JPH02269436A - 回転電機 - Google Patents

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、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ックスとしては。

耐熱性に優れたＳｉＣや５ｉｓＮａ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２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ックスが普及
しづらい理由の一つとなっている。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５ｉａＮａ結合材があるが、特開昭５８−８８１
６９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や導電材として有用な導電
性セラミックスに対する開発要望が強い。

電気抵抗率の小さいセラミックスが得られれば、現流製
品の性能改善やセラミッ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ックスは、例えば、特開昭５
７−４１７９６号に開示されているように、ＳｉＣや５
ｉａＮａに導電性化合物を混合し、ホットプレス焼結に
より上記問題を解決している。

しかし、ホットプレス法は、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
、Ｓ　ｉ　ＪＩＮ４に導電性化合物を混合し、ホットプ
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
性セラミックスを得ているが、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
窒化物からなる焼結体が開示され、室温比抵抗が１０″
″４ΩＧ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ったものが形
成され１表面と内部とで特性の異ったものが得られ、均
一な材質のものが得られない。

したがって、これまでに寸法精製に優れかつ電気抵抗率
が低抵抗まで制御できるセラミッ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１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
材料や機能材料とし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〕

本発明は、焼結中に成形体中の金属粉末から生成する導
電性窒化物により粒子相互間を結合するとともに粒子間
の空隙を減少させることにより、焼結時の寸法変化率を
小さくし、金属粉末から生成する窒化物の反応焼結体か
ら″なる集電体を有する回転電機にある。

本発明において、金属粉末は周期表■族から■族に属す
るもので、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。

Ｃｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ。

Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ。

Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｎｉの少なくとも一種からな
る。たとえば、Ｔｉの窒化物は電気抵抗が約５×１０″
″ｆｉＱ■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粒粉末少なくとも１種を混合すると、Ｓｉ及びＡｌ
の窒化物は約１０１８Ω】オーダと大きいので、このよ
うに金属粉末の種類によって窒化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、金属粉末と無機化合物を混合することによって
も、抵抗率の制御が可能である。

反応生成物である金属窒化物は３０μｍ以下の微粒子及
びウィスカである。この生成物は他の非反応生成物に対
してネット状に生成され、非反応生成物を組合する。

本発明において、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７ｖｏ１２％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には１
００μｍ以下が好ましい、また、無機化合物にウィスカ
や長繊維を使用しても良い。ウィスカは、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６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っては金属粉末同
志が反応する場合があるが特性上問題はない。例えば、
ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌａ、ＴｉＳｉ。

Ｚ　ｒＡｌなどが一部生成する場合がある。

本発明では、さらに気孔率を小さくするために、上記で
得られた焼結体をホッ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などにより可能である。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
くい。

成形体は、窒素及び／又はアルミ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で長時間加熱
した後それより高い温度６ｏＯ〜１３５０℃、特に１１
００〜１３５０℃で加熱するのが好ましい、ＣＯガスは
実質的に含まない。

本発明において、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、成形体の粒子体詰充填率を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成っているため、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
ともなって成形体に歪、クラッ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。たとえば、金属Ｔｉ粉末の本発明の焼結法によるＴ
ｉＮ焼結体の有機バインダの添加量と焼結体の曲げ強さ
の関係から分るように有機バインダ添加量により焼結体
の強度が変わる。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ても少なすぎても
成形体の粒子体積充填率が向上せず、最適添加量を一増
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。

本発明において、複合セラミックス焼結体の気孔中に樹
脂、油２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ックスは、電気抵抗率を小さくす
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
焼結すると酸化物相が生成し、電気抵抗率の制御が困難
になるからである。

〔作用〕

本発明によれば、各種金属粉末から生成した窒化物で反
応焼結させることにより、焼結時寸法変化率が小さく、
電気抵抗率が導電から絶縁まで任意に制御可能な均一な
セラミックスが得られる。

