Method of manufacturing a sliding current collector

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野） 本発明は摺動集電体の改良に係り、特に回転電機のスリップリングや整流子又はパンダグラフなどに採用される摺動集電体の改良に関するものである。

〔発明の背景〕

一般に摺動集電体には電車用パンタグラフの集電子及び回転電機のスリップリングや整流子、さらに整流子やスリップリングに摺動させるブラシ等がある。 以下、従来の摺動集電体を第１図〜第７図に基づき説明する。

第１図は電車等の架線から電力を給電する場合を示し、
架線１に導電部２が摺動し、導電部２は絶縁部４を介して支持金具５に支持され、導電部２に導かれた電流はリード線３を介して回転電機等に供給される。 第２図及び第３図は回転電機の集電に適用されるスリップリングの構成を示し、シャフト６にスリップリングを挿入しているがスリップリング８は銅、真中、砲金もしくはＳＵＳ
等からなり、絶縁部９の外周に挿着し、絶縁部９は金属円筒１０を介してシャフト６の外周に装着され、シャフト側とスリップリング９間を電気的に絶縁し、ブラシ７
を介した電流はスリップリング８からリード線３を介して巻線等に流れる。 第１図、第３図とも導電部と絶縁部をそれぞれ製作し、両者を組立て、スリップリングとしており、部品点数が多く、工数がかかる欠点があった。
さらに、集電体は被集電体との摺動及び通電によって摩擦やアークが生じて集電体が高温になると、摩擦現象が加速度的に大きくなる問題があった。

第４図はさらに構造が複雑となる整流子の構成を示す。
Ｖボックス１２の外周にマイカ等の絶縁部９を介して整流子片１１を円周に沿って並べ、かつ、整流子片間も段間マイカ等（図示せず）で絶縁部を設けて電気的に絶縁し、Ｖリング１３を締めつけて整流子を製作している。
整流子の外周にはブラシ７がブラシ保持器７ｃで支持されて整流子に摺動して電力の授受を行う。 第５図はモールド整流子の場合で、整流子片１１を所定の間隔で円筒状に並べた状態でモールド成形して、絶縁部９を構成した後に、第４，５図と同様であるが電機子鉄心スロット１４に入る電機子巻線１５に接続して、巻線に電力を供給する。 第６図は第５図のＢ−Ｂ′断面を示しているが、導電部である整流子片１１と絶縁部であるモールド部９で構成されており、モールド部９とシャフト６の間には金属円筒が挿入されている。 また、第７図は平板整流子の場合を示し、扇形の整流子片を円形状に配置してモールド材９で固着し、金属円筒１０を介してシャフトに挿着する。 この様に整流子の場合も導電部である整流子片（一般に銅材）と絶縁部であるマイカ成形品やモールド材およびこれを支持する金属円筒等をそれぞれ製作して組立てる工程がとられる。 特に整流子片は遠心力で飛び出さないように高い製作精度が要求される。 このように従来の摺動集電体は部品点数が多く、かつ、それぞれの部品を製作して組立てるために多くの工数が必要とする欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は電流を通電する集電子およびスリップリングや整流子をセラミックスで構成し、特に導電部と絶縁部を一体焼結することにより部品点数を少なくすると共に、耐熱性に優れるようになしたこの種摺動集電体の製造方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

すなわち本発明は、支持部材上に乗置固定された導電部と、該導電部と前記支持部材間に介在された絶縁部とから構成される摺動集電体の製造方法において、前記導電部及び前記絶縁部は、夫々導電性セラミックス及び絶縁性セラミックスの原料粉を材料として、前記各部単体を所定形状に成形し、予備加熱で夫々を固形化し、該固形化した両者を一体に組立て、前記両者を加圧状態で銅の融点より高い温度で加熱して一体焼結して前記摺動集電体を成形する製造過程を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第８〜１５図で説明する。

第８図は本発明の集電子の構成で架線１からの電流を導電部２ａと絶縁部２ｂの一体焼結したセラミックスの導電部２ａに導き、導電部に固着したリード線３から回転電機等へ給電する構成を示す。 第９図は本発明のスリップリングで導電部８ａと絶縁部８ｂを一体焼結した構成とし、導電部８ａ間の間隙８ｃは一体焼結後、機械加工で溝を設けても良い。

このような導電部と絶縁部を一体化を図るには導電性を有するセラミックスとなるための原料粉と絶縁性を有するセラミックスとなるための原料粉を準備し、予め導電部と絶縁部となるセラミックスの原料粉を所定の形に固め、予備加熱で固形化した後に両者を一体に組立てて、
加圧状態で銅の融点より高い温度で加熱することにより、導電性と絶縁性を有するセラミックスを一体化して作る。

