JP2020120520A - 電気機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、バスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔がずれることを防止することができる技術を提供する。【解決手段】本製造方法により製造される電気機器は、外部に突出している端子とネジ受入孔を備えている筐体と、端子に溶接する溶接部とネジ通過孔を備えているバスバを備えている。端子は、その自然形状において筐体から突出するほどネジ受入孔に接近する方向に傾斜しており、バスバをネジ受入孔から端子に押し付ける方向の力を加えることによって突出端がネジ受入孔から離間する向きに弾性変形する。本製造方法は、バスバに、バスバを筐体に押し付ける方向成分とバスバをネジ受入孔から端子に押し付ける方向成分を持つ力を加えて、ネジ通過孔とネジ受入孔の位置を一致させる工程と、バスバに力を加えた状態で端子と溶接部を溶接する工程と、力を開放する工程と、力を開放した状態でネジ通過孔とネジ受入孔にネジ止めする工程と、を備えている。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電気機器の製造方法に関する。特に、外部に突出している端子とネジ受入孔を備えている筐体と、端子に溶接する溶接部とネジ通過孔を備えているバスバを備えている電気機器の製造方法に関する。

リアクトルやコンデンサといった電気部品を筐体内に収容する技術が知られている。筐体外を延びるバスバによって、筐体内の電気部品と筐体外の電気部品を接続する技術も知られている。筐体外のバスバと筐体内の電気部品を接続するために、筐体内の電気部品から延びる導電体の一部を筐体外に突出させ、その突出部を端子とし、その端子にバスバを溶接する技術も知られている。

筐体外を延びるバスバを筐体にネジ止めすることがある。その技術によると、バスバが筐体に対して溶接個所とネジ止め個所の２か所で固定され、バスバの固定強度が補強される。前記のネジ止め個所で、他のバスバ（便宜的に第２バスバということにする）を共締めする技術も知られている。これによると、筐体とバスバの位置関係が安定するのと同時に、バスバに第２バスバが接続される。

筐体にバスバを固定して電気機器を製造する方法では、下記を実行する。
（１）バスバに形成されているネジ通過孔と筐体に形成されているネジ受入孔の位置が一致するようにバスバと筐体を位置決めし、その相対的位置関係が移動しないように両者を固定する。
（２）固定した状態で、筐体の端子とバスバの溶接部を溶接する。
（３）固定用治具を外し、バスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔にネジを締め付ける。

本明細書が開示する技術は、上記したバスバを備える電気機器の製造方法に関し、バスバの寸法のばらつきに起因する課題を解決する。バスバの寸法のばらつきを吸収する技術として、例えば、特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、バスバの寸法ばらつきを吸収するため、バスバの一方の端部に緩衝材を介装している。この技術では、バスバの寸法がばらついた場合に緩衝材が変形することで、バスバと端子を接続する力によるバスバの変形量を低減する。

特開２００５−０６４３９８号公報

上記の製造方法では、前記(１)の際に、筐体の端子とバスバの溶接部が干渉しないようにする必要がある。使用する部品には形状公差があることから、実際には前記(１)の段階で、筐体の端子とバスバの溶接部の間に間隔が生じることになる。その状態で、端子と溶接部を接触させて溶接することから、端子に内部応力が残存した状態で溶接することになる。その結果、前記（３）で固定用治具を外すと、端子に残存した応力によって端子が変形し、それにともなってバスバも変位する。この結果、バスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔がずれ、両者をネジ止めできない現象が生じることがある。第２バスバを共締めする場合は、バスバと第２バスバが干渉してしまって両者を共締めする位置関係に置けない場合が生じる。あるいは、共締めするためには、第２バスバのネジ通過孔とバスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔という３つの孔が同軸上に揃う必要があるのに反し、いずれかの孔が不揃いとなって共締めできない現象が生じる。

