KR101649056B1

KR101649056B1 - 정류자 재료 및 그의 제조방법, 그것을 이용한 마이크로모터

Info

Publication number: KR101649056B1
Application number: KR1020147011518A
Authority: KR
Inventors: 사토시 스즈키; 요시아키 고바야시
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2016-08-17
Also published as: CN103857522B; WO2013069689A1; TWI577097B; KR20150008371A; TW201334326A; JPWO2013069689A1; JP5485474B2; CN103857522A

Abstract

도전성 기체의 전면(全面) 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복하고, 또한 은 또는 은 합금 표면에 금 또는 금 합금을 피복한 재료에 있어서, 도전성 기체에 은 또는 은 합금을 피복한 후, 감면가공(減面加工)을 실시하고, 그 후에 스트라이프(stripe) 형상의 금 또는 금 합금을 피복한 것을 특징으로 하는 정류자 재료이다.

Description

정류자 재료 및 그의 제조방법, 그것을 이용한 마이크로모터{COMMUTATOR MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND MICROMOTOR USING SAME}

본 발명은 전기접점재료(電氣接点材料) 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 슬라이딩 특성이 우수한 전기접점재료, 그의 제조방법 및 상기 전기접점을 갖는 마이크로모터(micromotor)에 관한 것이다.

마이크로모터는 음향 기기, 가전기기, 휴대전화, 카메라, 자동차 등 많은 용도로 폭넓게 사용되고 있다. 모터의 수명은 모터 코일에 통전하기 위한 부재인 정류자 및 브러쉬의 내구성에 따라 결정된다. 상기 부재로는 내마모성, 내 아크성, 전기 접속성, 도전성(導電性), 강도 등이 우수한 재료가 요구되고, 일반적으로는 Ag 합금 피복 Cu 합금조(合金條)가 많이 사용되고 있다. 이들 재료는, Ag 합금이 가지는 내마모성, 내 아크성, 전기 접속성, 및 Cu 합금이 가지는 강도 및 도전성을 조합시킨 고성능 도체이다.

브러쉬 재에서는, 안정한 접촉 압력과 내마모성, 낮은 접촉 저항이 필요하기 때문에, 기재(基材)에는 판두께 0.03~0.1㎜ 정도의 스프링용 Cu 합금이, 접점부에는 두께 5~20㎛의 Ag-Pd 합금이 실시되어 있다.

정류자용 재료로 사용되는 Cu 합금 기재는 판두께가 0.1~0.3㎜인 순 Cu계, Cu-Sn계, Cu-Sn계가 많고, Ag 합금으로는 Ag-Mg계, Ag-Cu계, Ag-Ni계가 많다. Ag 합금의 피복은 브러쉬와 접촉하는 부분에만 피복한 인레이(inlay) 재가 일반적이며, 피복 두께는 통상 20~100㎛ 이다.

브러쉬 재 및 정류자용 재료의 제조방법은, Cu 합금 기재에 Ag 합금 테이프를 열간 압착, 냉간 압접, 심 용접(seam welding) 등, 이른바 클래드(clad)에 의해 복합하여 실시되고 있다.

지금까지 사용되어 온 브러쉬 재 및 정류자 재료는, 하기와 같은 여러 가지 문제를 안고 있다.

(1) Ag 또는 Pd 등의 귀금속은 피복률이 크기 때문에 비용이 많이 든다.

(2) 클래드법으로 제조되기 때문에 제조원가가 비싸다.

(3) 클래드는 소둔(燒鈍)과 압연을 반복하여 제조하기 때문에 Ag 합금 표면은 가공에 의한 가공 변형층이 생성되고, 내 아크성이 불량하여 정류자 및 브러쉬의 마모가 빨라져서 모터 수명이 짧아진다.

(4) 클래드는 소둔과 압연을 반복하여 제조하기 때문에 Ag 합금의 표면에는 Ag 이외의 합금성분이 농축되고 초기의 접촉 저항이 높고, 내식성도 뒤떨어진다.

(5) Ag 합금부와 땜납 도금부 이외의 부분은 기재가 노출되어 있고, Cu 합금 기재는 내식성이 나쁘기 때문에 변색이나, 더욱 진행하면 부식생성물의 크리프 현상(creep phenomenon)에 의한 접점부의 오염이 발생한다.

이들 문제를 해결하기 위해서, Ag 합금조성의 개발, 또는 Ag 합금 피막 위에의 Au 및 Au 합금의 피복 등이 행해져 왔지만, 일부 문제점 밖에 해결되지 못하였고, 종합적인 개선이 요구되고 있다.

