JP4195623B2

JP4195623B2 - 回転型電気部品

Info

Publication number: JP4195623B2
Application number: JP2003058805A
Authority: JP
Inventors: 悟松茂良; 亨佐々木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004273155A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動接点が固定接点上を摺動する回転型電気部品に係わり、特に電気的・機械的な摺動寿命を低コストで延ばせるようにした回転型電気部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発明に関連する従来技術としては、例えば特許文献１に記載されたものが存在する。
【０００３】
前記特許文献１には、摺動体と被摺動体の表面をＮｉ−Ｐ合金の１５原子％から２５原子％のリンを含有する非晶質被膜とした非晶質メッキ層を形成することにより、被摺動体の耐磨耗性及び耐食性を改善して電気的・機械的な摺動寿命を長くした自動車用電気部品に関する発明が記載されている。
【０００４】
また前記特許文献１には、被摺動体側に非晶質メッキ層を施すことが記載され、また摺動体側に非晶質メッキ層を施す場合にはブラシ自体に非晶質メッキ層を形成すればよいと記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−１４４８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被摺動体および摺動体の表面を同種の非晶質メッキとすると、両者の間が擬着しやすくなるという問題がある。しかも非晶質のＮｉ−Ｐメッキそのものは硬いものの、同種の金属どうしが摺動し合うとその強度を十分に発揮できなくなるため、特に被摺動体の表面を常時摺動している摺動体の摺動寿命が短くなりやすいという問題がある。
【０００７】
また、Ｎｉを含むメッキ層の表面は酸化が起きやすいため、接触抵抗が増大しやすくなるという問題もある。
【０００８】
さらに、特許文献１記載にものでは、リンの含有量が１５原子％以上、すなわち８．５ｗｔ％以上と高いため、導電抵抗が高いという問題もある。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、被摺動体（固定接点）の表面を摺動子（可動接点）が摺動する回転型電気部品において、特に摺動子の耐摩耗性を向上させ摺動寿命を低コストで延ばせるようにした回転型電気部品を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の導電体の表面に第１の保護層が形成された固定接点と、第２の導電体の表面に第２の保護層を有し且つ前記第１の保護層の表面を摺動する可動接点と、を備えた回転型電気部品において、
前記第１の保護層が結晶性のＮｉで形成された第１の下地層と、前記第１の下地層の表面にＡｇメッキが施された第１の表面層とで形成されており、
前記第２の保護層がＮｉを含む非晶質メッキからなる第２の下地層と、前記第２の下地層の表面に非晶質Ｐｄ−Ｐメッキからなる導電性の第２の表面層とで形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記において、前記第２の下地層の非晶質メッキが、Ｎｉ−ＰメッキまたはＮｉ−Ｂメッキで形成されているものが好ましい。
【００１２】
さらには前記第１の下地層が、ＮｉメッキまたはＮｉクラッド材で形成されているものが好ましい。
【００１３】
前記第２の導電体が、りん青銅、洋白、ベリリウム銅のいずれか１種で形成されているものである。
【００１４】
さらに上記において、前記Ｎｉ−Ｐメッキは、Ｐの含有量が８ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であり、その膜厚が１．０μｍ以上３．０μｍ以下であり、前記Ｐｄ−Ｐメッキは、Ｐの含有量が２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下であり、その膜厚が０．５μｍ以上１．０μｍ以下であるものが好ましい。また前記Ｎｉ−Ｂメッキは、Ｂの含有量が０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下であり、その膜厚が１．０μｍ以上３．０μｍ以下であり、前記Ｐｄ−Ｐメッキは、Ｐの含有量が０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下であり、その膜厚が０．５μｍ以上１．０μｍ以下であるものが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態として回転型電気部品の主要部の分解斜視図、図２は回転型電気部品の筺体と回転体とを示す図１のＡ−Ａ線における断面図、図３は図１のＢ方向からの矢視平面図、図４は本発明の主要部を示し、可動接点である摺動子と固定接点である導体部との拡大断面図である。
