專利名稱：金屬被覆碳刷的制作方法
金屬被覆碳刷
使用電力機(jī)械用碳刷(以下稱刷)的電動(dòng)機(jī)。近年著重發(fā)展小型 化、大容量化，這些電動(dòng)機(jī)使用的刷，不僅要求小型，還要求導(dǎo)電阻 力損失(以下、稱電阻損失)小、且摩耗少的刷。
匯電環(huán)或低電壓的電動(dòng)機(jī)使用的刷。迄今經(jīng)常使用石墨粉與金屬 粉混合燒結(jié)的金屬質(zhì)刷。而為了降低刷的電阻損失，增加金屬含有量 時(shí)存在潤滑性、耐電弧性差、摩耗量增大的問題。
而，使用交流整流子電動(dòng)機(jī)時(shí)，為了減少電阻損失，若使用電阻 小的材質(zhì)，則存在整流變差、摩耗增加的問題。
反之，使用電阻大的材質(zhì)時(shí)，若流過大的電流，則刷的溫度因電 阻放熱而上升。刷通常使用銅粉等埋入導(dǎo)線壓縮接合，供給電流，但 刷的溫度高時(shí)，密接接部分的銅粉或?qū)Ь€氧化后通電差，因此有可能 發(fā)生電動(dòng)機(jī)停止的問題。
另外，使用交流整流子電動(dòng)機(jī)中，類似電清掃機(jī)用等這種高轉(zhuǎn)數(shù) 的電機(jī)，從要求壽命極長的特性考慮，即高速旋轉(zhuǎn)時(shí)整流性好，且清 掃機(jī)主體在使用期間可以不更換刷，有時(shí)使用利用粘合劑粘結(jié)石墨粉 而固化的樹脂粘結(jié)系的材質(zhì)。然而，樹脂粘結(jié)系的材質(zhì)場合，在電流 密度大的條件下使用時(shí)，由于刷主體的電阻大故溫度上升，也存在粘 結(jié)劑所使用的樹脂熱老化的問題。
眾所周知，為了解決這些問題，在刷基材的表面被覆良導(dǎo)電性金 屬層的碳刷，使之至少含碳一種成分，減少碳刷整體的電阻。(例如， 參照特許文獻(xiàn)1 ) [特許文獻(xiàn)]
特開平5-182733號(hào)公報(bào)
然而，由于很難在碳質(zhì)材料表面被覆均勻厚的金屬，因此有時(shí)因 被覆膜厚的不均勻而在所被覆的金屬表面產(chǎn)生色斑，可能使使用刷的 使用者有不愉快感。另外成為氧化的原因，不能維持良好的電阻。[發(fā)明內(nèi)容]
本發(fā)明的目的在于提供表面所被覆的金屬膜厚均勻化、抑制表面 色斑的金屬被覆碳刷。
為了解決前述課題，本發(fā)明的金屬被覆碳刷，在平均氣孔半徑
0. 1 ~ 2. Onm。累積氣孔容積50~ 600mm7g的碳質(zhì)材料構(gòu)成的基材表面 被覆金屬。另外，前述金屬是選自銅、銀或在銅的表面形成的銀的金 屬材料。又，前述金屬的膜厚是l 10nm。而且前述金屬是采用非電解 鍍法形成的金屬。
本發(fā)明使用的碳質(zhì)材料制的刷基材，有三種，①石墨粉與熱固性 樹脂等的粘結(jié)劑混煉，固化的基材(樹脂粘結(jié)系)。②石墨粉與熱固性 樹脂或?yàn)r青等的粘結(jié)劑混煉，在低溫下進(jìn)行燒成，將粘結(jié)劑成分炭化 的基材(CG系)。③再在高溫下燒成，將至少一部分碳成分石墨化處理 的基材(EG系)。本發(fā)明中①的樹脂粘結(jié)系基材為主要對象。樹脂粘結(jié) 系基材，由于用作粘結(jié)劑的樹脂在固化的原有狀態(tài)下使用，樹脂還沒 有碳化或石墨化，故電絕緣性比較高。因此，具有電阻大、整流性良 好的優(yōu)點(diǎn)。相反電阻大所引起的電阻損失大，結(jié)果產(chǎn)生放熱大的缺點(diǎn)， 由于在高溫條件下長期使用同時(shí)產(chǎn)生樹脂老化且特性變化的缺點(diǎn)。
這種相反的特性要求通過在刷基材周圍的外表面被覆選自銅、銀、 或銅表面所形成銀的金屬，即使是內(nèi)部的基材電阻大，也可以在外表 面被覆的金屬作用下降低外表面的電阻。抑制溫度上升，防止刷使用 導(dǎo)致的性能變化等，可以彌補(bǔ)樹脂粘結(jié)系基材的缺點(diǎn)，與優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合 可以制造極高性能的刷。
