JP2004242454A

JP2004242454A - カーボン基材

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Publication number: JP2004242454A
Application number: JP2003030433A
Authority: JP
Inventors: Mitsunari Ishizaki; 三成石崎; Masatoshi Yamamoto; 昌利山本; Hideyuki Fukuda; 秀之福田; Koichi Shoda; 浩一正田; Masami Kano; 雅巳狩野; Toshihiro Inomata; 俊裕猪股
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】カーボン層に金属材を接合するべく金属層が設けられるカーボン基材において、金属層が外部に露出しないように構成する。
【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４接合側面に露出状に設けられる複数の金属層片３とを用いて構成し、前記金属層片３の露出部に、半田付け手段を介して金属材４を接合することにより、カーボン２と金属材４とのあいだに半田５が充填され、金属層片３が半田５により埋設されるように構成する。
【選択図】図１

Description

【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することが提唱されるが、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いる。そこで、カーボン基材をコンミテータの整流子片に構成する場合では、カーボン基材の一方の表面に、例えば鉄系の金属層を形成し、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）することが提唱される。
このようなものとしては、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１参照。）。
さらには、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、表面に金属層を有したカーボン基材を形成し、その後、金属層に金属材を接合するようにしたものが提唱されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３０８１８３号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３８３７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カーボン基材を用いてコンミテータを形成する場合、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、予めリング状に形成されたカーボン基材１８を用意し、該カーボン基材１８の金属層１９に、外周縁部から複数のライザ片２０ａを有したリング状の銅板２０を例えば半田５を用いた半田付け手段により接合し、さらに、カーボン基材１８の外周、内周、カーボン層２の銅板２０接合側部位を覆うように樹脂材を用いてモールド加工した後、カーボン基材１８を樹脂材部位に至るまで切削加工することにより、複数のライザ片２０ａが互いに絶縁する状態となったコンミテータ２１を形成するようにしている。これに対し、前記各特許文献１、２のものは、何れについても、金属材が接合される側のカーボン層の面全体に金属層が焼結される構成となっている。このため、このようなカーボン基材を用いてコンミテータの整流子片を構成した場合では、前記切削加工したときの切削断面に、カーボン層だけでなく金属層が露出することになって、該金属層の露出部が混合燃料により浸食することが想定され、該浸食がすすむとライザが脱落する等の惧れもあって耐久性に問題があり、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、カーボン層の金属材接合側面に複数の金属層片が露出状に設けられ、該露出状の金属層片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、カーボン基材を適宜部位で積層方向に対して直交する状態で切削したとき、切削断面から露出する金属層片の面積を低減させることができる。
このものにおいて、本発明の金属層の露出端面形状は、円形状であることを特徴とすることができる。
さらに、このものにおいて、本発明の金属層の露出形状は、角形状であることを特徴とすることができる。
また、このものにおいて、本発明の金属層は、カーボン層から突出状に設けられているものとすることができる。
さらにまた、このものにおいて、本発明の金属層は、カーボン層に埋設されているものとすることができる。
また、このものにおいて、本発明の一体化手段は、溶着手段であることを特徴とすることができる。
さらに、このものにおいて、本発明の溶着手段は半田付けとし、カーボン基材のカーボン層と金属材とのあいだには、金属層片とともに半田が介装されているものとすることができる。
