JPS6020754A - 電気機器用のスリツプリング並びにその製法 - 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、電気機器用のスリップリング並びにその製法
に関するものである。

従来の技術 ′電気機器用のスリップリングは、半径方向・て配置さ
れていて点対称に方向付けられた、円筒形の回転体を形
成する金属製の複数のセグメント（銅債居板）から、戎
っており、これらのセグメントは互いｊに絶縁されてい
て、リングによって１とめられている。いわゆるプレス
リング式スリップリングではセグメン）　ｆｄ鳩尾状に
形成されていて、軸方向の押圧力を加えるプレスリング
によって雲切絶縁体を介在させてまとめられる。これＶ
Ｃ７Ｊ　して焼ばめリング式スリップリングの一ヒグノ
ントは、余積〜ｆ　１８ケツトに半径方１ｉｉｊの力を
加える焼げめリングによって徒とめられている。こび）
場合全４ｒｔ層ノ々ケント（ζすべでの場合において隣
接する金属部分に対して絶縁さ：／１．ねｐ士ならず、
このために主として雲似、及び雲（Ｅ〕製品（マイカ）
が使用される。

スリップリングはその稼路中に極めて高い機械的な応力
及び然応力にさらされる。従ってスリップリングに多く
の」易合いゎゆるアーチ型押工式スリンプリングとして
形成される。すなわち、極めて高いｌＰｒ１速度（超過
連層〕においても！！瀞ノ度したイ青１１宅４反が互い
に解離することはｔ午されず、隣接した積層４反に相反
する接線方向の圧力Ｉ・−で常に互いＶＣ接触していな
くてはならない。

ゆえにこの汎用のスリップリングの計算及び構成ＶＣは
かなりの綿密な注意と十分な経験が必要であり、スリッ
プリングの製作並びに全技術（熱処理、成形）は、極め
て高い要求がなされるいわば職人芸とも言えるものであ
る。このことはマイカ絶縁体の形状不安定性の傾向とも
関連している。雲ｍ、製品はその層面に対して垂直な方
向では１つたく引張り強さを有しておらず、層面に対し
て平行な方向でのみ極めて小さな剪断強さを有している
。従って雲母製品は層面に対して垂直な方向でのみ圧力
全負荷することが許される。丑だ不均一な加熱（電鉄主
電動機における停止状態からの始動つ又は機械的な過負
荷が生じると、個個の雲ｆｆｉ析片は相対的にずれる傾
向がある。個個の雲母板片の相対的なずれが生じると、
個個の積層級もそれに伴ってずれ、０・いては運転障害
が惹起されることもある。

上に述べたことかられかるように汎用のスリンプリング
は、機械的な形状不安定性及び幾何学的な変化の傾向が
ある極めて複雑な＋１′Ｇ造体てあり、その全製作技術
は多くの時間全必要としかつ複雑であり、しかも職人的
な高度な能力と結びついている。従って、構造を簡単化
しかつ製法を短縮する必要がある。

ｌｌ、５−に電子工学の分野でプリント製作の際に用い
られる金属積層技術に基づいて、セラミック材旧と金属
とをいわゆる共融法で直接結合することが公知である。

この場合、融点が純粋な金属の融点をほんの少しだけ下
回る金属／酸化全屈共融混合ｖ／Ｊ全形成することによ
って、半顕微鏡的原子範囲において働く結合機構が十分
に利用さｇる。金属とセラミックとの接触面において直
接しかもイ」加的な中間層なしに作用する結合機（黄に
よって、異なった２つの成分を堅くしっかりと結合させ
ることが可能である（例えばＪ、　Ｆ、　Ｔ３ｕｒｇｃ
ｓｓ、　Ｃ，Ａ、　Ｎｃｕｇｃｈａｕｅｒ共著「ガス３
メタル共融法による金属とセラミックとの直接結合Ｊ　
Ｊ、　ｌｉ”＋Ｉｃｃｌｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、　ｔ
’　１９７５年５月１１　２２１１１１　、第　５　号
　：　Ｊ、Ｆ、Ｂｕｒｇｅｓｓ　、０．　Ａ、Ｎｃｕ　
−ｇｅｂａ＋ｌｃｒ　、　Ｇ、　ト１Ｌａｎａｇａｎ　
、　Ｉｌ、、　Ｅ、　ＭｏｏｒＣ共著「金属とセラミッ
クとの直接結合及びその電子工学における応汀］　Ｊ　
０ｅｎｅｒａｌ　ＦＪｌｅｃｔｒｉｃ　Ｒｅｐｏｒｔ　
Ｎｏ。

