JP5088932B2 - カーボンコンミテータ - Google Patents

Description

本発明は、インタンク式の燃料ポンプ等に用いられる電動モータのカーボンコンミテータの技術分野に属するものである。

一般に、車両に搭載されるインタンク式の燃料ポンプでは、燃料ポンプ自体が燃料に没入（浸漬）されるため、燃料ポンプを構成するハウジング内部がガソリン等の燃料の流路となっている。このようなものでは、燃料ポンプに組み込まれる各部材を、燃料に浸食される等して機能が損なわれることがないような耐燃料特性が優れた材料で形成する必要がある。一方、近年、環境保護の観点から、燃料としてアルコール（メタノール、エタノール等）を、あるいは、アルコールを含有する混合燃料を用いることが試みられている。ところが、従来のガソリン用の燃料ポンプに組み込まれる電動モータはコンミテータの整流子片が銅製であるため、このようなガソリン燃料用の燃料ポンプをそのままアルコールが含有された燃料のものに採用した場合、銅がアルコール成分により浸食されるという問題が既に指摘されている。

この改善策として、コンミテータを、カーボン基材で構成されてアルコールの浸食がないようにしたセグメントと、コイルがフュージングされる部位として例えば銅製の導電性端子部材で構成されたライザメタルとを半田付けにより接合して一体化したものにすることが提唱されている。
米国特許公報第５１７５４６３号公報

ところが、前記従来のものにおいて、ライザメタルは、カーボン基材との接合部であるカーボン接合部と、コイルがフュージングされるフュージング部（ライザ部）とにより構成されるが、これら各部位はカーボン接合部が内径側に位置する状態で一体に（連続して）形成されている。このため、主、副一対の電極を用いてフュージング部を高温にしてコイルをフュージングする場合に、電極をフュージング部にあてがうことで発生する高熱は、フュージング部のみならずカーボン接合部にも伝播（伝導）してライザメタル全体を高熱とし、ライザメタルとカーボン基材とを接合するためにカーボン接合部とカーボン基材とのあいだに施された半田が溶融することがある。このようになると、コンミテータの外部に半田が流れ出（溶出）してしまうことがあり、該流れ出した半田が絶縁するべくセグメント同士のあいだに形成された切削溝に浸入して、隣接するセグメント同士を短絡させてしまうことも想定されて問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、絶縁性樹脂材で構成され、モータ軸が貫通するボス部と、カーボン基材で構成されたセグメントと、導電性部材で構成され、該セグメントに半田付けにより接合されたライザメタルとを備えて構成されるカーボンコンミテータにおいて、ライザメタルを、カーボン基材に接合するカーボン接合部と、コイルがフュージングされるフュージング部とを備えて構成し、前記カーボン接合部に凹溝部を形成するにあたり、該凹溝部は、カーボン接合部のカーボン基材接合側外周面にカーボン基材と対向する状態で周回り方向に沿って長くカーボン基材側が開口する状態で形成され、かつ、前記ボス部を構成する樹脂材およびカーボン基材が入らない空洞状態となっているカーボンコンミテータである。
請求項２の発明は、該凹溝部は、開口側ほど幅広で溝奥側ほど幅狭となる傾斜状の溝側片を備えて構成されている請求項１記載のカーボンコンミテータである。

請求項１の発明とすることにより、ライザメタルのカーボン接合部が高温になりにくくなり、カーボン基材とライザメタルとを接合するための半田が溶融するのを低減できると共に、溶融した半田を凹溝部により受け止めることができて、外部への流出を防止できる。
請求項２の発明とすることにより、溶融した半田の外部への流出が一層防止されて、信頼性の高い製品を提供できる。

