(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がブラシとの摺動部とされるとともに他端側には導電性端子部材が固着された複数のセグメントが、絶縁性のボス部に互いに絶縁された状態で環状に配列され、上記セグメントの摺動部側にはカーボン層が形成される一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には、上記導電性端子部材の主成分となる物質である銅とこの銅と合金化可能な錫を焼結して成る金属層が設けられていることを特徴とするカーボンコミテータ。
【請求項２】
上記金属層における銅と錫との重量比が、９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のカーボンコミテータ。
【請求項３】
上記金属層における銅と錫との重量比が、９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のカーボンコミテータ。
【請求項４】
請求項１に記載のカーボンコミテータの製造方法であって、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成する物質の混合粉末とのうち、一方を圧粉成形型に充填した後に他方を充填して圧粉成形することにより圧粉成形体を形成し、この圧粉成形体を焼結して上記セグメントを形成することを特徴とするカーボンコミテータの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のカーボンコミテータの製造方法であって、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成する銅および錫の混合粉末とを圧粉成形した圧粉成形体を、８００〜８５０℃で焼結することにより上記セグメントを形成することを特徴とするカーボンコミテータの製造方法。
【請求項６】
上記金属層が、カーボン、銅、および錫を焼結して成る金属層であることを特徴とする請求項１に記載のカーボンコミテータ。
【請求項７】
上記金属層におけるカーボンの含有率が２〜２５ｗｔ％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のカーボンコミテータ。
【請求項８】
上記金属層におけるカーボンの含有率が１０〜２０ｗｔ％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項６に記載のカーボンコミテータ。
【請求項９】
上記金属層における銅と錫との重量比が、９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のカーボンコミテータ。
【請求項１０】
上記金属層における銅と錫との重量比が、９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定されていることを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のカーボンコミテータ。
【請求項１１】
請求項６に記載のカーボンコミテータの製造方法であって、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成するカーボン、銅、および錫の混合粉末とを圧粉成形した圧粉成形体を、８００〜８５０℃で焼結することにより上記セグメントを形成することを特徴とするカーボンコミテータの製造方法。
【請求項１２】
上記金属層と上記カーボン層との間には、カーボンおよび上記導電性端子部材の主成分となる物質から成る中間層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカーボンコミテータ。
【請求項１３】
上記中間層におけるカーボンの含有率が１０〜４０ｗｔ％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１２に記載のカーボンコミテータ。
【請求項１４】
上記中間層におけるカーボンの含有率が、上記金属層側からカーボン層側に向かうに従い多くなるように設定されていることを特徴とする請求項１２に記載のカーボンコミテータ。
【請求項１５】
請求項４に記載のカーボンコミテータの製造方法であって、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成する物質の混合粉末とのうち、一方を圧粉成形型に充填した後、圧縮してから他方を充填することを特徴とするカーボンコミテータの製造方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載のカーボンコミテータの製造方法であって、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成する上記導電性端子部材の主成分となる物質および該物質と合金化可能な物質との混合粉末とのうち一方を圧粉成形型に充填した後に、上記中間層を形成するカーボンおよび上記導電性端子部材の主成分となる物質の混合粉末を充填し、次いでカーボン粉末と上記導電性端子部材の主成分となる物質および該物質と合金化可能な物質との混合粉末の他方を充填して圧粉成形することにより圧粉成形体を形成し、この圧粉成形体を焼成して上記セグメントを形成することを特徴とするカーボンコミテータの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のカーボンコミテータの製造方法であって、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成する、上記導電性端子部材の主成分となる物質および該物質と合金化可能な物質との混合粉末とのうち一方を圧粉成形型に充填して圧縮した後に、上記中間層を形成するカーボンおよび上記導電性端子部材の主成分となる物質の混合粉末を充填して圧縮し、次いでカーボン粉末と上記導電性端子部材の主成分となる物質および該物質と合金化可能な物質との混合粉末の他方を充填することを特徴とするカーボンコミテータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのコミテータ（整流子）に係わり、特にモータのブラシとの摺動部にカーボンが用いられたカーボンコミテータおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の燃料供給ポンプにおいては、モータとポンプが一体とされて燃料タンク内に組み付けられた、いわゆるインタンク式のものが知られており、このようなインタンク式の燃料供給ポンプでは、タンク内の燃料がポンプからモータハウジング内を通って外部に供給されるため、モータのコミテータは直接燃料に接触することになる。
ところが、燃料としてアルコール入りガソリンを用いる自動車などにあっては、一般的な銅製のコミテータを用いたモータでは、ガソリン中のアルコールによってブラシに摺接するコミテータの摺動部の銅が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、このような問題を解決するため、例えば特開平８−３０８１８３号公報などにおいて、ブラシとの摺動部にカーボンが用いられたカーボンコミテータが提案されている。
【０００３】
この公報に記載されたカーボンコミテータは、合成樹脂より成る絶縁性のボス部に、カーボン粉末を圧粉成形して焼結した複数のセグメント（整流子片）を、互いに絶縁された状態で環状に配列したものであり、各セグメントには導電性端子部材として銅製のライザ片がセグメントと一体に焼結されて取り付けられている。
また、この公報においては、上記導電性端子部材とセグメントとの電気的接合を確保するため、導電性端子部材の周囲に導電性の金属粉末を圧粉成形して焼結したり、あるいはかかる金属粉末とカーボン粉末との混合粉末を、導電性端子部材側からセグメントのブラシとの摺動部側に向けてカーボン粉末比率が多くなるように層状に形成して焼結したりすることも提案されている。
そして、このような金属粉末として、上記公報記載のカーボンコミテータでは、ライザ片との熱膨張係数を近似させるために、ライザ片と同材質の銅粉末や銅粉末の表面にニッケルメッキを施したものが選択されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような銅粉末やニッケルメッキを施した銅粉末は、カーボン粉末の焼結温度である７００〜９００℃程度の温度では、焼結によりライザ片と一体に接合されることはなく、焼結されたセグメントにおいては、ライザ片と上記銅粉末の焼結体とが単に接触しているだけの不安定な状態となってしまう。
しかも、このような金属粉末の圧粉成形体は焼結する際に収縮することが知られており、従ってたとえ熱膨張係数を近似させるために上記金属粉末としてライザ片と同材質の銅粉末等を選択したとしても、銅粉末等の焼結体とライザ片との間に隙間が生じやすいという問題があった。
【０００５】
また、上記カーボン粉末と銅粉末とを層状にして焼結した場合、カーボン粉末の部分においては、このカーボン粉末に添加される結合剤が熱分解したり炭化したりすることにより、熱膨張する割合に比べて収縮する割合の方が大きくなる。
ところが、銅粉末の部分が収縮する割合は、このカーボン粉末が収縮する割合に対しては小さく、その一方で焼結中の銅粉末の熱膨張はカーボン粉末に比べて大きいため、上記カーボン粉末と銅粉末の部分との境界にずれが生じてしまい、これにより焼結後のセグメントがこの境界面で剥離しやすくなってしまうという問題も生じる。
従って、これらにより、上記従来のカーボンコミテータでは、特に上述のようなアルコールを含んだ燃料中においては、長期に渡って安定した電気的、機械的接合を得るのは困難となってしまう。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように摺動部にカーボンが用いられたカーボンコミテータにおいて、セグメントと導電性端子部材との電気的および機械的接合を長期に渡ってより安定的に確保することがカーボンコミテータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のカーボンコミテータは、一端がブラシとの摺動部とされるとともに他端側には導電性端子部材が固着された複数のセグメントが、絶縁性のボス部に互いに絶縁された状態で環状に配列され、上記セグメントの摺動部側にはカーボン層が形成される一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には、上記導電性端子部材の主成分となる物質である銅とこの銅と合金化可能な錫を焼結して成る金属層が設けられていることを特徴とする。
しかるに、このようなカーボンコミテータは、例えば上記従来のコミテータと同様、導電性端子部材の周囲に上記金属層を形成する金属粉末を充填するとともに、摺動部側にはカーボン粉末を充填して圧粉成形し、これを焼結することによって製造されるが、この焼結の際、上記金属粉末層においては、融点が２３２℃と低い錫の粉末が最初に溶融し、銅粉末粒子と導電性端子部材とをぬらして、いわゆる液相焼結が引き起こされる。
【０００８】
すなわち、かかる液相焼結では、まず溶融した錫の液相中に銅が溶け込み、銅成分の比率を増大させながら固相成分で飽和するまで液相の量が増加するとともに、固相の銅にも錫は拡散する。
また、このとき粒子の再配列が起こって導電性端子部材の熱膨張による応力を緩和する。そして、小さな銅粒子が優先的に液相に溶解して大きな銅粒子上に固相として析出し、このような溶解再析出過程によって粒成長が促されることにより、上記応力を緩和しながら金属層の銅成分が錫成分と合金化（青銅化）して導電性端子部材やカーボン層と一体化し、これによりセグメントと導電性端子部材とが電気的および機械的に安定して接合されるのである。
さらに、このように金属層の錫成分が液相をなして焼結することにより、焼結時の収縮、熱膨張の割合の相違によって金属層と導電性端子部材やカーボン層との間に隙間やずれが生じても、上記液相が上記隙間を埋めたりずれによる応力を緩和したりするので、金属層と導電性端子部材やカーボン層との剥離を防いでより高い接合性を確保することができる。
なお、導電性端子部材のカーボン層側のみに金属層を設けるようにしても、十分な電気的機械的接合性を得ることができる。
【０００９】
ここで、上記金属層において、銅成分に対して錫成分が多くなりすぎると、焼結中に脆い金属間化合物のような好ましくない相が形成されるとともに、焼結温度によっては錫成分の濃度が銅錫合金系における安定なα固溶体中の錫濃度の上限を越えてしまうおそれがある一方、逆に錫成分が少なすぎると、錫が粒径の小さい銅粉末と優先的に合金化して、導電性端子部材と合金化する割合が少なくなったり、カーボン層との間での応力緩和が損なわれて、金属層と導電性端子部材やカーボン層との間に十分な接合性が得られなくなるおそれがある。
このため、上記金属層における銅と錫との重量比は９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されるのが望ましく、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定される。
【００１０】
また、上述のように上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成する銅および錫の混合粉末とを圧粉成形して焼結し、セグメントを形成する場合には、その焼結温度が低すぎると液相による上記の効果が十分に奏功されずに導電性端子部材とセグメントとの接合が不安定となるおそれがあり、一方逆に焼結温度が高すぎると、液相の割合が増加して成形体の形状を保持できなくなり、場合によっては焼結中に導電性端子素材を伝わって液相が流れ出すおそれが生じる。
