JP2004300485A

JP2004300485A - 摺動部品とその製造方法

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Publication number: JP2004300485A
Application number: JP2003092853A
Authority: JP
Inventors: Teruo Shimizu; 輝夫清水; Tsuneo Maruyama; 恒夫丸山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP4211048B2

Abstract

【課題】耐食性に優れ、しかも、導電性にも優れる摺動部品を提供する。
【解決手段】黒鉛粉末と銅系粉末とを含む原料粉末なる圧粉体３を焼結する。銅系粉末は銅合金偏平粉２００を含み、銅合金偏平粉２００は黒鉛粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉である。表面側に銅合金偏平粉２００が偏析しているから、得られた焼結品は、表面側が銅合金に覆われたものとなり、その銅合金により耐食性に優れたものとなる。また、偏平粉２００はその長さ方向にほぼ並んで偏析するから、長さ方向に均一な導電性を確保することができる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部品とその製造方法に係わり、特に導電性を備えた摺動部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の導電性を備えた摺動部品として、モータ用ブラシやスライドスイッチの摺動子などが上げられ、モータ用ブラシには、銅−黒鉛系または銅合金−黒鉛系の原料粉末を焼結した焼結品が用いられ、黒鉛の多き場合には原料粉末にタール，ピッチなどの粘結材を加え、加圧成形後、還元雰囲気中で焼結した後、加工することにより得られる。
【０００３】
このようなモータ用ブラシにおいて、固有抵抗の減少を図るため、連続気孔を有する発泡金属からなる導電体を炭素粉末又は黒鉛粉末と一体的に形成し、前記導電体の表面に固有抵抗の小さい金属の被膜を形成したものがある（特許文献１）。
【０００４】
また、ブラシ装置において、摺接面に金メッキなどの酸化防止膜を設けたり、銅メッキを施したりしたものがある（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭６２−４５６７０号公報
【特許文献２】
特開平７−２６４８１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では固有抵抗の小さい金属の被膜を設けることにより、固有抵抗を低減でき、また、特許文献２では銅メッキにより導電性を向上できる。
【０００７】
そして、特許文献１ではブラシに金メッキ等の金被覆層を施すことにより、耐食性の向上を図ることができるが、金被覆層を設けるにはコストが掛かる問題がある。一方、銅メッキを施したものや表面に銅が露出したものでは、耐食性に劣る問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、耐食性に優れ、しかも、導電性にも優れる摺動部品とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の摺動部品は、前記目的を達成するために、黒鉛粉末と銅系粉末とを含む原料粉末を成形金型の充填部に充填し、前記原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系粉末は銅合金の偏平粉を含み、前記銅合金の偏平粉が前記黒鉛粉末よりアスペクト比が大きく、表面側に銅合金が偏析しているものである。
【００１０】
銅合金の偏平粉を用い、この偏平粉と他の原料粉末とを充填部に充填し、振動・静電気・磁力などによって偏平粉を表面側に偏析することにより、得られた摺動部品は、表面側が銅合金に覆われたものとなり、その銅合金により耐食性に優れたものとなる。また、偏平粉はその長さ方向にほぼ並んで偏析するから、長さ方向に均一な導電性が確保される。
【００１１】
請求項２の摺動部品の製造方法は、前記目的を達成するために、黒鉛粉末と銅系粉末とを含む原料粉末を成形金型の充填部に充填し、前記原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系粉末は銅合金の偏平粉を含み、前記銅合金の偏平粉に前記黒鉛粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、表面側に銅合金が偏析する製造方法である。
【００１２】
これにより、耐食性と導電性に優れた摺動部品を製造できる。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項２の製造方法において、前記偏平粉のアスペクト比が１．５〜３００である製造方法である。
【００１４】
これにより偏平粉が表面側に良好に偏析すると共に、長さ方向にほぼ並び、表面側の銅合金に覆われた摺動部品が得られる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項２又は３の製造方法において、原料粉末は、前記銅系粉末を３０〜８０質量％含み、この銅系粉末の２〜４０質量％が銅合金の偏平粉である製造方法である。
【００１６】
