JP2008199733A - カーボンコンミテータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボン基材とライザメタルとに樹脂材をモールド成形してボス部が形成されるコンミテータにおいて、モールド成型時の金型形状を改善して、コスト低下、樹脂漏れ防止ができるようにする。
【解決手段】コンミテータ１のライザ部４のセグメント接合片４ａとなるライザメタル６の本体部６ｂに、カーボン基材５の外径よりも大径な平板リング状のシール部６ｅを形成し、該シール部６ｅの表裏面に、モールド成形用の上下の金型７、８の開口端面７ｂ、８ｂが突き当てられる構成とし、金型開口端面７ｂ、８ｂの形状がフラット形状となるように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インタンク式の燃料ポンプ等に用いられる電動モータのカーボンコンミテータおよびその製造方法の技術分野に属するものである。

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）されるため、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いる。このようなものでは、燃料ポンプに組み込まれる各部材を、燃料に浸食される等して機能が損なわれることがないような耐燃料特性が優れた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（メタノール、エタノール等）を、あるいは、アルコール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み込まれる電動モータはコンミテータの整流子片が銅製であるため、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が含有された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るという問題が既に指摘されている。そこで、コンミテータの整流子片を、カーボン基材で構成してアルコールの浸食がないようにしたセグメント部と、コイルがフュージングされる部位として例えば銅製の導電性端子部材で構成されたライザ部とを電気的に接続したものとして用いることが提唱されている。

このようなコンミテータは、セグメント部とライザ部との一部を、絶縁性の樹脂材で構成され、モータ軸に外嵌する貫通孔が開設されたボス部に埋設して構成されるが、この場合に、セグメントとライザメタルとを一体化したものに対し、樹脂材をモールド成形することが提唱されている。
特表２００２−５１４０３８

ところで、モールド成形をする場合、セグメントとライザメタルとに金型を組み込んで、予め設定される空間（ボス部形成部位）のみに樹脂材が充填されるようにシールすることになるが、前記従来のものでは、ライザメタルに形成される複数に分割されたライザ片形成部位をシールして、ライザ片のみがモールドされる樹脂材から外部に露出するように形成されている。このため、モールド成形時に金型によりシールする部位は、ライザ片全体となり、金型に、ライザ片の表裏面および板厚面とをシールするための複雑な形状を形成しなければならず、金型がコスト高となってしまうという問題がある。
さらに、金型がライザメタルの板厚もシールするような形状とした場合では、寸法誤差や金型の摩耗等の原因でライザメタルと金型とのあいだに隙間が形成される可能性が高くなり、ライザメタルに樹脂材が漏れ出したような場合では、該漏れ出した樹脂材を切削する等の後処理等が必要となって、作業性に劣るという問題もあり、これらに本発明の解決すべき課題がある。

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、筒状に形成されたカーボン基材と、該カーボン基材に電気的な接続をする導電性部材で構成されたライザメタルとに、絶縁性樹脂材をモールド成形してボス部を形成してなるコンミテータであって、前記コンミテータは、ライザメタルにカーボン基材の外径よりも大径な平板リング状のシール部が形成され、該シール部の表裏面に、モールド成形用の金型がそれぞれ突き当てられてボス部がモールド成形されているカーボンコンミテータである。
請求項２の発明は、ボス部には、シール部の表裏面に成形される樹脂材を一体化する一体化部が形成されている請求項１に記載のカーボンコンミテータである。
請求項３の発明は、一体化部は、シール部の外径側に形成されている請求項２に記載のカーボンコンミテータである。
請求項４の発明は、一体化部は、シール部に表裏方向貫通状に形成された連通孔に形成されている請求項２または３に記載のカーボンコンミテータである。
請求項５の発明は、シール部は、金型に形成される凸部により金型が押圧状に組み込まれるように構成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載のカーボンコンミテータである。
請求項６の発明は、筒状に形成されたカーボン基材と、該セグメントに電気的な接続をする導電性部材で構成されたライザメタルとに、絶縁性樹脂材をモールド成形してボス部を形成してなるコンミテータであって、前記コンミテータは、ライザメタルにカーボン基材の外径よりも大径な平板リング状のシール部を形成し、該シール部の表裏面に、モールド成形用の金型をそれぞれ突き当てて樹脂材をモールド成形してボス部を形成するようにしたカーボンコンミテータの製造方法である。