일본특허출원 소58-218782호 공보, 일본특허출원 소58-218783호 공보에는, Cu 합금 기재상에 3개층의 피막을 형성한 정류자용 접촉편 재료 및 슬라이딩 접점용 솔 재료가 제안되어 있다. 제 1 층은 Cr, Ni, Ni 합금, Re 중의 어느 한쪽이 두께 0.1~10㎛, 제 2 층은 Rh, Pt, Pd, Ru 중 어느 한쪽이 두께 0.1~10㎛, 제 3 층은 Au, Ag, Au-Ag 중 한쪽이 두께 0.1~10㎛의 피복인 것을 특징으로 한 것이지만, 이 재료를 정류자 또는 브러쉬에 이용하고, 상대측에 종래의 재료를 이용한 경우, 상기한 클래드 재 특유의 가공 변형층이나 내식성의 영향으로 모터 수명의 향상은 큰 개선은 바랄 수 없다. 또한, 제안되고 있는 재료들을 서로 조합하여 마이크로모터로 구성하는 경우에는, 정류자와 브러쉬 양자의 표면이 연질인 Au나 Ag 및 Au-Ag 합금이기 때문에, 모터 가동 직후에 접점부에서 응착 마모가 발생하고, 종래의 클래드 재끼리의 조합에 의해 모터 수명이 뒤떨어져 버리는 등, 문제 해결에는 이르지 못하는 실정이다.

일본특허 제4520191호 공보에는, 정류자편 기재의 일부 위에, 소정 길이에 걸쳐서 귀금속 도금을 형성한 재료가 제안되어 있다. 귀금속 도금으로는 Ag(은), Ag＋Se(셀렌), Ag＋Se＋Sb(안티몬), Au(금), Au＋Co(코발트), Pd(팔라듐), Pd＋Ni(니켈)이 이용되는 것이 기술되어 있다. 또한, 기재 상에서, Ag 상에 Au, 또는 Ag 상에 Pd 등을, 각각 2개의 층으로 도금한 후, 열처리를 하고 이 2개의 층을 확산시킨 구성으로 할 수도 있다고 기술하고 있다.

스트라이프(stripe) 형상으로 귀금속을 도금으로 피복한 경우, 클래드에 비해 많이 염가이지만, 도금 피막은 그 조직이 치밀하고, 또한 내부 응력이 크기 때문에 브러쉬와의 슬라이딩시에 응착 마모가 발생하여 정류자의 귀금속이 크게 손상되고, 기대한 만큼의 모터 수명을 얻지 못하는 실정이다.

또한, 스트라이프 도금은 제품 폭에서 실시하기 때문에 도금 가공비를 비교적 비싸지게 하는 것이 실정이다.

또한 본 발명자에 의해, 특허문헌 4에 있어서, 기체상에 니켈 또는 그 합금, 코발트 또는 코발트 합금, 구리 또는 구리합금 중의 어느 하나로 이루어진 중간층이 형성되고, 그 상층에 팔라듐 또는 팔라듐 합금, 로듐 또는 로듐 합금, 루테늄 또는 루테늄 합금, 은 또는 은 합금, 금 또는 금 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(最表層)이 형성되어 있는 모터용 접촉자 재료로서, 상기 최표층이 상기 기체 표면의 일부에 형성된 후, 냉간압연 가공이 실시됨으로써, 접점 장해가 발생하기 어려운 모터용 접촉 재료를 제공할 수 있음을 개시하고 있다. 이러한 예는 냉간 가공 표면을 나타내기 때문에, 표면조도(表面粗度)는 압연기의 롤 조도의 영향을 강하게 받으며, 또 압연에 의해서 윤활유가 말려 들어감으로써, 표면 청정도가 저하되고, 그 결과 모터 동작성 시험에서 불순물에 의한 오염이 발생할 가능성이 있다는 것을 알았다. 또한, 냉간 가공 후에 굽힘 가공을 행한 바, 일부 표층에 균열이 발생하는 경우가 있음을 알았다. 이 때문에, 감면가공(減面加工)의 최적조건을 찾아낼 필요가 있으며, 또한 표면 청정도를 높이는 수법이 요구되고 있다.

또한, 은 또는 은 합금이 최표층에 형성되면, 모터 슬라이딩 또는 정지 중에 유황과 결합하여 흑색으로 변색하고, 접촉 저항을 상승시키는 경향이 있음을 알았다. 이것은, 정류자 주변의 그리스(grease) 또는 대기 중의 유황성분이 은 또는 은 합금과 접촉하기 때문에 발생하는 것임을 알 수 있고, 내식성 개선에 대해서도 동시에 만족하는 수법이 또한 요구되고 있다.

