This can extend the life of the small DC motor itself when used for loading or picking of a CD player.
  • FIG. 1 is a perspective view of a two-layer clad composite material.
  • FIG. 2 is a perspective view of a three-layer clad composite material.
  • Figure 3 is a bar graph showing the results of the durability test.
  • FIG. 4 is a graph showing the measurement results of the initial no-load current value.
  • Table 1 shows the compositions of the sliding contact materials of Examples 1 and 2, and Table 2 shows the compositions of the sliding contact materials of Conventional Example 1 and Comparative Example 1 in which characteristics were compared.
  • Comparative Example 1 is a sliding contact material previously developed by the present inventors. ⁇ table 1 ⁇
  • the Ni metal particle-dispersed AgNi-based alloy sliding contact material of Example 1 is composed of 1.0% by weight of Ni powder, and Li 2 C0 equivalent to 0.1% by weight of i in terms of metal.
  • the three powders and the remaining Ag powder were stirred with a pole mill for 4 hours to obtain a powder mixture in which each powder was uniformly dispersed.
  • the powder mixture was packed in a cylindrical container and subjected to a compression process of applying a pressure of 4.9 ⁇ 10 5 N (50 tf) from the longitudinal direction of the cylinder to form a cylindrical billet having a diameter of 50 mm.
  • the cylindrical billet was subjected to a sintering treatment at a temperature of 1123 K (850 ° C.) for 4 hours. This compression processing and sintering were repeated four times.
  • the compacted and sintered cylindrical billet was formed into a wire having a diameter of 6. Omm by hot extrusion. Subsequently, a wire rod with a diameter of 1.6 mm was formed by wire drawing.
  • the Ni metal particle-dispersed AgNi-based alloy sliding contact material of Example 2 is composed of 1.0% by weight of Ni powder, and Li of 0.1% by weight in terms of metal.
  • the powder mixture is packed in a cylindrical container, and subjected to a compression process of applying a pressure of 4.9 ⁇ 10 5 N (50 tf) from the longitudinal direction of the cylinder to form a cylindrical billet having a diameter of 5 Omm. did.
  • Subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • Example 1 and Comparative Example 1 are sliding contact materials obtained by a melting method, in which each metal is melted so as to have each of the compositions shown in Table 2, and then formed, extruded, and drawn. Thus, a wire rod having a diameter of 1.6 mm was obtained.
  • Each of the wires formed as described above was processed into a tape shape by a rolling mill, and then inlay-bonded to a Cu material serving as a base layer to obtain a clad composite material. Then, this clad composite material was subjected to heat treatment at 1023 K (750 ° C.) and rolling was repeated to obtain a two-layer clad composite material having a total thickness of 0.2 mm and a width of 19 mm.
  • FIG. 1 shows a so-called two-layer clad composite material in which the sliding contact material described in the present embodiment is embedded in a part of a base material made of a Cu alloy.
  • FIG. 2 shows that the sliding contact material shown in this embodiment is embedded in a part of the base material made of a Cu alloy, and a part of the embedded sliding contact material is Au or A.
  • This shows what is called a three-layer clad composite material coated with a u-alloy.
  • Figures la and Figures 2a and 2b show a single-strand clad composite
  • Figure 1b shows a double-strand clad composite.
  • reference numeral 1 denotes a sliding contact material of the present invention
  • reference numeral 1 'in FIG. 2 denotes an exposed portion showing a part of the buried sliding contact material 1
  • reference numeral 2 denotes a Cu alloy base material.
  • Reference numeral 3 denotes Au or Au alloy.
  • the results of actually assembling a small DC motor using the above-described clad composite material and examining the durability performance of the motor will be described.
  • the two-layer clad composite material shown in Fig. 1a was manufactured using the sliding contact materials of each composition shown in Tables 1 and 2, and the two-layer clad composite material was assembled into three layers. It was processed into a pole commutator.
  • the conditions of the durability test are as shown in Table 3 below. [Table 3]
  • Table 4 shows the endurance time values at which the motor failed in the endurance test
  • Fig. 3 shows the data in a bar graph.