請求項１、６の発明とすることにより、金型のシール部における形状を簡略化して、コスト低下に寄与できるうえ、樹脂漏れが防止されたモールド成形を長期に亘り実施することができる。
請求項２、３、４の発明とすることにより、シール部の表裏にモールドされた樹脂材が剥離するような不具合を防止することができる。
請求項５の発明とすることにより、モールド成形時の樹脂漏れを一層防止することができる。

つぎに、本発明の第一の実施の形態について、図１〜４の図面に基づいて説明する。
図面において、１は図示しない電動モータのモータ軸に一体的に外嵌するコンミテータであって、該コンミテータ１は、絶縁性樹脂材で構成され、モータ軸が回り止め状に貫通する貫通孔２ａが開設された円筒状のボス部２と、ボス部外周に配される複数（本実施の形態では六個）のセグメント部３と、これら各セグメント部３にそれぞれ電気的な接続がなされれ、ボス部２の外径方向に突出して配されるライザ部４とを備えて構成されている。そして、前記セグメント部３は、カーボン基材で構成され、前記ボス部２の軸芯方向（筒孔方向）に長く、ボス部２の外周から外部に露出する露出面３ａを備えて構成されており、隣接するセグメント３とのあいだに絶縁溝Ｈが形成されている。また、ライザ部４は、導電性部材で構成され、前記各セグメント部３の長尺方向一端部にそれぞれ電気的に接続され、ボス部２に埋設されるセグメント接続片４ａと、ボス部２から外部に露出し、巻線が懸け回されるライザ片４ｂとにより構成されるが、本実施の形態のライザ片４ｂは、ボス部２の外周に沿う第一折曲片４ｃと、該第一折曲片４ｃの先端から外径方向に突出状に折り返される第二折曲片４ｄとを備えて構成されている。さらに、セグメント部４は、セグメント接続片４ａの内周部に、ボス部２に埋設される状態でボス部２との強固な一体化を実現するための係止爪片４ｅが複数（本実施の形態では六個）形成されているが、これらの基本構成は従来通りとなっている。

そして、前記コンミテータ１はつぎのように形成されている。
まず、前記セグメント部３の構成部材となるカーボン基材５と、銅製板材（導電性部材）を打ち抜いて構成され、ライザ部４の構成部材となるライザメタル６とをそれぞれ用意するが、前記カーボン基材５は、予め設定される内径、外径に寸法設定された筒状体に形成されている。
一方、ライザメタル６は、図２（Ａ）に示すように、矩形状の表裏面を備えた板材を打ち抜いて形成されており、カーボン基材５の外径よりは大径な外径を有し、カーボン基材５の内径と略同様の内径を備えた貫通孔６ａが開設され、ライザ部４のセグメント接続片４ａとなるリング状の本体部６ｂを備えて構成されている。さらに、ライザメタル６は、前記貫通孔６ａの孔縁から係止爪片４ｅとなる係止爪片形成部６ｃが複数形成され、また、本体部６ｂの外周縁には、ボス部２をモールド成形後に折曲することでライザ片４ｂとなるライザ片形成部６ｄが周回り方向複数形成されている。

