JP2006149144A - Micro motors, sliding contact therefor, manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロモータ、マイクロモーター用摺動接点及びその製造方法に関し、より詳しくは、整流子とブラシから構成されるマイクロモータ用摺動接点及びその製造方法と、その摺動接点を有するマイクロモーターに関する。 The present invention relates to a micromotor, a sliding contact for a micromotor, and a manufacturing method thereof, and more specifically, a sliding contact for a micromotor composed of a commutator and a brush, a manufacturing method thereof, and a micro having the sliding contact. Regarding motors.
マイクロモーターは、音響、家電、自動車等、多くの用途で幅広く使用されている。マイクロモーターの寿命は、主に、モーターコイルに通電するための部材である整流子とブラシの耐久性で決まる。 Micromotors are widely used in many applications such as acoustics, home appliances, and automobiles. The life of a micromotor is mainly determined by the durability of a commutator and a brush that are members for energizing a motor coil.
それらの部材には、耐摩耗性、耐アーク性、電気接続性、導電性及び機械的強度に優れた材料が必要とされており、一般に銀(Ag)合金により被覆された銅(Cu)合金条(以下、Ag合金被覆Cu合金条という。)が用いられている。このAg合金被覆Cu合金条は、銀合金が持つ耐摩耗性、耐アーク性及び高電気接続性の性質と、銅合金が持つ強度及び高導電性の性質とを組み合わせてなる高性能導電体である。 These materials require materials with excellent wear resistance, arc resistance, electrical connectivity, electrical conductivity, and mechanical strength, and are generally copper (Cu) alloys coated with silver (Ag) alloys. Strips (hereinafter referred to as Ag alloy-coated Cu alloy strips) are used. This Ag alloy-coated Cu alloy strip is a high-performance conductor that combines the wear resistance, arc resistance, and high electrical connection properties of silver alloys with the strength and high conductivity properties of copper alloys. is there.
整流子材では、前記の特性の他に、モーターコイルの銅線との接続性や、ディスクバリスタとの半田接合性がさらに要求される。また、Ag合金被覆Cu合金条の端部には、モーターコイルの銅線と接続するためのスズ鉛(SnPb)半田めっきが施された構造を有している。SnPb半田めっきは、溶融めっき法又は電気めっき法により施される。 In addition to the above-described characteristics, the commutator material further requires connectivity with the motor coil copper wire and solder jointability with the disk varistor. In addition, the end of the Ag alloy-coated Cu alloy strip has a structure in which tin lead (SnPb) solder plating for connection to the copper wire of the motor coil is applied. SnPb solder plating is performed by hot dipping or electroplating.
整流子材に使用される基材は、その板厚が0.1mm〜0.3mmであって、銅スズ(CuSn)系、銅ニッケル(CuNi)系の銅合金、又は純銅が用いられ、それを被覆する銀合金としては、銀カドミウム(AgCd)系、銀マグネシウム(AgMg)、銀銅(AgCu)系、銀ニッケル(AgNi)系の合金が用いられる。銀合金からなる被覆は、ブラシとの接触部分にのみ被覆したインレイ材が一般的であり、その厚さは20〜100μmである。 The substrate used for the commutator material has a plate thickness of 0.1 mm to 0.3 mm, and is made of copper tin (CuSn), copper nickel (CuNi), or pure copper. As the silver alloy for covering the film, silver cadmium (AgCd), silver magnesium (AgMg), silver copper (AgCu), and silver nickel (AgNi) are used. The inlay material which coat | covered only the contact part with a brush for the coating which consists of silver alloys is common, and the thickness is 20-100 micrometers.
一方、ブラシ材では、安定した接触圧力、耐摩耗性および低い接触抵抗が要求されることから、その基材には板厚が0.03mm〜0.1mm程度でバネ性を持つ銅合金が用いられ、さらに整流子との接点部には厚さ5μm〜20μmの銀パラジウム(AgPd)合金が施されている。 On the other hand, since the brush material requires stable contact pressure, wear resistance and low contact resistance, a copper alloy having a spring thickness of about 0.03 mm to 0.1 mm is used for the base material. Further, a silver palladium (AgPd) alloy having a thickness of 5 μm to 20 μm is applied to the contact portion with the commutator.
なお、ブラシ材及び整流子材は、銅合金基材に銀合金テープを熱間圧着、冷間圧接、シーム溶接等のクラッド法により複合して製造される。 Note that the brush material and the commutator material are manufactured by combining a copper alloy base material with a silver alloy tape by a clad method such as hot pressing, cold pressing, or seam welding.
また、整流子又はブラシを構成する銅合金基材の表面に3層構造の被膜を形成することが下記の特許文献1、特許文献2において記載されている。その3層構造の被覆うちの第1層は、厚さ0.2μm〜10μmのクロム(Cr)、ニッケル(Ni)、ニッケル合金、レニウム(Re)のいずれかから構成され、第2層は、厚さ0.1μm〜10μmのロジウム(Rh)、プラチナ(Pt)、パラジウム、ルテニウム(Ru)のいずれかから構成され、また、第3層は厚さ0.1μm〜10μmの金(Au)、銀、金銀合金のいずれかから構成されている。
以上のような銅合金機材の表面に銀合金の被覆を形成してなる従来構造の整流子、ブラシは、次のような問題を有している。 Conventional commutators and brushes formed by forming a silver alloy coating on the surface of the copper alloy material as described above have the following problems.