７５（月ｔＤ１０５．　１９７５年５月；アメリカ合衆
国特許第３７６６６３４号明細書：同国特許第３９０５
５３号明細書参照）。

発明の目的 本発明の目的に、全体として可能な限り一体式の物体の
特性を有し、機械的な形状不安定性の傾向のない絶縁性
の中間層を有し、しかもその組立てが可能な限り簡単な
、電気機器用のスリップリングを提供すること並びに、
このようなスリップリングを製作するだめの、簡単な手
段で再現することができしかも職人的な能力全必要とし
ない方法を提供することである。

物の発明の構成 この目的を達成するだめに本発明の構成でに、ｉ［気機
器用のスリップリングに、点対称で同心的な焼結された
セラミック体と、各１つの中間室によって互いに隔てら
詐てセラミンク体の外周面に配置された半径方向に延び
る金属製の複数のセグメントとから成っていて、該セグ
メントが共融中間層を介してセラミック体と結合されて
いる。

製法の発明の構成 −また本発明によるスリップリングを製作する本発明の
方法では、。１ず初めに点対称のセラミック体全焼結し
、金属製の複数のセグメントの、少なくとも内側に位置
している狭幅側の表面を酸化さぜ、半径方向に作用する
押圧力塗加えながらセグメント全セラミック体の外周面
の捷わりに配設し、次いで全体を炉において、金属／酸
化金属共融混合物を生せしめるのに必要な温度に加熱し
、共融法の後でセラミック部分と金属部分とを結合させ
るための処理を施し、最後に室４１Ｍで冷却する。

実施例 次（／Ｃ図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図には滑らかなセラミック体を備えたスリップリン
グが縦断面図で示されている。図面では、滑らかな円筒
形の外周面を有する焼結された点対称のセラミック体（
八ｔ２０３）が符号１で、方形横断面と平らな内側面と
を有する金属製のセグメント（銅積層板〕が符号２で示
さ几ている。

セラミック体１とセグメント２との間の結合は共融中間
層３（Ｃｕ／Ｃｕ２Ｏ共融混合物）　ｖｃよって保証さ
れている。セラミック体１の内側面は種種異なった形状
で形成することができ、丑だ円筒形とは異なった形状を
有していてもよい。特に、機軸に固定するという構造上
の理由から段部、切欠き等が設けら汎ていてもよい。゛ 第２図ＶＣに第１図に示されたスリップリングが横断面
図で示されており、符号に第１図の符号と対応している
。第２図について例は加えると、共融中間層３の厚さは
その意味全強調するために著しく誇張して示されている
。共融中間／Ｃｈｉ　３の厚さは実際には約５〜５０μ
の範囲内である。

第３図ＶＣは外周面に溝を有するセラミツタ体ｉｉ備え
たスリップリングが横断面図で示さｉｔている。この場
合セラミック体１の軸線ＶＣ対して平行に該セラミック
体内を延びている溝が符号４で、溝と溝との間に延在し
ているウェブが符号５で示されている。セグメント２ニ
事実上遊びなしに溝５　ＶＣ埋め込まれている。その他
の７１号に第２図の符号と対応している。

第４４図にはセグメント２の種梗異なった形状が縦断面
図で示されている。セグメント２の端１／ｉＩ　ｔ３Ｂ
分はそれぞれ端部に向かって減少する半径方向高さを有
している。第４図のａとｂとＶＣはセグメント２の斜め
に面取りされた端部と丸く面取りされた端部とがそれぞ
れ符号６，７で示されているのに対して、第４図のｃＶ
Ｃ示された実施例ではセグメント２の端部は負荷軽減切
欠き８を有している。

