JP4301089B2 - 摺動接点部材 - Google Patents

Description

本発明は、摺動接点部材に関するものであり、例えばＣＴスキャン、新聞用輪転機等の回転部位において、信号伝達や装置駆動用電源の接触片として使用される摺動接点部材に関するものである。

従来、摺動を伴う電気機器の摺動接点部材には、Ａｇ−グラファイト、Ａｇ−Ｃｕ、Ｐｔ−Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ等、銀及び貴金属をベースとした材料が用いられていた（例えば特許文献１）。しかしながら、これらの材料を使用した摺動接点部材は、抵抗率が低く、電気伝導率が高い銀以外の材料がベースとして含まれるため、電気的摩耗が生じやすく、充分な使用期間が得られなかった。また特許文献１では、潤滑剤を直接含有させていないため、十分な潤滑性が得られない。

このため、特許文献２及び特許文献３に開示されるように、摺動接点部材の材料として、抵抗率が低く、電気伝導率や熱伝導率が高い銅や銀をベースとした材料を用い、潤滑剤としてフッ素系潤滑油やポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」とする。）樹脂を用いることが検討されている。

しかし特許文献２で用いられているフッ素系潤滑油は、潤滑油中にＰＴＦＥ粉末を分散させたものであるが潤滑油との比重差によりＰＴＦＥ粉末の沈殿が発生するなど均一分散が困難である。このためフッ素系潤滑油を用い、摺動接点部材を製造した場合には機械的摩耗が生じやすく、十分な使用期間が得られない。また同文献が開示する発明は、銅又は銀をベースとした材料を用いた摺動接点部材であるが、銅をベースとした材料を用いた場合には、銀をベースとした材料を用いた場合と比較すると、摺動接点部材の電気伝導率や熱伝導率が低くなり、電気的摩耗が生じやすくなる。
さらに特許文献３は、潤滑剤について検討した、低粘性のロウ質ＰＴＦＥを用い、高温作用に適応可能とした自己潤滑メタル軸受けについての発明であるが、金属粉を高い温度で焼結することによって得られる本質的強度は得られない等、長期間にわたり性能を維持し、使用することが考慮されていない。
特開昭５９−５６５４５号公報 特開昭５７−５７４１９号公報 米国特許３，２７３，９７７号明細書

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高い電気伝導度、熱伝導率を備えるだけでなく、潤滑性を有し、長期間にわたり性能を維持して使用可能な摺動接点部材を提供することを課題する。

本発明は、請求項１に記載するように、潤滑剤としてのテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体と、銀及び不可避不純物とを有し、該潤滑剤を０．３〜３．０質量％含有する接点材料からなり、相対密度が８０％以上であることを特徴とする摺動接点部材である。

また請求項１記載の摺動接点部材は、請求項２に記載するように、前記接点材料が、さらに少なくともグラファイト、Ｎｉ、Ｃｕ、ＮｉＯ、ＣｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯ、ＴｅＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ のうちいずれか１種以上の添加物を、合計して０．３〜１０．０質量％含有し、該添加物及び前記潤滑剤の残部が前記銀及び不可避不純物であることが好ましい。

また請求項２に記載の摺動接点部材は、請求項３に記載するように、前記添加物が、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯのうちいずれか１種以上であることが好ましい。

上記のように構成された本発明によれば、高い電気伝導度、熱伝導率、及び潤滑性を有し長期間にわたり性能を維持して使用可能な摺動接点部材を提供することができる。

以下、本発明の摺動接点部材について、最良の実施形態を説明する。
本発明の摺動接点部材は、材料（以下、「接点材料」とする。）として、銀に対し、潤滑剤としてテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、「ＰＦＡ」とする。）粉末を用いる。さらに必要に応じてグラファイト、Ｎｉ、Ｃｕ、ＮｉＯ、ＣｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯ、ＴｅＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ を、好ましくはＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯを添加する。

ここで潤滑剤として用いるＰＦＡ粉末は、摺動接点部材に潤滑性を与えるため０．３〜３．０質量％の範囲で用いられる。０．３質量％未満の場合には、潤滑剤の作用である潤滑性が得られず、３．０質量％を超える場合には、機械的摩耗に対し極度の低下がみられるからである。

