KR20000068388A

KR20000068388A - 접동접점재료 및 클래드복합재와 이를 사용한 직류소형모터

Info

Publication number: KR20000068388A
Application number: KR1019997001647A
Authority: KR
Inventors: 시부야이사오; 나카무라케이지; 시라키켄지; 야마모토토시야; 아사다타카오; 나카무라테쯔야
Original assignee: 마부치 류이치; 마부치 모터 가부시키가이샤; 사토 케이지; 타나카 덴시 코오교오 카부시키가이샤
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2000-11-25
Also published as: TW444061B; JP3299282B2; CN1231002A; WO1999001584A1; KR100310781B1; US6245166B1; DE19881091T1; DE19881091B4; CN1080767C

Abstract

Cd와 같은 유해한 물질을 함유하지 않고 특히 접촉저항성(contact resistance)이 우수한 합금조성을 가지는 접동접점재료(sliding contact material)는, 전기적 기능도 양호하고, 시간경과에 따른 변화가 없으며, 내마모성이 우수하다. 상기 접동접점재료는 Ag-Zn-Pd합금, Ag-Zn-Pd-Cu합금, Ag-Zn-Pd-Ni합금 또는 Ag-Zn-Pd-Cu-Ni합금을 포함하는 합금조성을 가지며, 이 합금조성 중에, Zn이 0.1∼3.0 중량 %, Pd가 0.1∼1.5 중량 %, Ag이 잔부(balance) 부분을 차지하고, Cu를 함유하는 경우는 다시 Cu가 0.1∼3.0 중량 %, Ni을 함유하는 경우에는 Ni이 0.01∼0.5 중량 % 함유된다. 합금조성 중에, Zn, Pd, Cu는 Ag α상(phase)중에 고용(固溶)되어 있고, Ni입자가 합금 중에 미세하게 분산되어 있다. 이 접동접점재료에 의해 클래드복합재(clad composite material)가 형성되고, 이 클래드복합재로 만드는 정류자(commutator)를 가전제품의 직류소형모터에 사용된다.

Description

접동접점재료 및 클래드복합재와 이를 사용한 직류소형모터{SLIDING CONTACT MATERIAL, CLAD COMPOSITE MATERIAL, AND SMALL D.C. MOTOR MADE BY USING THE SAME}

근래 상기 기술분야에 있어, 새로운 접동접점재료의 개발에 관한 연구가, 활발하게 이루어지고 있다. 이 접동접점재료에 관해서는, 접점사용시에 있어 마모를 이상적인 것으로 하는 한편 낮은 접촉저항(接觸抵抗)을 실현할 수 있는 것이 가장 중요한 개발과제라고 할 수 있다. 본래 접동접점재료의 낮은 접촉저항을 실현하기 위해서는, 사용하는 접점재료의 도전성은 처음부터 서로 접촉하는 재료끼리 확실하게 접촉 또는 밀착시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나 그 재료가 접동할 때에는, 접촉하는 재료끼리의 접촉 또는 밀착의 정도가 높아지는 만큼 마찰저항은 크게 되어, 그 마찰에 반하여 접동시키면 현저한 마모현상이 발생하게 된다. 결국, 접동접점재료로서는, 원래 상술한 바와 같이 상반되는 현상을 제어하지 않으면, 보다 이상적인 특성을 가지는 것을 얻을 수 없게 된다. 또 이 접동접점의 마모현상은 학문적으로도 해명되지 않은 점이 많으며, 접동접점재료의 개량에 의해 마모현상을 제어하는 것은 상당히 곤란한 것이라고 할 수 있다.

이 접동접점재료의 마모는, 크게 나누어서, 응착마모(凝着摩耗)와 긁힘마모(scratch wear)가 있다. 통상, 접동접점재료의 표면은 상당히 평활하게 마무리되어도, 미시적으로는 완전한 평면이 아니며 미세한 요철이 다수 존재한다. 이와 같이 금속표면끼리 접촉하면, 보기로는 넓은 면적에서 접촉하는 듯이 보이나, 실제로는 표면에 존재하는 미세한 요철 중 돌출된 부분끼리가 접촉한 상태가 되어, 소위 진접촉면적(眞接觸面積)은 보이는 접촉면적보다 작다. 그 때문에, 이 진접촉부, 즉 접촉한 돌기부에는 큰 압력이 가해져 접촉하는 금속끼리의 용착(溶着)이 발생하여, 이에 의해 연질인 금속 쪽이 찢겨져서 경질의 금속으로 이동하는 응착마모가 생긴다. 또 경도가 다른 재료가 접촉하는 경우, 또는 연질금속끼리의 접촉에서도 한쪽에 단단한 입자가 함유되어 있는 경우에는, 연질금속이 경질금속보다 기계적으로 먼저 전단되어 긁힘마모가 생긴다.

