JP6946373B2 - 金属基板、電子部品および、金属基板の製造方法 - Google Patents

Description

この明細書は、金属基板、電子部品および、金属基板の製造方法に関する技術を開示するものである。

種々の電子機器等に用いられる圧接端子その他の金属基板では、該金属基板の表面に形成された溝状等の凹部に、導線の周囲が絶縁体からなる被覆層で覆われた被覆電線を押し込んで挿入することにより、被覆電線が取り付けられる。

ここで、被覆電線は、金属基板の凹部内への挿入に際し、被覆層が除去されながら、金属基板の凹部の内部に挟み込まれて配置される。このとき、被覆層の除去により露出した導線で、被覆電線と金属基板とが電気的に接続される。

これに関する技術として、特許文献１には、「電線と圧接端子との接触面積が小さくなるのを抑制しつつ、圧接端子の配置スペースが大きくなるのを抑制する電子装置、及び、圧接端子を提供すること」を目的として、「電線（６０）と、前記電線の長手方向と直交する方向に前記電線が挿入されつつ前記電線を挟持して電気的な接続を確立する圧接端子（４２）と、を備える電子装置であって、前記電線は、導体部（６２）と、前記導体部を被覆する被覆部（６４）と、を有し、前記圧接端子は、互いに対向するとともに対向領域（４４）に前記電線が挿入された状態で前記電線を挟持する一対の挟持部（４２ｂ）と、前記挟持部同士を連結する底部（４２ｅ）と、を有し、各挟持部は、前記被覆部の少なくとも一部を除去して前記被覆部から前記導体部を露出させるための除去部（４２ｄ）と、前記除去部及び前記底部の間に形成され、前記除去部により露出された前記導体部に対してばね反力を作用させて圧接する圧接部（４２ｃ）と、を有し、前記対向領域に前記電線が挿入されていない状態では、前記除去部から前記底部へ向かうほど、前記圧接部同士の対向距離（Ｌ１）が長くされている電子装置」が記載されている。

特開２０１８−５５９３８号公報

上述した圧接端子等の金属基板では、金属基板の凹部内への被覆電線の挿入時に、被覆電線の被覆層が十分確実に除去されることにより、被覆電線との接続信頼性を高めることが必要になる。

特許文献１に記載された「電子装置」では、その図５に示されているところから解かるように、「圧接端子４２」の「除去部４２ｄ」の一対の「角部４２ｉ」が、「電線６０」の「被覆部６４」に食い込み、主として一対の「角部４２ｉ」のみで「被覆部６４」の除去が行われる。それ故に、この「圧接端子４２」は、用途ないし使用態様等によっては、「被覆部６４」の除去が不十分になることがあり、接続信頼性の向上の観点から更なる改善の余地がある。

この明細書では、被覆電線との接続信頼性を向上させることができる金属基板、電子部品および、金属基板の製造方法を開示する。

この明細書で開示する金属基板は、導線の周囲が被覆層で覆われた被覆電線が接続されるものであって、被覆電線の被覆層が除去されながら被覆電線が挿入されて配置される凹部を備え、前記凹部が内部に、該凹部の横断面視で、被覆電線の横断面の幅に比して狭い幅になる第一被覆除去部と、該凹部の横断面視で、前記第一被覆除去部よりも底面側に位置し、前記第一被覆除去部での幅に比して狭い幅になる第二被覆除去部とを有し、前記凹部が、該凹部の内側面から内側に該凹部の幅方向に対して傾斜して突出する突起部を有し、前記第二被覆除去部が、前記突起部に設けられてなるものである。

この明細書で開示する電子部品は、上述した金属基板と、導線の周囲の少なくとも一部が被覆層で覆われてなり、前記金属基板の前記凹部の内部に配置された被覆電線とを備えるものである。

この明細書で開示する金属基板の製造方法は、導線の周囲が被覆層で覆われた被覆電線が接続される金属基板を製造する方法であって、前段プレス加工により、金属板の表面に半加工凹部を形成する工程と、前記半加工凹部の内側面に対して後段プレス加工を施し、前記凹部の内側面から内側に突出する突起部を形成する工程とを含むものである。

