JP4156834B2 - 平面形整流子製作方法、及びその製作方法を用いて製作した整流子 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は請求項１の前文に規定する平面形整流子製作方法と、その製作方法を用いて製作された整流子とに関する。これらの整流子は特に、再生可能な原材料から得られた燃料を送り出す燃料ポンプの駆動用電動機に使用されてもよい。
【０００２】
国際特許公開第９７／０３４８６号（WO９７／０３４８６）において開示された製作方法において、サポート部分セグメントを形成する金属性でポット状の取付台は、溝により前もってセグメント化された銅板から成形され、かつ電気絶縁成形材料から作られたハブを伴なって押出成形されている。取付台が、炭素を含んだ環状ディスク用の接触面を形成する自身の側面において切り離されていて、サポート部分セグメントは、化合物成形品を注入した溝により、お互いに電気的に分離されている。さらに環状ディスクが、取り付けられその結果取付台のセグメント化により、セグメントに分割され、分離用スロットが化合物成形品を充填した溝部分へ突出している。
【０００３】
公知の方法を用いて、取付台は環状ディスクが取り付けられる前にセグメント化されるので、溝を取付台に作り、かつ溝部分で取付台を切り離す追加のプロセス工程が必要とされる。さらに分割は、活性的環境に対し耐性を保証するために、溝部分において正確に行なわなければならない。
【０００４】
独国特許第３６２５９５９号（DE３６２５９５９Ｃ２）はドラム形整流子とその製作方法とを開示していて、そのドラム形整流子において、銅の母材あるいは卑金属から成るベースプレートをカーリング（curling)することにより製作された円筒体、又は中空円筒チューブピースのどちらかにおける、保護部分には少なくともブラッシュとの接触面において、銅−ニッケル合金あるいは銀−ニッケル合金のメッキにより被膜される。さらに整流子セグメント表面における整流子セグメントの母材は、電解メッキによるスズメッキを備えていて（１３段、１６行及び１７行参照）、燃料の分解を回避するために、銅本体がガソホールのような燃料に暴露することを防止している。無鉛ガソリンと１０〜１５％エチルアルコールの混合物が特許においてガスホールと規定されている。
【０００５】
独国特許第４４３５８８４号（DE４４３５８８４Ｃ２）が、燃料ポンプに使用する、バーを有する整流子を開示していて、そのバーは、整流子の外周囲に配置され、かつブラッシュ装置と摺動可能に接触しており、バーのマグネシウムの割合が質量百分率で０．０５〜２．００％の耐摩耗性銅−マグネシウム合金から作られている。
【０００６】
この発明に対照的に、日本国特許公開第５８０７５４４０号（ JP ５８０７５４４０Ａ）は平面形整流子ではなく、ドラム式整流子を開示している。さらに、この公報では、燃料の酸化を防止（“ガソリンの酸化を防止”）するとされている。この目的のために、燃料に耐性のあるプレート（シート８）が、取付台を形成するみがかれていない銅板に接続されている。
仏国特許公開第２３３０１６９号（ FR ２３３０１６９Ａ）もドラム式整流子（図１〜３参照）従って一般的なものでないを開示している。この明細書における図５に示めされる符号１１ａ及び１１ｂの被膜は酸化によるものである。
米国特許第５１７５４６３号は、サポート部分セグメントが放射状スロットにより分離されている平面形整流子を開示している。種々の金属で構成される低融点成形材料が、炭素を含んだ環状ディスクと金属性サポート部分セグメントとの接続に使用されている。
独国特許第２９０３０２９号（DE２９０３０２９Ｃ２）は、最近の技術と同類のものであって、とりわけ平面形整流子製作方法を開示していて、その平面形整流子において、ガソリンから損傷を受けない銀あるいは銀合金からなるディスク状シートを有する銅板が使用され、さらに銅板は、規則正しい間隔で穿孔され、最終的に整流子バーにおける裸の銅部分は、ガルバニック作用による銀あるいはスズの電解メッキ層で被覆される。
【０００７】
従って本発明の目的は、従来の短所を取り除いた、特により経済的であり、活性的環境においても十分に耐性のある完成した整流子を保証する、平面形整流子製作方法を提示するものである。さらにコーティングは、特に取付台の分割の結果として発生するかも知れない、アンダーカット及び／又は溝において比較的厚くなっていて、可能な限り一様であり、どのような場合においても粘着層を形成するためにコーティングを使用することは可能である。さらに本発明は再生可能な原材料から得られた燃料用のポンプを駆動するための電動機として使用することが可能である。
