JP6967720B2 - 端子及び端子の接合方法 - Google Patents

Description

本開示は、端子及び端子の接合方法に関する。

従来、コイル端末（金属線）が巻き付けられることで当該コイル端末に接続された端子が特許文献１に開示されている。この端子では、金属線の強度を確保するために、金属線が挟持部によって挟まれている。

特開平１１−１８６０２３号公報

しかしながら、従来の端子では、挟持部から金属線が離間することもあり、この場合、金属線と端子との接合強度を十分に確保し難くなる。このことから、金属線と端子との接合強度を確保したいという要望がある。

そこで本開示は、金属端子と金属線との接合強度を確保することができる端子及び端子の接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る端子は、金属端子と、絶縁被膜を有する金属線と、金属端子に対して金属線を電気的に接合するため、金属端子上で金属線を埋設した金属微粒子群からなる埋設部と、埋設部に配置された金属線における金属端子側の表面のみを覆う絶縁層と、を備える。

また、本開示の一形態に係る端子の接合方法は、金属端子と金属線とが電気的に接続された端子の接合方法であって、全周に絶縁被膜を有する前記金属線を前記金属端子上に配置した後に、金属線に対して金属微粒子群を吹き付けて金属線における金属端子とは反対側の前記絶縁被膜を除去するとともに、金属線における金属端子側の絶縁被膜を絶縁層として残存させながら、金属微粒子群からなる埋設部で金属線を埋設することで、金属線と金属端子とを電気的に接合する。

本開示によれば、金属端子と金属線との接合強度を確保することができる。

図１は、実施の形態に係る端子を示す概略図である。 図２は、実施の形態に係る端子を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係り、柱状金属端子に金属ワイヤを絡げた状態を示す説明図である。 図４は、実施の形態に係り、柱状金属端子に金属ワイヤを絡げる工程を示すフロー図である。 図５は、実施の形態に係り、組立品の作成及びコールドスプレー工程を示す図である。 図６は、変形例１に係る端子の概略構成を示す正面図である。 図７は、変形例１に係る端子であって、線径の異なる複数の金属ワイヤが接合された状態を示す断面図である。 図８は、変形例２に係る端子を示す断面図である。 図９は、変形例３に係る端子を示す断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

以下、本開示の実施の形態に係る端子及び端子の接合方法について説明する。

［構成］
図１は、実施の形態に係る端子１を示す概略図である。図１に示すように、端子１は、モータの一部であるステータ１００に対して設けられている。具体的には、端子１は、ステータ１００を構成する複数のコイル１０１に設けられている。端子１は、モータに対して電力を供給する電源部に搭載された回路基板からコイル１０１に電力供給を行う。端子１は、柱状金属端子１０と、金属ワイヤ２０と、埋設部３０とを備えている。

図２は、実施の形態に係る端子１を示す断面図である。具体的には、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。

図２に示すように、柱状金属端子１０は、コイル１０１と電気的に接続された柱状の金属端子である。柱状金属端子１０は、金属ワイヤ２０の一部である金属線２１と電気的に接続されている。具体的には、柱状金属端子１０は、金属線２１が巻き付けられた状態で金属線２１に対して接合されている。柱状金属端子１０は、例えば、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属からなる部材である。なお、柱状金属端子１０は、その他の金属から形成されていてもよいし、その表面にメッキ層を有していてもよい。

本実施の形態では、金属線２１が柱状金属端子１０に絡げられた状態で、金属線２１と柱状金属端子１０とが接合されている。ここで「絡げる」とは、対象物に対して線材が巻き付けられた状態で結ばれていることをいい、結わえられたことで金属線２１同士が重なった部分（交差部２３：図３参照）が存在していることをいう。金属線２１は、所定のピッチ間隔をあけて柱状金属端子１０に対して一重で巻き付けられている。なお、金属線２１は、柱状金属端子１０に対して多重で巻き付けられていてもよい。

柱状金属端子１０は、例えば、軸方向視において短辺が約０．４ｍｍ、長辺が０．６ｍｍの長方形である。また、金属ワイヤ２０では、金属線２１の線径が約０．１５ｍｍである。

柱状金属端子１０は、軸方向視において四角形である。なお、柱状金属端子１０は、軸方向視において四角形であることに限定されず、例えば、四角形以外の多角形状、円形状、楕円形状、長円形状などであってもよい。

