(57)【要約】  回転子が炭素製の整流子（４）を備えている。回転子の製造のために絶縁性の支持部材（９）を回転子シャフト（１）上に装着する。前記の支持部材（９）はラグ（１３）を備え、その周りに回転子巻線（３）の巻線末端（８）が巻き付けられ、絶縁材の除去後に巻線末端（８）に導電性の接着剤が塗付される。整流子（４）はその後ラグ（１３）上に巻線末端（８）をもって装着される。この工程によって巻線末端（８）が該当する整流子セグメントと機械的かつ電気的に直接結合される。
2009536512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子シャフト（１）と、電機子パッケージ（２）と、絶縁されたコイル導線から形成され複数の巻付き体状の個別コイルを含んだ回転子巻線（３）と、回転子軸（５）の周りに配置された複数の炭素製セグメント（６，４０，４９）を有する整流ユニット（４）とを備えてなる回転電気機器の回転子の製造方法であり：
−  回転子シャフト（１）上に電機子パッケージ（２）を装着し；
−  絶縁性の材料から形成され整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグ（１３，３２，５２）を有する取り付け部材（９，３１，３６，５１）を回転子シャフト上に装着し；
−  回転子巻線（３）を電機子パッケージ（２）上に設置し、回転子巻線の各個別コイルの末端（８）をそれぞれ該当する取り付け部材のラグの周りに巻き付けることによって回転子巻線の個別コイルの末端を取り付け部材のラグに固定し、回転子巻線の個別コイルの末端上のコイル導線から絶縁材を除去し；
−  ラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの裸の末端上および／または整流ユニットのセグメントを包合している整流部材（２３，２７，３７，４７）の端面上に導電性の接着剤を塗付し；
−  取り付け部材のラグがそれぞれ隣接する整流ユニットのセグメントの端面部分（２１）に直接的に接合してその際に整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が接着剤による固定的な結合を形成しながら該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触するような形態で前記整流部材（２３，２７，３７，４７）を回転子シャフト上および／または取り付け部材上に装着する、
各ステップを含んでなる方法。
【請求項２】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグ上に設けられたノッチ（１９）内に引き込まれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグの周りに複数回巻き付けられることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニット（４）のセグメント（６，４０，４９）の間の導電性の結合の形成が整流部材（２３，２７，３７，４８）の装着に際して同時に実施されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニット（４）のセグメント（６，４０，４９）の間の導電性の結合が導電性の接着剤を使用して形成あるいは保持されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
整流ユニット（４）のセグメント（６，４０，４９）が表面金属化を備えないことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニットのセグメント（６，４０，４９）の間の導電性の結合がハンダ付けによって形成され、その際少なくとも回転子巻線の個別コイルの末端との結合を形成するために機能する整流ユニットのセグメントの軸方向端面部分に予め表面金属化が施されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
整流部材がリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材（２４，３８）を含んでいて、整流ユニットのセグメントと回転子巻線（３）との導電性の接続の形成後に初めて整流ユニット（４）の個々のセグメント（６，４０）が互いに分離されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
整流部材をリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材（２４，３８）のみから形成し、それを取り付け部材（９，３６）上に装着して整流ユニット（４）の個々のセグメント（６，４０）の分離前に少なくとも部分的に取り付け部材、電機子パッケージ（２）、および回転子巻線（３）と共に樹脂（２２，４４）あるいは成形材によって被覆成形あるいは噴射被覆することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
リング形状の炭素未加工材（２４）の整流ユニット（４）の個々のセグメント（６）の分離前に回転子シャフト（１）を軸方向に移動させることを特徴とする請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
整流部材（２７）が絶縁性の支持部材（２８）とその中に固定され分離および相互に絶縁されている整流ユニットのセグメント（６）を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
回転子シャフト（１）が純粋に組み立て用シャフトであってそれがその後稼働用シャフトに交換されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）上のコイル導線から回転子巻線の巻き付け中に絶縁材を徐々に除去することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
回転子巻線の巻き付け後に回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）上のコイル導線から絶縁材を除去することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
回転子シャフト（１）と、その回転子シャフト上に装着された電機子パッケージ（２）と、絶縁されたコイル導線から形成され前記電機子パッケージ上に取り付けられた複数の巻付き体形状の個別コイルからなる回転子巻線（３）と、炭素から形成されて回転子軸の周りに配置されさらにそれに対して前記回転子巻線の末端（８）が直接的に接続されているセグメント（６，４０，４９）群を有する整流ユニット（４）を含んだ回転電気機器の回転子であり、
回転子シャフト上に装着され軸方向において電機子パッケージと整流ユニットの間に配置された絶縁性の材料からなる取り付け部材（９，３１，３６，５１）を設け、それが整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグ（１３，３２，５２）を備えていてそれらが整流ユニットのセグメントの端面部分（２１）に直接的に隣接してそれぞれ配置されるとともにそれに対して回転子巻線の個別コイルの裸の末端がいずれも該当するラグの周りに巻き付けることによって固定され、整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が接着剤を使用した固定結合によって該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触することを特徴とする回転子。
【請求項１６】
取り付け部材（９，３１，３６，５１）が整流ユニット（４）の方向に向かって実質的に円錐状に拡大している外側接合面（１２）を回転子巻線（３）に対して有することを特徴とする請求項１５記載の回転子。
【請求項１７】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグ上に設けられたノッチ（１９）内に引き込まれることを特徴とする請求項１５または１６記載の回転子。
【請求項１８】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグの周りに複数回巻き付けられることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれかに記載の回転子。
【請求項１９】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニット（４）のセグメント（６，４０，４９）の間の導電性の結合が導電性の接着剤を使用して形成されることを特徴とする請求項１５ないし１８のいずれか記載の回転子。
【請求項２０】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニット（４）のセグメントの間の導電性の結合がハンダ付けによって形成されることを特徴とする請求項１５ないし１９のいずれかに記載の回転子。
【請求項２１】
