JP2003212679A

JP2003212679A - カーボン基材およびその製造方法、カーボンコンミテータおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2003212679A
Application number: JP2002015998A
Authority: JP
Inventors: Mitsunari Ishizaki; 三成石崎; Yoshihiro Tanaka; 義弘田中; Masaaki Kimura; 正秋木村; Motoaki Kurihara; 元秋栗原; Masahiro Goto; 政弘後藤
Original assignee: Mitsuba Corp; Gunma Prefecture
Current assignee: Mitsuba Corp; Gunma Prefecture
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】電動モータのコンミテータ１を、アルコール
による侵食のないカーボン層２と、銅層３とで層状に構
成するにあたり、カーボン層の焼結にはバインダーを不
要とし、かつカーボン層２と銅層３との接着も強固で確
実なものにする。【解決手段】カーボン層２を、予め加圧下、放電プラ
ズマ焼結法により形成した後、該焼結されたカーボン層
２の表面に銅粉を装填し、加圧下、放電プラズマ焼結を
することによりカーボン層２の表面に銅層３を接着形成
して一体化するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータや発電
機のコンミテータを構成する整流子片等の材料となるカ
ーボン基材およびその製造方法、さらには、カーボンコ
ンミテータまたはその製造方法の技術分野に属するもの
である。

【０００２】

【従来技術】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、燃料ポンプ自体を燃料に投入（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、燃料に浸食され
る等して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いる
ため、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、例えば米
国特許公報第５１７５４６３号公報のもののように、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
ない材料とし、そうして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）に金属層を一体化形成
し、該金属層に、例えば銅製の導電性端子部材（ライザ
片）を一体化（電気的接合）するようにしたカーボン基
材が提唱されている。因みに、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るこ
とが知られており、このようなカーボン基材の表面に導
電性端子部材を接合するにはこれらのあいだに金属層を
形成する必要がある。このため、前記公報のものでは、
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、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。ところがこの場合に、
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、これを
コンミテータとして用いた場合、該コンミテータの強度
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、特開平８−３０８１
８３号公報等の公報により示されるように、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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに前記焼結する
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
は、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。しかもこのものでは、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、バインダー量等も含めて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り、ここに本発明が解決しよう
とする課題があった。

【０００４】

【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、カーボン層の表層に金属層が一体
化されたカーボン基材であって、該カーボン基材は、カ
ーボン層の表層に金属粉を装填し、加圧下にて放電プラ
ズマ焼結を行うことで前記カーボン層に金属層を接合ま
たは形成させて一体化したものであることを特徴とする
カーボン基材である。また、カーボン層の表層に金属層
が一体化されたカーボン基材を製造するにあたり、カー
ボン層の表層に金属粉を装填した後、加圧下にて放電プ
ラズマ焼結を行うことで前記カーボン層に金属層を接合
または形成させて一体化するようにしたものであること
を特徴とするカーボン基材の製造方法である。そして本
発明は、これらのようにすることで、カーボン層の表層
に金属層が一体化されたカーボン基材を、バインダーな
どの接合介在物を用いることなく成形でき、これによっ
て比抵抗を低減できるうえ、金属層のカーボン層に対す
る一体化を強固なものにできる。これらのものにおい
て、カーボン層は、圧粉したカーボン粉末を放電プラズ
マ焼結して形成されたものであることを特徴とすること
ができる。また本発明は、カーボン層の表層に金属層が
一体化されたカーボンコンミテータであって、該カーボ
ンコンミテータは、カーボン層の表層に金属粉を装填
し、加圧下にて放電プラズマ焼結を行うことで前記カー
ボン層に金属層を接合または形成させて一体化したもの
であることを特徴とするカーボンコンミテータである。
さらにまた、カーボン層の表層に金属層が一体化された
カーボンコンミテータを製造するにあたり、カーボン層
の表層に金属粉を装填した後、加圧下にて放電プラズマ
焼結を行うことで前記カーボン層に金属層を接合または
形成させて一体化するようにしたものであることを特徴
とするカーボンコンミテータの製造方法である。そして
本発明は、これらのようにすることで、カーボン層の表
層に金属層が一体化されたカーボンコンミテータを、バ
インダーなどの接合介在物を用いることなく成形でき、
これによって比抵抗を低減できるうえ、金属層のカーボ
ン層に対する一体化を強固なものにできる。このものに
おいて、カーボン層は、圧粉したカーボン粉末を放電プ
ラズマ焼結して形成されたものであることを特徴とする
ことができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に用いる金属粉としては、
鉄粉、銅粉等、カーボン層に接着させようとする金属粉
に適用できる。放電プラズマ焼結の雰囲気条件として
は、真空雰囲気条件下、または不活性ガス雰囲気条件下
で実施される。加圧条件としては、放電プラズマ焼結法
において採用されるものを実施できるが、例えば１×１
０^６Ｐａ（パスカル）〜１×１０ ^９Ｐａである。また、
カーボン層を放電プラズマ焼結するものである場合、そ
の焼結温度としては、放電プラズマ焼結において通常採
用される温度とすることができる。さらにまた、金属層
を放電プラズマ焼結するときの焼結温度についても放電
プラズマ焼結において通常採用される温度とすることが
できるが、基本的には金属の溶融温度（融点）以下の温
度とすることが好ましい。例えば金属粉が銅粉である場
合、銅の溶融温度が１０８３℃であるので、これ以下の
温度を焼結温度とすることが好ましい。

