∪.D.C.d21.3.047.24
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種
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AnInvestigation on Various Copper A1loy Commutator Segment Bars
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Hiroshi Takashima 王iiroshiIchikawa
内 容 梗 概 最近における電動機の急速な進歩に伴ってさらに高級な整流子片の要求が高まってきた｡従来より高 級導電材料については試験室的加工状態では多くの試験結果が発表されているけれども,それらの材料 を整流子けとする場合.加工法が特殊であるため,その性能ほ従来の試験結果とはかならずしも一致し ない｡ 銀入銅,銀テルル入銅,クロム入銅の各種含良の材料を使用して実用範四の各種加工酎こより,同一 寸法の整流子片に製作した｡それらの諸性能を明らかにし,それぞれの材質の特長をホtノたっ
1.緒
最近における電気機 の急速なる進歩により,さらに 高級な導電材料が要求されてきた｡純銅 品では要求を 満たすことのできない分野に対しては,かなり以前より 銀入銅が,最近においてほクロム入銅が り上げられて きた｡そして今後ほジルコニウム入銅が注目されようと している｡整流ニf片においてもさらに機械的性能, 性のすぐれた製品が要 されてきた(1)｡ 日立電線株式会社においても以前よりこれらの高級導 電材料について 礎研究を推進してきたが,整流子片と しても銀入銅製品ほ戦時中より生産し,クロム入銅製品 は最近生産に入って試用されつつある｡ これらの材料については 鹸室的加工状態でほ数多く の結束が発表されている(2)(3)｡しかし整流子片において ほ形状が特殊であり,かつその寸法精度はきわめて高く なければならないので,その加工はかなり特殊となる｡ したがって種々の材料を整流子片とした場合,必ずしも 試験室的加工によって得られる性能とほ一致しない｡ 告においてほ銀入銅,銀テルル入銅,クロム鋼を 使って実 の整流子片とした場合の諸性能について取ま とめ報告する｡2.試験材料および方法
2.1製品寸法 試験材の 品寸法としてほ弟1図に示すものを選択し た｡すなわち従来の製品規格においてA寸法5皿m,C 寸法60mmが性能区分の境界となっているので,その 両範囲にわたって参考となるように上記寸法を 2.2 試料組成 った｡ 銀入銅についてほ従来実用範闘は0.3%銀以下である けれども銀添加の効果をより広範囲にわたって調べるた め,0･97%鋭に至る11櫨の材料を使用した｡ * 日立電線株式会社電線工場[〓∪
月: イβ〝仰〝 β= Z財 爪仰 し､ ‥ ､-･･ ′ニ /J7 〝丁/か〔んウの 第1図 試作整流子片寸法 第1表 試料分析値(%)寛*
Ag 0.05310･074l
O.190 r 0.273 0.322 0.366 0.38 0.47 0.61 0.85 0.97 0.09 0.22 0.073 0.068 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.026 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.034 0.032 Cr 0.35 0.56 0.72 0.82 0.88 鋭テルル入銅は銀入銅と比較するため,その実用組成 である,0.1,0.2%銀の二程についてテルルを添加した｡ クロム入銅は0.35＼0.88%クロムの5校規について行 った｡ 試料の分析紆果を弟1表に示すこ 弟1表からわかるように純銅,銀入銅,銀テルル入銅昭和33年12月
