JP4181414B2 - ドラム型整流子およびその製造方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

この発明は、絶縁成形材によって形成されたスリーブ形状の支持部材と多数の金属性導体セグメントと同様に多数であって前記導体セグメントと導電的に結合されている炭素材セグメントとからなるドラム型整流子に関する。さらに、本発明はこの種のドラム型整流子の製造方法に関する。

特定の適用分野において、特に伝達する電流の強さと構造特性との関係に従って、電動機械には整流子軸と同心の円形シリンダ上にブラシ滑走面が配置されたドラム型整流子（またはローラ整流子とも呼ばれる）が使用される。金属性ブラシ滑走面を備えている整流子の他に、ブラシ滑走面が炭素材セグメント上に配置された冒頭に述べた種類の整流子も種々の実施形態をもって知られている。第一の既知の構造において炭素材セグメントは導体セグメントを包囲するように構成されている。この種のドラム型整流子ならびにその製造に適した方法が、例えば、欧州特許第０５２９９１１号明細書（特許文献１）に記載されている。また国際公開第９９／５７７９７号パンフレット（特許文献２）にも同様なドラム型整流子ならびにその製造方法が記載されており、これは特に炭素材セグメントが導体セグメントの周りに形成されていることを特徴としている。同様なことがドイツ国特許出願公開第４２４１４０７号明細書（特許文献３）および米国特許第５７８９８４２号明細書（特許文献４）にも該当する。

基本的に異なった構造によれば、後の炭素材セグメントを包囲する炭素材スリーブが導体セグメントから独立して予め加工され、その後になってはじめて導体セグメントと電気的に結合される。この種の構造のドラム型整流子とその製造に適した方法がドイツ国特許出願公開第３１５０５０５号明細書（特許文献５）に記載されている。これにおいては炭素材スリーブが端面側で環形状の導体鋳造部材にハンダ付けによって導電的に結合されている。続いてこのユニット内に絶縁性の成形材からなるスリーブ形状の支持部材が注入される。さらに、炭素材スリーブおよび導体鋳造部材が軸方向の分離切断によって個別のセグメントに分割される。

ドイツ国特許出願公開第３１５０５０５号明細書（特許文献５）に記載されているドラム型整流子が有効に使用されたことがあるかどうかは不明である。この文献によって知られているドラム型整流子は一見効果的な構造を示しているものの実用性が無いことは明らかである。

前記の欧州特許第０５２９９１１号明細書（特許文献１）に関して説明したように炭素材セグメントが導体セグメント上に成形されその後焼結される、炭素材滑走面を備えたドラム型整流子も同様に実用上有効でない。この種のドラム型整流子は常に炭素材セグメントとこれに対応する導体セグメントとの間の接触不良が見られる。この点に関して、この種のドラム型整流子は極めて過酷な条件下に投入されることを考慮する必要がある。この理由から、考えられる全ての条件（特に多様な燃料の元で）において−４０℃ないし＋１１０℃の温度下で数百サイクル故障せずに耐久することが求められる。適宜な厳しい検査の結果冒頭に述べた種類の既知のドラム型整流子は常に許容不可能な高い抵抗を示しており、これは炭素材セグメントと導体セグメントとの間の不良な接触に拠るものであり、場合によっては完全に故障してしまう。このため、整流子に接続されている導線を通常導体セグメントに溶接する必要がある。この際に生じる極めて高い温度によって該当する金属製の導体セグメントが短時間延伸し、これは無視し得ない程の大きさであるため再収縮することができない。このことは炭素材セグメントとこれに対応する導体セグメントとの間の機械的な影響に留まらず；各部分の間の導電接続にも抵抗値が上昇するという影響をもたらす。従って、このことは極めて問題であり、それは炭素材セグメントを形成するために導体セグメント上に成形される炭素材料が比較的高い接着剤含有率を有するためであり（３０％まで）、そのため導電性の低下が生じる。

欧州特許第０５２９９１１号明細書 国際公開第９９／５７７９７号パンフレット ドイツ国特許出願公開第４２４１４０７号明細書 米国特許第５７８９８４２号明細書 ドイツ国特許出願公開第３１５０５０５号明細書

前述した従来の技術の問題のため、本発明の目的は実用性のある炭素材滑走面を備えたドラム型整流子ならびにその製造に適した方法を提供することである。このドラム型整流子は小型の寸法で頑丈かつ長い寿命を有するとともに稼動温度の点で過酷な条件下においても抵抗値が上昇しないことが好適であり、ここで回転子の導線は損傷の危険無く導体セグメント上に溶接可能であることが必要である。

