(57)【要約】      （修正有）【課題】ハイブリッド電気自動車の電動機／発電機を、小型、軽量、高出力、高効率、低騒音にする手段を提供すること。【解決手段】空洞を有するセラミック部材２２と、そのセラミック部材の空洞に挿入された銅部材２１とを備え、それらセラミック部材２２と銅部材２１とが、反応層を介して、接触していない複合固定子部材を用いて、固定子を作製し、更には電動機／発電機を作製すること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、そのセラミック部材の前記空洞に挿入された銅部材とを備え、それらセラミック部材と銅部材とが、反応層を介した接触をしていない複合固定子部材。
【請求項２】
前記空洞は、細長く、その長さ方向に垂直な断面の形状が、角型である請求項１に記載の複合固定子部材。
【請求項３】
前記空洞の長さ方向に平行な断面の形状が、Ｉ字型、Ｌ字型、コの字型、及びロの字型となり得る形状群から選ばれる一の形状である請求項１に記載の複合固定子部材。
【請求項４】
セラミック部材と銅部材との間に、充填部材を備える請求項１〜３の何れか一項に記載の複合固定子部材。
【請求項５】
前記充填部材は、前記セラミック部材より、ヤング率が小さい請求項４に記載の複合固定子部材。
【請求項６】
前記セラミック部材の外側に、更に、珪素鋼板部材を備え、その珪素鋼板部材とセラミック部材との間に、充填部材を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の複合固定子部材。
【請求項７】
前記充填部材は、前記セラミック部材より、ヤング率が小さい請求項６に記載の複合固定子部材。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の複合固定子部材を用いた固定子。
【請求項９】
両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、そのセラミック部材の前記空洞に挿入可能な形状及び寸法に加工した銅部材と、を用意する工程Ａ１と、
前記セラミック部材の空洞へ、前記銅部材を挿入する工程Ｂ１と、
真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、銅部材の全体又は一部を、Ｔｍ／２（Ｔｍは銅部材を形成する銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で加熱する工程Ｃ１と、
その後、冷却して、前記セラミック部材と銅部材との間に隙間を設ける工程Ｄ１と、を有する複合固定子部材の製造方法。
【請求項１０】
前記工程Ｂ１の前に、前記セラミック部材における両端が開口した空洞の一の開口を型部材で塞ぎ、
前記工程Ｃ１における銅部材の全体又は一部を加熱する温度が、Ｔｍ以下、且つ、前記セラミック部材の軟化温度以下、であり、この工程Ｃ１において、真空雰囲気において加熱して銅部材の加工硬化を除去した後、
前記工程Ｄ１の前に、前記セラミック部材における塞がない他の開口から圧力を加えて、前記加工硬化を除去した銅部材を加圧する請求項９に記載の複合固定子部材の製造方法。
【請求項１１】
前記圧力が、ガスの圧力である請求項１０に記載の複合固定子部材の製造方法。
【請求項１２】
前記圧力が、機械的圧力である請求項１０に記載の複合固定子部材の製造方法。
【請求項１３】
両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、のちに形成される成形空間を満たすのに十分な量の銅材料と、を用意する工程Ａ２と、
前記セラミック部材の両端が開口した空洞の一の開口を型部材で塞いで、前記空洞を成形空間とする成形型を形成する工程Ｂ２と、
真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、
前記銅材料を、塞がない他の開口から前記成形型の中へ入れ、前記セラミック部材の軟化温度以下、且つ、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で加熱して前記銅材料を溶融する工程Ｃ２と、
その後、冷却し、型部材を取り外して、前記セラミック部材と、そのセラミック部材との間に隙間を設けて成形された前記銅材料からなる銅部材と、を得る工程Ｄ２と、を有する複合固定子部材の製造方法。
【請求項１４】
前記工程Ｃ２の代わりに、
真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、
前記成形型の外で前記銅材料を前記セラミック部材の軟化温度以下、且つ、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で加熱して溶融した後に、塞がない他の開口から前記成形型の中へ入れる工程Ｃ２１を有する請求項１３に記載の複合固定子部材の製造方法。
【請求項１５】
前記工程Ｃ２の代わりに、
真空雰囲気において、
前記銅材料を前記成形型の中へ挿入し、前記型部材で塞いだ前記セラミック部材の一の開口側を、前記セラミック部材の軟化温度以下、且つ、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で、加熱するとともに、徐々に、加熱する領域を、前記セラミック部材の他の開口側に移行し、順次、銅材料を溶融させて、前記成形型を埋めるように銅材料を充填する工程Ｃ２２を有する請求項１３に記載の複合固定子部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機／発電機の固定子を構成し得る部材であり、セラミックを用いた複合固定子部材と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題の１つである地球温暖化を防止するため、自動車の燃費改善にかかる技術開発が進められている。環境に優しい自動車の動力源としては燃料電池が有力とされる。しかしながら、実現に至る技術的・コスト的な課題は多い。そこで、内燃機関と、電動機（Ｍｏｔｏｒ）／発電機（Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）とを併用した、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）の実用化が進んだ。
【０００３】
このハイブリッド電気自動車では、小型、軽量、高出力、高効率、低騒音の電動機／発電機が望まれる。これらを実現するため、従来より、次のような提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１及び特許文献２では、電動機、発電機の小型軽量化、高効率化の要求に対して、巻線絶縁層の外周部の自己潤滑性樹脂塗装層を設ける技術が、提案されている。しかしながら、主絶縁層は、特許文献１の提案ではポリエステルイミド樹脂とポリアミド樹脂が使われ、特許文献２の提案ではポリウレンタン系エナメルが使われており、絶縁層の耐熱性の点で十分とはいえない。
【０００５】
又、特許文献３では、断面が角形状の巻線が提案されている。この提案によれば、巻線の断面積が大きくなるので、電流を高め、高出力化、小型化を図ることが可能である。しかしながら、固定子とコアの電気絶縁は、樹脂や、樹脂が主成分と推定される絶縁紙が、使用されており、絶縁紙の上限温度で、性能が制限されることが容易に推定される。
【０００６】
