JP2010239027A - 端子接続構造、端子接続方法及びキャパシタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】接続部分の接触抵抗を低減し、端子部の高さ寸法の低減する。
【解決手段】端子部（外部端子６）と、該端子部に接続するバスバー（８）と、該バスバーを端子部に固定する固定部材（ボルト１０）とを用いた端子接続構造又は方法であって、固定部材は、ねじ部（２０）とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部（ストレート部２２）を形成し、端子部は、固定部材のねじ部に結合するねじ部（１２）とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部（ストレート部１４）を備え、該挿入凹部の内径が非ねじ部より径小に形成し、バスバーは、端子部を固定する固定孔を形成し、固定部材及び端子部のねじ部間を結合することによって固定部材の非ねじ部で端子部を拡開させ、バスバーの固定孔に端子部を密着させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電気二重層キャパシタ等の電子デバイスの並列接続又は直列接続に用いられる接続構造に関し、例えば、バスバーを用いる端子接続構造及び端子接続方法、該端子接続構造を用いたキャパシタモジュールに関する。

電気二重層キャパシタは、静電容量が大きくかつ急速な充放電に対応できるため、無停電電源装置等の電源装置に利用されている。しかし、電気二重層キャパシタは個々の耐電圧は低く（定格電圧２．５Ｖ〜４Ｖ程度）、耐電圧を上昇させるには直列接続して使用する。また、大容量化するには並列接続される。

この電気二重層キャパシタの直列又は並列の接続には電気二重層キャパシタ間を接続するため、バスバーが用いられる。このバスバーによる接続は、電気二重層キャパシタの端子部とバスバーとの接触抵抗の影響が大きく、１つのバスバーでは例えば、接触抵抗による電圧降下は、０．１〔Ｖ〕であっても、複数の電気二重層キャパシタでは耐電圧に対する比率が大きく、キャパシタモジュールの全体損失は大である。

このようなキャパシタの接続に関し、特許文献１では、蓄電装置の電極構造として、絶縁板の開口部に１対の係合溝を介して一方向へ移動可能な複数の直方体状のコマを隣接配置する一方、隣接するキャパシタの電極同士のコマを座面に重ね合わせると共に、隣接するコマに跨る連結板の締着により重合電極の異極同士を接続した電極構造が開示されている。この電極構造では、コマに座面の両肩を斜めに切除することによりテーパ部が形成され、このテーパ部が嵌合する凹部に連結板の合わせ面（座面との対向面）が形成される。コマのテーパ部と連結板の凹部との間に重合電極を締め付けることにより、電極間の接触面積を拡大し、テーパ部の凹部への食い込みにより、電極間の面圧も大きくし、電極間の接触抵抗を効果的に低減できるというものである。

また、特許文献２では、重ね合わせた端子金具３３とバスバー４４を、その板面と交差する方向にダイスで押圧することで、表面側に凹部が形成されるように変形させつつ接合して導電路を形成することを開示している。

特開２００２−０５０５３９号公報 特開２００６−０１９０７４号公報

ところで、電気二重層キャパシタ等の電子デバイスの接続において、接触抵抗の存在が電圧降下をもたらし、これがキャパシタモジュール等の品質に影響を及ぼす。このような場合、その接触抵抗の低減が必要である。

そして、テーパを利用してねじを締め付ける構成（例えば、特許文献１）では、電極と連結板の接触面積を増加させているが、電極上に連結板が配置され、その上からねじで固定するため、電極部の高さが高くなる。

また、電気二重層キャパシタの電極同士をその上部からの押圧によって接合する場合（例えば、特許文献２）には、外部端子の支持ができないため、接合が不完全となるおそれがある。

このような課題は電気二重層キャパシタに限らず、バスバーを用いて並列接続や直列接続、その他の接続をする他の電子デバイスにおいても同様であり、電気二重層キャパシタに限られるものではない。

そこで、本発明は、斯かる課題に鑑みて成されたものであって、接続部分の接触抵抗を低減し、端子部の高さ寸法を低減することを目的とする。

斯かる課題を解決するため、本発明は、端子接続構造及び端子接続方法、該端子接続構造を用いたキャパシタモジュールであって、各構成は次の通りである。

本発明の第１の側面は、端子接続構造であって、ねじ部とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部を備える固定部材と、前記固定部材の前記ねじ部に結合するねじ部とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部を備え、該挿入凹部の内径が前記非ねじ部より径小である端子部と、前記端子部を固定する固定孔を備えるバスバーとを備え、前記固定部材及び前記端子部の前記ねじ部間を結合することによって前記固定部材の前記非ねじ部で前記端子部を拡開させ、前記バスバーの前記固定孔に前記端子部を密着させた構成である。