まず、銀合金は、被覆率が大きいためにコストが高くなり、また、カドミウムを含有させる場合には環境を汚染するおそれがある。さらに、銀合金テープをクラッド法で製造すれば製造コストが高くなる。 First, since silver alloy has a high coverage, the cost is high, and when cadmium is contained, there is a risk of polluting the environment. Furthermore, if the silver alloy tape is manufactured by the clad method, the manufacturing cost is increased.
また、クラッド法は、焼鈍と圧延を繰り返す工程を含む方法であり、銀合金表面には加工変形層が生成されるため、この方法により形成された合金材のうち銀合金テープは耐アーク性に劣り、整流子及びブラシの摩耗を早めるのでモーターの寿命が短くなり、しかも、その表面では銀以外の合金成分が高密度化して耐蝕性に劣るという問題がある。 In addition, the cladding method is a method including a step of repeating annealing and rolling. Since a deformed layer is formed on the surface of the silver alloy, the silver alloy tape of the alloy material formed by this method has an arc resistance. Inferior, since the commutator and the brush are worn faster, the life of the motor is shortened, and on the surface, alloy components other than silver are densified, resulting in inferior corrosion resistance.
さらに、銀合金材にSnPb半田めっきを行う場合には、リードタイムが長くなるだけでなく、半田めっきに鉛(Pb)を含むため、環境を汚染するおそれがある。SnPb半田めっきを溶融めっき法により施す場合には、めっき厚のバラツキが大きく、しかも整形のためのプレスの際に粉落ちが多いために、モーターコイルの銅線との接続強度に大きなバラツキが生じる。 Further, when SnPb solder plating is performed on a silver alloy material, not only the lead time is increased, but also the environment is contaminated because lead (Pb) is contained in the solder plating. When SnPb solder plating is applied by the hot dipping method, there is a large variation in the connection strength between the motor coil and the copper wire due to large variations in plating thickness and a lot of powder falling off during pressing for shaping. .
クラッド法により形成された整流子材及びブラシ材では、銀合金被覆部及び半田めっき部以外の部分では銅合金基材がそのまま露出することになるので、耐蝕性が悪い銅合金基材は酸化等により変色が生じ、更に、その変色が進行すると腐食生成物のクリープ現象によって整流子とブラシの接点部に汚染が生じ、接点不良が生じるといった不都合がある。 In the commutator material and the brush material formed by the clad method, the copper alloy base material is exposed as it is in the portions other than the silver alloy coating portion and the solder plating portion, so that the copper alloy base material having poor corrosion resistance is oxidized or the like. As a result, the discoloration occurs, and when the discoloration progresses, the contact between the commutator and the brush is contaminated due to the creep phenomenon of the corrosion product, resulting in a contact failure.
一方、ディスクバリスタとの半田付けは、クラッド法により形成された銀合金面の裏側である銅合金面に施されるためにその接続強度がばらつく。 On the other hand, since the soldering with the disk varistor is applied to the copper alloy surface which is the back side of the silver alloy surface formed by the clad method, the connection strength varies.
これらの問題を解決するために、新たな銀合金組成の開発や、銀合金被膜上への金又は金合金を被覆に用いることなどが行われてきたが、一部の問題点の解決にしかならず、総合的な改善が望まれていた。 In order to solve these problems, the development of new silver alloy compositions and the use of gold or gold alloys on the silver alloy coating for coating have been carried out, but only some of the problems have been solved. Overall improvement was desired.
また、特許文献1、特許文献2に記載されているように、整流子又はブラシの表面に上記した3層構造を施すとともに相手側に従来の材料を用いると、上記のクラッド材特有の加工変形層や耐蝕性の影響でモーターの寿命の向上が十分に改善されない。また、それらの文献に記載の材料同士を組合せてマイクロモータに適用する場合には、整流子とブラシの各々の表面が軟質な金、銀、金銀合金となるため、モーター稼働直後に接点部で凝着摩耗が発生して、従来のクラッド材同士の組み合わせよりもモーター寿命が劣ってしまう。
Further, as described in
さらに、モーターコイルの銅線と整流子を接続する部分については、上記の特許文献1、特許文献2には記載が無く、従来技術の溶融半田めっきを施すことになり、半田めっきについての上記した問題は解決されない。
Further, the portion of the motor coil that connects the copper wire and the commutator is not described in
本発明の目的は、環境に優しく、整流子とブラシの耐摩耗性を従来よりも向上させ、銅線との接続を良好にすることができるマイクロモータ、マイクロモータ用摺動接点およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a micromotor, a sliding contact for a micromotor, and a method for manufacturing the same, which are environmentally friendly, can improve the wear resistance of a commutator and a brush, and can be well connected to a copper wire. Is to provide.