偏平紛の割合が２重量％未満であると、表面側における銅合金の割合が低下し、耐食性の低下を招き、４０重量％を超えると、全体に示す銅系の割合が必要以上に多くなり、強度的に不利となる。したがって、上記割合を採用することによって、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図６は本発明の一実施形態を示す。まず、本発明の製造方法につき説明すると、原料粉末として黒鉛粉末１と銅系粉末２とを所定の割合で混合（Ｓ１）する。図１〜図３に示すように、銅系粉末２には銅粉末２ａ及び銅合金粉末２０が用いられ、この銅合金粉末２０のうち所定の割合を銅合金偏平粉２００とする。すなわちこの例では、銅合金粉末２０は、不定形の銅合金粉末２０と銅合金偏平粉２００とからなる。また、他の例では銅合金粉末２０全体を銅合金偏平粉２００とすることもできる。この銅合金偏平粉２００は、電解銅粉をスタンピングにより形成したものを用いることができる。そして、図３に示すように、銅合金偏平粉２００のアスペクト比（長さＬ／厚さＴ）は１．５〜３００、好ましくは１０〜１００である。また、前記銅粉末２ａは、アトマイズ粉などの略球状の不規則形状粉を用いる。
【００１８】
銅合金粉末２０及び銅合金粉末である銅合金偏平粉２００の原料は、例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｕ−Ｐ合金などを用いることができ、好ましくは、質量％で、Ｎｉ：５〜２５％、Ｚｎ：５〜２０％、Ｓｎ：２〜１２％、Ｐ：０．１〜０．９％、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成のものを用いることができる。すなわち、ＮｉおよびＺｎこれらの成分には、Ｃｕに固溶して、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金の固溶体相からなる素地を形成し、強度および耐食性を確保する作用があるが、Ｎｉについては、その含有量が５％未満でも、２５％を越えても強度が低下するようになり、また、Ｚｎでは、その含有量が５％未満になると十分な耐食性が得られなくなり、一方その含有量が２０％を越えると強度が低下するようになることから、それぞれの含有量をＮｉ：５〜２５％、望ましくは１０〜２０％、Ｚｎ：５〜２０％、望ましくは１０〜１５％である。また、Ｓｎには、合金化させて軸受強度の向上に寄与すると共に、耐食性を向上する作用があるから、含有量を２〜１２％、望ましくは８〜１０％である。また、Ｐには、焼結性を向上させて軸受強度の向上に寄与すると共に、素地に分散分布する硬質のＣｕ−Ｐ合金を形成して耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が０．１％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が０．９％を越えると強度が急激に低下するようになることから、その含有量を０．１〜０．９％、望ましくは０．３〜０．６％である。
【００１９】
原料粉末において、銅系粉末２の割合は３０〜８０質量％であり、好ましくは４０〜６０質量％である。すなわち、この好ましい範囲は、銅合金偏平粉２００が少なすぎると、銅合金により表面を十分に覆うことができず、多すぎると強度的に不利になるからである。前記銅系粉末２のうち２〜４０質量％を銅合金粉末２０とし、残りを銅粉末２ａとすることができる。そして、前記銅合金粉末２０の２〜４０質量％を銅合金偏平粉２００とし、残りを不定形の銅合金粉末２０とする。したがって、原料粉末に銅合金偏平粉２００は２〜４０質量％含まれる。尚、銅合金偏平粉末２００は、上記３例の銅合金を単独又は組み合わせて使用してもよく、また、偏平粉以外の銅合金粉末２０も上記上記３例の銅合金を単独又は組み合わせて使用することができ、１種類の銅合金粉末２０を用いたり、複数種類の銅合金粉末２０を組み合わせて用いることができる。
【００２０】
図４に示すように、モータ用ブラシ１０１は、撚り線などの導線１０２の一端が連結され、この導線１０２の他端に端子接続部１０３が設けられ、略矩形をなす前記ブラシ１０１の先端面１０４が整流子やスリップリング（図示せず）に摺接する。尚、ブラシ１０１はほぼ直方体で最大面積を有する幅広面１０５，１０５を有し、この長方形形状の幅広面１０５の長さ方向端部に前記先端面１０４が位置する。
【００２１】
前記ブラシ１０１の製法について説明すると、黒鉛粉末１に必要に応じて粘結材を添加し、銅系粉末と混合（Ｓ１）し、これら原料粉末を成形金型１１の充填部１５に充填する。図５は成形金型１１の一例を示し、この成形金型１１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ１２、下パンチ１３および上パンチ１４を備えている。下パンチ１３は、ほぼ角柱形状で、ダイ１２に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ１４は、ほぼ角柱形状で、ダイ１２に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ１２と下パンチ１３との間に前記充填部１５が形成される。
【００２２】
図５に示すように、前記充填部１５に、混合した黒鉛粉末１と銅系粉末２を充填し、これらに振動（Ｓ２）を与える。この場合、充填部１５の上部を上パンチ１４により塞ぎ、パンチ１３，１４により加圧することなく、充填部１５に０．０１〜３Ｇ程度の振動を与える。振動を受けると、銅合金偏平粉２００が充填部１５内の外側に偏析し、厚さＴ方向に重なり合うと共に、装置の横方向に対してほぼ長さＬ方向に合わせるようにして並び、この後、下，上パンチ１３，１４により充填部１５内の原料粉末１，２を加圧することにより圧粉体３を成形（Ｓ３）する。この圧粉体３は図６に示すように、表面側に銅合金偏平粉２００が集まると共に、銅合金偏平粉２００が長さＬ方向にほぼ揃って並び、その圧粉体３を焼結（Ｓ４）することにより、前記ブラシ１０１が形成される。そして、このブラシ１０１は、表面側が銅合金に覆われるため、耐食性に優れ、また、表面電気抵抗が小さく、各面において、ほぼ同一方向に並んだ銅合金偏平粉２００が焼結した構造であるから、その並び方向に均一な導電性を備えたものとなる。尚、図６の圧粉体３に示すように、ブラシ１０１の幅広面１０５，１０５における偏平粉２００の長さ方向端面が前記先端面１０４となっており、幅広面１０５の長さ方向に偏平粉２００の長さＬ方向がほぼ沿っている。