이와 같은 마모현상은, 접촉하는 금속재료의 경도, 그들 금속끼리의 결합성 등에 크게 의존하는 것으로서, 접동접점재료의 마모현상에 대해서도, 기본적으로는 접촉압력에 비례하여 현저하게 되며, 재료의 경화에 따라 저감된다. 그러나, 접촉시의 온도나 습도변화, 부식성 성분, 유기질 증기(有機質蒸氣), 먼지 등의 존재에 의해서도 현저하게 마모현상은 변화한다. 그리고, 이 마모현상의 변화는, 접점부에서의 접촉상태의 변화가 있으므로 접촉저항의 증가를 불러일으키는 것이 되어, 낮은 접촉저항의 안정적인 유지에 큰 영향을 주게 된다.

전술한 마모현상은, 구체적으로는, 직류소형모터에 접동접점재료를 사용한 클래드복합재(composite clad material)를 정류자로 끼워 넣어, 모터를 고속회전으로 구동할 경우 정류자와 브러시 사이에서 생긴다. 즉, 정류자를 구성하는 접동접점재료가 장시간의 접촉마찰을 받으면, 접동에 의해 마찰열이 더해져서, 상기한 응착마찰과 긁힘마찰이 복합적으로 생긴다. 이 때문에, 그 마모현상으로 인해 접동접점재료의 표면이 깎이고, 마모분말이 생겨, 접촉저항을 증가시키거나, 마모분말이 정류자의 간극에 매몰되어 도선을 단락(short)시키거나, 잡음발생의 원인이 되기도 한다.

또 이 마모현상이 진행되면, 접동접점재료를 사용한 클래드복합재에 있어서는, 클래드복합재의 표층에 구성된 금속, 즉 접동접점재료가 마모로 인해 파괴되어, 그 아래의 베이스재료(base material)에까지 마모가 도달되게 된다. 이와 같은 마모상태가 된 경우, 산화되기 쉬운 베이스재료의 금속이 노출되기 때문에, 이 베이스재료의 금속산화물에 의해 각종의 전기적 문제점을 불러일으키게 된다. 따라서 소위 2층 또는 3층 클래드복합재를 구성한 정류자를 사용할 경우에는, 각층을 구성하는 합금 재료의 개량이 극히 중요한 과제라고 할 수 있다.

그런데 근래에, 충전식전지로 구동되는 가전제품에 사용되는 직류소형모터용 정류자의 재료, 즉 접동접점재료로서는, 표면층에 1∼2 중량 %의 Cd, 잔부(殘部)는 Ag로 한 Ag-Cd합금을 사용하고, 베이스층에 Cu 또는 Cu합금을 사용한 2층 클래드복합재(예를 들면, Ag 99-Cd 1/Cu)나, 표면층에 1∼2 중량 %의 Cd, 0.01∼0.7 중량 %의 Ni, 잔부는 Ag로 한 Ag-Cd-Ni합금을 사용하고, 베이스층에 Cu 또는 Cu합금을 사용한 2층 클래드복합재(예를 들면, Ag 97.7-Cd 2-Ni 0.3/Cu) 등이 사용되고 있다. 상기 괄호 내에 기재한 「합금조성/Cu」는 2층을 구성하는 클래드복합재를 의미하며, 「/」는 표면층과 베이스층의 경계면을 의미한다. 또 합금조성원소 뒤에 기재된 숫자는 중량 %의 수치를 표시한 것이다.

이와 같은 Ag-Cd합금이나 Ag-Cd-Ni합금은, 전기적 기능, 경도, 접촉저항이 상당히 우수한 재료로서, 예를 들면 특공평 2-60745호 공보에서, Sn 및 Cd 중 적어도 일종(1種)을 합계해서 1∼5 중량 %를 함유하고 잔부 Ag의 Ag합금으로 이루어지는 직류소형모터의 정류자용 접동접점재료가 개시되어 있다. 그러나 현재의 환경문제 등을 고려해 보면, 유해물질로 취급되고 있는 Cd를 함유하는 접동접점재료의 제조나 그 사용은 바람직하지 않다.

