JP2001037163A - Brushes for motor and motor provided with them - Google Patents

Brushes for motor and motor provided with them

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JP2001037163A
JP2001037163A JP20023599A JP20023599A JP2001037163A JP 2001037163 A JP2001037163 A JP 2001037163A JP 20023599 A JP20023599 A JP 20023599A JP 20023599 A JP20023599 A JP 20023599A JP 2001037163 A JP2001037163 A JP 2001037163A
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JP
Japan
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silicon carbide
motor
sintered body
carbide sintered
brush
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JP20023599A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Endo
茂樹 遠藤
Yuka Murakawa
由佳 村川
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the wear resistance of brushes for a motor and to reduce the driving noise of the motor by a method wherein sliding parts which come into contact with a commutator which is sandwiched between the brushes for the motor are formed of a silicon carbide sintered compact whose volume resistivity is at a specific value or lower and whose density is at a specific value or higher. SOLUTION: In the thrushes 7 for a motor at least sliding parts which come into contact with a commutator 6 are formed of a silicon carbide sintered compact which is at a volume resistivity of 1 Ω.cm or lower and which is at a density of 2.9 g/cm3 or higher. At this time, the silicon carbide sintered compact is manufactured in such a way that a resol-type phenolic resin containing an amine and a silicon carbide powder are mixed in an ethanol solvent, that the mixture is dried so as to be molded in a cylindrical shape and that its cylindrical body is sintered. The silicon carbide sintered compact is cut out in a desired shape, and the brushes 7 for the motor are obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モーター用ブラ
シ、及びそれを備えたモーターに関し、詳しくは、炭化
ケイ素焼結体を用いたモーター用ブラシ、及びそれを備
えたモーターに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor brush and a motor including the same, and more particularly, to a motor brush using a silicon carbide sintered body and a motor including the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

【0003】従来から、小型モーターは、光学精密機
器、音響・映像機器、OA機器、家庭用品電気機器、自
動車用、玩具等の他あらゆる分野に広く用いられてい
る。
Conventionally, small motors have been widely used in all other fields such as optical precision equipment, audio / video equipment, OA equipment, household electrical equipment, automobiles, toys and the like.

【0004】このような小型モーターは、通常、ケーシ
ングの内周面に取付けられた永久磁石と、ケーシング内
部に設けられて回転自在に支持されると共に電機子及び
整流子を有する回転子と、ケーシングに取付けられて整
流子と摺動係合するブラシとを備えてなり、外部電源か
らブラシ、整流子を介して、電機子に給電されることに
より、回転子が回転する。しかし、このようなブラシに
より給電をおこなう小型モーターは、ブラシと整流子と
が摺動するがゆえに、例えば、ブラシと整流子との摺動
部における摩擦(接触抵抗等に起因する)、アーク放電
(整流火花等)等が発生し、これに伴い発熱、磨耗、変
形、皮膜生成、電波障害等を引き起こし、接触不良、性
能低下、耐久性低下の原因となっていた。また、その他
にも騒音の発生、或いはチャタリングの発生を防止する
ため慣らし運転が必要であるといった問題もあった。
Such a small motor is usually provided with a permanent magnet mounted on the inner peripheral surface of a casing, a rotor provided inside the casing and rotatably supported and having an armature and a commutator, and a casing. And a brush slidably engaged with the commutator, and the rotor is rotated by being supplied with power from an external power supply to the armature via the brush and the commutator. However, in a small-sized motor that supplies power by such a brush, the brush and the commutator slide, so that, for example, friction (due to contact resistance or the like) in a sliding portion between the brush and the commutator, arc discharge, or the like. (Rectifying sparks, etc.) were generated, which caused heat, abrasion, deformation, film formation, radio interference, and the like, which resulted in poor contact, reduced performance, and reduced durability. In addition, there is another problem that a break-in operation is required to prevent generation of noise or chattering.

【0005】そのため、小型モーターに用いられるブラ
シの素材、特に整流子と摺動部の素材の選択は重要であ
る。その素材として、従来はカーボンブラシが用いられ
てきたが、貴金属を含有させたカーボンブラシ(例えば
特開平11−4563号等)、金属ブラシ、貴金属
(金、白金、ロジウム、銀、パラジウム銀等)ブラシ
(例えば特開平9−131023号等)等が用いられて
きており、さらなる改善が図られている。
Therefore, it is important to select the material of the brush used for the small motor, particularly the material of the commutator and the sliding portion. Conventionally, a carbon brush has been used as the material, but a carbon brush containing a noble metal (for example, JP-A No. 11-4563), a metal brush, a noble metal (gold, platinum, rhodium, silver, palladium silver, etc.) Brushes (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-131023) and the like have been used, and further improvements have been made.

【0006】しかしながら、依然として、上記問題を改
善するには不十分であり、カーボンブラシには、摺動部
における微細なパーティクルが発生による磨耗、皮膜生
成が起こるという耐磨耗性、駆動騒音が大きい等の問題
があり、金属・貴金属ブラシには、強度耐熱性が不十分
であるため著しい磨耗、変形が起こる、或いは酸化など
により腐食するという問題があった。また、特に貴金属
ブラシは非常に高価であるというコスト的な問題もあ
る。また、カーボンブラシ、金属・貴金属ブラシのいず
れも、アーク放電が生じ、異常磨耗、皮膜生成、電波障
害が起こるといた問題も改善されていないのが現状であ
る。
[0006] However, it is still insufficient to solve the above-mentioned problems, and the carbon brush has abrasion resistance due to generation of fine particles in a sliding portion, abrasion resistance that a film is formed, and large driving noise. Metal and noble metal brushes have a problem in that they have insufficient strength and heat resistance, causing significant wear and deformation, or corrosion due to oxidation and the like. In addition, there is a cost problem that a noble metal brush is particularly expensive. In addition, at present, neither the carbon brush nor the metal / noble metal brush has a problem that arc discharge occurs, abnormal wear, film formation, and radio interference occur.

【0007】一方で、上記ブラシと整流子との摺動部に
おける問題を改善するため、ケーシング内に炭酸ジエス
テルからなる雰囲気硬性剤を封入してアーク放電を防止
するモーター(特開平9−10766号等)、回転子に
火花消去素子を設けてアーク放電による電波障害を防止
するモーター(特開平10−336984号等)、冷却
ファンを設けて発熱を抑えるモーター(特開平10−2
5719号等)等が提案されているが、いずれも生産性
の低下、コストアップの要因となっており、やはり小型
モーターに用いられるブラシの素材そのものを改善する
要望は強かった。
On the other hand, in order to solve the problem in the sliding portion between the brush and the commutator, a motor for preventing an arc discharge by enclosing an atmosphere hardener made of diester carbonate in a casing (Japanese Patent Laid-Open No. 9-10766). Etc.), a motor (for example, JP-A-10-336984) for providing a rotor with a spark quenching element to prevent radio interference due to arc discharge, and a motor for providing a cooling fan to suppress heat generation (JP-A-10-2102)
No. 5719) have been proposed, but all of these factors have caused a decrease in productivity and an increase in cost, and there has been a strong demand for improving the brush material itself used for small motors.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】即ち、本発明の目的
は、低コストで、導電性、強度、耐熱性、耐磨耗性、耐
腐食性(耐酸化性、耐薬品性)に優れ、アーク放電(ア
ーク放電よる電波障害、異常被膜生成等)、駆動騒音の
発生を防止することができるモーター用ブラシ、及びそ
れを備えた、低コストで、耐久性、生産性に優れ、駆動
騒音が少ないモーターを提供することである。
That is, an object of the present invention is to provide a low cost, excellent conductivity, strength, heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance (oxidation resistance, chemical resistance), and arc. Brush for motors that can prevent electric discharge (radio wave interference due to arc discharge, abnormal film formation, etc.) and drive noise, and low cost, durable, productive, and low drive noise equipped with it Is to provide a motor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な諸目的について鋭意検討を行った結果、低コストで耐
熱性、耐磨耗性、耐腐食性(耐酸化性、耐薬品性)に優
れたセラミックとして知られている炭化ケイ素焼結体に
導電性を付与させると、モーター用ブラシの素材として
非常に適していることを見出した。即ち、本発明は、
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies on such objects and found that the heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance (oxidation resistance, chemical resistance, etc.) were obtained at low cost. It has been found that when electrical conductivity is imparted to a silicon carbide sintered body known as a ceramic excellent in (1), it is very suitable as a material for a motor brush. That is, the present invention

【0010】<1>少なくともモーター用ブラシの整流
子と接する摺動部が、体積抵抗率が1Ω・cm以下であ
り、且つ密度が2.9g/cm3 以上である炭化ケイ素
焼結体で形成されていることを特徴とするモーター用ブ
ラシである。
<1> At least a sliding portion of the brush for the motor, which is in contact with the commutator, is formed of a silicon carbide sintered body having a volume resistivity of 1 Ω · cm or less and a density of 2.9 g / cm 3 or more. It is a brush for a motor characterized by being performed.

【0011】<2>前記炭化ケイ素焼結体の下記式
(1)で定義される導電率バラツキ指標(β値)が0.
8以上であることを特徴とする前記<1>に記載のモー
ター用ブラシ。
<2> The silicon carbide sintered body has a conductivity variation index (β value) defined by the following equation (1) of 0.
The brush for a motor according to <1>, wherein the number is 8 or more.

【0012】 式(1) εmax=1/2(ε0−ε∞)tan(βπ/4) εmax:炭化ケイ素焼結体内の比誘電損率の最大値 ε0:炭化ケイ素焼結体内の高周波側の比誘電率 ε∞:炭化ケイ素焼結体内の低周波側の比誘電率Equation (1) ε max = 1/2 (ε 0 −ε∞) tan (βπ / 4) ε max : maximum value of relative dielectric loss factor in the silicon carbide sintered body ε 0 : silicon carbide sintered body Dielectric constant on the high frequency side of ε∞: dielectric constant on the low frequency side in silicon carbide sintered body

【0013】<3>炭化ケイ素焼結体が、炭化ケイ素粉
末と、非金属系焼結助剤と、窒素化合物とを混合し、2
000〜2400℃で焼結して得られるものであること
を特徴とする前記<1>又は<2>に記載のモーター用
ブラシである。
<3> A silicon carbide sintered body is obtained by mixing silicon carbide powder, a nonmetallic sintering aid, and a nitrogen compound.
The motor brush according to <1> or <2>, which is obtained by sintering at 000 to 2400 ° C.

【0014】<4>炭化ケイ素粉末が、ケイ素化合物の
少なくとも1種と、加熱により炭素を発生する有機化合
物の少なくとも1種と、を混合し、焼成して得られるも
のであることを特徴とする前記<3>に記載のモーター
用ブラシである。
<4> The silicon carbide powder is obtained by mixing at least one kind of a silicon compound and at least one kind of an organic compound which generates carbon by heating and baking the mixture. The motor brush according to <3>.

【0015】<5>炭化ケイ素焼結体が、ケイ素化合物
の少なくとも1種、加熱により炭素を発生する有機化合
物の少なくとも1種、及び、窒素化合物を混合し焼成し
て得られる炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結助剤と、を
混合し、2000〜2400℃で焼結して得られるもの
であることを特徴とする前記<1>又は<2>に記載の
モーター用ブラシである。
<5> A silicon carbide powder obtained by mixing and firing at least one silicon compound, at least one organic compound that generates carbon by heating, and a nitrogen compound, The motor brush according to <1> or <2>, wherein the brush is obtained by mixing a nonmetallic sintering aid and sintering at 2000 to 2400 ° C.

