JP3299282B2 - 摺動接点材料及びクラッド複合材ならびにそれを使用した直流小型モータ - Google Patents
摺動接点材料及びクラッド複合材ならびにそれを使用した直流小型モータInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 摺動接点材料及びクラッド複合材ならびにそれを使用し
た直流小型モータ 技術分野 本発明は、電気的、機械的摺動部に使用する
摺動接点材料に関し、特に充電式電池で駆動する家庭用
電化製品に使用される直流小型モータ用整流子（その他
アースリング、ロータリースイッチ等）に用いる摺動接
点材料に関するものである。
た直流小型モータ 技術分野 本発明は、電気的、機械的摺動部に使用する
摺動接点材料に関し、特に充電式電池で駆動する家庭用
電化製品に使用される直流小型モータ用整流子（その他
アースリング、ロータリースイッチ等）に用いる摺動接
点材料に関するものである。
背景技術 近年、上記技術分野において、新しい摺動接
点材料の開発に関する研究が盛んに行なわれてきてい
る。この摺動接点材料に関しては、接点使用時における
摩耗を理想的なものとし且つ低接触抵抗を実現すること
が最も重要な開発課題といえる。本来、摺動接点材料の
低接触抵抗を実現するには、使用する接点材料の導電性
はもとより、接触し合う材料同士が確実に接触、或いは
密着させることによって達成できる。しかし、その材料
が摺動する際には、接触する材料同士の接触或いは密着
の度合いが増すほど摩擦抵抗は大きくなり、その摩擦に
反して摺動させると著しい摩耗現象が発生するのであ
る。つまり、摺動接点材料では、もともと上述するよう
な相反する現象を制御しなければ、より理想的な特性を
有するものが得られないのである。また、この摺動接点
の摩耗現象は学問的にも未解明な点が多く、摺動接点材
料の改良によって摩耗現象を制御することは非常に困難
なものともいわれている。
点材料の開発に関する研究が盛んに行なわれてきてい
る。この摺動接点材料に関しては、接点使用時における
摩耗を理想的なものとし且つ低接触抵抗を実現すること
が最も重要な開発課題といえる。本来、摺動接点材料の
低接触抵抗を実現するには、使用する接点材料の導電性
はもとより、接触し合う材料同士が確実に接触、或いは
密着させることによって達成できる。しかし、その材料
が摺動する際には、接触する材料同士の接触或いは密着
の度合いが増すほど摩擦抵抗は大きくなり、その摩擦に
反して摺動させると著しい摩耗現象が発生するのであ
る。つまり、摺動接点材料では、もともと上述するよう
な相反する現象を制御しなければ、より理想的な特性を
有するものが得られないのである。また、この摺動接点
の摩耗現象は学問的にも未解明な点が多く、摺動接点材
料の改良によって摩耗現象を制御することは非常に困難
なものともいわれている。
この摺動接点材料における摩耗は、大別して、凝着摩
耗と引っかき摩耗とがある。通常、摺動接点材料の表面
はかなり平滑に仕上げられても、ミクロ的には完全な平
面ではなく微細な凹凸が多数存在する。このような金属
表面同士を接触すると、見掛け上は広い面積で接触して
いるように見えるが、実際には表面に存在する微細な凹
凸のうち突起した部分同士が接触した状態となってお
り、いわゆる真の接触面積は見かけの接触面積よりも小
さい。そのため、この真の接触部、即ち接触した突起部
には大きな圧力が加わることになり接触する金属同士の
溶着が発生し、それによって軟質な金属の方が引き裂か
れて硬質金属へ移行するという凝着摩耗が生じる。ま
た、硬さの異なる材料が接触する場合或いは軟質金属同
士の接触でも一方に硬い粒子が含まれている場合には、
軟質金属が硬質金属により機械的にせん断されて引っ掻
き摩耗が生じる。
耗と引っかき摩耗とがある。通常、摺動接点材料の表面
はかなり平滑に仕上げられても、ミクロ的には完全な平
面ではなく微細な凹凸が多数存在する。このような金属
表面同士を接触すると、見掛け上は広い面積で接触して
いるように見えるが、実際には表面に存在する微細な凹
凸のうち突起した部分同士が接触した状態となってお
り、いわゆる真の接触面積は見かけの接触面積よりも小
さい。そのため、この真の接触部、即ち接触した突起部
には大きな圧力が加わることになり接触する金属同士の
溶着が発生し、それによって軟質な金属の方が引き裂か
れて硬質金属へ移行するという凝着摩耗が生じる。ま
た、硬さの異なる材料が接触する場合或いは軟質金属同
士の接触でも一方に硬い粒子が含まれている場合には、
軟質金属が硬質金属により機械的にせん断されて引っ掻
き摩耗が生じる。
このような摩耗現象は、接触する金属材料の硬度、そ
れら金属同士の結合性等に大きく依存するもので、摺動
接点材料の摩耗現象についても、基本的には接触圧に比
例して顕著になり、材料の硬化によって低減される。し
かし、接触時の温度や湿度変化、腐食性成分、有機質蒸
気、埃等の存在によっても著しく摩耗現象は低下する。
そして、この摩耗現象の変化は、接点部における接触状
態の変化であるので接触抵抗の増加を引き起こすことに
なり、低接触抵抗の安定的な維持に多大な影響を与える
ものである。
れら金属同士の結合性等に大きく依存するもので、摺動
接点材料の摩耗現象についても、基本的には接触圧に比
例して顕著になり、材料の硬化によって低減される。し
かし、接触時の温度や湿度変化、腐食性成分、有機質蒸
気、埃等の存在によっても著しく摩耗現象は低下する。
そして、この摩耗現象の変化は、接点部における接触状
態の変化であるので接触抵抗の増加を引き起こすことに
なり、低接触抵抗の安定的な維持に多大な影響を与える
ものである。
上記する摩耗現象は、具体的には、直流小型モータに