更に、特許文献４には、絶縁性の高いセラミックを固定子に採用する方法が開示されている。この方法では、巻線の内側面のみを絶縁性材料とし、それにセラミックが用いられている。そのため、小型化が必要な自動車用途の場合のように、外側に珪素鋼板が配置されている場合は、この技術を適用することが出来ない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−４５２３８号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１８５号公報
【特許文献３】特開２００７−２２１８５９号公報
【特許文献４】特開昭５８−１１６７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような技術背景の下、先行技術と同様に、ハイブリッド電気自動車の電動機／発電機を、小型、軽量、高出力、高効率、低騒音なものとすることを課題としてなされたものである。研究がなされた結果、電気抵抗の低い銅と絶縁性の高いセラミックとを複合化した固定子部材が有効なことが見出された。即ち、銅とセラミックとを複合化した固定子部材を、固定子コアに対する絶縁材を兼ねた固定子コイルとして用い、固定子を得て、その固定子を組み込んだ電動機／発電機によって、上記課題を解決し得ることに想到した。ところが、銅とセラミックという、通常、熱膨張が大きく異なる二つの材料を一体化することは容易でなく、更なる研究を要することとなった。そして、研究が重ねられた結果、酸素の量を制御した雰囲気下であれば、加熱されて加工硬化を除去された銅部材、又は、溶融した銅（銅部材）は、セラミックと濡れない（セラミックとの間に反応層を形成しない）ことを利用して、銅部材とセラミック部材と反応させることなく、セラミック部材の形状精度を高める必要もなく、二つの構成部材を基本的に接触させずに複合化させることが可能なことが見出され、以下に示す本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先ず、本発明によれば、両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、そのセラミック部材の前記空洞に挿入された銅部材とを備え、それらセラミック部材と銅部材とが、反応層を介した接触をしていない複合固定子部材が提供される。
【００１０】
一般に、電動機／発電機は、出力を取り出すための回転子軸と、それに固定され回転子軸とともに回転する回転子と、回転子の外側に固定されて設けられる円筒状の固定子と、を主構成要素としてなり、固定子は、複数のスロットが形成される珪素鋼板製の固定子コア、その固定子コアのスロットに収容される固定子コイルを主構成要素としてなる。固定子コイルは、耐熱樹脂製の絶縁被覆を備えた線材を、多数巻いたものとして構成される。そして、通常、電気絶縁紙が、絶縁性を確保するために、固定子コアと固定子コイルの間に介在して備わり、固定子コイルは、絶縁皮膜の損傷に伴う短絡防止のために、高耐熱性の熱硬化性樹脂等によって含浸固着される。本発明に係る複合固定子部材は、セラミック部材と銅部材とを備える、（最終製品である電動機／発電機又は固定子を構成する）中間製品であり、銅部材が固定子コイルとなり得て、その固定子コイルを固定子コアから絶縁する上記絶縁被覆、電気絶縁紙及び熱硬化性樹脂の役割をセラミック部材が果たす。尚、本発明に係る複合固定子部材では、熱硬化性樹脂等による含浸固着を併用することも出来る。
【００１１】
本明細書において、中間製品である本発明に係る複合固定子部材を使用して得られる最終製品を、電動機／発電機、と表現するが、これは、電動機、発電機、及び電動機と発電機の両方の機能を有するもの（統合したもの）を指す。通常、ハイブリッド電気自動車では、電動機と発電機の両方の機能を有するものが用いられ、本明細書にいう電動機／発電機は、主にそれを指す。但し、本発明に係る複合固定子部材は、用途がハイブリッド電気自動車ではない、例えば、燃料電池車や電気自動車等に使用される電動機／発電機、あるいは自動車以外に使用される電動機又は発電機にも、好適に用いられるものである。
【００１２】
本発明に係る複合固定子部材においては、空洞は、細長く、その長さ方向に垂直な断面の形状が、角型であることが好ましい。
【００１３】
空洞の長さ方向に垂直な断面の形状は好ましくは角型であるが、角型とは、辺と辺とが角を形成する一定の形状を意味する。例えば、三角形、四角形、それ以上の多角形を挙げることが出来る。但し、角は、丸められていること（Ｒ形状又は面取り形状を有していること）が、好ましい。即ち、全体としては、直線の辺と辺とで角を形成する形状であるが、その角部分に着目すると、角自体はラウンドしている形状である。
【００１４】
本発明に係る複合固定子部材においては、空洞の長さ方向に平行な断面の形状が、Ｉ字型、Ｌ字型、コの字型、及びロの字型となり得る形状群から選ばれる一の形状であることが好ましい。
【００１５】
空洞の長さ方向に平行な断面の形状が、Ｉ字型、Ｌ字型、コの字型、及びロの字型となり得る形状は、別言すれば、複合固定子部材の全体形状が、立体的なＩ字型、Ｌ字型、コの字型、及びロの字型になっており、その一断面（空洞の長さ方向に平行な断面）をみれば、あるいは、全体を一方向から見れば、明確にＩ字型、Ｌ字型、コの字型、及びロの字型を認識することが出来る形状である。空洞の長さ方向に平行な断面の形状が、ロの字型であるセラミック部材では、空洞が連続ループ型であり、両端が開口していればよい。空洞が連続ループ型でない場合は、空洞に仕切りを設け、その仕切りの両側の相対する側面に各一箇所、合わせて二箇所に、開放となる開口部を設け、連続ループ形成が可能な構造とすればよい。
【００１６】
本発明に係る複合固定子部材において、セラミック部材と銅部材とが、反応層を介した接触をしていない、とは、本発明が、セラミック部材と銅部材とが全く接触していない態様（前者）、及び、セラミック部材と銅部材とが位置決めないし固定だけのために接触している態様（位置決めないし固定だけのための接触部を有する態様、後者）を包含するものであることを意味する。前者、後者、何れの場合も、セラミック部材と銅部材との間には、後述する充填部材で全て埋め尽くさない限り、隙間が存在する。セラミック部材は、銅部材を通す空洞を有するものであるので、銅部材に対するスリーブ管のような部材ということが出来る。後者の具体的態様としては、セラミック部材に凸部又は凹部を設け、銅部材にそれに合わせて凹部又は凸部を設け、セラミック部材と銅部材とを、それぞれの限定した部位で接触させる態様を例示することが出来る。そして、本発明に係る複合固定子部材は、セラミック部材と銅部材とが溶接される態様を排除するものではない。但し、最も好ましい態様は前者である。ところが、実際上は、セラミック部材及び銅部材について、何らかの位置決めないし固定手段を必要となる。これに対し、それぞれに、別途の位置決めないし固定手段を設ける選択肢もあり得るが、次の手段を採用することも出来る。
【００１７】
即ち、本発明に係る複合固定子部材においては、セラミック部材と銅部材との間に、充填部材を備えることが好ましい。この態様においても、セラミック部材と銅部材とは、直接、接触しておらず、反応層を介した接触もしていない。この充填部材は、セラミック部材より、ヤング率が小さいことが好ましい。
【００１８】
本発明に係る複合固定子部材においては、セラミック部材の外側に、更に、珪素鋼板部材を備え、その珪素鋼板部材とセラミック部材との間に、充填部材を備えることが好ましい。この充填部材は、セラミック部材より、ヤング率が小さいことが好ましい。
【００１９】
上記の珪素鋼板部材とセラミック部材との間に充填部材を備える場合において、セラミック部材と銅部材との間には、充填部材を備えていてもよく、備えていない部分があってもよい。セラミック部材の外側に、とは、セラミック部材の内側に位置する空洞に挿入された銅部材と対照させて表現したものであり、セラミック部材を基準として、銅部材の反対側を意味する。