前記の課題は本発明に従って請求項１に記載の方法によって解決される。この方法を使用して製造することができるドラム型整流子が請求項９に示されている。

本発明の第１の重要な特徴は、後の工程においてそれから切断によって個々の炭素材セグメントが形成される炭素材スリーブを導体原料鋳造部材と接合する際に少なくとも半径方向の内側面と軸方向の１つの端面の領域が金属化され、導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとからなる結合部への支持部材の注入に際して金属化された炭素材スリーブの半径方向内側面が成形材によって被覆される。少なくとも１つの軸方向の端面の金属化は（既知の方式（例えばドイツ特許出願公開第３１５０５０５号明細書参照）と同様に）、炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の結合がハンダ付けあるいはその他の既知の結合方法によって形成可能であることを保持すべき必要がある。金属化された端面によって炭素材スリーブを製造するためには既知の後処理的な金属化の他にいわゆる“二材料圧縮成形”も適しており、これにおいては最初から金属化された端面を有する炭素材スリーブが製造される。ここで、炭素材粉末および金属粉（例えばＡｇ，Ｍｓ，Ｃｕ）からなる端面層が共に１つの型内で圧縮されその後焼結される。ここで金属層の厚さは整流子の寸法に応じて例えば１ないし２ｍｍとすることができる。この変更例は特に乾燥下で稼動する整流子に適しており；後処理的な金属化を省略することによってコストが低下することが特徴である。一方、後に支持部材に着合する炭素材スリーブの半径方向内側面の金属化は全く別の観点から二重に効果的である。第１に、この方式によって特に長い構造、すなわち直径に対して比較的大きな軸方向の長さを有するドラム型整流子において炭素材セグメント中に生じるオーム抵抗値が大幅に低減される。この場合、炭素材セグメントの接触領域とブラシ滑走面に接続しているブラシとの間の電流は大部分が炭素材セグメントの金属化された内側表面の領域、すなわち支持部材に接している炭素材セグメントの半径方向内側領域を通流する。他方、炭素材スリーブの半径方向内側面の金属化によってこの領域の強度の改善がもたらされる。特に、炭素材セグメントは金属化された内側表面のためその部分が損傷に対して有効に保護される。これによって高められた炭素材スリーブと後にこれから生成される炭素材セグメントの強度によって比較的少ない接着剤含有率（約２ないし５％）によって炭素材スリーブの製造が可能となり、これも炭素材セグメントの導電性の改善に対して特に効果的である。本発明に係る支持部材に接する炭素材スリーブの半径方向内側面の金属化によって、既知の構造の整流子に比べてオーム抵抗値を直接的および間接的に低減することができる。

本発明の別の重要な特徴によれば、完成したドラム型整流子が導体セグメントのターミナルラグに隣接して環形状、閉鎖状、かつ実質的に円筒形の表面を有しており、これは支持部材に対応する成形材ゾーンと導体セグメントに対応する金属ゾーンとから変遷する順序をもって形成されている。従って、ドイツ特許出願公開第３１５０５０５号明細書のドラム型整流子と異なって、本発明に係るドラム型整流子においては、従来の技術においてはターミナルラグに隣接した領域に導体原料鋳造部材を個々の導体セグメントに分割するために不可欠な軸方向に整列した切り込み、軸方向溝またはその他の窪みが全く設けられない。この窪みが存在しないことによって、ターミナルラグに隣接した整流子の接続領域が有効な遮蔽塗装によって整流領域から確実に分離される効果が得られる。この方法によって後に整流子に接続される電気機器の回転子巻線を保護するために被覆されている塗装が整流領域に進入しそこで整流子の機能の障害となることが防止される。このことは同様に整流子への接続端子の巻線のみに樹脂が吹付けられる回転子にも該当する。この種の回転子の製造に際して、被覆を吹付けるために使用される射出工具は環形状、閉鎖状、かつ実質的に円形の表面に気密に接合し、従って整流子領域への樹脂の浸入が確実に防止される。その結果実用に適するための要件を満たしている、炭素材滑走面を備えたドラム型整流子が提供される。

本発明に係るドラム型整流子の製造に関して、炭素材スリーブの処理および導体原料鋳造部材の構造の両方が重要である。導体原料鋳造部材において請求項１に記載されているように隣接する２つの導体セグメントが架橋部材によってそれぞれ結合され、架橋部材の半径方向内側面から整流子軸への距離は実質的に導体セグメントの半径方向外側面から整流子軸への距離に相当する。導体原料鋳造部材において導体セグメントを互いに結合する架橋部材は、言い換えると、導体セグメントに対して半径方向外側にずれている。これによって、架橋部材の半径方向内側面が整流子に対して導体セグメントの半径外側面と実質的に同じ半径上に配置されていることにより、互いに隣接する２つの導体セグメント間に形成される支持部材の成形材リブがいずれの場合も実質的に導体セグメントの半径方向の延長に相当する。これによっても、ターミナルラグに隣接して配置される、環形状、閉鎖状、かつ実質的に円筒形で、成形材ゾーンおよび金属ゾーンを交互に有する表面を単に架橋部材を取り外すことによって製造することが可能になり、これは支持部材が導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとからなる結合体に吹付けられているためである。架橋部材は削正、および／または軸方向の突き押しあるいは切断加工を行うことができる。これに関するコストは小さなものであり；またこれに関連する材料の損傷も最小限にすることができる。炭素材スリーブの個々の炭素材セグメントへの分割に寄与する切込みは導体セグメントに向いている炭素材スリーブの端面に向かって延在しており、従って（最初は幅広の）環形状、閉鎖状、かつ実質的に円筒形の表面が大部分においてあるいは少なくとも一部において成形材ゾーンと金属ゾーンが交互に延在するように保持される。