摺動接点材料を用いたクラッド複合材を整流子として組
み込み、モータを高速回転で駆動させた場合の整流子と
刷子間に生じる。つまり、整流子を構成する摺動接点材
料が長時間の接触摩擦を受け、摺動による摩擦熱も加わ
り、上記する凝着摩耗、引っかき摩耗が複合的に生じ
る。そのため、その摩耗現象によって摺動接点材料の表
面が削られ、摩耗粉が生じ、接触抵抗を増加させたり、
その摩耗粉が整流子の間隙を埋め導通短絡させたり、雑
音発生の原因となったりするのである。
摺動接点材料を用いたクラッド複合材を整流子として組
み込み、モータを高速回転で駆動させた場合の整流子と
刷子間に生じる。つまり、整流子を構成する摺動接点材
料が長時間の接触摩擦を受け、摺動による摩擦熱も加わ
り、上記する凝着摩耗、引っかき摩耗が複合的に生じ
る。そのため、その摩耗現象によって摺動接点材料の表
面が削られ、摩耗粉が生じ、接触抵抗を増加させたり、
その摩耗粉が整流子の間隙を埋め導通短絡させたり、雑
音発生の原因となったりするのである。
更に、この摩耗現象が進行すると、摺動接点材料を用
いたクラッド複合材においては、クラッド複合材の表層
に設けた金属、即ち摺動接点材料が摩耗により破壊さ
れ、その下のベース材料にまで摩耗が到達することにな
る。そのような摩耗状態となった場合、酸化し易いベー
ス材の金属が露出してくるため、そのベース材の金属酸
化物により、種々の電気的トラブルを引き起こすことが
ある。それ故、いわゆる二層又は三層クラッド複合材を
構成して整流子として用いる場合には、各層を構成する
合金の材料の改良が極めて重要な課題といえる。
いたクラッド複合材においては、クラッド複合材の表層
に設けた金属、即ち摺動接点材料が摩耗により破壊さ
れ、その下のベース材料にまで摩耗が到達することにな
る。そのような摩耗状態となった場合、酸化し易いベー
ス材の金属が露出してくるため、そのベース材の金属酸
化物により、種々の電気的トラブルを引き起こすことが
ある。それ故、いわゆる二層又は三層クラッド複合材を
構成して整流子として用いる場合には、各層を構成する
合金の材料の改良が極めて重要な課題といえる。
ところで、近年、充電式電池で駆動する家庭用電化製
品に使用される直流小型モータ用整流子の材料、即ち摺
動接点材料としては、表面層に１〜２重量％のCd、残部
AgとしたAg−Cd合金を用い、ベース層にCuまたはCu合金
を用いた二層クラッド複合材（例えばAg99−Cd1/Cu）
や、表面層に１〜２重量％のCd、0.01〜0.7重量％のN
i、残部AgとしたAg−Cd−Ni合金を用い、ベース層にCu
又はCu合金を用いた二層クラッド複合材（例えばAg97.7
−Cd2−Ni0.3/Cu）等が用いられている。上記（）内に
記載する「合金組成/Cu」は二層を構成するクラッド複
合材を意味し、「／」は表面層とベース層との界面を意
味する。また、合金組成元素の後に記載した数字は重量
％の値を示すものである。
品に使用される直流小型モータ用整流子の材料、即ち摺
動接点材料としては、表面層に１〜２重量％のCd、残部
AgとしたAg−Cd合金を用い、ベース層にCuまたはCu合金
を用いた二層クラッド複合材（例えばAg99−Cd1/Cu）
や、表面層に１〜２重量％のCd、0.01〜0.7重量％のN
i、残部AgとしたAg−Cd−Ni合金を用い、ベース層にCu
又はCu合金を用いた二層クラッド複合材（例えばAg97.7
−Cd2−Ni0.3/Cu）等が用いられている。上記（）内に
記載する「合金組成/Cu」は二層を構成するクラッド複
合材を意味し、「／」は表面層とベース層との界面を意
味する。また、合金組成元素の後に記載した数字は重量
％の値を示すものである。
このようなAg−Cd合金やAg−Cd−Ni合金は，電気的機
能、硬さ、接触抵抗に非常に優れた材料であり、例えば
特公平２−60745号公報に、Sn及びCdのうち、少なくと
も１種を合計で１〜５重量％を含み残部AgのAg合金から
なる直流小型モータの整流子用摺動接点材料が開示され
ている。しかし、昨今の環境問題等を考慮すると、有害
物質とされているCdを含む摺動接点材料の製造やその使
用は好ましいものではない。
能、硬さ、接触抵抗に非常に優れた材料であり、例えば
特公平２−60745号公報に、Sn及びCdのうち、少なくと
も１種を合計で１〜５重量％を含み残部AgのAg合金から
なる直流小型モータの整流子用摺動接点材料が開示され
ている。しかし、昨今の環境問題等を考慮すると、有害
物質とされているCdを含む摺動接点材料の製造やその使
用は好ましいものではない。
別の合金系として、Ag−Cu合金及びAg−Cu−Cd合金等
も用いられている。しかし、これらの摺動接点材料は、
使用初期の接触抵抗は低いものの、その接触抵抗に経時
変化が生じる。そのため、充電式電池を使ったシェーバ
ー等の製品価値が劣るという問題を有している。即ち、
これらの合金系の摺動接点材料をモータに使用した場
合、経時変化により接触抵抗が高くなるためモータの始
動電圧が高くなり、電池起電力が低下しモータが始動し
なくなるという問題が生じる。その結果として、電池の
充電回数も増え、電池自体の寿命も短くなる傾向を示
す。
も用いられている。しかし、これらの摺動接点材料は、
使用初期の接触抵抗は低いものの、その接触抵抗に経時
変化が生じる。そのため、充電式電池を使ったシェーバ
ー等の製品価値が劣るという問題を有している。即ち、
これらの合金系の摺動接点材料をモータに使用した場
合、経時変化により接触抵抗が高くなるためモータの始
動電圧が高くなり、電池起電力が低下しモータが始動し
なくなるという問題が生じる。その結果として、電池の
充電回数も増え、電池自体の寿命も短くなる傾向を示
す。
また、例えば特開昭58−104140号公報には、Ag中にZn
