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電気伝導性の高いばね用金属の選定方法
- 電気伝導性の高いばね用金属の選定方法について考えています。今回は、輸送機メーカーの者ですが、±10G程度の振動の中で接点を保ちながら追従するばねのために適した金属を探しています。
- 電気伝導性と耐振動性を兼ね備えた金属には、ベリリウム銅などが挙げられますが、振動耐久試験でNGが出ているため、材質変更を検討しています。
- 現在は、伸びや降伏点などを考慮し、JISなどの基準を参考にしています。
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前報の#10です。連絡が遅れました。 メッキついては良くわかりません。 ただ通常の接点材料は、貴金属(Au,Ag,Pd等)です。 黄銅の磨耗性の件ですが、一般的な金属は合金化すれば強度がupします。 黄銅もこのために強化され、耐磨耗性が向上したものと思われます。
金属の性質についてはまったくの素人なので話半分で聞いていただきたいのですが．．． 磨耗が懸念される使い方の電極に、黄銅を検討したという話を思い出しました。結果的に一般的な銅になったようなのですが、黄銅は耐磨耗性が高いのでしょうか？ 部外者であったため、詳細は不明です。 この時は、電極とばね部分を分けて考えていました。電極とばねの組み合わせです。コストが高くなりますが、それぞれに合った材質を選択できるので有効かと思います。
銅合金中バネ性が最も高いのがベリリウム銅です。 ベリ銅で耐久性が劣るなら、寸法を変更するか、 ステンレスばねに変更する方法しかありません。 ただしステンレスは大幅に電気伝導性が低下します。表面にメッキを施すことも一案です。
ばねの強度的な話は判りませんが、銅と鉄とを比較すれば、鉄でしょう。 話は違いますが、小型ヘッドホンのワイヤーには、鋼線に銅めっきしたものを用いて、強度と電気伝導性を確保しています。この場合、耐食性は要求されていませんから銅めっきのままで問題ありません。 耐食性や表面酸化による接触抵抗の増加を懸念されるのなら、銅めっき上にスズめっきを施すと良いでしょう。
お礼
ありがとうございます。 ”鋼に銅メッキ、その上にすずメッキ”であれば 目的として成り立つであろうということですね。 おっしゃるとおり、ヘッドホンは風雨に曝されることもないため、それほど耐食性は必要ないのかもしれません。 ただ1つ気になるのは、振動で接点がずれることによる接触抵抗の増加分は考えないのでしょうか？？ （やはり人が使う、という意味では投げたり引っ張ったりある程度はするでしょうから） やはり振動が弱いため、接点を滑らせない設計が可能になっているのかもしれませんね。
> ちなみにニッケルばねは知識がありませんが すみません。これはめっきのつもりでした。 導電率がどの辺で線が引けるかで目処がつけられるかと思いましたもので 導電率は、銅＞アルミ＞タングステン＞ニッケル＞鉄 ですから 鉄がダメなら、ＳＵＳもダメですね。 ジュラルミンのばねは今回初めて聞きました。 情報は持ちませんが、電気的・機械的・コストともにいいかも知れませんね。 価格の正確な比較は私には無理です。すみません。
電気伝導性の高いと言うところを再確認したいのですが 明確な数値がおありでしょうか？ 例えば、Hiroaceさんの提案されているタングステンについては 機械的な特性は銅より優れていますが、電気的にはその逆です。 電気伝導度次第では、タングステンでＯＫであれば解決です。 電気伝導度にもっと余裕があれば、ニッケルやその合金も視野に入るかも知れませんし 或いは、ステンレスのばね材でもいける可能性だってあります。 その点は如何ですか？
お礼