電線ケーブル特集号(第4集)
第2図 引 張 試 験Ji一 寸 法 第3図 硬さ試験片寸法および測定位置 は少量の酸 を含有したいわゆるタフ,ピッチ形であ る｡ 2,3 加工条件 整流子片ほ冷問の引抜および圧延で仕上加工される｡ この場合には冷間引抜を行った｡引抜加工度は30.5%, 35.6%,40.7%の三種を選択した｡ 時効硬化材であるクロム入銅については冷問加工と熱 処理とを組合まっせた｡熱処理の にほ寸法精度が低下し ないように特殊の方i去を採用した｡ 2.4 試験方i去 導電率ほ原形のまま長さ1rnについての抵抗を測定 し算出した｡ 引張 鹸片ほ 品の厚い側(A 引抜部)より幅30mm の試片を切り出し第2図に示す形状とした:.そしてテー パー付のまま試験を行った｡ 硬さほ弟3図に示す6箇所の位眉において測定し,そ れらの値を平均した｡ 3.試験
結
果 3.】銀入銅整流子片 3.1.1仕上りのままの性能 純銅ならびに銀入整流子片の仕上りのままの 性能 を銀含量との関連において第4図に示すっ銀含量が多 くなるほど各加工度とも導電 ほ低下L,引張強さと 板さは上昇する.=.そして銀含量増加による性能の変化 は0.4%銀までに比較すると 0.4%鋏以下では,その 度合が小さくなる.二伸びはほとんど変化Lない｡ また加工 もかなりの影響を示し,その増加ほ銀含 量の増加と同じ作用を示す∵ しかし鏡台量とのi 係と ↑ --･･tゝ･･■-(ド)柳田称 電卓卓)勅潔頬一m (正一も草 (式)仙摩K-に1山寺)旬璧･トm∴
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種
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nUハ〃U ハ〃)ハU▲〃) ∬有㌫望山〃 .ヲノβ 戊フリ 甜β ノββ r爪 プアβ ?♂β ブJ♂ 〟β｣ 誹 (N) 〃 っ/ 鳥華 〃 り′■ (毒)叫讐H-〔∴ノ] (‡) 勅懲-トm 〃 ､､ ..､ ∴し 郎 瑚 金整
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一一--(ニー･･････冷問〔;芦盲点7｣□TJ_望し汀.ミ.†二:ご ---一上卜__ ∴ J.付∵ ゴロ7シ: ニコ∈ニヒ羞こ【二二言こ■ニ=ニ∴よこ J 亡フ/几?(射■｡頻■ ∠†一雄 官民′こ}尋 トと 第5図 3000Cl時間加熱後における銀入銅整流了 片の性能 関係を第る,7図に示す｡純銅ほ完全に軟化している｡ 0.1%以 F銀含量の場合濫ほ 30.5,35.6穿の加工度 においてほ軽度に 40.7%加工度においてほかなりの 程度に軟化している｡このことは銀含量および加工 度の再結晶に及ぼす影響を考えれば当然であろう｡ 0.1%以上の銀含量範幽においては300〇C 引時間加熱 ･による作能の低下ほ1時間の場合とほとんど同じであ る｡ 3,1.4 3500C加熱後の性能 0.2%以上の鋏含量の試料についてはさらに 3500C 1時間および4時間加 の結 後の機械的性能を調べた｡そ を銀含量との関係において弟8図に示す｡1時 間加熱後の性能は300DC 4時間加熱の場合とほとん ど らない｡しかし4時間加熱後における性能･はさら 宅臣)事) 勅潔岨竺m (さ一缶斐 甜即謝㍊甜㍑甜誹 ､ Å7J -･1二｢一-)や｢て三1三;拝J7こ∴■亨｣Ⅲ∫㌣ .デ､†ム'ズ 〃Lブ7∵川=川川川ダ0