半径方向内側面の金属化による炭素材スリーブの処理は既に記述した。金属化層の厚さは整流子の寸法に応じてそれぞれ異なる。しかしながら、金属化が前述した二重の機能の観点から比較的強固に行われることは勿論である。整流子の寸法に応じて炭素材スリーブの表面への金属化の浸透の厚みを１０μｍないし２００μｍとすることが好適である。

本発明に係る方法の特に好適な追加構成は、炭素材スリーブがその全表面、すなわち両方の軸方向端面において導体原料鋳造部材と結合される前に、半径方向内側面および半径方向外側面の両方が特にガルバニックによって金属化されることを特徴とする。これによって炭素材スリーブが更なる製造工程中に有効に破損から防護される。後の工程において後にブラシ滑走面を形成する半径方向外側面の領域において例えば削正によって金属化が除去される。炭素材スリーブの両方の端面の領域においても半径方向外側の環状領域において金属化された表面を除去することが好適である。この場合、支持部材の成形材あるいは（導電性の結合を介して）導体セグメントのいずれかと結合される炭素材スリーブあるいは後にこれから生成される炭素材セグメントの面の領域のみにおいて金属化が残留する。

これに代えて、本発明に係るドラム型整流子はターミナルラグに隣接して前記の環形状、閉鎖状、かつ実質的に円筒形の表面を備えているものの、整流領域ではないことも可能である。むしろ、炭素材セグメントはブラシ滑走面領域において空隙によって互いに絶縁され、これは炭素材スリーブを個々の炭素材セグメントに分割する分離切込みの結果生じるものである。この空隙は、一方で成形部材の成形材料、他方では炭素材セグメントの切断された面のみに接していることが特に好適である。言い換えると、炭素材スリーブを個々の炭素材セグメントに分割する分離切込みは、炭素材および成形材内にのみ延在することが好適であり、導体原料鋳造部材あるいは導体セグメントの金属内には延在しない。この場合、空隙内には金属が露出して存在しない。むしろ、導体セグメントは周囲方向において完全に成形材内に埋め込まれる。従って、この本発明の追加構成において前述した環形状かつ閉鎖状の面の成形材ゾーンは周囲方向において空隙よりも幅広となる。

前記の整流子を製造するために有効に使用される導体原料鋳造部材は、前述したように多数の導体セグメントを含み、それらのうち隣接する２つがそれぞれ架橋部材によって互いに結合されている。これらの架橋部材は縁側が導体セグメントと結合されている。これらは、所与の導体セグメント間の相互の配置および整列を支持部材が注入されるまで保持することによって、ドラム型整流子の製造工程中の導体原料鋳造部材の形状維持性を保持するよう作用する。架橋部材は導体セグメントの軸方向の全長に渡って延在することが特に好適である。この架橋部材の構成および寸法によって、管状の導体原料鋳造部材の両端面に環形状で閉鎖状平面が形成され、これらは軸に対して垂直に配置された平面内に存在することが好適である。この環形状で閉鎖状の平面の１つの上に炭素材スリーブの対応する端面が気密に着合することができる。導体原料鋳造部材の別の環形状で閉鎖状の平面は、成形材料を注入する際に使用される射出工具の半身のための密封面として非常に適している。従って、導体セグメントおよび架橋部材を介して周回している閉鎖状で管状の導体原料鋳造部材は、炭素材スリーブならびに射出工具の両方の半身と共に作用して成形材を充填する空間を気密に封鎖する。

さらに、導体原料鋳造部材の管形状の構造によって、射出工具の両方の半身がその密封面の領域をもって導体原料鋳造部材あるいは炭素材スリーブに対して気密に圧着されることが可能になる。このことは高い型締め圧力の観点から極めて好適である。これは、導体原料鋳造部材および炭素材スリーブによって許容不可能な圧力あるいは変形を伴わずに収容されるためである。この型締め圧力によって、管形状の導体原料鋳造部材および炭素材スリーブ内に実質的に単独の圧力が誘導される。

