KR20020044145A

KR20020044145A - Ｎｉ금속입자 분산형 Ａｇ- Ｎｉ계 합금 슬라이딩접점소재와 클래드 복합재 및 이를 사용한 직류 소형 모터

Info

Publication number: KR20020044145A
Application number: KR1020027003615A
Authority: KR
Inventors: 나카무라케이지; 혼마타케마사; 하시모토야스히로; 사카구치오사무; 타네이치켄고; 야마모토토시야
Original assignee: 마부치 류이치; 마부치 모터 가부시키가이샤; 다나까 세이이찌로; 다나까 기낀조꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2002-06-14
Also published as: EP1264908A1; CN1138012C; KR100473495B1; JP3789291B2; JP2002042594A; US6638334B2; CN1388833A; EP1264908A4; WO2002008480A1; US20030061903A1

Abstract

본 발명은 Cd과 같은 유해물질을 함유하지 않은 합금조성이며, 특히 접촉저항 특성이 우수하고, 전기적 기능도 양호하며 시간에 따른 변화도 없고, 종래의 슬라이딩 접점소재에 비하여 실용상 손색이 없는 내마모성을 갖는 슬라이딩 접점소재를 제공하며, 내구성이 우수한 슬라이딩 접점소재를 직류 소형 모터의 정류자로 사용하여 모터의 긴 수명화를 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 기계적 슬라이딩동작에 의해 전기적인 개폐를 행하는 슬라이딩부에 사용되는 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에 있어서, 0.7~ 3.0중량%의 Ni 분말과, 첨가물로서 금속 환산으로 0.01~ 0.50중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말과, 잔부 Ag 분말을 혼합하여 교반하므로써, 균일하게 분산된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 성형처리, 소결처리하여 얻어지는 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재로 한다.

Description

Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재와 클래드 복합재 및 이를 사용한 직류 소형 모터{Sliding Contact Material Comprising Ag-Ni based alloy Having Ni metal particles dispersed and Clad Composite Material, and DC Compact Motor Using the Same}

근래, 상기 기술분야에 있어서, 새로운 슬라이딩 접점소재의 개발에 관한 연구가 활발히 행해지고 있다. 이 슬라이딩 접점소재에 관해서는, 접점 사용시에 있어 마모를 이상적인 것으로 하며 또한 저접촉저항을 실현하는 것이 가장 중요한 개발 과제라 할 수 있다. 본래, 슬라이딩 접점소재의 저접촉저항을 실현하려면, 사용하는 접점 재료의 도전성은 물론, 서로 접촉하는 재료끼리 확실하게 접촉 또는 밀착시키므로써 달성할 수 있다. 그러나, 그 재료가 슬라이딩할 때에는 접촉하는 재료끼리 접촉 또는 밀착 정도가 증가하는 만큼 마찰저항은 크게 되며, 그 마찰에 반하여 슬라이딩시키면 현저한 마모 현상이 발생한다. 즉, 슬라이딩 접점소재에서는 본래 상술한 바와 같은 상반된 현상을 제어하지 않으면, 보다 이상적인 특성을 갖는 것이 얻어지지 않는다. 또한, 이 슬라이딩 접점의 마모 현상은 학문적으로도 해명되지 않은 점이 많으며, 슬라이딩 접점소재의 개량에 의하여 마모 현상을 제어하는 것은 매우 곤란한 것이라고 한다.

이 슬라이딩 접점소재에 있어서 마모는, 대별하여 응착마모(cohesion abrasion)와 스크래치 마모(scratch abrasion)가 있다. 통상, 슬라이딩 접점소재의 표면은 매우 편평하게 마무리되어도 미크로(micron)적 측면으로는 완전한 평면이 아니고 미세한 요철이 다수 존재한다. 이와 같은 금속 표면이 서로 접촉하면, 외관상으로는 넓은 면적이 접촉하고 있는 것처럼 보이나, 실제로는 표면에 존재하는 미세한 요철 중 돌기한 부분끼리 접촉한 상태가 되며, 소위 진접촉 면적(true contact area)은 외관상의 접촉 면적보다도 작다. 그때문에, 상기 진접촉부, 즉 접촉한 돌기부에는 큰 압력이 가해지게 되며 접촉하는 금속끼리 용착이 발생하여, 그에 따라 연질인 금속측이 찢어져 경질금속으로 이동한다는 응착마모가 생긴다. 또한, 경도가 다른 재료가 접촉하는 경우 혹은 경질금속끼리의 접촉에서도, 한쪽에 경한 입자가 함유되어 있는 경우에는 연질금속이 경질금속에 의해 기계적으로 전단되어 스크래치 마모가 발생한다.

