JP2771239B2

JP2771239B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP2771239B2
Application number: JP1087951A
Authority: JP
Inventors: 義幸安富; 忠彦三▲吉▼; 昌久祖父江; 信行山下; 長瀬　　博; 清彦丹野; 象治有本; 文夫常楽
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH02269436A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、回転電機及びその製造法に係り、特に焼結
時の寸法変化率が小さい反応焼結体からなる集電体とそ
の製造法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、エンジンやタービンなどの構造材料に適する
エンジニアリングセラミツクスとしては、耐熱性に優れ
たSiCやSi₃N₄などが知られている。その焼結技術として
は、常圧焼結法，加圧焼結法，反応焼結法がある。この
中で常圧焼結法，加圧焼結法は焼結時の寸法変化率が15
〜20％あり、変形や寸法精度が悪く寸法精度に優れた焼
結体を得るためには高度な技術が必要である。この焼結
時の寸法変化率が大きいために焼結後の加工に時間とコ
ストがかかり、エンジニアリングセラミツクスが普及し
づらい理由の一つとなつている。他方、反応焼結法は他
の材料に比較して焼結時の寸法変化率が小さいことが知
られているが、特開昭和58−140375公報に示すように金
属Si粉末の窒化物で構成されているだけで導電性につい
ては開示されていない。また焼結時の寸法変化が小さい
と予測される材料に従来から耐火物に使用されているSi
₃N₄結合材があるが、特開昭58−88169号公報に表示され
ているように導電性については開示されておらず、機械
的強度が50MPa程度しかなく構造用材料として使用する
には不適当である。

一方、耐熱性のあるヒータ材が導電材として有用な導
電性セラミツクスに対する開発要望が強い。電機抵抗率
の小さいセラミツクスが得られれば、現流製品の性能改
善やセラミツクスの新しい用途開拓が期待される。従来
の導電性セラミツクスは、例えば、特開昭57−41796号
に開示されているように、SiCやSi₃N₄に導電性化合物を
混合し、ホツトプレス小形により上記問題を解決してい
る。しかし、ホツトプレス法は、焼結に膨大なエネルギ
を必要とするために製造コストが高いという問題があ
る。

更に特開昭60−60983号に開示されているように、Si₃
N₄に導電性化合物を混合し、ホツトプレス法よりもエネ
ルギ的に有効な常圧焼結法により導電性セラミツクスを
得ているが、焼結助剤を利用するために焼結時の寸法変
化率が15〜18％あり、変形などの問題がある。

特開昭61−247662号公報にはCr粉末の成形体をCOとN₂
ガス中、1500℃で反応焼結するCr炭素化物からなる焼結
体が開示され、室温比抵抗が10^-4Ωcm以上のものが得ら
れることが開示されている。このものの焼結体はCOガス
を含むN₂中で反応焼結するため焼結体の表面と内部とで
組成の異なつたものが形成され、表面と内部とで特性の
異つたものが得られ、均一な材質のものが得られない。

したがつて、これまでに寸法精度に優れかつ電気抵抗
率が低抵抗まで制御できるセラミツクスを製造する技術
がなく、実用的なものがない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、焼結時の寸法変化率，電気抵抗率，
機械的強度の点について配慮がされておらず、機械構造
用材料や機能材料といて使用が限られていた。

本発明の目的は、焼結時寸法変化率が小さく、均一な
組成を有する反応焼結体からなる集電体を有する回転電
機及びその製造法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明によ
れば、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,H
o,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金属粒子
を含む成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより得ら
れた、該金属粒子から生成させた導電性窒化物を含む焼
成体からなる集電体を備えることを特徴とする回転電機
が提供される。

本発明の第２の発明によれば、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,
Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた
少なくとも一種の金属粒子と、 Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子を混合
した成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより生成さ
せた、前記金属粒子の成分を含む導電性窒化物と、前記
Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子の成分を
含む窒化物の複合焼結体から構成される集電体を備える
ことを特徴とする回転電機が提供される。

本発明の第３の発明によれば、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,
Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた
少なくとも一種の金属粒子と、炭化物、窒化物、酸窒化物、酸化物、ケイ化物、ホウ
化物のうちの少なくとも一種からなる無機化合物を混合
した成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより生成さ
せた導電性窒化物と無機化合物の複合焼結体から構成さ
れる集電体を備えることを特徴とする回転電機が提供さ
れる。

