JPS6112862A - 整流子片材料及びその製造方法 - Google Patents
整流子片材料及びその製造方法Info
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- JPS6112862A JPS6112862A JP13286684A JP13286684A JPS6112862A JP S6112862 A JPS6112862 A JP S6112862A JP 13286684 A JP13286684 A JP 13286684A JP 13286684 A JP13286684 A JP 13286684A JP S6112862 A JPS6112862 A JP S6112862A
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- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野Ｊ
本発明は直流電動機、発電機、誘導電動機などの回転機
器に使用される回転子用導電材料及びその製造方法に関
するもので、整流子片材、スリップリング材として特に
導電性を劣化させることなく、高温摺動特性を改善した
回転子用導電材料に関する。
器に使用される回転子用導電材料及びその製造方法に関
するもので、整流子片材、スリップリング材として特に
導電性を劣化させることなく、高温摺動特性を改善した
回転子用導電材料に関する。
［従来技術１
従来から整流子材あるいはスリップリング材には主とし
て銅系の導電材料、例えばＪＩＳ Ｃ２８０１に規定
されるＣＭＢ２（Ｃｕ−０，２５Ａｇ合金）などが使用
されている。しかしながら、近年ポリイミド系などの耐
熱性樹脂が開発され、回転機器が小型化、効率化するの
に伴って、その使用温度が高くなっており、これに応じ
て導電材料にも許容温度を高くすることが要求されてい
る。
て銅系の導電材料、例えばＪＩＳ Ｃ２８０１に規定
されるＣＭＢ２（Ｃｕ−０，２５Ａｇ合金）などが使用
されている。しかしながら、近年ポリイミド系などの耐
熱性樹脂が開発され、回転機器が小型化、効率化するの
に伴って、その使用温度が高くなっており、これに応じ
て導電材料にも許容温度を高くすることが要求されてい
る。
炭素系ブラシ材と整流子片鋼で構成される集電機構にお
いては、層状物質である黒鉛系の潤滑性摺動面に吸着さ
れる水分子層、銅系材料の摺動面に形成される酸化銅皮
膜などが相互に作用して安定な摺動特性を示すものとさ
れている。しかしながら、整流子周辺部の温度が１００
〜２００°Ｃになると吸着水分の潤滑効果が期待できず
、また摺動表面の酸化銅（Ｃｕｂ）皮膜が亜酸化銅（Ｃ
ｕ２０）に変質する過渡状態では皮膜が不安定に成るこ
とも重なって、ブラシ材の異常摩耗現象が発生するとと
もに、整流千片銅などの摺動面を着しく荒損することが
知られている。
いては、層状物質である黒鉛系の潤滑性摺動面に吸着さ
れる水分子層、銅系材料の摺動面に形成される酸化銅皮
膜などが相互に作用して安定な摺動特性を示すものとさ
れている。しかしながら、整流子周辺部の温度が１００
〜２００°Ｃになると吸着水分の潤滑効果が期待できず
、また摺動表面の酸化銅（Ｃｕｂ）皮膜が亜酸化銅（Ｃ
ｕ２０）に変質する過渡状態では皮膜が不安定に成るこ
とも重なって、ブラシ材の異常摩耗現象が発生するとと
もに、整流千片銅などの摺動面を着しく荒損することが
知られている。
これらの対策として導電材料及びブラシ材の両面から２
．３の改善策が提案されている。例えば特開昭５８−６
９５０号公報ではＦｅＯ，５−３％、Ｚｎ Ｏ，２〜
１％、残部Ｃｕより成る回転子用導電材料が、特開昭５
８−１１７５５号公報に。
．３の改善策が提案されている。例えば特開昭５８−６
９５０号公報ではＦｅＯ，５−３％、Ｚｎ Ｏ，２〜