1〜10重量％とTe、Co、Ni、Cu、Ge、Ti、Pbの少なくと
も１種を合計で0.5〜1.0重量％添加してなるAg−Zn系合
金の摺動接点材料が開示されている。この摺動接点材料
は、Te、Co、Ni、Cu、Ge、Ti、PbがZnよりも酸化し易い
という性質を利用し、これらの金属を含有させることに
より、Znの酸化を抑制し、摺動接点材料の耐硫化性、潤
滑性を維持し、耐摩耗性の向上及び低接触抵抗の安定化
を図ったものである。しかしながら、この摺動接点材料
も、上記するAg−Cu合金等と同様に初期の接触抵抗は低
いものの、接触抵抗に経時変化が生じるものである。
1〜10重量％とTe、Co、Ni、Cu、Ge、Ti、Pbの少なくと
も１種を合計で0.5〜1.0重量％添加してなるAg−Zn系合
金の摺動接点材料が開示されている。この摺動接点材料
は、Te、Co、Ni、Cu、Ge、Ti、PbがZnよりも酸化し易い
という性質を利用し、これらの金属を含有させることに
より、Znの酸化を抑制し、摺動接点材料の耐硫化性、潤
滑性を維持し、耐摩耗性の向上及び低接触抵抗の安定化
を図ったものである。しかしながら、この摺動接点材料
も、上記するAg−Cu合金等と同様に初期の接触抵抗は低
いものの、接触抵抗に経時変化が生じるものである。
さらに、特開平８−260078号公報には、Ag−Zn合金、
Ag−Zn−Ni合金の摺動接点材料が開示されている。これ
らも、接触抵抗は低いものの、モータの寿命を向上させ
る程度にまで摩耗現象を制御した摺動接点材料といえる
ものには至っていない。
Ag−Zn−Ni合金の摺動接点材料が開示されている。これ
らも、接触抵抗は低いものの、モータの寿命を向上させ
る程度にまで摩耗現象を制御した摺動接点材料といえる
ものには至っていない。
以上説明したように従来の摺動接点材料では、最近の
新しい充電式電池で駆動する家庭電化製品に対して十分
に対応したものとはいえない。最近の充電式電池を使用
する家庭電化製品、特に、ヘッドホンステレオ、カメ
ラ、シェーバー等にあっては、低始動電圧のモータと充
電式電池とを使用しても、連続して長時間使用できる製
品が求められており、このような製品を実現できる摺動
接点材料が強く望まれているのが実情である。
新しい充電式電池で駆動する家庭電化製品に対して十分
に対応したものとはいえない。最近の充電式電池を使用
する家庭電化製品、特に、ヘッドホンステレオ、カメ
ラ、シェーバー等にあっては、低始動電圧のモータと充
電式電池とを使用しても、連続して長時間使用できる製
品が求められており、このような製品を実現できる摺動
接点材料が強く望まれているのが実情である。
そこで、本発明は、Cdのような有害物質を含有しない
合金組成で、特に接触抵抗性に優れ、電気的機能も良好
で且つ経時変化もなく、従来の摺動接点材料に比して実
用上遜色のない耐摩耗性を有する摺動接点材料を提供す
ると共に、このような優れた特性を有する摺動接点材料
を直流小型モータの整流子に使用することでモータの長
寿命化を図ることを目的としている。
合金組成で、特に接触抵抗性に優れ、電気的機能も良好
で且つ経時変化もなく、従来の摺動接点材料に比して実
用上遜色のない耐摩耗性を有する摺動接点材料を提供す
ると共に、このような優れた特性を有する摺動接点材料
を直流小型モータの整流子に使用することでモータの長
寿命化を図ることを目的としている。
発明の開示 本発明者等による鋭意研究の結果、本発明は、基本的
にAgを主成分とするAg−Zn−Pd系の合金にCu及び／又は
Niを混入して、各組成比を制御することにより上記した
課題を解決するに至った。本発明者等は、Agに対してZn
及びPdに加え、Cu及び／又はNiの含有量を制御すること
によって、Agα相にそれらの金属が完全に固溶している
合金組織とすると、接触抵抗を低く維持でき、その経時
変化もなく、耐摩耗性の向上された摺動接点材料が得ら
れることを知見したのである。
にAgを主成分とするAg−Zn−Pd系の合金にCu及び／又は
Niを混入して、各組成比を制御することにより上記した
課題を解決するに至った。本発明者等は、Agに対してZn
及びPdに加え、Cu及び／又はNiの含有量を制御すること
によって、Agα相にそれらの金属が完全に固溶している
合金組織とすると、接触抵抗を低く維持でき、その経時
変化もなく、耐摩耗性の向上された摺動接点材料が得ら
れることを知見したのである。
まず、Ag−Zn−Pd−Cu合金の場合、AgにZn、Pd、Cuを
適当な量を固溶させると次のような特性が得られるので
ある。第１に、これら金属の固溶により、Agの電気導電
特性を損することなく、Agを硬化させることができ、接
点材料としての適当な硬度が付与できるのである。第２
に、Ag中に固溶するZn、Cuが、摺動中材料表面に適度な
酸化物被膜（酸化バンド）、即ちZnO、CuOを形成し、こ
の酸化被膜が接点部における潤滑剤の役目を担い摩擦抵
抗を低減させ、耐摩耗性を向上することができるのであ
る。
適当な量を固溶させると次のような特性が得られるので
ある。第１に、これら金属の固溶により、Agの電気導電
特性を損することなく、Agを硬化させることができ、接
点材料としての適当な硬度が付与できるのである。第２
に、Ag中に固溶するZn、Cuが、摺動中材料表面に適度な
酸化物被膜（酸化バンド）、即ちZnO、CuOを形成し、こ
の酸化被膜が接点部における潤滑剤の役目を担い摩擦抵
抗を低減させ、耐摩耗性を向上することができるのであ
る。
本発明の摺動接点材料における第２の特性である耐摩
耗性の向上については、Pdの存在が大きく影響してい
る。従来の摺動接点材料、例えばAg−Zn合金、Ag−Cu合
金等も、ZnO、CuOの酸化バンドの形成により摩耗現象を
