JP5734383B2

JP5734383B2 - 導体接続装置

Info

Publication number: JP5734383B2
Application number: JP2013207787A
Authority: JP
Inventors: 直紀保西; 尚史大村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-10-03
Also published as: JP2015072790A

Description

本発明は、例えば電力変換装置等に用いるバスバーなどの導体の接続部と袋ナット部とが一体化された導体接続装置に関するものである。

従来の技術として、複数のバスバーなどの導体相互をネジ締結で電気的に接続する場合、一般的な端子台の他に、例えば本件出願人の先行出願に係る下記特許文献１に開示されているように、本願添付図面の図５（ｂ）に示すような、バスバー１１の端部の接続部１１ｂに、ナット本体１３ａ、ナット体底蓋１３ｂ、及びフランジ１３ｃの複数の部品からなるナット部１３を接続して樹脂成形により一体化したものがある。

特願２０１２−１２８５２３号（［００１３］〜［００１６］、図１〜図５）

上記のような従来の技術においては、バスバー１１とナット部１３が別体の複数の部材を用意した後、金型を用いて樹脂成形するので、部品点数が多く必然的にその製造費用や管理費用などが嵩み、製造にも手間がかかるので、コストも増大するという課題があった。また、昨今の小型化の要請に応えるため低背化が必要となった場合、背を低くしようとすると空所７部分における沿面絶縁距離を稼ぐことが困難であるという問題もあった。

本発明は、前記のような問題を解決するためになされたものであり、使用電圧の多様化や樹脂成形品の小型化に対しても、構成が簡素で小型化も可能な導体接続装置を提供することを目的としている。

本発明に係る導体接続装置は、締結用ボルトによって固定される他の導体との接続部が設けられた所定長の導体と、前記接続部に形成された開口部に接続され内周部に前記締結用ボルトに螺合されるねじ山が形成された有底筒状の袋ナット部とが同一材料で一体形成された接続導体を備え、前記接続導体の前記袋ナット部における底部の外側を含む外面部分が絶縁保持部材による成形によって包囲され、前記絶縁保持部材には被取付部に対する固定部が形成されているものであって、有底筒状の前記袋ナット部は前記接続導体を構成する線条体の所定部をプレスによる絞り加工によって成形したものであることを特徴とするものである。

本発明によれば、接続部が設けられた所定長の導体と、プレスによる絞り加工によって成形され前記接続部に形成された開口部に接続されて底部の外側を含む外面部分が絶縁保持部材による成形によって包囲される有底筒状の袋ナット部とを同一材料で一体形成した接続導体を備えるようにしたことにより、構成が簡素化されて小型化や製作が容易となり、絶縁性能の向上を図ることもできるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１に係る導体接続装置の袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の使用状態における要部構成部分を模式的に示す部分展開斜視図である。本発明の実施の形態１に係る導体接続装置の要部を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における矢視断面図である。図１に示された袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の樹脂成形時の状態を説明する図であり、（ａ）は固定側樹脂成形金型と可動側樹脂成形金型に挟まれた状態を示す断面図、（ｂ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ線における矢視断面図である。図１に示された袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の使用状態における沿面絶縁距離を説明する図である。図１に示された袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の高さ寸法を従来のものと比較して概念的に示す断面図であり、（ａ）は図１に示す本発明の実施の形態１の場合、（ｂ）は従来例の場合である。本発明の実施の形態２に係る導体接続装置の袋ナット部を有する接続部を樹脂モールド成形するときの状態を説明する要部断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る導体接続装置の袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の使用状態における要部構成部分を模式的に示す部分展開斜視図、図２は本発明の実施の形態１に係る導体接続装置の要部を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における矢視断面図である。なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。図において、接続導体１は図２に示すように、導体としてのバスバー１１の端部に形成された締結用の開口部１１ａが形成された接続部１１ｂと、内周部に開口部１１ａから挿入される締結用ボルト２に螺合されるねじ山１２ａが形成された有底筒状の袋ナット部１２とが同一材料で一体形成されて成っている。接続部１１ｂは、バスバー１１の電路部１１ｃよりも１段高くなるように階段状に折曲成形されている。接続部１１ｂは、袋ナット部１２に対するフランジの機能も備えている。