上記の課題を解決するための本発明の第1の態様に係るマイクロモーター用摺動接点は、第1の導電性基体と、前記第1の導電性基体上に形成されてニッケル系、コバルト系のいずれか一方の金属からなる第1のブラシ用被覆層と、前記第1のブラシ用被覆層の上に形成されるパラジウム系金属からなる第2のブラシ用被覆層とを有するブラシと、第2の導電性基体と、前記第2の導電性基体上にニッケル系、コバルト系のいずれか一方の金属からなる第1の整流子用被覆層と、前記第1の整流子用被覆層の上に形成された銀系金属からなる第2の整流子用被覆層と、前記第2の整流子用被覆層のうち前記ブラシと接触する領域に形成されたストライプ状銀系金属層と、前記第2の整流子用被覆層のうち銅線が接続される領域に形成されたスズ系金属層とを有する整流子とを備えている。
A sliding contact for a micromotor according to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a first conductive base and a nickel-based or cobalt-based formed on the first conductive base. A brush having a first brush coating layer made of any one of the metals, and a second brush coating layer made of a palladium-based metal formed on the first brush coating layer; Two conductive bases, a first commutator coating layer made of nickel or cobalt metal on the second conductive base, and the first commutator coating layer. A second commutator coating layer made of a silver-based metal formed on the second commutator; a striped silver-based metal layer formed in a region in contact with the brush in the second commutator coating layer; 2 of the
本発明の第2の態様に係るマイクロモータ用摺動接点は、前記整流子の前記ストライプ状銀系金属層の上には、金系、パラジウム系のいずれか一方の金属からなる金属層が形成されていることを特徴とする。 In the sliding contact for a micromotor according to the second aspect of the present invention, a metal layer made of either gold-based or palladium-based metal is formed on the striped silver-based metal layer of the commutator. It is characterized by being.
本発明の第3の態様に係るマイクロモータ用摺動接点は、前記整流子の前記スズ系金属層がリフロー処理がなされて表面が平滑であることを特徴とする。
本発明の第4の態様に係るマイクロモータ用摺動接点は、前記第2のブラシ用被覆層のうち前記整流子と接触する領域の上には、ストライプ状パラジウム系金属層が形成されていることを特徴とする。
The sliding contact for a micromotor according to a third aspect of the present invention is characterized in that the tin-based metal layer of the commutator is subjected to a reflow process and has a smooth surface.
In the sliding contact for a micromotor according to the fourth aspect of the present invention, a striped palladium-based metal layer is formed on a region of the second brush coating layer in contact with the commutator. It is characterized by that.
本発明の第5の態様に係るマイクロモーターは、本発明の第1乃至第4のいずれかのマイクロモーター用摺動接点を有することを特徴とする。 A micromotor according to a fifth aspect of the present invention has the sliding contact for a micromotor according to any one of the first to fourth aspects of the present invention.
本発明の第6の態様に係るマイクロモーター用摺動接点の製造方法は、ブラシを構成する第1の導電性基体上にニッケル系、コバルト系のいずれか一方の金属からなる第1の被覆層を形成する工程と、前記第1の被覆層を被覆するパラジウム系金属からなる第2の被覆層と、該第2の被覆層上の整流子接触領域を被覆するストライプ状パラジウム系金属層とのうち少なくとも下側の前記第2の被覆層を形成する工程とを有し、少なくとも、最上層となる前記第2の被覆層と前記ストライプ状パラジウム系金属層のうちの一方をめっきにより形成することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a sliding contact for a micromotor, wherein a first covering layer made of either nickel-based or cobalt-based metal on a first conductive substrate constituting a brush. A second coating layer made of a palladium-based metal that covers the first coating layer, and a striped palladium-based metal layer that covers a commutator contact region on the second coating layer A step of forming at least the second coating layer on the lower side, and forming at least one of the second coating layer serving as the uppermost layer and the striped palladium-based metal layer by plating. It is characterized by.
本発明の第7の態様に係るマイクロモータ用摺動接点の製造方法は、整流子を構成する第2の導電性基体上にニッケル系、コバルト系のいずれか一方の金属からなる第1の被覆層を形成する工程と、前記第1の被覆層の上に銀系金属からなる第2の被覆層を形成する工程と、前記第2の被覆層のうちブラシとの接触領域にストライプ状銀系金属層を形成する工程と、前記第2の被覆層のうち銅線が接続される領域上にスズ系金属層を形成する工程とを有し、少なくとも前記ストライプ状銀系金属層と前記スズ系金属層をめっきにより形成することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a sliding contact for a micromotor, wherein a first coating made of a nickel-based or cobalt-based metal on a second conductive substrate constituting a commutator. A step of forming a layer, a step of forming a second coating layer made of a silver-based metal on the first coating layer, and a striped silver-based material in a contact region with a brush in the second coating layer A step of forming a metal layer, and a step of forming a tin-based metal layer on a region of the second coating layer to which a copper wire is connected, at least the striped silver-based metal layer and the tin-based layer The metal layer is formed by plating.
本発明の第8の態様に係るマイクロモーター用摺動接点の製造方法は、前記ストライプ状銀系金属層の上に金系、パラジウム系のいずれか一方の金属層をめっきで形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a sliding contact for a micromotor according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that either a gold-based or palladium-based metal layer is formed by plating on the striped silver-based metal layer. And
本発明の第9の態様に係るマイクロモーター用摺動接点の製造方法は、前記スズ系金属層を形成した後に前記スズ系金属層をリフローする工程を有することを特徴とする。 A manufacturing method of a sliding contact for a micromotor according to a ninth aspect of the present invention includes a step of reflowing the tin-based metal layer after forming the tin-based metal layer.