そして、前記平板状のライザメタル６の一方の面（表面）上に、カーボン基材５の一方の筒端面（下端面）を、内径同士を位置合わせする状態で突き当てて一体化手段を実施し、図２（Ｂ）に示すように、カーボン基材５とライザメタル６とを電気的な接続がなされた状態で一体化するが、該一体化手段としては、半田付けによる接合等の適宜手段を用いることができる。このとき、カーボン基材５は、ライザメタル本体部６ａの内径側半部に位置しており、本体部６ａの外径側半部は、カーボン基材５よりも大径に形成されていることから外部に露出する状態となっている。そして、図２（Ｂ）に示すように、露出する部位における外径側部位が本発明のシール部６ｅとして設定され、該シール部６ｅの表裏面に、後述する上下金型７、８が突き当てられてシールがなされ、シール部６ｅの内側に樹脂材がモールドされるように設定されている。

つまり、前記カーボン基材５とライザメタル６とを一体化したものに対し、上下一対の金型７、８を組み込むが、各金型７、８は、互いに対向する端面から同様の内径寸法に設定された凹部７ａ、８ａが凹設されており、各凹部７ａ、８ａの開口端面７ｂ、８ｂの内径側部位が、ライザメタル本体部６ａに形成された平板状のシール部６ｅに突き当てられるように設定され、これによって、金型７、８の外部にライザ片形成部６ｄが外部に露出した状態で、シール部６ｅの内外がシールされるように設定されている。そして、これら凹部７ａ、８ａの内側に樹脂材を上金型７側から充填（モールド成形）することにより、図４（Ａ）に示すように、カーボン基材５とライザメタル６とがインサートされた状態でボス部２となる樹脂材部９が形成されるように設定されている。
尚、本実施の形態では、ライザメタル６のシール部６ｅの内径は、カーボン基材５の外径よりも大径に設定されているため、カーボン基材５と上金型凹部７ａの内周面とのあいだに隙間が形成され、これによって、樹脂材部９は、カーボン基材５の外周面を覆うように成形されるように設定されている。
そして、上下の金型７、８を取り外すことにより、図４（Ｂ）に示すように、外観視で円柱状の樹脂材部９の一端側から、ライザメタル６のシール部６ｅとライザ片形成部６ｄとが外径方向に突出したインサートモールド成形体Ｍ１が形成されるように設定されている。尚、９ａは下金型に形成された軸部８ｃにより形成されるボス穴であって、該ボス穴９ａは、上端部の穴底を貫通状に切削加工することによりボス部２の貫通孔２ａに相当するように設定されている。

前記モールド成形時において、前述したように、ライザメタル本体部６ａの外径側にはリング板状のシール部６ｅが形成されていて、上下の金型７、８は、開口端面７ｂ、８ｂをそれぞれシール部６ｅの表裏面に突き当てることで、内外をシールすることができるように設定されている。このため、金型７、８の開口端面７ｂ、８ｂの形状をフラット形状にすることができ、金型にライザ片形成部の表裏面と板厚とをシールするもののように形状が複雑化することがなく、構成の簡略化が図れるように構成されている。
さらに、金型７、８は、ライザメタル６の板厚方向においてシールする構成であるため、ライザ片形成部６ｄの形状にバラツキがあったとしてもその影響を受けることがなく、そのうえ、金型７、８のライザメタル６との接触面積が開口端面７ｂ、８ｂにおける面積のみになるので金型７、８の摩耗が低減されて、樹脂漏れが防止されるように構成されている。

また、本実施の形態の上側の金型７は、シール部６ｅに突き当てられる部位に位置して凸部７ｃが形成されており、樹脂材をモールドするべく金型７、８同士をライザメタルシール部６ｅに突き当てて組み込んだときに、シール部６ｅが押し潰される（押圧される）ように設定されており、これによって、ライザメタル６の板厚にバラツキがあったとしても、該バラツキを解消することができるように設定されている。そして、このように構成されることにより、金型７、８によるシール性が向上し、金型７、８内に充填される樹脂材がライザ片形成部６ｄ側に漏れ出すことが防止されるように設定されている。