整流ユニット（４）のセグメント（６，４０）が取り付け部材（９，３６）の心合せ突起部（１７，４２）によって心合せされて樹脂（２２，４４）あるいは成形材内に固定され、その樹脂あるいは成形材によってさらに取り付け部材、電機子パッケージ（２）および回転子巻線（３）も被覆成形あるいは噴射被覆されることを特徴とする請求項１５ないし２０のいずれかに記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子シャフトと、電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成された回転子巻線と、炭素から形成され回転子軸の周りに配置された複数のセグメントを有する整流ユニットとを備えた、回転電気機器の回転子の製造方法に関する。本発明はさらに、回転子シャフトと、その回転子シャフト上に装着された電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成され前記電機子パッケージ上に取り付けられた回転子巻線と、炭素から形成されて回転子軸の周りに配置されさらにそれに対して前記回転子巻線の末端が直接的に接続されているセグメント群を有する整流ユニットを含んだ回転電気機器の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流モータおよび発電機等の回転電気機器は通常、回転子と、回転子シャフトと、電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成され複数の巻付き体状の個別コイルを含んだ回転子巻線と、回転子軸の周りに配置された複数のセグメントを有する整流ユニットとを備えている。セグメントの数は通常回転子巻線の個別コイルの数に相当し、それらのセグメントが一般的にシリンダ形状あるいは平面状のブラシ摺接面を定義し、その上をブラシが摺接する。
【０００３】
広範に使用されている回転電気機器において整流ユニットのセグメントは銅から形成されている。その際（絶縁性の支持部材に固定された）セグメントは通常接続フックを有しており、それが整流ユニットのセグメントに対する回転子巻線の導電性の結合のために機能する。その際一般的にいずれも予加工された整流子が回転子シャフト上に取り付けられ、回転子巻線の末端、すなわち回転子巻線の個別コイルの末端が前記の接続フックに溶接される。
【０００４】
特定の適用形態（例えば、燃料ポンプの駆動のために機能する循環式の直流モータ）において整流ユニットのセグメントは寿命の理由から炭素からの製造が増えており、本発明の枠内においては既知の全ての黒鉛あるいは炭素セグメント（特に電気炭素あるいはポリマー結合を有する炭素）の製造方法が理解される。その種の適用形態の回転電気機器の回転子の製造は、通常前述の銅製整流子の場合と同様に実施され、予加工された炭素整流子において整流ユニットのセグメントが適宜な方式で導電性に金属製導体セグメントと結合され、それが該当する整流子の支持部材内に固定されるとともに回転子巻線の末端に対する接続フックを備えている（例えば独国特許出願公開第１９５２５５８４号Ａ１明細書、欧州特許第１０７５７２７号Ｂ１明細書、独国特許出願公開第１０１２７７８４号Ａ１明細書、独国特許出願公開第１９９５６８４４号Ａ１明細書参照）。代替として、整流ユニットの炭素セグメントを直接絶縁性の支持部材上に固定し、接続フックを備えている金属製の導体セグメントを該当する整流子のセグメント上に固定することが提案されている（特開平０８−６５９６６号公報）。
【０００５】
さらに、炭素整流子において金属製の導体セグメントを完全に放棄し回転子巻線の末端を（絶縁性の支持部材上に固定された）直接整流ユニットのセグメント、特にそのセグメント上に成形された爪部材に接続することも提案されている（特開２０００−２０８２２５号公報）。その種の炭素整流子を備えた回転子を製造するために前述の方式が有効である。
【０００６】
さらに、（円筒形の）整流ユニットが炭素セグメントを含んでいる冒頭に述べた種類の回転子を製造するために、実質的な整流ユニットの取り付け前ならびに回転子巻線の製造前に回転子シャフト上に蓋形状あるいは鐘形状の取り付け要素を装着することが既に提案されている（米国特許第３５３２９１３号明細書参照）。前記の要素は後に取り付けるべき整流ユニットをそのブラシ摺接面を形成する外周面上で包含し、その要素の上において回転子巻線の個別コイルの末端が後に取り付けるべき整流ユニットのセグメントに相対して適正な位置に、止め穴あるいはスリットを使用して設置される。予加工された整流ユニットの取り付け要素内への挿入に際して、機械的な挟み付け接触によって回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントとの間に導電性の結合が形成される。
【０００７】
（回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントとの間の溶接あるいはハンダ付けを回避するために）機械的な挟み付け接触のみを形成する類似の概念が、その整流ユニットが金属セグメントを有している回転子と関連して提案されている（特開平０９−００９５８４号公報および独国特許第４０２６０２５号Ｂ４明細書）。
【０００８】
さらに、回転電気機器の回転子を容易に交換可能な絶縁性の支持部材と炭素セグメントからなるドラム型整流子を設けて形成することが提案されている（米国特許第３５５１７１６号明細書および独国特許出願公開第１９１０６１１号Ａ明細書）。そのため回転子シャフト上の回転子巻線と整流子の間に絶縁性材料からなる支持盤とその上に取り付けられた金属製の導体セグメントが固定され、その上の末端側に回転子巻線の末端が固定される。整流子が回転子シャフト上に差し付けられている場合に支持盤を介して整流子の方向に貫通する導体セグメントの頭部が整流ユニットのセグメントに端面側で接触し、その際その接触は支持盤（米国特許第３５５１７１６号明細書）あるいは導体セグメント（独国特許出願公開第１９１０６１１号Ａ明細書）のバネ圧力式の弾力性によって確立される。
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９５２５５８４号Ａ１明細書
【特許文献２】欧州特許第１０７５７２７号Ｂ１明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０１２７７８４号Ａ１明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９９５６８４４号Ａ１明細書
【特許文献５】特開平０８−６５９６６号公報
【特許文献６】特開２０００−２０８２２５号公報
【特許文献７】米国特許第３５３２９１３号明細書
【特許文献８】特開平０９−００９５８４号公報
【特許文献９】独国特許第４０２６０２５号Ｂ４明細書
【特許文献１０】米国特許第３５５１７１６号明細書
【特許文献１１】独国特許出願公開第１９１０６１１号Ａ明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した従来の技術の観点から本発明の目的は、経済性、信頼性、ならびに寿命の点において極めて優れていてまた極めて小型の寸法が可能な冒頭に述べた種類の実用的な回転電気機器の回転子の製造方法ならびに冒頭に述べた種類の実用的な回転電気機器の回転子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題は本発明に従って、回転子シャフトと、電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成され複数の巻付き体状の個別コイルを含んだ回転子巻線と、回転子軸の周りに配置された複数の炭素製セグメントを有する整流ユニットとを備えてなる回転電気機器の回転子の製造方法が：
−  回転子シャフト上に電機子パッケージを装着し；
−  絶縁性の材料から形成され整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグを有する取り付け部材を回転子シャフト上に装着し；
−  回転子巻線を電機子パッケージ上に設置し、回転子巻線の各個別コイルの末端をそれぞれ該当する取り付け部材のラグの周りに巻き付けることによって回転子巻線の個別コイルの末端を取り付け部材のラグに固定し、回転子巻線の個別コイルの末端上のコイル導線から絶縁材を除去し；
−  ラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの裸の末端上および／または整流ユニットのセグメントを包合している整流部材の端面上に導電性の接着剤を塗付し；
−  取り付け部材のラグがそれぞれ隣接する整流ユニットのセグメントの端面部分に直接的に接合してその際に整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触するような形態で前記整流部材を回転子シャフト上および／または取り付け部材上に装着する、
各ステップを含むことによって解決される。
【００１２】
本発明に従って形成された冒頭に述べた種類の回転子は、回転子シャフト上に装着され軸方向において電機子パッケージと整流ユニットの間に配置された絶縁性の材料からなる取り付け部材を有することを特徴とし、それが整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグを備えていてそれらが整流ユニットのセグメントの端面部分に直接的に隣接してそれぞれ配置されるとともにそれに対して回転子巻線の個別コイルの裸の末端がいずれも該当するラグの周りに巻き付けることによって固定され、整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が接着剤を使用した固定結合によって該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触する。
【００１３】