第１実施例（第１図及び第２図〕 密なセラミンク体ｌは技術的に純粋な酸化アルミニウム
から焼結によって製作されている。

このセラミック体ｌに点対称であり、通常はぼ以下ＶＣ
記載の寸法及び特性を備えた中空円筒形状をイエしてい
る二 外径：　５６．工 内径：４７ｍｍ 半径方向の壁厚、４．５渭ｍ ｉｌ’ｉ１１方向長さ：　９５１℃ｍ 純Ｕ　：　９９．８１　Ａ＋２０６ 密度：　３．８６にり／ｄｉ 引張強さ：　２００ＭＰａ 曲げ強さ：　４００ＭＰａ セラミック体１ばまず初め以下の通り前処理される： 脱脂：フレオン２２．超音波、１０分 有機残留物の除去：濃硫酸、１５０℃、２０分金属残留
物の除去：王水、２０℃、２０分、蒸留水、２×超音波
、１０分 乾燥：炉において空気中で加熱２時間、１０００℃ＶＣ
２０分保ち、室温で冷却、４時間セグメント２に１７６
Ｘ７５Ｘ５ｍｍの中実の電気銅板から製作される。まず
初めこの銅板の片側ＶＣは幅０．６期、深さ３．５調、
中心間隔４．７５咽の平行な溝がフライス削りされ、次
いでこのフライス削りされた銅板は材料の応力除去及び
軟化を目的として２０分間８００℃の温度で保護ガス（
９０％Ａｒ／　１０％ＩＪ２〕中において焼な丑しされ
る。冷却された銅イ反はフライス削りされていない平ら
な側音被覆ラッカでコーティングされ１表面全酸化させ
るためＶＣ２０分間下記の成分のｆヒ学浴ＶＣ浸漬せし
められる：５　ｔｒ　Ｋ、Ｍｎ（）４ ２０ｆｒ　ＣｕＳＯ４ １ＯＯ（ｌ　ｍｌ　蒸留水 次いで銅板は２　Ｘ　Ｊ、　０分間蒸留水で洗浄されて
、外側の被覆ラッカがはがされる。その後で銅板は荷を
成形された側が内方に向くようにセラミック体１　ｖｃ
巻き付けられ、この結果外径６６ｍｍの完全な中空円筒
体が形成される。曲けられた銅体はこの位置で、引張り
応力をがけながら太さ０．２７のモリブデンワイヤを巻
き例けること（ｆ（よってセラミック体Ｉ　ＶＣ半径方
向で圧着せしめられて堅く保持される。

この方法の変化実施例では、工作物と工具との間の非所
望な冶金学上の結合を回避するためｆこ銅体は、ニッケ
ル超合金（例えばｌＮ１００）から成る保持装置によっ
てモリブデン薄板（厚さ約（Ｌ　（１５ｍｍ　）　’ｌ
：介してセラミック体ＩＶＣＩＩＥ着せしめら汎る。

次いで全体はゆっくりと管状炉に押し込丑れ、工作物に
３０分たつうちＶＣ１０７２℃（許容誤差±２℃）の温
度に達する。これによって、銅体とセラミック体１との
間のあらかじめ酸化さぜられた接触面には共融中間層３
　（Ｃｕ／Ｃｕ２Ｏ共融混合物〕が形成される。この共
融中間層３の融点［１０５５℃であり、これに対して純
粋な銅の融点は１．０８３℃である。形成される液状の
共融化はセラミック体１及び銅体ヲ橙めて良好にぬらし
、この際にセラミック体Ｊの細孔に侵入する。工作物と
緊張装置とげ２５分間１０７２℃の温度に放置され、次
いでさらに３０分間室６ｍで冷却される。この時に、液
状であった共融化は凝固し、銅体とセラミツタ体１との
間の堅い結合部（共融中間層３）全形成する。共融結合
過程の全熱処理に保護ガス（５ｐｐｍ未満のｆ−Ｉ２０
及び０２を含有する高純度の窒素〕中で行なわれる。