なお、ニッケル系金属はニッケル又はニッケル合金であり、コバルト系金属はコバルト又はコバルト合金であり、銀系金属は銀又は銀合金であり、パラジウム系金属はパラジウム又はパラジウム合金であり、スズ系金属はスズ又はスズ合金であり、金系金属は金又は金合金である。 The nickel-based metal is nickel or a nickel alloy, the cobalt-based metal is cobalt or a cobalt alloy, the silver-based metal is silver or a silver alloy, the palladium-based metal is palladium or a palladium alloy, and the tin-based metal is It is tin or a tin alloy, and the gold-based metal is gold or a gold alloy.
本発明によれば、導電性基材上にニッケル系金属層又はコバルト系金属層を形成し、その上にパラジウム系金属層を形成してなる層構造からブラシを構成する一方で、導電性基体上にニッケル系金属層又はコバルト系金属層を形成し、その上に銀系金属層を形成してなる層構造から整流子を形成するとともに、その整流子の銀系金属層のうちブラシと接触する領域にストライプ状銀系金属層を形成し、さらに銅材が接続される領域にスズ系金属層を形成している。 According to the present invention, a brush is formed from a layer structure in which a nickel-based metal layer or a cobalt-based metal layer is formed on a conductive substrate, and a palladium-based metal layer is formed thereon, while the conductive substrate is formed. A commutator is formed from a layer structure in which a nickel-based metal layer or a cobalt-based metal layer is formed thereon, and a silver-based metal layer is formed thereon, and the brush contacts the silver-based metal layer of the commutator. A striped silver-based metal layer is formed in a region to be processed, and a tin-based metal layer is formed in a region to which a copper material is connected.
ニッケル系金属層又はコバルト系金属層は、ブラシ及び整流子を構成する導電性基体の成分の拡散を防止する。また、整流子においてニッケル系金属層又はコバルト系金属層の上に形成される銀系金属層は、導電性基材の腐食を防止するとともに、整流子に接続されるディスクバリスタとの半田接合性を向上させる。さらに、銀系金属層上に形成されるスズ系金属層は、銅線と接続される領域に形成されるが、リフロー等により銀系金属と合金化することにより、融点が下がって銅線との接続の信頼性が向上するとともに、密着性が向上してプレス時の粉落ちが抑制される。また、整流子のうちブラシとの接触領域にストライプ状の銀系金属層を突出させて形成しているので、ブラシとの接触領域以外で銀系金属層を薄くすることができ、貴金属の使用量を少なくして経済性を高めることができる。しかも、クラッド構造となっていないことから、加工変形層が形成されないので、アークの発生が生じ難くなって摩耗速度を遅くすることができる。 The nickel-based metal layer or the cobalt-based metal layer prevents the diffusion of the components of the conductive substrate constituting the brush and the commutator. In addition, the silver-based metal layer formed on the nickel-based metal layer or the cobalt-based metal layer in the commutator prevents corrosion of the conductive base material and also has solderability with a disk varistor connected to the commutator. To improve. Further, the tin-based metal layer formed on the silver-based metal layer is formed in a region connected to the copper wire, but by melting with the silver-based metal by reflow or the like, the melting point is lowered and the copper wire and The reliability of the connection is improved and the adhesion is improved, so that powder falling during pressing is suppressed. In addition, since the striped silver metal layer protrudes from the commutator in the contact area with the brush, the silver metal layer can be made thin in areas other than the contact area with the brush. The amount can be reduced and the economy can be improved. In addition, since the deformed layer is not formed because the clad structure is not formed, it is difficult to generate an arc, and the wear rate can be reduced.
ブラシにおいて、導電性基体を覆うニッケル系金属層又はコバルト系金属の表面に形成されるパラジウム系金属層は、耐摩耗性、耐蝕性に優れ、さらに接触抵抗が低いので、ブラシの整流子に対する押し付け圧力を低くでき、摺動接点の長寿命化を図ることができる。 In a brush, a nickel-based metal layer covering a conductive substrate or a palladium-based metal layer formed on the surface of a cobalt-based metal has excellent wear resistance and corrosion resistance, and has low contact resistance, so it is pressed against the brush commutator. The pressure can be lowered and the life of the sliding contact can be extended.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明に係るマイクロモーターの一例を示す要部断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a micromotor according to the present invention.
