(57)【要約】【課題】メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合が安定化され、かつ、カーボンセグメントやメタルセグメントが、モールド成形された樹脂部から剥離しにくいカーボンコンミテータを提供する。【解決手段】カーボンコンミテータは、カーボンセグメントの外壁面には、凹部が形成されており、ベース部の径方向外側には、凹部に対応する位置に第１の楔部が形成されており、メタルセグメントの先端部は、第２の楔部を構成し、ベース部の径方向内側には、第２の楔部を取り囲むようにして形成される上側抑え部と下側抑え部とを有するため、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合が安定化され、かつ、カーボンセグメントやメタルセグメントが、モールド成形された樹脂部から剥離しにくくすることができる。【選択図】図４
2015223030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカーボンセグメントと、前記カーボンセグメントのそれぞれに固定された複数のメタルセグメントと、前記メタルセグメントのそれぞれを前記カーボンセグメントのそれぞれに電気的に接続する複数の導電性接合部材と、絶縁樹脂によって形成され、前記カーボンセグメントと前記メタルセグメントと前記導電性接合部材とを一体化するベース部とを備えたカーボンコンミテータであって、前記カーボンセグメントのそれぞれは、略平面形状の接合面を有しており、前記メタルセグメントのそれぞれは、前記ベース部によってモールドされる埋没部を有しており、前記メタルセグメントの埋没部は、前記カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、前記カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有しており、前記導電性接合部材は、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面との間に配置され、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面とが、前記導電性接合部材によって、電気的に接続されるとともに、前記カーボンセグメントの外壁面には、凹部が形成されており、前記ベース部は、前記凹部に対応する位置に第１の楔部が形成されており、前記メタルセグメントの先端部には、第２の楔部が形成されるとともに、前記ベース部は、前記第２の楔部を取り囲むようにして形成される上側抑え部と下側抑え部とを有することを特徴とするカーボンコンミテータ。
【請求項２】
請求項１に記載されたカーボンコンミテータにおいて、前記第２の楔部は、前記カーボンセグメントの径方向内側に向かって突出して配置されていることを特徴とするカーボンコンミテータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたカーボンコンミテータにおいて、前記カーボンセグメントの凹部は、前記カーボン材の孔であることを特徴とするカーボンコンミテータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カーボンコンミテータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンコンミテータは、カーボン基材で形成されたカーボンセグメントと、金属材で形成されたメタルセグメントと、カーボンセグメントとメタルセグメントとを電気的に接続するハンダ層と、絶縁樹脂で形成され、カーボンセグメントとメタルセグメントを保持するベース部とを有している。
例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、引用文献１に開示されたカーボンコンミテータにおいては、メタルセグメントがカーボンセグメントと当接することなく、メタルセグメントとカーボンセグメントとの間にハンダ層が形成されている。そのため、メタルセグメントとカーボンセグメントとの間の距離の初期値が正しく設定されないと、ハンダ層はメタルセグメントとカーボンセグメントとの間に均一に形成されなくなり、メタルセグメントとカーボンセグメントの機械的な接合状態および電気的な接合状態が不安定になる。また、カーボンセグメントとメタルセグメントは、ハンダ層によって一体化された後に、樹脂材によってモールド成形される。そのため、カーボンセグメントやメタルセグメントが、モールド成形された樹脂部から剥離する恐れがある。
【０００５】
そこで、本願発明は、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的な接合状態および電気的な接合状態が安定化され、かつ、カーボンセグメントやメタルセグメントが、モールド成形された樹脂部から剥離しにくいカーボンコンミテータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された発明は、複数のカーボンセグメントと、カーボンセグメントのそれぞれに固定された複数のメタルセグメントと、メタルセグメントのそれぞれをカーボンセグメントのそれぞれに電気的に接続する複数の導電性接合部材と、カーボンセグメントとメタルセグメントと導電性接合部材とを絶縁樹脂によってモールド成型することによって構成されるベース部とを備えたカーボンコンミテータであって、カーボンセグメントのそれぞれは、内壁面および外壁面と、略平面形状の接合面を有しており、メタルセグメントのそれぞれは、ベース部に埋没される埋没部を有しており、メタルセグメントの埋没部は、カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有しており、導電性接合部材は、メタルセグメントの離間部とカーボンセグメントの接合面との間に配置され、メタルセグメントの離間部とカーボンセグメントの接合面とが、導電性接合部材によって、電気的に接続されており、カーボンセグメントの外壁面には、凹部が形成されており、ベース部は、凹部に対応する位置に第１の楔部が形成されており、メタルセグメントの先端部には、第２の楔部が形成されるとともに、ベース部は、第２の楔部を取り囲むようにして形成される上側抑え部と下側抑え部とを有することを特徴とするカーボンコンミテータである。