CN101286614B - 金属被覆碳刷 - Google Patents

Abstract

本发明提供表面所被覆的金属膜厚均匀化、抑制表面色斑的金属被覆碳刷。其方法是在由平均气孔半径0.1～2.0μm，累积气孔容积50～600mm³/g的碳质材料制成的基材表面被覆金属。

Description

金属被覆碳刷

[技术领域]

本发明涉及用于电力机械的金属被覆(覆盖)碳刷。

[背景技术]

使用电力机械用碳刷(以下称刷)的电动机。近年着重发展小型化、大容量化，这些电动机使用的刷，不仅要求小型，还要求导电阻力损失(以下、称电阻损失)小、且摩耗少的刷。

汇电环或低电压的电动机使用的刷。迄今经常使用石墨粉与金属粉混合烧结的金属质刷。而为了降低刷的电阻损失，增加金属含有量时存在润滑性、耐电弧性差、摩耗量增大的问题。

而，使用交流整流子电动机时，为了减少电阻损失，若使用电阻小的材质，则存在整流变差、摩耗增加的问题。

反之，使用电阻大的材质时，若流过大的电流，则刷的温度因电阻放热而上升。刷通常使用铜粉等埋入导线压缩接合，供给电流，但刷的温度高时，密接接部分的铜粉或导线氧化后通电差，因此有可能发生电动机停止的问题。

另外，使用交流整流子电动机中，类似电清扫机用等这种高转数的电机，从要求寿命极长的特性考虑，即高速旋转时整流性好，且清扫机主体在使用期间可以不更换刷，有时使用利用粘合剂粘结石墨粉而固化的树脂粘结系的材质。然而，树脂粘结系的材质场合，在电流密度大的条件下使用时，由于刷主体的电阻大故温度上升，也存在粘结剂所使用的树脂热老化的问题。

众所周知，为了解决这些问题，在刷基材的表面被覆良导电性金属层的碳刷，使之至少含碳一种成分，减少碳刷整体的电阻。(例如，参照特许文献1)

[特许文献]

特开平5-182733号公报

然而，由于很难在碳质材料表面被覆均匀厚的金属，因此有时因被覆膜厚的不均匀而在所被覆的金属表面产生色斑，可能使使用刷的使用者有不愉快感。另外成为氧化的原因，不能维持良好的电阻。

[发明内容]

本发明的目的在于提供表面所被覆的金属膜厚均匀化、抑制表面色斑的金属被覆碳刷。

为了解决前述课题，本发明的金属被覆碳刷，在平均气孔半径0.1～2.0μm。累积气孔容积50～600mm³/g的碳质材料构成的基材表面被覆金属。另外，前述金属是选自铜、银或在铜的表面形成的银的金属材料。又，前述金属的膜厚是1～10μm。而且前述金属是采用非电解镀法形成的金属。

本发明使用的碳质材料制的刷基材，有三种，①石墨粉与热固性树脂等的粘结剂混炼，固化的基材(树脂粘结系)。②石墨粉与热固性树脂或沥青等的粘结剂混炼，在低温下进行烧成，将粘结剂成分炭化的基材(CG系)。③再在高温下烧成，将至少一部分碳成分石墨化处理的基材(EG系)。本发明中①的树脂粘结系基材为主要对象。树脂粘结系基材，由于用作粘结剂的树脂在固化的原有状态下使用，树脂还没有碳化或石墨化，故电绝缘性比较高。因此，具有电阻大、整流性良好的优点。相反电阻大所引起的电阻损失大，结果产生放热大的缺点，由于在高温条件下长期使用同时产生树脂老化且特性变化的缺点。

这种相反的特性要求通过在刷基材周围的外表面被覆选自铜、银、或铜表面所形成银的金属，即使是内部的基材电阻大，也可以在外表面被覆的金属作用下降低外表面的电阻。抑制温度上升，防止刷使用导致的性能变化等，可以弥补树脂粘结系基材的缺点，与优点相结合可以制造极高性能的刷。

此外，作为被覆金属的刷基材，进行调整使平均气孔半径为0.1～2.0μm。优选为0.5～1.5μm，累积气孔容积为50～600mm³/g。优选为100～500mm²/g。而且，通过被覆金属化表面的金属膜厚为1～10μm，优选为2～5μm，在表面被覆金属的场合，可以抑制金属表面的色斑。

在刷基材表面被覆金属的方法优选非电镀法。非电解镀方法广泛采用文献等公知的方法。例如

所详述，对本发明的刷基材，可以在该基材表面形成牢固的被膜。又如该文献所述，非电解镀的原理，例如列举铜为例说明时，对铜盐水溶液添加作为络合剂的酒石酸钾盐、EDTA等，在弱碱性下使之以络合化状态进行稳定，使用作为还原剂的甲醛或肼盐，可以在基材上析出形成铜被膜。

