KR101238188B1

KR101238188B1 - 도체 접속 와셔, 그것을 사용한 접속기구 및 도체 접속 와셔의 제조방법

Info

Publication number: KR101238188B1
Application number: KR1020110028724A
Authority: KR
Inventors: 타카시 쿠와하라; 요시아키 이시야마
Original assignee: 닛뽄 고쿠 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-02-28
Also published as: CN102332644A; JP2012009411A; US20110287644A1; EP2390946A3; US8303357B2; EP2390946A2; KR20110128729A; EP2390946B1

Abstract

2개의 도체를 전기적으로 접속하기 위하여 2개의 도체 사이에 배치하는 도체 접속 와셔이며, 중앙에 와셔 구멍을 갖는 금속의 판부와, 판부와 일체로 판부의 양면에 각각 형성된 24개 이상의 컨택트 돌기를 갖고, 그것들 중 16개 이상의 컨택트 돌기는 판부의 외주를 따라 일방의 면과 타방의 면측으로 번갈아 구부려지고, 8 개 이상의 컨택트 돌기는 와셔 구멍의 내주를 따라 일방의 면과 타방의 면측으로 번갈아 구부려져 있다.

Description

도체 접속 와셔, 그것을 사용한 접속기구 및 도체 접속 와셔의 제조방법{CONDUCTOR-CONNECTING WASHER, CONNECTION MECHANISM USING THE SAME, AND METHOD OF MANUFACTURING CONDUCTOR-CONNECTING WASHER}

본 발명은 2개의 도체를 전기적으로 접속하기 위한 도체 접속 와셔와 그것을 사용한 접속기구, 및 도체 접속 와셔의 제조방법에 관한 것이다.

쌍극형 전지 등의 전기부품의 단자 사이를 전기적으로 접속하기 위하여 버스바를 사용하는 경우가 많다. 그리고, 전기부품의 단자와 버스바의 접속에서는, 초음파 용접이나 나사 체결이 주류이다. 이러한 전기부품끼리의 접속이나 전기부품의 단자와 버스바의 접속에 관한 종래기술로서 일본 특허출원 공개 2008-140624호(이하, 특허문헌 1), 일본 특허출원 공개 2005-327677호(이하, 특허문헌 2), 일본 특허출원 공개 2005-268029호(이하, 특허문헌 3) 등이 있다. 또한 2개의 도체의 접촉에 관한 연구는 오랜 세월 행해지고 있고, 예를 들면, 접촉부분에서의 전류밀도 분포에 관한 연구 보고로서 미노와 이사오, 나카무라 미츠노부, "접촉 스폿 내부의 전류밀도 분포의 시뮬레이션", 전자정보통신학회 논문지, C-II, Vol. J76-C-II, No.10, pp.637-643, 1993년 10월(이하, 비특허문헌 1)이 있다.

특허문헌 1은 전지의 집전체를 스프링성의 금속 플레이트로 클램프 하는 접속구조가 개시되어 있다. 그러나, 판스프링 정도의 스프링력으로는 평면끼리의 접속으로 충분히 낮은 접촉저항을 실현하기 어렵다.

특허문헌 2는, 관통구멍에 돌기부를 넣고나서 초음파 용착으로 접속을 행하고 있다. 이 방법의 경우, 단자 자체의 걸림(돌기)에 초음파의 혼을 적용함으로써 통상의 평면끼리에서의 초음파 용착시의 압접 하중은 그다지 크지 않아도 된다. 그러나, 접합 후의 강도가 증가하는 것은 아니다. 또 접합 후의 착탈은 할 수 없다.

특허문헌 3의 도전성 부재는 와셔 형상의 부재의 상하 양면에 무수한 돌기 또는 홈이 형성되어 있다. 그리고, 도전성 부재가 단자와 버스바 사이에 끼워지고 나사 체결함으로써, 돌기 부분이 단자 표면의 오염층을 제거하여 양호한 접속을 얻는다고 하는 것이다. 그러나, 특허문헌 3에는, 돌기의 상세한 형상이나 배치는 기재되어 있지 않고, 양호한 접속저항을 얻기 위해서는 돌기의 형상에 따라서는 종래의 단순한 나사 체결과 동일한 정도의 체결 하중이 필요하여, 체결 토크의 관리가 필요하게 된다. 또한 개시된 도전성 부재는 절삭 가공 또는 단조로 제조할 수밖에 없다. 절삭 가공에서는 가공비가 높아지는 것이 예상되어, 현실적인 적용은 어렵다고 생각된다. 단조로 제조한 경우도, 절삭가공한 것만큼은 아니라고 해도 가공비는 높아진다. 또한 단조로 제조한 경우에는, 돌기의 정점을 가파른 것으로 한 것은 어려우므로, 돌기에 의한 산화물의 제거도 어렵게 되어, 상당한 하중을 걸 필요가 있다고 생각된다.

또한, 특허문헌 3의 도전성 부재를 닮은 종래기술로서 기어 좌금(座金)이 있다. 재질은 강 또는 스프링용 인청동이다. 기어 좌금은 외원 및 내원에 기어 형상의 절결이 있고 그 볼록부가 비틀어져 있다. 목적은 나사의 헐거워짐 방지이다. 구체적으로는, 나사의 체결력에 의해 비틀려진 볼록부는 평평하게 되는데, 비틀어진 상태로 되돌아오려고 하는 반력으로 나사의 헐거워짐을 방지하는 것이다. 그러나, 볼록부가 비틀려진 각도는 작으므로, 가령 단자와 버스바 사이에 삽입해도 단자나 버스바 속으로 침입할 수는 없어, 저하중으로 양호한 전기적 접속은 어렵다.