制御することを意図している。しかし、これらの合金
は、空気中に放置すると、接点部において経時的にZn
O、CuOが過剰に発生し、逆に接触抵抗を高くしてしま
う。特に、導電性の低いCuOが過剰に発生すると接触抵
抗の増加は顕著となり、導電性を有するZnOの場合でも
過剰に発生すると接触抵抗の増加を引き起こす。一方、
本発明の摺動接点材料では、Pdを含有させることによ
り、Agに固溶するZn、Cuの過剰な酸化を抑制している。
つまり、本発明の摺動接点材料は、Pdの含有によって、
固溶するZn、Cuの過剰酸化を抑制し酸化バンドによる接
触抵抗の増加を防止したものであるが、摺動時に潤滑作
用を奏する程度の適度なZnO、CuOは発生することができ
るので耐摩耗性も向上されているのである。このように
本発明者等は、従来のAg−Zn合金、Ag−Cu合金等ではな
しえなかった接触抵抗性及び耐摩耗性の向上をCdを含有
することなく達成したのである。
耗性の向上については、Pdの存在が大きく影響してい
る。従来の摺動接点材料、例えばAg−Zn合金、Ag−Cu合
金等も、ZnO、CuOの酸化バンドの形成により摩耗現象を
制御することを意図している。しかし、これらの合金
は、空気中に放置すると、接点部において経時的にZn
O、CuOが過剰に発生し、逆に接触抵抗を高くしてしま
う。特に、導電性の低いCuOが過剰に発生すると接触抵
抗の増加は顕著となり、導電性を有するZnOの場合でも
過剰に発生すると接触抵抗の増加を引き起こす。一方、
本発明の摺動接点材料では、Pdを含有させることによ
り、Agに固溶するZn、Cuの過剰な酸化を抑制している。
つまり、本発明の摺動接点材料は、Pdの含有によって、
固溶するZn、Cuの過剰酸化を抑制し酸化バンドによる接
触抵抗の増加を防止したものであるが、摺動時に潤滑作
用を奏する程度の適度なZnO、CuOは発生することができ
るので耐摩耗性も向上されているのである。このように
本発明者等は、従来のAg−Zn合金、Ag−Cu合金等ではな
しえなかった接触抵抗性及び耐摩耗性の向上をCdを含有
することなく達成したのである。
以上のような特性を有する本発明の摺動接点材料の組
成は、請求項１に記載するAg−Zn−Pd−Cu合金の摺動接
点材料の場合、Znが0.1〜3.0重量％、Pdが0.1〜1.5重量
％、Cuが0.1〜3.0重量％、Agが残部となっている。
成は、請求項１に記載するAg−Zn−Pd−Cu合金の摺動接
点材料の場合、Znが0.1〜3.0重量％、Pdが0.1〜1.5重量
％、Cuが0.1〜3.0重量％、Agが残部となっている。
ここで、Znの含有量は、0.1〜1.0重量％未満とすれば
接触抵抗を低く維持することを優先させることができ、
1.0〜3.0重量％とすれば耐摩耗性の向上を優先させるこ
とができる。そのため、本発明の摺動接点材料はZn含有
量の制御することでその特性を選択して使用することも
可能となる。このZn含有量が0.1重量％未満では耐摩耗
性の向上及び接触抵抗の特性が得られなくなり、3.0重
量％を越えると接触抵抗が高くなってしまう。そして、
耐摩耗性の向上を特に優先するためには、Cuを含有させ
ることが極めて効果的で、0.5〜2.5重量％のCUを含有す
る場合が最も耐摩耗性が向上するものとなる。このCuの
含有量もZnと同じく、0.1重量％未満では耐摩耗性の向
上及び接触抵抗の特性が得られなくなり、3.0重量％を
越えると耐摩耗性は向上するものの接触抵抗が高くな
る。そして、Pdの含有量は0.1重量％未満ではZn、Cuの
過剰酸化を防止する効果がなくなり、1.5重量％を越え
ると、Pd自体が、空気中に放置した場合に酸化し易くな
り、酸化被膜を形成して接触抵抗を高くする。このPdの
含有量は0.5〜1.0重量％の時が最も効果的である。
接触抵抗を低く維持することを優先させることができ、
1.0〜3.0重量％とすれば耐摩耗性の向上を優先させるこ
とができる。そのため、本発明の摺動接点材料はZn含有
量の制御することでその特性を選択して使用することも
可能となる。このZn含有量が0.1重量％未満では耐摩耗
性の向上及び接触抵抗の特性が得られなくなり、3.0重
量％を越えると接触抵抗が高くなってしまう。そして、
耐摩耗性の向上を特に優先するためには、Cuを含有させ
ることが極めて効果的で、0.5〜2.5重量％のCUを含有す
る場合が最も耐摩耗性が向上するものとなる。このCuの
含有量もZnと同じく、0.1重量％未満では耐摩耗性の向
上及び接触抵抗の特性が得られなくなり、3.0重量％を
越えると耐摩耗性は向上するものの接触抵抗が高くな
る。そして、Pdの含有量は0.1重量％未満ではZn、Cuの
過剰酸化を防止する効果がなくなり、1.5重量％を越え
ると、Pd自体が、空気中に放置した場合に酸化し易くな
り、酸化被膜を形成して接触抵抗を高くする。このPdの
含有量は0.5〜1.0重量％の時が最も効果的である。
次に、本発明者等は、Ag−Zn−Pd合金又はAg−Zn−Pd
−Cu合金にNiを含めることによって、低接触抵抗及び耐
摩耗性を有し、且つ寸法安定性に優れた摺動接点材料と
なることを知見した。Ag−Zn系合金では時効軟化を起こ
すことが知られている。この軟化現象は実用上摺動特性
に影響するほどのものではないが、摺動接点材料加工
時、例えばクラッド複合材を製造する際の寸法安定性に
大きく影響する。特に、小型モータに使用する場合で
は、加工時の寸法誤差がモーター組立の際に不具合を生
じる。本発明では、上記したAg−Zn−Pd−Cu合金の接触
抵抗特性、耐摩耗特性を損なうことなく、また、同様な
低接触抵抗性、耐摩耗特性を有するAg−Zn−Cu合金の特
性を損なうことなく、これら合金の時効軟化現象を防止