  • the motor using the Ni-metal particle dispersed type Ag—Ni-based alloy sliding contact material of Examples 1 and 2 is the same as the conventional example 1 including Cd. It exhibited superior durability performance compared to motors using moving contact materials. Under the conditions of the endurance test, the high-speed rotation condition of a current of 250 mA and a rotation speed of 1200 rpm, the sliding contact material of Comparative Example 1 tends to have poor durability performance. In Examples 1 and 2, it was confirmed that they had a sufficiently practical durable life.
  • the motor using the Ni-metal alloy dispersed sliding contact material of the Ni metal particles of Examples 1 and 2 is a conventional motor including Cd. It is confirmed that the initial no-load current value is clearly lower than the motor using the sliding contact material of No. 1 and the motor using the sliding contact material of Comparative Example 1 developed by the present inventors before. did.
  • the Ni-metal particle-dispersed Ag-Ni alloy sliding contact material of the present example has a current value of 250 mA and a rotation speed of 1200 rpm. It was found that even under such conditions of use, it had a durability equal to or higher than that of the conventional sliding contact material containing Cd. Further, the Ag—Ni alloy sliding contact material of the Ni metal particle dispersion type of the present invention has a performance of lowering the initial no-load current value as compared with the conventional sliding contact material containing Cd. Turned out to be. Industrial applicability
  • the Ni-metal particle-dispersed Ag-Ni-based alloy sliding contact material according to the present invention is an alloy composition that does not contain harmful substances such as Cd, has good electrical functions, and does not change with time. It has abrasion resistance comparable to that of conventional sliding contact materials in practical use.
