JP6046090B2 - 通電カシメされた端子を有する電動機 - Google Patents

Description

本発明は、通電カシメされた端子を有する電動機およびその製造方法に関する。

従来、筒状の端子に複数本の電線を挿入した状態で、一対の電極で端子を把持し、さらに一対の電極を通電しながら加圧して、電線の端部に通電カシメにより端子を取り付けるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。通電カシメされた端子は扁平形状となり、端子の一方向の長さが拡大する。このため、通電カシメされた複数の端子を電動機のコネクタや端子台に接続する場合、端子同士が干渉するおそれがある。このような端子同士の干渉を防止するため、電動機のコネクタや端子台に、複数の端子の向きを揃えて配置するようにした電動機が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１２−２０２７３２号公報 特開２０１３−２１９９００号公報

しかしながら、上記特許文献２記載の電動機では、通電カシメされた端子が接続される電動機のコネクタや端子台を特殊の形状に構成する必要があり、コストの増加を伴う。

本発明の一態様は、通電カシメにより巻線の端部に取り付けられた端子が接続されるコネクタ部を有する電動機であって、端子は、巻線の端部が挿入され、通電カシメされた筒部を有し、筒部は、巻線の挿入方向に対して垂直な面内の第１方向および該第１方向に直角な第２方向の長さが互いにほぼ等しく、巻線の挿入方向に対して垂直な面で切断した時の形状が正方形であり、コネクタ部には、複数の端子が互いに接近して不規則な向きに固定されており、複数の端子同士の距離は、断面が扁平形状の筒部を有する端子に置き換えた場合に絶縁を保てない距離である。

本発明によれば、巻線の挿入方向に対して垂直な面内の第１方向および第１方向に直角な第２方向の長さが互いにほぼ等しくなるように端子の筒部を構成するので、端子を特殊な向きに配置しなくても端子同士の干渉を防ぐことができ、コストの増加を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る電動機に設けられるコネクタの一例を示す図。 図１のコネクタに接合される端子の斜視図。 通電カシメ前の状態を示す、図２のIII-III線に沿って切断した端子の端面図。 通電カシメ後の状態を示す、図２のIII-III線に沿って切断した端子の端面図。 複数の端子の配置を示すコネクタの平面図。 図４の第１の比較例を示す図。 図４の第２の比較例を示す図。 本発明の実施形態に係る通電カシメ装置の構成を示す図。 本発明の実施形態に係る通電カシメ方法の一手順を示す図。 図７Ａに続く通電カシメ方法の手順を示す図。 図７Ｂに続く通電カシメ方法の手順を示す図。 図９の変形例を示す図。

以下、図１〜図８を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る電動機は、端子が接続されるコネクタ部（例えばコネクタや端子台等）を有する。図１は、本発明の実施形態に係る電動機に設けられるコネクタ１の一例を示す斜視図である。なお、コネクタ１は、相手側コネクタとの嵌合方向に突設され、相手側コネクタと電気的に接続する複数本のピンを有するが、図１はピンの反対側からコネクタ１を見ており、ピンの図示を省略している。

図１に示すように、コネクタ１の端面には複数の凹状の半田カップ２が設けられ、半田カップ２に複数の端子１０が半田付けにより接合されている。各端子１０には、ステータコア（不図示）に巻回された複数の巻線５の端部が一体に取り付けられている。半田カップ２は、コネクタ１のピンの基端部と電気的に接続するように設けられている。このため、コネクタ１に端子１０を半田付けすると、端子１０を介して巻線５とピンとが導通する。その結果、コネクタ１を介して外部から巻線５に電力を供給することができる。