なお、接続導体１の材質は特に限定されるものではなく、例えば銅、アルミニウム、それらの合金類など一般的に使用されている導電材料を適宜用いることができる。本書では、バスバー１１の接続部１１ｂを除いた部分を便宜上電路部１１ｃという。袋ナット部１２は、例えばバスバー１１の電路部１１ｃと同一形状の長尺の線条体の所定部をプレスによる絞り加工によって成形した後、内周部にねじ山１２ａを螺設することによって容易に形成することができる。また、袋ナット部１２を含む接続部１１ｂは、所望の長さに形成されたバスバー１１の両端部に設け、あるいはバスバー１１の長手方向の中間部分に設けるなど、１本のバスバー１１の所望の位置に１つまたは複数設けることができる。

上記のように形成された接続導体１は、導体接続装置として電気的な接続にそのまま用いることができるが、好適には図１に例示するように、袋ナット部１２を含む接続部１１ｂを注型樹脂で成形して絶縁保持部材４を設けた導体接続装置１０として、例えば電力変換装置（図示省略）におけるパワーモジュールやコンデンサ等の接続や、他のバスバー３などとの接続用の端子台として用いられる。なお、図１は要部構成のみが模式的に示されており、導体接続装置１０は接続導体１における接続部１１ｂの表面とバスバー１１の電路部１１ｃを除く袋ナット部１２の底部１２ｂの外側を含む外面部分と、接続部１１ｂの背面側及び階段状の蹴上部が注型樹脂によって後述する樹脂成形金型を用いて一体的にインサート成形されたものであり、接続部１１ｂに絶縁保持部材４が設けられている。

袋ナット部１２の底部１２ｂは絶縁保持部材４で一体に覆われ外部に露出しない構造となっている。なお、絶縁保持部材４の側方部分には図示省略している取付穴を有する取付部が設けられ、同じく図示省略している固定ねじによって、被取付部である金属筺体５に対して固定して用いられる。図１の例では絶縁保持部材４の金属筺体５に当接する部分が固定部となる。また、図１では１つの接続導体１のみを有する導体接続装置１０が図示されているが、複数の接続導体１を相互に離間させてインサート成形することで、複数の接続部１１ｂを備えた導体接続装置１０を得ることができる。接続部１１ｂには、他のバスバー３の１つまたは複数が締結用ボルト２によって固定され、電気的に接続される。

次に、図３に基づき樹脂成形金型による導体接続装置１０の成形について説明する。なお、図３は図１に示された袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の樹脂成形時の状態を説明する図であり、（ａ）は固定側樹脂成形金型と可動側樹脂成形金型に挟まれた状態を示す断面図、（ｂ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ線における矢視断面図である。図３において、例えば複数個の接続導体１（図では１本のみ図示）を、固定側樹脂成形金型（第１金型とする）６Ａの所定位置にセットする。第１金型６Ａには、袋ナット部１２の内部に進入して上端面が袋ナット部１２の底部１２ｂに当接する寸法（外径及び高さ）の円柱状の凸部６Ａ１が形成されており、セットしたときに、フランジの機能を有する接続部１１ｂの表面部と袋ナット部１２の底部１２ｂの内面部が第１金型６Ａの上面側に同時に当接する。なお、袋ナット部１２の断面は円筒または角筒状で、その最大外寸よりも接続部１１ｂの寸法の方が大きく形成されている。

その後、第１金型６Ａに対して可動側樹脂成形金型（第２金型とする）６Ｂが合わされると、第２金型６Ｂの所定部から第１金型６Ａ方向に突出された複数本（ここでは４本）の脚部６Ｂ１の先端が接続部１１ｂの背面部を押し付けた位置で保持される。すなわち、フランジの機能を有する接続部１１ｂの表裏両端面を固定側の第１金型６Ａと可動側の第２金型６Ｂで挟持する如く接続導体１を保持する。そして、絶縁樹脂材料によるインサート成形またはアウトサート成形が行われる。

なお、上記のように接続導体１が挟持された状態において、第２金型６Ｂの下面と袋ナット部１２の底部１２ｂの外表面との間には、注型樹脂を充填するための所定の離間間隙ができるように、脚部６Ｂ１の長さが袋ナット部１２の長さよりも大きく設定されており、その離間部に注型樹脂が充填されるので、袋ナット部１２の底部１２ｂ外側は樹脂で覆われ露出することはない。従って、袋ナット部１２の底部１２ｂに相当する部分を別体で作成して組み合わせて用いる従来の技術のように、導体接続装置の底部１２ｂに相当する部分を露出させることなく、袋ナット部１２の全体を樹脂で一体に包囲した導体接続装置１０を得ることができる。なお、樹脂成形金型は、固定側と可動側とを図４とは逆の構成にしても良いことは言うまでもない。