本発明の第４の発明によれば、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,
Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた
少なくとも一種の金属粒子を含む成形体を窒素雰囲気中
で加熱することにより、該金属粒子から生成させた導電
性窒化物を含む焼結体からなる集電体を製造することを
特徴とする回転電機の製造方法が提供される。

本発明の第５の発明によれば、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,
Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた
少なくとも一種の金属粒子と、 Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子を含む
成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより得た窒化物
の複合焼結体から構成される集電体を製造することを特
徴とする回転電機の製造方法が提供される。

本発明の第６の発明によれば、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,
Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた
少なくとも一種の金属粒子と、炭化物、窒化物、酸窒化物、酸化物、ケイ化物、ホウ
化物のうちの少なくとも一種からなる無機化合物の粒子
を含む成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより、導
電性窒化物と無機化合物からなる複合焼結体から構成さ
れる集電体を製造することを特徴とする回転電機の製造
方法が提供される。

前記第５または第６記載の成形体が、前記金属粒子
と、Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子、ま
たは無機化合物の粒子とを、交互に層状に一体成形した
成形体であっても良い。

〔作用〕

本発明の第１の発明において、焼結中に成形体中のT
i,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Ho,Yb,L
u,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金属粒子から生
成する導電性窒化物により粒子相互間が結合されるとと
もに、該導電性窒化物が粒子間の空好を埋めるため、焼
結時の寸法変化率が小さくなる。これは、金属粒子が金
属窒化物に変化する際、窒素が付加された分だけ、体積
が膨張するからである。

反応生成物である導電性の金属窒化物は30μｍ以下の
微粒子及びウイスカである。

上記構成によれば、成形体から焼結体に変化する際の
寸法変化率が小さいため、焼結後の加工コストをほとん
ど必要としない。従って、軽量かつ耐摩耗性に優れるセ
ラミックからなる集電体を備える回転電機が、低コスト
で提供可能となる。

本発明の第２の発明において、Si、Alの中から選ばれ
た少なくとも一種の粒子を窒素雰囲気中で加熱すること
により、それぞれ窒化珪素、窒化アルミニウムが生成す
る。これらの窒化物は絶縁性を有する。例えば、Tiの窒
化物は電気抵抗が約５×10^-5Ωcm以下と小さく、低抵抗
の焼結体が得られる。さらに、上記の金属粉末にSi,Al
粉末の少なくとも１種を混合すると、Si及びAlの窒化物
の電気抵抗は約10¹⁵Ωcmオーダと大きい。このように金
属粉末の種類によつて窒化合物の抵抗率が異なり、この
ような抵抗率の異なる金属窒化物を組合せることによ
り、導電材から絶縁材まで抵抗率の制御が可能となる。
また、抵抗率の大きい窒化物を絶縁材とし、抵抗率の小
さい窒化物を導電剤として、交互に層状に配置すること
により、モータのコンミテータを製造することもでき
る。

上記において、抵抗率の制御を行うにはSi及びAl粉末
から生成される窒化ケイ素及び窒化アルミニウムの少な
くとも１種を90vol％以下とするのが好ましい。

本発明の第３の発明において、炭化物、窒化物、酸窒
化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化物のうちの少なくとも
一種からなる無機化合物を、導電性窒化物を生成する金
属粉末と混合した成形体を窒素雰囲気中で加熱すること
によっても、抵抗率の制御が可能である。

生成する金属窒化物は、無機化合物等の他の非反応生
成物に対してネツト状に生成され、非反応生成物を結合
する。

上記において、強度の低下を防止するには無機化合物
の含有量は7vol％以下が好ましい。

無機化合物の平均粒径は、強度の低下を防止するため
には100μｍ以下が好ましい。また、無機化合物にウイ
スカや長繊維を使用しても良い。ウイスカは、平均アス
ペクト比200以下、平均長さ200μｍ以下のものが好まし
い。また長繊維を配向することにより、電気特性に方向
性を持たせることが可能である。

本発明の第４の発明は、第１の発明を製造方法とした
ものである。

用いる金属粉末の粒径は10μｍ以下、好ましくは１μ
ｍ以下が良い。粉末は市販品をそのまま用いてもよい
が、ミルなどにより粉砕し丸みを帯びた粒子として使用
するのが良い。

