(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ突起部を有する複数のカーボンセグメントと、それぞれ該突起部を挿入するための貫通孔を有する複数の金属セグメントと、接合された両セグメントをその上に環状に配列して固定するための整流子本体とを備え、各カーボンセグメントは少なくとも該突起部に金属を含有し、両セグメントは金属セグメントの該貫通孔に挿入された該突起部を変形させることによってカシメ接合されていることを特徴とするカーボン整流子。
【請求項２】
該各カーボンセグメントは、さらに金属セグメントとの接触部に金属を含有していることを特徴とする請求項１記載のカーボン整流子。
【請求項３】
前記各カーボンセグメントは、カーボン層と金属含有カーボン層との２層構造をなし、少なくとも前記突起部が金属含有カーボン層で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のカーボン整流子。
【請求項４】
該金属の含有量は、カーボンに対して６０〜１００重量％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のカーボン整流子。
【請求項５】
前記金属は、銅、青銅および真鍮からなる群より選択されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のカーボン整流子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料ポンプ用のモーター等に使用するためのカーボン整流子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に自動車等の燃料ポンプに使用されるモーターにカーボンセグメントを用いた整流子が用いられている。
【０００３】
これは、最近、自動車燃料にアルコールを含有したものが使用されたり、特に酸化物や硫黄分の多いいわゆる粗悪ガソリンが一部地域で使用されるために、従来の銅を主体としたセグメントでは銅の腐食が発生し、ポンプの寿命が著しく短くなるからである。
【０００４】
カーボン整流子を作る方法として、たとえば米国特許第５１７５４６３号明細書に記載されているように、カーボンセグメントに金属のメッキを施したのちに、ハンダ付けによってカーボンセグメントに金属セグメントを接合する方法が提案されている。しかし、カーボンセグメントにメッキを施すと、メッキ工程で使用するメッキ液がカーボンセグメントにしみ込むため、カーボン整流子をモータに使用したときに不具合を発生する可能性がある。また、カーボンセグメントにメッキを施すことはコスト高につながるという問題もある。さらに、ハンダ付けにより接合する方法を採用すると、後工程でカーボン整流子に巻き線を溶接するときに半田が溶け、溶けた半田がカーボンセグメントのハガレや位置ズレを起こすことが知られている。
【０００５】
カーボン整流子を作る他の方法として、特開平１０−４６５３号公報に示されているように、カーボンセグメントに突起を設け、金属セグメントに設けた孔にこの突起を係合させて、両者を接合する方法が提案されている。しかし、この方法では、カーボンセグメントに設けられた突起がカーボンのみによって形成されているために展延性がない。突起に展延性がないため、突起を孔に係合する際に削られてゆるみ易くなり、カーボンおよび金属の両セグメントの間の接合が不確実になるという欠点がある。特開平１０−４６５３号公報においては、この欠点を補うためにカーボンセグメントと金属セグメントの両方にメッキを施し、かつメッキ層を溶着して両セグメントを接合することが提案されているが、やはりコスト高になる要因となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑み、低コストで確実にカーボンセグメントと金属セグメントとを接合することが可能なカーボン整流子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、それぞれ突起部を有する複数のカーボンセグメントと、それぞれ該突起部を挿入するための貫通孔を有する複数の金属セグメントと、接合された両セグメントをその上に環状に配列して固定するための整流子本体とを備え、各カーボンセグメントは少なくとも該突起部に金属を含有し、両セグメントは金属セグメントの該貫通孔に挿入された該突起部を変形させることによってカシメ接合されていることを特徴とするカーボン整流子が提供される。
【０００８】
本発明においては、該各カーボンセグメントは、さらに金属セグメントとの接触部に金属を含有していることが好ましい。
【０００９】
また、本発明においては、該金属の含有量は、カーボンに対して６０〜１００重量％であることが好ましい。また、本発明においては、前記金属は、銅、青銅および真鍮からなる群より選択することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明に係るカーボン整流子には、平面型カーボン整流子、円筒型カーボン整流子などが含まれる。
【００１２】
まず、本発明に係るカーボン整流子の構造について説明する。
【００１３】
本発明に係るカーボン整流子は、複数のカーボンセグメント、複数の金属セグメント、および整流子本体を備えている。
【００１４】
複数のカーボンセグメントは、カーボン整流子をモーターに使用したときに、それぞれブラシと接触するものである。
【００１５】
複数のカーボンセグメントは、例えば、カーボン（炭素）を主成分とする一つのカーボン部材を複数に分割することによって作製される。
【００１６】
