JP4563485B2 - 端子接合構造及び端子接合方法 - Google Patents

Description

この発明はバスバー、回路基板あるいは回路基板に基板併設体を重ね合せたものなどの導体基板と、これに接合されるブッシュあるいはファスナーなどを含む端子とを有する大電流用の端子接合構造及びその端子接合方法に関するものである。

従来の大電流用の端子接合構造及びその端子接合方法においては、筒状の端子本体の一端にフランジ部を形成し、この端子本体のフランジ部と反対側の端部外周に一対の突起を形成し、一方、導体基板には筒状の端子本体が挿入される穴と、この穴の内面に前記突起が通過可能な溝を形成し、端子本体を前記穴に挿入した後、端子を回転させて突起と溝の位置をずらすことにより突起とフランジ部とで導体基板を挟持し、この状態で端子本体を導体基板に半田付けする。端子本体は、突起とフランジ部とによる挟み付け及び半田付けとによって導体基板に固定される（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２４９８８２号公報

上記のような従来の大電流用の端子接合構造及びその端子接合方法においては、半田付けやロウ付けによる接合が有るので製造工程が増え、製造コスト低減に逆行する欠点があった。また、従来の端子接合構造では端子と導体基板との接合部の機械的強度が弱く、大きなねじ締めトルクが負荷されると接合部が回転するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造工程の簡素化を図ることができ、また強い接合力を得ることができる端子接合構造及び端子接合方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の端子接合構造は、薄肉筒状の胴部、及び胴部の軸方向端に一体に成形された肉厚筒状のフランジ部を有する端子と、胴部が挿入される貫通孔が開口された導体基板と、導体基板と接して胴部に嵌合し、導体基板側端部の内径部に基板側面取りが施され、導体基板と反対側端部の内径部に外側面取りが施されているリングとを備え、胴部は、フランジ部側に直径が貫通孔の内径よりも大きい大径となるテーパを有し、導体基板の貫通孔の周縁は、胴部のテーパによりリングの基板側面取りに押し付けられて密着するとともに、胴部のテーパとリングの基板側面取りとの隙間に入り込んで固着され、端子は、リングを貫通する胴部の開口端部をリングの外側面取りに沿って半径方向外側に広げるようにかしめられ、リングとともに導体基板に固定されていることを特徴とする。

さらに、本発明の端子接合方法は、端子が固定される導体基板に貫通孔を開口し、薄肉筒状の胴部及び胴部の軸方向端に一体に成形された肉厚筒状のフランジ部を有する端子の胴部のフランジ部側端部に大径となるテーパを、該テーパの大径部の直径が貫通孔の内径よりも大きくなるように形成し、胴部を貫通孔に挿入した後、導体基板の反対側で胴部にリングを嵌合させ、貫通孔の周縁を胴部のテーパによりリングの基板側面取りに密着するように押し付けて、胴部のテーパとリングの基板側面取りとの隙間に入り込ませて固着し、リングを貫通する胴部の開口端部を、リングの外側面取りに沿って半径方向外側に広げるようにかしめることを特徴とする。

この発明によれば、導体基板を挟んだ端子の端部をかしめる或いはねじ結合するだけの簡素な製造工程で接合力を得ることができるとともに、端子の胴部に形成されたテーパにより導体基板の貫通孔の周縁を外方に押し広げるように塑性変形して強い接合力を得ることができるといった従来にない顕著な効果を奏する。

以下に、本発明にかかる端子接合構造及び端子接合方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明にかかる端子接合構造及び端子接合方法の実施の形態１を説明するための端子接合構造の分解斜視図である。図２は端子を導体基板に接合する途中の様子を示す端子接合構造の横断面図である。図３は端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の斜視図である。図４は端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の横断面図である。図５は図４のＡ部分を拡大して示す横断面図である。