成形体は、窒素及び／又はアンモニアに、必要に応じ
て水素，アルゴン，ヘリウムなどを加えた窒化性ガス雰
囲気下で焼結の初期には金属粉末の融点以下の長時間加
熱した後それより高い温度の600〜1350℃、特に1100〜1
350℃で加熱するのが好ましい。雰囲気中にはCOガスが
含まれないことが好ましい。

上記において、成形用バインダはポリビニルブチラー
ルやポリエチレンなどの有機高分子化合物やシリコンイ
ミド化合物やポリシラン化合物などの有機SI高分子化合
物などを適量添加し、好ましくは８〜15重量部添加し、
成形体の粒子体積充填率を65％以上とするのが好まし
い。その理由を以下に述べる。

原料粉末自体は脆性の固体粒子からなつているため、
そのまま加圧するだけでは充填が困難であり圧力の増加
にともなつて成形体に歪，クラツクが発生し割れてしま
う。そのため、何らかの有機バインダを加えて粉体の流
動性を助け、かつ成形体の強度を高める必要がある。ま
た、有機バインダの添加量により焼結体の強度が左右さ
れる。これは成形体の粒子体積充填率（密度）に関係す
る。有機バインダが多すぎでも少なすぎても成形体の粒
子体積充填率が向上せず、最適添加量を増していくと、
混合物の加温下の流動性は良好となり、加圧成形が容易
となる。その結果成形体の粒子体積充填率が向上する。
しかし、原料粉の理想的な密充填にあるときの空孔の割
合以上に有機バインダを混合すると原料粉はバインダ中
に孤立した状態になる。混合物の流動性は良好である
が、成形体中の固形分はバインダが多くなる程少なくな
り、その結果成形体の粒子体積充填率が低下することに
なる。

また、上記において、強度の低下を防ぐには気孔率を
30％以下とするのが好ましい。大気圧での反応焼結では
気孔率は実用上の製造法では５％以上となるが、加圧雰
囲気下では１％以下となる。またこの気孔は開気孔から
なる。なぜなら、金属粉末からなる成形体を窒化性ガス
雰囲気下で焼結し、金属粉末が窒化性ガスと反応して窒
化物に変化して焼結体を得るためには、窒化性ガスが成
形体中を通過する通気孔が必要であるからである。この
場合の焼結により、金属粉末の種類によつては金属粉末
同志が反応する場合があるが特性上問題はない。例え
ば、TiAl,TiAl₃,TiSi,ZrAlなどが一部生成する場合があ
る。

上記においては、さらに気孔率を小さくするために、
得られた焼結体をホツトプレスや熱間静水圧プレス処理
やポストシンタリングすることも可能である。しかし、
これら作業は寸法精度を保つものに対しては好ましくな
い。

本発明において、複合セラミツクス焼結体の気孔中に
樹脂，油，粒子などを含浸することも可能である。本発
明における導電性セラミツクス、電機抵抗率を小さくす
ることにより、放電加工も可能である。

本発明において、金属粉末から生成する化合物は窒化
物相中心であることが好ましい。なぜなら酸化性ガス中
で焼成すると酸化物相が生成し、電機抵抗率の制御が困
難になるからである。

原料組成物の流動性の点からは、金属粉末として粒径
１μｍ以下のものを用い、バインダには、ポリエチレン
15〜60重量％、ワツクス30〜70重量％およびステアリン
酸５〜25重量％の割合で配合したものを添加するものが
良い。

上記バインダ樹脂を添加した原料組成物は、充分混練
した後成形される。成形方法は、射出成形，プレス成
形，ラバープレス成形，押出し成形，ドクターブレード
法，金属粉末成形など形状と要求特性に応じて選択する
ことができるが、バインダ樹脂の軟化温度以上で温間成
形する。例えば、メカニカルプレスを用いて成形する場
合には、成形圧は1000kgf/cm²程度で行なうのがよい。
薄板基板の製作にはドクターブレード法が有効である。

