KR100360202B1 - 평면형 카본 정류자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

카본과 세그먼트와의 일체화가 용이함과 동시에 카본과 몰드수지의 결합성이 향상되고, 또한 도전성이 보다 향상된 평면형 정류자 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 수지로 이루어지는 정류자 본체에 금속성의 세그먼트(5)를 복수 고정하고, 미리 고온소성한 카본(17)에 마련한 맞물림결합돌기(17P)를 상기 세그먼트(5)에 마련한 맞물림결합공(5H)에 맞물림결합하여 고정일체화하여 되는 평면형 카본 정류자에 있어서, 상기 맞물림결합공(5H)의 주변 테두리에 당해 맞물림결합공(5H)에 대한 상기 맞물림결합돌기(17P)의 삽입은 허용하되 당해 맞물림결합공(5H)으로부터의 상기 맞물림결합돌기(17P)의 빠져나옴을 방지하기 위해 기능하는 빠짐방지편(5T)의 선단부를 안쪽방향으로 돌출하여, 상기 맞물림결합돌기(17P)의 외주면에 상기 빠짐방지편(5T)의 선단부를 압접한 구성으로서, 상기 맞물림결합돌기(17P)의 선단부측의 외주면을 거칠게 형성하고, 또한 세그먼트(5)와 카본 사이에 도전성 페이스트를 개재한 구성이다.

Description

평면형 카본 정류자 및 그 제조방법{Flat type carbon commutator and method for manufacturing the same}

본 발명은 예컨대, 연료펌프 등의 모터용 정류자로서 사용되는 평면형 카본정류자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 정류자에 있어서의 세그먼트와 카본과의 결합을 확실하게 한 평면형 카본 정류자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

평면형 카본 정류자는, 몰딩수지로 이루어지는 정류자 자체의 단면(端面)에 금속성의 세그먼트를 고정하고, 또한 이 세그먼트에 카본을 고정하여 장착한 구성이다. 이러한 종류의 평면형 카본 정류자를 제조하는 방법으로서, 예컨대 다음의 (A)∼(D)의 방법이 있다.

(A) 카본을 성형할 때, 세그먼트가 되는 금속성의 모재를 삽입하여 카본과 일체성형한 다음 소성하고, 그 다음 카본과 일체성형된 금속모재를 몰딩수지와 일체성형하여 절연체부분을 형성한다(예컨대, 일본특허공개 평 7-264812호 공보 참조).

(B) 미리 절연체와 금속모재를 일체성형 등에 의해 일체화하고, 그 다음 금속모재의 표면에 카본을 솔더링 또는 도전성 접착제에 의해 접착한다(예컨대, 일본특허공표 평 5-502974호 공보 참조).

(C) 미리 절연체와 금속모재를 일체성형 등에 의해 일체화하고, 그 다음 금속모재 표면에 카본을 성형하여 소성한다(예컨대, 일본실용공고 평 7-42223호 공보 참조).

(D) 미리 절연체와 금속모재를 따로따로 준비해 두고, 카본을 성형할 때 금속모재와 절연체를 삽입하여 카본과 일체성형한다(예컨대, 일본특허공개 평 6-178503호 공보 참조).

상술한 (A)에 있어서는, 카본을 소성하는 온도는 약 600℃ 이상의 고온이기 때문에, 일체성형되는 금속모재가 연화(軟化)되어 제품정밀도, 강도향상에 문제가 있다. 따라서, 예컨대 약 200℃정도의 저온에서 카본의 소성을 행하는 것도 가능한데, 이 경우에는 카본 자체의 재질이 특수한 것으로 되어 경도(硬度), 전기저항율, 내가솔린성 등의 여러 특성에 있어서 문제가 있다.

상술한 (B)에 있어서는, 카본을 미리 단독으로 소성해 둘 수 있어, 카본 자체의 재질상의 문제는 없다, 그러나, 금속모재의 표면에 카본을 솔더링한 구성에 있어서는, 모터의 조립시의 결선퓨징시의 고열에 의해 상기 솔더링에 느슨해짐을 발생시킬 우려가 있다.