前述した導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとを組み合わせたユニットと射出工具との、特に密封面の観点における関係は、炭素材スリーブの自由端面に気密に接合する射出工具の各半身が、導体原料鋳造部材が放射状に炭素材スリーブを越えて突出している限りさらにこの導体原料鋳造部材にも着合することを排除するものではない。特に、射出工具の該当する半身は架橋部材の端面に接合することができるとともに、射出工具の型締めに際して所定のように導体原料鋳造部材を軸方向に圧縮するように作用する。

前述した架橋部材の壁厚は、導体セグメントに隣接する部分において２つの導体セグメントより大幅に小さいことが好適である。このことは導体原料鋳造部材の形状維持性を保証し支持部材の射出に際して成形材の圧力に耐えるために十分なものである。この架橋部材の両端部分の小さな壁厚によって後の支持部材の成形後に行われる架橋部材の除去が容易になる。

前述した架橋部材の構成および寸法によって、切断または軸方向の突き押しによって除去することが可能になる。このことは、架橋部材が前述したように管形状の導体原料鋳造部材を形成するために導体セグメントの全長にわたって延在しまたターミナルラグが導体セグメントから放射状に突出している場合に特に重要な意味を成す。それは、このようにターミナルラグが放射状に突出している場合架橋部材の削正が不可能であるためである。

本発明に係るドラム型整流子の別の好適な追加構成は、導体セグメントがそれぞれターミナルラグを有する壁厚の接続領域と該当する炭素材セグメントに接触する壁厚の接触領域と接続領域と接触領域との間に配置された壁薄の移行領域とを備えることを特徴とする。ここで説明されている追加構成されたドラム型整流子の本質的な意味は、言い換えると、導体セグメントが一様に同じ壁厚で形成されるのではなく、導体セグメントの異なった領域間において壁厚が大きく異なっており、すなわち回転子への接続を行うための接続領域と、導体セグメントと該当する炭素材セグメントとの間の導電性の結合を形成するための接触領域との間に比較的壁薄の移行領域が存在している。この点に関して、（ターミナルラグから接触領域に向かう熱流方向に対して垂直に設定された）移行領域の壁厚は（半径方向に計測した）接続領域の壁厚と（一般的に軸方向に計測する）該当する導体セグメントの接触領域の壁厚よりも薄くなり、接続領域は加えて軸方向および周囲方向においても比較的大きく設計されている（下記参照）。この種の導体セグメントの構成によって、極めて小型で小さな寸法を有するドラム型整流子において巻線の導線の導体セグメントの接続領域への溶接が導体セグメントと炭素材セグメントとの間の導電性の接続の過熱損傷に通じることが防止される。何故なら、導体セグメントの壁厚の接続領域がその高い熱容量のため溶接工程において生じた熱の第１の冷却作用をもたらすからである。これに対して、接続領域から接触領域への壁薄の移行領域は、接続領域から接触領域への熱伝導のための（熱流に対して垂直に配設された）小さな断面により大きな抵抗を形成する。壁厚の接触領域も移行領域を介して伝導された（既に低減されている）熱エネルギーに対して再び顕著な冷却作用をもたらす。その結果は、導体セグメントの接触領域は回転子巻線の導線の導体セグメントへの溶接に際して極めて低いレベルで加熱される。この本発明の追加構成の適用においては、従来の溶接方法を使用しても、回転子巻線をドラム型整流子に溶接する際に炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の結合が損傷する危険性が最小限に抑えられる。それどころか炭素材セグメントをハンダ付けによって確実かつ恒久的に導体セグメントと導電性に結合することができ、何故ならば接触位置に生じる熱が確実にハンダの溶融点より低く保持されるためである。このことは、勿論極めて小型のドラム型整流子にも該当する。

移行部分が“壁薄”に形成されるという記述は、接続領域が１つの壁部材を介して接触領域と結合されるように限定して理解すべきでないことは勿論である。それどころか、“壁薄”という記載からは、熱流に対して垂直に延在し、熱伝導の作用をもたらす、接続領域と接触領域の間の断面は接続領域または接触領域よりも小さなものであると理解することができる。従って、断面の絞込みによっても本発明の観点による“壁薄”の移行領域を形成することができ、これは後に好適な実施例の１つとして詳細に説明する。

前述した本発明によって設けられる炭素材スリーブの半径方向内側面の領域の金属化によって、炭素材セグメントの金属化されていない領域への大面積による電流伝達がもたらされる。炭素材セグメントへの電流伝送が導体セグメントとの導電性の結合部のみを介して行われる構造と比べて、導体セグメントと炭素材セグメントとの間の導電性の結合の領域を比較的小さく形成するとともに製造および熱工学上最適な配置とすることが可能になる。このように導体セグメントと炭素材セグメントとの間の導電性結合面の拡大を削減することによって、問題となっている回転子巻線の溶接に際しての温度の上昇による導体セグメントの膨張とそれに続く収縮の作用を低減することができる。従って、これによっても導電性の結合の耐久性と整流子の動作安全性を高めることができる。