そこで、このような問題を解決するため、本発明のカーボンコミテータの製造方法においては、上記焼結温度を８００〜８５０℃としている。
【００１１】
また、上記カーボンコミテータの製造方法においては、上述のようにカーボン層を形成するカーボン粉末と金属層を形成する銅および錫の混合粉末とを圧粉成形した圧粉成形体を焼結することにより、上記銅および錫の混合粉末を焼結した際に生じる液相がカーボン粉末の粒界に浸透して、いわゆるアンカー効果を生じるので、カーボン層と金属層との接合性をより確実に確保することが可能となる。
一方、このような圧粉成形体を形成するに際して、カーボン層を形成するカーボン粉末と金属層を形成する銅および錫の混合粉末とのうち、一方を圧粉成形型に充填して圧縮した後に他方を充填して圧粉成形することにより、焼結されたセグメントにおけるカーボン層の層厚の均一化を図ることができ、カーボン層の摩耗により金属層が部分的に露出してコミテータの寿命が短縮されるような事態を防止することができる。
【００１２】
また、本発明のカーボンコミテータは、一端がブラシとの摺動部とされるとともに他端側には導電性端子部材が固着された複数のセグメントを、絶縁性のボス部に互いに絶縁された状態で環状に配列し、上記セグメントの摺動部側にはカーボン層を形成する一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には、カーボン、銅、および錫を焼結して成る金属層を設けたことを特徴とする。
しかるに、このようなカーボンコミテータは、例えば上記従来のコミテータと同様、導電性端子部材の周囲に上記金属層を形成するカーボン、銅、および錫の混合粉末を充填するとともに、摺動部側にはカーボン粉末を充填して圧粉成形し、これを焼結することによって製造されるが、この焼結の際、上記混合粉末の層においては、融点が２３２℃と低い錫の粉末が最初に溶融し、これが銅粉末粒子と導電性端子部材とをぬらして、いわゆる液相焼結が引き起こされる。
【００１３】
すなわち、かかる液相焼結では、まず溶融した錫の液相中に銅が溶け込み、銅成分の比率を増大させながら固相成分で飽和するまで液相の量が増加するとともに、固相の銅にも錫は拡散する。
また、このとき粒子の再配列が起こって導電性端子部材の熱膨張による応力を緩和する。そして、小さな銅粒子が優先的に液相に溶解して大きな銅粒子上に固相として析出し、このような溶解再析出過程によって粒成長が促されることにより、上記応力を緩和しながら銅成分が錫成分と合金化（青銅化）して導電性端子部材やカーボン層と一体化し、これによりセグメントと導電性端子部材とが電気的および機械的に安定して接合されるのである。
さらに、このように金属層の錫成分が液相をなして焼結することにより、焼結時の収縮、熱膨張の割合の相違によって金属層と導電性端子部材やカーボン層との間に隙間やずれが生じても、上記液相が上記隙間を埋めたりずれによる応力を緩和したりするとともに、この液相がカーボン層のカーボン粉末の粒界に浸透して、いわゆるアンカー効果を生じるので、金属層と導電性端子部材やカーボン層との剥離を防いでより高い接合性を確保することが可能となる。
【００１４】
一方、本発明のカーボンコミテータでは、上記金属層が、液相焼結を生じる錫および銅に加えてカーボンを含有しており、この金属層中のカーボンと上記カーボン層を構成するカーボンとが焼結の際に結合することによってもアンカー効果が生じるので、液相によるアンカー効果とも相俟って、金属層とカーボン層との境界面における強度の一層の向上を図ることができる。
また、このように金属層にカーボンが含まれることによっても熱応力が緩和されるので、金属層の剥離がさらに確実に防止される。
しかも、こうして金属層に比較的柔らかいカーボンが含有されることにより、例えば銅錫合金のみによって金属層が形成されている場合などに比べ、金属層が硬くなりすぎるのを防いでセグメントの加工性が損なわれるのを防止することができる。
さらにまた、カーボン自体は１０００℃程度の高温でも軟化することはないので、上述のように焼結の際に銅と錫とによって液相が生じても、金属層に含有されるカーボンが骨材として作用して、焼結体の形状を安定させることができる。
なお、上記従来のカーボンコミテータでは導電性端子部材の周囲に銅粉末等を配置して焼結しているが、本発明では導電性端子部材のカーボン層側のみに金属層を設けるようにしても、十分な電気的機械的接合性を得ることができる。
【００１５】
ここで、上記金属層においては、この金属層に含有されるカーボンの割合が少なすぎると、特に金属層の硬度が大きくなりすぎてセグメントの加工性の劣化が十分に防止できなくなるほか、該金属層中のカーボンによるカーボン層とのアンカー効果や熱応力の緩和、あるいは焼結体の形状安定といった上述の作用効果も十分に奏功されなくなるおそれがあり、好ましくない。
一方、カーボンはライザ片を形成する銅等とは焼結中に反応したりしないため、逆にこの金属層中のカーボンの割合が多すぎると、ライザ片と金属層との接合が不十分となって剥離が生じやすくなるおそれがあり、やはり好ましくない。
このため、金属層におけるカーボンの含有率は２〜２５ｗｔ％の範囲に設定されるのが望ましい。
また、上記作用効果を一層確実に奏功するには、金属層におけるカーボンの含有率は１０〜２０ｗｔ％の範囲に設定されるのが、より望ましい。
【００１６】
また、上記金属層の銅と錫との割合については、銅成分に対して錫成分が多くなりすぎると、焼結中に脆い金属間化合物のような好ましくない相が形成されるとともに、焼結温度によっては錫成分の濃度が銅錫合金系における安定なα固溶体中の錫濃度の上限を越えてしまうおそれがある一方、逆に錫成分が少なすぎると、錫が粒径の小さい銅粉末と優先的に合金化して、導電性端子部材と合金化する割合が少なくなったり、カーボン層との間での応力緩和が損なわれて、金属層と導電性端子部材やカーボン層との間に十分な接合性が得られなくなるおそれがある。
このため、上記金属層層における銅と錫との重量比は９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されるのが望ましく、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定される。
【００１７】
また、上述のようにセグメントを形成するに際して、上記カーボン層を形成するカーボン粉末と上記金属層を形成するカーボン、銅、および錫の混合粉末とを圧粉成形して焼結する場合には、その焼結温度が低すぎると液相による上記の効果が十分に奏功されずに導電性端子部材とセグメントとの接合が不安定となるおそれがある一方、逆に焼結温度が高すぎると、金属層にカーボンを含有しているにも拘わらず、液相の割合が増加して成形体の形状を保持できなくなるおそれがあり、場合によっては焼結中に導電性端子素材を伝わって液相が流れ出すおそれも生じる。
そこで、このような問題を解決するため、本発明のカーボンコミテータの製造方法においては、上記焼結温度を８００〜８５０℃とするのが望ましい。
一方、このよりな圧粉成形体を形成するに際しては、カーボン層を形成するカーボン粉末と金属層を形成するカーボン、銅、および錫の混合粉末とのうち、一方を圧粉成形型に充填して圧縮した後に他方を充填して圧粉成形することにより、焼結されたセグメントにおけるカーボン層の層厚の均一化を図ることができ、カーボン層の摩耗により金属層が部分的に露出してコミテータの寿命が短縮されるような事態を防止することができる。
【００１８】
さらに、本発明のカーボンコミテータは、一端がブラシとの摺動部とされるとともに他端側には導電性端子部材が固着された複数のセグメントを、絶縁性のボス部に互いに絶縁された状態で環状に配列し、上記セグメントの摺動部側にはカーボン層を形成する一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には、導電性端子部材の主成分となる物質である銅とこの銅と合金化可能な錫を焼結して成る金属層を設け、さらにこの金属層と上記カーボン層との間に、カーボンおよび導電性端子部材の主成分となる物質から成る中間層を設けたことを特徴とする。
しかるに、このようなカーボンコミテータは、例えば上記従来のコミテータと同様、導電性端子部材の周囲に上記金属層を形成する銅と錫との混合粉末を、また摺動部側にはカーボン粉末を、さらにこれらの間に上記中間層を形成するカーボンおよび銅の混合粉末をそれぞれ充填して圧粉成形し、これを焼結することによって製造されるが、この焼結の際、金属層となる上記銅および錫の混合粉末層においては、融点が２３２℃と低い錫の粉末が最初に溶融し、銅粉末粒子と導電性端子部材とをぬらして、いわゆる液相焼結が引き起こされる。
【００１９】
すなわち、かかる液相焼結では、まず溶融した錫の液相中に銅が溶け込み、銅成分の比率を増大させながら固相成分で飽和するまで液相の量が増加するとともに、固相の銅にも錫は拡散する。
また、このとき粒子の再配列が起こって導電性端子部材の熱膨張による応力を緩和する。そして、小さな銅粒子が優先的に液相に溶解して大きな銅粒子上に固相として析出し、このような溶解再析出過程によって粒成長が促されることにより、上記応力を緩和しながら金属層の銅成分が錫成分と合金化（青銅化）して導電性端子部材と一体化し、これにより金属層と導電性端子部材とが電気的および機械的に安定して接合されるのである。
さらに、このように金属層の錫成分が液相をなして焼結することにより、焼結時の収縮、熱膨張の割合の相違によって金属層と導電性端子部材との間に隙間やずれが生じても、上記液相が上記隙間を埋めたり、ずれによる応力を緩和したりするので、金属層と導電性端子部材との剥離を防いでより高い接合性を確保することができる。
なお、導電性端子部材のカーボン層側のみに金属層を設けるようにしても、十分な電気的機械的接合性を得ることができる。
【００２０】
そして、上記構成のカーボンコミテータでは、この金属層とカーボン層との間に、さらにカーボンおよび銅から成る中間層が設けられており、焼結時には、金属層の液相焼結がこの中間層にまで拡散することにより中間層の銅と合金化して金属層と中間層とが接合される一方、中間層のカーボンが上記カーボン層のカーボンと結合することにより中間層はカーボン層とも接合されるので、結果的にこの中間層を介してカーボン層と金属層とが一体化されることとなり、従ってセグメントと導電性端子部材とが電気的、機械的に安定的に接合されることとなる。
また、このように中間層を設けることにより、例えばカーボン層と銅および錫より成る金属層とを直接接合した場合などに比べ、焼結時にカーボン層と金属層との間に作用する熱応力を緩和することができ、焼結温度が比較的高温の場合であってもセグメントの各層間に剥離が生じたりするのを確実に防止することができる。
【００２１】
ここで、この中間層におけるカーボンと銅との割合は、カーボンの含有率が極端に少なすぎると中間層とカーボン層との接合性が損なわれる一方、逆にカーボンの含有率が極端に多くて銅の含有率が少なすぎると、中間層とカーボン層との相違が無くなって金属層と中間層との接合性が損なわれるおそれが生じる。
従って、上記中間層におけるカーボンと銅との割合は、カーボンの含有率が１０〜４０ｗｔ％の範囲に設定されるのが望ましい。
また、この中間層においては、金属層側からカーボン層側に向かうに従い、カーボン含有率を段階的、あるいは連続的に漸次多くなるように設定して、中間層に傾斜機能を与えるようにしてもよく、これにより中間層とカーボン層および金属層との接合性の一層の安定化を図ることが可能となる。
【００２２】
一方、上記金属層においては、銅成分に対して錫成分が多くなりすぎると、焼結中に脆い金属間化合物のような好ましくない相が形成されるとともに、焼結温度によっては錫成分の濃度が銅錫合金系における安定なα固溶体中の錫濃度の上限を越えてしまうおそれがあり、逆に錫成分が少なすぎると、錫が粒径の小さい銅粉末と優先的に合金化して、導電性端子部材と合金化する割合が少なくなったり、カーボン層との間での応力緩和が損なわれて、金属層と導電性端子部材やカーボン層との間に十分な接合性が得られなくなるおそれがある。
このため、上記金属層における銅と錫との重量比は９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されるのが望ましく、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定される。
【００２３】
また、上述のように上記カーボン層を形成するカーボン粉末と、上記中間層を形成するカーボンおよび銅の混合粉末と、上記金属層を形成する銅および錫の混合粉末とを圧粉成形した圧粉成形体を焼結することによって上記セグメントを形成する場合には、その焼結温度が低すぎると液相焼結による上記効果が十分に奏功されずに導電性端子部材とセグメントとの接合が不安定となるおそれがある一方、逆に焼結温度が高すぎると、却って液相の割合が増加して焼結体の形状が不安定となるおそれがある。
このため、上記焼結温度は８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましい。
ただし、上記カーボンコミテータでは、中間層によって焼結温度が高温でも焼結時の熱応力の緩和を図ることができるので、焼結体の形状保持が可能な条件の下では焼結温度を９００℃程度まで上昇させても、十分安定した接合性を確保することが可能である。
【００２４】
さらに、このような圧粉成形体を形成するに際しては、カーボン層を形成するカーボン粉末と金属層を形成する銅および錫の混合粉末とのうち、一方を圧粉成形型に充填して圧縮した後に、中間層を形成するカーボンおよび銅の混合粉末を充填し、次いで上記カーボン粉末と銅および錫の混合粉末との他方を充填して圧粉成形することにより、焼結されたセグメントにおけるカーボン層や中間層の層厚の均一化を図ることができ、これらカーボン層や中間層の摩耗により金属層が部分的に露出してコミテータの寿命が短縮されるような事態を防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明のカーボンコミテータの一実施形態を示すものである。
