JP4600277B2

JP4600277B2 - 雌端子構造

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Publication number: JP4600277B2
Application number: JP2005380304A
Authority: JP
Inventors: 太一岡; 研治中嶋; 秀明竹原; 道晃清水; 伸二伊藤; 亨鷲見
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007179987A

Description

本発明は、大電流通電用の電気端子構造に係り、特に、雄端子金具が挿入接続する金具の雌端子構造に関する。

現在、有害ガスの排出を低減でき、大幅な燃費低減効果のあるＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）が大きな注目を浴びている。ＨＥＶを駆動するモータとインバータ間の接続にはコネクタによる接続が行われており、ＨＥＶのシステムによっては１００Ａ以上の大電流が通電される。自動車の電気制御技術が進むにつれ、コネクタが自動車に多く使用されるようになったが、大電流の通電に対応したコネクタは少ない。大電流対応のコネクタに用いられる端子として、例えば、図１１に示されるような平板状の雄端子及び図１２に示されるような雌端子がある。

図１１に示すように、雄端子５０は、一枚の細長な板材で形成され、その一端が他の電気機器と接続する電線接続部５１に形成され、他端が雌端子と接触する挿入接触部５２に形成されている。電線接続部５１には、雄端子５０を他の機器にボルトで締結固定するための機器接続穴５３が形成されている。雄端子５０のサイズは、例えば、幅９５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ程度である。

図１２に示すように、雌端子６０は、雄端子５０を固定して電気的接続する端子通電部６１と、電線をかしめて接続する電線加締部６２とで構成され、板材を曲げ加工して形成されている。端子通電部６１内には、雄端子５０を内部に固定する板ばね６３が設けられている。

図１３に示すように、雄端子５０を雌端子６０に挿入すると、雄端子５０の挿入接触部５２が板ばね６３で端子通電部６１に押しこまれて固定され、電気的に接続される。

図１１〜図１３に示される雄端子５０及び雌端子６０は、例えば導電率の高い材料である銅を用いて形成されている。銅材料の中でも、高導電材料を使用することで、通電時の発熱をできるだけ抑制するのが好ましい。

しかしながら、端子材料の導電率と強度との関係はトレードオフの関係にあるため、導電率の高い材料を用いると、形成される端子の強度は低下する傾向にある。例えば、導電率が９０％以上の銅を用いて端子を形成すると、所望の強度を得ることができない。したがって、端子材料の導電率をある程度犠牲にして、強度を確保した材料を用いて端子を形成する必要がある。

また、材料の導電性と強度との関係だけでなく、雌端子６０にはばね部６３が設けられているため、形成されたばね部６３が弾性力を有するべく端子材料を考慮しなければならない。

現在、このような導電率、強度、弾性力の全てにおいて優れた特性を有する材料は存在しないが、解決策として、雌端子のばね部と端子通電部を別々に形成し、高導電性を有する通電部と、高いばね特性、高強度を有するばね部とを組み合わせた構造の雌端子がある。

なお、本発明に係る雌端子構造の先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平１１−２３３１８２号公報特開２００５−５６７９２号公報

しかしながら、このような雌端子を自動車用端子として用いた場合、次のような問題点がある。

自動車用端子は高温状態（１５０℃）に晒されることがあり、このような環境下において、端子を形成する材料の応力緩和特性が大きいと、雌端子のボックス部（端子通電部６１）が開いてしまうことがある。例えば、９０°に折り曲げた板材が曲げた方向と反対方向に曲げ返り１００°程度に板材が開いてしまう。

端子ボックスが開くと、ばね部と端子ボックス部間の距離（雄端子が挿入される部分の空間）が大きくなる。この時、ばね部に加わる変位量が小さくなるため、すなわち、ばね部が雄端子を挟圧する接触力が弱くなるため、雌端子３０を介して接続される電気機器が所定の特性を満足することができなくなる。