이와 같은 마모 현상은 접촉하는 금속재료의 경도, 이들 금속끼리의 결합성등에 크게 의존하며, 슬라이딩 접점소재의 마모 현상에 대해서도, 기본적으로는 접촉압력에 비례하여 현저하게 되고, 재료의 경화에 의해 감소된다. 그러나, 접촉시의 온도나 습도 변화, 부식성 성분, 유기질 증기, 먼지(dust) 등의 존재에 의해서도 현저하게 마모 현상은 변화한다. 그리고, 이 마모 현상의 변화는 접점부에 있어서의 접촉상태의 변화이므로 접촉저항의 증가를 일으키게 되며, 저접촉저항의 안정적인 유지에 많은 영향을 미친다.

상기한 마모현상은, 구체적으로는 직류 소형 모터에 슬라이딩 접점소재를 이용한 클래드 복합재(cladding composite material)를 정류자로서 조립하여 모터를 고속 회전으로 구동시키는 경우의 정류자와 브러쉬(brush) 사이에 생긴다. 즉, 정류자를 구성하는 슬라이딩 접점소재가 장시간의 접촉 마찰을 받고 슬라이딩에 의한 마찰열도 더해져, 상기한 응착마모, 스크래치 마모가 복합적으로 생긴다. 이 때문에, 이 마모현상에 의해 슬라이딩 접점소재의 표면이 깎여 마모분말이 생기고, 접촉저항을 증가시키기도 하며, 그 마모분말이 정류자의 간극을 메워 도통 단락(conduction short)을 일으키기도 하고 잡음 발생의 원인이 되기도 한다.

또한, 이 마모현상이 진행하면, 슬라이딩 접점소재를 이용한 클래드 복합재에 있어서는, 클래드 복합재의 표층에 마련된 금속, 즉 슬라이딩 접점소재가 마모에 의해 파괴되어 그 아래의 베이스 재료까지 마모가 도달하게 된다. 이와 같은 마모상태가 된 경우, 산화하기 쉬운 베이스 재(base material)의 금속이 노출되기 때문에, 그 베이스 재의 금속산화물에 의해 여러 전기적 장애를 일으키곤 한다. 이러한 이유로, 소위 2층 또는 3층 클래드 복합재를 구성하여 정류자로서 이용하는 경우에는 각 층을 구성하는 합금 재료의 개량이 매우 중요한 과제라고 할 수 있다.

그런데, 근래 CD 플레이어에서 CD의 출입을 행하는 로딩, 또는 CD의 신호를 읽어들이는 렌즈를 이동하기 위한 피크 이송에 사용되는 직류 소형 모터용 정류자의 슬라이딩 접점소재, 더욱이 충전식 전지로 구동하는 가정용 전기제품에 사용되는 직류 소형 모터용 정류자의 슬라이딩 접점소재로서는, 표면층에 1~ 2중량%의 Cd, 잔부 Ag로 한 Ag-Cd 합금을 이용하고, 베이스 층에 Cu 또는 Cu 합금을 이용한 2층 클래드 복합재(예를 들면 Ag 99- Cd 1/Cu)나, 표면층에 1~ 2중량%의 Cd, 0.01~ 0.70중량%의 Ni, 잔부 Ag로 한 Ag-Cd-Ni 합금을 이용하고, 베이스 층에 Cu 또는 Cu 합금을 이용한 2층 클래드 복합재(예를 들면 Ag 97.7- Cd 2- Ni 0.3/Cu) 등이 이용되고 있다. 상기 () 내에 기재된 「합금 조성/Cu」는 2층을 구성하는 클래드 복합재를 의미하며, 「/」는 표면층과 베이스 층과의 경계를 의미한다. 또한, 합금조성 원소 뒤에 기재한 숫자는 중량% 값을 나타내는 것이다.