本発明は、前述の金属粉末に、熱可塑性樹脂から成るバ
インダを添加し加熱混練後、温間加圧成形により粉末粒
子体積充填率が６０ｖｏ　Ｑ％以上の成形体を形成し、
該成形体中のバインダを加熱除去した後、ＣＯガスを含
まない窒化性ガス雰囲気中で加熱焼結することにより、
前記金属粉末から生成した導電性窒化物の粒子及びウィ
スカにより無機化合物の粒子間を連結することを特徴と
する。

前記バインダ量は、 Ｂ＝〔（７Ｓ／２０，０００）＋３〕±２．５で表わさ
れる量を添加し加熱混練後、温間加圧成形により粉末粒
子体積充填率が７０ｖＯＱ％以上の成形体を形成するこ
とが好ましい。

前述の混合粉末と熱可塑性樹脂から成るバインダを含み
、該組成物の１５０℃の見掛は粘度が（３〜９０）Ｘ１
０’Ｎ−ｓ／ｒｒｆであること、前述の混合粉末と熱可
塑性樹脂から成るバインダを含み、該バインダ量が前述
の条件とする。

上記金属粉末の粒径は１０μｍ以下、好ましくは１μｍ
以下が、また、無機化合物の粉末の粒径は１００μｍ以
下、好ましくは２０μｍ以下が望ましい、これらは市販
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よい。

前記無機化合物粉末は、その一部をウィスカに換えても
よい。この場合ウィスカの配合量は、焼結体組成中５５
０ｖｏｌ％以下が望ましい。これより多くなると、原料
の均一なブレンドができない場合がある。また、添加す
るウィスカとしては、平均アスペクト比２００以下、平
均長さ２００μｍ以下が好ましい。

バインダにはセラミックス焼結のための予備成形体の作
成に用いられている熱可塑性樹脂を用いることができる
。例えば、ポリビニルブチラール。

ポリエチレン、ポリシリコーン、合成ワックスなどがあ
る。

本発明は、これらバインダが重要な役目を有し、成形体
の粉末粒子充填率を６０ｖｏｆｉ％以下とするのに、こ
のバインダの添加量が大きな作用を及ぼす。

本発明者らはこの点についても種々検討を重ね、原料粉
末の比表面積と該原料粉末１００重量部当たりのバイン
ダ添加量との間に極めて深い相関関係があることを導き
出し１本発明に到った。

先ず、原料粉末の比表面積５（ａＪ／ｇ）は次式によっ
て求めることができる。

Ｓ＝ ρ　・　ｄ 但し、ρは密度、ｄは平均粒径（μｍ）である。

そして、上記比表面積Ｓと、成形体の粉末粒子充填率を
６０ｖｏ　０％以上とするバインダ量Ｂ（原料粉末組成
物１００重量部に対する重量部）との関係は前述の式で
示される。

上記の式で与えられる範囲内′のバインダ量を添加する
ことによって、成形体の粉末粒子充填率を７０ｖｏｌ％
以上にすることができ、曲げ強さ約３００ＭＮ／ｒｒｃ
以上の焼結体を提供することができる。

上記バインダ量を配合した原料組成物は、後述するよう
に、その見掛は粘度が（３〜９０）×１０’Ｎ−ｓ／ｍ
　の範囲内となり、この粘度範囲を選択することによっ
て、成形時の流動性が予測でき、かつ、充填率６０ｖｏ
１２％以上の成形体を得ること力１できるので、ニアネ
ットシエイプに適した組成物を提供することができる。

特に、７０ｖｏｌ％以上とすることにより強度の高いも
のが得られる。特に、実用的には８５ｖｏｌ％以下が好
ましく、ニアネットシエイプ成形が得られる６とくに原
料組成物の流動性の点からは、金属粉末として粒径１μ
ｍ以下のものを用い、バインダには、ポリエチレン１５
〜６０重量％、ワックス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
のがよい。

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１００１００Ｏ／−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
、これによって容易に焼結することができる。なお、必
要に応じてホットプレスしてもよい。

