KR20220057522A

KR20220057522A - 접동 접점용 금속 재료 및 그 제조 방법과 모터용 브러시재 및 진동 모터

Info

Publication number: KR20220057522A
Application number: KR1020227003717A
Authority: KR
Inventors: 소키 쿠즈하라; 슈이치 키타가와
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 세이미쓰 긴조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-05-09
Also published as: WO2021084853A1; CN114175420B; CN114175420A; JPWO2021084853A1; TW202117028A; JP6932860B1; KR102544423B1

Abstract

본 발명의 접동 접점용 금속 재료는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와, 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층을 갖는 금속 재료로써, Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 것을 특징으로 하는 것이며, 모터 코일에 통전하기 위해서 충분한 도전성을 가지면서, 내마모성이 우수한 접동 접점용 금속 재료, 그리고 그것을 사용한 모터용 브러시재 및 진동 모터를 제공한다.

Description

접동 접점용 금속 재료 및 그 제조 방법과 모터용 브러시재 및 진동 모터

본 발명은 접동 접점용 금속 재료 및 그 제조 방법과 모터용 브러시재 및 진동 모터에 관한 것이다.

마이크로 모터는 음향기기, 가전, 휴대전화, 카메라, 자동차 등, 많은 용도로 폭넓게 사용되고 있다. 모터의 수명은 모터 코일에 통전하기 위한 부재인 정류자와 브러시의 내구성에 의해서 결정된다. 이러한 부재로서는, 내마모성, 내아크성, 전기 접속성, 도전성, 강도 등의 성능이 우수한 재료가 필요시되고 있으며, 일반적으로 Ag-Pd 합금을 피복한 Cu 합금조가 사용되고 있다.

한편, 도금 재료에 대해서는, 그 도금 재료가 사용되는 용도에 요구되는 성능을 충족하기 위해서, 각종 개량이 이루어지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 금속 기체 상의 Pd 도금에 대하여, X선 회절법에 따라 측정한 (111)면의 결정 배향율이 45∼60%이고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40∼55%인 도금 구조체가 극히 높은 도전성을 보이는 것이 개시되어 있다.

일본 특허공보 제4351736호

상술한 바와 같이, 지금까지 사용되어 온 브러시재는 기재(예를 들면, Cu 기 재)에 Ag-Pd 합금으로 피복한 클래드재로서, 소둔과 압연을 반복해서 제조하기 때문에, 제조 비용이 높은 데다가, 가공에 따른 가공 변질층(금속 조직이 변한 층)이 Ag 합금 상에 형성되기 때문에, 내아크성이 떨어지고, 마모가 빨라 모터 수명이 짧다는 과제가 있었다.

본 발명은 이상의 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 모터 코일에 통전하기 위해서 충분한 도전성을 가지면서, 내마모성이 우수한 접동 접점용 금속 재료 및 그 제조 방법, 그리고 그것을 사용한 모터용 브러시재 및 진동 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상술한 목적을 달성하기 위해서 열심히 검토를 거듭하였다. 그 결과, 접동 접점용 금속 재료가 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와, 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층을 가지며, Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만임으로 인해서, 모터 코일에 통전하기 위해서 충분한 도전성을 가지면서, 내마모성이 우수하다는 것을 찾아내서, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

(1) 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와, 상기 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층을 갖는 금속 재료로써, 상기 Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 것을 특징으로 하는, 접동 접점용 금속 재료.

(2) 상기 기재와 상기 Pd 함유층 사이에 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 하지층을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 접동 접점용 금속 재료.

(3) 상기 Pd 함유층이 전기 도금에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 접동 접점용 금속 재료.

(4) 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 접동 접점용 금속 재료를 사용한 모터용 브러시재.

(5) 도전성 기판과 브러시를 포함한 진동 모터로써, 상기 브러시는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와, 상기 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층을 갖는 접동 접점용 금속 재료를 사용하여 형성되며, 상기 Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 금속 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 모터.