이와 같은 Ag- Cd 합금이나 Ag- Cd- Ni 합금은, 전기적 기능, 경도, 저접촉저항 특성이 매우 우수한 재료이며, 예를 들면 일본 특공평 2-60745호 공보에 Sn 및 Cd 가운데 적어도 1종을 1~ 5중량% 함유하고, 잔부 Ag의 Ag 합금으로 이루어진 직류 소형 모터의 정류자용 슬라이딩 접점소재가 개시되어 있다. 그러나, 작금의 환경 문제 등을 고려하면 유해물질로 되어 있는 Cd을 함유한 슬라이딩 접점소재의 제조나 그 사용은 바람직하지 않다.

다른 합금계로서, Ag- Cu 합금이나 Ag- Cu- Cd 합금 등도 이용되고 있다. 그러나, 이들 슬라이딩 접점소재는, 사용 초기의 접촉저항은 낮으나, 그 접촉저항이시간의 흐름에 따라 변화가 생긴다. 그 때문에, 충전식 전지를 사용한 면도기 등의 제품 가치가 떨어진다는 문제를 갖고 있다. 즉, 이들 합금계의 슬라이딩 접점소재를 모터에 사용한 경우, 시간의 흐름에 따라 접촉저항이 높게 되기 때문에, 모터의 시동전압이 높게 되고, 전지 기전력이 저하하여 모터가 시동하지 않게 된다는 문제가 생긴다. 그 결과로서, 전지의 충전 회수도 증가하고, 전지 자체의 수명도 짧아지는 경향을 보인다.

또한, 예컨데, 일본 특개소 58-104140호 공보에는, Ag 속에 Zn 1~ 10중량%와, Te, Co, Ni, Cu, Ge, Ti, Pb 중 적어도 1종을 0.5~ 1.0중량% 첨가하여 이루어진 Ag- Zn계 합금의 슬라이딩 접점소재가 개시되어 있다.

이 슬라이딩 접점소재는 Te, Co, Ni, Cu, Ge, Ti, Pb가 Zn보다도 산화하기 쉽다는 성질을 이용하여, 이들 금속을 함유시키므로써, Zn의 산화를 억제하고, 슬라이딩 접점소재의 내황화성(sulfuration resistance), 윤활성을 유지하며, 내마모성의 향상 및 저접촉저항의 안정성을 도모한 것이다. 그러나, 이 슬라이딩 접점소재도 상기한 Ag- Cu 합금 등과 같이 초기의 접촉저항은 낮지만, 시간에 따라 접촉저항에 변화가 생기며, 사용시간이 길게 되면 접촉저항이 높게 된다.

더욱이, 일본 특개평 8-260078호 공보에는 Ag- Zn 합금, Ag- Zn- Ni 합금의 슬라이딩 접점소재가 개시되어 있다. 이들도 접촉저항은 낮으나, 모터의 수명을 향상시킬 정도까지 마모 현상을 억제하는 슬라이딩 접점소재라 하기에는 이르지 못한다.

이상과 같이, 종래의 슬라이딩 접점소재는 최근의 소형화한 CD 플레이어의로딩 사양, 피크 이송 사양에 대하여 충분히 대응할 수 있다고는 할 수 없다. CD 플레이어의 소형화에 수반하여, 그 내부에 사용되는 모터도 소형화하지만, CD 플레이어의 로딩 사양 자체는 모터의 크기에 관계가 없고, 종래부터 필요로 하는 토크(torque)와 같다. 그 때문에, 모터를 소형화하여도, 1만 회전/분 이상의 고속 회전으로 하고, 기어를 통하여 필요한 토크를 갖는 소형 모터를 실현하고 있다. 그러나, 이 1만 회전/분 이상의 고속회전 영역에서는 종래의 슬라이딩 접점소재에 있어서의 특성으로는 불충분하기 때문에 보다 내구성이 있는 슬라이딩 접점소재가 강하게 요구되고 있다.