金属線２１は、金属ワイヤ２０の一部を構成し、金属製の線材である。具体的には、金属線２１は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属から形成されている。金属線２１は、当該金属線２１同士が柱状金属端子１０の周方向に重なりあう交差部２３を形成している。交差部２３は、柱状金属端子１０のいずれかの側面と接触するように形成されている。図２に示すように、金属線２１の断面形状は、柱状金属端子１０側の第一外縁２１１が円弧状であるが、その反対側の第二外縁２１２は、第一外縁２１１よりも曲率半径が大きくなっている。このため、金属線２１の断面形状は、全体として偏平な形状となっている。

埋設部３０は、柱状金属端子１０に巻き付けられた金属線２１を、当該柱状金属端子１０の側面上で埋設している。具体的には、埋設部３０は、金属線２１における交差部２３と、柱状金属端子１０に巻き付けられた部分とを埋設している。埋設部３０は、柱状金属端子１０の全周にわたって連続した状態で、金属線２１における柱状金属端子１０に巻き付けられた部位を覆っている。埋設部３０は、その外表面が、金属線２１における柱状金属端子１０に巻き付けられた部位に倣った凹凸形状を有している。つまり、金属線２１に対応する部位においては埋設部３０は凸状となっており、金属線２１のピッチ間隔に対応する部位においては埋設部３０は凹状となっている。

埋設部３０は、コールドスプレー法によって吹き付けられた金属微粒子群４０（図５参照）によって形成されている。埋設部３０内においては、金属ワイヤ２０の一部である絶縁被膜２２が、金属線２１における柱状金属端子１０側の表面を覆っている。つまり、金属線２１と柱状金属端子１０との間には絶縁層２９が配置されている。金属線２１における柱状金属端子１０側の表面以外の領域は、絶縁被膜２２によって覆われておらず、埋設部３０によって直接的に覆われている。

［端子の接合方法］
柱状金属端子１０への金属ワイヤ２０の接合方法について説明する。

まず、接合前の金属ワイヤ２０について説明をする。金属ワイヤ２０は、金属線２１に絶縁性の樹脂からなる絶縁被膜２２が形成されている（図５参照）。金属ワイヤ２０は、例えば、エナメル線、リード線等である。絶縁被膜２２は、例えばウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド等の樹脂材料で構成されている。

図３は、実施の形態に係り、柱状金属端子１０に金属ワイヤ２０を絡げた状態を示す説明図である。図３の（ａ）は、柱状金属端子１０の軸方向と直交する方向から見た、柱状金属端子１０に金属ワイヤ２０を絡げた状態を示す。図３の（ｂ）は、柱状金属端子１０の軸方向から見た、柱状金属端子１０に金属ワイヤ２０を絡げた状態を示す。また、図４は、実施の形態に係り、柱状金属端子１０に金属ワイヤ２０を絡げる工程を示すフロー図である。

図３及び図４に示すように、まず、柱状金属端子１０は、図示しない治具に対して固定される。これにより、柱状金属端子１０は、金属ワイヤ２０を巻き付けることが可能な状態となる（Ｓ１１１）。その後、金属ワイヤ２０は、一定の張力を受けながら、柱状金属端子１０の周囲に対して巻き付けられる。また、金属ワイヤ２０は、１ターン目、２ターン目と巻き付けられる際には、金属ワイヤ２０における巻き始め箇所に重なるように柱状金属端子１０に巻き付けられる。これにより、金属ワイヤ２０同士が交差した交差部２３が形成される（Ｓ１１２）。

さらに、金属ワイヤ２０は柱状金属端子１０に対して数ターン巻き付けられる（Ｓ１１３）。金属ワイヤ２０は、交差部２３を除けば概ねコイル状となるように、柱状金属端子１０に巻き付けられることとなる。これにより、金属ワイヤ２０は柱状金属端子１０の側面上に配置された状態となる。その後、金属ワイヤ２０の不要な箇所がニッパ等で切断されて、金属ワイヤ２０が整えられることで、図５に示す組立品２００が得られる。図５は、実施の形態に係り、組立品２００の作成及びコールドスプレー工程を示す図である。

