JPH04193754A

JPH04193754A - セラミック複合体の製法

Info

Publication number: JPH04193754A
Application number: JP2318640A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Sofue; 祖父江　昌久; Junji Sakai; 酒井　淳二; Akio Chiba; 秋雄千葉; Yoshiyuki Yasutomi; 安富　義幸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-24
Filing date: 1990-11-24
Publication date: 1992-07-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はセラミック複合体の製法に係り、特に電気抵抗
率の異なる２種以」−のセラミックにより一体に構成し
た電気部品用に好適なセラミック複合体の製法に関する
。

［従来の技術］従来のセラミック複合体は、例えば回転電機の整流子等
の集電環において、それを構成している導電セグメント
、絶縁セグメントおよびこれらの内側に配置される絶縁
リングを導電性または絶縁性の無機粉末と成形バインダ
とを混合し、これを層状に充填するニアネッ）・シェイ
ブ（Ｎｅａｒ　ｎｅｔ　５ｈａｐｅ）法によって所定の
形状に成形し、これを高温で焼成する方法が提案（特開
昭６３−２５２９７３号公報）されている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前記整流子の絶縁セグメン１へはその厚さが薄
いほど整流子の性能が高くできるが、前記従来技術では
、絶縁セグメントを薄くする（例えば０．５ｍｍ以下）
と、絶縁距離が短くなり、導電セグメント間の絶縁を確
保しにくくなると云う問題があった。

また、高圧で加圧整形しセラミック粒子同士の結合を十
分に行なわないと、焼結後の強度が不十分になるなどの
問題があった。

本発明の目的は、絶縁セグメント部が薄いものであって
も導電セグメント間で絶縁不良が生じことがなく、かつ
、成形が容易なセラミック複合体ｊ＋にびに該セラミッ
ク複合体からなる回転電機の集重環の製法を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成する本発明の要旨は、下記のとおりであ
る。

（１）月質が異なる少なくとも２つの部材が一体焼結さ
れて構成されたセラミック複合体の製法において、前記部材の一方をセラミック粉末を分散媒に分散したス
ラリをスリップキャスティング法により成形し、前記も
う一方の部材をセラミック粉末を分散媒に分散したスラ
リをスリップキャスティング法で成形するか、または他
の成形法によって成形された部材を配置し、これらを焼
成することにより一体焼結品を得る工程を含むことを特
徴とするセラミック複合体の製法。

（２）スリップキャスティング法により成形する部材の
成形型が、スラリの分散媒を吸収する材料と、水の沸点
未満の温度で加熱または溶媒の添加により軟化または溶
解し得る材料により構成されていることを特徴とする前
記（１）記載のセラミック複合体の製法。

（３）回転電機の相数に対応した導電部のそれぞれが、
断面が絶縁材により放射相状に形成された絶縁セグメン
ト部とこれを支持する絶縁リング部とから構成された回
転電機用のセラミック複合体からなる集電環の製法にお
いて、スラリの分散媒を吸収する材料と、水の沸点未満の温度
で加熱または溶媒の添加により軟化または溶融し得る材
料により構成されている成形型を用いて、前記絶縁セグ
メント部および絶縁リング部をセラミックスラリにより
スリップキャスティング法で一体成形し、次いで前記導
電部を成形し、これらを一体に焼成したことを特徴とす
るセラミック複合体からなる集電環の製法。

前記において、例えば、第１図（ｂ）に示すような回転
電機の整流子においては、絶縁セグメント３および絶縁
リング４をスリップキャスティング法により一体成形し
、該成形体の各絶縁セグメント３間に導電セグメント７
をスリップキャスティングにより成形し、これを焼成し
て一体焼結品を得ることにある。

前記スリップキャスティング用成形型としては石膏型を
用いることができるが、絶縁セグメント部および絶縁リ
ング部からなる成形体の形状によっては、成形型の一部
にスラリの分散媒を吸収しない材料として、例えば金属
、プラスチック、ゴム、ゲル状柔軟材料を用いる。

前記絶縁セグメント３間を焼成後、導電性をもつような
材料でスリップキャスティング法により銃形するか、あ
るいは予め導電セグメントを所定の形状に成形した部材
を絶縁セグメント間に設め込み、必要により全体を加圧
し焼成するか、また必要により焼成後十分な接着強度を
呈する接着剤を用いて絶縁セグメントと導電セグメント
を接合する。

