(57)【要約】【課題】一方の母材の貫通孔に設けた突部を他方の母材の貫通孔に圧入する際の突部の強度を充分確保しつつ、両母材相互間の接合作業時での位置ずれを抑える。【解決手段】整流子１は、ブラシと摺接する摺接面３ａを備えた環状円盤型のカーボン母材３と、巻線が接続される複数の端子部５ａを備えた金属母材５とを互いに接合した構成の整流子母材７を、樹脂絶縁体９によって支持し、かつ、放射方向のスリット１１を周方向に複数形成して、整流子母材７を複数の整流子片１３に分割した構成としている。カーボン母材３と金属母材５とを接合固定する際に、金属母材５の貫通孔５ｄ周縁に設けた円筒形状の突部５ｅを、カーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入して固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシと摺接する摺接面を備えた環状円盤型のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、絶縁体によって支持し、かつ、放射方向のスリットを周方向に複数形成して、前記整流子母材を複数の整流子片に分割した構成の整流子であって、
前記カーボン母材及び前記金属母材の中心部に貫通孔がそれぞれ設けられ、
前記金属母材は、前記カーボン母材と接合される際に、その貫通孔の周縁に設けられた筒形状の突部が、前記カーボン母材の貫通孔に圧入されていることを特徴とする整流子。
【請求項２】
前記金属母材における筒形状の突部の外周部に、前記カーボン母材の貫通孔に圧入される突起が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記突起は、前記筒形状の突部の先端外周に環状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の整流子。
【請求項４】
前記筒形状の突部の外周面を多角形状とし、前記突起は、前記多角形状の角部であることを特徴とする請求項２に記載の整流子。
【請求項５】
ブラシと摺接する摺接面を備えた環状円盤型のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、絶縁体によって支持し、かつ、放射方向のスリットを周方向に複数形成して、前記整流子母材を複数の整流子片に分割した構成の整流子の製造方法であって、
前記カーボン母材及び前記金属母材の中心部に貫通孔がそれぞれ設けられ、
前記金属母材の貫通孔の周縁に設けられた筒形状の突部を、前記カーボン母材の貫通孔に圧入した状態で、前記金属母材と前記カーボン母材とを接合することを特徴とする整流子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシと摺接する摺接面を備えたカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、絶縁体によって支持した構成の整流子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用エンジン等に燃料を供給するための燃料ポンプとして、モータを一体化させた構成のモータ一体型の燃料ポンプが使用されている。この種のモータとしては、粗悪な自動車用燃料にも対応するために、ブラシと摺接する整流子の部分にカーボン粉を成形、焼成させたカーボン材を用いることが行われている。
【０００３】
そして、ブラシと摺接する摺接面を備えた環状円盤型のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、樹脂絶縁体によって支持し、かつ放射方向のスリットを周方向に複数形成して、整流子母材を複数の整流子片に分割した構成の平面型の整流子は公知である（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、このような従来公知の整流子において、カーボン母材と金属母材とを接合する際に、その予備段階で互いの位置ずれが発生すると、作業性の悪化を招く。また、位置ずれが発生したまま製造された整流子は、該整流子を用いたモータの特性にも悪影響を及ぼす。このため、カーボン母材と金属母材とを接合する際には、これら両母材相互間の位置ずれを抑えることが求められる。
【０００５】
このため、特許文献１の整流子は、上記した位置ずれを抑えるために、カーボン母材及び金属母材の中心部にそれぞれ貫通孔を形成し、その一方の貫通孔の周縁部に形成した突部を他方の貫通孔に圧入している。そして、相手側の貫通孔に圧入する突部としては、カーボン母材側に設けた環状に形成したものや、金属母材側に設けた複数の爪部で構成したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２０３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術において、貫通孔に圧入する突部がカーボン母材に設けられている場合には、素材の性質上突部が欠けて破損しやすい。一方、金属母材側の複数の爪部は、折り曲げ加工するのに寸法バラツキが発生しやすく、そのため圧入作業が不完全となる恐れがあり、寸法精度を確保するために高度な技術を必要とし、さらに独立した複数の爪部は強度的に弱く、折り曲げ加工後に変形しやすい。