上述した金属基板、金属基板の製造方法によれば、被覆電線との接続信頼性を向上させることができる。

金属基板の一例を示す平面図である。 図１の金属基板が備える凹部を示す、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大横断面図である。 図２の凹部の一個を、そこに配置される被覆電線とともに示す部分拡大横断面図である。 実施形態の金属基板が備える凹部を示す横断面図である。 図４（ａ）の凹部が有する片側の突起部を拡大して示す横断面図である。 図１の金属基板の製造方法における図２の凹部の形成手順の一例を示す横断面図である。 他の実施形態の金属基板が備える凹部を示す横断面図である。

以下に図面を参照しながら、この明細書で開示する実施の形態について詳細に説明する。
図１に示すところにおいて、符号１は、後述する被覆電線が接続される圧接端子等として用いられ得る金属基板を示し、符号２は、金属基板１の表面Ｓｆ上に形成された一個以上、図では六個の凹部を示す。

ここで、金属基板１は、用途等に応じた材質からなるものであり、たとえば、黄銅、リン青銅またはコルソン合金等からなるものとすることがある。
金属基板１の板厚も用途等に応じて適宜設定され得るが、たとえば０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、典型的には０．３ｍｍ〜０．８ｍｍとする場合がある。
金属基板１の平面外輪郭形状は、この例では矩形状としているが、用途等に応じて変更することができる。

またここで、金属基板１が表面Ｓｆ上に備える凹部２は、たとえば、金属基板１の表面Ｓｆ上に直線状等の形態で延びて、図２及び３にその横断面図で示すように、金属基板１の表面Ｓｆから貫通せずに窪んだ底面Ｓｂ有りの溝状等をなす。金属基板１上での凹部２の延びる形態は、曲線状又は屈曲状等とすることも考えられ、図示のものに限らない。また、一個の凹部２を設け、または、六個以外の複数個の凹部２を互いに隣接させて設けることもある。なお、複数個の凹部２を設けた場合、電子機器等で複数本の被覆電線により電力ないし信号の伝送を行うことができるので、接続信頼性を確保しやすくなることがある。

凹部２には、図３に例示するような被覆電線５１が、たとえば凹部２の延びる形態に沿わせる等して、同図に矢印で示すように、所定の圧力の作用の下で押し込まれ、内部に挿入されて配置される。
被覆電線５１は、アルミニウムないし銅等を含有する所定の導体からなる内側の導線５２と、導線５２の周囲を覆って設けられた樹脂その他の絶縁体からなる外側の被覆層５３とを有するものである。

かかる被覆電線５１を、凹部２の内部に配置するに際しては、被覆電線５１を凹部２の内部に挿入し、この際に、被覆層５３に凹部２の内側面Ｓｓ等が食い込んで、被覆層５３が除去される。これにより、被覆層５３から露出した導線５２が、凹部２の内部にて金属基板１に接触し、金属基板１に被覆電線５１が電気的に接続されるとともに、被覆電線５１が凹部２内で挟み込まれて取り付けられる。

ここにおいて、凹部２の内部への挿入時に被覆電線５１の被覆層５３の除去が不十分であった場合、その後の、該被覆電線５１及び金属基板１を有する電子機器等の使用時等に、その使用態様等によっては、被覆電線５１と金属基板１との接続不良が生じ得ることが懸念される。このことは特に、高度の接続信頼性が求められるモータやコンプレッサー等の製品で顕著な問題になる。

これに対処するため、凹部２はその内部に、図３に示す横断面視で、被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗに比して狭い幅Ｗ１になる第一被覆除去部３と、第一被覆除去部３よりも底面Ｓｂ側に位置し、第一被覆除去部３での幅Ｗ１に比して狭い幅Ｗ２になる第二被覆除去部４とを有するものとする。

