JP3195995B2 - 直流小型モータ用整流子材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、刷子との回転摺動
動作により電気的切替えを行う直流小型モータ用整流子
材料であって、特に高温で使用される直流小型モータ用
に好適な整流子材料及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子工業等の分野において、摺動
接触を伴う機器類が増加してきており、新しい摺動接点
材料の開発や、摩耗に関する研究が盛んに行われてきて
いる。摺動接点材料については、この摩耗と接触抵抗と
が問題となるが、この摩耗現象は複雑で学問的に未解明
な点も多い。

【０００３】通常、接触材料の金属表面はかなり平滑に
仕上がったつもりでも、ミクロ的な観察によれば完全な
平面ではなく微妙な凹凸が存在している。二つの金属の
接触状態をみると、みかけは広い面積で接触しているよ
うに見えるが、実際には幾つかの凹凸が存在し孤立した
突起でのみ接触していることになる。

【０００４】摩擦に対する摩耗は、基本的には接触する
力の大きさに比例し、硬さに反比例する。その他、温
度、湿度、腐蝕性成分、有機質蒸気、埃などは摩耗や電
気的特性（接触抵抗）に変化をもたらす要因となる。

【０００５】摺動接点材料における摩耗の仕方は、大別
して凝着摩耗と、引っかき摩耗とがある。凝着摩耗と
は、真の接触部即ち突起部において金属同士の溶着が起
こり、軟らかい方の金属が引き裂かれて硬い方の金属に
移行することによって起こる摩耗である。

【０００６】引っかき摩耗とは、硬さの大きく異なる材
料が擦り合わされる場合、あるいは軟らかい金属同士で
も一方に硬い粒子などを含んでいるような場合に惹起さ
れる摩耗である。

【０００７】摺動接点用素材は、アースリング、ロータ
リースイッチその他の機器に広く利用されるものである
が、本発明では、特に直流小型モータ、更に直流小型モ
ータに使用する整流子、それらに使うクラッド複合材、
そして摺動接点材料を含む。

【０００８】従来より摺動接点用素材の一つとしてＡｇ
Ｃｕ合金又は、ＡｇＣｕ合金に種々の元素を添加した材
料（例えば特開昭５８−１０４１３９号）等が用いられ
てきたが、ＡｇＣｕ合金はその金属組織が十分にコント
ロールされておらず、特にＣｕがＡｇα相中に十分固溶
しておらず、固溶体硬化や添加元素の効果が十分に発揮
されていなかった。その為製造時の金属組織のばらつき
によって摺動時に軟化し、早く摩耗し、耐摩耗性が不十
分であった。またこの材料で整流子を製作した直流小型
モータの場合には、刷子接点との摺動により摩耗が生
じ、摩耗粉がノイズの原因となっていた。

【０００９】これを、解決するための手段として特願平
５−８９１２８号記載のように８ｗｔ％以下のＣｕを含
有したＡｇＣｕ合金または、ＡｇＣｕ合金に種々の元素
を添加した材料において、溶体化処理を施すことが考え
られる。しかし、高温で使用される（例えば８０℃）直
流小型モータの整流子材料としては、この様な材料であ
っても、その厳しい使用条件のためになお摩耗する問題
が生じていた。

【００１０】また、従来からＣｄが含有した摺動接点用
素材も知られていて、５〜７ｗｔ％のＣｕ、１〜３ｗｔ
％のＣｄ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｃｕ−Ｃｄ合金は
現在も広く使われている。しかし、これらのＡｇ−Ｃｕ
合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｃｄ合金素材は直流小型モータの整
流子として使用した場合、特に高温（８０℃）におい
て、歴然たる耐久寿命の劣化を示し、これら材料の改善
が求められている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、直流小型モ
ータの整流子として使用した時に、特に高温における耐
摩耗性を向上させ、摩耗粉の発生を軽減し、ノイズの発
生を抑え、結果として直流小型モータの耐久寿命を向上
させることが可能な整流子材料及びその製造方法を提供
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

【請求項１】 直流小型モータ用整流子材料において、
Ｃｕを８ｗｔ％より多く２０ｗｔ％より少なく、Ｍｇを
０．１〜５ｗｔ％、残部ＡｇからなるＡｇＣｕＭｇ合金
であって、３〜８．８ｗｔ％のＣｕ及び０．１〜５ｗｔ
％のＭｇがＡｇα相中に固溶し、かつ固溶しなかった残
りのＣｕは平均粒子径０．１〜５μｍのＣｕ粒子として
Ａｇα相中に分散していることを特徴とする直流小型モ
ータ用整流子材料。２ 前項１記載の直流小型モータ用
整流子材料において、Ａｇ−Ｃｕ共晶点直下の７００〜
７７０℃で熱処理後、急冷することを特徴とする直流小
型モータ用整流子材料の製造方法。３ 前項１記載の直
流小型モータ用整流子材料において、前項２の処理を施
し、その後１０％以上の加工率で塑性加工を行うことを
特徴とする直流小型モータ用整流子材料の製造方法。

