JP4751211B2

JP4751211B2 - 接続構造

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Publication number: JP4751211B2
Application number: JP2006038848A
Authority: JP
Inventors: 裕介青野
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2007220442A

Description

本発明は、ステッピングモータの端子と該ステッピングモータが取り付けられる回路基板の導体パターンとを接続する接続構造に関するものである。

従来から、ステッピングモータは、各種ＯＡ機器、家電製品、自動車等の分野におけるアクチュエータ部品として利用されている。たとえば、車両には車両速度及びエンジン回転数等の計測値を表示する車両用計器装置が搭載されており、この車両用計器装置においては、文字板の前面に配置される指針を駆動する内機としてステッピングモータが用いられている。

この種のステッピングモータ１２０は、図５に示すように、前記計器装置の回路基板１３０などに取り付けられるモータ本体１２１と、モータ本体１２１から突出しかつ前記指針などを取り付ける出力軸１２２を有している。モータ本体１２１は、モータ本体１２１の外郭を形成しかつ扁平な箱状に形成されたケース１２３と、ケース１２３に固定されたコイル（図示せず）を有するステータ（図示せず）と、ケース１２３に回転自在に支持された磁石（図示せず）を有するロータ（図示せず）と、前記コイルに励磁信号を伝える端子１２４とを有している。端子１２４は、棒状に形成されており、その一端側がケース１２３の外部に露出しかつ回路基板１３０に向かって立設しているとともに、回路基板１３０に設けられた導体パターン（図示せず）と接続されている。そして、他端側が前記コイルと接続されている。また、出力軸１２２は、前記ロータに連結されている。このような構成のステッピングモータ１２０は、前記コイルを励磁して磁束を発生させることにより、前記ロータを回転させるとともに出力軸１２２を回転させて、前記指針を回転させる。

上記ステッピングモータ１２０の端子１２４と回路基板１３０の前記導体パターンとを接続する際には、図５に示すように、端子１２４を回路基板１３０に設けられた端子孔１６０に挿通するとともに、該端子１２４と端子孔１６０との間の部分Ｈを、鉛を主成分とした半田２００を用いてろう付けする（特許文献１を参照。）。図５中の２０１は半田ごてである。
特開２００２−３３３３４４号公報

しかしながら、図５に示した従来のろう付けに用いられる半田２００には、環境負荷物質である鉛が含まれていた。従来の電子部品と回路基板との接続にはこのような鉛を含んだ半田２００を用いてろう付けするのが一般的であったが、近年の地球環境保護への関心の高まりから、前述した半田２００を使用しない接続構造が要望されていた。

従って、本発明は、半田の使用を回避したステッピングモータと回路基板との接続構造を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、ステッピングモータの端子と回路基板の導体パターンとを接続する接続構造であって、前記ステッピングモータが、指針等が取り付けられる出力軸と、前記回路基板に向かって立設した立設部と、該立設部の端部に連なりかつ前記回路基板の平面方向に沿って突出した突起部と、を有する係止アームと、を有し、前記回路基板が、前記出力軸を通す軸挿通孔と、前記係止アームを通す係止孔と、前記回路基板から立設し、かつ前記ステッピングモータ内のコイルと接続した前記端子と嵌合することにより、該端子と前記導体パターンとを接続する第２の端子を有するコネクタと、を有し、前記第２の端子が、前記端子を収容可能な筒状に形成されているとともに前記端子を付勢する弾性片を有しており、前記ステッピングモータの発熱により前記回路基板の熱膨張による変形が生じた場合に、前記端子と前記第２の端子との接触圧の変化を抑制するように、前記ステッピングモータの前記出力軸及び前記係止アームが前記回路基板の前記軸挿通孔及び前記係止孔に挿通されて前記係止アームが前記係止孔内で係止される際に前記係止孔内で前記係止アームが撓む方向と、前記第２の端子の前記弾性片による前記端子を付勢する付勢方向と、が直交することを特徴とする接続構造である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記第２の端子が、前記係止アームの前記係止孔内に係止する際に撓む方向と直交する方向に沿って複数並べられたことを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記第２の端子が、前記係止アームの前記係止孔内に係止する際に撓む方向と平行な方向に沿って複数並べられたことを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載された発明において、前記回路基板が車両用計器装置を構成するとともに、前記ステッピングモータが前記車両用計器装置の文字板の前面に配置される指針を駆動する内機を構成することを特徴とするものである。

