JPH08251877A - 電気摺動接点材料 - Google Patents
電気摺動接点材料Info
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- JPH08251877A JPH08251877A JP5213295A JP5213295A JPH08251877A JP H08251877 A JPH08251877 A JP H08251877A JP 5213295 A JP5213295 A JP 5213295A JP 5213295 A JP5213295 A JP 5213295A JP H08251877 A JPH08251877 A JP H08251877A
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Abstract
できると共に、継時的に安定した摺動特性が得られ、加
工性も優れた電気摺動接点材料を提供する。 【構成】 基礎材がAu,Ag,Pd,Pt,Ru,R
h,Cu,Ir,In,Ni,Sn,Zn,Beのいず
れかの金属またはこれら2種以上からなる合金で形成さ
れ、基礎材の摺動面に炭素イオンを注入したことを特徴
とする。
Description
や整流子片などに使用される電気摺動接点材料に関する
ものである。
示す斜視図である。図において1は刷子、2は摺動面、
3は刷子基部、4は刷子端部、5は整流子である。前記
刷子1は、例えばCu−Be系合金の刷子母材1aに、
刷子接点1bを所謂クラッド法などにより埋設した薄帯
を打ち抜き加工したものである。また整流子5は、複数
の整流子片5nを絶縁部材5aに埋設したものである。
そして刷子接点1bと整流子片5nとが摺動することに
より、モータの電機子に供給される電流を整流し、電機
子に発生する回転磁界によりマイクロモータが駆動され
る。その際の摺動による摩耗特性がマイクロモータの駆
動特性に重大な影響を及ぼすことが知られている。
電気摺動接点材料が提案されている。
しては、弾性係数や電気伝導性などの特性を考慮し、A
u,Ag,Pd,Pt,Ru,Rh,Cu,Ir,I
n,Ni,Sn,Zn,Beなどから選ばれた2種以上
の金属を成分とする合金薄帯体が使用されている。例え
ば、特開昭63−257437号公報に記載されている
ように、刷子母材1aにはBe0.5〜0.15 ,Fe
〈=0.2 ,Co0.15〜0.6 ,Si〈=0.2 ,A
1〈=0.2 ,Cu残部のようなCu−Be系合金、刷子
接点1bには、Ag30,Pd35,Cu14,Pt10,Au
10,Zn1 からなるAg−Pd系合金、整流子片5nと
しては、Au65〜75,Pt3〜7 ,Ag7〜13,Cu
11〜17,Ni0.5〜1.5 からなる合金が使用されてい
る。
(刷子接点1bや整流子片5n)で摺動面を構成する刷
子1と整流子5は、起動停止の頻繁な摺動動作において
は金属間凝着に起因した摩耗が激しく、これがマイクロ
モータの駆動特性を阻害して、短寿命となる欠点があっ
た。
1種または2種以上を付加した合金が考えられるが、塑
性加工性が悪く均質な薄帯化が困難で、また摩耗と共に
添加元素の酸化物の量が増し、接触抵抗が増加するとい
う問題がある。
Pd35,Ag30,Cu14,Zn1 の刷子接点1bと、合
金組成Au70,Pt5 ,Ag10,Cu14,Ni1 の整流
子片5nにおいて、スパッタリングやイオンプレーティ
ング、蒸着、またはCVD(Chemical Vap
er Deposition)などの手法により、0.