焼結体は、その気孔率を３０％以下とするのが好ましい
、気孔率が３０％を超えると強度が小さくなる。気孔率
が３０％以下と′するには、前記成形体の粒子体積充填
率を６０ｖｏｌ％以上にすることによって達成すること
ができる。

また、焼結体中には、焼結過程で窒化物のウィスカが生
成するが、該ウィスカは反応生成相に対して１〜７０ｖ
ｏｌ％、特に１０〜３０ｖｏｌ％含まれていることが好
ましい。

本発明のセラミックスが、焼結時の寸法変化率（約０．
１５％以下）が小さいものが得られる理由は、次のこと
が考えられる。

まず、第一の焼結時の寸法変化率は、窒化性雰囲気中で
焼結することにより生成される窒化物ウィスカが大きく
寄与している。このウィスカは生成される窒化物中１〜
３０体積％とすることが好ましい。

金属粉末と無機化合物の混合物に熱可塑性樹脂を９重量
部添加して加熱混練し、温間加熱成形後、脱バインダし
て窒素ガス中で焼結した時の原料配合比〔金属／（金属
＋無機化合物）〕と、焼結時の寸法変化率及び曲げ強さ
の関係を示すが、金属量の増加に従い生成窒化物のウィ
スカが増加し、強度は増す。但し、焼結時の寸法変化率
は大きくなるが、実用上問題となるほどではない。

これは、焼結時に生成するウィスカが焼結体の粒子間を
密に連結するためと考える。特に４５ｖｏｌ％以上にな
ると曲げ強さ３００ＭＮ／ｎｆ以上の焼結体が得られる
のは、こうした連結鎖が多くなるためと考える。

バインダ樹脂量が曲げ強さに大きく影響する。

これは成形体の体積充填率が影響している。

原料粉体自体は脆性の固体微粉末粒子であり、そのまま
加圧したのでは充填が困難である。そのため、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。バインダ添加量により焼結体の強度が変
わるが、これは成形体の粒子体積充填率（密度）に関係
することは前に述べた。バインダ量を増していくと、混
合物の加温下の流動性は良好となり、加圧成形が容易に
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、原料粉が理想的な密充填にあるときの空孔の割合
以上にバインダを′添加すると、原料粉がバインダ中に
孤立したような状態となり流動性は良くなるが、成形体
中の固形分率が低下し、その結果成形体の粒子体積充填
率が低下し、焼結体の気孔率が大きくなって、焼結体強
度の低下につながる。

既述のように、窒化性雰囲気中で加熱焼結されることに
より、金属粉末から生成するウィスカが粒子相互間を連
結すると共に粒子間空隙を埋め、焼結体中に３次元的に
成長するため、高靭性のセラミックスが得られる。

〔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ックスを用いて
、集電特性を検討した。

平均粒径１μｍの金属Ｓｉ粉末に成形用バインダとして
ポリエチレン系ワックス、合成ワックス。

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１
００１００Ｏ／４、温度１６０℃で直径５０　ｍ　、厚
さ２０ｎ＊のものに成形した。得られた成形体の粒子体
積充填率は６０ｖＯΩ％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″Ｃ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段階に分は各段階毎にほぼ等
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０．８　μｍ　の５ｉａＮ４粉
末４０ｖｏ１２％とＴｉＮ粉末５５ｖＯΩ％、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１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？ＯＡ／ｄで
ある。

第１表 実施例２ 平均粒径０．９μｍの金属Ｓｉ粉末を５０ｗｔ％、平均
粒径１μｍのＡｌ２ｚＯａ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、冷却後混線
物を１０Ｍｅｓｈ以下に粉砕したのち、絶縁体セラミッ
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１
６０’Ｃで４時間加熱混棟した。そして、冷却後混線物
を１０Ｍｅｓｈ以下に粉砕したのち、導電体セラミック
スＢの原料とした。

次に、金属にセラミックス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６反応焼結条件は実施例１とほぼ同じである０次い
で、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、クラックの発生
もなかった。