１％、残部Ｃｕより成る回転子用導電材料が、特開昭５
８−１１７５５号公報に。
はＣｕ １０００ Ｋｇに対し０．１３〜０．６ Ｋ
ＢのＳｎを含むＣｕ合金が、それぞれ高温特性を改善し
た回転子用耐熱Ｃｕ合金として提案され・でいる。
ＢのＳｎを含むＣｕ合金が、それぞれ高温特性を改善し
た回転子用耐熱Ｃｕ合金として提案され・でいる。
しかしながら、これらの材料は現用のＣＭＢ２の導電率
（ｌＡＣ８９９，７％以上）に比較し導電率の低下は避
けられず、前記したＣｊ＋−Ｆｅ−Ｚｎ合金ではＩＡ’
Ｃ８４０〜６１％、前記したＣｕ−Ｓｎ合金ではｌＡＣ
３７０〜８３％の値を持ち、通電容量の低下、接触電圧
降下の増加現象がみられるなど必ずしも満足する特性を
備えてはいない。
（ｌＡＣ８９９，７％以上）に比較し導電率の低下は避
けられず、前記したＣｊ＋−Ｆｅ−Ｚｎ合金ではＩＡ’
Ｃ８４０〜６１％、前記したＣｕ−Ｓｎ合金ではｌＡＣ
３７０〜８３％の値を持ち、通電容量の低下、接触電圧
降下の増加現象がみられるなど必ずしも満足する特性を
備えてはいない。
［発明の概要］
本発明は上記従来技術の現状に鑑みなされたもので、特
に導電率を低下させることなく整流子片材、スリップリ
ング材の耐熱性を高め、１００〜２００℃の温度条件で
良好な摺動特性を示す回転子用導電材料を提供するもの
である。
に導電率を低下させることなく整流子片材、スリップリ
ング材の耐熱性を高め、１００〜２００℃の温度条件で
良好な摺動特性を示す回転子用導電材料を提供するもの
である。
すなわち本発明は、ＣｕあるいはＣｕ合金より成る整流
子用材料において、該整流子用材料の摺動表面にＣｒ、
Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｒの少なくとも一種の金属又はそれら
金属の二種以上からなる合金の１０〜２００μｍ厚の拡
散層を備えてなることを特徴とする整流子片材料である
。
子用材料において、該整流子用材料の摺動表面にＣｒ、
Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｒの少なくとも一種の金属又はそれら
金属の二種以上からなる合金の１０〜２００μｍ厚の拡
散層を備えてなることを特徴とする整流子片材料である
。
本発明はまた、ＣｕあるいはＣｕ合金より成る整流子用
材料の製造方法において、該整流子用材料の摺動表面に
Ｃｒ５Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｒの少なくとも一種の金属又は
それら金属の二種以上からなる合金のメ・ンキ処理を施
した後に、メッキ処理を施した金属若しくは合金の拡散
層の厚みが１０〜２００μＩｌｌとなるように該メッキ
処理部分に加熱拡散処理を行うことを特徴とする整流子
片材料の製造方法にも存する。
材料の製造方法において、該整流子用材料の摺動表面に
Ｃｒ５Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｒの少なくとも一種の金属又は
それら金属の二種以上からなる合金のメ・ンキ処理を施
した後に、メッキ処理を施した金属若しくは合金の拡散
層の厚みが１０〜２００μＩｌｌとなるように該メッキ
処理部分に加熱拡散処理を行うことを特徴とする整流子
片材料の製造方法にも存する。
上記メッキ処理は、第一層にＳｎ、Ｚｒ５Ｃｒのいずれ
か一種の金属のメッキ処理を施し、さらに第二層にＮｉ
又はＮｉ合金でカバーメッキ処理を施してもよい。また
、上記加熱拡散処理は不活性雰囲気、真空雰囲気又はア
ンモニア分解ガス中において好適に行なわれる。
か一種の金属のメッキ処理を施し、さらに第二層にＮｉ
又はＮｉ合金でカバーメッキ処理を施してもよい。また
、上記加熱拡散処理は不活性雰囲気、真空雰囲気又はア
