JP3761881B2 - 整流子 - Google Patents
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Description
本発明は、整流子、特に、燃料ポンプに用いられる整流子に関する。
従来より、例えば自動車等の内燃機関において燃料ポンプが多く使用されている。モータ部の複数に分割された整流子の接触部がブラシと摺動することによりコイルを巻回した電機子に電源から電流が供給され、電機子が回転する。この電機子の回転によりポンプ部のインペラが回転し燃料が燃料タンクから吸い上げられ、内燃機関に供給される。
整流子は銅で形成されることが一般的である。銅製の接触部と摺動するブラシの硬度が低いとブラシの摩耗が激しく寿命が短くなるので、例えば硬度の高い無定形炭素をカーボン材に含有してブラシを形成し耐摩耗性を向上させることが考えられる。しかし、銅製の接触部は、例えば酸化した燃料や硫黄成分を含む燃料と反応して腐食することがある。また、導電性を有する硫化銅が生成されることにより、複数に分割されている接触部が電気的に接続する可能性がある。接触部が燃料と反応することを防止するために、例えば、特許文献１に開示されているように接触部をカーボン材で形成するものが知られている。
しかしながら、カーボン材で形成した接触部は銅製の接触部に比べて硬度が低く機械的強度が劣るので、カーボン材で形成した接触部を無定形炭素を含有して形成したブラシと摺動させると接触部の摩耗速度が速くなり、接触部が摩耗限界に達するまでの寿命が短くなるという問題がある。また、接触部に用いるカーボン材として天然黒鉛よりも硬度が高い人造黒鉛を用い、接触部の寿命を長くする試みもなされているが、人造黒鉛は天然黒鉛に比べて高価であるため製造コストが上昇するという問題もある。
そこで、天然黒鉛に５〜３０重量％の無定形炭素を含有する方法も特許文献２に開示されている。
米国特許第５１７５４６３号明細書
特開平１０−１６２９２３号公報
しかしながら、主原料として天然黒鉛を使用した場合、整流子寿命には限度がある。また、近年の低コスト化が要望されるなか、天然黒鉛を主原料とした場合、充分な特性を有しつつ、低コスト化という要望に応え得る整流子を製造することは困難であり、これらを同時に満足し得る整流子が要望されている。
そこで、本発明は、耐摩耗性に優れ、さらに低コストで製造できる燃料ポンプに用いられる整流子を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための本発明に係る整流子は、少なくともブラシとの接触部が、コークスを主成分とするフィラーと、結合剤とを含んでいる整流子であって、前記結合剤が炭化されているものである。また、前記フィラーは、コークスが３０重量％を超え８０重量％以下で、残りが天然黒鉛、人造黒鉛または天然黒鉛及び人造黒鉛の混合物のいずれかであるものが好ましい。また、電圧降下法により測定される整流子の加圧方向に直行する方向の抵抗率が、１０μΩ・ｍ以上、９５μΩ・ｍ以下であるものが好ましい。
なお、炭化とは４００℃以上で熱処理をしたものをいう。また、フィラーと結合剤との配合物にさらに炭素繊維や、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤を配合（添加）することによってさらに耐摩耗性の向上が図れる。
なお、炭化とは４００℃以上で熱処理をしたものをいう。また、フィラーと結合剤との配合物にさらに炭素繊維や、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤を配合（添加）することによってさらに耐摩耗性の向上が図れる。
フィラーの主成分となるコークスは、天然黒鉛及び人造黒鉛に比較すると、安価であり、製造コストを低減することが可能となる。また、フィラーを、コークスが３０重量％を超え８０重量％以下で、残りが天然黒鉛、人造黒鉛または天然黒鉛及び人造黒鉛の混合物とで構成することにより、カーボンブラシとの接触部が硬くなりすぎることがなく、また、整流子の摩耗が多くなることもない。さらに、コークスを主成分とすることによって、整流子全体が高抵抗になり、整流性能が向上する。加えて、コークスの粒子は硬いため、ブラシ面が常に一定の面状態に保たれるため、経時変化が少なく摺動が安定し長期間にわたって高効率を維持できる。バインダーとしては、ピッチ、熱硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂等の結合剤を使用する。本発明に係る整流子は、非接触側を主として金属粉体を使用（例えば真鋳など）し、これにカーボンと結合剤とで構成した粉末を一体成形し二層構造とすることも可能である。
本発明に係る整流子は、以上のようにコークスを主成分とするフィラーと、結合剤とで構成されているため、製造コストの低減を可能にするとともに、耐久性が向上し、優れた特性を長期間にわたって発揮する整流子とすることができる。
以下、図面を参照しつつ本発明に係る整流子の実施の形態の一例を具体的に説明する。本実施形態例に係る整流子１は、図１および図２に示すように等角度間隔に分割された８個のセグメント２と、セグメント２を支持する樹脂製の支持部３とで構成されている。各セグメント２は、接触部４および接触部４と電気的に接続している銅製端子部５からなる。各セグメント２を分割している溝は支持部３にまで達しているので、各セグメント３は互いに電気的に絶縁されている。爪部５ａは各端子部５の外周側に突出しており、コイルと電気的に接続している。
このように構成されている整流子１は、次のように製造されている。