(발명의 개요)

본 발명의 목적은, 간단하고 또한 확실하게 낮은 접촉저항으로 2개의 도체를 전기적으로 접속할 수 있는 도체 접속 와셔 및 그것을 사용한 접속기구를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 2개의 도체를 전기적으로 접속하기 위한 도체 접속 와셔는, 중앙에 와셔 구멍을 갖는 금속의 판부와, 판부의 외주를 따라, 판부의 양면에 각각 복수 판부와 일체 형성된 컨택트 돌기와, 와셔 구멍의 내주를 따라, 판부의 양면에 각각 복수 판부와 일체로 형성된 컨택트 돌기를 포함하고, 상기 외주를 따른 컨택트 돌기와 상기 내주를 따른 컨택트 돌기의 합계수는 24 이상으로 하도록 구성되어 있다.

또한, 도체 접속 와셔는 순동의 40% 정도(30∼50%)의 도전율이며, 2개의 도체보다도 단단한 동합금을 사용하면 된다. 또한 돌기를 판의 동일한 위치로부터는 어느 일방의 면에만 형성해도 된다.

본 발명에 의한 버스바와 전기부품의 단자와의 접속기구는, 상기 단자는 판 형상의 단자 베이스부와, 단자 베이스부로부터 직각으로 연장된 축과, 축의 선단에 고정되고, 축보다 큰 직경을 갖는 단자 헤드로 구성되어 있고,

축이 삽입통과된 와셔 구멍을 갖고, 상기 단자 베이스부와 인접하여 배치된 상기 도체 접속 와셔와, 축이 삽입통과된 버스바 구멍을 갖고, 도체 접속 와셔와 인접하여 배치된 버스바와, 축이 삽입통과된, 단자 헤드의 직경보다도 작은 폭의 슬롯을 갖고, 버스바와 단자 헤드 사이에 삽입된 U자 형상의 캠 블록을 포함하고,

상기 캠 블록은, U자 형상의 캠 블록의 개방단측의 두께는 도체 접속 와셔의 비가압시의 두께와 버스바의 두께의 합과, 단자 베이스부와 단자 헤드 사이의 거리와의 차보다 작게 되어 있고, U자 형상의 캠 블록의 폐색단측의 두께는 상기 차보다 크게 되어 있고, U자 형상의 캠 블록의 개방단측과 폐색단측 사이에 경사면이 형성되어 있다.

또는, 본 발명의 또 하나의 관점에 의한 버스바와 전기부품의 단자와의 접속기구는, 상기 단자는 판 형상의 단자 베이스부와, 단자 베이스부로부터 직각으로 연장 형성된 나사와, 나사의 선단부에 부착되고, 나사보다 큰 직경을 갖는 너트로 구성되어 있고,

나사가 삽입통과된 와셔 구멍을 갖고, 단자 베이스부와 인접하여 배치된 상기 도체 접속 와셔와, 나사가 삽입통과된 버스바 구멍을 갖고 도체 접속 와셔와 인접하여 배치된 버스바를 포함하고,

너트에 의해 버스바를 단자 베이스부측으로 눌러서 도체 접속 와셔의 컨택트 돌기를 단자 베이스부와 버스바에 접촉시키고 있다.

본 발명의 도체 접속 와셔의 제조방법은, 스트리핑 과정, 제 1 돌기 형성 과정, 뒤집기 과정, 제 2 돌기 형성 과정을 갖는다. 스트리핑 과정은, 1장의 금속판을 절단함으로써, 모든 컨택트 돌기가 판부의 면과 일치하는 상태로, 판부와 컨택트 돌기가 일체적으로 형성된 전개 접속 부재를 형성한다. 제 1 돌기 형성 과정은, 전개 접속 부재의 일부의 컨택트 돌기를 구부림으로써 판부의 일방의 면의 컨택트 돌기를 형성한다. 뒤집기 과정은 일방의 면의 컨택트 돌기가 형성된 전개 접속 부재를 뒤집는다. 제 2 돌기 형성 과정은 제 1 돌기 형성 과정에서 구부리지 않은 컨택트 돌기를 판의 타방의 면측으로 구부린다.

본 발명의 도체 접속 와셔는 컨택트 돌기를 가지므로, 면끼리가 접촉하는 경우보다도 작은 하중으로 확실하게 전기적 접속할 수 있다. 또, 전류가 단부에 집중하는 특성을 고려하여 컨택트 돌기를 외주와 내주를 따라 배치하고 있으므로, 적은 컨택트 돌기로 효율적으로 전류를 흘릴 수 있다. 즉, 컨택트 돌기의 수를 적게 할 수 있으므로, 1개의 컨택트 돌기에 가해지는 힘은 보다 커, 단순히 컨택트 돌기를 설치하는 경우보다도 더욱 작은 하중으로 확실하게 전기적 접속을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 도체 접속 와셔에 의하면, 간단하고 또한 확실하게 낮은 접촉저항으로 2개의 도체를 전기적으로 접속할 수 있다.

본 발명의 접속기구는 본 발명의 도체 접속 와셔에 적합한 기구이며, 캠 블록 또는 나사를 사용하여 버스바와 단자 베이스부로 도체 접속 와셔를 끼우는 구조이다. 따라서, 간단하게 버스바와 단자를 접속할 수 있다.

