(57)【要約】【課題】従来の問題点が改善された整流子、これを使用するモータ、及び整流子を製造する方法を提供する。【解決手段】本発明は、絶縁基部と、絶縁基部上に配置された複数の整流子片を備える整流子に関し、各整流子片は、基部上に順に配置された金属層、転移層及びグラファイト層を備える。転移層は、グラファイト層の材料と同一の材料及び金属層の材料と同一の材料を含む。本発明は、さらに、整流子を備えるモータ、及び整流子を製造するための方法に関する。転移層がグラファイト層及び金属層の材料と同一の材料を含むので、高温焼結の間にグラファイト層及び金属層が裂ける問題が解決される。整流子の耐用年数が延びる。整流子を製造するための方法は、従来技術で使用されるろう付け及び電気めっきによって引き起こされる化学汚染及び製造費用を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子であって、絶縁基部と、該絶縁基部上に配置された複数の整流子片とを備え、各前記整流子片は、全てが順に配列された金属層、転移層及びグラファイト層を備え、前記転移層は、前記グラファイト層の材料と同一の材料及び前記金属層の材料と同一の材料を含む、ことを特徴とする整流子。
【請求項２】
前記整流子は、複数の伝導性端子をさらに備え、各々の前記伝導性端子は、前記整流子片のうちの対応する１つに接続される、請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記グラファイト層の前記材料はグラファイト粉末であり、前記金属層の前記材料は金属粉末であり、前記転移層の前記材料はグラファイト粉末と金属粉末との混合物である、請求項１又は２に記載の整流子。
【請求項４】
前記転移層中の前記グラファイト粉末の質量比は１０％から３０％であり、前記金属粉末の質量比は７０％から９０％である、請求項３に記載の整流子。
【請求項５】
前記グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト、コークス及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つであり、前記金属粉末は、Ａｌ、Ｃｕ，Ａｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂ又はこれらの金属の少なくとも１つを含む合金から成る群から選ばれた少なくとも１つである、請求項３又は４に記載の整流子。
【請求項６】
前記転移層の厚さは１００〜５００μｍであり、前記金属層の厚さは１００〜５００μｍであり、前記グラファイト層の厚さは１６００〜２４００μｍである、請求項１〜５の何れかに記載の整流子。
【請求項７】
モータであって、ハウジングと、該ハウジングに組み付けたロータ及び電気ブラシとを備え、前記電気ブラシに摺動接触するための請求項１から６の何れかに記載の整流子をさらに備える、ことを特徴とするモータ。
【請求項８】
整流子を製造する方法であって、
金属層と、グラファイト層と、前記金属層と前記グラファイト層との間にはさまれた転移層とをダイ内で形成し、前記転移層は、前記グラファイト層の材料と同一の材料及び前記金属層の材料と同一の材料を含む工程と、
前記グラファイト層、前記転移層及び前記金属層を押圧することにより素地を形成する工程と、
前記素地を焼結することにより焼結成熟本体を形成する工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記グラファイト層は、グラファイト粉末をダイ内に充填して前記グラファイト粉末を押圧することにより形成され、
前記転移層は、前記ダイ内で前記グラファイト層上にグラファイト粉末及び金属粉末を充填し、該グラファイト粉末及び該金属粉末を押圧することにより前記グラファイト層上に形成され、
前記金属層は、前記ダイ内で前記転移層上に金属粉末を充填して該金属粉末を押圧することにより前記転移層上に形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属層は、ダイ内に金属粉末を充填して該金属粉末を押圧することにより形成され、
前記転移層は、前記ダイ内で前記金属層上に金属粉末及びグラファイト粉末を充填して、該金属粉末及び該グラファイト粉末を押圧することにより前記転移層上に形成され、
前記グラファイト層は、前記ダイ内で前記転移層上にグラファイト粉末を充填して押圧することにより前記転移層上に形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記焼結成熟本体にスロットを付けることにより複数の整流子片を形成し、２つの隣接する該整流子片は、絶縁スロットによって離間している工程をさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記焼結成熟本体を伝導性部材に接続して絶縁基部上に組み立てる工程と、前記焼結成熟本体及び前記伝導性部材にスロットを付けることにより、複数の整流子片及び伝導性端子を形成する工程とをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  この本発明は、整流子、これを使用するモータ、及び整流子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  グラファイト整流子は、油ポンプモータの最も重要な部品の１つである。グラファイト整流子の品質は、モータの性能にとって重要である。