セラミックスＡの抵抗率は約１０１４Ωｌ、セラミック
スＢの抵抗率は７　Ｘ　１０−’Ω印であった。導電体
と絶縁体は反応生成物である５ｉｓＮａｒＴｉＮ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、電気抵抗率の異なるセラミックスを
層状に一体成形、一体焼結可能である。

実施例３ 実施例２のセラミックス（Ａ）及び（Ｂ）を用い、同様
にして第３図に示す形状のコミデータを製造した。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、また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図に示す自動車用スタータのアーマチャ部を次の様
にして製作し、自動車に組込みテストを行った１図中、
３はアーマチャ部、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はブラケット、９は
マグネチックスイッチ、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１μｍのＡｌｚＯｓ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、絶縁体セラミックス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１０Ｍ５ｓｈ以下に粉砕したのち
、導電体セラミックスＢの原料とした。

次に、金型にセラミックスＡ及びＢの原料を順に充填し
、第５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、クラックの発生もなかった。

セラミックスＡの抵抗率は約１０１４オーム■、セラミ
ックスＢの抵抗率は４Ｘ１０”オームロであった。導電
体と絶縁体は反応生成物である５ｉａＮ＋、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ックスで被覆
したセラミッ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
っ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。以上のセラミックス化に
よって、３００℃以上、４０Ａ／ｄ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った。

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
ップリングを第６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った。図中、１４はプー
リー　１５はファン、１６はフロントブラケット、１７
はステータ、１８はロータ、１９はブラシ、２ｏはスリ
ップリング。

２１はシリコンダイオード、２２はリアブラケットであ
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／ｃｄ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−が得られる
。

第７図（ａ）がスリップリング、第７図（ｂ）がブラシ
である。

第　　２　　表 実施例６ 実施例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
って互いに結合しており、５ｉａＮ４粉末とＴｉＮ粉末
に焼結助剤ＹｚＯａを添加したものが粒界にＹ　ｚ　Ｏ
ａ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、ニアネットシエ
イプ性が良好で、電気抵抗率の小さいセラミックスが得
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っているこ
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。切断面を変えて表面
からの抵抗率を測定したが、内外とも同等の抵抗率であ
った。

本発明の焼結体は約２体積％のウィ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。

第 表 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９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１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３００　Ｍ　Ｐ　ａ以上と高く
、金属粉末の種類、配合によって電気抵抗率を１０４〜
１０−”Ωｌ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％のウィスカが形成され更
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Ｊ（Ｓｉ粉末の配合比を変えて、
成形２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５ｉ３Ｎａの２相混合体で約２体積％
のウィ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１０’〜１ｏ−３Ω■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　３００　
Ｍ　Ｐ　ａ以上あることが判る。

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粒粉末配合比を変えて、成
形９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ィスカ
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１０６〜１０−６Ω０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２５０
ＭＰａ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図に気孔質と曲
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２５０　
Ｍ　Ｐ　ａ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２５０　Ｍ　Ｐ
　ａ未満の急激に強度が低下することが判る。

第 表 実施例３６〜４゜ 実施例１で得られた焼結体を窒素中、２０気圧から３５
０００気圧、１５００℃から２２００℃で１５０分熱間
加圧焼結を行なった。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。

加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３Ｘ１０’″３Ω
国と非常に低い抵抗率のものが得られ、曲げ強さも約５
００〜６５０　Ｍ　Ｐ　ａであった。

第 表 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
２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指温合体であった。

第１３図に電気抵抗率と原料配合比の実験結果を示す。

これより抵抗率は配合化により１０″″２〜１０−８Ω
ｌ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２
反応焼結を行ない焼結体を得た。

得られた焼結体は１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った。

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２００　Ｍ　Ｐ　ａ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。

