JP2003272795A - 中ないし高電流密度用の滑り接触子の製造方法およびこの方法によって得られる滑り接触子 - Google Patents

中ないし高電流密度用の滑り接触子の製造方法およびこの方法によって得られる滑り接触子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】滑り接触子の製造方法において、その方法によ
って該滑り接触子が環境に有害な鉛もしくはアンチモン
の添加剤を含有せず、かつ、上記の環境に有害な物質を
含有した場合の滑り接触子の有利な作動特性を可能な限
り高めることができる滑り接触子の製造方法を提案す
る。 【解決手段】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
滑り接触子の製造方法において、上記前混合物を形成す
る際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群
の中から選択された金属を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中ないし高電流密
度用の滑り接触子の製造方法およびこの方法によって得
られる滑り接触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の製造方法によって製造された滑り
接触子は、特に自動車における電気装置用の炭素ブラシ
であり、使用時、とりわけスタート時に高い電流密度が
生ずる。
【０００３】従来では、この種の滑り接触子に純粋な炭
素接触子の有利な性質と金属接触子の有利な性質とを与
えるために、製造時にこれらの材料の組み合わせがなさ
れていた。こうした組み合わせはかなり従前から行なわ
れてきた技術であり、特に、炭素部分と金属との緊密な
結合を得るための努力がなされてきた（特許文献１参
照）。
【０００４】さらに、鉛もしくはアンチモンは通常の滑
り接触子に含有されて、これにより良好な清拭作用、作
動中の滑り接触子の冷却および対の接触子に対する良好
な滑り能力を得ることができる。しかし、この鉛もしく
はアンチモンは、毒性を有しており、環境に有害である
ことから、鉛もしくはアンチモンの添加は回避されてお
り、そうした技術は公知である（特許文献２参照）。こ
うした鉛もしくはアンチモンの添加剤に代わって銅を添
加した場合、銅の合金が形成されてしまい、これを阻止
するため、特別な製造措置を取らなければならなかっ
た。鉛の代替物として特にスズ及び／または亜鉛または
これらの合金が添加剤として使用される。環境に有害で
はないそれら添加剤、特にスズまたは亜鉛は、上記基本
成分（銅、黒鉛）に１回で混合せずに、複数回に分けて
徐々に混合する。このようにしなければ、過度に硬くか
つ十分に低い融点を有していない合金が生ずるため、所
望の目的にかなわないことになる。
【０００５】
【特許文献１】独国特許第１５４２８７号公報（ＤＥ−
Ｃ）
【特許文献２】欧州特許出願公開第０５２５２２２号公
報（ＥＰ−Ａ１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、滑り
接触子の製造方法において、その方法によって該滑り接
触子が環境に有害な鉛もしくはアンチモンの添加剤を含
有せず、かつそれにもかかわらず、上記の環境に有害な
物質を含有した場合の滑り接触子の有利な作動特性を可
能な限り高めることができる滑り接触子の製造方法およ
びこの方法によって得られる滑り接触子を提案すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よれば、製造方法において原則として、銅不含マトリッ
クスの予め行なう混合の際、あるいは引き続いての主混
合物としての銅含有マトリックスの混合の際に亜鉛、ス
ズ、ビスマスまたはこれらの合金の群の中から選択され
た金属を基礎とする代替物を添加することによって解決
される。引き続いて行なわれる滑り接触子の成形の後、
この滑り接触子は、焼結ないしは熱処理される。その際
に銅との本質的に点状の合金が、全ての製造方法の場合
に確実に生ずるわけではない。しかし、後述する特徴を
有する該合金形成が有利に達成され、このことによって
滑り接触子の安定性がさらに著しく高められる。
【０００８】亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金
の群の中から選択された代替物としての金属の添加が、
請求項１に従って黒鉛と合成樹脂バインダーとの混合
物、すなわち前混合物を形成する際に行われる場合に
は、代替物として添加される該金属は、その大部分が該
黒鉛−合成樹脂混合物に、後から添加される銅が遮断さ
れ、かつ銅との合金形成が行われない程度に組み入れら
れる。
【０００９】しかし、これに代わって上記代替物の添加
を、請求項２に示すように、引き続き行なわれる主混合
物を形成する際に実施することも可能である。この構成
では、その際に、全ての銅ないしは銅マトリックスが黄
銅合金に変換されるのではなく、いわゆる黄銅の島（Ｍ
ｅｓｓｉｎｇｉｎｓｅｌｎ）が形成される程度の量のみ
で代替物が添加される点で好ましい。これにより、銅と
例えばスズに比べて有利な点状の硬度上昇が起こること
から、滑り接触子の安定性を高めることができる。しか
しながらこのような点状の硬度上昇を所望しない場合に
は、これは研摩剤添加を最小化することによって補償す
ることができる。
【００１０】上記の代替物の代わりに、請求項３によれ
ば、主混合物を形成する際に、微細な黄銅粉末を直接添
加してもよい。引き続いて行なう滑り接触子の熱処理の
際に、温度をその黄銅粉末が銅と合金を形成しない程度
に低く維持する。
【００１１】また、代替物として、前混合物を形成する
際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群の
中から選択された金属の酸化物を添加することができ
る。
【００１２】このような酸化物の添加は、請求項５に記