冷却後に工作物に保持体から離され、中空円筒形の銅体
は溝が貫通する１て旋削されて外径は６３　ｍｍ　ＶＣ
減じられる。この方法段階によって形成されたセグメン
ト２はもはや互いに結合していない。

第２実施例（第３図〕 外周部ＶＣ溝４とウェブ５と全備えたセラミック体ｌは
押出しプレスと焼結によって酸化アルミニウムから製作
される。その特性は第１実施例の場合の特性に相当して
おり、その寸法は以下の通りである： 外径：　１ｏ３咽 内径：　７５調 溝の接線方向幅：’　４．２ｒｒａｎ 溝の半径方向深さ：１．ｏ謳 ウェブの接線方向幅：　１．２ｍｍ ＋１り１１方向長さ：　ｌ　４０覇 溝の数＝６０ このセラミック体ｌも第１実施例のように前処理される
。

？［を気録から成るセグメント２に方形横断面を有し、
その寸法は以下の通りである二 接線方向幅：４．２ｗｌ１ 半径方向高さ：　６　ｒｔｒｘ 軸方向長さ＝　１０５岨 セグメント２は第１実施例において記載したように化学
浴において表面を酸ｆヒさせられる。

次いでセグメント２は耐熱性の緊張装置を介して半径方
向でセラミンク体ｌの溝４に押し込まれて堅く保持され
る。共融中間層３’を形成するだめの熱処理は第１実施
例とまったく同じに行なわれる。この際（て形成される
共融中間層３はセグメント２ｋＵ字形に取り囲んで流れ
、凝固した後でセグメント２を溝４全体に沿ってすべて
の側でセラミック体ｌと結合させる。この方法は特に、
大型のスリップリング全製作するために用いられる。

本発明にもちろん上記２つの実施例に制限されるもので
にない。例えば、結合すべき工作物部分を加熱するだめ
の温度ばＯｕ　／　Ｃｕ　２０共融混合物の場合１０７
５±７℃でもよい。またセグメント２の端（９１５の半
径方向高さが減じられていると、残留応力を除去しかつ
不安定箇所における応力集中全回避することができる。

このこと全目的としてセグメント２ぼ斜めに面取りされ
た端部６（第４図のａ参照）、丸く面取りされた端Ｈｑ
（ｓ　７　（第４図のｂ参照〕又は負荷軽減切欠き８全
備えた端部（第４図のＣ参照〕を有している。セラミッ
ク体１全酸化ジルコニウムから又は酸化ジルコニウムを
添加された酸ｆヒアルミニラムから製作することも可能
である。寸だセグメント２全銅又１−ｊ：銅合金とは別
の材料から製作することもｉｊ「能であり、単に、セラ
ミック体ｊと結合される面′Ｊｆ：銅めっきするだけで
もよい。

さらＶＣ寸たＣｕ１０ｕ２０とは異なった共融混合物を
結合のために用いることも可能である。

通常でにセラミック体ｌと結合されるセグメント面だけ
が共融結合の前に酸化されればよいが、もちろんこの場
合すべてのセグメント面が酸化されてもよく、場合によ
ってはその方が簡ηうである。