【０００８】
そこで、本発明は、一方の母材の貫通孔に設けた突部を他方の母材の貫通孔に圧入する際の突部の強度を充分確保しつつ、両母材相互間の接合作業時での位置ずれを抑えることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ブラシと摺接する摺接面を備えた環状円盤型のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、絶縁体によって支持し、かつ、放射方向のスリットを周方向に複数形成して、前記整流子母材を複数の整流子片に分割した構成の整流子であって、前記カーボン母材及び前記金属母材の中心部に貫通孔がそれぞれ設けられ、前記金属母材は、前記カーボン母材と接合される際に、その貫通孔の周縁に設けられた筒形状の突部が、前記カーボン母材の貫通孔に圧入されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金属母材における筒形状の突部を、カーボン母材の貫通孔に圧入することで、カーボン母材と金属母材との間の位置ずれを抑えてその後の両母材間の接合作業が容易になる。その際、筒形状の突部は、金属母材の貫通孔の周縁部に対し、例えば押出加工などの塑性加工によって容易かつ精度よく行え、強度も充分確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる整流子を示しており、（ａ）はカーボン母材側から見た底面図、（ｂ）は（ａ）の整流子をＡ−Ａ線に沿って切断した状態の斜視図である。
【図２】図１の整流子のカーボン母材及び金属母材それぞれの単体を示す、図１（ｂ）と同様に切断した状態の斜視図である。
【図３】図２のカーボン母材と金属母材とを圧入により接合固定した状態の斜視図である。
【図４】金属母材に対し押出加工によって突部を形成する前の加工作業を示す断面図である。
【図５】図４に対し押出加工後の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる金属母材のカーボン母材が接合される側から見た一部切断した斜視図であり、要部を拡大した図も合わせて示している。
【図７】本発明の第３の実施形態に係わる金属母材のカーボン母材が接合される側から見た一部切断した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１に示す本発明の第１の実施形態に係る整流子１は、従来のものと同様に、自動車用エンジン等に燃料を供給するためのモータ一体型の燃料ポンプにおけるモータ部に使用される。
【００１４】
整流子１は、ブラシ（図示省略）と摺接する平面状の摺接面３ａを備える環状円盤型のカーボン部材であるカーボン母材３と、外周側に巻線（図示省略）が接続される複数の端子部５ａを備える金属部材である金属母材５と、を有している。カーボン母材３と金属母材５とは互いに接合されて整流子母材７を構成する。そして、この整流子母材７を、絶縁体である樹脂絶縁体９によって支持し、かつ、放射方向のスリット１１をカーボン母材３側から周方向に複数等間隔に形成して、整流子母材７を複数の整流子片１３に分割している。
【００１５】
カーボン母材３は、高温焼結によって製造したもので、上記した摺接面３ａを備える環状の円盤部３ｂを備え、この円盤部３ｂの中心部に貫通孔３ｃが形成されている。なお、円盤部３ｂは、スリット１１を形成する前の形状が環状の円盤形状であり、図１のようにスリット１１を形成した後は、スリット１１を境にして周方向に複数に分割されている。
【００１６】
一方、金属母材５は、機械加工（プレス加工）によって製造したもので、カーボン母材３の摺接面３ａと反対側の面に接合される環状の円盤部５ｂと、この円盤部５ｂの外周側の端部からカーボン母材３と反対側に軸方向に沿って立ち上がる側壁部５ｃとを備えている。円盤部５ｂの中心部には貫通孔５ｄが形成され、側壁部５ｃの先端には前述した端子部５ａが外側に向けて屈曲形成されている。なお、側壁部５ｃは、周方向に沿って複数のスリット１１と同数備えており、スリット１１は複数の側壁部５ｃ相互間に位置している。また、円盤部５ｂは、カーボン母材３の円盤部３ｂと同様に、スリット１１を形成する前の形状が円盤形状であり、図１のようにスリット１１を形成した後は、スリット１１を境にして周方向に複数に分割されている。
【００１７】