本実施形態のカーボンコミテータ１は、例えば上述したようなインタンク式の燃料ポンプのモータに用いられるものであって扁平形構造をなしており、絶縁性の樹脂によって略円盤状に形成されたボス部２と、このボス部２の円形をなす先端面２ａに、周方向に等間隔をおいて環状に配列される複数（本実施形態では８つ）のセグメント３…とから構成されており、これらのセグメント３…の先端面３ａが、モータのブラシに摺接する摺動部とされている。
さらに、各セグメント３には導電性端子部材としてライザ片４が取り付けられていて、このライザ片４の一端部４ａは上記ボス部２の外周に突出させられている。
【００２６】
上記ボス部２の先端面２ａには、その中央部に内壁部５が、また外周側には外壁部６がそれぞれ円筒状に形成される一方、セグメント３は、図１に示すように上記先端面３ａが扇型をなすブロック状に形成されていて、このようなセグメント３が、上記内外壁部５，６間にそれぞれ放射状を呈するようにして配設されることにより、上述のようにボス部２に環状に配列されている。
なお、ボス部２の周方向に隣り合うセグメント３，３同士の間には、上記内外壁部５，６を切り欠いてボス部２の上記先端面２ａから一段凹む凹溝２ｂを形成するように、ボス部２の径方向に延びるスリット７が形成されており、このスリット７によって上記隣り合うセグメント３，３同士は互いに絶縁された状態とされている。
また、上記内壁部５の内周部はボス部２の他端面倒に貫通していて、当該カーボンコミテータ１をモータの回転軸に固定するための軸孔８とされている。
【００２７】
さらに図２に示すように、ボス部２の上記内壁部５の外周面５ａはセグメント３の内周側の凹円弧面３ｂに密着形成される一方、上記外壁部６の内周面６ａはセグメント３の外周側の凸円弧面３ｃに密着形成されている。
なお、内壁部５の先端面５ｂはセグメント３の先端面３ａに対して一段後退する位置に形成される一方、外壁部６の先端面６ｂは上記先端面３ａと画一となるように形成されている。
また、ボス部２の先端面２ａの外周の上記外壁部６の内周面６ａとなす隅部には、段部９が形成されている。
【００２８】
一方、本実施形態において導電性端子部材とされる上記ライザ片４は、銅または銅合金により形成された板状部材であって、図２に示すようにセグメント３の後端面３ｄから僅かに先端面３ａ側に寄った位置に埋設され、ボス部２の径方向においてセグメント３の略中程から外周側に延びて上記外壁部６を貫通し、さらに後端側にＬ字型に屈曲するとともに外壁部６の外周面に沿って延びる幅広部４ｂを介して上記一端部４ａに至っており、この一端部４ａは、後端側に延びる舌片が先端側に向けてＶ字状に折り曲げられた形状とされている。
また、このライザ片４の他端部４ｃは、上記セグメント３の後端面３ｄからボス部２の上記先端面２ａに垂直に食い込むように突出させられている。
【００２９】
そして、本実施形態のカーボンコミテータ１においては、上記セグメント３の摺動部とされる先端面３ａ側の部分が、カーボンに適宜の結合剤を混合して成るカーボン層１０とされるとともに、上記ライザ片４の周囲の後端面３ｄ側の部分は、銅および導電性端子部材であるライザ片４と合金化可能であってライザ片４よりも融点の低い物質、例えば錫より成る金属層１１とされている。
さらに、より詳しくは、この金属層１１においては、銅および錫が液相焼結されることにより、銅と錫との合金、すなわち青銅が析出しており、この合金化は銅または銅合金より成るライザ片４にも及んでいて、これによりライザ片４は、上記カーボン層１０および金属層１１、すなわちセグメント３と一体化されている。
なお、この金属層１１においては、その銅成分と錫成分との重量比が、９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定されており、本実施形態では９０．０：１０．０とされている。
また、本実施形態ではこの金属層１１の厚さは、セグメント３の厚さの約１／２程度とされている。
なお、金属層１１中に含まれる錫の全量または一部に代えて亜鉛、アンチモン、鉛等から選択される１種または２種以上の元素を使用してもよい。
【００３０】
次に、このような構成のカーボンコミテータ１を製造する場合の本発明の製造方法の一実施形態について、図３ないし図７により説明する。
まず、かかるカーボンコミテータ１を製造するに際しては、図３に示すような各セグメント３…と一体化されるライザ片４…の原型となるライザ片素板２１が用意される。
このライザ片素板２１は、銅板または銅合金板から外形円板状に形成されたものであって、本実施形態では厚さ０．６ｍｍの無酸素銅板からプレス成形により形成されており、製造されるカーボンコミテータ１の外径よりも十分大きな内径を有する円環板状のリング状部２２の内周に、上記ライザ片４…と同数のライザ素片２３…が一体に連結された構成とされている。
ここで、これらのライザ素片２３…は、ライザ片４の上記他端部４ｃとなる内周端部２３ａが予め折り曲げられている以外は、上記ライザ片４を平板状に延ばした形状に形成されているとともに、製造されたカーボンコミテータ１において環状に配列されるセグメント３…内のライザ片４…と同様に放射状に配設されていて、さらにこのライザ片４の上記一端部４ａとなる外周端部２３ｂが上記リング状部２２に一体に連結されている。
【００３１】
次いで図４（ａ）に示すように、このライザ片素板２１を、上記セグメント３の寸法に対して焼結時の収縮を考慮した寸法の円環状のキャビティ２４を有する圧粉成形型２５に同軸的に設置し、さらに図４（ｂ）に示すようにこのキャビティ２４内に、セグメント３の先端面３ａとなる側（キャビティ２４の底面側）にカーボン粉末と結合剤との混合粉末を充填してカーボン粉末層２６を形成するとともに、後端面３ｄ側となる上記ライザ片素板２１のライザ素片２３…の周辺に銅および錫の混合粉末を充填して金属粉末層２７を形成する。
なお、これらカーボン粉末層２６および金属粉末層２７をキャビティ２４に充填するに際しては、まずキャビティ２４の底面側にカーボン粉末と結合剤との混合粉末を充填してカーボン粉末層２６を形成した後、一旦このカーボン粉末層２６を仮押し型等により弱く押圧してその厚さが均一となるように均し、しかる後このカーボン粉末層２６の上に銅および錫の混合粉末を充填して上記金属粉末層２７を形成するのが望ましい。
【００３２】
また、本実施形態では、上記カーボン粉末層２６を形成する混合粉末として、天然黒鉛と人造黒鉛とを混合したカーボン粉末にフェノール系の結合剤を加え、これを混線、乾燥、粉砕した後に分級して、粒度が約５００μｍ以下となるように調整したものが用いられている。
一方、上記金属粉末層２７を形成する混合粉末としては、電解銅粉と粉砕錫粉とを上述した所定の重量比となるように配合し、Ｖ型混合器で混合したものが用いられている。
【００３３】
そして、このようにキャビティ２４内に充填されたカーボン粉末層２６および金属粉末層２７を、図４（ｃ）に示すように油圧プレス等を用いた突き固め型２８Ａ，２８Ｂにより３ｔ／ｃｍ２程度の大きな成形圧で押圧してライザ片素板２１ごと圧粉成形し、図５に示すようにカーボン粉末層２６と金属粉末層２７とからなる二層構造の円環状の圧粉成形体２９を形成する。
なお、この圧粉成形の際、上記ライザ素片２３の折り曲げられた内周端部２３ａは、金属粉末層２７から突出して上記突き固め型２８Ａに形成された凹所２８ａ内に収容される。さらに、こうして成形された圧粉成形体２９は、ライザ板素片２１ごと上記圧粉成形型２５から抜き出される。
【００３４】
次に、この圧粉成形体２９を焼結炉に装入して焼き固めることにより、図６および図７に示すように上記セグメント３…の原型となる円環状の焼結体３０を焼結するのであるが、このとき、圧粉成形体２９全体としては上記カーボン粉末層２６と金属粉末層２７とが互いに一体的に焼結されて上記焼結体３０に形成され、またカーボン粉末層２６ではカーボン粉末が結合剤を介して結合させられて上記カーボン層１０が形成される一方、上記金属粉末層２７においては、上述したように液相焼結が生じて上記ライザ素片２３の表面および銅粉末と錫粉末とが合金化し、これにより、ライザ素片２３と一体に接合された状態で上記金属層１１が形成される。
従って、こうして焼結された焼結体２５においては、セグメント３…の摺動部となる上記先端面３ａ側のカーボン層１０から後端面３ｄ側の金属層１１までが、ライザ片４となるライザ素片２３と電気的、機械的に一体に接合されることとなる。
なお、上記圧粉成形体２９を焼結して焼結体３０を形成する際の焼結温度は、８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましく、本実施形態では８２５℃前後とされている。
【００３５】
次に、この焼結体３０に、絶縁性を有する樹脂による加圧成形法（モールディング法）によってボス部２を一体成形する。
すなわち、図７に示すように焼結された上記焼結体３０においては、円環状の焼結体３０の外周面にライザ素片２３の一端部（ライザ片４の一端部４ａおよび幅広部４ｂとなる部分）が突出するとともに、さらにその外周にはライザ片素板２１のリング状部２２が一体に連結されたままであり、またセグメント３…の後端面３ｄとなる上記金属層１１側の端面からは、ライザ素片２３の内周端部２３ａが突出している。
そこで、この焼結体３０の外径よりも上記ボス部２の外壁部６の厚さ分だけ大きな外径の円盤状のキャビティを有し、かつ上記軸孔８の位置に円柱部を備えたモールド型に、該焼結体３０を、上記金属層１１側の端面をキャビティ側に向けて同軸に設置し、次いでこのキャビティ内に溶融した上記樹脂を流し込んで加圧、冷却することにより、上記内外壁部５，６および軸孔８を備え、かつその先端面２ａに上記ライザ素片２３の内周端部２３ａが食い込んだボス部２を、この焼結体３０に一体に成形するのである。
【００３６】
さらに、こうしてボス部２が焼結体３０に一体に成形された後でも、ボス部２の外周からは上記ライザ片素板２１が突出したままであるので、まずこのライザ片素板２１のライザ素片２３の上記外周端部２３ｂとリング状部２２との間を切断して各ライザ素片２３を独立させ、次いで上記幅広部４ｂを後端側に折り曲げるとともに外壁部６の外周面に沿って湾曲させ、また上記外周端部２３ｂをＶ字状に折り曲げて上記形状のライザ片４に成形する。
そして、周方向に隣り合う各ライザ片４，４同士の間に、上記焼結体３０からボス部２の上記先端面２ａに僅かに食い込む深さのスリット７…を、円環状の焼結体３０の径方向に沿って上記外壁部６の外周面から軸孔８に達するように切削加工等によって形成し、焼結体３０を扇型のブロック状に分割して互いに絶縁されたセグメント３…とすることにより、上記構成のカーボンコミテータ１が製造される。
【００３７】
しかるに、このようにして製造されるカーボンコミテータ１においては、ブラシとの摺動部とされるセグメント３…の先端面３ａがカーボン層１０によって形成されているので、アルコール含有量の多い燃料のインタンク式燃料ポンプのモータに使用しても、セグメント３が浸食されたり、燃料が変質したりすることがない。
そして、その一方で、導電性端子部材としてのライザ片４の周囲に設けられるセグメント３の金属層１１が銅および錫を焼結して成るものであって、この金属層１１が上述のように液相焼結を生じてライザ片４と合金化することにより、セグメント３とライザ片４とを電気的、機械的に確実に一体接合することができる。
しかも、こうして金属層１１が液相焼結することにより、その溶解再析出過程において、小さな銅粉末粒子が優先的に溶解して大きな粒子上に析出することにより粒子の再配列が生じ、これによってライザ片４（ライザ素片２３）の熱膨張による応力が緩和されるとともに、このライザ素片２３の熱膨張や収縮に関わらず、液相が常にライザ素片２３の周囲の隙間を埋めるように作用するので、焼結後のセグメント３はより一層確実かつ強固にライザ片４と接合されることとなる。
【００３８】
また、このように上記金属層１１が液相焼結を生じて液相が存在することにより、カーボン層１０と金属層１１との間の応力も緩和され、仮に上記圧粉成形体２９の焼結中にカーボン層１０と金属層１１との収縮、膨張の割合の相違によって両者の間に隙間等が生じたりしても、銅錫合金の液相がこの隙間を埋める作用を生じて、カーボン層１０と金属層１１との接合性を確実に確保することができる。
さらに、液相焼結により溶けた銅錫合金は、カーボン層１０の粒子の間に入り込みやすくなるので、カーボン層１０と金属層１１との間にアンカー効果が生じ、これらが剥離し難くなるという効果も得られる。
従って、上記構成のカーボンコミテータ１によれば、従来のような不完全な接合によってセグメント３…同士の間で電気的抵抗値にばらつきが生じたり、使用中にセグメント３とライザ片４との間に接触不良を生じたりするような事態を未然に防止することができ、たとえ上述したようなアルコールを含む燃料中等においても、コミテータとして長期に渡って安定かつ優れた性能を得ることが可能となる。
【００３９】
ところで、本実施形態においては、この金属層１１における銅と錫との重量比を９０：１０としているが、この重量比において錫成分の比率が大きくなりすぎると、圧粉成形体２９の焼結中に銅と錫との金属間化合物的な脆い相が金属層１１に形成されてしまい、これによりセグメント３とライザ片４との確実な接合が阻害されるおそれがあるとともに、焼結温度によっては金属層１１の錫成分の濃度が銅錫合金系における安定なα固溶体中の錫濃度の上限を越えてしまうおそれがあるので、望ましくない。
一方、逆に錫成分の比率が小さくなりすぎても、溶融した錫が、粒径が小さく合金化し易い銅粉末粒子と優先的に合金化してしまい、その分ライザ素片２３と合金化する割合が少なくなってしまうので、やはりセグメント３とライザ片４との良好な接合性が損なわれるおそれがあり、望ましくない。
【００４０】