図２は、巻線５の端部に取り付けられた端子１０の斜視図である。なお、以下では、図示のように直交三軸方向（ＸＹＺ方向）を定義し、この定義に従い端子１０の構成を説明する。図２に示すように、端子１０は、Ｘ方向に延在して複数の巻線を収容する筒部１１と、筒部１１のＸ方向一端部からＸ方向に延設された接続部１２とを有する。接続部１２は、コネクタ１の半田カップ２に挿入され、半田カップ２で接続部１２がコネクタ１のピンに半田付けされる。筒部１１は、Ｘ方向両端部に開口部１３を有し、巻線５の端部は、接続部１２の反対側の開口部１３から筒部１１内に挿入される。この状態で、後述するように通電カシメ装置を用いて端子１０と巻線５とが通電カシメされ、巻線５の端部に端子１０が取り付けられる。

図３Ａ、図３Ｂは、図２のIII-III線に沿って切断した端子１０の断面図、すなわちＸ方向に垂直なＹＺ平面上での端子１０の構成を示す図である。なお、図３Ａは通電カシメ前の状態を、図３Ｂは通電カシメ後の状態を示す。図３Ａに示すように、通電カシメ前においては、端子１０の筒部１１は円筒形状を呈し、筒部１１内の空間１４に複数の巻線５の端部が挿入される。この状態では、各巻線５（銅線）は、樹脂製の絶縁材５ａによって被覆されている。巻線５を挿入した状態で、空間１４内には隙間がある。このため複数の巻線５を空間１４内に容易に挿入することができる。

一方、図３Ｂに示すように、通電カシメ後においては、筒部１１の断面積が減少し、空間１４内における筒部１１と巻線５との間の隙間がほぼ０となっている。したがって、巻線５同士が互いに密着し、かつ、外側に配置された巻線５は筒部１１に密着されている。この状態では、巻線５の樹脂材５ａが溶融し、巻線５と筒部１１とが導通している。

本実施形態では、通電カシメ後の筒部１１の断面形状が正方形状を呈している。すなわち、筒部１１のＹ方向の長さＬ１とＺ方向の長さＬ２とが等しい。このように巻線５の挿入方向（Ｘ方向）に対して垂直な面内において互いに直交するＹ方向とＺ方向の筒部１１の長さＬ１，Ｌ２を互いに等しくすることにより、以下のような作用効果が得られる。

図４は、コネクタ１の半田カップ２に半田付けされた複数（図では３個）の端子１０の配置を示す平面図であり、図５Ａ，図５Ｂはそれぞれ図４の比較例を示す図である。なお、図４、図５Ａ、図５Ｂにおいて、半田カップ２は互いに同一位置に設けられている。図５Ａ，図５Ｂに示す端子１０Ａは、通電カシメ時に一方向から押し潰されて形成されたものであり、断面が扁平形状を呈し、扁平部の長さＬ３（ＹＺ平面の端子１０Ａの最大長さ）が通電カシメ前よりも拡大している。したがって、図５Ａに示すように、複数の端子１０Ａが互いに干渉するおそれがある。

一方、図５Ｂでは、端子１０Ａ，１０Ａ同士が干渉しないように、コネクタ１に端子１０Ａの向きを揃えて半田付けしているが、この場合には端子１０Ａを位置決めするための構成が必要となり、コストが増加する。また、図５Ｂでは、端子１０Ａ，１０Ａ間の距離が狭い部分ａが生じ、この部分ａでは十分な絶縁距離を確保することが困難である。とくに、巻線５の径または本数が増加すると、通電カシメ後のＹＺ平面における端子１０Ａの最大長さＬ３が拡大し、端子同士の干渉を防止しつつ端子間の十分な絶縁距離を確保することが一層困難となる。コネクタ１のピンの距離や配置は規格等により定まっているため、半田カップ２の位置を変更して絶縁距離を確保するように構成することも難しい。