다른 합금계로서, Ag-Cu합금 및 Ag-Cu-Cd합금 등도 사용되고 있다. 그러나 이들 접동접점재료는, 사용초기의 접촉저항은 낮지만, 이 접점저항에 시간경과에 따른 변화가 발생한다. 그 때문에, 충전식전지를 사용한 전기면도기 등의 제품가치를 떨어뜨리는 문제를 가지고 있다. 즉 이들 합금계의 접동접점재료를 모터에 사용할 경우, 시간의 경과에 따라 접촉저항이 높게 되므로, 모터의 시동전압이 높게 되어, 전지기전력(電池起電力)이 저하되어 모터가 시동되지 않는 문제가 발생한다. 그 결과로서 전지의 충전횟수도 증가되고 전지 자체의 수명도 짧아지는 경향을 보인다.

또 예를 들면 특개소 58-104140호 공보에는, Ag 중에 Zn 1∼10 중량 %와 Te, Co, Ni, Cu, Ge, Ti, Pb 중 적어도 하나를 합계로 하여 0.5∼1.0 중량 % 첨가해서 만들어지는 Ag-Zn계 합금의 접동접점재료가 개시되어 있다. 이 접동접점재료는 Te, Co, Ni, Cu, Ge, Ti, Pb가 Zn보다 산화되기 쉬운 성질을 이용하여, 이들 금속을 함유시킴으로써 Zn의 산화를 제어하고, 접동접점재료의 내유화성(耐硫化性), 윤활성을 유지하여, 내마모성의 향상 및 낮은 접촉저항의 안정화를 도모한 것이다. 그러나 이 접동접점재료도, 상기한 Ag-Cu합금 등과 같이 초기의 접촉저항은 낮지만 접촉저항에 시간경과에 따른 변화가 생기는 것이다.

더욱이 특개평 8-260078호 공보에는 Ag-Zn합금과 Ag-Zn-Ni합금의 접동접점재료가 개시되어 있다. 이들도 접촉저항은 낮은 것이지만, 모터의 수명을 향상시키는 정도까지 마모현상을 제어한 접동접점재료라 할 수는 없다.

이상 설명한 바와 같이 종래의 접동접점재료에는, 최근의 새로운 충전식전지로 구동되는 가전제품에 대해 충분히 대응하는 것은 없다. 최근의 충전식전지를 사용하는 가전제품, 특히 헤드폰스테레오, 카메라, 전기면도기 등에 있어서는, 낮은 시동전압의 모터와 충전식전지를 사용해도 연속적으로 장시간 사용할 수 있는 제품이 요구되고 있어서, 이와 같은 제품을 실현시킬 수 있는 접동접점재료가 요구되고 있는 실정이다.

그래서 본 발명은, Cd과 같은 유해물질을 함유하지 않는 합금조성이며, 특히 접촉저항성이 우수하고, 전기적 기능도 양호한 한편 시간경과에 따른 변화도 없고, 종래의 접동접점재료에 비해 실용상 손색이 없는 내마모성을 갖는 접동접점재료를 제공하는 동시에, 이와 같은 우수한 특성을 가진 접동접점재료를 직류소형모터의 정류자에 사용함으로써 모터의 긴 수명을 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 전기적, 기계적 접동부(摺動部)에 사용하는 접동접점재료(摺動接点材料)에 관한 것으로서, 특히 충전식 전지로 구동되는 가전제품에 사용되는 직류소형모터용 정류자(整流子)(기타 접지링(earth ring), 로터리 스위치(rotary switch) 등)에 사용되는 접동접점재료에 관한 것이다.

도 1은 2층 클래드복합재의 사시도이고, 도 2는 3층 클래드복합재의 사시도이다.