본 발명의 도체 접속 와셔의 제조방법에 의하면, 1장의 도전성의 판으로 본 발명의 도체 접속 와셔를 간이한 공정으로 용이하게 제조할 수 있다.

도 1a는 단자와 그것에 장착된 캠 블록의 평면도,
도 1b는 본 발명의 접속기구의 구성을 도시하는 측면도,
도 2는 단자의 측면도,
도 3a는 캠 블록의 평면도,
도 3b는 캠 블록의 측면도,
도 4a는 본 발명의 도체 접속 와셔의 평면도,
도 4b는 도체 접속 와셔의 측면도,
도 4c는 도 4a에 있어서의 4C-4C 단면도,
도 5는 본 발명의 도체 접속 와셔의 사시도,
도 6은 도체 접속 와셔를 전개한 전개 접속 부재를 도시하는 평면도,
도 7은 버스바와 단자 베이스부로 도체 접속 와셔를 끼운 상태의 단면도,
도 8은 컨택트 돌기의 변형 실시예를 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 접속기구의 다른 구성을 도시하는 측면도,
도 10은 압착부를 갖는 도체 접속 와셔를 전개한 평면도,
도 11은 도체 접속 와셔의 변형 실시예를 도시하는 평면도,
도 12는 도체 접속 와셔의 다른 변형 실시예를 도시하는 평면도,
도 13은 2개의 버스바를 직접 나사로 체결했을 때의 체결 하중과 접촉저항의 관계를 실측한 결과를 나타내는 도면,
도 14는 시뮬레이션에 사용한 2개의 버스바와 도체 접속 와셔의 구성을 도시하는 도면,
도 15는 버스바(820)의 면(820B)을 1V, 버스바(810)의 면(810B)을 0V로 했을 때의 전압의 분포를 나타내는 도면,
도 16a는 도체 접속 와셔의 직경이 12mm, 두께가 0.5mm인 경우의 저항값과 한쪽 면의 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내는 도면,
도 16b는 도체 접속 와셔의 직경이 12mm, 두께가 0.4mm인 경우의 저항값과 한쪽 면의 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내는 도면,
도 16c는 도체 접속 와셔의 직경이 12mm, 두께가 0.3mm인 경우의 저항값과 한 쪽 면의 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내는 도면,
도 17a는 도체 접속 와셔의 직경이 18mm, 두께가 0.5mm인 경우의 저항값과 한 쪽 면의 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내는 도면,
도 17b는 도체 접속 와셔의 직경이 18mm, 두께가 0.4mm인 경우의 저항값과 한쪽 면의 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내는 도면,
도 17c는 도체 접속 와셔의 직경이 18mm, 두께가 0.3mm인 경우의 저항값과 한 쪽 면의 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내는 도면.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 포인트

본 발명은, 주로 비교적 큰 전류가 흐르는 도체끼리의 접속을 대상으로 하고 있다. 그다지 큰 전류가 흐르지 않는 경우, 접촉저항을 그다지 걱정할 필요는 없다. 그러나, 대전류가 흐르는 경우에는, 접촉저항에 의해 큰 주울 열이 발생하므로, 접촉저항을 작게 할 필요가 있다. 따라서, 전기부품의 단자와 버스바의 접속과 같이 대전류가 흐르는 경우에는, 가능한 한 넓은 면적으로 접촉시켜서 접촉저항을 작게 하려고 생각해 왔다. 그 결과, 표면끼리를 가능한 한 넓은 면적으로 접촉시키고, 초음파 용접이나 나사 체결로 고정하는 방법이 주류가 되어 있다. 이와 같이, 접촉저항을 작게 하는 것이 필요한 점에서는, 비특허문헌 1의 연구결과는 활용되고 있지 않다. 또한 특허문헌 1∼3의 발명에는, 상기한 바와 같이 문제가 남겨져 있다.

참고문헌 1(시마 마사유키·지비키 타츠히로, "트라이볼러지 개론", 토쿄카이요다이가쿠 카이요가쿠부 카이요덴시키카이코가쿠카, 강의텍스트, p.28, URL: http://www2.Kaiyodai.ac.jp/~jibiki/ouriki/text/tribology_text.pdf)에는, 연강 평면에 있어서의 진실 접촉면적이 개시되어 있고, 겉보기 접촉면적이 2000mm²의 경우에, 하중이 500kgf일 때는 진실 접촉면적이 5mm², 100kgf일 때는 진실 접촉면적이 1mm², 20kgf일 때는 진실 접촉면적이 0.2mm², 5kgf일 때는 진실 접촉면적이 0.05mm², 2kgf일 때는 진실 접촉면적이 0.02mm²인 것이 개시되어 있다. 큰 하중으로 2개의 평평한 금속을 세게 누르면, 진실 접촉면적이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 현재의 주류 중 하나인 나사 체결은, 큰 하중을 가함으로써 접촉면적을 크게 하고, 접촉저항을 작게 하고 있다고 생각된다.