そして、前記インサートモールド成形体Ｍに対し、樹脂材部９に形成されるボス穴９ａを貫通状に切削加工して、貫通孔２ａが形成されたボス部２に成形するとともに、樹脂材部９の外周面を、ライザ片形成部６ｄが突出する部位よりも上方部位において切削加工してカーボン基材５の外周面を外部に露出させるが、このようにすることにより、カーボン基材５の外周面の軸芯精度が高められるように設定されている。さらに、この切削により、カーボン基材５の下端部には樹脂材部９が残されていてカーボン基材５外周面の下端部に絶縁部２ｂが形成されるように設定されている。
また、インサートモールド成形体Ｍに対し、カーボン基材５とライザメタル本体部６ａとに対し、軸芯方向に長く、かつ、切削深さが内径側の樹脂材部９に至る形状の溝９ａを周回り方向六箇所に位置して切削加工することにより絶縁溝Ｈを形成し、これによって、互いに絶縁状態となる周回り方向複数のセグメント部３とライザ部４とが形成されるように設定されている。
このように構成されたものに対し、ライザメタル６の外径部を切断し、ライザ片形成部６ｄをそれぞれ分割して折曲することにより、第一、第二折曲片４ｃ、４ｄで構成されるライザ片４ｂが形成され、これによって、インサートモールド成形体Ｍ１がコンミテータ１となるように設定されている。

叙述の如く構成された本形態において、カーボン基材５とライザメタル６とを用いて、セグメント部３とライザ部４とを備えたコンミテータ１を形成する場合に、コンミテータ１のライザメタル６に、セグメント接続片４ａとなる本体部６ｂの外径側に位置して、カーボン基材５の外径よりも大径な平板リング状のシール部６ｅを形成したので、樹脂材をモールド成形する際に用いる金型７、８の開口端面７ｂ、８ｂを、前記シール部６ｅに突き当ててシールすることにより、金型７、８の開口端面７ｂ、８ｂの形状をフラットにすることができる。この結果、金型７、８形状の簡略化を図ることができて、コスト低下に寄与できる。さらに、金型７、８は、ライザメタル６のライザ片形成部６ｄの板厚方向をシールする必要がなくなるので、金型によりライザ片形成部６ｄの表裏面とともに板厚方向をシールする場合のように、ライザ片形成部６ｄの形状のバラツキに基づいて樹脂漏れするようなことをなくすことができ、しかも、ライザメタル６との接触面積を小さくできるので、金型７、８の摩耗に基づく樹脂漏れを低減でき、長期に亘り樹脂漏れのないモールド成形を行うことができる。

さらにこのものでは、上側の金型７の開口端面７ｂに凸部７ｃが形成され、金型７、８を組み込んだとき、凸部７ｃがシール部６ｅを押圧する状態で組み込まれてシールすることになり、ライザメタル６の板厚にバラツキがあってもこれを解消できて、樹脂漏れの一層の防止を図ることができる。

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、前記第一の実施の形態のものにおいて、樹脂材は、ライザメタルのシール部を基準としてモールドされる。そしてめ、シール部の内側であって、セグメント部とのあいだにモールドされた樹脂材部は、ライザメタルの板面の表裏を基準として分離した状態でモールドされるため、これら表裏の樹脂材部がそれぞれ剥離しやすくなることが考えられ、このようになると、切削加工時に支障が生じたり、最悪不良品となることが想定される。そこで、図５、６に示す第二の実施の形態、図７、８に示す第三の実施の形態のものでは、前記ライザメタルの表裏にモールドされる樹脂材部を連結する一体化部が形成され、これによって、樹脂材部の剥離防止を図るように構成されている。
尚、第二、第三の実施の形態を説明するにあたり、同様の部材を用いる場合は図面に同様の符号を付すことで、ここでの説明を省略する。