請求項１に記載された発明によれば、ステッピングモータの端子が回路基板に設けられたコネクタの第２の端子と嵌合することにより前記端子と前記回路基板の導体パターンとが接続するので、半田を使用することなくかつ容易にこれらを接続及び分離することができる。また、前記係止アームが前記係止孔に完全係合する部位で前記端子が前記第２の端子と完全嵌合するので、作業者は前記端子が前記第２の端子と嵌合したことを前記係止アームと前記係止孔との係合を視認することにより確認できる。したがって、前記ステッピングモータと前記回路基板との組み立て作業性の向上を図ることができる。

また、請求項１に記載された発明によれば、前記第２の端子が前記端子を付勢する付勢方向が、係止アームの撓む方向と直交するので、係止アームが撓んだ際、即ち前記ステッピングモータと前記回路基板とが係止アームの撓み方向に位置ずれした際、前記端子は、前記第２の端子の内側を前記付勢方向と直交する方向に移動する。よって、たとえ前記端子が前記第２の端子に対して移動したとしても、前記端子が前記第２の端子の挟持隙間に沿って摺動するので、前記端子と前記第２の端子との接触圧は変化することがない。よって、前記端子と前記第２の端子との接続信頼性を向上させることができる。

また、請求項１に記載された発明によれば、前記端子と前記第２の端子とを、ろう付けなどの溶着を行うことなく接続することができるので、前記ステッピングモータと前記回路基板とが溶着の熱の影響を受けることがない。よって、前記ステッピングモータと前記回路基板を構成する合成樹脂を、耐熱性にこだわらない安価なものを採用することができる。

以下、本発明の第１の実施形態にかかるステッピングモータと回路基板との接続構造１を図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るステッピングモータと回路基板との接続構造を示す斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は、図１に示された接続構造のステッピングモータの端子と回路基板のコネクタの第２の端子とが嵌合して両者が接続した状態を示す平面図である。

本発明における「ステッピングモータの回路基板への接続構造１」（以下、接続構造１と呼ぶ。）とは、ステッピングモータに設けられた端子と回路基板に設けられた導体パターンとを電気的に接続する接続構造１である。また、本実施形態における前記「回路基板」は、車両用計器装置を構成する回路基板３であるとともに、前記「ステッピングモータ」は、この車両用計器装置の文字板の前面に配置される指針を駆動する内機を構成するステッピングモータ２である。

上記回路基板３は、図１に示すように、絶縁性の合成樹脂などにより構成されるとともに、ステッピングモータ２が取り付けられる面と反対側の表面に導体パターン３７が設けられている。この導体パターン３７は、銅などの導電性材料が薄い箔状に形成されたものである。導体パターン３７は、後述のコネクタ３３及び後述のステッピングモータ２の端子２４を介してステッピングモータ２の後述のコイル２３に励磁信号を伝える。

上記ステッピングモータ２は、図１に示すように、回路基板３に取り付けられるモータ本体２０と、このモータ本体２０から突出しかつ前記指針などを取り付ける出力軸２１を有している。モータ本体２０は、ケース２５と、ステータ（図示せず）と、ロータ（図示せず）と、端子２４と、を有している。

上記ケース２５は、互いに連結可能な上ケース２５ａと下ケース２５ｂとを有している。上ケース２５ａと下ケース２５ｂとが互いに連結して、ケース２５は扁平な箱状になる。ケース２５は、ステータとロータとを収容する。

上記ステータは、フレームと、複数のコイル２３とを有している。フレームは、ケース２５に固定される。コイル２３は、フレームに取り付けられる。上記ロータは、円盤状に形成されかつその軸芯を中心として回転自在にケース２５に支持された永久磁石を有して構成されている。また、前記出力軸２１は、ロータに連結されている。

上記端子２４は、棒状に形成されている。この端子２４は、その一端部がコイル２３と接続しているとともに、他端部がケース２５の外部に露出しかつ回路基板３に向かって立設している。またこの他端部は、後述のコネクタ３３の第２の端子３５と嵌合することにより回路基板３の導体パターン３７と接続する。このように、端子２４は、回路基板３の導体パターン３７とステッピングモータ２のコイル２３とを接続し、コイル２３に励磁信号を伝える。

このような構成のステッピングモータ２は、回路基板３の導体パターン３７と接続した端子２４からコイル２３に励磁信号が伝えられることにより前記ロータの周方向に磁束を発生させ、前記ロータをその軸芯を中心として回転させるとともに出力軸２１を回転させて、前記指針を回転させる。