【００２０】
本明細書において、セラミック部材と銅部材との間の充填部材を第１の充填部材、珪素鋼板部材とセラミック部材との間の充填部材を第２の充填部材、ということがある。単に充填部材という場合、第１の充填部材と第２の充填部材の両方を指す。第１の充填部材は、セラミック部材と銅部材との間の隙間を、必ずしも全て埋める必要はない。第２の充填部材は、珪素鋼板部材とセラミック部材との間の隙間を、必ずしも全て埋める必要はない。第１の充填部材と第２の充填部材の両方が存在する態様において、両者は、同じ充填材料で形成されるものであってもよく、異なる充填材料で形成されていてもよい。
【００２１】
第１の充填部材を形成する充填材料（充填剤）は、弾性率が、外側に位置するセラミック部材を形成するセラミック材料より小さいことが望ましい。例えば、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）及びスーパーエンプラと呼ばれる耐熱性の高い樹脂材料を使用することが出来る。具体的に耐熱性が高い樹脂材料として、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、編成ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、弗素樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリイミド等を、挙げることが出来る。又、第１の充填部材を形成する充填材料として、ガラスと上記樹脂との複合材料、又は、セラミックと上記樹脂との複合材料を使用することが可能である。更には、無機接着剤と呼ばれる材料を使用することが出来る。その代表として、シリカ系及びアルミナ系の（それらを主成分とする）無機接着剤を挙げることが出来る。第２の充填部材を形成する充填材料（充填剤）としては、上記に掲げた第１の充填部材を形成する充填材料（充填剤）を採用することが出来る。
【００２２】
次に、本発明によれば、上記した何れかの複合固定子部材を用いた固定子が提供される。更に、この固定子を用いた電動機／発電機が提供される。
【００２３】
次に、本発明によれば、両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、そのセラミック部材の空洞に挿入可能な形状及び寸法に加工した銅部材と、を用意する工程Ａ１と、セラミック部材の空洞へ、銅部材を挿入する工程Ｂ１と、真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、銅部材の全体又は一部を、Ｔｍ／２（Ｔｍは銅部材を形成する銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で加熱する工程Ｃ１と、その後、冷却して、セラミック部材と銅部材との間に隙間を設ける工程Ｄ１と、を有する複合固定子部材の製造方法が提供される（第１の複合固定子部材の製造方法ともいう）。
【００２４】
本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法において、工程Ｂ１と工程Ｃ１は順番が入れ替わってもよい。又、工程Ｂ１、工程Ｃ１の順に行う場合においても、工程Ｂ１において、先に、真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気にしておいてもよい。更に、上記の通り、銅部材の全体又は一部を、Ｔｍ／２以上の温度とするが、この温度は、Ｔｍ以上であってよい。この場合には、銅部材の全体又は一部が溶融することになる。但し、使用する材料によっては、セラミック部材の軟化温度が、Ｔｍに比して、高くない場合がある。この場合には、次の手段を採り得る。
【００２５】
即ち、本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法においては、工程Ｂ１の前に、セラミック部材における両端が開口した空洞の一の開口を型部材で塞ぎ、工程Ｃ１における銅部材の全体又は一部を加熱する温度が、Ｔｍ以下、且つ、セラミック部材の軟化温度以下、であり、この工程Ｃ１において、真空雰囲気において加熱して銅部材の加工硬化を除去した後、工程Ｄ１の前に、セラミック部材における塞がない他の開口から圧力を加えて、加工硬化を除去した銅部材を加圧することが好ましい。この場合において、上記圧力が、ガスの圧力であることが好ましい。又は、上記圧力が、機械的圧力であることが好ましい。
【００２６】
Ｔｍ／２は、銅部材を形成する銅材料の加工硬化を除去可能な温度に相当する。例えば、純銅の融点Ｔｍ＝１３５７．６Ｋ＝１０８４．４℃であり、その１／２は、Ｔｍ／２＝６７９Ｋ＝４０６℃である。又、セラミック部材の軟化温度とは、クリープ変形等によって高温の強度特性が大きく低下する温度を意味する。本明細書におけるセラミック部材の軟化温度は、曲げクリープ試験（日本工業規格のＪＩＳ  Ｒ  １６１２）において、１％以上のクリープ変形を示す温度、又はＪＩＳ  Ｒ  １６０１及び１６０４で測定された室温曲げ強度と高温曲げ強度が、室温強度の５０％以下に強度低下する温度の何れか低い方である。本発明に係る複合固定子部材の製造方法において、不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等が採用される。又、本明細書において、銅部材（銅材料）の温度については、主に、加工硬化を除去可能、と表現するが、加工硬化を除去された状態は、銅部材が軟化していることを意味する。
【００２７】
次に、本発明によれば、両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、のちに形成される成形空間を満たすのに十分な量の銅材料と、を用意する工程Ａ２と、セラミック部材の両端が開口した空洞の一の開口を型部材で塞いで、空洞を成形空間とする成形型を形成する工程Ｂ２と、真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、銅材料を、塞がない他の開口から成形型の中へ入れ、セラミック部材の軟化温度以下、且つ、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で加熱して銅材料を溶融する工程Ｃ２と、その後、冷却し、型部材を取り外して、セラミック部材と、そのセラミック部材との間に隙間を設けて成形された銅材料からなる銅部材と、を得る工程Ｄ２と、を有する複合固定子部材の製造方法が提供される（第２の複合固定子部材の製造方法ともいう）。尚、単に、（本発明に係る）複合固定子部材の製造方法というとき、第１の複合固定子部材の製造方法と第２の複合固定子部材の製造方法の両方を指す。
【００２８】
第２の複合固定子部材の製造方法は、セラミック部材の軟化温度が、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））より高い場合に用いられる。
【００２９】
本発明に係る第２の複合固定子部材の製造方法においては、上記工程Ｃ２の代わりに、真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、成形型の外で銅材料をセラミック部材の軟化温度以下、且つ、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で加熱して溶融した後に、塞がない他の開口から成形型の中へ入れる工程Ｃ２１を有するものとすることが可能である。
