JP5746279B2 - カーボンコンミテータ - Google Patents

Description

この発明は、カーボンコンミテータに関するものである。

カーボンコンミテータは、カーボン基材で形成されたカーボンセグメントと、金属材で形成されたメタルセグメントと、カーボンセグメントとメタルセグメントとを電気的に接続するハンダ層と、絶縁樹脂で形成され、カーボンセグメントとメタルセグメントを保持するベース部とを有している。例えば、特許文献１参照。

特開２０００−２３４２５号公報

しかしながら、引用文献１に開示されたカーボンコンミテータにおいては、メタルセグメントがカーボンセグメントと当接することなく、メタルセグメントとカーボンセグメントとの間にハンダ層が形成されている。そのため、メタルセグメントとカーボンセグメントとの間の距離の初期値が正しく設定されないと、ハンダ層はメタルセグメントとカーボンセグメントとの間に均一に形成されなくなり、メタルセグメントとカーボンの機械的な接合状態および電気的な接合状態が不安定になる。

そこで、本願発明は、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的な接合状態および電気的な接合状態が安定化されたカーボンコンミテータを提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、複数のカーボンセグメントと、前記カーボンセグメントのそれぞれに固定された複数のメタルセグメントと、前記メタルセグメントのそれぞれを前記カーボンセグメントのそれぞれに電気的に接続する複数の導電性接合部と、絶縁樹脂によって形成され、前記カーボンセグメントと前記メタルセグメントと前記導電性接合部とを一体化するベース部とを備えたカーボンコンミテータであって、前記カーボンセグメントのそれぞれは、略平面形状の接合面を有しており、前記メタルセグメントのそれぞれは、前記ベース部によってモールドされる埋没部を有しており、前記メタルセグメントの埋没部は、前記カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、前記当接部に対して屈曲形成され前記カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有しており、前記メタルセグメントの当接部は、前記メタルセグメントの離間部に対して予め定められた角度だけ傾斜して形成され、前記メタルセグメントの離間部が、前記カーボンセグメントの接合面に対して傾斜して配置されており、前記導電性接合部は、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面との間で、かつ前記メタルセグメントの当接部の径方向外側に配置されて断面三角形状に形成されており、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面とが、前記導電性接合部によって、電気的に接続されることを特徴とするカーボンコンミテータである。

本発明によれば、メタルセグメントは、カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有している。
メタルセグメントの当接部が、カーボンセグメントの接合面に当接されると、メタルセグメントの離間部とカーボンの接合面との間の距離や、傾斜角が予め定められたものに一致する。そのため、ハンダ層はメタルセグメントとカーボンセグメントとの間にあらかじめ定められた形状に形成され、メタルセグメントとカーボンセグメントとの機械的接合および電気的接合は安定化される。

本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータの正面図である。 本発明の実施形態におけるカーボンセグメントと、メタルセグメントの斜視図である。 本発明の実施形態におけるカーボンコンミテータのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の参考例におけるカーボンコンミテータのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の参考例におけるカーボンコンミテータのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第３の参考例におけるカーボンコンミテータのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第４の参考例におけるカーボンコンミテータのＡ−Ａ断面図である。

本願発明のカーボンコンミテータの実施形態が、以下に説明される。
図１、図２、図３、図４に示されるように、コンミテータ１は、ディスク型コンミテータであって、８個のカーボンセグメント２と、８個のメタルセグメント３と、ベース部４と、外枠部４２を有している。カーボンセグメント２は、カーボン基材によって形成されており、メタルセグメント３は、導電性の金属によって形成されている。それぞれのカーボンセグメント２は、それぞれのメタルセグメント３と電気的、機械的に接続されている。ベース部４は、絶縁性の樹脂によって形成されており、ライザ部３３が配置される円柱形状の本体部４１と、カーボンセグメント２の外周面側に配置される外枠部４２と、カーボンセグメント２の内周面側に配置される内枠部４３とを有している。なお、カーボンセグメント２とメタルセグメント３は、ベース部４によって一体化される。コンミテータ１が、例えば燃料ポンプの電気モータのアマチュア（不図示）に組み付けられると、アーマチュアのシャフトが内枠部４３の開孔部４４を通って挿入され、カーボンセグメント２の摺接面２１には、電気モータのブラシ（不図示）が摺接される。また、メタルセグメント３のライザ部３３には、不図示のコイルが各々かけまわされる。

カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材が切削加工されたものであって、カーボンセグメント２は、摺接面２１と、接合面２２とを有している。摺接面２１には電気モータのブラシが摺接し、接合面２２は、メタルセグメント３が当接される。カーボンセグメント２は、メタルセグメント３とハンダ層５によって接合され、樹脂性のベース部４によって一体化される。スリット９は、ベース部４によってカーボンセグメント２とメタルセグメント３が一体化された後に切削加工されることによって形成され、個々のカーボンセグメント２は、扇形状に形成される。カーボンセグメント２の接合面２２は、ベース部４の内枠部４３に近接して配置される内周部２２ａと、ベース部４の外枠部４２に近接して配置される外周部２２ｃと、内周部２２ａと外周部２２ｃとの間に配置される中央部２２ｂとを有している。なお、本実施形態において、カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材が切削加工され、形成された場合について示されたが、これに限られることはない。例えば、カーボンセグメント２は、カーボン粉が成型されることによって円板形状に形成されても良い。

メタルセグメント３は、導電性の金属材によって形成されており、ベース部４内に埋没される埋没部３０と、埋没部３０に連なるライザ保持部３３ａと、ライザ保持部３３ａに連なるライザ部３３とからなる。メタルセグメント３の埋没部３０は、当接部３１と、当接部に連なる離間部３２とを有しており、ベース部４内に埋没されている。当接部３１は、カーボンセグメント２の接合面２２に当接され、離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２から離れた位置に配置される。ライザ保持部３３ａは、ベース部４の本体部４１上に配置されており、ライザ部３３には、不図示のコイルが駆け回される。メタルセグメント３の当接部３１は、平板状に形成されており、カーボンセグメント２の平板状に形成された内周部２２ａと当接される。

当接部３１が、カーボンセグメント２の接合面２２の内周部２２ａに当接されると、離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２の中央部２２ｂから離れた位置に配置される。また、メタルセグメント３の離間部３２は、メタルセグメント３の当接部３１に対して屈曲形成されている。したがって、メタルセグメント３の当接部３１がカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されると、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜して配置される。すなわち、メタルセグメント３の当接部３１が、カーボンセグメント２の平板状に形成された内周部２２ａに当接されているため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の角度は一定に保たれる。そのため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、カーボンセグメント２の内周部２２ａからカーボンセグメント２の外周部２２ｃに向かうＹ方向に向かって、徐々に広がっている。

また、メタルセグメント３の離間部３２と、カーボンセグメント２の接合面２２との間には、ハンダ層（導電性接合部）５が形成され、メタルセグメント３の離間部３２と、カーボンセグメント２の接合面２２とはハンダ層５によって電気的、かつ、機械的に接続される。メタルセグメント３の離間部３２が、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜して配置されているため、ハンダ層５は、断面視三角形状となる。なお、ハンダ層５は導電性のある接合部材であればよい。

本願発明の実施形態におけるコンミテータ１の製造方法が、図４を基に以下に説明される。カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材を切削加工することによって円板形状に形成される。そして、形成されたカーボンセグメント２の表面にはメッキが塗布される。

メタルセグメント３は、金属プレートをプレス加工することによって形成される。本実施形態において、メタルセグメント３の当接部３１は、金属プレートをプレス加工する際 に、メタルセグメント３の離間部３２に対して屈曲されて形成される。なお、メタルセグメント３の離間部３２が、金属プレートをプレス加工する際に、メタルセグメント３の当接部３１に対して屈曲されてもよい。

メタルセグメント３の離間部３２には、ハンダペーストが塗布される。メタルセグメント３の離間部３２にハンダペーストが塗布された後に、メタルセグメント３の当接部３１は、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接される。なお、本実施形態において、メタルセグメント３の当接部３１は、カーボンセグメント２の内周部２２ａと当接しているが、これに限られない。メタルセグメント３の当接部３１は、図５に示されるように、カーボンセグメント２の中央部２２ｂと当接しても良いし、図６に示されるようにカーボンセグメント２の外周部２２ｃと当接しても良い。