【０００３】
[0003]  既存のグラファイト整流子は、主としてグラファイト（チャコール）シート及び銅シートからなる。グラファイトシートは、電気を通すために及び摩耗部分として使用される。銅シートは、電気伝導に使用され、モータ巻線に接続される。グラファイトシートと銅シートとの接続及び組み立てが、グラファイト整流子の製造プロセスにおける重要点の１つである。既存の製造プロセスの１つは、初めに、電気めっき法によってグラファイトシートの表面を金属化し、次いで、はんだ充填プロセスによって銅シートを堅く溶接する。製造プロセスには、電気めっきプロセスの費用が高く、環境上不都合であり、及びグラファイトシートがとても簡単にはがれるという欠点がある。第２の既存の製造プロセスは、グラファイト粉末及び純金属粉末（主として銅粉末）を粉末押圧プロセスを通じて直接押圧し、次いで、表面が金属化したグラファイトシートを低温硬化熱処理プロセス通じて形成する。銅シートも溶接によって接続される。デザインには、高温熱処理（焼結温度が５００度以上）を使用できないので、製品の抵抗が高く、モータの効率が低いという欠点がある。製品が高温熱処理を受けるとき、グラファイト材料と金属材料との間の熱膨脹係数の差により、グラファイト層と金属層との接合はとても簡単に裂ける。第３の既存の製造プロセスは、グラファイトシートと銅シートとを、高温はんだ付け法により直接溶接する。このプロセスには、費用が高く、銅シートの軟化を引き起こし、それがモータ組み立ての困難性を増すという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]  これを考慮すると、整流子、これを使用するモータ、及び整流子を製造する方法を提供することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]  この発明の第１の態様は整流子を提供することであり、整流子は、絶縁基部と、絶縁基部上に配置された複数の整流子片とを備え、各整流子片は、全てが順に配列された金属層、転移層及びグラファイト層を備え、転移層は、グラファイト層の材料と同一の材料及び金属層の材料と同一の材料を含む。
【０００６】
[0006]  整流子は、複数の伝導性端子をさらに備え、各々の伝導性端子は、対応する整流子片の金属層に対応して接続されることが好ましい。
【０００７】
[0007]  グラファイト層の材料はグラファイト粉末であり、グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。
【０００８】
[0008]  転移層の材料は、グラファイト粉末及び金属粉末から成る群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。
【０００９】
[0009]  転移層中のグラファイト粉末の質量比は１０％から３０％であり、金属粉末の質量比は７０％から９０％であることが好ましい。
【００１０】
[0010]  グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト、コークス及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つであり、金属粉末は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂから成る群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。
【００１１】
[0011]  金属層の材料は金属粉末であり、金属粉末は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂから成る群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。
【００１２】
[0012]  転移層の厚さは１００〜５００μｍであり、金属層の厚さは１００〜５００μｍであり、グラファイト層の厚さは１６００〜２４００μｍであることが好ましい。
【００１３】
[0013]  この発明の第２の態様はモータを提供することであり、モータは、ハウジングと、ハウジングに組み付けたロータ及び電気ブラシとを備え、電気ブラシに摺動接触するための第１の態様に記載の整流子をさらに備える。
【００１４】
[0014]  この発明の第３の態様は、整流子を製造する方法を提供することであり、方法は、
金属層と、グラファイト層と、金属層とグラファイト層との間にはさまれた転移層とを形成し、転移層は、グラファイト層の材料と同一の材料及び金属層の材料と同一の材料を含む工程と、