본 발명은 기계적 슬라이딩 동작(sliding action)에 의해 전기적 개폐를 행하는 슬라이딩부(sliding part)로 사용하는 슬라이딩 접점소재에 관한 것으로, 특히 CD 플레이어에서 CD의 출입을 행하는 로딩(loading) 혹은 CD의 신호를 읽어 들이는 렌즈를 이동하기 위한 피크(pick) 이송에 사용되는 직류 소형 모터용 정류자, 또한 충전식 전지로 구동하는 가정용 전기제품에 사용되는 직류 소형 모터용 정류자[기타 접지링(earth ring), 회전식 스위치(rotary switch) 등]에 이용되는 슬라이딩 접점소재에 관한 것이다.

도1은 2층 클래드 복합재의 사시도이다.

도2는 3층 클래드 복합재의 사시도이다.

도3은 내구시험결과를 나타내는 봉 그래프이다.

도4는 초기 무부하 전류치의 측정결과를 나타내는 그래프이다.

따라서, 본 발명은 Cd와 같은 유해물질을 함유하지 않은 합금 조성으로, 특히 접촉저항성이 우수하고, 전기적 기능도 양호하면서 시간에 따른 변화도 없고, 종래의 슬라이딩 접점소재에 비하여 실용상 손색이 없는 내마모성을 갖는 슬라이딩 접점소재를 제공함과 함께, 이와 같은 우수한 특성을 갖는 슬라이딩 접점소재를 직류 소형 모터의 정류자로 사용하므로써, 모터의 긴 수명화를 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 연구한 결과, 0.7~ 3.0중량%의 Ni 분말과, 첨가물로서 금속 환산으로 0.01~ 0.50중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말과, 잔부 Ag 분말을 혼합하여 교반하므로써, 균일하게 분산된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 성형처리, 소결처리하여 얻어진 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재라면, 상기한 과제를 해결할 수 있음을 알아냈다.

본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는 Ag 매트릭스 중에 Ni 금속입자가 분산한 Ag- Ni계 합금이며, 그리고 Li₂CO₃가 적당하게 분산되어 있다. 이 소재 중에 분산한 Li₂CO₃은 슬라이딩 중 소재표면에서 LiOH·H₂O를 형성하고, 이들이 피막이 되어 슬라이딩부에 있어서 윤활제의 역할을 맡아 마찰저항을 감소시켜, 내마모성이 향상된다.

종래의 슬라이딩 접점소재, 예를 들면 Ag- Zn 합금, Ag- Cu 합금들도 ZnO, CuO의 산화 밴드(oxide band)의 형성에 의해 마모 현상을 억제하는 것을 의도하고 있지만, 이들 합금은 공기 중에 방치하면, 접점부에 있어 시간에 따라 ZnO, CuO를 과잉 발생하여, 역으로 접점저항을 높여버린다. 특히, 도전성이 낮은 CuO가 과잉 발생하면 접촉저항의 증가는 현저하게 되며, 도전성을 갖는 ZnO의 경우도 과잉으로 발생하면 접촉저항의 증가를 일으킨다.

한편, 본 발명의 슬라이딩 접점소재에서는, Ag 매트릭스 중의 Ni 금속입자는 그 극표면(polar surface)에 NiO를 약간 형성하지만, Ni이 소재 중에 금속입자로서 존재하고 있기 때문에 접점 표면 전체를 NiO로 피복하지는 않는다. 또한, 소재 중에 분산하고 있는 Li₂CO₃는 Li 금속 환산으로 0.01~ 0.50중량%로 소량이기 때문에 접촉저항을 증가시킬 정도의 영향은 없다.

또한, 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는, 소위 분말야금법에 의해 제조되는 것이므로, Ag 매트릭스 중에 존재하는 Ni 금속입자, Li₂CO₃는 매우 균일하게 분산되게 되나, 용해법에서는 본 발명과 동일한 조성의 Ag- Ni계 합금을 형성할 수 없다. 그 때문에, 본 발명에서는 종래의 Ag- Zn- Pd- Cu- Ni 합금 등의 슬라이딩 접점소재에서 이룰 수 없었던 접촉저항의 안정성과 내마모성의 향상을, Cd을 함유하지 않고도, 동시에 달성할 수 있다.