【0016】<6>前記<1>〜<5>のいずれかに記
載のモーター用ブラシを備えてなることを特徴とするモ
ーターである。
<6> A motor including the motor brush according to any one of <1> to <5>.

【0017】本発明のモーター用ブラシは、その素材と
して上記特定の炭化ケイ素焼結体を用いるため、低コス
トで、導電性、強度、耐熱性、耐磨耗性、耐腐食性(耐
酸化性、耐薬品性)に優れ、アーク放電(アーク放電よ
る電波障害、異常被膜生成等)、駆動騒音の発生を防止
することができる。
The motor brush of the present invention uses the above-mentioned specific silicon carbide sintered body as its material, and therefore has low cost, conductivity, strength, heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance (oxidation resistance). Excellent in chemical resistance), and can prevent the occurrence of arc discharge (e.g., radio interference due to arc discharge, abnormal film formation, etc.) and drive noise.

【0018】本発明のモーターは、前記本発明のモータ
ー用ブラシを備えるため、低コストで、耐久性、生産性
に優れ、駆動騒音が少ない。
Since the motor of the present invention includes the motor brush of the present invention, it is low in cost, has excellent durability and productivity, and has low driving noise.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明のモーター用ブラシは、少
なくともモーター用ブラシの整流子と接する摺動部が、
体積抵抗率が1Ω・cm以下、且つ密度が2.9g/c
3 以上である炭化ケイ素焼結体で形成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a motor brush according to the present invention, at least a sliding portion in contact with a commutator of the motor brush includes:
Volume resistivity is 1 Ω · cm or less and density is 2.9 g / c
It is formed of a silicon carbide sintered body having an m 3 or more.

【0020】(炭化ケイ素焼結体)前記炭化ケイ素焼結
体は、その体積抵抗率が、1Ω・cm以下であるが、よ
り好ましくは10-1Ω・cm以下である。この体積抵抗
率が1Ω・cmを超えると、整流子とブラシとの間の正
常な電気的接続が得られず、著しい発熱、電力損失、ま
た初期のモーター性能の安定性が損なわれるばかりでな
く、耐久性が悪化する。また、アーク放電も発生し易く
なる。
(Silicon Carbide) The silicon carbide has a volume resistivity of 1 Ω · cm or less, preferably 10 −1 Ω · cm or less. If the volume resistivity exceeds 1 Ω · cm, a normal electrical connection between the commutator and the brush cannot be obtained, resulting in significant heat generation, power loss, and impairment of the stability of the initial motor performance. , The durability deteriorates. Also, arc discharge is likely to occur.

【0021】前記炭化ケイ素焼結体は、その密度が、
2.9g/cm3 以上であるが、好ましくは3.0g/
cm3 以上である。この密度が2.9g/cm3 未満で
あると曲げ強度、破壊強度などの機械的強度が低下し、
変形或いは破損を起こす可能性が高まり耐久性が低下す
る場合、さらにパーティクルが増大し耐磨耗性が悪化し
たり、皮膜を生成させる場合がある。また、この密度が
2.9g/cm3 未満であると、耐熱性が低下し、著し
い磨耗、変形を引き起こす場合があり、さらに耐酸化
性、耐薬品性も低下し、腐食し易くなる。
The silicon carbide sintered body has a density of:
2.9 g / cm 3 or more, preferably 3.0 g / cm 3
cm 3 or more. If the density is less than 2.9 g / cm 3 , mechanical strength such as bending strength and breaking strength is reduced,
When the possibility of causing deformation or breakage increases and durability decreases, particles may further increase and abrasion resistance may deteriorate or a film may be formed. If the density is less than 2.9 g / cm 3 , the heat resistance is reduced, and remarkable abrasion and deformation may be caused. In addition, the oxidation resistance and the chemical resistance are also reduced, and corrosion is liable to occur.

【0022】前記炭化ケイ素焼結体は、低い体積抵抗率
(高い導電率)を保持させるために、窒素を含有するこ
とが好ましい。この窒素の含有量は、好ましくは150
ppm以上、より好ましくは200ppm以上である。
この窒素の含有量が、150ppm未満であると、低い
体積抵抗率(高い導電率)が得られなく、整流子とブラ
シとの間の正常な電気的接続が得られず、良好な導電
性、著しい発熱、電力損失、また、初期のモーター性能
の安定性が損なわれるばかりでなく、耐久性が悪化する
場合があり、また、アーク放電も発生し易くなる場合が
ある。また、安定性の観点から、窒素は固溶状態で含ま
れることが好ましい。
The silicon carbide sintered body preferably contains nitrogen in order to maintain a low volume resistivity (high electric conductivity). The nitrogen content is preferably 150
ppm or more, more preferably 200 ppm or more.
If the nitrogen content is less than 150 ppm, a low volume resistivity (high conductivity) cannot be obtained, a normal electrical connection between the commutator and the brush cannot be obtained, and good conductivity, Not only remarkable heat generation, power loss, initial stability of the motor performance may be impaired, but also durability may be deteriorated, and arc discharge may be easily generated. From the viewpoint of stability, it is preferable that nitrogen is contained in a solid solution state.

【0023】前記炭化ケイ素焼結体は、不純物元素の総
含有量が好ましくは10ppm以下、好ましくは5pp
m以下である。不純物元素の総含有量は、化学的な分析
による不純物含有量は参考値としての意味を有するに過
ぎない。実用的には、不純物が均一に分布しているか、
局所的に偏在しているかによっても、評価が異なってく
るが、本発明においては、溶液ICP−MS法によって
測定した値を用いた。
The silicon carbide sintered body preferably has a total content of impurity elements of 10 ppm or less, preferably 5 pp.
m or less. As for the total content of impurity elements, the impurity content obtained by chemical analysis only serves as a reference value. Practically, if the impurities are evenly distributed,
Although the evaluation differs depending on whether the sample is locally unevenly distributed, in the present invention, the value measured by the solution ICP-MS method was used.

【0024】前記不純物元素とは、1989年IUPA
Cの無機化学命名法改訂版の周期律表における1族から
16族元素に属し、且つ原子番号3以上であり、原子番
号6〜8及び同14を除く元素をいう。
The above-mentioned impurity element is defined in IUPA 1989
C refers to an element belonging to Group 1 to Group 16 elements in the periodic table of the revised inorganic chemical nomenclature for C, having an atomic number of 3 or more, and excluding atomic numbers 6 to 8 and 14.

【0025】前記炭化ケイ素焼結体は、その焼結体内に
おける導電率に部分的なバラツキが少ないと、良好な導
電性と均一の導電率を有し、アーク放電の発生をより効
果的に防止させることができる観点から、下記式(1)
で定義される導電率バラツキ指標(β値)が0.8以上
であることが好ましい。
When the silicon carbide sintered body has a small variation in the electric conductivity in the sintered body, the silicon carbide sintered body has good electric conductivity and uniform electric conductivity, and the occurrence of arc discharge is more effectively prevented. From the viewpoint that it can be performed, the following formula (1)
Is preferably 0.8 or more.

【0026】 式(1) εmax=1/2(ε0−ε∞)tan(βπ/4) εmax:炭化ケイ素焼結体内の比誘電損率の最大値 ε0:炭化ケイ素焼結体内の高周波側の比誘電率 ε∞:炭化ケイ素焼結体内の低周波側の比誘電率Equation (1) ε max = 1/2 (ε 0 −ε∞) tan (βπ / 4) ε max : maximum value of relative dielectric loss factor in the silicon carbide sintered body ε 0 : silicon carbide sintered body Dielectric constant on the high frequency side of ε∞: dielectric constant on the low frequency side in silicon carbide sintered body

【0027】前記導電率バラツキ指標(β値)は、交流
回路を用いて得られる炭化ケイ素焼結体の比誘電率(高
周波側の比誘電率(ε0)、低周波側の比誘電率(ε
∞))及び比誘電損率測定から得られる比誘電損率の最
大値(εmax )を上記式(1)(Maxwell−Wa
gner式)に代入することによって求めることができ
る。なお、β値は1以下の数値をとり、これが1に近い
ほど導電率の均一性が保たれていることを意味する。ま
た、焼結体の比誘電損率及び比誘電率は、インピーダン
スアナライザーMAP1260型(東陽テクニカ社製)
を用いて測定することができる。
The conductivity variation index (β value) is determined by the relative permittivity (relative permittivity (ε 0 ) on the high frequency side, relative permittivity (low permittivity) of the silicon carbide sintered body obtained by using an AC circuit, ε
∞)) and the maximum value of the relative dielectric loss factor (ε max ) obtained from the measurement of the relative dielectric loss ratio are calculated using the above equation (1) (Maxwell-Wa).
gner equation). The β value takes a numerical value of 1 or less, and the closer the value is to 1, the more uniform the conductivity is. The relative dielectric loss factor and relative dielectric constant of the sintered body were measured using an impedance analyzer MAP1260 type (manufactured by Toyo Corporation).
Can be measured.

【0028】前記炭化ケイ素焼結体のその他の好適な物
性について検討すると、例えば、室温における曲げ強度
は50.0〜65.0kgf/mm2 、1500℃にお
ける曲げ強度は55.0〜80.0kgf/mm2 、ヤ
ング率は3.5×104 〜4.5×104 、ビッカース
硬度は2000kgf/mm2 以上、ポアソン比は0.
14〜0.21、熱膨張係数は3.8×10-6〜4.2
×10-6(℃-1)、熱伝導率は150W/m・k以上、
比熱は0.15〜0.18cal/g・℃、耐熱衝撃性
は500〜700ΔT℃である。
Considering other suitable physical properties of the silicon carbide sintered body, for example, the bending strength at room temperature is 50.0 to 65.0 kgf / mm 2 , and the bending strength at 1500 ° C. is 55.0 to 80.0 kgf. / Mm 2 , Young's modulus is 3.5 × 10 4 to 4.5 × 10 4 , Vickers hardness is 2000 kgf / mm 2 or more, and Poisson's ratio is 0.3.
14 to 0.21, thermal expansion coefficient: 3.8 × 10 -6 to 4.2
× 10 −6 (° C. −1 ), thermal conductivity of 150 W / m · k or more,
The specific heat is 0.15 to 0.18 cal / g · ° C., and the thermal shock resistance is 500 to 700 ΔT ° C.

【0029】(炭化ケイ素焼結体の製造方法)前記炭化
ケイ素焼結体は、炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結助剤
と、を混合し焼結して得るのが好ましい。
(Production Method of Silicon Carbide Sintered Body) The silicon carbide sintered body is preferably obtained by mixing and sintering a silicon carbide powder and a nonmetallic sintering aid.

【0030】−炭化ケイ素粉末−前記炭化ケイ素粉末
は、α型、β型、非晶質、又は、これらの混合物等が挙
げられるが、これらの中でも、β型炭化ケイ素粉末が特
に好ましい。前記炭化ケイ素成分全体のうち、β型炭化
ケイ素の占める割合が70%以上であることが好まし
く、さらに好ましくは80%以上であり、100%β型
炭化ケイ素であってもよい。
-Silicon Carbide Powder- Examples of the silicon carbide powder include α-type, β-type, amorphous, and mixtures thereof. Of these, β-type silicon carbide powder is particularly preferable. The proportion of β-type silicon carbide in the entire silicon carbide component is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and may be 100% β-type silicon carbide.