前述した点に関して、導体セグメントと炭素材セグメントとの間の導電性結合は可能な限りターミナルラグから離して導体セグメントの半径方向内側領域に配置される。特に導電性の結合はいずれの場合も互いに対向するとともに互いに接合している導体セグメントと炭素材セグメントの領域に限定することができる（下記参照）。

前述した本発明の追加構成において設けられる各導体セグメントの接続領域と接触領域との間の壁薄の移行領域は、さらにその熱伝導特性または熱抵抗性（上記参照）の点においてのみ好適であるものではない。これに加えて、壁薄の移行領域によって（ドラム型整流子の製造中に）形成される導体セグメントの軸方向の柔軟性あるいは収縮性も重要である。この収縮性（例えば２％まで）は支持部材の射出に使用される射出工具を確実に密封する観点から好適である。さらに、これによって製造誤差を補償することができる。従って整流子は、炭素材スリーブと導体セグメントの製造に際して不可避な許容誤差とは無関係に、射出工具内において正確に設計値通りに製造することができる。炭素材スリーブに作用する圧力の効果的な制限によって、ドラム型整流子の製造中における炭素材スリーブの損傷の危険を低減し、その結果欠陥率の低下に寄与する。本発明はさらに、炭素材セグメントを比較的柔軟な樹脂と結合した炭素材から形成することを可能にし；このことは整流子の寿命に対して特に有効である。

既に短く記述した別の好適な追加構成によれば、導体セグメントの移行領域は炭素材セグメントから離間して導体セグメントの接触領域に接続している。この方式によって、一方で導体セグメントの接続領域と場合によって移行領域との間、他方では炭素材セグメントとの間に間隙が形成され、ここには成形材が充填されている。移行領域の接触領域への接続がいずれの場合も導体セグメントとこれに対応する炭素材セグメントとの接触ゾーンから離間していることによって、導体セグメントの接続領域から炭素材セグメントへの熱伝導がさらに低減される作用が得られる。加えて、成形材の効果は導体セグメントの接触領域と炭素材セグメントとの間の導電性の結合をより効果的に侵食的な媒体から保護することと、ならびに回転子巻線を導体セグメントに溶接する際に炭素材スリーブが直接加熱されることを防止することにある。

前述した本発明の追加構成の枠内においては、移行領域の方向性の点において構成に幅を持たせることができる。熱工学上の観点から移行領域は特に半径方向または軸方向を向いて配置することができるが、任意の中間値の斜め方向とすることも考えられる。

前述したように導体セグメントの異なった各領域が多様な壁厚を有する観点において、本発明に係るドラム型整流子を製造するために使用される導体原料鋳造部材の製造は、押出し成形と打抜き加工の組み合わせによって極めて好適に行うことができる。まず押出し成形によって鉢状の基礎体が形成され、これは既に壁厚の接続領域と壁薄の移行領域と再び壁厚の接触領域とを示すものであり、ここで接触領域あるいはさらに移行領域は閉鎖状の環を形成しながら互いに結合されている。その後打抜き加工によって基礎体の底部がセグメント化される。

導体セグメントの個々の領域の理想的な寸法、特に異なった壁厚およびその相互の対比は、種々の影響の大きさに応じたものとなる。しかしながら、熱流方向に対して垂直に配設された導体セグメントの移行領域の断面が（同様に熱流方向に対して垂直に配設された）接触領域の８０％未満である場合、極めて長い炭素材セグメントと導体セグメントとの間の導電性の結合の寿命が達成される。断面の差がさらに大きく、例えば導体セグメントの移行領域の断面が接触領域の断面の６０％未満であれば極めて好適である。このことによって、平たく形成された移行領域が炭素材セグメントから離れて導体セグメントに接続される限り、導体セグメントの移行領域から炭素材セグメントへの距離がさらに拡大される。

本発明の別の好適な追加構成は、ターミナルラグの端部がベベルを有することを特徴とする。この種の、導体セグメントの外周面に対してのベベルによって導体セグメントに向かって曲がっているターミナルラグと炭素材セグメントとの結合部分に近い導体セグメントとの間の接触面が縮小される。このことも、再び回転子巻線の導線の導体セグメントへの溶接に際して発生する熱の導体セグメントと炭素材セグメントとの間の接触ゾーンの領域の導電性の結合への伝導が最小限になる点において好適である。

本発明に従って設けられる炭素材スリーブの金属化は、既知のガルバニック工法によって行うことが好適である。この場合炭素材セグメントはその全表面を金属化することが好適である（上記参照）。さらに、金属粉の高圧吹付けによる炭素材スリーブの金属化も考えられ、特に銀メッキしたＣｕまたはＡｇ粉が使用され、その後焼結される。