そして、本実施形態における金属母材５は、カーボン母材３に接合する前（スリット１１を形成する前でもある）の図２に示す状態で、貫通孔５ｄの周縁に、カーボン母材３側に向けて軸方向に突出する筒形状である円筒形状の突部５ｅが形成されている。円筒形状の突部５ｅは、円盤部５ｂに対して直角に立ち上がるもので、その外径は、カーボン母材３の貫通孔３ｃの内径よりやや大きい。
【００１８】
したがって、金属母材５は、カーボン母材３に接合する際に、その貫通孔５ｄの周縁に設けられた筒形状の突部５ｅが、図３のようにカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入されることになる。圧入した状態では、突部５ｅの先端（図３中では下端）はカーボン母材３の摺接面３ａより下方に突出していない。すなわち、突部５ｅの円盤部５ｂからの突出高さ寸法は、カーボン母材３の厚さ寸法より小さい。
【００１９】
また、金属母材５の円盤部５ｂには、図２、図３に示すように、カーボン母材３と金属母材５とを接合するための接合剤を注入するための注入孔５ｆを複数形成している。接合剤としては、例えば半田や導電性接着剤である。
【００２０】
注入孔５ｆの突部５ｅと反対側の周縁には、円錐形状の係合突起５ｇを設けてあり、係合突起５ｇは、中心部に注入孔５ｆに連通する開口部５ｇ１を備えている。開口部５ｇ１は、注入孔５ｆ側の端部の内径が注入孔５ｆの内径とほぼ同等で、注入孔５ｆと反対側の端部の内径が注入孔５ｆ側の端部の内径より大きくなっている。このような係合突起５ｇは、接合剤をカーボン母材３と金属母材５との間の微小隙間に注入する際のガイドとなるともに、樹脂絶縁体９に対するアンカ効果を発揮する。
【００２１】
樹脂絶縁体９は、整流子母材７を一体成形するものであり、金属母材５の側壁部５ｃの内側に位置して中心部に貫通孔９ａを備える大略円筒形状部材である。整流子母材７を一体成形した状態の樹脂絶縁体９は、外周面９ｂが、金属母材５の側壁部５ｃの内面５ｃ１に接合し、底面９ｃが、金属母材５の円盤部５ｂのカーボン母材３と反対側の面５ｂ１に接合する。このとき、樹脂絶縁体９は、係合突起５ｇの開口部５ｇ１及び注入孔５ｆにも入り込んでいる。
【００２２】
さらに、整流子母材７を一体成形した状態の樹脂絶縁体９は、金属母材５の円盤部５ｂの内側端部を覆うように図１（ｂ）中で下方に突出する内側突起９ｄと、金属母材５の円盤部５ｂの側壁部５ｃを除く部分の外側端部を覆うように図１（ｂ）中で下方に突出する外側突起９ｅと、を備えている。内側突起９ｄの先端（図１（ｂ）中で下端）には、半径方向外側に向けて突出する先端突起９ｄ１が形成され、先端突起９ｄ１はカーボン母材３の摺接面３ａ側の貫通孔３ｃの内面に接合される。この状態で、樹脂絶縁体９の内側突起９ｄの端面９ｄ２及び外側突起９ｅの端面９ｅ１は、カーボン母材３の摺接面３ａとほぼ同一面となっている。
【００２３】
次に、上記した整流子１の製造方法について説明する。まず、図２に示すカーボン母材３と金属母材５とを、それらの各円盤部３ｂ，５ｂを互いに重ね合わせるようにした状態で、図３に示すようにカーボン母材３の貫通孔３ｃに金属母材５の円筒形状の突部５ｅを圧入する。
【００２４】
上記した圧入作業の際には、各円盤部３ｂ，５ｂの中心に形成してある貫通孔３ｃ，５ｄの中心軸線が求心作用により一致するので、カーボン母材３と金属母材５との互いの位置ずれを抑えることができる。また、圧入作業の際には、カーボン母材３と金属母材５との間の円周方向の位置合わせは不要であり、作業が極めて容易となる。
【００２５】
その後、半田もしくは導電性接着剤などの接合剤を、金属母材５における係合突起５ｇの開口部５ｇ１から注入孔５ｆに注入する。その注入した接合剤は、互いに重ね合わせたカーボン母材３と金属母材５との間の微小な隙間に入り込み、カーボン母材３と金属母材５とを強固に接合固定する。この接合固定作業の際には、金属母材５の突部５ｅをカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入固定しているので、位置ずれすることなく接合固定作業が極めて容易である。
【００２６】
このようにしてカーボン母材３と金属母材５とを接合固定することで、図３に示すような整流子母材７が得られる。そして、この整流子母材７は、図示しない金型にセットし、樹脂絶縁体９をモールド成形することで、樹脂絶縁体９により支持されることになる。
【００２７】