그리고, 금속모재와 카본을 도전성 접착제를 사용하여 접착한 구성에 있어서는, 도전성과 내가솔린성을 모두 갖춘 접착제가 필요하여 고가의 구성이 된다. 또한, 접착제에 도전성이 있다고 하여도 카본이나 금속모재에 비교하여 전기저항이 커지는 것으로서, 모터 운전시에 그 부분의 발열, 변질을 일으키기 쉽다는 문제가 있다.

상술한 (C)에 있어서는, 금속모재의 표면에 카본을 소성할 때의 고온에 의해 수지로 이루어지는 절연체가 탄화하므로, 카본의 소성을 저온에서 행하지 않으면 안되기 때문에 카본의 재질상에 문제가 있다.

상술한 (D)에 있어서는 상기 (C)의 경우와 마찬가지의 문제가 있다.

따라서, 특허출원인은, 상술한 바와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여, 일본특허출원 평 9-51991호 공보(일본특허공개 평 10-4653호 공보, 이하 선행예라 칭한다)를 출원하였다. 상기 선행예에 있어서는, 세그멘트에 형성한 맞물림결합공 내에 미리 고온소성한 카본에 구비된 맞물림결합돌기를 맞물림결합하여 고정일체화한 것이므로, 솔더링이나 접착제를 사용하지 않고도 일체화할 수 있어, 초기의 목적에 있어서는 만족할 만한 것이었다.

상기 선행예에 있어서는, 세그먼트에 형성한 맞물림결합공에 카본에 형성한 맞물림결합 돌기를 맞물림결합하여 고정일체화할 경우, 예컨대 가열끼워맞춤, 압입이나 맞물림결합공에 맞물림결합돌기를 삽입하여 결합한 다음에 바링(bar ring)가공 등을 행하고, 이 바링가공에 의해 돌출형성된 돌출부로 상기 맞물림결합돌기를 조이는 구성이었다.

따라서, 세그먼트의 맞물림결합공에 카본의 맞물림결합돌기를 맞물림결합삽입하여 일체화할 때, 그 일체화하기 위한 공정이 번거로운 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 세그먼트의 맞물림결합공에 카본의 맞물림결합돌기를 삽입하여 일체화하는 공정이 용이하고 몰딩시에 맞물림결합돌기부와 몰딩수지의 결합성이 향상된 평면형 카본 정류자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 평면형 카본 정류자의 평면도이고,

도 1b는 도 1a의 평면형 카본 정류자의 선 B에 의한 단면도이고,

도 2a는 금속모재의 평면도이고,

도 2b는 도 2a에 도시된 금속모재의 선 B에 의한 단면도이고,

도 3은 금속모재에 카본을 취부한 상태의 단면도이고,

도 4a는 카본의 평면도이고,

도 4b는 도 4a에 도시된 카본의 선 B에 의한 단면도이고,

도 5는 금속모재의 맞물림결합공과 카본의 맞물림결합돌기와의 맞물림결합상태를 나타내는 단면도이고,

도 6은 몰딩수지에 의해 카본을 피복한 상태를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부호의 설명>

3 정류자 본체(몰딩 수지)

5 세그먼트

5H 결합공

5T 빠짐방지편

7 카본

15 금속모재

17 카본

17P 맞물림결합돌기부

23 몰딩수지

27 슬릿

본 발명은 상술한 바와 같은 문제에 비추어 이루어진 것으로서, 청구항 1에 따른 발명은, 수지로 이루어지는 정류자 본체에 금속성의 세그먼트를 복수고정하고, 미리 고온소성한 카본에 마련한 맞물림결합돌기를 상기 세그먼트에 마련한 맞물림결합공에 맞물림결합하여 고정일체화하여 되는 평면형 카본정류자에 있어서, 상기 맞물림결합공의 주변 테두리에 당해 맞물림결합공에 대한 상기 맞물림결합돌기의 삽입은 허용하되 당해 맞물림결합공으로부터의 상기 맞물림결합돌기의 빠져나옴을 방지하기 위하여 기능하는 빠짐방지편의 선단부를 안쪽방향으로 돌출하여, 상기 맞물림결합돌기의 외주면에 상기 빠짐방지편의 선단부를 압접한 구성이다.

청구항 2에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 평면형 카본 정류자에 있어서, 세그먼트에 마련한 맞물림결합공을 관통한 맞물림결합돌기의 선단부측의 외주면을 상기 맞물림결합공의 주변 테두리에 마련한 빠짐방지편에 의해 거칠게 형성하여 되는 것이다.