前記第二の実施の形態のコンミテータ１０は、ボス部２、セグメント部３、ライザ部４を備えて構成されることは前記第一の実施の形態と同様であり、セグメント部３をカーボン基材５により構成し、ライザ部４をライザメタル６により構成することも第一の実施の形態と同様である。
そして、このものでは、ボス部２の外周面に、隣接するライザ部４のライザ片４ｂ同士のあいだに、それぞれ一体化部２ｃが一体形成されているが、該一体化部２ｃは、セグメント３を構成するカーボン基材５とライザ片４を構成するライザメタル６とを電気的な接続がなされた状態で一体化したものに対し、樹脂材をモールド成形してボス部２を形成する際に、ボス部２とともに一体形成されるように設定されている。

この場合に、上下の金型１１、１２の開口端面１１ａ、１２ａには、ライザメタル６のリング板状のシール部６ｅのうち、ライザ片形成部６ｄ対向部位については、前記第一の実施の形態の上下金型７、８と同様の形状であって、シール部６ｅに突き当てられるフラット面となっているが、隣接するライザ片形成部６ｄ同士のあいだに対向する部位については、一体化部２ｃを形成するための凹部１１ｂ、１２ｂが形成され、これら凹部１１ｂ、１２ｂの溝底とシール部６ｅとのあいだに樹脂材モールド用の間隙が形成されるように設定されている。これによって、外観視で円柱状に形成されたインサートモールド成形体Ｍ２の樹脂材部１３の外周面に、隣接するライザ片形成部６ｄ同士のあいだに位置し、シール部６ｅの外径方向に突出し、シール部６ｅを樹脂材により埋設する状態の一体化部１３ａ（２ｃ）が周回り方向に複数形成され、シール部６ｅ（内径側部位）を基準とする表裏方向の樹脂材、即ち、ボス部２を構成する絶縁部２ｂと、シール部６ｂの裏面側にモールドされるボス部２とを一体化して、絶縁部２ｂと、シール部６ｅ裏面側のボス部２との剥離防止がなされるように設定されている。、
このように構成することにより、前記第一の実施の形態と同様に、金型１１、１２の形状の簡略化が図れてコスト低下に寄与できるうえ、樹脂漏れのないモールド成形を長期に亘って実現できる。
さらに、このものでは、シール部６ｅ内径側部位の表裏面にモールドされる樹脂材を表裏方向（ボス部２の軸芯方向）に一体化する一体化部２ｃ（１３ａ）が形成されているので、シール部６ｅ（内径側部位）を基準として表裏方向の樹脂材の一体化が強固になされ、これらが剥離するような不具合がない。尚、このものにおいて、絶縁溝Ｈは一体化部２ｃ（１３ａ）形成部位の周回り方向中央部に位置して形成されている。

一方、第三の実施の形態のコンミテータ１４は、ボス部２、セグメント部３、ライザ部４を備えて構成されることは前記第一の実施の形態と同様であり、セグメント部３をカーボン基材５により構成することも第一の実施の形態と同様であるが、本実施の形態のライザ部４は、前記第一、第二の実施の形態とは異なる形状のライザメタル１５により構成されている。
前記ライザメタル１５は、カーボン基材５の外径よりは大径な外径を有し、カーボン基材５の内径と略同様の内径を備えた貫通孔１５ａが開設され、ライザ部４のセグメント接続片４ａとなるリング状の本体部１５ｂを備えて構成されている。さらに、ライザメタル１５は、前記貫通孔１５ａの孔縁から係止爪片４ｅとなる係止爪片形成部１５ｃが複数形成され、また、本体部１５ｂの外周縁には、ボス部２をモールド成形後に折曲することでライザ片４ｂとなるライザ片形成部１５ｄが周回り方向複数形成されている。さらに、ライザメタル１５は、本体部１５の外径側部位であって、カーボン基材５接合部よりも外径側にシール部１５ｅが形成されている。さらに、本実施の形態のライザメタル１５は、シール部１５ｅの内径側部位に位置して表裏方向を貫通する状態の連通孔１５ｆが複数開設されており、図２に示すように、ライザメタル１５にカーボン基材５を一体化した状態において、連通孔１５ｆがカーボン基材５の外径側に露出するように設定されている。