ンモニア分解ガス中において好適に行なわれる。
本発明における加熱拡散処理温度は、素地の再結晶温度
以上の温度が必要であり、素地の加工度によって異なる
が好適には４００〜７５０°Ｃの範囲である。加熱拡散
処理時間と拡散層の厚みは拡散の媒体と媒質によって異
なるが、好適には１．５〜５．０時間が必要である。な
お、拡散層の厚みは材質、温度、時間の関数となる。
以上の温度が必要であり、素地の加工度によって異なる
が好適には４００〜７５０°Ｃの範囲である。加熱拡散
処理時間と拡散層の厚みは拡散の媒体と媒質によって異
なるが、好適には１．５〜５．０時間が必要である。な
お、拡散層の厚みは材質、温度、時間の関数となる。
このように、Ｃｕ又はＣｕ合金の表面に第３の元素によ
る拡散層を形成させる理由は、摺動表面に機械的強度を
付与し、吸着成分、酸化銅などの潤滑効果が期特出米な
い温度域（１００〜２００℃）においても整流子材の摺
動表面が荒損され難い耐熱性の優れた導電材料を得るた
めであり、さらに、拡散層を除く大部分の整流子材料は
Ｃｕ又はＣｕ合金の＃１ＩＩＩＩｔを保有するため、構
成材料としては高い導電率を保持し、全体の通電容量を
ほとんど損なうことなく摺動面のみの耐熱強度を高める
ことを可能にするためである。また、拡散層内の第３元
素の濃度勾配は表面に近い程高くなっているため摺動面
を化学的に安定させ、電気的侵蝕、微少な溶着を防止す
るなどの効果も大である。
る拡散層を形成させる理由は、摺動表面に機械的強度を
付与し、吸着成分、酸化銅などの潤滑効果が期特出米な
い温度域（１００〜２００℃）においても整流子材の摺
動表面が荒損され難い耐熱性の優れた導電材料を得るた
めであり、さらに、拡散層を除く大部分の整流子材料は
Ｃｕ又はＣｕ合金の＃１ＩＩＩＩｔを保有するため、構
成材料としては高い導電率を保持し、全体の通電容量を
ほとんど損なうことなく摺動面のみの耐熱強度を高める
ことを可能にするためである。また、拡散層内の第３元
素の濃度勾配は表面に近い程高くなっているため摺動面
を化学的に安定させ、電気的侵蝕、微少な溶着を防止す
るなどの効果も大である。
直流回転機器などの整流子は、整流子片材料を絶縁物（
例えばマイカなど）を介して円筒状に積層し、加熱高速
回転してニーソングを行った後、整流子摺動面を精密研
削加工して得られる。
例えばマイカなど）を介して円筒状に積層し、加熱高速
回転してニーソングを行った後、整流子摺動面を精密研
削加工して得られる。
本発明において拡散層の厚みの下限を１０μｍｎと限定
した理由は、それ以下の拡散層では十分な耐熱性を示さ
ないためであり、上限を２００μｍとしたのは、本来通
電容量からみれば効果の期待できる最小の拡散層に限定
すべきであるが、上記加工工程を考慮して設定したもの
である。
した理由は、それ以下の拡散層では十分な耐熱性を示さ
ないためであり、上限を２００μｍとしたのは、本来通
電容量からみれば効果の期待できる最小の拡散層に限定
すべきであるが、上記加工工程を考慮して設定したもの
である。
［発明の実施例］
以下実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
拡散媒体にＪＩＳ Ｃ２８０１によるＣＭＢ２（Ｃｕ
−０，２５Ａｇ合金）の試片を選定し、その摺動面に平
均１ ／ｌ ＋ｎのＮｉの厚メツキ処理を施した。
−０，２５Ａｇ合金）の試片を選定し、その摺動面に平
均１ ／ｌ ＋ｎのＮｉの厚メツキ処理を施した。
この試片をアンモニア分解ガス中において６００゛Ｃ１
５時間の加熱拡散処理を施した。この試料の断面組織顕
微鏡写真（倍率２００倍）を第１図に示す。この写真に
見られるように、結晶粒界を主な経路とした着しい拡散
現象がみられ、結晶の粗大化を阻止しながら約５０μｍ
のＮｉ拡散層を形成した。
５時間の加熱拡散処理を施した。この試料の断面組織顕