つぎに、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図面において、１はガソリンにメチルアルコールを混合した混合燃料を内燃機関に供給するための燃料ポンプであって、該燃料ポンプ１は、一端側に配設されるポンプ部２と、該ポンプ部２の他端側に配設されるモータ部３とを備えて構成されている。前記ポンプ部２は、本実施の形態では、モータ部３を構成するモータ軸４の一端部に設けられる汎用のインペラ式ポンプ手段が採用されており、その詳細については省略する。
また、モータ部３を構成するモータ軸４には、複数のコア材５ａが回り止め状に外嵌され、これらコア材５ａに巻線５ｂを巻装して複数のコイル５ｃが形成されているとともに、モータ軸４の他端側には、後述するコンミテータ６が一体的に外嵌固定され、これによってアーマチュア５が構成されている。そして、モータ軸４の両端部は、筒状に形成されたヨーク７の筒長方向両端部に設けた一対のブラケット８、９にそれぞれ回転自在に軸承されており、ヨーク７の内周面には永久磁石７ａが固着されている。前記ブラケット８、９のうち、ポンプ部２側（一端側）のブラケット８は、ポンプ部２とのあいだを仕切るとともにポンプ室の構成部材となっており、また、他端側のブラケット９は、モータ部３に外部電源を供給する構成部材である複数のブラシ１０が、モータ軸４の軸方向に出没自在に収容されるとともに、これらブラシ１０を軸方向一端（コンミテータ６）側に向けて付勢する付勢弾機１０ａとが収容されている。

前記コンミテータ６はモータ軸４が貫通するボス孔１１ａを備えた絶縁性樹脂材で構成されるボス部１１と、カーボン基材で構成されるセグメント１２と、導電性の金属製板材で構成されるライザメタル１３とを備えて筒状に形成されている。前記コンミテータ６は、ボス部１１の他端側（ブラシ１０配設側）に、モータ軸４に直交する方向を向く扇形状の摺動面１２ａを備えたセグメント１２の複数が埋設されているが、これら各セグメント１２は、周回り方向に絶縁された状態、即ち、隣接するセグメント１２とのあいだにボス部１１に至る深溝状の切削溝１２ｂが形成された状態で配設され、セグメント摺動面１２ａがコンミテータ６の基端側面を構成するように形成されている。
また、ボス部１１の一端側（アーマチュア５配設側）には、各セグメント１２にそれぞれ電気的に接続されたライザメタル１３が配設されているが、各ライザメタル１３は、内径側にセグメント接合部（本発明のカーボン接合部に相当する）１３ａが形成されている。そして、各セグメント接合部１３ａは、セグメント１２の形状に対応して放射方向に長く形成され、各セグメント１２の一端側面に半田１４を用いて接合（半田付け）されている。さらに、ライザメタル１３は、セグメント接合部１３ａから一端側に向けて折曲された第一折曲片１３ｂと、該第一折曲片１３ｂの先端から外径側に突出状に折曲された第二折曲片（ライザ片）１３ｃとを備えて構成されている。
そして、ボス部１１は、基端側においてセグメント１２の摺動面１２ａを除く部位を埋設するとともに、一端側においてライザメタル１３のセグメント接合部１３ａと、第一折曲片１３ｂの外周面を除く部位とを埋設するように形成されており、第二折曲片１３ｃがボス部１１の一端側から外方に突出するように形成されている。
尚、これら第一、第二折曲片１３ｂ、１３ｃのあいだの折曲部が本発明のフュージング部Ｆに相当している。

そして、前記ライザメタル１３は、図３に示すように、セグメント接合部１３ａとフュージング部Ｆとのあいだにおいて、ライザメタル１３の板厚を切り欠く状態で凹溝部１３ｄが形成されている。前記凹溝部１３ｄは、本実施の形態では、セグメント接合部１３ａの外径側に位置し、周回り方向に沿って長く形成されている。さらに、凹溝部１３ｄは、図３からも明らかなようにセグメント１２に対向する側の面（他端側の面）から切り欠くことで形成されており、これによって、凹溝部１３ｄの開口１３ｅがセグメント１２側に対向するように設定されている。さらに、凹溝部１３ｄを構成する内外径方向一対の溝側片１３ｆ、１３ｇは、図３から明らかなように開口１３ｅ側（セグメント１１側）ほど開口幅が大きく、溝奥側ほど開口幅が狭くなる傾斜面に形成されている。