【0031】前記炭化ケイ素粉末におけるβ型炭化ケイ
素粉末の配合量としては、60重量%以上が好ましく、
65重量%以上がより好ましい。前記配合量が、60重
量%未満であると、得られる炭化ケイ素焼結体の炭化ケ
イ素成分における、β型炭化ケイ素の含有量が、前記数
値範囲外となることがある。尚、前記β型炭化ケイ素粉
末のグレードとしては、特に制限はない。したがって、
一般に市販されているβ型炭化ケイ素粉末を好適に使用
可能である。
The amount of the β-type silicon carbide powder in the silicon carbide powder is preferably 60% by weight or more.
It is more preferably at least 65% by weight. If the amount is less than 60% by weight, the content of β-type silicon carbide in the silicon carbide component of the obtained silicon carbide sintered body may be outside the above-mentioned numerical range. The grade of the β-type silicon carbide powder is not particularly limited. Therefore,
Generally, commercially available β-type silicon carbide powder can be suitably used.

【0032】前記炭化ケイ素粉末の平均粒径としては、
高密度の炭化ケイ素焼結体を得るという点からは、小粒
径であるのが好ましく、具体的には、0.01〜10μ
mが好ましく、0.05〜1μmがより好ましい。前記
平均粒径が、0.01μm未満の場合には、計量、混合
等の処理の際に取扱いが困難となり、10μmを超える
場合には、比表面積(隣接する炭化ケイ素粉末等同士が
接触する面積)が小さくなるため、高密度の炭化ケイ素
焼結体を得ることが困難となることがある。
The average particle size of the silicon carbide powder is as follows:
From the viewpoint of obtaining a high-density silicon carbide sintered body, the particle size is preferably small, and specifically, 0.01 to 10 μm.
m is preferable, and 0.05 to 1 μm is more preferable. If the average particle size is less than 0.01 μm, it is difficult to handle at the time of processing such as measurement and mixing, and if it exceeds 10 μm, the specific surface area (the area where adjacent silicon carbide powders contact each other) ) Is small, it may be difficult to obtain a high-density silicon carbide sintered body.

【0033】前記炭化ケイ素粉末の粒度分布としては、
特に制限はないが、炭化ケイ素焼結体の製造時におい
て、原料となる粉体(炭化ケイ素粉末等)の充填密度を
向上させる点、及び、炭化ケイ素の反応性を向上させる
点からは、2つ以上の極大値を有する分布となるのが好
ましい。
The particle size distribution of the silicon carbide powder is as follows:
Although there is no particular limitation, from the viewpoint of improving the packing density of powder (such as silicon carbide powder) as a raw material and improving the reactivity of silicon carbide during the production of the silicon carbide sintered body, It is preferable that the distribution has two or more maximum values.

【0034】前記炭化ケイ素粉末としては、平均粒径
が、0.05〜1μm、比表面積が、5m2 /g以上、
遊離炭素が1%以下、酸素含有量が1%以下であるもの
が特に好適である。
The silicon carbide powder has an average particle size of 0.05 to 1 μm, a specific surface area of 5 m 2 / g or more,
Those having a free carbon content of 1% or less and an oxygen content of 1% or less are particularly preferred.

【0035】−炭化ケイ素粉末の製造方法− 前記炭化ケイ素粉末は、ケイ素化合物と、加熱により炭
素を発生する有機化合物と、を混合し焼成して得るのが
好ましい。
—Method for Producing Silicon Carbide Powder— The silicon carbide powder is preferably obtained by mixing a silicon compound and an organic compound that generates carbon by heating and baking the mixture.

【0036】−−ケイ素化合物(ケイ素源)−− 前記ケイ素化合物としては、加熱によりケイ素を発生す
る化合物であれば特に制限はなく、液状のケイ素化合物
及び固体状のケイ素化合物のいずれであってもよいが、
高純度化、及び均一分散させる観点から、少なくとも1
種が液状のケイ素化合物であるのが好ましい。
--Silicon Compound (Silicon Source)-The silicon compound is not particularly limited as long as it is a compound that generates silicon by heating, and may be either a liquid silicon compound or a solid silicon compound. Good,
From the viewpoint of high purification and uniform dispersion, at least 1
Preferably, the seed is a liquid silicon compound.

【0037】前記液状のケイ素化合物としては、(モノ
−、ジ−、トリ−、テトラ−)アルコキシシラン、及
び、テトラアルコキシシランの重合体等が好適に挙げら
れる。前記(モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−)アルコ
キシシランとしては、テトラアルコキシシランが好適に
挙げられる。テトラアルコキシシランとしては、具体的
には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、
テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が好
適に挙げられ、取り扱い性に優れる点から、テトラエト
キシシランが特に好ましい。前記テトラアルコキシシラ
ンの重合体としては、重合度が2〜15程度の低分子量
重合体(オリゴマー)(例えば、テトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、
テトラブトキシシラン等の低分子量重合体(オリゴマ
ー))や、液状の高重合度ケイ酸ポリマー等が好適に挙
げられる。
Suitable examples of the liquid silicon compound include (mono-, di-, tri-, and tetra-) alkoxysilanes and polymers of tetraalkoxysilanes. Preferred examples of the (mono-, di-, tri-, and tetra-) alkoxysilanes include tetraalkoxysilanes. As the tetraalkoxysilane, specifically, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane,
Tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane and the like are preferably exemplified, and tetraethoxysilane is particularly preferred from the viewpoint of excellent handleability. As the polymer of the tetraalkoxysilane, a low molecular weight polymer (oligomer) having a degree of polymerization of about 2 to 15 (for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane,
Suitable examples include low molecular weight polymers (oligomers) such as tetrabutoxysilane) and liquid high-polymer silicate polymers.

【0038】前記固体状のケイ素化合物としては、酸化
ケイ素等が好適に挙げられる。ここで、本発明における
酸化ケイ素とは、SiOのほか、シリカゾル(コロイド
状超微粉体シリカ含有液、内部にOH基やアルコキシル
基を含む)、や二酸化ケイ素(シリカゲル、微粉体シリ
カ、石英粉体)等をも含む。
As the solid silicon compound, silicon oxide and the like are preferably mentioned. Here, the silicon oxide in the present invention means, in addition to SiO, silica sol (colloidal ultrafine silica containing liquid, containing OH group or alkoxyl group inside), silicon dioxide (silica gel, fine silica, quartz powder) Body) and the like.

【0039】これらのケイ素化合物のうち、均質性や取
り扱い性に優れる点から、テトラエトキシシランの低分
子量重合体(オリゴマー)、及び、該テトラエトキシシ
ランの低分子量重合体(オリゴマー)と微粉体シリカと
の混合物等が特に好ましい。また、これらのケイ素化合
物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用し
てもよい。
Among these silicon compounds, a low molecular weight polymer (oligomer) of tetraethoxysilane, and a low molecular weight polymer (oligomer) of tetraethoxysilane and fine powdered silica are excellent in homogeneity and handleability. And the like are particularly preferred. These silicon compounds may be used alone or in combination of two or more.

【0040】前記ケイ素化合物における不純物元素の総
含有量としては、10ppm以下が好ましく、5ppm
以下がより好ましい。前記不純物元素の総含有量が、前
記数値範囲外である場合には、得られる炭化ケイ素焼結
体の純度が、前記数値範囲外となることがある。但し、
加熱・焼結の際における純化の許容範囲内であれば必ず
しも前記数値範囲内の数値に限定されるものではない。
The total content of the impurity elements in the silicon compound is preferably 10 ppm or less, more preferably 5 ppm.
The following is more preferred. When the total content of the impurity elements is out of the numerical range, the purity of the obtained silicon carbide sintered body may be out of the numerical range. However,
The value is not necessarily limited to a value within the above numerical range as long as it is within an allowable range of purification during heating and sintering.

【0041】−−加熱により炭素を発生する有機化合物
(炭素源)−− 前記加熱により炭素を発生する有機化合物(以下、適宜
「有機化合物」と称することがある。)としては、特に
制限はなく、液状の及び固体状のいずれの有機化合物を
用いてもよいが、少なくとも1種が液状の有機化合物で
あるのが好ましい。
--Organic compound capable of generating carbon by heating (carbon source)-The organic compound capable of generating carbon by heating (hereinafter referred to as "organic compound" as appropriate) is not particularly limited. Any of liquid and solid organic compounds may be used, but it is preferable that at least one of them is a liquid organic compound.

【0042】前記有機化合物としては、残炭率が高く、
触媒の存在及び/又は加熱によって、重合・架橋する有
機化合物が好ましい。例えば、フェノール樹脂、フラン
樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリビニルアルコー
ル等の樹脂のモノマーやプレポリマー等や、セルロー
ス、蔗糖、ピッチ、タール等の液状有機化合物が好適に
挙げられる。これらの中でも、フェノール樹脂が好まし
く、特にレゾール型フェノール樹脂が好ましい。これら
の有機化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以
上を併用してもよい。
The organic compound has a high residual carbon ratio,
Organic compounds that polymerize and crosslink by the presence of a catalyst and / or heating are preferred. For example, phenol resins, furan resins, polyimides, polyurethanes, polyvinyl alcohols, and other resin monomers and prepolymers, and liquid organic compounds such as cellulose, sucrose, pitch, and tar are preferably used. Among these, a phenol resin is preferable, and a resol-type phenol resin is particularly preferable. These organic compounds may be used alone or in combination of two or more.

【0043】前記有機化合物の純度としては、目的によ
り適宜制御選択することができるが、特に高純度の炭化
ケイ素粉末を得るためには、不純物元素の総含有量が、
5ppm以上とならないのが好ましい。
The purity of the organic compound can be appropriately controlled and selected depending on the purpose. Particularly, in order to obtain a high-purity silicon carbide powder, the total content of the impurity elements must be
It is preferably not more than 5 ppm.

【0044】−−混合−− 前記混合においては、前記ケイ素化合物と、前記加熱に
より炭素を発生する有機化合物と、を均質に混合して混
合物とする。
--Mixing-- In the mixing, the silicon compound and the organic compound which generates carbon by heating are uniformly mixed to form a mixture.

【0045】前記混合の際の、前記ケイ素化合物と、前
記有機化合物との混合比(ケイ素化合物/有機化合物
(以下、適宜「C/Si比」と称する。)としては、混
合物を1000℃にて炭化して得られる炭化物中間体
を、元素分析することにより定義される。化学量論的に
は、C/Si比が3.0であれば、生成炭化ケイ素粉末
中の遊離炭素が0%となるが、実際には、同時に生成す
るSiOガスの揮散により、低C/Si比において遊離
炭素が発生する。したがって、生成炭化ケイ素粉体中の
遊離炭素量が、前記炭化ケイ素焼結体等の製造・用途等
に適当でない量とならないよう、予めC/Si比を決定
することが必要である。通常、1気圧近傍で1600℃
以上で焼成する場合には、C/Si比を2.0〜2.5
にすれば、前記遊離炭素の発生を抑制することができ
る。また、C/Si比を2.5以上にすると遊離炭素の
発生量が顕著に増加するが、該遊離炭素は、粒成長を抑
制する効果を持つため、粒子形成の目的に応じて適宜選
択することもできる。但し、雰囲気の圧力を低圧又は高
圧で焼成する場合は、純粋な炭化ケイ素を得るためのC
/Si比は変動するので、この場合は、必ずしも前記C
/Si比の範囲に限定されない。なお、遊離炭素の焼結
の際の作用は、後述する炭化ケイ素粉末の表面に被覆さ
れた非金属系焼結助剤に由来する炭素による作用に比較
して非常に弱いため、基本的には無視することができ
る。
The mixing ratio (silicon compound / organic compound (hereinafter referred to as “C / Si ratio” as appropriate)) of the silicon compound and the organic compound at the time of the mixing is as follows. Defined by elemental analysis of a carbide intermediate obtained by carbonization, stoichiometrically, if the C / Si ratio is 3.0, the free carbon in the produced silicon carbide powder is 0%. However, in practice, the volatilization of the simultaneously generated SiO gas generates free carbon at a low C / Si ratio, so that the amount of free carbon in the generated silicon carbide powder depends on the amount of the silicon carbide sintered body or the like. It is necessary to determine the C / Si ratio in advance so as not to be unsuitable for production, use, etc. Usually, 1600 ° C. near 1 atm
In the case of firing as described above, the C / Si ratio is set to 2.0 to 2.5.
The generation of the free carbon can be suppressed. Further, when the C / Si ratio is set to 2.5 or more, the amount of generated free carbon significantly increases. However, since the free carbon has an effect of suppressing grain growth, it is appropriately selected according to the purpose of forming particles. You can also. However, when the atmosphere is fired at a low or high pressure, C to obtain pure silicon carbide is used.
/ Si ratio varies, so in this case, the C
The ratio is not limited to the range of the / Si ratio. In addition, since the action at the time of sintering of free carbon is very weak compared to the action by carbon derived from the nonmetallic sintering aid coated on the surface of the silicon carbide powder described below, basically, Can be ignored.