グラファイト層、転移層及び金属層を押圧することにより素地を形成する工程と、
素地を焼結する工程と、を備える。
【００１５】
[0015]  金属層は、ダイ内に金属粉末を充填して金属粉末を押圧することにより形成され、グラファイト層は、グラファイト粉末をダイ内に充填してグラファイト粉末を押圧することにより形成され、転移層は、ダイ内に金属粉末及びグラファイト粉末を充填して、金属粉末及びグラファイト粉末を押圧することにより形成されることが好ましい。
【００１６】
[0016]  グラファイト層を予め形成し、次いで、グラファイト層上に転移層を形成することができる。
【００１７】
[0017]  転移層を予め形成し、次いで、転移層上に金属層を形成することができる。
【００１８】
[0018]  金属層を予め形成し、次いで、金属層上に転移層を形成することができる。
【００１９】
[0019]  転移層を予め形成し、次いで、転移層上にグラファイト層を形成することができる。
【００２０】
[0020]  グラファイト層のグラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。
【００２１】
[0021]  転移層中のグラファイト粉末の質量比は１０％から３０％であり、金属粉末の質量比は７０％から９０％であることが好ましい。
【００２２】
[0022]  グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト、コークス及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つであり、金属粉末は、Ａｌ、Ｃｕ，Ａｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂから成る群から選ばれた少なくとも１つであることが好ましい。
【００２３】
[0023]  転移層の厚さは１００〜５００μｍであり、金属層の厚さは１００〜５００μｍであり、グラファイト層の厚さは１６００〜２４００μｍであることが好ましい。
【００２４】
[0024]  従来技術と比較して、本発明は、既存のデザインにおける高い抵抗及び低いモータ効率の問題を、中間の転移層を加えることにより解決し、金属層とグラファイト層との間の割れ問題を、高温焼結の条件の下で解決する。整流子の耐用年数は延び、モータの性能が改善される。本発明によって提供される整流子を製造する方法は、従来技術で使用されるろう付け及び電気めっきによって引き起こされる化学汚染及び製造費用を抑制する。グラファイト表面と金属表面との間の結合は、ダイによる押圧及び焼結技術によって改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の１つの実施形態によって提供されるモータの概略断面図である。
【図２】図１のモータで使用される整流子の概略平面図である。
【図３】整流子片のグラファイト層、転移層及び金属層を示す、図１の整流子の概略断面図である。
【図４ａ】図２の整流子の転移層における金属粉末及びグラファイト粉末によって形成された混合物の走査電子顕微鏡検査の図である。
【図４ｂ】図４ａのＶ部分の拡大図である。
【図５】原子吸着光度計で測定された金属層内の主な元素の原子吸着ピークを示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態により整流子を製造する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[0032]  本発明を、上記図面を参照して、様々な実施形態の以下の具体的な詳説によってさらに示す。
【００２７】
[0033]  本発明の技術的解決策及び他の有利な効果は、図面を参照する本発明の様々な実施形態の詳しい説明により明らかになる。
【００２８】
[0034]  図１は、本発明の実施形態によるモータ１００の概略断面図である。図１を参照して、モータ１００は、ステータ２と、ステータ２に回転可能に取り付けたロータ４とを備える。ステータ２は、ハウジング３と、ハウジング３の内壁に取り付けた永久磁石５と、ハウジング３に直接的に又は間接的に取り付けたブラシホルダ７と、ブラシホルダ７に摺動可能に取り付けた電気ブラシ１０とを備える。ロータ４は、軸１５と、軸１５に固定されたロータコア１６と、軸１５に固定されかつロータコア６に隣接する整流子９と、ロータコア６に巻き付けたロータ巻線８とを備える。ロータコア６は、巻線８を収容するために複数の巻付けスロットを形成する。電気ブラシ１０は、整流子９と滑り接触して、ロータ巻線８の電流を整流するものである。整流子９は、ブラシ１１ａに滑り接触する接触面１１ａを備える。
【００２９】