するために、Ag中にNiを微細に分散させ、加工時の寸法
安定性に優れた摺動接点材料とした。NiはAgに固溶しに
くい性質を有するため、Zn、Pd、Cuとは異なりAg中へ微
細に分散した状態で存在する。この分散したNi粒子はAg
−Zn系合金で生じる時効軟化を防止し、さらにはNi粒子
が潤滑剤の役目を若干果たすので、耐摩耗性の向上にも
寄与するのである。
−Cu合金にNiを含めることによって、低接触抵抗及び耐
摩耗性を有し、且つ寸法安定性に優れた摺動接点材料と
なることを知見した。Ag−Zn系合金では時効軟化を起こ
すことが知られている。この軟化現象は実用上摺動特性
に影響するほどのものではないが、摺動接点材料加工
時、例えばクラッド複合材を製造する際の寸法安定性に
大きく影響する。特に、小型モータに使用する場合で
は、加工時の寸法誤差がモーター組立の際に不具合を生
じる。本発明では、上記したAg−Zn−Pd−Cu合金の接触
抵抗特性、耐摩耗特性を損なうことなく、また、同様な
低接触抵抗性、耐摩耗特性を有するAg−Zn−Cu合金の特
性を損なうことなく、これら合金の時効軟化現象を防止
するために、Ag中にNiを微細に分散させ、加工時の寸法
安定性に優れた摺動接点材料とした。NiはAgに固溶しに
くい性質を有するため、Zn、Pd、Cuとは異なりAg中へ微
細に分散した状態で存在する。この分散したNi粒子はAg
−Zn系合金で生じる時効軟化を防止し、さらにはNi粒子
が潤滑剤の役目を若干果たすので、耐摩耗性の向上にも
寄与するのである。
このNiを含有する本発明の摺動接点材料の組成は、請
求項２に記載するAg−Zn−Pd−Ni合金の摺動接点材料の
場合、Znが0.1〜3.0重量％、Pdが0.1〜1.5重量％、Niが
0.01〜0.5重量％未満、Agが残部となっている。
求項２に記載するAg−Zn−Pd−Ni合金の摺動接点材料の
場合、Znが0.1〜3.0重量％、Pdが0.1〜1.5重量％、Niが
0.01〜0.5重量％未満、Agが残部となっている。
そして、請求項３に記載するAg−Zn−Pd−Cu−Ni合金
の摺動接点材料の場合、Znが0.1〜3.0重量％、Pdの0.1
〜1.5重量％、Cuが0.1〜3.0重量％、Niが0.01〜0.5重量
％未満のNi、Agが残部となっている。
の摺動接点材料の場合、Znが0.1〜3.0重量％、Pdの0.1
〜1.5重量％、Cuが0.1〜3.0重量％、Niが0.01〜0.5重量
％未満のNi、Agが残部となっている。
このNiの含有量は、0.01重量％未満では時効軟化を防
止することができず、0.5重量％以上だとNiが不均一に
偏析し、しかも、摺動中、接点表面に分散しているNi粒
子が酸化物を生成し、局部的に接触抵抗を高めてしま
う。この時効軟化を防止するためのNiの含有量は0.2〜
0.4重量％が最も効果的で、この程度のNi含有によっ
て、耐摩耗性の向上も若干期待できる。
止することができず、0.5重量％以上だとNiが不均一に
偏析し、しかも、摺動中、接点表面に分散しているNi粒
子が酸化物を生成し、局部的に接触抵抗を高めてしま
う。この時効軟化を防止するためのNiの含有量は0.2〜
0.4重量％が最も効果的で、この程度のNi含有によっ
て、耐摩耗性の向上も若干期待できる。
そして、本発明では、本発明の摺動接点材料をモータ
の整流子として使用する場合、より好適な整流子の材料
とするために、ベース材としてCu又はCu合金を用い、そ
のベース材料上の一部に本発明の摺動接点材料を埋設し
たクラッド複合材とした。このようにすれば、整流子を
電気的に接続するために必要なハンダ付け処理における
ハンダ付け性が良好となり、また、整流子形状を成形す
る際の加工性も向上する。また、クラッド複合材という
形態をとることにより、使用するモータに応じてベース
材に埋設する本発明の摺動接点材料の厚みを制御するこ
とができるので、高価な摺動接点材料を部分的使用に留
めることができ、経済的にも有利なものといえる。
の整流子として使用する場合、より好適な整流子の材料
とするために、ベース材としてCu又はCu合金を用い、そ
のベース材料上の一部に本発明の摺動接点材料を埋設し
たクラッド複合材とした。このようにすれば、整流子を
電気的に接続するために必要なハンダ付け処理における
ハンダ付け性が良好となり、また、整流子形状を成形す
る際の加工性も向上する。また、クラッド複合材という
形態をとることにより、使用するモータに応じてベース
材に埋設する本発明の摺動接点材料の厚みを制御するこ
とができるので、高価な摺動接点材料を部分的使用に留
めることができ、経済的にも有利なものといえる。
上記するクラッド複合材は、埋設した摺動接点材料の
うち表面に露出する部分は大気中にさらされるので腐食
されやすいものである。そこで、本発明では、Cu又はCu
合金のベース材料上の一部に本発明の摺動接点材料を埋
設したクラッド複合材であって、その摺動接点材料上の
少なくとも一部をAu又はAu合金で被覆したものとした。
Au又はAu合金は、耐食性に優れ且つ低接触抵抗を実現す
る良好な摺動接点材料として知られるが、非常に高価な
ため大量に使用することは経済的に不利なものとなる。
そこで、Au又はAu合金を一部分に被覆することでコスト
の増加を抑えると共に、本発明の摺動接点材料の腐食を
防止することとした。さらに、このようなクラッド複合
材をモータの整流子に使用すれば、使用初期時にはAu又
はAu合金の優れた接触抵抗特性により良好なモータ駆動
が可能となり、たとえ摩耗により、Au又はAu合金が破壊
されても、内部には本発明の摺動接点材料が存在するた
め、更に使用継続が可能となる。
うち表面に露出する部分は大気中にさらされるので腐食
されやすいものである。そこで、本発明では、Cu又はCu
