CN104115380B - 滑动触点部件、使用滑动触点部件的直流电动机及发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑动触点部件、使用滑动触点部件的直流电动机及发电机。在相互滑动接触的两个滑动触点部件(11、12)的任一方或双方的相互的至少滑动接触面配设有包括导电性金刚石和导电性粘合剂的压粉部(11a、12a)，将该滑动触点部件(11、12)适用于直流电动机及发电机。

Description

滑动触点部件、使用滑动触点部件的直流电动机及发电机

技术领域

本发明涉及滑动触点部件、使用滑动触点部件的直流电动机及发电机。

背景技术

作为这种现有技术，在称为“导电部件”的名称中具有专利文献1公开的构成。

专利文献1中公开的导电部件是通过使多个导电性部件相接触来电连接的，这些导电性部件中的至少一个导电性部件在与其它导电性部件接触的部分具有含有导电性硬质碳的膜，构成键触点。

专利文献1：(日本)特开2002－25346号公报

但是，上述专利文献1公开的导电性部件在例如作为驱动用电动机或发电机的电刷或整流子使用时，除了对电刷通电的电力变大以外，随着该电刷的滑动速度变为高速，滑动速度、滑动面压也增加。

因此，电刷的发热增大而使材料发生热软化，其结果，电刷或作为对方材料的整流子的磨损变大。

另外，具有在电刷及整流子中产生的热在滑动面内不能充分热扩散，温度局部上升而导致材料软化的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制发热，并且使磨损减少的滑动触点部件、使用该滑动触点部件的直流电动机及发电机。

为了解决上述课题，本发明如下构成。

本发明的滑动触点部件通过在相互滑动接触的两个滑动触点部件的任一方或双方的相互的至少滑动部位配设有包括导电性金刚石粉末和将粉末彼此结合的导电性粘合剂且由粉末沉积法制造的压粉部，从而抑制发热而使磨损减少。

本发明的直流电动机和发电机将所述滑动触点部件用作电刷或整流子。 由此，促进这些电刷、整流子的热扩散，抑制局部的发热的增大。

根据本发明，由于在相互滑动接触的两个滑动触点部件的任一方或双方的相互的至少滑动接触部位配设有包括导电性金刚石粉末和将粉末彼此结合的导电性粘合剂且由粉末沉积法制造的压粉部，故而能够抑制发热并且使磨损减少。

附图说明

图1(A)是表示用AFM(原子间力显微镜)测定了金刚石的磨损量的表面粗糙度曲线的图，(B)是求取在与对方材料的接触中所预想的面积的示意图；

图2是表示第一评价方法的说明图；

图3是表示第二评价方法的说明图；

图4是表示第三评价方法的说明图；

图5是表示第四评价方法的说明图；

图6是表示第五评价方法的说明图，(A)是将相互的压粉部的厚度设定为10μm的两个滑动触点部件的概略说明图，(B)是将该厚度设定为500μm的两个滑动触点部件的概略说明图；

图7是表示将相互的压粉部的厚度设定为10μm时的模拟解说结果的说明图；

图8是表示将同上的压粉部的厚度设定为500μm时的模拟解说结果的说明图；

图9(A)是简化表示一个例子的直流电刷马达的构造的剖面图，(B)是在(A)中用包围线I表示的部分的放大图。

标记说明

11、12：滑动触点部件

11a、12a：压粉部

具体实施方式

以下，对用于实施本发明的方式进行说明。

本发明的滑动触点部件在相互滑动接触的两个滑动触点部件的任一方或双方的相互的至少滑动接触部位配设有包括导电性金刚石的压粉部。

所谓“导电性金刚石”是指掺杂了杂质(硼B等)的金刚石半导体。

作为“导电性粘合剂”可采用化合物半导体。

作为化合物半导体，例如为Zn、Cd、Hg、B、Al、Ga、In、Ti、N、P、As、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Po等。

通过上述构成，能够实现表面层的高硬度化带来的耐磨损性的提高，并且能够实现压粉部的热传导提高带来的放热性提高。

另外，通过该热传导的提高，抗放电性也提高，还能够减少电磨损。另外，由于形成为使用了便宜的金刚石粒子的压粉部，故而能够以低成本进行制造。

压粉部除了含有导电性金刚石粉末之外，还含有将该导电性金刚石粉末彼此粘接的导电性粘合剂，因此能够提高导电性金刚石粉末间的强度、紧密贴合性。由此，提高压粉部外表的强度、导热及导电。

作为导电性粘合剂，使用电阻率比导电性金刚石粉末低的粉末，因此导电性金刚石粉末间的电阻率减小，提高了上述压粉部外表的导电。

通过将导电性金刚石的体积比设定为50％以上，压粉部中的导电性金刚石的体积比提高，压粉部外表的强度提高，能够改善耐磨损性和耐烧结性。

通过形成为导电性金刚石的体积比与厚度方向上距滑动接触面的距离成反比地降低的构造，不会使滑动接触面的硬度、导热、热扩散性能、导电功能下降，作为压粉部整体，能够随着导电性金刚石的体积比的降低而降低制造成本。