01〜3μm程度の異種金属を成膜し、更に水素雰囲気
中500度〜600度で熱拡散させることにより、摺動
時の金属間凝着を抑制し耐摩耗性を向上させようとする
試みがなされている。
る拡散元素としては、Nb,In,Ba,Cd(特開昭
63−89035号公報)や、Sb,Te,Pb,S
e,As,Zn(特開昭63−89036号公報)や、
B,Si,Ge,Tl(特開昭63−89037号公
報)や、Al,Ga,Mn(特開昭63−89038号
公報)や、Co,Sn,Ti(特開昭63−89039
号公報)や、Cr,Mg,Zr,P(特開昭63−89
040号公報)などがある。
は、拡散元素の材料表面からの濃度勾配が避けられず経
時的に安定した駆動特性が本質的に得にくいという欠点
がある。
整流子片との関係におけるように、起動停止の頻繁な摺
動動作を行う電気摺動接点の材料についての上記諸問題
点を解決し、金属間凝着に起因した摩耗を抑制すること
ができると共に、継時的に安定した摺動特性が得られ、
加工性にも優れた電気摺動接点材料を提供することを目
的とする。
料は、基礎材がAu,Ag,Pd,Pt,Ru,Rh,
Cu,Ir,In,Ni,Sn,Zn,Beのいずれか
の金属またはこれら2種以上からなる合金で形成され、
基礎材の摺動面に炭素イオンを注入したことを特徴とす
る。
dose(ion/cm2 )であること、またその注入
深度が表面から0.8μm以上であることが好適であ
る。
素イオンと共に、周期律表の第IVa、Va、VIa族
から選ばれたいずれかの金属元素をイオン注入すると好
適である。
a,Cr,Mo,W,Re,Ru,Os,Rh,Ir,
Ptのいずれかであり、その金属イオンの注入量が10
10〜1020dose(ion/cm2 )であると好適で
ある。
u,Rh,Cu,Ir,In,Ni,Sn,Zn,Be
のいずれかの金属またはこれらの2種以上からなる合金
で形成された基礎材の摺動面に、炭素イオンを注入する
ことで、材料表面に上記合金内に炭素が取り込まれた皮
膜が形成され、これが潤滑作用を行うものとなり、機械
的金属間凝着に起因した摩耗を防止すると共に、放電に
よる電気的な金属間凝着に起因した摩耗を防止する作用
を営む。
行うことができ、材料表面からの濃度勾配を少なくで
き、継時的に安定した特性を示す電気摺動接点の材料と
なる。
成分で構成されるので、加工性がよい。
e(ion/cm2 )以下であれば炭素注入効果が少な
く、一方1020dose(ion/cm2 )以上であれ
ば表面の注入イオン濃度が飽和してしまう為、1017〜
1020dose(ion/cm2 )が好適である。
0.8μm以上とすることで、より一層継時的に安定し
た摺動特性が得られ、例えばマイクロモータの整流子片
や刷子接点に適用すれば、その耐久性をより一層向上さ
せることができる。
族から選ばれたいずれかの金属元素を炭素と共にイオン
注入することで、上記炭素イオンの注入による潤滑作用
と共に前記金属による表面改質によって、摺動動作に伴
う放電による電気的な金属間凝着に起因した摩耗に対し
てより一層優れた特性を有する電気摺動接点材料とな
る。
b,Ta,Cr,Mo,W,Re,Ru,Os,Rh,
Ir,Ptのいずれかであり、その金属イオンの注入量
が1010〜1020dose(ion/cm2 )であれ
ば、上記元素は高融点の元素であり、起動停止の頻繁な
摺動動作に伴う放電による電気的な金属間凝着に起因し
た摩耗を大幅に改善する接点材料となる。
ながら詳細に説明する。図1は本発明の電気摺動接点材
料をマイクロモータの刷子接点に適応した第1実施例を
示す。
の合金組成がBe1 ,Fe0.1 ,Co0.3 ,Si0.2 ,
Al0.1 ,Cu残部の刷子母材1aに埋設したものであ
る。
金組成がAg30,Pd35,Cu14,Pt10,Au10,Z
n1 である薄帯状の基礎材に対してイオン注入が行われ
ている。一方整流子5は、最外層が1μmのAu60,A
g40の合金で、中間層が厚さ30μmのAg99,Cd1
合金、更に内層を厚さ1mmのCuとした整流子片5n
を外径3mmの円環状とし、絶縁部材5aに埋没固定さ
れている。
ROWN.G,;”The Metal Vapor
Vacuum Arc(MEVVA) High Cu
rrent Ion Source”.IEEE Tr
ans.on Nuclear Sience Vo
l.NS−32,No.5(1985)に記載されてい
るMEVVA型イオンビーム発生装置である。
その摺動面2からイオン注入を行う原理は、例えば真空
中10-3〜10-8Torrでカソード6とアノード7間
にアーク放電を起こして、カソード6上に設けられた材
料を蒸発させてイオン化させる。
ーク放電が起こると、炭素の固溶体などのカソード材が
蒸発してイオン化するものである。
とイオンは加速されて、加速された状態のイオンをイオ
ンビーム10として引き出して、刷子接点1bの材料表
面(摺動面)2に照射することでイオン注入を行うこと
ができる。
基礎材と、一般的材料で構成された整流子片5nの摺動
動作を繰り返した実験結果を示すものである。
ルAが炭素Cを加速電圧40KV(約40keV)で
1.2×1018dose(ion/cm2 )の濃度で注
入したもの、サンプルBが炭素Cを加速電圧40KV
(約40keV)で、0.8×1018dose(ion
/cm2 )の濃度で注入したもの、サンプルCが炭素C
を加速電圧40KV(約40keV)で、0.4×10
18dose(ion/cm2 )の濃度で注入したもので
ある。
に対し、Tiを加速電圧70KV(約147keV)
で、5×1017dose(ion/cm2 )の濃度で注
入し、更に炭素Cを加速電圧40KV(約40kev)
で、1.2×1018dose(ion/cm2 )の濃度
で注入したものである。
入を施さない基礎材(Ag30,Pd35,Cu14,P
t10,Au10,Zn1 )のみのものを示す。