上記成形体は、焼結前に脱脂（脱バインダ）する。脱
脂は、室温から約２℃/hで徐々に温度を上げ、約500℃
まで加熱することにより行なうことができる。

また、焼結温度までの昇温速度は４℃/hが適当であ
り、これによつて容易に焼結することができる。なお、
必要に応じてホツトプレスしてもよい。

本発明の第５の発明は第２の発明を製造法としたもの
である。

本発明の第６の発明は第３の発明を製造法としてもの
である。

第６の発明で用いる無機化合物の粉末の粒径は100μ
ｍ以下、好ましくは20μｍ以下が望ましい。無機化合物
粉末は、その一部をウイスカに換えてもよい。この場合
ウイスカの配合量は、焼結体組成中55vol％以下が望ま
しい。これにより多くなると、原料の均一なブレンドが
できない場合がある。

本発明の第７の発明は、前記第５または第６の発明に
おいて、前記金属粒子と、Si、Alの中から選ばれた少な
くとも一種の粒子、または無機化合物の粒子とを、交互
に層状に一体成形した成形体を窒素雰囲気中で加熱する
製造方法である。

上記方法によれば、絶縁体と導電体を交互に配したコ
ンミテータを容易に製造することができる。

〔実施例〕

実施例１自動車用交流発電機の集電環及び集電子に以下のよう
にして得られたTiN焼結体導電性セラミツクスを用い
て、集電特性を検討した。

平均粒径１μｍの金属Ti粉末に成形用バインダとして
ポリエチレン系ワツクス，合成ワツクス，ステアリン酸
の有機バインダを４重量部添加し、加圧ニーダで樹脂が
軟化する160℃,5時間加熱混練した。そして、冷却後、
混練物を破砕した後、供試原料とした。これらの原料を
メカニカルプレスを用いて成形圧力1000kgf/cm²、温度1
60℃で直径50mm,厚さ20mmのものに成形した。得られた
成形体の粒子体積充填率は60vol％以上である。この成
形体はアルゴン雰囲気中３℃/hの昇温速度で500℃まで
加熱し、成形バインダを除去した後、窒素雰囲気中600
℃から1300℃まで約10段階に分け各段階毎にほぼ等しい
時間所定の温度に保持し、約80時間かけて加熱し、焼結
体を得た。得られた焼結体の特性を第１表に示す。比較
のために平均粒径0.8μｍのSi₃N₄粉末40vol％とTiN粉末
55vol％、この混合粉末に焼結助剤としてY₂O₃を5vol％
含有させている。これを前記と同様に成形し、1700℃で
５時間焼結したものである。

結果を第１表に示す。これにより、本発明品は従来の
集電環に銅、集電子にカーボンを用いたものに較べて損
耗量が小さく耐摩耗性に優れ、また変色もなく優れてい
ることが判る。

試験条件は３万rpm、集電子電流密度70A/cm²である。

実施例２平均粒径0.9μｍの金属Si粉末を50wt％、平均粒径１
μｍのAl₂O₃粉末を50wt％混合し、原料100重量部に対し
てポリエチレン系熱可塑性樹脂を７重量部添加し、加圧
ニーダを用いて、樹脂の軟化温度の160℃で４時間加熱
混練した。そして、冷却後混練物を10Mesh以下の粉砕し
たのち、絶縁体セラミツクスＡの原料とした。次に、平
均粒径1.6μｍの金属Ti粉末を80wt％、平均粒径１μｍ
のSiC粉末を20wt％混合し、原料100重量部に対してポリ
エチレン系熱可塑性樹脂を５重量部添加し、加圧ニーダ
を用いて、前述と同様に160℃で４時間加熱混練した。
そして、冷却後混練物を10Mesh以下に粉砕したのち、導
電体セラミツクスＢの原料とした。次に、金型にセラミ
ツクスＡ及びＢの原料を順に充填し、第１図，第２図に
示す円筒状のモータ用集電環を作製した。反応焼結条件
は実施例１とほぼ同じである。次いで、成形対中のバイ
ンダを除去した後、窒素雰囲気中で加熱し、セラミック
ス複合体を得た。成形体から焼結体への寸法変化率は0.
2％と小さく、クラツクの発生もなかつた。セラミツク
スＡの抵抗率は約10¹⁴Ωcm、セラミツクスＢの抵抗率は
７×10^-5Ωcmであつた。導電体と絶縁体は反応生成物で
あるSi₃N₄,TiNで強固に結合されている。