つぎに、前記コンミテータ６の製造工程について説明する。
まず、複数のセグメント１２を構成するリング状の円板体に形成されたカーボン基材と、セグメント接合部１３ａ相当部位と、導電性の金属製板材を第一、第二折曲片１３ｂ、１３ｃ相当部位とがそれぞれ形成され、一連状のリング状体に打ち抜いて形成されたライザメタル用板材とを用意する。このとき、セグメント接合部１３ａ相当部位の外径側には、カーボン基材との接合面となる面に予め凹溝部１３ｄ相当部位が凹設されている。
そして、カーボン基材の一端側の面と、セグメント接合部１３ａの凹溝部１３ｄ相当部位形成側の面とを、半田１４を用いて電気的な接続をするとともに一体的に固着し、このものに対して樹脂材をモールドすることによりボス部１１を形成する。
そして、前記樹脂材をモールドしてボス部１１が形成されたものに対し、カーボン基材の基端側の面から、放射方向に長く、かつ、ライザメタル用板材に至る深溝を周回り方向に複数切削して切削溝１２ｂを形成することにより複数のセグメント１２を形成し、これによって、切削溝１２ｂを介してセグメント１２同士、そして、セグメント接合部１３ａ同士が隣接した状態となり、これらのあいだが互いに絶縁されるように設定されている。そして、コンミテータ６は、各セグメント１２にそれぞれ電気的な接続がなされた複数の第二折曲片１３ｃがボス部１１から外部に突出する形状に形成されるように設定されている。

このように構成されたコンミテータ６は、コア材５ａが外嵌されたモータ軸４に回り止め状に外嵌され、第一、二折曲片１３ｂ、１３ｃのあいだのフュージング部Ｆに、コア材５ａに巻装された各コイル５ｃの巻き出し、巻終わりの巻線５ｂが巻回される。そして、第一折曲片１３ｂに副電極１５を、第二折曲片１３ｃに主電極１６をそれぞれあてがって、これら主、副電極１５、１６のあいだに電流を印加することにより、前記巻線５ｂが巻回されたフュージング部Ｆが高温となって巻線５ｂがフュージングされ、これによって、ライザメタル１３とコイル５ｃとの電気的な接続がなされたアーマチュア５が形成されるように設定されている。
因みに、このように構成されたアーマチュア５は、モータ軸４の両端部をブラケット８、９間に支持させることにより、他端側のブラケット９に内装され、外部電源に接続されたブラシ１０が、周回り方向任意のセグメント１２の摺動面１２ａに弾圧状に摺接するように設定されており、これによって、外部電源がブラシ１０、セグメント１２、ライザメタル１３を介してコイル５ｃに供給されるように構成されている。

そして、前記フュージングの際には、フュージング部Ｆは巻線５ｂが溶着するほどの高温になる。このとき、ライザメタル１３は、金属製板材で構成されるが故に、フュージング部Ｆからの高熱が伝導（伝播）して、フュージング部Ｆばかりでなくセグメント接合部１３ａを含むライザメタル１３全体が高温になろうとするが、このものでは、前述したように、フュージング部Ｆとセグメント接合部１３ａとのあいだに板厚を切り欠く状態の凹溝部１３ｄが形成されていて、フュージング部Ｆからセグメント接合部１３ａへの熱伝導がしにくい状態となっている。これによって、セグメント接合部１３ａの温度の上昇が妨げられて、セグメント接合部１３ａとセグメント１２との接合（一体化）のために施された半田１４が溶融しにくくなるように構成されている。

