JP2010146925A

JP2010146925A - モータ用接触子材料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010146925A
Application number: JP2008324793A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kobayashi; 良聡小林
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】接点障害が発生しにくいモータ用接触子材料およびその製造方法提供する。
【解決手段】本発明のモータ用接触子材料は、基体１の上に、中間層２、最表層３が設けられて、最表層３は基体１の表面の一部に配置されている。基体１としては、銅（無酸素銅、タフピッチ銅）またはその合金（黄銅、りん青銅、洋白、コルソン合金など）、鉄またはその合金（ＳＵＳ、４２アロイなど）が好適に用いられる。中間層２としては、ニッケルまたはニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金、銅またはその合金が好適に用いられる。最表層３としては、銀またはその合金、パラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、金またはその合金が好適に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ用接触子材料およびその製造方法に関する。

モータ用接触子材料として、貴金属材料が用いられることがある。近年では、モータ用接触子材料の低コスト化が検討されるようになり、貴金属またはその合金で構成される接触子材料のほか、貴金属が表面に設けられた接触子材料の検討が進められている。

例えば、モータ用接触子材料をクラッド材により提供することが知られている（特許文献１参照）。貴金属をめっきにより設けることが提案されている（特許文献２参照）。特許文献２においては、貴金属としてパラジウム（Ｐｄ）めっきを０．２〜５．０μm施すこと好ましいとされている

特許第３２９９２８２号公報特開２００５−０５１９８７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、貴金属をクラッドにより設けると、貴金属層が厚くなり、また、材料表面全体に貴金属を配置することになるため、コスト高になりやすい。

また、特許文献２の技術では、表層にＰｄをめっき法で形成すると、耐食性が悪化するという問題点がある。特にＰｄめっき厚が２．０μm以下の場合、ピンホールが生成されやすいため、そのこと自体で耐食性に難があることが明らかとなった。また、表層にＰｄをめっき法で形成すると、Ｐｄ析出とともに水素を吸蔵し、Ｐｄ表面が大変硬くなる。この材料を所定の形状とするためにプレス加工を行うと、Ｐｄめっきが割れて亀裂を生じ、下地や基材にまでその亀裂が達することで、耐食性が悪化することがわかってきた。また、Ｐｄ層に吸蔵された水素に対する処置を行わないと、プレスした際に亀裂が発生し、通電とともに腐食生成物の影響で接触抵抗が上昇、導通不良となってしまうことがあった。
さらに、特許文献２にはめっき皮膜中にカーボンを含有させことが記載されているが、Ｐｄめっき表面に、カーボン（ブラウンパウダーやブラックパウダー）が付着することにより接触抵抗の増加が発生し、接点障害が生じるおそれが高まる。

そこで本発明では、接点障害が発生しにくいモータ用接触子材料およびその製造方法提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、以下の解決手段を提供する。
（１）基体上にニッケルまたはその合金、コバルトまたはその合金、銅またはその合金のいずれかからなる中間層が形成され、その上層にパラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、ルテニウムまたはその合金、銀またはその合金、金またはその合金、のいずれかからなる最表層が形成されているモータ用接触子材料であって、前記最表層が前記基体の表面の一部に形成された後、冷間圧延加工が施されていることを特徴とするモータ用接触子材料。
（２）前記最表層がストライプ状あるいはスポット状に形成されていることを特徴とする、前記（１）に記載のモータ用接触子材料。
（３）前記最表層の形成時の厚さをＡ（単位：μｍ）としたとき、冷間圧延加工後の最表層の厚さＢ（単位：μｍ）がＡ／５〜Ａ／２であることを特徴とする、前記（１）または前記（２）に記載のモータ用接触子材料。
（４）前記最表層が銀またはその合金からなり、前記最表層の形成時の厚さＡが０．５〜１０μｍであることを特徴とする、前記（３）に記載のモータ用接触子材料。
（５）前記最表層がパラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、ルテニウムまたはその合金、金またはその合金いずれかからなり、前記最表層の形成時の厚さＡが０．２〜３．０μｍであることを特徴とする、前記（３）に記載のモータ用接触子材料。
（６）前記形成後の最表層中の水素吸蔵量が１質量％以下となされた状態で冷間圧延加工が施されて前記最表層中の水素吸蔵量が０．２質量％以下となされている、前記（４）または前記（５）に記載のモータ用接触子材料。
（７）前記中間層の形成および前記最表層の形成が、めっきで行われていることを特徴とする、前記（１）〜前記（６）のいずれか１項に記載のモータ用接触子材料。
（８）前記（１）〜前記（７）のいずれか１項に記載のモータ用接触子材料を製造する方法であって、前記最表層を形成した後、１００℃〜３００℃の温度範囲で１秒〜６０秒の熱処理を施すことにより、前記形成後の最表層中の水素吸蔵量を１質量％以下とし、その後、冷間圧延加工を施すことを特徴とする、モータ用接触子材料の製造方法。