微鏡写真（倍率２００倍）を第１図に示す。この写真に
見られるように、結晶粒界を主な経路とした着しい拡散
現象がみられ、結晶の粗大化を阻止しながら約５０μｍ
のＮｉ拡散層を形成した。
実施例２
実施例１と同様の試片を選定し、まず第一層に平均２μ
ｔｏのＳｎメッキ処理を施し、さらに第二層に厚さ１０
〜１５μｍのＮｉメンキを施して二層のメッキ層を持つ
試片を得た。この試片を実施例１と同条件で加熱拡散処
理した結果、第２図の拡散層の断面組織を示す顕微鏡写
真（倍率２００倍）に示すような、Ｓｎを主体とした４
０〜５０μｍの拡散層が形成されることを確認した。な
お、白地帯状部分はＮ１層で、処理条件によってはこの
ＮｉもＣｕ中に拡散可能である。
ｔｏのＳｎメッキ処理を施し、さらに第二層に厚さ１０
〜１５μｍのＮｉメンキを施して二層のメッキ層を持つ
試片を得た。この試片を実施例１と同条件で加熱拡散処
理した結果、第２図の拡散層の断面組織を示す顕微鏡写
真（倍率２００倍）に示すような、Ｓｎを主体とした４
０〜５０μｍの拡散層が形成されることを確認した。な
お、白地帯状部分はＮ１層で、処理条件によってはこの
ＮｉもＣｕ中に拡散可能である。
実施例３
発熱体を内蔵したスリップリング（材質ＣＭＢ２、直径
１６０φ、幅５０Ｉ）の摺動面に実施例１と同様にＮｉ
メッキを施し、拡散処理条件を制御することにより、そ
れぞれ１０μｍ、５０μｍ１１００μＩ１１の拡散層を
もつ３種のスリップリングを試作した。加熱拡散処理は
アンモニア分解ガス中で、１０μ前の拡散層の場合４５
０℃で２時間、５０μ鎗の拡散層の場合６００℃で５時
間、１００μＩｌｌの拡散層の場合７００℃で５時間そ
れぞれ行った。
１６０φ、幅５０Ｉ）の摺動面に実施例１と同様にＮｉ
メッキを施し、拡散処理条件を制御することにより、そ
れぞれ１０μｍ、５０μｍ１１００μＩ１１の拡散層を
もつ３種のスリップリングを試作した。加熱拡散処理は
アンモニア分解ガス中で、１０μ前の拡散層の場合４５
０℃で２時間、５０μ鎗の拡散層の場合６００℃で５時
間、１００μＩｌｌの拡散層の場合７００℃で５時間そ
れぞれ行った。
このリングを高温摩耗試験機に装着し、相手材に市販の
電気黒鉛質ブラシを選定し、大気中リング温度４０〜１
５０℃の範囲でブラシの摩耗量を調べた。リング温度以
外の実験条件は固定としたが主な実験条件を第１表に示
す。
電気黒鉛質ブラシを選定し、大気中リング温度４０〜１
５０℃の範囲でブラシの摩耗量を調べた。リング温度以
外の実験条件は固定としたが主な実験条件を第１表に示
す。
第１表
リング周速（回転数） ９．８ｍ／ｓ（１１７０ｒ
ｐｍ）試験用ブラシ寸法 １０Ｘ １６Ｘ ３２（
１，６ｃｍ２）試験用ブラシホルダー 直流用複式バネ
方式試験用電ｒｉ、 整流電源（３相）試
験用負荷電流 １６Ａ （ＩＯＡ ／ｃｍ２）ブ
ラシ接触圧 ２５０ｇ／。１１１２試験時間（
摺動距離）７０時間連続（２５００Ｋｍ）これらの試験
結果を横軸にリング温度、縦軸にブラシ摩耗量をとり、
リング温度とブラシ摩耗量の相関関係を第３図に示した
。図中、曲線１は従来品ＣＭＢ２のスリップリング、曲
線２は平均１００８拍のＮｉ拡散層を有するスリップリ
ング、曲線３は平均１０μ顛のＮｉ拡散層を有するスリ
・／プリングの場合のそれぞれ特性曲線を示す。
ｐｍ）試験用ブラシ寸法 １０Ｘ １６Ｘ ３２（
１，６ｃｍ２）試験用ブラシホルダー 直流用複式バネ
方式試験用電ｒｉ、 整流電源（３相）試
験用負荷電流 １６Ａ （ＩＯＡ ／ｃｍ２）ブ
ラシ接触圧 ２５０ｇ／。１１１２試験時間（
摺動距離）７０時間連続（２５００Ｋｍ）これらの試験
結果を横軸にリング温度、縦軸にブラシ摩耗量をとり、
リング温度とブラシ摩耗量の相関関係を第３図に示した
。図中、曲線１は従来品ＣＭＢ２のスリップリング、曲
線２は平均１００８拍のＮｉ拡散層を有するスリップリ