  • the Ni-metal particle-dispersed Ag—Ni-based alloy sliding contact material of the present invention is particularly suitable for use in household appliances equipped with a small DC motor using a rechargeable battery to achieve low contact. Since the motor can be driven with a low starting voltage by estimating the resistance over time, it enables long-term continuous use of the motor, which could not be achieved in the past, and extends the life of the rechargeable battery that drives the motor. Can also be extended.

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Description

明 細 書
N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材及び クラッド複合材ならびにそれを使用した直流小型モー夕 技術分野
本発明は、 機械的な摺動動作により電気的な開閉を行う摺動部に使用する摺動 接点素材に関するもので、 特に、 C Dプレーヤで C Dの出し入れを行うローディ ング、 又は C Dの信号を読み取るレンズを移動するためのピック送りに使用され る直流小型モータ用整流子、 さらに、 充電式電池で駆動する家庭用電化製品に使 用される直流小型モータ用整流子(その他アースリング、ロータリースィッチ等) に用いる摺動接点素材に関する。 背景技術
近年、 上記技術分野において、 新しい摺動接点素材の開発に関する研究が盛ん に行なわれてきている。 この摺動接点素材に関しては、 接点使用時における摩耗 を理想的なものとし且つ低接触抵抗を実現することが最も重要な開発課題といえ る。 本来、 摺動接点素材の低接触抵抗を実現するには、 使用する接点材料の導電 性はもとより、 接触し合う材料同士が確実に接触、 或いは密着させることによつ て達成できる。 しかし、 その材料が摺動する際には、 接触する材料同士の接触或 いは密着の度合いが増すほど摩擦抵抗は大きくなり、 その摩擦に反して摺動させ ると著しい摩耗現象が発生するのである。 つまり、 摺動接点素材では、 もともと 上述するような相反する現象を制御しなければ、 より理想的な特性を有するもの が得られないのである。 また、 この摺動接点の摩耗現象は学問的にも未解明な点 が多く、 摺動接点素材の改良によつて摩耗現象を制御することは非常に困難なも のともいわれている。
この摺動接点素材における摩耗は、 大別して、 凝着摩耗と引つかき摩耗とがあ る。 通常、 摺動接点素材の表面はかなり平滑に仕上げられても、 ミクロ的には完 全な平面ではなく微細な凹凸が多数存在する。 このような金属表面同士を接触す ると、 見掛け上は広い面積で接触しているように見えるが、 実際には表面に存在 する微細な凹凸のうち突起した部分同士が接触した状態となっており、 いわゆる 真の接触面積は見かけの接触面積よりも小さい。 そのため、 この真の接触部、 即 ち接触した突起部には大きな圧力が加わることになり接触する金属同士の溶着が 発生し、 それによつて軟質な金属の方が引き裂かれて硬質金属へ移行するという 凝着摩耗が生じる。 また、 硬さの異なる材料が接触する場合或いは軟質金属同士 の接触でも一方に硬い粒子が含まれている場合には、 軟質金属が硬質金属により 機械的にせん断されて引つ搔き摩耗が生じる。
このような摩耗現象は、 接触する金属材料の硬度、 それら金属同士の結合性等 に大きく依存するもので、 摺動接点素材の摩耗現象についても、 基本的には接触 圧に比例して顕著になり、 材料の硬化によって低減される。 しかし、 接触時の温 度や湿度変化、 腐食性成分、 有機質蒸気、 挨等の存在によっても著しく摩耗現象 は変化する。 そして、 この摩耗現象の変化は、 接点部における接触状態の変化で あるので接触抵抗の増加を引き起こすことになり、 低接触抵抗の安定的な維持に 多大な影響を与えるのである。
上記する摩耗現象は、 具体的には、 直流小型モータに摺動接点素材を用いたク ラッド複合材を整流子として組み込み、 モータを高速回転で駆動させた場合の整 流子と刷子間に生じる。 つまり、 整流子を構成する摺動接点素材が長時間の接触 摩擦を受け、 摺動による摩擦熱も加わり、 上記する凝着摩耗、 引つ接き摩耗が複 合的に生じる。 そのため、 その摩耗現象によって摺動接点素材の表面が削られ、 摩耗粉が生じ、 接触抵抗を増加させたり、 その摩耗粉が整流子の間隙を埋め導通 短絡させたり、 雑音発生の原因となったりするのである。