本発明は、最表層が基体の表面の一部に形成された後、冷間圧延加工が施されているため、最表層中のピンホールが消滅し、耐食性および耐摩耗性に優れたモータ用接触子材料を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一つの実施態様を示す断面図である。図１において、１は基体、２は中間層、３は最表層である。図１（ａ）は最表層３の形成時の状態を示し、図１（ｂ）は最表層３の冷間圧延加工後の状態を示す。

基体１としては、銅（無酸素銅、タフピッチ銅）またはその合金（黄銅、りん青銅、洋白、コルソン合金など）、鉄またはその合金（ＳＵＳ、４２アロイなど）が好適に用いられる。

中間層２としては、ニッケルまたはニッケル合金、コバルトまたはコバルト合金、銅またはその合金が好適に用いられる。

最表層３としては、銀またはその合金、パラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、金またはその合金が好適に用いられる。

最表層３をＡ（μｍ）の厚さに形成し、その後冷間圧延加工によって厚さＢ＝Ａ／５〜Ａ／２（μｍ）とすることが好ましい。最表層３の冷間圧延加工によりその厚さＢがＡ／２（μm）以下の厚さとなることで、最表層３がめっきで形成されている場合でもピンホールを埋める効果が発揮され、導電性基材１などの腐食を効果的に抑制する。また、Ａ／５（μｍ）以上の厚さとすることで、めっき上がりの状態より耐磨耗性が向上し、かつ長期動作による磨耗により基材金属が露出するおそれが少なくなり、接触抵抗の増大や導通不良などのおそれが少なくなる。
また、最表層３の金属は、中間層２の金属よりも柔らかく、かつ加工を直に受けるため、圧延率は目標とした膜厚を圧下する割合で設定することで、最表層３のめっき層のみ薄くすることが可能となる。

最表層３は、全面よりもストライプやスポット状のように部分的に設けられるほうが、より低コスト化が達成できる。

最表層３が銀またはその合金の場合、厚さが０．５〜１０μｍであることが好ましく、パラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、もしくは金またはその合金いずれかからなる場合は、厚さが０．２〜３．０μｍであることが好ましい。

最表層３がパラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、もしくは金またはその合金いずれかからなる場合は、温度１００〜３００℃の雰囲気中で１〜６０秒熱処理することで、水素吸蔵量を１質量％以下にすることが好ましい。

中間層２の厚さに関しては特に規制は無いが、厚すぎると曲げた時に割れやすくなり、逆に薄すぎると最表層のバリア効果が薄くなるため、好ましくは０．１〜２．０μm、さらに好ましくは０．１５〜１．０μmとする。また、中間層２はめっきで形成することができる。

また、図２に本発明の他の実施態様を示す。図２（ａ）は金属材料の長手方向にストライプ状に最表層３が設けられた状態を示し、図２（ｂ）はスポット状に最表層３が設けられている状態を示す。図２の最表層３が設けられている部分は接触子として使用される部分であり、プレス工程で接触部分となるように加工される。図２は最表層３が１列のストライプあるいはスポット状となった状態を示すが、最表層３は多列のストライプあるいはスポット状であったもよく、スポット状に形成される場合は列をなしていなくてもよい。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。

