CN112042088A - 换向器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

换向器中，在树脂基座上安装金属的换向器竖片，由金属层和碳层构成的换向器片与换向器竖片接合。金属层含有黄铜和锡及0质量％以上且低于5质量％的碳，且不含铜粉，金属层在无表面镀层的情况下通过软钎料与换向器竖片接合。能够在无镀层的情况下将换向器片软钎焊在换向器竖片上。

Description

换向器及其制造方法

技术领域

本发明涉及将由碳层和金属层构成的换向器片接合在换向器竖片上的换向器和其制造方法。

背景技术

专利文献1(JP5901279)记载了将由碳层和金属层构成的换向器片接合在换向器竖片上的换向器。换向器片的表层为碳层，底部的层为金属层，金属层具备突起，该突起嵌合在换向器竖片的孔内。

发明者研究了不通过突起和孔的嵌合，而将换向器片软钎焊在换向器竖片上。但是，在专利文献1的换向器片中，由于金属层含有大量的石墨(例如9.2质量％)，所以软钎料在换向器片表面不润湿，不能将换向器片直接软钎焊在换向器竖片上。在专利文献2(JP2001-95207)中，通过对换向器片实施镍、锡、铜等的镀覆，形成软钎焊及钎焊等的金属被覆层，可确保稳定的导电性。但是，如果在实施了镀覆后形成金属被覆层，则需要进行前后处理及工序间的细调整，并且还需要处理镀覆废液。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP5901279

专利文献2：JP2001-95207

发明内容

发明要解决的问题

本发明的课题在于：在无镀层的情况下将换向器片软钎焊在换向器竖片上。

用于解决问题的手段

本发明的换向器的特征在于，在树脂基座上安装多个金属的换向器竖片(riser，也称为“换向器升高片”)，由金属层和碳层构成的多个换向器片(segment)在金属层侧与换向器竖片接合；

其中，金属层含有黄铜和锡及0质量％以上且低于5质量％的碳，且不含铜粉；

金属层在无表面镀层的情况下，通过软钎料与换向器竖片接合。

本发明的换向器的制造方法的特征在于，在将多个金属的换向器竖片相互连接而成的换向器竖片母体上接合环状的换向器片母体，所述环状的换向器片母体是将多个由金属层和碳层构成的换向器片相互连接而成的，然后设置用于固定换向器竖片的树脂基座，同时将换向器竖片母体和换向器片母体切断，分离成各个换向器竖片和各个换向器片；

其中，金属层含有黄铜和锡及0质量％以上且低于5质量％的碳，且不含铜粉；

在不对金属层表面实施镀覆的情况下，将换向器片母体的金属层软钎焊在换向器竖片上。在本说明书中，有关换向器的记载也直接适用于换向器的制造方法。

无镀层时妨碍软钎焊的原因是金属层与软钎料的润湿性差。铜表面容易被氧化，容易形成与软钎料的润湿性低的氧化被膜。因此，金属层中不含铜。此外，天然石墨、人造石墨、非晶质碳等碳也使与软钎料的润湿性恶化，所以将金属层中的碳含量设为低于5质量％，优选为2质量％以下，更优选为1质量％以下，最优选金属层不含碳。另外，在本说明书中，所谓不含铜，意味着含量不超过杂质浓度(大约0.1质量％)，所谓不含碳，意味着含量不超过杂质浓度(大约0.1质量％)。

为提高金属层的刚性，也可以按与金属层全体的质量比计含有2质量％以下的PPS(聚苯硫醚)或PEEK(聚醚醚酮)等热塑性树脂。可是，由于热塑性树脂等树脂使金属层和软钎料的润湿性恶化，所以优选金属层不含热塑性树脂、热固性树脂等树脂。

黄铜与铜相比与软钎料的润湿性好，因而作为金属层的骨架材料。锡在比较低的温度下熔融，烧结金属层，同时改善与软钎料的润湿性。按与金属层中的总金属成分的比例计含有1质量％以上的锡，这是用于实现无镀覆的情况下的软钎焊的优选条件。锡含量越高，与软钎料的润湿性越提高。其另一方面如果超过25质量％地含有锡，则在换向器片的成形时有时锡粉附着在模上。于是需要频繁地清扫模，使换向器的生产率下降。锡含量越高，锡粉在模上的附着越显著。因此，按与金属层中的全部金属成分的比例计，锡含量设为例如1质量％以上且35质量％以下，更优选设为3质量％以上且20质量％以下，最优选设为5质量％以上且15质量％以下。另外，与金属层中的全部金属成分的比例，意味着与从金属层中除去了碳、热塑性树脂等非金属成分后的金属成分的比例。

黄铜为铜和锌的合金，在黄铜中的锌含量为20质量％以上且30质量％附近时，与软钎料的润湿性最好。此外，如果锌含量超过40质量％，则难以致密地成形金属层。因此，黄铜优选含有5质量％以上且40质量％以下的锌、95质量％以下且60质量％以上的铜，更优选含有15质量％以上且35质量％以下的锌、85质量％以下且65质量％以上的铜，最优选含有15质量％以上且32质量％以下的锌、85质量％以下且68质量％以上的铜。