본 발명자들에 의한 연구 결과, 본 발명은, 기본적으로 Ag을 주성분으로 하는 Ag-Zn-Pd합금 및 Ag-Zn-Pd-Cu합금의 각 조성비를 제어함에 따라 상기한 과제를 해결하게 되었다. 본 발명자들은, Ag에 대해 Zn과 Pd, 또한 Zn과 Pd와 Cu의 함유량을 제어함으로써, Agα상(相)에 이들 금속이 완전히 고용(固溶)되어 있는 합금조성으로 하면, 접촉저항을 낮게 유지할 수 있고, 시간경과에 따른 변화도 없게 되며, 내마모성이 향상된 접동접점재료가 얻어짐을 발견하였다.

이 Ag에 Zn, Pd 또는 Zn, Pd, Cu를 적당량 고용시키면, 다음과 같은 특성이 얻어지게 된다. 우선 첫째로, 이들 금속의 고용에 의해, Ag의 전기도전 특성을 손상시키지 않고, Ag을 경화시킬 수 있으며, 접점재료로서의 적당한 경도가 부여될 수 있다. 둘째로 Ag 중에 고용되는 Zn, Cu가 접동 중 재료표면에 적정한 정도의 산화물피막(산화밴드), 즉 ZnO, CuO를 형성하여, 이 산화피막이 접점부에서의 윤활제의 역할을 해서 마찰저항을 저하시켜, 내마모성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 접동접점재료에 있어서 두번째 특성인 내마모성의 향상에 관해서는, Pd의 존재가 큰 영향을 미치고 있다. 종래의 접동접점재료, 예를 들면 Ag-Zn합금, Ag-Cu합금 등도 ZnO, CuO의 산화밴드 형성에 의해 마모현상을 제어하는 것을 의도하고 있다. 그러나 이들 합금은 공기 중에 방치하면, 접점부에서 시간이 경과함에 따라 ZnO, CuO가 과잉으로 발생해서, 역으로 접촉저항을 크게 해버린다. 특히 도전성이 낮은 CuO가 과잉으로 발생하면, 접촉저항의 증가는 현저하게 되고, 도전성을 가지는 ZnO의 경우에도, 과잉으로 발생하면 접촉저항의 증가를 불러일으키게 된다. 한편 본 발명의 접동접점재료에는, Pd를 함유시킴으로써, Ag에 고용되는 Zn 또는 Zn, Cu의 과잉산화를 제어하고 있다. 결국, 본 발명의 접동접점재료는, Pd의 함유에 의해, 고용되는 Zn, Cu의 과잉산화를 억제하는 산화밴드에 의해 접촉저항의 증가를 방지하는 것인데, 접동시에 윤활작용을 하는 정도의 적당한 ZnO, CuO는 발생할 수 있기 때문에, 내마모성도 향상되고 있다. 이와 같이 본 발명자들은 종래의 Ag-Zn합금, Ag-Cu합금 등으로는 이룰 수 없는 접촉저항성 및 내마모성의 향상을 Cd을 함유하지 않고 달성했다.

이상과 같은 특성을 가진 본 발명의 접동접점재료의 조성은 Ag-Zn-Pd합금 접동접점재료의 경우, Zn이 0.1∼3.0 중량 %, Pd가 0.1∼1.5 중량 %, Ag가 잔부로 되어 있다.

그리고, 제1항에 기재한 Ag-Zn-Pd-Cu합금 접동접점재료의 경우, Zn이 0.1∼3.0 중량 %, Pd가 0.1∼1.5 중량 %, Cu가 0.1∼3.0 중량 %, Ag가 잔부로 되어 있다.

여기서 Zn의 함유량은, 0.1∼1.0 중량 % 미만으로 하면, 접촉저항을 낮게 유지하는 것을 우선시할 수 있으며, 1.0∼3.0 중량 %로 하면, 내마모성의 향상을 우선시할 수가 있다. 그 때문에 본 발명의 접동접점재료는 Zn함유량을 제어함으로써 그 특성을 선택해서 사용할 수도 있다. 이 Zn함유량이 0.1 중량 % 미만에서는 내마모성의 향상 및 접촉저항의 특성을 얻을 수 없고, 3.0 중량 %를 넘게 되면 접촉저항이 높게 되어 버린다. 또 내마모성의 향상을 특히 우선시하는 경우에는, 제1항에 기재된 바와 같이 Cu를 함유시키는 것이 극히 효과적이고, 0.5∼2.5 중량 %의 Cu를 함유하는 경우가 가장 내마모성이 향상된다. 이 Cu 함유량도 Zn과 마찬가지로, 0.1 중량 % 미만에서는 내마모성의 향상 및 접촉저항의 특성을 얻을 수 없게 되고, 3.0 중량 %를 넘으면 내마모성은 향상되나 접촉저항이 높게 된다. 그래서, Pd의 함유량이 0.1 중량 % 미만이면 Zn과 Cu의 과잉산화를 방지하는 효과가 없게 되고, 1.5 중량 %를 넘게 되면 Pd 자체가 공기 중에 방치된 경우에 산화가 쉽게 되어, 산화피막을 형성해서 접촉저항을 높게 한다. 이 Pd의 함유량은 0.5∼1.0 중량 %의 경우가 가장 효과적이다.