図1において、マイクロモーター1は、一端に閉塞部2aを有する中空筒状の金属製ケース2を有し、その内周面には永久磁石3がアークセグメント状に固着され、また、金属製ケース2の閉塞部2aの中央には軸受け4が取り付けられている。その金属製ケース2の内部には回転子5が取り付けられている。
In FIG. 1, a
回転子5は、金属製ケース2の閉塞部2aの軸受け4に一端を貫通させる回転軸6と、この回転軸6に取り付けられて金属製ケース2内に収容されるモーターコイル7と、回転軸6の他端の近傍に取り付けられる整流子8とを有している。モーターコイル7は、回転軸6が貫通される鉄心9に銅線7aを巻き付けて構成されている。
The
整流子8は、図2に示すように、回転軸6上に固定される絶縁性の整流子芯10の外周に取り付けられ、そのうちモーターコイル7に近い端部には凸部8aが形成されている。その凸部8aには、整流子8の外周に取り付けられるディスクバリスタ11がSnPb半田12により接続されるとともに、モーターコイル7の銅線7aが半田により接続されている。
As shown in FIG. 2, the
モーターケース2の開放端には絶縁性のケースキャップ13が取り付けられ、その中央には、回転軸6の他端を軸支する軸受け14が嵌め込まれれている。また、ケースキャップ13のうち外周寄りには導電性端子15が金属製ケース2の内側から外側に突出するように取付られている。さらに、ケースキャップ13のうち整流子8に対向する部分には、導電性端子15に接続されるブラシ16が固定され、そのブラシ16は整流子8の外周面に摺動接触するようにバネ性を有している。
An insulating
整流子8とブラシ16は、回転するモーターコイル7に電力を供給するための摺動接点であり、整流子8は例えば図3に示す整流子材から形成され、また、ブラシ16は例えば図4に示すようなブラシ材から形成されている。
The
整流子8とブラシ16のそれぞれを構成する導電性基体21,31として、例えば、銅、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、或いはこれらの合金、又は鋼材やアルミニウム材等に銅又は銅合金を被覆してなる複合素材等が適用される。整流子用の導電性基体21の厚さは0.15〜0.3mmであり、例えば0.3mmとする。また、ブラシ用の導電性基体31の厚さは0.03〜1.0mmであり、例えば0.05〜0.07とする。そのような導電性基体21,31の表面には、整流子8、ブラシ16のそれぞれに適した被覆層が形成される。
As the
整流子材は、図3に例示するように、上記の導電性基体21上に、ニッケル、コバルト(Co)又はこれらの合金を主成分とする第1の被覆層22と、銀又は銀合金からなる第2の被覆層23が順に形成されている。なお、ニッケル合金としては、NiCo、NiZn、NiSn、NiFe、NiP 、NiB 等がある。また、コバルト合金としては、CoNi、CoZn、CoSn、CoFe、CoP 、CoB 等がある。
As illustrated in FIG. 3, the commutator material is composed of the
整流子材の第1の被覆層22は、導電性基体21の成分の拡散を防止する拡散バリアとして機能し、その厚さは特に限定されるものではなく、例えば0.1〜10μmの範囲で形成されるが、拡散バリア性能の向上と経済性を考慮すれば0.5〜2.0μmの厚さとするのが好ましい。
The
また、整流子材の第2の被覆層23は、導電性基体21を構成する銅の腐食を防止するとともに、ディスクバリスタ11との半田接合性を向上させる機能を有する。第2の被覆層23の厚さは、特に限定されるものではないが例えば0.005〜2.0μmの範囲で施され、半田付け性の向上と経済性を考慮すると0.05〜0.5μmの範囲とすることが好ましい。
Further, the
整流子8のうちモーターコイル7の銅線7aが接続される凸部8aとなる領域において、第2の被覆層23上にはスズ(Sn)層又はスズ合金層からなる接続層24が形成されている。なお、スズ合金としては、SnZn、SnCu、SnBi、SnAg、SnNi等がある。
In the
スズ層又はスズ合金層からなる接続層24は、めっき被覆膜厚の分布を均一化するために電気めっき法により形成されることが好ましく、形成後にリフローすることにより密着性が向上して整形用のプレス加工時の粉落ちが大幅に削減され、その表面が平滑になる。また、スズ層又はスズ合金層は、リフロー処理により、その下地である第2の被覆層23を構成する銀又は銀合金と合金化してスズ銀合金が形成され、これにより融点が下がって銅線7aとの接続の信頼性が向上する。この場合、スズの結晶粒径が大きくなって下地との拡散反応速度は遅く、スズ層が劣化しにくい。スズ層又はスズ合金層の厚さは、特に限定されるものでないが例えば0.5〜10μmの範囲で施され、接続信頼性向上、プレス時の粉落ち防止、及び経済性を考慮すると2.0〜6.0μmの範囲で形成することが好ましい。
The
また、整流子8のうちブラシ16と接する領域において、第2の被覆層23上にはストライプ状の銀層又は銀合金層からなる接触層25が電気めっきにより形成されている。その銀層又は銀合金層には加工変形層が形成されないので、整流子8の回転時にアークが発生し難くなって摩耗速度が遅くなる。しかも、銀層又は銀合金層をストライプ状に形成することにより、貴金属の使用量を少なくして経済性が高まる。そのよう接触層25の厚さは、モーターの必要な寿命から決定され、低寿命モーター用では例えば約1.0μm、長寿命モーターでは例えば5.0〜20μmの範囲で被覆される。
In the region of the
さらに、ストライプ状の接触層25の上に、金(Au)層又は金合金層や、パラジウム(Pd)層又はパラジウム合金層からなる保護層26を形成すれば、さらにブラシ16との接触により生じる摩耗の速度を遅くすることができる。この保護層26の厚さは、特に限定されるものではないが例えば0.001〜1.0μmの範囲で施され、耐蝕性、耐摩耗性、経済性を考慮すると0.01〜0.5μmの範囲とすることが好ましい。
Further, if a
そのような構造の整流子8と組み合わせて使用されるブラシ16は、上記の導電性基体31の表面全体に、ニッケル、コバルト、又はこの合金を主成分とする第1の被覆層32と、パラジウム(Pd)又はパラジウム合金からなる第2の被覆層33を順に形成した構造を有している。