청구항 3에 따른 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 평면형 카본 정류자에 있어서, 세그먼트와 카본 사이에 도전성 페이스트를 개재한 구성이다.

청구항 4에 따른 발명은, 수지로 이루어지는 정류자 본체에 금속성의 세그먼트를 복수고정하고, 이 각 세그먼트에 카본을 일체적으로 고정하여 되는 평면형 카본 정류자의 제조방법에 있어서, 세그먼트가 되는 금속모재와 미리 고온소성한 카본을 일체화하기 위하여, 상기 금속모재에 형성한 맞물림결합공에 상기 카본에 형성한 맞물림결합돌기를 삽입하였을 때, 상기 맞물림결합돌기의 외주면을 거칠게 형성하는 (a)공정과, 상기 금속모재와 상기 카본을 일체화한 다음, 몰딩수지에 의해 몰딩할 때, 카본의 노출면 전체를 상기 몰딩수지에 의해 피복하는 (b)공정과, 금속모재를 각 세그먼트가 되도록 절단함과 동시에 카본을 절단하는 (c)공정과, 카본의 브러시와의 접촉면으로부터 몰딩수지를 제거하는 (d) 공정으로 이루어지는 것이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 예에 따른 평면형 카본정류자(1)는, 몰딩 수지로 이루어지는 정류자 본체(3)의 단면에 구리 또는 구리합금으로 이루어지는 복수의 세그먼트(5)를 일체적으로 고정하고, 이 세그먼트(5)에 카본(7)을 일체적으로 고정하여 되는 것이다.

상기 세그먼트(5)는, 정류자 본체(3)에 매설한 복수의 고정턱(9)을 구비하며, 결선부(11)를 구비하고 있다.

상기 정류자(1)는 다음과 같이 제조된다. 즉, 주지한 바와 같이, 상기 고정턱(9) 및 결선부(11)가 되는 부분을 안팎의 주변 테두리에 구비하며 또한 슬릿(27)을 형성함으로써 복수의 세그먼트(5)에 절단분리되는 부분을 구비한 고리모양의 금속모재(15)(도 2a 및 도 2b 참조)를 가공한다. 이 금속모재(15)는 펀칭가공에 의해 타발가공하는 것이다.

이 때, 본 예에 있어서는, 각 세그먼트(5)에 대응하여 맞물림결합공(5H)(도 2a 및 도 2b 참조)을 금속모재(15)에 타발가공함과 동시에, 맞물림결합공(5H)의 주변 테두리에 선단부가 안쪽방향으로 돌출한 빠짐방지편(5T)을 복수 성형하는 것이다.

다음, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 금속모재(15)에 있어서의 고정턱(9) 및 결선부(11)를 한쪽면측(상기 빠짐방지편(5T)의 선단부가 지향한 측의 면)으로 구부림가공한 다음, 도 3에 나타낸 바와 같이, 금속모재(15)에 미리 도너츠 형상으로 고온소성한 카본(17)을 일체적으로 고정한다. 이와 같이, 금속모재(15)와 카본(17)을 일체적으로 고정하기 위해서는, 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이, 도너츠 형상의 카본(17)의 일측면에 복수의 맞물림결합돌기(17P)를 마련하고, 또한 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 금속모재(15)의 각 결선부(11)에 대응하여 마련한 맞물림결합공(5H)에, 상기 맞물림결합돌기(17P)를 도 3에 나타낸 바와 같이 맞물림결합삽입하여 일체화한다.

상술한 바와 같이, 상기 맞물림결합공(5H)에 카본(17)의 맞물림결합돌기(17P)를 삽입하여 맞물림결합하기 전에, 상기 맞물림결합돌기(17P)의 외주면 또는 맞물림결합공(5H)의 내주면 혹은 그 주변의 적당한 범위에 도전성 페이스트를 도포하는 것이다.