更に、 この摩耗現象が進行すると、 摺動接点素材を用いたクラッド複合材にお いては、 クラッド複合材の表層に設けた金属、 即ち摺動接点素材が摩耗により破 壊され、 その下のベース材料にまで摩耗が到達することになる。 そのような摩耗 状態となった場合、 酸化し易いベース材の金属が露出してくるため、 そのベース 材の金属酸化物により、種々の電気的トラブルを引き起こすことがある。それ故、 いわゆる二層又は三層クラッド複合材を構成して整流子として用いる場合には、 各層を構成する合金の材料の改良が極めて重要な課題といえる。 ところで、 近年、 CDプレーヤで CDの出し入れを行うローデイング、 又は C Dの信号を読み取るレンズを移動するためのピック送りに使用される直流小型モ 一夕用整流子の摺動接点素材、 さらに、 充電式電池で駆動する家庭用電化製品に 使用される直流小型モータ用整流子の摺動接点素材としては、 表面層に 1〜2重 量%の Cd、 残部 Agとした Ag— Cd合金を用い、 ベース層に Cu又は Cu合 金を用いたニ層クラッド複合材 (例えば Ag 99— Cd 1/Cu) や、 表面層に :!〜 2重量%の Cd、 0. 01〜0. 70重量%の N i、 残部 Agとした Ag_ Cd-N i合金を用い、 ベース層に Cu又は Cu合金を用いた二層クラッド複合 材 (例えば Ag 97. 7-Cd 2-N i 0. 3/Cu) 等が用いられている。 上 記 0 内に記載する 「合金組成 ZCu」 は二層を構成するクラッド複合材を意味 し、 「ノ」 は表面層とベース層との界面を意味する。 また、合金組成元素の後に記 載する数字は重量%の値を示すものである。
このような Ag— Cd合金や Ag— Cd— N i合金は, 電気的機能、 硬さ、 低 接触抵抗特性に非常に優れた材料であり、例えば特公平 2— 60745号公報に、 S n及び C dのうち少なくとも 1種を 1〜 5重量%含み、 残部 A gの A g合金か らなる直流小型モータの整流子用摺動接点素材として開示されている。 し力、し、 昨今の環境問題等を考慮すると、 有害物質とされている C dを含む摺動接点素材 の製造やその使用は好ましいものではない。
別の合金系として、 A g _ C u合金及び A g-Cu-C d合金等も用いられて いる。 しかし、 これらの摺動接点素材は、 使用初期の接触抵抗は低いものの、 そ の接触抵抗に経時変化が生じる。 そのため、 充電式電池を使ったシェーバー等の 製品価値が劣るという問題を有している。 即ち、 これらの合金系の摺動接点素材 をモー夕に使用した場合、 経時変化により接触抵抗が高くなるため、 モータの始 動電圧が高くなり、 電池起電力が低下しモータが始動しなくなるという問題が生 じる。 その結果として、 電池の充電回数も増え、 電池自体の寿命も短くなる傾向 を示す。
また、 例えば特開昭 58— 104140号公報には、 Ag中に Zn l〜: L 0重 量%と、 Te、 Co、 Ni、 Cu、 Ge、 T i、 P bの少なくとも 1種を 0. 5 〜 1.0重量%添加してなる A g _ Z n系合金の摺動接点素材が開示されている。 この摺動接点素材は、 Te、 Co、 N i、 Cu、 Ge、 T i、 Pbが Znよりも 酸化し易いという性質を利用し、 これらの金属を含有させることにより、 Znの 酸化を抑制し、 摺動接点素材の耐硫化性、 潤滑性を推持し、 耐摩耗性の向上及び 低接触抵抗の安定化を図ったものである。 しかしながら、 この摺動接点素材も、 上記する A g— C u合金等と同様に初期の接触抵抗は低いものの、 接触抵抗に経 時変化が生じ、 使用期間が長くなると接触抵抗が高くなるものである。
さらに、 特開平 8— 260078号公報には、 Ag— Zn合金、 Ag— Zn— N i合金の摺動接点素材が開示されている。 これらも、 接触抵抗は低いものの、 モータの寿命を向上させる程度にまで摩耗現象を制御した摺動接点素材といえる ものには至っていない。
以上のように従来の摺動接点素材は、 最近の小型化した CDプレーヤのローデ イング仕様、 ピック送り仕様に対して十分に対応できるものとはいえない。 CD プレーヤの小型化に伴い、 その内部で使用されるモータも小型化するが、 CDプ レーャのローデイング仕様自体は、 モータの大きさに関係なく、 従来から必要と されているトルクと同一である。 そのため、 モー夕を小型化しても、 一万回転 Z 分以上の高速回転にし、 ギアを介することによって、 必要なトルクを有した小型 モー夕を実現しているのである。 しかし、 この一万回転 Z分以上の高速回転領域 では、 従来の摺動接点素材における特性では不十分なため、 より耐久性のある摺 動接点素材が強く求められているのである。 発明の開示