ご回答ありがとうございます。 ＞電気伝導性の高いと言うところを再確認したいので＞すが明確な数値がおありでしょうか？ 当然明確な数値はありますが、それはユニット全体としての値になります。 その部品材料としてどれくらいの電気伝導性が必要かという値はまだわかっておりません。 ただ、鉄ではNGでした。 おっしゃるように、SUS301や304などのばねも視野にいれております。ただ伝導性が悪い為、あまり良い結果は期待しておりません。ちなみにニッケルばねは知識がありませんが、どういった分野で使われているのでしょうか？非常に高価ではないですか？ 銅、ベリリウム銅、リン青銅、ニッケル、超ジュラルミン、タングステン、SUSあたりで相対コスト比較するとどれぐらいのレベルになるのでしょうか？
私の知っている範囲での回答になりますが．．． ベリリウムはEMC対策用のガスケットに使われています。フィンガー（商品名？）で出ています。 りん青銅はヒューズホルダや電池ホルダの電極に使われていると思います。 メッキについては素人でわからないのですが、ヒューズホルダには、すずとニッケルの両方があります。どのように使い分けているのかを考えるとヒントになるかもしれません。 もし接点部分が振動で摺れるのであれば、メッキなしでもいけるのかなと思います。
お礼
ご回答ありがとうございます。 EMC対策品は、やはり銅製品が圧倒的に多いようですね。 その中で主流なのがベリリウム、リン青銅の２つであるということのようです。 残りはおっしゃるようにメッキについてがまだ不明確ですね。 すずは非常に柔らかく、ニッケルはむしろ硬く電気伝導性を多少犠牲にして耐久性重視で使われているという認識です。 振動条件のゆるいものにはすずが使われているということだと思います。（関係者の方には周知の事実レベルのことなのかもしれませんが） ただ、輸送機の一生分振動で摩擦を受けるには無理がありますので、そこに相対運動はないような設計としたいのですが、そうするとやはりメッキなしは不可能なのでしょうか？
耐振動性というと専門外になるのですが．．． 質問や回答にあるように、一般に使われているのはベリリウムとりん青銅です。 振動耐久試験でNGが出たことがあったのですが、形状の変更で対応したという話を聞いたことがあります。 板ばねでしたが、厚みを増して、リブを追加したと聞いています。 参考になればと思います。
補足
そうですか、やはり最もポピュラーなのは、ベリリウムとリン青銅なのですね。 実際に使われている場所の例などがあればご教示頂けませんか？ また、メッキについてはいかがでしょうか？ 例えば以下の３点、 ?銅にメッキレス ?銅にすず ?銅にニッケル 電気伝導性が良いのは接触面積の多いすず、耐磨耗性や強度がよいのはニッケルかなあと考えております。
単純にDCですと素材を選定されるのは仕様書などに書いてある伝導性が主になるのですが、 AC環境、とりわけ高周波環境ですと表皮効果が現れますので仕様書などの伝導性が反映 されない事がおこります。 逆に、DC環境と限定されるなら伸び、OR耐力を考えますと、タングステンが 選定されることも多々あります。実際に高速で測定を行うプローブチェッカー の先端プローブはタングステン製の物が殆どです。(1200spmなどの環境です。） これにAgをPVDなどで厚めにつけますと良好な導通体になります。 また、形状が許されるなら超ジュラルミンも候補には上がると思います。
お礼
ありがとうございます。 非常に参考になりました。 タングステンについては不勉強ですので早速調べてみようと思います。
> やはりコストでしょうか。 多分そうでしょう。価格は比較になりませんからね。 どのような形状かわからずに申し上げますが、形状の工夫で 逃げることはできないのですか。できないから聞いてるんですね。
補足
＞形状の工夫で ＞逃げることはできないのですか。 ＞できないから聞いてるんですね。 そのとおりです。苦しいところですが、狭いスペース で最大限の効果を狙っており、 形状としてはFEMで最適形状まで出してはいるのですが、どうしても応力が限界よりも3割程度大きくなっております。 材料としてはどういったものがあるでしょうか？
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お礼
ご回答ありがとうございます。 この用途でステンレスばねにメッキを施すとしたらどういった案が挙げられるでしょうか？ 例えば銅+すずメッキは可能なのでしょうか？