この凹部２では、その内部に挿入される被覆電線５１は、はじめに、図３の上方側である凹部２の開口部側で、該被覆電線５１よりも狭幅の第一被覆除去部３によって被覆層５３の少なくとも一部が除去される。その後、被覆電線５１がさらに、図３の下方側である凹部２の底面Ｓｂ側に向けて押し込まれると、第一被覆除去部３よりもさらに狭幅の第二被覆除去部４により、第一被覆除去部３で除去されずに残った場合の残りの被覆層５３が除去される。それにより、凹部２の内部に配置された被覆電線５１は、不要な被覆層５３が十分に除去されて、露出した導線５２が凹部２の内面に確実に接触することになる。その結果として、金属基板１と被覆電線５１との接続信頼性を大きく向上させることができる。また、凹部２内に被覆電線５１を挿入して配置するだけで、被覆電線５１と金属基板１とを高い信頼性で接続可能であるから、被覆電線５１を凹部２内に挿入した後の溶接等の作業は不要になる。

このような凹部２を備える金属基板１は、凹部２の内部に被覆電線５１が挿入配置されて、該金属基板１と、導線５２の周囲の少なくとも一部が被覆層５３で覆われた被覆電線５１とを備える電子部品の一部を構成することができる。具体的には、圧着端子等の電子部品に特に有用である。

凹部２の幅、より詳細には、第一被覆除去部３での幅Ｗ１や、第二被覆除去部４での幅Ｗ２は、金属基板１の表面Ｓｆ上で溝状等の凹部２の延びる方向に直交する方向（図３では左右方向）の寸法を意味する。このことは、後述する電線配置スペースでの幅Ｗ３についても同様である。凹部２の横断面は、溝状等の凹部の延びる方向に直交する方向に沿う断面とする。
そしてまた、被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗは、導線５２の周囲の被覆層５３を含んだ被覆電線５１全体の寸法であって、上述した凹部２の幅と平行な方向（図３では左右方向）の寸法を意味する。たとえば、被覆電線５１の横断面が円形状である場合、被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗは、当該円の直径を表す。たとえば、被覆電線５１の長手方向のうち、被覆層５３が除去されていない部分を確認することにより、被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗを把握可能である。被覆電線５１の横断面は、溝状等の凹部２内に配置された被覆電線５１の延びる方向に直交する方向の断面である。

なお図示は省略するが、第一被覆除去部および第二被覆除去部に加えて、さらに狭幅の第三被覆除去部以降を有する凹部とすることもできる。凹部は、少なくとも第一被覆除去部および第二被覆除去部を有するものであればよい。

図示の例では、凹部２は、その深さ方向（図３の上下方向）の途中に、内側面Ｓｓのそれぞれから内側に突出する一対の突起部５を有するものとしている。そして、上述した第二被覆除去部４は、かかる突起部５に設けられている。特に突起部５の開口部側の角部は、第二被覆除去部４として有効に機能し得る。第二被覆除去部４での幅Ｗ２は、突起部５の形成域で最も幅が狭くなる点で測定する。なお、突起部は一対ではなく一つだけ設けることができる場合もあり、また二対以上設けることができる場合もある。

一方、第一被覆除去部３は、図示の例では、主として、金属基板１の表面Ｓｆと凹部２の内側面Ｓｓとの境界になるエッジ部に設けられている。第一被覆除去部３が設けられた当該エッジ部は、凹部２の横断面で視て尖って形成されているほうが、第一被覆除去部３によって被覆電線５１の被覆層５３が除去されやすくなる点で好ましい。ある実施形態において、突起部５より上側の内側面Ｓｓと表面Ｓｆとが成す角度θは１３０°未満に設定される。

そして、凹部２内で突起部５よりも底面Ｓｂ側の深い位置には、被覆層５３が除去された後に被覆電線５１が配置される電線配置スペース６が設けられている。ここで、電線配置スペース６は、第二被覆除去部４での幅Ｗ２に比して広くなるように形成されていることが好適である。これにより、電線配置スペース６に収まった被覆電線５１の、凹部２からの脱落が、電線配置スペース６よりも狭幅になる第二被覆除去部４で効果的に防止されるので、更なる接続信頼性の向上を実現することができる。特に金属基板１がモータ等に用いられる場合、モータの使用に際する振動時であっても、電線配置スペース６から被覆電線５１が抜け難く、金属基板１と被覆電線５１との電気接続が十分に保証される。
なお、電線配置スペース６は、凹部２の深さ方向におけるその電線配置スペース６の少なくとも一部での幅Ｗ３が、第二被覆除去部４での幅Ｗ２に比して広いものであればよい。