ゝLTこ宣丁云二≠藍ニー∨二二二二.ニニ とノ J/止1(ワ=`/Lり Lフし･′｢(ス･7/′}∫♂ゾ /ク 号デモ.不(∵ 第6図 3000C 4時間加熱後における銀入銅整流子 片の性能(1) 用心 ‥り 兢 (Jさ 頼幣.へ∴.ト､〕 ､ ､ 〃∵〃∵〃 〃〃仲〃 つい J IU ､し / バリ _､一L一 一 ー -二†P_;『･11卜い_:コユ符 一-｢ヽ｢一一 ■･勺し､ノい｢/ ∩レ･つ｣〃巨 11.-1.ノり ノ.′r LJ. ごバ.′ノJ レ しノメガ･ゾ ′ チトご＼'1:しノ11 第7図 3000C 4時間加熱後における銀入銅整流子片の性能(2)
に若干低下している｡ 3.1.5 4000C加熱後の性能 4000Cl時間および4時間加熱後の機楢的牲能と銀昭利33年12月
電線ケーブル特集号(第4
)
日立評論別冊第28号 ､㌧､草事) 勺媒堵ご甘 ∴∵､り登 ｢ゝ≡叫慧ぺ∴.へ､㍉｢] (宝)勺慾-ト｢∴ ガガガガ詔刃ガガ〃 リガガ〃〃ガ牒 儲 ガ ガ〃〃〃 --一一二.-ノ釧誓引た封｣[⊥淫:見け∴ ーー｢△･･ - -▲一■･イ十･■■･-､?∬ニで / Jdワァこ1′/ 鋸 〃 第8図 性能 ･ ∵ ･･ 1 (lS.も堅 ヤギ聖霊誓崇㍊笈㌶箭箭"甜■ ガ ♂♂ β∫ β占〉 ♂ゲ J♂ βJ 〟 銀含量(:二) /白雪閏月]熱筏 /′口､･ ∠J∠ (JJ J〆 ♂J βダ 君7(1♂ Jタ /♂ 皇冒含量(%J イ拍閏月]雛後 350DCl時間および4時間加熱後における銀入銅整流子片の諸 〃'dJ.伽r β.ケ ♂♂ β.7 ♂♂ βJ/♂ 銀含量(芳) /晴間カ口熱 ---･△･･-_ --(コー･-･ 冶問力]二度JβJ% JJ♂% ､､､‥ βク JJみ7 d∫ βJ♂.7 ∠フβ〔フβ/ク 銀含量(%) ′用寺問力口熱 第9区14000Cl時間,4時間加熱後における銀入銅整流了･片の性能(1) 含量の関係を第9,10図に示す｡1時間加熱後0.2斗% 銀入材は引張強さにおいては胱純状態に達し.てい る｡ L■かし蔽さでは著しく軟化してほいるが焼純状態よ りはかなり高い｡0.38%銀入材では冷間引技加二L度 35.6,40.7%の試料において著しく軟化Lている｡観 さほそれほどでもないが引張強さほ胱純状態に近くな っている｡しかし0.38.%銀冷問 加工度 30.5鬼ノの試料ならびに 0.47%以上の鋲含量の試料におい ては3500C4時間加熱後の性能と 大差ほない｡ 4時間加熱後をこおいてはいずれ の銀含量においても完全に焼純状 態に している｡ 3.2 銀テルル入銅整流子月-銀テルル入銅ほ銀入 より若干耐 熱性が良いことが基礎研究の結果わ かっているので(4)-(6)特をこその点曹こ ついて検討した｡ 3.2.1仕上りのままの諸性能 仕上りのままの諸性能も純銅お よび同程度の銀を含有する銅の性 能と比較して弟11図に示す｡ は銀入 よりも約4%低 くなる｡機械的性能も若干銀入銅ゴ に劣る｡ 3.2.2 各条件における加 性能後の
3000C,3500C,4000Cにおいて それぞれ1時間,4時間加熱後の 機械的性能の変化を葬12図に示 す｡加熱温度が高くなり時間が長 くなるに従って緩慢に性能ほ低下 するが急激な変化ほない｡ 第12図と弟5∼10図を比較す れば銀テルル入銅材と銀入材の耐 熱性を比較することができるが, わかりにくいのでここに引抜加工 度35.6%の場合について銀テルル 入銅材と0.24∼0.47%銀入銅材の 各条件加熱後の性能を弟13,14図･ に示す｡3500C 4時間までの加熱 においてほ性能は鋲入材の方が良 い｡しかし4000C4時間加熱後に おいては銀テルル入銅材は銀入銅 材に著しくまさっている｡4000C 1時間の加熱こおいては0.47%銀含量以下の材料より もやほり著しくすぐれている｡ただし加工度30.5%の 場合には4000Cl時間加熱後性能において0.38%鮭 入銅材も銀テルル入銅材と変らない｡ 3.3 クロム入銅整流子片 クロム入銅製品が上述の鋲入および銀テルル入銅製品 と製造工程上最も異なる点ほ時効硬化合金であって,鮭 ､各