일본특허출원 소 58-218782호 일본특허출원 소 58-218783호 일본특허 제4520191호 일본공개특허공보 2010-146925호

본 발명은, 종래부터 사용되고 있는 클래드로 제조된 정류자 재료의 개량 및 도금에 의해 형성된 모터용 정류자 재료의 개량에 관한 것으로, 특정의 도금 피막 구성의 정류자용 재료에 의하여, 모터 비용의 대폭적인 저감과 모터 수명의 향상을 도모하는 것을 과제로 한다. 또한, 감면가공의 최적조건을 검토하면서, 그 효과를 최대한 발현시키는 수법을 찾아내는 것을 검토한 것이다.

본 발명의 과제는 이하의 수단에 의해서 달성되었다.

(1) 도전성(導電性) 기체(基體)의 전면(全面) 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복하고, 또한 은 또는 은 합금의 표면에 부분적으로 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(最表層)을 피복한 정류자 재료로서, 상기 도전성 기체의 전면 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복한 후, 롤 표면에서의 산술평균조도(Ra)가 0.2㎛ 이하인 워크 롤(work roll)을 이용한 압연기로 감면가공률이 5~50%의 범위로 감면가공(減面加工)을 실시하고, 그 후 상기 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층을 부분적으로 피복한 정류자 재료.

(2) 도전성 기체와 은 또는 은 합금으로 이루어지는 피복의 사이에 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금 중의 어느 하나로 이루어지는 1층 이상의 하지층을 가지는 (1)에 기재된 정류자 재료.

(3) 도전성 기체의 전면 또는 일부에 은 또는 은 합금 도금을 실시하고, 그 다음에 롤 표면에서의 산술평균조도(Ra)가 0.2㎛ 이하인 워크 롤을 이용한 압연기로 감면가공률이 5~50%의 범위로 감면가공을 행하며, 그 후 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중의 어느 하나를 도금함으로써 부분적으로 최표층을 형성하는 정류자 재료의 제조방법.

(4) 상기의 (1) 또는 (2)의 정류자 재료를 정류자에 이용한 마이크로모터(micromotor).

삭제

본 발명에서 도전성 기체의 전면 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복하는 경우의, 일부란, 마이크로모터의 브러쉬와 접촉하는 최저한 필요한 폭이며, 일반적으로는 1~10㎜ 정도이다. 또한, 정류자용 재료의 진폭은 8~30㎜ 정도가 많고, 이 진폭에 대하여 10~30%의 부분에 스트라이프 형상의 은 또는 은 합금이 피복된다.

앞에서 서술한 바와 같이, 본 발명의 정류자 재료는, 종래의 클래드 재에 비해, 귀금속의 사용량을 대폭 줄일 수 있고, 또한, 재료를 도금법으로 제조할 수 있기 때문에 비용을 크게 절감하여 공업적으로 큰 효과를 얻게 되는 것이다. 또한, 감면가공 표면의 청정도를 개선하고, 표면오염이 적은 모터용 정류자 재료를 제공할 수 있으며, 또 그 감면가공 조건도 최적화함으로써, 보다 더 모터 수명 개선에 공헌할 수 있는 것이다. 게다가, 은 또는 은 합금상에 황화 변색에 강한 피막을 형성함으로써, 접촉 저항이 상승하기 어려워 보다 긴 수명이 기대되는 모터용 정류자 재를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은, 하기의 기재 및 첨부도면으로부터 보다 밝혀질 것이다.

도 1은 본 발명의 정류자 재료의 바람직한 구성예를 나타낸 모식적 단면도이다.

본 발명의 정류자 재료는, 도전성 기체의 전면 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복하고, 또한 은 또는 은 합금의 표면에, 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나를 피복한 재료에 있어서, 도전성 기체에 은 또는 은 합금을 피복한 후, 감면가공을 실시하며, 그 후에 부분적으로, 예를 들면 스트라이프 형상의 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층을 피복한 것을 특징으로 하는 정류자 재료이다. 도전성 기체에는, 구리, 니켈, 철, 또는 이들 합금, 또는 강재나 알루미늄재 등에 구리 또는 구리합금을 피복한 복합 소재 등이 적용된다.

상술의 정류자 재료의 구성은 이하와 같은 구성을 취한다.

도 1의 (1)에 나타내는 바와 같이, 기체(4)의 일면(표면) 상에, 도금의 하지층(下地層)으로 되는 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금 중의 어느 하나로 이루어진 층(3)을 사이에 두고 은 또는 은 합금층(2)이 형성되고, 또한 예를 들면 부분적인 피복 형상인 스트라이프 형상의 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(1)이 형성되어 있는 구성이다.

