JP2015023756A - カーボンコンミテータ - Google Patents

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Abstract

【課題】メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合が安定化されたカーボンコンミテータを提供する。【解決手段】カーボンセグメントの接合面は、平板状に形成され、メタルセグメントの当接部がカーボンセグメントの接合面に当接されると共に、メタルセグメントの離間部は、カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置され、両者の間にはハンダ層が形成される。メタルセグメントの当接部がカーボンセグメントの接合面に当接された状態で仮固定され、メタルセグメントの離間部とカーボンセグメントの接合面との間の距離が一定に保たれ、ハンダ層は、予め定められた形状に形成され、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合は安定化する。【選択図】図2

Description

この発明は、カーボンコンミテータに関するものである。
カーボンコンミテータは、カーボン基材で形成されたカーボンセグメントと、金属材で形成されたメタルセグメントと、カーボンセグメントとメタルセグメントとを電気的に接続するハンダ層と、絶縁樹脂で形成され、カーボンセグメントとメタルセグメントを保持するベース部とを有している。例えば、特許文献1参照。
特開2000−23425号公報
しかしながら、引用文献1に開示されたカーボンコンミテータにおいては、メタルセグメントがカーボンセグメントと当接することなく、メタルセグメントとカーボンセグメントとの間にハンダ層が形成されている。そのため、メタルセグメントとカーボンセグメントとの間の距離の初期値が正しく設定されないと、ハンダ層はメタルセグメントとカーボンセグメントとの間に均一に形成されなくなり、メタルセグメントとカーボンの機械的な接合状態および電気的な接合状態が不安定になる。
そこで、本願発明は、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的な接合状態および電気的な接合状態が安定化されたカーボンコンミテータを提供することを目的とする。
請求項1に記載された発明は、複数のカーボンセグメントと、カーボンセグメントのそれぞれに固定された複数のメタルセグメントと、メタルセグメントのそれぞれをカーボンセグメントのそれぞれに電気的に接続する複数の導電性接合部と、絶縁樹脂によって形成され、カーボンセグメントとメタルセグメントと導電性接合部とを一体化するベース部とを備えたカーボンコンミテータであって、カーボンセグメントのそれぞれは、略平面形状の接合面を有しており、メタルセグメントのそれぞれは、ベース部によってモールドされる埋没部を有しており、メタルセグメントの埋没部は、カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有しており、導電性接合部は、メタルセグメントの離間部とカーボンセグメントの接合面との間に配置され、メタルセグメントの離間部とカーボンセグメントの接合面とが、導電性接合部によって、電気的に接続されることを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、メタルセグメントの当接部は、メタルセグメントの離間部に対して予め定められた角度だけ傾斜して形成され、メタルセグメントの離間部が、カーボンの接合面に対して傾斜して配置されていることを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項3に記載された発明は、請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、メタルセグメントの離間部は、カーボンセグメントの接合面に沿って配置されることを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項4に記載された発明は、請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、メタルセグメントの離間部は、メタルセグメントの埋没部に形成された溝部であることを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項5に記載された発明は、請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、メタルセグメントの当接部は、メタルセグメントの埋没部に形成された凸部であることを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項6に記載された発明は、請求項1から請求項5に記載のカーボンコンミテータにおいて、カーボンセグメントは、メタルセグメントの当接部が当接される内周部を有することを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項7に記載された発明は、請求項1から請求項5に記載のカーボンコンミテータにおいて、カーボンセグメントは、メタルセグメントの当接部が当接される外周部を有することを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項8に記載された発明は、請求項1から請求項5に記載のカーボンコンミテータにおいて、カーボンセグメントは、メタルセグメントの当接部が当接される中央部を有することを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項9に記載された発明は、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のカーボンコンミテータにおいて、複数のカーボンセグメントは、略円板形状に配置されており、ベース部は、略円柱形状の本体部と、本体部に一体形成されると共に、カーボンセグメントの外周面側に配置される外枠部と、本体部に一体形成されると共に、カーボンセグメントの内周面側に配置される内枠部とを有していることを特徴とするカーボンコンミテータである。