이 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에 있어 Ni 금속입자는, 슬라이딩 접점소재의 내마모성을 향상시키는 역할을 주로 맡고 있다. 이 Ni의 양은, Ni 분말로서 혼합할 때 0.7중량% 미만이면 Ni 금속입자에 의한 내마모성의 향상 효과가 작게 되는 경향이 있으며, 3.0중량%를 초과하면 내마모성이 너무 향상되어 반대로 브러쉬를 마모하여 결과적으로 모터의 내구 수명을 저하시켜 버린다. 이 Ni의 양은 0.7~ 2.0중량%의 Ni 분말을 혼합하는 것이, 본 발명에 관련된 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재의 특성을 가장 우수한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에서는, 소재 중에 함유되는 Ni 양이 0.7~ 3.0중량%가 되는 것이다. 그런데, 이와 같은 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재를 용해 주조에 의해 굳이 형성하려 한다면, Ag와 Ni은 용융할 때 서로 거의 용해하지 않기 때문에 2상 분리상태가 되며, 도가니 내의 윗쪽에 Ni가, 아랫쪽에 Ag가, 각각 용융상태로 분리하여 존재하게 되고, 예컨데 이를 주조했다 하더라도, 일부에 Ni가 편석된 Ag- Ni계 합금밖에 얻을 수 없다. 즉, 용해법에 의해서는 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는 형성할 수 없다. 따라서, 본 발명의 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는 분말야금법에 의해 형성하기 때문에, 소재 중의 Ni 금속입자가 Ag 매트릭스 중에 매우 균일하게 분산한 상태가 되며, 내마모성의 향상에 대하여, 충분히 기능한다.

또한, 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재 중에 분산되는 Li₂CO₃는, 슬라이딩부, 즉 접점 표면에서 LiOH·H₂O가 되고, 윤활제로서 역할하게 된다. 이 Li₂CO₃의 분산량은, Li 금속 환산으로 0.01중량% 미만에서는 윤활제로서의 기능을 발휘하지 못하는 경향이 있으며, 0.50중량%를 초과하면 슬라이딩 접점소재의 가공성이 저하함은 물론, 접촉저항의 안정성이 저하하는 경향이 있다. 이 Li₂CO₃는 Li 금속 환산으로 0.05~ 0.20중량%의 Li₂CO₃분말을 혼합하는 것이, 본 발명에 관련된 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재의 특성을 가장 우수한 것으로 할 수 있다.

그리고, 본 발명자들은, 이 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재의 첨가물에 대하여 여러 검토를 행한 결과, Li₂CO₃이외에 La₂O₃를 가해도 본 발명의 과제가 달성될 수 있다는 것을 알아내었다. 구체적으로는, 0.7~ 3.0중량%의 Ni 분말과, 첨가물로서 금속 환산으로 0.01~ 0.50중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말 및 금속 환산으로 0.01~ 1.00중량%의 La에 상당하는 La₂O₃분말과, 잔부 Ag 분말을 혼합하여 교반하므로써, 균일하게 분산된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 성형처리, 소결처리하여 얻어지는 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재이다.

이 La₂O₃는 Li₂CO₃와 마찬가지로 소재 중에 분산하여 La₂O₃입자 그 자체가 윤할제로서 역할함과 동시에, Ag 매트릭스 속 뿐만 아니라, Ni 금속입자의 내부에도 존재하여 Ni 금속입자의 내마모성도 향상시킨다는 상승효과로 소재의 내마모성 향상에 기여한다. 이 La₂O₃분산량은 La 금속 환산으로 0.01중량% 미만에서는 Ni 금속입자와의 상승효과가 얻어지지 않으며, 1.00중량%를 초과하면 슬라이딩 접점소재의 가공성이 저하함은 물론, 접촉저항의 안정성이 저하하는 경향이 있다. 이 La₂O₃는 La 금속 환산으로 0.20~ 0.40중량%의 La₂O₃분말을 혼합하는 것이, 본 발명에 관련된 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재의 특성을 가장 우수한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에 있어서의 La₂O₃는, 다른 희토류 산화물, 예를 들면, Ce₂O₃, Sm₂O₃등을 대체하여 사용하는 것도 가능하다. 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에서 La₂O₃를 채용하는 것은, La₂O₃는 자원적으로 풍부하고 입수가 용이하다는 이유 때문이다.