図１に、このようなカーボン部材の一例として、平面型カーボン整流子に使用する板状のカーボン部材を示す。図１（ａ）はカーボン部材の概略平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ｂ−Ｂ’に沿った概略断面図を示す。
【００１７】
図１に示すカーボン部材１は円形状をなし、中心に円形の貫通孔２が設けられている。カーボン部材１は、図１に示したように、例えば部材１の中心を通る複数の直線に沿って切断されることによって、環状に配列された複数（図１では８個）の同形状のカーボンセグメント６に分割される。
【００１８】
各カーボンセグメント６の片面には、同じ形状の突起部３が設けられている。この突起部３の高さは、後述する金属セグメントの厚さよりも大きくなるように設計されている。突起部３の高さが金属セグメントの厚さよりも大きいため、突起部３を金属セグメントの貫通孔に挿入したときに、突起部３の先端が貫通孔を通って金属セグメントの外に出るようになっている。
【００１９】
本発明に係る各カーボンセグメント６は、例えば図１に示すように、少なくともこの突起部３に金属を含有して金属含有カーボン層を形成している。
【００２０】
含有する金属としては、特に限定されないが、例えば、銅、ニッケル、銀、金などの金属単体、または青銅、真鍮などの合金が挙げられる。
【００２１】
金属含有カーボン層における金属の含有量は、６０〜１００％であることが好ましい。含有量が６０％を下回ると、後述するように、金属を含有する突起部３を加圧などによって変形させるときに、突起部３が十分に変形せずに破壊する可能性がある。
【００２２】
カーボンセグメント６の突起部３に金属を含有することで、この突起部３に展延性が生じる。突起部３に展延性が生じることで、この突起部３を各金属セグメントの貫通孔に挿入するときに、突起部３が金属セグメントとの接触によって削られることが低減される。また、展延性を有する突起部３は加圧などによって変形するため、突起部３を金属セグメントの貫通孔に挿入したときに貫通孔を通って外に出た突起部３を、特に突起部３の先端を、貫通孔の裏側から加圧などによって変形させることができる。すなわち、突起部３をカシメることができる。このようにして突起部３を変形させてカシメることによって、カーボンセグメント６と金属セグメントとを確実に接合することができる。
【００２３】
また、本発明に係る各カーボンセグメント６は、例えば図１に示すように、さらに金属セグメントとの接触部５にも金属を含有して金属含有カーボン層を形成していることが好ましい。接触部５での金属含有カーボン層における含有する金属の種類および金属の含有量については、突起部３に対して前述した金属の種類および含有量と同様である。
【００２４】
金属セグメントとの接触部５に金属を含有することで、この接触部５における導電性が向上する。接触部５での導電性が向上することによって、この接触部５を通して、上述のようにして接合された両セグメントの間に良好な通電状態を保つことができる。
【００２５】
以上のように、本発明に係るカーボンセグメント６は突起部３に、または突起部３と接触部４とに金属含有カーボン層を形成している。すなわち、カーボンセグメント６は、炭素のみからなるカーボン層５と金属含有カーボン層７との２層構造をなしている。
【００２６】
金属含有カーボン層７は、金属の含有量の異なる複数の層にさらに分かれていても良い。金属含有カーボン層７の全体としての金属の含有量が、所定の値（例えば、６０〜１００％）であれば、金属含有カーボン層７内の層の数および各層での金属の含有量は限定されない。
【００２７】
金属含有カーボン層７を形成する方法としては、当該技術分野で良く知られている多段型による多層成形技術または成型技術などが挙げられる。
【００２８】
多層成形技術は、金属黒鉛質電刷子の製造工程で確立している成形技術である。多層成形技術を用いることによって、突起部３と接触部４の両方に金属を含有させることができる。
【００２９】
多段型成型技術は、粉末冶金製品の製造工程で行われている成型技術である。多段型成型技術を用いることによって、カーボンセグメント６の突起部３のみに、または突起部３と接触部４の両方に、金属を含有させることができる。また、多段型成型技術を用いることによって、多層成形技術を用いたときよりも、突起部３の密度および機械的強度をより高くすることが可能であるため、突起部３の変形による両セグメント間の接合をより確実にすることができる。
【００３０】
本発明においては、上述したように、すでに確立している技術を用いて金属含有カーボン層７を形成することができる。そのため、本発明に係るカーボンセグメント６、ひいてはカーボン整流子を低コストで製造することができる。
【００３１】
本発明に係る複数の金属セグメントは、例えば、一つの金属部材を複数に分割することによって作製される。
【００３２】
図２は、このような金属部材の一例として、平面型カーボン整流子に使用する板状の金属部材を示する。図２（ａ）は金属部材の概略平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の線Ｃ−Ｃ’に沿った概略断面図を示す。
【００３３】
図２に示す金属部材１０は円形状をなし、中心に円形の貫通孔１１を有している。貫通孔１１は、図１に示したカーボン部材１の有する貫通孔６の直径と同じ直径を有している。
【００３４】
金属部材１０は、図２に示したように、例えば部材１０の中心を通る複数の直線に沿って切断されることによって、カーボンセグメント６の数と同じ数の複数（図２では８個）の同形状の金属セグメント１５に分割される。分割された各金属セグメント１５は、各カーボンセグメント６にそれぞれ対応して、環状に配列されている。前述したように、金属セグメント１５の厚さは、カーボンセグメント６の突起部３の高さよりも短くなるように設計されている。