(6) 상기 도전성 기판은 수지제 판과, 상기 수지제 판 상에 형성되는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리층과, 상기 구리층 상에 표면층으로서 형성되는 Au층, Au-Cu층, Au-Ni층 또는 Au-Co층을 갖는, 상기 (5)에 기재된 진동 모터.

(7) 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 접동 접점용 금속 재료를 제조하는 방법으로써, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재의 적어도 일부에 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 3∼20g/L, 욕온 46∼60℃의 도금욕 속에서, 전류 밀도 20∼100A/d㎡의 조건으로 Pd 도금 처리를 실시하여, Pd 함유층을 최표층으로서 형성하는 것을 특징으로 하는, 접동 접점용 금속 재료의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 모터 코일에 통전하기 위한 충분한 도전성과, 우수한 내마모성을 갖는 접동 접점용 금속 재료, 그리고 그것을 사용한 모터용 브러시재 및 진동 모터를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시형태의 접동 접점용 금속 재료의 종단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.

1. 접동 접점용 금속 재료

본 발명의 접동 접점용 금속 재료는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와, 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층을 갖는 금속 재료로써, Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 「X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율」이란, X선 회절법에 있어서, Cu-Kα선을 사용하였을 때의 각 결정면으로부터의 회절 피크 강도의 합계에 대한 (111)면의 회절 피크 강도의 비율을 백분율로 나타낸 값이다. 또한, 「X선 회절법에 따라 측정되는 (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계」란, X선 회절법에 있어서, Cu-Kα선을 사용하였을 때의 각 결정면으로부터의 회절 피크 강도의 합계에 대한 (200)면의 회절 피크 강도의 비율을 백분율로 나타낸 값과, 각 결정면으로부터의 회절 피크 강도의 총합에 대한 (220)면의 회절 피크 강도의 비율을 백분율로 나타낸 값을 합계한 것이다.

도 1은 일 실시형태의 접동 접점용 금속 재료의 종단면을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 1에 나타내는 접동 접점용 금속 재료(10)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재(1)와, 기재(1)의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층(2)을 갖는 금속 재료로써, Pd 함유층(2)은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만이다. 또한, 도시한 접동 접점용 금속 재료(10)는 기재(1)와 Pd 함유층(2) 사이에 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 하지층(3)을 갖는 구성인 경우를 나타내고 있다.

이하, 본 발명의 접동 접점용 금속 재료의 각 부에 대해서 상세하게 설명한다.

(기재)

기재(1)는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 것이다.

구리 합금으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 Cu-Zn계 합금, Cu-Zn-Ni계 합금, Cu-Ni-Si계 합금, Cu-Sn계 합금, Cu-Ni-Sn계 합금, Cu-Cr-Mg계 합금, Cu-Ni-Si-Zn-Sn-Mg계 합금 등을 들 수 있다.

기재(1)의 두께로서는 특별히 한정되지 않지만, 0.02∼0.15㎜인 것이 바람직하다.

기재(1)의 형상으로서는 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들면, 조재, 판재, 봉재, 선재 등일 수 있다.

(Pd 함유층)

Pd 함유층(2)은 기재(1)의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되는 것이며, Pd 함유층 100질량%에 대해서 95질량% 이상의 Pd을 함유한다. 이와 같이, Pd 함유층(2) 중의 Pd 함유량을 95중량% 이상으로 함으로써, 우수한 도전성이나 내식성을 확보할 수 있다.

Pd 함유층(2) 중의 Pd 함유량으로서는, 상술한 바와 같이 95질량% 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 98질량% 이상인 것이 바람직하다.

Pd 함유층(2)으로서는, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 한, Pd 합금일 수 있다. Pd 합금으로서는 특별히 한정되지 않지만, Pd-Ni계 합금, Pd-Ag계 합금 등을 들 수 있다. 또한, Pd 함유층(2)은 Pd 금속(모상) 중에 Pd 합금상이 존재하는 상태로 형성되어 있을 수 있다.