本発明の中核的な特徴との一つは、回転子巻線の個別コイルの末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合がいずれも整流ユニットのセグメントの（特に軸方向の）端面部分内で形成されることである。そのため、絶縁性の材料から形成され回転子シャフト上に装着された取り付け部材が整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグを備え、それらが後続の組み立て、すなわち回転子シャフト上および／または取り付け部材上への整流ユニットの軸方向の装着に際していずれも整流ユニットのセグメントの端面部分に直接的に隣接して位置する。通常アーム形状の取り付け部材のラグの半径方向の延伸は整流部材の半径よりも短く従ってその整流部材あるいはそれから形成された整流ユニットより半径方向に突出することはなく、回転子巻線の末端がラグに巻き付けられることによって固定され、その形態は回転子シャフト上および／または取り付け部材上への整流ユニットの軸方向の装着に際して前記回転子巻線の末端が整流ユニットのセグメントの（軸方向の）端面部分の領域内において導電性の接着手段（ハンダ、接着剤等）による固定的な結合を形成しながら直接的に前記整流ユニットのセグメントと導電性に接触するようなものとなる。従って本発明によれば、回転子巻線の末端と炭素セグメントの間の導電性の介在部材としての金属製導体セグメントは設けられない。特に回転子巻線を炭素セグメントに直接的に接触させた場合に極めて簡便になる回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントとの接触部は本発明の適用によって比較的回転子の軸の近くに配置することができ、それによってその接触部の個々の要素には比較的小さな遠心力のみが作用する。さらに、その接触部は一般的に前述した端面部分に限定されるが、それを保護して収容するか、場合によってはそれどころか電機子パッケージおよび回転子巻線と共に樹脂あるいは成形材によって被覆成形あるいは噴射被覆することができる。本発明は、回転子の寸法を可能な限り小さくする観点からも有効である。また、回転子巻線の製造後および取り付け部材のラグ上への回転子巻線の末端の固定後の整流ユニットの組み立てによって、回転子未加工材の取り扱い中における繊細な炭素セグメントの損傷が防止される。
【００１４】
回転子巻線の末端、すなわち回転子巻線の個別コイルの末端が巻き付けによって取り付け部材のラグに固定されるという概念は、個別コイルを連続的に破断なく一体的に形成することができるコイル導線をいずれも２つの個別コイル間で切断しなければならないというように限定的に解釈すべきではない。むしろ、１つの個別コイルの末端がその該当する取り付け部材のラグへの固定領域内において隣接して巻き付けられた個別コイルの末端に破断なく移行することが可能である。特にこの場合に本発明の利点が極めて顕著に示され；その理由は、回転子巻線の１つの個別コイルの巻き付け後隣接する個別コイルの巻き付けを開始する前にコイル導線を１回のみ、場合によっては複数回取り付け部材のラグに巻き付ければ充分であるためである。
【００１５】
回転子巻線の末端領域における巻き付け用導線の絶縁材の除去は、与えられた条件に応じて回転子巻線の製造中あるいはその後に実施することができる。回転子巻線の製造中、すなわちいずれも連続する２つの個別コイルの巻き付けの間における絶縁材の除去は、回転子巻線の末端から広い面積で絶縁材を除去することができるという利点を有し、それが炭素セグメントに対する良好な接触を形成するように作用し；この場合それに従って勿論回転子巻線の製造により多くの時間が費やされる。回転子巻線の巻き付けの終了後の絶縁材の除去が実用に適した結果をもたらし、回転子巻線の製造が遅延しないという利点を有する。このことは経済性の観点から極めて有効である。回転子巻線の末端の領域でコイル導線の絶縁の除去がどのような方式（機械的、化学的、熱、あるいはその他の方式）で実施されるかは、個々の場合の条件に従ったものとなり、例えば絶縁材の種類による。
【００１６】
本発明は原則的にブラシ摺接面の幾何形状（平面状、シリンダ状、あるいはその他の形状）には依存せずに適用可能であるが、以下の説明から理解されるように、平面的なブラシ摺接面を有する整流ユニットとの関連において、すなわち従来の炭素平型整流子が使用される適用形態において極めて好適である。
【００１７】
本発明の好適な追加構成形態によれば、回転子巻線の末端が取り付け部材のラグへの固定のためにラグの周りに複数回巻き付けられるか、および／またはラグ上に設けられた回転子巻線の導線を固定的に締め付けるためのノッチ内に引き込まれる。そのことによって、低コストに製造可能かつ信頼性の高い、取り付け部材のラグへの回転子巻線の末端の固定が提供される。前記のノッチはラグの周囲全体にわたって延在するのではなく、むしろ回転子との導電性の結合を形成するために作用する整流ユニットのセグメントの端面部分と直接向かい合っていないラグの領域のみに延在することが極めて好適である。すなわちその位置で、継続的なセグメントとの導電性の結合のための最適な要件を満たすために回転子巻線の末端が可能な限り露出する。
【００１８】
回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合の形成が整流部材の装着に際して並行に行われる可能性との関連において、前記の導電性の結合が導電性の接着剤を使用して形成、固定あるいは補強されれば極めて好適であることが理解される。このことは、その場合に整流ユニットのセグメントの表面金属化を全く必要としない点から極めて好適である。導電接着剤は、整流部材の装着前に取り付け部材ならびにそこに固定されている回転子巻線の（裸の）末端および／またはセグメントの端面部分上に塗付される。それに代えて、回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の接続の形成、固定あるいは補強のためにその他の既知の方式（例えばハンダ付け）が使用される場合、整流ユニットのセグメントに既知の方式で（部分的に）表面の金属化を予め施すことが推奨される。ハンダは整流部材の装着前に取り付け部材ならびにそこに固定されている回転子巻線の（裸の）末端および／またはセグメントの端面部分上にペーストとして塗付し、そのユニットを整流部材の取り付け後にハンダの融点より高い温度に加熱することが好適である。
【００１９】
本発明のさらに別の構成形態に従って取り付けられる整流部材はリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材を含んでいて、整流ユニットのセグメントと回転子巻線との導電性の接続の形成後に初めて整流ユニットの個別のセグメントが互いに分離されれば、多くの観点において極めて好適である。整流部材をリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材のみから形成し、それを取り付け部材上に装着して整流ユニットの個々のセグメントの分離前に少なくとも部分的に取り付け部材、電機子パッケージ、および回転子巻線と共に樹脂あるいは成形材によって被覆成形あるいは噴射被覆すれば極めて好適な利点が得られる。その際取り付け部材上に設けられている中央突起部が取り付け部材と炭素未加工材の適正位置かつ相互に整合した配置を確立することができる。（特に平面状のブラシ摺接面を有する整流ユニットにおいて）回転子シャフトが整流ユニットの個別のセグメントの分離を妨害する場合、場合によって整流ユニットの個別のセグメントの分離前に回転子シャフトを軸方向に移動させることができる。このことは、その上に回転子が形成されている回転子シャフトが組み立て用シャフトであってそれがその後稼働用シャフトに交換される場合に限って有効なものではない。回転子が最初から稼働用シャフト上に形成される場合でも、先に閉式のリングあるいは閉式のスリーブになるよう互いに結合された整流ユニットのセグメントを分離できるようにするため回転子シャフトを一時的に移動させることができる。
【００２０】
前述した構成特徴は勿論限定的なものではない。特定の適用形態に対して極めて好適な本発明の別の好適な追加構成は、取り付けるべき整流部材が絶縁性の支持部材とその中に固定され既に分離および相互に絶縁されている整流ユニットのセグメントを有することを特徴とする。この場合、整流ユニットは（その絶縁性の支持部材と共に）回転子シャフト上にそれ自体で取り付けることができる。いずれにしても、必ずしも前述した支持部材無しの整流部材の場合と同様に取り付け部材に整流部材あるいは整流ユニットのセグメントを心合せする機能が与えられるわけではない。この場合整流部材の支持部材が開口部あるいは窓を備え、それが回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合の形成のために作用するセグメントの（軸方向の）端面部分を露出させる。本発明の適用において回転子巻線の末端が溶接によって整流ユニットに接続されないため、整流部材の支持部材は熱可塑性材料から低コストに製造することができる。
【００２１】
本発明のさらに別の追加構成形態によれば、取り付け部材が整流ユニットの方向に向かって実質的に円錐状に拡大している外側接合面を回転子巻線に対して備える。この方式によって取り付け部材が回転子巻線の製造のために提供された空間を仕切りかつ定義するとともにその回転子巻線を支承し、そのことが極めて小型の構造様式の観点から特に好適になる。この方式によって取り付け部材、電機子パッケージ、および回転子巻線が小型かつ強固なユニットを構成し、それどころかそれは場合によってシャフト無しで取り扱うことができる。
【００２２】
本発明の顕著な利点は特に整流ユニットが炭素セグメントを有している回転子において前述の説明ならびに後述する図面の説明から明らかであるものの、金属セグメントを有する整流ユニットを備えた回転子に同様な構成特徴を当て嵌めることも原則的に除外されない。その理由から出願人は適宜な方法（例えば分割出願あるいは本出願の優先権の主張）によって金属セグメントを有する整流ユニットを備えた回転子にここで記述される特徴を適用した応用方式の保護を請求する権利も留保する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、添付図面に示された４つの好適な実施例を参照しながら、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２４】