그런데, 참고문헌 1로부터, 진실 접촉면적은 겉보기 접촉면적의 1/400∼1/100000인 것을 알 수 있다. 즉, 실제로는 대부분이 접촉하고 있지 않다. 그래서, 본 발명은, 평면 형상의 2개의 도체를 큰 하중으로 서로 세게 누르는 것이 아니고, 확실한 접촉을 실현하기 위하여 굳이 도체 접속 와셔에 컨택트 돌기를 설치했다. 또한 컨택트 돌기가 보다 확실하게 접촉하는 것, 컨택트 돌기에 효율적으로 전류를 흘리는 것을 실현하기 위하여, 전류를 집중시키기 쉬운 외주와 내주에 컨택트 돌기를 집중시켰다. 이와 같이, 컨택트 돌기를 외주와 내주에 집중하여 배치함으로써, 컨택트 돌기의 수를 적게 할 수 있으므로 개개의 컨택트 돌기에 충분한 하중을 가할 수 있다. 또한 컨택트 돌기가 외주나 내주를 따라 형성되어 있으므로, 정점이 가파른 돌기를 간단하게 제조할 수 있다. 또한, 비특허문헌 1이 나타내는 현상(접촉 부분의 주변에 전류가 집중하는 현상)은, 개개의 컨택트 돌기에서도 발생하고 있다고 생각된다. 따라서, 접촉부분의 면적이 동일해도, 도체와 접촉하는 부분의 둘레 길이의 합계가 길어지도록 하는 편이, 전류가 집중되는 부분의 면적을 넓게 할 수 있으므로, 접촉저항을 작게 할 수 있다. 그래서, 외주의 컨택트 돌기의 수를 면마다 16개 이상, 내주의 컨택트 돌기의 수를 면마다 8개 이상으로 하고 있다. 본 발명은 이러한 개념에서 창작된 발명이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 동일한 기능을 갖는 구성부에는 동일한 번호를 붙이고, 중복설명을 생략한다.

(실시예 1)

도 1a는 본 발명의 접속기구에 사용되는 단자(200)와 그것에 장착된 캠 블록(300)을 도시하는 평면도이며, 도 1b는 접속기구의 구성을 도시하는 측면도이다. 이 접속기구는 전기부품(900)에 부착된 단자(200)와 버스바 구멍(810)을 갖는 버스바(800)를 접속하는 기구이다. 전기부품(900)에 납땜 또는 용접 등에 의해 고정된, 또는 전기부품의 일부와 일체로 형성된 단자(200)는 도 2에 측면으로 나타내는 바와 같이 원판 형상의 단자 베이스부(230)와, 단자 베이스부(230)의 중심과 직각으로 일체 형성된 원기둥 형상의 축(220)과, 축(220)의 선단에 일체 형성되고, 축(220)의 직경보다도 큰 원형의 단자 헤드(210)를 가지고 있다. 단자 베이스부(230)로부터 단자 헤드(210)의 방향으로, 도체 접속 와셔(100), 버스바(800), 캠 블록(300)의 순서로 배치되고, 축(220)이 도체 접속 와셔(100)의 와셔 구멍(130)(도 4a 참조), 버스바 구멍(810), 및 캠 블록(300)의 슬롯(310)을 관통한다. 캠 블록(300)은 버스바(800)와 단자 베이스부(230) 사이에 도체 접속 와셔(100)를 끼우는 가압력을 제공한다. 또한, 버스바 구멍(810)과 와셔 구멍(130)의 직경은 단자 헤드(210)의 직경보다도 크다.

도 3a, 3b는 캠 블록(300)의 구조를 도시하고, 도 3a는 평면도, 도 3b는 측면도이다. 캠 블록(300)은 U자 형상이고, U자의 양팔 사이에 형성되어 있는 슬롯(310)의 폭은 축(220)의 직경보다 크게 되고, 단자 헤드(210)의 직경보다 작게 되어 있다. 캠 블록(300)의 개방단(311)측의 두께는, 축(220)에 도체 접속 와셔(100)와 버스바(800)를 부착한 상태에서, 슬롯(310)에 축(220)을 삽입할 수 있는 두께로 되어 있다. 즉,캠 블록(300)의 개방단측의 두께는 도체 접속 와셔(100)의 비가압시의 두께와 버스바(800)의 두께의 합과, 축(220)의 길이(단자 베이스부(230)와 단자 헤드(210) 간의 거리)와의 차보다 작게 된다. 또한 캠 블록(300)의 양팔은 슬롯(310)의 폐색단(312)측에 접근함에 따라 두터워지도록 경사면(320)이 형성되어 있다. 또한, 캠 블록(300)은, 슬롯(310)의 폐색단(312)측의 두께가 슬롯(310)의 폐색단(312)까지 축(220)을 삽입했을 때에 도체 접속 와셔(100)가 단자 베이스부(230)와 버스바(800)에 의해 끼워진 상태가 되는 두께이다. 즉, 캠 블록(300)의 폐색단(312)측의 두께는 전술의 차보다 크게 되어 있다. 캠 블록(300)의 경사면(320)의 폐색단(312)측의 끝에는 밀림 방지 융기부(330)가 형성되어 있다. 밀림 방지 융기부(330)가 형성되어 있는 부분은 슬롯(310)의 폐색단(312)의 부분보다도 두껍게 되어 있고, 축(220)이 캠 블록(300)에 완전히 삽입되면, 캠 블록(300)이 축(220)으로부터 빠지는 것을 막는 효과가 있다.

