JP2005041736A - Carbon base material and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータ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の技術分野に属するものである。 The present invention belongs to the technical field of a carbon base material used as a material for commutator pieces and the like constituting a commutator of an electric motor and a method for manufacturing the same.
一般に、自動車の内燃機関において、燃料を供給する燃料供給ポンプ用モータを用いているが、燃料をアルコール系燃料とした場合、モータを構成するコンミテータの整流子片を銅製とすると、アルコールにより浸食されてしまうため、アルコールによる浸食のないカーボン基材を用いることが提唱されている。このように、整流子片としてカーボン基材を用いる場合、各整流子片であるカーボン基材に、導電性端子部材(ライザ片)を一体化しなければならないが、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おり、このため、カーボン基材に導電性端子部材を一体化する手段が要望されている。 Generally, a motor for a fuel supply pump that supplies fuel is used in an internal combustion engine of an automobile. However, when the fuel is alcohol-based fuel, if the commutator piece of the commutator constituting the motor is made of copper, it is eroded by alcohol. Therefore, it has been proposed to use a carbon base material that is not eroded by alcohol. As described above, when a carbon base material is used as the commutator piece, the conductive terminal member (riser piece) must be integrated with the carbon base material that is each commutator piece. Therefore, it is known that the material is difficult to join with most metals, and therefore, a means for integrating a conductive terminal member with a carbon base material is desired.
そして、カーボン基材と導電性端子部材とを一体化する手段として、カーボン基材の表面に金属層が形成されるようニッケル等によるメッキを施し、該メッキ部分に導電性端子部材を接合したもの(特許文献1)や、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すたもの(特許文献2)等が提唱される。しかしながら前者のものはメッキが剥離しやすく必要な強度を確保できないという問題があり、後者のものでは焼結工程が煩雑、かつ、難しいという問題があるうえ、焼結温度を導電性端子部材が変形せず、しかも、金属粉末の融点より低い温度にしなければならないという制限が生じてしまうという問題がある。そこで、これらの問題を解決するべく、予め焼結したカーボン基材を用い、該カーボン基材の表面に金属粉を直接的に付着させ(載せ)、これを所定の温度で焼結することが提唱されている(特許文献3)。
ところが、前記従来のものは、金属粉をカーボン基材の表面に直接的に付着する構成であるため、金属層の厚さを均一にするのが難しい。そこで、金属粉を予め水またはエタノール等の液体に混ぜて泥状(スラリー)とし、このものをカーボン基材の表面に塗布した後、焼結することが提唱されるが、水やエタノールは粘度が低いためカーボン基材表面との密着性が悪く、塗布作業がし難いという問題があるうえ、また、作業中に揮発、乾燥が生じてスラリーの粘度が変化して作業性が悪く、さらに乾燥により金属粉が割れやすくなってカーボン基材の表面からこぼ れ落ちたり表面以外の箇所に付着してしまう等の不具合が生じて扱いが難しく、作業性に劣るという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。 However, since the conventional one has a configuration in which the metal powder is directly attached to the surface of the carbon substrate, it is difficult to make the thickness of the metal layer uniform. Therefore, it is proposed to mix metal powder with water or ethanol in advance to make a mud (slurry), apply this to the surface of the carbon substrate, and then sinter. In addition, there is a problem that the adhesion to the carbon substrate surface is poor because it is low, and it is difficult to perform the coating operation. Also, volatilization and drying occur during the operation, and the viscosity of the slurry changes, resulting in poor workability and further drying. As a result, the metal powder tends to break, causing problems such as spilling from the surface of the carbon base material or sticking to places other than the surface, making it difficult to handle and inferior workability. There is a problem to be solved by the invention.
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、請求項1の発明は、表面に金属層が形成されたカーボン基材を、予め焼結形成されたカーボン基材の表面に金属粉を付着せしめて焼結することにより形成するにあたり、前記金属粉は、不揮発性、かつ、粘性を有した炭化水素系液体を用いたスラリーとして塗布されることを特徴とするカーボン基材である。
請求項2の発明は、表面に金属層が形成されたカーボン基材は、予め焼結形成されたカーボン基材の表面に、金属粉を不揮発性、かつ、粘性を有した炭化水素系液体に混入したスラリーを塗布し、しかる後、焼結することにより形成したことを特徴とするカーボン基材の製造方法である。
請求項3の発明は、請求項1または2の何れかにおいて、炭化水素系液体の熱分解温度は、金属層形成の焼結温度よりも低温であるカーボン基材またはその製造方法である。
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかにおいて、炭化水素系液体は、流動パラフィン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である。
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかにおいて、炭化水素系液体の動粘度は、5〜100平方ミリメートル毎秒(mm2/s)の範囲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である。
The present invention has been made in view of the above circumstances and has been created for the purpose of solving these problems, and the invention of claim 1 is a method of preliminarily firing a carbon base material on which a metal layer is formed. The metal powder is applied as a slurry using a non-volatile and viscous hydrocarbon-based liquid in forming the metal base by sintering it by attaching the metal powder to the surface of the formed carbon substrate. It is the carbon base material characterized by this.