本実施の形態の端子接合構造は、端子３０を導体基板（バスバー）２０に接合するものである。図１及び図３において、導体基板２０は実際には図示の寸法よりも大きな二次元的な広がりを有しているが、この図示を省略して端子３０部付近のみを切り出して矩形状に図示している。端子接合構造は、端子３０と導体基板２０とリング１０とから構成されている。導体基板２０には、塑性変形可能な導電性材料として例えば銅で作製され、端子３０を固定するための貫通孔２１が開口されている。

端子３０は、例えば銅などの金属材料で作製され、薄肉筒状の胴部３１と、この胴部３１の軸方向端に一体に成形された肉厚筒状のフランジ部３２とを有している。胴部３１の外径は、貫通孔２１に嵌合した際、すきまばめとなるような径とされている。胴部３１とフランジ部３２との間にテーパ３３が形成されている。テーパ３３は、胴部３１側で小径、フランジ部３２側で大径となるように形成されており、テーパ３３の大径部の直径は、導体基板２０の貫通孔２１より大きくなるように形成されている。

リング１０は、例えば銅などの金属材料で作製され、導体基板２０と反対側で胴部３１に嵌合する。リング１０の中央部には、端子３０の胴部３１が挿入される貫通孔が形成されており、貫通孔の導体基板２０の端部に基板側面取り１１Ｂが施され、導体基板２０と反対側の端部に外側面取り１１Ａが施されている。

端子３０の胴部３１の肉厚は、導体基板２０の厚さに対して５０〜３００％程度でも成形可能であるが、胴部３１の肉厚が薄すぎると軸方向の荷重に対する強度が弱くなり、逆に胴部３１の肉厚が厚過ぎるとかしめ（フレア加工）によるリング１０の固定が難しくなるため、導体基板２０の厚さと同じ程度の肉厚（９０〜１１０％）にすることが望ましい。

テーパ３３は、導体基板２０の貫通孔２１に挿入された際、貫通孔２１の周縁を塑性変形する目的で形成されている。図６はテーパ３３の勾配角度と、端子３０と導体基板２０との固着力及び密着性の関係を記したグラフを示す図である。テーパ３３の勾配の角度に関しては、中心軸に対して５°以下の場合は回転トルクに対する抵抗力が弱く所定の固着力を得ることができない。また、中心軸に対して２０°以上の場合は導体基板２０に反りが生じ面圧分布が不安定となり導体基板密着性が低下する。そのため、テーパ３３の勾配の角度は、５°〜２０°が望ましく、特に１５°±５°が望ましい。また、テーパ３３の勾配の高さに関しては、フランジ部３２の端面３２ａから軸方向に導体基板２０の厚みの１００％〜２００％程度とするのが望ましく、１５０±１０％程度とすることが望ましい。勾配の高さが高過ぎると、導体基板２０に反りが生じ、勾配の高さが低過ぎると、導体基板２０と端子３０との十分な密着が得られない。

リング１０には、端子３０の筒状の胴部３１が挿入される貫通孔が形成されており、この貫通孔の両端部には、上記のように外側面取り１１Ａ及び基板側面取り１１Ｂが形成されている。端子３０の胴部３１をかしめた際、胴部３１の開口縁部の塑性変形する部分が、リング１０の面取り１１Ａに押し付けられることによって、回転トルクに対する抵抗力あるいは引き抜きに対する抵抗力を生じさせる。また端子３０のテーパ３３が、導体基板２０の貫通孔の周縁を外方に押し広げるように塑性変形させることによっても、回転トルクに対する抵抗力あるいは引抜きに対する抵抗力を生じさせる。

外側面取り１１Ａの角度は中心軸に対して２０°以下の場合はかしめ固着力が伝わりにくく、４０°以上の場合は締結用かしめピンによる成形が悪くなることから２０°〜４０°の角度が望ましく、その中でも特に３０°±５°が望ましい。また、面取り１１Ａの深さは、リング２０の端面から軸方向に、端子３０の胴部３１の肉厚の１００〜２００％程度が望ましい。外側面取り１１Ａの角度と深さによって締結用かしめピンを挿入できる深さが決まる。