도 1의 (2)에 나타내는 바와 같이, 기체(4)의 일면(표면) 상에, 은 또는 은 합금층(2)이 형성되고, 또한 예를 들면 부분적인 피복 형상인 스트라이프 형상의 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(1)이 형성되어 있는 구성이다.

도 1의 (3)에 나타내는 바와 같이, 기체(4)의 일면(표면) 상에, 은 또는 은 합금층(2)이 형성되고, 또한 예를 들면 부분적인 피복 형상인 스트라이프 형상의 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(1)이 형성되어 있고, 기체(4)의 이면에 은 또는 은 합금층(2)이 형성되어 있는 구성이다.

도 1의 (4)에 나타내는 바와 같이, 기체(4)의 일면(표면) 상에, 도금의 하지층으로 되는 니켈, 코발트, 또는 이들의 합금으로 이루어진 하지층(3)을 사이에 두고 은 또는 은 합금층(2)이 형성되며, 또한 예를 들면 부분적인 피복 형상인 스트라이프 형상의 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(1)이 형성되어 있고, 기체(4)의 이면에 도금의 하지층으로 되는 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금 중의 어느 하나로 이루어진 층(3)을 사이에 두고 Ag 또는 Ag 합금층(2)이 형성되어 있는 구성이다.

본 발명에서 형성되는 은 또는 은 합금으로서, 은(Ag), 은-안티몬(Sb) 합금, 은-셀렌(Se) 합금, 은-안티몬-셀렌 합금 등이 적용된다. 그 감면가공 후의 두께는, 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들면 0.5~10㎛의 범위에서 실시되고, 바람직하게는 2~5㎛ 이다. 0.5㎛보다 얇은 경우는 모터 수명이 극단적으로 짧고, 너무 두꺼운 경우는 경제성상에서 바람직하지 않다.

한편, 도면에서는 은 또는 은 합금층은 전면적으로 형성되어 있지만, 모터용 정류자 재로서 필요한 개소에만 은 또는 은 합금층을 형성함으로써, 보다 더 비용절감을 달성할 수 있다. 그 형상은, 예를 들면 스트라이프 형상 또는 스폿(spot) 형상이 있고, 정류자 재의 형상이나 프레스 간격에 의해 적당히 선택 가능하다. 또한, 정류자 재로서 필요한 기능면과는 반대의 면(이면)에 관해서는, 예를 들면 납땜만의 기능이 필요하면, 기능면보다 얇은 피복 두께로 형성하는 것을 선택해도 좋다.

최표층(1)으로서, 예를 들면, 금 또는 금 합금, 백금 또는 백금 합금으로서, 금, 금-코발트 합금, 금-니켈 합금, 금-은 합금, 백금, 백금-코발트 합금, 백금-니켈 합금, 백금-은 합금, 금-백금 합금 등이 적용된다. 그 두께는, 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 0.005~0.5㎛의 범위에서 실시되고, 보다 바람직하게는 0.02~0.2㎛ 이다. 0.005㎛보다 얇은 경우는, 브러쉬 재와 응착 마모가 발생하여 모터 수명이 저하할 가능성이 있으며, 0.5㎛보다 두꺼운 경우는, 경제적인 효과가 없어져 버리기 때문이다.

추가로, 최표층(1)으로는 예를 들면 팔라듐 또는 팔라듐 합금, 로듐 또는 로듐 합금을 들 수 있다. 팔라듐 또는 팔라듐 합금으로서는, 팔라듐, 팔라듐-니켈 합금 등이 적용되고, 로듐 또는 로듐 합금으로서는, 로듐, 로듐-니켈 합금 등이 적용된다. 그 두께는, 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 0.005~0.2㎛의 범위에서 실시되고, 보다 바람직하게는 0.01~0.1㎛ 이다. 이것이 너무 얇으면, 브러쉬 재와 응착 마모가 발생하여 모터 수명이 저하할 가능성이 높아지고, 또한, 0.2㎛ 보다 두꺼운 경우에는 효과가 포화해 버린다는 것 및 굽힘 가공이나 프레스 가공시에 도금의 균열이 발생하기 쉬워지며, 또한 경제적으로 효과가 없어져 버린다는 것이다.