そこで、高温時の端子の開きを考慮して、常温時においてもばね部の接触力を高く設定して雌端子を形成し、高温で端子のボックス部の開きが生じたとしても、所定の特性を得るようにする必要がある。接触力を高くしてばね部を形成すると、雄端子が雌端子に挿入されるのに必要な力（端子挿入力）も大きくなり、雄端子の挿入がしづらくなるといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、雄端子の端子挿入力を大きくすることなく、ばね部が雄端子を固定する接触力を高温時でも保持することができる雌端子構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、高導電材料で枠体に形成され雄端子が挿入される端子通電部と、その端子通電部内に設けられ挿入される雄端子を固定するばね部とを備えた雌端子構造において、上記高導電材料より強度の高い材料を用いて上記端子通電部を覆うように端子ボックスを設け、上記端子通電部と上記端子ボックスは、それぞれ一枚の板材を断面矩形状に折り曲げて形成され、且つ、上記端子通電部と上記端子ボックスの各継目が相対する面になるように設けられ、上記ばね部は、板ばね状であって、上記端子ボックスの継目が形成される面と相対する面の一部に、上記雄端子の挿入側から上記端子通電部内に曲げられるように一体に形成し、上記端子ボックスは、上記ばね部が形成される面であって、上記ばね部が平面視で臨める位置に、開口部を形成すると共に、その開口部に固定ツメ部を設け、上記端子通電部は、上記開口部が形成された面に接する上記端子通電部の面に、上記固定ツメ部と係合する係合凹部を形成し、上記固定ツメ部を上記係合凹部に折り曲げて上記端子ボックスと上記端子通電部とを互いに固定したとき、上記ばね部が上記端子通電部の両端縁に挟まれるように上記端子通電部の継目に位置することを特徴とする雌端子構造である。

本発明によれば、雄端子の端子挿入力を大きくすることなく、ばね部が雄端子を固定する接触力を高温時でも保持することができるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１〜図４は本発明に係る雌端子の好適な実施の形態を示した図であり、図１は斜視図、図２は縦断面斜視図、図３は上方斜視図、図４は横断面斜視図である。

図１〜図４に示すように、雌端子３０は、高導電材料で枠体に形成され雄端子１０が挿入される端子通電部３１を備え、その端子通電部３１内に、挿入される雄端子を固定するばね部３３を備える。雌端子３０は、高導電材料より強度の高い材料を用いて端子通電部３１を覆うように端子ボックス３２を設け、その端子ボックス３２にばね部３３を一体に形成したことに特徴を有する。

端子通電部３１は断面略矩形状に形成され、端子ボックス３２も端子通電部３１と嵌合するべく断面略矩形状に形成されている。端子ボックス３２の一面３４（図では上面）の一部は、雄端子挿入側から端子通電部３１内に延出するように形成され、その延出した端子ボックス３２の一部が端子通電部３１内に曲げられ板ばね状のばね部３３に形成されている。ばね部３３は、端子通電部３１の底面（図中、下面）に形成される凸部３５と接し、雄端子挿入側から挿入される雄端子１０を凸部３５に挟圧することで、端子通電部３１内に雄端子１０を固定する構造となっている。

端子ボックス３２の上面３４には開口部３６が形成されている。開口部３６には、端子通電部３１を固定するための固定ツメ部３７が設けられている。他方、開口部３６が形成された面に接する端子通電部３１の面（図では上面）には、固定ツメ部３７と係合する係合凹部３８が形成されている。雌端子６０では、ツメ部３７を端子通電部３１側（雌端子内側）に折り曲げると、固定ツメ部３７が係合凹部３８に係合し、端子ボックス３２と端子通電部３１とが互いに固定される。

これにより、異なる金属板材で別々に形成される端子通電部３１と端子ボックス３２とが常に一定の位置で固定され、端子ボックス３２から端子通電部３１が抜けることなく安定した雌端子３０を構成することができる。