種 血督K⊥㌔{ 郡 〃 仰 〃 〃ガ〃〃〃付〃〃〃〃〃〃1ガ二〃 (寺)仙腎-ト｡ハ 金整
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相 〃抑 〃 プしi♂r ー･一一-一一■一一一一一 ･･････････-一 建一ノブβ.※う｣川ノJ凱令閻r ■Y'【･ 一くこ〔三‡∃ 二千蔓幸三三ゴ三と J/ βク !屈含還(ズ) -即し丁_意弧㍑ イ′ク7% 第11図 仕上りのままの銀テル/レ 入銅整流子片の諸性能 塩 草m 叫い 風 温 捌 間 鴨 ･J ･､●､一 ･J 第13図 各条件加熱後の銀テルル入銅および銀入 銅整流子片の性能の比較(1) 入,焼戻を行わなければならないことにある｡しかも 処理条件は最も性能に影響する｡禦 工程において熱処 理を行う場合これら条件の変動により性能に若干の範園 を生じてくる｡したがってこの 作においてほ数回に分昭和33年12月 (毒)杓撃K-にノ〕 ､ ､ 〃 ガ〃〃ガ〃相〃〃〃〃〃〃〃〃∫β
(菖杓暫-トmハ
､ ▲ _電線ケーブル特集号(第4集)
日立評論別冊第28号 ブゴプ〆ぺ＼､ 温度(n常遠 田間仙 カ口熱義仲＼い再り‥ハ､
､､ ＼､∵＼ ､ 第14図 各条件加熱後の銀テルル入銅および銀入銅 整流子片の性能の比較(2) けて製造を行った｡以下の 示す｡ 果ほ性能の範囲をバンドで 3.3.1仕上りのままの性能 仕上りのままのクロム入銅の の関係を弟15図に示す｡ q′/ /〃 性能とクロム含量と 導電率はクロム含量の増加に伴い低下を示す｡0.35 クロムの場合の86㌧89%より0.88.%クロムの場合 の82∼82.5%に至る｡引張強さおよび硬さほ0.35% クロムにおいては銀入銅と大 ないが0.56%クロムに 至って急激に上昇する(= それ以上ほあまり含量による 変化ほない｡伸びほ一般をこ銀入銅よりやや良い｡ 3.3.2 4000C,4500C加熱後の性能 弟1る図に4000Cl時間,4時間,加熱後の,策17 図に 4500Cl時間, 4 時潮 加 の変化を示 す｡これらの場合の性能ほ仕上りのままとまったく同 じであってなんら変化を示していない｡ 3.3.3 5000Cl時間,4時間加熱後の性能 5000Cl時間,4時間加熱後の性能とクロム含量と の関係を第18図に示す,1時間加燕後の性能は仕上 りのままの性能と同じである｡4時間の場合には若干 低 Fを示すけれども 0.56%クロム以上においてi･ま, なお銀入銅仕上りのままの性能に匹敵する｡ ♂♂一〃㌧〃㌦〃㌦〃㌧〃㌧〃㌧〃 以粛箱箭協惣鰐壁〃〃 哲雄脚数 ..∴ .㌧...㌧ .∴.､㌧.∴. ､ ､ ､ ､､ ､ ミ董卓こ㌫逼【Ⅵ 忘ジョ旦二さ○不磨ぺ-べメロ ♂ .〃y バレ 屈 加〟 〃 . ･ ■ ■. 儲 用∵儲招 〃U .〃レ 〃レ ハ=レ ♂ ガ 什丑…甜"〟 〃 へ章〕や暦-ト[､い ＼ ＼ (ぴJ材♂∫ 勿'♂7 β♂J汐 クロム含量(%) 第15図 仕上りのままのクロム入銅整流子片の諸 性能 4･莞察
整流子片として備えなければならない性質ほ導電率お よび機械的性能ばかりでなく,通 下におけるブラッシ ユとの関係などがあるけれども,以上 いて考察を行うと次のようである｡ 4.】銀入銅整流子片 験した範囲にお 仕上りのままの機械的悼能を向上させるためにほ鋲含 量の増加ほ効果がある｡しかし0.4%銀をこえると効果 ほ少なくなる｡また試験した加工 の範囲においてほ加 工度の上昇i･ま比較的導電率への作用が少なくて機械的性 能をかなり向上させることができる｡3000Cl時間加 後の性能でほ0.05%鋲以上4時間加熱後では0.1%銀以 上で銀含量に関係しない｡ したがって耐熱性に重点を置く場合とあわせて仕上り の機械的性能の向上を要求する場合とがある｡前者の場 合には0･1%銀程度で良く,後者の場合には0.6%銀ま での添加はそれだけの効果がある｡一般に前者の考え方 ほ諸外国の場合であり,後者ほわが国における状況であ る｡ 銀添加による耐 惟の向上はきわめて顕著であるのに 比して機械的性能の向上はわずかである｡この意味では 銀入銅整流子片の 価ならびに銀含量の選定ほ外国にお ー各