本実施形態の接続構造１は、係止アーム２２と、係止孔３２と、コネクタ３３と、軸挿通孔３１と、を有している。

上記係止アーム２２は、下ケース２５ｂの側面から延設されかつ回路基板３に向かって立設した板状の立設部２２ａと、立設部２２ａの回路基板３寄りの端部に連なりかつ回路基板３の平面方向に沿ってケース２５の外方に向かって突出した突起部２２ｂと、を有している。また、この突起部２２ｂの回路基板３寄りの端部には、回路基板３側からケース２５に向かうに従ってケース２５の外方に延びたテーパ面が形成されている。この係止アーム２２は、図示例では４つ設けられている。また、前記「下ケース２５ｂの側面」とは、下ケース２５ｂの回路基板３と平行に配された面の外縁から回路基板３と交差する方向に延びた面を言う。即ちこの側面はケース２５の外縁をなしている。

上記係止孔３２は、回路基板３を貫通した孔である。この係止孔３２には、係止アーム２２が通される。係止孔３２は、平面視が長方形に形成されており、その長手方向が立設部２２ａの幅方向の寸法よりわずかに広く形成されているとともに、その幅方向が突起部２２ｂの厚み方向の寸法よりもやや広く形成されている。このような係止孔３２に係止アーム２２が通される際には、立設部２２ａがケース２５の内側に向かって変位しながら通される。この立設部２２ａが係止孔３２内を通される際に変位する方向を、本明細書では「撓み方向」と呼び、矢印Ｘで示す（図３を参照。）。そして、係止孔３２に係合した状態の係止アーム２２は、立設部２２ａのケース２５から離れた側の面が係止孔３２の内縁のうち長手方向に延びかつケース２５の外方側に位置付けられた内縁に当接するとともに、この内縁をケース２５の外方に向かって付勢する。

上記コネクタ３３は、回路基板３のステッピングモータ２が取り付けられる面と反対側の面に取り付けられている。また、コネクタ３３は、係止孔３２の近傍でかつ係止孔３２よりもケース２５の内側に設けられている。即ち、このコネクタ３３と嵌合する上述の端子２４は、係止アーム２２の近傍でかつケース２５の外縁寄りの端部から立設している。このコネクタ３３は、上述した端子２４と嵌合する第２の端子３５と、この第２の端子３５を収容する絶縁性の合成樹脂で構成されたコネクタハウジング３４とを有している。

上記第２の端子３５は、図２に示すように、導電性の板金を折り曲げるなどして形成されている。また、第２の端子３５は、所謂雌型の端子であるとともに、端子２４を収容可能な筒状に形成されている。また、第２の端子３５は、その内部に互いに相対した一対の板ばね状の弾性片３５ａを有している。これら一対の弾性片３５ａは、互いに相対する方向に弾性変形自在に形成されており、第２の端子３５内に収容された端子２４を付勢するとともに端子２４と電気的に接続する。このとき、それぞれの弾性片３５ａには、相対する弾性片３５ａに向かって弾性復元力が生じている。この弾性復元力が生じている方向を、本明細書では、「弾性片３５ａが端子２４を付勢する付勢方向」と呼び、矢印Ｆで示す。また、この第２の端子３５は、図３に示すように、付勢方向Ｆが、撓み方向Ｘと直行するように配されているとともに、２つの第２の端子３５が撓み方向Ｘに沿って平行に並べられている。なお、図２中の３６は、回路基板３を貫通するとともに端子２４が通される端子挿通孔である。なお、第２の端子３５は、その一部がコネクタハウジング３４から露出して回路基板３の導体パターン３７と接続されている。

このようなコネクタ３３は、端子２４が第２の端子３５内に収容される、即ち嵌合する、ことにより端子２４と回路基板３の導体パターンとを接続する。そして、上述したように、第２の端子３５が、付勢方向Ｆが撓み方向Ｘと直行するように配されていることにより、ステッピングモータ２と回路基板３とに車両走行中の振動がかかった場合や、モータ本体２０の発熱により回路基板３の熱膨張による変形が生じた場合に係止アーム２２が撓み方向Ｘに沿って撓んでステッピングモータ２と回路基板３とが位置ずれしたとしても、端子２４は、第２の端子３５の内側を付勢方向Ｆと直交する方向に移動するので、端子２４と第２の端子３５との接触圧は変化することがない。また、上述したように、係止孔３２は、その長手方向の寸法が立設部２２ａの幅方向の寸法よりわずかに広く形成されているので、係止アーム２２の撓み方向Ｘと直行する方向に撓む量は極めて少ない。よって、たとえ車両走行中の振動がかかったり回路基板３が熱変形したとしても、端子２４が撓み方向Ｘと直行する方向、即ち付勢方向Ｆ、に沿って撓む量が極めて少なく、第２の端子３５との接触圧はほとんど変化することがない。