特許文献１の技術によっても、バスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔がずれる現象、さらには、第２バスバのネジ通過孔とバスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔がずれるという現象が防止できない。本明細書では、溶接時に端子に生じた残留応力によって，バスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔がずれることを防止する技術を開示する。

本明細書が開示する技術により製造される電気機器は、外部に突出している端子とネジ受入孔を備えている筐体と、端子に溶接する溶接部とネジ通過孔を備えているバスバを備えている。また、この電気機器は、端子にバスバの溶接部が溶接されているとともにバスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔にネジが締め付けられている。端子は、その自然形状において筐体から突出するほどネジ受入孔に接近する方向に傾斜しており、バスバをネジ受入孔から端子に押し付ける方向の力を加えることによって突出端がネジ受入孔から離間する向きに弾性変形するものである。

本明細書が開示する電気機器の製造方法は、バスバに、バスバを筐体に押し付ける方向成分とバスバをネジ受入孔の側から端子に押し付ける方向成分を持つ力を加えて、ネジ通過孔とネジ受入孔の位置を一致させる工程を備えている。また、バスバに力を加えた状態で、端子と溶接部を溶接する工程と、力を開放する工程と、力を開放した状態で、ネジ通過孔とネジ受入孔にネジ止めする工程を備えている。

上述した製造方法によると、バスバに、バスバを筐体に押し付ける方向成分とバスバをネジ受入孔の側から端子に押し付ける方向成分を持つ力を加えて、ネジ通過孔とネジ受入孔の位置を一致させる。このとき、筐体の端子は突出端がネジ受入孔から離間する向きに弾性変形する。端子を弾性変形させた状態で、端子と溶接部を溶接する。すなわち、自然形状に戻る方向の内部応力が残存した状態で端子はバスバと溶接される。その後、力を開放するため、端子は内部応力により自然形状に戻ろうとする。自然形状に戻ろうとする端子は、バスバを筐体に押し付ける。バスバは、端子に押し付けられるため変位しない。バスバは、もともとバスバが配置されていたネジ通過孔とネジ受入孔の位置が一致する位置から移動しない。このように、本明細書が開示する電気機器の製造方法によれば、ネジ通過孔とネジ受入孔の位置が一致している状態で、バスバを筐体に押し付ける方向の残留応力を端子に発生させることによって、バスバのネジ通過孔と筐体のネジ受入孔がずれることを防止することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

電力変換装置のケース内の部品レイアウトを示す断面図である。 自然形状における図１の範囲Ａの拡大断面図である。 位置決め工程における図１の範囲Ａの拡大断面図である。 溶接工程における図１の範囲Ａの拡大断面図である。 開放工程における図１の範囲Ａの拡大断面図である。 締結工程における図１の範囲Ａの拡大断面図である。

実施例の製造方法を説明するのに先立って、図１を参照して実施例の製造法の対象となる電気機器の一例である電力変換装置２について説明する。まず、電力変換装置２のケース内部の電気部品のレイアウトを説明する。図１は、ケースの図中の手前側の側板をカットした断面図である。電力変換装置２は、例えば電気自動車、ハイブリッド車又は燃料電池車といった電動自動車に搭載される。

電力変換装置２のケースは、上下方向でアッパーケース４とロアケース６に分割されている。ロアケース６は、アッパーケース４の下に位置する。アッパーケース４とロアケース６は、ほぼ同じ高さを有しており、電力変換装置２のケースの内部空間を上下にほぼ二分している。アッパーケース４とロアケース６は、Ｙ軸方向の両側の端部でボルト８により締結される。アッパーケース４は、上面の中央部に上部開口３８を備えている。なお、アッパーケース４及びロアケース６は、ともにアルミニウムで作られている。

電力変換装置２は、リアクトル１０と、電流センサ３０、積層体などの電気部品を備えている。アッパーケース４には、その内部を上下に分割する中仕切４２が設けられており、中仕切４２に積層体が固定されている。中仕切４２は、中央部に中部開口４０を備えている。リアクトル１０はロアケース６に固定されており、電流センサ３０はアッパーケース４に固定されている。