The
第1の被覆層32は、導電性基体31の成分の拡散を防止する拡散バリアとして機能し、また、第2の被覆層33は、耐摩耗性、耐蝕性に優れ、接触抵抗が低いことから耐久性に優れるために、導電性基体31を構成する銅の耐蝕性劣化防止のために形成されている。
The
第2の被覆層33は、電気めっきにより形成されるので加工変形が生じ難く、しかも整流子8との摺動時にアークが発生し難いので、摩耗速度が遅くなり、さらに電気接続性、耐熱性、耐酸化性、耐蝕性が優れている。従って、ブラシ16と上記構造の整流子8とを組み合わせて使用した場合に、従来のクラッド材を使用した構造に比べて整流子8に対するブラシ16の押し付け圧力を低くできる。
Since the
これにより、第2の被覆層33を構成するパラジウム層、パラジウム合金層の厚さを大幅に薄くでき、形成時間の短縮化、経済性の向上が図れる。その厚さは、特に限定されるものではないが例えば0.1〜5.0μmの範囲で形成される。この場合、0.1μm未満ではめっき厚が薄すぎて接触抵抗が上昇するし、5.0μm以上では使用上では何ら問題はないが、経済性の観点から好ましくなく、例えば0.3〜1.0μmの範囲とする。
Thereby, the thickness of the palladium layer and the palladium alloy layer constituting the
第2の被覆層33のうち整流子8と接触する領域には、パラジウム層又はパラジウム合金層からなるストライプ層34が形成されている。これにより、パラジウムの使用量が少なくなって経済的である。このストライプ層34は省略してもよい。
なお、導電性基体21,31の上に形成される銀合金層は、特に限定されるものではないが、例えばAgSb合金、AgSe合金、AgPd合金、AgAu合金、AgMg合金等の層がある。また、導電性基体21,31の上に形成されるパラジウム合金層は、特に限定されるものでないが、PdNi合金、PdAg合金、PdCo合金、PdAu合金、等の層がある。
A
The silver alloy layer formed on the
次に、上述した整流子8とブラシ16についてさらに詳細に説明する。
整流子8の整流子材に使用される導電性基体21として、厚さ0.3mm、幅20mmの米国銅開発協会(CDA)の銅合金規格C14410の合金条を用い、これを連続的に条材にめっきを施すラインに通板し、その表面に電解脱脂、酸洗の処理を行った後に、表1に示したように電気めっきを施す。C14410は、スズが0.1〜0.2wt.%で、残りが銅の組成となっている。
As the
表1において、整流子用金属材を示す本発明材No.1〜5は、図3に示したように導電性基板21上に順に形成される第1の被覆層22、第2の被覆層23、接触層25及び接続層24のそれぞれの材料及び厚さを示している。また、スズ又はスズ合金からなる接続層24は、その形成後にリフローされている。リフロー処理は、炉内温度500℃に設定されたリフロー炉内で5秒間行われた。また、表1で示した整流子用めっき材の従来材1は、クラッド法により形成した従来構造を示しており、半田層は、スズ鉛半田を溶融めっきにより形成したものである。なお、本発明材1〜5及び従来材1の導電性基材は同じCu合金条であり、CAD規格C14410であって古河電気工業株式会社の商品名FFTEC−3を用いている。
In Table 1, this invention material No. which shows the metal material for commutators is shown. 1 to 5 are materials and thicknesses of the
一方、ブラシ16のブラシ材に使用される導電性基体31として、厚さ0.07mm、幅20mmの米国CDAの銅合金規格C77000の合金条を用い、これを連続的に条材にめっきを施すラインに通板し、その表面に電解脱脂、酸洗の処理を行った後に、電気めっきにより表1に示しためっきを施す。
On the other hand, as the conductive base 31 used for the brush material of the
表1において、ブラシ用金属材を示す本発明材No.6、7は、図4に示したように、導電性基板31上に順に形成される第1の被覆層32、第2の被覆層33及びストライプ層34のそれぞれの材料及び厚さを示している。また、表1で示したブラシ用メッキ材の従来材2は、クラッド法により形成した従来構造を示している。なお、本発明材6、7と従来材2の導電性基体は同じ銅合金条であり、CAD規格C77000のバネ用洋白条である三菱電機メテックス株式会の製品番号C7701Rを用いている。C7701Rは、銅を50〜70wt.%、亜鉛を15〜35wt.%、ニッケルを5〜35wt.%含有している。
In Table 1, this invention material No. which shows the metal material for brushes. 6 and 7 show the materials and thicknesses of the
それらの電気めっきは次のような条件の液、温度、電流で行う。
ニッケルめっきに使用するめっき液は、NiSO4 、NiCl2 、H3BO3 をそれぞれ240g/l 、45g/l 、30g/l の濃度で含み、これを50℃の温度に加熱するとともに、めっき用電極に流す電流を5A/dm2 とする。
Such electroplating is performed with a liquid, temperature, and current under the following conditions.
The plating solution used for nickel plating contains NiSO 4 , NiCl 2 , and H 3 BO 3 at concentrations of 240 g / l, 45 g / l, and 30 g / l, respectively, and heats them to a temperature of 50 ° C. for plating. The current flowing through the electrode is 5 A / dm 2 .