請求項10に記載された発明は、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のカーボンコンミテータにおいて、導電性接合部がハンダ層であることを特徴とするカーボンコンミテータである。
本発明によれば、メタルセグメントは、カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有している。
メタルセグメントの当接部が、カーボンセグメントの接合面に当接されると、メタルセグメントの離間部とカーボンの接合面との間の距離や、傾斜角が予め定められたものに一致する。そのため、ハンダ層はメタルセグメントとカーボンセグメントとの間にあらかじめ定められた形状に形成され、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合は安定化される。
本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータの正面図である。 本発明の第1の実施形態におけるカーボンセグメントと、メタルセグメントの斜視図である。 本発明の第1の実施形態におけるカーボンコンミテータのA−A断面図である。 本発明の第2の実施形態におけるカーボンコンミテータのA−A断面図である。 本発明の第3の実施形態におけるカーボンコンミテータのA−A断面図である。 本発明の第4の実施形態におけるカーボンコンミテータのA−A断面図である。 本発明の第5の実施形態におけるカーボンコンミテータのA−A断面図である。
本願発明のカーボンコンミテータの第1の実施形態が、以下に説明される。
図1、図2、図3、図4に示されるように、コンミテータ1は、ディスク型コンミテータであって、8個のカーボンセグメント2と、8個のメタルセグメント3と、ベース部4と、外枠部42を有している。カーボンセグメント2は、カーボン基材によって形成されており、メタルセグメント3は、導電性の金属によって形成されている。それぞれのカーボンセグメント2は、それぞれのメタルセグメント3と電気的、機械的に接続されている。ベース部4は、絶縁性の樹脂によって形成されており、ライザ部33が配置される円柱形状の本体部41と、カーボンセグメント2の外周面側に配置される外枠部42と、カーボンセグメント2の内周面側に配置される内枠部43とを有している。なお、カーボンセグメント2とメタルセグメント3は、ベース部4によって一体化される。コンミテータ1が、例えば燃料ポンプの電気モータのアマチュア(不図示)に組み付けられると、アーマチュアのシャフトが内枠部43の開孔部44を通って挿入され、カーボンセグメント2の摺接面21には、電気モータのブラシ(不図示)が摺接される。また、メタルセグメント3のライザ部33には、不図示のコイルが各々かけまわされる。
カーボンセグメント2は、円柱形状のカーボン基材が切削加工されたものであって、カーボンセグメント2は、摺接面21と、接合面22とを有している。摺接面21には電気モータのブラシが摺接し、接合面22は、メタルセグメント3が当接される。カーボンセグメント2は、メタルセグメント3とハンダ層5によって接合され、樹脂性のベース部4によって一体化される。スリット9は、ベース部4によってカーボンセグメント2とメタルセグメント3が一体化された後に切削加工されることによって形成され、個々のカーボンセグメント2は、扇形状に形成される。カーボンセグメント2の接合面22は、ベース部4の内枠部43に近接して配置される内周部22aと、ベース部4の外枠部42に近接して配置される外周部22cと、内周部22aと外周部22cとの間に配置される中央部22bとを有している。なお、本実施形態において、カーボンセグメント2は、円柱形状のカーボン基材が切削加工され、形成された場合について示されたが、これに限られることはない。例えば、カーボンセグメント2は、カーボン粉が成型されることによって円板形状に形成されても良い。
メタルセグメント3は、導電性の金属材によって形成されており、ベース部4内に埋没される埋没部30と、埋没部30に連なるライザ保持部33aと、ライザ保持部33aに連なるライザ部33とからなる。メタルセグメント3の埋没部30は、当接部31と、当接部に連なる離間部32とを有しており、ベース部4内に埋没されている。当接部31は、カーボンセグメント2の接合面22に当接され、離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22から離れた位置に配置される。ライザ保持部33aは、ベース部4の本体部41上に配置されており、ライザ部33には、不図示のコイルが駆け回される。メタルセグメント3の当接部31は、平板状に形成されており、カーボンセグメント2の平板状に形成された内周部22aと当接される。