According to the second aspect of the present invention, the carbon base material having a metal layer formed on the surface thereof is formed into a non-volatile and viscous hydrocarbon-based liquid on the surface of the carbon base material that has been previously formed by sintering. The carbon base material is produced by applying the mixed slurry and then sintering the mixture.
The invention of
A fourth aspect of the present invention is the carbon substrate according to any one of the first to third aspects, wherein the hydrocarbon-based liquid is liquid paraffin or a method for producing the same.
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the kinematic viscosity of the hydrocarbon-based liquid is in the range of 5 to 100 square millimeters per second (mm 2 / s). Or its manufacturing method.
請求項1の発明とすることにより、金属層の厚さが均一化されるうえ、金属層とカーボン基材の表面との密着性に優れ、塗布作業が容易になり、さらには、長いあいだスラリー状態が維持されて安定した粘度を確保することができ、操作性よくカーボン基材を形成することができる。
請求項2の発明とすることにより、金属層の厚さが均一化されるうえ、金属層とカーボン基材の表面との密着性に優れ、塗布作業が容易になり、さらには、長いあいだスラリー状態が維持されて安定した粘度を確保することができ、操作性よくカーボン基材を形成することができる。
請求項3の発明とすることにより、金属層を形成するための焼結の際に、炭化水素系液体が熱分解されて、金属層の焼結が損なわれないようにすることができる。
請求項4の発明とすることにより、炭化水素系液体の粘度の調整を容易に行うことができる。
請求項5の発明とすることにより、スラリーとカーボン基材との密着性がよく、作業性よく金属層を備えたカーボン基材を形成することができる。
According to the invention of claim 1, the thickness of the metal layer is made uniform, the adhesion between the metal layer and the surface of the carbon substrate is excellent, the coating operation is facilitated, and the slurry is kept for a long time. The state can be maintained and a stable viscosity can be ensured, and the carbon substrate can be formed with good operability.
According to the invention of
By setting it as invention of
By setting it as invention of
By setting it as invention of
次ぎに、本発明の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、予め焼結されたカーボン基材の原材(以降、カーボン基材原材)であって、該カーボン基材原材1の表面には、金属粉2のスラリーが塗布されており、該塗布状態のカーボン基材原材1を予め設定される所定の温度で焼結することで、表面に金属層3aが形成されたカーボン基材3を形成できるようになっている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the drawings, 1 is a raw material of a carbon base material (hereinafter referred to as a carbon base material) that is pre-sintered, and a slurry of
ここで、金属粉2のスラリーを形成するにあたり、スラリーの液体成分としては、不揮発性、且つ、所定の粘性を有した炭化水素系液体が用いられており、これによって、金属粉2のスラリーをカーボン基材原材1の表面に塗布する場合に、粘性を有しているが故にカーボン基材原材1の表面との密着性に優れ、塗布作業が容易になるうえ、不揮発性を有しているが故に塗布作業中に液体が揮発したり蒸発してしまったりすることがなく、長いあいだスラリー状態が維持されて、カーボン基材原材1の表面が乾燥して金属粉2がこぼれ落ちたり、塗布面以外の部位に付着してしまったりするような不具合をなくすことができて、操作性よくカーボン基材3を形成することができる。
Here, in forming the slurry of the
さらに、本発明を実施するにあたり、最適な炭化水素系液体としては、動粘度が5〜100平方ミリメートル毎秒(mm2/s)の範囲のものに設定されている。また、炭化水素系液体の熱分解温度は、カーボン基材原材1に金属粉2のスラリーを塗布したものを焼結して金属層3aを形成する際の焼結温度よりも低いものに設定されている。このように、炭化水素系液体の条件を設定することにより、スラリーはカーボン基材原材1の表面に塗布しやすいうえ、スラリーの液体成分が金属層3aを形成する焼結温度では分解されることになって、金属層3aにスラリーの残留物が残ることがなく、金属層3aの形成を何ら損なうことがないようになっている。因みに、このような炭化水素系液体の具体例としては、液状のパラフィン(流動パラフィン)を例示することができる。
Furthermore, in the practice of the present invention, the optimum hydrocarbon-based liquid is set to have a kinematic viscosity in the range of 5 to 100 square millimeters per second (mm 2 / s). The thermal decomposition temperature of the hydrocarbon-based liquid is set to be lower than the sintering temperature when the metal base material 1 is coated with the slurry of the
つぎに、実験例を示す。
<実験例1>
平均粒径10マイクロメータの金属粉(SUS304)を3グラム用意し、これを、動粘度50平方ミリメートル毎秒を有した流動パラフィン10ミリリットルに混合してスラリーを得、該スラリーを、予め1400度の温度で2時間のあいだ焼結して形成したカーボン基材原材1の表面に均平状に塗布した。このものを、真空雰囲気下、約1100度の温度で、1.5時間焼結することにより、表面に金属層3aが形成されたカーボン基材3が得られた。因みに、金属層の厚さは、凡そ100マイクロメートルであり、この厚さは、メッキしたものよりも厚く、銅等の金属材料を半田付けするのに充分な厚さであり、しかも、金属層3aの厚さが均一であることが確認された。
Next, an experimental example is shown.