また、絶縁セグメントおよび絶縁リングが比較的肉厚（
例えば２　ｍ　ｍ以上）の場合であれば、成形型として
石膏型を用いてスリップキャスティングが可能であるが
、薄い場合（例えば０　、５　ｍ　ｍ以下）はスラリが
成形型の薄いすき間に完全に流入、充填される前に固化
してしまい、良好な成形品が得られない。これはスラリ
分散媒が吸水性の成形型面より排出されるためである。

こうした場合には、石膏のような多孔質、かつ吸水性の
成形型を水平な面にのみ用い、それ以外の部分にはスラ
リ分散媒を吸収しない材料で構成された成形型を用いる
ことにより、該スラリを薄いすき間にも充填することが
できる。

次に、成形後に鋳型である成形型を離型し、成形体を取
り出す必要があるが、絶縁セグメントあるいは絶縁リン
グの肉厚が薄い場合には、離型時に成形体が破損し易い
。この場合、加熱することにより溶融するか、溶媒に溶
解することで該成形型を取り除くことができれば、成形
体の破損を防止できる。また、成形型が柔軟材料であれ
ば、スラリが成形型内で着肉、固体したのち分散媒の排
出によって成形体が収縮したとしても、成形体に生じる
歪は僅かである。例えば０．５　ｍｍよりも肉薄のもの
でも成形が可能で、欠陥等のない成形品を製造すること
ができる。特にゲル状柔軟材料としてはゲル状柔軟材料
、例えばゼラチン、寒天のように比較的低温（水の沸点
より低い温度）で加熱することににより溶融、あるいは
溶剤にＪ：り溶解する材料を用いて構成するのが好まし
い。

上記のように絶縁セグメントと絶縁リングを一体に成形
することにより絶縁不良等の問題もな（、導電セグメン
トも同様に一体化でき、これを焼成することでセラミッ
クス複合体からなる整流子を容易に製造することができ
る。

上記の方法は複雑構造あるいは大型のセラミック複合体
の製造に適している。

［作用］本発明によれば、セラミック複合体、例えば前記整流子
の絶縁セグメントと絶縁リングの一体成形をスリップキ
ャスティング法で行なうことにより、絶縁セグメントと
絶縁リングとの境界が密に形成される。従って、導電セ
グメントの成形工程やその後の焼成工程で、導電セグメ
ント間の絶縁不良を生じることがない。

［実施例　１］以下、本発明の一実施例を第１図および第２図にＪ：り
説明する。

第２図（ｂ）は絶縁セグメントおよび絶縁リングの成形
型の空間を示す斜視図、第２図（ａ）は第２図（ｂ）の
ＡＡ’　部所面に対応する成形型の断面図である。

」二記の成形型は、石膏型１上にゼラチン型２が配置さ
れている。ゼラチン型の作成は市販のシリコーン（白色
エマルジョン　信越化学）３００ｍｇを５０℃に加熱し
て、この巾にゼラチン（顆粒）３０ｇを加え、撹拌して
得た流動状の液体を、別に準備したゼラチン型成形用の
金をに注入し、成形型全体を冷蔵庫に入れて１０℃まで
冷却してをゲル状に固化させた。

第２図（ｂ）に示す成形型空間は、絶縁セグメント部３
と絶縁リング部４とからなり、両者が連続した成形体が
得られるような空間を構成している。この成形型空間内
にスラリ５を注入した。スラリ中の分散媒（水）が石膏
型１に吸収されてスラリの分散質が石膏面より着肉固化
し、最終的に第２図（ｂ）の形状に固化する。

」−記スラリは、平均粒径０．９μｎ〕の金属ケイ素粉
末２４０ｇと平均粒径０．８μｍのアルミナ粉末３００
ｇとの混合粉体に、分散媒として蒸留水をスラリに対し
体積率が５３％になるように加え、さらに解膠剤を微量
加えてボールミルで２４時間混合しスラリとした。

スラリが固化した後、成形型全体を５０℃の乾燥炉に入
れてゼラチン型２を溶融、流出させて成形体を取り出し
た。ゼラチン型を溶融することにより成形体の破損する
ことなく容易に離型することができる。

次に、導電セグメント部の成形法を第１図を用いて説明
する。

第１図（ｂ）は成形後の整流子成形体の斜視図、第１図
（ａ）は第１図（ｂ）のＢ　Ｂ　’部に対応する成形型
の断面構成図である。

まず第１図（ａ）の石膏型１」―に前記で成形した第２
図（ｂ）と同じ形状の絶縁セグメント部３＝　１１− と絶縁リング部４とから成る成形体を置き、その周囲に
ゴム型６を配置し、形成される空間、即ち導電セグメン
ト部７にスラリを注入し、前記と同様にこれを固化させ
た。

