(57)【要約】【課題】一キログラム当たりの出力の高い自動車のスターターのような、電流の密度や摩擦の速度が高くて負担になるような電気装置に特に適したスライド式電気接触部品を提供する。【解決手段】本発明が対象とするスライド式電気接触部品は炭素を添加した基剤と銅を含んでいて、その特徴は、鉛を含まず、更に亜鉛を含み、そして大きさが５００μｍ未満の鉄を基剤とする粒子を含んでいることである。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛を含まず、更に亜鉛を含み、そして大きさが５００μｍ未満の鉄を基剤とする粒子を含んでいることを特徴とする、炭素を添加した基剤と銅を含むスライド式電気接触部品。
【請求項２】
炭素を添加した基剤の占める割合は、重量にして接触部品の少なくとも２０％であることを特徴とする、請求項１に記載の接触部品。
【請求項３】
炭素を添加した基剤には、重量にして少なくとも６０％のグラファイトが含まれていることを特徴とする、請求項１または２に記載の接触部品。
【請求項４】
鉄を基剤とする粒子の比率は、重量にして１から１５％の間であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項５】
鉄を基剤とする粒子の比率は、重量にして３から１０％の間であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項６】
鉄を基剤とする粒子の大きさは、５０から２００μｍの間であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項７】
鉄を基剤とする粒子は、重量にして８０％を越える鉄を含んでいることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項８】
亜鉛の比率は、重量にして０．５から２０％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項９】
亜鉛の比率は、重量にして１から１０％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１０】
潤滑剤を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１１】
研磨剤を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１２】
研磨剤は、炭化物やコークスの中から選ぶことを特徴とする、請求項１１に記載の接触部品。
【請求項１３】
単層であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１４】
多層であり、電気抵抗の弱い素材でできた層が少なくとも一層と、電気抵抗がより強い素材でできた層が少なくとも一層あり、電気抵抗の弱い層の成分となる素材が、亜鉛と、５００μｍ未満の大きさの鉄を基剤とする粒子を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一つに記載の接触部品を少なくとも一つ備えていることを特徴とする電気ブラシ。
【請求項１６】
電気モーターのブラシと自動車のスターターのブラシの中から選ばれることを特徴とする、請求項１５に記載の電気ブラシ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の電気ブラシを少なくとも一つ備えていることを特徴とする自動車のスターター。
【請求項１８】
請求項１５に記載の電気ブラシを少なくとも一つ備えていることを特徴とする電気モーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素を添加した素材、典型的にはグラファイトと、金属またはその導電性を高める為の金属の合金、典型的には銅を含むスライド式電気接触部品に関するものである。本発明は、特に、電気接触ブラシ、特に、スターターで用いられるものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スライド式電気接触部品に含まれることのあるのは、鉛またはアンチモンの添加物で、それは、そのような電気接触部品に、良好な衝撃緩和特性を与え、整流子のような接触部材の上での摩擦係数を小さくし、そして時間の経過の中で性能を維持する為である。磨耗に耐える性能を改善するについては、仏国特許出願公開第１３９２９６７号明細書は、鉛の他にも、マンガン（例１）または錫＋鉄の混合物（例２）を含む素材の使用を示唆している。
【０００３】
鉛の添加物は有毒であり、環境に有害なので、鉛またはアンチモンの含有量を減らし、または全く含まない接触部品を求める声が高まっている。しかしながら、鉛またはアンチモンの代わりに、他の既に知られた金属を用いることは、潤滑特性からすると、容易ではない。そういうわけで、欧州特許出願公開第０５２５２２２号明細書の教示するところは、鉛またはアンチモンの代わりに錫または亜鉛を用いることであり、但し、その際に、そのような元素の間で合金が形成されることを回避する為に、錫または亜鉛の添加物から銅を分離する為の手段を講じるというものである。
【特許文献１】仏国特許出願公開第１３９２９６７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０５２５２２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一キログラム当たりの出力の高い自動車のスターター（特に整流子が平らなスターター）のような、電流の密度や摩擦の速度が高くて負担になるような電気装置においては、既に知られているブラシは、特に鉛を含んでいない場合、たとえ亜鉛を含んでいても、要求される性能、特に、寿命が達成できず、時間の経過と共に特性が不安定になってしまう。本出願人はそれゆえ、この問題の解決を模索した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明が対象とするスライド式電気接触部品は炭素を添加した基剤と銅を含んでいて、その特徴は、鉛をほとんど含まず、つまり、実際上、重量にして０．０５％未満の鉛しか含んでおらず、更に亜鉛を含み、そして大きさが５００μｍ未満の鉄を基剤とする粒子を含んでいることである。