또 본 발명자들은, Ag-Zn-Pd합금 또는 Ag-Zn-Pd-Cu합금에 Ni을 함유하는 합금으로 함으로써, 낮은 접촉저항 및 내마모성을 가짐과 동시에, 치수안정성(dimensional stability)이 우수한 접동접점재료로 되는 것을 발견하였다. Ag-Zn계 합금에서는 시효연화(時效軟化)를 일으키는 것이 알려져 있다. 이 연화현상은 실용상 접동특성에 영향을 주는 정도는 아니지만, 접동접점재료의 가공시, 예를 들면 클래드복합재를 제조할 때의 치수안정성에 크게 영향을 미친다. 특히 소형모터에 사용하는 경우에는, 가공시의 치수오차가 모터를 조립할 때에 문제를 발생시킨다. 본 발명에서는, 상기한 Ag-Zn-Pd합금 또한 Ag-Zn-Pd-Cu합금의 접촉저항특성, 내마모특성을 손상시키지 않고 시효연화현상을 방지하기 위해서, Ag 중에 Ni을 미세하게 분산시켜, 가공시의 치수안정성이 우수한 접동접점재료로 하였다. Ni은 Ag에 고용되기 어려운 성질을 가지기 때문에, Zn, Pd, Cu와 달리 Ag 중에 미세하게 분산된 상태로 존재한다. 이 분산된 Ni입자는 Ag-Zn계 합금에서 생기는 시효연화를 방지하고, 또한 Ni입자가 윤활제의 역할을 약간 하기 때문에, 내마모성의 향상에도 기여한다.

이 Ni을 함유하는 본 발명의 접동접점재료의 조성은, 제2항에 기재한 Ag-Zn-Pd-Ni합금의 접동접점재료의 경우, Zn이 0.1∼3.0 중량 %, Pd가 0.1∼1.5 중량 %, Ni이 0.01∼0.5 중량 % 미만, Ag가 잔부로 되어 있다.

그리고 제3항에 기재한 Ag-Zn-Pd-Cu-Ni합금의 접동접점재료의 경우, Zn이 0.1∼3.0 중량 %, Pd가 0.1∼1.5 중량 %, Cu가 0.1∼3.0 중량 %, Ni이 0.01∼0.5 중량 % 미만의 Ni이고, Ag가 잔부로 되어 있다.

이 Ni의 함유량은, 0.01 중량 % 미만에서는 시효연화를 방지할 수 없고, 0.5 중량 % 이상이면 Ni이 불균일하게 편중되고, 더구나 접동 중 접점표면에 분산되어 있는 Ni입자가 산화물을 생성해서, 국부적으로 접촉저항을 높게 해버린다. 이 시효연화를 방지하기 위한 Ni의 함유량은 0.2∼0.4 중량 %가 가장 효과적이고, 이 정도의 Ni함유량에 따라, 내마모성의 향상도 약간 기대할 수 있다.

그리고 본 발명에서는, 본 발명의 접동접점재료를 모터의 정류자로 사용할 경우, 보다 적합한 정류자의 재료로 하기 위해서, 베이스재로 Cu 및 Cu합금을 사용하며, 그 베이스재료 상의 일부에 본 발명의 접동접점재료를 매설한 클래드복합재로 하였다. 이와 같이 하면, 정류자를 전기적으로 접속하기 위해 필요한 납땜 처리에서 납땜성이 양호하게 되고, 또 정류자의 형상을 성형하는 때의 가공성도 향상된다. 또 클래드복합재라는 형태를 취함으로써, 사용되는 모터에 따라 베이스재에 매설하는 본 발명의 접동접점재료의 두께를 제어할 수 있으므로, 고가의 접동접점재료를 부분적 사용으로 한정시킬 수 있어, 경제적으로 유리하다고 할 수 있다.