また、コバルトめっきに使用するめっき液は、CoSO4 、NaCl、H3BO3 をそれぞれ400g/l 、20g/l 、40g/l の濃度で含み、これを30℃の温度に設定するとともに、めっき用電極に流す電流を5A/dm2 とする。 The plating solution used for cobalt plating contains CoSO 4 , NaCl, and H 3 BO 3 at concentrations of 400 g / l, 20 g / l, and 40 g / l, respectively, and sets the temperature to 30 ° C. and plating. The current flowing through the working electrode is 5 A / dm 2 .
また、パラジウムを80wt. %、ニッケルを20wt. %の割合で含むNiPdめっきに使用するめっき液は、Pd(NH3)2Cl2、NiSO4 、NH4OH 、(NH4)2SO4をそれぞれ40g/l 、45g/l 、90g/l 、50g/l の濃度で含み、これを30℃の温度に設定するとともに、めっき用電極に流す電流を1A/dm2 とする。 The plating solution used for NiPd plating containing 80 wt.% Palladium and 20 wt.% Nickel is Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 , NiSO 4 , NH 4 OH and (NH 4 ) 2 SO 4 . These are contained at concentrations of 40 g / l, 45 g / l, 90 g / l and 50 g / l, respectively, and this is set at a temperature of 30 ° C. and the current passed through the plating electrode is 1 A / dm 2 .
また、ストライプ状の銀層を形成するための銀めっきに使用するめっき液は、AgCN、KCN、K2CO3 をそれぞれ50g/l 、100g/l 、30g/l の濃度で含み、これを30℃の温度に設定するとともに、めっき用電極に流す電流を2A/dm2とする。
また、スズ層を形成するためのめっきに使用する液は、平滑剤が添加された有機酸系めっき液を用い、これを20℃の温度に設定するとともに、めっき用電極に流す電流を10A/dm2 とする。スズめっき液は、アルカノールスルフォン酸スズを400g/l、アルカノールスルフォン酸を100g/l、石原薬品製添加剤(製品番号:513Y)を20cc/lの量で含有したものを用いる。
The plating solution used for silver plating to form a stripe-shaped silver layer contains AgCN, KCN, and K 2 CO 3 at concentrations of 50 g / l, 100 g / l, and 30 g / l, respectively. The temperature is set to 0 ° C. and the current passed through the plating electrode is 2 A / dm 2 .
Moreover, the liquid used for plating for forming the tin layer is an organic acid-based plating solution to which a smoothing agent is added. This is set at a temperature of 20 ° C. and a current flowing through the plating electrode is 10 A / dm 2 . A tin plating solution containing 400 g / l of tin alkanol sulfonate, 100 g / l of alkanol sulfonic acid and 20 cc / l of an additive (product number: 513Y) manufactured by Ishihara Yakuhin is used.
また、銀めっきを施すために使用するめっき液は、AgCN、KCN、K2CO3 をそれぞれ50g/l 、50g/l 、30g/l の濃度で含み、これを30℃の温度に設定するとともにめっき用電極に流す電流を1A/dm2とする。
さらに、パラジウムめっきに使用するめっき液は、Pd(NH3)2Cl2 、NH4OH 、(NH4)2SO4をそれぞれ45g/l 、90g/l 、50g/l の濃度で含み、これを30℃の温度に設定するとともにめっき用電極に流す電流を1A/dm2 とする。
The plating solution used for silver plating contains AgCN, KCN, and K 2 CO 3 at concentrations of 50 g / l, 50 g / l, and 30 g / l, respectively, and is set at a temperature of 30 ° C. The current flowing through the plating electrode is 1 A / dm 2 .
Furthermore, the plating solution used for palladium plating contains Pd (NH 3 ) 2 Cl 2 , NH 4 OH and (NH 4 ) 2 SO 4 in concentrations of 45 g / l, 90 g / l and 50 g / l, respectively. Is set to a temperature of 30 ° C. and the current passed through the plating electrode is set to 1 A / dm 2 .
以上のような方法と従来方法により形成された整流子用材料について、ストライプ状の銀又は銀合金からなる接触層25、及びスズ又はスズ合金からなる接続層24が形成されない領域での半田付け性能の評価を行ったところ、表2に示すような結果が得られた。その評価は、半田としてSnPb共晶半田を用い、フラックスとしてIPA(イソプロピルアルコール)にロジンが25wt. % で溶け込んだものを使用し、半田の濡れ時間(ゼロクロスタイム)をメニスコグラフ法により求めた。
表2によれば、整流子材としては、本発明材No.1〜5の方が従来例1に比べて、半田濡れ時間が短く、密着性が良いことがわかる。 According to Table 2, as the commutator material, the present invention material No. It can be seen that 1 to 5 have a shorter solder wetting time and better adhesion than Conventional Example 1.