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載されたカーボンコンミテータにおいて、第２の楔部は、カーボンセグメントの内壁面よりも径方向内側に向かって突出して配置されていることを特徴とするカーボンコンミテータである。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載されたカーボンコンミテータにおいて、カーボンセグメントの凹部は、カーボン材の孔であることを特徴とするカーボンコンミテータである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メタルセグメントは、カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有している。メタルセグメントの当接部が、カーボンセグメントの接合面に当接されると、メタルセグメントの離間部とカーボンの接合面との間の距離や、傾斜角が予め定められたものに一致する。そのため、ハンダ層はメタルセグメントとカーボンセグメントとの間にあらかじめ定められた形状に形成され、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合は安定化される。さらに、メタルセグメントおよびカーボンセグメントと、ベース部とは、ベース部の内側と外側の両方で強固に固定されることとなり、メタルセグメントおよびカーボンセグメントは、ベース部から剥離しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータの正面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるカーボンセグメントと、メタルセグメントの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータのＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本願発明のカーボンコンミテータの実施形態が、以下に説明される。
図１、図２、図３、図４に示されるように、コンミテータ１は、ディスク型コンミテータであって、８個のカーボンセグメント２と、８個のメタルセグメント３と、ベース部４とを有している。カーボンセグメント２は、カーボン基材によって形成されており、メタルセグメント３は、導電性の金属によって形成されている。それぞれのカーボンセグメント２は、それぞれのメタルセグメント３と電気的、機械的に接続されている。ベース部４は、絶縁性の樹脂によって形成されており、ライザ部３３が配置される円柱形状の本体部４１と、カーボンセグメント２の外周面側に配置される外枠部４２と、カーボンセグメント２の内周面側に配置される内枠部４３とを有している。なお、カーボンセグメント２とメタルセグメント３は、ベース部４によって一体化される。コンミテータ１が、例えば燃料ポンプの電気モータのアーマチュア（不図示）に組み付けられると、アーマチュアのシャフトが内枠部４３の開孔部４４を通って挿入され、カーボンセグメント２の摺接面２１には、電気モータのブラシ（不図示）が摺接される。また、メタルセグメント３のライザ部３３には、不図示のコイルが各々掛け回され、電気的に接続される。
【００１２】
カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材が切削加工されたものであって、カーボンセグメント２は、摺接面２１と、接合面２２と、外壁面２３と、内壁面２４とを有している。摺接面２１には電気モータのブラシが摺接し、接合面２２は、メタルセグメント３が当接される。カーボンセグメント２にはメッキが塗布され、カーボンセグメント２はメッキ層６０によって覆われる。そして、カーボンセグメント２は、メタルセグメント３と導電性接合部材であるハンダ層５によって接合され、樹脂性のベース部４によって一体化される。スリット９は、ベース部４によってカーボンセグメント２とメタルセグメント３が一体化された後に切削加工されることによって形成され、個々のカーボンセグメント２は、扇形状に形成される。カーボンセグメント２の接合面２２は、ベース部４の内枠部４３に近接して配置される内周部２２ａと、ベース部４の外枠部４２に近接して配置される外周部２２ｃと、内周部２２ａと外周部２２ｃとの間に配置される中央部２２ｂとを有している。なお、本実施形態において、カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材が切削加工され、形成された場合について示されたが、これに限られることはない。例えば、カーボンセグメント２は、カーボン粉が成型されることによって円板形状に形成されても良い。
【００１３】
メタルセグメント３は、導電性の金属材によって形成されており、ベース部４内に埋没される埋没部３０と、埋没部３０に連なるライザ保持部３３ａと、ライザ保持部３３ａに連なるライザ部３３とからなる。メタルセグメント３の埋没部３０は、当接部３０ａと、当接部に連なる離間部３０ｂとを有しており、ベース部４内に埋没されている。当接部３０ａは、カーボンセグメント２の接合面２２に当接され、離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２から離れた位置に配置される。ライザ保持部３３ａは、ベース部４の本体部４１上に配置されており、ライザ部３３には、不図示のコイルが掛け回される。メタルセグメント３の当接部３０ａは、平板状に形成されており、カーボンセグメント２の平板状に形成された内周部２２ａと当接される。