금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층을 피복하는 목적은, 1개에 은 또는 은 합금을 그대로 정류자로 사용한 경우, 브러쉬와의 슬라이딩에 의하여 응착 마모가 발생하기 때문에, 이것을 방지하는 것에 있다. 특히, 종래 예로서 은 또는 은 합금 도금이 오르는 것은 응착 마모가 현저하다. 본 발명의 은 또는 은 합금은 내부 응력을 개방하고 있기 때문에, 종래품에 비해 응착 마모가 발생하기 어려운 특징을 가지고 있지만, 이 피막 단체에서는 충분한 효과를 얻을 수 없고, 이 피막과 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층과의 조합에 의해 큰 효과가 발현되는 것이다.

또한 다른 효과로서, 은 또는 은 합금이 모터 슬라이딩 또는 정지 중에 황화 변색이 일어나 버리는 것을 방지하는 경우가 있다. 이것은, 정류자 주변에 그리스나 대기중의 유황성분이 은 또는 은 합금과 접촉하기 때문에 생기는 변색에 의한 접촉 저항 상승을 방지하는 것이고, 보다 장기 수명화가 기대된다.

또한, 본 발명에서는, 은 또는 은 합금층을 감면가공하고, 은 또는 은 합금의 내부 응력을 해방하고 있기 때문에, 은 또는 은 합금의 표면 청정도가 불충분하거나, 예를 들면 잔존한 압연유 등이 모터 수명을 저하시키는 요인이 될 수 있는 것을 알았다. 이 때문에, 또한 상기 원소로부터 이루어진 최표층을 형성함으로써, 표면 청정도가 회복하고, 모터 수명을 개선할 수 있는 효과도 겸비한 최표층으로 된다.

본 발명의 은 또는 은 합금의 하지(下地)로서, 니켈 또는 코발트 및 그들 합금을 1층 이상 피복할 수 있다. 이 하지 도금은 기재의 확산 방지 배리어로서 작용하고, 기재 성분이 은 또는 은 합금층 내를 확산하여 표면층에 이르러 접촉 저항이 상승하는 것을 방지하는 효과가 있다. 이 두께는 제한되지 않지만, 0.1~2.0㎛의 범위에서 실시된다.

은 또는 은 합금을 피복한 후에 행하는 감면가공은, 압연기를 이용하여 행하지만, 그때의 압연 롤의 표면조도(산술평균조도)는, Ra로 0.2㎛ 이하로 조정하여 행해진다.

본 발명의 감면가공은, 은 및 은 합금 도금 내부 응력을 개방하는 것 및 표면조도를 작게 하는 것, 또한 기재와 은 또는 은 합금층, 또는, 하지층과 은 또는 은 합금층과의 결합력을 높여, 밀착성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다. 감면가공은 압연에 의하여 행하지만, 압연시의 소성변형과 그것에 수반하는 발열에 의하여, 은 및 은 합금 피막이 재결정되어 내부 응력이 개방되며, 응착 마모하기 어려운 피막으로 변화한다. 또한, 압연 가공으로 사용하는 워크 롤의 표면조도를 작게 함으로써, 은 및 은 합금의 표면조도를 작게 할 수 있고, 응착 마모가 더 발생하기 어려워지는 효과가 발현된다. 또한 기재와 은 또는 은 합금층, 또는, 하지층과 은 또는 은 합금층과의 계면 결합력을, 기계적 힘, 소성 가공력에 의해 향상시켜, 보다 한층 밀착성이 우수한 피막을 제공할 수 있다. 감면가공률은, 5~50%의 범위에서 행해진다. 감면가공률이 지나치게 작으면 은 및 은 합금의 재결정이 불충분하고, 지나치게 크면 효과가 포화해 버린다. 압연의 워크 롤의 표면조도는 Ra 0.2㎛ 이하에서 효과가 인정되며, 바람직하게는 0.1㎛ 이하이다.

본 발명의 정류자 재료의 제조방법은, 도전성 기체의 전면 또는 일부에 필요에 따라 니켈, 니켈 합금, 코발트, 코발트 합금 중의 어느 하나로 이루어진 하지층을 도입한 후, 은 또는 은 합금을 도금 실시하고, 그 다음에 롤 표면조도(Ra)가 0.2㎛ 이하인 워크 롤을 이용한 압연기로 5~50% 범위의 감면가공률로 감면가공을 행하며, 그 다음에 필요에 따라 원하는 폭으로 슬릿 가공을 행한 후, 부분적으로 예를 들면 스트라이프 형상으로 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중 어느 하나를 도금하여 이루어진다. 본 발명의 정류자 재료의 제조방법에 의하면, 은 또는 은 합금 도금 재료의 판 두께 정밀도가 향상되고, 가공비를 저감할 수 있다. 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층의 부분적인 도금, 예를 들면 스트라이프 형상의 도금은, 스트라이프의 폭과 그 간격을 적당히 조절하여 행할 수 있고, 특별한 제한은 없지만, 스트라이프 폭은, 마이크로모터의 브러쉬와 접촉하는 최저한 필요한 폭이며, 일반적으로는 1~10㎜ 정도이다. 정류자용 재료의 진폭은 8~30㎜ 정도가 많고, 이 폭에 대하여 10~30%의 부분에 스트라이프 형상의 은 또는 은 합금이 피복된다.