此外，作為被覆金屬的刷基材，進(jìn)行調(diào)整使平均氣孔半徑為0. 1~ 2. Onm。優(yōu)選為0. 5~1.5nm，累積氣孔容積為50~ 600mm7g。優(yōu)選為 100~ 500mm7g。而且，通過被覆金屬化表面的金屬膜厚為l~10pm， 優(yōu)選為2 5nm，在表面被覆金屬的場合，可以抑制金屬表面的色斑。
在刷基材表面被覆金屬的方法優(yōu)選非電鍍法。非電解鍍方法廣泛 采用文獻(xiàn)等公知的方法。例如「非電解鍍，「慎書店、神戶德藏著(1986) ，所詳述，對本發(fā)明的刷基材，可以在該基材表面形成牢固的被膜。又 如該文獻(xiàn)所述，非電解鍍的原理，例如列舉銅為例說明時(shí)，對銅鹽水 溶液添加作為絡(luò)合劑的酒石酸鉀鹽、EDTA等，在弱堿性下使之以絡(luò)合 化狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定，使用作為還原劑的曱醛或肼鹽，可以在基材上析出形成銅被膜。
采用這種非電解鍍法時(shí)，向前處理液中添加作為敏化劑的氯化亞
錫(SnCl2)，作為活化劑的氯化鈀(PdCh)。并且通過使電解溫度在室 溫下，處理時(shí)間在30分鐘以內(nèi)，優(yōu)選15分鐘以內(nèi)進(jìn)行處理，可以在 基材表面被覆膜厚的均勻膜厚的金屬。這里，市售的非電解 鍍液有801C士51C為最佳電解溫度的產(chǎn)品。但刷基材等的碳質(zhì)材料，因 反應(yīng)速度慢、金屬結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，因此電解溫度為室溫。 [


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圖1是實(shí)施例1與比較例1的碳刷外觀比較的照片。 [實(shí)施例]
以下，通過實(shí)施例具體地說明本發(fā)明的金屬被覆碳刷。 (實(shí)施例1)
將平均粒子徑50nm的石墨粒子75質(zhì)量％與作為粘結(jié)劑的環(huán)氧樹脂 25質(zhì)量％混合進(jìn)行混煉。把該混煉物粉碎成設(shè)定的大小后，施加15MPa 的壓力，加工成設(shè)定形狀，在180"C進(jìn)行熱處理，使粘結(jié)劑固化，制作 平均氣孔半徑l.lnm。累積氣孔容積339m2/g的刷基材。接著，對該基 材水洗后，浸漬在添加有作為敏化劑的SnCl2 1.0質(zhì)量％的水.醇所形 成的預(yù)處理液中。再次水洗后，浸漬在添加有作為活化劑的PdCl2 1. 0 質(zhì)量％的水所形成的預(yù)處理液中。在預(yù)處理液中分別浸漬3分鐘進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)后，水洗、浸漬在調(diào)節(jié)到20-25"C的硫酸銅水溶液中，然后在 該溶液中加入氫氧化鈉保持IO分鐘。在基材表面被覆2nm略均勻的銅 膜。再者，基材的平均氣孔半徑及累積氣孔容積采用水銀壓入法 (FISONS公司制、孔率計(jì)2000型)測定，用下式算出。
<formula>formula see original document page 5</formula>
尸
式中，r表示氣孔半徑，S表示水銀的表面張力(通常采用4.8x103 N)，P表示施加的壓力，e表示接觸角(采用l".3。)。另外，測定范 圍，氣孔半徑為75nm~ 0. 0068pm( 9. 81xl03Pa ~ 10. 8xl07Pa )。平均氣 孔半徑表示與半徑0. Olpm的累積氣孔容積的1/2值相對應(yīng)的值。再者， 這些刷基材的平均氣孔半徑及累積氣孔容積不因鍍的前后而發(fā)生變化。
(實(shí)施例2 )
