JP5317441B2 - 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回転電機を構成する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電動モータのハウジング内部に燃料流路を形成することがある。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）、あるいは、アルコール含有の混合燃料を用いることが試みられており、この場合では、燃料ポンプのコンミテータを、アルコールにより浸食されないカーボン基材で構成されたセグメントと、導電性金属材として例えば銅で構成され、前記セグメントにそれぞれ電気的に接続可能な状態で接合するセグメント接合部とコイルがフュージングされるコイル接続部とを備えた複数のライザメタルと、絶縁性樹脂材で構成されたボスとで構成した所謂カーボンコンミテータとすることが提唱されている。

このようなカーボンコンミテータの製造手段の一例として、予め円筒状に形成されたカーボン基材の一方の筒端面に、リング状のセグメント接合部相当部位と、これらセグメント接合部相当部位から外径方向に延出するコイル接続部が周回り方向に複数形成されたメタルプレートを半田付けすることにより電気的な接合（接続）をし、このものに対して樹脂材をモールド成型した後、切削加工を施して複数のセグメントとライザメタルとを形成するようにしたものが提唱されている。
特表２００２−５１４０３８号公報

しかるに、前記従来のものは、カーボン基材とメタルプレートとを半田付けする場合に、カーボン基材の平板状の筒端面に対して、平板リング状のセグメント接合部相当部位を半田付けする構成となっている。このため、半田が高温になって溶融することにより生じる気泡が、カーボン基材筒端面とセグメント接合部相当部位とのあいだに閉じ込められた状態となり、これらのあいだに半田接合がなされない箇所が存在する不均一な接合状態となってしまうことがあって問題がある。特に、前記従来のカーボンコンミテータのように、カーボン基材とメタルプレートとを半田付けしたものに樹脂材をモールド成型し、その後、切削加工することにより、互いに接続されたセグメントとライザメタルとの複数を形成するものの場合では、切削されたそれぞれのセグメントとライザメタルとの接合部において電気的な接続が確実になされることが要求されるのに対し、不均一な接合状態のまま切削加工がなされて、接続不良状態のセグメントとライザメタルとが発生してしまう惧れがあり、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、カーボン基材で構成された周回り方向複数のセグメントと、導電性金属材で構成され、前記各セグメントにそれぞれ接合するセグメント接合部とコイルがフュージングされるコイル接続部とを備えた複数のライザメタルと、絶縁性樹脂材で構成されたボスとからなるカーボンコンミテータを、複数のセグメントに分割される筒状のカーボン基材と、複数のライザメタルに分割される板状のメタルプレートを用いて形成するにあたり、前記筒状のカーボン基材は、一方の筒端面が筒軸方向と直交する平面状に形成され、前記メタルプレートは、前記カーボン基材の一方の筒端面に対面するリング状のセグメント接合部相当部位を有し、前記カーボン基材の一方の筒端面にメタルプレートのセグメント接合部相当部位を半田付けした状態で、絶縁性樹脂材をモールドしてボスを形成し、該ボスに前記カーボン基材の一方の筒端面およびセグメント接合部相当部位が埋設される構成にする一方、メタルプレートのセグメント接合部相当部位には、該セグメント接合部相当部位から放射方向に突出形成される複数のコイル接続部相当部位の内径側にそれぞれ貫通孔が周回り方向に形成されたものとして、該貫通孔を、カーボン基材の一方の筒端面とメタルプレートのセグメント接合部相当部位とを半田付けする際に該一方の筒端面とセグメント接合部相当部位との対面間に生じる気泡を外部に逃がす構成にすると共に、貫通孔の孔内周面を、前記半田付けをする際に溶融した半田がカーボン基材の一方の筒端面側から孔内周面に付着してカーボン基材とメタルプレートとを電気的な接続状態とするための接合部とする一方、前記貫通孔の反カーボン基材側は、絶縁性樹脂材をモールドして形成されたボスによって塞がれるカーボンコンミテータである。
請求項２の発明は、半田の貫通孔内周面での接触面積は、コイル接続部にフュージングされるコイルの断面積よりも大きくなるように設定されている請求項１に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、カーボン基材とメタルプレートとのあいだを均一な状態で接合することができると共に、セグメントとメタルライザとの接合を確実にすることができる。
請求項２の発明とすることにより、セグメントとメタルライザとの接合が一層確実になり、しかも、コンミテータの機能を低下させることがないようにできる。

