JP5039339B2 - 整流子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシと摺接する摺接面を備えた円盤形状のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、モールド樹脂等の樹脂絶縁体によって支持し、かつ前記カーボン母材に放射方向のスリットを周方向に等間隔に形成して複数のセグメントに分割した構成の整流子に係り、さらに詳細には、前記金属母材の前記スリットに対応した部分表面を、前記樹脂絶縁体によって被覆してある整流子に関する。

従来、自動車エンジン等に燃料を供給するための燃料ポンプとして、モータと燃料ポンプとを一体的に組合せた構成のモータ一体型の燃料ポンプが使用されている。この種のモータとしては、粗悪な自動車用燃料にも対応するために、整流子におけるカーボンブラシと摺接する部分にカーボン粉を成形、焼成させたカーボン材を用いることや、当該カーボン材に粗悪燃料耐性を有する導電性金属粉を含有させて、カーボン材の強度や電気特性を向上させたり、金属部品である金属片との接合を確実化することが行われている。

そして、ブラシと摺接する摺接面を備えた環状円盤型のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、樹脂絶縁体によって支持し、かつ放射方向のスリットを周方向に等間隔に形成して、前記整流子母材を複数の整流子片に分割した構成の整流子は公知である（例えば特許文献１参照）。
特許第３６１３８７２号

前記特許文献１に記載されているように、カーボン母材と金属母材とを一体化した整流子母材における前記カーボン母材と金属母材とにスリットを同時に加工して複数のセグメントに分割すると、金属母材の切断面が露出される。したがって、燃料ポンプと一体のモータの整流子として使用すると、燃料中に含まれる硫黄成分が前記金属母材の切断面と反応して、上記切断面に硫化物が形成される。上記硫化物が形成されて成長すると、各セグメント間が電気的に接続されるという問題がある。

そこで、前記特許文献１に記載の構成においては、前記スリットを加工してカーボン母材，金属母材を複数のセグメントに分割した後、前記金属母材の切断面に錫めっきを施して、前記切断面が燃料に直接接触することを防止しているものである。

したがって、前記スリット加工の後にめっき工程が必要であり、製造設備や製造工程が多くなり、製造コストが高価になるという問題がある。

本発明は前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、ブラシと摺接する摺接面を備えた円盤形状のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、樹脂絶縁体によって支持し、かつ前記カーボン母材に放射方向のスリットを周方向に等間隔に形成して、複数のセグメントに分割した構成の整流子であって、前記カーボン母材に形成したスリットに対応した金属母材のスリット部分の表面は、前記樹脂絶縁体によってに被覆されており、前記整流子において、前記カーボン母材と金属母材との接合面は、前記カーボン母材又は金属母材の一方の接合面に形成した凹状のテーパ面に、前記金属母材又はカーボン母材の他方の接合面に形成した凸状のテーパ面を接合してあることを特徴とするものである。

また、前記整流子において、前記金属母材におけるスリットの幅寸法は、前記カーボン母材におけるスリットの幅寸法よりも大きいことを特徴とするものである。

また、前記整流子において、前記カーボン母材の接合面に形成した係合突起を、前記金属母材に形成した係合穴に嵌合した構成であり、かつ前記係合穴の内周面に、前記係合突起を係止するための係止爪を備えていることを特徴とするものである。

また、整流子の製造方法であって、巻線が接続される複数の端子部を備えると共に複数のセグメントに分割するための放射方向のスリットを周方向に等間隔に備え、かつ前記各セグメントを接続するための接続部を前記各スリットの外端部に対応して備えた金属母材の接合面とカーボン母材の接合面を自動調心機能を備えた接合面に形成すると共に、前記金属母材の接合面に、ブラシと摺接する摺接面を備えた円盤形状の前記カーボン母材の接合面を接合し一体化する（ａ）工程と、一体化した金属母材とカーボン母材とをモールド金型にセットしてモールド樹脂をモールドして整流子本体を形成する（ｂ）工程と、前記整流子本体の外周面を切削又は研削して前記金属母材の接続部を除去する（ｃ）工程と、前記金属母材の各スリットに対応して前記カーボン母材にスリットを形成し、カーボン母材を複数のセグメントに分割する（ｄ）工程とを備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、カーボン母材にスリットを加工するとき、金属母材に同時にスリットが形成されることなく、金属母材のカーボン母材のスリットに対応した部分はモールド樹脂によって被覆された状態にある。よって、例えばめっき等を施す必要がなく、安価に製造することができるものである。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係る整流子１は、従来の一般的な整流子と同様に、ブラシ（図示省略）を摺接する平面状の摺接面３を備えた環状で円盤形状のカーボン母材５と、巻線（図示省略）が接続される複数の端子部７を備えた金属母材９とを接合した構成の整流子母材１１を、モールド樹脂などの樹脂絶縁体１３によって一体的に支持し、かつ放射方向のスリット１５を前記カーボン母材５に周方向に等間隔に形成することによって複数のセグメント１７に分割した構成である。