그 다음, 상기 맞물림결합돌기(17P)를 상기 맞물림결합공(5H)에 삽입하여 맞물림결합할 때, 맞물림결합공(5H)에 마련한 복수의 빠짐방지편(5T)의 선단부가 상기 맞물림결합돌기(17P)의 외주면을 세게 누르도록 접촉하므로, 맞물림결합돌기(17P)의외주면은 치핑(chipping)작용을 받아 삽입방향의 찰상 등을 발생하여 거칠게 형성된다. 그리고, 상기 빠짐방지편(5T)과 맞물림결합돌기(17P)의 외주면에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 도전성 페이스트의 고임부(19)가 형성되고, 이 고임부(19)의 도전성 페이스트에 의해 도전성이 보다 향상되게 된다.

상술한 바와 같이 맞물림결합공(5H)에 카본(17)의 맞물림결합돌기(17P)를 삽입하여 맞물림결합하면, 복수의 빠짐방지편(5T)의 선단부가 맞물림결합돌기(17P)의 외주면에 압접되어 패어 들어간 상태로 되어, 맞물림결합공(5H)으로부터 맞물림결합돌기(17P)를 빼기 어렵게 되는 것이다.

즉, 상기 빠짐방지편(5T)은 맞물림결합공(5H)에 대한 맞물림결합돌기(17P)의 삽입은 허용하되, 맞물림결합공(5H)으로부터 맞물림결합돌기(17P)를 빼내고자 할 때에는 빠짐방지편(5T)의 선단부가 맞물림결합돌기(17P)의 외주면에 패어 들어가게 되어, 빠져나옴을 방지하기 위한 기능을 하는 것이다. 바꾸어 말하면, 삽입방향으로의 상대적인 이동만을 허용하고, 그 반대방향으로의 상대적인 이동을 저지하는 일종의 래칫(ratchet)기능을 이루는 것이다.

따라서, 금속모재(15)의 맞물림결합공(5H)에 카본(17)의 맞물림결합돌기(17P)를 삽입하여 맞물림결합하는 공정에 있어서 양방의 일체화가 도모되는 것이므로, 상기 맞물림결합공(5H)에 대한 맞물림결합돌기(17P)의 삽입이 용이하며, 상기 삽입되어 맞물림결합된 후에, 예컨대 선행예와 같이 바링가공 등과 같은 특별한 공정이 불필요해져, 양방의 일체화를 용이하게 행할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 금속모재(15)의 맞물림결합공(5H)에 카본(17)의 맞물림결합돌기(17P)를 삽입맞물림결합하여 일체화한 다음, 몰딩금형(도시 생략)에 세팅하고, 몰딩수지(23)를 몰딩하여 상기 정류자 본체(3)를 성형한다. 상기 몰딩수지(23)를 몰딩할 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 카본(17)의 노출면의 전면을 피복하도록 몰딩한다.

상술한 바와 같이 몰딩수지(23)를 몰딩할 때, 카본(17)에 있어서의 맞물림결합돌기(17P)의 선단부측의 외주면은, 맞물림결합공(5H)의 주변 테두리에 마련한 빠짐방지편(5T)에 의해 거칠게 형성되어 있으므로, 상기 맞물림결합돌기(17P)와 몰딩수지(23)의 결합성이 보다 향상되는 것이다.

상술한 바와 같이 몰딩수지(23)를 몰딩한 다음, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 상기 결선부(11)에 필요한 구부림가공을 행함과 동시에 모터샤프트 끼움결합용 구멍(25)의 절삭가공을 행하고, 또한 슬릿(27)의 가공을 행하여 카본(17) 및 금속모재(15)를 각 세그멘트(5)가 되도록 분할한 다음, 모터의 브러시(B)와의 접촉면으로부터 상기 몰딩수지(23)를 절삭 등에 의해 제거함으로써, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 구성의 평면형 카본정류자(1)가 얻어지는 것이다.

이상과 같은 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 예에 의하면, 카본(17)의 노출면의 전면을 몰딩수지(23)에 의해 피복한 상태에 있어서 필요한 가공을 행하고, 최종공정에 있어서 카본의 슬라이딩면으로부터 몰딩수지를 제거하는 것이므로, 각종 가공공정에 있어서는 몰딩수지가 카본을 보호하게 되어, 예컨대 결선부(11)의 구부림가공 공정시나 구멍(25)의 가공공정시에 카본에 크랙이나 이지러짐 등의 손상을 주는 일이 없는 것이다.