合金のベース材料上の一部に本発明の摺動接点材料を埋
設したクラッド複合材であって、その摺動接点材料上の
少なくとも一部をAu又はAu合金で被覆したものとした。
Au又はAu合金は、耐食性に優れ且つ低接触抵抗を実現す
る良好な摺動接点材料として知られるが、非常に高価な
ため大量に使用することは経済的に不利なものとなる。
そこで、Au又はAu合金を一部分に被覆することでコスト
の増加を抑えると共に、本発明の摺動接点材料の腐食を
防止することとした。さらに、このようなクラッド複合
材をモータの整流子に使用すれば、使用初期時にはAu又
はAu合金の優れた接触抵抗特性により良好なモータ駆動
が可能となり、たとえ摩耗により、Au又はAu合金が破壊
されても、内部には本発明の摺動接点材料が存在するた
め、更に使用継続が可能となる。
更に、上記する本発明の、いわゆる二層又は三層クラ
ッド複合材を、整流子として直流小型モータに使用する
こととした。このようにすれば、安定して低接触抵抗を
実現でき、経時変化も少ない上、摩擦粉による支障がな
く、低い始動電圧で直流小型モータを駆動させることが
できる。また、このことは直流小型モータ自体の寿命を
長期化でき、モータを駆動させる充電式電池の寿命をも
伸ばすことが可能となる。
ッド複合材を、整流子として直流小型モータに使用する
こととした。このようにすれば、安定して低接触抵抗を
実現でき、経時変化も少ない上、摩擦粉による支障がな
く、低い始動電圧で直流小型モータを駆動させることが
できる。また、このことは直流小型モータ自体の寿命を
長期化でき、モータを駆動させる充電式電池の寿命をも
伸ばすことが可能となる。
図面の簡単な説明 図１は、二層クラッド複合材の斜視
図であり、図２三層クラッド複合材の斜視図である。
図であり、図２三層クラッド複合材の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態 本発明の一実施形態
について、以下に示す実施例１〜13を用いて説明する。
実施例１〜13は表１に示す組成のものであり、表１中に
記載する参考例１〜５、従来例１〜６、比較例１〜２は
本実施例との比較のための摺動接点材料を示している
（参考例はAg−Zn−Pd合金の摺動接点材料で、従来例及
び比較例は、本発明者等が従来使用していた整流子の摺
動接点材料を示す）。これらの摺動接点材料は各組成
で、溶解−鋳造−面削−溝ロールの順で加工し、5.5mm
角とし、その後熱処理（コンベア炉、650℃、250mm/mi
n）し、更に伸線加工を行い直径2mmの丸棒材として用い
た。
について、以下に示す実施例１〜13を用いて説明する。
実施例１〜13は表１に示す組成のものであり、表１中に
記載する参考例１〜５、従来例１〜６、比較例１〜２は
本実施例との比較のための摺動接点材料を示している
（参考例はAg−Zn−Pd合金の摺動接点材料で、従来例及
び比較例は、本発明者等が従来使用していた整流子の摺
動接点材料を示す）。これらの摺動接点材料は各組成
で、溶解−鋳造−面削−溝ロールの順で加工し、5.5mm
角とし、その後熱処理（コンベア炉、650℃、250mm/mi
n）し、更に伸線加工を行い直径2mmの丸棒材として用い
た。
上記組成の実施例１〜13、参考例１〜５、従来例１〜
６及び比較例１〜２の直径2mmの丸棒状試験材料を用
い、同形のAg−Pd50重量％の丸棒と十字交差させて、下
記の試験条件にて摺動試験を行い、摩耗量（摩耗体積）
を測定した。
６及び比較例１〜２の直径2mmの丸棒状試験材料を用
い、同形のAg−Pd50重量％の丸棒と十字交差させて、下
記の試験条件にて摺動試験を行い、摩耗量（摩耗体積）
を測定した。
摩耗体積を求めた時の摺動試験条件は次の通りであ
る。
る。
電流 DC170mA 荷重 25g 回転数 300rpm 振幅 0.5mm 温度、湿度 25℃、50％RH サイクル数 10万サイクル 可動接点材料 試験材料 固定接点材料 Ag−Pd50重量％ なお、摺動試験後の試験材料においては、可動接点材
料（試験材料）から固定接点材科（Ag−Pd50重量％）へ
材料の転移が起こっていた。この可動接点材料（試験材
料）の摩耗部分は、略楕円体に近似できるので、その摩
耗体積を下式により計算した。各摺動接点材料につ
き、10点を測定し、平均摩耗体積を算出した結果を表２
に示す。
料（試験材料）から固定接点材科（Ag−Pd50重量％）へ
材料の転移が起こっていた。この可動接点材料（試験材
料）の摩耗部分は、略楕円体に近似できるので、その摩
耗体積を下式により計算した。各摺動接点材料につ
き、10点を測定し、平均摩耗体積を算出した結果を表２
に示す。
次に、本発明に係るクラッド複合材の一実施形態につ
いて説明する。図１の斜視図は、Cu合金からなるベース
材の一部に本実施例で示す摺動接点材を埋設した、いわ
ゆる二層クラッド複合材と呼ばれるものを示している。
また、図２の斜視図は、Cu合金からなるベース材の一部
に本実施例で示す摺動接点材を埋設し、更にその埋設さ
れた摺動接点材の一部をAuにより被覆した、いわゆる三
層クラッド複合材と呼ばれるものを示している。また、
図1a及び図2a、2bは一条張り、図1bは二条張りのクラッ
ド複合材を示している。図中、符号１は本発明の摺動接
点材、図２の符号1'は埋設された摺動接点材１の一部露
出した部分を示す露出部、符号２はCu合金のベース材、
符号３はAuを示すものである。
いて説明する。図１の斜視図は、Cu合金からなるベース
材の一部に本実施例で示す摺動接点材を埋設した、いわ
ゆる二層クラッド複合材と呼ばれるものを示している。
また、図２の斜視図は、Cu合金からなるベース材の一部
に本実施例で示す摺動接点材を埋設し、更にその埋設さ
