(57)【要約】【課題】カーボン基材の表面に金属材を接合するにあたり、金属材との接合が強固なものになるように構成する。【解決手段】カーボン基材１を、カーボン層２と、該カーボン層２の金属材５を接合する側の面に、接合体となるピン４の頭部４ａとともに金属層３を焼結により一体的に形成し、前記金属層３から突出して外部に露出する前記ピン４の軸部４ｂを、金属材５に穿設した貫通孔５ａに挿通せしめ、該挿通先端部をカシメることで、カーボン基材１と金属材５とを接合する構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材が接合されるカーボン基材であって、前記カーボン基材は、金属材接合側の面に接合体とともに金属層が一体的に焼結され、金属層から露出する前記接合体の露出部位が一体化手段を介して金属材に接合されているカーボン基材。
【請求項２】
請求項１において、接合体は、導電性金属材で構成されているカーボン基材。
【請求項３】
請求項１または２において、接合体の露出部位は、金属層から突出しており、一体化手段は該突出部をカシメるものであることを特徴とするカーボン基材。
【請求項４】
請求項１または２において、一体化手段は、露出部位と金属材との溶着によるものであることを特徴とするカーボン基材。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、接合体は、金属層に埋設される頭部と、金属層から突出して露出する軸部とを備えたピンで構成されているカーボン基材。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかにおいて、接合体は、金属層に埋設される基端部が連結されていることを特徴とするカーボン基材。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、電動モータを構成するコンミテータの整流子片であることを特徴をするカーボン基材。
【請求項８】
請求項６または７において、接合体はリング状に連結されていることを特徴とするカーボン基材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータ等に用いられるカーボン基材の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両に搭載されるインタンク式の燃料ポンプでは、燃料ポンプ自体が燃料に没入（浸漬）するため、燃料ポンプを構成するハウジング内部がガソリン等の燃料の流路となっており、このようなものでは、燃料ポンプに組込まれる各部材を、燃料により機能が損なわれないような材料で形成する必要がある。一方、近年、環境保護の観点から、燃料としてアルコール等を含有する混合燃料を用いることが試みられている。ところが、従来のガソリン用の燃料ポンプに組込まれる電動モータはコンミテータを銅製としており、このようなガソリン燃料用の燃料ポンプをそのままアルコール等が含有された混合燃料のものに採用した場合、銅がアルコール成分により浸食されてしまうという問題が生じることが知られている。
そこで、例えば、コンミテータの整流子片を、ブラシが摺接する部位はカーボン製（カーボン基材）としてアルコールによる浸食がないようなものとし、該ブラシ摺接部位の反対側面（カーボン基材の一方の表面）に金属層を形成し、該金属層に、例えば銅製の導電性端子部材（ライザ片であって、金属材）を一体化（電気的接合）するようにしたものが提唱されている。ところで、カーボン基材は、表面の濡れ性が悪く殆どの金属との接合が難しい材料であり、このため、カーボン基材表面と導電性端子部材とのあいだに金属層が形成されている。
そして、カーボン基材を用いてコンミテータを形成する場合に、カーボン基材の表面に、ニッケル等を用いてメッキを施して金属層を形成し、該メッキされた面に、導電性端子部材を半田付け等の接合手段により接合しているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかるに、この場合に、メッキにより形成された金属層は剥離しやすく、仮に金属層と導電性端子部材との一体的な接合はできたとしても、メッキされた金属層が導電性端子部材とともにカーボン基材表面から剥離されてしまう惧れがあり、コンミテータとしての強度を充分に確保できない惧れがあるうえ、耐久性にも乏しいという問題がある。
これに対し、カーボン粉末と、該カーボン粉末に対して層状に配される金属粉末と、該金属粉末側に配される導電性端子部材とを一体に焼結し、カーボン基材に予め導電性端子部材が接合されたものを形成するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかるに、このものでは、カーボン粉末と、金属粉末と、導電性端子部材とが一体的に焼結される構成であるため、焼結工程が煩雑になって難しくなってしまううえ、焼結温度として、銅製の導電性端子部材が変形しない程度の温度であって、かつ、金属粉末の融点よりも低い温度に設定しなければならず、カーボン基材の焼結温度に制限が生じてしまうという問題がある。さらには、金属粉末とカーボン粉末とのあいだに焼結収縮率の差がある場合に、これらのあいだに隙間が生じ易く剥離してしまう惧れがあり、これを防止するには、カーボン材質として金属粉末の焼結収縮率と近似したものを選択しなければならず、カーボン材質の選択の幅が制限され、もってカーボン特性において制限が生じてしまうという問題がある。