当接部31が、カーボンセグメント2の接合面22の内周部22aに当接されると、離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22の中央部22bから離れた位置に配置される。また、メタルセグメント3の離間部32は、メタルセグメント3の当接部31に対して屈曲形成されている。したがって、メタルセグメント3の当接部31がカーボンセグメント2の内周部22aに当接されると、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に対して傾斜して配置される。すなわち、メタルセグメント3の当接部31が、カーボンセグメント2の平板状に形成された内周部22aに当接されているため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の角度は一定に保たれる。そのため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の距離は、カーボンセグメント2の内周部22aからカーボンセグメント2の外周部22cに向かうY方向に向かって、徐々に広がっている。
また、メタルセグメント3の離間部32と、カーボンセグメント2の接合面22との間には、ハンダ層(導電性接合部)5が形成され、メタルセグメント3の離間部32と、カーボンセグメント2の接合面22とはハンダ層5によって電気的、かつ、機械的に接続される。メタルセグメント3の離間部32が、カーボンセグメント2の接合面22に対して傾斜して配置されているため、ハンダ層5は、断面視三角形状となる。なお、ハンダ層5は導電性のある接合部材であればよい。
本願発明の第1の実施形態におけるコンミテータ1の製造方法が、図4を基に以下に説明される。カーボンセグメント2は、円柱形状のカーボン基材を切削加工することによって円板形状に形成される。そして、形成されたカーボンセグメント2の表面にはメッキが塗布される。
メタルセグメント3は、金属プレートをプレス加工することによって形成される。本実施形態において、メタルセグメント3の当接部31は、金属プレートをプレス加工する際 に、メタルセグメント3の離間部32に対して屈曲されて形成される。なお、メタルセグメント3の離間部32が、金属プレートをプレス加工する際に、メタルセグメント3の当接部31に対して屈曲されてもよい。
メタルセグメント3の離間部32には、ハンダペーストが塗布される。メタルセグメント3の離間部32にハンダペーストが塗布された後に、メタルセグメント3の当接部31は、カーボンセグメント2の内周部22aに当接される。なお、本実施形態において、メタルセグメント3の当接部31は、カーボンセグメント2の内周部22aと当接しているが、これに限られない。メタルセグメント3の当接部31は、図5に示されるように、カーボンセグメント2の中央部22bと当接しても良いし、図6に示されるようにカーボンセグメント2の外周部22cと当接しても良い。
メタルセグメント3の当接部31がカーボンセグメント2の内周部22aに当接された後に、メタルセグメント3は、カーボンセグメント2に、治具(不図示)によって仮固定される。そして、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に対して傾斜して配置される。したがって、メタルセグメント3の当接部31が、カーボンセグメント2の内周部22aに当接されると、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に対して離れた位置に配置される。そして、メタルセグメント3の当接部31がカーボンセグメント2の内周部22aに当接されたまま、治具によって仮固定されるため、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に一定の角度で傾斜する。なお、本実施形態において、当接部31は、メタルセグメント3に形成されているが、カーボンセグメント2の接合面22には形成されていない。すなわち、カーボンセグメント2の接合面は、平板状に形成されている。したがって、カーボンセグメント2は、円柱形状のカーボン基材から円板形状に形成した後に、新たな加工を施すことなく、メタルセグメント2と当接することが可能となる。
メタルセグメント3がカーボンセグメント2に仮固定された後、メタルセグメント3の離間部32に塗布されたハンダペーストは、加温され、溶融される。本実施形態において、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に対して傾斜している。そのため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の距離は、カーボンセグメント2の外周部22cからカーボンセグメント2の内周部22aに向かうX方向に向かって徐々に狭まる。メタルセグメント3の離間部32に塗布され、溶融されたハンダペーストは、毛細管現象によってX方向に向かって広がる。そして、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間にはハンダ層5が形成され、メタルセグメント3はカーボンセグメント2に接合される。したがって、ハンダ層5は、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との間であらかじめ定められた断面視略三角形状に形成され、メタルセグメント3とカーボンセグメント2の機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。
本実施形態において、メタルセグメント3の離間部32が、カーボンセグメント2の接合面22に対して傾斜しているため、ハンダ層5の形状は断面視略三角形状となる。そのため、図5に示されるようにハンダ層5の形状を断面視略四角形状とした場合に比較して、本実施形態のハンダ層5の体積は小さくなる。すなわち、メタルセグメント3とカーボンセグメント2とを接合するハンダペーストの量は、削減される。