本発明に係るドラム型整流子の極めて高信頼性かつ長寿命の構成の観点において、その炭素材セグメントと導体セグメントは特に半径方向内側に延在し切下げを形成しながら支持部材の中に埋没するアンカ部によって支持部材内に固定されることが特に好適である。この炭素材セグメントと導体セグメントのそれぞれのアンカ部は決して等しい断面を有する必要は無い。ここで、導体セグメントのアンカ部が炭素材セグメントのアンカ部に比してわずかに縮小された断面を備えることが好適である。

炭素材セグメントのアンカ部は前述した炭素材スリーブの金属化によってその半径方向内側面に金属被覆を備えており、これは炭素材スリーブの両端面を金属化した場合アンカ部を完全に包囲する。

炭素材セグメントのアンカ部はこの炭素材セグメントの全長にわたって延在することが特に好適である。これに対して導体セグメントのアンカ部は接触ゾーンに隣接した領域に限定することができる。支持部材内における導体セグメントの固定を最適化するためにさらに導体セグメント内に設けられた爪部材が機能する。この点に関して、特に導体セグメントのアンカ部は実質的に軸方向に整列している爪部材と交じり合うことができる。別の固定爪部材は、接触ゾーンと対向している導体原料鋳造部材の端面に隣接して導体セグメント上の内側に設けることが好適である。

前述の本発明の説明から、従来確認されていなかった特長を備えるドラム型整流子が提供されることが明らかである。特に、本発明に係るドラム型整流子は低い製造コストにもかかわらず特に高い安定性に基づいた高い品質が達成され、さらに極めて小さな寸法が可能になる。加えて射出工具を極めて容易に取り付けることができる。さらに、導体原料鋳造部材は内側および外側において連続した輪郭を備えており、従ってこれを型内に収容することが可能となる。

次に、本発明の実施例につき、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２に示されているドラム型整流子は、絶縁性の成形材から形成された支持部材１と、軸２の周りに均等に配置された８個の金属製導体セグメント３と、８個の炭素材セグメント４とを備えており、この炭素材セグメントはそれぞれ１つの導体セグメント３と導電性に結合されている。支持部材１は中央孔部５を備えている。この範囲内では、図１および図２のドラム型整流子はドイツ特許出願公開第３１５０５０５号明細書に記載されている従来の技術に相当するものであり、従って基礎的な構造の詳細な説明は省略する。

銅製の導体セグメント３は、以下により詳細に説明するように、図３および図４の導体原料鋳造部材から形成される。これは、接続領域６と接触領域７の２つの主要な領域を備えている。各接続領域６上にはターミナルラグ８が設けられている。これは巻線の導線を該当する導体セグメント３に導電性に結合するよう機能する。ターミナルラグ８は末端の、完成したドラム型整流子において半径方向内側に向くとともに該当する導体セグメント３の接続領域６に隣接する平面上にベベルを有している。

導体セグメント３を支持部材１内により良好に固定するために各導体セグメント３の接続領域６から内側に向かって固定爪部材１０が突出している。同じ目的のために、導体セグメント３の接触領域７の半径方向内側端部がアンカ部１１として形成されている。アンカ部１１は完成したドラム型整流子において支持部材１の成形材料内に埋没し；これは整流子軸２の方向に延在し、従って支持部材１内にアンカ部１１の切下げが形成される。アンカ部１１は別のフォーク状の固定爪部材１２と交じり合っている。

導体セグメント３の接触領域７は全面的に炭素材セグメント４の端面側の接触面１３上に着合している。このように定義された接触ゾーンの領域内において、炭素材セグメント４がこれに該当する導体セグメント３とハンダ付けによって導電性に結合されている。

支持部材１はつば１４を備えており、これは炭素材セグメント４の自由端面１５の半径方向内側の領域を覆うとともに軸方向において炭素材セグメントよりわずかに突出している。支持部材１のつば１４を収容するために炭素材セグメントの自由端面１５が段状に形成されている。

平型整流子の製造の枠内においてまず一体型の炭素材スリーブ（図５および図６参照）がそれに従って個々の炭素材セグメント４に分割される、軸方向切込み１６が同様に図示されている。この軸方向切込み１６は半径方向において支持部材１内まで延在しており、従って最初は一体型である炭素材スリーブが確実に互いに絶縁された８個の炭素材セグメントに分割される。この軸方向切込みは、軸方向においてはドラム型整流子の全長にわたっては延在していない。むしろ、軸方向切込み１６は、炭素材セグメント４と導体セグメント３とが互いに結合されている接触ゾーン１７に隣接して終止している。これによって、軸方向切込み１６の終止部１８とターミナルラグ８との間の領域内に支持部材１の成形材ゾーンと導体セグメント３の金属ゾーンが交互に存在する環形状、閉鎖状、かつ円筒形の表面１９が形成される。