本発明の第２の側面は、端子部と、該端子部に接続するバスバーと、該バスバーを前記端子部に固定する固定部材とを用いた端子接続方法であって、前記固定部材は、ねじ部とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部を形成し、前記端子部は、前記固定部材の前記ねじ部に結合するねじ部とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部を形成し、該挿入凹部の内径を前記非ねじ部より径小に形成し、前記バスバーは、前記端子部を固定する固定孔を形成し、前記固定部材及び前記端子部の前記ねじ部間を結合することによって前記固定部材の前記非ねじ部で前記端子部を拡開させ、前記バスバーの前記固定孔に前記端子部を密着させる構成である。

本発明の第３の側面は、直列又は並列に接続される複数のキャパシタを備えるキャパシタモジールであって、ねじ部とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部を備える固定部材と、前記キャパシタに設置され、前記固定部材の前記ねじ部に結合するねじ部とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部を備え、該挿入凹部の内径が前記非ねじ部より径小である端子部と、前記端子部を固定する固定孔を備えるバスバーとを備え、前記固定部材及び前記端子部の前記ねじ部間を結合することによって前記固定部材の前記非ねじ部で前記端子部を拡開させ、前記バスバーの前記固定孔に前記端子部を密着させた構成である。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 本発明の端子接続構造、端子接続方法又はキャパシタモジュールによれば、固定部材及び端子部のねじ部間を結合することによって固定部材の非ねじ部で端子部を拡開させ、バスバーの固定孔に端子部を密着させているので、バスバーと端子部との接続部分の接触抵抗を低減することができ、電圧降下を抑制できる。

(2) このような端子接続構造又は端子接続方法を電気二重層キャパシタの直列接続や並列接続に用いれば、接続部分での接触抵抗による電圧降下を低減させることができ、耐電圧に対する電圧降下の比率を小さくでき、損失を小さくすることができ、低損失のキャパシタモジュールを実現できる。

(3) また、固定部材は端子部内に挿入されて固定されるので、端子部から固定部材の突出高さを抑えることができ、電極部の高さが高くなるという不都合はなく、高さ寸法を低減することができる。

そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

本発明の第１の実施の形態に係る端子接続構造の一例を示す図である。 端子接続構造の接続前及び接続後を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るキャパシタモジュールを示す斜視図である。 バスバーで接続された複数の電気二重層キャパシタを示す側面図である。 バスバーで接続された複数の電気二重層キャパシタを示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る端子接続構造の一例を示す図である。 他の実施の形態に係る端子接続構造を示す断面図である。 他の実施の形態に係る端子接続構造を示す断面図である。

〔第１の実施の形態〕

本発明の第１の実施の形態について、図１を参照する。図１は、第１の実施の形態に係る、電気二重層キャパシタの端子接続構造及びその端子接続方法を示している。

この端子接続構造２Ａは、本発明の端子接続構造及びその端子接続方法の一例であって、電気二重層キャパシタ４に設置された外部端子６と、この外部端子６に接続されるバスバー８と、外部端子６に固定されるボルト１０とを備えている。

外部端子６は、端子部の一例であって、電気二重層キャパシタ４の図示しないキャパシタ素子の陽極又は陰極に接続されている。この外部端子６は、導電材料として例えば、アルミニウムで形成されている。

この外部端子６は、端子本体１１と、ねじ部１２と、ストレート部１４とを備える。端子本体１１は、円柱状であって、電気二重層キャパシタ４の外装ケースの封口部に固定されている。ねじ部１２は、雌ねじである。ストレート部１４は非ねじ部であって、円筒状の挿入凹部を構成している。また、ねじ部１２は径小部、ストレート部１４は径大部であって、ねじ部１２の谷径をａ、ストレート部１４の内径をｂとすれば、内径ｂは谷径ａ（＜ｂ）より大きく設定されている。

バスバー８は、接続部材の一例であって、導電性の良い金属材料例えば、アルミニウム板で形成されている。このバスバー８には外部端子６を固定する固定孔として貫通孔１６が形成されている。外部端子６が円柱形であれば、その形状に対応する形状例えば、外部端子６を挿入可能な円形の孔である。外部端子６の端子本体１１の外径をｃ、貫通孔１６の内径をｄとすれば、挿入可能で固定可能な大小関係即ち、ｄ≧ｃ又はｄ≒ｃであればよい。