【００３０】
又、本発明に係る第２の複合固定子部材の製造方法においては、工程Ｃ２の代わりに、真空雰囲気において、銅材料を成形型の中へ挿入し、型部材で塞いだセラミック部材の一の開口側を、セラミック部材の軟化温度以下、且つ、Ｔｍ（銅材料の融点（固相線；単位Ｋ））以上の温度で、加熱するとともに、徐々に、加熱する領域を、セラミック部材の他の開口側に移行し、順次、銅材料を溶融させて、成形型を埋めるように銅材料を充填する工程Ｃ２２を有するものとすることが可能である。徐々に、とは、所定の速度で、を意味する。これは、銅材料の充填にあたり、所謂ゾーンメルト法を採用することを意味する。
【００３１】
本発明に係る複合固定子部材の製造方法において、真空雰囲気は、真空度が１×１０−２Ｔｏｒｒ以下に制御された雰囲気であることが好ましい。真空度が１×１０−４Ｔｏｒｒ以下に制御された雰囲気であれば、更に好ましい。
【００３２】
本発明に係る複合固定子部材の製造方法において、低酸素濃度雰囲気は、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に制御された雰囲気であることが好ましい。
【００３３】
本発明に係る複合固定子部材の製造方法において、低酸素分圧雰囲気は、酸素分圧が１×１０−１０ａｔｍ以下に制御された雰囲気であることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る複合固定子部材の製造方法において、銅部材を形成する銅材料として、純銅を採用する。この純銅は、日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｃ１０１１（電子管用無酸素銅）、Ｃ１０２０（無酸素銅）、Ｃ１１００（タフピッチ銅若しくは印刷用銅）、Ｃ１２０１（りん脱酸銅１Ａ）、Ｃ１２２０（りん脱酸銅）等で定義されている。銅の純度は、９９．９％以上であることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る複合固定子部材及び本発明に係る複合固定子部材の製造方法におけるセラミック部材を形成するセラミック材料としては、アルミナ、スピネル、ムライト、シリカ、コージェライト、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニウム等の、抵抗値の高い絶縁性セラミックが選ばれる。又、上記セラミックと、低融点ガラスと、を複合させたガラスセラミック材料を、セラミック部材に使用することが出来る。更に、セラミック部材を形成するセラミック材料は、誘電率が低い方が望ましく、コージェライト、窒化珪素、低誘電率ガラスセラミックを、好適に採用することが可能である。低誘電率ガラスセラミックは、シリカ主成分のものが特に好適である。
【００３６】
本発明に係る複合固定子部材及び本発明に係る複合固定子部材の製造方法で作製される複合固定子部材において、セラミック部材は、銅部材より熱膨張率が相対的に小さいことが必要であるが、上記のセラミック材料も含め一般的なセラミック材料であれば、この条件は満たされる。特に、セラミック部材を形成するセラミック材料としては、コージェライト、窒化珪素、低熱膨張ガラスセラミックが適している。低熱膨張ガラスセラミックは、シリカ主成分のものが、特に望ましい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る複合固定子部材は、両端が開口した空洞を有するセラミック部材と、そのセラミック部材の空洞に挿入された銅部材とを備え、それらセラミック部材と銅部材とが、反応層を介して、接触していないものであり、この本発明に係る複合固定子部材を使用して固定子、又は最終製品である電動機／発電機を得た場合に、銅部材が固定子コイルとなり、その銅部材（固定子コイル）を珪素鋼板（固定子コア）から絶縁し、銅部材どうしを絶縁し、あるいはサージノイズから保護する役割を、セラミック部材が果たすものであるので、従来の樹脂や紙に比して、絶縁性、耐熱性、強度に優れている。従って、本発明に係る複合固定子部材を使用した電動機／発電機においては、電流密度を高くしても発熱による破壊等の問題が生じ難く、高出力化及び高効率化、あるいは、小型化及び軽量化、を図ることが容易である。又、ハイブリッド電気自動車の用途において高出力化しても、インバータの出力サージに起因した絶縁破壊が起き難い。そして、高強度であることに加えて、セラミック部材と銅部材とが、反応層を介して接触しておらず、好ましくは完全に接触していないから、高熱下の使用を長期継続しても、銅がセラミックに拡散反応し、絶縁性が低下するといった問題が生じ難く、長期にわたる信頼性に優れる。
【００３８】
本発明に係る複合固定子部材は、これを用いて電動機／発電機を得た場合に、低抵抗の銅部材が固定子コイルとなるとともに、その銅部材は、セラミック部材の空洞に挿入されるものであるので、空洞の設計によって、銅部材の断面積を大きくすることが容易である。即ち、容易に、コイルの占有率を高められ、コイル抵抗を小さくすることが出来る。よって、本発明に係る複合固定子部材を使用した電動機／発電機は、発熱ロスが抑制された、高出力で高効率なものとなり得る。加えて、発熱量が低減されることから、付帯設備である冷却ファン等を小型化することが出来、全体として低騒音な電動機／発電機を実現することが可能である。
【００３９】
本発明に係る複合固定子部材は、その好ましい態様において、セラミック部材と銅部材との間に充填部材を備えるので、セラミック部材と銅部材との間で、反応層を介した接触がない状態が長期にわたり維持され、高熱下の使用を長期継続しても、銅によるセラミックの絶縁性低下が起こり難い。そのため、本発明に係る複合固定子部材を用いた電動機／発電機は、信頼性が高く、寿命が長い。
【００４０】
本発明に係る複合固定子部材は、その好ましい態様では（セラミック部材の空洞に挿入された銅部材を備える他に）、セラミック部材の外側に、更に、珪素鋼板部材を備え、その珪素鋼板部材とセラミック部材との間に、充填部材を備えるものであり、電動機／発電機において、銅部材が固定子コイルとなり、珪素鋼板が固定子コアとなり、銅部材（固定子コイル）を珪素鋼板（固定子コア）から絶縁し、銅部材どうしを絶縁し、あるいはサージノイズから保護する役割を、セラミック部材が果たすものである。即ち、この本発明に係る複合固定子部材の好ましい態様は、固定子コイルと絶縁材に加えて、固定子コアとなる部材が組み込まれた中間製品であり、これだけで概ね固定子を構成しており、これに回転子を組み込むだけで、概ね電動機／発電機が完成するので、電動機／発電機の生産性向上に寄与する。
【００４１】
本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法では、加工した銅部材を、セラミック部材の空洞で加熱し、銅部材の加工硬化を取り省く。又、本発明に係る第２の複合固定子部材の製造方法では、セラミック部材の空洞に充填されるように、銅材料を溶融する。何れの場合においても、一旦、銅部材が、加工硬化を除去されあるいは溶融して（流動化して）、セラミック部材に、見かけ上、接するようにした後で、冷却し、固化させる。このとき、熱膨脹差及び凝固収縮によって、熱膨張率の大きな銅部材は、熱膨張率の小さなセラミック部材から離れ、セラミック部材に沿った形状で成形される。即ち、セラミック部材と銅部材との間に、一定の隙間が、確実に、形成される。従って、セラミック部材と銅部材とが反応層を介して接触していない本発明に係る複合固定子部材を得ることが可能である。加工した銅部材を、セラミック部材の空洞の中に、それに接触しないように配設することは、それだけでも困難であり、又、単に、銅部材を空洞の中にセラミック部材に接触しないように配設するだけでは、銅と一般的なセラミックでは、大きく熱膨張率が異なるため、電動機／発電機としての使用中に高温になったときにも非接触を維持することは難しい。本発明に係る複合固定子部材の製造方法で作製された複合固定子部材は、主に熱膨脹差を利用して、セラミック部材と銅部材との間の隙間を形成しているので、高温下で使用され、あるいは温度変化の激しい環境で使用されても、銅部材が溶融しない限り、セラミック部材と銅部材が接触することはない。又、焼成収縮率が大きく、形状精度を高めることが困難で、真直度が悪いセラミック部材であっても、容易に、銅部材と複合した固定子部材を作製することが可能である。