端子通電部３１は、高導電材料の板材を折り曲げ加工されて電線かしめ部３９と一体に形成されている。電線かしめ部３９は、高導電材料で形成され、電線をかしめることで雌端子３０に電線を固定する部材である。

端子ボックス３２は、一枚の板材を略断面矩形状に折り曲げ加工して形成され、開口部３６が形成された面３４と対向する面４１につなぎ目４２が位置するように形成されている（図中、下面）。また、端子通電部３１も一枚の板材を略断面矩形状に折り曲げ加工されて形成され、端子通電部３１のつなぎ目４３が、端子ボックス３２のつなぎ目４２と相対する面（図中、上面）に位置するように形成されている。

端子通電部３１のつなぎ目４３と端子ボックス３２のつなぎ目４２とを相対する面となるように形成して、端子ボックス３２に端子通電部３１を嵌合固定することにより、端子通電部３１内に雄端子１０を挿入した際に、端子通電部３１の内側からこじる力に対して強固となる。
従来の雌端子６０は、一枚の板材で形成された端子通電部６１のみで構成されていたため、つなぎ目を有する場合、雄端子の挿入により端子通電部６１にこじる力が加えられると、端子通電部６１がつなぎ目から変形してしまっていた。すなわち、端子通電部６１をこじる力により、つなぎ目において板材同士が離れ、枠体を保持することができなくなっていた。そこで、本実施の形態の雌端子構造では、つなぎ目を相対する面に配置することで枠体を保持することができる。

端子通電部３１及び電線かしめ部３９を形成する高導電率材料としては導電率が６０％IACS以上のものが好ましく、より好ましくは９３％IACS以上であるのが好ましい。

本実施の形態では、高導電率材料として導電率９７％IACSの無酸素銅を用いた。また、端子ボックス３２は、応力緩和特性に優れたＳＵＳを用いて形成した。

ここで、図５に無酸素銅とＳＵＳの各応力緩和特性を示す。図５の応力緩和特性は、１５０℃に加熱された環境下に、ＳＵＳの板材と無酸素銅の板材を晒し、加熱時間によって変化する板材の応力緩和率を測定したものである。

図５に示すように、無酸素銅の特性線７１によれば、無酸素銅は、１５０℃温度下において直ぐ応力緩和率が上昇しているのに対し、ＳＵＳの特性線７２によれば、ＳＵＳが１５０℃温度下に長時間保持されても応力緩和率がほどんど変化しないことがわかる。したがって、図５のグラフによりＳＵＳを用いて形成された端子ボックス３２は、高温（１５０℃）下において、その形状が殆ど変化することがない。

本実施の形態の雌端子構造によれば、高導電材料で形成された端子通電部３１を覆うように、応力緩和特性の小さなＳＵＳ材料で形成された端子ボックス３２を設けたことにより、雌端子３０が高温環境下に晒されても、端子ボックスの９０°に曲げた部分がそれ以上の角度に開いて端子ボックス３２が変形することがなく、略断面矩形の形状を保持することができる。したがって、端子ボックス３２に一体に形成されるばね部３３が、通電端子部３１からずれる（端子通電３１を押す力が弱まる）ことがなく、ばね部３３による雄端子の接触力を保持することができる。

すなわち、本実施の形態の雌端子３０は、高導電率で端子通電部３１を形成することで、大電流通電による発熱を低減すると共に、その端子通電部３１を端子ボックス３２で覆い、端子ボックス３２にばね部３３を一体に形成することで、安定した大電流通電を保持することができる。

また、高温時におけるばね部３３のばね弾性力低下を見込んだ設計をする必要がなくなるので接触力を小さくすることができ、雄端子１０を雌端子６０に挿入する際に必要な力（端子挿入力）も低減することができる。