次に、本発明材No.1〜5の整流子材と従来例1について、プレスによる整形加工を行ってそのスズ粉の発生を調べたところ、表2の右に示すように、本発明材No.1〜5からの粉落ち量が従来例1からの粉落ち量より少ないことが明らかになった。
Next, the present invention material No. The
さらに、表1に示した組合せで、本発明材No.1〜5の整流子材と本発明材No.6、7のブラシ材のそれぞれをプレスして得た整流子8とブラシ16を組み込んだ本発明の実施例1〜6に係るマイクロモーターと、従来材1を用いた整流子と従来材2を用いたブラシを組み込んだマイクロモーターの各々についてモーター寿命の試験をしたところ、表3に示す結果が得られた。また、表3では、整流子とブラシの一方について、従来のクラッド材を使用した場合の実験結果を比較例1,2として示している。なお、表3において、整流子、ブラシの各々の材料は表1の表示に基づいて示されている。
表3は、マイクロモーターに連続して電力を供給し、その電機子5の回転が自然に停止するまでの停止時間と、その停止時間に基づいて整流子8の銀層又は銀合金被層の膜厚1μm当たりの寿命とが示されている。それらのマイクロモーターは、駆動電圧が2.5、駆動電流0.2A、回転数2000rpmの条件で駆動された。
Table 3 shows that the power is continuously supplied to the micromotor, the stop time until the rotation of the
表3から明らかなように、本発明の実施例1〜6に係る整流子8とブラシ16の組合せから構成される摺動接点によれば、整流子8の銀層又は銀合金層の厚さ当たりのモーター寿命が従来例1、2の寿命に比べて4倍以上となり、寿命が大幅に延びていることがわかる。
As is clear from Table 3, according to the sliding contact constituted by the combination of the
また、整流子8とブラシ16の一方の接点にクラッド材を用いた場合には、寿命を延ばす効果は得られず、本発明の構造の整流子とブラシの組合せがモーター寿命を延ばしていることがわかる。
In addition, when a clad material is used for one contact of the
1:マイクロモーター
8:整流子
21:導電性基体
22:第1の被覆層
23:第2の被覆層
24:接続層
25:接触層
16:ブラシ
31:導電性基体
32:第1の被覆層
33:第2の被覆層
34:ストライプ層
1: Micromotor 8: Commutator 21: Conductive substrate 22: First coating layer 23: Second coating layer 24: Connection layer 25: Contact layer 16: Brush 31: Conductive substrate 32: First coating layer 33: Second coating layer 34: Stripe layer
Claims (9)
第2の導電性基体と、前記第2の導電性基体上にニッケル系、コバルト系のいずれか一方の金属からなる第1の整流子用被覆層と、前記第1の整流子用被覆層の上に形成された銀系金属からなる第2の整流子用被覆層と、前記第2の整流子用被覆層のうち前記ブラシと接触する領域に形成されたストライプ状銀系金属層と、前記第2の整流子用被覆層のうち銅材が接続される領域に形成されたスズ系金属層とを有する整流子と
を備えたことを特徴とするマイクロモーター用摺動接点。 A first conductive substrate, a first brush coating layer formed on the first conductive substrate and made of either nickel-based or cobalt-based metal, and the first brush coating layer A brush having a second brush coating layer made of a palladium-based metal formed thereon;
A second conductive substrate, a first commutator coating layer made of nickel or cobalt metal on the second conductive substrate, and a first commutator coating layer. A second commutator covering layer made of silver-based metal formed on the top, a striped silver-based metal layer formed in a region in contact with the brush in the second commutator covering layer, and A sliding contact for a micromotor, comprising: a commutator having a tin-based metal layer formed in a region to which a copper material is connected in the second commutator coating layer.
前記第1の被覆層を被覆するパラジウム系金属からなる第2の被覆層と、該第2の被覆層上の整流子接触領域を被覆するストライプ状パラジウム系金属層とのうち少なくとも下側の前記第2の被覆層を形成する工程とを有し、
少なくとも、前記第2の被覆層と前記ストライプ状パラジウム系金属層のうちの最上層となる一方をめっきにより形成する
ことを特徴とするマイクロモーター用摺動接点の製造方法。 Forming a first coating layer made of one of nickel-based and cobalt-based metals on the first conductive substrate constituting the brush;
At least the lower side of the second coating layer made of palladium-based metal covering the first coating layer and the stripe-shaped palladium-based metal layer covering the commutator contact region on the second coating layer Forming a second coating layer,
At least one of the second coating layer and the striped palladium-based metal layer, which is the uppermost layer, is formed by plating.
前記第1の被覆層の上に銀系金属からなる第2の被覆層を形成する工程と、
前記第2の被覆層のうちブラシとの接触領域にストライプ状銀系金属層を形成する工程と、
前記第2の被覆層のうち銅線が接続される領域上にスズ系金属層を形成する工程とを有し、
少なくとも前記ストライプ状銀系金属層と前記スズ系金属層をめっきにより形成すること
を特徴とするマイクロモーター用摺動接点の製造方法。 Forming a first coating layer made of one of a nickel-based metal and a cobalt-based metal on a second conductive substrate constituting the commutator;
Forming a second coating layer made of a silver-based metal on the first coating layer;
Forming a stripe-shaped silver-based metal layer in a contact region with the brush in the second coating layer;
Forming a tin-based metal layer on a region to which a copper wire is connected in the second coating layer,
A manufacturing method of a sliding contact for a micromotor, wherein at least the striped silver metal layer and the tin metal layer are formed by plating.
The method for manufacturing a sliding contact for a micromotor according to claim 7, further comprising a step of reflowing the tin-based metal layer after forming the tin-based metal layer.
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