図３および図４には、図１および図２のドラム型整流子を製造するために使用される導体原料鋳造部材が２つの異なった角度から示されている。この導体原料鋳造部材の詳細の多くは前述の図１および図２に関する説明からも明白であり；従って前述の説明を引用する。導体原料鋳造部材の重要な特徴は、その周囲の完全に閉鎖状の管形状の構造である。２つの接続領域６の間にはそれぞれ架橋部材２０が存在する。そのため架橋部材２０および導体セグメント３の接続領域６は軸方向に延伸しており、その軸方向の総延長にわたって互いに結合されている。これによって導体原料鋳造部材の両端面に閉鎖状の環形状面２１および２２が形成され、これらは導体セグメント３と架橋部材２０の端面から交互に組み合わされている。これは、前述したように、射出工具および炭素材スリーブの導体原料鋳造部材における気密な接続の点で極めて好適であり、極めて高い射出圧力のために必要となる高い型締め圧力にもかかわらず導体原料鋳造部材の変形による損傷が生じない。

架橋部材２０と導体セグメント３との間の結合は、（溝２３の寸法を適宜に設定することにより）比較的壁薄に形成することができる。このことによって、支持部材１が射出された後に架橋部材２０を全体的あるいは少なくとも部分的に突き押しあるいは切断によって１つの作業工程のみによって除去することが可能になる。このため、さらに、架橋部材２０の半径方向内側の周囲面から整流子軸２への距離は実質的に導体セグメント３の接続領域６の半径方向外側周囲面から整流子軸２への距離に相当する。溝２３は支持部材１の射出に際してこれに相応する成形材リブ２４を形成しながら成形材によって充填される。成形材リブ２４は後に架橋部材２０を除去することによって露出される（前述参照）。前述したように、成形材リブ２４の半径方向外側面は、導体セグメント３の半径方向外側面と共に、成形材ゾーンと金属ゾーンが交互に存在する、環形状、閉鎖状、かつ円筒形の領域を形成する。

図５および図６に示されている炭素材スリーブも、主要な詳細は既に図１および図２の完成したドラム型整流子に関する説明と共通である。従って、その記述を引用する。図５において、完成したドラム型整流子において自由端面２５を形成する炭素材スリーブの端面の段状の構成が顕著に示されている。これに対して、図６に示されている反対側の炭素材スリーブの端面は平面状に形成されている。これは、導体原料鋳造部材がハンダ付けされる端面である。炭素材スリーブの周囲面２６は完成したドラム整流器のブラシ滑走面２７を形成する。

炭素材スリーブの内側面は、アンカ部２８が半径方向内側に突出することによってギア形状に形成されている。アンカ部２８は炭素材スリーブの軸方向の全長にわたって延在している。アンカ部２８は完成したドラム型整流子において支持部材１の成形材料内に埋没しており；これは整流子軸２の方向に延在し、従って支持部材１内にアンカ部２８の切下げが存在する。

図５および図６に示されている炭素材スリーブは導体原料鋳造部材と結合される前にこれに向かっている端面と内側周囲面の両方が、例えば表面への金属粉の吹付けまたはガルバニック処理によって金属化される。

図９、図１０、および図１１に示されているドラム型整流子は、第１に変更された導体セグメント３′の構成によって図１および図２のものと異なっている。これは、外周部に接触ゾーン１７に隣接して周囲方向に延在する空隙２９を備えている。この空隙２９は導体セグメント３′を３つの主要な領域、すなわち接続領域６′、接触領域７′、ならびにこの接触領域７′を接続領域６′と結合する移行領域３１に分割するよう機能する。この実施例において、移行領域３１は整流子軸２に対して斜めに配設されている。

この導体セグメント３′の寸法の特徴は異なった各部分に関するものである。接続領域６′の（半径方向に計測した）厚みと接触領域７′の（軸方向に計測した）厚みが大きいのに対して、導体原料鋳造部材内の熱流方向に対して垂直な移行領域３１の断面は小さいものとなり；言い換えると移行領域３１は熱抵抗を形成するために極めて壁薄に形成されている。移行領域３１は炭素材セグメントから離間して接触領域７′に接続されており、従って導体セグメント３′の接続領域６′と移行流域３１との間、ならびに炭素材セグメント４′との間には接触が形成されない。

支持部材１の射出の前に、導体原料鋳造部材に向いている最初は平面上の炭素材スリーブの端面の半径方向外側の環状領域が、最初にそこに存在している金属化表面を除去するために、段部３２を形成しながら削正される。従って、支持部材１の射出に際して形成される成形材リブ３０は導体原料鋳造部材の空隙２９内のみでなく炭素材スリーブの段部３２内にも延在する。導体セグメント３と炭素材セグメント４との間の導電性の結合は半径方向内側の領域のみに限定され、この中において導体セグメント３のアンカ部１１と炭素材セグメント４のアンカ部２８が互いに接合する。