도 4a, 4b, 4c는 도체 접속 와셔의 구조를 도시하는 도면이다. 도 4a는 평면도, 도 4b는 측면도, 도 4c는 도 4a의 4C-4C선에서의 단면도이다. 도 5는 도체 접속 와셔의 사시도이다. 도체 접속 와셔(100)는 금속판으로부터 프레스 가공에 의해 형성되고, 중앙에 와셔 구멍(130)을 갖는 원형의 판부(110)와, 판부(110)의 양면으로부터 번갈아 잘려 일으켜져, 각 면에 24개 이상 형성된 컨택트 돌기(121-n, 122-n(n= 1, 2, …, N), 123-m, 124-m(m= 1, 2, …, M)(단, N은 16 이상의 정수, M은 8 이상의 정수)로 이루어진다.

구체적으로는, 각각의 면이 16개 이상의 컨택트 돌기(121-n, 122-n(n= 1, 2, …, N))는, 원형의 판부의 외주를 따라 번갈아 서로 반대측의 면으로부터 돌출하도록 형성되고, 각각의 면의 8개 이상의 컨택트 돌기(123-m, 124-m(m=1, 2, …, M))는 판부의 중앙에 형성된 구멍의 내주를 따라 번갈아 서로 반대측의 면으로부터 돌출하도록 형성된다. 구멍의 내주를 따라 형성된 컨택트 돌기(123-m, 124-m)와 외접하는 원으로 규정되는 와셔 구멍(130)은 단자 헤드(210)의 직경보다 크고, 캠 블록(300)의 만곡부의 외형보다 작게 되어 있다. 버스바 구멍(810)도 단자 헤드(210)의 직경보다 크고, 도체 접속 와셔(100)의 외형보다 작게 되어 있다. 단, 후술의 변형 실시예와 같이, 버스바 구멍(810) 및 와셔 구멍(130)으로서 버스바(800) 및 도체 접속 와셔(100)의 단변으로부터 잘라낸 슬롯을 형성하면, 슬롯의 폭은 축(220)이 통과하면 되고, 단자 헤드(210)의 직경보다 작아도 된다.

도체 접속 와셔(100)는, 접촉저항을 작게 하는 관점에서는 순동에 가까운 도전율을 갖는 것이 요망된다. 한편, 버스바(800) 및 단자(200)보다도 단단한 동합금을 사용하면, 컨택트 돌기가 버스바(800), 단자 베이스부(230)의 도체 표면으로 파고들어가므로 접촉저항을 작게 하기 쉽지만, 동합금의 경도를 높게 하면 도전율이 작아진다. 그래서, 도체 접속 와셔(100)로서는 순동의 30∼50%의 도전율을 갖는 동합금을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 순동의 약 40%의 도전율을 갖는 동합금이면, 도전율의 면에서도 기계적 특성(경도, 탄성율)의 면에서도 좋은 특성을 갖는다.

또한, 도 4a에서는, 컨택트 돌기(121-n과 122-n)를 외주변을 따라 번갈아, 또 컨택트 돌기(123-m, 124-m)를 내주변을 따라 번갈아 설치했지만(단, n은 1 이상 N 이하의 정수, m은 1 이상 M 이하의 정수), 판부(110) 위의 동일한 위치(판의 면을 따른 2차원상의 위치)에서 판부의 일방과 타방 양면에 컨택트 돌기를 형성해도 된다. 이와 같이 동일한 위치에서 양면에 돌기를 형성하기 위해서는, 프레스 가공이 아니고 주조나 블록으로부터의 절삭으로 형성할 필요가 있어, 그다지 현실적이지 않다. 한편, 도 4a와 같이 판부(110)의 외주변 및 내주변을 따라 번갈아 형성하는 것이라면, 도체 접속 와셔(100)를 1장의 도전성 판으로부터 스트리핑 가공으로 용이하게 제조할 수 있다. 도 6은 도체 접속 와셔를 전개한(돌기의 방향을 판의 면과 일치시킨) 평면도를 나타낸다. 구체적으로는, 스트리핑 과정(S151), 제 1 돌기 형성 과정(S152), 뒤집기 과정(S153), 제 2 돌기 형성 과정(S154)에 의해 간단하게 제조할 수 있다. 스트리핑 과정(S151)은 1장의 도전성 판을 절단함으로써 모든 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)의 방향이 판부(110)의 면과 일치하는 상태에서, 판부(110)와 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)가 일체로 형성된 전개 접속 부재(100')를 형성한다. 제 1 돌기 형성 과정(S152)은, 전개 접속 부재(100')의 일부의 컨택트 돌기(121-n, 123-m)를 구부림으로써 판(110)의 일방의 면의 컨택트 돌기(121-n, 123-m)를 형성한다. 뒤집기 과정(S153)은 일방의 면의 컨택트 돌기가 형성된 전개 접속 부재(100')를 뒤집는다. 제 2 돌기 형성 과정(S154)은, 제 1 돌기 형성 과정에서 구부리지 않은 컨택트 돌기(122-n, 124-m)를, 판부(110)의 타방의 면측으로 구부린다. 이러한 방법에 의해 도 4a에 도시한 도체 접속 와셔는 간단히 제조할 수 있다. 또한 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)의 정점은, 스트리핑 과정(S151)에서 형성되므로, 가파르게 할 수 있다. 각 컨택트 돌기의 선단 각도는 바람직하게는 50∼70도이다. 또한 제 1 돌기 형성 과정(S152)과 제 2 돌기 형성 과정(S154)에 있어서의 컨택트 돌기의 판부(110)로부터의 굽힘 각도는 60도보다 크고 90도보다 작은 것이 바람직하다.