【００１８】
図１に示す回転型電気部品１はロータリーエンコーダを示しており、絶縁材である合成樹脂の成型品からなる筺体２と合成樹脂の成型品からなる回転体４を有している。
【００１９】
前記筺体２の中心部には図示上下方向に貫通する中空部２ａを有する円筒状の筒部２ｂが設けられている。また前記筒部２ｂの基部から径方向の外方に延びる底部２ｃが設けられ、この底部２ｃの外周部から上方に延びる四角状の側部２ｄが一体に形成されている。前記底部２ｃは、前記側部２ｄと筒部２ｂとの間に形成された凹部からなるリング状の収納部を形成している。
【００２０】
図２および図３に示すように、筺体２の底部２ｃには導電部（固定接点）３（個別に３ａ，３ｂ，３ｃで示す）が埋設された状態で設けらている。前記導電部３ａは円弧形状をしており、その一部は前記側部２ｄから外方に突出されると共に下方に折り曲げられた端子部３ａ１を形成している。図３に示すものでは、導電部３ｂが底部２ｃ内に周方向に所定の間隔を置いて間欠的に形成された４つの島から形成されている。個々の導電部３ｂは、底部２ｃに埋設された部分において電気的に連結され全て同電位に設定されている。そして、導電部３ｂの一部は前記端子部３ａ１の左隣の位置にて前記側部２ｄから外方に突出されると共に下方に折り曲げられた端子部３ｂ１を形成している。同様に、導電部３ｃも前記底部２ｃ内に電気的に連結された４つの島から形成されており、その一部は前記端子部３ａ１の右隣の位置にて前記側部２ｄの外方に突出された端子部３ｃ１を形成している。
【００２１】
一方、図１および図２に示すように、回転体４の中央部には円筒状の軸部４ａが設けられ、この軸部４ａの基部の周囲にはリング状のフランジ部４ｂが形成されている。前記フランジ部４ｂの表面には凹凸部４ｃが形成され、また図２に示すように前記フランジ部４ｂの底面には図示下方に突出する複数の凸部４ｄが形成されている。
【００２２】
図２に示すように、前記フランジ部４ｂの下部にはリング状に形成された金属製の板バネ５が設けられている。前記板バネ５は前記複数の凸部４ｄの先端を熱カシメする等して、回転体４の底面に一体に取り付けられている。前記板バネ５の下面には、図示下方に凸状に突出する３ヶの摺動子（可動接点）５ａ，５ｂ，５ｃ（５ｃは図示せず）がプレス加工などによって形成されている。なお、前記３ヶの摺動子５ａ，５ｂ，５ｃは、前記リング状の板バネ５の底面に互いに所定の中心角度を隔てて形成されている。
【００２３】
前記板バネ５が設けられた回転体４は、前記軸部４ａ内に筐体２の筒部２ｂが挿通され、フランジ部４ｂと板バネ５が前記底部２ｃ内に収納されて、筺体２に対し回転自在に取り付けられる。なお、摺動子５ａ，５ｂ，５ｃは板バネ５の弾性力によって、前記底部２ｃを弾圧している。
【００２４】
このとき、前記摺動子５ａ，５ｂ，５ｃのいずれか１つが前記導電部３ａに接触するとともに、残りの２つの摺動子のうち一方の摺動子が導電部３ｂまたは３ｃのいずれかの島に接触し、他方の摺動子は導電部３ｂまたは３ｃを形成する島と島との間の底部２ｃに接触するようになっている。
【００２５】
例えば、摺動子５ａが導電部３ａに接触し、摺動子５ｂが導電部３ｂのいずれかの島に接触しているときには、残りの摺動子５ｃは導電部３ｃを形成する島と島の間の非導電部である底部２ｃに位置している。そして、回転体４を例えば時計周り方向にわずかに回転させると、摺動子５ａと導電部３ａとの接触状態は維持されるが、一方の摺動子５ｂは導電部３ｂを形成する島と島の間の底部２ｃに至り、他方の摺動子５ｃが導電部３ｃを形成するいずれかの島に接触するようになる。そして、さらに回転体４が時計周り方向に回転させられ、摺動子５ａが導電部３ａから外れようとすると、今度は摺動子５ｃが導電部３ａに接触するようになり、常に導電部３ａは摺動子５ａ、５ｂ，５ｃいずれか１つと接触する状態が維持され、残りの２つの摺動子は上記の関係が維持されるようになっている。
【００２６】