その後、図１（ｂ）に示す少なくとも内側突起９ｄ及び外側突起９ｅを含む部分の樹脂絶縁体９と、これら各突起９ｄ，９ｅ相互間に位置するカーボン母材３及び金属母材５とに対し、周方向に沿って複数ある側壁部５ｃ相互間の位置で、図１に示すようなスリット１１を形成する。このスリット１１によって、整流子母材７が周方向に沿って複数の前記した整流子片１３に分割される。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、カーボン母材３と金属母材５とを接合する前の予備の段階では、金属母材５の突部５ｅをカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入固定している。このため、カーボン母材３と金属母材５との間の位置ずれを抑えてその後の両母材３，５相互間の接合作業が容易となる。その際、突部５ｅは金属母材５側に設けているので、カーボン母材３側に突部を設けた場合のように欠けによる破損を抑制することができる。
【００２９】
また、金属母材５の突部５ｅは円筒形状としているので、複数の爪部で構成する場合のような折り曲げ加工時での煩雑な作業が不要となり、例えば押出加工などの塑性加工によって容易かつ精度よく行え、強度も充分確保することができる。
【００３０】
図４、図５は、一例として押出加工によって突部５ｅを形成する作業工程を示している。図４は押出加工前の状態を示しており、金属母材５の円盤部５ｂの中心には打ち抜き孔５ｈが形成されたままで、突部５ｅは形成されていない。押出加工には、下部に位置する外径側拘束ダイ１５と上部に位置する内径側拘束押出ポンチ１７とを使用する。
【００３１】
外径側拘束ダイ１５には、打ち抜き孔５ｈよりも直径が大きい逃げ孔１５ａを設けてある。この外径側拘束ダイ１５の上に、押出加工前の金属母材５を、係合突起５ｇが上部となる姿勢で載置する。このとき、金属母材５の打ち抜き孔５ｈの中心と、外径側拘束ダイ１５の逃げ孔１５ａの中心とを一致させる。
【００３２】
一方、内径側拘束押出ポンチ１７は、その円柱形状の主部１７ａの直径が、金属母材５の打ち抜き孔５ｈの直径よりも大きく、かつ、外径側拘束ダイ１５の逃げ孔１５ａの直径より小さい。したがって、外径側拘束ダイ１５の逃げ孔１５ａの直径をＤ１、内径側拘束押出ポンチ１７の主部１７ａの直径をＤ２、金属母材５の打ち抜き孔５ｈの直径をＤ３とすると、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係がある。また、内径側拘束押出ポンチ１７は、先端側が先細となるテーパ部１７ｂを備え、テーパ部１７ｂの先端の直径Ｄ４は、金属母材５の打ち抜き孔５ｈの直径Ｄ３より小さい。
【００３３】
図４の状態、すなわち、逃げ孔１５ａと打ち抜き孔５ｈと内径側拘束押出ポンチ１７とのそれぞれの中心軸線を一致させた状態で、内径側拘束押出ポンチ１７を下降させてその先端を金属母材５の打ち抜き孔５ｈに挿入すると、テーパ部１７ｂが打ち抜き孔５ｈの内周縁に接触して下方に向けて押圧する。その際、内径側拘束押出ポンチ１７のテーパ部１７ｂの全体が打ち抜き孔５ｈよりも前方に位置した状態で、図５に示すように円筒形状の突部５ｅが、外径側拘束ダイ１５の逃げ孔１５ａと内径側拘束押出ポンチ１７の主部１７ａとの間に形成される。
【００３４】
このような押出加工によって成形した円筒形状の突部５ｅは、爪部を折り曲げ加工する場合のようなスプリングバックなどの弊害が少なく、格段に高精度なものとなり、加工後の変形も低減し、予め設定した圧入強度を接合剤による接合後も維持できる。
【００３５】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、図６に示すように、金属母材５Ａが、第１の実施形態における円筒形状の突部５ｅとほぼ同様な突部５ｅＡの先端外周部に、環状の突起５ｉを全周にわたり備えている。ただし、ここでの突部５ｅＡの外径は、第１の実施形態の突部５ｅの外径よりも小さくしており、突起５ｉをカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入固定する。カーボン母材３などのその他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００３６】
突起５ｉは、突部５ｅＡの外周面５ｅＡ１に対しほぼ直角に半径方向外側に延びる平坦面５ｉ１と、平坦面５ｉ１の外側端部と突部５ｅＡの端面５ｅＡ２の外周側端部とをつなぐ傾斜面５ｉ２と、を備えている。傾斜面５ｉ２は、平坦面５ｉ１側が端面５ｅＡ２側よりも半径方向外側に位置するよう傾斜している。このような突起５ｉは、円筒形状の突部５ｅＡを第１の実施形態の突部５ｅと同様に押出加工により成形した後、機械加工によって後加工する。
【００３７】
第２の実施形態においても、カーボン母材３と金属母材５Ａとを接合する前の予備の段階で、金属母材５Ａにおける筒形状の突部５ｅＡをカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入固定する。これにより、接合時でのカーボン母材３と金属母材５Ａとの互いの位置ずれを抑えることができるなど、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３８】