Pd 함유층(2)에 있어서는, X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크다. Pd 결정의 (111)면은 다른 결정면, 예를 들면, (200)면이나 (220)면에 비하여 상대적으로 경도가 높은 경향이 있기 때문에, 그 결정 배향율이 60%보다 크면, 표면층 전체의 경도가 높아지고, 아크 방전에 따른 마모가 생기기 어려워져서 내아크성이 향상하기 때문에, 이를 이용하여 구성되는 브러시재로서의 수명이 길어진다.

Pd 함유층(2)에서 (111)면의 결정 배향율로서는, 60%보다 크면 되며, 더 바람직하게는 65% 이상이다.

Pd 함유층(2)에서, X선 회절법에 따라 측정되는 (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계로서는, 40% 미만이면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 35% 미만이다. Pd 결정의 (200)면 및 (220)면은 (111)면과 비교하여 경도가 낮기 때문에, (200)면 및 (220)면의 결정 배향율이 높으면, Pd 함유층(2)의 표면이 아크 방전에 의해 마모가 발생되기 쉬워져서 내아크성이 떨어지기 때문에, 브러시재로서의 수명이 짧아질 우려가 있다.

Pd 함유층(2)의 두께로서는 특별히 한정되지 않지만, 0.1∼5㎛인 것이 바람직하고, 0.1∼2㎛인 것이 더 바람직하며, 0.2∼0.5㎛인 것이 더욱 바람직하다. Pd 함유층(2)의 두께를 5㎛ 이하로 함으로써, 우수한 가공성과 저비용을 균형있게 양립시킬 수 있다.

Pd 함유층이 전기 도금에 의해서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 전기 도금으로 형성함으로써 Pd 결정의 (111)면의 배향율을 높일 수 있다.

(하지층)

필수 구성 요소는 아니지만, 접동 접점용 금속 재료(10)에 있어서는, 상술한 기재(1)와 Pd 함유층(2) 사이에 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 하지층(3)을 갖고 있을 수 있다.

기재(1)와 Pd 함유층(2)이 직접 접촉하고 있으면, 고온하나 황화수소 분위기하 등에 있어서, 기재(1)에 포함되는 Cu 원자가 Pd 함유층(2) 중을 확산하고, Pd 함유층(2)의 표면에 나타나서 산화구리를 형성하여, 접촉 저항이 상승하는 경우가 있다. 따라서, 이러한 환경하에서의 사용이 상정될 경우에는, 하지층(3)을 마련해서 Cu의 확산을 방지하고, 접촉 저항의 상승을 억제하는 것이 바람직하다.

Ni 합금으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, Ni-P계, Ni-Fe계, Ni-B계 등을 들 수 있다.

하지층(3)의 두께로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.1∼3.0㎛인 것이 바람직하고, 0.2∼1.0㎛인 것이 더 바람직하다.

또한, 하지층(3)에는 니켈계 재료로 구성된 Ni 함유층 대신, 코발트 또는 코발트 합금층으로 이루어지는 코발트(Co) 함유층을 사용해도, Ni 함유층과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

2. 모터용 브러시재 및 진동 모터

이상과 같이 해서 구성되는 접동 접점용 금속 재료(10)는 예를 들면, 진동 모터에 사용되는 모터용 브러시재로서 사용할 수 있다.

구체적으로, 진동 모터는 도전성 기판과 브러시를 포함하는 것이다. 그리고, 이러한 진동 모터에 있어서, 브러시로서, 상술한 접동 접점용 금속 재료와 동일한 구성의 금속 재료를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 이 브러시는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와, 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층을 갖는 접동 접점용 금속 재료를 사용하여 형성되며, Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 금속 재료로 구성되는 것이다.

이러한 진동 모터에 있어서, 브러시재와 접하는(접동하는) 도전성 기판으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 수지제 판 상에 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리층을 붙이는 등의 방법을 이용하여 형성하고, 나아가, 이 구리층 상에 표면층으로서 Au, Ni, Rh 및 그들 합금과 같은 도전성이 우수한 층을, 도금 등을 이용하여 형성한 복합 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 중, 특히 표면층을 Au층, Au-Cu층, Au-Ni층 또는 Au-Co층의 도금층으로 함으로써, 브러시를 구성하는 기재의 적어도 일부의 최표층에 형성되는 Pd 함유층과의 사이에서 내마모성이 더 우수하다.