例えば、図８は、図９に示すようなテストピース３１を図中矢印方向に引っ張った際に、ライザ片に見立てた銅板３２と銅および錫を焼結して成る金属層１１との間、またはこの金属層１１とカーボン層１０との間で剥離が生じたときの引っ張り荷重（剥がし強度）を、上記金属層１１における錫成分の重量比を種々に変化させて測定した結果を示すものであるが、この図８に示されるように上記剥がし強度は、錫成分の重量比が小さいうちはこの錫成分重量比が増大するに従い増加する傾向を示し、すなわち接合強度が増大してゆくが、錫成分重量比が５．０〜１０．０ｗｔ％の範囲では１０ｋｇｆ程度の高い強度で安定し、さらに錫成分重量比を増大させると、減少する傾向を示している。
また、錫成分の重量比が小さいうちにテストピース３１が剥離する場合は上記銅板３２と金属層１１との間で剥離が生じていたのに対し、錫成分重量比を大きくした場合にはカーボン層１０と金属層１１との間でテストピース３１が剥離することが認められた。
【００４１】
ここで、通常このようなコミテータにおいては、そのセグメントにおける接合強度は１．５ｋｇｆ程度あれば十分とされている。
従って、図８に示す結果より上記金属層１１における錫成分の重量比は２．０ｗｔ％以上であればよい。
一方、このような銅錫合金において、液相焼結を生じる８００℃付近での安定したα固溶体の錫成分濃度の上限値は１３．５ｗｔ％である。
従って、上記金属層１１における銅と錫との重量比は、本実施形態のように９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されるのが望ましい。
また、焼結温度等に変動が生じた場合でも、金属層１１とライザ片４およびカーボン層１０との間に十分な接合強度を確保して剥離等を確実に防止するには、上記の結果より金属層１１における銅と錫との重量比を、さらに上述のように９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定するのが望ましい。
【００４２】
一方、このようなカーボンコミテータ１を製造するに際して、本実施形態の製造方法では、カーボン粉末と銅および錫との混合粉末とを層状に圧粉成形してライザ片素板２１を備えた圧粉成形体２９を形成し、この圧粉成形体２９を８２５℃前後で焼結して焼結体３０とし、セグメント３…に成形しているが、このときの焼結温度が低すぎると上述の液相焼結が十分に促進されずに、合金化によるセグメント３とライザ片４との良好な接合性が損なわれるおそれが生じる。
また、逆に焼結温度が高すぎると、溶融した錫の液相に溶け込む銅成分が増大して液相の量が多くなりすぎ、焼結中にライザ素片２３を伝わって流れ出したり、焼結体３０の形状自体を維持できなくなったりするおそれが生じる。
このため、本実施形態の製造方法のように、カーボン粉末層２６と金属粉末層２７とを有する圧粉成形体２９を焼結してセグメント３を得る場合には、その焼結温度は上述の通り８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましい。
【００４３】
さらに、このような圧粉成形体２９を形成するに際しては、上述のように、まず圧粉成形型２５に、上記カーボン粉末層２６および金属粉末層２７の一方（本実施形態ではカーボン粉末層２６）を形成し、これを仮押ししてその層の厚さを均一にした後に、他方（本実施形態では金属粉末層２７）を形成して圧粉成形するのが望ましく、このような構成を採ることにより、焼結後におけるセグメント３のカーボン層１０および金属層１１の層厚を均一にすることができるので、例えばブラシとの摺動部とされる上記セグメント３の先端面３ａに摩耗が生じた場合などに、カーボン層１０の厚さの不均一により金属層１１が部分的に露出してしまうような事態を未然に防止することができ、このような金属層１１の露出によってカーボンコミテータ１の寿命が短縮されるのを防ぐことができる。
【００４４】
なお、本実施形態では初めにカーボン粉末層２６を形成して仮押しした後に金属粉末層２７を形成しているが、例えば圧粉成形型２５の底面側に上記ライザ片素板２１を配置しておいて、最初に銅および錫粉末を充填して金属粉末層２７を形成し、これを仮押しして層厚を均一にした後に、カーボン粉末等を充填してカーボン粉末層２６を形成し、圧粉成形するようにしてもよい。
また、本実施形態ではライザ素片２３の周りに金属粉末層２７を形成したが、ライザ素片２３のカーボン粉末層２６側の面のみに金属粉末層２７を形成して金属層１１を形成するようにしてもよく、このようにすることにより、セグメント３をより薄く形成できるという利点が得られる。
【００４５】
さらに、本実施形態の製造方法では、上述のようにライザ素片２３…が連結されたライザ片素板２１に円環状に圧粉成形体２９を圧粉成形して焼結し、こうして得られた円環状の焼結体３０に絶縁樹脂製のボス部２を加圧成形した上でスリット７…を形成することにより、互いに絶縁されたセグメント３…を成形するようにしているが、例えば初めから独立したライザ素片２３に扇形ブロック状に圧粉成形体２９を成形し、これを焼結したセグメント３を間隔をあけて複数環状に配列した上で絶縁性樹脂を加圧成形してボス部２を形成し、これらのセグメント３…を一体化してカーボンコミテータ１を製造するようにしてもよい。
また、円環状の圧粉成形体２９を焼結して円環状の焼結体３０を得る代わりに、中実の円板状の圧粉成形体から中実円板状の焼結体を焼結し、その中央に貫通孔を形成するとともに扇形に分割してセグメント３…を形成するようにしてもよい。
【００４６】
一方、本実施形態のカーボンコミテータ１においては、セグメント３の後端面３ｄからライザ片４の他端部４ｃが垂直に突出してボス部２の先端面２ａに食い込んでおり、これによってボス部２とセグメント３との接合強度が確保されているが、ボス部２の加圧成形前にこの他端部４ｃを例えば外周側に斜めに折り曲げるなどしておけば、接合強度の向上を図ることができる。
また、このようにライザ片４の他端部４ｃを突出させることなく、もしくはこれに加えて、ボス部２の成形前に、セグメント３…の内外周側の凹凸円弧面３ｂ，３ｃに凹溝を形成したり、あるいはこれら凹凸円弧面３ｂ，３ｃとセグメント３の先端面３ａとの稜線部の面取りを施したりした上で、樹脂を加圧成形してボス部２を形成することにより、この凹溝や面取りの部分に樹脂が回り込んでセグメント３がボス部２に係止されるので、一層の接合強度の向上を促すことができる。
【００４７】
さらに、本実施形態のカーボンコミテータ１では、セグメント３のカーボン層１０と金属層１１とが、それぞれセグメント３の厚さの約１／２の層厚で２層に分けられるように形成されているが、例えば金属層１１をライザ片４の周囲だけに形成するようにしたり、カーボン層１０と金属層１１との間に中間層を設けたり、カーボン層１０から金属層１１に向けてカーボン成分に対する銅および錫の金属成分の比率が大きくなるように形成したりしてもよい。
また、本実施形態では、本発明のカーボンコミテータをインタンク式の燃料ポンプのモータに用いる場合について説明したが、このようなものに限らず、他の種のモータのコミテータとして使用することも、勿論可能である。
さらにまた、本実施形態のカーボンコミテータ１は扁平形構造をなしているが、一般的な円柱形のコミテータに本発明を適用することも、勿論可能である。
（第２の実施の形態）
図１０および図１１は、本発明のカーボンコミテータの一実施形態を示すものである。
本実施形態のカーボンコミテータ１０１は、例えば上述したようなインタンク式の燃料ポンプのモータに用いられるものであって扁平形構造をなしており、絶縁性の樹脂によって略円盤状に形成されたボス部１０２と、このボス部１０２の円形をなす先端面２ａに、周方向に等間隔をおいて環状に配列される複数（本実施形態では８つ）のセグメント１０３…とから構成されており、これらのセグメント１０３…の先端面３ａが、モータのブラシに摺接する摺動部とされている。
さらに、各セグメント１０３には導電性端子部材としてライザ片１０４が取り付けられていて、このライザ片１０４の一端部１０４ａは上記ボス部１０２の外周に突出させられている。
【００４８】
上記ボス部１０２の先端面１０２ａには、その中央部に内壁部１０５が、また外周側には外壁部１０６が、互いに同軸の円筒状にそれぞれ形成される一方、個々のセグメント１０３は、図１０に示すように上記先端面１０３ａが扇形をなすブロック状に形成されていて、このようなセグメント１０３…が、それぞれその内外周側面を上記内外壁部１０５，１０６に密着させて、内壁部１０５を中心とした放射状を呈するようにボス部１０２の先端面１０２ａに環状に配列されている。
また、ボス部１０２の周方向に隣り合うセグメント１０３，１０３同士の間には、上記内外壁部１０５，１０６を切り欠いてボス部１０２の径方向に延び、かつ上記先端面１０２ａから一段凹む凹溝１０２ｂを形成するようにスリット１０７が形成されており、このスリット１０７によって上記隣り合うセグメント１０３，１０３同士は互いに絶縁された状態とされている。
さらに、上記内壁部１０５の内周部はボス部１０２の他端面側に貫通していて、当該カーボンコミテータ１０１をモータの回転軸に固定するための軸孔１０８とされている。
なお、内壁部１０５の先端面１０５ａはセグメント１０３の先端面１０３ａに対して一段後退する位置に形成される一方、外壁部１０６の先端面１０６ａは上記先端面１０３ａと面一となるように形成されている。
また、ボス部１０２の先端面１０２ａと上記外壁部１０６の内周面とがなす隅部には、段部１０９が形成されている。
【００４９】
一方、本実施形態においてセグメント１０３に取り付けられて導電性端子部材とされる上記ライザ片１０４は、銅または銅合金により形成された板状部材であって、図１１に示すようにセグメント１０３の後端面１０３ｂから僅かに先端面１０３ａ側に寄った位置に埋設され、ボス部１０２の径方向においてセグメント１０３の略中程から外周側に延びて上記外壁部１０６を貫通し、さらに後端側にＬ字型に屈曲するとともに外壁部１０６の外周面に沿って延びる幅広部１０４ｂを介して上記一端部１０４ａに至っており、この一端部１０４ａは、後端側に延びる舌片が先端側に向けてＶ字状に折り曲げられた形状とされている。
また、このライザ片１０４の内周側の他端部１０４ｃは、上記セグメント１０３の後端面３ｂからボス部１０２の上記先端面１０２ａに垂直に食い込むように突出させられている。
【００５０】
そして、本実施形態のカーボンコミテータ１０１においては、上記セグメント１０３の摺動部とされる先端面１０３ａ側の部分が、カーボンに適宜の結合剤を混合して成るカーボン層１１０とされるとともに、上記ライザ片１０４の周囲の後端面３ｂ側の部分は、カーボン、銅、および導電性端子部材であるライザ片４と合金化可能であってライザ片４よりも融点の低い物質、例えば錫より成る金属層１１１とされている。
さらに、より詳しくは、この金属層１１１においては、銅および錫が液相焼結されることにより、銅と錫との合金、すなわち青銅が析出しており、この合金化は銅または銅合金より成るライザ片１０４にも及んでいて、これによりライザ片１０４は金属層１１１に接合されてセグメント１０３と一体化されている。
なお、この金属層１１１におけるカーボンの含有率は、重量比率で２〜２５ｗｔ％の範囲、より望ましくは１０〜２０ｗｔ％の範囲に設定されていて、本実施形態では１５ｗｔ％とされている。
一方、カーボンを除いた銅成分と錫成分との重量比は、９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定されており、本実施形態では９０．０：１０．０とされている。
さらに、本実施形態ではこの金属層１１１の厚さは、セグメント１０３の厚さの約１／２程度とされている。
なお、金属層１１１中に含まれる錫の全量または一部に代えて亜鉛、アンチモン、鉛等から選択される１種または２種以上の元素を使用してもよい。
【００５１】
次に、このような構成のカーボンコミテータ１０１を製造する場合の本発明の製造方法の一実施形態について、図１２ないし図１６により説明する。
まず、かかるカーボンコミテータ１０１を製造するに際しては、図１２に示すような各セグメント１０３…と一体化されるライザ片１０４…の原型となるライザ片素板１２１が用意される。
このライザ片素板１２１は、銅板または銅合金板から外形円板状に形成されたものであって、本実施形態では厚さ０．６ｍｍの無酸素銅板からプレス成形により形成されており、製造されるカーボンコミテータ１０１の外径よりも十分大きな内径を有する円環板状のリング状部１２２の内周に、上記ライザ片１０４…と同数のライザ素片１２３…が一体に連結された構成とされている。
ここで、これらのライザ素片１２３…は、ライザ片１０４の上記他端部１０４ｃとなる内周端部１２３ａが予め折り曲げられている以外は、上記ライザ片１０４を平板状に延ばした形状に形成されているとともに、製造されたカーボンコミテータ１０１において環状に配列されるセグメント１０３…内のライザ片１０４…と同様に放射状に配設されていて、さらにこのライザ片１０４の上記一端部１０４ａとなる外周端部１２３ｂが上記リング状部１２２に一体に連結されている。
【００５２】
次いで図１３（ａ）に示すように、このライザ片素板１２１を、上記セグメント１０３の寸法に対して焼結時の収縮を考慮した寸法の円環状のキャビティ１２４を有する圧粉成形型１２５に同軸的に設置し、さらに図１３（ｂ）に示すようにこのキャビティ１２４内に、セグメント１０３の先端面１０３ａとなる側（キャビティ１２４の底面側）にカーボン粉末と結合剤との混合粉末を充填してカーボン粉末層１２６を形成するとともに、後端面１０３ｂ側となる上記ライザ片素板１２１のライザ素片１２３…の周辺にカーボン、銅、および錫の混合粉末を充填して混合粉末層１２７を形成する。
ここで、本実施形態では、上記カーボン粉末層１２６を形成する混合粉末として、天然黒鉛と人造黒鉛とを混合したカーボン粉末にフェノール系の結合剤を加え、これを混線、乾燥、粉砕した後に分級して、粒度が約５００μｍ以下となるように調整したものが用いられている。