つぎに、本発明の第一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は図示しない電動モータ（ポンプモータ）のモータ軸に一体的に外嵌するコンミテータであって、該コンミテータ１は、絶縁性樹脂材で構成され、モータ軸が回り止め状に貫通する貫通孔２ａが開設された円筒状のボス２と、周回り方向複数（本実施の形態では六個）のセグメント３と、これら各セグメント３にそれぞれ半田４を用いて電気的な接合がなされ、ボス２の外径方向に突出状に配されるライザメタル５とを備えて構成されており、これらの基本構成は従来通りとなっている。

前記周回り方向複数のセグメント３は、ボス２の軸芯方向（筒孔方向）に長い形状に形成されており、内径側部位がボス２に埋設され、外径側面が露出面３ａとなってボス２の外周面と面一状に露出し、これら露出面３ａに、図示しないブラシが摺動するように構成されている。そして、周回り方向に隣接するセグメント３同士のあいだの電気的な接続を断つための絶縁溝（スリット）Ｈは、ボス２に至る深さで形成されている。

一方、前記ライザメタル５は、ボス２に埋設される各セグメント３の長尺方向一端面に接続されるセグメント接合部５ａと、該セグメント接合部５ａから延出して形成され、ボス２外周面の外部に配設されるコイル接続部５ｂとを備えて構成されている。そして、セグメント接合部５ａには、貫通孔５ｃが開設されており、該貫通孔５ｃには、セグメント３との接合時の半田４が充填される状態となっている。
また、コイル接続部５ｂは、ボス２の外周面に沿い、ボス２の筒長方向一方側（図示しないモータコア配設側）に向けて折曲される第一折曲片（本発明の延出基端部に相当する）５ｄと、該第一折曲片５ｄの延出先端からボス２の筒長方向他方側に折り返され、前記第一折曲片５ｄの外径側に位置するように折曲される第二折曲片５ｅとを備えて構成され、第一、第二折曲片５ｄ、５ｅのあいだのフック状の折曲部に、コイル６が懸け回されてフュージング処理されるように設定されている。
尚、各ライザメタル５のセグメント接合部５ａの内径側には、係止爪５ｆがボス２の筒長方向一方側に向けて折曲形成されており、これによって、ボス２に埋設された状態でボス２とライザメタル５との一体化が一層強固になるように構成されている。

つぎに、コンミテータ１の形成手順について図２、３を用いて説明する。
前記セグメント３の構成部材として円筒状のカーボン基材７と、ライザメタル５の構成部材として銅製板材（導電性金属材）を打ち抜いて構成されたメタルプレート８とを用意する。
前記メタルプレート８は、リング状に連結された状態になっているセグメント接合部相当部位８ａと、該セグメント接合部相当部位８ａの外周から外径方向に突出し、周回り方向所定間隙を存して形成される複数のコイル接続部相当部位８ｂとを備えた一枚板状に形成されており、これら複数のコイル接続部相当部位８ｂの外径側端部は一体化部８ｃにより連結されて、矩形状のプレート体に形成されている。さらに、メタルプレート８は、コイル接続部相当部位８ｂの内径側に位置するセグメント接合部相当部位８ａが、切削加工することによりそれぞれ分割された分割セグメント接合部相当部位８ｄとなるが、これら分割セグメント接合部相当部位８ｄには中央部に位置して貫通孔８ｅが形成されるとともに、内径側縁部からは係止爪相当部位８ｆが折曲形成されている。