そこで、 本発明は、 Cdのような有害物質を含有しない合金組成で、 特に、 接 触抵抗特性に優れ、 電気的機能も良好で且つ経時変化もなく、 従来の摺動接点素 材に比して実用上遜色のない耐摩耗性を有する摺動接点素材を提供すると共に、 このような優れた特性を有する摺動接点素材を直流小型モータの整流子に使用す ることでモータの長寿命化を図ることを目的としている。 本発明者等は、 鋭意研究の結果、 0. 7〜3. 0重量%の N i粉末と、 添加物 として金属換算で 0. 01〜0. 50重量%の L iに相当する L i 2C〇3粉末と、 残部の A g粉末とを混合して撹拌することにより、 均一に分散された混合物を形 成し、 該混合物を成形処理、 焼結処理して得られた N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材であれば、 上記した課題を解決できることを見出した。 本発明の N i金属粒子分散型の Ag— N i系合金摺動接点素材は、 Agマトリ ックス中に N i金属粒子が分散した A g_N i系合金であり、そして L i 2C03 が適度に分散されているものである。 この素材中に分散した L i 2C03は、 摺動 中素材表面で L i OH · H20形成し、 これが被膜となり、 摺動部における潤滑 材の役目を担い摩擦抵抗を低減させ、 耐摩耗性が向上されるのである。
従来の摺動接点素材、 例えば Ag— Zn合金、 Ag— Cu合金等も、 ZnO、 C u Oの酸化バンドの形成により摩耗現象を制御することを意図しているが、 こ れらの合金は、 空気中に放置すると、 接点部において経時的に ZnO、 CuOを 過剰に発生し、 逆に接触抵抗を高くしてしまう。 特に、 導電性の低い CuOが過 剰に発生すると接触抵抗の増加は顕著となり、 導電性を有する Z n Oの場合でも 過剰に発生すると接触抵抗の増加を引き起こす。
一方、 本発明の摺動接点素材では、 A gマトリックス中の N i金属粒子は、 そ の極表面に N i Oを僅かに形成するが、 N i.が素材中に金属粒子として存在して いるため、 接点表面全体を N i Oで被うことは無い。 また、 素材中に分散してい る L i 2C03は、 L i金属換算で 0. 01〜0. 50重量%と少量なため、 接触 抵抗を増加させるまでの影響はない。
また、 本発明の N i金属粒子分散型の A g_N i系合金摺動接点素材は、 いわ ゆる粉末冶金法によって製造されるものであるので、 Agマトリックス中に存在 する Ni金属粒子、 L i 2C〇3は、 極めて均一に分散されることになるが、 溶解 法では本発明と同じ組成の A g— N i系合金を形成することはできない。 そのた め、 本発明では、 従来の A g-Zn-Pd-Cu-N i合金等の摺動接点素材で はなしえなかった接触抵抗の安定性と耐摩耗性の向上とを、 C dを含有すること なく、 同時に達成できるのである。
この本発明の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材における N i金属粒子は、 摺動接点素材の耐摩耗性を向上させる役割を主に担っている。 こ の N i量は、 N i粉末として混合する際、 0. 7重量%未満であると、 N i金属
&·: : 粒子による耐摩耗性の向上効果が小さくなる傾向となり、 3. 0重量%を越える と、 耐摩耗性が向上しすぎて逆にブラシを摩耗し、 結果としてモー夕の耐久寿命 を低下させてしまう。 この N iは、 0. 7〜2. 0重量%の N i粉末を混合する ことが、 本発明に係る N i金属粒子分散型の Ag— N i系合金摺動接点素材の特 性を最も優れたものとすることができる。
本発明の N i金属粒子分散型の Ag— N i系合金摺動接点素材では、 素材中に 含まれる N i量が 0. 7〜3. 0重量%となるものである。 ところで、 このよう な N〖金属粒子分散型の A g-N i系合金摺動接点素材を溶解铸造により、 あえ て形成しょうとすると、 Agと N iとは溶融時において互いに殆ど溶解しないた め二相分離状態となり、 ルツポ内の上方側に N iが、 下方側に Agが、 それぞれ 溶融状態で分離して存在することになり、 例えそれを铸造したとしても、 一部に N iが偏祈した Ag— N i系合金しか得ることができない。 即ち、 溶解法によつ ては、 本発明の N i金属粒子分散型の A g—N i系合金摺動接点素材は形成する ことができないものである。従って、本発明の A g—N i系合金摺動接点素材は、 粉末冶金法によって形成されているため、 素材中の N i金属粒子が Agマトリツ クス中へ極めて均一に分散した状態となり、 耐摩耗性の向上に対し、 十分に機能 するのである。