一方、上記混合粉末層１２７を形成する混合粉末としては、上記と同じく天然黒鉛と人造黒鉛とを混合したカーボン粉末と電解銅粉と粉砕錫粉とを上述した所定の重量比となるように配合し、Ｖ型混合器で混合したものが用いられている。
【００５３】
なお、これらカーボン粉末層１２６および混合粉末層１２７をキャビティ１２４に充填するに際しては、まずキャビティ１２４の底面側にカーボン粉末と結合剤との混合粉末を充填してカーボン粉末層１２６を形成した後、一旦このカーボン粉末層２６を仮押し型等により弱く押圧してその厚さが均一となるように均し、しかる後このカーボン粉末層１２６の上に銅および錫の混合粉末を充填して上記混合粉末層１２７を形成するのが望ましい。
そして、このようにキャビティ１２４内に充填されたカーボン粉末層１２６および混合粉末層１２７を、図１３（ｃ）に示すように油圧プレス等を用いた突き固め型１２８Ａ，１２８Ｂにより３ｔ／ｃｍ２程度の大きな成形圧で押圧してライザ片素板１２１ごと圧粉成形し、図１４に示すようにカーボン粉末層１２６と混合粉末層１２７とからなる二層構造の円環状の圧粉成形体１２９を形成する。
なお、この圧粉成形の際、上記ライザ素片１２３の折り曲げられた内周端部１２３ａは、混合粉末層１２７から突出して上記突き固め型１２８Ａに形成された凹所１２８ａ内に収容される。
【００５４】
さらに、こうして成形された圧粉成形体１２９を、ライザ板素片１２１ごと上記圧粉成形型１２５から抜き出し、焼結炉に装入して焼き固めることにより、図１５および図１６に示すように上記セグメント１０３…の原型となる円環状の焼結体１３０を焼結するのであるが、このとき、圧粉成形体１２９全体としては上記カーボン粉末層１２６と混合粉末層１２７とが互いに一体的に焼結されて上記焼結体１３０に形成され、またカーボン粉末層１２６ではカーボン粉末が結合剤を介して結合させられて上記カーボン層１１０が形成される一方、上記混合粉末層２７においては、上述したように液相焼結が生じて上記ライザ素片１２３の表面および銅粉末と錫粉末とが合金化し、これにより、ライザ素片１２３と一体に接合された状態で上記金属層１１１が形成される。
従って、こうして焼結された焼結体１３０においては、セグメント１０３…の摺動部となる上記先端面１０３ａ側のカーボン層１１０から後端面３ｂ側の金属層１１１までが、ライザ片１０４となるライザ素片２３と電気的、機械的に一体に接合されることとなる。
なお、上記圧粉成形体１２９を焼結して焼結体１３０を形成する際の焼結温度は、８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましく、本実施形態では８２５℃前後とされている。
【００５５】
次いで、こうして形成された焼結体１３０に、絶縁性を有する樹脂による加圧成形法（モールディング法）によってボス部１０２を一体成形する。
すなわち、図１６に示すように焼結された上記焼結体１３０においては、円環状の焼結体１３０の外周面にライザ素片１２３の一端部（ライザ片１０４の一端部１０４ａおよび幅広部１０４ｂとなる部分）が突出するとともに、さらにその外周にはライザ片素板１２１のリング状部１２２が一体に連結されたままであり、またセグメント１０３…の後端面１０３ｂとなる上記金属層１１１側の端面からは、ライザ素片１２３の内周端部１２３ａが突出している。
そこで、この焼結体１３０の外径よりも上記ボス部１０２の外壁部１０６の厚さ分だけ大きな外径の円盤状のキャビティを有し、かつ上記軸孔１０８の位置に円柱部を備えたモールド型に、該焼結体１３０を、上記金属層１１１例の端面をキャビティ側に向けて同軸に設置し、次いでこのキャビティ内に溶融した上記樹脂を流し込んで加圧、冷却することにより、上記内外壁部１０５，１０６および軸孔１０８を備え、かつその先端面１０２ａに上記ライザ素片１２３の内周端部１２３ａが食い込んだボス部１０２を、この焼結体１３０に一体に成形するのである。
【００５６】
さらに、こうしてボス部１０２が焼結体１３０に一体に成形された後でも、ボス部１０２の外周からは上記ライザ片素板１２１が突出したままであるので、まずこのライザ片素板１２１のライザ素片１２３の上記外周端部１２３ｂとリング状部１２２との間を切断して各ライザ素片１２３を独立させ、次いで上記幅広部１０４ｂを後端側に折り曲げるとともに外壁部１０６の外周面に沿って湾曲させ、また上記外周端部１２３ｂをＶ字状に折り曲げて上記形状のライザ片１０４に成形する。
そして、周方向に隣り合う各ライザ片１０４，１０４同士の間に、上記焼結体１３０からボス部１０２の上記先端面１０２ａに僅かに食い込む深さのスリット１０７…を、円環状の焼結体１３０の径方向に沿って上記外壁部１０６の外周面から軸孔８に達するように切削加工等によって形成し、焼結体１３０を扇型のブロック状に分割して互いに絶縁されたセグメント１０３…とすることにより、上記構成のカーボンコミテータ１０１が製造される。
【００５７】
しかるに、このようにして製造されたカーボンコミテータ１０１においては、ブラシとの摺動部とされるセグメント１０３…の先端面１０３ａがカーボン層１１０によって形成されているので、アルコール含有量の多い燃料のインタンク式燃料ポンプのモータに使用しても、セグメント１０３が浸食されたり、燃料が変質したりすることがない。
そして、その一方で、導電性端子部材としてのライザ片１０４と上記カーボン層１１０との間に設けられる金属層１１１が、カーボン、銅、および錫を焼結して成るものであって、このうちの銅および錫成分が上述のように液相焼結を生じてライザ片１０４と合金化するとともに、液相焼結により溶けた銅錫合金はカーボン層１１０の粒子の間に入り込んでカーボン層１１０との間にアンカー効果を生じる。
さらに、金属層１１１に含まれるカーボンがカーボン層１１０と結合することによっても両者の間にアンカー効果が生じるので、これらによってセグメント１０３とライザ片１０４とを電気的、機械的に確実かつ強固に一体接合することができる。
【００５８】
また、こうして金属層１１１が液相焼結することにより、その溶解再析出過程において粒子の再配列が生じ、これによってライザ片１０４（ライザ素片２３）の熱膨張による応力が緩和されるとともに、このライザ素片２３の熱膨張や収縮に関わらず、液相が常にライザ素片１２３の周囲の隙間を埋めるように作用する。
同様に、この液相が存在することにより、カーボン層１１０と金属層１１１との間の応力も緩和され、仮に上記圧粉成形体２９の焼結中にカーボン層１１０と金属層１１１との収縮、膨張の割合の相違によって両者の間に隙間等が生じたりしても、銅錫合金の液相がこの隙間を埋める作用を生じる。
そして、さらに金属層１１１にカーボンが含有されることによっても熱応力が緩和され、これらにより、カーボン層１１０と金属層１１１との間、および金属層１１１とライザ片１０４との間での剥離が生じ難くなるので、上記構成のカーボンコミテータ１０１によれば、セグメント１０３…同士の間で電気的抵抗値にばらつきが生じたり、セグメント１０３とライザ片１０４との間に接触不良を生じたりするような事態を防止することができ、たとえ上述したようなアルコールを含む燃料中においても、コミテータとして長期に渡って安定かつ優れた性能を得ることが可能となる。
【００５９】
ところで、上記金属層１１１において液相焼結により形成される銅錫合金は、例えば従来のように銅粉末だけを焼結したものなどよりも硬く、従って金属層１１１が銅および錫から成る銅錫合金のみで形成されていたりすると、セグメント１０３…同士を絶縁させるために焼結体１３０にスリット１０７を形成する際の加工性が損なわれ、多くの加工時間を要したり、スリット形成のための刃具の寿命短縮を招いたりするおそれがある。
ところが、上記カーボンコミテータ１０１ではこの金属層１１１に比較的柔らかいカーボンが含有されており、これによって金属層１１１が硬くなりすぎるのを抑えることができるので、上記スリット１０７を形成する場合などにおいても、加工時間の短縮を図るとともに刃具の寿命を延長させることが可能となる。
一方、金属層１１１が銅および錫のみで形成されていると、焼結温度が高すぎたりした場合には、焼結中に液相が流出してしまって焼結体１３０としての形状を維持できなくなるおそれが生じるが、上記カーボンコミテータ１０１では、この金属層１１１に含有されるカーボンが高温でも軟化したり溶融したりすることなく、骨材として作用して金属層１１１の形状を安定させることができるので、所望の形状、寸法の焼結体１３０を確実に形成することが可能となる。
【００６０】
ここで、本実施形態では上述のように、この金属層１１１に含有されるカーボンの含有率を重量比で１５ｗｔ％としているが、このカーボンの含有率が少なすぎると、残りの銅錫合金によって金属層１１１が硬くなりすぎ、セグメント１０３の加工性の劣化が十分に防止できなくなるおそれが生じる。
また、金属層１１１中のカーボンによるカーボン層１１０とのアンカー効果や熱応力の緩和、あるいは焼結体１３０の形状安定といった作用効果も十分に奏功されなくなるおそれが生じる。
一方、逆にこの金属層１１１中のカーボンの含有率が多すぎると、カーボンはライザ片１０４を形成する銅等とは焼結中に反応しないため、ライザ片１０４と金属層１１１との接合が不十分となって、両者の間に剥離が生じやすくなるおそれが生じる。
【００６１】
例えば、図１７は、図１８に示す金属層１１１のテストピース１３１と図１９に示すセグメント１０３のテストピース１３２とを用いて、金属層１１１の加工性とセグメント１０３の剥離に対する強度とが、金属層１１１におけるカーボンの含有率によってどのように変化するかを調べたものである。
ここで、金属層１１１の加工性については、カーボン、銅、および錫をカーボン含有率以外は本実施形態と同じ条件で焼結した幅Ｗｃｍ、厚さｔｃｍの金属層１１１の上記テストピース１３１を、図１８に示すように距離Ｌｃｍ離れた２点で支持し、この２点の中間位置において該テストピース１３１にその厚さ方向に荷重を加え、テストピース１３１が破壊したときの最大荷重Ｐｋｇｆから１．５×Ｐ・Ｌ／（Ｗ・ｔ２）により算出される抗折強度（ｋｇｆ／ｃｍ２）を測定した。
また、セグメント１０３の剥離強度については、さらにカーボン層１１０も含めて上記と同様に焼結したセグメント１０３のテストピース１３２を図１９の矢印方向に引っ張った際に、ライザ片に見立てた銅板１３３と金属層１１１との間、または金属層１１１とカーボン層１１０との間で剥離が生じたときの引っ張り荷重（剥がし強度）を測定した。
【００６２】
しかるに、この図１７に示されるように、テストピース１３１の抗折強度およびテストピース１３２の剥がし強度とも、金属層１１１におけるカーボン含有率が増大するに従い漸次低下しており、すなわちカーボン含有率の増大に伴い加工しやすくなるとともに剥離しやすくなっている。
ここで、このようなカーボン、銅、および錫より成る焼結体１３０にスリット加工を施す場合においては、抗折強度が２０００ｋｇｆ／ｃｍ２以下であれば加工時間の増大や刃具の寿命短縮を十分に防止できる。
従って、図１７に示す抗折強度の結果より金属層１１１におけるカーボンの含有率は２ｗｔ％以上とされるのが望ましい。
一方、通常このようなコミテータにおいては、そのセグメント１０３における剥がし強度は１．５ｋｇｆ程度あれば十分とされている。
従って、図１７に示す結果より上記金属層１１１におけるカーボンの含有率は２５ｗｔ％以下とされるのが望ましい。
また、焼結体１３０を形成する際の焼結温度等の変動に関わらず、良好な加工性と十分な耐剥離性とを確実に両立させるには、金属層１１１におけるカーボンの含有率は、上記範囲の中でも特に１０〜２０ｗｔ％の範囲に設定されるのが望ましい。
【００６３】
なお、本実施形態においては、この金属層１１１においてカーボンを除いた銅と錫との重量比を９０：１０としているが、この重量比において錫成分の比率が大きくなりすぎると、焼結中に銅と錫との金属間化合物的な脆い相が金属層１１１に形成されてしまい、これによりセグメント１０３とライザ片１０４との確実な接合が阻害されるおそれがあるとともに、焼結温度によっては金属層１１１の錫成分の濃度が銅錫合金系における安定なα固溶体中の錫濃度の上限を越えてしまうおそれがある。
また、逆に錫成分の比率が小さくなりすぎても、溶融した錫が、粒径が小さく合金化し易い銅粉末粒子と優先的に合金化してしまい、その分ライザ素片２３と合金化する割合が少なくなって、やはりセグメント１０３とライザ片１０４との良好な接合性が損なわれるおそれがある。
そこで、上述したカーボンコミテータのセグメント１０３に与えられるべき十分な剥がし強度と、銅錫合金において液相焼結を生じる８００℃付近での安定したα固溶体の錫成分濃度の上限値が１３．５ｗｔ％であることとから、上記金属層１１１における銅と錫との重量比は、本実施形態のように９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されるのが望ましく、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定される。
【００６４】
一方、このようなカーボンコミテータ１０１を製造するに際して、本実施形態の製造方法では、カーボン粉末とカーボン、銅、および錫の混合粉末とを層状に圧粉成形して、ライザ片素板１２１を備えた圧粉成形体２９を形成し、この圧粉成形体１２９を８２５℃前後で焼結して焼結体１３０とし、セグメント１０３…に成形しているが、このときの焼結温度が低すぎると上述の液相焼結が十分に促進されずに、合金化によるセグメント１０３とライザ片１０４との良好な接合性が損なわれるおそれが生じる。
また、逆に焼結温度が高すぎると、溶融した錫の液相に溶け込む銅成分が増大して液相の量が多くなりすぎ、焼結中にライザ素片１２３を伝わって流れ出したり、カーボンの骨材としての効果にも関わらず焼結体１３０の形状自体を維持できなくなったりするおそれが生じる。