또한, 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐, 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층이 도금법으로 형성됨으로써, 감면가공에 의한 표면 청정도의 저하를 회복시켜, 압연유 등의 오염물질원을 배제할 수 있기 때문에, 모터 수명의 저하를 억제할 수 있는 효과가 얻어진다.

그런데, 제품 폭으로의 도금은, 제품 폭 방향으로 도금 두께 분포가 발생하여 판두께 정밀도가 악화되고, 모터 정류자로 성형하는 경우 진원도(眞圓度, out of roundness)에 큰 영향을 미쳐, 모터 회전시, 브러쉬의 진동에 의한 수명 저하나 추종성, 기계적 및 전기적 노이즈가 발생하는 문제가 생긴다. 이 문제는, 도금 두께가 1㎛ 이상의 경우에 현저하고, 본 발명에 의해 이 문제를 해결하였다.

은 또는 은 합금 도금 후에 감면가공을 실시함으로써, 도금에서 생긴 볼록부를 평활하게 할 수 있어 결과적으로 판두께 정밀도가 향상된다. 또한, 은 또는 은 합금 도금을 제품 폭의 수 배의 넓은 폭(廣幅)에서 실시하고, 그 다음에 제품 폭에 슬릿 가공함으로써, 도금 가공비를 큰폭으로 저감하는 것이 가능하게 된다.

실시예

본 발명을 실시예에 기초하여 보다 상세하게 설명한다.

연속적으로 조재(條材)에 도금을 실시하는 라인에 있어서, 표 1에 나타낸 판폭 100㎜, 판두께는 각종 사이즈의 C14410조(기체)를 통판(通板)하고, 전해 탈지, 산세의 전처리를 행한 후, 도금을 실시하며, 또한, 압연 가공을 행하였다. 그 후, 슬리터(slitter)로 폭 30㎜로 절단하고, 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금 또는 로듐을 폭 5㎜로 스트라이프 도금을 실시하여 본 발명의 정류자 재료를 얻었다.

상기의 정류자 재료를 프레스 가공하여, 마이크로모터에 구비하여 모터 수명의 시험을 행하였다. 한편, 브러쉬 재에는 도금 두께 1㎛의 Pd 도금을 실시한 스프링용 양백조(洋白條, C7701R-H재) 0.07㎜ 두께를 이용하였다.

평가 결과를 표 1에 나타냈다.

도금 조건은 하기에 나타낸다.

［Ni 도금］

도금액： Ni(SO₃NH₂)₂·4H₂O　500g/ℓ, NiCl₂　30g/ℓ, H₃BO₃　30g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도 5A/d㎡, 온도　50℃,

［Co 도금］

도금액： CoSO₄　400g/ℓ, NaCl　20g/g, H₃BO₄　40g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　5A/d㎡, 온도　30℃,

［Ag 스트라이크 도금］

도금액： AgCN　5g/ℓ, KCN　60g/ℓ, K₂CO₃　30g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　2A/d㎡, 온도　30℃,

［Ag 도금］

도금액： AgCN　50g/ℓ, KCN　100g/ℓ, K₂CO₃　30g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　1A/d㎡, 온도　30℃,

［Ag-Sb 합금 도금］

도금액： AgCN　50g/ℓ, KCN　100g/ℓ, K₂CO₃　30g/ℓ, KSb(C₄H₂O₆)·1.5 H₂O　10g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　1A/d㎡, 온도　30℃,

［Ag-Se 합금 도금］

Ag-0.5%Se 도금액： KCN　150g/ℓ, K₂CO₃　15g/ℓ, KAg[CN]₂　75g/ℓ, Na₂O₃Se·5 H₂O　5g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　2A/d㎡, 온도　50℃,

［Au 도금］

도금액： K[Au(CN)₂] 10g/ℓ, KCN　30g/ℓ, K₂CO₃　30g/ℓ, KH₂PO₄　30g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　0.5A/d㎡, 온도　50℃,