본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재를 모터의 정류자로서 사용하는 경우, 보다 적절한 정류자 재료로 하기 위해, 베이스 재로서Cu 또는 Cu 합금을 이용하여, 그 베이스 재료 상의 일부에 본 발명의 슬라이딩 접점소재를 매설한 클래드 복합재로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 정류자를 전기적으로 접속하기 위해 필요한 납땜 처리에 있어서의 납땜성이 양호하게 되며, 또한 정류자 형상을 성형할 때의 가공성도 향상된다. 또한, 클래드 복합재라 하는 형태를 취하므로써, 사용하는 모터에 대응하여 베이스 재에 매설하는 본 발명의 슬라이딩 접점소재의 두께를 제어할 수 있으므로, 비싼 슬라이딩 접점소재를 부분적으로만 사용할 수 있어 경제적으로 유리하게 할 수 있다.

상기한 클래드 복합재는, 매설한 슬라이딩 접점소재 중 표면에 노출하는 부분은 대기 중에 노출되기 때문에 부식되기 쉽다. 그래서, Cu 또는 Cu 합금의 베이스 재료 상의 일부에 본 발명의 슬라이딩 접점소재를 매설한 클래드 복합재의 경우, 그 슬라이딩 접점소재 상의 적어도 일부를 Au 또는 Au 합금으로 피복하는 것이 바람직하다. Au 또는 Au 합금은, 내식성이 우수하며 저접촉저항을 실현하는 양호한 슬라이딩 접점소재로서 알려져 있으나, 매우 비싸기 때문에 대량으로 사용하는 것은 경제적으로 불리하게 된다. 따라서, Au 또는 Au 합금을 일부분에 피복하므로써, 비용의 증가를 억제함과 함께, 본 발명에 관련된 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에 있어서의 부식을 방지하는 것으로 한 것이다. 이와 같은 클래드 복합재를 모터의 정류자로 사용하면, 사용 초기시에는 Au 또는 Au 합금의 우수한 접촉저항 특성에 의해 양호한 모터 구동이 가능하게 되며, 예컨데 마모에 의해 Au 또는 Au 합금이 파괴되어도 내부에는 본 발명의 슬라이딩 접점소재가 존재하므로, 다시 계속 사용이 가능하다.

또한, 상기한 본 발명의, 소위 2층 또는 3층 클래드 복합재를, 정류자로서 직류 소형 모터에 사용하면, 안정되게 저접촉저항을 실현할 수 있고, 시간에 따른 변화도 작음은 물론, 마모분말에 의한 지장이 없으며, 낮은 시동 전압으로 직류 소형 모터를 구동시키는 것이 가능하다. 이것은 CD 플레이어의 로딩용 또는 피크 이송용으로서 사용한 경우에, 직류 소형 모터 자체의 수명을 장기화할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 대하여 이하에 기재하는 실시예에 기초해서 설명한다. 표1에는 실시예1, 2의 슬라이딩 접점소재의 조성을 나타내고 있고, 표2에는 특성 대비를 행한 종래예1 및 비교예1의 슬라이딩 접점소재의 조성을 나타내고 있다. 또한, 비교예1은 본 발명자들이 이전에 개발한 슬라이딩 접점소재이다.

	Ag 분말(중량%)	Ni 분말(중량%)	Li₂CO₃분말(Li 금속 환산, 중량%)	La₂O₃분말(La 금속 환산, 중량%)
실시예1	잔	1.0	0.1	-
실시예2	잔	1.0	0.1	0.3

	Ag	Cd	Pd	Cu	Zn	Ni
종래예1	잔	2.0	-	-	-	0.3
비교예1	잔	-	0.5	0.5	0.5	0.3

(중량%)

실시예1의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는, 1.0중량%의 Ni 분말, 금속 환산으로 0.1중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말 및 잔부 Ag 분말을, 볼밀에 의해 4시간 교반하고, 각 분말이 균일하게 분산한 분말 혼합물로 하였다. 그리고, 그 분말 혼합물을 원통 용기에 채워 넣어, 원주 길이방향으로부터 압력 4.9×10⁵N(50tf)을 가하는 압축가공처리를 하므로써, 직경 50mm의 원주 빌렛(billet)을 형성하였다. 계속하여, 이 원주 빌렛을 1123K(850℃)의 온도에서 4시간의 소결처리를 행하였다. 이 압축가공처리, 소결처리는 4회 반복하였다.