また、アッパーケース４のＹ軸負側の内側側面にはボス３６が設けられており、このボス３６に電流センサ３０がセンサ固定部３４を介してボルト３２により固定されている。また、電流センサ３０には、センサ固定部３４と反対側に伸びるセンサバスバ２６が接続されている。電流センサ３０の本体は樹脂で作られており、センサバスバ２６の根本は電流センサ３０の樹脂製の本体に支えられている。

リアクトル１０は、樹脂で作られた筐体１４と、筐体１４のアッパーケース４側の面から筐体１４の外部に垂直に突出している端子１２を備えている。端子１２は、例えば銅で作られている。筐体１４の中にリアクトル１０の本体である磁性コアとコイルが収容されている。端子１２は、コイルの引き出し線に相当する。リアクトル１０の筐体１４の底面側には、Ｙ軸方向の両側に伸びる脚部１８が設けられている。この脚部１８は、ボルト２０によって、ロアケース６の底面に設けられたボス１６に固定されている。

バスバ２４は、筐体１４の上面に設けられた平坦面２２に当接するように配置されている。詳細は後述するが、リアクトル１０の端子１２にはバスバ２４の一端が溶接されている。バスバ２４の他端は、筐体１４の上で、ボルト２８によってセンサバスバ２６と共締めされている。この共締めにより、バスバ２４とセンサバスバ２６は相互に接続される。バスバ２４とセンサバスバ２６が導通することで、リアクトル１０と電流センサ３０が電気的に接続される。詳細は後述するが、電力変換装置２は、端子１２にバスバ２４の溶接部２４ａ（図２参照）が溶接されているとともにネジ通過孔２４ｂ（図２参照）とネジ受入孔４４ｂ（図２参照）にボルト２８が締め付けられている電気機器である。

以下、図２〜図６を用いて、電力変換装置２の製造工程について説明する。図２〜図６は、図１のＡに示した範囲の拡大断面図である。図２〜図６は、図１の座標系におけるＹＺ平面でリアクトル１０とバスバ２４をカットした断面図である。本実施例では、電力変換装置２の製造方法のうち、リアクトル１０にバスバ２４を接続する工程と、バスバ２４を介してリアクトル１０と電流センサ３０を接続する工程を中心に説明する。

図２に、締結前のバスバ２４を筐体１４の上に載置した図を示す。図２を用いて自然形状の端子１２とバスバ２４の位置関係について説明する。図２に示すように、筐体１４は、筐体１４の外部に突出している端子１２と、第１凹部１４ｂと、第１凹部１４ｂのＹ軸負側に隣接する第２凹部１４ｃを備えている。第１凹部１４ｂにはナット４４が設けられている。ナット４４は、ボルト２８（図１参照）と螺合するネジ受入孔４４ｂを備えている。バスバ２４は、端子１２と対向する溶接部２４ａと、ネジ受入孔４４ｂに対向するネジ通過孔２４ｂと、Ｙ軸負側の端末に筐体１４の方向に延びているフランジ２４ｃを備えている。フランジ２４ｃは、第２凹部１４ｃに遊嵌されている。フランジ２４ｃのＹ軸正側の面と、第２凹部１４ｃのＹ軸負側の面は当接している。図２に示すように、端子１２のＺ軸方向の長さを記号Ｌで表す。また、端子１２の板厚を記号ｔで表す。さらに、端子１２のＸ軸方向の幅を記号ｗで表す。端子１２は銅板である。端子１２の先端においてバスバ２４との間に間隔ａが設けられている。