載のように、主混合物の形成の際に同様に実施すること
も可能である。
【００１３】また、請求項６に記載のように前混合物を
形成する際、あるいは請求項７に記載のように主混合物
の形成の際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合
金の上記群の中から選択された金属の塩基性炭酸塩が添
加されてもよい。この構成では、その際、請求項８に記
載ように、塩基性炭酸亜鉛が特に好ましい。それは、滑
り接触子として有利な性質、特に安定性がもたらされる
ことによる。微細な形で添加される塩基性炭酸塩によっ
て、主混合物を得た後に行なわれる焼結過程の際、もし
くは熱処理の際に、合金形成が促進され、これにより得
られた滑り接触子は特に長い使用寿命をもつ。
【００１４】詳細には、請求項９によれば、炭酸水酸化
亜鉛約２〜５重量％を主混合物中の銅マトリックス約３
０〜７０重量％に添加することによって前述の有利な黄
銅の島が引き続き行なわれる熱処理の際に形成される。
【００１５】塩基性炭酸塩の形で添加された代替物との
合金形成のために、成形された滑り接触子の焼結および
熱処理は、請求項１０に記載の諸段階で行われるのが好
ましい。その際、第１の段階で滑り接触子を１５０〜２
５０℃の範囲内の温度で窒素雰囲気下で焼結し、第２の
段階で３００〜４５０℃の温度で焼結をさらに続け、第
３の段階で焼結を焼結雰囲気への水素の導入の下で温度
４５０℃で続け、そして最後に合金形成が時間に依存し
て３００℃を越える温度で行われる。
【００１６】請求項１１によれば、有利な性質、特に安
定性を有する滑り接触子が本発明による方法によって得
られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に本発明による方法の好ましい
実施の形態としてマトリックス中の銅を含有する主混合
物への塩基性炭酸亜鉛の添加を示す。
【００１８】まず、第１の段階として、主混合物に、５
ＺｎＯ・２ＣＯ2 ・４Ｈ2 Ｏで示される著しく微細な粒
状の炭酸亜鉛を混合する。
【００１９】そして、滑り接触子に成形した後、窒素雰
囲気下かつ温度１５０〜２５０℃、（１８０℃が好まし
い）で、最初にこの滑り接触子を焼結することによって
第２の段階、２ＺＮＣＯ3 ・３ＺＮＯへの変換が行われ
る。
【００２０】次に、３００〜４５０℃の範囲内で、さら
に温度上昇による第３の段階、５ＺＮＯに入る。
【００２１】さらに引き続き、焼結雰囲気に水素分子が
少なくとも４５０℃の温度から最大温度６００℃までの
範囲で添加され、これによって第４の段階、酸化亜鉛が
分解され、Ｚｎが得られる。その後、時間および３００
℃以上の温度に追従する該亜鉛と銅含有分との融合によ
って、融解相を経ずして黄銅合金が形成される。
【００２２】第２段階および第３段階の際に、他の方法
で酸化亜鉛の添加が可能である。
【００２３】他の変法として、第４段階の際に、亜鉛の
添加を行うことも可能である。
【００２４】原則的に塩基性炭酸亜鉛の添加は、上記の
他の方法を用いる場合には、前混合物を形成の際に、銅
不含のマトリックスに行うことも可能である。その際、
上記と同じ過程が進行するものの、最終的な合金形成は
ない。ただし合金形成は、滑り接触子の安定性を達成す
るために、前述のとおり、特に有益である。しかしなが
ら、その他の点では鉛およびアンチモンの代わりとなる
所望の添加剤の効果は、合金形成を含めた上記の全ての
状態において達成することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の中ないし
高電流密度用の滑り接触子の製造方法およびこの方法に
よって得られる滑り接触子によれば、合金形成が有利に
達成され、このことによって滑り接触子の安定性がさら
に著しく高められる。つまり、環境に有害な鉛もしくは
アンチモンの添加剤を含有せず、しかも、この環境に有
害な物質を含有した場合の滑り接触子の有利な作動特性
を可能な限り高めることができる滑り接触子およびその
滑り接触子の製造方法が実現できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 13/00 Ｈ０２Ｋ 13/00 Ｐ (72)発明者 ユルゲン シュパンゲンベルク フランクファータ− シュトラーセ 98ベ − Ｄ−61118 バート ヴィルべル ド イツ連邦共和国 (72)発明者 アルワド ユッカー 903 エドマンド ストリート ファーム ビル ヴァージニア州 23901 アメリカ 合衆国 Ｆターム(参考） 4K018 AA04 AB01 AB07 AC01 BA02 BA11 BC12 DA14 DA21 DA33 KA35 5E063 FA01 FA10 5H613 AA01 AA03 BB14 GA09 GB08 GB12 GB14 KK01

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
    で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
    混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
    成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
    にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
    滑り接触子の製造方法において、上記前混合物を形成す
    る際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群
    の中から選択された金属を添加することを特徴とする、
    中ないし高電流密度用の滑り接触子の製造方法。
  2. 【請求項２】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