本実施の形態の端子接合方法について説明する。図７は締結用かしめピン４０にて胴部３１をかしめることにより端子３０を導体基板２０に接合する様子を示す横断面図である。端子３０を導体基板２０に固定する場合、まず端子３０の胴部３１を板状銅板２０の貫通孔２１に挿入し、次いでリング１０の貫通孔に挿入し、端子３０の端面３２ａとリング１０の端面１０ａとで導体基板２０を挟み合わせる。その際、リング押さえ４１によって、押圧することによって端子３０のテーパ３３が導体基板２０の貫通孔２１の周縁を径方向外側に押し広げ、さらにリング１０の面取りとテーパ３３との隙間に導体基板２０が入り込むことで強く密着する。この状態で締結用かしめピン４０の錐状の押圧面４０ａによって端子３０の胴部３１の開口端部３１ａが外方にかしめられ（フレア加工）、胴部３１の端部３１ａとリング１０の面取り１１Ａとが密着する。その結果、リング１０の両端面の面取りに働くかしめ反力によってそれぞれの接触面に強い摩擦力が生じ、ねじ締めトルクおよび引き抜きに対する強い抵抗力を持った接合が実現する。

図８は他の形状の締結用かしめピン５０にて端子３０を導体基板２０に接合する様子を示す横断面図である。締結用かしめピンの形状は、図７に示す錐状に限らず図８に示すような球状であっても良い。かしめピンが胴部３１の開口端部３１ａと最終的に接する押圧面５０ａの角度が、リング１０の面取りの角度と同程度となることが望ましい。例えば、リングの面取り角度が３０°のとき、かしめピンが胴部３１の開口端部３１ａと最終的に接する押圧面５０ａの角度は２０°〜４５°の範囲にあることが望ましく、さらには３０±５°の範囲にあることが望ましい。

材料を銅として、例えば端子３０の胴部３１の外径を１５ｍｍ（最大許容１５−０．１５ｍｍ、最小許容１５−０．２０ｍｍ）、テーパ３３の勾配を１０°、リング１０の内径を１５±０．０５ｍｍ、リング１０の面取り１１Ａ，１１Ｂの角度を３０°として試作し、接合部の強度評価を行った結果、締結用かしめピン４０に２５ＫＮのかしめ力を加え１．０ｍｍ厚の導体基板２０に締結した場合の強度は、少なくとも３ＫＮの引き抜き強さと、少なくとも５．５Ｎｍの耐回転トルクとを有することが確認された。

図９は本実施の形態の端子接合構造の他の例を示す横断面図である。図９に示す端子接合構造においては、肉厚筒状のフランジ部３２の内周面に雌ねじ３２ｂが螺刻されている。このような構造の端子接合構造によれば、例えば雌ねじ３２ｂにさらに他の端子をねじ結合することができる。なお、本実施の形態の端子３０は、胴部３１とフランジ部３２とがともに筒状であるが、少なくとも胴部３１の一端が筒状を成していれば開口端部をかしめることができるので、本発明を適用することができる。

実施の形態２．
図１０はこの発明にかかる実施の形態２の端子接合構造を示す導体基板に形成された貫通孔の正面図である。図１１は本実施の形態の端子と導体基板の耐回転トルクと密着性の評価の表を示す図である。本実施の形態の導体基板１２０においては、貫通孔１２１の周縁形状が鋸歯形状１２０ａに成形されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。導体基板１２０の貫通孔１２１の周縁形状を鋸歯形状１２０ａにすることで導体基板１２０の反りを調節することで適切な接合力を得ることができる。本実施の形態の場合、鋸歯形状１２０ａは下穴の直径と同じ円周上に小径穴を均等間隔で打抜き加工した後、下穴を打ち抜き加工することで形成されている。小径穴径が比較的大きい方が、耐回転トルクは低くなるが導体基板１２０の反りが小さくなり面圧が安定して密着性が良くなる。また、小径穴の数が比較的多い方が、耐回転トルクは低くなるが導体基板２０の反りが小さくなり面圧が安定して密着性が良くなる。小径穴の直径は導体基板２０の厚さに対して１５０〜２５０％程度が望ましい。小径穴は、隣接する小径穴の中心間距離がその直径の１．４〜１．６倍の間隔で下穴の同心円状に等間隔に並ぶことが望ましい。例えば、上記の仕様で実際に試作し、耐回転トルクと密着性を評価すると図１１のようになる。