メタルセグメント3がハンダ層5によってカーボンセグメント2に接合された後、メタルセグメント3とカーボンセグメント2は、樹脂のベース部4によって一体化される。なお、メタルセグメント3とカーボンセグメント2がベース部4によって一体化されると、メタルセグメント3の当接部31と離間部32とは、ベース部4によって埋没され、メタルセグメント3のライザ部33は、ベース部4の本体部41に配置される。そして、ライザ部33には、電気モータのアーマチュア(不図示)のコイルがヒュージングによって接合される。本実施形態のハンダ層5は、ベース部4の本体部41から離れた位置に形成されている。そのため、コイルが、ライザ部33にヒュージングによって接合された際、ハンダ層5は、ヒュージングによる熱の影響を受けにくくなる。すなわち、ハンダ層5は溶融されにくくなり、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との機械的接合強度および電気的接合強度がさらに安定化される。
本願発明にかかる第2の実施形態のコンミテータが、図5に基づいて説明される。第2の実施形態に基づくコンミテータ1は、第1の実施形態に基づくコンミテータ1と比較して、メタルセグメント3の形状とハンダ層5の形状とが異なっている。
本実施形態において、メタルセグメント3の当接部31は、メタルセグメント3の埋没部30に対して略垂直方向に向かって曲げられており、カーボンセグメント2の内周部22aと当接される。また、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に沿って配置される。
また、メタルセグメント3の離間部32と、カーボンセグメント2の接合面22との間には、ハンダ層5が形成される。メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22沿って配置されるため、ハンダ層5は、断面視略長方形形状となる。
メタルセグメント3の当接部31が、カーボンセグメント2の内周部22aに当接され、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22に対して予め定められた距離だけ離れて配置される。そして、メタルセグメント3の当接部31がカーボンセグメント2の内周部22aに当接されたまま、治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の距離が一定に保たれる。したがって、ハンダ層5は、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。
本願発明にかかる第3の実施形態のコンミテータが、図6に基づいて説明される。第3の実施形態に基づくコンミテータ1は、第1の実施形態に基づくコンミテータ1と比較して、メタルセグメント3の形状とハンダ層5の形状とが異なっている。
本実施形態において、メタルセグメント3の埋没部30には、複数の溝部34が形成されている。すなわち、本実施形態において、メタルセグメント3の当接部31は、メタルセグメント3の埋没部30であって、メタルセグメント3の離間部32は、メタルセグメント3の埋没部30に形成された溝部34ある。したがって、メタルセグメント3の埋没部30が、カーボンセグメント2の内周部22aに当接すると、メタルセグメント3の溝部34は、カーボンセグメント2の接合面22から離れた位置に配置される。また、メタルセグメント3の溝部34とカーボンセグメント2の接合面22との間には、ハンダ層5が形成される。また、メタルセグメント3の当接部31は、カーボンセグメント2の内周部22aに当接されたまま、不図示の治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の距離は、一定に保たれる。したがって、ハンダ層5は、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。
本願発明にかかる第4の実施形態のコンミテータが、図7に基づいて説明される。第4の実施形態に基づくコンミテータ1は、第1の実施形態に基づくコンミテータ1と比較して、メタルセグメント3の形状とハンダ層5の形状とが異なっている。
本実施形態において、メタルセグメント3の埋没部30には、凸部35が形成されている。すなわち、本実施形態において、メタルセグメント3の当接部31は、メタルセグメント3の凸部35であって、メタルセグメント3の離間部32は、メタルセグメント3の埋没部30である。したがって、メタルセグメント3の凸部35が、カーボンセグメント2の中央部22bと当接すると、メタルセグメント3の埋没部30は、カーボンセグメント2の接合面22から離れた位置に配置される。また、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間には、ハンダ層5が形成されている。
メタルセグメント3の凸部35は、カーボンセグメント2の中央部22bと当接している。また、メタルセグメント3の凸部35が、カーボンセグメント2の中央部22bに当接されたまま、不図示の治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の距離は、一定に保たれる。したがって、ハンダ層5は、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。なお、本実施形態において、メタルセグメント3の埋没部30には、1個の凸部35が形成されているが、これに限られることはない。すなわち、メタルセグメント3の埋没部30には、複数の凸部35が形成されていても、同様の効果を奏する。
本願発明にかかる第5の実施形態のコンミテータが、図8に基づいて説明される。第5の実施形態に基づくコンミテータ1は、第1の実施形態に基づくコンミテータ1と比較して、メタルセグメント3の形状とハンダ層5の形状とが異なっている。