次に、上記のように構成された実施の形態１の作用効果について図１〜図３の他、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は図１に示された袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の使用状態における沿面絶縁距離を説明する図、図５は図１に示された袋ナット部を樹脂モールドした導体接続装置の高さ寸法を従来のものと比較して概念的に示す断面図であり、（ａ）は図１に示す本発明の実施の形態１の場合、（ｂ）は従来例の場合である。先ず、実施の形態１において、図２に示す接続導体１は、バスバー１１の接続部１１ｂにおける締結用ボルト２が螺合されるナット部分を有底筒状の袋ナット部１２としたことにより、複数の他のバスバー３を締結用ボルト２で締結する時に発生する金属切粉が袋ナット部１２の外へ飛散するのを防止できるとともに、袋ナット部１２とバスバー１１が一体のため、ナットの抜け防止や、回転防止を考慮する必要がない。

また、接続部１１ｂと袋ナット部１２を樹脂成形した図１に示す導体接続装置１０は、樹脂成形時に、袋ナット部１２が一体化されたバスバー１１を樹脂成形用金型にセットする際に、フランジの機能を兼ねる板状の接続部１１ｂを固定側の第１金型６Ａと、可動側の第２金型６Ｂの脚部６Ｂ１の先端で挟持する如く保持するので、樹脂成形後、両金型を取り除くと、図４に示すように丸穴状の空所７が複数（ここでは４か所）形成され、接続部１１ｂの背面側が被取付部である金属筺体５側から見てその空所７を通じた露出部Ｃとなる。このため、使用時においては、導体接続装置１０の前記露出部Ｃと金属筐体５間の空間絶縁距離及び沿面絶縁距離Ｌが生じる。しかし、図５（ａ）と図５（ｂ）の比較で明らかなように、前記特許文献１によるものと比べて絶縁距離は同等であり、該特許文献１の先行技術として示された従来技術によるものに比べれば大幅に増加するので、使用電圧をより高くでき、小型化が可能となる。

上記のように実施の形態１によれば、接続導体１を、バスバー１１における締結用の開口部１１ａが形成された接続部１１ｂと、内周部に開口部１１ａから挿入される締結用ボルト２に螺合されるねじ山１２ａが形成された有底筒状の袋ナット部１２とを同一材料で一体形成するようにしたことにより、構成が簡素化されて小型化が容易となり、絶縁性能の向上を図ることもでき、導体に作用するトルクと軸推力を十分に受け止めることもできるため、例えば多様化する電力変換装置等への柔軟な対応が可能となる。

また、バスバー１１と袋ナット部１２が一体化された接続導体１をインサート成形して接続部１１ｂの背面部と袋ナット部１２の外面を絶縁保持部材４で包囲した導体接続装置１０では、被取付部である金属筐体５との間の絶縁性能を大幅に向上できる。また、接続部１１ｂがフランジの機能を兼ねていることにより、他のバスバー３を締結用ボルト２で締結する際の面圧が分散され、他のバスバー３と接続部１１ｂとの接触抵抗が低減可能となる。また、図５の比較図で明らかなように、先行技術によるバスバー１１とナット部１３が別体で樹脂成型したものに比べ、バスバーとナット部を一体にしたことで寸法Ｈ分の小型化が可能となり、部品点数削減とあわせてコスト低減効果も期待できる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る導体接続装置の袋ナット部を有する接続部を樹脂モールド成形するときの状態を説明する要部断面図である。この実施の形態２は、可動側の金型として、図６に示すように、袋ナット部１２の底部１２ｂの中央付近にゲートＧ（樹脂注入口）が位置するように形成された可動側金型６Ｃを用い、接続導体１Ａを、実施の形態１の図３と同様の固定側の第１金型６Ａにセットして、注型するようにしたものである。なお、接続導体１Ａの接続部１１ｂは、フランジ部１１ｄの外周部分が注型樹脂によって形成された絶縁保持部材４の内部に位置するように形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、可動側金型６Ｃの袋ナット部１２の底部１２ｂ付近に対応する位置にゲートＧを設けていることにより、樹脂成形時にフランジ部１１ｄを矢印の方向に働く成形樹脂圧Ｐにより固定側の第１金型６Ａに押圧することで保持し、樹脂成形が行なわれる。この実施の形態２によれば、袋ナット部１２を一体にしたバスバー１１の接続部１１ｂ表面以外は絶縁保持部材４の樹脂で完全に覆われ、樹脂成形後の接続導体１Ａの露出部は、フランジ部１１ｄ側の接続部１１ｂ表面のみとなる。前記実施の形態１では図４に示すように沿面絶縁距離Ｌが存在するが、この実施の形態２ではこのような沿面絶縁距離が存在せず、接続部表面の露出部と金属筐体３間の空間絶縁距離及び沿面絶縁距離を実質的に考慮する必要がなくなるため、実施の形態１の樹脂成形品より良好な絶縁特性が得られる。また、フランジ部１１ｄの外周部が絶縁保持部材４にモールドされた状態となるので、絶縁保持部材４との接合強度が高まる。