이 압축가공 및 소결처리를 실시한 원주 빌렛은 열간 압출가공에 의해 직경 6.0mm의 선재로 형성하였다. 이어서, 신선가공(wire drawing)에 의해 직경 1.6mm의 선재로 하였다.

또한, 실시예2의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는, 1.0중량%의 Ni 분말, 금속 환산으로 0.1중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말, 금속 환산으로 0.3중량%의 La에 상당하는 La₂O₃분말, 잔부 Ag 분말을, 볼밀에 의해 4시간 교반하고, 각 분말이 균일하게 분산한 분말 혼합물로 하였다. 그리고, 그 분말 혼합물을 원통 용기에 채워 넣어, 원주 길이방향으로부터 압력 4.9×10⁵N(50tf)을 가하는 압축가공처리를 하므로써, 직경 50mm의 원주 빌렛을 형성하였다. 이후의 공정은 실시예1의 경우와 같으므로 생략한다.

종래예1 및 비교예1은 용해법에 의해 얻어진 슬라이딩 접점소재이며, 표2에 기재한 각 조성이 되도록, 각 금속을 용해하고, 그 후 주조, 압출가공, 신선가공을 하므로써, 직경 1.6mm의 선재로 하였다.

이상과 같이 하여 형성한 각 선재는 압연기에 의해 테이프 상으로 가공하고, 이것을 베이스 층으로 한 Cu재에 상감세공(inlaid) 접합을 하여 클래드 복합재를 얻었다. 그리고, 이 클래드 복합재는 1023K(750℃)에서 열처리를 하고, 압연을 반복하여 전체 두께 0.2mm, 폭 19mm인 2층 클래드 복합재로 하였다.

다음에, 본 발명에 관련된 클래드 복합재의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 도1의 사시도는 Cu 합금으로 이루어진 베이스 재의 일부에 본 실시형태에서 나타나는 슬라이딩 접점소재를 매설한, 소위 2층 클래드 복합재라 부르는 것을 나타내고 있다. 또한, 도2의 사시도는, Cu 합금으로 이루어진 베이스 재의 일부에 본 실시예에서 나타낸 슬라이딩 접점소재를 매설하고, 다시 그 매설된 슬라이딩 접점소재의 일부를 Au 또는 Au 합금에 의해 피복한, 소위 3층 클래드 복합재라 부르는 것을 도시하고 있다. 또한, 도1a 및 도2a, 2b는 한줄, 도1b는 두줄의 클래드 복합재를 나타내고 있다. 도면 중, 부호 1은 본 발명의 슬라이딩 접점소재, 도2의 부호 1'는 매설된 슬라이딩 접점소재(1)의 일부 노출된 부분을 나타내는 노출부, 부호 2는 Cu 합금의 베이스 재, 부호 3은 Au 또는 Au 합금을 나타낸다.

또한, 상기한 클래드 복합재를 이용하여 실제로 직류 소형 모터를 조립하여, 모터의 내구성능을 조사한 결과에 대하여 설명한다. 직류 소형 모터의 조립은 표1및 표2에 나타난 각 조성의 슬라이딩 접점소재를 이용하여, 상기한 도1a에 도시한 2층 클래드 복합재를 제작하고, 그 2층 클래드 복합재를 3극 정류자로 가공하였다. 내구시험 조건은 다음 표3에 도시한 바와 같다.

온도	295k(22℃)
습도	50%
전압	6.5V
전류	250㎃
모드	정회전(출력측에서 볼 때 시계방향) 2초- 정지 1초- 역회전(출력측에서 볼 때 반시계방향) 2초- 정지 1초
회전수	12000rpm
토크	7.84×10^-4N-m(8gf-cm)
시험대수	5대

표4에는 상기 내구시험에 의해 얻어진 모터가 고장난 각 내구시간값을, 도3에는 그 데이타를 봉 그래프로 도시하고 있다.