先に述べたように、バスバ２４は、筐体１４の平坦面２２に当接するように配置されている。図２では、ネジ受入孔４４ｂの位置と、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂの位置は一致している。すなわち、バスバ２４は、筐体１４に対して正しい位置に配置されている。バスバ２４が筐体１４に対して正しい位置に配置されている状態で、バスバ２４の溶接部２４ａと端子１２との間に間隔ａが設けられている。間隔ａは、筐体１４や端子１２、バスバ２４の形状公差を吸収する空間である。例えばネジ受入孔４４ｂから端子１２までの距離に対してバスバ２４の外形が小さく製造された場合には、間隔ａは大きくなる。また、ネジ受入孔４４ｂから端子１２までの距離に対してバスバ２４の外形が大きく製造された場合には、間隔ａは小さくなる。形状公差の許容範囲内で最大外形のバスバ２４であってもバスバ２４が端子１２と干渉せず配置できるように間隔ａは設けられている。

間隔ａを挟んだ端子１２とバスバ２４の溶接部２４ａを溶接するためには、固定用冶具により荷重をかけて互いの先端が接近する方向に変形させて先端同士を接触させる必要がある。このように端子１２と溶接部２４ａの先端を溶接すると、端子１２に内部応力が残存した状態で溶接することになる。溶接後に固定用治具を外して荷重を開放すると、端子１２に残存した内部応力によって端子１２は、ネジ受入孔４４ｂから離間する向きに変形する。端子１２の変形により、端子１２の先端と溶接されているバスバ２４は、ネジ通過孔２４ｂがナット４４から離間する方向に回転する。この結果、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂとネジ受入孔４４ｂの位置がずれ、両者をネジ止めできない現象が生じることがある。また、電流センサ３０（図１参照）のセンサバスバ２６を共締めするときに、回転したバスバ２４とセンサバスバ２６が干渉して両者を共締めする位置関係に置けない場合が生じる。あるいは、共締めするためには、センサバスバ２６のネジ通過孔２６ｂ（図６参照）とバスバ２４のネジ通過孔２４ｂとネジ受入孔４４ｂという３つの孔が同軸上に揃う必要があるのに反し、いずれかの孔が不揃いとなって共締めできない現象が生じる。ここで、図２に示すように、端子１２は、先端で最もバスバ２４に接近している。端子１２は、その自然形状においてネジ受入孔４４ｂの軸方向に対して傾斜している。より詳細には、端子１２は、その自然形状において筐体１４から突出するほどネジ受入孔４４ｂに接近する方向に傾斜している。以下、上述したように傾斜している端子１２を用いて、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂとネジ受入孔４４ｂがずれることを防止することができる製造方法について説明する。

図３を用いて位置決め工程について説明する。位置決め工程では、ネジ受入孔４４ｂの位置に対してバスバ２４のネジ通過孔２４ｂの位置がずれないようにバスバ２４の位置が固定される。先に述べたように、フランジ２４ｃのＹ軸正側の面と、第２凹部１４ｃのＹ軸負側の面は当接している。このため、バスバ２４の筐体１４に対するＹ軸方向の位置は、フランジ２４ｃと第２凹部１４ｃの当接している部位により決まる。図３に示すように、フランジ２４ｃは、ネジ通過孔２４ｂに近い部位に設けられている。ネジ通過孔２４ｂに近い部位でバスバ２４の筐体１４に対する位置を決めることで、ネジ通過孔２４ｂのネジ受入孔４４ｂに対するばらつきを抑えることができる。また、バスバ２４は、筐体１４の平坦面２２に当接する部位の上から第１加圧冶具５０により筐体１４に荷重Ｆ１で押し付けられている。これにより、バスバ２４の位置は変位しない。位置決め工程では、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂとネジ受入孔４４ｂの位置を一致させることができる。

また、図３に示すように、位置決め工程では、第２加圧冶具５２がバスバ２４の溶接部２４ａの先端をネジ受入孔４４ｂから端子１２に押し付ける方向に荷重Ｆ２を加えている。先に述べたように、端子１２は銅板である。銅板である端子１２は、荷重Ｆ２により、ネジ受入孔４４ｂから離間する向きに変形する。