通过由电阻率为1×10^-1Ω·cm以下的导电性金刚石粉末构成，导电性金刚石粉末的电阻率减小，故而能够提高压粉部外表的导电性。

通过将导电性金刚石的粉末直径设定为5μm以下，磨损时的压粉部的滑动接触面的表面粗糙度降低且机械磨损减少。

作为电阻率低的材料，设定为Cu、Al、Ni、Ti、Zn、Co、Au、Ag中的任一种，由此能够使导电性金刚石以外的粉末的电阻率较低，因此能够提高压粉部外表的导电性。另外，由于用粉末沉积法即可制作，故而能够以低成本进行制造。

通过将压粉部的厚度设定为100μm以上，能够提高该压粉部的热扩散性，故而能够抑制滑动接触面的局部的温度上升，能够降低热劣化导致的磨损。

通过将压粉部的导热率设定为500W/(m·K)以上，提高了该压粉部的导 热性，故而能够抑制滑动接触面的局部的温度上升，能够减少热劣化导致的磨损。

通过用烧结法制造上述压粉部，能够以低成本高密度地制造。

通过用粉末沉积法制造上述压粉部，能够以更低的成本高密度地制造。

通过将上述滑动触点部件用于电刷、整流子或它们双方，能够以低成本制造直流电动机及发电机。

实施例

首先，对金刚石的磨损量(比磨损量)的测定方法进行说明。

用一般的测定方法不能确认金刚石的磨损。

因此，金刚石的磨损量以用AFM(原子间力显微镜)测定的表面粗糙度曲线的最大高度(参照图1(A))和在与对方材料的接触中预想的面积(参照图1(B))为基础进行计算。

＜实施例1＞

[使用的材料]

在滑动接触面上形成有用钴(导电性粘合剂)将导电性金刚石粉末结合在一起而成的压粉部的滑动触点部件。

[制造方法]

用烧结法制造压粉部。

[评价方法]

图2是表示第一评价方法的说明图，1为铜制的球，2为本发明的滑动触点部件。另外，图2所示的箭头标记表示球1的滚动方向。

用图2所示的球－盘摩擦磨损方式评价磨损量(300min)。

[评价结果]

如表1所示，耐磨损性显著提高，对对方材料(球1)的攻击性也低。

[表1]

＜实施例2＞

[使用的材料]

在滑动接触面形成有用钴将导电性金刚石粉末结合在一起而成的压粉部的滑动触点部件。

[制造方法]

用烧结法制造压粉部。

[评价方法]

图3是表示第二评价方法的说明图，3为铜制的电极，4为本发明的滑动触点部件，5为用于对两者间进行通电的直流电源。另外，图3所示的箭头标记表示电极3的移动方向。

用图3所示的放电加工评价耐放电性(磨损量)。

[评价结果]

如表2所示，耐磨损性显著提高，向对方(电极3)的攻击性也低。

[表2]

＜实施例3＞

[使用的材料]

在滑动接触面形成有用钴将导电性金刚石粉末结合在一起而成的压粉部的滑动触点部件。

[制造方法]

用烧结法制造压粉部。

[评价方法]

图4是表示第三评价方法的说明图，6为铜制的球，7为本发明的滑动触点部件，8为用于对两者间进行通电的直流电源。另外，图4所示的箭头标记表示球6的滚动方向。

用图4所示的通电滑动试验评价磨损量。

[评价结果]

如表3所示，耐磨损性显著提高，对对方(球6)的攻击性也低。

[表3]

＜实施例4＞

[使用的材料]

在滑动接触面形成有用铜将导电性金刚石粉末结合在一起而成的压粉部的滑动触点部件。

[制造方法]

用粉末沉积法制造。

[评价方法]

图5是表示第四评价方法的说明图，9为铜制的球，10为本发明的滑动触点部件。另外，图5所示的箭头表示球9的滚动方向。

用图5所示的烧结试验评价了耐烧结性。

[评价结果]

铜板立即烧结，而本发明的滑动触点部件直至压粉部磨损完都未发生烧结。

＜实施例5＞

图6是表示第五评价方法的说明图，(A)是将相互的压粉部的厚度设定为10μm的两个滑动触点部件的概略说明图，(B)是将该厚度设定为500μm的两个滑动触点部件的概略说明图。图7是表示将相互的压粉部的厚度设定为10μm时的模拟解说结果的说明图，图8是表示将该厚度设定为500μm时的模拟解说结果的说明图。

在图6(A)中，用标记11表示一滑动触点部件，用标记12表示另一滑动触点部件，为相互滑动接触的碳、铁(铜)制的部件。

在双方的滑动触点部件11、12的滑动接触面11a、12a上分别形成有厚度为10μm的压粉部13、13。

另外，在图6(B)中，在滑动触点部件11、12的滑动接触面11a、12a上分别形成有厚度为500μm的压粉部14、14。

[使用的材料]