【００４２】
本発明に係る複合固定子部材の製造方法では、真空雰囲気又は低酸素濃度雰囲気若しくは低酸素分圧雰囲気において、加工した銅部材をセラミック部材の空洞で溶融し、又は、銅材料をセラミック部材の空洞で鋳込む。そして、本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法では、銅部材の加圧するに際し、不活性ガスを用いる。このような条件であれば、銅部材の表面に酸化銅が存在しない。流動化した銅は、見かけ上、セラミック部材に接するが、酸化銅が表面になければ、銅はセラミックに濡れないため、両者が反応層（セラミック部材を形成する材料と銅部材を形成する材料とが反応して生じた層）を形成することはない。即ち、銅部材をセラミック部材の空洞で溶融し、又は、銅材料をセラミック部材の空洞で鋳込んだときでも、実際には、銅部材はセラミック部材に接触していない。そのため、両者（銅とセラミック）は反応することはなく、冷却後に、主に熱膨脹差によって、銅部材は、セラミック部材から離れ、セラミック部材に沿った形状で成形される。
【００４３】
銅部材の表面に酸化銅が存在すると、酸化銅とセラミック部材のセラミック成分（例えば、アルミナ成分やシリカ成分）が反応し、低融点の化合物を形成する。その結果、銅部材とセラミック部材に接合部分が生じてしまい、冷却過程で両者の熱膨脹差から熱応力が発生し、亀裂発生や破損が生じる。このため、本発明に係る複合固定子部材の製造方法では、酸化銅を銅部材の表面に形成しないための、酸素量の制御が重要となる。本発明に係る複合固定子部材の製造方法では、その好ましい態様において、真空度が１×１０−２Ｔｏｒｒ以下に制御され、又は、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に制御され、あるいは、酸素分圧が１×１０−１０ａｔｍ以下に制御されるので、銅部材の表面に酸化銅が形成されず、上記の亀裂発生や破損は防止される。
【００４４】
本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法では、工程Ｃ１において、銅部材の全体又は一部を、Ｔｍ／２以上の温度で加熱し、銅部材の加工硬化を取り除く。そうではなく、銅部材の加工硬化が取れない場合には、セラミック部材に接触しない形状及び寸法で、容易に挿入出来るように、銅部材を加工しなければならないが、本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法によれば、このような銅部材の加工精度は要求されない。但し、本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法において、銅部材を加熱する際には、４１０℃以上に加熱するまでは、銅部材の寸法が、がセラミックス部材の寸法より大きくならないように、設定するか、あるいは、銅部材とセラミック部材の熱膨脹差で発生するセラミック部材の引張応力が、セラミック部材の強度の１／２以下になるように、初期の（挿入前の）銅部材とセラミック部材の形状及び寸法を設定することが好ましい。
【００４５】
本発明に係る第１の複合固定子部材の製造方法では、その好ましい態様において、工程Ｃ１における銅部材の全体又は一部を加熱する温度が、Ｔｍ以下（且つ、セラミック部材の軟化温度以下）であるので、例えば、セラミック部材を形成するセラミック材料として、銅の溶融温度まで温度を上げることが出来ないセラミックガラス複合材料を使用することが可能である。この場合にも、銅部材の加工硬化がとれる温度（Ｔｍ／２）以上に加熱し、不活性ガスの圧力を使って押し込み、十分保持した後、冷却すれば、セラミック部材と銅部材の間には、均等な微小な隙間が形成される。即ち、銅部材は、加熱されて、セラミック部材の空洞の形状に沿ったものとなるため、セラミック部材の空洞の形状精度を要求することなく、例え、真直度の悪いセラミック部材であっても、そのセラミック部材と銅部材とを複合化した、絶縁性に優れる固定子用の部材を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００４７】
先ず、本発明に係る複合固定子部材について説明する。図１〜図４は、本発明に係る複合固定子部材の一の実施形態を示す図であり、図１は、本発明に係る複合固定子部材を用いた固定子の斜視図である。図２は、本発明に係る複合固定子部材の斜視図であり、図３は、本発明に係る複合固定子部材を構成するセラミック部材の斜視図であり、図４は、図２における切断線２９で切断した場合の図であり、理解し易いように、上下の長さを縮めて模式的に表した断面図である。
【００４８】
図１に示される固定子１は、珪素鋼板を重ね合わせて形成された概ね円筒状の固定子コア２と、その固定子コア２に設けられた複数のスロット４に収容された、複数の複合固定子部材３を備える。スロット４は、径方向に放射状に長く形成され、複合固定子部材３は、図３に示されるように、スロット４に合わせ、スロット４に収容されたときに、径方向に放射状に長くなるような形状を呈している。
【００４９】
複合固定子部材３は、両端が開口した細長い（例えば）１１個の空洞２６を有するセラミック部材２２、及びそのセラミック部材２２のそれぞれの空洞２６に挿入された、（例えば）１１個の細長い銅部材２１を備える（図２及び図３を参照）。図２では、セラミック部材２２の空洞２６に銅部材２１が挿入された態様をわかり易く示すために、銅部材２１が独立して描かれているが、スロット４に収容されるときには、銅部材２１の先端部分は、順次、接合され、更に、他の複合固定子部材３の銅部材２１と接合され、固定子コア２に巻かれる態様となり、固定子コイルとしてはたらく。
【００５０】
複合固定子部材３は、図４に示されるように、セラミック部材２２と銅部材２１とが、非接触である。複合固定子部材３単独では、このような態様は存在し得ないが、複数の複合固定子部材３によって固定子１を構成する場合においては、例えば、スロット４に収容する際に、セラミック部材２２をスロット４に密着させて固定するとともに、互いに接合された成形体である銅部材２１の一部分をセラミック部材２２の外で絶縁材で保持することによって、このような態様を得ることは可能である。もっとも、複合固定子部材３だけで、セラミック部材２２と銅部材２１とを固定し又は位置決めすることが望ましい場合がある。それを実現する態様を次に示す。
【００５１】
図５〜図９は、本発明に係る複合固定子部材の他の実施形態を表す図であり、図４に相当する断面図である。図５に示される態様では、銅部材２１に凹部５２を設け、セラミック部材２２に凹部５２に合わせた凸部５１を設け、セラミック部材２２と銅部材２１を、セラミック部材２２の（図５における）上端側で接触させて固定している。図６に示される態様では、セラミック部材２２に凹部６２を設け、銅部材２１に凹部６２に合わせた凸部６１を設け、セラミック部材２２と銅部材２１を、セラミック部材２２の（図６における）上端側で接触させて固定している。これらの態様では、セラミック部材２２と銅部材２１とが位置決めないし固定だけのために凹部５２，６２と凸部５１，６１で接触しているのであり、セラミック部材２２と銅部材２１とが少なくとも主要部において非接触であることに相違ない。