また、上記コネクタ３３は、回路基板３とは別体で形成されて、回路基板３に取り付けられる。このコネクタ３３を回路基板３に取り付ける際には、予めコネクタハウジング３４内に第２の端子３５を挿入しておき、第２の端子３５と回路基板３の導体パターン３７との接続箇所にクリーム半田を塗布し、コネクタ３３を回路基板３の導体パターン上に重ねる。そして、これら回路基板３とコネクタ３３とをリフロー炉にて加熱し、過熱により溶融したクリーム半田により導体パターン３７と第２の端子３５とを溶着させる。所謂リフロー接合である。また、前記クリーム半田は、鉛を使用していない錫及び銀を主成分とするクリーム半田である。

上記軸挿通孔３１は、回路基板３を貫通した孔である。この軸挿通孔３１には、出力軸２１が通される。

上述したステッピングモータ２を上述した回路基板３に取り付ける際には、図１に示すようにコネクタ３３と端子２４とを相対させ、ステッピングモータ２と回路基板３とを相対的に近づけてコネクタ３３の第２の端子３５内に端子２４を進入させるとともに、係止アーム２２を係止孔３２内に進入させるとともに、出力軸２１を軸挿通孔３１内に進入させる。この際、端子２４がコネクタ３３の第２の端子３５と完全嵌合するのと係止アーム２２が係止孔３２に完全係合するのとが同時に行われるので、作業者は、係止アーム２２が係止孔３２に完全係合するのを視認することにより、端子２４がコネクタ３３の第２の端子３５に完全嵌合したことを確認できる。こうしてステッピングモータ２が回路基板３に取り付けられるとともに、接続構造１により端子２４と回路基板３の導体パターン３７とが接続される。また、ステッピングモータ２を回路基板３から取り外す際には、係止アーム２２をケース２５の内側に押圧するなどして係止孔３２の内縁への係合を解除させるとともに、ステッピングモータ２と回路基板３とを互いに離れる方向に移動させることにより取り外すことができる。

本実施形態によれば、ステッピングモータ２の端子２４が回路基板３に設けられたコネクタ３３の第２の端子３５と嵌合することにより端子２４と回路基板３の導体パターンとが接続するので、半田を使用することなく容易にこれらを接続及び分離することができる。

また、端子２４と第２の端子３５とが嵌合する箇所が、係止アーム２２と係止孔３２とが係合する箇所の近傍に配されているので、ステッピングモータ２と回路基板３とに車両走行中の振動がかかった場合やモータ本体２０の発熱による回路基板３の変形が生じた場合に、この端子２４と第２の端子３５とが嵌合する箇所におけるステッピングモータ２と回路基板３との位置ずれを最小にすることができ、そのために、端子２４と第２の端子３５との位置ずれを最小にすることができる。さらに、第２の端子３５が端子２４を付勢する付勢方向Ｆが、係止アーム２２の撓み方向Ｘと直交するので、係止アーム２２が撓んだ際、即ちステッピングモータ２と回路基板３とが位置ずれした際、端子２４は、第２の端子３５の内側を付勢方向Ｆと直交する方向に移動する。よって、たとえ端子２４が第２の端子３５に対して移動したとしても、端子２４と第２の端子３５との接触圧は変化することがない。よって、端子２４と第２の端子３５との接続信頼性を向上させることができる。なお、第２の端子３５は、図３における係止アーム２２の中心線の延長上に配置されることが好ましいが、中心線の延長上でなくても中心線と平行な向きに配置されていればよい。

さらに、上述した回路基板３は、リフロー接合によりコネクタ３３が取り付けられるので、回路基板３及びコネクタハウジング３４を構成する合成樹脂は、ＰＢＴ、ＰＰＳ、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂等の耐熱性の高いものを用いる必要があるが、ステッピングモータ２のケース２５は、熱の影響を受けることがないので、耐熱性にこだわらない安価なものを用いることができる。このため、ステッピングモータ２を安価で製造することができる。