すなわち、回転体４を時計周り方向または反時計周り方向に回転させると、前記導電部３ｂに接触しているいずれかの摺動子と、前記導電部３ｃに接触しているいずれかの摺動子との間に位相差が生じるようになっている。
【００２７】
このため、前記端子部３ａ１を共通電極としてグランド電位に接地しておき、残りの端子部３ｂ１および３ｃ１に所定の電圧を印加した状態において、前記回転体４を時計周り方向または反時計周り方向に回転させると、端子部３ｂ１および端子部３ｃ１から位相の異なるパルス信号が出力されるようになっている。そして、前記端子部３ｂ１から出力されるパルス信号と前記端子部３ｃ１から出力されるパルス信号から、回転体４の回転方向と回転速度などを検出することが可能となっている。
【００２８】
次に、摺動子（可動接点）と導電部（固定接点）との関係について説明する。
図４に示すように、固定接点である導電部３（導電部３ａ，３ｂ，３ｃ）は、例えばりん青銅、洋白などの導電性金属板（第１の導電体）３Ａから形成されている。前記導電性金属板３Ａの表面には第１の下地層３Ｂが形成され、さらにその表面には第１の表面層３Ｃが形成されている。前記第１の下地層３Ｂと第１の表面層３Ｃは、導電性金属板３Ａの表面を保護する第１の保護層として機能している。
【００２９】
前記第１の下地層３Ｂは、導電性金属板３Ａの酸化または硫化あるいは粒界腐食等を防ぐことを目的とするものであり、例えば導電性金属板３Ａの表面にＮｉを電気化学的に析出（電着）させる電気メッキ法により形成された結晶性のＮｉメッキである。あるいは、薄いＮｉ平板を加圧接着や圧延によって合わせ板にしたＮｉクラッド材で形成されていてもよい。また第１の表面層３Ｃは、前記第１の下地層３Ｂを形成するＮｉの表面の酸化を防ぐことを目的とするものであり、例えば電気メッキ法により形成されたＡｇメッキなどである。
【００３０】
一方、可動接点である前記摺動子５ａ，５ｂ，５ｃ（図４では摺動子５ａのみ）は、少なくとも銅を含むとともにバネ性を有する金属、例えばりん青銅、洋白、あるいはベリリウム銅などの導電性金属（第２の導電体）５Ａから形成されている。前記導電性金属５Ａの表面には第２の下地層（下地メッキ）５Ｂが形成され、さらにその表面には第２の表面層（表層メッキ）５Ｃが形成されている。前記第２の下地層５Ｂと第２の表面層５Ｃは、導電性金属５Ａの表面を保護する第２の保護層として機能している。
【００３１】
前記可動接点（摺動子）側の第２の下地層５Ｂは、以下に示す無電解メッキ浴で導電性金属５Ａの表面に非晶質のＮｉ−ＰメッキまたはＮｉ−Ｂメッキを施したものである。
【００３２】
すなわち、前記Ｎｉ−Ｐメッキを施す無電解メッキ浴は、硫酸ニッケル（３０ｇ／リットル）、ホスフィン酸ナトリウム（１０ｇ／リットル）、酢酸ナトリウム（１０ｇ／リットル）およびｐＨ調整剤（適当量）を含む水溶液（ｐＨ＝４〜６、９０℃）からなり、前記導電性金属５Ａの表面に８ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の範囲のリン（Ｐ）を含有するＮｉ−Ｐ合金の非晶質被膜を、所定の膜厚（表１参照）で析出させたものである。
【００３３】
また前記Ｎｉ−Ｂメッキを施す無電解メッキ浴は、硫酸ニッケル（３０ｇ／リットル）、マロン酸ナトリウム（３４ｇ／リットル）、ホウ酸（３０ｇ／リットル）、塩化アンモニウム（３０ｇ／リットル）、ジメチルアミンボラン（３．４ｇ／リットル）およびｐＨ調整剤（適当量）を含む水溶液（ｐＨ＝５〜７、６０℃）からなり、前記導電性金属５Ａの表面に０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下の範囲のボロン（Ｂ）を含有するＮｉ−Ｂ合金の非晶質被膜を、所定の膜厚（表１参照）で析出させたものである。
【００３４】
一方、可動接点（摺動子）側の第２の表面層５Ｃは、以下に示す無電解メッキ浴で前記第２の下地層５Ｂ（下地メッキ）の表面に非晶質のＰｄ−Ｐメッキを形成したもの、あるいはＡｇメッキを施したものである。
【００３５】
すなわち、非晶質のＰｄ−Ｐメッキを施す無電解メッキ浴は、塩化パラジウム（０．０１モル／リットル）、エチレンジアミン（０．０８モル／リットル）、ホスフィン酸ナトリウム（０．０６モル／リットル）、チオジグリコール酸（０．０３ｇ／リットル）およびｐＨ調整剤（適当量）を含む水溶液（ｐＨ＝６〜８、５０℃）からなり、前記第２の下地層５Ｂの表面に２ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の範囲でリン（Ｐ）を含有するＰｄ−Ｐ合金の非晶質被膜を、膜厚０．５μｍ以上１．０μｍ以下の範囲で析出させたものである。