【００１４】
当接部３０ａが、カーボンセグメント２の接合面２２の内周部２２ａに当接されると、離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２の中央部２２ｂから離れた位置に配置される。また、メタルセグメント３の離間部３０ｂは、メタルセグメント３の当接部３０ａに対して屈曲形成されている。したがって、メタルセグメント３の当接部３０ａがカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されると、メタルセグメント３の離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜して配置される。すなわち、メタルセグメント３の当接部３０ａが、カーボンセグメント２の平板状に形成された内周部２２ａに当接されているため、メタルセグメント３の離間部３０ｂとカーボンセグメント２の接合面２２との間の角度は一定に保たれる。そのため、メタルセグメント３の離間部３０ｂとカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、径方向外側に向かって、徐々に広がっている。
【００１５】
また、メタルセグメント３の離間部３０ｂと、カーボンセグメント２の接合面２２との間には、ハンダ層（導電性接合部材）５が形成され、メタルセグメント３の離間部３０ｂと、カーボンセグメント２の接合面２２とはハンダ層５によって電気的、かつ、機械的に接続される。メタルセグメント３の離間部３０ｂが、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜して配置されているため、ハンダ層５は、断面視三角形状となる。なお、ハンダ層５は導電性のある接合部材であればよい。
【００１６】
本願発明の第１の実施形態におけるコンミテータ１の製造方法が、図４を基に以下に説明される。カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材を切削加工することによって円板形状に形成される。そして、形成されたカーボンセグメント２の表面にはメッキが塗布される。カーボンセグメント２の表面にメッキが塗布された後に、カーボンセグメント２の外壁面２３は切削加工される。そのため、カーボンセグメント２の外壁面２３は、カーボン基材が露出し、カーボン基材の孔２３ａが露出する。なお、カーボンセグメント２の摺接面２１は、カーボンセグメント２とメタルセグメント３が樹脂によってモールド成形され、ベース部４が構成された後に、切削加工される。
【００１７】
メタルセグメント３は、金属プレートをプレス加工することによって形成される。本実施形態において、メタルセグメント３の当接部３０ａは、金属プレートをプレス加工する際に、メタルセグメント３の離間部３０ｂに対して屈曲されて形成される。なお、メタルセグメント３の離間部３０ｂが、金属プレートをプレス加工する際に、メタルセグメント３の当接部３０ａに対して屈曲されてもよい。
【００１８】
メタルセグメント３の離間部３０ｂには、ハンダペーストが塗布される。メタルセグメント３の離間部３０ｂにハンダペーストが塗布された後に、メタルセグメント３の当接部３０ａは、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接される。メタルセグメント３の当接部３０ａが、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されると、メタルセグメント３の当接部３０ａの先端部３０ｃは、カーボンセグメント２の内壁面２４よりも、径方向内側に向かって僅かに突出する。
【００１９】
メタルセグメント３の当接部３０ａがカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接された後に、メタルセグメント３は、カーボンセグメント２に、治具（不図示）によって仮固定される。そして、メタルセグメント３の離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜して配置される。したがって、メタルセグメント３の当接部３０ａが、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されると、メタルセグメント３の離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２に対して離れた位置に配置される。そして、メタルセグメント３の当接部３０ａがカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されたまま、治具によって仮固定されるため、メタルセグメント３の離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２に一定の角度で傾斜する。なお、本実施形態において、当接部３０ａは、メタルセグメント３に形成されているが、カーボンセグメント２の接合面２２には形成されていない。すなわち、カーボンセグメント２の接合面は、平板状に形成されている。したがって、カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材から円板形状に形成した後に、新たな加工を施すことなく、メタルセグメント２と当接することが可能となる。
【００２０】