ここでは、モータのブラシ側材料と整流子側材料を準備し、ブラシ側材料を本発明の実施例（本発明例および比較例）の材料とする。

［ブラシ側材料］
基材：Ｃ７７０１Ｒ−Ｈ厚さ０．０５ｍｍ×幅２２ｍｍ
工程：脱脂→酸洗→全面中間層めっき１．０μm→最表層めっき→（熱処理）→圧延
［整流子側材料］
基材：古河電気工業（株）製銅合金ＥＦＴＥＣ−３−１／２Ｈ厚さ０．３ｍｍ×幅１８ｍｍ
工程：脱脂→酸洗→全面Ｎｉめっき０．５μｍ→最表層Ａｇめっき４．０μｍ（圧延なし）

（前処理条件）
［電解脱脂］
脱脂液：ＮａＯＨ６０ｇ／リットル
脱脂条件：電流密度２．５Ａ／ｄｍ^２、温度６０℃、脱脂時間６０秒
［酸洗］
酸洗液：１０％硫酸
酸洗条件：３０秒浸漬、室温（２５℃）

（中間層めっき条件）
［Ｎｉめっき］
めっき液：Ｎｉ（ＮＨ_２ＳＯ_３Ｈ）５００ｇ／リットル、ＮｉＣｌ_２３０ｇ／リットル、Ｈ_３ＢＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１５Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃
［Ｃｏめっき］
めっき液：ＣｏＳＯ_４４００ｇ／リットル、ＮａＣｌ２０ｇ／リットル、Ｈ_３ＢＯ_４４０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度５Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ｃｕめっき］
めっき液：ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏ２５０ｇ／リットル、Ｈ_２ＳＯ_４５０ｇ／リットル、ＮａＣｌ０．１ｇ／リットル
めっき条件：電流密度６Ａ／ｄｍ^２、温度４０℃

（最表層めっき条件）
［Ａｇストライクめっき］
めっき液：ＡｇＣＮ５ｇ／リットル、ＫＣＮ６０ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度２Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ａｇめっき］
めっき液：ＡｇＣＮ５０ｇ／リットル、ＫＣＮ１００ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３３０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度０．５〜３Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［光沢Ａｇめっき］
めっき液：ＡｇＣＮ５ｇ／リットル、ＫＣＮ１００ｇ／リットル、Ｋ_２ＣＯ_３３０ｇ／リットル、ＮａＳ_２Ｏ_３１．５８ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ｐｄ−Ｎｉ合金めっき：Ｐｄ／Ｎｉ（％）８０／２０］
めっき液：Ｐｄ（ＮＨ_３）_２Ｃｌ_２４０ｇ／リットル、ＮｉＳＯ_４４５ｇ／リットル、ＮＨ_４ＯＨ９０ミリリットル／リットル、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４５０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ｐｄめっき］
めっき液：Ｐｄ（ＮＨ_３）_２Ｃｌ_２４５ｇ／リットル、ＮＨ_４ＯＨ９０ミリリットル／リットル、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４５０ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃
［Ａｕめっき］
めっき液：ＫＡｕ（ＣＮ）_２１４．６ｇ／リットル、Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_７１５０ｇ／リットル、Ｋ_２Ｃ_６Ｈ_４Ｏ_７１８０ｇ／リットル、ＥＤＴＡ−Ｃｏ（II）３ｇ／リットル、ピペラジン２ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度４０℃
［Ｒｕめっき］
めっき液：ＲｕＮＯＣｌ_３・５Ｈ_２Ｏ１０ｇ／リットル、ＮＨ_２ＳＯ_３Ｈ１５ｇ／リットル
めっき条件：電流密度１Ａ／ｄｍ^２、温度５０℃