【００３６】
また第２の表面層５ＣがＡｇメッキである場合には、銀イオンや銀錯イオンを含む電解質に直流又はパルス電流を流し（電気メッキ法）、陰極となる前記第２の下地層５Ｂの表面に結晶質の金属銀を膜厚１．０μｍ以上２．０μｍの範囲で析出させたものである。
【００３７】
上記の方法で生成した可動接点と固定接点との耐磨耗性試験の結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１は、上記回転型電気部品１の前記筐体２の底部２ｃの直径φをφ＝２０ｍｍとして回転体４を回転させた場合に、前記摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの摩耗の程度から見た摺動寿命を回転体４の周回数で示したものである。
【００４０】
表１では、摺動子の摺動寿命が１０万回以下のものを×印（不可）、１０万回を超えて４０万回以下のものを△印（可）、４０万回を超えて８０万回以下のものを○印（良）、８０万回を超えるものを◎印（優）として判定している。なお、表１には摺動子の下地メッキ（第２の下地層５Ｂ）にＮｉメッキを膜厚１．０〜２．０μｍで施し、これに表層メッキ（第２の表面層５Ｃ）として非晶質のＰｄ−ＰメッキまたはＡｇメッキを施したものを比較例として掲載してある。
【００４１】
表１に示すように、摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの下地メッキ（第２の下地層５Ｂ）が膜厚（メッキ厚）１．０μｍ以上３．０μｍ以下のＮｉ−Ｂメッキとした場合には、表層メッキ（第２の表面層５Ｃ）としてＰｄ−ＰメッキおよびＡｇメッキのいずれを使用した場合であっても摺動子の摺動寿命を６０万回以上と長くできることがわかる。また下地メッキ（第２の下地層５Ｂ）を膜厚１．０μｍ以上３．０μｍ以下のＮｉ−Ｐメッキとした場合であっても、Ｎｉ−Ｂメッキほどではないが、摺動寿命を３０万回以上とすることができる。
【００４２】
これらのことは、非晶質Ｎｉ−Ｂの硬度は、ビッカース硬度が８００ＨＶと非晶質Ｎｉ−Ｐの硬度（ビッカース硬度５００〜５５０ＨＶ）よりも高いため、非晶質Ｎｉ−Ｂを使用した方が摺動寿命をさらに延ばすことが可能であることを示している。また摺動寿命は、直接導電部３と接触する第２の表面層５Ｃの材質にも影響を与えられるが、これを支える第２の下地層５Ｂの影響が大きいことがわかる。
【００４３】
そして、固定接点側である導電部３の第１の表面層３Ｃを比較的安価で柔らかいＡｇメッキで形成し、この表面を摺動する可動接点側の摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの表層メッキ（第２の表面層５Ｃ）をそれよりも硬度の硬い非晶質Ｐｄ−Ｐメッキで形成することにより、低コストで長寿命化を図ることが可能となっている。すなわち、回転体４を回転させることに伴なって、常時接していない固定接点側の導電部３ａ，３ｂ，３ｃを比較的柔らかい材料で形成し、常時摺動する可動接点側の摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの方を、上記実施の形態に示すように硬い材料で形成しているので、両者の削れを抑えることができ、衝動寿命を向上させることができる。
【００４４】
また可動接点側の摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの表層メッキ（第２の表面層５Ｃ）を非晶質Ｐｄ−Ｐメッキとした場合には、前記固定接点側の導電部３の第１の表面層３Ｃを形成するＡｇメッキとは金属の材質を異ならせることができるため、両者の間に凝着が生じるのを防止できる。
【００４５】
なお、摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの表層メッキ（第２の表面層５Ｃ）をＡｇメッキで形成すると、導電部３の第１の表面層３Ｃと同種の金属となるため、摺動子５ａ，５ｂ，５ｃと導電部３との間に凝着が生じやすくなる。しかし、その場合であっても摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの下地メッキ（第２の下地層５Ｂ）を非晶質Ｎｉ−Ｂメッキまたは非晶質Ｎｉ−Ｐメッキで形成しておくと、摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの摺動寿命を延ばすことが可能である。
【００４６】
さらに、非晶質Ｐｄ−Ｐは酸化しにくいため、摺動時の接触抵抗を低くできる。