続いて、本発明の第２の実施形態にかかる接続構造１’を図４を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る接続構造におけるステッピングモータの端子と回路基板のコネクタの第２の端子とが嵌合して両者が接続した状態を示す平面図である。前述した第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の接続構造１’は、図４に示すように、コネクタ３３’が、２つの第２の端子３５を有している。この第２の端子３５は、係止アーム２２の撓み方向Ｘと直行する方向に沿って並べられているとともに、付勢方向Ｆが撓み方向Ｘと直行するように配されている。

このように、本発明では、複数の第２の端子３５が係止アーム２２の撓み方向Ｘと直行する方向に沿って並べられていても良く、係止アーム２２の撓み方向Ｘに沿って平行に並べられていても良い。即ち、付勢方向Ｆが撓み方向Ｘと直行する方向となるように第２の端子３５が配されていれば良く、第２の端子３５の数や配列方向は問わない。

上述した第１及び第２の実施形態では、弾性片３５ａが一対設けられていたが、本発明では、弾性片３５ａを少なくとも一つ有していれば良い。

また、上述した第１及び第２の実施形態では、コネクタ３３をリフロー接合により回路基板３に取り付けていたが、本発明はこれに限らず、導電性または非導電性の接着剤を用いてこれらを接着しても良いし、超音波接合により接合しても良い。また、上述した第１及び第２の実施形態では、コネクタ３３が回路基板３のステッピングモータ２から離れた側の面に取り付けられていたが、本発明では、コネクタ３３が回路基板３のステッピングモータ２寄りの面に取り付けられていても良い。

さらに、上述した第１及び第２の実施形態では、ステッピングモータについて記載している。しかしながら、本発明では、ステッピングモータに限らず、各種のモータに適用できることは勿論である。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係るステッピングモータと回路基板との接続構造を示す斜視図である。図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１に示された接続構造のステッピングモータの端子と回路基板のコネクタの第２の端子とが嵌合して両者が接続した状態を示す平面図である。本発明の第２の実施形態に係る接続構造におけるステッピングモータの端子と回路基板のコネクタの第２の端子とが嵌合して両者が接続した状態を示す平面図である。従来のステッピングモータと回路基板との接続構造を示す断面図である。

符号の説明

１,１’ 接続構造
２ステッピングモータ
３回路基板
２２係止アーム
２２ａ立設部
２２ｂ突起部
２４端子
３２係止孔
３３,３３’ コネクタ
３５第２の端子
３５ａ弾性片
Ｆ付勢方向
Ｘ撓み方向

Claims

ステッピングモータの端子と回路基板の導体パターンとを接続する接続構造であって、
前記ステッピングモータが、
指針等が取り付けられる出力軸と、
前記回路基板に向かって立設した立設部と、該立設部の端部に連なりかつ前記回路基板の平面方向に沿って突出した突起部と、を有する係止アームと、を有し、
前記回路基板が、
前記出力軸を通す軸挿通孔と、
前記係止アームを通す係止孔と、
前記回路基板から立設し、かつ前記ステッピングモータ内のコイルと接続した前記端子と嵌合することにより、該端子と前記導体パターンとを接続する第２の端子を有するコネクタと、を有し、
前記第２の端子が、前記端子を収容可能な筒状に形成されているとともに前記端子を付勢する弾性片を有しており、
前記ステッピングモータの発熱により前記回路基板の熱膨張による変形が生じた場合に、前記端子と前記第２の端子との接触圧の変化を抑制するように、前記ステッピングモータの前記出力軸及び前記係止アームが前記回路基板の前記軸挿通孔及び前記係止孔に挿通されて前記係止アームが前記係止孔内で係止される際に前記係止孔内で前記係止アームが撓む方向と、前記第２の端子の前記弾性片による前記端子を付勢する付勢方向と、が直交する
ことを特徴とする接続構造。
前記第２の端子が、前記係止アームの前記係止孔内に係止する際に撓む方向と直交する方向に沿って複数並べられたことを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
前記第２の端子が、前記係止アームの前記係止孔内に係止する際に撓む方向と平行な方向に沿って複数並べられたことを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
前記回路基板が車両用計器装置を構成するとともに、前記ステッピングモータが前記車両用計器装置の文字板の前面に配置される指針を駆動する内機を構成する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の接続構造。