【００５２】
図７に示される態様では、セラミック部材２２と銅部材２１との間の全てに、充填部材７１が充填されている。この態様では、セラミック部材２２と銅部材２１とが、互いに位置決めされあるいは固定されており、完全に非接触であるが、セラミック部材２２と銅部材２１の間に隙間は存在しない。図８に示される態様では、セラミック部材２２の（図８における）上端側及び下端側のみで、図９に示される態様では、セラミック部材２２の（図９における）下端側のみで、それぞれ、セラミック部材２２と銅部材２１との間に、充填部材７１が充填されている。これらの態様では、セラミック部材２２と銅部材２１とが、互いに位置決めされあるいは固定され、完全に非接触であり、且つ、セラミック部材２２と銅部材２１の間に隙間が存在する。
【００５３】
図１０、図１１は、本発明に係る複合固定子部材の更に他の実施形態を表す図であり、図４に相当する断面図である。図１０に示される態様は、図７に示される複合固定子部材のセラミック部材２２の外側に、更に、珪素鋼板部材３１を備え、その珪素鋼板部材３１とセラミック部材２２との間に、充填部材８１を備えている。充填部材８１は、充填部材７１に準じて、セラミック部材２２と珪素鋼板部材３１との間の全てに充填されている。図１１に示される態様は、セラミック部材２２の（図１１における）上端側のみで、セラミック部材２２と銅部材２１との間に、充填部材７１が充填され、セラミック部材２２の外側に、更に、珪素鋼板部材３１を備えている。珪素鋼板部材３１とセラミック部材２２との間の充填部材８１は、充填部材７１とは反対側の、セラミック部材２２の（図１１における）下端側のみに充填されている。
【００５４】
図１０及び図１１に示される、セラミック部材２２の外側に珪素鋼板部材３１を備える複合固定子部材は、それ自体が固定子コアをも構成し得る部材であり、その複合固定子部材を、複数、放射状に並べ、組み立てることによって、図１に示される固定子１と同様な固定子を得ることが可能である。斜視図を示さないが、珪素鋼板部材３１は、例えば図３に示される複合固定子部材３全体を、外側で包む形状を呈するものであり、複合固定子部材３と同様に、径方向に放射状に長くなるような形状を呈している。
【００５５】
図１７〜図１９は、本発明に係る複合固定子部材の更に他の実施形態を表す図であり、図３に相当するセラミック部材の斜視図である。図１７に示される態様は、空洞２６の長さ方向（図１７において上下方向）に平行な断面の形状が、Ｌ字型となり得る形状であり、図１７中の矢印方向から見れば、Ｌ字が認識出来る形状である。図１８に示される態様は、空洞２６の長さ方向（図１８において上下方向）に平行な断面の形状が、コの字型となり得る形状であり、図１８中の矢印方向から見れば、コの字が認識出来る形状である。図１９に示される態様は、図１７、図１８に準じて、空洞２６の長さ方向（図１９において上下方向）に平行な断面の形状が、ロの字型となり得る形状である。図１９に示される態様では、図１９中において、左下手前側に一の開口があり、左下奥側に他の開口があり、それらをつなぐ空洞２６が、ループ状に、（図１９中において）右廻りで形成されている。
【００５６】
次に、本発明に係る複合固定子部材の製造方法について、既述の複合固定子部材３を作製する場合を例にして、説明する。図１２は、本発明に係る複合固定子部材の製造方法の一の実施形態（第１の複合固定子部材の製造方法）を表す図である。図１２においては、複合固定子部材３の図４に相当する断面が表され、左から右へ、熱膨張率の大きな銅部材２１の形状及び寸法が、熱膨張率の小さなセラミック部材２２の中で変化する様子が描かれている。
【００５７】
先ず、例えば、両端が開口した（上下に二の開口が開いた）、（１つの複合固定子部材３につき、例えば）１１個の空洞２６を有するセラミック部材２２を用意する（図３を参照（工程Ａ１））。複合固定子部材３及びそれを構成するセラミック部材２２は、既述のように、円筒状の固定子コア２に設けられた複数のスロット４が径方向に放射状に長く形成されることに合わせて、径方向に放射状に長くなるような形状を呈しており、空洞２６（空間）の形状は、（固定子コア２の）中心側から外周側へいくに従って、徐々に薄く変形している。このようなセラミック部材２２は、公知の手段によって用意すればよい。（例えば）コージェライト（コージェライト化原料）の粉末に、バインダ、分散媒等を加えて混練し、成形原料を得て、それを押出成形して、成形体を得て、それを乾燥させ、焼成して、得ることが出来る。
【００５８】
併せて、上記セラミック部材２２の空洞２６に挿入可能なように、空洞２６の形状、寸法に合わせて加工した、（例えば）１１個の銅部材２１を用意する（工程Ａ１）。銅部材２１は、純銅のものを用意する。この銅部材２１（純銅）は、空洞２６を充填するのに十分な量（体積）を用意する。空洞２６に挿入可能であれば、空洞２６よりも細長く、空洞２６に装填した際に、外部にはみ出るものであってよい。
【００５９】
次いで、（例えば）酸素分圧が１×１０−１５ａｔｍに制御された雰囲気下において、セラミック部材２２のそれぞれの空洞２６へ、銅部材２１を挿入する（図１２の左側を参照（工程Ｂ１））。そして、（図示しないが）空洞２６の一の開口を型部材で塞ぐとともに、（例えば）１１００℃（純銅の融点以上、コージェライトの軟化温度以下）に加熱して、銅部材２１を溶融する（工程Ｃ１）。このとき、併せて、空洞２６の塞いでいない開口から窒素ガスを用いて加圧する。そうすると、流動化した銅部材２１は、セラミック部材２２に、見かけ上、接するようになる（図１２の中央を参照）。具体的には、例えば、銅部材２１の下端側から加熱すると、加熱され溶融した銅部材２１は、その下端から自重で下のほうに下がり、融点以上の温度域を下端から上端に向けて所定の速度で移行させると、銅部材２１は、順次、溶融し、セラミック部材２２の空洞２６を埋めるように充填される（ゾーンメルティング法）。但し、このような状態でも、低酸素分圧雰囲気下であるので、銅部材２１の表面に酸化銅が存在せず、銅部材２１とセラミック部材２２とは、反応層を形成しない。
【００６０】
その後、冷却すれば、セラミック部材２２と銅部材２１との間には、両者の熱膨張率の差に起因して、一定の隙間が形成される（図１２の右側を参照（工程Ｄ１））。図１４は、銅部材２１（純銅）とセラミック部材２２（コージェライト）の熱膨張率の差を説明するためのグラフである。図１４に示されるように、加熱時及び冷却時において、銅部材２１は、線１５１ａのように膨張し収縮する。一方、セラミック部材２２は、線１５２のように膨張し収縮する。加熱後に、銅部材２１がセラミック部材２２に、見かけ上、接した状態を基準とすれば、そこから、冷却すると、セラミック部材２２は線１５２のように収縮するのに対し、銅部材２１は、それより大きく、線１５１ｂのように収縮するので、銅部材２１は、セラミック部材２２から一定の間隔で離れ、セラミック部材２２に沿った形状で成形される。又、この両者の隙間（間隔）は、熱の変化によって生じたものであるので、その後の温度変化（電動機／発電機に組み込まれて使用されたときの温度変化）によっても、銅部材２１がセラミック部材２２に接触することはない。
【００６１】