도 7은, 버스바(800)와 단자 베이스부(230)로 도체 접속 와셔를 끼운 상태의 단면도이다. 전술한 바와 같이, 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)(도 7에 있어서는 이것들을 대표하여 120으로 나타냄)의 방향과 판부(110)의 면이 이루는 각(θ)을 90도보다 작게 하면, 가해지는 하중에 의해 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)는, 단자 베이스부(230)나 버스바(800)의 표면을 와이핑하여, 90도의 경우보다도 더욱 파고들어가므로 양호한 접촉을 실현하기 쉽다. 또한, 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)와 판부(110)의 면과 이루는 각(θ)이 지나치게 작으면, 컨택트 돌기가 만곡하기 쉬워져, 하중을 가해도 단자 베이스부(230)나 버스바(800)에 파고 들어가기 어려워져 버린다. 따라서, 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)와 판부(110)의 면이 이루는 각(θ)은 60도보다 큰 것이 바람직하다. 또한 캠 블록(300)의 밀림 방지 융기부(330)를 타고넘을 때에 하중이 가장 커지고, 타고넘은 후는 하중이 조금 작아지지만, 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)는 조금이지만 휘는 것이나 도체 접속 와셔(100) 전체의 탄성에 의해, 접속에 필요한 하중은 유지된다.

또한, 전술의 도체 접속 와셔(100)의 각 컨택트 돌기의 선단은 단자 베이스부(230)와 1점에서 접촉하도록 선단을 향하여 폭이 좁아지는 각도를 이루고 있지만, 예를 들면, 도 8에 1개의 컨택트 돌기(120)의 선단을 도시하는 바와 같이, 단자 베이스부(230)와 2점에서 접촉하도록 선단부를 2분하고 각각 선단을 향하여 폭이 좁아지는 2개의 접촉부(120a, 120b)를 형성해도 된다. 2개의 접촉부(120a, 120b)는 동일면 내에 형성해도 되고, 일방을 도체 접속 와셔(100)의 반경방향 내측으로 더욱 구부려서 2개의 접촉점이 반경방향으로 벗어나도록 형성해도 된다. 도 8의 컨택트 돌기의 구조는 이하의 변형 실시예에서 적용해도 된다.

본 발명의 도체 접속 와셔는 전술한 바와 같이 컨택트 돌기를 가지므로, 면끼리 접촉하는 경우보다도 작은 하중으로 확실하게 전기적으로 접속할 수 있다. 또, 전류가 단부에 집중하는 특성을 고려하여 컨택트 돌기를 외주와 내주를 따라 배치하고 있으므로, 적은 컨택트 돌기로 효율적으로 전류를 흘릴 수 있다. 즉, 컨택트 돌기의 수를 적게 할 수 있으므로, 단지 컨택트 돌기를 설치하는 경우보다도 더욱 작은 하중으로 확실하게 전기적 접속을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 도체 접속 와셔에 의하면, 간단하고 또한 확실하게 낮은 접촉저항으로 2개의 도체를 전기적으로 접속할 수 있다. 또한 작은 하중이어도 되므로, 캠 블록을 사용하는 것과 같은 가압기구에서도 안정한 접속을 확보할 수 있다.

본 발명의 접속기구는 본 발명의 도체 접속 와셔에 적합한 기구이며, 캠 블록을 사용하여 버스바와 단자로 도체 접속 와셔를 끼우는 구조이다. 따라서, 간단하게 버스바와 단자를 접속할 수 있다.

본 발명의 도체 접속 와셔의 제조방법에 의하면, 1장의 도전성의 판으로부터 본 발명의 도체 접속 와셔를 제조하는 방법이며, 간이한 공정으로 도체 접속 와셔를 제조할 수 있다.

[변형 실시예]

도 1의 실시예에서는 캠 블록에 의해 가압하는 접속기구를 실현하는 예를 게시했지만, 도 9에 도시하는 바와 같이, 캠을 사용하지 않고, 나사 체결에 의해 가압하는 접속기구로 해도 된다. 즉, 이 변형 실시예에서는, 단자(200')의 단자 베이스부(230)로부터 축으로서 기능하는 나사(240)가 직각으로 일체 형성 되어 있고, 그 나사(240)에 도체 접속 와셔(100)와 버스바(800)가 삽입통과되고, 버스바(800)의 위로부터 와셔(260)를 개재하고 단자 헤드로서 기능하는 너트(250)에 의해 가압하는 구성으로 되어 있다.

도 10은 도체 접속 와셔의 변형 실시예를 전개한 평면도이다. 도체 접속 와셔(100)는 접속부(151)를 가지고 있다. 접속부(151)는 판부(110)의 외주에 일단이 고착되어 있다. 접속부(151)는 컨택트 돌기(121-n, 122-n, 123-m, 124-m)가 접촉하는 단자 베이스부와는 다른 부품과 접속하기 위한 수단이다. 예를 들면, 접속부(151)은 다른 전기 회로와의 접속을 위한 압착단자로서 사용할 수 있다. 이와 같이 접속부를 구비하면, 전압의 측정 등에 편리하다. 이 변형예의 도체 접속 와셔는 도 10의 컨택트 돌기를 구부림으로써 만들 수 있다.

