JPS61245477A - 電機用複合ブラシ材料 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は２人工衛星、宇宙船など超高真空中において
、相対的に回転、摺動して電力や電気信号などを伝達す
るスリップリングアセンブリに用いられる電機用銀系複
合ブラシ材料に関するものである。

〔従来の技術〕

スリップリングアセンブリに要求される特性は。

第１に電力や電気信号を確実に伝送することであり、第
２に長時間安定に作動することである。第１の特性を満
足するためにはブラシ／リング間の接触抵抗や電気ノイ
ズが小さいことが、第２のそれには摩擦係数が低く安定
であることとブラシ材およびリング材の摩耗が小さいこ
とが必要となる。

これらの要求を満たすため従来から導電性、潤滑性にす
ぐれた炭素、黒鉛などに導電性を高める金属粉末（銀お
よび銅等、以下Ａｇ、Ｃｕと記す）を添加した金属黒鉛
質ブラシ材が提供されてきた。

これらのブラシ材は通常の使用状態では含有黒鉛の潤滑
性が保持されているが、高温（１５０℃以上）。

低湿度（２ＩＩ／１ｒＬｓ以下）、真空（１０ｔｏｒｒ
以下）状態などでは吸着する水分の不足によって粉塵摩
耗を起こすことが公知であり、この対策として黒鉛と類
似の層状構造を持つ固体潤滑剤などを添加することが提
案されている。例えば、特公昭３６−９１４号公報には
金属と黒鉛の混合粉末に二硫化モリプデン（以下Ｍｏ８
２と記す）粉末を添加焼結すること、また特開昭５８−
５１４８３号公報にはＭｏ８２゜二硫化タングステン（
以下ｗｓ２と記す）のいずれか一種と窒化ホウ素を添加
した金属黒鉛質ブラシ材などの提案がなされている。さ
らに他の固体潤滑剤の応用例としては特開昭５３−５８
９１０号公報に示されているものに代表される銅系合金
粉末とＭｏ　８２粉末を混合、大気中ホットプレス又は
成形焼結する複合ブラシ材などが発表されている。しか
しながら、超高真空中（１０ｔｏｒｒ以下）で電力。

電気信号を伝達させうる能力を持つブラシ材は従来から
国内ではほとんど発表されていない。

一方２国外とくに米国では宇宙開発に伴なう人工衛星、
宇宙船などの開発過程において超高真空中で使用される
スリップリングアセンブリが。

Ｎｉ２人の研究所を中心にその周辺の航空機産業又は人
工衛星とその部品の製造会社などで研究されてお）、評
価試験結果なども一部発表されている。

現在２通信衛星や放送衛星に搭載される宇宙機器には超
高真空中で数年から１０年もの長期にわたってメンテナ
ンスフリーで電力や電気信号を伝達することが可能なス
リップリングアセンブリが必要とされている。これらの
要求を満足するブラシ材としては、導電率の最も高い銀
粉をマ）　ＩＪラックスして、これに真空中で潤滑性に
富む固体潤滑剤を添加し混合、成形焼結した複合材など
が発表されている。たとえば、　　ＬＭ８Ｃ（ＬＯＣＫ
ＥＢＤＭＩ８８ＩＬｌｌ＋８　ｈ　ｓｐｈｃｗ　ＣＯＭ
ＰＡＮＹ　）では＊Ａｇ８５重量％、Ｍｏ８２１５重量
−の複合焼結材をブラシとし。

Ａｇ９Ｇ重量％、ＣｕｌＯ重量％の合金をリング材とし
て超高真空中で調査した摺動特性（摩耗率、接触抵抗、
電気ノイズ）などを発表している。

しかしながら、固体潤滑剤を単に添加するだけでは必ず
しも摺動特性は改善されず、　Ａｇ−固体潤滑剤の複合
焼結材においても固体潤滑剤の添加量。

添加法および複合焼結材の作製法などによってその特性
は著しく異なる。例えば、　Ｊ、Ｃ，Ａｎｄ＠１ｒｌｉ
Ｏｎは。

Ｍｏ　Ｓ　２を５〜１５重量−の範囲で添加しホットプ
レス法で作製したＡｇ−Ｍｏ８２複合ブラシ材の摺動特
性について、ブラシ材の摩耗はＭｏ８２量が増すにつれ
て減少するが、電気ノイズに関してはＭｏ　Ｓ　ｚ量が
増すにつれて増加すると報告している。一方。