【００４７】
上記においては、非晶質Ｎｉ−ＢメッキのＢの含有率を０．１〜１．０ｗｔ％としたが、０．１ｗｔ％以上とした場合には下地メッキが柔らかくなるのを防止できるため、この下地メッキとともに表層メッキが削れて摺動寿命が短くなるのを回避できる。また１．０ｗｔ％以下としたため、摺動子５ａ，５ｂ，５ｃの導電抵抗を低下させることが可能である。
【００４８】
また上記実施の形態では、非晶質Ｐｄ−ＰメッキのＰの含有率を２．０ｗｔ％以上としたため、Ｐｄ−Ｐメッキの硬度を確保することができる。また５．０ｗｔ％以下としたため、Ｐｄ−Ｐメッキの導電性も確保できる。
【００４９】
しかも、この実施の形態では、可動接点側の表層メッキ（第２の表面層５Ｃ）の下に下地メッキ（第２の下地層５Ｂ）としてＮｉ−ＰメッキまたはＮｉ―Ｂメッキを介在させた構成としたため、表層メッキであるＰｄ−ＰメッキまたはＡｇメッキの膜厚を必要以上に厚く形成する必要がない。よって、材料費として値段の高いＰｄやＡｇの使用量を抑えることができるため、製造コストを低減することが可能となる。
【００５０】
また、この様に第１，第２の下地層３Ｂ，５Ｂを設けて、それをＮｉ系の材料で形成しているので、第１，第２の導電体３Ａ，５Ａがリン青銅、洋白、ベリリウム銅等の銅合金であっても、銅酸化物がＡｇあるいはＰｄ−Ｐの表面にまで至ることはなく、よって接触の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明では、摺動子の電気的・機械的な摺動寿命を延ばすことが可能な回転型電気部品を低コストで提供できる。
【００５２】
また摺動子と被摺動体との間の接触抵抗や導電抵抗を低減することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として回転型電気部品の主要部の分解斜視図、
【図２】回転型電気部品の筺体と回転体とを示す図１のＡ−Ａ線における断面図、
【図３】図１のＢ方向からの矢視平面図、
【図４】本発明の主要部を示し、可動接点である摺動子と固定接点である導体部との拡大断面図、
【符号の説明】
１回転型電子部品
２筐体
２ｃ底部
３，３ａ，３ｂ，３ｃ導電部（固定接点）
３ａ１，３ｂ１，３ｃ１端子部
３Ａ導電性金属板（第１の導電体）
３Ｂ第１の下地層
３Ｃ第１の表面層
４回転体
５板バネ
５Ａ導電性金属（第２の導電体）
５Ｂ第２の下地層（下地メッキ）
５Ｃ第２の表面層（表層メッキ）
５ａ，５ｂ，５ｃ摺動子（可動接点）

Claims

第１の導電体の表面に第１の保護層が形成された固定接点と、第２の導電体の表面に第２の保護層を有し且つ前記第１の保護層の表面を摺動する可動接点と、を備えた回転型電気部品において、
前記第１の保護層が結晶性のＮｉで形成された第１の下地層と、前記第１の下地層の表面にＡｇメッキが施された第１の表面層とで形成されており、
前記第２の保護層がＮｉを含む非晶質メッキからなる第２の下地層と、前記第２の下地層の表面に非晶質Ｐｄ−Ｐメッキからなる導電性の第２の表面層とで形成されていることを特徴とする回転型電気部品。
前記第２の下地層の非晶質メッキが、Ｎｉ−ＰメッキまたはＮｉ−Ｂメッキで形成されている請求項１記載の回転型電気部品。
前記第１の下地層が、ＮｉメッキまたはＮｉクラッド材で形成されている請求項１または２に記載の回転型電気部品。
前記第２の導電体が、りん青銅、洋白、ベリリウム銅のいずれか１種で形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の回転型電気部品。
前記Ｎｉ−Ｐメッキは、Ｐの含有量が８ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であり、その膜厚が１．０μｍ以上３．０μｍ以下であり、
前記Ｐｄ−Ｐメッキは、Ｐの含有量が２．０ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下であり、その膜厚が０．５μｍ以上１．０μｍ以下である請求項２ないし４のいずれかに記載の回転型電気部品。
前記Ｎｉ−Ｂメッキは、Ｂの含有量が０．１ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下であり、その膜厚が１．０μｍ以上３．０μｍ以下であり、
前記Ｐｄ−Ｐメッキは、Ｐの含有量が０．１ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下であり、その膜厚が０．５μｍ以上１．０μｍ以下である請求項２ないし４のいずれかに記載の回転型電気部品。