図５に示すように、組立品２００が作成されると、当該組立品２００に対してコールドスプレー法によるコールドスプレー工程が施される。コールドスプレー工程では、組立品２００に対して、コールドスプレー装置のノズル３００から金属微粒子群４０を固相状態のままで吹き付けることで、埋設部３０を形成する。吹付け時においては、一般的な溶射法と比較して金属微粒子群４０を低い温度で加熱している。この工程では、金属微粒子群４０を吹き付けながらノズル３００を組立品２００に対して回転させる（図５の矢印Ｙ１参照）。なお、ノズル３００を固定した状態で、組立品２００を回転させてもよい。これにより、柱状金属端子１０及び金属ワイヤ２０上に金属微粒子群４０が堆積して、柱状金属端子１０の全周に連続するように埋設部３０が形成される。このとき、金属微粒子群４０が吹き付けられることで、金属ワイヤ２０の絶縁被膜２２の一部が削られ除去される。具体的には、絶縁被膜２２における柱状金属端子１０とは反対側の部分が除去される。一方、絶縁被膜２２における柱状金属端子１０側の部分は絶縁層２９として残存する。絶縁層２９が残存したとしても、金属線２１は、埋設部３０を介して柱状金属端子１０と電気的に接続されることとなる。

ここで、金属微粒子群４０には、硬さの異なる複数の金属微粒子が含まれている。硬さの異なる金属微粒子としては、錫（Ｓｎ）粒子とニッケル（Ｎｉ）粒子との組み合わせなどが挙げられる。なお、その他の金属微粒子が含まれていてもよい。硬い金属微粒子は、絶縁被膜２２を削るのに適しており、柔らかい金属微粒子は堆積しやすい点で適している。硬い金属微粒子と、柔らかい金属微粒子とを適切な割合で混合しておくことで、埋設部３０の厚みを確保しつつ、絶縁被膜２２を迅速に削ることが可能となる。また、絶縁被膜２２が削られた後には、金属線２１も削られるために、コールドスプレー工程後には金属線２１は偏平な形状となる（図２参照）。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る端子１は、柱状金属端子１０と、絶縁皮膜２２を有する金属線２１と、柱状金属端子１０に対して金属線２１を電気的に接合するため、柱状金属端子１０上で金属線２１を埋設した金属微粒子群４０からなる埋設部３０と、金属線２１における柱状金属端子１０側の表面のみを覆う絶縁層２９と、を備えている。

また、本実施の形態に係る端子１の接合方法は、柱状金属端子１０と金属線２１とが電気的に接続された端子１の接合方法であって、全周に絶縁被膜２２を有する金属線２１を柱状金属端子１０上に配置した後に、金属線２１に対して金属微粒子群４０を吹き付けて金属線２１における柱状金属端子１０とは反対側の絶縁被膜２２を除去するとともに、金属線２１における柱状金属端子１０側の絶縁皮膜２２を絶縁層２９として残存させながら、金属微粒子群４０からなる埋設部３０で金属線２１を埋設することで、金属線２１と柱状金属端子１０とを電気的に接合する。

これによれば、柱状金属端子１０と金属線２１とが、金属微粒子群４０からなる埋設部３０を介して電気的に接合されているので、柱状金属端子１０と金属線２１とを溶融しなくても両者の電気的接合を確保することができる。また、埋設部３０内に金属線２１が埋設されていることで、柱状金属端子１０に対して金属線２１を固定することができる。したがって、柱状金属端子１０と金属線２１との接合強度を確保することができる。

さらに、金属線２１における絶縁被膜２２が除去された部分は、埋設部３０によって覆われているために、大気（特に湿気）に接しておらず、当該部分の電蝕が抑制されている。

一方、絶縁層２９は、金属線２１における柱状金属端子１０側の表面を覆っているために、当該金属線２１の表面は柱状金属端子１０に対して接しておらず、当該表面の電蝕が抑制されている。このように、金属線２１の電蝕が抑制されているので、柱状金属端子１０と金属線２１との接合強度を長期にわたって維持することが可能である。

また、金属微粒子群４０は、硬さの異なる複数の金属微粒子を有する。

これによれば、硬い金属微粒子は、絶縁被膜２２を削るのに適しており、柔らかい金属微粒子は堆積しやすい点で適している。このような硬さの異なる複数の金属微粒子が金属微粒子群４０に含まれているので、埋設部３０の厚みを確保しつつ、絶縁被膜２２を迅速に削ることが可能となる。

なお、接合後における埋設部３０に対して、周知の断面元素分析などの分析法を用いることで、埋設部３０を構成する金属微粒子群４０の各元素を特定することが可能である。

また、金属線２１は、柱状金属端子１０に結ばれた少なくとも一つの交差部２３を有し、柱状金属端子に対して巻かれており、交差部２３は、埋設部３０に埋設されている。

これによれば、交差部２３が埋設部３０に埋設されているので、交差部２３を柱状金属端子１０に対して強固に接合することが可能である。

また、金属線２１は、アルミニウムを主成分とした金属で形成されている。

これによれば、イオン化傾向の高いアルミニウムを主成分とした金属で金属線２１が形成されている場合であっても、埋設部３０及び絶縁層２９によって電蝕が抑制されているので、柱状金属端子１０と金属線２１との接合強度を長期にわたって維持することが可能である。