第７表 〔発明の効果〕 本発明によれば、焼結時の寸法変化率が２％以下と小さ
く、電気抵抗率が導電から絶縁まで任意に制御可能なセ
ラミックスが容易に得られる。また本発明によれば、焼
結による寸法変化率が小さく、導電性化合物、絶縁性化
合物の配合量を調整することにより１０１４〜１０″″
５オーム国の範囲で任意の抵抗率をもつ集電体が容易に
得られる。これにより、焼結後の加工コストがほとんど
必要としないので、モータ用ブラシ、コンミテータ、集
電材まど、航空、宇宙関係７鉄鋼、海洋開発などの分野
へのセラミックスの利用範囲を拡大する。

【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図はコミデ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）はスリップリングの断面図、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
チャア、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
ット、９・・・マグネツクスイッチ、１０・・・永久磁
石、１１・・・コイル導体、１２・・・ブラシ、１３・
・・整流子。 （α） （ｂ） 八 （α） 帛３図 （ｂ） 帛６図 第８図 會鳳Ｔｉ粉７１−配合比、　（Ｔｉ　／Ｔｉ　士Ｓ　ｉ
バＷｔｙ、）地９図 ’を風Ｔ＊＃ｔＦ合ｋｔ、（Ｔｒ／Ｔｉ＋Ｓｒ　Ｊ（Ｗ
ｔ　’／、〕来１０図 １０図１紛十配合比（Ｔｉ／７Ｈ＋Ａ辺）　（Ｗｔ刈嶌 因 令朧′″’ｒｒ粉末配合比ＬＴｒ／Ｔ＊＋Ａｅ）　（Ｗ
ｔ　Ｚ）七に写し牢（刈 塔１３０

