JPS6060982A - 柱状摺動用組成物およびその製造方法 - Google Patents

柱状摺動用組成物およびその製造方法

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JPS6060982A
JPS6060982A JP58169787A JP16978783A JPS6060982A JP S6060982 A JPS6060982 A JP S6060982A JP 58169787 A JP58169787 A JP 58169787A JP 16978783 A JP16978783 A JP 16978783A JP S6060982 A JPS6060982 A JP S6060982A
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JP
Japan
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carbon
composition
sliding
carbon fibers
columnar
Prior art date
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Application number
JP58169787A
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English (en)
Inventor
忠幸 小川
雅之 池田
孝 長谷川
桑原 秀郎
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • H01H1/027Composite material containing carbon particles or fibres

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  • Ceramic Products (AREA)
  • Details Of Resistors (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、指動用組成物およびその製造方法に関し特に
炭素系組成物に関する。
従来、指動部にて電気的接続の役目を果たす摺動子、例
えば可変抵抗器等における摺動子に用()られる摺動用
組成物としては、金属板に金めつきを施したものや金属
板に溶接で白金合金等の突起′物を接続させたものや貴
金属合金の細線をコイル状や一列に整列させ、いわゆる
多接点にしたものが用いられる。
しかしこれらは貴金属を用−・るため、摺動子が高価と
なり経済的欠点がある。そこで最近は洋白等の金属にて
貴金属の代替を行なっているが、接触抵抗、防錆等にお
いて性能が悪化する欠点がある。
又、上記金属系摺動用組成物は、可変抵抗器等において
は抵抗体表面に対し摺動時損傷を与えることもありこの
欠点を防止すべく、炭素系摺動用組成物が用いられてい
る。すなわち、炭素系粉末を圧縮成形した後焼結させる
ものであるが小型化が困難であるという欠点を持って(
・る。
本発明の目的は、かかる従来欠点を改善し、良好な電気
的接触を保ち、かつ小型で安価な摺動子を実現すべく、
炭素マトリックスに炭素繊維を介在させ、形状が柱状で
、かつ上記炭素繊維を長軸方向に配向せしめたことを特
徴とする摺動用組成物が得られる。さらには炭素繊維に
粘結剤を添加して混れしたのち柱状に押し出し炭素繊維
を長軸方向に配向させた成形体を形成する工程と上記成
形体を加熱炭化させる工程とを含むことを特徴とする摺
動用組成物の製造方法をも得られる。
また、上記組成物中に黒鉛等の炭素物質を添加させた事
を特徴とする摺動用組成物とその製造方法をも得られる
以下、本発明の摺動用組成物の一実施例を図面を用いて
詳細に説明する。
第3図は本発明の一実施例を説明する為の可変抵抗器の
断面図である。第1図は従来方法である圧縮成形した後
焼結により形成した柱状摺動用組成物の断面を示し、第
2図は本発明の押し出し成形後加熱炭化することにより
形成した柱状摺動用組成物の断面を示している。第3図
においてlは回転子、2は柱状摺動用組成物を加圧、保
持する為のシリラーンゴム弾性体、3は外気を遮断し且
つ、フラックス、水分等摺動する際悪影響を防ぐ為の気
密用Oリング、5は馬蹄形サーメット抵抗体、6は該抵