【００２３】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、黒鉛粉末１と銅系粉末２とを含む原料粉末を成形金型１１の充填部１５に充填し、原料粉末を加圧して圧粉体３を成形し、この圧粉体３を焼結してなる摺動部品において、銅系粉末２は銅合金の偏平粉２００を含み、銅合金の偏平粉２００が黒鉛粉末１よりアスペクト比が大きく、表面側に銅合金が偏析しており、このように銅合金の偏平粉２００を用い、この偏平粉２００と他の原料粉末とを充填部１５に充填し、振動・静電気・磁力などによって偏平粉２００を表面側に偏析することにより、得られた摺動部品たるブラシ１０１は、表面側が銅合金に覆われたものとなり、その銅合金により耐食性に優れたものとなる。また、偏平粉２００はその長さ方向にほぼ並んで偏析するから、長さ方向に均一な導電性が確保される。
【００２４】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、黒鉛粉末１と銅系粉末２とを含む原料粉末を成形金型１１の充填部１５に充填し、原料粉末を加圧して圧粉体３を成形し、この圧粉体３を焼結してなる摺動部品たるブラシ１０１の製造方法において、銅系粉末２は銅合金の偏平粉２００を含み、銅合金の偏平粉２００に黒鉛粉末１よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、表面側に銅合金が偏析するから、耐食性と導電性に優れたブラシ１０１を製造することができる。
。
【００２５】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、偏平粉２００のアスペクト比が１．５〜３００であるから、偏平粉２００が表面側に良好に偏析すると共に、長さＬの方向にほぼ並び、表面側の銅合金に覆われたブラシ１０１を得ることができる。
【００２６】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、原料粉末は、銅系粉末２を３０〜８０質量％含み、この銅系粉末２の２〜４０質量％が銅合金の偏平粉２００であるから、偏平紛２００の割合が２重量％未満であると、表面側における銅合金の割合が低下し、耐食性の低下を招き、４０重量％を超えると、全体に示す銅系の割合が必要以上に多くなり、強度的に不利となる。したがって、上記割合を採用することによって、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、偏平粉には、棒状のものも含まれ、この場合は長さと直径の比がアスペクト比となる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の摺動部品は、黒鉛粉末と銅系粉末とを含む原料粉末を成形金型の充填部に充填し、前記原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系粉末は銅合金の偏平粉を含み、前記銅合金の偏平粉が前記黒鉛粉末よりアスペクト比が大きく、表面側に銅合金が偏析しているものであり、表面側が銅合金に覆われ、耐食性に優れたものとなり、また、偏平粉はその長さ方向にほぼ並んで偏析するから、長さ方向に均一な導電性を確保することができる。
【００２９】
請求項２の摺動部品の製造方法は、銅系粉末は銅合金の偏平粉を含み、前記銅合金の偏平粉に前記黒鉛粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、表面側に銅合金が偏析する製造方法であり、耐食性と導電性に優れた摺動部品を製造できる。
【００３０】
また、請求項３の発明は、請求項２の効果に加えて、前記偏平粉のアスペクト比が１．５〜３００である製造方法であり、偏平粉が表面側に良好に偏析すると共に、長さ方向にほぼ並び、表面側の銅合金に覆われた摺動部品を得ることができる。
【００３１】
また、請求項４の発明は、請求項２又は３の効果に加えて、原料粉末は、前記銅系粉末を３０〜８０質量％含み、この銅系粉末の２〜４０質量％が銅合金の偏平粉である製造方法であり、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、原料粉末の正面図である。
【図３】同上、原料粉末である銅合金偏平粉の斜視図である。
【図４】同上、摺動部品の斜視図である。
【図５】同上、成形金型の断面図である。
【図６】同上、圧粉体の斜視図であり、一部を拡大表示している。
【符号の説明】
１黒鉛粉末
２銅系粉末
２０銅合金粉末
２００銅合金偏平粉（銅合金粉末）
３圧粉体
１１成形金型
１５充填部
１０１ブラシ（摺動部品）

Claims

黒鉛粉末と銅系粉末とを含む原料粉末を成形金型の充填部に充填し、前記原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系粉末は銅合金の偏平粉を含み、前記銅合金の偏平粉が前記黒鉛粉末よりアスペクト比が大きく、表面側に銅合金が偏析していることを特徴とする摺動部品。
黒鉛粉末と銅系粉末とを含む原料粉末を成形金型の充填部に充填し、前記原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系粉末は銅合金の偏平粉を含み、前記銅合金の偏平粉に前記黒鉛粉末よりアスペクト比が大きい偏平粉を用い、表面側に銅合金が偏析することを特徴とする摺動部品の製造方法。
前記偏平粉のアスペクト比が１．５〜３００であることを特徴とする請求項２記載の摺動部品の製造方法。
原料粉末は、前記銅系粉末を３０〜８０質量％含み、この銅系粉末の２〜４０質量％が銅合金の偏平粉であることを特徴とする請求項２又は３記載の摺動部品の製造方法。