また、 本発明の N i金属粒子分散型の A g—N i系合金摺動接点素材中に分散 される L i 2C〇3は、 摺動部、 即ち接点表面で L i OH · H20となり、 潤滑材 として働くものである。 この L i 2C03の分散量は、 L i金属換算で 0. 01重 量%未満では潤滑材としての機能を発揮しなくなる傾向となり、 0. 50重量% を越えると摺動接点素材の加工性が低下するとともに、 接触抵抗の安定性が低下 する傾向となる。 この L i 2C03は、 L i金属換算で 0. 05〜0. 20重量% の i 2C03粉末を混合することが、本発明に係る N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材の特性を最も優れたものとすることができる。
そして、 本発明者等は、 この N i金属粒子分散型の A g_N i系合金摺動接点 素材の添加物について種々の検討を行った結果、 L i 2C03の他に、 L a203 を加えることによつても、 本発明の課題が達成できることを見出した。 具体的に は、 0. 7〜3. 0重量%の N i粉末と、 添加物として金属換算で 0. 01〜0. 50重量%の L iに相当する L i 2C03粉末及び金属換算で 0. 01〜1. 00 重量%の L aに相当する L a203粉末と、残部の A g粉末とを混合して撹拌する ことにより、 均一に分散された混合物を形成し、 該混合物を成形処理、 焼結処理 して得られた N i金属粒子分散型の Ag— N i系合金摺動接点素材である。 この La203は、 L i 2C03と同様に素材中に分散し、 La23粒子そのもの が潤滑剤として働くと共に、 Agマトリックス中のみならず、 N i金属粒子の内 部にも存在して N i金属粒子の耐摩耗性も向上させるという相乗効果で、 素材の 耐摩耗性向上に寄与するものである。 この L a23の分散量は、 La金属換算で 0. 01重量%未満では N i金属粒子との相乗効果が得られなくなり、 1. 00 重量%を越えると摺動接点素材の加工性が低下するとともに、 接触抵抗の安定性 が低下する傾向となる。 この La23は、 La金属換算で 0. 20〜0. 40重 量%の L a23粉末を混合することが、本発明に係る N i金属粒子分散型の A g 一 N i系合金摺動接点素材の特性を最も優れたものとすることができる。
本発明の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材における L a 2 03は、 他の希土類酸化物、 例えば、 Ce 203、 Sm23等を代替して使用する ことも可能である。 本発明の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素 材で L a203を採用しているのは、 L a 203は資源的に豊富で入手容易であるこ との理由によるものである。
本発明の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材をモー夕の整流 子として使用する場合、 より好適な整流子の材料とするために、 ベース材として 011又は< \1合金を用ぃ、 そのベース材料上の一部に本発明の摺動接点素材を埋 設したクラッド複合材とすることが好ましい。 このようにすれば、 整流子を電気 的に接続するために必要なハンダ付け処理におけるハンダ付け性が良好となり、 また、 整流子形状を成形する際の加工性も向上する。 また、 クラッド複合材とい う形態をとることにより、 使用するモータに応じてべ一ス材に埋設する本発明の 摺動接点素材の厚みを制御することができるので、 高価な摺動接点素材を部分的 使用に留めることができ、 経済的に有利なものとすることができる。
上記するクラッド複合材は、 埋設した摺動接点素材のうち表面に露出する部分 は大気中に曝されるので腐食されやすい。 そこで、 Cu又は Cu合金のベース材 料上の一部に本発明の摺動接点素材を埋設したクラッド複合材の場合、 その摺動 接点素材上の少なくとも一部を A u又は A u合金で被覆することが好ましい。 A u又は A u合金は、 耐食性に優れ且つ低接触抵抗を実現する良好な摺動接点素材 として知られるが、 非常に高価なため大量に使用することは経済的に不利なもの となる。 そこで、 A u又は A u合金を一部分に被覆することでコストの増加を抑 えると共に、 本発明に係る N i金属粒子分散型の A g - N i系合金摺動接点素材 における腐食を防止するものとしたのである。 このようなクラッド複合材をモー 夕の整流子に使用すれば、 使用初期時には A u又は A u合金の優れた接触抵抗特 性により良好なモータ駆動が可能となり、 たとえ摩耗により、 A u又は A u合金 が破壊されても、 内部には本発明の摺動接点素材が存在するため、 更に使用継続 が可能となる。