【０００６】次ぎに、本発明の具体的な実施の形態につ
いて、図面に基づいて説明する。図面において、１は電
動モータ用のコンミテータであって、該コンミテータ１
は、カーボン層２の表面に銅層３が形成されたカーボン
基材４で構成されている。前記カーボン基材４は二段階
の放電プラズマ焼結法により成形されている。まず一段
階の放電プラズマ焼結は、カーボン粉末を、通常用いら
れる放電プラズマ焼結用の成形ダイに装填して圧粉した
後、真空雰囲気条件下で行うのが一般的であるが、不活
性ガス雰囲気下で行うこともできる。そして加圧条件下
（例えば１×１０^６Ｐａ（パスカル）〜１×１０^９Ｐ
ａ）、焼結温度を８００〜２０００℃（同の融点以下の
温度）の範囲の中でパルス電流を通電して放電プラズマ
焼結を行う。これによって、バインダーを不要とした状
態で焼結されたカーボン層２が前もって成形される。

【０００７】次に、前記焼結されたカーボン層２の表面
に銅粉を装填し、圧粉した後、真空雰囲気条件下で行う
のが一般的であるが、不活性ガス雰囲気下で行うことも
できる。そして加圧条件下（例えば１×１０^６Ｐａ〜１
×１０^９Ｐａ）、焼結温度を４００〜１０００℃（銅の
融点以下の温度）の範囲の中でパルス電流を通電して二
段階目の放電プラズマ焼結をする。この二段階目の放電
プラズマ焼結をすることで、カーボン層２の表面に銅層
３が焼結されて両者が接合して一体化されたカーボン基
材４が形成される。

【０００８】そして本実施の形態では、斯かるカーボン
基材４を用いてコンミテータ１が形成されるが、該コン
ミテータ１は、カーボン層２が露出し、銅層３の表面に
絶縁性樹脂材５をモールディング加工等により被着した
ものである。尚、６はライザである。そしてこのように
して形成されたコンミテータ１は、カーボン層２につい
てはバインダーを用いておらず、比抵抗を小さいものに
できる。しかもカーボン層２の表面に銅層３が一体化さ
れているが、この一体化に放電プラズマ焼結法を採用し
ているため、両層の接着が確実で、剥離するような惧れ
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンミテータの断面図である。

【図２】カーボン基材の断面図である。

【符号の説明】

１コンミテータ２カーボン層３銅層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中義弘群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内 (72)発明者木村正秋群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内 (72)発明者栗原元秋群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内 (72)発明者後藤政弘群馬県前橋市鳥羽町190 群馬県工業試験場内Ｆターム(参考） 5H613 AA01 BB04 BB07 BB10 GA03 GB12 KK01 KK11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カーボン層の表層に金属層が一体化され
たカーボン基材であって、該カーボン基材は、カーボン
層の表層に金属粉を装填し、加圧下にて放電プラズマ焼
結を行うことで前記カーボン層に金属層を接合または形
成させて一体化したものであることを特徴とするカーボ
ン基材。
【請求項２】カーボン層の表層に金属層が一体化され
たカーボン基材を製造するにあたり、カーボン層の表層
に金属粉を装填した後、加圧下にて放電プラズマ焼結を
行うことで前記カーボン層に金属層を接合または形成さ
せて一体化するようにしたものであることを特徴とする
カーボン基材の製造方法。
【請求項３】請求項１または２において、カーボン層
は、圧粉したカーボン粉末を放電プラズマ焼結して形成
されたものであることを特徴とするカーボン基材または
その製造方法。
【請求項４】カーボン層の表層に金属層が一体化され
たカーボンコンミテータであって、該カーボンコンミテ
ータは、カーボン層の表層に金属粉を装填し、加圧下に
て放電プラズマ焼結を行うことで前記カーボン層に金属
層を接合または形成させて一体化したものであることを
特徴とするカーボンコンミテータ。
【請求項５】カーボン層の表層に金属層が一体化され
たカーボンコンミテータを製造するにあたり、カーボン
層の表層に金属粉を装填した後、加圧下にて放電プラズ
マ焼結を行うことで前記カーボン層に金属層を接合また
は形成させて一体化するようにしたものであることを特
徴とするカーボンコンミテータの製造方法。
【請求項６】請求項４または５において、カーボン層
は、圧粉したカーボン粉末を放電プラズマ焼結して形成
されたものであることを特徴とするカーボンコンミテー
タまたはその製造方法。