これに対し、本実施形態では、端子１０が断面正方形状に構成されるため、ＹＺ平面における端子１０の最大長さが短く、通電カシメ後の端子１０をコンパクトに構成できる。このため、図４に示すように、端子１０を任意の向きに配置しても、端子１０，１０同士が干渉することなく、端子１０，１０間に十分な絶縁距離を確保することができる。また、端子１０をコンパクトに構成できるため、コネクタ部の省スペース化が可能である。端子１０，１０間に比較的大きなスペースを確保することができるため、半田付け作業が容易である。さらに、通電カシメ前に比較的大径の端子１０を用いることができるので、筒部１１内への巻線５の端部の挿入が容易であり、ロボット等を用いた通電カシメの自動化を最適に行うことができる。

次に、本発明の実施形態に係る通電カシメ方法について説明する。通電カシメは、通電カシメ装置を用いて行われる。図６は、本発明の実施形態に係る通電カシメ装置２０の構成を示す図である。なお、図６では、ＹＺ平面における通電カシメ装置２０の構成を示している。図６に示すように、通電カシメ装置２０は、Ｚ方向に離間して配置された一対の電極（上電極２１、下電極２２）と、Ｙ方向に離間して配置された一対のガイド（可動ガイド２３、固定ガイド２４）とを有する。ガイド２３，２４は、セラミックス等の耐熱性を有する材料によって構成される。

上電極２１はＺ方向に移動可能に設けられ、上電極２１の移動に伴い、互いに対向する上電極２１および下電極２２の端面２１ａ，２２ａ間の距離が変化する。可動ガイド２３はＹ方向に移動可能に設けられ、可動ガイド２３の移動に伴い、互いに対向する可動ガイド２３および固定ガイド２４の端面２３ａ，２４ａ間の距離が変化する。電極２１，２２の端面２１ａ，２２ａおよびガイド２３，２４の端面２３ａ，２４ａはそれぞれ平坦に構成されている。

図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の実施形態に係る通電カシメ方法の手順を示す図である。通電カシメを行う場合、まず、巻線５の端部を円筒形状の端子１０の筒部１１に挿入した状態で、図７Ａに示すように、Ｚ方向に離間して配置された一対の電極２１，２２と、Ｙ方向に離間して配置された一対のガイド２３，２４との間の空間２５に端子１０を配置する。例えば、下電極２２の端面２２ｂと固定ガイド２４の端面２４ａとに筒部１１を当接させた状態で、端子１０を配置する。

次いで、図７Ｂに示すように、上電極２１を端子１０に向けて矢印Ａ方向に移動するとともに、可動ガイド２３を端子１０に向けて矢印Ｂ方向に移動し、一対の電極２１，２２と一対のガイド２３，２４とにより端子１０を挟持する。このとき、端子１０の外周面は一対の電極２１，２２の端面２１ａ，２２ａと一対のガイド２３，２４の端面２３ａ，２４ａとに当接し、四方から加圧される。

次いで、図７Ｃに示すように、電極２１，２２に電流を流して端子１０を通電しながら、端子１０のＹ方向長さおよびＺ方向長さが所定長さＬ１、Ｌ２（図３Ｂ）となるまで、上電極２１および可動ガイド２３をＡ方向およびＢ方向に移動し、端子１０をさらに加圧する。このとき、図７Ｃの矢印Ｃ方向に電流が流れ、電流によって端子１０が発熱して軟化するとともに、端子１０を介して巻線５の温度が上昇する。これにより巻線５の周囲の樹脂材５ａ（図３Ａ）が溶融して筒部１１から押し出され、端子１０と巻線５とが導通状態となる。その結果、図３Ｂに示すように、端子１０の筒部１１の断面積が減少し、端子１０と巻線５とが密着した断面正方形状の端子１０が形成される。通電カシメ後においては、筒部１１の断面積が減少した分、筒部１１のＸ軸方向の長さが長くなっている。

このように本実施形態では、一対の電極２１，２２と一対のガイド２３，２４との間に端子１０を配置し、電極２１とガイド２３を端子１０に向けて移動して端子１０を四方から加圧した後、電極２１，２２に電流を流して端子１０を通電しながら加圧する。これにより、Ｙ方向の長さＬ１とＺ方向の長さＬ２とが互いに等しい端子１０を形成することができる。