ボルト１０は、ボルト本体１８と、ねじ部２０と、ストレート部２２と、テーパ部２４とを備えている。ボルト本体１８の頂部には溝部２６が形成され、この溝部２４には固定治具が挿入される。ねじ部２０は径小部、ストレート部２２は径大部である。ねじ部２０は、外部端子６のねじ部１２に結合可能なねじ部であって、この実施の形態では、雄ねじである。ストレート部２２は、ねじが形成されていない非ねじ部であって、外部端子６側のストレート部１４に対して挿入部を構成している。

そして、ボルト１０のストレート部２２の外径をｅとすれば、この外径ｅは、外部端子６側の内径ｂより大きく設定され（ｅ＞ｂ）、ストレート部２２はストレート部１４より大なる径大部である。

そこで、テーパ部２４は、ねじ部２０からストレート部２２に移行する傾斜部分であって、ストレート部２２のストレート部１４への挿入を容易にするためのガイド部分である。この場合、ストレート部１４の開口縁部側にテーパ部を備えてもよい。

このような構成によれば、図２の（Ａ）に示すように、電気二重層キャパシタ４の外部端子６をバスバー８の貫通孔１６に挿入することにより、バスバー８を外部端子６に設置した状態で、外部端子６のねじ部１２にボルト１０のねじ部２０を合わせる。ボルト１０を回転させ、ねじ部２０を外部端子６のねじ部１２にねじ込むと、ボルト１０のテーパ部２４が外部端子６のストレート部１４の開口縁部に当接する。

この状態でボルト１０に、ストレート部１４の強度に打ち勝つ回転モーメントを締付け治具を用いて付与すると、ねじ部１２に対してねじ部２０がねじ込まれ、ストレート部１４にストレート部２２が挿入される。図２の（Ｂ）に示すように、ねじ部１２とねじ部２０との結合とともに、ストレート部１４はストレート部２２によって拡開状態（変形状態）に維持されると、外部端子６もバスバー８の貫通孔１６も拡開された変形状態となる。

この場合、ストレート部１４の内径ｂと、ボルト１０のストレート部２２の外径ｅとの差をΔｅｂ（＝ｅ−ｂ）とすると、ボルト１０が挿入されることによって外部端子６の半径方向の拡大幅ｗは、
ｗ＝Δｅｂ／２＝（ｅ−ｂ）／２ ・・・・(1)
である。この半径方向の拡大幅ｗにより、バスバー８と外部端子６とは強固な密着状態となり、接触抵抗の低減が図られる。

そこで、このような端子接続構造に用いられる端子接続方法では、端子部として外部端子６と、バスバー８と、固定部材としてボルト１０とを用いており、ボルト１０は既述のように形成し、外部端子６は、既述のように形成し、ストレート部１４をボルト１０のストレート部２２より径小に形成し、バスバー８は、外部端子６を貫通して固定するための貫通孔１６を形成する。これらにより、ボルト１０及び外部端子６のねじ部１２、２０間を結合することによって、ボルト１０のストレート部２２で外部端子６のストレート部１４を拡開させて端子本体１１を膨張・変形させ、バスバー８の貫通孔１６に外部端子６を密着させることができる。

このように、バスバー８と外部端子６との間の密着強度が高められるとともに、密着面積を増大できるので、接続部分の接触抵抗の低減が図られ、その低減によって電圧降下や電力損失を低減できる。また、接触抵抗によるジュール熱の発生を抑制できる。

〔第２の実施の形態〕

次に、本発明の第２の実施の形態について、図３、図４及び図５を参照する。図３、図４及び図５は、第２の実施の形態に係るキャパシタモジュールを示す図である。

このキャパシタモジュール３０は、既述の端子接続構造２Ａを適用したキャパシタ接続の一例であって、図３及び図４に示すように、複数の電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・を備えるとともに、この場合、隣合う電気二重層キャパシタ４１、４２間、電気二重層キャパシタ４２、４３間が既述の端子接続構造を以て直列に接続されている。この実施の形態では、電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・が偏平であり、その長辺方向に配列されているが、電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・が短辺方向に配列されてもよい。