    で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
    混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
    成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
    にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
    滑り接触子の製造方法において、上記主混合物を形成す
    る際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群
    の中から選択された金属を添加することを特徴とする、
    中ないし高電流密度用の滑り接触子の製造方法。
  3. 【請求項３】上記主混合物を形成する際に、黄銅粉末を
    添加することを特徴とする、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
    で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
    混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
    成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
    にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
    滑り接触子の製造方法において、上記前混合物を形成す
    る際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群
    の中から選択された金属の酸化物を添加することを特徴
    とする、中ないし高電流密度用の滑り接触子の製造方
    法。
  5. 【請求項５】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
    で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
    混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
    成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
    にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
    滑り接触子の製造方法において、上記主混合物の混合の
    際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群の
    中から選択された金属の酸化物を添加することを特徴と
    する、中ないし高電流密度用の滑り接触子の製造方法。
  6. 【請求項６】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
    で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
    混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
    成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
    にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
    滑り接触子の製造方法において、上記前混合物を形成す
    る際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群
    の中から選択された金属の塩基性炭酸塩を添加すること
    を特徴とする、中ないし高電流密度用の滑り接触子の製
    造方法。
  7. 【請求項７】黒鉛を合成樹脂バインダーに予め高温状態
    で混合することにより、前混合物を形成した後、この前
    混合物を常温で銅と混合することにより、主混合物を形
    成し、その後この主混合物を滑り接触子に成形し、最後
    にこの滑り接触子を焼結する、中ないし高電流密度用の
    滑り接触子の製造方法において、上記主混合物を形成す
    る際に、亜鉛、スズ、ビスマスまたはこれらの合金の群
    の中から選択された金属の塩基性炭酸塩を添加すること
    を特徴とする、中ないし高電流密度用の滑り接触子の製
    造方法。
  8. 【請求項８】上記塩基性炭酸塩が炭酸亜鉛であることを
    特徴とする、請求項６または７記載の方法。
  9. 【請求項９】炭酸水酸化亜鉛約２〜５重量％、上記主混
    合物中の銅マトリックス約３０〜７０重量％に添加する
    ことを特徴とする、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】上記滑り接触子の焼結を、１５０〜２５
    ０℃の範囲内の温度で窒素雰囲気下で焼結する第１の段
    階、さらに温度３００〜４５０℃で焼結を行なう第２の
    段階、および焼結雰囲気への水素の導入の下で、温度４
    ５０℃を越えて最終温度６００℃まで焼結を継続して行
    なう第３の段階の工程を有し、最後に合金形成が時間に
    依存して３００℃を越える温度で行われることを特徴と
    する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】請求項１から９までのいずれか１項に記
    載の方法により製造され、銅−／炭素を基礎としかつ金
    属が添加されていることを特徴とする、中ないし高電流
    密度用の滑り接触子。
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