また、このような凹部２の、底面Ｓｂから突起部５までの深さ方向の距離Ｄａ、つまり図示の例では電線配置スペース６の深さ方向の寸法は、被覆電線５１の横断面の導線高さＨｃよりも長いことが好適である。この場合、被覆電線５１が電線配置スペース６に収まりやすくなって、接続信頼性をさらに高めることができる。
なお、凹部２の、底面Ｓｂから突起部５までの深さ方向の距離Ｄａは、底面Ｓｂの最も深い位置から、内側面Ｓｓに対して突起部５が突出する手前の位置（突起部５の底面側箇所）までの、深さ方向に沿う距離を意味する。また、被覆電線５１の横断面の導線高さＨｃは、被覆電線５１の被覆層５３内にある導線５２の、凹部２の深さ方向と平行な方向に沿う最大寸法である。

ここで示す例では、凹部２の横断面を視ると、凹部２は、表面Ｓｆに開口する開口部側から最も深部の底面Ｓｂ側に向かう途中で、突起部５が形成されていることにより、凹部２の幅が該突起部５の形成域にて非線形に増減する。具体的には、凹部２の幅は、凹部２の横断面視にて、凹部２の開口部側から底面Ｓｂ側に向かうに従い、突起部５の開口部側箇所で非線形に減少し、また突起部５の底面側箇所で非線形に増大する。凹部２の幅のこのような局所的な急減・急増は、被覆電線５１の被覆層の除去および、電線配置スペース６内の被覆電線の保持を、より確実に行うことを可能にし、被覆電線５１との接続信頼性の大きな向上をもたらす。

突起部５の深さ方向の寸法Ｄｐは、好ましくは０．０２ｍｍ以上とする。突起部５の深さ方向の寸法Ｄｐが小さすぎると、突起部５の強度が小さくなりすぎて、被覆電線５１の凹部２への挿入時に加わる圧力で突起部５が破損し、被覆電線５１の被覆層５３を除去できないおそれがある。
また、突起部５の幅方向の寸法｛（Ｗ３−Ｗ２）／２｝は、被覆電線５１の被覆層５３の厚みの３割以上、好ましくは５割以上に設定されることが好ましい。突起部５の幅方向の寸法が大きすぎる場合は、被覆電線５１の凹部２への挿入時に金属基板１に過度な圧力が加わり、金属基板１が変形するおそれがある。また小さすぎる場合は、被覆電線５１の被覆層５３を十分に除去できないことが懸念される。

ところで、図３に示すところでは、突起部５は、実質的に凹部２の幅方向に沿って内側に向けて突出する形状としているが、図４に示すように、凹部１２、２２の幅方向に対して傾斜して突出する突起部１５、２５とすることもできる。

図４（ａ）に示す突起部１５は、金属基板１の表面Ｓｆに開口する凹部２の開口部側に向けて斜め内向き（図４（ａ）では斜め上向き）に突出して形成されている。このような開口部側への斜め内向きの突起部１５は、凹部１２内への被覆電線５１の挿入時に、被覆電線５１から被覆層５３を除去することをより一層容易にする。
図４（ｂ）に示す突起部２５は、凹部２の底面Ｓｂ側に向けて斜め内向き（図４（ｂ）では斜め下向き）に突出して形成されたものである。底面Ｓｂ側に向けて斜めに突出する突起部２５は、電線配置スペース２６内に配置された被覆電線５１の被覆層残部等に食い込んで、凹部２２からの被覆電線５１の脱落を効果的に防止するべく機能する。