なお、一対の電極２１，２２と一対のガイド２３，２４とにより端子１０を加圧する場合、電極（上電極２１）とガイド（可動ガイド２３）を同時に駆動してもよいが、電極２１とガイド２３のいずれか一方を先に駆動し、その後、いずれか他方を駆動するようにしてもよい。この場合、ガイド２３を先に駆動すると、ガイド２３，２４間の隙間に電極２１をスムーズに挿入できないおそれがある点を考慮し、電極２１を先に駆動することが好ましい。

通電カシメ後の端子１０の断面形状は、端子１０に接触する電極２１，２２の端面２１ａ，２２ａとガイド２３，２４の端面２３ａ，２４ａの形状に応じて定まる。本実施形態では、これら端面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを平面状に構成したため、断面正方形状の端子１０を形成することができる。端面２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａの一部または全部を、平面状ではなく曲面状（例えば円弧状）に構成してもよい。

図８は、図６の変形例を示す図である。図８では、ガイド２３，２４の端面２３ａ，２４ａを円弧状に形成している。これにより端子１０の一部を円弧形状に形成することができる。この場合も、通電カシメ後の端子１０のＹ方向の長さとＺ方向の長さは互いに等しい。なお、ガイド２３，２４の端面２３ａ，２４ａだけでなく、電極２１，２２の端面２１ａ，２２ａを円弧上に形成してもよい。これにより断面円形状の端子１０を形成することができる。

通電カシメされた端子１０の筒部１１における、巻線５の挿入方向（Ｘ方向）に対して垂直な面（ＹＺ平面）内の第１方向（Ｙ方向）およびこれに直角な第２方向（Ｚ方向）の長さＬ１，Ｌ２が互いに等しくなるように端子１０を構成するのであれば、端子１０の断面形状は上述したものに限らない。第１方向と第２方向の長さＬ１，Ｌ２が厳密に等しくなくても、ほぼ等しいのであれば、本実施形態と同様の作用効果を奏することができる。したがって、第１方向と第２方向の長さＬ１，Ｌ２が略等しければ、端子１０の構成は上述したものに限らない。例えば、端子１０の断面形状が正方形以外の正多角形、あるいは略正多角形となるように端子１０を構成してもよく、略円形となるように端子１０を構成してもよい。

上記実施形態では、上電極２１を下降して上電極２１と下電極２２との間に端子１０を挟持するようにしたが、第１方向に移動可能な一対の電極の構成はこれに限らない。例えば上電極２１と下電極２２の両方を端子１０に向けて移動可能に構成してもよい。また、上記実施形態では、可動ガイド２３と固定ガイド２４とにより端子１０を第２方向に押圧するようにしたが、押圧部の構成はこれに限らない。例えば、ガイド２３，２４の両方を端子１０に向けて移動可能に構成してもよい。上記実施形態では、通電カシメされた端子１０を電動機のコネクタ１に適用したが、端子台等、電動機の他のコネクタ部にも同様に適用することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ コネクタ
５ 巻線
１０ 端子
１１ 筒部
２１，２２ 電極
２３，２４ ガイド
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 端面

Claims (1)

1. 通電カシメにより巻線の端部に取り付けられた端子が接続されるコネクタ部を有する電動機であって、
   前記端子は、前記巻線の端部が挿入され、通電カシメされた筒部を有し、
   前記筒部は、前記巻線の挿入方向に対して垂直な面内の第１方向および該第１方向に直角な第２方向の長さが互いにほぼ等しく、前記巻線の挿入方向に対して垂直な面で切断した時の形状が正方形であり、
   前記コネクタ部には、複数の前記端子が互いに接近して不規則な向きに固定されており、
   複数の前記端子同士の距離は、断面が扁平形状の筒部を有する端子に置き換えた場合に絶縁を保てない距離であることを特徴とする電動機。

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