図１および図２のドラム型整流子と同様に、図９、図１０、および図１１に示されているドラム型整流子においても支持部材のつば１４は炭素材セグメントの端面１５の半径方向内側領域のみを被覆する。環状領域３３内およびブラシ滑走面２７の領域において、最初存在している金属化表面が削正される。支持部材１を射出するために使用される射出工具は炭素材スリーブの端面の環状領域３３内に気密に着合する。

本発明に係るドラム型整流子の第１の好適な実施例を示す透視図である。 図１のドラム型整流子の縦断面図である。 図１のドラム型整流子を製造するために使用される導体原料鋳造部材を示す透視図である。 図３の導体原料鋳造部材を別の角度から見た構成図である。 図１のドラム型整流子を製造するために使用される炭素材スリーブを示す透視図である。 図５の炭素材スリーブを別の角度から見た構成図である。 図３および図４の導体原料鋳造部材とその端面にハンダ付けされた図５および図６の炭素材セグメントから形成されたユニットを示す透視図である。 図７の炭素材ユニットを別の角度から見た構成図である。 本発明に係るドラム型整流子の第２の好適な実施例を示す透視図である。 図９のドラム型整流子の縦断面図である。 図１０とは異なった軸方向の面における図９のドラム型整流子の別の縦断面図である。

Claims (8)

1. 絶縁性の成形材からなる鞘形状の支持部材（１）と複数の金属製導体セグメント（３，３′）と同じ数の炭素材セグメント（４）とを備え、この炭素材セグメントが導体セグメント（３，３′）と導電性に結合される、ドラム型整流子の製造方法であり：
   複数の導体セグメントを含むそのうちの隣接する各２つが架橋部材（２０）を介して互いに結合される金属性の導体原料鋳造部材を形成し、ここで架橋部材（２０）の半径方向内側面から整流子軸（２）への距離が実質的に導体セグメント（３，３′）の半径方向外側面から整流子軸（２）への距離に相当するようにし；
   実質的に円筒形の外面（２６）を有する炭素材スリーブを形成し、炭素材スリーブのここで少なくとも半径方向内側面と軸方向の一端面を金属化し；
   導体セグメント（３，３′）と金属化された炭素材スリーブの端面との間に導電性の接触領域（１７）を形成しながら導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとを軸方向に組み合わせ；
   射出工具内において導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとからなる結合体に絶縁性の成形材からなる支持部材（１）を吹付け、この際金属化された炭素材スリーブの半径方向内側面を成形材によって被覆し；
   成形材ゾーンと金属ゾーンを交互に有する、環形状、閉鎖状、かつ実質的に円筒形の表面（１９）を形成しながら架橋部材（２０）を除去し；
   いずれも２つの導体セグメント（３，３′）の間に配置される軸方向面内に延在し、半径方向には支持部材（１）まで達している軸方向の切込み（１６）によって炭素材スリーブを切断することによって炭素材セグメント（４）を形成し、この際成形材ゾーンと金属ゾーンを交互に備える、環形状、閉鎖状、かつ実質的に円筒形の表面（１９）を少なくとも部分的に保持する、
   ステップからなる方法。
2. 炭素材スリーブを個々の炭素材セグメント（４）に分割する切込み（１６）は炭素材および成形材のみを介して形成され、導体原料鋳造部材あるいは導体セグメント（３，３′）の金属を介しては形成されないことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 導体セグメント（３，３′）は実質的に半径方向に突出するターミナルラグ（８）を備え、導体原料鋳造部材の軸方向の全長にわたって延在している架橋部材（２０）が軸方向の切断によって少なくとも部分的に除去されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 導体セグメント（３，３′）と炭素材スリーブとの間の導電性の結合はハンダ付けによって形成され、ここでハンダ付け結合は導体セグメント（３′）の端面の半径方向内側に存在する領域に限定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 炭素材セグメントの表面全体を金属化し、ここで導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとの組み合わせ後、特に支持部材の吹付け後に炭素材スリーブの少なくとも半径方向外側面が金属化された表面を除去するために処理されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 炭素材スリーブは導体原料鋳造部材との組み合わせ後の特に支持部材（１）の吹付け前に両端面の外側環状領域が金属化された表面を除去するために処理されることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 導体原料鋳造部材と炭素材スリーブとを組み合わせた後の特に炭素材スリーブ内への支持部材の吹付け前に導体原料鋳造部材に隣接して外側に向かって開放している環状溝が形成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
8. 支持部材を吹付けるために使用される射出工具の両方の半身は、１つは導体原料鋳造部材の自由端面上にもう１つは炭素材スリーブの自由端面上に配置された、互いに対向する環形状かつ閉鎖状の２つの密封面に対してそれぞれ気密に接合することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。

Images