突起部５、１５、２５が開口部側又は底面側のいずれに向けて突出しているかについては、凹部２、１２、２２の横断面視にて、凹部２、１２、２２の内側面Ｓｓにおける、凹部２、１２、２２の幅が急激に変化する突起部５、１５、２５の基点Ｂ１及びＢ２を結んだ線分Ｌ１の中点ＭＰを通って線分Ｌ１に直交する直線Ｌ２に対して、突起部５、１５、２５の、開口部側に存在する部分と、底面Ｓｂ側に存在する部分のうち、いずれの面積が大きいかにより判断する。たとえば、図５に示すところでは、突起部１５の基点Ｂ１及びＢ２を結んだ線分Ｌ１の中点ＭＰを通って、該線分Ｌ１に垂直な直線Ｌ２に対し、開口部側にある突起部１５の部分の面積が、底面側にある突起部１５の部分の面積よりも大きいことから、当該突起部１５は、開口部側に向けて突出しているものとする。

なお、図４に示す凹部１２、２２は、突起部１５、２５の形状を除いて、図３に示す凹部２と実質的に同様の構成を有するものである。以下の説明では、凹部２、１２、２２のうち、凹部２を代表例として凹部２について述べるが、凹部１２、２２についても同様のことが当てはまる。

上述したような凹部２を有する金属基板１の当該凹部２は、ワイヤ放電加工等によっても形成することができるが、プレス加工により形成することが、生産性及び製造コストの観点から有利である。

金属基板１を製造する方法の一例について述べると、次のとおりである。
はじめに、所定の平面外輪郭形状で所定の材質からなる平板状の金属板を準備する。
次いで、この金属板の表面Ｓｆに対して前段プレス加工を施し、図６（ａ）に示すような半加工凹部４２を形成する。この半加工凹部４２は、実質的に内側面Ｓｓから突出する部分が存在せず、内側面Ｓｓがほぼ平面に近いものである。

その後、半加工凹部４２の対向する一対の内側面のそれぞれに対して、後段プレス加工を施す。この後段プレス加工で、図６（ｂ）に矢印で例示するように、半加工凹部４２の対向する一対の内側面がそれぞれ内側に塑性変形する。その結果として、横断面視で、先述した被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗに比して狭い幅Ｗ１になる第一被覆除去部３と、第一被覆除去部３よりも底面Ｓｂ側に位置し、第一被覆除去部３での幅Ｗ１に比して狭い幅Ｗ２になる第二被覆除去部４とを有する凹部２が形成される。また、先述した電線配置スペース６の幅Ｗ３は、第一被覆除去部３の幅Ｗ１に比して狭くなる。これにより、当該凹部２を備える金属基板１を製造することができる。

特に後段プレス加工では、半加工凹部４２の対向する一対の内側面のそれぞれを内側に傾倒させ、それにより、それらの内側面を、凹部２の内側面Ｓｓから内側に突出する突起部５に形成することが好ましい。この場合、金属基板１の凹部２が、突起部５を有するものになる。
なお、上記では半加工凹部４２の一対の内側面（即ち２面）に後段プレス加工を施しているが、他の実施形態において、半加工凹部４２の１面の内側面にのみ、後段プレス加工を施してもよい。
また、前段プレス加工後の加工態様にもよるが、前段プレス加工により形成する半加工凹部４２は、深さ方向のほぼ全域にわたって、被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗよりも狭い幅Ｗ１１を有するものとすることが好ましい。これにより、後段プレス加工後の凹部２に、被覆電線５１の横断面の幅Ｗｗよりも狭い幅Ｗ１になる第一被覆除去部３を形成しやすくなる。

凹部２内に突起部５を形成する場合、突起部５の寸法形状や突出方向は、後段プレス加工の調整により制御することができる。なかでも突起部５の突出方向は、後段プレス加工による加工程度、プレス刃の挿入方向等を適宜変更することによりコントロール可能である。

このようにして製造された金属基板１は、プレス加工により凹部２が形成されたことに起因して、凹部２の内側面Ｓｓが、突起部５より開口部側及び底面Ｓｂ側の両側を含めて全面で、プレス破面のせん断面になることがある。せん断面は一般に、プレス加工のパンチ又はダイに擦れることによって形成され、板厚方向（凹部２の深さ方向）に若干の線状模様の入った平滑面となる。