その際、第２の実施形態では、第１の実施形態のように円筒形状の突部５ｅＡの全体を圧入するのではなく、突部５ｅＡの先端の環状の突起５ｉのみを圧入するので、圧入代を同等とした場合の圧入時でのカーボン母材３に発生する応力を軽減できる。
【００３９】
また、突起５ｉを除く突部５ｅＡの外径がカーボン母材３における貫通孔３ｃの内径よりも小さいことから、圧入後には、突起５ｉを除く突部５ｅＡとカーボン母材３の貫通孔３ｃとの間に隙間が形成される。この隙間に、カーボン母材３の円盤部３ｂと金属母材５Ａの円盤部５ｂとの間の微小隙間に注入される接合剤が入り込むので、カーボン母材３と金属母材５Ａとの間の接合強度がより一層高まる。
【００４０】
なお、突起５ｉは、円周方向に沿って連続する環状に形成しているが、円周方向に沿って断続的に部分的に設けてもよい。
【００４１】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、図７に示すように、金属母材５Ｂが、第１の実施形態における突部５ｅに代えて、外周面に多角形状の突部５ｅＢを備えるものとしている。突部５ｅＢは、外周面に長方形からなる平面形状の辺部５ｅＢ１と、辺部５ｅＢ１相互間の角部５ｅＢ２とを備え、外周面の形状が正８角形となっている。このような多角形状の突部５ｅＢは、図４に示した第１の実施形態における外径側拘束ダイ１５の逃げ孔１５ａを多角形状とすることで、容易に押出加工することができる。カーボン母材３などのその他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００４２】
ここで、上記した突部５ｅＢは、貫通孔５ｄの中心と、該中心から放射方向に延びる直線が辺部５ｅＢ１の表面部に交差する点とを結ぶ直線の長さ寸法が、カーボン母材３における貫通孔３ｃの半径寸法よりも小さい。また、貫通孔５ｄの中心と、該中心から放射方向に延びる直線が角部５ｅＢ２の表面部に交差する点とを結ぶ直線の長さ寸法が、カーボン母材３における貫通孔３ｃの半径寸法よりも大きい。
【００４３】
したがって、突部５ｅＢをカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入固定する際には、複数の角部５ｅＢ２が突起となって貫通孔３ｃに圧入される。その際、辺部５ｅＢ１とカーボン母材３の貫通孔３ｃとの間には隙間が形成される。
【００４４】
第３の実施形態においても、カーボン母材３と金属母材５Ｂとを接合する前の予備の段階で、金属母材５Ｂにおける筒形状の突部５ｅＢをカーボン母材３の貫通孔３ｃに圧入固定する。これにより、接合時でのカーボン母材３と金属母材５Ｂとの互いの位置ずれを抑えることができるなど、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
その際、第３の実施形態では、第１の実施形態のように円筒形状の突部５ｅＢの全体を圧入するのではなく、多角形状の角部５ｅＢ２を圧入するので、第２の実施形態と同様に圧入代を同等とした場合の圧入時でのカーボン母材３に発生する応力を軽減できる。
【００４６】
また、圧入後には、多角形状の辺部５ｅＢ１とカーボン母材３の貫通孔３ｃとの間に隙間が形成される。この隙間に、カーボン母材３の円盤部３ｂと金属母材５Ｂの円盤部５ｂとの間の微小隙間に注入される接合剤が入り込むので、カーボン母材３と金属母材５Ｂとの間の接合強度がより一層高まる。なお、突部５ｅＢは、外表面を正８角形としているが、５角形や６角形などの多角形状であってもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。例えば、本発明の整流子は、自動車用エンジン等に燃料を供給するためのモータ一体型の燃料ポンプにおけるモータ部に使用されるものに限るものではない。
【００４８】
また、第１の実施形態における金属母材５の筒形状の突部５ｅとして、第２の実施形態では突部５ｅＡに突起５ｉを備え、第３の実施形態では多角形状の突部５ｅＢに角部５ｅＢ２を備えるものとしているが、これらに代えて、円筒形状の突部５ｅの外周に軸方向に沿って延びるリブ状の突起を、円周方向に沿って複数設けてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  整流子
３  カーボン母材
３ａ  カーボン母材の摺接面
３ｃ  カーボン母材の貫通孔
５，５Ａ，５Ｂ  金属母材
５ａ  金属母材の端子部
５ｄ  金属母材の貫通孔
５ｅ，５ｅＡ，５ｅＢ  金属母材の突部
５ｉ  金属母材の突部における突起
５ｅＢ２  金属母材の突部における多角形状の角部（突起）
７  整流子母材
９  樹脂絶縁体（絶縁体）
１１  スリット
１３  整流子片
【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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