【0046】前記混合においては、前記炭化ケイ素焼結
体の導電性を付与させることを目的として、前記ケイ素
化合物及び前記有機化合物に、さらに、窒素化合物を混
合して混合物とするのが好ましい。但し、本発明におい
ては、後述のように、炭化ケイ素粉末を焼結する際に炭
化ケイ素粉末及び非金属系焼結助剤と共に、前記窒素化
合物を混合させることによって、得られる炭化ケイ素焼
結体に導電性を付与することも可能である。
In the mixing, for the purpose of imparting conductivity to the silicon carbide sintered body, it is preferable to further mix a nitrogen compound with the silicon compound and the organic compound to form a mixture. However, in the present invention, as described later, a silicon carbide sintered body obtained by mixing the nitrogen compound together with the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid when sintering the silicon carbide powder. It is also possible to impart conductivity to the material.

【0047】前記窒素化合物の混合量としては、前記ケ
イ素化合物1gに対し、80μg〜1000μgが好ま
しい。前記混合量が、80μg未満の場合には、前記炭
化ケイ素焼結体の体積抵抗率を、前記数値範囲内に制御
できないことがあり、1000μgを超える場合には、
窒素の蒸発が発生するうえ、目標の固溶量を超えること
がある。
The mixing amount of the nitrogen compound is preferably 80 μg to 1000 μg with respect to 1 g of the silicon compound. When the mixing amount is less than 80 μg, the volume resistivity of the silicon carbide sintered body may not be able to be controlled within the numerical range, and when it exceeds 1000 μg,
Nitrogen evaporates and may exceed the target solid solution amount.

【0048】前記窒素化合物としては、加熱により窒素
を発生する化合物が好ましく、例えば、ポリイミド樹脂
及びその前駆体、ヘキサメチレンテトラミン、アンモニ
ア、トリエチルアミン等の各種アミン類が挙げられる。
The nitrogen compound is preferably a compound which generates nitrogen when heated, and examples thereof include polyimide resins and precursors thereof, and various amines such as hexamethylenetetramine, ammonia and triethylamine.

【0049】前記混合においては、所望により、前記ケ
イ素化合物と、前記有機化合物とをより均質に混合させ
る目的で、さらに重合又は架橋触媒を添加し、硬化させ
て混合固形物とすることもできる。また、前記硬化の方
法としては、その他。加熱により架橋する方法、電子線
や放射線による方法が挙げられる。
In the mixing, if desired, a polymerization or cross-linking catalyst may be further added and cured to obtain a mixed solid, for the purpose of mixing the silicon compound and the organic compound more uniformly. Other curing methods are also available. Examples of the method include a method of crosslinking by heating, and a method using an electron beam or radiation.

【0050】前記重合又は架橋触媒としては、有機化合
物の種類に応じて適宜選択でき、例えば、前記炭素化合
物がフェノール樹脂やフラン樹脂の場合には、トルエン
スルホン酸、トルエンカルボン酸、酢酸、しゅう酸、塩
酸、硫酸、マレイン酸等の酸類、ヘキサミン等のアミン
類等が挙げられる。
The polymerization or cross-linking catalyst can be appropriately selected according to the type of the organic compound. For example, when the carbon compound is a phenol resin or a furan resin, toluenesulfonic acid, toluenecarboxylic acid, acetic acid, oxalic acid and the like are used. , Hydrochloric acid, sulfuric acid, acids such as maleic acid, and amines such as hexamine.

【0051】前記混合においては、公知の混合手段、例
えば、ミキサー、遊星ボールミル等が用いられる。又、
混合時間としては、10〜30時間が好ましく、16〜
24時間がより好ましい。前記ミキサー、遊星ボールミ
ル等の材料としては、高純度の炭化ケイ素粉末を得る点
から、金属ができるだけ含有されていない合成樹脂が好
ましい。
In the mixing, known mixing means such as a mixer and a planetary ball mill are used. or,
The mixing time is preferably 10 to 30 hours, and 16 to 30 hours.
24 hours is more preferred. As a material for the mixer, the planetary ball mill, and the like, a synthetic resin containing as little metal as possible is preferable from the viewpoint of obtaining high-purity silicon carbide powder.

【0052】前記混合固形物は、ハンドリング性向上、
揮発性ガス及び水分の除去を目的として、焼成する前に
所望により、加熱・炭化することができる。該加熱・炭
化は、窒素又はアルゴン等の非酸化性雰囲気中で、50
0℃〜1000℃下において、30〜120分間行われ
るのが好ましい。
The above-mentioned mixed solid material has improved handling properties,
For the purpose of removing volatile gas and moisture, heating and carbonization can be performed before firing, if desired. The heating and carbonizing are performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon, for 50 hours.
It is preferably performed at 0 ° C. to 1000 ° C. for 30 to 120 minutes.

【0053】−−焼成−− 前記焼成においては、前記混合物(又は混合固形物)を
非酸化性雰囲気中で焼成し、炭化ケイ素粉末を生成す
る。前記焼成における焼成時間や焼成温度等の条件は、
希望する炭化ケイ素粉末の粒径等により異なるため一概
に規定することはできないが、アルゴン等の非酸化性雰
囲気中1350〜2000℃で行うのが好ましく、16
00〜1900℃で行うのがより好ましい。また、前記
炭化ケイ素粉末の純度をより高くするためには、前記焼
成後、更に、2000〜2100℃で5〜20分間加熱
処理を施すのが好ましい。
-Firing-In the firing, the mixture (or the solid mixture) is fired in a non-oxidizing atmosphere to produce silicon carbide powder. Conditions such as firing time and firing temperature in the firing,
Since it depends on the desired particle size of the silicon carbide powder and the like, it cannot be specified unconditionally, but it is preferably carried out at 1350 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as argon.
More preferably, it is carried out at 00 to 1900 ° C. In order to further increase the purity of the silicon carbide powder, it is preferable to further perform a heat treatment at 2000 to 2100 ° C. for 5 to 20 minutes after the firing.

【0054】前記炭化ケイ素粉末を製造方法としては、
本願出願人が先に特願平7−241856号として出願
した単結晶の製造方法に記載された原料粉体の製造方
法、即ち、高純度のテトラアルコキシシラン、テトラア
ルコキシシラン重合体から選択される1種以上のケイ素
化合物と、加熱により炭素を生成する高純度有機化合物
とを、均質に混合して得られた混合物を非酸化性雰囲気
下において加熱焼成して炭化ケイ素粉末を得る炭化ケイ
素生成工程と、得られた炭化ケイ素粉末を、1700℃
〜2000℃の温度に保持し、該温度の保持中に、20
00℃〜2100℃の温度において5〜20分間にわた
り加熱する処理を少なくとも1回行う後処理工程とを行
うことにより、各不純物元素の含有量が0.5ppm以
下である炭化ケイ素粉末を得ること、を特徴とする高純
度炭化ケイ素粉末の製造方法等を利用することもでき
る。
The method for producing the silicon carbide powder is as follows:
The method for producing a raw material powder described in the method for producing a single crystal previously filed by the applicant of the present invention as Japanese Patent Application No. 7-241856, that is, selected from high-purity tetraalkoxysilane and tetraalkoxysilane polymer A silicon carbide generating step of heating and firing a mixture obtained by homogeneously mixing one or more silicon compounds and a high-purity organic compound that generates carbon by heating under a non-oxidizing atmosphere to obtain a silicon carbide powder; And the obtained silicon carbide powder at 1700 ° C.
20002000 ° C., while maintaining the temperature, 20
Performing a heating treatment at a temperature of 00 ° C. to 2100 ° C. for 5 to 20 minutes at least once to obtain a silicon carbide powder having a content of each impurity element of 0.5 ppm or less; A method for producing a high-purity silicon carbide powder characterized by the following may also be used.

【0055】−非金属系焼結助剤− 前記非金属系焼結助剤としては、加熱により炭素を生成
する物質であれば、特に制限はないが、例えば、加熱に
より炭素を生成する有機化合物又は該加熱により炭素を
生成する有機化合物で表面が被覆された炭化ケイ素粉末
(粒径:0.01〜1μm程度)等が挙げられる。これ
らの中でも、より有効に効果を発揮し得る点で、前記加
熱により炭素を生成する有機化合物が好ましい。
-Non-metallic sintering aid- The non-metallic sintering aid is not particularly limited as long as it is a substance that generates carbon by heating. For example, an organic compound that generates carbon by heating Alternatively, a silicon carbide powder (particle size: about 0.01 to 1 μm) whose surface is coated with an organic compound that generates carbon by the heating may be used. Among these, an organic compound that generates carbon by heating is preferable in that the effect can be more effectively exerted.

【0056】前記加熱により炭素を生成する有機化合物
としては、例えば、残炭率の高いコールタールピッチ、
ピッチタール、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ
樹脂、フェノキシ樹脂やグルコース等の単糖類、蔗糖等
の少糖類、セルロース、デンプン等の多糖類などの各種
糖類が挙げられる。これらの中でも、前記炭化ケイ素粉
末と均質に混合可能な点から、常温で液状の化合物、溶
媒に溶解する化合物、熱可塑性又は熱融解性等の性質を
有し、加熱することにより軟化又は液状となる化合物等
が好適である。これらのうち、高強度の炭化ケイ素焼結
体を得ることが可能な点で、フェノール樹脂が特に好ま
しく、レゾール型フェノール樹脂が最も好ましい。
Examples of the organic compound which generates carbon by heating include coal tar pitch having a high residual carbon ratio,
Examples include various sugars such as pitch tar, phenolic resin, furan resin, epoxy resin, phenoxy resin, monosaccharides such as glucose, oligosaccharides such as sucrose, and polysaccharides such as cellulose and starch. Among these, from the point that the silicon carbide powder can be homogeneously mixed, a compound that is liquid at room temperature, a compound that dissolves in a solvent, has properties such as thermoplasticity or heat melting property, and becomes soft or liquid by heating. Are preferred. Among these, a phenol resin is particularly preferred in that a high-strength silicon carbide sintered body can be obtained, and a resole-type phenol resin is most preferred.

【0057】前記加熱により炭素を生成する有機化合物
は、加熱されると、その粒子表面(近傍)でカーボンブ
ラックやグラファイト等の無機炭素系化合物を生成する
ため、焼結中に、炭化ケイ素の表面酸化膜を効率的に除
去する焼結助剤として有効に作用すると考えられる。な
お、カーボンブラックやグラファイト粉末を焼結助剤と
して添加しても効果を得ることはできない。
The organic compound which forms carbon by heating generates an inorganic carbon-based compound such as carbon black or graphite on the particle surface (near) when heated. It is thought that it works effectively as a sintering aid for efficiently removing the oxide film. The effect cannot be obtained even if carbon black or graphite powder is added as a sintering aid.