各電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・には、陽極側の外部端子６Ａと、陰極側の外部端子６Ｂが備えられている。各バスバー８は、隣接する例えば、電気二重層キャパシタ４１−４２間、４２−４３間・・・を接続する接続手段である。各バスバー８には、隣接させる電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・の外部端子６Ａ、６Ｂ間の接続間隔に対応する位置に貫通孔１６Ａ、１６Ｂが形成されている。この場合、各電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・の陽極側と陰極側の外部端子６Ａ、６Ｂの外周形状が異なれば各貫通孔１６Ａ、１６Ｂはその形状に対応する形状とし、また、外部端子６Ａ、６Ｂが円形でその外径が異なれば各貫通孔１６Ａ、１６Ｂはその外径に対応させ、また、外部端子６Ａ、６Ｂの形状が同一であれば各貫通孔１６Ａ、１６Ｂも同一に形成すればよい。

そして、図５に示すように、各電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・を接続形態に合わせて配列させ、例えば、電気二重層キャパシタ４１の外部端子６Ａと、電気二重層キャパシタ４１に隣合う電気二重層キャパシタ４２の外部端子６Ｂとにバスバー８を対応させ、バスバー８の貫通孔１６Ａに外部端子６Ａ、貫通孔１６Ｂに外部端子６Ｂを挿入する。外部端子６Ａ及び６Ｂにはそれぞれボルト１０を挿入し、ねじ部１２、２０間を螺合させ、両者をボルト１０の回転によって締付けることにより、バスバー８が外部端子６Ａ、６Ｂにボルト１０によって強固に固定されるとともに、外部端子６Ａ、６Ｂ間がバスバー８によって電気的に接続される。

この実施の形態においても、バスバー８と外部端子６Ａ、６Ｂのボルト１０による接続状態は、図２に示した端子接続構造２Ａと同様であるので、その説明を省略する。そして、このようなキャパシタモジュール３０では、バスバー８を固定するボルト１０は、この実施の形態では、外部端子６Ａ、６Ｂの頂部の面内に収められ、しかも、バスバー８も外部端子６Ａ、６Ｂの頂部の面内に収められている。このため、キャパシタモジュール３０におけるバスバー８の接続部分の閉める割合が小さく、電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・の高さとキャパシタモジュール３０の高さを同等にでき、キャパシタモジュール３０の高さを低減することができる。

そして、このようなキャパシタモジュール３０によれば、既述の端子接続構造２Ａ（図１、図２）又はその接続方法を用いているので、電気二重層キャパシタ４１、４２、４３・・・の接続部分での接触抵抗の低減が図られ、その低減によって電圧降下や電力損失を低減できる。また、接触抵抗によるジュール熱の発生を抑制できる。また、直列化によって実現される耐電圧に対する電圧降下の比率を小さくでき、損失を小さくすることができ、低損失化を実現できる。

〔第３の実施の形態〕

次に、本発明の第３の実施の形態について、図６を参照する。図６は、第３の実施の形態に係る、電気二重層キャパシタの端子接続構造及びその端子接続方法を示している。図６において、図１、図２と同一部分には同一符号を付してある。

この端子接続構造２Ｂは、本発明の端子接続構造及びその端子接続方法の一例であって、電気二重層キャパシタ４に設置された外部端子６と、この外部端子６に接続されるバスバー８と、外部端子６に固定されるボルト１０とを備えている点は第１の実施の形態と同様である。

外部端子６は、端子本体１１と、ねじ部１３と、ストレート部１４と、径小部１５とを備える。この実施の形態では、ねじ部１３は、雄ねじである。ストレート部１４は非ねじ部であって、円筒状の挿入凹部を構成し、ねじ部１３に対して径大部を構成している。また、ねじ部１３は径小部１５に包囲されて直立している。

ボルト１０は、ボルト本体１８にストレート部２２と、テーパ部２４と、径小部２５とを備え、径小部２５の内側にねじ部２１が形成されている。この実施の形態では、径小部２５もストレート部２２と同様にストレート部を構成し、ねじ部２１は雌ねじである。

そこで、外部端子６側のストレート部１４の内径をｂ、径小部１５の内径をｆ、ボルト１０側のストレート部２２の外径をｅ、径小部２５の外径をｈとすると、これらの大小関係は、ｈ＞ｆ、ｂ＜ｅである。

即ち、外部端子６の径小部１５には、ボルト１０の径小部２５が挿入されるとともに、ねじ部１３がねじ部２１に螺合し、両者が結合される。そして、ストレート部１４にはテーパ部２４により滑らかにストレート部２２が挿入され、ストレート部１４によってストレート部２２が拡開される。