図１５は、本発明に係る複合固定子部材の製造方法の更に他の実施形態（第１の複合固定子部材の製造方法）を表す図である。図１５においては、図１２と同様に、図４に相当する断面が表され、左から右へ、熱膨張率の大きな銅部材２１の形状及び寸法が、熱膨張率の小さなセラミック部材２２の中で変化する様子が描かれている。
【００６２】
先ず、既述の方法に準じて、（例えば）１１個の空洞２６を有するセラミック部材２２を用意する（工程Ａ１）。（例えば）窒化珪素の粉末に、バインダ、分散媒等を加えて混練し、成形原料を得て、それを押出成形して、成形体を得て、それを乾燥させ、窒素雰囲気下で焼成して、得ることが出来る。併せて、上記セラミック部材２２の空洞２６に挿入可能なように、空洞２６の形状、寸法に合わせて加工した、（例えば、それぞれ）１１個の銅部材２１を、既述の方法に準じて、用意する（工程Ａ１）。
【００６３】
次に、得られたセラミック部材２２の一の開口（図１５中の下側の開口）を、型部材１６１で塞ぐ。併せて、他の開口（図１５中の上側の開口）を、開口を有する型部材１６２で塞いで、空洞２６を成形空間とする成形型を得る（工程Ａ１の後であって工程Ｂ１の前）。そして、（例えば）真空度が１×１０−３Ｔｏｒｒに制御された雰囲気下において、セラミック部材２２のそれぞれの空洞２６へ、型部材１６２の開口から（上から）銅部材２１を挿入する（図１５の最左を参照、工程Ｂ１）。その後、（例えば）９００℃（純銅の加工硬化を取り除く温度以上、窒化珪素の軟化温度以下）に加熱して、銅部材２１の加工硬化を除去する（工程Ｃ１、図１５の中央左を参照）。次いで、型部材１６２の開口側から、（例えば）油圧又は空圧を利用した加圧機を使用して、機械的に銅部材２１を加圧する。そうすると、加工硬化を除去された銅部材２１は、セラミック部材２２に、見かけ上、接するようになる（工程Ｃ１の後であって工程Ｄ１の前、図１５の中央右を参照）。但し、このような状態でも、真空雰囲気下であるので、銅部材２１の表面に酸化銅が存在せず、銅部材２１とセラミック部材２２とは、反応層を形成しない。
【００６４】
その後、冷却すれば、セラミック部材２２と銅部材２１との間には、両者の熱膨張率の差に起因して、一定の隙間が形成される（図１５の最右を参照（工程Ｄ１））。図１６は、銅部材２１（純銅）とセラミック部材２２（窒化珪素）の熱膨張率の差を説明するためのグラフである。図１６に示されるように、加熱時において、銅部材２１は、線１７１ａのように膨張する。一方、セラミック部材２２は、加熱時及び冷却時において、線１７２のように膨張し収縮する。加熱後に、銅部材２１がセラミック部材２２に、見かけ上、接した状態を基準とすれば、そこから、冷却すると、セラミック部材２２は線１７２のように収縮するのに対し、銅部材２１は、それより大きく、線１７１ｂのように収縮するので、銅部材２１は、セラミック部材２２から一定の間隔で離れ、セラミック部材２２に沿った形状で成形される。又、この両者の隙間（間隔）は、熱の変化によって生じたものであるので、その後の温度変化（電動機／発電機に組み込まれて使用されたときの温度変化）によっても、銅部材２１がセラミック部材２２に接触することはない。
【００６５】
図１３は、本発明に係る複合固定子部材の製造方法の更に他の実施形態（第２の複合固定子部材の製造方法）を表す図である。図１３においては、図１２と同様に、図４に相当する断面が表され、左には成形型を形成した状態、中央から右へ、熱膨張率の大きな銅部材２１の形状及び寸法が、熱膨張率の小さなセラミック部材２２の中で変化する様子が描かれている。
【００６６】
先ず、既述の方法に準じて、（例えば）１０個の空洞２６を有するセラミック部材２２を用意する（工程Ａ２）。（例えば）酸化亜鉛、酸化ホウ素及びシリカの各粉末を混合し、混合したものを白金ルツボ中で溶融させ、その溶融したものを水中に投下して急速冷却し、塊状のガラスを得て、このガラスを粉砕して、ガラス粉末を得る。そして、そのガラス粉末に、更にアルミナの粉末、バインダ、分散媒等を加えて混練し、成形原料を得て、それを押出成形して、成形体を得て、それを乾燥させ、焼成して、セラミック部材２２を得ることが出来る。併せて、別途、純銅からなる銅材料２４を用意する（工程Ａ２）。
【００６７】
次に、得られたセラミック部材２２の一の開口を、型部材１４１で塞ぎ、空洞２６を成形空間とする成形型を得る（図１３の左側を参照（工程Ｂ２））。そして、銅材料２４を成形型の中へ入れ、（例えば）１×１０−３Ｔｏｒｒに制御された真空雰囲気下において、（例えば）１１００℃（純銅の融点以上、上記セラミックガラスの軟化温度以下）に加熱して、成形型の中で銅材料２４を溶融する（工程Ｃ２）。この状態では、流動化した銅材料２４は、セラミック部材２２に、見かけ上、接している（図１３の中央を参照）。その後、冷却すれば、セラミック部材２２の中で、銅材料２４が成形されて銅部材２１となるとともに、セラミック部材２２と銅部材２１との間には、両者の熱膨張率の差に起因して、一定の隙間が形成される（図１３の右側を参照（工程Ｄ２））。銅材料２４の成形型の中での溶融、及び冷却は、真空雰囲気下で行われるので、処理中、酸化銅は生成されず、銅部材２１とセラミック部材２２とは、反応層を形成しない。
【実施例】
【００６８】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）平均粒径１μｍに粉砕したコージェライト粉末に、バインダを添加し、混練して、成形原料を得た。その成形原料を、押出成形し、乾燥させた後、１４００℃で焼成して、壁の厚さが０．７ｍｍであり、断面の形状は一辺が７．６ｍｍの正方形（四角形）である空洞が１０個並んだ、スリーブ状の、セラミック部材を得た。併せて、引抜き加工によって純銅を成形し、断面の形状は一辺が７．５ｍｍの正方形（四角形）である角棒材を得て、それを切断して、１０個の銅部材を得た。そして、その銅部材を、セラミック部材の空洞の開口から挿入し、酸素濃度が６ｐｐｍに制御された窒素ガス雰囲気下において、カーボン焼成炉を使用して、９００℃まで昇温し、銅部材をセラミック部材の空洞の形状に沿う形状に変形させた後に、常温まで冷却して、セラミック部材と銅部材とからなる複合固定子部材を得た。外側７．６０ｍｍのセラミック部材（コージェライト）と内側７．５０ｍｍの銅部材（純銅）は、８３０℃でほぼ同じサイズになり、それ以上の温度では、軟化した銅部材は、セラミック部材の形状に沿って、両端の開口に向かって伸びる。９００℃からの冷却により、９００℃におけるセラミック部材の断面の（一辺の）寸法７．６１ｍｍから、冷却された銅部材は、室温で７．４９ｍｍになり、０．１１ｍｍの均一な隙間を持ったセラミックス部材と銅部材とからなる複合固定子部材を得ることが出来た。
【００７０】
得られた複合固定子部材の銅部材に電流を流し続けたところ、３００℃を越えても、セラミック部材及び銅部材は、破損しなかった。
【００７１】
（実施例２）平均粒径１μｍの窒化珪素粉末に、酸化イットリウムを５質量％、酸化マグネシウムを５質量％、ともに加え、バインダを添加し、混練して、成形原料を得た。その成形原料を、押出成形し、乾燥させた後、１８００℃で焼成して、壁の厚さが０．３ｍｍであり、それぞれの断面の形状が台形であり断面の面積が７ｍｍ２である空洞が１０個並んだ、スリーブ状の、セラミック部材を得た。次いで、そのセラミック部材の空洞の一方の（下側の）開口を、窒化珪素製の型部材を使用して塞ぎ、セラミック部材の他方の（上側の）開口には、断面の面積が６．８ｍｍ２であり空洞の断面に相似な台形形状の開口を有する窒化珪素製の型部材をつけて、成形型を構築した。そして、断面の面積が６．５ｍｍ２でありセラミック部材の空洞の形状に相似するように冷間加工された純銅の銅部材１０個を、その型部材の開口から挿入し、１０−４Ｔｏｒｒの真空雰囲気に制御されたカーボン焼成炉において、９００℃に加熱した後、型部材の開口から酸素濃度が６ｐｐｍ以下に制御された窒素ガスを９．５ｋｇ／ｃｍ２加え、銅部材を加圧した後、常温まで冷却し、型部材を外して、セラミック部材と銅部材とからなる複合固定子部材を得た。