【０００６】
本出願人は、試験を行って、亜鉛と鉄の組み合わせには、接触部品を急速に磨耗させることなく、摩擦を減じる効果があるということに気がついた。本発明の接触部品の性能は、鉄には研磨特性があり、それが導電性の高さと組み合わされているということに起因するものであると、本出願人は考えている。
【０００７】
鉄を基剤とする粒子は、典型的には重量にして８０％を越える鉄を含んでおり、場合によっては、一つまたは複数の合金元素を含むことがある。
【０００８】
炭素を添加した基剤の占める割合は、重量にして接触部品の少なくとも２０％であることが望ましい。この比率は重量にして３０から８０％の間であるのが典型的である。
【０００９】
ブラシの炭素を添加した基剤には、炭素を添加した少なくとも一つの素材が含まれており、その素材は炭素でもよいが、できればグラファイトが望ましい。本発明の接触部材は、場合によっては、グラファイトと非晶質の炭素の混合物のような、炭素を添加した素材を複数含んでいてもよい。できれば、炭素を添加した基剤には、重量にして少なくとも６０％のグラファイトが含まれていることが望ましい。そのグラファイトは天然のものでも人工のものでもよく、あるいは両者の混合物でもよい。
【００１０】
接触部品の組成中の鉄を基剤とする粒子の比率は、できれば、重量にして１から１５％の間であるのが望ましく、重量にして３から１０％の間であるのが更に望ましい。典型的にはＤ５０を特徴とする、鉄を基剤とする粒子の大きさは、５００μｍ未満であるのが好適であり、２００μｍ未満であるのが望ましいが、それは一つには、圧縮前の粉末の中に鉄を均一に配分する為であり、他方では、圧縮後の混合粉末の中に微細なひびが生じないようにする為でもある。５０μｍを越える大きさであることも好都合であるが、それは圧縮前の混合粉末の鋳造性の改善の為である。
【００１１】
亜鉛の比率は、できれば、重量にして０．５から２０％の間であることが望ましく、そして重量にして１から１０％の間であることが更に望ましい。
【００１２】
銅の比率は、どのような用途を考えているかで変わってくる。典型的には重量にして２０から８０％の間である。
【００１３】
本発明の接触部品には、場合によっては、一つまたは複数の潤滑剤、または一つまたは複数の研磨剤（例えば炭化物またはコークス）のような添加物が含まれていてもよい。
【００１４】
本発明の接触部品の構造は、複数の層を重ね合わせて形成してもよく、つまり、二層構造のような多層構造でもよい。
【００１５】
本発明のスライド式電気接触部品は、電気ブラシの中で用いるのが好適である。そういうわけで、本発明はまた、本発明のスライド式電気接触部品を少なくとも一つ備えた、電気モーターまたはスターターのブラシのような電気ブラシもまた対象としている。電気モーター及びスターターの整流子は、円筒形でもよく、あるいは平らでもよい。本発明の電気接触部品は、自動車のスターターのブラシに特に適している。本発明のブラシは単一の素材（単層）でもよいし、または複数の素材（多層）でもよいが、電気抵抗の弱い素材でできた、所謂導電層が少なくとも一層および、電気抵抗がより強い素材でできた、所謂切換えを行う層が少なくとも一層ある。後者の場合には、それは少なくともその導電層の成分となる素材であり、それには亜鉛と、５００μｍ未満の大きさの鉄を基剤とする粒子が含まれていることが望ましい。
【００１６】
本発明の接触部品が得られる方法は以下の手順からなる。
・銅、亜鉛、鉄、グラファイトおよび結合剤の粉末を混合し、
・典型的には鋳型に入れて押し固めることにより、接触部品を成形し、
・その部品の焼成に適した熱処理を行う。
【００１７】
仏国特許出願公開第２７０９６１１号明細書に記載されているのは、本発明によるブラシを得る為に使用可能な多層ブラシの製造方法である。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明による二層のスターターのブラシの長手方向の断面を示すものである。
【００１９】
図２は、本発明による電気モーターのブラシの長手方向の断面を示すものである。
【００２０】
電気ブラシ（１）には、典型的には少なくとも一つの接触部品（６）と連結導電体（５）とがあり、その導電体は典型的には柔軟なケーブルである。ブラシ（１）には、接触部品（６）を連結導電体（５）に電気的に接続する為の手段が付いていることがある。
【００２１】
整流子（９）のブレード（１０）の回転方向を矢印Ｒで示す。ブレード（１０）はブラシの「入力」と呼ばれる側（７）から「入り」、ブラシの「出力」と呼ばれる側（８）から「出る」。
【００２２】
図１に示されているように、多層ブラシ（１）の接触部品（６）には、典型的には、第一の導電性、つまり導電性の高い第一層（２）および第二の導電性、つまり導電性の低い第二層（３）がある。そのような層の配置は、層と層の間の境界面（４）が整流子（９）のブレード（１０）を遮るように、配置されている。このような構成により、切換えの際に、つまり、整流子のブレードの一枚から次の一枚に通る際に、アークが生じないようにすることができる。前記境界面は典型的にはブレード（１０）に接する平面と垂直である。
【００２３】
図１に示されたような二層のスターターのブラシの場合には、その連結導電体（５）は、あるいは（図１Ａのように）直接に、あるいは（図１Ｂのように）導電性の低い層（３）を通して、ブラシの導電性の高い層（２）の中に固定されているのが典型的である。
【００２４】
導電性の高い層の中の銅の比率は、重量にして５０から７０％の間というのが典型的である。導電性の低い層の中の銅の比率は、重量にして２から３０％の間というのが典型的である。