整流子片5nとを備えたマイクロモータを図3に示す起
動停止の動作(一周期0.8sec)で運転させたとき
動作不良で停止に至るまでの駆動回数を表1に示す。
ルB,サンプルCは、Ag,Pdを主とした合金の基礎
材に炭素イオンを注入したことで、当該材料が整流子片
5nと摺動する際に、刷子接点1bの材料表面に炭素が
取り込まれた皮膜を形成し、これが潤滑作用をすること
で摺動面の摩耗を防ぐため、その結果起動停止の激しい
マイクロモータ駆動回数を従来例であるサンプルEの2
倍以上とすることができる。
2×1018dose(ion/cm2 )とした場合には
炭素イオン注入深度が表面から0.8μm以上となり、
サンプルBやサンプルCの0.4μm以上より深く入り
込んでいる。このことがマイクロモータ駆動回数を4倍
以上にできるものである。
素イオンを二重に注入すると、Ti元素は高融点の元素
であり、起動停止の頻繁な摺動動作に伴う放電による電
気的な金属間凝着に起因した摩耗を大幅に改善する接点
材料となり、多様な駆動モードであってもマイクロモー
タ駆動性能を長時間安定して維持することができる。
E)と比較して5倍以上の駆動回数を実現することがで
きた。
g30,Pd35,Cu14,Pt10,Au10,Zn1 の刷子
接点1bにイオン注入する例を示したが、上記に示すよ
うに他の合金組成であってもかまわない。また、金属イ
オンはTi以外のものであってもよい。さらに、炭素イ
オンの注入は加速電圧40KV(約40kev)で1.
2×1018dose(ion/cm2 )に限定するもの
ではない。また同様に金属イオンの注入は注入加速電圧
70KV(約147keV)を5×1017dose(i
on/cm2 )に限定するものではない。また上記実施
例においては、刷子接点1bに本発明を適用させた例を
示したが、最外層がAu60,Ag40からなる基礎材に対
して上記イオン注入を行って整流子片5nを形成しても
よい。さらに、刷子接点1bと整流子片5nの両方に対
して上記イオン注入を行うものであってもかまわない。
すなわち本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、こ
れらを本発明の範囲から排除するものではない。
摩耗を抑制することができると共に、継時的に安定した
摺動特性が得られ、加工性も優れた電気摺動接点材料を
提供することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 基礎材がAu,Ag,Pd,Pt,R
u,Rh,Cu,Ir,In,Ni,Sn,Zn,Be
のいずれかの金属またはこれら2種以上からなる合金で
形成され、 基礎材の摺動面に炭素イオンを注入したことを特徴とす
る電気摺動接点材料。 - 【請求項2】 炭素イオンの注入量が1017〜1020d
ose(ion/cm2 )である請求項1記載の電気摺
動接点材料。 - 【請求項3】 炭素イオンの注入深度が表面から0.8
μm以上である請求項1または2記載の電気摺動接点材
料。 - 【請求項4】 基礎材の摺動面に炭素イオンと共に、周
期律表の第IVa、Va、VIa族から選ばれたいずれ
かの金属元素をイオン注入した請求項1、2または3記
載の電気摺動接点材料。 - 【請求項5】 金属元素がTi,Hf,V,Nb,T
a,Cr,Mo,W,Re,Ru,Os,Rh,Ir,
Ptのいずれかであり、その金属イオンの注入量が10
10〜1020dose(ion/cm2 )である請求項4
記載の電気摺動接点材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05213295A JP3362143B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 電気摺動接点材料 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05213295A JP3362143B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 電気摺動接点材料 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08251877A true JPH08251877A (ja) | 1996-09-27 |
JP3362143B2 JP3362143B2 (ja) | 2003-01-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05213295A Expired - Fee Related JP3362143B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | 電気摺動接点材料 |
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JP (1) | JP3362143B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001061795A1 (en) * | 2000-02-18 | 2001-08-23 | Vestas Wind Systems A/S | Electrical machine |
KR100776857B1 (ko) * | 2005-05-12 | 2007-11-16 | 다나까 기낀조꾸 고교 가부시끼가이샤 | 소형직류모터용 정류자 재료 및 브러시 재료, 클래드복합재 및 그것을 사용한 소형직류모터 |
-
1995
- 1995-03-13 JP JP05213295A patent/JP3362143B2/ja not_active Expired - Fee Related
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