そこで、予め焼結されたカーボン基材の表面に鉄粉を付着させ、これを焼結することにより、表面に金属材が接合する金属層を有したカーボン基材を形成する構成としたものが提唱されている（例えば、特許文献３参照。）。そして、このようにすることにより、焼結温度を好ましいものに設定できるとともに、金属材の金属層への半田付け等による接合が容易にできるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５１７５４６３号公報
【特許文献２】
特開平８−３０８１８３号公報
【特許文献３】
特開２００２−３３８３７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、前記特許文献３のものにおいて、金属材と金属層との半田付け等による接合が容易になったものの、金属層と金属材との接合強度が充分でなく、僅かな衝撃でも剥離しやすく、さらなる改善が必要であるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、金属材が接合されるカーボン基材であって、前記カーボン基材は、金属材接合側の面に接合体とともに金属層が一体的に焼結され、金属層から露出する前記接合体の露出部位が一体化手段を介して金属材に接合されているものである。
そして、このようにすることにより、カーボン基材と金属材との一体化の強度を向上させることができる。
このものにおいて、本発明の接合体は、導電性金属材で構成されているものとすることができる。
さらに、このものにおいて、本発明の接合体の露出部位は、金属層から突出しており、一体化手段は該突出部をカシメるものであることを特徴とすることができ、このようにすることにより、カーボン基材と金属材との一体化を簡単な構成とすることができるうえ、一体化の強度を高くすることができる。
また、このものにおいて、本発明の一体化手段は、露出部位と金属材との溶着によるものであることを特徴とすることができる。
さらにまた、このものにおいて、本発明の接合体は、金属層に埋設される頭部と、金属層から突出して露出する軸部とを備えたピンで構成されているものとすることができ、このようにすることにより、金属層と接合体との一体化強度を高めることができ、もって、カーボン基材と金属材との接合強度を高めることができる。
さらに、このものにおいて、本発明の接合体は、金属層に埋設される基端部が連結されていることを特徴とすることができ、このようにすることにより、金属層と接合体との一体化強度を高めることができ、もって、カーボン基材と金属材との接合強度を高めることができる。
また、このものにおいて、本発明のカーボン基材は、電動モータを構成するコンミテータの整流子片であることを特徴をすることができ、このようにすることにより、信頼性の高い高品質なコンミテータを提供することができる。
さらに、このものにおいて、本発明の接合体はリング状に連結されていることを特徴とすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第一の実施の形態を図１の図面に基づいて説明する。
図面において、１は本発明が実施されたカーボン基材であって、該カーボン基材１は、カーボン層２と、該カーボン層２の表面の金属層３とが一体的に焼結されたものに形成されている。さらに、金属層３には、本発明の接合体に相当し、導電性金属材で構成された複数のピン４の基端部である頭部４ａがそれぞれ埋設状に一体的に焼結されており、これらピン４の軸部４ｂである先端部位が露出部位となってそれぞれ金属層３の表面から外方に突出状に配設されている。そして、このようにピン頭部４ａを金属層３に一体的に焼結することにより、ピン４は金属層３に強固に固定されている。
ここで、金属層３としては、例えば鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、さらにはカーボン（Ｃ）に鉄、銅、スズ（Ｓｎ）を添加したカーボン・鉄、銅系金属層等、導電性金属系の金属層とすることができる。また、ピンで例示される接合体としては、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、さらにはステンレス（ＳＵＳ）等の鉄合金などの金属材を用いることができ、好ましくは、後述するカシメ工程でのカシメ作業が容易な形状、硬度、材質のものを用いることができる。
【０００７】
ここで、前記カーボン基材１の製法の一例について説明すると、カーボン粉末を任意の形状（リング状、矩形状等）に圧粉成形したものを、例えば８００〜２０００度（℃）において２時間のあいだ焼結し、常温（室温）に冷却することで形成されたカーボン焼結体（カーボン層２に相当する）を用意する。ここで、カーボン焼結体１の焼結温度、焼結時間は、カーボン基材１の用途に応じて適宜設定されたものとなっている。そして、カーボン焼結体２の表面に金属粉を載置するととも、ピン４の頭部４ａを金属粉内に埋設させ、ピン軸部４ｂを金属粉から突出（露出）させる状態で載置し、このものを、金属粉の融点よりは低く、炭素の拡散温度よりは高い温度、即ち、凡そ１０００℃を越える焼結温度において、予め設定される焼結時間のあいだ焼結することにより、カーボン層２の表面に、金属層３が形成され、該金属層３からピン軸部４ｂ先端部位が突出して金属層３から露出するカーボン基材１が形成されている。