また必要に応じ添加するグラファイト、Ｎｉ、Ｃｕ、ＮｉＯ、ＣｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯ、ＴｅＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ は、単独で用いても、２種以上を合わせて用いてもよいが、合計して０．３質量％〜１０．０質量％の範囲で添加することが好ましい。特にＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯを用いることが好ましいが、この場合も同様に、単独で用いても、２種以上を合わせて用いてもよいが、合計して０．３質量％〜１０．０質量％の範囲で添加することが好ましい。
これは上記添加成分が、全て、機械的摩耗及び耐アーク性、耐溶着性等の電気的摩耗に対して向上作用を示し、添加割合が０．３質量％未満ではこれらの作用が得られず、１０．０質量％を超えると電気伝導度及び熱伝導度に低下傾向があり、接触抵抗の増加に伴う発熱量の増大により電気摩耗への効果が激減するためである。特にＣｕＯ、ＺｎＯを用いることが好ましいのは、他の添加成分よりも、顕著な、機械的摩耗に対する向上作用を得ることができるためである。また特にＭｏＯ₃ を用いることが好ましいのは、ＭｏＯ₃ が昇華しやすく、摺動時に発生しうるアークによる熱を、昇華熱として消費することができるためである。これにより、アークによって発生した熱またはアークの発生自体を抑制する効果が期待でき、電気的摩耗に対する向上作用がある。

これらの接点材料を均一に混合し、圧力をかけることで成形し、これを焼結させることで、相対密度が８０％以上の摺動接点部材を得る。
相対密度が８０％未満では接点材料としての機械的強度が得られず潤滑剤の潤滑性が損なわれるためである。

以下、本発明の摺動接点部材について、実施例を示す。
Ａｇ粉末（日本重金属工業（株）製）（一部、不可避不純物）に対し、表１に示す割合で、ＰＦＡ粉末（三井・デュポンフロロケミカル（株）製）及び粉末状のグラファイト（日本黒鉛工業（株）製）、Ｎｉ粉（インコリミテッド日本支社製）、Ｃｕ粉（福田金属箔粉工業（株）製）、ＮｉＯ粉（純正化学（株）製試薬）、ＣｄＯ粉（純正化学（株）製試薬）、ＳｎＯ₂ 粉（福田金属箔粉工業（株）製）、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 粉（純正化学（株）製試薬）、ＣｕＯ粉（純正化学（株）製試薬）、ＭｏＯ₃ 粉（純正化学（株）製試薬）、ＺｎＯ粉（純正化学（株）製試薬）、ＴｅＯ₂ 粉（純正化学（株）製試薬）、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 粉（純正化学（株）製試薬）を添加し、接点材料を調製した。表１の割合は、質量％で記載し、空欄は０質量％を意味し、残部はＡｇ粉末（一部、不可避不純物）である。なお「比」は、比較例である。

この接点材料をボールミルにて均一混合し、８ｔ／ｃｍ² の成形圧力をかけ、成形体を得た。この成形体を、大気中で３００℃にて２時間焼成し、摺動接点部材を得た。

この摺動接点部材を５．４ｍｍ×８．０ｍｍ×２．０ｍｍの大きさにし、Ｂｅ−Ｃｕ板バネに半田付けした。このＢｅ−Ｃｕ板バネ上の摺動接点部材に対して、４Ｎの接触力で、リング材（硬質Ａｇメッキが施された真鍮（外径φ１０００、内径φ８５０））を、回転速度７５ｒｐｍで１０００万回転（比較例は５００万回転）させたときの、摺動接点部材の摩耗量（ｍｍ）を表２に示した。なお「比」は、比較例である。

表２からわかるように、実施例のＮｏ１〜３９の摺動接点部材は、摩耗量が１．０２ｍｍ以下であり、機械的強度を備え、長期間にわたり性能を維持して使用可能である。特に添加成分として、特にＣｕＯ、ＺｎＯを用いたＮｏ１〜３、Ｎｏ１９〜２１、Ｎｏ３１〜３３は、摩耗量がより少なく、より機械的強度を備え、より長期間にわたり性能を維持して使用可能である。
一方、比較例のＰＦＡ粉末未使用の摺動接点部材は、実施例に対し回転数が半減しているにも拘わらず、摩耗量が１．４２ｍｍと、機械的強度が不十分であり、長期間にわたり性能を維持して使用するに問題がある。

Claims (3)

1. 潤滑剤としてのテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体と、銀及び不可避不純物とを有し、該潤滑剤を０．３〜３．０質量％含有する接点材料からなり、相対密度が８０％以上であることを特徴とする摺動接点部材。
2. 前記接点材料は、さらに少なくともグラファイト、Ｎｉ、Ｃｕ、ＮｉＯ、ＣｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯ、ＴｅＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ のうちいずれか１種以上の添加物を、合計して０．３〜１０．０質量％含有し、該添加物及び前記潤滑剤の残部が前記銀及び不可避不純物であることを特徴とする請求項１に記載の摺動接点部材。
3. 前記添加物が、ＣｕＯ、ＭｏＯ₃ 、ＺｎＯのうちいずれか１種以上であることを特徴とする請求項２に記載の摺動接点部材。