【０００８】
目的は、請求項１に規定する方法と、従属項に規定する整流子及び電動機とにより達成されている。本発明の特定的な実施の形態は従属項に規定されている。
【０００９】
分割することにより露出される、金属性サポート部分セグメントの表面は、活性的又は侵略的環境に対し耐性のあるコーティングで被膜されている。耐性は次の三つに関するもので；第一は、特に取付台及び／又はサポート部分セグメントと環状ディスクへの接続部とにおける破壊に対する保護であり；第二は、環状ディスクにより形成された整流子接触面と関連するサポート部分セグメントとの間、あるいは整流子接触面と整流子ブラッシとの間における接触抵抗に対する電気伝導率であり；第三は、金属性サポート部分セグメントにおけるコーティングの付着力である。サポート部分セグメントは好ましくは銅で構成されていて、高い電気伝導率と延性とを有している。取付台は、例えば打抜き加工された銅板から製作されていて、その銅板はさらにポットに成形され、続いてハブを成形する成形用質量が付加される。炭素を含んだ環状ディスクは、特に活性的環境例えば炭化水素を含んだ液体下において耐性がある。環状ディスク及び／又は取付台は、好ましくは研削研磨又はのこ引き又はレーザ加工により分割される。
【００１０】
溝を形成するプロセス工程と取付台を切り離すプロセス工程とは、取付台が、環状ディスクと接合した後に、サポート部分セグメントに分割されることにより、省略される。
【００１１】
製作は、環状ディスクと取付台を一工程で分割することによりさらに簡略化される。代りに、以下のことが可能であって、第一工程で、ハブを備えポットに成形された取付台を第一スロットによりサポート部分セグメントに分割し、続いて環状ディスクが取り付けられ、最終的に環状ディスクが第二スロットにより環状セグメントに分割されていて、第二スロットは好ましくは、第一スロットより小さくて、かつ第一スロットの内側に配置されている。取付台を分割することにより露出されるサポート部分セグメントの表面におけるコーティングは、環状ディスクの取り付け前あるいは取付け後に行なわれてもよい。環状ディスクを取り付ける前にコーティングを行なうために、被膜が同時に環状ディスクへの接合層として使用されてもよい。
【００１２】
コーティングは析出により行なわれるので、金属性取付台はどのような材料で被膜されてもよい。化学的と物理的との両蒸着方法、及び組合わせた蒸着方法が使用されてもよくて、例えば、ガス相からの蒸着法（化学蒸着、CVD)法、又は選択的にプラズマあるいはレーザ法、又はカソードビーム微粒化（スパッタリング）、又は蒸気溶着法等がある。Vossem，Kerm（著者）は：Thin Film Processes I and II, 1991において適切な析出方法を調査している。
【００１３】
析出は溶液あるいは懸濁液から行なわれるので、多数の整流子要素が一工程で被膜できて、経済的ですぐれた被膜品質である。被膜の材料は、好ましくはイオン溶液あるいはイオン懸濁液であって、電解的（ガルバニック作用）あるいは非通電式（current lesslg）にサポート部分セグメントに析出することができる。
【００１４】
析出は溶液あるいは懸濁液から、非通電式にすなわち外部電圧を作用させることなく行なわれるので、接近不可能な場所、例えば分割により形成された分割スロットにおける要素の被覆さえ可能となる。溶液あるいは懸濁液における温度及び濃度は、十分な厚さの完全な被覆が可能な限り短時間で保証されるように選択される。
【００１５】
コーティングは選択的にサポート部分セグメントの表面においてだけ行なわれ、環状ディスクと特にハブは被膜されないので、例えば付着力不足によるこれらの領域における膜のはく離、及び整流子における後の運転での派生する問題は回避されている。析出法の選択は、析出時におけるプロセスパラメータ、例えば析出される材料及び／又は被膜される取付台に依存する、析出温度又は溶液濃度あるいは懸濁液濃度又は析出時間等々に対応した選択により調整することができる。
【００１６】
コーティングはスズ又は銀又はクロムで行なわれるので、すぐれた被覆と付着性、及びとくに再生可能な原材料から得られた燃料に対する十分な耐性とが、経済的な材料で保証される。とくにスズは、すぐれた接触特性を有し、巻線末端をサポート部分セグメントに接合するのに利点もある。
【００１７】