采用这种非电解镀法时，向前处理液中添加作为敏化剂的氯化亚锡(SnCl₂)，作为活化剂的氯化钯(PdCl₂)。并且通过使电解温度在室温下，处理时间在30分钟以内，优选15分钟以内进行处理，可以在基材表面被覆膜厚1～10μm的均匀膜厚的金属。这里，市售的非电解镀液有80℃±5℃为最佳电解温度的产品。但刷基材等的碳质材料，因反应速度慢、金属结晶结构致密，因此电解温度为室温。

[附图说明]

图1是实施例1与比较例1的碳刷外观比较的照片。

[实施例]

以下，通过实施例具体地说明本发明的金属被覆碳刷。

(实施例1)

将平均粒子径50μm的石墨粒子75质量％与作为粘结剂的环氧树脂25质量％混合进行混炼。把该混炼物粉碎成设定的大小后，施加15MPa的压力，加工成设定形状，在180℃进行热处理，使粘结剂固化，制作平均气孔半径1.1μm。累积气孔容积339m²/g的刷基材。接着，对该基材水洗后，浸渍在添加有作为敏化剂的SnCl₂ 1.0质量％的水·醇所形成的预处理液中。再次水洗后，浸渍在添加有作为活化剂的PdCl₂ 1.0质量％的水所形成的预处理液中。在预处理液中分别浸渍3分钟进行化学反应后，水洗、浸渍在调节到20～25℃的硫酸铜水溶液中，然后在该溶液中加入氢氧化钠保持10分钟。在基材表面被覆2μm略均匀的铜膜。再者，基材的平均气孔半径及累积气孔容积采用水银压入法(FISONS公司制、孔率计2000型)测定，用下式算出。

        2πrδcosθ＝πr²·P

$r=\frac{-2\mathrm{\δ}\cos \mathrm{\θ}}{P}$

式中，r表示气孔半径，δ表示水银的表面张力(通常采用4.8×10^-3N)，P表示施加的压力，θ表示接触角(采用141.3°)。另外，测定范围，气孔半径为75μm～0.0068μm(9.81×10³Pa～10.8×10⁷Pa)。平均气孔半径表示与半径0.01μm的累积气孔容积的1/2值相对应的值。再者，这些刷基材的平均气孔半径及累积气孔容积不因镀的前后而发生变化。

(实施例2)

把平均粒子径50μm的石墨粒子75质量％与作为粘结剂的环氧树脂25质量％混合、进行混炼。把该混炼物粉碎成设定的大小，施加20MPa的压力加工成设定形状。在180℃进行热处理，使粘结剂固化，制作平均气孔半径0.12μm。累积气孔容积56mm²/g的刷基材。以后，与实施例1同样地在表面被覆铜。

(实施例3)

把平均粒子径50μm的石墨粒子75质量％与作为粘结剂的环氧树脂25质量％混合、进行混炼。把该混炼物粉碎成设定的大小后，施加10MPa的压力加工成设定形状，在180℃进行热处理，使粘结剂固化，制作平均气孔半径1.9μm，累积气孔容积571mm²/g的刷基材。以后，与实施例1同样地在表面被覆铜。

(比较例1)

除了在预处理中添加作为敏化剂的SnCl₂，作为活化剂的PdCl₂以外，其他与实施例1同样地形成在刷基材表面被覆铜的金属被覆碳刷。

(比较例2)

把平均粒子径50μm的石墨粒子75质量％与作为粘结剂的环氧树脂25质量％混合、进行混炼。把该混炼物粉碎成设定的大小后，施加23MPa的压力加工成设定形状，在180℃进行热处理，使粘结剂固化后，制作平均气孔半径0.08μm。累积气孔容积44mm²/g的刷基材。以后与实施例1同样地在表面被覆铜。

(比较例3)

把平均粒子径50μm的石墨粒子75质量％与作为粘结剂的环氧树脂25质量％混合、进行混炼。把该混炼物粉碎成设定的大小后，施加9MPa的压力加工成设定形状，在180℃进行热处理，使粘结剂固化，制作平均气孔半径2.2μm。累积气孔容积658mm²/g的刷。以后，与实施例1同样地在表面被覆铜。

图1表示实施例1与比较例1的金属被覆碳刷表面的照片。比较例1的照片，可以观察到表面金属上有色斑。

另外，比较例2、3的照片，也观察到镀膜产生剥离，同时镀膜表面有色斑。

如上所述，基材使用平均气孔半径0.1～2.0μm。累积气孔容积50～600mm³/g的碳质材料，在非电解镀时，通过预先浸渍在添加有作为敏化剂的SnCl₂、作为活化剂的PdCl₂的预处理液中，可以在表面被覆没有色斑，且坚固的金属，可以满足使用者美的感觉。同时也可防止氧化。

Claims (1)

1.一种金属被覆碳刷，其特征在于，在由包括敏化剂以及活化剂的前处理液进行了前处理的由碳质材料制成的基材表面上，在室温下15分钟以内通过实施非电解镀法来被覆金属，所述碳质材料是石墨粉与热固性树脂的粘结剂混炼、固化且未使粘结剂成分炭化的树脂粘结系，

上述金属被覆后的基材的平均气孔半径为0.1～2.0μm、且累积气孔容积为50～600mm³/g。

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