상기한 클래드복합재는, 매설된 접동접점재료의 내부표면에 노출된 부분은 대기 중에 노출되어서 부식되기 쉽게 된다. 그래서 본 발명에서는, Cu 또는 Cu합금의 베이스재료 상의 일부에 본 발명의 접동접점재료를 매설한 클래드복합재에, 그 접동접점재료 상의 적어도 일부를 Au 또는 Au합금으로 피복한 것으로 하였다. Au 또는 Au합금은 내식성이 우수함과 동시에 낮은 접촉저항을 실현하는 양호한 접동접점재료로 알려져 있으나, 상당히 고가이기 때문에 대량으로 사용하는 것은 경제적으로 불리하게 된다. 그래서 Au 또는 Au합금은 Au합금을 일부분에 피복함으로써 단가의 증가를 억제하는 동시에, 본 발명의 접동접점재료의 부식을 방지하도록 하였다. 또 이와 같은 클래드복합재를 모터의 정류자에 사용하면, 사용 초기시에 Au 또는 Au합금의 우수한 접촉저항특성에 의해 양호한 모터 구동이 가능하게 되고, 예를 들어 마모에 의해 Au 또는 Au합금이 파괴되어도, 내부에는 본 발명의 접동접점재료가 존재하기 때문에, 다시 사용을 계속할 수 있다.

또 상기한 본 발명의, 소위 2층 및 3층 클래드복합재를, 정류자로서 직류소형모터에 사용하기도 한다. 이와 같이 하면, 안정된 낮은 접촉저항을 실현할 수 있어, 시간경과 변화도 작을 뿐 아니라, 마모분말에 의한 지장도 없고, 낮은 시동전압으로 직류소형모터를 구동시킬 수 있다. 또 이와 같은 것은 직류소형모터 자체의 수명을 길게 할 수 있어, 모터를 구동시키는 충전식전지의 수명을 늘릴 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 대해서, 아래에 나타낸 실시예 1∼18을 이용하여 설명한다. 실시예 1∼18은 표 1에 나타낸 조성의 것이고, 표 1 중에 기재된 종래예 1∼6, 비교예 1∼2는 본 실시예의 비교를 위한 접동접점재료를 나타내고 있다(종래예 및 비교예라 함은, 본 발명자들이 종래의 사용하고 있는 정류자의 접동접점재료를 나타낸다). 이들 접동접점재료는 각 조성으로서, 용해-주조-면삭(面削)-그루브롤(roll)의 순서로 가공하여, 5.5mm 각(角)으로 하고, 그 후 열처리(컨베이어 로(爐), 650。C, 250mm/min)를 하여, 다시 와이어드로잉을 해서 직경 2mm의 환봉재로 하여 사용하였다.

상기 조성의 실시예 1∼18, 종래예 1∼6 및 비교예 1∼2의 직경 2mm의 환봉 형태의 시험재료를 사용해서, 같은 형태의 Ag-Pd 50 중량 %의 환봉과 십자로 교차시키고, 아래에 기술한 시험조건으로 접동시험을 해서, 마모량(마모체적)을 측정하였다.

마모체적을 구한 때의 접동시험조건은 아래와 같다.

[접동시험조건]

전류 DC 170mA

하중 25g

회전수 300rpm

진폭 0.5mm

온도, 습도 25。C, 50%RH

사이클 수 10만 사이클

가동접점재료(可動接點材料) 시험재료

고정접점재료(固定接點材料) Ag-Pd 50 중량 %

또 접동시험 후의 시험재료에 있어서는, 가동접점재료(시험재료)에서 고정접점재료(Ag-Pd 50 중량 %)로의 재료 이전이 발생되었다. 이 가동접점재료(시험재료)의 마모부분은, 대략 타원형에 가까우므로, 그 마모체적을 아래식 ①에 의해 계산하였다. 각 접동접점재료에 대해, 10점을 측정하여 평균 마모체적을 산출한 결과를 표 2에 나타내었다.