또한, 본 예에 의하면, 미리 고온소성한 카본(17)의 맞물림결합돌기(17P)를 금속모재(15)의 맞물림결합공(5H)에 삽입하여 맞물림결합함으로써 고정일체화하므로, 고온소성한 카본의 특성을 활용할 수 있으며, 또한 솔더링이나 접착제에 의한 문제가 없는 것이다.

이상과 같은 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 세그먼트에 마련한 맞물림결합공의 주변 테두리에 당해 맞물림결합공에 대한 카본의 맞물림결합돌기의 삽입은 허용하되 빠져나옴을 저지하기 위하여 기능하는 빠짐방지편을 마련하고, 이 빠짐방지편의 선단부를 안쪽방향으로 돌출하여 맞물림결합돌기의 외주면에 압접한 구성이므로, 상기 맞물림결합공에 맞물림결합돌기를 삽입하여 맞물림결합하는 공정에 있어서 세그먼트와 카본과의 일체화가 행해지는 것으로서, 그 일체화가 용이하고, 세그먼트에 대한 카본의 확실한 유지가 행해진다.

또한, 맞물림결합공에 맞물림결합돌기를 삽입하여 맞물림결합할 때, 빠짐방지편에 의해 맞물림결합돌기의 외주면을 거칠게 하므로, 맞물림결합돌기의 외주면을 특별히 거칠게 형성할 필요가 없고, 몰딩수지의 몰딩시에 상기 맞물림결합돌기부와 몰딩수지의 결합성이 보다 향상되는 것이다.

또한, 맞물림결합공의 내주면과 맞물림결합돌기의 외주면과의 사이에 형성된 고임부의 도전성 페이스트를 통해 전기적으로 접속되어 있으므로, 도전성이 보다 향상되는 것이다.

Claims (4)

1. 수지로 이루어지는 정류자 본체에 금속성의 세그먼트를 복수 고정하고, 미리 고온소성한 카본에 마련한 맞물림결합돌기를 상기 세그먼트에 마련한 맞물림결합공에 맞물림결합하여 고정일체화하여 되는 평면형 카본 정류자에 있어서, 상기 맞물림결합공의 주변 테두리에 당해 맞물림결합공에 대한 상기 맞물림결합돌기의 삽입은 허용하되 당해 맞물림결합공으로부터의 상기 맞물림결합돌기의 빠져나옴을 방지하기 위하여 기능하는 빠짐방지편의 선단부를 안쪽방향으로 돌출하여, 상기 맞물림결합돌기의 외주면에 상기 빠짐방지편의 선단부를 압접한 구성인 것을 특징으로 하는 평면형 카본 정류자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 평면형 카본 정류자는, 세그먼트에 마련한 맞물림결합공을 관통하도록 형성된 맞물림결합돌기가 상기 맞물림결합공에 삽입됨과 동시에 상기 맞물림결합돌기의 선단부측의 외주면을 상기 맞물림결합공의 주변 테두리에 마련한 빠짐방지편에 의해 거칠게 형성하여 되는 것을 특징으로 하는 평면형 카본 정류자.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 평면형 카본 정류자는, 세그먼트와 카본 사이에 도전성 페이스트를 개재한 구성임을 특징으로 하는 평면형 카본 정류자.
4. 수지로 이루어지는 정류자 본체에 금속성의 세그먼트를 복수 고정하고, 상기 각 세그먼트에 카본을 일체적으로 고정하여 되는 평면형 카본 정류자의 제조방법에 있어서,

   (a) 세그먼트가 되는 금속모재와 미리 고온소성한 카본을 일체화하기 위하여, 상기 금속모재에 형성한 맞물림결합공에 상기 카본으로 형성한 맞물림결합돌기를 삽입함과 동시에, 상기 맞물림결합돌기의 외주면을 거칠게 형성하는 공정과,

   (b) 상기 금속모재와 상기 카본을 일체화한 다음, 몰딩수지에 의해 몰딩할 때, 상기 카본의 노출면 전체를 상기 몰딩수지에 의해 피복하는 공정과,

   (c) 상기 금속모재를 각 세그먼트가 되도록 절단함과 동시에 상기 카본을 절단하는 공정과,

   (d) 상기 카본의 브러시와의 접촉면으로부터 몰딩수지를 제거하는 공정을 포함함을 특징으로 하는 평면형 카본 정류자의 제조방법.