도 11은 도체 접속 와셔(100)의 다른 변형 실시예이며, 도 4a와의 차이는, 외주가 원이 아니고 6각형으로 되고, 6각형의 각 변을 따라 콘택트 돌기가 형성되어 있다. 그 밖은 도 4a와 동일하다. 물론, 외주는 6각형에 한하지 않고, 임의의 다각형으로 되는 것은 명확하지만, 바람직하게는 5각 이상의 정다각형이 좋다.

도 12는 도체 접속 와셔(100)의 또 다른의 변형 실시예이며, 도 4a와의 차이는, 중심의 와셔 구멍(130)에 의한 내주가 닫혀 있지 않고, 와셔 구멍(130)의 직경과 동일한 폭으로 중심으로부터 도체 접속 와셔(100)의 외주까지 잘라낸 슬롯(160)이 형성되어 있는 것이다. 이 구성에 의하면, 와셔 구멍(130)의 직경을 축(220)의 직경보다 크게 하고, 또한 단자 헤드(210)의 직경보다 작게 할 수 있다. 도시하지 않지만, 도 11에 도시한 도체 접속 와셔(100)에서도, 도 12와 마찬가지로 와셔 구멍(130)으로부터 그 직경과 동일한 폭으로 다각형의 일변까지 잘라내어 슬롯을 형성해도 된다.

실험 및 시뮬레이션

도 13은 2개의 버스바를 직접 나사로 체결했을 때의 체결 하중과 접촉저항의 관계를 실측한 결과이다. 하중이 큰 쪽이 저항이 작아지는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 도 14에 시뮬레이션에 사용한 2개의 버스바(810, 820)와 도체 접속 와셔(100)의 구성을 나타낸다. 2개의 버스바(810, 820)는 도체 접속 와셔(100)를 끼운 상태이다. 이 도면의 예에서는, 컨택트 돌기의 수를 상하 각각 20개로 하고 있다. 도 15는 버스바(820)의 수직 단면(820B)을 1V, 버스바(810)의 수직 단면(810B)을 0V로 했을 때의 전압의 분포를 등전압선으로 나타내고 있다. 이러한 전압의 분포를 해석하여 접촉저항을 구했다.

도 16a, 16b, 16c는 도체 접속 와셔(100)의 직경(φ)이 12mm인 경우의 저항값과 한쪽 면의 컨택트 돌기의 수(도면에서는 「톱니수」로 표시하고 있음)의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내고 있다. 도 17a, 17b, 17c도 동일한 시뮬레이션 결과이며, 도체 접속 와셔의 직경(φ)이 18mm인 경우의 저항값과 한쪽 면의 컨택트 돌기의 수(톱니수)의 관계를 나타내고 있다. 도 16a와 도 17a는 판부(110)의 두께(t)가 0.5mm인 경우, 도 16b와 도 17b는 판부(110)의 두께(t)가 0.4mm인 경우, 도 16c와 도 17c는 판부(110)의 두께(t)가 0.3mm인 경우를 나타내고 있다. 또한 도면 중의 h는 컨택트 돌기의 길이, 「전체면」을 나타내는 선은 버스바(810, 820)끼리를 직접 전체 면접촉시킨 경우의 접촉저항, 「기준」을 나타내는 선은 저항값이 안정되는(직선 형상으로 되는) 값을 나타내고, 전체면 접촉의 경우의 1.5배의 값을 나타내는 선이다. 톱니수가 4, 8, 16은 외주에만 컨택트 돌기를 형성한 경우이며, 1개의 톱니가 접촉하고 있는 면적을 가상적으로 변화시킴으로써 어느 톱니수의 경우도 버스바(810, 820)와 접촉하고 있는 면적의 합계는 동일하게 하고 있다. 톱니수가 24일 때는 외주에 16개, 내주에 8개의 컨택트 돌기를 형성한 경우를 나타내고 있다. 외주의 16개의 컨택트 돌기는 톱니수가 16개인 경우와 동일하다. 즉, 톱니수가 24개인 경우에는, 버스바(810, 820)와 접촉하고 있는 면적도 늘어나고 있다. 또, 각 도면의 우단의 위치(본래이면, 톱니수 100의 위치)에 나타낸 저항값은 외주에만 판 두께와 동일한 폭의 링 형상의 돌기를 형성한 경우(외주 전체가 접촉해 있는 경우)를 나타내고 있다. 이 때의 버스바(810, 820)와 접촉하고 있는 면적은 톱니수가 16개인 경우의 2배로 하고 있다.

도 16a, 16b, 16c와 도 17a, 17b, 17c의 모든 선에서 공통하여, 톱니수가 4, 8, 16과 같이 증가하면 저항값이 작아지고 있다. 따라서, 접촉면적이 같아도 컨택트 돌기의 주위 길이가 길어지면 접촉저항이 작아지는 것을 알 수 있다. 또한 톱니수가 4, 8, 16의 경우에 비교하면, 톱니수가 24인 곳에 단차가 있다. 이것은, 내주에도 돌기를 설치한 효과라고 생각된다. 그리고, 톱니수가 24(외주에 16개, 내주에 8개)의 경우와 외주 전체를 접촉시킨 경우의 저항값에는 큰 차가 없는 것을 알 수 있다. 또, 이 시뮬레이션의 전체면 접촉은 이상적인 전체면 접촉의 경우의 결과를 나타내고 있다. 그러나, 현실에서는 전체면으로는 접촉하지 않으므로, 실측에서 얻어지는 접촉저항은 기준이 나타내는 저항값 정도가 된다고 생각된다. 따라서, 외주의 컨택트 돌기의 수를 면마다 16개 이상, 내주의 컨택트 돌기의 수를 면마다 8개 이상으로 함으로써, 전체면 접촉시키고, 나사 체결 등으로 하중을 가한 경우에 가까운 접촉저항으로 할 수 있다고 생각된다.