用具有与导电性金刚石粉末的压粉部同等的热特性的上述材料物性，将压粉部的厚度设定为10μm(图6(A))和500μm(图6(B))，分析热扩散状态。

[分析条件]

设定为在滑动接触面总是发生500℃的热。

[评价方法]

用图6(A)、(B)所示的烧结试验评价耐烧结性。

[评价结果]

若压粉部的厚度变厚，则可促进热扩散。

由图7、图8可知，通过使压粉部13的厚度增加，提高了热扩散性。

顺便说一句，上述的滑动触点部件能够用于图9所示的直流电刷马达。图9(A)是简化表示一个例子的直流电刷马达的构造的剖面图，(B)是(A)中用包围线I表示的部分的放大图。

图9(A)所示的直流电刷马达A在大致圆筒形的壳体20和与该壳体20的相互相对的两端面20a、20a上同轴地嵌合有轴承21、21，在这些轴承21、21上旋转自如地轴支承驱动轴22。

在驱动轴22上配设有线圈23和整流子24，并且在壳体20的内壁面配设有磁铁25。

在壳体20上，电刷26和整流子24滑动接触自如地经由弹簧27而配设。 另外，26为直流电源。

整流子24在与电刷26的滑动接触面上，以所需要的厚度形成有上述结构的压粉部24a。另一方面，在电刷26上，也在其与整流子24的滑动接触面上以所需要的厚度形成有上述压粉部26a。

上述直流电动机A及发电机的电刷26和整流子24以(1)机械磨损和(2)电磨损(基于放电的材料去除)进行磨损。

对于(1)而言，因电刷26和整流子24的相互的滑动接触面彼此发热导致的材料的热软化而促进磨损，另外，对(2)而言，抗放电性、磨损量均与导热性成反比。

与此相反，通过采用本发明的滑动触点部件，滑动接触面的硬度上升，故而在提高耐机械磨损性的基础上，其滑动接触面的导热性提高，因此，材料热软化且机械磨损降低。

另外，本发明不限于上述实施方式，可以进行如下的变形实施。

在上述实施方式中，以将滑动触点部件用于驱动用电刷马达为例进行了说明，但同样可应用于发电机的电刷和整流子。

另外，显然不限于驱动用电刷马达及发电机，也可以适当应用。在该情况下，也能够获得与驱动用电刷马达同样的效果。

在上述实施方式中，以在滑动触点部件的滑动接触面配置了压粉部的结构为例进行了说明，但也可以用构成压粉部的材料形成滑动触点部件整体。

Claims (15)

1.一种滑动触点部件，其特征在于，在相互滑动接触的两个滑动触点部件的任一方或双方的相互的至少滑动接触面配设有包括导电性金刚石粉末和将粉末彼此结合的导电性粘合剂且由粉末沉积法制造的压粉部。

2.如权利要求1所述的滑动触点部件，其中，导电性粘合剂的电阻率比导电性金刚石粉末低。

3.如权利要求1所述的滑动触点部件，其中，压粉部的导电性金刚石的体积比为50％以上。

4.如权利要求2所述的滑动触点部件，其中，压粉部的导电性金刚石的体积比为50％以上。

5.如权利要求1所述的滑动触点部件，其中，压粉部为导电性金刚石的体积比与厚度方向上距滑动接触面的距离成反比而降低的构造。

6.如权利要求2所述的滑动触点部件，其中，压粉部为导电性金刚石的体积比与厚度方向上距滑动接触面的距离成反比而降低的构造。

7.如权利要求3所述的滑动触点部件，其中，压粉部为导电性金刚石的体积比与厚度方向上距滑动接触面的距离成反比而降低的构造。

8.如权利要求4所述的滑动触点部件，其中，压粉部为导电性金刚石的体积比与厚度方向上距滑动接触面的距离成反比而降低的构造。

9.如权利要求1～8中任一项所述的滑动触点部件，其中，导电性金刚石由电阻率为1×10^-1Ω·cm以下的粉末构成。

10.如权利要求9所述的滑动触点部件，其中，导电性金刚石的粉末直径为5μm以下。

11.如权利要求1～8中任一项所述的滑动触点部件，其中，将导电性粘合剂设定为Cu、Al、Ni、Ti、Zn、Co、Au、Ag中的任一种。

12.如权利要求1～8中任一项所述的滑动触点部件，其中，将压粉部的厚度设定为100μm以上。

13.如权利要求1～8中任一项所述的滑动触点部件，其中，将压粉部的导热率设定为500W/m·K以上。

14.一种直流电动机，将权利要求1～13中任一项所述的滑动触点部件用于电刷、整流子或它们双方。

15.一种发电机，将权利要求1～13中任一项所述的滑动触点部件用于电刷、整流子或它们双方。