[发明专利]碳换向器及其制造方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种具备碳层和金属碳层的碳换向器及其制造方法。

背景技术

碳换向器用于燃料泵电机等，碳系换向器片与电刷接触，换向器片(segment)固定于作为金属端子的换向器竖片(也称为“换向器升高片”，riser piece)上。在碳换向器中，由于燃料中的醇及硫化物等，换向器片中的金属成分的腐蚀成为问题。关于这一点，在专利文献1(JP2002-369454A)中，换向器片由表面侧的碳层和换向器竖片侧的金属碳层这两层所构成，金属碳层与醇等隔离。而且，在金属碳层上设有突起，压入换向器竖片的孔内而固定换向器片，不需要软钎焊等。另外，在金属碳层中，为了防止金属的腐蚀，使用黄铜而非铜，为了进行液相烧结而混合锡，进而，在碳层和金属碳层中均使用酚醛树脂作为粘合剂。

专利文献2(WO99/08367)也同样公开了一种具备碳层和金属碳层这两层的碳换向器，在金属碳层中使用电解铜粉、锡粉和碳，将酚醛树脂作为粘合剂在800～850℃下进行烧成。通过锡粉的熔融来进行液相烧结，通过粘合剂来将碳层和金属碳层中的碳进行烧结。

在专利文献1、2的碳换向器中，将酚醛树脂作为粘合剂，因此，在酚醛树脂碳化并作为粘合剂发挥功能的700℃以上的温度下进行烧成。但是，有时在更低温度下烧成得到的碳层的滑动特性也优异。发明人发现在将酚醛树脂作为粘合剂在低温下对金属碳层进行烧成时，强度完全不足，并发现了能够在低温下进行烧成的金属碳层的组成和碳换向器的制造方法，从而完成了本发明。

现有技术文献

专利文献1：JP2002-369454A

专利文献2：WO99/08367

发明内容

该发明的课题在于提供一种使用通过低温烧成且具有充分的电特性和机械特性的金属碳层的碳换向器及其制造方法。

该发明涉及一种碳换向器，其具备由表面侧的碳层和底面侧的金属碳层构成的换向器片，且将换向器片的金属碳层固定于换向器竖片上，其特征在于，碳层和金属碳层均包含热塑性树脂粘合剂。热塑性树脂粘合剂通过熔融或者软化，在各层内作为粘合剂起作用的同时将碳层和金属碳层结合。因此，通过低温下的烧成，得到具有实用强度和导电性的碳换向器。

优选金属碳层包含铜粉、例如电解铜粉。电解铜粉为树枝状的形状，通过与其它粒子相互缠绕，赋予金属碳层强度和导电性，而且在碳层和金属碳层的界面形成不顺滑。特别优选金属碳层进一步包含锡。另外，优选金属碳层包含铜合金粉，例如黄铜粉、青铜粉、铜镍合金粉，特别优选金属碳层包含黄铜粉，黄铜粉中的锌含量采用例如10～40质量％。有时铜粉被液体燃料中所包含的硫成分等所腐蚀，但黄铜粉等铜合金粉对硫等的耐腐蚀性高。特别优选金属碳层进一步包含锡。更优选金属碳层包含电解铜粉和黄铜粉，通过电解铜粉得到金属碳层的导电性、强度及与碳层的粘接强度，通过黄铜粉得到对液体燃料中的硫成分等的耐腐蚀性。特别优选金属碳层进一步包含锡。

在金属碳层包含锡的情况下，将熔点为约230℃的锡的液相烧结利用于金属碳层的烧结。因为在锡的熔点以上进行烧结，所以优选热塑性树脂粘合剂的熔点为230℃～400℃，使用例如PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)、尼龙66、聚四氟乙烯等。在不含有锡的情况下，也可以使用熔点为120℃左右的聚乙烯等作为粘合剂。另外，电解铜粉、黄铜粉等其它的金属粉在230～400℃下不会熔融，因而在金属碳层中也为粉体，且通过热塑性树脂粘合剂与锡相互结合。需要说明的是，在该说明书中，如230～400℃、5～40质量％等通过“～”来表示范围的情况下，规定为如230℃以上400℃以下、5质量％以上40质量％以下等包含下限和上限。

就组成而言，优选金属碳层通过含有5～40质量％的电解铜粉、2～30质量％的锡、20～83质量％的黄铜粉，从而含有合计90质量％以上的金属成分，金属碳层进一步含有0.3～4质量％的热塑性树脂粘合剂，剩余部分为碳。在低温下烧结得到的金属碳层导电性低。因此，通过使用含有5～40质量％的电解铜粉、2～30质量％的锡粉、20～83质量％的黄铜粉，且含有合计90质量％以上的金属成分的金属碳层来确保导电性。而且，通过锡的液相烧结、电解铜粉的缠绕及热塑性树脂粘合剂的熔融或者软化来确保强度。在此，优选含有0.3～4质量％的热塑性树脂粘合剂。另外，优选金属碳层含有黄铜粉和锡等金属成分合计90质量％以上和0.3～4质量％的热塑性树脂粘合剂，剩余部分为碳；碳层含有3～15质量％的与金属碳层中的热塑性树脂粘合剂相同化学式的热塑性树脂粘合剂，剩余部分为碳。