コールドプレス法で作製したＡｇ−ＭｏＳ２複合ブラシ
材においては、　Ｍｏ８２量が多い方が電気ノイズは小
さいが摩耗が多いとも述べている。

したがって、Ａｇ−固体潤滑剤の複合焼結材の摺動特性
には、固体潤滑剤の添加量、添加法および複合焼結材の
作製法などが大きく関連していることがわかる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

我々の先行技術として、従来の技術にもとづき。

細粉にＭｏ　８２粉を添加した複合焼結材をＭｏ８２５
〜５０重量％の範囲で試作した。

又、　Ｍｏ８２に比べ固有抵抗が著しく低（、Ｍｏ８２
と同様な層状構造をしているセレン化ニオブ（以下Ｎｂ
８ｅ２と記す。固有抵抗５．３５ｘ１０　　ΩｃＩＩＬ
）粉をＭｏ　８２粉の代わＣＫＡｇ粉に５〜５０重量％
の範囲で添加した複合焼結材を試作した。

そして、これらのＡｇ粉１１ＣＭｏ８２粉を添加した複
合焼結材およびＡｇ粉にＮｂＳｅ　２粉を添加した複合
焼結材の摺動特性をピン／円板型試験機によシ調ぺた。

その結果、第１図、第２図および第３図のそれぞれ曲線
（Ａ）に、各々、固体潤滑剤としてＭｏ８２をＡｇ粉に
５〜５０重量％添加した時の複合焼結材の比摩耗量（１
ｍ／ｉｏａ、＃ｆ　）変化、接触抵抗（ｍΩ）変化およ
び電気ノイズ（ｍＶ／１人）変化を示すと共に。

表に複合材の配合比、密度、密度比などの特性を示す。

それによると摩擦係数は低く、ブラシ材の比摩耗量も小
さかった。相手円板（ＡｇまたはＡｇ−Ｃｕ　）の摺動
面にはＭｏ８２の付着層が生成されており、この移着膜
とブラシ材との間で良好な潤滑が保持されているものと
考えられる。しかし、固有抵抗が８５１−と高いＭｏＳ
２移着膜などを介して電気信号を伝達することになるた
め、　Ｍｏ８２添加量にもよるが必然的に接触抵抗や電
気ノイズが大きくなる。Ｍｏ８２の添加量を少なくし接
触抵抗を許容領域まで低減すると摩擦係数やブラシ材の
比摩耗量が悪化し好ましくない。電気ノイズに関しては
。

Ｍｏ８２添加量を５〜１０重量％まで少なくするとかえ
って増加する傾向がある。

又、第１図、第２図および第３図のそれぞれ曲線（Ｂ）
に、各々、固体潤滑剤としてＮｂ８ｅ２をＡｇ粉に５〜
５０重量％添加した時の複合焼結材の比摩耗量（ｌｄ／
＋ｘ　・ｋｇ　ｆ　）変化、接触抵抗（ｍΩ）および電
気ノイズ（ｆｉｖ／Ｉ　Ａ　）変化を示すと共に２表に
複合材の配合比、密度、密度比などの特性を示す。

それによると、　Ｎｂ８ａ２の固有抵抗が小さいことと
相手円板の摺動面にＮｂ８ｅ２の付着層が生成されず境
界層でボリシング作用をしながら潤滑しているため接触
抵抗は小さくなった。しかしながら。

Ｎｂ　８ａ　２単独添加では潤滑膜の生成がほとんど観
察されず、試験開始から一定の摩耗が進行し、試験途中
でも比摩耗量の低下現象が見られないなど耐摩耗性につ
いては必ずしも満足する値が得られない。また、摩耗粉
が多量に生成されることによシミ気ノイズも大きくなる
。

以上より、Ａｇ−ＭＯ８２複合ブラシ材においては良好
な潤滑特性は得られるもののＭｏ＋９２の固有抵抗が高
いため接触抵抗がおのずと高くなる。一方。

固有抵抗の小さいＮｂＳｅ２を添加したλｇ−Ｎｂ８ｅ
２複合ブラシ材においては、接触抵抗は小さくなるもの
の摩耗量や電気ノイズが増してしまうことがわかる。

即ち、Ａｇ粉に上記ＭｏＳ２粉およびＮｂＳｅ２粉など
の固体潤滑剤を単独添加した場合のＡｇ系複合ブラシ材
においては、固体潤滑剤の固有抵抗や摩耗形態などの特
性に一長一短があるため摩擦係数。

耐摩耗性、接触抵抗、電気ノイズの摺動特性を同時にす
べて満足することはできなかった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、摩擦特性および摩耗特性が良好で。