ここで、本実施の形態の雌端子３０に挿入される雄端子について説明する。

図６に示すように、雄端子１０は、細長な板材で形成され、一端に電線（電気機器）と接続する電線接続部１１を有し、他端に雌端子に挿入する挿入接触部１２を有する。本実施の形態の雄端子１０は、挿入接触部１２を、平板状板材の横断面をコ字状にして形成したことに特徴を有する。

電線接続部１１と挿入接触部１２とは一枚の板材から形成され、電線接続部１１は平板状に形成されている。電線接続部１１には、インバータ等の機器に電気的に接続すると共に機器にボルトで締結固定するための機器接続穴１３が形成されている。

その他端である挿入接触部（コ字状部）１２は、電線接続部１１と同じ平板状に形成された底板１４と、底板１４の両側から突出する突起片１５，１５とからなり、両突起片１５，１５は底板１４を形成する板材を略直角に折り曲げることで形成される。

挿入接触部１２の挿入先端部１６は、先細なテーパ状に形成されている。具体的には、底板１４及び両突起片１５，１５の先端が板厚方向においてテーパ状に形成され、先端をテーパ状に形成することにより、雌端子６０（図１２参照）への挿入時の挿入力を低減している。

挿入接触部（コ字状部）１２は、底板１４が雌端子６０の内枠と略同じに、かつ、両突起片１５，１５が雌端子６０の内枠の高さと略同じに形成されるのが好ましい。底板１４の幅及び突起片１５，１５の高さを雌端子６０の内枠と略等しく形成することで、雌端子６０内での遊びがなくなり、雄端子１０を安定して固定することができる。

また、突起片１５の挿入部後端（挿入接触部の電線接続部側）には、雄端子１０を収容するコネクタのハウジングと係合するストッパー片１７が起立して形成されている。

図７及び図８は、本実施の形態の雄端子１０を雌端子６０に挿入接続した状態を示す図である。

図７及び図８に示すように、雄端子１０は、雌端子６０の端子通電部５１内にストッパー片１７を下側にして挿入されると、底板１４がばね部５３により端子通電部５１に挟圧されて固定される。

本実施の形態の雄端子構造によれば、雄端子１０の挿入接触部１２の横断面をコ字状に形成することで、幅及び厚さ（板材の厚さ）が同じ平板状の雄端子と比較して、断面積、表面積を大きくすることができる。したがって、雄端子１０の断面積を大きくすることにより、端子の抵抗を小さくでき、通電時の発熱を低減することができる。また、雄端子１０の表面積を大きくすることで、通電時に発する熱の熱放散性を良くすることができる。したがって、雄端子１０に大電流を通電しても端子の温度上昇を低減することができ、雄端子１０を備えるコネクタのハウジング樹脂の損壊や雄端子周辺に配置される機器への影響を抑制することができる。

雄端子１０は、例えば、ＨＥＶのモータとインバータとの接続に使用され、雄端子の電線接続部がインバータ側に接続される。このとき、図９（ａ）に示すように、インバータとモータとは３相通電を行うため、端子を３つ並べて配置される。本実施の形態の雄端子１０は、挿入接触部１２を断面コ字状に形成しているので、図９（ｂ）に示される同じ厚さ（図中、ｔ）で平板状に形成された雄端子５０を３つ並列に配置した場合と比較して、端子幅方向の距離を短くすることができる（図中、ｄ＜ｆ）。なぜなら、雄端子１０は、断面積が同じで平板状に形成された雄端子５０に比べて端子幅を小さくしているので（図中、ｂ＜ｅ）、雄端子１０を３つ並列配置した場合、雄端子１０の幅ｂと、端子間距離ｃとの合計が小さくなる。したがって、端子の幅ｂを小さくすることで、雄端子１０を３つ並列に配設してなる大電流通電用のコネクタを小型化することができる。