そして、カーボン基材７の一方の筒端面７ａとメタルプレート８のセグメント接合部相当部位８ａとのあいだに半田４をおいて加熱し、半田４を溶融することにより、これらのあいだを電気的な接続がなされた状態で接合するように設定されている。この場合に、半田４の溶融により筒端面７ａとセグメント接合部相当部位８ａとのあいだに発生する気泡は、貫通孔８ｅを介して外部に放出する（逃がす）ように構成されており、これによって、カーボン基材筒端面７ａとセグメント接合部相当部位８ａとのあいだに半田４の気泡がそのまま残るようなことがなく、これらのあいだを接合むらのない均一な接合状態とするように構成されている。

また、カーボン基材筒端面７ａとセグメント接合部相当部位８ａとのあいだにおいて溶融する半田４は、貫通孔８ｅ部位においても溶融し、筒端面７ａ側から貫通孔８ｅの内周面に沿って付着（接触）し、これによって、カーボン基材７とメタルプレート８とを貫通孔８ｅ部位において電気的な接続状態での接合がなされるように構成されている（図３参照）。
このとき、本実施の形態では、貫通孔８ｅの内周面に形成される接合部において、半田４の貫通孔８ｅ内周面に接触する接触部４ａにおける接触面積は、ライザメタル５のコイル接続部５ｂにフュージングされるコイル６の断面積よりも大きくなるように設定されている。因みに、貫通孔８ｅの内周面に付着する半田４の面積は、筒端面７ａとセグメント接合部相当部位８ａとのあいだに供給される半田４の量と、貫通孔８ｅの孔径Ｒによってコントロールすることができる。

そして、半田４により接合されたカーボン基材７とメタルプレート８とに対して樹脂材をモールドすることにより、カーボン基材７とセグメント接合部相当部位８ａとが樹脂材に埋設され、メタルプレート８のコイル接続部相当部位８ｂの外方部位が外部に露出した状態のものが成形され、その後、メタルプレート８の一体化部７ｃを切除し、カーボン基材７の外周面を外部に露出させる切削加工、カーボン基材７およびメタルプレート８のセグメント接合部相当部８ａを、周回り方向六箇所において樹脂材に達する深さの絶縁溝Ｈを切削して、互いに絶縁状態のセグメント３およびライザメタル５を形成する切削加工、ライザメタル５のコイル接続部５ｃを折曲する折曲加工を適宜順序で実施することによりコンミテータ１が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カーボンコンミテータ１において、セグメント３とライザメタル５のセグメント接合部５ａとのあいだは、貫通孔８ｅから気泡が逃げる状態で半田付けすることができて、均一な接合状態となっている。さらに、貫通孔５ｃに付着する（充填する）半田４により貫通孔５ｃ部位においてもセグメント３との接合がなされている。これによって、仮に、セグメント３とライザメタル５との対向面の半田４にバラツキが生じたり、コイル６のフュージング時に前記対向面間の半田４が溶出して対向面間に接続不良が生じたとしても、前記貫通孔５ｃ内周面とセグメント３とを接合する半田４により接続状態を保持することができるように構成されている。そして、セグメント３とライザメタル５とが、貫通孔５ｃ部位においてのみ接続する状態になった場合であっても、半田４の貫通孔５ｃ内周面に接触する接触部４ａにおける接触面積が、ライザメタル５のコイル接続部５ｂにフュージングされるコイル６の断面積よりも大きく設定されていることから、コイル６への電流供給量を最大のものに維持することができて、カーボンコンミテータ１が設けられた電動モータの性能を低下させることがないように構成されている。
尚、本実施の形態では、図１（Ｂ）に示すように、半田４が貫通孔８ｅ（ライザメタル貫通孔５ｃ）を塞ぐように付着（充填）するようコントロールされており、このようにした場合では、セグメント３とライザメタル５との接続不良を確実に防止できる。

叙述の如く構成された本形態において、樹脂材によりボス２を成形する以前の工程で、円筒状のカーボン基材７とメタルプレート８とを半田４を用いて接合してカーボンコンミテータ１を製造するものにおいて、メタルプレート８のセグメント接合部相当部位８ａには貫通孔８ｅが形成されていて、半田４の溶融で発生する気泡を貫通孔８ｅから外部に放出することができるので、カーボン基材筒端面７ａとセグメント接合部相当部位８ａとのあいだを半田４により接合するものでありながら、これらのあいだを均一な接合状態とすることができ、信頼性の高いカーボンコンミテータ１とすることができる。