［Au-Co 합금 도금］

도금액： K[Au(CN)₂] 15g/ℓ, C₆H₈O₇　150g/ℓ, K₃(C₆H₅O₇)·H₂O　180g/ℓ, 코발트 용액(10g/ℓ)　0.1㎖/ℓ, 피페라진　2.0g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　1A/d㎡, 온도　50℃,

［Au-Ni 합금 도금］

도금액： K[Au(CN)₂] 3g/ℓ, KCN　1g/ℓ, CoSO₄　3g/ℓ, C₆H₈O₇　150g/ℓ, K₃(C₆H₅O₇)·H₂O　100g/ℓ, Ni(SO₃NH₂) ₂·4 H₂O　90g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　1A/d㎡, 온도　50℃,

［Pd 도금］

도금액： Pd(NH₃)₂Cl₂　45g/ℓ, NH₄OH　90㎖/ℓ, (NH₄)₂ SO₄　50g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　1A/d㎡, 온도　30℃,

［Pd-Ni 합금 도금：Pd/Ni(%)　80/20］

도금액： Pd(NH₃)₂Cl₂　40g/ℓ, NiSO₄　45g/ℓ, NH₄OH　90㎖/ℓ, (NH₄)₂SO₄　50g/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　1A/d㎡, 온도　30℃,

［Pt 도금］

도금액： Pt(NO₂)₂(NH₃)₂　10g/ℓ, NaNO₂　10g/ℓ, NH₄NO₃　100g/ℓ, NH₃　50㎖/ℓ, 도금 조건： 전류밀도　5A/d㎡, 온도　90℃,

［Rh 도금］

도금액： ROHDEX(상품명, 일본 일렉트로플레이팅 엔지니어스(주) (Electroplating Engineers Ltd)제), 도금 조건： 1.3A/d㎡, 온도　50℃.

［모터 시험］

브러쉬 재에는 도금 두께 1㎛의 Pd 도금을 실시한 스프링용 양백조(C7701R-H재) 0.07㎜ 두께를 이용하고, 그 브러쉬의 브러쉬압(정류자로 누르는 압력(또는 힘))을 2.0g로 설정하며, 2.5V, 0.2A, 2000rpm의 조건으로 모터 시험을 행하였다, 모터 정지시간으로부터 정류자의 Ag 또는 Ag 합금 피복 두께당 수명을 하기식에 의해 구하였다.

［모터 정지시간］÷［Ag 도금 두께］=［피복 두께당 수명］

［굽힘 가공성 시험］

얻어진 정류자편에서, 굽힘 반경(R)이 2㎜에서 90°굽혔을 때에, 굽힘 볼록측에 최표층의 균열의 유무에 대하여 조사하였다. 굽힘 균열이 발생하지 않고 기재가 노출되지 않은 것을 양호로 하고 「○」표시하며, 경미한 것도 포함하여 균열이 발생한 것을 불가로 하고 「×」 표시하여, 표 1에 나타냈다.

［황화 시험］

JIS　H8502에 준거한 황화 시험(H₂S 농도 3ppm, 40℃, 습도 80%)을 24시간 실시하였다. 그 후, 정류자편 표면의 변색 정도에 대하여 등급지수(rating number; RN)를 평가하여, RN이 9 이상의 것을 내식성이 우수하다고 판단하였다.

발명예 1~4는 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료이고, 압연 가공률을 변화시킨 것이다. 발명예 5~7은 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로, 중간층의 Ag 도금 층의 두께를 변화시킨 것이다. 발명예 8~11은 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료이고, 압연 가공의 워크 롤 조도를 변화시킨 것이다. 발명예 12~13은, 발명예 1의 Ag 도금층을 Ag 합금 도금층으로 한 것이다. 발명예 14~15는 상술의 도 1의 (1)의 정류자 재료이다. 발명예 16은, 상술의 도 1의 (1)의 정류자 재료로 하지층을 하층 Ni/상층 Co층으로 한 것이다. 발명예 17~21은, 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로 최표층 도금의 AuCo 합금층의 두께를 변화시킨 것이다. 발명예 22는, 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로 최표층 도금을 AuNi 합금층으로 한 것이다. 발명예 23은 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로 최표층 도금을 Au 도금층으로 한 것이다. 발명예 24~28은 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로 최표층 도금의 Pd 또는 PdNi 합금층의 두께를 변화시킨 것이다. 발명예 29~32는 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로 최표층 도금의 Pt층의 두께를 변화시킨 것이다. 발명예 33은 상술의 도 1의 (2)의 정류자 재료로 최표층 도금을 Rh층으로 한 것이다.