【０００８】
そして、カーボン基材１に、導電性の金属材５を一体化するにあたり、ピン軸部４ｂと金属材５とは接合手段を介して接合されて一体化がなされるが、本実施の形態では、ピン４を接合体とし、この場合における接合手段としては、金属材５に複数の貫通孔５ａを穿設し、これら貫通孔５ａにそれぞれ金属層３から突出するピン軸部４ｂの露出部位を貫通せしめ、各ピン軸部４ｂの貫通孔５ａから突出する貫通先端部をそれぞれカシメることに一体化がなされる所謂カシメ手段が用いられている。尚、ピン４は、複数でなく一つのピンを用いて金属材５にカシメ固定する構成としても勿論よい。
【０００９】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、金属材５のカーボン基材１への接合は、該金属材５を、カーボン基材１に設けられた接合用の金属層３に直接接合させるのではなく、金属層３に一体的に焼結することにより強固に埋設された接合体であるピン４のピン軸４ｂを、金属材５の貫通孔５ａに挿通し、該挿通先端部をカシメることにより接合されている。この結果、金属層３と金属材５との接合が容易であるうえ、該接合が機械的な接合となるため接合強度が高められ、大きな衝撃があったとしても金属材５が剥離してしまうような不具合がなく、強固な接合とすることができる。
【００１０】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、カーボン基材の金属層に基端部が埋設される接合体としては、図２に示す第二の実施の形態のようにすることができる。第二の実施の形態の接合体としてのピン７は、カーボン基材６の金属層３に埋設される頭部７ａが軸方向に肉厚状のものに形成されており、この場合では、金属層３に埋設される部位が多くなる結果、金属層３とピン７との一体化強度をさらに高めることができる。これによって、カーボン基材６と金属材５との接合力を一層強固なものにすることができる。
【００１１】
また、図３に示す第三の実施の形態のように、接合体を棒状の軸体８を用いて構成することも可能であり、軸体８の金属層３から突出する露出部位に金属材５をカシメる構成とすることができる。このものにおいて、カーボン基材９に埋設される軸体８を複数とした場合では、金属層３に埋設される軸体８の基端部を連結片８ａにより連結して一連状に構成することにより、金属層３と軸体８との一体化強度を高めることができ、もって、カーボン基材９と金属材５との接合力を一層強固にすることができる。
【００１２】
一方、接合体の先端部となる露出部位と金属材との接合手段としては、半田付けや溶接により直接溶着することによるものも可能である。この場合、接合体の露出部位は、金属層から突出している必要はなく、接合体の表面が金属層と略面一状態になる等して金属層側表面から露出するものでもよい。
【００１３】
つぎに、カーボン基材を用い、アルコール類を含有した燃料タンク内に配される燃料ポンプを構成するためのコンミテータ１０を形成した場合について説明する。
このものは、図４に示すように、コンミテータ１０の整流子片（セグメント）を構成するためにカーボン基材１１が用いられている。このものにおいて、セグメントを構成するカーボン基材１１は、リング状に成形され、金属層３には複数のピン１２の頭部１２ａが埋設されたものになっているが、複数のピン１２は、頭部１２ａ部位が連結片１２ｃにより連結されてリング状に形成され、これによって、金属層３に対するピン１２の一体化がより強固になるように配慮されている。このように構成されたカーボン基材１１の金属層３には、複数のライザとなる導電性端子部材（金属材）１３が一体化されるが、導電性端子部材１３は、内径側部に貫通孔１３ａが穿設され、該貫通孔１３ａに、前記ピン１２の軸部１２ｂを挿通せしめ、前記貫通孔１３ａから突出するピン軸部１２ｂの突出（挿通）先端部をカシメることで金属層３（カーボン層２）に一体化されている。
このものにおいて、金属層３への導電性端子部材１３の一体化は強固になされていることが確認され、コンミテータ１０としての機能を充分に果すものであることが確認された。
尚、コンミテータ１０は、カーボン基材１１の金属層３に導電性端子部材１３をカシメ固定し、このものに対し、絶縁性の樹脂材をモールドして、カーボン基材１１のカーボン層２側の面（裏面）を露出させ、導電性端子部材１３を一体化した側を埋設させる状態でボス部１４を形成することにより構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】カーボン基材の断面図である。
【図２】第二の実施の形態のカーボン基材の断面図である。
【図３】第三の実施の形態のカーボン基材の断面図である。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれコンミテータを説明する断面図、接合体を説明する平面図である。
【符号の説明】
１    カーボン基材
２    カーボン層
３    金属層
４    ピン
４ａ    頭部
４ｂ    軸部
５    金属材
５ａ    貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004236409.tif 000005
【図４】
2004236409.tif 000006