更に、 上記する本発明の、 いわゆる二層又は三層クラッド複合材を、 整流子と して直流小型モータに使用すると、 安定して低接触抵抗を実現でき、 経時変化も 少ない上、 摩耗粉による支障がなく、 低い始動電圧で直流小型モータを駆動させ ることが可能となる。 このことは、 C Dプレーヤのローデイング用又はピック送 り用として使用した場合に、 直流小型モータ自体の寿命を長期化することができ る。 図面の簡単な説明
図 1は、 ニ層クラッド複合材の斜視図である。 図 2は、 三層クラッド複合材の 斜視図である。 図 3は、 耐久試験結果を示した棒グラフである。 図 4は、 初期無 負荷電流値の測定結果を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
本発明の一実施形態について、 以下に記載する実施例に基づいて説明する。 表 1には、 実施例 1、 2の摺動接点素材の組成を示しており、 表 2には、 特性対比 を行った従来例 1及び比較例 1の摺動接点素材の組成を示している。 尚、 比較例 1は、 本発明者等が以前に開発した摺動接点素材である。 【表 1】
Figure imgf000011_0001
実施例 1の N i金属粒子分散型の A g-N i系合金摺動接点素材は、 1. 0重 量%の N i粉末、 金属換算で 0. 1重量%の iに相当する L i 2C03粉末及び 残部 Ag粉末を、 ポールミルにて 4時間攪拌し、 各粉末が均一に分散した粉末混 合物とした。 そして、 その粉末混合物を、 円筒容器に詰め、 円柱長手方向から圧 力 4. 9 X 105N (50 t f) を加える圧縮加工処理することで、 直径 50m mの円柱ビレツトを形成した。 続いて、 この円柱ビレツトを、 1123K (85 0°C) の温度中で、 4時間の焼結処理を行った。 この圧縮加工処理、 焼結処理は、 4回繰り返して行った。
この圧縮加工及び焼結処理を施した円柱ビレットは、熱間押し出し加工により、 直径 6. Ommの線材に形成した。 引続き、 線引き加工により、 直径 1. 6mm の線材とした。
また、実施例 2の N i金属粒子分散型の A g-N i系合金摺動接点素材は、 1. 0重量%の N i粉末、 金属換算で 0. 1重量%の L iに相当する L i 2C03粉末、 金属間算で 0. 3重量%の L aに相当する L a 203粉末、 残部 A g粉末を、 ポー ルミルにて 4時間攪拌し、 各粉末が均一に分散した粉末混合物とした。 そして、 その粉末混合物を、 円筒容器に詰め、 円柱長手方向から圧力 4. 9X 105N (5 0 t f ) を加える圧縮加工処理することで、 直径 5 Ommの円柱ビレットを形成 した。 これ以降の工程は、 実施例 1の場合と同様であるので、 省略する。
従来例 1及び比較例 1は、 溶解法により得られた摺動接点素材であり、 表 2に 記載する各組成となるように、 各金属を溶解し、 その後鍀造、 押出加工、 線引き 加工することにより、 直径 1 . 6 mmの線材とした。
以上のようにして形成された各線材は、 圧延機によりテープ状に加工し、 それ をベース層となる C u材にインレイ接合をしてクラッド複合材を得た。 そして、 このクラッド複合材は、 1 0 2 3 K ( 7 5 0 °C) で熱処理をし、 圧延を繰り返し て、 総厚 0 . 2 mm、 幅 1 9 mmのニ層クラッド複合材とした。
次に、 本発明に係るクラッド複合材の一実施形態について説明する。 図 1の斜 視図は、 C u合金からなるベ一ス材の一部に本実施形態で示す摺動接点素材を埋 設した、 いわゆるニ層クラッド複合材と呼ばれるものを示している。 また、 図 2 の斜視図は、 C u合金からなるベース材の一部に本実施例で示す摺動接点素材を 埋設し、 更にその埋設された摺動接点素材の一部を A u又は A u合金により被覆 した、 いわゆる三層クラッド複合材と呼ばれるものを示している。 また、 図 l a 及び図 2 a、 2 bは一条張り、図 1 bはニ条張りのクラッド複合材を示している。 図中、 符号 1は本発明の摺動接点素材、 図 2の符号 1 ' は埋設された摺動接点素 材 1の一部露出した部分を示す露出部、 符号 2は C u合金のベース材、 符号 3は A u又は A u合金を示すものである。
更に、 上記するクラッド複合材を用いて実際に直流小型モータを組み立て、 モ 一夕の耐久性能を調べた結果について説明する。直流小型モータへの組み込みは、 表 1及び表 2に示す各組成の摺動接点素材を用いて、 上記した図 1 aに示す二層 クラッド複合材を作製し、 その二層クラッド複合材を三極整流子に加工して行つ た。 耐久試験の条件は次の表 3に示す通りである。 【表 3】
Figure imgf000013_0001
表 4には、 上記耐久試験により得られたモー夕が故障した各耐久時間値を、 図 3にはそのデータを棒グラフで示している。
【表 4】
Figure imgf000013_0002