図１２はこの発明にかかる実施の形態２の端子接合構造の他の例を示す導体基板に形成された貫通孔の正面図である。図１２に示す導体基板２２０に形成された貫通孔２２１の周縁形状は三角形が並んで成る鋸歯形状２２０ａとされている。貫通孔の周縁形状は、図１０に示すような大小円形状の組合せのみならず図１２に示すような三角形が並んで成る鋸歯形状２２０ａに成形されてあっても良い。しかしながら、作製上の容易性によれば、図１０に示す円形状の組合せが望ましい。

実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３の端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の斜視図である。基板端子及びリングは、中心軸に垂直な断面が、非円形なものであってもよい。本実施の形態の端子接合構造は、断面六角形の薄肉筒状の胴部１３１と、この胴部１３１の軸方向端に一体に成形された断面六角形の肉厚筒状のフランジ部１３２とからなる端子１３０と、断面六角形のリング１１０とを有している。その他の構成は実施の形態１と同様である。基板端子及びリングを断面が非円形なものとすることにより端子の回転を拘束することができる。

実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４の端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の横断面図である。本実施の形態の端子３０Ｂにおいては、筒状の胴部３１Ｂの外周面に雄ねじ３１ｂが螺刻されている。また、リング１０Ｂにおいては、内周面に雌ねじ１０ｂが螺刻されている。リング１０Ｂは、雄ねじ３１ｂに雌ねじ１０ｂを締結することにより、端子３０Ｂに固定されている。

実施の形態１〜３の胴部開口端のかしめ構造に替えて、本実施の形態のように、胴部３１Ｂの外周面とリング１０Ｂの内周面とにねじを切ることで、端子３０Ｂとリング１０Ｂとを固定してもよい。導体基板２０を挟み込む際に、テーパ３３と面取り１１Ｂによって導体基板２０の貫通孔の周縁を外方に押し広げるように塑性変形させることによって、導体基板２０と端子３０Ｂとを強固に接合することができる。

以上のように、本発明にかかる端子接合構造及び端子接合方法は、導体基板に端子を接合する端子接合構造に有用であり、特に、大電流用の端子接合構造に適している。

図１は、本発明にかかる端子接合構造及び端子接合方法の実施の形態１を説明するための端子接合構造の分解斜視図である。 図２は、実施の形態１の端子を導体基板に接合する途中の様子を示す端子接合構造の横断面図である。 図３は、実施の形態１の端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の斜視図である。 図４は、実施の形態１の端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の横断面図である。 図５は、図４のＡ部分を拡大して示す横断面図である。 図６は、実施の形態１による端子と導体基板との固着力及び密着性のテーパ勾配角度との関係を示すグラフを示す図である。 図７は、締結用かしめピンにて端子を導体基板に接合する様子を示す横断面図である。 図８は、他の形状の締結用かしめピンにて端子を導体基板に接合する様子を示す横断面図である。 図９は、実施の形態１の端子接合構造の他の例を示す横断面図である。 図１０は、この発明にかかる実施の形態２の端子接合構造を示す導体基板に形成された貫通孔の正面図である。 図１１は、実施の形態２の端子と導体基板の耐回転トルクと密着性の評価の表を示す図である。 図１２は、この発明にかかる実施の形態２の端子接合構造の他の例を示す導体基板に形成された貫通孔の正面図である。 図１３は、この発明の実施の形態３の端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の斜視図である。 図１４は、この発明の実施の形態４の端末と導体基板との接合が完了した様子を示す端子接合構造の横断面図である。