種
/時間加熟後 へ¶ぷぜ)小潔咽m諒 1 -･ ∵ ‥＼∵ .､ ∵ 脚脚m皿甜脚 へ＼華毒痙亘-穴子].∵
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戯∵彪r 此 (財 ♂7 ♂♂〟 クロム含量r%) 金整
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性
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√絹問加熱後 . ･● ･∴ ノ クロム含量(%) 第16因 4000C加熱後のクロム入銅整流子什の性能 ける二万が合玉里的であろう｡ ん2 銀テルル入銅整流子片 テルルの鋲入銅への添加により耐熱性ほさらに向上す る｡ただし導電 および機械的性能ほ同程度鋭含布銅に 若干劣る｡したがって機械的性能は純銅程度で良いが耐 熱性ほ鋭入銅以上に安求される分野においては考慮に値 する｡ 4.3 クロム入銅整流子片 クロム入銅盤流子片は機械的性能耐熱性においてほ鋭 入銅系に比し格段と向上させることができる｡けれども 導電率は80%台となる｡導 ほ0.35%ク ロムと0.56%クロムでは著しい差がある｡0.56%クワ ム以上では変らない｡耐 性は両者とも同じである｡ したがって鋭入銅よりも耐 合には0.35%クロム 性の上昇のみを要する場 度で良い｡機械的性能の向上もあ わせ要する場合にほ0.6%クロムとすべきである｡ 4.4 ジルコニウム入銅整流子片 最近新しい導電材料としてジルコニウム入銅が開発さ れつつある｡この材料の整流子片への応用が考えられ る｡日立 線工場においては目下基礎研究 一-一一 93∵/＼･
∴
へへ臣ぜぎ)聖駅鯖一m 甜…川棚 へ彗b璧 脚徽甜瀾瀾 や撃ぺ-べナ]へ毒〕小鮮-トEハ
/時間加熱後 ♂時間加熱後 ､ ､･ ､ -･･ ･ ､-､ クロム含量(%) クロム含量rノ;) 第171宝14500C加熱後のクロム入銅整流子片の性佗 を行っており,整流子什とLても試作の段階にある｡参 考のために今までの試作品において得られた性能を示す と策2表のようである｡5.機械的性能間における関係
整流子什における機械的強度の測定艦ほ引眼強さ試験 は特別の場合のみ行われ一般にはその代用として恢さ武 が行われる｡それもピッカース艇さとショアー似さと が併行して採用されている｡したがってそれぞれの他の 換算が問題となってきた｡参考のために上記 験におい て得られた諸数値間の関係を示す｡純銅,銀入銅,鋭テ ルル銅の試験 果を材質,加工度,処理を区分すること なく使用した｡クロム鋼についての値ほ使用しなかっ た｡時効硬化合金であって若干点の分布範囲が広かった からである｡硬さほ言 のように6点の平均値である｡ 引張強さ-ピッカース硬さ間の関係を弟19図にフ｣ミ す｡引張強さ27､37kg/mm2,ピッカース硬さ92∼115の 範囲において直線的関係があるけれども,引張強さ 30kg/mm2以下においてほこの直線的関係が成立しない 場合もある｡Ⅶ和33年12月 /時間加熱後 甜甜都制甜謝湖緋謝甜調調 (へL通らこや察昭nn一m 三3小監豆 ､ ト 淵脚躍謝 -与∴二〕