ング、曲線３は平均１０μ顛のＮｉ拡散層を有するスリ
・／プリングの場合のそれぞれ特性曲線を示す。
従来品のリング材を用いた場合は７０°Ｃと１５０℃で
は約１０倍程度の摩耗差がみられ、リング温度７０〜１
００℃ｅｔ低□の摩耗を示す■字形の特性を示すことが
判る。
は約１０倍程度の摩耗差がみられ、リング温度７０〜１
００℃ｅｔ低□の摩耗を示す■字形の特性を示すことが
判る。
これに対しこの発明によるスリッピングを用いた場合（
曲線２）には、特にリング温度１３０〜１５０℃の条件
で摩耗量を着しく軽減することが判るが、これはＮｉ拡
散による摺動面の耐熱性、機械的強度の改善によるもの
であり、少ない摩耗量を与えた場合にはリング摺動面の
荒損は極めて少なく、円滑な摺動状態を保持することが
確認された。しかし、Ｎｉ＃：散層が１０μｍの場合（
曲線３）にはあまり効果が見られず、少なくとも１０μ
ｍ以上の拡散層が必要であることが判る。
曲線２）には、特にリング温度１３０〜１５０℃の条件
で摩耗量を着しく軽減することが判るが、これはＮｉ拡
散による摺動面の耐熱性、機械的強度の改善によるもの
であり、少ない摩耗量を与えた場合にはリング摺動面の
荒損は極めて少なく、円滑な摺動状態を保持することが
確認された。しかし、Ｎｉ＃：散層が１０μｍの場合（
曲線３）にはあまり効果が見られず、少なくとも１０μ
ｍ以上の拡散層が必要であることが判る。
なお、この発明においては第三元素をメッキ処理して拡
散させる方法についてのみ述べたが、他の手法、例えば
スパッタリング、イオンプレーティン〆、溶射処理など
によっても拡散に適する素材との密着性が保持されれば
、同様の性能を持つ整流子片材料が得られる。
散させる方法についてのみ述べたが、他の手法、例えば
スパッタリング、イオンプレーティン〆、溶射処理など
によっても拡散に適する素材との密着性が保持されれば
、同様の性能を持つ整流子片材料が得られる。
［発明の効果］
以上詳述したように、本発明による整流子用導電材料は
その導電率をほとんど損なうことなく、摺動面の耐熱強
度を改善し、１５０℃以上の摺動条件においても良好な
摺動性を示すものであり、適正な潤滑処理を施した電気
黒鉛質ブラシを相手材に選定すれば、より高温域におい
ても安定な摺動性が期待できる。したがって、直流回転
機器の小型軽量化による使用温度上昇に対しても十分な
性能を保持しているのみならず、整流子、スリップリン
グ、ブラシ材などの寿命を向上させる効果もあり、この
発明品を適用することにより直流電動機などの大幅な性
能アップを可能にする。
その導電率をほとんど損なうことなく、摺動面の耐熱強
度を改善し、１５０℃以上の摺動条件においても良好な
摺動性を示すものであり、適正な潤滑処理を施した電気
黒鉛質ブラシを相手材に選定すれば、より高温域におい
ても安定な摺動性が期待できる。したがって、直流回転
機器の小型軽量化による使用温度上昇に対しても十分な
性能を保持しているのみならず、整流子、スリップリン
グ、ブラシ材などの寿命を向上させる効果もあり、この
発明品を適用することにより直流電動機などの大幅な性
能アップを可能にする。
この上）に、本発明は比較的簡単な処理工程で所菫の特
性を持つ材料を得ることが可能であり、工業的に極めて
有用な発明である。
性を持つ材料を得ることが可能であり、工業的に極めて
有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
＃Ｓ１図は本発明の実施例１におけるＣｕ Ｏ，２５
Ａｇ合金の試片にＮｉメッキ後、拡散処理を施した試片
のＮｉ拡散層断面の金属組織の顕微鏡写真（倍率２００
倍）を示す図、第２図は本発明の実施例２における実施
例１と同様な試片に第１層にＳｎメッキ、第２層にＮｉ
メッキ後、拡散処理を施した試片の拡散層断面の金属組