メタルセグメント３がカーボンセグメント２に仮固定された後、メタルセグメント３の離間部３０ｂに塗布されたハンダペーストは、加温され、溶融される。本実施形態において、メタルセグメント３の離間部３０ｂは、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜している。そのため、メタルセグメント３の離間部３０ｂとカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、径方向内側に向かうに従って徐々に狭まる。メタルセグメント３の離間部３０ｂに塗布され、溶融されたハンダペーストは、毛細管現象によって径方向内側に向かって広がる。そして、メタルセグメント３の離間部３０ｂとカーボンセグメント２の接合面２２との間にはハンダ層５が形成され、メタルセグメント３はカーボンセグメント２に接合される。したがって、ハンダ層５は、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との間であらかじめ定められた断面視略三角形状に形成され、メタルセグメント３とカーボンセグメント２の機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。
【００２１】
メタルセグメント３がハンダ層５によってカーボンセグメント２に接合された後、メタルセグメント３とカーボンセグメント２は、樹脂によってモールド成形される。カーボンセグメント２の外壁面２３は切削加工が施されているため、カーボンセグメント２の外壁面２３には複数の孔２３ａ（凹部）が露出している。そのため、モールド成形時に樹脂がカーボンセグメント２の孔２３ａに充填され、第１の楔部５０ａを形成する。そして、メタルセグメント３の先端部３０ｃが、カーボンセグメント２の内壁面２４よりも径方向内側に向かって僅かに突出している。そのため、モールド成形時に樹脂がメタルセグメント３の先端部３０ｃの上方および下方に回り込み、上側抑え部５１ａと下側抑え部５１ｂを形成する。すなわち、上側抑え部５１ａと下側抑え部５１ｂとの間で挟持され、メタルセグメント３の先端部３０ｃは、第２の楔部５０ｂを構成する。そのため、メタルセグメント３とカーボンセグメント２が樹脂によってモールド成形されると、カーボンセグメント２とベース部４は、カーボンセグメント２の径方向外側で、カーボンセグメント２の孔２３ａと第１の楔部５０ａによって強固に固定されることになる。メタルセグメント３とベース部４は、ベース部４の上側抑え部５１ａと下側抑え部５１ｂと、第２の楔部５０ｂとによって強固に固定されることとなる。この際、メタルセグメント３とカーボンセグメント２は、ハンダ層５を介して固定されているため、カーボンセグメント２とベース部４は、カーボンセグメント２の径方向内側で、第２の楔部５０ｂとベース部４によって強固に固定されることになる。なお、メタルセグメント３とカーボンセグメント２がベース部４によって一体化されると、メタルセグメント３の当接部３０ａと離間部３０ｂとは、ベース部４によって埋没され、メタルセグメント３のライザ部３３は、ベース部４の本体部４１に配置される。
【００２２】
そして、ライザ部３３には、電気モータのアーマチュア（不図示）のコイルがヒュージングによって接合される。本実施形態のハンダ層５は、ベース部４の本体部４１から離れた位置に形成されている。そのため、コイルが、ライザ部３３にヒュージングによって接合された際、ハンダ層５は、ヒュージングによる熱の影響を受けにくくなる。すなわち、ハンダ層５は溶融されにくくなり、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との機械的接合強度および電気的接合強度がさらに安定化される。
【００２３】
上述の実施形態では、カーボンセグメント２の外壁面２３を切削することによって、カーボン基材の孔２３ａを露出させ、孔２３ａに樹脂材を侵入させることによって、第１の楔部５０ａ形成した場合について示したが、これに限られることはない。すなわち、カーボンセグメント２の外壁面２３に樹脂材が侵入する部位があればよい。例えば、カーボンセグメント２の外壁面２３を切削加工することなく、凹部を形成しても良い。また、上述の実施形態では、カーボンセグメント２の外壁面２３にのみカーボン基材の孔５０ａを形成した例を示したが、カーボンセグメント２の内壁面２４にカーボン基材の孔５０ａを形成しても良い。この場合、カーボンセグメント２とベース部４は、カーボンセグメント２の外壁面２３とベース部４および、カーボンセグメント２の内壁面２４とベース部４の両方で固定されることになるため、一層剥離を防止することができる。また、本実施形態において、メタルセグメント３の当接部３０ａは、メタルセグメント３の先端部３０ｃが突出しやすいように、略長方形形状になっているがこれに限られることはない。すなわち、メタルセグメント３の当接部３０ａが、カーボンセグメント２の接合面２２から僅かに突出して配置されればよく、円形状や正方形形状であっても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１    コンミテータ
２    カーボンセグメント
３    メタルセグメント
４    ベース部
５    ハンダ層（導電性接合部材）
９  スリット部
２１  摺接面
２２  接合面
２２ａ  中心部
２２ｂ  中央部
２２ｃ  外周部
２３  外壁面
２４  内壁面
３０ａ  当接部
３０ｂ  離間部
３０ｃ  先端部
３３  ライザ部
３３ａ  ライザ保持部
４１  本体部
４２  外枠部
４３  内枠部
６０  メッキ層
【図１】
2015223030.tif 000003
【図２】
2015223030.tif 000004
【図３】
2015223030.tif 000005
【図４】
2015223030.tif 000006