抗体5と摺動用組成物4とで分圧された電位を集電する
為のMペースト等より成る集電電極体、7は外部取り出
しの為のリード端子、8はセラミ、り等の絶縁基板を示
す。また第1図及び第2図に於いて11は炭素マトリッ
クス、12は炭素繊維を示し、13は黒鉛を示す。
一般に、可変抵抗器のIl’f性として抵抗体上をj’
D動する際に発生する摺動体@(以下単、にノーイズと
称する)と、摺動する際、摺動組成物の1)1jれ、若
しくは抵抗体の削れによって生じる全抵抗変化率、摺動
ノイズ特性を満足し、且つまた小型低コストを実現する
構造として第3図の如き41ケ造の可変抵抗器が多く用
いられるのか通例である。
ここでこの様な構造の可変抵抗器は円柱状または多角柱
状の摺動用組成物4が用いられるがこの摺動用組成物4
は摺動ノイズ特性葡良好にする為に数百グラムの圧力で
保持され、7〜10μtr、Jすのサーメット抵抗体5
と数10ミクロン厚の呆電電極体7との間にブリッヂ状
態で加圧設置される。
この為機械的ストレスがサーメット抵抗体5側と集電電
極体7とに集中し摺動用組成物の折損破壊を招く。また
前記可変抵抗器を組立てる際、カシメ機等で前記摺動組
成物の保持圧力の数倍〜数十倍の圧力を要する為により
折損破壊され易くなる。
これらの圧力に耐えうる摺動用組成物の補強手段として
黒鉛、炭素繊維等を摺動用組成物の主素材である炭素マ
トリックス中に添加すればよい。
即ち、炭素マトリックスと比して硬度の高い炭素物質を
添加する事により強度向上が計られる。しかしながら従
来法である圧縮製法を用いて補強料策を施こした前記摺
動用組成物を形成した場合、第1図に示す如く炭素マ)
 IJソックス1中の炭素繊維12は等方配向となり、
且つまた黒鉛13は圧縮プレス方向と垂直に配向される
為第3図の如き構造の可変抵抗器の摺動用組成物4とし
ては十分では無い。そこで第〉図の如く摺動用組成物の
長軸方向に炭素繊維12を同一方向に配向する事により
上記可変抵抗器に要望される条件を充たす。
即ち、・混練特等方向に混在した炭素繊維12はノーパ
ー状ノズルで次第にノズル延長線方向と同一方向に配向
され、これを加熱炭化し、所要の寸法に切断する事によ
り柱状摺動用組成物が実現できる5 尚、黒鉛は炭素繊維の直径7μm、長さ約1鰐に対して
小さく、(約数μm口)の鱗片状あるいは線状の硬質炭
素物質であるが炭素マトリックスあるいは炭素繊維に非
常に強固に結合する性質を有する。
以上説明した様に本発明によれば炭素マトリックス中に
炭素繊維を長軸方向に配向せしめ、且つ黒鉛等の炭素物
質を添加させた電気的特性の優れた柱状摺動用組成物を
実現でき、小型化、低コスト化が強く要望されている電
気部品産業に貢献する所、犬なるものである。
次に本発明の柱状摺動用組成物の製造方法につ(′・て
説明する。一般に押出し成形による柱状摺動用組成物は
筆記用のシャープペンシル芯に代表される様に、黒鉛、
カーボンブラック等を粘結材である粘土と共に充分混練
した後押出し成形し、乾燥後約1000t:’前後で焼
成、次いで浸油することにより製造される。又上記粘結
材として粘土の代りにポリ塩化ビニール、ピッチ、アス
ファルト、セルロース誘導体、リグニン誘導体、アラビ
アゴム、ポリビニルアルコール等の熱可望性高分子物質
、或はフラン樹脂、フェノール樹脂等熱硬化性樹脂を主
原料とする。さらに、これら主原料にチョップ状或は単
位長さに切断した炭素繊維を加えるか又は、更に黒鉛及
ゲ゛炭素粉末、カーボンブラック等の炭素質粉末の′1
謹又は2俵以上を加え更には適宜粘結材の炭化促進助材
及び/又は成形作業性向上助材等を加え混練した後、押
し出し成形し、しかる後加熱硬化或は低温加熱処理等を
行った後不活性雰囲気中にて800C〜12001::
好ましくは1000tl’〜1100Cで加熱焼成しこ
れを所望の長さに切断することにより得られる良好なる
電気的特性を耐摩耗性を有する柱状摺動組成物であって
炭素質マ) +7ツクス中に炭素質補強材を均一に配向
分散せしめた炭素質補強複合炭素成形体であることを特
徴とするものである。
次に、本発明の柱状摺動用組成物の製造方法について詳
細に説明する。
本発明に用いられる炭素繊維としてはアクリル系、ピッ
チ系、リグニン系、レーヨン系の各種繊維を1000t
:前後で焼成した各種炭素繊維があげられるが特にこれ
らに限定されるものではなく、かつ2000t:’以上