同様にして、金属粉末や、無機化合物の種類及び配合
比を変えることにより、電機抵抗率の異なるセラミツク
スを層状に一体成形，一体焼成可能である。

実施例３実施例２のセラミツクス（Ａ）及び（Ｂ）を用い、同
様にして愛３図に示す形状のコミテータを製造した。本
実施例においても前述と同様に寸法変化率が0.2％と小
さく、ま耐摩耗性に優れたものが得られる。

図中（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。

実施例４第４に示す自動車用スタータのアーマチヤ部を次の様
にして製作し、自動車に組込みテストを行つた。図中、
３はアーマチヤア、４はヨーク、５は遊星歯車減速機、
６はリングギヤ、７はピニオン、８はブラケツト、９は
マグネチツクスイツチ、10は永久磁石、11はコイル導
体、12はブラシ、13は整流子である。

平均粒径0.9μｍの金属Si粉末を50wt％、平均粒径１
μｍのAl₂O₃粉末を50wt％混合し、原料100重量部に対し
てポリエチレン系熱可塑性樹脂を７重量部添加し、加圧
ニーダを用いて、160℃で４時間混練した。そして、混
練物を10Mesh以下に粉砕したのち、絶縁体セラミツクス
Ａの原料とした。次に、平均粒径1.6μｍの金属Ti粉末
を80wt％、平均粒径１μｍのTiN粉末を20wt％混合し、
原料100重量部に対してポリエチレン系熱可塑性樹脂を
５重量部添加し、加圧ニーダを用いて、160℃で４時間
混練した。そして、混練物を10Mesh以下に粉砕したの
ち、導電体セラミツクスＢの原料とした。次に、金型に
セラミツクスＡ及びＢの原料を順に充填し、第６図に示
すような形状を作製した。そして、成形体中のバインダ
を除去した後、窒素雰囲気中で加熱し、セラミツクス複
合体を得た。成形体から焼結体への寸法変化率は0.2％
と小さく、クラツクの発生もなかつた。セラミツクスＡ
の抵抗率は約10¹⁴オームcm、セラミツクスＢの抵抗率は
４×10^-5オームcmであつた。導電体と絶縁体は反応生成
物であるSi₃N₄、TiNで強固に結合されている。

そして、従来の銅線に変えて銅線をセラミツクスで被
覆したセラミツクス巻線を使用した。

テストの結果、スターター内の温度が400℃近くなつ
ても不燃化しないで摺動特性に優れる軽量化のスタータ
ーを作製することができた。以上のセラミツクス化によ
つて、300℃以上、40A/cm²以上の温度と電流密度で使用
できるものが得られることが分つた。

実施例５第５図に示す自動車用オルターネータのブラシ及びス
リツプリングを第７図に示す形状に実施例４と同様に製
作し、自動車に組込みテストを行つた。図中、14はプー
リー、15はフアン、16はフロントブラケツト、17はステ
ータ、18はロータ、19はブラシ、20はスリツプリング、
21はシリコンダイオード、22はリアブラケツトである。

試験結果を第２表に示す。試験条件は４万回転、集電
子電流密度60A/cm²である。本発明によれば、高摩耗
性，耐火花性に優れ、軽量のオルタネーターが得られ
る。

第７図（ａ）がスリツプリング、第７図（ｂ）がブラ
シである。

実施例６実施例１と同様に焼結し焼結体を得た。得られた焼結
体の特性を第３表に合わせて示す。これより、本発明品
は、粒界に他のものを介さずにTiNのみによつて互いに
結合しており、Si₃N₄粉末とTiN粉末に焼結助剤Y₂O₃を添
加したのが粒界にY₂O₃を介して結合しているものと比較
して、焼結時寸法変化率が0.8％と小さく、ニアネツト
シエイプ性が良好で、電機抵抗率の小さいセラミツクス
が得られる。寸法変化率は長さの変化率を示したもので
ある。また、本発明の焼結体には若干の金属が残つてい
ることが確認された。電気抵抗率は得られた焼結体を切
断し、その断面を測定したものである。切断面を変えた
表面からの抵抗率を測定したが、内外とも同等の抵抗率
であつた。