3. 접동 접점용 금속 재료의 제조 방법

본 발명의 접동 접점용 금속 재료의 제조 방법은 상술한 접동 접점용 금속 재료를 제조하는 방법이다. 구체적으로, 이 접동 접점용 금속 재료의 제조 방법은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재의 적어도 일부에, 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도(금속 Pd 환산) 3∼20g/L, 욕온 46∼60℃의 도금욕 속에서, 전류 밀도 20∼100A/d㎡의 조건으로 Pd 도금 처리를 실시하여, Pd 함유층을 최표층으로서 형성한다.

보다 구체적으로 접동 접점용 재료의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재 상에 임의로 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 하지층을 적층 형성한다. 하지층을 형성하지 않는 경우에는 기재 상에, 하지층을 형성할 경우에는 하지층 상에, 최표층으로서 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 3∼20g/L, 욕온 46∼60℃의 도금욕 속에서, 전류 밀도 20∼100A/d㎡의 조건으로 Pd 도금 처리를 실시하여, Pd 함유층을 형성한다.

전류 밀도를 20∼100A/d㎡로 함으로써, (111)면이 우선적으로 성장하는 석출 상태가 된다. 그 결과, 최표층으로서, X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 Pd 함유층을 얻을 수 있다.

또한, Pd 함유층을 형성하기 위한 도금법으로서는, 전기 도금법을 이용한다. 한편, 하지층을 형성하기 위한 도금법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 전기 도금이나 무전해 도금과 같은 습식 도금, 증착이나 스패터와 같은 건식 도금 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 습식 도금을 이용하는 것이 바람직하고, 전기 도금을 이용하는 것이 더 바람직하다. 이 때, Pd 함유층을 형성할 때의 욕온과 전류 밀도 이외의 Pd 도금 조건(도금액 중의 금속 농도, 처리 시간, 하지층을 형성할 때의 욕온 및 전류 밀도 등)은 도금 방법이나 도금층의 화학종, 도금층의 두께 등에 따라 적절히 조정하면 된다.

[실시예]

다음으로, 본 발명의 효과를 더욱 명확하게 하기 위해서, 실시예 및 비교예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하에 나타내는 제조 방법으로 실시예 1∼7 및 비교예 1∼7의 시료를 제작하였다.

[실시예 1]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd-Ni 도금을 실시하였다. Pd-Ni 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 3g/L, 욕온 46℃, 전류 밀도 20A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 결정 배향율은 70%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 23%였다.

[실시예 2]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 6g/L, 욕온 46℃, 전류 밀도 30A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 65%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 34%였다.

[실시예 3]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 20g/L, 욕온 60℃, 전류 밀도 100A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 61%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 39%였다.

[실시예 4]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 6g/L, 욕온 55℃, 전류 밀도 30A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 80%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 15%였다.

[실시예 5]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, Ni의 하지 도금을 실시하였다. 이어서, 그 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 10g/L, 욕온 55℃, 전류 밀도 60A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 63%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 35%였다.

[실시예 6, 7]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, Ni의 하지 도금을 실시하였다. 이어서, 그 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 10g/L, 욕온 55℃, 전류 밀도 30A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 71%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 25%인 금속 재료였다.

[비교예 1]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정한 후, Ni 도금을 최표층으로서 실시하여 금속 재료를 얻었다.

[비교예 2]

스프링용 구리기 합금(C72950)에 두께 10㎛의 Ag-Pd 합금 필름을 클래드해서 금속 재료를 얻었다.

[비교예 3]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, Ni의 하지 도금을 실시하였다. 이어서, 그 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디니트로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 6g/L, 욕온 40℃, 전류 밀도 30A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 60%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 40%였다.

[비교예 4]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, Ni의 하지 도금을 실시하였다. 이어서, 그 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 15g/L, 욕온 46℃, 전류 밀도 110A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 42%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 54%였다.