비교예 1은 압연 가공의 워크 롤 조도를 0.30㎛로 하고, 최표층 도금을 형성하지 않은 것 이외에는 발명예 1과 같은 구성의 정류자 재료이다.

비교예 2는 비교예 1에 있어서 압연 가공을 행하지 않고, Ag층 상에 최표층 도금의 스트라이프 형상의 Au 합금층을 형성한 것 이외에는 비교예 1과 같은 구성의 정류자 재료이다.

비교예 3은 비교예 1에 있어서 압연 가공을 행하지 않고, Ag층상에 최표층 도금의 스트라이프 형상의 Pt층을 형성한 것 이외에는 비교예 1과 같은 구성의 정류자 재료이다.

비교예 4는 비교예 1에 있어서 압연 가공을 행하지 않는 것 이외에는 비교예 1과 같은 구성의 정류자 재료이다.

비교예 5는 AgCuNi 클래드 C14410R이고, AgCuNi 두께가 50㎛의 정류자 재료이다.

[표 1]

표 1로부터 밝혀진 바와 같이, 본 발명의 정류자 재료는, Ag층 두께당 모터의 정류자 수명이 길고, 또 내식성이 우수한 모터용 정류자 재료를 제공할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 클래드 재의 Ag층 두께당 모터 수명보다, 적어도 2배 이상으로 향상되어 있고, 피복 두께를 얇게 하더라도 수명이 긴 정류자 재를 제공할 수 있는 것을 알수 있다.

또한, 당연하지만, 워크 롤 표면의 산술평균조도(Ra)는 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 워크 롤 표면의 산술평균조도(Ra)를 0.25㎛로 한 것 이외에는, 발명예 1과 같은 구성의 정류자 재료의 경우, 정류자 Ag 1㎛당 수명이 760hr./㎛로 되었다. 따라서, 워크 롤 표면의 산술평균조도(Ra)를, 각 발명예와 같이 정류자 수명이 900hr./m 이상 얻어지는 0.20㎛ 이하로 함으로써, 응착 마모가 한층 더 발생하기 어려워지고, 보다 한층 밀착성이 우수한 피막으로 되었다.

또한 본 발명예는, 굽힘 가공 시험에서도 표층의 균열은 발견할 수 없고, 압연 가공의 도입과 압연 조건의 최적화에 의해, 기재와 표층의 밀착성이 향상됨과 함께, 굽힘 균열성이 개선되어 있는 모습을 볼 수 있다. 이들 모터의 정류자 수명, 굽힘 가공성, 내식성 모두에 있어서 우수한 특성을 나타내는 것은, 본 발명예에만 달성되어 있는 것을 알 수 있다.

본 발명을 그 실시예와 함께 설명하였지만, 우리는 특히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 제한하려 하지 않고, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 한다고 생각한다.

본원은, 2011년 11월 7일에 일본에서 특허출원된 일본특허출원 2011-243242에 기초하여 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로 취한다.

1. 스트라이프 형상의 최표층
2. Ag 또는 Ag 합금층
3. 하지층
4. 기체

Claims

도전성(導電性) 기체(基體)의 전면(全面) 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복하고, 또한 은 또는 은 합금의 표면에 부분적으로 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층(最表層)을 피복한 정류자 재료로서,
상기 도전성 기체의 전면 또는 일부에 은 또는 은 합금을 피복한 후, 롤 표면에서의 산술평균조도(Ra)가 0.2㎛ 이하인 워크 롤(work roll)을 이용한 압연기로 감면가공률이 5~50%의 범위로 감면가공(減面加工)을 실시하고, 그 후 상기 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중의 어느 하나로 이루어진 최표층을 부분적으로 피복한 정류자 재료.
제 1 항에 있어서,
도전성 기체와 은 또는 은 합금으로 이루어지는 피복의 사이에 니켈, 니켈 합금, 코발트 또는 코발트 합금 중의 어느 하나로 이루어지는 1층 이상의 하지층을 가지는 정류자 재료.
도전성 기체의 전면 또는 일부에 은 또는 은 합금 도금을 실시하고, 그 다음에 롤 표면에서의 산술평균조도(Ra)가 0.2㎛ 이하인 워크 롤을 이용한 압연기로 감면가공률이 5~50%의 범위로 감면가공을 행하며, 그 후 금, 금 합금, 팔라듐, 팔라듐 합금, 백금, 백금 합금, 로듐 또는 로듐 합금 중의 어느 하나를 도금함으로써 부분적으로 최표층을 형성하는 정류자 재료의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항의 정류자 재료를 정류자에 이용한 마이크로모터(micromotor).
삭제