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とすることができ、このようにすることによって、電動モータを、例えば混合燃料のインタンク式のものとした場合に、金属層片の浸食による耐性の低下を防止することができる。
【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、２の図面に基づいて説明する。
図１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、リング状に形成されたカーボン層２の一側面２ａに、金属層を構成する複数の小片（以降、金属層片）３が一体的に固着されたものに形成されており、金属層片３はカーボン層一側面２ａから突出して外部に露出する状態で配されている。尚、本実施の形態の複数の金属層片３は、カーボン層２よりも薄い板厚を有した矩形状に形成され、長手方向がリング形状の軸芯に対して放射方向を向く状態で、周回り方向に所定間隔を存して配設されている。
ここで、金属層片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、銅系金属層片等、導電性金属系の金属層片とすることができる。
【０００７】
一方、金属材４は、金属層片３が固着されたカーボン層一側面２ａ側に接合されるが、金属材４は、金属層片３の露出部位とのあいだに半田付け等の接合手段を介して接合されており、本実施の形態では、半田付けによる溶着手段が用いられて接合されている。このとき、カーボン層一側面２ａと金属層４とのあいだには溶融した半田５が充填され、金属層片３が半田５により埋設される状態となっている。これによって、金属材４を固着した状態のカーボン基材２を、積層方向に直交する方向で放射状に切断したとき、該切断した断面に露出する面には、カーボン層２と半田５のみとなる部位ができるように設定されている。
【０００８】
前記第一の実施の形態に基づいて形成されたカーボン基材１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６を形成した場合について説明する。
このものは、図２に示すように、コンミテータ６の整流子片（セグメント）を構成するためにカーボン基材１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リング状のカーボン層２の一側面２ａには、コンミテータ６の整流子片６ａの数に相当する金属層片３が周回り方向に等間隔を存する状態で放射状に配設されている。
そして、カーボン層２と略同形状のリング状平板部である本体部７ａと、該本外部７ａから外径側に突出し、湾曲状に折曲するライザ相当部位７ｂとを備えた導電性端子部材（金属材）７の本体部７ａを、カーボン層一側面２ａに接合させるが、該接合は、導電性端子部材本体部７ａをカーボン層一側面２ａに対して所定間隙を形成するように、これらのあいだに半田５を溶融させて半田付けすることにより接合されており、これによって、カーボン層一側面２ａと導電性端子部材本体部７ａとの対向間に半田５が充填されて、金属層片３が半田５に埋設された状態となっている。
【０００９】
そして、前記導電性端子部材７を接合したカーボン基材１の、外周、内周、そして、カーボン層２の導電生端子部材本体部７ａ接合側部位を覆うように樹脂材８を用いてモールド加工し、このものに、カーボン層２の他側面から一側面２ａ側の樹脂材に至る放射状のスリットＳを形成する切削加工を施すことにより、それぞれ絶縁された複数の整流子片６ａを備えたコンミテータ６が形成されるように設定されている。
尚、図２（Ａ）は、コンミテータ６の整流子片６ａ部位の断面を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、スリットＳを形成することによりスリット部Ｓに露出される切削面を示しており、図２（Ｃ）には、切削加工前の段階におけるコンミテータ６を周回り方向に段面したときの一部断面図であり、これらに図示されるように、整流子片６ａを形成するべく形成されたスリットＳの切削断面（切削面）には、金属層片３が露出することがなく、アルコールを含有する混合燃料中に浸漬されたとして、長期にわたる使用に耐え得るコンミテータ６となっている。
尚、前記コンミテータ６において、カーボン基材１への導電性端子部材７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６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。
【００１０】
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４は、カーボン基材１のカーボン層一側面２ａ側の金属層片３の露出部位に半田付けすることにより接合されており、カーボン基材１に対して確りとした一体化がなされている。しかも、この場合に、金属層片３は周回り方向に所定間隙を存して放射状となってカーボン層２に設けられているとともに、カーボン層２と導電性端子部材７とのあいだに半田５が充填されており、金属層片３は半田５に埋設される状態となっている。このため、前記状態のカーボン基材１を、金属層片３の配設されない箇所において積層方向に直交し、かつ、放射方向に向けて切削した場合では、該切削した断面に、カーボン層２と、該カーボン層２に接合される金属材４とのあいだに充填された半田５のみが露出して、金属層片３が外部に露出しないようにできる。このため、カーボン基材１をコンミテータ６の整流子片６ａとするべくスリットＳを形成したとき、各整流子片６ａの側面（スリットＳの切削面）に金属層片３が露出しないことになって、アルコール混合燃料に対する耐性の高いコンミテータ６とすることができる。