図１ないし図６に示された回転電気機器の回転子は、回転子シャフト１と、その上に装着された電機子パッケージ２と、その電機子パッケージ上に取り付けられた回転子巻線３と、整流ユニット４を備えている。整流ユニット４は炭素から形成され回転子軸５の周りに配置された８個のセグメント６を備え、それらが回転子軸５に対して垂直に配置されたブラシ摺接面７を定義している。それに対応して絶縁されたコイル導線から形成された回転子巻線が８個の巻付き体形状の個別コイルを有している。ここまでの範囲においては図示された回転子は広く知られている従来の技術に相当し、従ってより詳細な説明は不要である。
【００２５】
回転子巻線３の個別コイルの末端８と整流ユニット４のセグメント６の直接的な接続のために、絶縁性の材料から形成されシャフト用孔部１０を有する取り付け部材９が回転子シャフト１上に装着される。取り付け部材９は端面１１をもって電機子パッケージ２に接続している。それは整流ユニット４の方向に向かって実質的に円錐形に拡大している、回転子巻線３への外側接合面１２を有している。さらに、取り付け部材９は半径方向に指向したアーム状の突起の形式の８個のラグ１３を備えており、それらはコア部１４から半径方向外側に突出していると同時にそのコア部１４に対して整流ユニット４のセグメント６に向かって軸方向にずれている。ラグ１３は半径方向内側に向かってリブ１５の形式の延長部を備え、それらが取り付け部材９のコア部１４の端面１８から突出している。リブ１５はいずれも対応する整流ユニット４のセグメント６に対する接合面１６を有しており、ここで８個の接合面１６はブラシ摺接面７に対して平行な共通の平面内に存在する。リブから半径方向内側に向かって中央突起部１７が突立しており、その上にいずれも整流ユニット４のセグメント６がその半径方向内側の縁部をもって接合する。
【００２６】
取り付け部材９のラグ１３に回転子巻線９の末端８を固定するためにラグ１３はノッチ１９を備え、回転子巻線を形成するために使用されるコイル導線が回転子巻線の末端８の領域において複数回ラグ１３の周りに巻き付けられて前記ノッチ１９内に引き込まれそこで固定されるような方式で、前記ノッチの内幅が前記コイル導線の直径に整合する。ノッチ１９は整流ユニット４のセグメント６に向かい合っていないラグ１３の領域のみに設けられる。ラグ１３はセグメント６に向かい合って浅い低没部状の窪み部２０を備え、それが回転子巻線を製造するために使用される導線に略相当するような厚みで接合面１６に対して低没しており、半径方向に隣接して配置された回転子巻線の末端８の複数の巻き付け部を収容するように作用する。
【００２７】
整流ユニット４のセグメント６と回転子巻線３の末端８の接触は、セグメント６の端面部分２１の領域内で形成される。ここで、対応するセグメントの表面を金属化することなく、絶縁材が除去されラグ１３の周りに巻き付けられた回転子巻線の末端８が導電性の接着剤を使用してセグメント６に接続される。
【００２８】
半径方向外側および半径方向内側において（その部分が適宜に造形された）整流ユニット４のセグメント６が樹脂２２によって包合され、その中には電機子パッケージ２と回転子巻線３も埋入される。その際樹脂２２はそこでさらにラグ１３も内包し、そこではセグメント６がラグに接合せず、その方式によって追加的に回転子巻線３の末端８のラグ１３への固定を成す。
【００２９】
図１ないし図３に示された回転子の製造のために、取り付け部材９上に装着される整流部材２３が炭素環状盤２４のみから形成されることが特徴的である。図６のステップ６．３には前述した方式による回転子巻線の末端に対する導電性の結合を形成しながらの炭素環状盤２４の取り付け部材９上への装着が示されている。ステップ６．４に示されているように、その後電機子パッケージ２と回転子巻線３と取り付け部材９と炭素環状盤２４とからなる構成部材群が樹脂２２によって被覆成形され、その際取り付け部材９のコア部１４を超えたリブ１５の突出に従って樹脂がセグメント６の下面にも接合してそのセグメントを固定し、ブラシ摺接面７のみが露出される。樹脂２２内には取り付け部材９に対向して回転子シャフト１上に装着されたスリーブ２５も包合され；それが回転子シャフト１の押出しに際して樹脂２２の損傷を防止する。回転子シャフトが取り外された後炭素環状盤２４が半径方向の切断によって分割され、それによって整流ユニットの個別セグメント６が互いに分離されて相互に絶縁される（ステップ６．５）。最後に最終的な回転子シャフト１として稼働用シャフトが取り付けられる（ステップ６．６）。稼働用シャフトの押し込みに際して整流ユニット４の損傷を防止するために、樹脂２２から形成された部材が肩部２６を備えていて、稼働用シャフトの押し込みに際して前記部材が前記肩部上で支承される。
【００３０】
図７ないし図１３に示された実施形態は、前述した図１ないし図６の実施形態に比べて取り付けるべき整流部材２７が絶縁性の支持部材２８とその中に固定され既に分離して互いに絶縁されている整流ユニット４のセグメント６を有することを特徴とする。整流部材２７は直接回転子シャフト１上に取り付けられ、そのため支持部材２８がシャフト用孔部２９を備えている。整流部材の支持部材がさらに窓３０を備えており、それが整流ユニット４のセグメント６の軸方向端面部分２１を露出させ、その方式によってその軸方向端面部分２１の領域内においても回転子巻線の末端とセグメントの間の導電性の結合の形成が可能となる。
【００３１】
このため回転子シャフト１上に取り付けられる取り付け部材３１は、整流部材２７の特定の実施形態に適合する。ラグ３２は、整流部材２７の支持部材２８の窓３０内に進入することができるように形成される。取り付け部材３１と整流部材２７の相互に整列する配置は、互いに対応する実質的に円錐形の嵌合面３３，３４によって補強される。
【００３２】
その他の点に関しては、図７ないし図１３の回転子シャフトの構造的な特徴は図１ないし図６に示された前述の製造方法によるものと同様であり、重複する説明は省略する。
【００３３】
図１４ないし図１６には本発明に従って形成された回転子が示されており、その整流ユニット４がシリンダ状のブラシ摺接面３５を有している。製造過程において取り付け部材３６上に取り付けられる整流部材３７は炭素スリーブ３８のみから形成され、その内周面がセグメント４０のための切り下げられた固定部３９を形成するために蛇行形状に造形されている。炭素スリーブ３８を取り付け部材３６上で心合せするために、それが半径方向内側にリブ４１から軸方向に突出する心合せ突起部４２を備えるだけでなく、追加的に心合せノブ４２を備えており、それがいずれも対になってその間に固定部３９を収容し、それによって炭素スリーブ３８と取り付け部材３６の間の正確な角度設定を保証する。
【００３４】
回転子シャフト１と電機子パッケージ２と回転子巻線３と取り付け部材３６と整流部材３７とからなる予め組み立てられたユニットが樹脂４４によって被覆成形された後、炭素スリーブ３８が切り溝４５によって分割され、それによって個別のセグメント４０が互いに分離され相互に絶縁される。樹脂４４は整流ユニット４の軸方向端面上に終端プレート４６を形成し、それがセグメント４０をさらに機械的に保護するとともに追加的に固定する。
【００３５】
支持部材無しの整流部材３７の構成のため図１ないし図６の実施形態に準じた構造となり、従ってその他の詳細に関しては重複を避けるため図１ないし図６に関しての前述の説明を参照するものとする。
【００３６】
図１４ないし図１６の実施形態とは異なって、図１７ないし図１８の回転子においては回転子シャフト１上に直接的に取り付けられる整流部材４７が絶縁性の支持部材４８とその中に固定され互いに分離された個別の炭素セグメント４９を備えている。支持部材４８はセグメント４９の軸方向端面部分２１を露出させる開口部５０を備え、それによって軸方向端面部分２１の領域内における回転子巻線３の末端８とセグメント４９の間の導電性の結合の形成を可能にする。このため回転子シャフト１上に取り付けられる取り付け部材５１は特定の整流部材４７の構成に適応している。ラグ５２は、整流部材４７の支持部材４８の開口部５０内に進入することができるように形成される。その他の点では図１７および図１８の回転子の構造上ならびに製造方法上の特徴は前述した実施形態に準じたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従って形成された平面状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第１の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図２】図１に示された回転子の別の面で切断した軸方向断面図である。
【図３】図１および図２の回転子の端面側上面図である。
【図４】図１ないし図３の回転子を製造するために使用される取り付け部材を示した立体図である。
【図５】図４の取り付け部材の別の角度から示した立体図である。
【図６】図１ないし図３の回転子の製造の経移を複数のステップで示した説明図である。
【図７】本発明に従って形成された平面状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第２の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図８】図７の回転子を製造するために使用される整流部材を示した立体図である。
【図９】図８の整流部材を別の角度から示した立体図である。
【図１０】図７の回転子を製造するために使用される取り付け部材を示した立体図である。
【図１１】図１０の取り付け部材の別の角度から示した立体図である。
【図１２】整流部材の取り付け前の回転子未加工材を示した立体図である。
【図１３】整流部材の取り付け後の図１２の回転子未加工材を示した立体図である。
【図１４】本発明に従って形成されたシリンダ形状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第３の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図１５】図１４に示された回転子の別の面で切断した軸方向断面図である。