优选金属层含有黄铜和锡及银作为金属成分，按与金属层中的全部金属成分的比例计，银含量为0.2质量％以上且10质量％以下，更优选为0.5质量％以上且9质量％以下，最优选为1质量％以上且9质量％以下。银可显著改善金属层和软钎料的润湿性，而且还降低金属层的电阻率。但是，由于银是高价的金属，所以将含量设为10质量％以下。由于与银含量一同改善润湿性，所以银含量优选设为0.2质量％以上，更优选将银含量设为0.5质量％以上，最优选设为1质量％以上。优选将银含量设为9质量％以下。另外，即使在含有银时，也将黄铜和锡的合计中的锡含量设为例如1质量％以上且35质量％以下，优选设为3质量％以上且20质量％以下，最优选设为5质量％以上且15质量％以下。

优选在换向器竖片上设置用于收容软钎料的孔。在制造换向器时，从该孔向换向器片母体的金属层与换向器竖片母体之间注入软钎料。金属层和软钎料的润湿性未必高。因此，如果不设上述孔，例如将软钎料糊载置在换向器竖片母体上，使换向器片下降，进行软钎焊，则软钎料不能在金属层与换向器竖片母体之间均匀地扩展，有时软钎料逃逸到换向器竖片母体的外部。与此相对，如果在换向器竖片母体上设孔，向孔中注入软钎料糊等，过剩的软钎料不会从金属层与换向器竖片母体之间向换向器竖片母体的外部漏出。过剩的软钎料留在孔内，适量的软钎料在金属层与换向器竖片母体之间扩展。

金属层的成分最优选为黄铜、锡、银三成分，次优选为黄铜和锡二成分。可是，金属层除了这些成分外，也可以含有低于5质量％的碳及低于2质量％的热塑性树脂、作为杂质混入的其它金属等。

附图说明

图1是实施例的换向器的俯视图。

图2是沿着图1的11-11方向的实施例的换向器的剖视图。

图3是表示实施例中的换向器竖片和换向器片的接合的剖视图。

具体实施方式

以下示出用于实施本发明的最佳实施例。本发明并不限定于实施例，可基于权利要求书进行确定，且可在实施例中加入本领域技术人员公知的事项进行变形。

实施例

图1～图3中示出实施例的换向器2的结构。4是由热固性树脂等形成的树脂基座，支撑多个换向器竖片6，换向器竖片6分别通过软钎料层14接合在换向器片8上。换向器竖片6为金属制，钩9突出来，未图示的布线缠绕在钩9上。此外，换向器2具备狭缝15，使换向器竖片6相互分离，并使换向器片8相互分离。

换向器片8由表层的碳层10和位于下层且与换向器竖片6接合的金属层12这两层构成。另外，如上所述，金属层12通过软钎料层14与换向器竖片6接合。软钎料层14的成分是以锡为主成分的锡钎料，但成分是任意的。

如图3所示的那样，换向器竖片6优选具备与金属层12相对的孔16，不向换向器竖片6与换向器片8之间扩展的过剩的软钎料以软钎料积存18的形式残留在孔16内。另外，也可以不设置孔16。

采用以下材料试制换向器。此外，含量的单位全部用质量％表示。

黄铜粉：平均粒径40μm、锌含量20质量％的黄铜粉及平均粒径38μm、锌含量30质量％的黄铜粉，其它

锡粉：平均粒径20μm

银粉：平均粒径20μm

铜粉：平均粒径35μm的电解铜粉

碳：平均粒径25μm的天然石墨

热塑性树脂：平均粒径15μm的PPS(聚苯硫醚)

软钎料：锡钎料

换向器竖片：铜制

用混合器将由黄铜粉和锡粉、或黄铜粉和锡粉及银粉构成的金属层材料(表1)均匀混合，投入模具内。用混合器将由碳和热塑性树脂构成的碳层材料均匀混合，投入模具内，层叠在金属层材料上。对金属层材料和碳层材料进行加压成形，例如在空气中在300℃下进行加热烧成，通过锡的熔融和热塑性树脂的熔融，以环状制作双层的换向器片母体。

金属层材料除表1所示的以外，还可使用表2所示的材料、及将黄铜中的锌含量设为10质量％的材料及设为36质量％的材料。此外，试制在金属层材料中混合了热塑性树脂的换向器片母体。热塑性树脂虽增加金属层的刚性，但降低与软钎料的润湿性，因此是不优选的，容许范围相对于金属层的总量为2质量％以下，热塑性树脂的含量优选为0质量％以上且1.0质量％以下，最优选不含热塑性树脂。以下，对金属层不含热塑性树脂的情况进行说明。如果黄铜中的锌含量增加，则与软钎料的润湿性提高，但是即使超过30质量％，与软钎料的润湿性也不再提高。此外，如果将锌含量设为36质量％，则有时不能致密地烧结金属层。因此，使用锌含量为20质量％及30质量％的黄铜，试制表1、表2的试样。