前記カーボン母材５の接合面と前記金属母材９の接合面は、自動調心機能を備えた接合面に形成してある。より詳細には、前記カーボン母材５の接合面には、環状円盤形状の前記カーボン母材５における幅方向のほぼ中央部を環状の峰部２１（図２参照）とした凸状のテーパ部１９が形成してある。すなわち、カーボン母材５の接合面は、図２に示すように、前記峰部２１から内径側が次第に薄肉になるテーパ面２１Ａに形成してあると共に、前記峰部から外径側が次第に薄肉になるテーパ面２１Ｂに形成してある。さらに、前記凸状のテーパ部１９には、金属母材９との接合が容易に行われ得るように、メッキ２１Ｃが施してある。そして、前記カーボン母材５の接合面における外周縁には、環状の僅かな段差部２３Ａを形成することによって環状の平面２３Ｂに形成してある。

前記金属母材９は、図３に示すように、完成品としての前記整流子１におけるセグメント１７に分割するための放射方向の分割スリット２５が前記スリット１５に対応して周方向に等間隔に予め形成してある。この分割スリット２５の幅寸法は、前記スリット１５の幅寸法よりも大きく形成してある。換言すれば、前記分割スリット２５の幅寸法は、前記スリット１５を加工するためのカッター（図示省略）の厚みよりも充分に大きな寸法に形成してある。

前記金属母材９において整流子片（セグメント）２７となる部分は前記分割スリット２５によって周方向に予め分割してあり、前記分割スリット２５の外端部に対応して備えた接続部２９を介して隣接した整流子片２７は互いに接続してある。そして、金属母材９を前記カーボン母材５と接合する接合面には、カーボン母材５の前記凸状のテーパ部１９に対応した環状の凹状のテーパ部３１が形成してある。

なお、互いに整合係合する凸状のテーパ部１９又は凹状のテーパ部３１を、カーボン母材５の接合面に設けるか、又は金属母材９の接合面に設けるかは相対的なことであり、カーボン母材５の接合面に凹状のテーパ部を形成し、金属母材９の接合面に凸状のテーパ部を形成した構成とすることも可能である。

前記金属母材９における各整流子片２７には、前記カーボン母材５との接合部へハンダ等の接着剤を注入するための注入孔３３がそれぞれ形成してあると共に、各整流子片２７の外周縁には、前記端子部７を先端部に備えた端子基部３５が整流子片２７に対して直交する方向に折曲げてある。

そして、この端子基部３５の両側には、前記樹脂絶縁体１３内に埋設されるアンカー部３７が内方向へ屈曲して備えられている。

ここで、前記各端子基部３５の外周面は、同一径の円周面に接する円弧面に形成してあり、前記各分割スリット２５の外端部に対応して備えられた前記接続部２９は、上記同一径の円周面よりも放射外方向に突出した形態に備えられているものである。

なお、前記カーボン母材５は、高温焼成によって、図２に示すように、予めドーナツ形状（環状円盤形状）に形成されるものであり、前記金属母材９は、パンチング加工によって打抜き加工されると共にプレスによる成形加工によって、図３に示すごとき形状に加工されるものである。

以上の如き構成において、前記カーボン母材５の接合面である凸状のテーパ面（テーパ部１９）と金属母材９の接合面である凹状のテーパ面（テーパ部３１）とを接合すると、両テーパ面の整合により、自動調心作用によってカーボン母材５の軸心と金属母材９の軸心が自動的に一致することになる。その後、注入孔３３から接着剤の一例としてのハンダを互いの接合面に注入すると、カーボン母材５と金属母材９とが一体的に固定されて整流子母材１１が構成される。