実施の形態３．
この実施の形態３は、図２に示す実施の形態１と同様の袋ナット部１２を一体にしたバスバー１１を有する接続導体１を、別途注型された絶縁保持部材４に相当する樹脂成形体（図示省略）に挿入して合体することで、袋ナット部１２が絶縁成形体で包囲された導体接続装置（図示省略）を得るようにしたものである。
この実施の形態３によると、絶縁保持部材４の形状によっては、実施の形態１又は実施の形態２の金型が使用困難な場合、接続導体１をインサート成形によらず袋ナット部１２が絶縁材で包囲された導体接続装置（図示省略）を得ることが可能となり、実施の形態１と同等の効果が得られる。また、前記図示省略している樹脂成形体は、図４に示す空所の存在しないものとすることができるので、絶縁特性が向上するという利点がある。

実施の形態４．
この実施の形態４は、図１から図６に示す実施の形態１、２と同様の、接続導体１の袋ナット部１２を絶縁部材で包囲した導体接続装置１０のバスバー１１の電路部１１ｃを薄葉絶縁材料、例えば絶縁紙、樹脂フィルム、プリプレグテープ、熱収縮チューブ等で被覆して、充電部の露出をなくすようにしたものである（図示省略）。なお、バスバー１１の電路部１１ｃに対する前記絶縁被覆は、袋ナット部１２を有する接続部１１ｂにインサート成形や実施の形態３に示す合体させる手法によって絶縁保持部材４を設けた後に施し、あるいは、事前にバスバー１１の電路部１１ｃに絶縁被覆（図示省略）を設けた後に、袋ナット部１２を有する接続部１１ｂに絶縁保持部材４を設けるようにしても良い。

この実施の形態４によると、実施の形態１〜３と同様の効果が得られるほか、接続部の表面を除く導体接続装置１０の全体が絶縁被覆（図示省略）によって絶縁されているので、組立、試験、あるいは使用に際して短絡や不良品の発生が防止され、安全性が高まるという効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば導体はバスバー１１に限定されるものではない。

１接続導体、１Ａ接続導体、１０導体接続装置、１１バスバー、１１ａ開口部、１１ｂ接続部、１１ｃ電路部、１１ｄフランジ部、１２袋ナット部、１２ａねじ山、１２ｂ底部、２締結用ボルト、３他のバスバー、４絶縁保持部材、５金属筺体、６Ａ第１金型、６Ａ１凸部、６Ｂ第２金型、６Ｂ１脚部、６Ｃ可動側金型、７空所、Ｃ露出部、Ｇゲート、Ｌ沿面絶縁距離、Ｐ成形樹脂圧。

Claims

締結用ボルトによって固定される他の導体との接続部が設けられた所定長の導体と、前記接続部に形成された開口部に接続され内周部に前記締結用ボルトに螺合されるねじ山が形成された有底筒状の袋ナット部とが同一材料で一体形成された接続導体を備え、前記接続導体の前記袋ナット部における底部の外側を含む外面部分が絶縁保持部材による成形によって包囲され、前記絶縁保持部材には被取付部に対する固定部が形成されているものであって、有底筒状の前記袋ナット部は前記接続導体を構成する線条体の所定部をプレスによる絞り加工によって成形したものであることを特徴とする導体接続装置。
前記接続部の大きさは前記袋ナット部の最大外寸よりも大きく形成され、前記接続部は前記袋ナット部に対するフランジの機能を兼ね備えていることを特徴とする請求項１に記載の導体接続装置。
前記接続導体は相互に離間されて複数並設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導体接続装置。
前記絶縁保持部材は、金型を用いてインサート成形によって形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の導体接続装置。
前記導体の前記接続部と前記袋ナット部を除く電路部の表面に絶縁被覆を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の導体接続装置。