まず、端子部５と接触する接触部２の端面にニッケルめっきを施し、このニッケル面と端子部５とをはんだ付けする。端子部５は外周に爪部５ａを有する円板状の銅製であり、接触部２はコークスを主成分とするフィラーと、結合剤とで構成され、この結合剤が、炭化されているものである。そして、端子部５に樹脂をモールドして支持部３を形成し、この支持部３に達するまで接触部２および端子部５を分割し、接触部６２および端子部６３を形成する。この後、爪部５ａにコイルをヒュージングして接触部２とコイルとを電気的に接続する。
まず、端子部５と接触する接触部２の端面にニッケルめっきを施し、このニッケル面と端子部５とをはんだ付けする。端子部５は外周に爪部５ａを有する円板状の銅製であり、接触部２はコークスを主成分とするフィラーと、結合剤とで構成され、この結合剤が、炭化されているものである。そして、端子部５に樹脂をモールドして支持部３を形成し、この支持部３に達するまで接触部２および端子部５を分割し、接触部６２および端子部６３を形成する。この後、爪部５ａにコイルをヒュージングして接触部２とコイルとを電気的に接続する。
ここで、接触部２を構成する、フィラーは、コークスが３０重量％を超え８０重量％以下、好ましくは４０重量％を超え７０重量％以下で、残りが天然黒鉛、人造黒鉛または天然黒鉛及び人造黒鉛の混合物のいずれかである。接触部２は、これら混合物に、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を結合剤として混合し、所定の形状に成形したあと、非酸化性雰囲気中７００〜９００℃で焼成し、結合剤を炭化させる。コークスを主成分とすることによって、整流子全体が接触抵抗が高くなり、整流性能が向上する。加えて、コークスの粒子は硬いため、ブラシ面が常に一定の面状態に保たれるため、摩耗が少なく摺動が安定し長期間にわたって高効率を維持できる。
石油系か焼コークス５０重量％と、天然黒鉛５０重量％と、フェノール樹脂を混合し、混練した。混練後、これら混練物を乾燥し、平均粒径が１００μｍ以下となるように粉砕する。これを図１及び図２に示す形状に成形し、整流子とした。この整流子の抵抗率を測定するとともに、図３に示す試験装置に設置することによって、整流子摩耗率を測定した。なお、抵抗率は、加圧方向に対して垂直方向の値を示し、電圧降下法によって測定した。具体的には、試験片の両端面に電流端子の銅網を当て、絶縁物を介して約１ｋｇの圧力で押し付け通電し、試験片中央部における電圧降下を電圧計で測定した。
図３に示す試験装置は、先端に整流子１が設けられたモータ１３と、整流子１に接触するカーボンブラシ１１と、カーボンブラシ１１を整流子１に付勢するスプリング１２とで構成されている。整流子摩耗率は、実際に燃料用ポンプの整流子として使用した場合を想定して、石油系鉱物油１４雰囲気内で、下記の条件で行った。
回転数：１００００ｍｉｎ-1
整流子：φ２０ｍｍ
電流：Ｄ．Ｃ．５Ａ
周速：１０（ｍ／ｓ）
回転数：１００００ｍｉｎ-1
整流子：φ２０ｍｍ
電流：Ｄ．Ｃ．５Ａ
周速：１０（ｍ／ｓ）
石油系か焼コークスを７０重量％、天然黒鉛を３０重量％とした以外、実施例１と同様の方法によって整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
石油系か焼コークスを８０重量％、天然黒鉛を２０重量％とした以外、実施例１と同様の方法によって整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
石油系か焼コークスを３５重量％、天然黒鉛を６５重量％とした以外、実施例１と同様の方法によって整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
石油系か焼コークスを３０重量％、天然黒鉛を７０重量％とした以外、実施例１と同様の方法によって整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
石油系か焼コークスを８５重量％、天然黒鉛を１５重量％とした以外、実施例１と同様の方法によって整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
石油系か焼コークスを１００重量％とした以外、実施例１と同様の方法によって整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
フィラーとして天然黒鉛１００重量％で整流子を作製し、抵抗率、整流子摩耗率を測定した。
以上、実施例１〜４、比較例１〜４の整流子の抵抗率、整流子摩耗率をまとめて表１に示す。
表１に示すように、コークスの含有量が多くなるにしたがって、抵抗率が高くなることが分かる。また、コークスの含有量が、３０重量％から多くなるに従い、整流子摩耗率及びブラシ摩耗率のいずれも一旦少なくなり、その後、増加していることが分かる。このことから、コークスの含有量は、３０重量％を超え８０重量％以下の範囲内とすることによって、優れた特性を長期間にわたって維持できる整流子を提供することができる。
１ 整流子
２ セグメント
３ 支持部
４ 接触部
５ 端子部
５ａ 爪部
２ セグメント
３ 支持部
４ 接触部
５ 端子部
５ａ 爪部
Claims (3)
- 少なくともブラシとの接触部が、コークスを主成分とするフィラーと、結合剤とを含んでいる整流子であって、前記結合剤が炭化されている整流子。
- 前記フィラーは、コークスが３０重量％を超え８０重量％以下で、残りが天然黒鉛、人造黒鉛または天然黒鉛及び人造黒鉛の混合物のいずれかである請求項１に記載の整流子。
- 電圧降下法により測定される整流子の加圧方向に直行する方向の抵抗率が、１０μΩ・ｍ以上、９５μΩ・ｍ以下である請求項１又は２に記載の整流子。
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