そして、前記一体化したものに対し、前記第一の実施の形態に用いたものと同様の金型７、８を用いて樹脂材をモールドすることにより、カーボン基材５とライザメタル本体部１５ｂとが樹脂材部１６により覆われたインサートモールド成形体Ｍ３が形成されるが、該インサートモールド成形体Ｍ３において、シール部１５ｅに形成される連通孔１５ｆにモールドされる樹脂材が、ボス部２の構成部材としての一体化部２ｄ（１６ａ）となって、シール部１５ｅ（内径側部位）を基準として表裏方向にモールドされる樹脂材、即ち、カーボン基材５一端側に形成される絶縁部２ｂと、シール部１５ｂの裏面側にモールドされるボス部２とを一体化するように設定されている。
このように構成することにより、前記第一、第二の実施の形態と同様に、金型７、８の形状の簡略化が図れてコスト低下に寄与できるうえ、樹脂漏れのないモールド成形を長期に亘って実現できる。
さらに、このものでは、シール部１５ｅに、該シール部１５ｅの表裏面にモールドされる樹脂材を一体化する一体化部２ｃ（１３ａ）が形成されているので、表裏方向の樹脂材の一体化が強固になされてこれらが剥離するような不具合を防止できる。

図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれコンミテータの正面図、図１（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれライザメタルの正面図、ライザメタルとカーボン基材とを一体化した状態の斜視図である。 ライザメタルとコンミテータとの関係を説明する正面図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれモールド成形時を説明する側面断面図、インサートモールド成形体の斜視図である。 図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第二の実施の形態におけるコンミテータの正面図、図５（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第二の実施の形態におけるモールド成形時を説明する側面断面図、インサートモールド成形体の斜視図である。 図７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第三の実施の形態におけるコンミテータの正面図、図７（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 図８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第三の実施の形態におけるライザメタルとカーボン基材とを一体化した状態の斜視図、モールド成形時を説明する側面断面図である。

符号の説明

１ コンミテータ
２ ボス部
３ セグメント
４ ライザ部
４ａ セグメント接続片
４ｂ ライザ片
５ カーボン基材
６ ライザメタル
６ｂ 本体部
６ｄ ライザ片形成部
６ｅ シール部
７ 上金型
７ａ 凹部
７ｂ 開口端面
８ 下金型

Claims (6)

1. 筒状に形成されたカーボン基材と、該カーボン基材に電気的な接続をする導電性部材で構成されたライザメタルとに、絶縁性樹脂材をモールド成形してボス部を形成してなるコンミテータであって、前記コンミテータは、ライザメタルにカーボン基材の外径よりも大径な平板リング状のシール部が形成され、該シール部の表裏面に、モールド成形用の金型がそれぞれ突き当てられてボス部がモールド成形されているカーボンコンミテータ。
2. ボス部には、シール部の表裏面に成形される樹脂材を一体化する一体化部が形成されている請求項１に記載のカーボンコンミテータ。
3. 一体化部は、シール部の外径側に形成されている請求項２に記載のカーボンコンミテータ。
4. 一体化部は、シール部に表裏方向貫通状に形成された連通孔に形成されている請求項２または３に記載のカーボンコンミテータ。
5. シール部は、金型に形成される凸部により金型が押圧状に組み込まれるように構成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載のカーボンコンミテータ。
6. 筒状に形成されたカーボン基材と、該セグメントに電気的な接続をする導電性部材で構成されたライザメタルとに、絶縁性樹脂材をモールド成形してボス部を形成してなるコンミテータであって、前記コンミテータは、ライザメタルにカーボン基材の外径よりも大径な平板リング状のシール部を形成し、該シール部の表裏面に、モールド成形用の金型をそれぞれ突き当てて樹脂材をモールド成形してボス部を形成するようにしたカーボンコンミテータの製造方法。

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