碳层由85质量％以上的平均粒径25μm的天然石墨和15质量％以下的PPS构成，PPS等热塑性树脂支撑碳层的强度和碳层与金属层的接合。热塑性树脂并不局限于PPS，也可以是PEEK等，优选熔点为230℃以上。热塑性树脂的含量按与碳层的质量比计优选为3质量％以上且15质量％以下，特别优选为5质量％以上且15质量％以下。

将使多个换向器竖片形成一体而成的换向器竖片母体和换向器片母体重叠，用锡钎料进行软钎焊。表1、表2中的换向器竖片的孔意味着图3的孔16，在有孔时，使换向器竖片母体在上，从孔16注入软钎料糊，用炉加热进行软钎焊。在无孔时，将软钎料糊涂布在换向器竖片母体上，从上重叠换向器片母体，加压到使软钎料向换向器竖片与换向器片之间扩展的程度，用炉加热进行软钎焊。

在软钎焊后的换向器竖片母体和换向器片母体的周围成型热固性树脂的树脂基座，将母体切断，分离成各个换向器竖片和换向器片。此外，对换向器竖片的露出部实施镀锡。母体可以在树脂基座的成型后切断，也可以在成型前切断。

按以下方法测定金属层的电阻率。将表1、表2的各试样的金属层材料均匀地混合，进行加压成形，在空气中在300℃进行加热处理，制作电阻测定用试验片。接着，在试验片的长度方向流通直流电流，测定规定长度间的电压下降，算出电阻率。

换向器竖片和金属层的软钎料润湿性按以下进行评价。

◎：熔融软钎料在金属层全体上润湿扩展，能够接合。

○：在熔融软钎料的一部分中虽发现空穴(空隙)但接合没有问题。

△：在熔融软钎料中空穴(空隙)多，接合时稍微出现偏差。

×：熔融软钎料不向金属层润湿，不可接合。

在金属层大量含有锡时，有时锡粉附着在模具内，妨碍以后的成形。因此对锡在模具上的附着程度进行评价，按以下进行评价。

◎：成形时模具上无附着。

○：需要定期的模具清扫。

△：模具清扫的频率增加。

×：模具上附着成形品，不可分离(不可成形)。

表1

表2

从表2的试样33、34判明：如果金属层含有铜，则与软钎料的润湿性下降。此外，从表2的试样35、36判明：金属层中的碳使与软钎料的润湿性下降。

在金属层中的锡为37质量％时，成形时锡粉附着在模上，产生故障(试样29、30)。在锡为0.5质量％时电阻增高。0.4质量％的银的效果小(试样23、24和试样1、2的比较)，但在银含量为3质量％～9质量％时与软钎料的润湿性显著改善(例如试样13、14和试样2、3的比较)。此外，如果在换向器竖片上设孔，则与软钎料的润湿性显著改善(例如试样2、4、6、8和试样1、3、5、7的比较)。

符号说明

2换向器，4树脂基座，6换向器竖片，8换向器片，9钩，10碳层，12金属层，14软钎料层，15狭缝，16孔，18软钎料积存。

Claims (7)

1.一种换向器，其特征在于，在树脂基座上安装多个金属的换向器竖片，由金属层和碳层构成的多个换向器片在所述金属层侧与所述换向器竖片接合；

其中，所述金属层含有黄铜和锡及0质量％以上且低于5质量％的碳，且不含铜粉；

所述金属层在无表面镀层的情况下，通过软钎料与所述换向器竖片接合。

2.根据权利要求1所述的换向器，其特征在于，所述金属层含有黄铜及锡，且不含碳。

3.根据权利要求1或2所述的换向器，其特征在于，所述黄铜为锌5质量％以上且40质量％以下、铜95质量％以下且60质量％以上的合金；

以相对于所述金属层中的全部金属成分的比例计，含有80质量％以上且99质量％以下的黄铜、20质量％以下且1质量％以上的锡。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的换向器，其特征在于，所述黄铜为锌15质量％以上且35质量％以下、铜85质量％以下且65质量％以上的合金。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的换向器，其特征在于，所述金属层含有黄铜和锡及银作为金属成分，以与金属层中的全部金属成分的比例计，银的含量为0.2质量％以上且10质量％以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的换向器，其特征在于，所述换向器竖片具备收容有软钎料的孔。

7.一种换向器的制造方法，其特征在于，在将多个金属的换向器竖片相互连接而成的换向器竖片母体上接合环状的换向器片母体，所述环状的换向器片母体是将多个由金属层和碳层构成的换向器片相互连接而成的，然后设置用于固定换向器竖片的树脂基座，同时将换向器竖片母体和换向器片母体切断，分离成各个换向器竖片和各个换向器片；

其中，所述金属层含有黄铜和锡及0质量％以上且低于5质量％的碳，且不含铜粉；

在不对金属层表面实施镀覆的情况下，将所述换向器片母体的金属层软钎焊在所述换向器竖片上。

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