このため、本実施形態の製造方法のようにカーボン粉末層２６と混合粉末層１２７とを有する圧粉成形体２９を焼結してセグメント１０３を得る場合には、その焼結温度は上述の通り８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましい。
【００６５】
さらに、このような圧粉成形体１２９を形成するに際しては、上述のように、まず圧粉成形型１２５に、上記カーボン粉末層１２６および混合粉末層１２７の一方（本実施形態ではカーボン粉末層１２６）を形成し、これを仮押ししてその層の厚さを均一にした後に、他方（本実施形態では混合粉末層１２７）を形成して圧粉成形するのが望ましく、このような構成を採ることにより、焼結後におけるセグメント１０３のカーボン層１１０および金属層１１１の層厚を均一にすることができるので、例えばブラシとの摺動部とされる上記セグメント１０３の先端面１０３ａに摩耗が生じた場合などに、カーボン層１１０の厚さの不均一により金属層１１１が部分的に露出してしまうような事態を未然に防止することができ、このような金属層１１１の露出によってカーボンコミテータ１０１の寿命が短縮されるのを防ぐことができる。
【００６６】
なお、本実施形態では初めにカーボン粉末層１２６を形成して仮押しした後に混合粉末層１２７を形成しているが、例えば圧粉成形型１２５の底面側に上記ライザ片素板１２１を配置しておいて、最初にカーボン、銅、および錫の混合粉末を充填して混合粉末層１２７を形成し、これを仮押しして層厚を均一にした後に、カーボン粉末等を充填してカーボン粉末層１２６を形成し、圧粉成形するようにしてもよい。
また、本実施形態ではライザ素片１２３の周りに混合粉末層１２７を形成したが、ライザ素片１２３のカーボン粉末層１２６例の面のみに混合粉末層１２７を形成して金属層１１１を形成するようにしてもよく、このようにすることにより、セグメント１０３をより薄く形成できるという利点が得られる。
【００６７】
さらに、本実施形態の製造方法では、上述のようにライザ素片１２３…が連結されたライザ片素板１２１に円環状に圧粉成形体１２９を圧粉成形して焼結し、こうして得られた円環状の焼結体１３０に絶縁樹脂製のボス部１０２を加圧成形した上でスリット１０７…を形成することにより、互いに絶縁されたセグメント１０３…を成形するようにしているが、例えば初めから独立したライザ素片１２３に扇形ブロック状に圧粉成形体１２９を成形し、これを焼結したセグメント１０３を間隔をあけて複数環状に配列した上で絶縁性樹脂を加圧成形してボス部１０２を形成し、これらのセグメント１０３…を一体化してカーボンコミテータ１０１を製造するようにしてもよい。
また、円環状の圧粉成形体１２９を焼結して円環状の焼結体１３０を得る代わりに、中実の円板状の圧粉成形体から中実円板状の焼結体を焼結し、その中央に貫通孔を形成するとともに扇形に分割してセグメント１０３…を形成するようにしてもよい。
【００６８】
一方、本実施形態のカーボンコミテータ１０１においては、セグメント１０３の後端面３ｂからライザ片１０４の他端部４ｃが垂直に突出してボス部１０２の先端面１０２ａに食い込んでおり、これによってボス部１０２とセグメント１０３との接合強度が確保されているが、ボス部１０２の加圧成形前にこの他端部４ｃを例えば外周側に斜めに折り曲げるなどしておけば、接合強度の向上を図ることができる。
また、このようにライザ片１０４の他端部１０４ｃを突出させることなく、もしくはこれに加えて、ボス部１０２の成形前に、セグメント１０３…の内外周側面に凹溝を形成したり、あるいはこれら内外周側面とセグメント１０３の先端面１０３ａとの稜線部の面取りを施したりした上で、樹脂を加圧成形してボス部１０２を形成することにより、この凹溝や面取りの部分に樹脂が回り込んでセグメント１０３がボス部１０２に係止されるので、一層の接合強度の向上を促すことができる。
【００６９】
さらに、本実施形態のカーボンコミテータ１０１では、セグメント１０３のカーボン層１１０と金属層１１１とが、それぞれセグメント１０３の厚さの約１／２の層厚で２層に分けられるように形成されているが、例えば金属層１１１をライザ片１０４の周囲だけに形成するようにしたり、カーボン層１１０と金属層１１１との間に中間層を設けたり、カーボン層１１０側から金属層１１１側に向けて、金属層１１１のカーボンに対する銅および錫の比率が大きくなるように形成したりしてもよい。
また、本実施形態では、本発明のカーボンコミテータをインタンク式の燃料ポンプのモータに用いる場合について説明したが、このようなものに限らず、他の種のモータのコミテータとして使用することも、勿論可能である。
さらにまた、本実施形態のカーボンコミテータ１０１は扁平形構造をなしているが、一般的な円柱形のコミテータに本発明を適用することも、勿論可能である。
（第３の実施の形態）
図２０および図２１は、本発明のカーボンコミテータの一実施形態を示すものである。
本実施形態のカーボンコミテータ２０１は、例えば上述したようなインタンク式の燃料ポンプのモータに用いられるものであって扁平形構造をなしており、絶縁性の樹脂によって略円盤状に形成されたボス部２０２と、このボス部２０２の円形をなす先端面２０２ａに、周方向に等間隔をおいて環状に配列される複数（本実施形態では８つ）のセグメント２０３…とから構成されており、これらのセグメント２０３…の先端面２０３ａが、モータのブラシに摺接する摺動部とされている。
さらに、各セグメント２０３には導電性端子部材としてライザ片２０４が取り付けられていて、このライザ片２０４の一端部２０４ａは上記ボス部２０２の外周に突出させられている。
【００７０】
上記ボス部２０２の先端面２０２ａには、その中央部に内壁部２０５が、また外周側には外壁部２０６が、互いに同軸の円筒状にそれぞれ形成される一方、個々のセグメント２０３は、図２０に示すように上記先端面２０３ａが扇形をなすブロック状に形成されていて、このようなセグメント２０３…が、それぞれその内外周側面を上記内外壁部２０５，２０６に密着させて、内壁部２０５を中心とした放射状を呈するようにボス部２０２の先端面２０２ａに環状に配列されている。
また、ボス部２０２の周方向に隣り合うセグメント２０３，２０３同士の間には、上記内外壁部２０５，２０６を切り欠いてボス部２０２の径方向に延び、かつ上記先端面２０２ａから一段凹む凹溝２０２ｂを形成するようにスリット２０７が形成されており、このスリット２０７によって上記隣り合うセグメント２０３，２０３同士は互いに絶縁された状態とされている。
さらに、上記内壁部２０５の内周部はボス部２０２の他端面側に貫通していて、当該カーボンコミテータ２０１をモータの回転軸に固定するための軸孔２０８とされている。
なお、内壁部２０５の先端面２０５ａはセグメント２０３の先端面２０３ａに対して一段後退する位置に形成される一方、外壁部２０６の先端面２０６ａは上記先端面２０３ａと面一となるように形成されている。
また、ボス部２０２の先端面２０２ａと上記外壁部２０６の内周面とがなす隅部には、段部２０９が形成されている。
【００７１】
一方、本実施形態においてセグメント２０３に取り付けられて導電性端子部材とされる上記ライザ片２０４は、銅または銅合金により形成された板状部材であって、図２１に示すようにセグメント２０３の後端面２０３ｂから僅かに先端面３ａ側に寄った位置に埋設され、ボス部２０２の径方向においてセグメント２０３の略中程から外周側に延びて上記外壁部２０６を貫通し、さらに後端側にＬ字型に屈曲するとともに外壁部２０６の外周面に沿って延びる幅広部２０４ｂを介して上記一端部２０４ａに至っており、この一端部２０４ａは、後端側に延びる舌片が先端側に向けてＶ字状に折り曲げられた形状とされている。
また、このライザ片２０４の内周側の他端部２０４ｃは、上記セグメント２０３の後端面２０３ｂからボス部２０２の上記先端面２０２ａに垂直に食い込むように突出させられている。
【００７２】
そして、本実施形態のカーボンコミテータ２０１においては、上記セグメント２０３の摺動部とされる先端面２０３ａ側の部分が、カーボンに適宜の結合剤を混合して成るカーボン層２１０とされるとともに、上記ライザ片２０４の周囲の後端面２０３ｂ側の部分は銅および導電性端子部材であるライザ片４と合金化可能であってライザ片４よりも融点の低い物質、例えば錫より成る金属層２１１とされ、これらカーボン層２１０と金属層２１１との間には、カーボンおよび銅より成る中間層２１２が介装されている。
さらに、より詳しくは、上記金属層２１１においては、銅および錫が液相焼結されることにより、銅と錫との合金、すなわち青銅が析出しており、この合金化は銅または銅合金より成るライザ片２０４にも及んでいて、これによりライザ片２０４は、上記カーボン層２１０および金属層２１１、すなわちセグメント２０３と一体化されている。
なお、この金属層２１１においては、その銅成分と錫成分との重量比が、９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定されており、本実施形態では９０．０：１０．０とされている。
また、上記中間層１１２においては、カーボンの含有率が１０〜４０ｗｔ％の範囲に設定されるのが望ましく、本実施形態ではカーボンと銅との体積割合が１：１前後となるように、２０ｗｔ％に設定されている。
なお、金属層２１１中に含まれる錫の全量または一部に代えて亜鉛、アンチモン、鉛等から選択される１種または２種以上の元素を使用してもよい。
【００７３】
次に、このような構成のカーボンコミテータ２０１を製造する場合の本発明の製造方法の一実施形態について、図２２ないし図２６により説明する。
まず、かかるカーボンコミテータ２０１を製造するに際しては、図２２に示すような各セグメント２０３…と一体化されるライザ片２０４…の原型となるライザ片素板２２１が用意される。
このライザ片素板２２１は、銅板または銅合金板から外形円板状に形成されたものであって、本実施形態では厚さ０．６ｍｍの無酸素銅板からプレス成形により形成されており、製造されるカーボンコミテータ２０１の外径よりも十分大きな内径を有する円環板状のリング状部２２２の内周に、上記ライザ片２０４…と同数のライザ素片２２３…が一体に連結された構成とされている。
ここで、これらのライザ素片２２３…は、ライザ片２０４の上記他端部２０４ｃとなる内周端部２２３ａが予め折り曲げられている以外は、上記ライザ片２０４を平板状に延ばした形状に形成されているとともに、製造されたカーボンコミテータ２０１において環状に配列されるセグメント２０３…内のライザ片２０４…と同様に放射状に配設されていて、さらにこのライザ片２０４の上記一端部４ａとなる外周端部２２３ｂが上記リング状部２２２に一体に連結されている。
【００７４】
次いで図２３（ａ）に示すように、このライザ片素板２２１を、上記セグメント２０３の寸法に対して焼結時の収縮を考慮した寸法の円環状のキャビティ２２４を有する圧粉成形型２５に同軸的に設置し、図２３（ｂ）に示すようにこのキャビティ２４内に、セグメント２０３の先端面３ａとなる側（キャビティ２２４の底面側）にカーボン粉末と結合剤との混合粉末を充填してカーボン粉末層２２６を形成し、次にこのカーボン粉末層２２６の上にカーボンおよび銅の混合粉末を充填して第１の混合粉末層２２７を形成し、さらにその上のセグメント２０３の後端面２０３ｂ側となる上記ライザ片素板２２１のライザ素片２２３…の周辺に銅および錫の混合粉末を充填して第２の混合粉末層２２８を形成する。
【００７５】
なお、本実施形態では、上記カーボン粉末層２２６を形成する混合粉末として、天然黒鉛と人造黒鉛とを混合したカーボン粉末にフェノール系の結合剤を加え、これを混線、乾燥、粉砕した後に分級して、粒度が約５００μｍ以下となるように調整したものが用いられている。
また、上記第２の混合粉末層２２８を形成する混合粉末としては、電解銅粉と粉砕錫粉とを上述した所定の重量比となるように配合し、Ｖ型混合器で混合したものが用いられている。
さらに、上記第１の混合粉末層２２７を形成する混合粉末としては、上記カーボン粉末層２２６を形成するカーボン粉末および結合剤の混合粉末と、第２の混合粉末層２２８を形成する電解銅粉とを、上述した所定のカーボン含有率となるように配合したものが用いられている。
【００７６】
ここで、これらカーボン粉末層２２６および第１、第２の混合粉末層２２７，２２８を形成する際は、まずキャビティ２２４の底面側にカーボン粉末と結合剤との混合粉末を充填してカーボン粉末層２２６を形成した後、一旦このカーボン粉末層２２６を仮押し型等により弱く押圧して、その厚さが均一となるように均すのが望ましい。
また、次いでこのカーボン粉末層２２６の上にカーボンおよび銅の混合粉末を充填して第１の混合粉末層２２７を形成した後にも、この第１の混合粉末層２２７を仮押し型等によって再び弱く押圧して均し、しかる後この第１の混合粉末層２２７の上に銅および錫の混合粉末を充填して第２の混合粉末層２２８を形成するのが望ましい。
【００７７】
そして、このようにキャビティ２２４内に充填されたカーボン粉末層２２６および第１、第２の混合粉末層２２７，２２８を、図２３（ｃ）に示すように油圧プレス等を用いた突き固め型２２９Ａ，２２９Ｂにより３ｔ／ｃｍ２程度の大きな成形圧で押圧してライザ片素板２２１ごと圧粉成形し、図２４に示すようにカーボン粉末層２２６および第１、第２の混合粉末層２２７，２２８からなる３層構造の円環状の圧粉成形体２３０を形成する。なお、この圧粉成形の際、上記ライザ素片２２３の折り曲げられた内周端部２２３ａは、上記第２の混合粉末層２２８から突出して上記突き固め型２２９Ａに形成された凹所２２９ａ内に収容される。
さらに、こうして成形された圧粉成形体２３０は、ライザ片素板２２１ごと上記圧粉成形型２２５から抜き出される。
【００７８】