【００２５】
スターターの場合には、層の厚みは、そのスターターのタイプによる。自動車のスターターでは、導電性の高い層の厚みは３から６ｍｍの間であるのが典型的である。そして導電性の低い層の厚みは１から２ｍｍの間であるのが典型的である。
【００２６】
多層ブラシにはまた、二つまたは複数の接触部品が縁と縁とをぴったり合わせて付いていてもよい。
【００２７】
［試験例］
組成の異なる二つの多層ブラシについて比較試験を行った。ブラシは図１に示すような多層ブラシである。整流子の上の接触表面Ｓとの関係では、ブラシの寸法は半径方向で１８ｍｍ、軸方向で１１ｍｍそして接線方向で４．５と９．４ｍｍの間である。整流子は（図１に示されるように）平らである。
【００２８】
表１に第一層（２）の当初の混合物の中で用いられる各成分の重量比率の許容幅を示す。鉄の粒子の金属純度は重量で９９％を越えていた。添加物の成分は通常の潤滑剤と通常の研磨剤であった。
【００２９】
【表１】
2007501491.tif 000003
【００３０】
第一層（２）の抵抗性を増大させるためにはっきりと低くなった銅の比率については大きく異なっていたが、「切換え層」と呼ばれる第二層（３）の組成は、第一層（２）と似通ったものであった。
【００３１】
表２に測定結果と、そのようなブラシで行った試験とを示す。この表は、各試験について、測定した抵抗性ρと、（その機械の軸に取り付けられたカム軸歯車の回転速度に対応する) スターターの平らな整流子の回転速度と、接触の劣化の算定、つまり、２００００回使用した後の性能低下の（トルクと回転速度の測定による）算定と、１０ｍｍの磨耗が生じるまでにブラシの上で行われる使用回数の測定による「有効寿命」の算定を示している。
【００３２】
【表２】
2007501491.tif 000004
【００３３】
以上の実験により、本発明によるブラシの性能の改善がはっきりと示されており、それは鉄の粒子があることに起因するものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】図１は、本発明による二層のスターターのブラシの長手方向の断面を示すものである。
【図１Ｂ】図１は、本発明による二層のスターターのブラシの長手方向の断面を示すものである。
【図２】図２は、本発明による電気モーターのブラシの長手方向の断面を示すものである。
【符号の説明】
【００３５】
１  電気ブラシ
２  第一層
３  第二層
４  境界面
５  連結導電体
６  接触部品
７  「入力」側
８  「出力」側
９  整流子
１０  ブレード
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2007501491.tif 000006
【図２】
2007501491.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層であり、電気抵抗の弱い素材でできた層が少なくとも一層と、電気抵抗がより強い素材でできた層が少なくとも一層あり、電気抵抗の弱い層の成分となる素材が、亜鉛と、５００μｍ未満の大きさの鉄を基剤とする粒子を含むことを特徴とする、炭素を添加した基剤と銅、亜鉛および鉄を含むスライド式電気接触部品。
【請求項２】
炭素を添加した基剤の占める割合は、重量にして接触部品の少なくとも２０％であることを特徴とする、請求項１に記載の接触部品。
【請求項３】
炭素を添加した基剤には、重量にして少なくとも６０％のグラファイトが含まれていることを特徴とする、請求項１または２に記載の接触部品。
【請求項４】
鉄を基剤とする粒子の比率は、重量にして１から１５％の間であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項５】
鉄を基剤とする粒子の比率は、重量にして３から１０％の間であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項６】
鉄を基剤とする粒子の大きさは、５０から２００μｍの間であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項７】
鉄を基剤とする粒子は、重量にして８０％を越える鉄を含んでいることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項８】
亜鉛の比率は、重量にして０．５から２０％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項９】
亜鉛の比率は、重量にして１から１０％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１０】
潤滑剤を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１１】
研磨剤を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一つに記載の接触部品。
【請求項１２】
研磨剤は、炭化物やコークスの中から選ぶことを特徴とする、請求項１１に記載の接触部品。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一つに記載の接触部品を少なくとも一つ備えていることを特徴とする電気ブラシ。
【請求項１４】
電気モーターのブラシと自動車のスターターのブラシの中から選ばれることを特徴とする、請求項１３に記載の電気ブラシ。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電気ブラシを少なくとも一つ備えていることを特徴とする自動車のスターター。
【請求項１６】
請求項１３に記載の電気ブラシを少なくとも一つ備えていることを特徴とする電気モーター。
【国際調査報告】
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