본 발명은, 주로 비교적 큰 전류가 흐르는 도체끼리의 접속에 이용할 수 있다.

Claims

2개의 도체를 전기적으로 접속하기 위한 도체 접속 와셔로서,
중앙에 와셔 구멍을 갖는 금속의 판부와,
상기 판부의 외주 및 상기 와셔 구멍의 내주를 따라 상기 판부의 일방면 및 타방면으로부터 번갈아 일어서도록 구부려져 상기 판부와 일체 형성된 복수의 컨택트 돌기를 포함하고,
상기 판부에 형성된 상기 컨택트 돌기의 합계 수는 24 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항에 있어서, 상기 외주를 따른 상기 컨택트 돌기의 수는 상기 판부의 양면에 각각 16개 이상이며, 상기 내주를 따른 상기 컨택트 돌기의 수는 상기 판부의 양면에 각각 8개 이상인 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항에 있어서, 당해 도체 접속 와셔는 상기 2개의 도체보다도 단단한 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 도체 접속 와셔는 순동의 30∼50%의 도전율을 갖는 동합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨택트 돌기와 상기 판부가 이루는 각은 60도보다 크고 90도보다 작은 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와셔 구멍의 중심으로부터 구멍의 직경의 폭으로 상기 판부의 외주 가장자리까지 잘라낸 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판부의 외주는 원형인 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판부의 외주는 정다각형인 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 상기 컨택트 돌기는 선단을 향하여 폭이 좁아지는 각을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 상기 컨택트 돌기의 선단부는 2분 되고, 각각 선단을 향하여 폭이 좁아지는 각을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판부의 외주의 일부로부터 연장하여 형성되고, 상기 2개의 도체 이외의 외부의 도체와 접속하는 접속부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔.
버스바와 전기부품 단자의 접속기구로서,
상기 단자는 판 형상의 단자 베이스부와, 상기 단자 베이스부로부터 직각으로 연장된 축과, 상기 축의 선단에 고정되고, 상기 축보다 큰 직경을 갖는 단자 헤드로 구성되어 있고,
상기 축이 삽입통과된 와셔 구멍을 갖고, 상기 단자 베이스부와 인접하여 배치된 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 도체 접속 와셔와,
상기 축이 삽입통과된 버스바 구멍을 갖고, 상기 도체 접속 와셔와 인접하여 배치된 버스바와,
상기 축이 삽입통과된, 상기 단자 헤드의 직경보다도 작은 폭의 슬롯을 갖고, 상기 버스바와 상기 단자 헤드 사이에 삽입된 U자 형상의 캠 블록을 포함하고,
상기 캠 블록은,
U자 형상의 캠 블록의 개방단측의 두께는, 상기 도체 접속 와셔의 비가압시의 두께와 상기 버스바의 두께의 합과, 상기 단자 베이스부와 상기 단자 헤드 사이의 거리와의 차보다 작게 되어 있고,
U자 형상의 상기 캠 블록의 폐색단측의 두께는 상기 차보다 크게 되어 있고,
U자 형상의 상기 캠 블록의 개방단측과 폐색단측 사이에 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접속기구.
제 12 항에 있어서, U자 형상의 상기 캠 블록의 폐색단과 개방단의 중간에서 가장 두꺼워지도록 밀림 방지 융기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 접속기구.
버스바와 전기부품 단자의 접속기구로서,
상기 단자는 판 형상의 단자 베이스부와, 상기 단자 베이스부로부터 직각으로 연장 형성된 나사와, 상기 나사의 선단부에 부착되고, 상기 나사보다 큰 직경을 갖는 너트로 구성되어 있고,
상기 나사가 삽입통과된 와셔 구멍을 갖고, 상기 단자 베이스부와 인접하여 배치된 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 도체 접속 와셔와,
상기 나사가 삽입통과된 버스바 구멍을 갖고, 상기 도체 접속 와셔와 인접하여 배치된 버스바를 포함하고,
상기 너트에 의해 상기 버스바를 상기 단자 베이스부측으로 가압하여 상기 도체 접속 와셔의 컨택트 돌기를 상기 단자 베이스부와 상기 버스바에 접촉시키고 있는 것을 특징으로 하는 접속기구.
제 1 항에 기재된 도체 접속 와셔의 제조방법으로서,
1장의 금속판을 절단함으로써, 모든 상기 컨택트 돌기가 상기 판부의 면과 일치하는 상태에서, 상기 판부와 상기 컨택트 돌기가 일체로 형성된 전개 접속 부재를 형성하는 스트리핑 과정과,
상기 전개 접속 부재의 일부의 상기 컨택트 돌기를 구부림으로써, 상기 판부의 일방의 면의 컨택트 돌기를 형성하는 제 1 돌기 형성 과정과,
일방의 면의 컨택트 돌기가 형성된 상기 전개 접속 부재를 뒤집는 뒤집기 과정과,
상기 제 1 돌기 형성 과정에서 구부리지 않은 상기 컨택트 돌기를 상기 판부의 타방의 면측으로 구부리는 제 2 돌기 형성 과정을 갖는 것을 특징으로 하는 도체 접속 와셔의 제조방법.
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