【0058】前記非金属系焼結助剤の添加量としては、
使用する非金属系焼結助剤の種類によっても異なるた
め、一概に規定することはできないが、一般的には、生
成するカーボンに換算して、10重量%以下が好まし
く、2〜8重量%以下がより好ましい。前記添加量が、
少なすぎる場合には、得られる炭化ケイ素焼結体を高密
度化することができず、多過ぎる場合には、前記炭化ケ
イ素焼結体に含まれる遊離炭素が増加して高密度化が阻
害されることがある。ここで、前記添加量は、予め炭化
ケイ素粉末の表面のシリカ(酸化ケイ素)量をフッ酸を
用いて定量し、化学量論的にその還元に充分な量を計算
することにより決定することができる。また、該添加量
とは、上記の方法により定量されるシリカが、非金属系
焼結助剤に由来する炭素によって、下記の化学反応式に
より還元されるものとし、非金属系焼結助剤の熱分解後
の残炭率(非金属系焼結助剤中で炭素を生成する割合)
などを考慮して得られる値である。
The amount of the nonmetallic sintering additive added is
Since it varies depending on the type of the nonmetallic sintering aid used, it cannot be specified unconditionally, but generally, it is preferably 10% by weight or less, and preferably 2 to 8% by weight in terms of carbon to be generated. The following is more preferred. The addition amount is,
When the amount is too small, the density of the obtained silicon carbide sintered body cannot be increased, and when the amount is too large, the free carbon contained in the silicon carbide sintered body increases and the densification is hindered. Sometimes. Here, the amount of addition may be determined by previously quantifying the amount of silica (silicon oxide) on the surface of the silicon carbide powder using hydrofluoric acid and calculating the amount stoichiometrically sufficient for its reduction. it can. In addition, the amount of addition, silica determined by the above method, the carbon derived from the nonmetallic sintering aid, shall be reduced by the following chemical reaction formula, the nonmetallic sintering aid Residual carbon ratio after pyrolysis of carbon (Ratio of carbon formation in nonmetallic sintering aid)
It is a value obtained in consideration of the above.

【0059】SiO2 + 3C→SiC+2COSiO 2 + 3C → SiC + 2CO

【0060】前記非金属系焼結助剤の純度としては、不
純物元素の総含有量が、10ppm以下が好ましく、5
ppm以下がより好ましい。前記不純物元素の総含有量
が、前記数値範囲を超える場合には、得られる炭化ケイ
素焼結体の純度を、前記数値範囲内に制御できないこと
がある。但し、加熱・焼結の際における純化の許容範囲
内であれば必ずしも前記数値範囲内の数値に限定される
ものではない。
The purity of the nonmetallic sintering aid is preferably such that the total content of impurity elements is 10 ppm or less.
ppm or less is more preferable. If the total content of the impurity elements exceeds the above numerical range, the purity of the obtained silicon carbide sintered body may not be controlled within the above numerical range. However, the value is not necessarily limited to the numerical value within the above numerical range as long as it is within the allowable range of purification during heating and sintering.

【0061】前記非金属系焼結助剤は、前記炭化ケイ素
粉末との混合物を得る際に、溶媒に溶解・分散させて混
合するのが好ましい。前記溶媒としては、前記非金属系
焼結助剤との組合せにおいて、好適な溶媒を適宜選択す
ることができる。例えば前記非金属系焼結助剤として、
フェノール樹脂を用いる場合には、前記溶媒としては、
エチルアルコール等の低級アルコール類や、エチルエー
テル、アセトン等が好適に挙げられる。
When obtaining the mixture with the silicon carbide powder, the nonmetallic sintering aid is preferably dissolved and dispersed in a solvent and mixed. As the solvent, a suitable solvent can be appropriately selected in combination with the nonmetallic sintering aid. For example, as the nonmetallic sintering aid,
When using a phenolic resin, as the solvent,
Preferable examples include lower alcohols such as ethyl alcohol, ethyl ether and acetone.

【0062】−混合− 前記混合においては、前記炭化ケイ素粉末と、前記非金
属系焼結助剤(フェノール樹脂等)とを、溶媒(エチル
アルコール等)に溶解し、前記炭化ケイ素粉末と前記非
金属系焼結助剤(フェノール樹脂等)とを均質に混合
し、混合物(炭化ケイ素粉末含有混合物)を得る。
-Mixing- In the mixing, the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid (phenol resin or the like) are dissolved in a solvent (ethyl alcohol or the like), and the silicon carbide powder and the non-metallic sintering aid are mixed with each other. A metal-based sintering aid (a phenol resin or the like) is homogeneously mixed to obtain a mixture (a mixture containing silicon carbide powder).

【0063】前記混合においては、炭化ケイ素粉末の項
で既に述べたように、前記炭化ケイ素粉末及び非金属系
焼結助剤と共に、窒素化合物を混合することが、好まし
くは、先に非金属系焼結助剤と共に溶媒に溶解・分散さ
せて混合する。
In the mixing, as described in the section of the silicon carbide powder, it is preferable to mix a nitrogen compound together with the silicon carbide powder and the nonmetallic sintering aid. Dissolve and disperse in a solvent with the sintering aid and mix.

【0064】前記窒素化合物の混合量としては、前記非
金属系焼結助剤1gに対し、200〜2000μgが好
ましく、1500〜2000μgがより好ましい。前記
混合量が、200μg未満の場合には、得られる炭化ケ
イ素焼結体の導電性が不十分となることがあり、200
0μgを超えても炭化ケイ素焼結体への窒素の固溶量が
飽和することから、導電性への大きな寄与は期待できな
いことがある。
The mixing amount of the nitrogen compound is preferably from 200 to 2000 μg, more preferably from 1500 to 2000 μg, based on 1 g of the nonmetallic sintering aid. When the mixing amount is less than 200 μg, the conductivity of the obtained silicon carbide sintered body may be insufficient,
Even if it exceeds 0 μg, the amount of solid solution of nitrogen in the silicon carbide sintered body saturates, so that a large contribution to conductivity may not be expected.

【0065】尚、前記混合物(炭化ケイ素粉末含有混合
物)中に、少なくとも500ppmの窒素成分が含まれ
ていれば、窒素が、150ppm程度ほぼ均一に含有さ
れ、1Ω・cm以下の体積抵抗率を有する炭化ケイ素焼
結体が得られる。
If the mixture (mixture containing silicon carbide powder) contains at least 500 ppm of a nitrogen component, nitrogen is substantially uniformly contained at about 150 ppm and has a volume resistivity of 1 Ω · cm or less. A silicon carbide sintered body is obtained.

【0066】前記混合は、公知の混合手段、例えば、ミ
キサー、遊星ボールミルなどによって行うことができ
る。前記混合の時間としては、10〜30時間が好まし
く16〜24時間がより好ましい。前記混合後には、前
記溶媒の物性に応じて適切な温度(例えば、前記溶媒と
して、エチルアルコールを用いる場合には、50〜60
℃)で溶媒を除去し、混合物を蒸発し乾燥させた後、篩
にかける。尚、高純度の炭化ケイ素粉末を得る点から
は、前記遊星ボールミルの容器やボールの材料として
は、金属ができる限り含有されない合成樹脂が好まし
い。前記乾燥には、スプレードライヤーなどの造粒装置
を用いてもよい。
The mixing can be performed by a known mixing means, for example, a mixer, a planetary ball mill or the like. The mixing time is preferably 10 to 30 hours, more preferably 16 to 24 hours. After the mixing, an appropriate temperature according to the physical properties of the solvent (for example, 50 to 60 when ethyl alcohol is used as the solvent)
C) and the mixture is evaporated to dryness and then sieved. From the viewpoint of obtaining high-purity silicon carbide powder, a synthetic resin containing as little metal as possible is preferable as the material of the container or ball of the planetary ball mill. A granulating device such as a spray dryer may be used for the drying.

【0067】−焼結− 前記焼結においては、前記混合物(炭化ケイ素粉末含有
混合物)を、2000〜2400℃で焼結する。前記焼
結に先立ち、以下の加熱・昇温を行って不純物を十分に
除去し、非金属系焼結助剤の炭化を完全に行うのが好ま
しい。
-Sintering- In the sintering, the mixture (silicon carbide powder-containing mixture) is sintered at 2000 to 2400 ° C. Prior to the sintering, it is preferable that the following heating and heating are performed to sufficiently remove impurities, and the nonmetallic sintering aid be completely carbonized.

【0068】−−加熱・昇温−− 前記加熱・昇温は、高温炉の温度制御が困難な場合に
は、加熱・昇温を連続的に行ってもよいが、以下のよう
に、第1の昇温工程及び第2の昇温工程を2段階に分け
て施すのが好ましい。
--- Heating / heating-- If the heating / heating is difficult to control the temperature of the high-temperature furnace, heating and heating may be performed continuously. It is preferable to perform the first heating step and the second heating step in two stages.

【0069】第1の昇温工程は、先ず、炉内を10-4
orrにして、室温から200℃まで緩やかに加熱・昇
温し、その温度で一定時間保持する。その後、更に緩や
かに700℃まで加熱・昇温し、700℃前後の温度
で、再び、一定時間保持する。前記第1の昇温工程にお
いて、吸着水分や有機溶媒の脱離が行われ、さらに、非
金属系焼結助剤の熱分解によって炭化が行われる。前記
保持の時間としては、所望の炭化ケイ素焼結体のサイズ
によって、適宜選択することができる。該保持の時間が
十分であるか否かの判断としては、真空度の低下がある
程度少なくなる時点を基準とすることができる。前記第
1の昇温工程において、急激な加熱を行うと、不純物の
除去や非金属系焼結助剤の炭化が十分に行われず、得ら
れる炭化ケイ素焼結体に、亀裂や空孔が生ずることがあ
る。
In the first heating step, first, the inside of the furnace is heated to 10 -4 t.
Then, the temperature is gradually increased from room temperature to 200 ° C., and maintained at that temperature for a certain period of time. Thereafter, the temperature is further gradually increased to 700 ° C. and the temperature is maintained at a temperature of about 700 ° C. again for a certain time. In the first temperature raising step, adsorbed moisture and an organic solvent are desorbed, and further, carbonization is performed by thermal decomposition of a nonmetallic sintering aid. The holding time can be appropriately selected depending on the desired size of the silicon carbide sintered body. The determination as to whether or not the holding time is sufficient can be based on the point in time when the decrease in the degree of vacuum is reduced to some extent. In the first temperature raising step, if rapid heating is performed, impurities are not removed or the nonmetallic sintering aid is not sufficiently carbonized, and cracks and voids are generated in the obtained silicon carbide sintered body. Sometimes.

【0070】前記第1の昇温工程においては、例えば、
混合物(炭化ケイ素粉末含有混合物)が5〜10g程度
の場合、炉内を10-4torrにして、室温から200
℃まで緩やかに昇温し、その温度で約30分間保持し、
その後、さらに緩やかに昇温を続け、700℃まで加熱
する。室温から700℃に至るまでの時間としては、4
〜10時間が好ましく、8時間前後がより好ましい。さ
らに、その後、700℃前後の温度で、1〜5時間程度
保持するのが特に好ましい。
In the first temperature raising step, for example,
When the mixture (silicon carbide powder-containing mixture) is about 5 to 10 g, the inside of the furnace is set to 10 -4 torr, and the temperature is lowered from room temperature to 200 g.
℃ gently, hold at that temperature for about 30 minutes,
Thereafter, the temperature is further gradually increased and heated to 700 ° C. The time from room temperature to 700 ° C. is 4
10 to 10 hours is preferable, and about 8 hours is more preferable. Further, thereafter, it is particularly preferable to maintain the temperature at about 700 ° C. for about 1 to 5 hours.