しかも導電性に優れ、接触抵抗、電気ノイズの少ない電
機用複合ブラシ材料を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の電機用複合ブラシ材料は、硫化物系層状物質
固体潤滑剤およびセレン化ニオブを含有し、残部銀のも
のである。

〔作用」 この発明における硫化物系層状物質固体潤滑剤は、摩擦
係数、比摩耗量、電気ノイズなどを低減するために添加
したものであシワセレン化ニオブは、主に接触抵抗を低
減するために添加したものである。さらに、硫化物系層
状物質固体潤滑剤とセレン化ニオブを併用添加すること
により、複合ブラシ材の結合を充分にし２機械的強度を
高め。

耐摩耗性をさらに向上させたものである。

〔実施例〕

この発明に係わる硫化物系層状物質としては。

例えば二硫化モリブデンおよび二硫化タングステンの内
の少なくとも一種が用いられる。添加量は。

５重量％以下では摩擦特性と耐摩耗性が悪化し。

３０重量−以上では電気ノイズが大きくなる。又。

これらの固体潤滑剤の粒度はとくに定めるものではない
が、均一な分散状態を得るためには平均粒径３０μｍ以
下、好ましくは１〜２０μｍのものを用いるのが望まし
い。

セレン化ニオブの添加は、５重量％以下では耐摩耗性が
悪化し、３０重量％以上になると接触抵抗と電気ノイズ
が大きくなる。なお１粒度は可及的に小さい方が良いが
、配合、混合時などにおける粉末の取扱いおよび固有抵
抗の高い硫化物系層状物質固体潤滑剤の周辺に固有抵抗
の低いセレン化ニオブを効率よく分散させ所期の目的を
達成することを考えると平均粒径Ｏ，Ｓ〜５μ扉である
ことが望ましい。

なお、硫化物系層状物質固体潤滑剤の二硫化モリブデン
（Ｍｏ８２）および二硫化タングステン（ＷＢ２）の内
の少なくとも一種とセレン化ニオブの合計添加量は、５
〜５０重量％が好ましく、１０〜２５重量％が特に好ま
しい。５重量−以下では摩擦係数および電気ノイズが大
きくなシ、５０重量％以上では接触抵抗が大きくなシ、
耐摩耗性が悪化する。

又、上記材料により電機用複合ブラシ材料を製造するに
は、公知の方法１例えば原料粉を混合成形した後焼結す
る方法やホットプレスによる焼結方法などを用いること
ができるが、その焼結雰囲気には原料粉の酸化分解を防
止するため不活性雰囲気あるいは真空雰囲気を用いるよ
うにするのが望ましい。

以下、実施例によシこの発明を具体的に説明するが、こ
れに限定されない。

実施例 平均粒径１０μｍのＭ０８２粉末と平均粒径３μｍのＮ
ｂ８ｅ２粉末を１＝１の割合で湿式混合し、ついで平均
粒径５μｍのＡｇ粉末と重量比５〜ｓｏｂの範囲で各種
混合粉末を同じく湿式法で作成した。これらの混合粉末
を乾燥後電気黒鉛質のカーボン型に入れ真空ホットプレ
ス法によって焼結複合材を試作した。

ホットプレスの条件は、真空排気後（１０ｔｏｒｒ台）
、１分間に４℃の割合で加熱昇温し、８００℃で約１５
分間保持したのち３５０ｋｇ／ｃｒ／ｌまで加圧、その
ままの状態で約４５分間保持する。以後炉冷し５００℃
で加圧を解除、さらに常温まで真空中炉冷し複合ブラシ
材を得た。これらの試作品のうち一部の試料の配合比、
密度、密度比などの特性を表に示す。

これらの複合材を成形加圧側面が摺動面になるように直
径４１１１　ｅ長さ１５１Ｅｌの円柱状に研削加工し、
相手材に線部およびＡｇ−Ｃｕ円板を選定し、ビン／円
板型の試験装置を用いて高真空中（１０ｔｏｒｒ台）、
接触荷重５０Ｉ、摺動速度７５ｉｖ′Ｓ、直流１人の条
件で摺動試験を行なった。そして真空中通電状態におい
て摩擦係数、比摩耗量、接触抵抗、電気ノイズなどの摺
動特性を調べた。

その結果、第１図、第２図および第３図のそれぞれ曲線
（Ｃ）　Ｋ　、各々ＭｏＳ２とＮｂ８ｅ２粉末の合計を
Ａｇ粉に５〜５０重量％添加した時の複合ブラシ材の比
摩耗量（ｄ／ｍ・＃ｆ）変化、接触抵抗（ｍΩ）変化お
よび電気ノイズ（ｍｖ／ＩＡ）変化を示す。