【００１１】
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、金属層片の形状としては種々のものを用いることができる。
例えば、図３（Ａ）、（Ｂ）に第二の実施の形態を示すが、この実施の形態のカーボン基材９において、金属層片１０は、カーボン層２よりも薄い板厚を有し、かつ、カーボン層の径方向長さよりも小径な直径を有した円板形状に形成されており、該金属層片１０の複数が、カーボン層２の一側面２ａに、互いに間隙を存した状態で、かつ、ランダムな状態で固着されている。
そして、このものにおいても、カーボン層一側面２に、半田５を介して導電性端子部材となる金属材１１を溶着することにより、コンミテータ１２が構成されるが、この場合に、図３（Ｂ）に示すように、整流子片１２ａを形成するための切削面（スリットＳの切削面）において、カーボン層２と金属材１１とのあいだには、金属層片１０の一部と半田５とが露出している。そして、このようにすることによって、スリットＳの側面に露出する金属層片１０の露出面積を低減させることができ、浸食性が低く、耐久性の良好なコンミテータ１２を提供することができる。
【００１２】
つぎに、第三の実施の形態について、図４（Ａ）に基づいて説明する。本実施の形態のカーボン基材１３は、カーボン層２よりも板厚が薄く、かつ、側片幅が種々の寸法に設定された矩形状の金属層片１４がカーボン層一側面２ａに固着する構成となっている。この場合に、金属層片１４の形状は、第一の実施の形態のものよりも小さく、カーボン層２に対し放射方向ではあるもののランダムな状態で固着されている。そして、このようなカーボン基材１３をコンミテータとして整流子片を形成するべくスリット形成（切削加工）した場合に、スリットの切削面において、露出する金属層片１４の露出面積が低減され、浸食性が低く、耐久性の良好なコンミテータとすることができる。
【００１３】
さらに、第四の実施の形態について、図４（Ｂ）に基づいて説明するが、このものにおいて、カーボン基材１５は、第一の実施の形態と同様な金属層片１６がカーボン層２の一側面２ａに埋設されたものになっており、金属層片１６の一側面のみがカーボン層一側面２ａと面一状となって露出する構成となっている。そして、このようなカーボン基材１５に半田５を介して金属材１７を一体化してコンミテータとしたとき、整流子片を形成するべくスリット形成した場合に、スリットの断面において、露出する金属層片１６がない（あるいは露出面積が低減した）ものとすることができて、浸食性が低く、耐久性の良好なコンミテータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれカーボン基材の底面図、断面図である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれカーボン基材を用いて形成したコンミテータの断面図、要部の断面図、要部の断面図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第二の実施の形態のカーボン基材の底面図、該カーボン基材を用いて形成したコンミテータの断面図である。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第三の実施の形態のカーボン基材の底面図、第四の実施の形態の断面図である。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来のカーボン基材を説明する断面図、該カーボン基材を用いて形成したコンミテータの断面図である。
【符号の説明】
１カーボン基材
２カーボン層
３金属層片
４金属材
５半田
６コンミテータ

Claims

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、カーボン層の金属材接合側面に複数の金属層片が露出状に設けられ、該露出状の金属層片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１において、金属層の露出端面形状は、円形状であることを特徴とするカーボン基材。
請求項１において、金属層の露出端面形状は、角形状であることを特徴とするカーボン基材。
請求項１、２または３において、金属層は、カーボン層から突出状に設けられているカーボン基材。
請求項１、２または３において、金属層は、カーボン層に埋設されているカーボン基材。
請求項１乃至５の何れかにおいて、一体化手段は、溶着手段であることを特徴とするカーボン基材。
請求項６において、溶着手段は半田付けとし、カーボン基材のカーボン層と金属材とのあいだには、金属層片とともに半田が介装されているカーボン基材。
請求項１乃至７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とするカーボン基材。