【００１３】

【発明の実施の形態】通常、高温環境下においては相対
湿度が非常に低くなり、例えば温度８０℃では相対湿度
は約５％以下になる。電気的摺動接点の摩耗現象につい
て言えば、常温における空気中には湿気があり、この適
度の水分は接点に潤滑作用を与えるが、これが少なくな
ると摩耗が早くなることが経験的に知られている。従っ
て、室温ではあまり摩耗しない材料であっても高温にお
いては摩耗が増すという現象が起こる。

【００１４】上記のことを勘案して成された本発明の直
流小型モータ用整流子材料は、Ｃｕを８ｗｔ％より多く
２０ｗｔ％より少なく、Ｍｇを０．１〜５ｗｔ％、残部
ＡｇからなるＡｇＣｕＭｇ合金であるから、Ａｇα相中
に存在するＣｕ粒子は、摺動中に酸化して酸化物粒子と
なり、これが潤滑剤として働くので摩耗を軽減する作用
をなす。しかしながら、Ｃｕの含有量が８ｗｔ％以下の
ＡｇＣｕ合金にＭｇを添加した材料にあっては、含有し
ているＣｕのうち殆どはＡｇα相中に固溶してしまって
Ｃｕ粒子が減少するため、高温中で摺動する場合に潤滑
剤としての機能を失う結果につながる。

【００１５】従って、Ｃｕを８ｗｔ％より多く２０ｗｔ
％より少なく含有することにより、更に充分な潤滑剤と
して働く要因となる。特にＡｇα相中に３〜８．８ｗｔ
％のＣｕが固溶し、かつ平均粒子径０．１〜５μｍのＣ
ｕ粒子がマトリックス中に微細に分散していた場合有効
に働く。ここで、Ｃｕ含有量を８ｗｔ％より多くした理
由は、８ｗｔ％以下だと、高温環境下における湿度が室
温下の湿度に比して大幅に低くなるため、室温下ではさ
ほど摩耗しなくとも、高温環境下では潤滑作用不足に因
る早期摩耗を招くので、それを防止するためである。但
し、Ｃｕ含有量は経時変化による接触抵抗の上昇防止を
考慮すると２０ｗｔ％より少ないのが好ましい。

【００１６】このＣｕを８ｗｔ％より多く２０ｗｔ％よ
り少なく含有するＡｇＣｕ合金、さらに、Ｍｇを含有さ
せた理由は、この元素は非常に酸化し易いため、この酸
化物粒子も潤滑剤として作用し、前記、Ａｇα相中に分
散しているＣｕ粒子の酸化物粒子による潤滑効果と相俟
って、摩耗が軽減されるからである。ここで、含有量を
０．１〜５ｗｔ％としたのは、０．１ｗｔ％未満では添
加による摩耗軽減効果が発揮できず、５ｗｔ％を超える
と接触抵抗が高くなりすぎるという問題が生じてしまう
ためである。なお、Ｃｕを９ｗｔ％より多く１１ｗｔ％
より少なく含有するＡｇＣｕ合金において、６〜８．８
ｗｔ％のＣｕ及び０．１〜０．５ｗｔ％のＭｇがＡｇα
相中に固溶し、かつ固溶しなかった残りのＣｕは、平均
粒子径０．１〜５μｍのＣｕ粒子としてＡｇα相中に分
散している状態が最も効果的である。

【００１７】さらに、本発明の整流子材料の製造方法
は、上記組成の材料をＡｇ−Ｃｕ共晶点直下の７００〜
７７０℃の温度による熱処理後、急冷してＣｕをより多
く固溶させる方法を採る。そうすることにより、Ａｇα
相中に存在するＣｕ粒子の酸化物が、摺動時の潤滑作用
を充分に発揮させ、かつ、高温環境下に起き易い摺動時
の摩耗を軽減でき、結果として耐摩耗性を向上させるこ
とができる。