れた摺動接点材の一部をAuにより被覆した、いわゆる三
層クラッド複合材と呼ばれるものを示している。また、
図1a及び図2a、2bは一条張り、図1bは二条張りのクラッ
ド複合材を示している。図中、符号１は本発明の摺動接
点材、図２の符号1'は埋設された摺動接点材１の一部露
出した部分を示す露出部、符号２はCu合金のベース材、
符号３はAuを示すものである。
上記した二層クラッド複合材を各摺動接合材料によっ
て作製し、それらの接触抵抗の経時変化を測定した結果
について説明する。接触抵抗の経時変化については、各
摺動接点材料で形成した二層クラッド複合材を加速条件
下に放置することより評価した。加速条件は、温度60
℃、湿度90％の雰囲気に240時間放置するもので、各摺
動接点材料表面に酸化皮膜を生成させるためのエージン
グ処理するものである。そして、接触抵抗は、エージン
グ処理前後の各試料について、接触抵抗測定装置を用
い、Ptプローブ、接触荷重10gで四端子法にて各試料毎1
00点を測定した。その測定値は次式を用い統計的処理
し、各試料の接触抵抗値とした。
て作製し、それらの接触抵抗の経時変化を測定した結果
について説明する。接触抵抗の経時変化については、各
摺動接点材料で形成した二層クラッド複合材を加速条件
下に放置することより評価した。加速条件は、温度60
℃、湿度90％の雰囲気に240時間放置するもので、各摺
動接点材料表面に酸化皮膜を生成させるためのエージン
グ処理するものである。そして、接触抵抗は、エージン
グ処理前後の各試料について、接触抵抗測定装置を用
い、Ptプローブ、接触荷重10gで四端子法にて各試料毎1
00点を測定した。その測定値は次式を用い統計的処理
し、各試料の接触抵抗値とした。
表２及び表３に示す結果から本実施例の各組成の摺動
接点材料は次のような特性を有することが判明した。表
２より、実施例１及び２を除き本実施例の摺動接点材料
は、従来例又は比較例のものとほぼ同程度の耐摩耗性を
有することが確認できた。また、表３より、本実施例の
摺動接点材料からなる複合クラッド材はエージング処理
前においては、各従来例及び比較例と同程度の接触抵抗
を有し、エージング処理後の接触抵抗については、従来
例のものより若干悪くなった数値は見られるが、比較例
１及び２の示す数値のように極端な増加はしていなかっ
た。本実施例の示すエージング処理後の若干悪くなった
接触抵抗値でも、実用上要求される接触抵抗値としては
充分に満足できるものである。表２における実施例１及
び２では、従来例、比較例よりも若干耐摩耗性が劣る数
値を示したが、表３で示す接触抵抗値の結果と併せて評
価すると、実施例１及び２でも十分に実用上要求される
摺動接点材料の特性を備えたものと判断できた。
接点材料は次のような特性を有することが判明した。表
２より、実施例１及び２を除き本実施例の摺動接点材料
は、従来例又は比較例のものとほぼ同程度の耐摩耗性を
有することが確認できた。また、表３より、本実施例の
摺動接点材料からなる複合クラッド材はエージング処理
前においては、各従来例及び比較例と同程度の接触抵抗
を有し、エージング処理後の接触抵抗については、従来
例のものより若干悪くなった数値は見られるが、比較例
１及び２の示す数値のように極端な増加はしていなかっ
た。本実施例の示すエージング処理後の若干悪くなった
接触抵抗値でも、実用上要求される接触抵抗値としては
充分に満足できるものである。表２における実施例１及
び２では、従来例、比較例よりも若干耐摩耗性が劣る数
値を示したが、表３で示す接触抵抗値の結果と併せて評
価すると、実施例１及び２でも十分に実用上要求される
摺動接点材料の特性を備えたものと判断できた。
更に、上記する摺動接点材料を用いて実際に直流小型
モータを組み立て、モータの耐久性能を調べた結果につ
いて説明する。先ず、Cdを含む従来例１、参考例１、及
び本件発明に係る実施例10を用いて行った耐久試験結果
を示す。直流小型モータへの組み込みは、各組成の摺動
接点材料を用いて、図１に示す二層クラッド複合材を作
製し、そのクラッド複合材を三極コンミテータに加工し
て行った。
モータを組み立て、モータの耐久性能を調べた結果につ
いて説明する。先ず、Cdを含む従来例１、参考例１、及
び本件発明に係る実施例10を用いて行った耐久試験結果
を示す。直流小型モータへの組み込みは、各組成の摺動
接点材料を用いて、図１に示す二層クラッド複合材を作
製し、そのクラッド複合材を三極コンミテータに加工し
て行った。
耐久試験の条件は次の通りである。
電圧 1.2V トルク 15g−cm 回転方向 出力軸側から見て反時計方向（CCW） モード ５分オン30秒オフ 試験台数 10台 次に示す表４は、上記耐久試験の初期時及び500時間
後における各モータの定常電流、回転速度を調べた結果
を示している。
後における各モータの定常電流、回転速度を調べた結果
を示している。
表４に示すように本実施例10或いは参考例１の摺動接
点材料を用いたモータでは、Cdを含む従来例１の摺動接
点材料を使用したモータとほぼ同等の接触抵抗、耐久性
能を有していることが確認された。
点材料を用いたモータでは、Cdを含む従来例１の摺動接
点材料を使用したモータとほぼ同等の接触抵抗、耐久性
能を有していることが確認された。
続いて、Cdを含まない従来例５及び６と実施例３及び
９とを直流小型モータに組み込んで行った耐久試験結果
を表５に示す。直流モータへの組み込み、耐久試験の条
件は上記した耐久試験と同様であるため省略する。
９とを直流小型モータに組み込んで行った耐久試験結果
を表５に示す。直流モータへの組み込み、耐久試験の条
件は上記した耐久試験と同様であるため省略する。
表５に示すように従来例５の摺動接点材料では、モー