【図１６】図１４および図１５の回転子を製造するために使用される取り付け部材およびその上に装着される整流部材を示した立体図である。
【図１７】本発明に従って形成されたシリンダ形状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第４の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図１８】図１７の回転子を別の角度から示した立体図である。
【図１】
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【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】
2009536512.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月11日(2008.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子シャフト（１）と、電機子パッケージ（２）と、絶縁されたコイル導線から形成され複数の巻付き体状の個別コイルを含んだ回転子巻線（３）と、回転子軸（５）の周りに配置された複数の炭素製セグメント（６，４０，４９）を有する整流ユニット（４）とを備えてなる回転電気機器の回転子の製造方法であり：
−  回転子シャフト（１）上に電機子パッケージ（２）を装着し；
−  絶縁性の材料から形成され整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグ（１３，３２，５２）を有する取り付け部材（９，３１，３６，５１）を回転子シャフト上に装着し；
−  回転子巻線（３）を電機子パッケージ（２）上に設置し、回転子巻線の各個別コイルの末端（８）をそれぞれ該当する取り付け部材のラグの周りに巻き付けることによって回転子巻線の個別コイルの末端を取り付け部材のラグに固定し、回転子巻線の個別コイルの末端上のコイル導線から絶縁材を除去し；
−  ラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの裸の末端上および／または整流ユニットのセグメントを包合している整流部材（２３，２７，３７，４７）の端面上に導電性の接着剤を塗付し；
−  取り付け部材のラグがそれぞれ隣接する整流ユニットのセグメントの端面部分（２１）に直接的に接合してその際に整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が接着剤による固定的な結合を形成しながら該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触するような形態で前記整流部材（２３，２７，３７，４７）を回転子シャフト上および／または取り付け部材上に装着し、その際回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニットのセグメント（６，４０，４９）の間の導電性の結合がハンダ付けによって形成され、その際少なくとも回転子巻線の個別コイルの末端との結合を形成するために機能する整流ユニットのセグメントの軸方向端面部分に予め表面金属化が施されている、
各ステップを含んでなる方法。
【請求項２】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグ上に設けられたノッチ（１９）内に引き込まれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグの周りに複数回巻き付けられることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニット（４）のセグメント（６，４０，４９）の間の導電性の結合の形成が整流部材（２３，２７，３７，４８）の装着に際して同時に実施されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
整流部材がリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材（２４，３８）を含んでいて、整流ユニットのセグメントと回転子巻線（３）との導電性の接続の形成後に初めて整流ユニット（４）の個々のセグメント（６，４０）が互いに分離されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
整流部材をリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材（２４，３８）のみから形成し、それを取り付け部材（９，３６）上に装着して整流ユニット（４）の個々のセグメント（６，４０）の分離前に少なくとも部分的に取り付け部材、電機子パッケージ（２）、および回転子巻線（３）と共に樹脂（２２，４４）あるいは成形材によって被覆成形あるいは噴射被覆することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
リング形状の炭素未加工材（２４）の整流ユニット（４）の個々のセグメント（６）の分離前に回転子シャフト（１）を軸方向に移動させることを特徴とする請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
整流部材（２７）が絶縁性の支持部材（２８）とその中に固定され分離および相互に絶縁されている整流ユニットのセグメント（６）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
回転子シャフト（１）が純粋に組み立て用シャフトであってそれがその後稼働用シャフトに交換されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
回転子シャフト（１）と、その回転子シャフト上に装着された電機子パッケージ（２）と、絶縁されたコイル導線から形成され前記電機子パッケージ上に取り付けられた複数の巻付き体形状の個別コイルからなる回転子巻線（３）と、炭素から形成されて回転子軸の周りに配置されさらにそれに対して前記回転子巻線の末端（８）が直接的に接続されているセグメント（６，４０，４９）群を有する整流ユニット（４）を含んだ回転電気機器の回転子であり、
回転子シャフト上に装着され軸方向において電機子パッケージと整流ユニットの間に配置された絶縁性の材料からなる取り付け部材（９，３１，３６，５１）を設け、それが整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグ（１３，３２，５２）を備えていてそれらが整流ユニットのセグメントの端面部分（２１）に直接的に隣接してそれぞれ配置されるとともにそれに対して回転子巻線の個別コイルの裸の末端がいずれも該当するラグの周りに巻き付けることによって固定され、整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が接着剤を使用した固定結合によって該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触し、回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）と整流ユニット（４）のセグメントの間の導電性の結合がハンダ付けによって形成されることを特徴とする回転子。
【請求項１１】
取り付け部材（９，３１，３６，５１）が整流ユニット（４）の方向に向かって実質的に円錐状に拡大している外側接合面（１２）を回転子巻線（３）に対して有することを特徴とする請求項１０記載の回転子。
【請求項１２】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグ上に設けられたノッチ（１９）内に引き込まれることを特徴とする請求項１０または１１記載の回転子。
【請求項１３】
回転子巻線（３）の個別コイルの末端（８）が取り付け部材（９，３１，３６，５１）のラグ（１３，３２，５２）への固定のためにラグの周りに複数回巻き付けられることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の回転子。
【請求項１４】
整流ユニット（４）のセグメント（６，４０）が取り付け部材（９，３６）の心合せ突起部（１７，４２）によって心合せされて樹脂（２２，４４）あるいは成形材内に固定され、その樹脂あるいは成形材によってさらに取り付け部材、電機子パッケージ（２）および回転子巻線（３）も被覆成形あるいは噴射被覆されることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の回転子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子シャフトと、電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成された回転子巻線と、炭素から形成され回転子軸の周りに配置された複数のセグメントを有する整流ユニットとを備えた、回転電気機器の回転子の製造方法に関する。本発明はさらに、回転子シャフトと、その回転子シャフト上に装着された電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成され前記電機子パッケージ上に取り付けられた回転子巻線と、炭素から形成されて回転子軸の周りに配置されさらにそれに対して前記回転子巻線の末端が直接的に接続されているセグメント群を有する整流ユニットを含んだ回転電気機器の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流モータおよび発電機等の回転電気機器は通常、回転子と、回転子シャフトと、電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成され複数の巻付き体状の個別コイルを含んだ回転子巻線と、回転子軸の周りに配置された複数のセグメントを有する整流ユニットとを備えている。セグメントの数は通常回転子巻線の個別コイルの数に相当し、それらのセグメントが一般的にシリンダ形状あるいは平面状のブラシ摺接面を定義し、その上をブラシが摺接する。