本発明の焼結体は約２体積％のウイスカが形成されて
いた。曲げ試験はJIS規格による３点曲げ試験によるも
のである。

本実施例において集電体として使用できる。

実施例７〜28 実施例１と同様にしてTi粉末の変わりに第２表に示す
金属粉末を添加して同様に成形，反応焼結した。得られ
た焼結体の特性を第４表に示す。これより、本発明品
は、焼結時の寸法変化率が１％以下と小さく、曲げ強度
が約300MPa以上と高く、金属粉末の種類，配合によつて
電気抵抗率を10⁴〜10^-5Ωcmと任意に制御可能である。
ことが判る。

本実施例においても約２体積％のウイスカが形成れる
更に、若干の金属が残存していた。前述のように本実施
例においても集電体として使用される。

実施例29 実施例１と同様にして、平均粒径１μｍの金属Ti粉末
と平均粒径１μｍの金属Si粉末の配合比を変えて、成
形，反応焼結を行ない焼結体を得た。得られた焼結体の
組成はTiNとSi₃N₄の２相混合体で約２体積％のウイスカ
が形成され若干の金属が残存していた。

第８図に電気抵抗率と原料配合比、第９図に曲げ強さ
と径料配合比の実験結果を示す。これより電気抵抗率は
配合比により10⁴〜10^-5Ωcmで可変可能であることが判
る。また、曲げ強さは配合比に関係なく300MPa以上であ
ることが判る。

実施例30 実施例１と同様にして、平均粒径１μｍの金属Ti粉末
と平均粒径１μｍの金属Al粉末の配合比を変えて、成
形，反応焼結を行ない焼結体を得た。得られた焼結体の
組成はTiNとAlNの２相混合体でこれらのウイスカが同様
に形成され若干の金属が存在していた。

第10図に電気抵抗率と原料配合比、第11図に曲げ強さ
と原料配合比の実験結果を示す。これより電気抵抗率は
配合比により10⁸〜10^-5Ωcmで可変可能であることが判
る。また、曲げ強さは配合比に関係なく250MPa以上ある
ことが判る。

実施例31〜35 実施例１と同様にして、成形バインダ量を変えて成
形，焼結して得られた気孔率の異なる焼結体について同
様に試験した結果を第５表に示す。第12図に気孔室と曲
げ強さの関係を示す。

これより、気孔率が30％以下では曲げ強さが250MPa以
上の強度が得られ、気孔率が多くなるにつれ強度が低下
するが、30％を超えると250MPa未満の急激に強度が変化
することが判る。

実施例36〜40 実施例１で得られた焼結体を窒素中、20気圧から3500
0気圧、1500℃から2200℃で150分熱間加圧焼結を行なつ
た。得られた焼結体の試験結果を第６表に示す。表に示
すように、各圧窒素中による反応焼結により気孔率が２
％以下と著しく低下するが、寸法変化率は若干大きくな
る。また、、TiN反応焼結体の電気抵抗率はほぼ３×10
^-5Ωcmと非常に低い抵抗率のものが得られ、曲げ強さも
約500〜650MPaであつた。

実施例41 実施例１と同様にして、平均粒径１μｍの金属Ti粉末
と平均粒径３μｍのSiC粉末の配合比を変えて、成形，
反応焼結を行ない焼結体を得た。得られた焼結体は反応
生成物であるTiNでSiCを結合した２相混合体であった。

第13図に電気抵抗率と原料配合比の実験結果を示す。
これにより抵抗率は配合化により10^-2〜10^-5Ωcmと可変
可能であることが判る。

実施例41〜52 実施例１と同様にして、平均粒径１μｍの金属Ti粉末
と第７表に示す各種無機化合物粉末を混合して、成形，
反応焼結を行ない焼結体を得た。得られた焼結体は、反
応生成物であるTiNで各種無機化合物を結合した混合体
であつた。

これより抵抗率は、無機化合物の種類，配合比によ
り、可変可能であることが判る。

実施例53 実施例１と同様にして、熱可塑樹脂バインダ量を変え
て反応焼結体を製造した。第14図はバインダ量と曲げ強
さとの関係を示す線図である。図に示すようにバインダ
量は少な過ぎても多過ぎても逆に強度が急激に低下し、
特に４〜15％において約200MPa以上の強度が得られ、好
ましいことが分る。特に、５〜14％において約300MPa以
上の強度が得られ、より望ましい。