表 4及び図 3で示すように、 本実施例 1及び 2の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材を用いたモータは、 C dを含む従来例 1の摺動接点素材 を使用したモータよりも、 優れた耐久性能を示していた。 本耐久試験の条件であ る電流 2 5 0 mA, 回転数 1 2 0 0 0 r p mの高速回転条件では、 比較例 1の摺 動接点素材では耐久性能が劣ってしまう傾向にあるが、 本実施例 1及び 2では、 十分に実用的な耐久寿命を有するものとなることが確認された。
続いて、 初期無負荷電流値 (新しいモータを無負荷で、 電圧 6 Vの状態で回転 始める際の電流をいう) を測定した結果について説明する。 表 5には、 その測定 値結果を、 図 4には、 そのデータをグラフ化して示している。 【表 5】
Figure imgf000014_0001
(mA) 表 5及び図 4で示すように、 本実施例 1及び 2の N i金属粒子分散型の A g一 N i系合金摺動接点素材を用いたモータは、 C dを含む従来例 1の摺動接点素材 を用いたモータ及び本発明者等が以前に開発した比較例 1の摺動接点素材を用い たモ一夕よりも、 初期無負荷電流値が、 明らかに低いことを確認した。
以上説明した試験結果をまとめると、 本実施例の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材は、 電流値 2 5 0 mAで回転数が 1 2 0 0 0 r p mのよ うな使用条件においても、 C dを含む従来の摺動接点素材と同程度以上の耐久性 能を有することが判明した。 また、 本発明の N i金属粒子分散型の A g— N i系 合金摺動接点素材は、 C dを含む従来の摺動接点素材と比較すると、 初期無負荷 電流値を低くする性能を有していることが判明した。 産業上の利用可能性
本発明による N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材は、 C dの ような有害物質を含有しない合金組成で、 電気的機能も良好で且つ経時変化もな く、従来の摺動接点素材に比して実用上遜色のない耐摩耗性を有するものである。 そして、 本発明の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材は、 特に 充電式電池を使用する直流小型モータを備える家庭用電化製品に応用することに より、 低い接触抵抗を経時的に推持し、 低始動電圧でモータを駆動することがで きるので、従来では実現できなかったモータの長期連続使用を可能にすると共に、 モータを駆動させる充電式電池の寿命をも伸ばすことが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 機械的な摺動動作により電気的な開閉を行う摺動部に使用される Ag— N i系合金摺動接点素材であって、
0. 7〜3. 0重量%の N i粉末と、 添加物として金属換算で 0. 01〜0. 50重量%の iに相当する L i 2C〇3粉末と、残部の Ag粉末とを混合して撹 拌することにより、 均一に分散された混合物を形成し、 該混合物を成形処理、 焼 結処理して得られたことを特徴とする N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺 動接点素材。
2. 機械的な摺動動作により電気的な開閉を行う摺動部に使用される A g— N i系合金摺動接点素材であって、
0. 7〜3. 0重量%の N i粉末と、 添加物として金属換算で 0. 01~0. 50重量%の L iに相当する L i 2C03粉末及び金属換算で 0. 01〜1. 00 重量%の L aに相当する L a203粉末と、残部の A g粉末とを混合して撹拌する ことにより、 均一に分散された混合物を形成し、 該混合物を成形処理、 焼結処理 して得られたことを特徴とする N i金属粒子分散型の Ag— N i系合金摺動接点 素材。
3. C u又は C u合金のベース材料上の一部に請求項 1又は請求項 2に記載の N i金属粒子分散型の Ag— N i系合金摺動接点素材を埋設したものであるクラ ッ 複合材。
4. C 11又は C u合金のベース材料上の一部に請求項 1又は請求項 2に記載の N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材を埋設したクラッド複合材 であって、 埋設した N i金属粒子分散型の A g— N i系合金摺動接点素材上の少 なくとも一部を Au又は Au合金で被覆したものであるクラッド複合材。
5. 請求項 3又は請求項 4に記載のクラッド複合材を整流子として用いた直流 小型モータ。
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