タ10台のうち最初の１台が260時間で、２台目が380時間
で停止し、さらに従来例６の摺動接点材料では10台中の
最初の１台が260時間で停止し、目標の400時間を満たさ
ないものが発生した。一方、実施例３又は実施例９の摺
動接点材料を使用したモータ10台の全てが400時間以上
の寿命を有することを確認した。
タ10台のうち最初の１台が260時間で、２台目が380時間
で停止し、さらに従来例６の摺動接点材料では10台中の
最初の１台が260時間で停止し、目標の400時間を満たさ
ないものが発生した。一方、実施例３又は実施例９の摺
動接点材料を使用したモータ10台の全てが400時間以上
の寿命を有することを確認した。
以上説明した試験結果をまとめると、本実施例の摺動
接点材料は、Cdを含まない合金ではあるが、接触抵抗
性、耐摩耗性については、Cdを含む摺動接点材料と同程
度のものであることが判った。また、従来から用いられ
ているCdを含まない他の摺動接点材料と比較しても実用
上遜色のないものであることが確認できた。更に、直流
小型モータに組み込んだ際には、Cdを含む摺動接点材料
と同程度の接触抵抗と耐摩耗性とを有し、従来から用い
られているCdを含まない他の摺動接点材料の場合よりも
明らかにモータの寿命時間を長期化できることが判明し
た。
接点材料は、Cdを含まない合金ではあるが、接触抵抗
性、耐摩耗性については、Cdを含む摺動接点材料と同程
度のものであることが判った。また、従来から用いられ
ているCdを含まない他の摺動接点材料と比較しても実用
上遜色のないものであることが確認できた。更に、直流
小型モータに組み込んだ際には、Cdを含む摺動接点材料
と同程度の接触抵抗と耐摩耗性とを有し、従来から用い
られているCdを含まない他の摺動接点材料の場合よりも
明らかにモータの寿命時間を長期化できることが判明し
た。
産業上の利用可能性 以上のように、本発明による摺動
接点材料は、Cdのような有害物質を含有しない合金組成
で、接触抵抗を低く維持することができ、電気的機能も
良好で且つ経時変化もなく、従来の摺動接点材料に比し
て実用上遜色のない耐摩耗性を有するものである。そし
て、この摺動接点材料は、特に充電式電池を使用する直
流小型モータを備える家庭用電化製品に応用することに
より、低い接触抵抗を経時的に維持し、低始動電圧でモ
ータを駆動することができるので、従来では実現できな
かったモータの長期連続使用を可能にすると共に、モー
タを駆動させる充電式電池の寿命をも伸ばすことが可能
となる。
接点材料は、Cdのような有害物質を含有しない合金組成
で、接触抵抗を低く維持することができ、電気的機能も
良好で且つ経時変化もなく、従来の摺動接点材料に比し
て実用上遜色のない耐摩耗性を有するものである。そし
て、この摺動接点材料は、特に充電式電池を使用する直
流小型モータを備える家庭用電化製品に応用することに
より、低い接触抵抗を経時的に維持し、低始動電圧でモ
ータを駆動することができるので、従来では実現できな
かったモータの長期連続使用を可能にすると共に、モー
タを駆動させる充電式電池の寿命をも伸ばすことが可能
となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白木 謙次 千葉県印旛郡本埜村竜腹寺280番地 マ ブチモーター株式会社技術センター内 (72)発明者 山本 俊哉 神奈川県平塚市新町２―73 田中貴金属 工業株式会社技術開発センター内 (72)発明者 麻田 敬雄 神奈川県平塚市新町２―73 田中貴金属 工業株式会社技術開発センター内 (72)発明者 中村 哲也 神奈川県平塚市新町２―73 田中貴金属 工業株式会社技術開発センター内 (56)参考文献 特開 平８−291349（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−104136（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−159138（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 5/06 - 5/08 H01H 1/02 H01R 39/04 H02K 13/00
Claims (6)
- 【請求項１】電気的、機械的摺動部の摺動接点材料に用
いるAg−Zn−Pd−Cu合金であって、0.1〜3.0重量％のZ
n、0.1〜1.5重量％のPd、0.1〜3.0重量％のCu、残部Ag
としたことを特徴とする摺動接点材料。 - 【請求項２】電気的、機械的摺動部の摺動接点材料に用
いるAg−Zn−Pd−Ni合金であって、0.1〜3.0重量％のZ
n、0.1〜1.5重量％のPd、0.01〜0.5重量％未満のNi、残
部Agとしたことを特徴とする摺動接点材料。 - 【請求項３】電気的、機械的摺動部の摺動接点材料に用
いるAg−Zn−Pd−Cu−Ni合金であって、0.1〜3.0重量％
のZn、0.1〜1.5重量％のPd、0.1〜3.0重量％のCu、0.01
〜0.5重量％未満のNi、残部Agとしたことを特徴とする
摺動接点材料。 - 【請求項４】Cu又はCu合金のベース材料上の一部に請求
項１〜３いずれかに記載の摺動接点材料を埋設したもの
であるクラッド複合材。 - 【請求項５】Cu又はCu合金のベース材料上の一部に請求
項１〜３いずれかに記載の摺動接点材料を埋設したクラ
ッド複合材であって、その摺動接点材料上の少なくとも
一部をAu又はAu合金で被覆したものであるクラッド複合
材。 - 【請求項６】請求項４又は請求項５に記載のクラッド複
合材を整流子として用いた直流小型モータ。
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