〔発明の効果〕本発明の第１の発明によれば、成形体から焼結体に変
化する際の寸法変化率が小さいため、焼結後の加工コス
トをほとんど必要としないので、軽量かつ耐摩耗性に優
れたセラミックスからなる集電体を有する回転電機が、
低コストで提供可能となる。

本発明の第２の発明によれば、抵抗率の異なる金属窒
化物を組合せることにより、導電材から絶縁材まで抵抗
率の制御が可能となる。

また、抵抗率の大きい窒化物を絶縁材とし、抵抗率の
小さい窒化物を導電材として、交互に層状に配置するこ
とにより、モータのコンミテータを製造することもでき
る。

本発明の第３の発明によれば、無機化合物に長繊維を
用いることによって、電機特性に方向性を持たせること
も可能になる。

本発明の第４、第５、第６の発明によれば、セラミッ
クス集電体を備えた回転電機を低コストで提供できる製
造方法が提供できる。

本発明の第７の発明によれば、絶縁体と導電体を交互
に配したコンミテータを容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々自動車交流発電機用集電環の断
面図とその側面図、第３図はコミテータの断面図とその
側面図、第４図はスタータの一部断面図、第５図はオル
ターネータの一部断面図、第６図は集電体の断面図、第
７図（ａ）はスリツプリングの断面図、第７図（ｂ）は
ブラシの斜視図、第８図，第10図及び第13図は電気抵抗
率と原料配合比との関係を示す線図、第９図及び第11図
は曲げ強さと原料配合比との関係を示す線図、第12図は
焼結体の気孔率と曲げ強さとの関係を示す線図、第14図
は有機バインダ添加量と曲げ強さとの関係を示す線図で
ある。１……ヒータ端子、２……ヒータ、３……アーマチヤ
ア、４……ヨーク、５……遊星歯車減速機、６……リン
グギア、７……ピニオン、８……ブラケツト、９……マ
グネツクスイツチ、10……永久磁石、11……コイル導
体、12……ブラシ、13……整流子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｋ 13/00 Ｈ０２Ｋ 13/00 ＮＣ０４Ｂ 35/58 １０２Ｙ (72)発明者山下信行茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者長瀬博茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者丹野清彦茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者有本象治神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者常楽文夫茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献特開昭60−60983（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−247662（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 13/00 C04B 35/58 H01R 39/04 H01R 39/08 H01R 39/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金
属粒子を含む成形体を窒素雰囲気中で加熱することによ
り得られた、該金属粒子から生成させた導電性窒化物を
含む焼成体からなる集電体を備えることを特徴とする回
転電機。
【請求項２】Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金
属粒子と、 Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子を混合し
た成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより生成させ
た、前記金属粒子の成分を含む導電性窒化物と、前記S
i、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子の成分を
含む窒化物の複合焼結体から構成される集電体を備える
ことを特徴とする回転電機。
【請求項３】Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金
属粒子と、炭化物、窒化物、酸窒化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化
物のうちの少なくとも一種からなる無機化合物を混合し
た成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより生成させ
た導電性窒化物と無機化合物の複合焼結体から構成され
る集電体を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項４】Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金
属粒子を含む成形体を窒素雰囲気中で加熱することによ
り、該金属粒子から生成させた導電性窒化物を含む焼結
体からなる集電体を製造することを特徴とする回転電機
の製造方法。
【請求項５】Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金
属粒子と、 Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子を含む成
形体を窒素雰囲気中で加熱することにより得た窒化物の
複合焼結体から構成される集電体を製造することを特徴
とする回転電機の製造方法。
【請求項６】Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Ce,Co,W,Fe,Nd,Sm,Eu,G
d,Dy,Ho,Yb,Lu,Niの群から選ばれた少なくとも一種の金
属粒子と、炭化物、窒化物、酸窒化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化
物のうちの少なくとも一種からなる無機化合物の粒子を
含む成形体を窒素雰囲気中で加熱することにより、導電
性窒化物と無機化合物からなる複合焼結体から構成され
る集電体を製造することを特徴とする回転電機の製造方
法。
【請求項７】請求項５または６記載の成形体が、前記金
属粒子と、 Si、Alの中から選ばれた少なくとも一種の粒子、または
無機化合物の粒子とを、交互に層状に一体成形した成形体であることを特徴とす
る回転電機の製造方法。