【００７２】
得られた複合固定子部材の銅部材に電流を流し続けたところ、５００℃を越えても、セラミック部材及び銅部材は、破損しなかった。
【００７３】
（実施例３）平均粒径１μｍに粉砕したコージェライト粉末に、バインダを添加し、混練して、成形原料を得た。その成形原料を、押出成形し、乾燥させた後、１４００℃で焼成して、壁の厚さが０．３ｍｍであり、それぞれの断面の面積が７ｍｍ２であり断面の形状が台形である空洞が１０個並んだ、スリーブ状の、セラミック部材を得た。次いで、そのセラミック部材の空洞の一方の（下側の）開口を、コージェライト製の型部材を使用して塞いて、成形型を構築した。併せて、引抜き加工によって純胴を成形し、セラミック部材の空洞に挿入可能な形状の異型棒材を得て、それを切断して、２０個の銅部材（純銅異型棒材）を得た。この銅部材の断面積はそれぞれ６．５ｍｍ２であり、銅部材の長さはセラミック部材の１．２倍とした。その後、セラミック部材の塞がれていない空洞の他方の（上側の）開口から、銅部材を挿入し、炉内真空度を１×１０−３Ｔｏｒｒ以下とした真空炉中で、セラミック部材を取り囲むように設置したリングヒータにより、純銅の溶融温度である１０８４℃の温度域に曝される範囲を、セラミック部材の下端（空洞の開口を塞いだ側）から上端（空洞の開口を塞いでいない側）に向けて所定の速度で移行させ、セラミック部材の空洞に挿入された銅部材を、順次、溶融し、且つ、順次、凝固させた。その後、常温まで、炉内で冷却し、型部材を外した後、銅部材とセラミック部材の空隙にポリアミドを充填し、固化させて、セラミック部材と銅部材とからなり充填部材を備えた複合固定子部材を得た。
【００７４】
得られた複合固定子部材の銅部材に、６５０Ｖ、２００Ａの電流を１０分連続的に流して発熱させた後、冷却し、観察した。セラミック部材及び銅部材の破損は確認されなかった。
【００７５】
（実施例４）実施例２と同様にして、同じ窒化珪素製のセラミック部材を得た。そして、そのセラミック部材を長さ８０ｍｍに切断し、そのセラミック部材の空洞の一方の（下側の）開口を、黒鉛製の型部材を使用して塞ぎ、セラミック部材の他方の（上側の）開口には、溶融すべき銅材料の載置部を備えた黒鉛製の型部材をつけて、成形型（鋳型）を構築した。その後、雰囲気制御が可能なカーボン焼成炉内に、セラミック部材（成形型）を配置し、上側に位置する型部材の上記載置部に、８０ｇの銅材料を載せ、真空度１０−４Ｔｏｒｒで、１１００℃まで加熱した。そして、１１００℃で保持し、酸素濃度が５ｐｐｍの窒素ガスを導入し、溶融した銅材料を、セラミック部材の空洞に加圧鋳込みした。その後、常温まで冷却し、型部材を外し、銅部材とセラミック部材の空隙にポリアミドイミドを充填し、固化させて、セラミック部材と銅部材とからなり充填部材を備えた複合固定子部材を得た。
【００７６】
得られた複合固定子部材の銅部材に、６５０Ｖ、２５０Ａの電流を５分連続的に流して発熱させた後、冷却し、観察した。セラミック部材及び銅部材の破損は確認されなかった。
【００７７】
（実施例５）実施例２と同様にして、同じ窒化珪素製のセラミック部材を得た。そして、そのセラミック部材を長さ８０ｍｍに切断し、そのセラミック部材の空洞の一方の（下側の）開口を、黒鉛製の型部材を使用して塞ぎ、成形型を構築した。その後、セラミック部材の他方の（上側の）開口から、空洞に十分に充填可能な量の純銅からなる棒材を挿入した。その後、セラミック部材（成形型）を雰囲気制御が可能なカーボン焼成炉内に配置し、セラミック部材の下端（空洞の開口を塞いだ側）から真空度１０−４Ｔｏｒｒで、１２００℃まで加熱した。そして、１２００℃で保持し、加熱する領域（加熱帯）を、セラミック部材の下端（空洞の開口を塞いだ側）から上端（空洞の開口を塞いでいない側）に向けて、１ｍｍ／分で移動させ、溶融した銅材料をセラミック部材の空洞に、順次、充填した。その後、常温まで冷却し、型部材を外し、銅部材とセラミック部材の空隙にポリアミドイミドを充填し、固化させて、セラミック部材と銅部材とからなり充填部材を備えた複合固定子部材を得た。
【００７８】
得られた複合固定子部材の銅部材に、６５０Ｖ、２５０Ａの電流を５分連続的に流して発熱させた後、冷却し、観察した。セラミック部材及び銅部材の破損は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る複合固定子部材及びその製造方法は、あらゆる電動機及び発電機の固定子用の部材として、又はそれを作製する手段として、好適に利用することが出来る。特に、ハイブリッド電気自動車における電動機／発電機の固定子用の部材として、又はそれを作製する手段として、好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る複合固定子部材を用いた固定子の一の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る複合固定子部材の一の実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る複合固定子部材を構成するセラミック部材の一の実施形態を示す斜視図である。
【図４】図２において特定された切断線で切断した場合の断面図である。
【図５】本発明に係る複合固定子部材の他の実施形態を表す断面図である。
【図６】本発明に係る複合固定子部材の他の実施形態を表す断面図である。
【図７】本発明に係る複合固定子部材の他の実施形態を表す断面図である。
【図８】本発明に係る複合固定子部材の他の実施形態を表す断面図である。
【図９】本発明に係る複合固定子部材の他の実施形態を表す断面図である。
【図１０】本発明に係る複合固定子部材の更に他の実施形態を表す断面図である。
【図１１】本発明に係る複合固定子部材の更に他の実施形態を表す断面図である。
【図１２】本発明に係る複合固定子部材の製造方法の一の実施形態を表す断面図である。
【図１３】本発明に係る複合固定子部材の製造方法の更に他の実施形態を表す断面図である。
【図１４】本発明に係る複合固定子部材の製造方法における、銅部材とセラミック部材の熱膨張率の差を説明するためのグラフである。
【図１５】本発明に係る複合固定子部材の製造方法の更に他の実施形態を表す断面図である。
【図１６】本発明に係る複合固定子部材の製造方法における、銅部材とセラミック部材の熱膨張率の差を説明するためのグラフである。
【図１７】本発明に係る複合固定子部材を構成するセラミック部材の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１８】本発明に係る複合固定子部材を構成するセラミック部材の更に他の実施形態を示す斜視図である。
【図１９】本発明に係る複合固定子部材を構成するセラミック部材の更に他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
１：固定子、２：固定子コア、３：複合固定子部材、４：スロット、２１：銅部材、２２：セラミック部材、２４：銅材料、２６：空洞、３１：珪素鋼板部材、７１：充填部材、８１：充填部材。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１】
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