<Experimental example 1>
3 g of metal powder (SUS304) having an average particle size of 10 micrometers was prepared, and this was mixed with 10 ml of liquid paraffin having a kinematic viscosity of 50 square millimeters per second to obtain a slurry. The carbon base material 1 formed by sintering for 2 hours at a temperature was applied uniformly on the surface. This was sintered in a vacuum atmosphere at a temperature of about 1100 degrees for 1.5 hours to obtain a
つぎに、前記実験例で得られたカーボン基材3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のコンミテータの構成部材である整流子片(セグメント)を実際に形成した。このものは、図2に示すように、カーボン基材3の鉄層3aに、予め複数のライザ(本発明の導電性端子部材)4の内径側部4aを半田付け等の接合手段により放射状に接合して形成されており、このものにおいて、鉄層3aにおけるライザ4の接合は強固になされており、コンミテータCとしての機能を充分に果すものであることが確認できた。因みに、接合手段としては前述した半田付けの他、ろう付け、嵌合、接着等の手段が考えられる。
尚、コンミテータCは、外径側にU字状のライザ片4bが突出形成されたものになっており、該ライザ4をカーボン基材3に接合した状態で、絶縁性の樹脂材をモールディングすることでボス部5が形成されている。
Next, commutator pieces (segments) that are constituent members of a commutator of a fuel pump disposed in a fuel tank containing alcohols were actually formed using the
The commutator C is formed by protruding a
叙述の如く構成された本形態において、カーボン基材3の金属層3aは、予め焼結されたカーボン基材原材1の表面に、金属粉2を付着させたものを所定の焼結温度で焼結することにより形成されるが、この場合に、金属粉2は、不揮発性であって、かつ、所定の粘性を有した炭化水素系液体を用いたスラリーとして塗布されるので、形成される金属層3aの厚さを均一化することができる。
しかもこの場合に、金属粉2を粘性のある液体によりスラリーとしたので、カーボン基材原材1の表面との密着性に優れ、塗布作業が容易になるうえ、不揮発性の液体によるスラリーであるため、長いあいだスラリー状態が維持されて安定した粘度を確保することができ、作業中にカーボン基材原材1の表面が乾燥して金属粉2がこぼれ落ちたり、塗布面以外の部位に付着してしまったりするような不具合がなくなって扱いやすく、操作性よくカーボン基材3を形成することができる。
In the present embodiment configured as described, the
In addition, in this case, since the
しかも、スラリーの液体成分である炭化水素系液体の熱分解温度は、金属層3aを形成するための焼結温度よりも低いものに設定されているので、金属層3aが形成される以前の段階で熱分解されて、金属層3aの焼結による形成を何ら損なうことはない。
Moreover, since the thermal decomposition temperature of the hydrocarbon-based liquid that is the liquid component of the slurry is set to be lower than the sintering temperature for forming the
そのうえ、炭化水素系液体としては流動パラフィンを用いることができるので、粘度を調整しやすいため、適宜、カーボン基材3の製造条件に合わせて粘度の調整をすることが可能となる。
In addition, since liquid paraffin can be used as the hydrocarbon-based liquid, it is easy to adjust the viscosity. Therefore, the viscosity can be appropriately adjusted in accordance with the production conditions of the
1 カーボン基材原材
2 金属粉
3 カーボン基材
3a 金属層
1
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2003
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