このように、本発明が実施されたものでは、カーボン基材筒端面７ａとセグメント接合部相当部位８ａとを半田４により接合する場合に、半田４の溶融で生じる気泡を貫通孔８ｅから逃がすことができて均一な接合状態とすることができるものであるが、さらにこの場合に、前記貫通孔８ｅの内周面には半田４が付着しており、該貫通孔８ｅ部位においてもカーボン基材７とメタルプレート８とを電気的に接続する状態の接合部を形成することができる。これによって、切削加工により分割されてライザメタル５のコイル接合部５ａとなる分割セグメント接合部相当部位８ｄに貫通孔８ｅを形成することにより、カーボンコンミテータ１となった状態において、複数のセグメント３とライザメタル５との接合部において対向面同士のあいだに形成される接合部の他に、貫通孔８ｅにおける接合部が形成されることになって、これらのあいだの電気的な接続状態での接合を一層確実にすることができる。

しかも、貫通孔８ｅ内周面における半田４の接触部４ａにおける接触面積は、ライザメタル５のコイル接続部５ｂにフュージングされるコイル６の断面積よりも大きくなるように設定されているので、仮令対向面同志のあいだの接合状態が悪化してもコイル６に対して最大の電流を供給することができ、電動モータの性能を低下させることがないようにできる。

図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれコンミテータの側面図、側面断面図である。 図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれメタルプレートの正面図、図２（Ａ）における一部拡大図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれカーボン基材とメタルプレートとを半田付けした状態の要部断面図、要部斜視図である。

符号の説明

１ コンミテータ
２ ボス
３ セグメント
４ 半田
５ ライザメタル
５ａ セグメント接合部
５ｂ コイル接続部
６ コイル
７ カーボン基材
８ メタルプレート
８ａ セグメント接合部相当部位
８ｄ 分割セグメント接合部相当部位
８ｅ 貫通孔

Claims (2)

1. カーボン基材で構成された周回り方向複数のセグメントと、導電性金属材で構成され、前記各セグメントにそれぞれ接合するセグメント接合部とコイルがフュージングされるコイル接続部とを備えた複数のライザメタルと、絶縁性樹脂材で構成されたボスとからなるカーボンコンミテータを、複数のセグメントに分割される筒状のカーボン基材と、複数のライザメタルに分割される板状のメタルプレートを用いて形成するにあたり、前記筒状のカーボン基材は、一方の筒端面が筒軸方向と直交する平面状に形成され、前記メタルプレートは、前記カーボン基材の一方の筒端面に対面するリング状のセグメント接合部相当部位を有し、前記カーボン基材の一方の筒端面にメタルプレートのセグメント接合部相当部位を半田付けした状態で、絶縁性樹脂材をモールドしてボスを形成し、該ボスに前記カーボン基材の一方の筒端面およびセグメント接合部相当部位が埋設される構成にする一方、メタルプレートのセグメント接合部相当部位には、該セグメント接合部相当部位から放射方向に突出形成される複数のコイル接続部相当部位の内径側にそれぞれ貫通孔が周回り方向に形成されたものとして、該貫通孔を、カーボン基材の一方の筒端面とメタルプレートのセグメント接合部相当部位とを半田付けする際に該一方の筒端面とセグメント接合部相当部位との対面間に生じる気泡を外部に逃がす構成にすると共に、貫通孔の孔内周面を、前記半田付けをする際に溶融した半田がカーボン基材の一方の筒端面側から孔内周面に付着してカーボン基材とメタルプレートとを電気的な接続状態とするための接合部とする一方、前記貫通孔の反カーボン基材側は、絶縁性樹脂材をモールドして形成されたボスによって塞がれるカーボンコンミテータ。
2. 半田の貫通孔内周面での接触面積は、コイル接続部にフュージングされるコイルの断面積よりも大きくなるように設定されている請求項１に記載のカーボンコンミテータ。

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