【０００３】
広範に使用されている回転電気機器において整流ユニットのセグメントは銅から形成されている。その際（絶縁性の支持部材に固定された）セグメントは通常接続フックを有しており、それが整流ユニットのセグメントに対する回転子巻線の導電性の結合のために機能する。その際一般的にいずれも予加工された整流子が回転子シャフト上に取り付けられ、回転子巻線の末端、すなわち回転子巻線の個別コイルの末端が前記の接続フックに溶接される。
【０００４】
特定の適用形態（例えば、燃料ポンプの駆動のために機能する循環式の直流モータ）において整流ユニットのセグメントは寿命の理由から炭素からの製造が増えており、本発明の枠内においては既知の全ての黒鉛あるいは炭素セグメント（特に電気炭素あるいはポリマー結合を有する炭素）の製造方法が理解される。その種の適用形態の回転電気機器の回転子の製造は、通常前述の銅製整流子の場合と同様に実施され、予加工された炭素整流子において整流ユニットのセグメントが適宜な方式で導電性に金属製導体セグメントと結合され、それが該当する整流子の支持部材内に固定されるとともに回転子巻線の末端に対する接続フックを備えている（例えば独国特許出願公開第１９５２５５８４号Ａ１明細書、欧州特許第１０７５７２７号Ｂ１明細書、独国特許出願公開第１０１２７７８４号Ａ１明細書、独国特許出願公開第１９９５６８４４号Ａ１明細書参照）。代替として、整流ユニットの炭素セグメントを直接絶縁性の支持部材上に固定し、接続フックを備えている金属製の導体セグメントを該当する整流子のセグメント上に固定することが提案されている（特開平０８−６５９６６号公報）。
【０００５】
さらに、炭素整流子において金属製の導体セグメントを完全に放棄し回転子巻線の末端を（絶縁性の支持部材上に固定された）直接整流ユニットのセグメント、特にそのセグメント上に成形された爪部材に接続することも提案されている（特開２０００−２０８２２５号公報）。その種の炭素整流子を備えた回転子を製造するために前述の方式が有効である。
【０００６】
さらに、（円筒形の）整流ユニットが炭素セグメントを含んでいる冒頭に述べた種類の回転子を製造するために、実質的な整流ユニットの取り付け前ならびに回転子巻線の製造前に回転子シャフト上に蓋形状あるいは鐘形状の取り付け要素を装着することが既に提案されている（米国特許第３５３２９１３号明細書参照）。前記の要素は後に取り付けるべき整流ユニットをそのブラシ摺接面を形成する外周面上で包含し、その要素の上において回転子巻線の個別コイルの末端が後に取り付けるべき整流ユニットのセグメントに相対して適正な位置に、止め穴あるいはスリットを使用して設置される。予加工された整流ユニットの取り付け要素内への挿入に際して、機械的な挟み付け接触によって回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントとの間に導電性の結合が形成される。
【０００７】
（回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントとの間の溶接あるいはハンダ付けを回避するために）機械的な挟み付け接触のみを形成する類似の概念が、その整流ユニットが金属セグメントを有している回転子と関連して提案されている（特開平０９−００９５８４号公報および独国特許第４０２６０２５号Ｂ４明細書）。
【０００８】
また、特開昭６０−１２１９４２号公報は回転子巻線の末端が機械的な挟み付け接続のみによって整流ユニットのセグメントと導電性に結合される回転子に関するものである。そのためコイル巻線を支承する巻線支持部材の端面側に円盤形状の取り付け部材が設置される。そこから軸方向に突起部が突立し、その周りに回転子巻線の末端が巻き付けられる。整流ユニットにおいてはセグメントが整流子支持部材を超えて軸方向に突立する。回転子巻線と整流ユニットのセグメントの接触は、回転子巻線の末端が半径方向外側の円盤形状の取り付け部材の突起部に隣接し回転子シャフト上に固定的に圧入された整流ユニットのセグメントの端面と円盤形状の取り付け部材の間に挟み込まれることによって達成される。
【０００９】
さらに、回転電気機器の回転子を容易に交換可能な絶縁性の支持部材と炭素セグメントからなるドラム型整流子を設けて形成することが提案されている（米国特許第３５５１７１６号明細書および独国特許出願公開第１９１０６１１号Ａ明細書）。そのため回転子シャフト上の回転子巻線と整流子の間に絶縁性材料からなる支持盤とその上に取り付けられた金属製の導体セグメントが固定され、その上の末端側に回転子巻線の末端が固定される。整流子が回転子シャフト上に差し付けられている場合に支持盤を介して整流子の方向に貫通する導体セグメントの頭部が整流ユニットのセグメントに端面側で接触し、その際その接触は支持盤（米国特許第３５５１７１６号明細書）あるいは導体セグメント（独国特許出願公開第１９１０６１１号Ａ明細書）のバネ圧力式の弾力性によって確立される。
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９５２５５８４号Ａ１明細書
【特許文献２】欧州特許第１０７５７２７号Ｂ１明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０１２７７８４号Ａ１明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１９９５６８４４号Ａ１明細書
【特許文献５】特開平０８−６５９６６号公報
【特許文献６】特開２０００−２０８２２５号公報
【特許文献７】米国特許第３５３２９１３号明細書
【特許文献８】特開平０９−００９５８４号公報
【特許文献９】独国特許第４０２６０２５号Ｂ４明細書
【特許文献１０】特開昭６０−１２１９４２号公報
【特許文献１１】米国特許第３５５１７１６号明細書
【特許文献１２】独国特許出願公開第１９１０６１１号Ａ明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した従来の技術の観点から本発明の目的は、経済性、信頼性、ならびに寿命の点において極めて優れていてまた極めて小型の寸法が可能な冒頭に述べた種類の実用的な回転電気機器の回転子の製造方法ならびに冒頭に述べた種類の実用的な回転電気機器の回転子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題は本発明に従って、回転子シャフトと、電機子パッケージと、絶縁されたコイル導線から形成され複数の巻付き体状の個別コイルを含んだ回転子巻線と、回転子軸の周りに配置された複数の炭素製セグメントを有する整流ユニットとを備えてなる回転電気機器の回転子の製造方法が：
−  回転子シャフト上に電機子パッケージを装着し；
−  絶縁性の材料から形成され整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグを有する取り付け部材を回転子シャフト上に装着し；
−  回転子巻線を電機子パッケージ上に設置し、回転子巻線の各個別コイルの末端をそれぞれ該当する取り付け部材のラグの周りに巻き付けることによって回転子巻線の個別コイルの末端を取り付け部材のラグに固定し、回転子巻線の個別コイルの末端上のコイル導線から絶縁材を除去し；
−  ラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの裸の末端上および／または整流ユニットのセグメントを包合している整流部材の端面上に導電性の接着剤を塗付し；
−  取り付け部材のラグがそれぞれ隣接する整流ユニットのセグメントの端面部分に直接的に接合してその際に整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触するような形態で前記整流部材を回転子シャフト上および／または取り付け部材上に装着し、その際回転子巻線の個別コイルの末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合がハンダ付けによって形成され、その際少なくとも回転子巻線の個別コイルの末端との結合を形成するために機能する整流ユニットのセグメントの軸方向端面部分に予め表面金属化が施されている、
各ステップを含むことによって解決される。
【００１３】
本発明に従って形成された冒頭に述べた種類の回転子は、回転子シャフト上に装着され軸方向において電機子パッケージと整流ユニットの間に配置された絶縁性の材料からなる取り付け部材を有することを特徴とし、それが整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグを備えていてそれらが整流ユニットのセグメントの端面部分に直接的に隣接してそれぞれ配置されるとともにそれに対して回転子巻線の個別コイルの裸の末端がいずれも該当するラグの周りに巻き付けることによって固定され、整流ユニットのセグメントの端面部分の領域内においてラグの周りに巻き付けられた回転子巻線の個別コイルの末端が接着剤を使用した固定結合によって該当する整流ユニットのセグメントと直接的に導電接触し、回転子巻線の個別コイルの末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合がハンダ付けによって形成される。
【００１４】