で焼成した黒鉛質、繊維を使用することも可能である。
その繊維径は3〜30μtn程度で、繊維長〔L〕/繊
維径(D)が10以上好ましくは30以上のアスペクト
比を有する様調整されたものが良い。即ち、L/Dが1
0以下の超短繊維の場合押し出し成形時の配向が十分で
なく目的とする性能が得られない。黒鉛はその高度に発
達した結晶により補強効果を生じ又押し出し成形時の作
業性を向上せしめる。その平均粒子径は0.5〜70μ
mが適当であり、70 tt m以上では補強効果は見
られず又0.5μm以下ではその結晶が破壊されて目的
に適さない。
炭素粉末、カーボンブラック等は成形炭化物の耐摩耗性
向上に有効でありその目的に応じ適宜使用が可能である
。炭素粉末としてはピッチコークス、石油コークス、無
煙炭等があげられこれらは平均粒子径20μm以下好ま
しくは10μm以下に微粉砕したものが好ましい。
炭素マトリックスを形成する粘結材としては、天然高分
子物質、熱硬化性合成樹脂、熱可塑性合成樹脂、ピッチ
類等が挙げられる。天然高分子物質としては、アジピア
ゴム、リグニン、セルロース、澱粉等分子内に縮合59
城芳香派−を有し比較的高い炭化収率を有するものが用
も・られる。熱硬化性合成樹脂としてはフラン樹脂、ン
エノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
等加熱により流動at示すと共に分子間架橋により三次
う己構造を作り不融不溶化し高い炭化収率な有するもの
が用いられる。熱可塑性合成樹脂としては、ポリ塩化ビ
ニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、−ポリ
ビニ/l/フルニー1v、ホ9アクリロニトリル、ポリ
塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル−メ
タアクリル酸共重合体等が用いられる。ピッチ類として
はコールタールピッチ、石油アス77 /” ) 、ナ
フサ分解ピッチ及びこれらの乾留物等が用いられる。こ
れら粘結剤は1鍾又は2種以上を混合して使用すること
ができる。又これら粘結材には炭化促進助剤とし、て、
硫黄、ジニトロナフタレン、塩化アルミ、ニッケル超微
粉末等を混入せしめ炭化収率をより高める事が可能であ
る。混練、成形に際しその作業性、分散性、成形性を向
上せしむる為、可塑剤、溶剤、低簡点の蝋、油脂、高級
アルコール等を加えることも適宜性われるがしかしフ上
からこれらは加熱炭化の処理過程でほとんど全て分解揮
発してしま(・、焼成炭化物に徽細は気孔が生じ強度に
マイナス効果となる為その添加量は必然的に限定される
ものである。
かくして炭素繊維又は炭素繊に「、鱗状黒鉛及び炭素粉
、カーボンブラックの1種又は2捷の炭り質混合補強材
を又必要に応じ可塑剤、溶剤、簿類炭化助剤と共に粘結
材に加え剪断力の強いニーダ−1加圧ニーダ−及び二本
ロール、三本ロール等で十分混線分散せしめた後、プシ
ンジャー型押出し機で又はスクリュー型押し出し機にて
所望の直径に押出し成形される。
成形物はその後、熱処址により粘結材が炭化して、炭素
質マトリックスを形成してゆくが、成形時の形状を維持
する為粘結側が熱硬化性樹脂の場合、加熱により三次元
網状S造を形成せしめるか又は若干量の希釈硬化剤を混
線時に添加しておき成形後低温で加熱して三次元綿状構
造を形成せしめて不治不融化した彼非酸化性雰囲気中に
て800C〜1200C好ましくは1000C〜l10
0Cに加熱焼成される。熱可塑性樹脂の場合はいづれに
しても不溶不融化の処理を必要とするが、この処理につ
いては、混練時炭化促走助剤を加えておくか、成形物を
加熱空気又はオゾンにて室温〜300C位に加熱して行
Aわせることかできる。この椋に不溶不融化した後、非
酸化雰囲気中にて800C〜120011;好ましくは
1000t;’−1100Cに加熱焼成される。かくし
て得られた柱状炭化成形物は所望の長さに切断される。
ここで、炭素繊維は混線時ではその配向が全く見られな
いが押し出し成形時テーパー状ノズルを通る事によりそ
の70−80チが配合している事が確認された1、成形
された組成物中の炭素質補強材の含有率は30〜80w
tチ好戎゛シクは35〜75wt%である事を微−t(
1即ち、炭素質補強材が80wt%を越えると成形加工
性が悪くンより表面が荒れ良好な成形物が得られず3 
Q w 1%以下では補強効果が見られ、ない。又、こ