−１−記スラリは平均粒径０．９μｍの金属ケイ素粉末
２４０ｇと平均粒径２μｍの窒化チタン粉末４２０ｇと
の混合粉体に、分散媒として蒸留水をスラリに対して体
積率が５３％になるように加え、さらに解膠剤を微量加
えてボールミルで２４時間混合しスラリとした。

注入したスラリか固化した後、ゴム型６をとりはずし、
第１図（ｂ）の成形体を得た。

得られた成形体を恒温室（温度２０℃、湿度５０〜６０
％）内に４８時間放置した後、乾燥炉にＪ：す６０℃で
５時間、１００℃で５時間加熱し、その後焼成した。焼
成条件は、０．８８ＭＰａの窒素ガス雰囲気中にて徐々
に加熱し、最終的に１３５０℃まで昇温した。

焼成により、成形体中の金属ケイ素が窒化ケイ素に変化
し、この際体積膨張を生して成形体の空＝　１２− 間を埋めながら、絶縁リング部４および絶縁セグメント
部３ではアルミナ粒子を、また導電セグメント部では窒
化チタン粒ｐがそれぞれ結合した焼成品が得られた。焼
成品の表面および端面を研削加工して、セラミック複合
体から成る整流子を得た。

絶縁リング部および絶縁セグメント部は窒化ケイ素とア
ルミナの複合材であるため絶縁性であり、導電セグメン
ト部は窒化ケイ素と窒化チタン（導電性）の複合材であ
るため導電性となり、モータ用の整流子が得られる。

［実施例　２］第１図および第２図に示す成形型を用いて、絶縁セグメ
ント部の肉厚を、３，１，０．５，０．２゜０．１ｍｍ
と変えて成形したところ、１　ｍ　ｍまでは健全な成形
体が得られた。しかし、０　、５　ｍ　ｍ以下では前記
スラリが充填しにくく、良い成形体が得られなかった。

そこで、スラリ注入後に成形型を減圧装置内で減圧した
ところ、０．５，０．２゜Ｑ、１ｍｍ　でも健全な成形
体が得られた。

また別の方法として、第１，２図に示す成形型の周囲を
金型で補強したものを用い、スラリを注入してその後に
加圧することにより０．１ｍｍ　の空間にも十分スラリ
を充填することができた。

［比較例　１］実施例１のゼラチン型２の代りに金属、プラスチック、
およびゴムをそれぞれ用いて同様に前記整流子を成形し
たところ、金属およびプラスチックでは絶縁セグメント
部の厚さが１ｍｍ以下、また、ゴムでは０．５ｍｍ以下
で、成形型の離型時に加わる外力により成形体に割れが
入り易くなり、歩留まりが前記ゼラチンを用いた場合に
比べて低下した。

上記から絶縁セグメント部の厚さが０．５ｍｍ以下の場
合は、ゼラチン型が最も適している。

なお、前記において作製した焼成品の導電セグメント間
の絶縁抵抗は、いずれも１０１０Ωｍ以上であった。

［実施例　３］前記実施例１と同様にして絶縁セグメント部および絶縁
リング部をスリップキャスティング法によって一体成形
した。導電セグメント部は金型プレス成形法により別途
作成した。

導電セグメントに用いた材料は平均粒径０．９μｍの金
属ケイ素粉末２４０ｇと、平均粒径１μｍの窒化ジルコ
ニウム粉末４３０ｇとの混合粉体に成形バインダとして
ポリビニールアルコール２０ｇを添加し混合し、ニアネ
ットシェイプ法により成形したものを用いた。

上記２種類の成形品を組立て、これを金型中に入れて、
圧力ＩＭＰａでプレスして一体化し、その後前記第１の
実施例と同様に焼成、研削加工して、セラミックス整流
子を得た。

前記絶縁セグメントおよび絶縁リングと、前記導電セグ
メントの成形品を組立てる際に、両者の接触面には、平
均粒径０．５μｍの金属ケイ素粉末とワセリンとを１対
１（体積比）で混練したものを塗布した結果、０．４Ｍ
Ｐａ　の圧力で十分−体化することができた。これを前
記と同様に窒素ガス中で焼成したところ、界面の接合強
度の高いセラミック複合体を得ることができた。