符号の説明

１０，１０Ｂ，１１０ リング
１０ａ リングの軸方向基板側の端面
１０ｂ リングの雌ねじ部
１１Ａ 外側面取り
１１Ｂ 基板側面取り
２０，１２０，２２０ 導体基板（バスバー）
１２０ａ，２２０ａ 貫通孔周縁の鋸歯形状
２１，１２１，２２１ 貫通孔
３０，３０Ｂ，１３０ 端子
３１，３１Ｂ，１３１ 筒状の胴部
３１ａ 胴部開口端の塑性変形部分
３１ｂ 筒状の胴部に螺刻された雄ねじ
３２，１３２ フランジ部
３２ａ フランジ部の軸方向基板側の端面
３２ｂ フランジ部内周面に螺刻された雌ねじ
３３ テーパ
４０，５０ 締結用かしめピン
４０ａ，５０ａ 締結用かしめピンの押圧面
４１，５１ リング押さえ

Claims (8)

1. 薄肉筒状の胴部、及び前記胴部の軸方向端に一体に成形された肉厚筒状のフランジ部を有する端子と、
   前記胴部が挿入される貫通孔が開口された導体基板と、
   前記導体基板と接して前記胴部に嵌合し、前記導体基板側端部の内径部に基板側面取りが施され、前記導体基板と反対側端部の内径部に外側面取りが施されているリングとを備え、
   前記胴部は、前記フランジ部側に直径が前記貫通孔の内径よりも大きい大径となるテーパを有し、
   前記導体基板の貫通孔の周縁は、前記胴部のテーパにより前記リングの基板側面取りに押し付けられて密着するとともに、前記胴部のテーパと前記リングの基板側面取りとの隙間に入り込んで固着され、
   前記端子は、前記リングを貫通する前記胴部の開口端部を前記リングの外側面取りに沿って半径方向外側に広げるようにかしめられ、前記リングとともに前記導体基板に固定されている
   ことを特徴とする端子接合構造。
2. 前記導体基板の貫通孔は、前記胴部のテーパに沿って半径方向外側に広げるようにかしめられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の端子接合構造。
3. 前記貫通孔の周縁形状が鋸歯形状に成形されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の端子接合構造。
4. 前記テーパの勾配が中心軸に対して１５°±５°であり、前記テーパのフランジ部端面からの軸方向高さが前記導体基板の厚みの１．４倍〜１．６倍である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の端子接合構造。
5. 前記外側面取りの角度が中心軸に対して３０°±５°である
   ことを特徴とする請求項２に記載の端子接合構造。
6. 端子が固定される導体基板に貫通孔を開口し、
   薄肉筒状の胴部及び前記胴部の軸方向端に一体に成形された肉厚筒状のフランジ部を有する端子の前記胴部の前記フランジ部側端部に大径となるテーパを、該テーパの大径部の直径が前記貫通孔の内径よりも大きくなるように形成し、
   前記胴部を前記貫通孔に挿入した後、前記導体基板の反対側で前記胴部にリングを嵌合させ、
   前記貫通孔の周縁を前記胴部のテーパにより前記リングの基板側面取りに密着するように押し付けて、前記胴部のテーパと前記リングの基板側面取りとの隙間に入り込ませて固着し、
   前記リングを貫通する前記胴部の開口端部を、前記リングの外側面取りに沿って半径方向外側に広げるようにかしめる
   ことを特徴とする端子接合方法。
7. 前記胴部に前記リングを嵌合させる工程の前に、予め前記胴部のかしめられる位置に対応する前記リングの内径部に面取りを施しておく
   ことを特徴とする請求項６に記載の端子接合方法。
8. 前記導体基板に貫通孔を開口する際、該貫通孔の周形状を歯状に成形する ことを特徴とする請求項６または７に記載の端子接合方法。

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