物の発明の効果 本発明によるスリップリングの利点としては次のことが
挙げられる。

イ、スリップリングの単純かつ一体式の構造が得られる
。

口、短絡及びアース接続を惹起する傾向がある構成要素
を省くことができる。

ハ９個個のセグメントが熱による過負荷に対する高い負
荷耐性及び湯度交番耐性を有していて、互いにずれるこ
とがない。

二、稼動中におけるオーバホール及び修理作業が簡単か
つ容易である。

ホ、セグメント間の、雲母製品によって満たされた中間
室（苛）を稼動中に時間をかけて周期的にフライス削り
する必要がない。

製法の発明の効果 本発明によるスリンプリングの製法の利点としては次の
ことが挙げられる。

イ、製作技術全簡単化しかつ製作時間を短縮することが
でき、％に「成形」（熱処理）を省くことができる。

口、製作に際して熟練した技術がほとんど不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は平らなセラミック体を有するスリップリングの
縦断面図、第２図に第１図に示さ扛たスリップリングの
横断面図、第３図は溝全備えたセラミック体を有するス
リップリングの横断面図、第４図は３つの異なったセグ
メント形状を示す縦断面図である。 ｌ・・・セラミック体、２・・・セグメント、３・・・
共１・、４す！中間層、４・・溝、５・・・ウェブ、６
，７・・端ＦＩＩＳ、８・負荷軽減切欠き ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電気’ｔｌｉＡ　４？＝用のスリップリングであっ
   て、点対称で同心的な焼結されたセラミック体（１）と
   、各１つの中間室によって互いに隔てられてセラぼンク
   体（１）の外周面に配置された半径方向に延びる金属製
   の複数のセグメント（２）とから吸っていて、該セグメ
   ントが共融中間層（３）を介してセラミック体（Ｊ、　
   ）と結合されていることを特徴とする、電気醗イｓ用の
   スリップリング。 ２　セラミック体（］、　）が密に焼結された酸ｆヒア
   ルミニラム又は酸ｆヒジルコニウムを添加されだ酸（ヒ
   アルミニラム又は酸ｆヒジルコニウムがら＋　＜７　ｒ
   Ａ製のセグメント（２）が銅又は銅合金から、かつ共融
   中間層（３）が銅／峻比銅共融混合物から成っている特
   許請求の範囲第１項４己載のスリンプリング。 ３　セラミック体（１）が滑しかな円筒形外周面を有し
   ており、セグメント（２）が内側に接線方向に延びる平
   らな制限面を有している特許請求の範囲第１項記載のス
   リップリング。 ４　セラミック体（Ｊ、　）の外周面に溝（４）とウェ
   ブ（５）が設けられていゐ特許請求の範囲第１項記載の
   スリップリング。 ５　金属製のセグメント（２）の端面が、端部に向かっ
   て減じる半径方向高さを有しているか又は丸く面取りさ
   れた負荷軽減切欠きを有している特許請求の範囲第１項
   記載のスリップリング。 ６　点対称で同心的なセラミック体と、各１つの中間室
   によって互いに隔てら汎てセラミック体の外周面に配置
   され／こ半径方向に延びる金篤製の複数のセグメントと
   から成っていて、該セグメントがセラミンク体と共融中
   間層を介して結合されている、電気機器用のスリップリ
   ングの製法であって、まず初めに点対称のセラミック体
   （ｉ）ｋ焼結し、金属製の複数のセグメンｌ−（２）の
   、少なくとも内側に位置している狭幅側の表面全酸ｆヒ
   させ、半径方向ＶＣ作用する押圧力を加えながらセグメ
   ント（２）全セラミック体（１）の外周面の丑わりに配
   設し、次いで全体を炉において、金属／酸ｒに金属共１
   １９１石合物全生せしめゐのに必要な１ｍ１及に加熱し
   、共融法の後でセラミック部分と金属部分と全結合させ
   るだめの処理を施し、最後ＶＣ室温で冷却することを特
   徴とする、スリップリングの製法。 ７　酸化アルミニウムを密に焼結させてセラミンク体（
   １）全形成し、該セラミック体を、共融中間Ｅｌ　（３
   ）　ｋ形成しながら銅製のセグメント（２）と結きし、
   この鴨合全体全１　（１７２±７℃の偏度にもたらし、
   次いで室心て冷却する喝爺′１請求の範囲第６項記載の
   製法。 ８　セグメンｌ−（２）間々接線方向間隔に相当する幅
   をイアする互いに平行な複数の方形の縦溝を片１則に備
   えだ銅板を、縦溝がセラミック体（，１）の’ＩＫ　＋
   １Ｑｆ＋線に対して平行にかつ内側（で位置するよう′
   にしかも外側が滑らかな円筒体を形成するように、セラ
   ミンク体（１）０寸わりに巻き付け、全体を、半径方向
   の押圧力を加える装置内に緊締して、共融導度ＶＣ寸で
   加熱し、再び室需１で冷却し、次いで外１１１１１ＶＣ
   位置している円筒形の銅外周面を縦溝が貫通する丑で旋
   削する特許請求の範囲第６項記載の製法。