膜厚が０．１〜１０μｍの間、とくに１〜３μｍの間であって、信頼性のあるコーティングとすぐれた付着性、及び十分な耐性が保証されている。これらの膜厚さは、とくに、溶液あるいは懸濁液からの非通電式析出における、比較的短かい析出時間後に発生し、取付台におけるピンホール無しの被覆を保証している。
【００１８】
本発明における特許請求の範囲による方法を用いて製作された整流子において、分割領域とくに、整流子の接触面から離れて対面しているサポート部分セグメントにおける、側方及び／又は取付台の分割により露出された表面に隣接している表面におけるハブも、取付台に取り付けられているので、金属性の取付台における信頼性のある被覆が、この領域においても保証されていて、その被覆は活性的な雰囲気にある取付台とサポート部分セグメントとにおけるひび割れを防止している。
【００１９】
ハブは取付台の中央穴における円筒状境界面全体にわたって形成されているので、取付台の円筒状内部も、活性的雰囲気に対して被覆されており、整流子における耐性がさらに強化されている。
【００２０】
コーティングは送り出す燃料に対して耐性があるので、本発明における特許請求の範囲による方法を用いて製作された整流子が燃料ポンプに使用されてもよい。特にコーティング材料としてのスズは、再生可能な原材料から得られた燃料、例えばアルコールベース燃料あるいはナタネ油から得られたディーゼル燃料に対しての耐性が証明されている。
【００２１】
他の利点、特徴及び本発明の詳細が、従属請求項と数例の実施の形態を特に図面を参照して記載した以下の説明とにより明瞭になる。特許請求の範囲と説明とに記載した特徴は、単独でもどのような組合わせでも本発明の範囲となるものである。
【００２２】
図１は製作プロセスにおける第一の実施の形態を示めす。銅板は銅シート５０に打抜き加工したもので、続いてポット状取付台５１が銅板から作られる。従って、ポットの底面は組込まれる環状ディスクとの接触面を形成する。底面は事前にセグメント化されていないが、一方ポットの円筒状ジャケットが打ち抜き加工によりセグメント化されている。同様に、巻線コイルに取りつけ用のフック要素とハブに取りつけられるアンカ要素とは打抜き加工により作られる。ハブは、個々の要求に応じた温度抵抗を有する電気絶縁成形材料による、ポット状取付台の押出成形５２により成形されている。選択的にハブと取付台の接触面とは５３で加工されてもよくて、ハブに関してはとくに、ロータのシャフトを保持するハブ穴の機械加工が行なわれていて、取付台の接触面に関しては、研削加工されており、選択的に次の環状ディスクの取りつけ５４に関連して前処理が行なわれる。
【００２３】
環状ディスクが、好ましくは炭素を含んでいるか、あるいは、電気伝導度と耐摩耗性と抵抗とに関して、所定の形態でありグレイン粗成である、完全な焼結炭素からなる。従って、環状ディスクの内径は、好ましくはハブ穴径より大きい。従って環状ディスクと取付台とのセグメントへの分割５５は、好ましくは単一の機械加工プロセス例えば研削研磨あるいはのこ引きにより行なわれる。切り込みスロットは環状ディスク及びポット形状取付台底面を貫通して、取付台に続いて接続している成形材料の中へ延伸している。分割は、整流子のセグメントにおける電気的な絶縁をもたらしていて、セグメント間における電気伝導的接続は絶縁されている。前述したように、セグメントは成形ハブを介してお互いにしっかりと機械的に接続されている。
【００２４】
取付台のコーティング５６は活性的環境に対して耐性のある材料、例えばスズ又は銀又はクロムで、０．１〜１０μｍ、好ましくは１〜３μｍの膜厚で行なわれる。従って好ましくは、取付台におけるすべての露出面、特に取付台の分割により露出されるセグメントの金属性サポート部分セグメントの表面は被膜される。コーティングは好ましくは溶液あるいは懸濁液からの非通電式析出により行なわれていて、被膜される取付台と、溶液あるいは懸濁液との間に外部から電圧を付加することなく行われている。実際にコーティングする前に、例えばサポート部分セグメントの表面における、不純物及び残留物を取りのぞき、かつコーティングに備えるために、超音波槽の中で、化学的洗浄及び／又は機械的洗浄が行なわれる。続いて実質的に、銅を含有したサポート部分セグメントは還元ふん囲気で前処理されてもよい。実際のコーティングは好ましくは、大気温度に比較して昇温された温度で行なわれる。対応する溶液あるいは懸濁液において、例えば析出時間は一時間より短かくて、１〜３μｍの間の膜厚を得ることができる。従って整流子における複数の部品が一プロセスで被膜できる。コーティング後、整流子は水洗され乾燥される。