さらに、本実施の形態の凹溝部１３ｄは、第一折曲片１３ｂではなくセグメント接合部１３ａ側に形成されており、しかも、凹溝部１３ｄの開口１３ｅがセグメント１２（半田１４）に対向して開口していて、図３から明らかなように、ボス部１１を構成する樹脂材およびセグメント１２が入ることがない空洞状態になっている。このため、仮にセグメント接合部１３ａが高温になって半田１４が溶融する状態となったとしても、該溶融した半田１４が凹溝部１３ｄに溜るような状態でトラップする（受け止める）ことができて、溶融した半田１４が外部に流れ出て（溶出して）セグメント１２とセグメント接合部１３ａとのあいだを短絡させるような不具合の防止を一層効果的に図れ、製品の信頼性を高めることができるように構成されている。
しかも、この場合に、凹溝部１３ｄはセグメント接合部１３ａの外径側に形成され、その溝側片１３ｆ、１３ｇは、溝幅が開口１３ｅ側ほど幅広となる傾斜面で形成されているので、溶融した半田１４を、外部に近い位置において溝側片１３ｆ、１３ｇにより溝底側に誘導することができるので、溶融した半田１４の凹溝部１３ｄによる受け止めが一層効果的になされて、溶融した半田の外部への流出をさらに低減することができて、燃料ポンプ１のさらなる信頼性の向上を図れるように構成されている。

叙述の如く構成された本形態において、コンミテータ６は、カーボン基材で構成されるセグメント１２と、導電性部材で構成されるライザメタル１３とを、半田１４を用いて電気的、かつ、一体的に接続して形成されるが、このものにおいて、ライザメタル１３は、セグメント１２への接合部となるセグメント接合部１３ａと、主、副電極１５、１６があてがわれてフュージングがなされる第一、第二折曲片１３ｂ、１３ｃのあいだであるフュージング部Ｆとのあいだに位置して凹溝部１３ｄが形成されているので、フュージングによる熱が第一折曲片１３ｂからセグメント接合部１３ａに伝導するのが抑制されて、セグメント接合部１３ａが高温になりにくくなり、もって、セグメント接合部１３ａとセグメント１２とのあいだの半田１４の溶融を低減することができる。

しかも、本発明が実施されたものにあっては、空洞状態になった凹溝部１３ｄの開口１３ｅが半田１４による接合部側を向いて形成されているので、仮にセグメント接合部１３ａが高温になって半田１４が溶融したとしても、溶融した半田１４を凹溝部１３ｄに貯留するような状態で受け止めることができ、半田１４がセグメント１２とセグメント接合部１３ａとのあいだから外部に流れ出すような不具合を防止できる。

さらに、このものにおいて、凹溝部１３ｄがセグメント接合部１３ａの外径側に形成され、しかも、溝側片１３ｆ、１３ｇが傾斜状で開口１３ｅ側ほど幅広となっているので、溶融した半田１４を外部に流れ出す以前の段階で溝底側に誘導することができて、半田１４がセグメント１２とセグメント接合部１３ａとのあいだから外部に流出するのが一層防止されて、信頼性の高い燃料ポンプ１を提供できる。

燃料ポンプの側面断面図である。 コンミテータの正面図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれコンミテータの側面断面図、フュージング状態におけるコンミテータの側面断面図である。

符号の説明

１ 燃料ポンプ
３ モータ部
５ アーマチュア
５ｂ 巻線
６ コンミテータ
１１ ボス部
１２ セグメント
１２ａ 摺動面
１３ ライザメタル
１３ａ セグメント接合部
１３ｂ 第二折曲片
１３ｄ 凹溝部
１３ｅ 開口
１４ 半田

Claims (2)

1. 絶縁性樹脂材で構成され、モータ軸が貫通するボス部と、カーボン基材で構成されたセグメントと、導電性部材で構成され、該セグメントに半田付けにより接合されたライザメタルとを備えて構成されるカーボンコンミテータにおいて、ライザメタルを、カーボン基材に接合するカーボン接合部と、コイルがフュージングされるフュージング部とを備えて構成し、前記カーボン接合部に凹溝部を形成するにあたり、該凹溝部は、カーボン接合部のカーボン基材接合側外周面にカーボン基材と対向する状態で周回り方向に沿って長くカーボン基材側が開口する状態で形成され、かつ、前記ボス部を構成する樹脂材およびカーボン基材が入らない空洞状態となっているカーボンコンミテータ。
2. 該凹溝部は、開口側ほど幅広で溝奥側ほど幅狭となる傾斜状の溝側片を備えて構成されている請求項１記載のカーボンコンミテータ。

Images