【0071】前記第2の昇温工程においては、例えば、
混合物(炭化ケイ素粉末含有混合物)が、前記同様の5
〜10g程度である場合、真空中で、さらに、700℃
から1500℃に至るまで、3〜9時間かけて昇温した
後、1500℃の温度で1〜5時間保持する。第2の昇
温工程においては、二酸化ケイ素や酸化ケイ素の還元反
応が行われると考えられる。第2の昇温工程において
は、ケイ素と結合した酸素を除去するため、前記還元反
応を十分に完結させることが必要である。このため、1
500℃の温度下においては、前記還元反応による副生
物(一酸化炭素)の発生が完了するまで、即ち、真空度
の低下が少なくなり、還元反応開始前の温度である13
00℃付近における真空度に回復するまで、その温度を
保持することが必要である。前記第2の昇温工程におけ
る還元反応により、炭化ケイ素粉末の表面に付着し、緻
密化を阻害し、大粒成長の原因となる二酸化ケイ素が除
去される。この還元反応中に発生するSiO、COを含
む気体は不純物元素を伴っているが、真空ポンプにより
これらの発生気体が反応炉へ絶えず排出・除去されるた
め、得られる炭化ケイ素焼結体の高純度化の点からも、
この温度保持を十分に行うことが好ましい。
In the second temperature raising step, for example,
The mixture (a mixture containing silicon carbide powder) is the same
In the case of about 10 g, in vacuum, further 700 ° C.
From 1500 to 1500 ° C over 3 to 9 hours, and then held at 1500 ° C for 1 to 5 hours. It is considered that in the second temperature raising step, a reduction reaction of silicon dioxide or silicon oxide is performed. In the second temperature raising step, it is necessary to sufficiently complete the reduction reaction in order to remove oxygen bonded to silicon. Therefore, 1
At a temperature of 500 ° C., the generation of by-products (carbon monoxide) by the reduction reaction is completed, that is, the decrease in the degree of vacuum is reduced, which is the temperature before the start of the reduction reaction.
It is necessary to maintain that temperature until the degree of vacuum at around 00 ° C. is restored. The reduction reaction in the second temperature raising step removes silicon dioxide that adheres to the surface of the silicon carbide powder, hinders densification, and causes large grain growth. The gas containing SiO and CO generated during this reduction reaction is accompanied by impurity elements, but these generated gases are constantly discharged and removed to the reaction furnace by a vacuum pump. From the point of purification,
It is preferable that the temperature is sufficiently maintained.

【0072】−−焼結−− 前記焼結は、いわゆるホットプレスであり、炉内を一定
圧力に加圧し、2000〜2400℃の温度で行う。
--Sintering-- The sintering is a so-called hot press, in which the inside of the furnace is pressurized to a constant pressure and the temperature is from 2000 to 2400 ° C.

【0073】前記焼結に先立って、炉内を非酸化性雰囲
気とするために不活性ガスを導入するのが好ましい。該
不活性ガスとしては、窒素あるいは、アルゴン等が挙げ
られるが、高温においても非反応性である点で、アルゴ
ンガスを用いるのが好ましい。不活性ガスとしては、高
純度の炭化ケイ素焼結体を得る点から、不純物元素の総
含有量が、低いものが好ましく、具体的には、該不純物
元素の総含有量が、10ppm以下が好ましく、500
ppm以下がより好ましい。但し、加熱・焼結工程にお
ける純化の許容範囲内であれば、必ずしも前記数値範囲
内に限定されるものではない。
Prior to the sintering, it is preferable to introduce an inert gas to make the inside of the furnace a non-oxidizing atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen and argon, but it is preferable to use an argon gas because it is non-reactive even at a high temperature. As the inert gas, from the viewpoint of obtaining a high-purity silicon carbide sintered body, one having a low total content of impurity elements is preferable, and specifically, the total content of the impurity elements is preferably 10 ppm or less. , 500
ppm or less is more preferable. However, as long as it is within the allowable range of purification in the heating / sintering step, it is not necessarily limited to the above numerical range.

【0074】前記焼結においては、1500℃から最高
温度である2000〜2400℃まで、2〜4時間かけ
て昇温し、さらに、最高温度である、2000〜240
0℃で、1〜3時間保持し、焼結を完了する。前記最高
温度が、2000℃未満の場合には、炭化ケイ素焼結体
の高密度化が不十分となり、2400℃を超える場合に
は、前記混合物(粉体若しくは成形体原料)が昇華(分
解)することがある。尚、焼結自体は、温度が1850
〜1900℃となる時点で急速に進行する。
In the sintering, the temperature is raised from 1500 ° C. to a maximum temperature of 2000 to 2400 ° C. over a period of 2 to 4 hours.
Hold at 0 ° C. for 1-3 hours to complete sintering. When the maximum temperature is less than 2000 ° C., the density of the silicon carbide sintered body is insufficiently increased, and when it exceeds 2400 ° C., the mixture (powder or raw material of the compact) is sublimated (decomposed). May be. The sintering itself was performed at a temperature of 1850.
It progresses rapidly when it reaches ~ 1900 ° C.

【0075】前記加圧は、炭化ケイ素焼結体の異常粒成
長を防止する目的で行う。該加圧の際の圧力としては、
300〜700kgf/cm2 が好ましく、この数値範
囲内であれば、原料となる混合物(粉体)の粒径によっ
て適宜選択することがでる。一般的に、原料粉体の粒径
が小さいものは加圧時の圧力が比較的小さくても好適な
焼結体が得られる。前記圧力が、300kgf/cm2
未満の場合には、炭化ケイ素焼結体の高密度化が不十分
となり、700kgf/cm2 を超える場合には、黒鉛
型などの成形型の破損の原因となることがあり、製造の
効率から好ましくない。尚、炉内の温度が、1500℃
より高温まで上昇した時点で、前記焼結(ホットプレ
ス)が開始するため、この時点で、同時に加圧を行う必
要がある。
The pressing is performed for the purpose of preventing abnormal grain growth of the silicon carbide sintered body. As the pressure at the time of the pressurization,
It is preferably from 300 to 700 kgf / cm 2 , and within this numerical range, it can be appropriately selected according to the particle size of the mixture (powder) as a raw material. Generally, when the raw material powder has a small particle size, a suitable sintered body can be obtained even when the pressure at the time of pressurization is relatively small. The pressure is 300 kgf / cm 2
If it is less than 700 kgf / cm 2 , the density of the silicon carbide sintered body will be insufficient. If it exceeds 700 kgf / cm 2 , it may cause breakage of a mold such as a graphite mold. Not preferred. The temperature inside the furnace is 1500 ° C.
Since the sintering (hot pressing) starts when the temperature rises to a higher temperature, it is necessary to simultaneously apply pressure at this time.

【0076】前記焼結の際に用いる成形型としては、成
形金型が好ましい。該成形金型としては、高純度の炭化
ケイ素焼結体を得る観点から、(炭化ケイ素焼結体)成
形体と成形金型における金属部とが、直接接触しないよ
うに、成形金型の一部又は全部に高純度の黒鉛製材料を
使用するのが好ましい。また、前記成形型として、黒鉛
型を用いた場合には、高純度の炭化ケイ素焼結体を得る
点から、高純度の黒鉛原料を用いることが好ましい。該
黒鉛原料としては、高純度処理されたものが用いられ、
具体的には、2500℃以上の温度で予め十分ベーキン
グされ、前記焼結温度において、不純物が発生しないも
のが好ましい。加熱炉の断熱材等も、同様に、高純度の
炭化ケイ素焼結体を得る点から、高純度処理されたもの
が好ましい。
As a molding die used for the sintering, a molding die is preferable. As the molding die, from the viewpoint of obtaining a high-purity silicon carbide sintered body, a (silicon carbide sintered body) is formed so as to prevent direct contact between the molded body and a metal part of the molding die. It is preferable to use a high-purity graphite material for part or all. When a graphite mold is used as the molding die, it is preferable to use a high-purity graphite raw material from the viewpoint of obtaining a high-purity silicon carbide sintered body. As the graphite raw material, a high-purity processed material is used,
Specifically, it is preferable that the baking is sufficiently performed in advance at a temperature of 2500 ° C. or more and no impurities are generated at the sintering temperature. Similarly, the heat insulating material of the heating furnace is preferably high-purity treated from the viewpoint of obtaining a high-purity silicon carbide sintered body.

【0077】なお、導電性の発現機構と焼結温度との関
係については、詳細は明らかではないが、以下のように
考えられる。即ち、前記炭化ケイ素焼結体の製造方法に
おいては、約1800℃付近から原料粒子の融着が活発
となるため、1800℃以上の高温であれば、粒界を横
切って粒内を電子が流れる機構が支配した導電性が発現
すると考えられる。1800℃以下、即ち、原料粒子の
融着がそれほど進行していない領域では、通電した時の
電子は炭化ケイ素質を取り巻く炭素を流れるため、焼結
温度により導電性の発現機構は異なると考えられる。
Although the details of the relationship between the conductivity development mechanism and the sintering temperature are not clear, it is considered as follows. That is, in the method of manufacturing a silicon carbide sintered body, the fusion of the raw material particles becomes active from about 1800 ° C., so that at a high temperature of 1800 ° C. or more, electrons flow across the grain boundaries and within the grains. It is considered that the conductivity controlled by the mechanism appears. In the region of 1800 ° C. or lower, that is, in a region where the fusion of the raw material particles has not progressed so much, the electrons when energized flow through the carbon surrounding the silicon carbide, so that the mechanism of exhibiting conductivity is considered to differ depending on the sintering temperature. .

【0078】前記焼結によって、優れた特性を有する炭
化ケイ素焼結体が得られるが、得られる炭化ケイ素焼結
体をより高密度化する観点から、所望により、前記焼結
に先立って、以下に述べる工程を実施することができ
る。
The sintering provides a silicon carbide sintered body having excellent characteristics. From the viewpoint of increasing the density of the obtained silicon carbide sintered body, if necessary, prior to the sintering, Can be performed.

【0079】即ち、前記炭化ケイ素粉末の混合物を所定
の型に充填し、一定温度・一定時間で、加熱・加圧し、
予め、炭化ケイ素粉末を含む混合物の成形体(以下、適
宜「成形体」と称することがある。)を得る工程であ
る。前記充填においては、より高密度の炭化ケイ素焼結
体を得る観点から、該炭化ケイ素粉末を含む混合物を、
所定の型へ極力密に充填するのが好ましい。前記工程を
施すことにより、その後の焼結において、炭化ケイ素粉
末含有混合物を充填する際には、嵩のある混合物(炭化
ケイ素粉末含有混合物)を予めコンパクトな形状とする
ことができるため、炭化ケイ素焼結体(例えば、大きく
厚みのあるもの等)を効率良く製造することが可能とな
る。
That is, the mixture of the silicon carbide powder is filled in a predetermined mold, and heated and pressurized at a constant temperature and a constant time,
This is a step of obtaining a molded body of a mixture containing silicon carbide powder in advance (hereinafter, may be appropriately referred to as a “molded body”). In the filling, from the viewpoint of obtaining a silicon carbide sintered body of higher density, a mixture containing the silicon carbide powder,
It is preferred to fill a given mold as tightly as possible. By performing the above-mentioned step, when filling the mixture containing the silicon carbide powder in the subsequent sintering, the bulky mixture (the mixture containing the silicon carbide powder) can be made into a compact shape in advance. A sintered body (for example, a large and thick one) can be efficiently manufactured.