［変形例１］
上記実施の形態では、一本の金属ワイヤ２０が柱状金属端子１０に巻き付けられて接合されている場合を例示した。しかしながら、柱状金属端子に対して複数の金属ワイヤが巻き付けられていてもよい。この変形例１では、一例として二本の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２が柱状金属端子１０ａに巻き付けられている場合を例示する。なお、以降の説明において、上記実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図６は、変形例１に係る端子１Ａの概略構成を示す正面図である。具体的には図６は金属微粒子群４０が吹き付けられる前の端子１Ａの状態を示している。図６に示すように、端子１Ａの柱状金属端子１０ａには、二本の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２が巻き付けられている。具体的には、二本の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２は、それぞれ交差部２３ａ１、２３ａ２を有しており、これらの交差部２３ａ１、２３ａ２は互いに重ならない位置に配置されている。また、二本の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２は、互いに重ならないように、二重の螺旋状に柱状金属端子１０ａに巻き付けられて、柱状金属端子１０ａに対して接合されている。

このように、金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２は、複数本設けられており、それぞれが柱状金属端子１０ａに対して巻き付けられている。これにより、複数の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２を一つの柱状金属端子１０ａに巻き付けることで、柱状金属端子１０ａを共通化することができる。

ここで、複数の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２の線径は、同じであっても異なっていてもよい。具体的には、複数の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２のそれぞれに備わる金属線の線径は、同じであっても異なっていてもよい。

図７は、変形例１に係る端子１Ａであって、線径の異なる複数の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２が接合された状態を示す断面図である。図７では、金属微粒子群４０が吹き付けられて埋設部３０ａが形成された端子１Ａを示している。

図７に示すように、線径の異なる複数の金属ワイヤ２０ａ１、２０ａ２では、金属線２１ａ１、２１ａ２が埋設部３０ａを介して柱状金属端子１０ａと電気的に接合されている。ここでは、金属線２１ａ１の線径が、金属線２１ａ２よりも大きい場合を例示している。また、金属線２１ａ１、２１ａ２は、金属微粒子群４０が吹き付けられる前の状態では円形断面状であるが、金属微粒子群４０が吹き付けられることで削られ、偏平な断面形状となっている。また、金属線２１ａ１、２１ａ２の柱状金属端子１０側の表面は、絶縁層２９ａ１、２９ａ２によって覆われ、その他の部分は埋設部３０ａに直接的に接している。

埋設部３０ａは、その外表面が、金属線２１ａ１、２１ａ２における柱状金属端子１０ａに巻き付けられた部位に倣った凹凸形状を有している。つまり、金属線２１ａ１、２１ａ２に対応する部位においては埋設部３０ａは凸状となっており、金属線２１ａ１、２１ａ２のピッチ間隔に対応する部位においては埋設部３０ａは凹状となっている。また、埋設部３０ａの凸状部において、線径の大きい金属線２１ａ１に対応する部分の頂点は、線径の小さい金属線２１ａ２に対応する部分の頂点よりも、柱状金属端子１０ａから離れた位置となっている。

このように、複数の金属線２１ａ１、２１ａ２の線径が異なっていても、埋設部３０ａによって確実に柱状金属端子１０ａに接合し、電気的な導通を確保することが可能である。

［変形例２］
上記実施の形態では、金属線２１が所定のピッチ間隔をあけて柱状金属端子１０に対して巻き付けられている場合を例示した。この変形例２では、金属ワイヤ２０ｂがピッチ間隔をあけずに柱状金属端子１０に対して巻き付けられている場合について説明する。

図８は、変形例２に係る端子１Ｂを示す断面図である。図８に示すように、端子１Ｂに備わる金属ワイヤ２０ｂは、柱状金属端子１０ｂに対してピッチ間隔をあけないように巻き付けられている。このような巻き付け状態であるために、金属微粒子群４０が吹き付けられたとしても、金属線２１ｂにおける巻き付け部においては、金属微粒子群４０が柱状金属端子１０ｂに到達しない空間が生じる。このため、当該空間は、埋設部３０ｂの形成後に空隙５９となる。具体的には、空隙５９は、絶縁層２９ｂと、柱状金属端子１０ｂとの間に設けられている。