[비교예 5]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, Ni의 하지 도금을 실시하였다. 이어서, 그 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 3g/L, 욕온 70℃, 전류 밀도 20A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 51%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 49%였다.

[비교예 6]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, Ni의 하지 도금을 실시하였다. 이어서, 그 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 3g/L, 욕온 55℃, 전류 밀도 10A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 49%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 47%였다.

[비교예 7]

스프링용 양은(C7701)을 전해 탈지, 산세정을 실시한 후, 도전성 기판과 회전 접촉하는 적어도 표면에 Pd 도금을 실시하였다. Pd 도금의 조건은 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 10g/L, 욕온 70℃, 전류 밀도 40A/d㎡로 하였다. 얻어진 금속 재료의 Pd 함유층의 (111)면의 배향율은 55%이고, (200)면과 (220)면의 배향율 합계는 40%였다.

이상과 같이 해서 제작한 시료에 대하여, 그 구조 및 특성에 대해서 평가하여, 그 제조 조건과 함께 표 1에 나타냈다.

(Pd 함유층의 두께 측정)

JIS　H8501:1999의 형광 X선식 시험 방법에 따라서 제작한 각 시료의 표면으로부터 형광 X선 분석을 실시하여 측정하였다. 또한, 각 층의 두께를 확인하기 위해서, 단면에 대하여 화상 해석법에 따라서도 두께 측정을 실시하였다. 화상 해석법은 JIS　H8501:1999의 주사형 전자현미경 시험 방법에 따라서 실시하였다.

(피크의 X선 강도 면적의 비율 측정 방법)

각 시료의 표층 표면을 X선 회절법을 이용하여 분석하고, 각 피크의 강도를 산출한 후, 그 합계량에 대한 (111)면의 비율, 그리고 (200)면의 비율 및 (220)면의 비율 합계를 산출하였다. X선 회절 측정은 이하의 조건으로 실시하였다.

시료의 크기: 15㎜×15㎜

측정 장치: 리가크 주식회사　Geigerflex　RAD-A

N수: n=10

(내마모성 평가)

각 시료를 정류자편 및 브러시재 형상으로 프레스 가공하고, 소형 모터에 넣어서 평가를 실시하였다. 모터의 도전성 기판은 수지제 판 상에 구리 합금으로 이루어지는 구리층을 붙이고, 그 위에 표면의 도금층(표면층)으로서 Au층, Au-Cu층, Au-Ni층 또는 Au-Co층을 형성한 것을 사용하였다. 인가 전압 2.5V, 부하 전류 0.1A, 부하 시 회전수 2000회전/분의 조건으로 모터 시험을 실시하고, 모터가 정지하기까지의 시간(모터 정지 시간)을 측정해서, 이하의 기준으로 평가하였다.

◎: 7200시간 이상

○: 5000시간 이상 7200시간 미만

×: 5000시간 미만

(접촉 저항치 측정)

도전재(각 시료)와, Ag 표면 피복 장출 가공재(표층에 막 두께 3㎛인 Ag층을 갖는 무산소 구리 C1020, 장출 가공부의 곡률 반경이 5㎜) 사이의 접촉 저항을 4단자법으로 측정하여 구하였다. DC 전류원으로서 주식회사 TFF 케이틀리 인스트루먼츠사 제조　6220형 DC 전류 소스를 이용하고, 전기 저항 측정에는 전류 측정기(동일 회사 제조　2182A형 나노 볼트 미터)를 이용하였다. 임의의 5개소에서 접촉 저항치를 측정하고, 각각 평균치(n=5)를 산출해서, 이하의 기준으로 평가하였다.

◎: 5mΩ 미만

○: 5mΩ 이상 10mΩ 미만

×: 10mΩ 이상

(내황화 시험)

각 시료를 JIS　H　8502:1999에 준거하여, 40℃, 3ppm의 황화수소(H₂S)와 잔부가 공기로 구성되는 분위기하에 48시간에 두고, 황화수소에 접촉시키는 내황화 시험을 실시하였다. 그 후, 상기 접촉 저항치의 측정 방법에 따라서, 내황화 시험 후의 접촉 저항치를 구하였다. 평가 기준도 동일하게 하였다.