【0080】前記加熱の温度としては、非金属系焼結助
剤の特性に応じて異なるため、一概に規定することはで
きないが、80〜300℃が好ましく、120〜140
℃がより好ましい。前記加圧における圧力としては、6
0〜100kgf/cm2 が好ましい。また、充填され
た原料粉体(炭化ケイ素粉末含有混合物)の密度として
は、1.5g/cm3 以上が好ましく、1.9g/cm
3 以上がより好ましい。したがって、前記加圧の際の圧
力は、前記密度が、前記数値範囲内の数値となるよう
に、60〜100kgf/cm2の数値範囲内におい
て、適宜選択するのが好ましい。前記加熱・加圧の時間
としては、5〜60分間が好ましく、20〜40分間が
より好ましい。ここで成形体は、原料粉体(炭化ケイ素
粉末含有混合物)の平均粒径が小さくなる程高密度化し
難くなる。高密度化するためには、前記所定の型に、前
記原料粉体を充填する際に、振動充填等を行うのが好ま
しい。具体的には、前記原料粉体の平均粒径が、1μm
程度の場合には、密度が1.8g/cm3 以上となるの
が好ましく、又、該原料粉体の平均粒径が、0.5μm
程度の場合には、密度が1.5g/cm3 以上となるの
がより好ましい。前記密度が、前記数値範囲に満たない
場合には、最終的に得られる炭化ケイ素焼結体の高密度
化が困難となることがある。
The heating temperature varies depending on the characteristics of the nonmetallic sintering aid, and cannot be specified unconditionally, but is preferably from 80 to 300 ° C., and more preferably from 120 to 140 ° C.
C is more preferred. The pressure in the pressurization is 6
0 to 100 kgf / cm 2 is preferable. The density of the filled raw material powder (silicon carbide powder-containing mixture) is preferably 1.5 g / cm 3 or more, and preferably 1.9 g / cm 3.
Three or more is more preferable. Therefore, it is preferable that the pressure at the time of the pressurization is appropriately selected within a numerical range of 60 to 100 kgf / cm 2 so that the density is a numerical value within the numerical range. The heating and pressurizing time is preferably 5 to 60 minutes, more preferably 20 to 40 minutes. Here, as the average particle size of the raw material powder (silicon carbide powder-containing mixture) becomes smaller, it becomes more difficult for the compact to become dense. In order to increase the density, it is preferable to perform vibration filling or the like when filling the predetermined mold with the raw material powder. Specifically, the average particle size of the raw material powder is 1 μm
In this case, the density is preferably 1.8 g / cm 3 or more, and the average particle size of the raw material powder is 0.5 μm
In this case, the density is more preferably 1.5 g / cm 3 or more. If the density is less than the above range, it may be difficult to increase the density of the finally obtained silicon carbide sintered body.

【0081】前記成形体は、所望により、次の焼結を行
う前に、予め、該焼結に用いる成形型に適合するよう切
削加工を行うことができる。
If necessary, the molded body may be subjected to a cutting process before the next sintering so as to be suitable for a molding die used for the sintering.

【0082】前記炭化ケイ素焼結体の製造に用いる製造
装置としては、焼結用の型に必要とされる耐圧性等が得
られれば、特に制限はなく、公知の加熱炉内や反応装置
を好適に使用することができる。
The production apparatus used for producing the silicon carbide sintered body is not particularly limited as long as the pressure resistance required for the sintering mold can be obtained. It can be suitably used.

【0083】以上のようにして得られる炭化ケイ素焼結
体においては、前記炭化ケイ素化合物及び前記非金属系
焼結助剤に由来する炭素原子含有量が、合計で前記炭化
ケイ素焼結体の30重%を超え、40重量%以下となる
のが好ましい。前記含有量が、30重量%以下の場合に
は、前記炭化ケイ素焼結体に含まれる不純物の割合が多
くなり、40重量%を超える場合には、炭素含有量が多
くなるため、得られる炭化ケイ素焼結体の密度が低下
し、該炭化ケイ素焼結体の強度、耐酸化性等の諸特性が
悪化することがある。
In the silicon carbide sintered body obtained as described above, the total carbon atom content derived from the silicon carbide compound and the nonmetallic sintering aid is 30% of the silicon carbide sintered body. It is preferable that the content be more than 40% by weight and less than 40% by weight. When the content is 30% by weight or less, the proportion of impurities contained in the silicon carbide sintered body increases, and when the content exceeds 40% by weight, the carbon content increases. The density of the silicon sintered body may decrease, and various properties such as the strength and oxidation resistance of the silicon carbide sintered body may deteriorate.

【0084】(モーター用ブラシ)本発明のモーター用
ブラシは、以上のようにして得られた炭化ケイ素焼結体
を、所定の形状に加工し、研磨、洗浄等の処理により製
造される。該加工方法としては、前記炭化ケイ素焼結体
が好適に導電性を有することから、放電加工等が好適に
用いられる。
(Motor Brush) The motor brush of the present invention is manufactured by processing the silicon carbide sintered body obtained as described above into a predetermined shape, polishing, washing and the like. As the machining method, electric discharge machining or the like is preferably used because the silicon carbide sintered body preferably has conductivity.

【0085】本発明のモーター用ブラシは、素材として
の前記炭化ケイ素焼結体の強度、導電率、耐熱性、耐磨
耗性、耐腐食性(耐酸化性、耐薬品性)に優れるという
特性を生かす観点から、少なくともモーター用ブラシの
整流子と接する摺動部が、前記炭化ケイ素焼結体で形成
されていればよいが、その全体が前記炭化ケイ素焼結体
で形成されていてもよい。
The brush for a motor according to the present invention is characterized in that the silicon carbide sintered body as a material is excellent in strength, conductivity, heat resistance, abrasion resistance, and corrosion resistance (oxidation resistance, chemical resistance). From the viewpoint of taking advantage of the above, at least the sliding portion in contact with the commutator of the motor brush may be formed of the silicon carbide sintered body, but may be entirely formed of the silicon carbide sintered body. .

【0086】本発明のモーター用ブラシは、その素材と
して上記特定の炭化ケイ素焼結体を用いるため、低コス
トで、導電率、強度、耐熱性、耐磨耗性、耐腐食性(耐
酸化性、耐薬品性)に優れ、さらには、アーク放電(ア
ーク放電よる電波障害、異常被膜生成等)、騒音の発生
を防止することができる。
Since the brush for a motor of the present invention uses the above-mentioned specific silicon carbide sintered body as its material, it is low-cost, and has low conductivity, strength, heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance (oxidation resistance). , Chemical resistance), and can prevent the occurrence of arc discharge (e.g., radio interference due to arc discharge, abnormal film formation, etc.) and noise.

【0087】本発明のモーター用ブラシは、如何なる種
類、形状のモーター用ブラシとして用いることができ、
また、例えばカメラ等の光学精密機器、CDプレーヤー
等の音響・映像機器、複写機等のOA機器、電子レンジ
等の家庭用品電気機器、電動ミラー等の自動車用、電動
人形等の玩具等の如何なる種類、形状のモーターに備え
ることができる。これにより、低コストで、耐久性、生
産性に優れ、駆動騒音の少ないモーターとなる。
The motor brush of the present invention can be used as a motor brush of any type and shape.
Also, for example, optical precision equipment such as a camera, audio / video equipment such as a CD player, OA equipment such as a copying machine, household electric equipment such as a microwave oven, automobile such as an electric mirror, and toys such as an electric doll. It can be equipped with motors of different types and shapes. This results in a motor that is low cost, has excellent durability and productivity, and has low drive noise.

【0088】(モーター)本発明のモーターは、前記本
発明のモーター用ブラシを備える。具体的には、図1に
示すように、ケーシング1と、ケーシング1の内周面に
固定された永久磁石2と、ケーシング1内部に回転可能
に支持された回転軸4に、電機子5及び電機子5と電気
的に接続された整流子6を設けた回転子3と、整流子6
に摺動契合されたブラシ7と、を備え、該ブラシ7とし
て前記小型モーター用ブラシを用いる。
(Motor) The motor of the present invention includes the motor brush of the present invention. Specifically, as shown in FIG. 1, a casing 1, a permanent magnet 2 fixed to an inner peripheral surface of the casing 1, and a rotating shaft 4 rotatably supported inside the casing 1 include an armature 5 and an armature 5. A rotor 3 having a commutator 6 electrically connected to the armature 5;
And a brush 7 that has been slid in contact with the small motor.

【0089】本発明のモーターは、前記本発明のモータ
ー用ブラシが強度、耐磨耗性等に優れ、またアーク放電
の発生を防止することができるため、耐久性に優れたモ
ーターである。
The motor of the present invention is a motor having excellent durability because the motor brush of the present invention is excellent in strength, abrasion resistance and the like and can prevent occurrence of arc discharge.

【0090】本発明のモーターは、前記本発明のモータ
ー用ブラシが、耐腐食性(耐酸化性、耐薬品性)に優れ
るという観点から、例えばアーク放電等を防止する目的
でモーター内部に雰囲気構成剤等を封入する場合、その
種類の選択幅が広くなるといった利点、耐熱性に優れる
という観点から、例えば冷却ファン等の冷却手段を設け
る必要性がなくなる利点、アーク放電の発生を防止する
ことができる観点から、例えば回転子に火花消去素子を
設ける必要性がなくなる利点等を有する。このため、本
発明のモーターは、生産性に優れ、コストダウンが図れ
るモーターである。
The motor of the present invention has an atmosphere structure inside the motor for the purpose of preventing, for example, arc discharge, from the viewpoint that the motor brush of the present invention has excellent corrosion resistance (oxidation resistance and chemical resistance). When enclosing the agent or the like, there is an advantage that the selection range of the type is widened, from the viewpoint of excellent heat resistance, an advantage that there is no need to provide a cooling means such as a cooling fan, and it is possible to prevent occurrence of arc discharge. From a possible viewpoint, there is an advantage that there is no need to provide a spark quenching element in the rotor, for example. For this reason, the motor of the present invention is a motor with excellent productivity and cost reduction.

【0091】本発明のモーターは、前記本発明のモータ
ー用ブラシにおける、少なくともモーター用ブラシの整
流子と接する摺動部が、前記炭化ケイ素焼結体で形成さ
れているため、駆動騒音の少ないモーターである。
In the motor of the present invention, since at least the sliding portion of the motor brush of the present invention, which is in contact with the commutator of the motor brush, is formed of the silicon carbide sintered body, the motor has low driving noise. It is.

【0092】本発明のモーターは、上記構成に限定され
るわけではなく、本発明のモーター用ブラシ以外の構成
は、従来公知、如何なる種類のモーターの構成と同様の
ものである。
The motor of the present invention is not limited to the above-described structure. The structure other than the motor brush of the present invention is the same as the structure of any conventionally known and any kind of motor.