【００１８】また、平均粒子径は０．１〜５μｍのＣｕ
粒子とすることにより高温環境下における摩耗軽減に対
して効果的に作用するものである。Ａｇ−Ｃｕ共晶点直
下の熱処理は、好ましくは７００〜７７０℃で保持した
後水冷することにより行う。上記熱処理後、塑性加工を
行うのは、上記熱処理を行ったままではＡｇα相は再結
晶して軟化してしまい、このままプレス加工すると表面
に凹凸が発生する弊害をもたらすからである。本発明の
整流子材料の製造方法のように、熱処理後少なくとも１
０％以上の加工率で塑性加工を行うことにより、加工硬
化させプレス加工で発生する表面の凹凸を抑制し、さら
に耐摩耗性を向上させることができる。

【００１９】

〔試験条件〕

電流 ： ＤＣ１７０ｍＡ 摺動速度 ： ２０ｍｍ／ｓｅｃ 荷重 ： ２５ｇ テスト時間： ３３３分 温度 ： ８０℃ 湿度 ： ５％ＲＨ

【００２０】

【表１】

【００２１】このようにして作った材料の、Ａｇα相中
のＣｕの固溶量を確認するために、Ａｇα相の格子定数
をＸ線回折法により調べた。その結果、実施例１、２、
３は４．０３７、４．０４７、４．０３５、従来例１、
２、３はそれぞれ４．０６７、４．０６５、４．０６７
Åであった。Ｖｅｇａｒｄ則により実施例１、２、３、
及び従来例１、２、３における固溶量は、それぞれ実施
例では６．６ｗｔ％、５．２ｗｔ％、６．９ｗｔ％、従
来例では２．５ｗｔ％、２．８ｗｔ％、２．５ｗｔ％で
あった。

【００２２】上記表１で明らかなように実施例１〜３の
整流子材料は、従来例の摺動接点用素材に比べ摩耗量が
著しく少なく、接触抵抗が著しく低いことが判る。また
比較例１、２の摺動接点用素材は摩耗量は少ないが接触
抵抗が高く、それらの事から実施例１〜３の整流子材料
に比べて比較例のものは品質的にかなり劣るものであ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り本発明の直流小型モータ用整
流子材料は、Ｃｕを８重量％より多く含有するＡｇＣｕ
合金、更にＭｇを含有する材料であるから、Ａｇα相に
Ｃｕが３〜８．８ｗｔ％固溶し、かつＣｕ粒子がＡｇα
相中に分散しているので、このＣｕ粒子または、更にＭ
ｇ粒子が摺動中に酸化して酸化物粒子となり、これが潤
滑剤として働くので摩耗が軽減される。

【００２４】また、製造方法として、Ａｇ−Ｃｕ共晶点
直下の７００〜７７０℃で熱処理後、急冷することによ
りＣｕをより多く固溶させることができ、それ故、Ａｇ
α相中での摺動中の酸化物粒子の潤滑効果を十分に発揮
させることが可能となる。さらに、上記処理を施した後
に、１０％以上の加工率で塑性加工を行ったから、加工
硬化により耐摩耗性の向上や、表面の凹凸を抑制するも
のとなる。したがって、この素材で製作した整流子材料
は刷子接点との摺動時摩耗が軽減され、摩耗からくるノ
イズを抑制できるという特別顕著な作用効果を奏するも
のである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 麻田 敬雄 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金 属工業株式会社技術開発センター内 (72)発明者 柳下 雄二 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金 属工業株式会社技術開発センター内 (72)発明者 山本 俊哉 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金 属工業株式会社技術開発センター内 (72)発明者 中村 哲也 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金 属工業株式会社技術開発センター内 (56)参考文献 特開 昭50−104720（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−138859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−104139（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−55539（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 5/06 C22F 1/14 H01H 1/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流小型モータ用整流子材料において、
   Ｃｕを８ｗｔ％より多く２０ｗｔ％より少なく、Ｍｇを
   ０．１〜５ｗｔ％、残部ＡｇからなるＡｇＣｕＭｇ合金
   であって、３〜８．８ｗｔ％のＣｕ及び０．１〜５ｗｔ
   ％のＭｇがＡｇα相中に固溶し、かつ固溶しなかった残
   りのＣｕは平均粒子径０．１〜５μｍのＣｕ粒子として
   Ａｇα相中に分散していることを特徴とする直流小型モ
   ータ用整流子材料。
2. 【請求項２】 請求項１記載の直流小型モータ用整流子
   材料において、Ａｇ−Ｃｕ共晶点直下の７００〜７７０
   ℃で熱処理後、急冷することを特徴とする直流小型モー
   タ用整流子材料の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の直流小型モータ用整流子
   材料において、請求項２の処理を施し、その後１０％以
   上の加工率で塑性加工を行うことを特徴とする直流小型
   モータ用整流子材料の製造方法。