ここで、荷重Ｆ２は、端子１２を弾性変形させる荷重である。荷重Ｆ２があまりにも大きく、端子１２が塑性変形してしまった場合には、端子１２には弾性力が発生せず、自然形状に戻らない。そのため後述する端子１２によるモーメントＭ（図５参照）を発生させない。そのため、次に述べるように、端子１２の変形が弾性変形する範囲内となるように受治具５２ａが用意される。図３に示すように、位置決め工程では、第２加圧冶具５２の荷重Ｆ２を抑える受治具５２ａが端子１２先端のＹ軸正側に設けられている。端子１２の先端が図３に示す最大変位ｂまで移動すると、端子１２は受治具５２ａと当接する。受治具５２ａは、端子１２がそれ以上ネジ受入孔４４ｂから離間する向きに変形することを防止する。受治具５２ａは、端子１２の変形が弾性変形の範囲内にとどまるように、端子１２の変形量を抑える。

端子１２が弾性変形する最大変位ｂは、端子１２の降伏点ひずみをεｙ、端子１２の長さＬ（図２参照）と、端子１２の板厚ｔを用いて次の（式１）で求めることができる。
ｂ＝εyＬ²／３ｔ・・・（式１）
位置決め工程では、自然形状の端子１２の先端から式１により求められる最大変位ｂだけ離れた位置に受治具５２ａを配置することで、端子１２の変形を弾性変形の範囲内にとどめることができる。

図４を用いて溶接工程について説明する。先に述べたように、バスバ２４は、第１加圧冶具５０により筐体１４に荷重Ｆ１で押し付けられている。また、第２加圧冶具５２により溶接部２４ａの先端は端子１２に押し付けられている。端子１２は、溶接部２４ａに押されてネジ受入孔４４ｂから離間する向きに弾性変形している。すなわち、溶接部２４ａと端子１２の間には間隔ａ（図２参照）は存在せず、溶接部２４ａの先端と端子１２の先端は接触している。溶接工程では、溶接部２４ａと端子１２の先端の接触部分を溶接トーチにより溶接する。溶接により溶接部２４ａと端子１２の先端の接触部分にビード４６が生じる。ビード４６は、溶接部２４ａと端子１２の先端の接続状態を保持する。

図５を用いて開放工程について説明する。開放工程では、上述した第１加圧冶具５０による荷重Ｆ１と、第２加圧冶具５２による荷重Ｆ２を開放する。荷重Ｆ２が開放されると、端子１２には内部応力により自然形状に戻ろうとする荷重Ｆ３が生じる。荷重Ｆ３は、端子１２の先端部を介して溶接部２４ａの先端に伝わり、バスバ２４を反時計回りに回転させるモーメントＭを生じさせる。モーメントＭは、バスバ２４を筐体１４に押し付ける。モーメントＭがバスバ２４を筐体１４に押し付けるため、荷重Ｆ１を開放してもバスバ２４の位置は変位しない。先に述べたように、位置決め工程では、ネジ受入孔４４ｂの位置と、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂの位置が一致するようにバスバ２４は配置されている。バスバ２４の溶接部２４ａと端子１２を溶接工程で溶接した後、第１、第２加圧冶具の荷重Ｆ１、Ｆ２を開放してもモーメントＭがバスバ２４を筐体１４に押付けるためバスバ２４の位置は変位しない。すなわち、本明細書が開示する製造方法によれば、ネジ通過孔２４ｂとネジ受入孔４４ｂの位置が一致している状態で、バスバ２４を筐体１４に押し付ける方向の残留応力を端子１２に発生させることによって、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂと筐体１４のナットに設けられているネジ受入孔４４ｂがずれることを防止することができる。