【0093】[0093]

【実施例】本発明を、実施例を通してより具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例になんら限定されない。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0094】(実施例1)アミンを含むレゾール型フェ
ノール樹脂(熱分解後の残炭率50%)6gと平均粒子
径2.0μmで1つの粒度分布極大値を有する高純度β
−炭化ケイ素粉末94gをエタノール溶媒50g中で湿
式ボールミル混合した後、乾燥し、直径20mm、厚さ
10mmの円柱状に成形した。この成形体に含まれるフ
ェノール樹脂量及びアミン量はそれぞれ6wt%及び
0.1wt%であった。この成形体をホットプレス法に
より700kgf/cm2 の圧力下、アルゴンガス雰囲
気下にて2300℃の温度で3時間焼結して、炭化ケイ
素焼結体を得た。
Example 1 6 g of resole type phenol resin containing amine (residual carbon ratio after pyrolysis: 50%), high purity β having an average particle size of 2.0 μm and one particle size distribution maximum value
-94 g of silicon carbide powder was mixed in a wet ball mill in 50 g of ethanol solvent, dried, and formed into a column having a diameter of 20 mm and a thickness of 10 mm. The amount of the phenol resin and the amount of the amine contained in the molded product were 6 wt% and 0.1 wt%, respectively. The formed body was sintered by a hot press method under a pressure of 700 kgf / cm 2 under an argon gas atmosphere at a temperature of 2300 ° C. for 3 hours to obtain a silicon carbide sintered body.

【0095】得られた炭化ケイ素焼結体の物性を下記の
方法で測定した。 (導電率バラツキ指標(β値))交流回路を用いて得ら
れた焼結体の比誘電率(高周波側の比誘電率:εO 、低
周波側の比誘電率:ε∞)及び比誘電損率測定から得ら
れる比誘電損率の最大値(εmax )を前記式(Maxw
ell−Wagner式)に代入することによって求め
た。
The physical properties of the obtained silicon carbide sintered body were measured by the following methods. (Conductivity variation index (β value)) Relative permittivity (relative permittivity on high frequency side: ε O , relative permittivity on low frequency side: ε∞) and relative permittivity of sintered body obtained using AC circuit The maximum value (ε max ) of the relative dielectric loss factor obtained from the loss factor measurement is calculated using the above equation (Maxw).
(Wellner equation).

【0096】(体積抵抗率)抵抗率計(ロレスターA
P、三菱化学社製)及び半導体用途四深針(電極間隔1
mm)を用いて、両端の電極間に1mA通電した時に電
位差を内側の電極で読み取る四深針法で測定した。
(Volume Resistivity) Resistivity Meter (Lorester A)
P, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and four deep needles for semiconductors (electrode spacing 1)
mm), the potential difference was measured by the four-deep needle method in which the potential difference was read by the inner electrode when 1 mA was applied between the electrodes at both ends.

【0097】(窒素分析)窒素分析はメノウ乳鉢解砕し
た焼結体10mgを日本アナリスト社製ニッケルカプセ
ルにいれ、LECO社TC−436型酸素窒素同時分析
装置で分析した。試料はLECO社グラファイト製るつ
ぼ中で30秒間脱水処理を施した後、2000℃で加熱
燃焼させた。この時発生するガスを一旦ダストトラップ
で浄化した後、熱伝導度検出器を用いて分析した。
(Nitrogen Analysis) In nitrogen analysis, 10 mg of a sintered body obtained by pulverizing an agate mortar was placed in a nickel capsule manufactured by Japan Analyst Co., Ltd., and analyzed by a LECO Co., Ltd. TC-436 oxygen-nitrogen analyzer. The sample was subjected to a dehydration treatment in a graphite crucible manufactured by LECO for 30 seconds, and then heated and burned at 2000 ° C. The gas generated at this time was once purified by a dust trap, and then analyzed using a thermal conductivity detector.

【0098】測定の結果、得られた炭化ケイ素質焼結体
の密度は、3.11g/cm3 であり、200ppmの
窒素を含有しており、その体積抵抗率は10-1Ω・cm
であった。導電率のバラツキ指標β値は0.998であ
った。
As a result of the measurement, the density of the obtained silicon carbide sintered body was 3.11 g / cm 3 , it contained 200 ppm of nitrogen, and had a volume resistivity of 10 −1 Ω · cm.
Met. The dispersion index β value of the conductivity was 0.998.

【0099】得られた炭化ケイ素焼結体を所望の形状に
切出して、モーター用ブラシを作製した。
The obtained silicon carbide sintered body was cut into a desired shape to prepare a motor brush.

【0100】得られたモーター用ブラシを用いて、図1
に示すようなモーターを作製した。
Using the obtained motor brush, FIG.
A motor as shown in FIG.

【0101】<評価>得られたモーターを、10秒間隔
で電圧印加を繰り返し、6時間(1080サイクル)試
験を行った。その結果、モーター用ブラシの重量減少は
0.1%であった。また、電圧印加時のモーター近傍の
駆動騒音は約52dBであった。
<Evaluation> The obtained motor was repeatedly applied with a voltage at an interval of 10 seconds, and tested for 6 hours (1080 cycles). As a result, the weight reduction of the motor brush was 0.1%. The driving noise near the motor when the voltage was applied was about 52 dB.

【0102】(比較例1)炭化ケイ素焼結体からなるモ
ーター用ブラシに代えて、金属ブラシ(ベリリウム銅
製)を用いた以外は、実施例1と同様にしてモーターを
作製し、評価した。その結果、金属ブラシの重量減少は
0.4%であった。また、金属ブラシには、熱による変
形が見られ、アーク放電による異常磨耗、被膜生成も若
干見られた。さらに、電圧印加時のモーター近傍の駆動
騒音は約52dBであった。
Comparative Example 1 A motor was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a metal brush (made of beryllium copper) was used instead of the motor brush made of a silicon carbide sintered body. As a result, the weight reduction of the metal brush was 0.4%. In addition, the metal brush was deformed by heat, and abnormal wear and film formation due to arc discharge were slightly observed. Further, the driving noise near the motor when applying a voltage was about 52 dB.

【0103】(比較例2)炭化ケイ素焼結体からなるモ
ーター用ブラシに代えて、カーボンブラシ(熱硬化性樹
脂で固められた黒鉛粉製)を用いた以外は、実施例1と
同様にしてモーターを作製し、評価した。その結果、カ
ーボンブラシの重量減少は0.1%であった。また、カ
ーボンブラシには、熱による変形は見られなかったが、
アーク放電或いは微細なパーティクルによる異常磨耗、
被膜生成が見られた。さらに、電圧印加時のモーター近
傍の駆動騒音は約55dBであった。
(Comparative Example 2) In the same manner as in Example 1 except that a carbon brush (made of graphite powder hardened with a thermosetting resin) was used instead of the motor brush made of a silicon carbide sintered body. A motor was fabricated and evaluated. As a result, the weight reduction of the carbon brush was 0.1%. Also, the carbon brush was not deformed by heat,
Abnormal wear due to arc discharge or fine particles,
Film formation was observed. Furthermore, the driving noise near the motor when applying voltage was about 55 dB.

【0104】実施例1、及び比較例1〜2から、特定の
炭化ケイ素焼結体を用いたモーター用ブラシを備えたモ
ーターは、重量減少が少なく耐磨耗性に優れ、熱による
変形がなく強度、耐熱性に優れ、且つアーク放電が見ら
れず導電性が良好であることがわかる。また、駆動騒音
も小さいことがわかる。
According to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the motor provided with the brush for the motor using the specific silicon carbide sintered body has a small weight loss, excellent abrasion resistance, and no deformation due to heat. It turns out that it is excellent in intensity | strength and heat resistance, and there is no arc discharge and conductivity is favorable. Also, it can be seen that the driving noise is small.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上により、低コストで、導電性、強
度、耐熱性、耐磨耗性、耐腐食性(耐酸化性、耐薬品
性)に優れ、アーク放電(アーク放電よる電波障害、異
常被膜生成等)、駆動騒音の発生を防止することができ
るモーター用ブラシ、及びそれを備えた、低コストで、
耐久性、生産性に優れ、駆動騒音が少ないモーターを提
供することができる。
As described above, low cost, excellent conductivity, strength, heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance (oxidation resistance, chemical resistance), and arc discharge (radio interference due to arc discharge, abnormalities) A motor brush that can prevent the generation of driving noise, and a low-cost motor-equipped brush.
It is possible to provide a motor that has excellent durability and productivity and has low driving noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のモーターの1例を示す概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one example of a motor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケーシング 2 永久磁石 3 回転子 4 回転軸 5 電機子 6 整流子 7 ブラシ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Permanent magnet 3 Rotor 4 Rotating shaft 5 Armature 6 Commutator 7 Brush

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくともモーター用ブラシの整流子と
接する摺動部が、体積抵抗率が1Ω・cm以下であり、
且つ密度が2.9g/cm3 以上である炭化ケイ素焼結
体で形成されていることを特徴とするモーター用ブラ
シ。
At least a sliding portion of a brush for a motor, which is in contact with a commutator, has a volume resistivity of 1 Ω · cm or less,
A motor brush formed of a silicon carbide sintered body having a density of 2.9 g / cm 3 or more.
【請求項2】 前記炭化ケイ素焼結体の下記式(1)で
定義される導電率バラツキ指標(β値)が0.8以上で
あることを特徴とする請求項1に記載のモーター用ブラ
シ。 式(1) εmax=1/2(ε0−ε∞)tan(βπ/4) εmax:炭化ケイ素焼結体内の比誘電損率の最大値 ε0:炭化ケイ素焼結体内の高周波側の比誘電率 ε∞:炭化ケイ素焼結体内の低周波側の比誘電率
2. The motor brush according to claim 1, wherein the conductivity variation index (β value) defined by the following equation (1) of the silicon carbide sintered body is 0.8 or more. . Equation (1) ε max = 1/2 (ε 0 −ε∞) tan (βπ / 4) ε max : maximum value of relative dielectric loss factor in the silicon carbide sintered body ε 0 : high frequency side in the silicon carbide sintered body Ε∞: dielectric constant on the low frequency side in silicon carbide sintered body
【請求項3】 炭化ケイ素焼結体が、炭化ケイ素粉末
と、非金属系焼結助剤と、窒素化合物とを混合し、20
00〜2400℃で焼結して得られるものであることを
特徴とする請求項1又は2に記載のモーター用ブラシ。
3. A silicon carbide sintered body comprising: a mixture of silicon carbide powder, a nonmetallic sintering aid, and a nitrogen compound;
The motor brush according to claim 1, wherein the brush is obtained by sintering at 00 to 2400 ° C. 4.
【請求項4】 炭化ケイ素粉末が、ケイ素化合物の少な
くとも1種と、加熱により炭素を発生する有機化合物の
少なくとも1種と、を混合し、焼成して得られるもので
あることを特徴とする請求項3に記載のモーター用ブラ
シ。
4. The silicon carbide powder is obtained by mixing at least one kind of silicon compound and at least one kind of organic compound that generates carbon by heating and baking the mixture. Item 4. A motor brush according to item 3.
【請求項5】 炭化ケイ素焼結体が、ケイ素化合物の少
なくとも1種、加熱により炭素を発生する有機化合物の
少なくとも1種、及び、窒素化合物を混合し焼成して得
られる炭化ケイ素粉末と、非金属系焼結助剤と、を混合
し、2000〜2400℃で焼結して得られるものであ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載のモーター用
ブラシ。
5. A silicon carbide sintered body obtained by mixing and firing at least one kind of a silicon compound, at least one kind of an organic compound which generates carbon by heating, and a nitrogen compound; The motor brush according to claim 1, wherein the brush is obtained by mixing a metal-based sintering aid and sintering at 2000 to 2400 ° C. 4.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のモータ
ー用ブラシを備えることを特徴とするモーター。
6. A motor comprising the motor brush according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010028943A (en) * 2008-07-17 2010-02-04 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Half-conductive varnish for electric field relaxation, tape, and stator of rotating electrical machine
US10505328B2 (en) 2014-06-20 2019-12-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Sliding member, rotary device, and method for manufacturing sliding member

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