また、上述したようにして製造した場合、図７に示すように、もともと凹部３２に対応する部分に存在していた材料が前段プレス加工により周囲に流れて塑性変形し、それにより、凹部３２の開口部に隣接する表面部分３７が、他の部分に比して隆起することがある。凹部３２の開口部の周囲で表面Ｓｆから隆起する当該表面部分３７では、金属基板の板厚が増大するも、板厚は、凹部３２から離れるに従って次第に減少する場合がある。
なお、図７に示す凹部３２は、隆起する表面部分３７を除いて、図３に示す凹部２と実質的に同じ構成である。

１ 金属基板
２、１２、２２、３２ 凹部
３、１３、２３、３３ 第一被覆除去部
４、１４、２４、３４ 第二被覆除去部
５、１５、２５、３５ 突起部
６、１６、２６、３６ 電線配置スペース
３７ 表面部分
４２ 半加工凹部
５１ 被覆電線
５２ 導線
５３ 被覆層
Ｓｆ 金属基板の表面
Ｓｂ 凹部の底面
Ｓｓ 凹部の内側面
Ｗ１ 第一被覆除去部での幅
Ｗ２ 第二被覆除去部での幅
Ｗ３ 電線配置スペースでの幅
Ｄａ 凹部の、底面から突起部までの深さ方向の距離
Ｄｐ 突起部の深さ方向の寸法
Ｗｗ 被覆電線の横断面の幅
Ｈｃ 被覆電線の横断面の導線高さ
Ｂ１、Ｂ２ 突起部の基点
Ｌ１ 線分
ＭＰ 中点
Ｌ２ 直線

Claims (13)

1. 導線の周囲が被覆層で覆われた被覆電線が接続される金属基板であって、被覆電線の被覆層が除去されながら被覆電線が挿入されて配置される凹部を備え、
   前記凹部が内部に、
   該凹部の横断面視で、被覆電線の横断面の幅に比して狭い幅になる第一被覆除去部と、
   該凹部の横断面視で、前記第一被覆除去部よりも底面側に位置し、前記第一被覆除去部での幅に比して狭い幅になる第二被覆除去部と
   を有し、
   前記凹部が、該凹部の内側面から内側に該凹部の幅方向に対して傾斜して突出する突起部を有し、前記第二被覆除去部が、前記突起部に設けられてなる金属基板。
2. 前記凹部の横断面視で、当該凹部の、前記底面から突起部までの深さ方向の距離が、被覆電線の横断面の導線高さよりも長い請求項１に記載の金属基板。
3. 前記凹部が内部に、該凹部の横断面視で、前記突起部よりも底面側に位置し、前記第二被覆除去部での幅に比して広く、かつ前記第一被覆除去部での幅に比して狭い幅になる電線配置スペースを有する請求項１又は２に記載の金属基板。
4. 前記突起部が、前記凹部の開口部側に向けて斜め内向きに突出して形成されてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属基板。
5. 前記突起部が、前記凹部の底面側に向けて斜め内向きに突出して形成されてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属基板。
6. 前記凹部の横断面視にて、前記凹部の開口部側から底面側に向かうに従い、前記凹部の幅が、前記突起部の開口部側箇所で非線形に減少してなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属基板。
7. 前記凹部の横断面視にて、前記凹部の開口部側から底面側に向かうに従い、前記凹部の幅が、前記突起部の底面側箇所で非線形に増大してなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属基板。
8. 前記凹部に隣接する表面部分が、他の部分に比して隆起し、該表面部分で板厚が増大してなる請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属基板。
9. 前記凹部の内側面が、せん断面に形成されてなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属基板。
10. 複数個の前記凹部を備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属基板。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の金属基板と、導線の周囲の少なくとも一部が被覆層で覆われてなり、前記金属基板の前記凹部の内部に配置された被覆電線とを備える電子部品。
12. 導線の周囲が被覆層で覆われた被覆電線が接続される金属基板を製造する方法であって、
    前段プレス加工により、金属板の表面に半加工凹部を形成する工程と、
    前記半加工凹部の内側面に対して後段プレス加工を施し、前記凹部の内側面から内側に突出する突起部を形成する工程と
    を含む、金属基板の製造方法。
13. 前記後段プレス加工により、半加工凹部の前記内側面を内側に傾倒させて、該内側面を、前記凹部の内側面から内側に突出する突起部に形成する、請求項１２に記載の金属基板の製造方法。

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