の補強材中の炭素繊維の含有率は20〜100wt%で
ある事を要し、20 W 1%以下では繊維量の不足か
ら配向による補強効果である耐摩耗性が十分でなく目的
の性能が得られな(・0史にはその炭素繊維含有率は可
変抵抗器の電気的特性に影響を及す。
即ち炭素繊維含有率が増加する事によりその抵抗器の摺
動回数に対する全抵抗値変化率は減少するが反面ノイズ
特性を低下させる原因となる。しかしながらこれは使用
する抵抗体ペーストの極頬によっても異なる。従って可
変抵抗器のスペックにより適当な含有率を選択すること
で良好な柱状摺動用組成物を得ることが出来る。
又、得られた炭素化物を加圧或は減圧下、フラン樹脂、
フェノール樹脂等をそのままか或は適当な溶剤で希釈し
た樹脂溶汝中に浸漬して炭素化物の気孔中に樹脂を含浸
せしめたる後硬化、炭素化せしむる工程を設ける事によ
り更に強度、耐摩耗性を向上させることも可能である。
次に実施例を掲げて本発明の製造方法をさらに詳細に説
明する。
〔実施例 1〕 未硬化フェノール樹脂360部(重量部。以下同様)に
平均径8μm平均長1+mm32f炭素繊維チヨ、13
50部、平均粒径3μmの鱗状黒鉛350重量部及び成
形助剤としてパラフィン蝋50部を加工ニーダ−にて8
0Cで1時間混練し更に加熱3本ロールにて十分混線分
散する。次いでこれを直径3cm長さ15crnの円柱
状に予備成形した後プランジャー型押し出し機にて1悶
グの線状成形体を得た。これを150部6時間空気中で
加熱硬化し更に黒鉛ルツボに詰め密閉状態で昇温速度2
00C/4で1000Cまで加熱し、1時間保持した後
放冷し、複合強化線状炭化物を得た。この曲げ強度は4
000 Kl/Cr!であった。得られた線状炭化物を
長さ0.6〜1.8 tranに切断して柱状摺動用組
成物を得た。
〔実施例 2〕 フラン樹脂300部、ポリ酢酸ビニール100部に平均
径18μm平均長さ3fIrrnの炭素繊維350部、
平均粒径3μmの鱗状黒鉛1801部、カーボンン゛う
、り20部及び成形助剤としてパラフィン蝋50部を加
え加圧ニーダ−にて80Cで1時間混練し更に加熱三本
ロールにて十分混線、これをペレタイザーにてペレット
化し、スクリュー型押し出し機にて直径0.8trrm
程度の線状成形体を得た。
これを80U48時間加熱硬化した。以下実施例1と同
様の手法で線状炭化物を得た。これの曲げ強度は350
0に2βであった。
【図面の簡単な説明】
第1図は圧縮成形による柱状摺動用組成物の断面図。第
2図は本発明の押し出し成形による柱状摺動用組成物の
断面図、第3図は本発明の柱状摺動用組成物を説明する
だめの可変抵抗器断面図。 図において、1・・・・・・回転子、2・・・・・・シ
リコーンゴム弾性体、3・・・・・・気密0リング、4
・・・・・・柱状摺動用組成物、5・・・・・・抵抗体
、6・・・・・・集電電極、7・・・・・・リード端子
、8・・・・・・セラミック基板、11・・・炭素マト
リックス、12・・・・・・炭素繊維、13・・・・・
・黒鉛 寿2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素マトリックスに炭素繊維を介在させ、かつ前
    記炭素繊維を長軸方向に配向せしめたことを特徴とする
    柱状摺動用組成物。
  2. (2)炭素繊維に粘結剤を添加して混練したのち押し出
    し、炭素繊維を長袖方向に配向させた成型体を形成する
    工程と、前記成形体を加熱炭化させる工程とを含むこと
    を特徴とする柱状摺動用組成物の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62197352A (ja) * 1986-02-24 1987-09-01 住友金属工業株式会社 摺動・集電用炭素材料の製造方法
CN111825473A (zh) * 2020-07-29 2020-10-27 湖南博云新材料股份有限公司 一种碳/碳复合材料的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57188464A (en) * 1981-05-11 1982-11-19 Mitsubishi Pencil Co Carbon spring and manufacture

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