（熱処理条件）
管状炉、窒素雰囲気、１００℃〜３００℃、１秒〜６０秒

（特性評価）
［モータ寿命測定：耐摩耗性評価］
得られた材料を整流子片およびブラシ材形状にプレス加工し、小型モータに組み込んで評価を行った。
印加電圧２．５Ｖ、負荷電流０．１Ａ、負荷時回転数２０００回転／分の条件でモータ試験を行い、モータ停止時間を測定した。停止時間は、測定開始より３００日後（７２００時間）でも回転し続けているものは、その時点で装置を停止し、十分特性を満足しているものとした。
［耐食性評価・最表層の割れ有無確認］
得られた材料を長さ１００ｍｍに切断後、評価を実施。
混合ガス試験：Ｈ_２Ｓ＝１００ｐｐｂ、Ｃｌ_２＝２０ｐｐｂ、ＮＯ_２＝２００ｐｐｂを混合し、温度４０℃、湿度８０％ＲＨの空気雰囲気の２４時間試験機に投入した。その後、４端子法にて接触抵抗を測定（ＡｇプローブＲ＝４ｍｍ、荷重１００ｍＮ、測定数ｎ＝１０とし、平均値を算出）した。接触抵抗値が高いものほど耐食性が悪いことを示し、一般的に接触子としては１０ｍΩ以下の抵抗値が実用レベルである。
また、得られた材料の最表層について、マイクロスコープ（キーエンス製）を用いて４５０倍で観察を実施、割れの有無について確認した。ブラシ側材料の各層の厚さと熱処理有無を表１に、表１の各材料の評価結果を表２に示す。

表２に示されるとおり、本発明の実施例（本発明例１〜２１）の材料は、いずれも優れた耐食性および耐摩耗性を示すが、比較例および従来例の各材料は、耐食性または耐摩耗性の少なくとも一方に劣っていた。

本発明の一つの実施態様を示す断面図であって、（ａ）は最表層３の形成時の状態を示し、（ｂ）は最表層３の冷間圧延加工後の状態を示す。本発明の他の実施態様を示す断面図であって、（ａ）は金属材料の長手方向にストライプ状に最表層３が設けられた状態を示し、（ｂ）はスポット状に最表層３が設けられている状態を示す。

符号の説明

１基体
２中間層
３最表層

Claims

基体上にニッケルまたはその合金、コバルトまたはその合金、銅またはその合金のいずれかからなる中間層が形成され、その上層にパラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、ルテニウムまたはその合金、銀またはその合金、金またはその合金、のいずれかからなる最表層が形成されているモータ用接触子材料であって、前記最表層が前記基体の表面の一部に形成された後、冷間圧延加工が施されていることを特徴とするモータ用接触子材料。
前記最表層がストライプ状あるいはスポット状に形成されていることを特徴とする、請求項１記載のモータ用接触子材料。
前記最表層の形成時の厚さをＡ（単位：μｍ）としたとき、冷間圧延加工後の最表層の厚さＢ（単位：μｍ）がＡ／５〜Ａ／２であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のモータ用接触子材料。
前記最表層が銀またはその合金からなり、前記最表層の形成時の厚さＡが０．５〜１０μｍであることを特徴とする、請求項３記載のモータ用接触子材料。
前記最表層がパラジウムまたはその合金、ロジウムまたはその合金、ルテニウムまたはその合金、金またはその合金いずれかからなり、前記最表層の形成時の厚さＡが０．２〜３．０μｍであることを特徴とする、請求項３記載のモータ用接触子材料。
前記形成後の最表層中の水素吸蔵量が１質量％以下となされた状態で冷間圧延加工が施されて前記最表層中の水素吸蔵量が０．２質量％以下となされている、請求項４または請求項５に記載のモータ用接触子材料。
前記中間層の形成および前記最表層の形成が、めっきで行われていることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモータ用接触子材料。
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のモータ用接触子材料を製造する方法であって、前記最表層を形成した後、１００℃〜３００℃の温度範囲で１秒〜６０秒の熱処理を施すことにより、前記形成後の最表層中の水素吸蔵量を１質量％以下とし、その後、冷間圧延加工を施すことを特徴とする、モータ用接触子材料の製造方法。