次に、この圧粉成形体２３０を焼結炉に装入して焼き固めることにより、図２５および図２６に示すように上記セグメント２０３…の原型となる円環状の焼結体２３１を焼結するのであるが、このとき、上記カーボン粉末層２２６ではカーボン粉末が結合剤を介して結合させられて上記カーボン層２１０が形成されるとともに、上記第１の混合粉末層２２７においても、カーボン粉末が結合剤によって結合するのに伴って、カーボン粉末と混合された銅粉末も結合されて中間層２１２が形成される。
また、上記第２の混合粉末層２２８においては、上述したように液相焼結が生じて上記ライザ素片２２３の表面および銅粉末と錫粉末とが合金化し、これにより、ライザ素片２２３と一体に接合された状態で上記金属層２１１が形成される。
【００７９】
さらに、この圧粉成形体２３０の焼結時には、上記カーボン粉末層２２６のカーボン粉末と第１の混合粉末層２２７に含有されるカーボン粉末とが結合剤を介して結合させられることにより、上記カーボン層２１０と中間層２１２とが一体に焼結させられる一方、第２の混合粉末層２２８における錫粉末の銅粉末との液相焼結は、第１の混合粉末層２２７に含有される銅粉末にも及び、これにより上記金属層２１１と中間層２１２も一体に焼結される。
従って、こうして焼結された焼結体２３１においては、セグメント２０３…の摺動部となる上記先端面２０３ａ側のカーボン層２１０から中間層２１２を経て後端面３ｂ側の金属層２１１までが、ライザ片２０４となるライザ素片２２３と電気的、機械的に一体に接合されることとなる。
なお、上記圧粉成形体２３０を焼結して焼結体２３１を形成する際の焼結温度は、８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましく、本実施形態では８２５℃前後とされている。
【００８０】
次に、この焼結体２３１に、絶縁性を有する樹脂による加圧成形法（モールディング法）によってボス部２０２を一体成形する。
すなわち、図２６に示すように焼結された上記焼結体２３１においては、円環状の焼結体２３１の外周面にライザ素片２２３の一端部（ライザ片２０４の一端部２０４ａおよび幅広部２０４ｂとなる部分）が突出するとともに、さらにその外周にはライザ片素板２２１のリング状部２２２が一体に連結されたままであり、またセグメント２０３…の後端面２０３ｂとなる上記金属層２１１側の端面からは、ライザ素片２２３の内周端部２２３ａが突出している。
そこで、この焼結体２３１の外径よりも上記ボス部２０２の外壁部２０６の厚さ分だけ大きな外径の円盤状のキャビティを有し、かつ上記軸孔２０８の位置に円柱部を備えたモールド型に、該焼結体２３１を、上記金属層２１１側の端面をキャビティ側に向けて同軸に設置し、次いでこのキャビティ内に溶融した上記樹脂を流し込んで加圧、冷却することにより、上記内外壁部２０５，２０６および軸孔２０８を備え、かつその先端面２０２ａに上記ライザ素片２２３の内周端部２２３ａが食い込んだボス部２０２を、この焼結体２３１に一体に成形するのである。
【００８１】
さらに、こうしてボス部２０２が焼結体２３１に一体に成形された後でも、ボス部２０２の外周からは上記ライザ片素板２２１が突出したままであるので、まずこのライザ片素板２２１のライザ素片２２３の上記外周端部２２３ｂとリング状部２２２との間を切断して各ライザ素片２２３を独立させ、次いで上記幅広部２０４ｂを後端側に折り曲げるとともに外壁部２０６の外周面に沿って湾曲させ、また上記外周端部２２３ｂをＶ字状に折り曲げて上記形状のライザ片２０４に成形する。
そして、周方向に隣り合う各ライザ片２０４，２０４同士の間に、上記焼結体２３１からボス部２０２の上記先端面２０２ａに僅かに食い込む深さのスリット２０７…を、円環状の焼結体２３１の径方向に沿って上記外壁部２０６の外周面から軸孔２０８に達するように切削加工等によって形成し、焼結体２３１を扇型のブロック状に分割して互いに絶縁されたセグメント２０３…とすることにより、上記構成のカーボンコミテータ２０１が製造される。
【００８２】
しかるに、このようにして製造されるカーボンコミテータ２０１においては、ブラシとの摺動部とされるセグメント２０３…の先端面２０３ａがカーボン層２１０によって形成されているので、アルコール含有量の多い燃料のインタンク式燃料ポンプのモータに使用しても、セグメント２０３が浸食されたり、燃料が変質したりすることがない。
また、その一方で、導電性端子部材としてのライザ片２０４の周囲に設けられるセグメント２０３の金属層２１１が銅および錫を焼結して成るものであって、この金属層２１１が上述のように液相焼結を生じてライザ片２０４と合金化する。
そして、この金属層２１１と上記カーボン層２１０との間には、カーボンおよび銅より成る中間層２１２が設けられており、上述のようにこの中間層２１２のカーボンがカーボン層２１０と結合するとともに金属層２１１の液相焼結が該中間層２１２の銅にまで及ぶことにより、カーボン層２１０と金属層２１１とが中間層２１２を介して一体化されるので、セグメント２０３とライザ片２０４とを電気的、機械的に確実かつ強固に一体接合することができる。
【００８３】
また、こうして金属層２１１が液相焼結することにより、その溶解再析出過程において粒子の再配列が生じ、これによってライザ片２０４（ライザ素片２２３）の熱膨張による応力が緩和されるとともに、このライザ素片２２３の熱膨張や収縮に関わらず、液相が常にライザ素片２２３の周囲の隙間を埋めるように作用する。
その一方で、この金属層２１１と上記カーボン層２１０との間に介装される上記中間層２１２により、例えば上記圧粉成形体３０の焼結中にカーボン層２１０と金属層２１１との収縮、膨張の割合の相違によって両者の間に熱応力が生じたりしても、これを中間層２１２によって緩和することができるので、カーボン層２１０と中間層２１２との間や中間層２１２と金属層２１１との間に剥離等が生じるのを防ぐことができる。
これは、特に上記焼結温度が８５０〜９００℃程度の比較的高い場合に有効である。
従って、上記構成のカーボンコミテータ２０１によれば、このように焼結温度が高い場合であっても、従来のような不完全な接合によってセグメント２０３…同士の間で電気的抵抗値にばらつきが生じたり、使用中にセグメント２０３とライザ片２０４との間に接触不良を生じたりするような事態を未然に防止することができ、たとえ上述したようなアルコールを含む燃料中等においても、コミテータとして長期に渡って安定かつ優れた性能を得ることが可能となる。
【００８４】
ところで、本実施形態では、上記中間層２１２におけるカーボンの含有率を１０〜４０ｗｔ％の範囲としているが、この中間層２１２のカーボンの含有率が少なすぎると、焼結の際にカーボン層２１０と結合する中間層２１２のカーボン成分も少なくなるため、これらカーボン層２１０と中間層２１２との間で剥離が生じやすくなり、逆に中間層２１２のカーボン含有率が多すぎて銅の含有率が少なくなると、上記金属層２１１と液相焼結する中間層２１２の銅成分も少なくなるので、これら金属層２１１と中間層２１２との間で剥離が生じやすくなる。
例えば、図２７は、この中間層２１２におけるカーボン含有率以外は上記実施形態のセグメント２０３と同様に焼結した図２８に示すようなテストピース２４１を図中矢印方向に引っ張った際に、カーボン層２１０と中間層２１２との間、または金属層２１１と中間層２１２との間に剥離が生じたときの引っ張り荷重（剥がし強度）を、上記中間層２１２におけるカーボンの含有率を変化させて測定したものである。
ただし、このテストピース２４１において符号２４２で示すのは、ライザ片に見立てた銅板である。
【００８５】
しかるに、この図２７に示されるように、中間層２１２におけるカーボン含有率が１０〜４０ｗｔ％で剥がし強度が増大している。
ここで、このカーボン含有率が１０ｗｔ％以下の場合には、カーボン含有率が増大するに従い剥がし強度も増大しているが、カーボン含有率が１０ｗｔ％以上の場合には、カーボン含有率が増大するに従い剥がし強度は緩やかに減少する傾向を示している。
また、カーボン含有率が少ないうちはカーボン層２１０と中間層２１２との間でテストピース２４１が剥離していたのに対し、カーボン含有率が増大すると金属層２１１と中間層２１２との間での剥離が生じることが認められた。
従って、上記図２７の結果からも、中間層２１２におけるカーボンの含有率は、本実施形態のように１０〜４０ｗｔ％の範囲とされるのが望ましい。
【００８６】
なお、本実施形態では上記金属層２１１における銅と錫との重量比を９０：１０としているが、この重量比において錫成分の比率が大きくなりすぎると、焼結中に銅と錫との金属間化合物的な脆い相が金属層２１１に形成されてしまい、これによりセグメント２０３とライザ片２０４との確実な接合が阻害されるおそれがあるとともに、焼結温度によっては金属層２１１の錫成分の濃度が銅錫合金系における安定なα固溶体中の錫濃度の上限を越えてしまうおそれがある。
また、逆に錫成分の比率が小さくなりすぎても、溶融した錫が、粒径が小さく合金化し易い銅粉末粒子と優先的に合金化してしまい、その分ライザ素片２２３と合金化する割合が少なくなって、やはりセグメント２０３とライザ片２０４との良好な接合性が損なわれるおそれがる。
そこで、かかるカーボンコミテータ２０１においてセグメント２０３とライザ片２０４との間に与えられるべき十分な剥がし強度と、銅錫合金において液相焼結を生じる８００℃付近での安定したα固溶体の錫成分濃度の上限値が１３．５ｗｔ％であることとから、上記金属層２１１における銅と錫との重量比は、本実施形態のように９８．０：２．０〜８６．５：１３．５の範囲に設定されるのが望ましく、より望ましくは９５．０：５．０〜９０．０：１０．０の範囲に設定される。
【００８７】
一方、このようなカーボンコミテータ２０１を製造するに際して、本実施形態の製造方法では、カーボン粉末より成るカーボン粉末層２２６と、カーボンおよび銅の混合粉末より成る第１の混合粉末層２２７と、銅および錫の混合粉末より成る第２の混合粉末層２２８とを層状に圧粉成形してライザ片素板２２１を備えた圧粉成形体２３０を形成し、この圧粉成形体２３０を８２５℃前後で焼結して焼結体２３１とし、セグメント２０３…に成形しているが、このときの焼結温度が低すぎると上述の液相焼結が十分に促進されずに、合金化によるセグメント２０３とライザ片２０４との良好な接合性が損なわれるおそれが生じる。
また、逆に焼結温度が高すぎると、溶融した錫の液相に溶け込む銅成分が増大して液相の量が多くなりすぎ、焼結中にこの液相がライザ素片２２３を伝わって流れ出したりして焼結体２３１の形状自体を維持できなくなったりするおそれが生じる。
このため、本実施形態の製造方法のように、カーボン粉末層２２６と第１、第２の混合粉末層２２７，２２８とを有する圧粉成形体２３０を焼結してセグメント２０３を得る場合には、その焼結温度は上述の通り８００〜８５０℃の範囲に設定されるのが望ましい。
【００８８】
ただし、本実施形態のカーボンコミテータ２０１では、上記中間層２１２によって焼結時のカーボン層２１０と金属層２１１との間の熱応力が緩和されるので、例えば上記第２の混合粉末層２２８のカーボンと銅との配合比（カーボンの含有率）を調整するなどして、焼結体２３１の形状を十分に維持できる条件とした場合には、８５０〜９００℃程度の高温で圧粉成形体２３０を焼結して焼結体２３１を得ることも可能であり、このように高温で焼結された焼結体２３１では、金属層２１１の液相焼結が促進されてライザ片２０４（ライザ素片２２３）との接合性が向上するのは勿論、中間層２１２とカーボン層２１０および金属層２１１との接合性の向上と上述した中間層２１２による熱応力の緩和効果とにより、剥がし強度をさらに増強させることが可能となる。
ちなみに、上記実施形態において成形された圧粉成形体２３０と、これと同じ組成のカーボン粉末層２２６と第２の混合粉末層２２８とを中間層２１２となる第１の混合粉末層２２７を介さずに直接積層した圧粉成形体とを、上述したような条件の下で８５０℃で焼結した場合、後者の圧粉成形体を焼結した焼結体の剥がし強度は６．６ｋｇｆであったのに対し、上記圧粉成形体３０の焼結体の剥がし強度は１５．７ｋｇｆであり、剥がし強度の大幅な向上が認められた。
【００８９】
さらに、このような圧粉成形体２３０を形成するに際しては、上述のように、まず圧粉成形型２２５に、上記カーボン粉末層２２６および第２の混合粉末層２２８の一方（本実施形態ではカーボン粉末層２２６）を形成し、これを仮押ししてその層の厚さを均一にし、次いでその上に上記第１の混合粉末層２２７を形成して再び仮押しすることにより層厚を均一にし、しかる後上記カーボン粉末層２２６および第２の混合粉末層２２８の他方（本実施形態では混合粉末層２２７）を形成して圧粉成形するのが望ましい。
しかるに、このような構成を採ることにより、焼結後におけるセグメント２０３のカーボン層２１０および金属層２１１の層厚を均一にすることができるので、例えばブラシとの摺動部とされる上記セグメント２０３の先端面２０３ａに摩耗が生じた場合などに、カーボン層２１０の厚さの不均一により金属層２１１が部分的に露出してしまうような事態を未然に防止することができ、このような金属層２１１の露出によってカーボンコミテータ２０１の寿命が短縮されるのを防ぐことができる。
ただし、本実施形態のように先に形成されたカーボン粉末層２２６を仮押しして層厚を均一にした場合には、これにより焼結後のカーボン層２１０の厚さも均一となるので、その後の第１の混合粉末層２２７の仮押しは省略してもよい。
【００９０】
なお、本実施形態では初めにカーボン粉末層２２６を形成して仮押しした後に第１、第２の混合粉末層２２７，２２８を形成しているが、例えば圧粉成形型２２５の底面側に上記ライザ片素板２２１を配置しておいて、最初に銅および錫粉末を充填して第２の混合粉末層２２８を形成し、これを仮押しして層厚を均一にした後に、カーボンおよび銅粉末を充填して第１の混合粉末層２２７を形成し、さらにその上にカーボン粉末等を充填してカーボン粉末層２２６を形成し、圧粉成形するようにしてもよい。