【００３５】
各金属セグメント１５には、カーボンセグメント６の突起部３を挿入するための貫通孔１２が設けられている。
【００３６】
図３に、挿入された突起部３を変形させて両セグメントを接合する仕方の一例を概略的に示す。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、まず、カーボンセグメント６の突起部３が金属セグメント１５の貫通孔１２に挿入されるように、両セグメントを重ねる。貫通孔１２から出た各突起部３の先端を、カシメ具のような変形用の用具２０を用いてプレスして加圧する。加圧によって、図３（ｂ）に示すように、突起部３の先端を扁平状に変形させて固定することができる。突起部３の変形によって、両セグメントが確実に接合される。
【００３８】
なお、カーボンセグメント６と金属セグメント１５とを、上述のように突起部３の変形によって機械的に接合するとともに、さらにハンダまたは導電性接着剤を用いて接合しても良い。こうすることで、両セグメント間の接合を強化することができる。特に、ハンダを用いて接合する場合には、カーボンセグメント６の金属含有カーボン層７上でのハンダの漏れ性が良いため、メッキを使用することなくハンダのみによって両セグメントをより確実に接合することができる。
【００３９】
図２に示したように、本発明に係る金属セグメント１５の外周部には、カーボンセグメント６を外部回路と電気的に接続するためのライザ片１３が設けられている。
【００４０】
また、金属セグメント１５の片面には、金属セグメント１５の切り起こし孔１６内において該片面側に折り曲げられたツメ１４が設けられている。ツメ１４は、後述する整流子本体に金属セグメント１５を確実に固定するための抜け止めとなるものである。
【００４１】
本発明に係る整流子本体は、上述のようにして接合されたカーボンセグメント６と金属セグメント１５とをその上に環状に配列して固定するためのものであり、例えばフェノール樹脂などの樹脂からなる。樹脂からなる整流子本体は、後述するように、樹脂モールドによって作製する。
【００４２】
次に、本発明に係るカーボン整流子の製造方法について説明する。
【００４３】
（１）まず、カーボン部材１と金属部材１０とを接合する。接合は、カーボン部材１がカーボンセグメント６ごとに有する突起部３を、金属部材１０が金属セグメント１５ごとに有する貫通孔１２にそれぞれ挿入したのちに、前述したように各突起部３を変形させることによって行う。
【００４４】
（２）次に、こうして接合されたカーボン部材１と金属部材１０とを、整流子本体の上に固定する。具体的には、当該技術分野で良く知られたモールド技術を用いて両部材に対して樹脂モールドを行うことによって、樹脂からなる整流子本体の上に両部材を固定することができる。前述したように、各金属セグメント１５の有するツメ１４によって金属部材１０が整流子本体に固定されることで、両部材は整流子本体の上に確実に固定される。
【００４５】
（３）次に、整流子本体の上に固定された両部材を、セグメントごとに分割する。具体的には、当該技術分野で良く知られた切断技術を用いて刃具を使用して、接合されたカーボン部材１と金属部材１０とを、前述したように複数の数（例えば、それぞれ８個）の同形状のセグメントに分割する。分割によって、整流子本体の上に環状に配列されたカーボンセグメント６と金属セグメント１５とを形成することができる。
【００４６】
こうして、本発明に係るカーボン整流子が完成する。
【００４７】
図４に、このようにして完成したカーボン整流子の一例として、平面型カーボン整流子を示す。図４（ａ）はカーボン整流子の概略平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の線Ｄ−Ｄ’に沿った概略断面図である。
【００４８】
図４に示すカーボン整流子は、樹脂からなる整流子本体３０の上に複数（図４では８個）のセグメント３１が平面上に環状に配列されて固定されている。複数のセグメント３１は、切断によって生じた溝３２によって、互いに分割されている。各セグメント３１は、カーボンセグメント６と金属セグメント１５とが前述のようにして接合されたものである。
【００４９】
また、各金属セグメント１５の有するライザ片１３は、外部回路との接続を容易にするために、折り曲げ加工されている。
【００５０】
図４のカーボン整流子の中心には、カーボン整流子を回転させる回転軸を挿入するための円形の貫通孔３３が設けられている。この貫通孔３３は、前述したカーボン部材１の貫通孔２と金属部材１０の貫通孔１１とから構成される。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、低コストで確実にカーボンセグメントと金属セグメントとを接合することが可能なカーボン整流子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカーボン部材の一例を示す図。
【図２】本発明に係る金属部材の一例を示す図。
【図３】本発明に係るカーボン部材と金属部材とを接合する仕方の一例を示すための図。
【図４】本発明に係るカーボン整流子の一例を示す図。
【符号の説明】
１…カーボン部材
２、１１、１２、１６、３３…貫通孔
３…突起部
４…接触部
５…カーボン層
６…カーボンセグメント
７…金属含有カーボン層
１０…金属部材
１３…ライザ片
１４…ツメ
１５…金属セグメント
２０…変形用の用具
３０…整流子本体
３１…セグメント
３２…溝
【図１】
0003805912.tif 000002
【図２】
0003805912.tif 000003
【図３】
0003805912.tif 000004
【図４】
0003805912.tif 000005