	내구시험에 의해 5대의 모터가 정지한 각 시간(hr)
실시예1	221.5	267.5	274.5	280.5	321.0
실시예2	211.5	279.5	280.5	294.0	309.0
종래예1	140.5	224.5	226.0	237.5	241.0
비교예1	117.0	133.0	140.5	150.0	157.5

표4 및 도3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예1 및 2의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재를 이용한 모터는, Cd을 함유한 종래예1의 슬라이딩 접점소재를 사용한 모터보다도 우수한 내구성능을 나타내었다. 본 내구시험 조건인 전류 250㎃, 회전수 12000rpm의 고속회전 조건에서 비교예1의 슬라이딩 접점소재는 내구성능이 열악해져 버리는 경향이 있지만, 본 실시예1 및 2는 충분히 실용적인 내구수명을 갖게 되는 것이 확인되었다.

이어서, 초기 무부하 전류값(새로운 모터를 무부하로, 전압 6V의 상태에서회전하기 시작할 때의 전류를 말한다)을 측정한 결과에 대하여 설명한다. 표5에는 그 측정값 결과를, 도4에는 데이타를 그래프화하여 도시하고 있다.

	최소값(㎃)	최대값(㎃)	평균값(㎃)
실시예1	61.3	85.1	71.3
실시예2	62.5	75.2	67.6
종래예1	71.1	99.8	84.6
비교예1	84.7	107.0	98.1

표5 및 도4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예1 및 2의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재를 이용한 모터는, Cd를 함유한 종래예1의 슬라이딩 접점소재를 이용한 모터 및 본 발명자들이 이전에 개발한 비교예1의 슬라이딩 접점소재를 이용한 모터보다도 초기 무부하 전류값이 확실히 낮음을 확인하였다.

이상 설명한 시험결과를 정리하면, 본 실시예의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는 전류값 250㎃이고 회전수가 12000rpm과 같은 사용조건에 있어서도 Cd을 함유한 종래의 슬라이딩 접점소재와 동등한 정도 이상의 내구성능을 갖는 것이 판명되었다. 또한, 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는 Cd을 함유한 종래의 슬라이딩 접점소재와 비교하면, 초기 무부하 전류값을 낮게 하는 성능을 갖고 있는 것이 판명되었다.

본 발명에 의한 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는 Cd와 같은 유해물질을 함유하지 않는 합금 조성으로, 전기적 기능도 양호하며 시간에 따른 변화도 없고, 종래의 슬라이딩 접점소재에 비하여 실용상 손색이 없는 내마모성을 갖는다. 그리고, 본 발명의 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재는, 특히 충전식 전지를 사용하는 직류 소형 모터를 구비한 가정용 전기제품에 응용하므로써, 낮은 접촉저항을 시간이 경과하여도 유지하며, 낮은 시동전압으로 모터를 구동할 수 있으므로, 종래에는 실현할 수 없었던 모터의 장기 연속사용을 가능하게 함은 물론, 모터를 구동시키는 충전식 전지의 수명도 늘리는 것이 가능하다.

Claims

기계적인 슬라이딩 동작에 의해 전기적인 개폐를 행하는 슬라이딩부에 사용되는 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에 있어서,

0.7~ 3.0중량%의 Ni 분말과, 첨가물로서 금속 환산으로 0.01~ 0.50중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말과, 잔부 Ag 분말을 혼합하여 교반하므로써, 균일하게 분산된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 성형처리, 소결처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재.
기계적인 슬라이딩 동작에 의해 전기적인 개폐를 행하는 슬라이딩부에 사용되는 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재에 있어서,

0.7~ 3.0중량%의 Ni 분말과, 첨가물로서 금속 환산으로 0.01~ 0.50중량%의 Li에 상당하는 Li₂CO₃분말 및 금속 환산으로 0.01~ 1.00중량%의 La에 상당하는 La₂O₃분말과, 잔부 Ag 분말을 혼합하여 교반하므로써, 균일하게 분산된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 성형처리, 소결처리하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재.
Cu 또는 Cu 합금의 베이스 재료상의 일부에 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재를 매설한 클래드 복합재.
Cu 또는 Cu 합금의 베이스 재료상의 일부에 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재를 매설한 클래드 복합재로서, 매설한 Ni 금속입자 분산형 Ag- Ni계 합금 슬라이딩 접점소재 상의 적어도 일부를 Au 또는 Au 합금으로 피복한 클래드 복합재.
청구항 3 또는 청구항 4에 기재된 클래드 복합재를 정류자로서 이용한 직류 소형 모터.