【００２５】
図２は製作プロセスにおける第二の実施の形態を示めしている。ハブを形成した取付台の押出成形１５２後に、取付台はサポート部分セグメント１５５Ａに分割される。前述したように続いて、サポート部分のセグメントのコーティングが行なわれる。代りにコーティングは、ガルバニック作用あるいは電解的に例えば銀で約５μｍの膜厚で行なわれてもよい。続いて、環状ディスクが取り付けられ１５４、さらに環状セグメントに分割される１５５Ｂ。環状ディスクにおける切り込みスロットは、好ましくは取付台における切り込みスロットに比較して狭まいか、あるいは等しい幅であって；どのような場合においても環状ディスク内側に配置されている。取付台の分割１５５Ａ直後におけるサポート部分セグメントのコーティングの代りあるいは追加的に、サポート部分セグメントは、環状ディスクを環状セグメントに分割１５５Ｂした後に前述したように被膜してもよい。
【００２６】
図３は、本発明の特許請求の範囲による方法を用いて製作した、セグメント化された整流子１の環状ディスクの平面図を示めしていて、図４は、図３における整流子の断面IV−IVを示めしている。
【００２７】
環状ディスクが八つの環状セグメント２に分割されていて、同様に取付台は八つのサポート部分セグメント４に分割されている。押出成形されたハブ６が取付台のサポート部分セグメント４に形作られていて、モータあるいは発電機のロータのシャフト（図示されていない）を保持するための中央ホール６ａを形成している。サポート部分セグメント４はその外周縁面４ａにおいて、ロータ巻線の導電用フック４ｂを有している。さらにサポート部分セグメント４各々が、ハブ６に固定するための少なくとも一つのアンカ要素４ｃを有している。外周縁面４ａの直径は、環状ディスクから形成された環状セグメント２の外周縁面２ａの直径と一致している。環状セグメント２の内周縁面２ｄの直径は、実質的にサポート部分セグメント４の内周縁面４ｄの直径に一致しているか、あるいはわずかに大きい。
【００２８】
サポート部分セグメント４と環状セグメント２との間における、接合層すなわちはんだ層１０は例えば５０μｍの厚さである。環状ディスク及び取付台が分割される際、ハブ６領域に突出する切り込みスロット１２が形成される。取付台を分割することにより露出される、実質的に銅のサポート部分セグメントの表面１４は、活性的環境に対して耐性のあるコーティングで被覆される。好ましくは、外周縁面４ａとサポート部分セグメント４のフック４ｂとも被膜される。このことは、サポート部分セグメントのロータ巻線へのすぐれた接続、とくに、巻線末端をフック４ｂに溶着する際における、サポート部分セグメントの外周縁面への接触接合が可能となる。逆に好ましくは、ブラッシ接触面として使用されるフラット面２ｂも、分割により露出された環状ディスクの表面２ｃも被膜されない。従って、サポート部分セグメント４と環状セグメント２との間における接合層１０は、分割により露出される表面１０ｂと、内周縁面及び外周縁面１０ａとの両方を被膜される。
【００２９】
図４と比較して図５に拡大図示されている切込みスロットは、ハブ６と、サポート部分セグメント４を形成する取付台と、環状セグメント２を形成する環状ディスクとからなる組立物を一プロセスで、研削研磨あるいはのこ引きにより加工したものである。スロットは一般的に数mmの１／１０の幅で数mmの深さである。とくに、分割により露出されるサポート部分セグメント４の表面１４と、選択的ではあるが接合層１０との、比較的耐性のある、厚くて、稠密な選択的なコーティングは、好ましくはスズを含んだ溶液あるいは懸濁液からの非通電式析出を用いて被膜することにより達成してもよい。
【００３０】
図６は、図２に示めす別の製作プロセスにより製作された、整流子を示めしていて、図５に対応するものである。第一に取付台が、幅広の第一スロット１１２ａを有するサポート部分セグメント１０４に分割され、続いて環状ディスクは接合層１１０により取り付けられ、さらに環状ディスクが、狭い第二スロット１１２ｂで環状セグメント１０２に分割されていて、第二スロットは第一スロットと一直線になっている。分割することにより露出されるサポート部分セグメント１０４の表面１１４と、選択的ではあるが接合層１１０の露出面１１０ｂとにおけるコーティング（図示されていない）は、環状ディスクの取り付け前あるいは取り付け後のどちらかで行なわれてもよい。代りに、接合層１１０は環状セグメント１０２と同一高さで終点とならずに、サポート部分セグメント１０４と同一高さで終点となってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は製作プロセスにおける第一の実施の形態を示めす。