平板状の雄端子の幅を断面コ字状の雄端子１０の幅と等しくし、厚みを大きくすることで、断面コ字状の雄端子１０と断面積を同じにすることができるが、その場合、雄端子の厚さは非常に大きくなる。通常、雄端子は端子表面での酸化皮膜の発生を防ぎ、安定した電気接触を得るために、端子表面にはメッキが施される。しかし、厚い板材で形成された雄端子にはメッキを施すことが困難である。例えば、本実施の形態の雄端子１０と同じく幅１３ｍｍ、断面積３１．２ｍｍ²に平板状に雄端子を形成する場合、端子（板材）の厚さは２．４ｍｍとなる。この厚さ２．４ｍｍの板材にメッキを施すのは現状の技術では非常に困難である。本実施の形態の雄端子１０は、厚さの薄い板材を用いて幅を狭く形成しているので、酸化皮膜発生防止用のメッキを施すことができる。

また、雄端子１０は、電線接触部１３が平板状に形成されているので、容易に電線接触部１３に曲げ加工を施すことができ、例えば、雄端子１０に接続される機器側の位置によって雄端子１０をＬ字状にすることがあっても、容易に適応できる。

図１０は、図１の雌端子３０に図６の雄端子１０を挿入して接続した状態を示す断面斜視図である。図１０に示すように、雄端子１０の挿入接触部１２が雌端子３０の端子通電部３１に挿入され、ばね部３３で端子通電部底面４４に固定されている。より詳細には、底板１４が雌端子３０のばね部３３で固定されている。また、図示しないが、雄端子１０はコネクタのハウジングに収容され、ストッパー片１７がコネクタと係合して固定される。本実施の形態の雄端子１０を雌端子３０に接続した端子接続構造では、上述のように、熱放散性が高く、かつ、高温環境下においても端子間の接触力を保持し安定した電気接続を可能にする。

以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。

本発明に係る雌端子構造の好適な実施の形態を示す斜視図である。図１の雌端子を示す縦断面斜視図である。図１の雌端子を示す上方斜視図である。図１の雌端子を示す横断面斜視図である。無酸素銅とＳＵＳの応力緩和特性を示す図である。雄端子を示す斜視図である。図６の雄端子を雌端子に挿入した状態を示す斜視図である。図６の雄端子を雌端子に挿入した状態を示す断面斜視図である。（ａ）は図６の３つの雄端子を並列配置した断面図であり、（ｂ）は３つの平板状の雄端子を並列配置した断面図である。図１の雌端子と図６の雄端子を挿入接続した状態を示す断面斜視図である。従来の雄端子を示す斜視図である。従来の雌端子を示す斜視図である。図１１の雄端子を図１２の雌端子に挿入した状態を示す断面斜視図である。

符号の説明

３０雌端子
３１端子通電部
３２端子ボックス
３３ばね部
３６開口部
３７固定ツメ部
３８係合凹部

Claims

高導電材料で枠体に形成され雄端子が挿入される端子通電部と、その端子通電部内に設けられ挿入される雄端子を固定するばね部とを備えた雌端子構造において、
上記高導電材料より強度の高い材料を用いて上記端子通電部を覆うように端子ボックスを設け、
上記端子通電部と上記端子ボックスは、それぞれ一枚の板材を断面矩形状に折り曲げて形成され、且つ、上記端子通電部と上記端子ボックスの各継目が相対する面になるように設けられ、
上記ばね部は、板ばね状であって、上記端子ボックスの継目が形成される面と相対する面の一部に、上記雄端子の挿入側から上記端子通電部内に曲げられるように一体に形成し、
上記端子ボックスは、上記ばね部が形成される面であって、上記ばね部が平面視で臨める位置に、開口部を形成すると共に、その開口部に固定ツメ部を設け、
上記端子通電部は、上記開口部が形成された面に接する上記端子通電部の面に、上記固定ツメ部と係合する係合凹部を形成し、
上記固定ツメ部を上記係合凹部に折り曲げて上記端子ボックスと上記端子通電部とを互いに固定したとき、上記ばね部が上記端子通電部の両端縁に挟まれるように上記端子通電部の継目に位置することを特徴とする雌端子構造。