本発明の中核的な特徴との一つは、回転子巻線の個別コイルの末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合がいずれも整流ユニットのセグメントの（特に軸方向の）端面部分内で形成されることである。そのため、絶縁性の材料から形成され回転子シャフト上に装着された取り付け部材が整流ユニットのセグメントの数に相当する数のラグを備え、それらが後続の組み立て、すなわち回転子シャフト上および／または取り付け部材上への整流ユニットの軸方向の装着に際していずれも整流ユニットのセグメントの端面部分に直接的に隣接して位置する。通常アーム形状の取り付け部材のラグの半径方向の延伸は整流部材の半径よりも短く従ってその整流部材あるいはそれから形成された整流ユニットより半径方向に突出することはなく、回転子巻線の末端がラグに巻き付けられることによって固定され、その形態は回転子シャフト上および／または取り付け部材上への整流ユニットの軸方向の装着に際して前記回転子巻線の末端が整流ユニットのセグメントの（軸方向の）端面部分の領域内において導電性の接着手段（ハンダ）による固定的な結合を形成しながら直接的に前記整流ユニットのセグメントと導電性に接触するようなものとなる。従って本発明によれば、回転子巻線の末端と炭素セグメントの間の導電性の介在部材としての金属製導体セグメントは設けられない。特に回転子巻線を炭素セグメントに直接的に接触させた場合に極めて簡便になる回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントとの接触部は本発明の適用によって比較的回転子の軸の近くに配置することができ、それによってその接触部の個々の要素には比較的小さな遠心力のみが作用する。さらに、その接触部は一般的に前述した端面部分に限定されるが、それを保護して収容するか、場合によってはそれどころか電機子パッケージおよび回転子巻線と共に樹脂あるいは成形材によって被覆成形あるいは噴射被覆することができる。本発明は、回転子の寸法を可能な限り小さくする観点からも有効である。また、回転子巻線の製造後および取り付け部材のラグ上への回転子巻線の末端の固定後の整流ユニットの組み立てによって、回転子未加工材の取り扱い中における繊細な炭素セグメントの損傷が防止される。
【００１５】
回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントの導電性の結合を形成、保持あるいは補強するために既知の方法（ハンダ付け）が使用され、その際整流ユニットのセグメントに既知の方式で（部分的に）表面金属化が施される。ハンダは整流ユニットの装着前にペースト材として取り付け部材およびそこに固定された回転子巻線の（裸の）末端および／またはセグメントの端面部分上に塗付し、そのユニットを整流部材の取り付け後にハンダの融点より高い温度に加熱することが好適である。
【００１６】
回転子巻線の末端、すなわち回転子巻線の個別コイルの末端が巻き付けによって取り付け部材のラグに固定されるという概念は、個別コイルを連続的に破断なく一体的に形成することができるコイル導線をいずれも２つの個別コイル間で切断しなければならないというように限定的に解釈すべきではない。むしろ、１つの個別コイルの末端がその該当する取り付け部材のラグへの固定領域内において隣接して巻き付けられた個別コイルの末端に破断なく移行することが可能である。特にこの場合に本発明の利点が極めて顕著に示され；その理由は、回転子巻線の１つの個別コイルを巻き付けた後隣接する個別コイルの巻き付けを開始する前にコイル導線を１回のみ、場合によっては複数回取り付け部材のラグに巻き付ければ充分であるためである。
【００１７】
回転子巻線の末端領域における巻き付け用導線の絶縁材の除去は、与えられた条件に応じて回転子巻線の製造中（すなわち回転子巻線の巻き付け中に徐々に）あるいはその後に実施することができる。回転子巻線の製造中、すなわちいずれも連続する２つの個別コイルの巻き付けの間における絶縁材の除去は、回転子巻線の末端から広い面積で絶縁材を除去することができるという利点を有し、それが炭素セグメントに対する良好な接触を形成するように作用し；この場合それに従って勿論回転子巻線の製造により多くの時間が費やされる。回転子巻線の巻き付けの終了後の絶縁材の除去が実用に適した結果をもたらし、回転子巻線の製造が遅延しないという利点を有する。このことは経済性の観点から極めて有効である。回転子巻線の末端の領域でコイル導線の絶縁の除去がどのような方式（機械的、化学的、熱、あるいはその他の方式）で実施されるかは、個々の場合の条件に従ったものとなり、例えば絶縁材の種類による。
【００１８】
本発明は原則的にブラシ摺接面の幾何形状（平面状、シリンダ状、あるいはその他の形状）には依存せずに適用可能であるが、以下の説明から理解されるように、平面的なブラシ摺接面を有する整流ユニットとの関連において、すなわち従来の炭素平型整流子が使用される適用形態において極めて好適である。
【００１９】
本発明の好適な追加構成形態によれば、回転子巻線の末端が取り付け部材のラグへの固定のためにラグの周りに複数回巻き付けられるか、および／またはラグ上に設けられた回転子巻線の導線を固定的に締め付けるためのノッチ内に引き込まれる。そのことによって、低コストに製造可能かつ信頼性の高い、取り付け部材のラグへの回転子巻線の末端の固定が提供される。前記のノッチはラグの周囲全体にわたって延在するのではなく、むしろ回転子との導電性の結合を形成するために作用する整流ユニットのセグメントの端面部分と直接向かい合っていないラグの領域のみに延在することが極めて好適である。すなわちその位置で、継続的なセグメントとの導電性の結合のための最適な要件を満たすために回転子巻線の末端が可能な限り露出する。
【００２０】
本発明のさらに別の構成形態に従って取り付けられる整流部材はリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材を含んでいて、整流ユニットのセグメントと回転子巻線との導電性の接続の形成後に初めて整流ユニットの個別のセグメントが互いに分離されれば、多くの観点において極めて好適である。整流部材をリング形状あるいはスリーブ形状の炭素未加工材のみから形成し、それを取り付け部材上に装着して整流ユニットの個々のセグメントの分離前に少なくとも部分的に取り付け部材、電機子パッケージ、および回転子巻線と共に樹脂あるいは成形材によって被覆成形あるいは噴射被覆すれば極めて好適な利点が得られる。その際取り付け部材上に設けられている中央突起部が取り付け部材と炭素未加工材の適正位置かつ相互に整合した配置を確立することができる。（特に平面状のブラシ摺接面を有する整流ユニットにおいて）回転子シャフトが整流ユニットの個別のセグメントの分離を妨害する場合、場合によって整流ユニットの個別のセグメントの分離前に回転子シャフトを軸方向に移動させることができる。このことは、その上に回転子が形成されている回転子シャフトが組み立て用シャフトであってそれがその後稼働用シャフトに交換される場合に限って有効なものではない。回転子が最初から稼働用シャフト上に形成される場合でも、先に閉式のリングあるいは閉式のスリーブになるよう互いに結合された整流ユニットのセグメントを分離できるようにするため回転子シャフトを一時的に移動させることができる。
【００２１】
前述した構成特徴は勿論限定的なものではない。特定の適用形態に対して極めて好適な本発明の別の好適な追加構成は、取り付けるべき整流部材が絶縁性の支持部材とその中に固定され既に分離および相互に絶縁されている整流ユニットのセグメントを有することを特徴とする。この場合、整流ユニットは（その絶縁性の支持部材と共に）回転子シャフト上にそれ自体で取り付けることができる。いずれにしても、必ずしも前述した支持部材無しの整流部材の場合と同様に取り付け部材に整流部材あるいは整流ユニットのセグメントを心合せする機能が与えられるわけではない。この場合整流部材の支持部材が開口部あるいは窓を備え、それが回転子巻線の末端と整流ユニットのセグメントの間の導電性の結合の形成のために作用するセグメントの（軸方向の）端面部分を露出させる。本発明の適用において回転子巻線の末端が溶接によって整流ユニットに接続されないため、整流部材の支持部材は熱可塑性材料から低コストに製造することができる。
【００２２】
本発明のさらに別の追加構成形態によれば、取り付け部材が整流ユニットの方向に向かって実質的に円錐状に拡大している外側接合面を回転子巻線に対して備える。この方式によって取り付け部材が回転子巻線の製造のために提供された空間を仕切りかつ定義するとともにその回転子巻線を支承し、そのことが極めて小型の構造様式の観点から特に好適になる。この方式によって取り付け部材、電機子パッケージ、および回転子巻線が小型かつ強固なユニットを構成し、それどころかそれは場合によってシャフト無しで取り扱うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、添付図面に示された４つの好適な実施例を参照しながら、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２４】
図１ないし図６に示された回転電気機器の回転子は、回転子シャフト１と、その上に装着された電機子パッケージ２と、その電機子パッケージ上に取り付けられた回転子巻線３と、整流ユニット４を備えている。整流ユニット４は炭素から形成され回転子軸５の周りに配置された８個のセグメント６を備え、それらが回転子軸５に対して垂直に配置されたブラシ摺接面７を定義している。それに対応して絶縁されたコイル導線から形成された回転子巻線が８個の巻付き体形状の個別コイルを有している。ここまでの範囲においては図示された回転子は広く知られている従来の技術に相当し、従ってより詳細な説明は不要である。
【００２５】