その結果を実施例と同様にして得られた上記Ｍｏ　８２
およびＮｂＳｅ２のＡｇへの単独添加のものと比較検討
すると、比摩耗量については、第１図に示すように、　
Ｍｏ８２（Ａ）又はＮｂ８ｅ２　（Ｂ）の単独添加のも
のと比較して、　Ｍｏ８２とＮｂ８ｅ２を併用添加した
この発明の一実施例の電機用複合ブラシ材料（Ｃ１は。

Ｍｏ８２とＮｂ８ｅ２の合計添加量５〜５０重量％の範
囲で著しく減少しているが、１０〜２５重量％の添加が
最も好ましい。

次に、接触抵抗については、第２図に示すように、　Ｍ
ｏ８２とＮｂ８ｅ　２を併用添加したこの発明の一実施
例の電機用複合ブラシ材料は、　Ｍｏ８２とＮｂ８ｅ　
２の合計添加量５〜５０重量−の範囲で、　　Ｍｏ８２
単独添加の場合（人）と比較して明らかに小さな値を示
しているが、３０重量％以上では接触抵抗の増加が避け
られないため２５重量％以下であるのが最も好ましい。

又、電気ノイズについては、第３図に示すように、　　
Ｍｏ８２とＮｂ８ｅ２を併用添加したこの発明の一実施
例の電機用複合ブラシ材料は、　　Ｍｏ８２単独添加の
場合（Ａ）と比較しても見劣シせず、添加量１５重量−
未満では、小さくなっており、１０〜２０重Ｊｌ。

チの添加が最も好ましい。

又、実施例には示していないが２表に示したように、　
Ｍｏ８２粉とＮｂＳｅ２粉の添加割合が１：１以外のも
の、およびｗｓ２粉を添加したものも上記実施例と同様
の効果を示す。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、硫化物系層状物質固体
潤滑剤およびセレン化ニオブを含有し。

残部銀であるものを用いることにより、摩擦特性および
摩耗特性が良好で、しかも導電性に優れ。

接触抵抗、電気ノイズの少ない電機用複合ブラシ材料を
得ることができ１例えば、スリップリングアセンブリに
適用できる。なお、この発明の電機用複合ブラシ材料を
用いたスリップリングアセンブリは２人工衛星、宇宙構
造物などが置かれる超高真空中において長時間すぐれた
摺動特性を保持することが期待できる。又、この発明の
電機用複合ブラシ材料は、宇宙空間のみならず地上にお
ける特殊雰囲気中たとえば真空槽内、窒素ガス雰囲気中
あるいは吸着水分子層の潤滑効果が期待できない乾燥空
気中＜２１１／ｒｎ”以下）などにおいても同様の効果
が期待されることはいうまでもない。

まり、衛星用スリップリングアセンブリでは地上試験の
ために大気中で潤滑性の高い黒鉛を微量添加（１〜３重
量％）シたＡｇ系複合ブラシ材を適用することが公知で
あるが、この発明の電機用複合ブラシ材料を適用する場
合も、同様の処置を施して使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の電機用複合ブラシ材料
と従来のものの比摩耗量を比較するための固体潤滑剤添
加量（重量ｑｂ）による比摩耗量（ｉｌｉｌ／ｍ−＃ｆ
　）変化を示す特性図、第２図は、この発明の一実施例
の電機用複合ブラシ材料と従来のものの接触抵抗を比較
するための固体潤滑剤添加量（重量％）による接触抵抗
（ｍΩ）変化を示す特性図、第３図は、この発明の一実
施例の電機用複合ブラシ材料と従来のものの電気ノイズ
を比較するための固体潤滑剤添加量（重量％）による電
気ノイズ（ｍＶ／ＩＡ　）変化を示す特性図である。 図において、（人）はＡｇにＭｏ　８２単独添加したも
のの特性、（Ｂ）はＡｇにＮｂ１３ｅ２単独添加したも
のの特性、（Ｃ）はこの発明の一実施例の電機用複合ブ
ラシ材料の特性である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）硫化物系層状物質固体潤滑剤およびセレン化ニオ
   ブを含有し、残部銀である電機用複合ブラシ材料。
2. （２）硫化物系層状物質固体潤滑剤が二硫化モリブデン
   および二硫化タングステンの内の少なくとも一種であり
   、上記硫化物系層状物質固体潤滑剤とセレン化ニオブの
   合計が５〜５０重量％で、残部銀である特許請求の範囲
   第１項記載の電機用複合ブラシ材料。