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，
   Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ
   ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉの
   少なくとも一種の金属粒子から生成された導電性窒化物
   の反応焼結体からなる集電体を備えたことを特徴とする
   回転電機。
2. ２．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，
   Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ
   ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉの
   少なくとも一種の金属粒子から生成された導電性窒化物
   とＳｉ及びＡｌ粒子生成された窒化ケイ素及び窒化アル
   ミニウムの少なくとも１種との反応焼結体からなり、窒
   化ケイ素及び窒化アルミニウムの少なくとも１種が９０
   ｖｏｌ％以下である集電体を備えたことを特徴とする回
   転電機。
3. ３．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，
   Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ
   ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉの
   少なくとも一種の金属粒子から生成された導電性窒化物
   の反応焼結体からなり、該反応焼結体は炭化物，窒化物
   ，酸窒化物，酸化物，ケイ化物，ホウ化物のうち少なく
   とも一種からなる無機化合物を含む集電体を有すること
   を特徴とする回転電機。
4. ４．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，
   Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ
   ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉの
   少なくとも一種の金属粉末から生成された導電性窒化物
   とＳｉ及びＡｌ粉末から生成された窒化ケイ素及び窒化
   アルミニウムの少なくとも１種との反応焼結体からなり
   、該反応焼結体は炭化物，窒化物，酸窒化物，酸化物，
   ケイ化物，ホウ化物のうち少なくとも一種からなる無機
   化合物を含む集電体を有することを特徴とする回転電機
   。
5. ５．金属粉末から生成された導電性窒化物の反応焼結体
   からなり、該焼結体の室温の電気抵抗率が５×１０＾−
   ＾５Ωｃｍ以下である集電体を有することを特徴とする
   回転電機。
6. ６．金属粉末から生成された導電性窒化物の反応焼結体
   からなり、該反応焼結体は前記金属粉末から生成したセ
   ラミックスのウイスカーを含み、該焼結体の室温の比抵
   抗が５×１０＾−＾５Ωｃｍ以下である集電体を有する
   ことを特徴とする回転電機。
7. ７．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，
   Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ
   ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉの
   少なくとも一種の金属粉末を含む成形体をＣＯガスを含
   まない窒化性ガス雰囲気中で加熱して、前記金属粉末か
   ら生成した導電性窒化物の反応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法。
8. ８．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，
   Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ
   ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉの
   少なくとも一種の金属粉末とＳｉ粉末及びＡｌ粉末の少
   なくとも１種とを含む成形体をＣＯガスを含まない窒化
   性ガス雰囲気中で加熱して、前記金属粉末から生成した
   導電性窒化物と、Ｓｉ粉末及びＡｌ粉末から生成した窒
   化ケイ素及び窒化アルミニウムの少なくとも１種との反
   応焼結体からなる集電体を製造することを特徴とする回
   転電機の製造法。
9. ９．炭化物，窒化物，酸化物，ホウ化物，ケイ化物及び
   酸窒化物の少なくとも一種とＳｉ粉末及びＡｌ粉末の少
   なくとも１種及び成形バインダとを混合してなるセラミ
   ックス成形体と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
   Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ
   ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，
   Ｔｈ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ａｌの少なくとも一種の金属粉末及
   びバインダを混合してなるセラミックス成形体とを交互
   に層状に一体成形し、該成形体を加熱して成形バインダ
   を除去した後、ＣＯガスを含まない窒化性ガス雰囲気中
   で加熱して、前記金属粉末から生成した導電性窒化物の
   反応焼結体と前記Ｓｉ及びＡｌ粉末生成された窒化ケイ
   素及び窒化アルミニウムの少なくとも１種の反応焼結体
   とを交互に配置した集電体を得ることを特徴とする回転
   電機の製造法。
10. １０．炭化物，窒化物，酸化物，ホウ化物，ケイ化物及
    び酸窒化物の少なくとも一種、金属Ｓｉ粉末及びＡｌ粉
    末の少なくとも１種及び成形バインダを混合してなるセ
    ラミックス成形体と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
    ｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，
    Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌ
    ｕ，Ｔｈ，Ｎｉの少なくとも一種の金属粉末と酸化物，
    窒化物，炭化物，ホウ化物，ケイ化物及び酸窒化物の少
    なくとも一種からなる無機化合物及び成形バインダを混
    合してなるセラミックス成形体とを交互に層状に一体形
    成し、該成形体を加熱して成形バインダを除去し、次い
    でＣＯガスを含まない窒化性ガス雰囲気中で一体加熱し
    て、金属粉末から生成した導電性窒化物の反応焼結体を
    含む焼結体と前記Ｓｉ粉末及びＡｌ粉末から生成された
    窒化ケイ素及び窒化アルミニウムの少なくとも１種の反
    応焼結体とを交互に配置した集電体を得ることを特徴と
    する回転電機の製造法。
11. １１．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ
    ，Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
    ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉ
    の少なくとも一種の金属粉末に、熱可塑性樹脂から成る
    バインダを添加し加熱混練後、温間加圧成形により粉末
    粒子体積充填率が６０ｖｏｌ％以上の成形体を形成し、
    該成形体中のバインダを加熱除去した後、ＣＯガスを含
    まない窒化性ガス雰囲気中で加熱焼結することにより、
    前記金属粉末から生成した導電性窒化物の粒子及びウイ
    スカを有する反応焼結体からなる集電体を得ることを特
    徴とする回転電機の製造法。
12. １２．Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｅ，Ｃｏ
    ，Ｍｎ，Ｈｆ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
    ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｔｈ，Ｎｉ
    の少なくとも一種の金属粉末に、熱可塑性樹脂から成る
    バインダをＢ＝〔（７Ｓ／２０，０００）＋３〕±２．
    ５但し、Ｂは原料粉末組成物１００重量部に対するバイ
    ンダの添加量（重量部）、Ｓは原料粉末の比表面積（ｃ
    ｍ＾２／ｇ）を示す。 で表わされる量を添加し加熱混練後、温間加圧成形によ
    り粉末粒子体積充填率が６０ｖｏｌ％以上の成形体を形
    成し、該成形体中のバインダを加熱除去した後、ＣＯガ
    スを含まない窒化性ガス雰囲気中で加熱焼結することに
    より、前記金属粉末から生成した導電性窒化物の粒子及
    びウイスカの反応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法。