メタルセグメント３の当接部３１がカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接された後に、メタルセグメント３は、カーボンセグメント２に、治具（不図示）によって仮固定される。そして、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜して配置される。したがって、メタルセグメント３の当接部３１が、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されると、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に対して離れた位置に配置される。そして、メタルセグメント３の当接部３１がカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されたまま、治具によって仮固定されるため、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に一定の角度で傾斜する。なお、本実施形態において、当接部３１は、メタルセグメント３に形成されているが、カーボンセグメント２の接合面２２には形成されていない。すなわち、カーボンセグメント２の接合面は、平板状に形成されている。したがって、カーボンセグメント２は、円柱形状のカーボン基材から円板形状に形成した後に、新たな加工を施すことなく、メタルセグメント２と当接することが可能となる。

メタルセグメント３がカーボンセグメント２に仮固定された後、メタルセグメント３の離間部３２に塗布されたハンダペーストは、加温され、溶融される。本実施形態において、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜している。そのため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、カーボンセグメント２の外周部２２ｃからカーボンセグメント２の内周部２２ａに向かうＸ方向に向かって徐々に狭まる。メタルセグメント３の離間部３２に塗布され、溶融されたハンダペーストは、毛細管現象によってＸ方向に向かって広がる。そして、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間にはハンダ層５が形成され、メタルセグメント３はカーボンセグメント２に接合される。したがって、ハンダ層５は、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との間であらかじめ定められた断面視略三角形状に形成され、メタルセグメント３とカーボンセグメント２の機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。

本実施形態において、メタルセグメント３の離間部３２が、カーボンセグメント２の接合面２２に対して傾斜しているため、ハンダ層５の形状は断面視略三角形状となる。そのため、図５に示されるようにハンダ層５の形状を断面視略四角形状とした場合に比較して、本実施形態のハンダ層５の体積は小さくなる。すなわち、メタルセグメント３とカーボンセグメント２とを接合するハンダペーストの量は、削減される。

メタルセグメント３がハンダ層５によってカーボンセグメント２に接合された後、メタルセグメント３とカーボンセグメント２は、樹脂のベース部４によって一体化される。なお、メタルセグメント３とカーボンセグメント２がベース部４によって一体化されると、メタルセグメント３の当接部３１と離間部３２とは、ベース部４によって埋没され、メタルセグメント３のライザ部３３は、ベース部４の本体部４１に配置される。そして、ライザ部３３には、電気モータのアーマチュア（不図示）のコイルがヒュージングによって接合される。本実施形態のハンダ層５は、ベース部４の本体部４１から離れた位置に形成されている。そのため、コイルが、ライザ部３３にヒュージングによって接合された際、ハンダ層５は、ヒュージングによる熱の影響を受けにくくなる。すなわち、ハンダ層５は溶融されにくくなり、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との機械的接合強度および電気的接合強度がさらに安定化される。

本願発明にかかる第１の参考例のコンミテータが、図５に基づいて説明される。第１の参考例に基づくコンミテータ１は、実施形態に基づくコンミテータ１と比較して、メタルセグメント３の形状とハンダ層５の形状とが異なっている。

本参考例において、メタルセグメント３の当接部３１は、メタルセグメント３の埋没部３０に対して略垂直方向に向かって曲げられており、カーボンセグメント２の内周部２２ａと当接される。また、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に沿って配置される。

また、メタルセグメント３の離間部３２と、カーボンセグメント２の接合面２２との間には、ハンダ層５が形成される。メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２沿って配置されるため、ハンダ層５は、断面視略長方形形状となる。

メタルセグメント３の当接部３１が、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接され、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２に対して予め定められた距離だけ離れて配置される。そして、メタルセグメント３の当接部３１がカーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されたまま、治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離が一定に保たれる。したがって、ハンダ層５は、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。

本願発明にかかる第２の参考例のコンミテータが、図６に基づいて説明される。第２の参考例に基づくコンミテータ１は、実施形態に基づくコンミテータ１と比較して、メタルセグメント３の形状とハンダ層５の形状とが異なっている。

本参考例において、メタルセグメント３の埋没部３０には、複数の溝部３４が形成されている。すなわち、本参考例において、メタルセグメント３の当接部３１は、メタルセグメント３の埋没部３０であって、メタルセグメント３の離間部３２は、メタルセグメント３の埋没部３０に形成された溝部３４ある。したがって、メタルセグメント３の埋没部３０が、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接すると、メタルセグメント３の溝部３４は、カーボンセグメント２の接合面２２から離れた位置に配置される。また、メタルセグメント３の溝部３４とカーボンセグメント２の接合面２２との間には、ハンダ層５が形成される。また、メタルセグメント３の当接部３１は、カーボンセグメント２の内周部２２ａに当接されたまま、不図示の治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、一定に保たれる。したがって、ハンダ層５は、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。