[0035]  図２を一緒に参照して、整流子９は、好ましくは絶縁基部９０５と、複数の整流子片９０３と、伝導性端子９０４とを備える平坦なグラファイト整流子である。整流子片９０３は、絶縁基部９０５上で円周方向に分配されかつ所定間隔で相互に離間されて、モータ１００の電気ブラシ１０に滑り接触するために使用する。各整流子片９０３に１つの伝導性端子９０４が備わる。伝導性端子９０４は、巻線８に電気的に接続するために使用される。隣接する２つの整流子片９０３の間毎に、絶縁溝９０７が電気的絶縁のために配置される。
【００３０】
[0036]  図３を参照して、整流子片９０３は、グラファイト層１１、転移層１２及び金属層１３を備える三層構造である。転移層１２は、グラファイト層１１と金属層１３との間に接続される。転移層１２は、グラファイト層１１の材料と同一の材料、及び金属層１３の材料と同一の材料を含む。グラファイト層１１は、電気ブラシ１０に滑り接触するために転移層１２から遠い接触面１１ａを備える。金属層１３は、伝導性端子９０４のうち絶縁基部へ延びる接続端に固定して溶接される絶縁基部９０５（図２に示す）に配置される。
【００３１】
[0037]  グラファイト層１１の材料はグラファイト粉末である。グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つである。
【００３２】
[0038]  転移層１２は、グラファイト層１１と金属層１３との間にはさまれる。転移層１２の材料は、グラファイト粉末及び金属粉末である。転移層１２は、モータ作動中に、整流子９の熱膨張を抑制するために使用される。この実施形態では、グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト、コークス及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つである。金属粉末は、銅の粉末及び銀めっきした銅粉末の１つ又は組み合わせから成る群から選ばれた少なくとも１つである。
【００３３】
[0039]  図４ａ及び図４ｂは、走査電子顕微鏡検査を通して観察された、転移層１２の固い表面を示す。転移層１２で使用されるグラファイト粉末及び金属粉末は、フレーク状、枝状、球状又は不ぞろいな形のような様々な形態であることが見える。
【００３４】
[0040]  金属層１３の材料は金属粉末であり、金属は、カーバイドを形成するためのグラファイトに反応し難いことが好ましい。例えば、金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂから成る群から選ばれた少なくとも１つであることができる。
【００３５】
[0041]  図５を参照して、この実施形態の金属層１３の金属粉末は、銅の粉末及び銀めっきした銅粉末を含む混合物パワーである。原子吸着ピーク図に見えるように、合計で４つの原子吸着ピークがあり、４つの原子吸着ピークの３つは、銅元素の吸収ピークであり、４つの原子吸着ピークの他の１つは銀元素の吸収ピークである。実施法で使用する金属粉末は、硬度が低く、耐酸化性が強い。
【００３６】
[0042]  転移層１２中のグラファイト粉末の質量比は、１０％から３０％である。金属層１３中の金属粉末の質量比は、７０％から９０％である。質量比は原料に従って計算される。
【００３７】
[0043]  転移層１２の材料はグラファイト粉末を備え、その結果転移層１２は、グラファイト特性のような自己潤滑性がある。転移層１２の材料は金属粉末も備え、その結果層は、コンダクタンスに優れ、電気伝導性に優れる。
【００３８】
[0044]  グラファイト層１１、転移層１２及び金属層１３は、全て所定の厚さである。転移層１２の厚さは、１００〜５００μｍであることが好ましい。金属層１３の厚さは、１００〜５００μｍであることが好ましい。グラファイト層の厚さは、１６００〜２４００μｍであることが好ましい。転移層１２で使用する金属材料は、Ｃｕ及びＡｇに限定されない。例えば、金属材料は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｓｂ及び他の金属から成る群から選ばれた少なくとも１つにできる。
【００３９】
[0045]  本発明では、「グラファイト層１１の厚さ」、「金属層１３の厚さ」及び「転移層１２の厚さ」は、光学顕微鏡検査を通して観察され測定された厚さを指す。
【００４０】
[0046]  図６を参照して、整流子を製造する方法は、次のプロセスを備える。
【００４１】
[0047]  工程Ｓ１０１では、グラファイト粉末がダイ内に充填され、次いで、グラファイト粉末を押圧することによりグラファイト層１１が形成される。グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つである。
【００４２】
[0048]  工程Ｓ１０２では、グラファイト層１１上にグラファイト粉末及び金属粉末が充填され、次いで、押圧することによりグラファイト層１１上に転移層１２が形成される。この工程で、グラファイト粉末は、天然グラファイト、人造グラファイト、コークス及びメソカーボンマイクロビーズから成る群から選ばれた少なくとも１つである。金属粉末は、銅の粉末及び銀めっきした銅粉末から成る群から選ばれた少なくとも１つである。転移層１２を形成するために使用されるグラファイト粉末は、グラファイト層１１を形成するために使用されるグラファイト粉末と同一であることが好ましい。