また、本実施形態ではライザ素片２２３の周りに金属層２１１となる第２の混合粉末層２２８を形成したが、ライザ素片２２３のカーボン粉末層２２６側の面のみにこの第２の混合粉末層２２８を形成して金属層２１１を形成するようにしてもよく、このような構成を採ることにより、セグメント２０３をより薄く形成できるという利点が得られる。
【００９１】
さらに、本実施形態の製造方法では、上述のようにライザ素片２２３…が連結されたライザ片素板２２１に円環状に圧粉成形体２３０を圧粉成形して焼結し、こうして得られた円環状の焼結体２３１に絶縁樹脂製のボス部２０２を加圧成形した上でスリット２０７…を形成することにより、互いに絶縁されたセグメント２０３…を成形するようにしているが、例えば初めから独立したライザ素片２２３に扇形ブロック状に圧粉成形体３０を成形し、これを焼結したセグメント２０３を間隔をあけて複数環状に配列した上で絶縁性樹脂を加圧成形してボス部２０２を形成し、これらのセグメント２０３…を一体化してカーボンコミテータ２０１を製造するようにしてもよい。
また、円環状の圧粉成形体３０を焼結して円環状の焼結体２３１を得る代わりに、中実の円板状の圧粉成形体から中実円板状の焼結体を焼結し、その中央に貫通孔を形成するとともに扇形に分割してセグメント２０３…を形成するようにしてもよい。
【００９２】
一方、本実施形態のカーボンコミテータ２０１においては、セグメント２０３の後端面３ｂからライザ片２０４の他端部４ｃが垂直に突出してボス部２０２の先端面２ａに食い込んでおり、これによってボス部２０２とセグメント２０３との接合強度が確保されているが、ボス部２０２の加圧成形前にこの他端部４ｃを例えば外周側に斜めに折り曲げるなどしておけば、接合強度の向上を図ることができる。
また、このようにライザ片２０４の他端部２０４ｃを突出させることなく、もしくはこれに加えて、ボス部２０２の成形前に、セグメント２０３…の内外周側面に凹溝を形成したり、あるいはこれら内外周側面とセグメント２０３の先端面３ａとの稜線部の面取りを施したりした上で、樹脂を加圧成形してボス部２０２を形成することにより、この凹溝や面取りの部分に樹脂が回り込んでセグメント２０３がボス部２０２に係止されるので、一層の接合強度の向上を促すことができる。
【００９３】
さらに、本実施形態のカーボンコミテータ２０１では、上記中間層２１２をカーボンの含有率が均一な一つの層として形成しているが、例えばこの中間層２１２におけるカーボンの含有率を、金属層２１１側からカーボン層２１０側に向かうに従い漸次連続的に多くなるようにしたり、あるいはこの中間層２１２を、金属層２１１側からカーボン層２１０側に向かうに従いカーボン含有率が段階的に多くなる複数の層によって構成するようにしてもよい。
しかして、このような構成を採ることにより、カーボン含有率が高い中間層２１２のカーボン層２１０側では、焼結の際のカーボン同士の接合性が向上される一方、カーボン含有率が低く、すなわち銅の含有率が高い中間層２１２の金属層２１１側では、金属層２１１における液相焼結がより広く中間層２１２に拡散するので、カーボン層２１０、金属層２１１、および中間層２１２をより確実に一体化することができる。
また、本実施形態では、本発明のカーボンコミテータをインタンク式の燃料ポンプのモータに用いる場合について説明したが、このようなものに限らず、他の種のモータのコミテータとして使用することも、勿論可能である。
さらにまた、本実施形態のカーボンコミテータ２０１は扁平形構造をなしているが、一般的な円柱形のコミテータに本発明を適用することも、勿論可能である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、セグメントの摺動部がカーボン層により形成されていて、アルコールを含む燃料中でもセグメントの浸食等を防ぐことができる一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には銅および導電性端子部材と合金化可能な物質、例えば錫を焼結して成る金属層が設けられており、この金属層を焼結する際に銅および錫が液相焼結を起こしてカーボン層および導電性端子部材と電気的、機械的に確実に一体接合されるので、セグメント同士で電気的抵抗値にばらつきを生じたり、セグメントと導電性端子部材とが接触不良を起こしたりするのを防いで、長期に渡って安定かつ優れた性能を奏するカーボンコミテータを提供することができる。
【００９５】
また、本発明によれば、セグメントの摺動部がカーボン層により形成されていて、アルコールを含む燃料中でもセグメントの浸食等を防ぐことができる一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には、カーボン、銅、および導電性端子部材と合金化可能な物質、例えば錫を焼結して成る金属層が設けられており、この金属層を焼結する際に銅および錫が液相焼結を起こしてカーボン層および導電性端子部材と電気的、機械的に確実に一体接合されるので、セグメント同士で電気的抵抗値にばらつきを生じたり、セグメントと導電性端子部材とが接触不良を起こしたりするのを防いで、長期に渡って安定かつ優れた性能を奏するカーボンコミテータを提供することができる。
また、金属層に含まれるカーボンによって、カーボン層との間にアンカー効果が奏されるとともに、焼結時の金属層における熱応力が緩和されるので、金属層とカーボン層および導電性端子部材との剥離等を確実に防いで電気的、機械的接合性の一層の向上を図ることができる。
さらに、こうして金属層中にカーボンが含まれることにより、セグメントにスリット加工等を行う際の加工性の向上も図られるとともに、焼結の際に銅および錫が上述のように液相を生じても焼結体の形状を安定させることができる。
【００９６】
さらに、本発明によれば、セグメントの摺動部がカーボン層により形成されていて、アルコールを含む燃料中でもセグメントの浸食等を防ぐことができる一方、上記カーボン層と導電性端子部材との間には銅および導電性端子部材と合金化可能な物質、例えば錫を焼結して成る金属層が設けられており、この金属層を焼結する際に銅および錫が液相焼結を起こして導電性端子部材と電気的、機械的に確実に一体接合されるので、セグメント同士で電気的抵抗値にばらつきを生じたり、セグメントと導電性端子部材とが接触不良を起こしたりするのを防いで、長期に渡って安定かつ優れた性能を奏するカーボンコミテータを提供することができる。
そして、さらにこの金属層と上記カーボン層との間には、カーボンおよび銅より成る中間層が介装されており、焼結時にこの中間層のカーボンが上記カーボン層と結合するとともに、金属層の液相焼結が中間層の銅にまで及び、しかもカーボン層と金属層との間に作用する熱応力がこの中間層によって緩和されるので、セグメントにおける剥離等を確実に防いで一層安定した電気的、機械的接合性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１を示すセグメント３の先端面３ａ側からの平面図である。
図２は、図１におけるＺＺ断面図である。
図３は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１の製造方法に係わるライザ片素板２１の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図である。
図４は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１の製造方法に係わる圧粉成形型２５の断面図であって、（ａ）は圧粉成形型２５を分割した状態、（ｂ）はカーボン粉末層２６および金属粉末層２７を形成した状態、（ｃ）は突き固め型２８により圧粉成形した状態を示す。
図５は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１の製造方法に係わる圧粉成形体２９の模式的に示された断面図である。
図６は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１の製造方法に係わる焼結体３０の模式的に示された断面図である。
図７は、ライザ片素板２１が連結された焼結体３０の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図である。
図８は、金属層１１における錫成分の重量比と、金属層１１とカーボン層１０およびライザ片４（銅板３１）との剥がし強度との関係を示す図である。
図９は、図８に示した関係を測定するに際して用いたテストピースの断面図である。
図１０は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１０１を示すセグメント１０３の先端面１０３ａ側からの平面図である。
図１１は、図１０におけるＺＺ断面図である。
図１２は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１０１の製造方法に係わるライザ片素板１２１の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図である。
図１３は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１０１の製造方法に係わる圧粉成形型１２５の断面図であって、（ａ）は圧粉成形型１２５を分割した状態、（ｂ）はカーボン粉末層１２６および混合粉末層１２７を形成した状態、（ｃ）は突き固め型１２８Ａ，１２８Ｂにより圧粉成形した状態を示す。
図１４は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１０１の製造方法に係わる圧粉成形体１２９の模式的に示された断面図である。
図１５は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ１０１の製造方法に係わる焼結体１３０の模式的に示された断面図である。
図１６は、ライザ片素板１２１が連結された焼結体１３０の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図である。
図１７は、金属層１１１におけるカーボンの含有率と、金属層１１１の抗折強度および金属層１１１とカーボン層１１０およびライザ片１０４（銅板１３３）との剥がし強度との関係を示す図である。
図１８は、図１７に示した抗折強度を測定するに際して用いたテストピース１３１の斜視図である。
図１９は、図１７に示した剥がし強度を測定するに際して用いたテストピース１３２の断面図である。
図２０は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ２０１を示すセグメント２０３の先端面２０３ａ側からの平面図である。
図２１は、図２０におけるＺＺ断面図である。
図２２は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ２０１の製造方法に係わるライザ片素板２２１の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図である。
図２３は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ２０１の製造方法に係わる圧粉成形型２２５の断面図であって、（ａ）は圧粉成形型２２５を分割した状態、（ｂ）はカーボン粉末層２２６および第１、第２の混合粉末層２２７，２２８を形成した状態、（ｃ）は突き固め型２２９Ａ，２２９Ｂにより圧粉成形した状態を示す。
図２４は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ２０１の製造方法に係わる圧粉成形体２３０の模式的に示された断面図である。
図２５は、本発明の一実施形態のカーボンコミテータ２０１の製造方法に係わる焼結体２３１の模式的に示された断面図である。
図２６は、ライザ片素板２２１が連結された焼結体２３１の（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂｂ断面図である。
図２７は、中間層２１２におけるカーボンの含有率と、中間層２１２とカーボン層２１０および金属層２１１との間の剥がし強度との関係を示す図である。
図２８は、図２７に示した関係を測定するに際して用いたテストピース２３１の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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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（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２（ａ）】
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【図２２（ｂ）】
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【図２３（ａ）】
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【図２３（ｂ）】
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【図２３（ｃ）】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６（ａ）】
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【図２６（ｂ）】
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【図２７】
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【図２８】
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