(내열 시험)

각 시료를 대기 분위기하에서 350℃로 5분간 가열하는 내열 시험을 실시하였다. 그 후, 상기 접촉 저항치의 측정 방법에 따라서, 내열 시험 후의 접촉 저항치를 구하였다. 평가 기준도 동일하게 하였다.

[표 1]

상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1∼7의 시료는 모두 내마모성이 우수하였다. 더불어, 실시예 1∼7의 시료는 접촉 저항이 낮고, 내황화 시험이나 내열 시험을 실시한 후에도 접촉 저항이 낮은 값을 유지하였다.

이에 비하여, Pd 함유층을 구비하지 않는 비교예 1의 시료 및 (111)면의 결정 배향율이 본 발명의 적정 범위보다 낮은 비교예 2∼7의 시료는 모두 내마모성이 떨어졌다.

더불어, 최표층이 Ni인 비교예 1의 시료에서는, Ni이 용이하게 황화되기 때문에, 내황화 시험 후의 접촉 저항이 높아졌다. 또한, Pd의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 적은 비교예 2의 시료는 Pd 순도가 낮기 때문에, 내황화 시험이나 내열 시험을 실시한 후의 접촉 저항이 높았다. 또한, 비교예 2의 시료는 클래드 가공에 의해서, Pd 함유층에 가공 변질층이 형성된 것이나, Pd의 함유량이 적음으로 인해서, (111)면의 결정 배향율이 낮다고 생각된다. 게다가, Pd의 함유량이 본 발명의 적정 범위보다 적은 비교예 4의 시료는 Pd 순도가 낮기 때문에, 내황화 시험 후의 접촉 저항이 낮았다. 또 나아가서는, Pd 함유층의 두께가 얇은 비교예 5의 시료는 내열 시험 후의 접촉 저항이 높았다. 더불어, 하지층을 갖지 않는 비교예 7의 시료는 내열 시험 후의 접촉 저항이 높았다.

1 기재
2　Pd 함유층
3　하지층
10　접동 접점용 금속 재료

Claims

구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와,
상기 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층
을 갖는 금속 재료로써,
싱기 Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 것을 특징으로 하는, 접동 접점용 금속 재료.
제1항에 있어서,
상기 기재와 상기 Pd 함유층 사이에 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 하지층을 갖는 것을 특징으로 하는, 접동 접점용 금속 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 Pd 함유층이 전기 도금에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 접동 접점용 금속 재료.
제1항, 제2항 또는 제3항에 기재된 접동 접점용 금속 재료를 사용한 모터용 브러시재.
도전성 기판과 브러시를 포함한 진동 모터로써,
상기 브러시는
구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재와,
상기 기재의 적어도 일부에 최표층으로서 형성되고, 95질량% 이상의 Pd을 함유하는 Pd 함유층
을 갖는 접동 접점용 금속 재료를 사용하여 형성되며,
상기 Pd 함유층은 X선 회절법에 따라 측정되는 (111)면의 결정 배향율이 60%보다 크고, 또, (200)면의 결정 배향율과 (220)면의 결정 배향율의 합계가 40% 미만인 금속 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 모터.
제5항에 있어서,
상기 도전성 기판은
수지제 판과,
상기 수지제 판 상에 형성되는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리층과,
상기 구리층 상에 표면층으로서 형성되는 Au층, Au-Cu층, Au-Ni층 또는 Au-Co층
을 갖는, 진동 모터.
제1항, 제2항 또는 제3항에 기재된 접동 접점용 금속 재료를 제조하는 방법으로써,
구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 기재의 적어도 일부에 디클로로테트라암민팔라듐을 Pd원으로 하고, Pd 농도 3∼20g/L, 욕온 46∼60℃의 도금욕 속에서, 전류 밀도 20∼100A/d㎡의 조건으로 Pd 도금 처리를 실시하여, Pd 함유층을 최표층으로서 형성하는 것을 특징으로 하는, 접동 접점용 금속 재료의 제조 방법.