【００４３】
[0049]  工程Ｓ１０３では、転移層１２の上に金属粉末が充填され、次いで、押圧することにより転移層の上に金属層１３が形成される。金属粉末は、銅の粉末及び銀めっきした銅粉末から成る群から選ばれた少なくとも１つである。金属層１３を形成するために使用する金属粉末は、転移層１２を形成するために使用する金属粉末と同一であることが好ましい。
【００４４】
[0050]  工程Ｓ１０４では、グラファイト層１１、転移層１２及び金属層１３を押圧することにより素地が形成される。実施形態では、素地は、冷間静水圧プレス（ＣＩＰモールド）成形機によって押圧することができる。
【００４５】
[0051]  工程Ｓ１０５では、素地を焼結する。素地の硬化及び焼結の温度、時間及び雰囲気は、金属粉末及びグラファイト粉末の材料、形状及び大きさに応じて適切に設定される。例えば、素地の硬化及び焼結温度は、金属層１３を形成する金属粉末の軟化-溶融温度として設定することができる。この実施形態では、素地の硬化温度は、２００〜４５０℃として設定されることが好ましく、素地の焼結温度は、５５０〜８５０℃として設定されることが好ましい。
【００４６】
[0052]  素地を焼結するとき、焼結成熟本体は、伝導性端子９０４（図２）に接続され、絶縁基部上に組み立てる。焼結成熟本体は、次いでスロットを付けられ、対応するスロット９０７（図２）によって相互に離間して配置された整流子片９０３（図２）を形成する。伝導性端子９０４（図２）は、溶接によって焼結成熟本体に接続することができる。溶接中の加熱温度及び加熱圧力は、グラファイト粉末及び金属粉末の種類、大きさ及び結合領域に応じて適切に設定される。
【００４７】
[0053]  代替的な実施形態では、整流子を製造する工程は、調整することができる。例えば、初めに、ダイ中に金属粉末を充填して押圧することにより金属層１３を形成し、次いで、金属層１３上に金属粉末及びグラファイト粉末の混合物を充填して、押圧することにより金属層１３上に転移層１２を形成し、転移層１２上にグラファイト粉末を充填して押圧することにより転移層１２上にグラファイト層１１を形成する。
【００４８】
[0054]  焼結成熟本体は、金属層と、グラファイト層と、金属層とグラファイト層との間にはさまれた転移層とを形成する工程と、グラファイト層、転移層及び金属層を押圧することにより素地を形成する工程と、素地を焼結する工程と、の各工程によって製造されることが想定される。
【００４９】
[0055]  グラファイト層を予め形成することができ、次いで、グラファイト層上に転移層を形成し、転移層上に金属層を形成することが想定される。
【００５０】
[0056]  金属層を予め形成し、次いで、金属層上に転移層を形成し、転移層上にグラファイト層を形成することが想定される。
【００５１】
[0057]  整流子のための製造方法は、転移層１２内の金属粉末とグラファイト粉末との間の割合を調整することによりさらに最適化でき、その結果整流子の性能をある程度改善することができる。
【００５２】
[0058]  従来技術と比較して、転移層がグラファイト層及び金属層の材料と同一の材料を含むので、本発明によって提供される整流子は、高温焼結の間に、グラファイト層及び金属層が裂ける問題を解決する。整流子の耐用年数が延びる。本発明によって提供される整流子の製造方法は、従来技術で使用されるろう付け及び電気めっきによって引き起こされる化学汚染及び製造費用を抑制する。グラファイト表面と金属表面との間の結合力は、ダイによる押圧及び焼結技術によって改善される。製造方法によって使用される硬化及び焼結温度はより低く、それによってより高い適用温度の環境における作動に立ち向かうことができる。本発明の実施形態によって提供される整流子は、油ポンプなどのような流体輸送装置のモータに特に適している。
【００５３】
[0059]  本発明は１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明されるが、様々な修正が可能であることが当業者によって認識されるべきである。従って、本発明の範囲は、以下の請求項を参照することによって決定される。
【００５４】
[0060]  本出願の明細書及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにその派生語は、説明する要素又は特徴の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素又は特徴の存在を排除しない。
【符号の説明】
【００５５】
９  整流子
９０３  整流子片
９０４  伝導性端子
９０５  絶縁基部
９０７  絶縁溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
2017189096.tif 000009
【外国語明細書】
2017189096000001.pdf