本願発明にかかる第３の参考例のコンミテータが、図７に基づいて説明される。第３の参考例に基づくコンミテータ１は、実施形態に基づくコンミテータ１と比較して、メタルセグメント３の形状とハンダ層５の形状とが異なっている。

本参考例において、メタルセグメント３の埋没部３０には、凸部３５が形成されている。すなわち、本参考例において、メタルセグメント３の当接部３１は、メタルセグメント３の凸部３５であって、メタルセグメント３の離間部３２は、メタルセグメント３の埋没部３０である。したがって、メタルセグメント３の凸部３５が、カーボンセグメント２の中央部２２ｂと当接すると、メタルセグメント３の埋没部３０は、カーボンセグメント２の接合面２２から離れた位置に配置される。また、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間には、ハンダ層５が形成されている。

メタルセグメント３の凸部３５は、カーボンセグメント２の中央部２２ｂと当接している。また、メタルセグメント３の凸部３５が、カーボンセグメント２の中央部２２ｂに当接されたまま、不図示の治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、一定に保たれる。したがって、ハンダ層５は、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。なお、本参考例において、メタルセグメント３の埋没部３０には、１個の凸部３５が形成されているが、これに限られることはない。すなわち、メタルセグメント３の埋没部３０には、複数の凸部３５が形成されていても、同様の効果を奏する。

本願発明にかかる第４の参考例のコンミテータが、図８に基づいて説明される。第４の参考例に基づくコンミテータ１は、実施形態に基づくコンミテータ１と比較して、メタルセグメント３の形状とハンダ層５の形状とが異なっている。

本参考例において、メタルセグメント３の当接部３１は、カーボンセグメント２の外周部２２ｃと当接している。したがって、メタルセグメント３の当接部３１が、カーボンセグメント２の外周部２２ｃと当接すると、メタルセグメント３の離間部３２は、カーボンセグメント２の接合面２２から離れた位置に配置される。また、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間には、ハンダ層５が形成されている。また、メタルセグメント３の当接部３１が、カーボンセグメント２の外周部２２ｃに当接されたまま、不図示の治具によって仮固定される。そのため、メタルセグメント３の離間部３２とカーボンセグメント２の接合面２２との間の距離は、一定に保たれる。したがって、ハンダ層５は、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との間で、予め定められた形状に形成され、メタルセグメント３とカーボンセグメント２との機械的な接合状態および電気的な接合状態は安定化する。

１ コンミテータ
２ カーボンセグメント
３ メタルセグメント
４ ベース部
５ ハンダ層（導電性接合部）
９ スリット部
２１ 摺接面
２２ 接合面
２２ａ 中心部
２２ｂ 中央部
２２ｃ 外周部
３０ 埋没部
３１ 当接部
３２ 離間部
３３ ライザ部
３３ａ ライザ保持部
３４ 溝部
３５ 凸部
４１ 本体部
４２ 外枠部
４３ 内枠部
４４ 開孔部

Claims (1)

1. 複数のカーボンセグメントと、前記カーボンセグメントのそれぞれに固定された複数のメタルセグメントと、前記メタルセグメントのそれぞれを前記カーボンセグメントのそれぞれに電気的に接続する複数の導電性接合部と、絶縁樹脂によって形成され、前記カーボンセグメントと前記メタルセグメントと前記導電性接合部とを一体化するベース部とを備えたカーボンコンミテータであって、
   前記カーボンセグメントのそれぞれは、略平面形状の接合面を有しており、前記メタルセグメントのそれぞれは、前記ベース部によってモールドされる埋没部を有しており、前記メタルセグメントの埋没部は、前記カーボンセグメントの接合面に当接される当接部と、前記当接部に対して屈曲形成され前記カーボンセグメントの接合面から離れた位置に配置される離間部とを有しており、
   前記メタルセグメントの当接部は、前記メタルセグメントの離間部に対して予め定められた角度だけ傾斜して形成され、前記メタルセグメントの離間部が、前記カーボンセグメントの接合面に対して傾斜して配置されており、
   前記導電性接合部は、前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面との間で、かつ前記メタルセグメントの当接部の径方向外側に配置されて断面三角形状に形成されており、
   前記メタルセグメントの離間部と前記カーボンセグメントの接合面とが、前記導電性接合部によって、電気的に接続されることを特徴とするカーボンコンミテータ。

Images