この場合、ストレート部１４の内径ｂと、ボルト１０のストレート部２２の外径ｅとの差をΔｅｂ（＝ｅ−ｂ）とすると、ボルト１０が挿入されることによって外部端子６の半径方向の拡大幅ｗは、式(1) の通りである。従って、この実施の形態であっても、外部端子６の半径方向の拡大幅ｗにより、バスバー８と外部端子６とは強固な密着状態となり、接触抵抗の低減が図られる。

〔他の実施の形態〕

上記実施の形態では、ボルト１０側にテーパ部２４を形成したが、図７に示すように、外部端子６側のストレート部１４の入口部にもテーパ部３４を形成してもよい。このようなテーパ部３４を設ければ、ボルト１０の挿入を容易にし、外部端子６の拡開が容易になる。

また、上記実施の形態では、外部端子６とバスバー８との機械的な密着状態を実現したが、図８に示すように、外部端子６の外面側、バスバー８の貫通孔１６の内面側の何れか一方又は双方に導電性の高い金属層３６を設置してもよい。この金属層３６は、例えば、メッキによる金層で構成すればよい。金層であれば、酸化等の劣化を防止でき、接触抵抗の低減と相俟って電気的な接続状態の安定化が図られる。

以上述べたように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は、発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

本発明は、電気二重層キャパシタ等の電子デバイスのバスバーを用いた電気的な接続や、キャパシタモジュールの形成等に広く利用でき、接続部分の接触抵抗の低減を図り、接触抵抗による電圧降下を抑制でき、低損失化等を図ることができ、有用である。

２Ａ、２Ｂ 端子接続構造
４、４１、４２、４３・・・ 電気二重層キャパシタ
６、６Ａ、６Ｂ 外部端子
８ バスバー
１０ ボルト
１１ 端子本体
１２、１３、２０、２１ ねじ部
３０ キャパシタモジュール

Claims (6)

1. ねじ部とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部を備える固定部材と、
   前記固定部材の前記ねじ部に結合するねじ部とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部を備え、該挿入凹部の内径が前記非ねじ部より径小である端子部と、
   前記端子部を固定する固定孔を備えるバスバーと、
   を備え、前記固定部材及び前記端子部の前記ねじ部間を結合することによって前記固定部材の前記非ねじ部で前記端子部を拡開させ、前記バスバーの前記固定孔に前記端子部を密着させたことを特徴とする端子接続構造。
   
2. 前記固定部材に径小部と径大部とが設けられ、前記径小部を前記ねじ部とし、前記径大部を前記非ねじ部とし、前記径小部から前記径大部に至る部分を傾斜部としたことを特徴とする請求項１記載の端子接続構造。
   
3. 前記端子部の前記挿入凹部に径小部と径大部とが設けられ、前記径小部を前記ねじ部とし、前記径大部を前記非ねじ部とし、前記径大部の内径を前記固定部材の外径より小さく設定したことを特徴とする請求項１記載の端子接続構造。
   
4. 端子部と、該端子部に接続するバスバーと、該バスバーを前記端子部に固定する固定部材とを用いた端子接続方法であって、
   前記固定部材は、ねじ部とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部を形成し、
   前記端子部は、前記固定部材の前記ねじ部に結合するねじ部とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部を形成し、該挿入凹部の内径を前記非ねじ部より径小に形成し、
   前記バスバーは、前記端子部を固定する固定孔を形成し、
   前記固定部材及び前記端子部の前記ねじ部間を結合することによって前記固定部材の前記非ねじ部で前記端子部を拡開させ、前記バスバーの前記固定孔に前記端子部を密着させることを特徴とする端子接続方法。
   
5. 直列又は並列に接続される複数のキャパシタを備えるキャパシタモジールであって、
   ねじ部とともに該ねじ部の直径より大なる非ねじ部を備える固定部材と、
   前記キャパシタに設置され、前記固定部材の前記ねじ部に結合するねじ部とともに、前記非ねじ部を挿入させる挿入凹部を備え、該挿入凹部の内径が前記非ねじ部より径小である端子部と、
   前記端子部を固定する固定孔を備えるバスバーと、
   を備え、前記固定部材及び前記端子部の前記ねじ部間を結合することによって前記固定部材の前記非ねじ部で前記端子部を拡開させ、前記バスバーの前記固定孔に前記端子部を密着させたことを特徴とするキャパシタモジュール。
   
6. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の前記端子接続構造を備えたことを特徴とするキャパシタモジュール。

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