把平均粒子徑50nm的石墨粒子75質(zhì)量％與作為粘結(jié)劑的環(huán)氧樹脂 25質(zhì)量％混合、進(jìn)行混煉。把該混煉物粉碎成設(shè)定的大小，施加20MPa 的壓力加工成設(shè)定形狀。在180t:進(jìn)行熱處理，使粘結(jié)劑固化，制作平 均氣孔半徑O. 12nm。累積氣孔容積56mm2/g的刷基材。以后，與實(shí)施 例1同樣地在表面被覆銅。 (實(shí)施例3)
把平均粒子徑50nm的石墨粒子75質(zhì)量％與作為粘結(jié)劑的環(huán)氧樹脂 25質(zhì)量％混合、進(jìn)行混煉。把該混煉物粉碎成設(shè)定的大小后，施加lOMPa 的壓力加工成設(shè)定形狀，在180t:進(jìn)行熱處理，使粘結(jié)劑固化，制作平 均氣孔半徑1.9nm，累積氣孔容積571mm7g的刷基材。以后，與實(shí)施 例1同樣地在表面被覆銅。 (比較例1)
除了在預(yù)處理中添加作為敏化劑的SnCl2，作為活化劑的PdCh以 外，其他與實(shí)施例1同樣地形成在刷基材表面被覆銅的金屬被覆碳刷。 (比較例2 )
把平均粒子徑50nm的石墨粒子75質(zhì)量％與作為粘結(jié)劑的環(huán)氧樹脂 25質(zhì)量％混合、進(jìn)行混煉。把該混煉物粉碎成設(shè)定的大小后，施加23MPa 的壓力加工成設(shè)定形狀，在180t:進(jìn)行熱處理，使粘結(jié)劑固化后，制作 平均氣孔半徑0. 08nm。累積氣孔容積44mm7g的刷基材。以后與實(shí)施 例1同樣地在表面被覆銅。 (比較例3 )
把平均粒子徑50jim的石墨粒子75質(zhì)量％與作為粘結(jié)劑的環(huán)氧樹脂 25質(zhì)量％混合、進(jìn)行混煉。把該混煉物粉碎成設(shè)定的大小后，施加9MPa 的壓力加工成設(shè)定形狀，在180X:進(jìn)行熱處理，使粘結(jié)劑固化，制作平 均氣孔半徑2.2nm。累積氣孔容積658mm7g的刷。以后，與實(shí)施例1 同樣地在表面被覆銅。
圖1表示實(shí)施例1與比較例1的金屬被覆碳刷表面的照片。比較 例1的照片，可以觀察到表面金屬上有色斑。
另外，比較例2、 3的照片，也觀察到鍍膜產(chǎn)生剝離，同時(shí)鍍膜表 面有色斑。如上所述，基材使用平均氣孔半徑0. 1 ~ 2. Onm。累積氣孔容積50 ~ 600mm7g的碳質(zhì)材料，在非電解鍍時(shí)，通過預(yù)先浸漬在添加有作為敏 化劑的SnCl2、作為活化劑的PdCh的預(yù)處理液中，可以在表面被覆沒 有色斑，且堅(jiān)固的金屬，可以滿足使用者美的感覺。同時(shí)也可防止氧 化。
權(quán)利要求
1. 一種金屬被覆碳刷，在由碳質(zhì)材料制成的基材表面形成直接金屬被覆層，其特征在于，金屬被覆層形成在由平均氣孔半徑0.1～2.0μm且累積氣孔容積50～600mm3/g的碳質(zhì)材料制成的基材表面上。
2. —種金屬被覆碳刷，上述碳質(zhì)材料由碳 石墨質(zhì)系(CG系)的 碳質(zhì)材料構(gòu)成。
3. —種金屬被覆碳刷，上述碳質(zhì)材料由樹脂粘結(jié)系以及碳 石墨 質(zhì)系(CG系)的碳質(zhì)材料構(gòu)成。
4. 一種金屬被覆碳刷，其特征在于，在由包括敏化劑以及活化劑 的處理液進(jìn)行了前處理的碳質(zhì)材料制成的基材表面上被覆金屬，金屬 被覆碳質(zhì)材料的平均氣孔半徑為0. 1~2. 0pm、且累積氣孔容積為50 ~ 600mm7g。
全文摘要
本發(fā)明提供表面所被覆的金屬膜厚均勻化、抑制表面色斑的金屬被覆碳刷。其方法是在由平均氣孔半徑0.1～2.0μm，累積氣孔容積50～600mm³/g的碳質(zhì)材料制成的基材表面被覆金屬。
文檔編號(hào)C23C18/16GK101286614SQ20081009282
公開日2008年10月15日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月9日
發(fā)明者佐古田隆仁, 新井美代治, 詫間政幸, 高橋和宏 申請人:東炭化工株式會(huì)社