図６を用いて締結工程について説明する。締結工程では、荷重Ｆ１とＦ２（図４参照）を開放した状態で、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂに対向するように、電流センサ３０（図１参照）のセンサバスバ２６が上方から配置される。その後、上部開口３８（図１参照）と中部開口４０（図１参照）を通過したボルト２８が、上方から締結される。先に述べたように、端子１２がバスバ２４の溶接部２４ａを押すことでモーメントＭを発生させ、バスバ２４を筐体１４に押し付けている。このため、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂが設けられている部位がネジ受入孔４４ｂから離間する方向に変位することがない。そのため、バスバ２４がセンサバスバ２６と干渉することを防止することができる。また、先に述べたように、位置決め工程で合わせた位置からも変位しない。そのため、ネジ受入孔４４ｂと、バスバ２４のネジ通過孔２４ｂと、センサバスバ２６のネジ通過孔２６ｂの位置ずれを防止することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。バスバ２４と筐体１４の位置を合わせる方法はフランジと凹部の係合に限定されない。他の形状の係合により位置を合わせても良いし、冶具を用いて位置を合わせてもよい。また、ナット４４を用いず、ネジ受入孔を筐体に設けてもよい。

また、実施例においては、受治具５２ａにより端子１２の変位を管理することで端子１２を弾性変形させているが、本明細書が開示する技術はこれに限定されない。例えば、最大変位ｂから求めた荷重Ｆを用いることで、端子１２を弾性変形させてもよい。ここで、端子１２を構成する銅のヤング率をＥ、端子１２の幅をｗとすると、
Ｆ＝ｂＥｗｔ³／４Ｌ³・・・（式２）となる。受治具５２ａを用いず、このように求めた荷重Ｆを溶接部２４ａを介して端子１２に加えることで、端子１２をネジ受入孔４４ｂから離間する向きに弾性変形させてもよい。

本明細書は電気機器の製造方法を開示するが、電気機器は、電力変換装置２に限定されない。筐体１４もリアクトル１０の筐体に限定されない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電力変換装置
４：アッパーケース
６：ロアケース
８、２０、２８、３２：ボルト
１０：リアクトル
１２：端子
１４：筐体
１４ｂ：第１凹部
１４ｃ：第２凹部
１６、３６：ボス
１８：脚部
２２：平坦部
２４：バスバ
２４ａ：溶接部
２４ｂ、２６ｂ：ネジ通過孔
２４ｃ：フランジ
２６：センサバスバ
３０：電流センサ
３４：センサ固定部
３８：上部開口
４０：中部開口
４２：中仕切
４４：ナット
４４ｂ：ネジ受入孔
４６：ビード
５０：第１加圧冶具
５２：第２加圧冶具
５２ａ：受治具
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３：荷重
Ｍ：モーメント
ｂ：最大変位

Claims (1)

1. 外部に突出している端子とネジ受入孔を備えている筐体と、前記端子に溶接する溶接部とネジ通過孔を備えているバスバを備えており、
   前記端子は、その自然形状において前記筐体から突出するほど前記ネジ受入孔に接近する方向に傾斜しており、前記バスバを前記ネジ受入孔から前記端子に押し付ける方向の力を加えることによって前記突出端が前記ネジ受入孔から離間する向きに弾性変形するものであり、
   前記端子に前記溶接部が溶接されているとともに前記ネジ通過孔と前記ネジ受入孔にネジが締め付けられている電気機器の製造方法であり、
   前記バスバに、前記バスバを前記筐体に押し付ける方向成分と前記バスバを前記ネジ受入孔から前記端子に押し付ける方向成分を持つ力を加えて、前記ネジ通過孔と前記ネジ受入孔の位置を一致させる工程と、
   前記バスバに前記力を加えた状態で、前記端子と前記溶接部を溶接する工程と、
   前記力を開放する工程と、
   前記力を開放した状態で、前記ネジ通過孔と前記ネジ受入孔にネジ止めする工程を備えている、電気機器の製造方法。

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