本実施形態において、メタルセグメント3の当接部31は、カーボンセグメント2の外周部22cと当接している。したがって、メタルセグメント3の当接部31が、カーボンセグメント2の外周部22cと当接すると、メタルセグメント3の離間部32は、カーボンセグメント2の接合面22から離れた位置に配置される。また、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間には、ハンダ層5が形成されている。また、メタルセグメント3の当接部31が、カーボンセグメント2の外周部22cに当接されたまま、不図示の治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント3の離間部32とカーボンセグメント2の接合面22との間の距離は、一定に保たれる。したがって、ハンダ層5は、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント3とカーボンセグメント2との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。
1 コンミテータ
2 カーボンセグメント
3 メタルセグメント
4 ベース部
5 ハンダ層(導電性接合部)
9 スリット部
21 摺接面
22 接合面
22a 中心部
22b 中央部
22c 外周部
30 埋没部
31 当接部
32 離間部
33 ライザ部
33a ライザ保持部
34 溝部
35 凸部
41 本体部
42 外枠部
43 内枠部
44 開孔部

Claims (10)

  1. 複数のカーボンセグメントと、前記カーボンセグメントのそれぞれに固定された複数のメタルセグメントと、前記メタルセグメントのそれぞれを前記カーボンセグメントのそれぞれに電気的に接続する複数の導電性接合部と、絶縁樹脂によって形成され、前記カーボンセグメントと前記メタルセグメントと前記導電性接合部とを一体化するベース部とを備えたカーボンコンミテータであって、
    前記カーボンセグメントのそれぞれは、略平面形状の接合面を有しており、前記メタルセグメントのそれぞれは、前記ベース部によってモールドされる埋没部を有しており、前記メタルセグメントの埋没部は、前記カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、前記カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有しており、前記導電性接合部は、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面との間に配置され、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面とが、前記導電性接合部によって、電気的に接続されることを特徴とするカーボンコンミテータ。
  2. 請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記メタルセグメントの当接部は、前記メタルセグメントの離間部に対して予め定められた角度だけ傾斜して形成され、前記メタルセグメントの離間部が、前記カーボンセグメントの接合面に対して傾斜して配置されていることを特徴とするカーボンコンミテータ。
  3. 請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記メタルセグメントの離間部は、前記カーボンセグメントの接合面に沿って配置されることを特徴とするカーボンコンミテータ。
  4. 請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記メタルセグメントの離間部は、前記メタルセグメントの埋没部に形成された溝部であることを特徴とするカーボンコンミテータ。
  5. 請求項1に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記メタルセグメントの当接部は、前記メタルセグメントの埋没部に形成された凸部であることを特徴とするカーボンコンミテータ。
  6. 請求項1から請求項5に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記カーボンセグメントは、前記メタルセグメントの当接部が当接される内周部を有することを特徴とするカーボンコンミテータ。
  7. 請求項1から請求項5に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記カーボンセグメントは、前記メタルセグメントの当接部が当接される外周部を有することを特徴とするカーボンコンミテータ。
  8. 請求項1から請求項5に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記カーボンセグメントは、前記メタルセグメントの当接部が当接される中央部を有することを特徴とするカーボンコンミテータ。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記複数のカーボンセグメントは、略円板形状に配置されており、前記ベース部は、略円柱形状の本体部と、前記本体部に一体形成されると共に、前記カーボンセグメントの外周面側に配置される外枠部と、前記本体部に一体形成されると共に、前記カーボンセグメントの内周面側に配置される内枠部とを有していることを特徴とするカーボンコンミテータ。
  10. 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のカーボンコンミテータにおいて、
    前記導電性接合部がハンダ層であることを特徴とするカーボンコンミテータ。
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