このように、埋設部３０ｂには、絶縁層２９ｂと柱状金属端子１０ｂとの間に空隙５９が設けられているので、端子１Ｂにおけるクッション性を高めることができる。これにより、衝撃を吸収することができ、金属線２１ｂの断線を抑制することが可能である。

［変形例３］
上記実施の形態では、金属端子として柱状金属端子１０を例示して説明した。しかしながら、金属端子の形状は柱状でなくてもよい。変形例３では、金属端子として板状金属端子１０ｃを有する端子１Ｃについて説明する。

図９は、変形例３に係る端子１Ｃを示す断面図である。図９に示すように、端子１Ｃの板状金属端子１０ｃは、板状の金属端子である。板状金属端子１０ｃは、例えば、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属からなる部材である。なお、板状金属端子１０ｃは、その他の金属から形成されていてもよいし、その表面にメッキ層を有していてもよい。金属ワイヤ２０ｃは、板状金属端子１０ｃの一方の主面に対して埋設部３０ｃを介して電気的に接合されている。

具体的には、全長にわたって絶縁被膜２２ｃが被覆された金属線２１ｃを有する金属ワイヤ２０ｃの一端部を、板状金属端子１０ｃの一方の主面上に配置する。その後、その一端部に向けて、コールドスプレー法により金属微粒子群４０を吹き付ける。この吹付けによって、金属微粒子群４０が堆積することで、板状金属端子１０ｃ上で金属線２１ｃの一端部を覆うように埋設部３０ｃが形成される。また、吹付け時には、金属ワイヤ２０ｃの絶縁被膜２２ｃの一部が削られ除去される。一方、金属ワイヤ２０ｃの一端部では、絶縁被膜２２ｃにおける板状金属端子１０ｃ側の部分が絶縁層２９ｃとして残存する。絶縁層２９ｃが残存したとしても、金属線２１ｃは、埋設部３０ｃを介して板状金属端子１０ｃと電気的に接続されることとなる。なお、金属端子のその他の形状としては、例えばブロック状などが挙げられる。

［その他］
以上、本発明について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、柱状金属端子に対して金属線が絡げられていない状態、つまり、金属線が交差部を有さず、単に１重で柱状金属端子に巻き付けられた状態で、柱状金属端子と金属線とが接合されてもよい。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 端子
１０、１０ａ、１０ｂ 柱状金属端子（金属端子）
１０ｃ 板状金属端子（金属端子）
２１、２１ａ１、２１ａ２、２１ｂ、２１ｃ 金属線
２２、２２ｃ 絶縁被膜
２３、２３ａ１、２３ａ２ 交差部
２９、２９ａ１、２９ａ２、２９ｂ、２９ｃ 絶縁層
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 埋設部
４０ 金属微粒子群
５９ 空隙

Claims (8)

1. 金属端子と、
   絶縁被膜を有する金属線と、
   前記金属端子に対して前記金属線を電気的に接合するため、前記金属端子上で前記金属線を埋設した金属微粒子群からなる埋設部と、
   前記埋設部に配置された前記金属線における前記金属端子側の表面のみを覆う絶縁層と、を備える
   端子。
2. 前記金属微粒子群は、硬さの異なる複数の金属微粒子を有する
   請求項１に記載の端子。
3. 前記金属端子は、柱状であり、
   前記金属線は、前記金属端子に結ばれた少なくとも一つの交差部を有し、前記金属端子に対して巻かれており、
   前記交差部は、前記埋設部に埋設されている
   請求項１または２に記載の端子。
4. 前記金属線は、複数本設けられており、それぞれが前記金属端子に対して巻き付けられている
   請求項３に記載の端子。
5. 複数本の前記金属線は、線径が異なっている
   請求項４に記載の端子。
6. 前記金属線は、アルミニウムを主成分とした金属で形成されている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の端子。
7. 前記埋設部には、前記絶縁層と前記金属端子との間に空隙が設けられている
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の端子。
8. 金属端子と金属線とが電気的に接続された端子の接合方法であって、
   全周に絶縁被膜を有する前記金属線を前記金属端子上に配置した後に、
   前記金属線に対して金属微粒子群を吹き付けて前記金属線における前記金属端子とは反対側の前記絶縁被膜を除去するとともに、前記金属線における前記金属端子側の前記絶縁被膜を絶縁層として残存させながら、前記金属微粒子群からなる埋設部で前記金属線を埋設することで、前記金属線と前記金属端子とを電気的に接合する
   端子の接合方法。

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