これにより形成された集電体は被集電体との摺動及び通電によって摩擦やアークが生じて集電体が高温になっても、集電体が少なくとも銅の融点より高い温度で焼結成形されているため、従来の銅もしくはそれを用いた合金で成形していた集電体に比べ、耐熱性、耐アーク性が向上し集電体の摩耗量を減少させることができる。

また、第９図のスリップリングの場合は型内の内周側に絶縁性の原料粉を入れ、外周側に導電性の原料粉を入れた後に加圧状態で加熱することにより、円筒の外周側が導電性、内周側が絶縁性を有した一体化したセラミックスのスリップリングを得ることができる。 第１０図は第９図のＢ−Ｂ′線からみた断面図である。 なお、原料粉の配置は製品必要とする形状により重力場あるいは遠心力場を利用して設定する。

第１１図は整流子の場合でスリップリングの場合と同様に導電部１１ａと絶縁部１１ｂを円筒の外周と内周に一体焼結し、機械加工もしくは放電加工等により絶縁部１
１ｂの領域に入るまでの溝１６を必要とする整流子片１
１ａの数だけ設ける。 なお、第１２図に第１１図のＣ−
Ｃ′線からみた整流子の断面を示す。 第１３図は平板整流子の場合で導電部である整流子片１１ａと絶縁部１１
ｂを平板の層として構成し、第１２図の円筒状の整流子と同様に機械加工もしくは放電加工等により扇形整流子片となるように放射状に溝を設ける（図示せず）。

第１４図は第１２図に示した円筒状整流子と同一形状であるが導電部である整流子片１１ａと絶縁部１１ｂの間に導電部の抵抗より大きくて、絶縁部の抵抗より小さい中抵抗部１１ｃを設けて、一体焼結したセラミックスとし、機械加工、放電加工等により溝１６を設けて整流子とする構成を示した。 また、第１５図は平板整流子で中抵抗部１１ｃを設けた場合の構成を示した。 このように、中抵抗部を設けるのも中抵抗部となるセラミックスの原料粉を導電性セラミックスとなる原料粉と絶縁性セラミックスとなる原料粉の間に配置し、加圧状態での加熱により一体化することができる。 なお、この場合も各部を予め固形化しておいて組み合せて一体焼結しても良い。 このように、本発明はセラミックスに焼結する前の段階で、導電部と絶縁部もしくは導電部、中抵抗部および絶縁部の原料粉を配置して一体焼結して製作することができる。 この結果、本発明は集電子、スリップリングもしくは整流子の製作に対し、部品点数が少なくて、かつ、製作工数を大幅に低減できる効果がある。

また、セラミックスの焼結温度は銅の融点より高いので耐熱性、耐アーク性にすぐれた集電子、スリップリングおよび整流子が得られる効果もある。

なお、本実施例ではスリップリングや整流子をシャフトに挿入する時に内周側の金属円筒を示してないが、必要に応じては金属円筒あるいは絶縁円筒を設けることは差しつかえない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、導電性セラミックス及び絶縁性セラミックスの原料粉を材料として摺動集電体における導電部及び絶縁部を一体に成形できるため、部品点数が少なくて、かつ、製作工程を大幅に低減できるとう効果がある。 また、摺動集電体の構成を全てセラミックスで行なうことから耐熱性に優れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の集電子の斜視図、第２，３図は従来のスリップリングの径方向及び軸方向断面図、第４図は従来の整流子、第５，６図は従来のモールド整流子の断面図、第７図は平板整流子の平面図と断面図、第８図は本発明の集電子の斜視図、第９、１０図は本発明のスリップリングの断面図、第１１，１２図は本発明の整流子の断面図、第１３図は平板整流子の断面図、第１４図は本発明の中抵抗部を設けた整流子の断面図、第１５図は本発明の中抵抗部を設けた平板整流子の断面図である。 ８…スリップリング、８ａ…スリップリング導電部、９
…絶縁部、８ｂ…スリップリング絶縁部、１１…整流子片、１１ａ…整流子の導電部（整流子片）、１１ｂ…整流子の絶縁部、１１ｃ…整流子の中抵抗部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 正敏 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 典義 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 神保 龍太郎 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松下 安男 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 和知 保幸 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 三原 芳光 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 実開 昭49−72909（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭45−8138（ＪＰ，Ｂ１)