다음으로 본 발명에 의한 클래드복합재의 한 실시형태에 대해 설명한다. 도 1의 사시도는, Cu합금으로 된 베이스재의 일부에 본 실시예에 나타낸 접동접점재를 매설한, 소위 2층 클래드복합재로 일컬어지는 것을 나타내고 있다. 또 도 2의 사시도는 Cu합금으로 된 베이스재의 일부에 본 실시예에 나타낸 접동접점재를 매설하고, 다시 매설된 접동접점재의 일부를 Au에 의해 피복한, 소위 3층 클래드복합재로 일컬어지는 것을 나타내고 있다. 또 도 1의 (a), 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 싱글스트랩(single strap) 클래드복합재를 나타내고, 도 1의 (b)는 더블스트랩(double strap) 클래드복합재를 나타내고 있다. 도면에서 부호 1은 본 발명의 접동접점재, 도 2의 부호 1'은 매설되는 접동접점재(1)의 일부 노출된 부분을 나타내는 노출부, 부호 2는 Cu합금의 베이스재, 부호 3은 Au을 나타내는 것이다.

상기한 2층 클래드복합재를 각 접동접점재료에 의해 만들고, 그 접촉저항의 시간경과 변화를 측정한 결과에 대해서 설명한다. 접촉저항의 시간경과 변화에 대해서는, 각 접동접점재료로 형성된 2층 클래드복합재를 가속조건 하에 방치함으로써 평가한다. 가속조건은, 온도 60。C, 습도 90%의 분위기(雰圍氣)에 240시간 방치한 것이므로, 각 접동접점재료의 표면에 산화피막을 생성시키기 때문에 시효(aging)처리하는 것이다. 그리고 접촉저항은, 시효처리 전후의 각 시료에 대해 접촉저항 측정장치를 사용하여 Pt탐침, 접촉하중 10g으로 4단자법(端子法)에 의해 각 시료의 매 100점을 측정했다. 그 측정값은 다음식 ②를 사용하여 통계적으로 처리해서, 각 시료의 접촉저항값으로 했다.

표 2 및 표 3에 나타낸 결과에서 본 실시예의 각 조성의 접동접점재료는 다음과 같은 특성을 갖는 것이 판명되었다. 표 2에서, 실시예 1 및 실시예 2를 제외한 본 실시예의 접동접점재료는, 종래예 또는 비교예의 것과 거의 같은 정도의 내마모성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또 표 3에서, 본 실시예의 접동접점재료로 이루어지는 클래드복합재는 시효처리 전에 있어서는, 각 종래예 및 비교예와 같은 정도의 접촉저항을 갖고, 시효처리 후의 접촉저항에 있어서는, 종래예의 것보다 약간 악화된 수치가 관찰되었지만, 비교예 1 및 2에 나타낸 수치와 같이 극단적으로 증가하지는 않았다. 본 실시예에 나타낸 시효처리 후 약간 악화된 접촉저항값으로도 실용상 요구되는 접촉저항값으로서는 충분히 만족될 수 있다. 표 2에서의 실시예 1 및 2에서는, 종래예와 비교예보다도 약간 내마모성이 떨어지는 수치를 나타내고 있으나, 표 3에 나타낸 접촉저항값의 결과와 함께 평가하면, 실시예 1 및 2에도 충분히 실용상 요구되는 접동접점재료의 특성을 갖추는 것으로 판단할 수 있었다.

또 상기한 접동접점재료를 사용하는 실제의 직류소형모터를 조립해서, 모터의 내구성능을 조사한 결과에 대해 설명한다. 먼저 Cd을 함유하는 종래예 1과 본건 발명에 의한 실시예 3 및 15를 이용한 내구시험 결과를 나타낸다. 직류소형모터의 조립은, 각 조성의 접동접점재료를 사용하며, 도 1에 나타낸 2층 클래드복합재를 만들어서, 이 클래드복합재를 3극 정류자로 가공하여 행하였다.

내구시험의 조건은 다음과 같다.

전압 1.2 V

토오크 15 g-cm

회전방향 출력축에서 보아 반시계 방향(CCW)

모드 5분 on, 30초 off

시험대수 10 대

다음에 나타낸 표 4는, 상기 내구시험의 초기단계 및 500시간 후에 대한 각 모터의 정상 전류, 회전속도를 조사한 결과를 나타내고 있다.

표 4에 나타낸 바와 같이 본 실시예 3 및 15의 접동접점재료를 사용한 모터는, Cd을 함유한 종래예 1의 접동접점재료를 사용한 모터와 대략 같은 접촉저항과 내구성능을 갖고 있는 것이 확인되었다.