【図２】 図２は製作プロセスにおける第二の実施の形態を示めす。
【図３】 図３はセグメント化された整流子の平面図を示めす。
【図４】 図４は、図３における整流子の断面IV−IVを示めす。
【図５】 図５は、図３における整流子をＶ−Ｖから見た図を示めす。
【図６】 図６は、図２に示めす製作プロセスにより製作された、図５に対応する図を示めしている。

Claims (10)

1. サポート部分セグメント（４；１０４）を構成する金属性取付台が；
   −電気絶縁材料から成形されたハブ（６）を備え（５２；１５２）、
   −環境との反応に対して耐性のある環状ディスクに、電気伝導的にかつ機械的に強固に接合し（５４；１５４）、
   −該サポート部分セグメント（４；１０４）に分割されていて（５５；１５５Ａ）、
   −該環状ディスクが環状セグメント（２；１０２）に分割されている（５５；１５５Ａ）、
   ところの平面形整流子の製作方法において；
   −該取付台の分割により露出される該金属性サポート部分セグメント（４；１０４）の表面（１４；１１４）が、環境に対して耐性のあるコーティングにより被膜されていることと、
   −該取付台の該分割により露出された、該金属性サポート部分セグメント（４；１０４）の該表面（１４；１１４）における、該コーティングが非通電式析出により行なわれることと、
   −該非通電式析出は溶液あるいは懸濁液から行なわれていることと、
   を特徴としている平面形整流子製作方法。
2. 該環状ディスク（５４；１５４）が炭素を含んでいるところの、請求項１に記載の平面形整流子製作方法。
3. 該取付台は、該環状ディスク（５４；１５４）に接合された後に、該サポート部分セグメント（４；１０４）に分割されるところの、特に該環状ディスク（５４；１５４）の分割と該取付台の分割とが、好ましくは該取付台と該環状ディスク（５４；１５４）とから構成されている組立物を研削研磨あるいはのこ引きすることにより、一工程で行なわれるところの、請求項１〜２のいずれか一項に記載の平面形整流子製作方法。
4. コーティングが、選択的に該サポート部分セグメント（４；１０４）の該表面（１４；１１４）だけにおいて行なわれるところの、請求項１〜３のいずれか一項に記載の平面形整流子製作方法。
5. コーティングが、スズ又は銀又はクロムを用いて行なわれるところの、請求項１〜４のいずれか一項に記載の平面形整流子製作方法。
6. 該コーティングの厚さが０．１〜１０μｍであるところの、請求項１〜５のいずれか一項に記載の平面形整流子製作方法。
7. 金属性サポート部分セグメント（４；１０４）を構成し、電気絶縁材料から成形されたハブ（６）を備え、環状ディスク（５４；１５４）へ電気伝導的にかつ機械的に強固に取り付けられている金属性取付台を有する平面形整流子（１）であって；該金属性取付台がサポート部分セグメント（４；１０４）に分割され（５５；１５５Ａ）、かつ該環状ディスク（５４；１５４）は環状セグメント（２；１０２）に分割されている（５５；１５５Ｂ）、平面形整流子（１）において；
   該金属性取付台の該分割により露出された、該金属性サポート部分セグメント（４；１０４）の表面（１４；１１４）が環境に対して耐性のあるコーティングにより被膜されており、溶液あるいは懸濁液から非通電式析出による該コーティングが、該金属性取付台の該分割により露出された該金属性サポート部分セグメント（４；１０４）の該表面（１４；１１４）に被覆されていることと、
   該分割領域における該ハブ（６）は該金属性取付台に隣接していることと、
   を特徴としている平面形整流子。
8. 該ハブ（６）が、モータあるいは発電機におけるロータのシャフトを保持するための、該取付台の中央穴（６ａ）における、全体にわたる円筒状境界面となっているところの、請求項７に記載の平面形整流子（１）。
9. 好ましくは溶液あるいは懸濁液から、非通電式析出された該コーティングが、再生可能な原材料から得られた燃料に対して耐性があるところの請求項７又は８に記載の平面形整流子（１）。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載の、平面形整流子製作方法を用いて製作された平面形整流子を有する、燃料ポンプ駆動用電動機。

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