この際、前記カーボン母材５の接合面の外周縁付近に段差部２３Ａが形成してあることにより、カーボン母材５における接合面の外周縁に形成した平面２３Ｂと前記金属母材９における接合面との間に、環状の微細間隙３９（図４参照）が形成されている。上記微細間隙３９の間隔寸法は、０．２ｍｍ以上の間隙（空隙）に形成してある。すなわち、鉛含有の有無を問わずに、スズをはじめとするペーストハンダの成分粒度が２０μｍ〜６０μｍ，粘度が６０〜１２０Ｐａ・Ｓの一般的なハンダは、間隔寸法が０．２ｍｍ未満の空隙（間隙）内には毛細現象によって浸透して行くが、間隔寸法が０．２ｍｍ以上の空隙へは、表面張力の作用によって浸透しないものである。したがって、ハンダが外周側へにじみ出るようなことがないものである。

その後、前記整流子母材１１をモールド金型（図示省略）内にセットし、モールド樹脂（樹脂絶縁体）をモールドして、図５に示すように、前記カーボン母材５の露出面の全面を被覆すると共に、前記金属母材９における前記整流子片２７に備えた端子基部３５の外周面に亘って被覆する。この際、金属母材９における前記分割スリット２５内にモールド樹脂が入り込み、分割スリット２５の表面はモールド樹脂によって被覆された状態になるものである。

次に、前記カーボン母材５の表面に被覆されているモールド樹脂を切削加工によって除去し、図６に示すように、摺接面３を露出する。また、金属母材９における前記端子基部３５の外周面のモールド樹脂を切削除去するときに、前記接続部２９をも同時に切削除去する。このように接続部２９を除去すると、金属母材９における各整流子片２７はそれぞれ電気的に遮断された状態となるものである。

次に、図１に示すように、各整流子片２７に備えた端子部７を屈曲すると共に、前記金属母材９に備えた前記分割スリット２５に対応した部分において前記カーボン母材５に前記スリット１５を加工することにより、完成品として、図１に示した整流子１が得られるものである。前記スリット１５の幅寸法よりも金属母材９の前記分割スリット２５の幅寸法が大きいので、前記スリット１５の加工時に、金属母材９における分割スリット２５部分の表面は前記モールド樹脂（樹脂絶縁体）によって被覆された状態にある。

したがって、自動車エンジン等に燃料を供給するための燃料ポンプにモータを一体的に組合せた構成のモータ一体型の燃料ポンプのモータの整流子として使用される場合であっても、分割スリット２５の表面が燃料に接触するようなことがないものである。よって、分割スリット２５の部分にメッキ等を施す必要がなく、前述したごとき従来の構成の整流子に対して安価に製造することができ、前述したごとき従来の問題を解消することができるものである。

なお、前記接続部２９を切削除去することによって、接続部２９の切削面が樹脂絶縁体１３の外周面に露出することになる。しかし、この露出部は、整流子１をモータの回転軸（図示省略）に組付け、モータの巻線を接続した後、モータにおける回転子のコイルと共にモールド樹脂によって再び被覆されて保護される。よって、何等の問題を生じることはないものである。

図７は、第２の実施形態に係る整流子４１を示すもので、前述した第１の実施形態における整流子１の構成と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

この実施形態においては、カーボン母材５の接合面に係合突起４３を備え、金属母材９には前記係合突起４３を嵌合固定するための係合穴４５を備えた構成である。より詳細には、図８に示すように、カーボン母材５の接合面には、各セグメント１７に対応して前記係合突起４３が周方向に等間隔に備えられている。そして、この係合突起４３の全表面にはメッキ４７が施してある。さらに、前記接合面の外周縁付近には、第１の実施形態におけるカーボン母材と同様に、環状の段差部２３Ａが形成してあり、外周縁付近は環状の平面２３Ｂに形成してある。

図９に示すように、第２の実施形態に係る金属母材９においては、前記係合突起４３に対応して各整流子片２７に前記係合穴４５が形成してある。この係合穴４５には、バーリング加工を行うことによって接合面の反対側に筒状部４９を突出して備えた構成であって、前記筒状部４９の内周面（係合穴の内周面）には、当該係合穴４５に嵌合した係合突起４３の外周面に食い込む作用をなす複数の係止爪５１が内方向へ切り起こして形成されている。

以上のごとき構成において、図１０に示すように、金属母材９に備えた係合穴４５に、カーボン母材５に備えた係合突起４３を嵌入（嵌合）して、カーボン母材５の接合面と金属母材９の接合面とを接合して一体化することによって整流子母材１１が得られる。上述のように、カーボン母材５に備えた係合突起４３を金属母材９に備えた係合穴４５に嵌合すると、係合穴４５の内周面に備えた係止爪５１が係合突起４３の外周面に食い込むので、係合突起４３の外周面に、係合爪５１との擦れによる傷を生じることとなる。