계속해서, Cd를 함유하지 않는 종래예 5 및 6과 실시예 4 및 14를 직류소형모터에 조립하여 내구시험 결과를 표 5에 나타낸다. 직류모터에 조립하는 것과 내구시험의 조건은 상기한 내구시험과 같기 때문에 생략한다.

표 5에 나타낸 바와 같은 종래예 5의 접동접점재료에서는, 모터 10대 중 최초의 1대가 260시간에서, 2대가 380시간에서 정지하고, 게다가 종래예 6의 접동접점재료에서는 10대 중 최초의 1대가 260시간에서 정지해서, 목표인 400시간을 채우지 못하는 경우가 발생했다. 한편 실시예 4 또는 실시예 14의 접동접점재료를 사용한 모터 10대의 전부가 400시간 이상의 수명을 가지는 것이 확인되었다.

이상 설명한 실험결과를 요약하면, 본 실시예의 접동접점재료는, Cd을 함유하지 않은 합금이지만, 접촉저항성과 내마모성에 대해서는, Cd을 함유한 접동접점재료와 같은 정도인 것이 판명되었다. 또 종래에 사용되고 있는 Cd을 함유하지 않은 다른 접동접점재료와 비교해도 실용상 손색이 없다는 것이 확인되었다. 또 직류소형모터에 조립될 때에는, Cd을 함유하는 접동접점재료와 같은 정도의 접촉저항과 내마모성이 있고, 종래에 사용되고 있는 Cd을 함유하지 않는 다른 접동접점재료의 경우보다도 분명히 모터의 수명시간을 길게 할 수 있음이 판명되었다.

이상과 같이 본 발명에 의한 접동접점재료는, Cd와 같은 유해물질을 함유하지 않은 합금조성으로서, 접촉저항을 낮게 유지할 수 있고, 전기적 기능도 양호한 한편 시간경과에 따른 변화도 없고, 종래의 접동접점재료에 비해 실용상 손색이 없는 내마모성을 가지는 것이다. 그리고 이 접동접점재료는, 특히 충전식전지를 사용하는 직류소형모터를 갖추는 가전제품에 응용함으로써, 낮은 접촉저항을 시간경과에 따라 유지해서, 낮은 시동전압으로 모터를 구동할 수 있으므로, 종래에는 실현할 수 없었던 모터의 장기 연속사용을 가능하게 하는 동시에, 모터를 구동시키는 충전식전지의 수명을 연장시킬 수 있게 되었다.

Claims

전기적, 기계적 접동부의 접동접점재료(摺動接点材料)에 쓰이는 Ag-Zn-Pd-Cu합금에 있어서, 0.1∼3.0 중량 %의 Zn, 0.1∼1.5 중량 %의 Pd, 0.1∼3.0 중량 %의 Cu, 잔부(殘部)는 Ag로 한 것을 특징으로 하는 접동접점재료.
전기적, 기계적 접동부의 접동접점재료에 쓰이는 Ag-Zn-Pd-Ni합금에 있어서, 0.1∼3.0 중량 %의 Zn, 0.1∼1.5 중량 %의 Pd, 0.01∼0.5 중량 % 미만의 Ni, 잔부는 Ag로 한 것을 특징으로 하는 접동접점재료.
전기적, 기계적 접동부의 접동접점재료에 쓰이는 Ag-Zn-Pd-Cu-Ni합금에 있어서, 0.1∼3.0 중량 %의 Zn, 0.1∼1.5 중량 %의 Pd, 0.1∼3.0 중량 %의 Cu, 0.01∼0.5 중량 % 미만의 Ni, 잔부는 Ag로 한 것을 특징으로 하는 접동접점재료.
Cu 또는 Cu합금의 베이스재료(base material) 상의 일부에 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 기재된 접동접점재료를 매설한 클래드복합재(composite clad material).
Cu 또는 Cu합금의 베이스재료 상의 일부에 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 기재된 접동접점재료를 매설한 클래드복합재로서, 그 접동접점재료 상에 적어도 일부를 Au 또는 Au합금으로 피복한 클래드복합재.
제4항 또는 제5항에 기재된 클래드복합재를 정류자(整流子)로서 사용한 직류소형모터.