回転子巻線３の個別コイルの末端８と整流ユニット４のセグメント６の直接的な接続のために、絶縁性の材料から形成されシャフト用孔部１０を有する取り付け部材９が回転子シャフト１上に装着される。取り付け部材９は端面１１をもって電機子パッケージ２に接続している。それは整流ユニット４の方向に向かって実質的に円錐形に拡大している、回転子巻線３への外側接合面１２を有している。さらに、取り付け部材９は半径方向に指向したアーム状の突起の形式の８個のラグ１３を備えており、それらはコア部１４から半径方向外側に突出していると同時にそのコア部１４に対して整流ユニット４のセグメント６に向かって軸方向にずれている。ラグ１３は半径方向内側に向かってリブ１５の形式の延長部を備え、それらが取り付け部材９のコア部１４の端面１８から突出している。リブ１５はいずれも対応する整流ユニット４のセグメント６に対する接合面１６を有しており、ここで８個の接合面１６はブラシ摺接面７に対して平行な共通の平面内に存在する。リブから半径方向内側に向かって中央突起部１７が突立しており、その上にいずれも整流ユニット４のセグメント６がその半径方向内側の縁部をもって接合する。
【００２６】
取り付け部材９のラグ１３に回転子巻線９の末端８を固定するためにラグ１３はノッチ１９を備え、回転子巻線を形成するために使用されるコイル導線が回転子巻線の末端８の領域において複数回ラグ１３の周りに巻き付けられて前記ノッチ１９内に引き込まれそこで固定されるような方式で、前記ノッチの内幅が前記コイル導線の直径に整合する。ノッチ１９は整流ユニット４のセグメント６に向かい合っていないラグ１３の領域のみに設けられる。ラグ１３はセグメント６に向かい合って浅い低没部状の窪み部２０を備え、それが回転子巻線を製造するために使用される導線に略相当するような厚みで接合面１６に対して低没しており、半径方向に隣接して配置された回転子巻線の末端８の複数の巻き付け部を収容するように作用する。
【００２７】
整流ユニット４のセグメント６と回転子巻線３の末端８の接触は、セグメント６の端面部分２１の領域内で形成される。ここで、対応するセグメントの表面を金属化することなく、絶縁材が除去されラグ１３の周りに巻き付けられた回転子巻線の末端８が導電性の接着剤を使用してセグメント６に接続される。
【００２８】
半径方向外側および半径方向内側において（その部分が適宜に造形された）整流ユニット４のセグメント６が樹脂２２によって包合され、その中には電機子パッケージ２と回転子巻線３も埋入される。その際樹脂２２はそこでさらにラグ１３も内包し、そこではセグメント６がラグに接合せず、その方式によって追加的に回転子巻線３の末端８のラグ１３への固定を成す。
【００２９】
図１ないし図３に示された回転子の製造のために、取り付け部材９上に装着される整流部材２３が炭素環状盤２４のみから形成されることが特徴的である。図６のステップ６．３には前述した方式による回転子巻線の末端に対する導電性の結合を形成しながらの炭素環状盤２４の取り付け部材９上への装着が示されている。ステップ６．４に示されているように、その後電機子パッケージ２と回転子巻線３と取り付け部材９と炭素環状盤２４とからなる構成部材群が樹脂２２によって被覆成形され、その際取り付け部材９のコア部１４を超えたリブ１５の突出に従って樹脂がセグメント６の下面にも接合してそのセグメントを固定し、ブラシ摺接面７のみが露出される。樹脂２２内には取り付け部材９に対向して回転子シャフト１上に装着されたスリーブ２５も包合され；それが回転子シャフト１の押出しに際して樹脂２２の損傷を防止する。回転子シャフトが取り外された後炭素環状盤２４が半径方向の切断によって分割され、それによって整流ユニットの個別セグメント６が互いに分離されて相互に絶縁される（ステップ６．５）。最後に最終的な回転子シャフト１として稼働用シャフトが取り付けられる（ステップ６．６）。稼働用シャフトの押し込みに際して整流ユニット４の損傷を防止するために、樹脂２２から形成された部材が肩部２６を備えていて、稼働用シャフトの押し込みに際して前記部材が前記肩部上で支承される。
【００３０】
図７ないし図１３に示された実施形態は、前述した図１ないし図６の実施形態に比べて取り付けるべき整流部材２７が絶縁性の支持部材２８とその中に固定され既に分離して互いに絶縁されている整流ユニット４のセグメント６を有することを特徴とする。整流部材２７は直接回転子シャフト１上に取り付けられ、そのため支持部材２８がシャフト用孔部２９を備えている。整流部材の支持部材がさらに窓３０を備えており、それが整流ユニット４のセグメント６の軸方向端面部分２１を露出させ、その方式によってその軸方向端面部分２１の領域内においても回転子巻線の末端とセグメントの間の導電性の結合の形成が可能となる。
【００３１】
このため回転子シャフト１上に取り付けられる取り付け部材３１は、整流部材２７の特定の実施形態に適合する。ラグ３２は、整流部材２７の支持部材２８の窓３０内に進入することができるように形成される。取り付け部材３１と整流部材２７の相互に整列する配置は、互いに対応する実質的に円錐形の嵌合面３３，３４によって補強される。
【００３２】
その他の点に関しては、図７ないし図１３の回転子シャフトの構造的な特徴は図１ないし図６に示された前述の製造方法によるものと同様であり、重複する説明は省略する。
【００３３】
図１４ないし図１６には本発明に従って形成された回転子が示されており、その整流ユニット４がシリンダ状のブラシ摺接面３５を有している。製造過程において取り付け部材３６上に取り付けられる整流部材３７は炭素スリーブ３８のみから形成され、その内周面がセグメント４０のための切り下げられた固定部３９を形成するために蛇行形状に造形されている。炭素スリーブ３８を取り付け部材３６上で心合せするために、それが半径方向内側にリブ４１から軸方向に突出する心合せ突起部４２を備えるだけでなく、追加的に心合せノブ４２を備えており、それがいずれも対になってその間に固定部３９を収容し、それによって炭素スリーブ３８と取り付け部材３６の間の正確な角度設定を保証する。
【００３４】
回転子シャフト１と電機子パッケージ２と回転子巻線３と取り付け部材３６と整流部材３７とからなる予め組み立てられたユニットが樹脂４４によって被覆成形された後、炭素スリーブ３８が切り溝４５によって分割され、それによって個別のセグメント４０が互いに分離され相互に絶縁される。樹脂４４は整流ユニット４の軸方向端面上に終端プレート４６を形成し、それがセグメント４０をさらに機械的に保護するとともに追加的に固定する。
【００３５】
支持部材無しの整流部材３７の構成のため図１ないし図６の実施形態に準じた構造となり、従ってその他の詳細に関しては重複を避けるため図１ないし図６に関しての前述の説明を参照するものとする。
【００３６】
図１４ないし図１６の実施形態とは異なって、図１７ないし図１８の回転子においては回転子シャフト１上に直接的に取り付けられる整流部材４７が絶縁性の支持部材４８とその中に固定され互いに分離された個別の炭素セグメント４９を備えている。支持部材４８はセグメント４９の軸方向端面部分２１を露出させる開口部５０を備え、それによって軸方向端面部分２１の領域内における回転子巻線３の末端８とセグメント４９の間の導電性の結合の形成を可能にする。このため回転子シャフト１上に取り付けられる取り付け部材５１は特定の整流部材４７の構成に適応している。ラグ５２は、整流部材４７の支持部材４８の開口部５０内に進入することができるように形成される。その他の点では図１７および図１８の回転子の構造上ならびに製造方法上の特徴は前述した実施形態に準じたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従って形成された平面状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第１の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図２】図１に示された回転子の別の面で切断した軸方向断面図である。
【図３】図１および図２の回転子の端面側上面図である。
【図４】図１ないし図３の回転子を製造するために使用される取り付け部材を示した立体図である。
【図５】図４の取り付け部材の別の角度から示した立体図である。
【図６】図１ないし図３の回転子の製造の経移を複数のステップで示した説明図である。
【図７】本発明に従って形成された平面状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第２の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図８】図７の回転子を製造するために使用される整流部材を示した立体図である。
【図９】図８の整流部材を別の角度から示した立体図である。
【図１０】図７の回転子を製造するために使用される取り付け部材を示した立体図である。
【図１１】図１０の取り付け部材の別の角度から示した立体図である。
【図１２】整流部材の取り付け前の回転子未加工材を示した立体図である。
【図１３】整流部材の取り付け後の図１２の回転子未加工材を示した立体図である。
【図１４】本発明に従って形成されたシリンダ形状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第３の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図１５】図１４に示された回転子の別の面で切断した軸方向断面図である。
【図１６】図１４および図１５の回転子を製造するために使用される取り付け部材およびその上に装着される整流部材を示した立体図である。
【図１７】本発明に従って形成されたシリンダ形状のブラシ摺接面を有する直流電気モータの回転子を使用した第４の実施形態を示した軸方向断面図である。
【図１８】図１７の回転子を別の角度から示した立体図である。
【国際調査報告】
2009536512.tif 000021
2009536512.tif 000022
2009536512.tif 000023
2009536512.tif 000024
2009536512.tif 000025
2009536512.tif 000026