織の顕微鏡写真（倍率２００倍）を示す図、第３図は本
発明の実施例３の高温摩耗試験におけるスリップリング
温度とブラシ摩耗量との関係を示す線図である。 洲３図 リンク゛：１（’Ｃ）
Ａｇ合金の試片にＮｉメッキ後、拡散処理を施した試片
のＮｉ拡散層断面の金属組織の顕微鏡写真（倍率２００
倍）を示す図、第２図は本発明の実施例２における実施
例１と同様な試片に第１層にＳｎメッキ、第２層にＮｉ
メッキ後、拡散処理を施した試片の拡散層断面の金属組
織の顕微鏡写真（倍率２００倍）を示す図、第３図は本
発明の実施例３の高温摩耗試験におけるスリップリング
温度とブラシ摩耗量との関係を示す線図である。 洲３図 リンク゛：１（’Ｃ）
Claims (3)
- （１）ＣｕあるいはＣｕ合金より成る整流子用材料にお
いて、該整流子用材料の摺動表面にＣｒ、Ｎｉ、Ｓｎ及
びＺｒの少なくとも一種の金属又はそれら金属の二種以
上からなる合金の１０〜２００μｍ厚の拡散層を備えて
なることを特徴とする整流子片材料。 - （２）ＣｕあるいはＣｕ合金より成る整流子用材料の製
造方法において、該整流子用材料の摺動表面にＣｒ、Ｎ
ｉ、Ｓｎ及びＺｒの少なくとも一種の金属又はそれら金
属の二種以上からなる合金のメッキ処理を施した後に、
メッキ処理を施した金属若しくは合金の拡散層の厚みが
１０〜２００μｍとなるように該メッキ処理部分に加熱
拡散処理を行うことを特徴とする整流子片材料の製造方
法。 - （３）メッキ処理が、第一層にＳｎ、Ｚｒ、Ｃｒのいず
れか一種の金属によるメッキ処理を施し、さらに第二層
にＮｉ又はＮｉ合金でカバーメッキ処理を施した後に、
加熱拡散処理を行なう特許請求の範囲第２項記載の整流
子片材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13286684A JPS6112862A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 整流子片材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13286684A JPS6112862A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 整流子片材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6112862A true JPS6112862A (ja) | 1986-01-21 |
Family
ID=15091374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13286684A Pending JPS6112862A (ja) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | 整流子片材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6112862A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0199619U (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-04 |
-
1984
- 1984-06-29 JP JP13286684A patent/JPS6112862A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0199619U (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-04 |
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