次に、前記係合穴４５からカーボン母材５と金属母材９との接合面にハンダを注入する。この際、第１の実施形態と同様に、カーボン母材５と金属母材９との接合面の外周縁に微細間隙３９が形成されるので、ハンダが外周面へにじみ出るようなことがないものである。また、前記係合突起４３の外周面に擦り傷が形成されることにより、ハンダによる接合がより確実に行われるものである。

前述のごとくカーボン母材５と金属母材９とを一体化して整流子母材１１を形成した後は、前述した第１の実施形態における整流子と同様に、モールド樹脂によりモールドを行い（図１１参照）、次に、前述した第１の実施形態における整流子の場合と同様に、カーボン母材５の表面及び金属母材９における端子基部３５の外周面のモールド樹脂を切削除去すると共に接続部２９の切削除去を行う（図１２参照）。その後、前述した第一の実施形態における整流子の場合と同様に、端子部７を屈曲加工すると共にスリット１５を加工することにより、図７に示した整流子４１が得られるものである。

この第２の実施形態に係る整流子４１においても、前述した第１の実施形態における整流子と同様の効果を奏し得るものである。

本発明の第１の実施形態に係る整流子の構成を示す説明図である。 第１の実施形態に係るカーボン母材の説明図である。 第１の実施形態に係る金属母材の説明図である。 第１の実施形態に係るカーボン母材と金属母材とを一体化した整流子母材の説明図である。 第１の実施形態に係る整流子母材をモールドした状態を示した説明図である。 表面のモールド樹脂を切削除去した状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る整流子の構成を示す説明図である。 第２の実施形態に係るカーボン母材の説明図である。 第２の実施形態に係る金属母材の説明図である。 第２の実施形態に係るカーボン母材と金属母材とを一体化した整流子母材の説明図である。 第２の実施形態に係る整流子母材をモールドした状態を示した説明図である。 表面のモールド樹脂を切削除去した状態を示す説明図である。

符号の説明

１，４１ 整流子
３ 摺接面
５ カーボン母材
７ 端子部
９ 金属母材
１１ 整流子母材
１３ 樹脂絶縁体
１５ スリット
１７ セグメント

Claims (4)

1. ブラシと摺接する摺接面を備えた円盤形状のカーボン母材と、巻線が接続される複数の端子部を備えた金属母材とを接合した構成の整流子母材を、樹脂絶縁体によって支持し、かつ前記カーボン母材に放射方向のスリットを周方向に等間隔に形成して、複数のセグメントに分割した構成の整流子であって、前記カーボン母材に形成したスリットに対応した金属母材のスリット部分の表面は、前記樹脂絶縁体によってに被覆されており、前記カーボン母材と金属母材との接合面は、前記カーボン母材又は金属母材の一方の接合面に形成した凹状のテーパ面に、前記金属母材又はカーボン母材の他方の接合面に形成した凸状のテーパ面を接合してあることを特徴とする整流子。
2. 請求項１に記載の整流子において、前記金属母材におけるスリットの幅寸法は、前記カーボン母材におけるスリットの幅寸法よりも大きいことを特徴とする整流子。
3. 請求項１又は２に記載の整流子において、前記カーボン母材の接合面に形成した係合突起を、前記金属母材に形成した係合穴に嵌合した構成であり、かつ前記係合穴の内周面に、前記係合突起を係止するための係止爪を備えていることを特徴とする整流子。
4. 整流子の製造方法であって、次の各工程を備えていることを特徴とする整流子の製造方法、
   （ａ）巻線が接続される複数の端子部を備えると共に複数のセグメントに分割するための放射方向のスリットを周方向に等間隔に備え、かつ前記各セグメントを接続するための接続部を前記各スリットの外端部に対応して備えた金属母材の接合面とカーボン母材の接合面を自動調心機能を備えた接合面に形成すると共に、前記金属母材の接合面に、ブラシと摺接する摺接面を備えた円盤形状の前記カーボン母材の接合面を接合し一体化する工程、
   （ｂ）一体化した金属母材とカーボン母材とをモールド金型にセットしてモールド樹脂をモールドして整流子本体を形成する工程、
   （ｃ）前記整流子本体の外周面を切削又は研削して前記金属母材の接続部を除去する工程、
   （ｄ）前記金属母材の各スリットに対応して前記カーボン母材にスリットを形成し、カーボン母材を複数のセグメントに分割する工程。

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