該焼成品の導電セグメント間の抵抗は、ｌ　Ｑ１００ｃ
ｍ以下で、十分な絶縁性を示した。

［発明の効果］本発明の方法によれば、材質が異なる部材（例えば導電
性と絶縁性）からなるセラミック複合体の成形をスリッ
プキャスティング法により成形することにより一体成形
体を高い精度で得ることができる。

特に前記成形型の一部にゼラチンまたは寒天を含む材料
から成る成形型を構成し、スリップキャスティング法に
より成形することによって、肉圧が薄い部分（例えば０
．５ｍｍ以下）を有する成形品を高い精度で得ることが
できる。

また、絶縁部と導電部とを有する回転電機の整流子等の
集電環として優れた特性のセラミック複合体を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の絶縁セグメン
ト部、絶縁リング部および導電セグメン１・部をスリッ
プキャスティング法により成形する成形型の概略図と成
形体−の形状を示す斜視図である。１・・・石膏型、２・・ゼラチン型、３・・・絶縁セグ
メント部、４・・絶縁リング部、５・・・スラリ、６・
ゴム型、７・・導電セグメント部。１図（ｂ）１・・・石膏型、２・・・ゼラチン型、４・・・絶縁リ
ング部、５・・・クラ１ハフ・・・導電セグメント部２図（ｂ）３・・・絶縁セグメント部６・・・ゴム型、

Claims

【特許請求の範囲】

１．材質が異なる少なくとも２つの部材が一体焼結され
て構成されたセラ複合体の製法において、前記部材の一方をセラミック粉末を分散媒に分散したス
ラリをスリップキャスティング法により成形し、前記も
う一方の部材をセラミック粉末を分散媒に分散したスラ
リをスリップキャスティング法で成形するか、または他
の成形法によって成形された部材を配置し、これらを焼
成することにより一体焼結品を得る工程を含むことを特
徴とするセラ複合体の製法。
２．スリップキャスティング法により成形する部材の成
形型が、スラリの分散媒を吸収する材料と、水の沸点未
満の温度で加熱または溶媒の添加により軟化または溶解
し得る材料により構成されていることを特徴とする請求
項１記載のセラ複合体の製法。
３．スリップキャスティング法により成形する部材の成
形型の一部が、ゼラチンまたは寒天を含む材料をゲル化
したもので構成されていることを特徴とする請求項１記
載のセラミック複合体の製法。
４．スリップキャスティング法により成形する部材の成
形型が、スラリの分散媒を吸収しない材料によって該成
形型の一部を構成していることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のセラ複合体の製法。
５．材質が異なる少なくとも２つの部材が一体焼結され
て構成されたセラ複合体の製法において、前記部材の一方が、酸化物、ホウ化物、ケイ化物または
酸窒化物の１種以上と金属ケイ素粉末とを含む無機絶縁
性材料と分散媒からなるスラリをスリップキャスティン
グ法により成形し、前記もう一方が酸化物、ホウ化物、
ケイ化物または酸窒化物の１種以上と金属ケイ素粉とを
含む無機導電性材料と分散媒からなるスラリをスリップ
キャスティング法で成形するか、または他の成形法によ
って整形された導電性部材を配置し、これらを焼成する
ことにより一体焼結品を得る工程を含むことを特徴とす
るセラミック複合体の製法。
６．回転電機の相数に対応した導電部のそれぞれが、断
面が絶縁材により放射相状に形成された絶縁セグメント
部とこれを支持する絶縁リング部とから構成された回転
電機用のセラミック複合体からなる集電環の製法におい
て、スラリの分散媒を吸収する材料と、水の沸点未満の温度
で加熱または溶媒の添加により軟化または溶融し得る材
料により構成されている成形型を用いて、前記絶縁セグ
メント部および絶縁リング部をセラミックスラリにより
スリップキャスティング法で一体成形し、次いで前記導
電部を成形し、これらを一体に焼成したことを特徴とす
るセラミック複合体からなる集電環の製法。
７．絶縁セグメントおよび絶縁リング部をスリップキャ
スティング法によりスラリを注入後、該成形型を減圧装
置内で減圧することを特徴とする請求項６に記載のセラ
ミック複合体からなる集電環の製法。
８．絶縁セグメントおよび絶縁リング部をスリップキャ
スティング法によりスラリを注入後、該成形型を補強し
加圧装置内で加圧することを特徴とする請求項６に記載
のセラミック複合体からなる集電環の製法。