JP2012038563A - 電気的接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト締めにて電気的接続を行う場合に、導体間の接触抵抗を低減させることが可能な電気接続部の構造を提供する。
【解決手段】金属製のバスバー１０と、バスバー１０に当接する当接面４０を有すると共に金属板材からなるバスバー２０とを、当接面４０がバスバー１０と当接した状態でボルト締めされることで電気的に接続する構造であって、バスバー１０の表面にはスズメッキ層が形成されており、当接面４０には溝２２及びエッジが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気的接続構造に関する。

従来、高圧系のハーネスと機器側の端子台や電極間、あるいは、複数の電池セルを並べた組電池の各電池セル間等を電気的に接続状態とするために、導電性金属板からなるバスバーが使用されている。バスバーによる電気的接続は、通常ボルト・ナット締めにより行う。

特許第３７０７５９５号公報

しかしながら、上記のバスバーあるいは相手側電気接続部の表面が酸化した場合には、酸化膜が金属同士の接触を妨げ、接触抵抗が規定値よりも高くなるという問題がある。

接触抵抗を低減させるためには、ボルト・ナットの締め付けトルクを高くすることが考えられる。しかし、例えば電池電極間を接続する場合には、締め付けトルクを過度に高くすると、電池電極やボルトが破損することが懸念される。このため、締め付けトルクを高くするにも限界がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ボルト締めにて電気的接続を行う場合に、導体間の接触抵抗を低減させることが可能な電気的接続構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、電気的接続構造であって、金属製の第１導体と、前記第１導体に当接する当接面を有すると共に金属板材からなる第２導体とが、前記当接面が前記第１導体と当接した状態でボルト締めされることで電気的に接続されており、前記第１導体の表面にはスズメッキ層が形成されており、前記当接面には凹部及び凸部の双方又は一方が形成されている。

本発明によれば、ボルト締めにより、第２導体の当接面は、第１導体に対して比較的に強い圧力で密着される。特に、当接面に形成された凹部の開口縁及び凸部は、他の部分よりも強い圧力で、第１導体に対して密着される。

この第１導体の表面にはスズメッキ層が形成されている。このスズメッキ層の表面には、通常、スズの酸化膜が形成されている。上記のように、当接面の凹部及び凸部の双方又は一方が、スズの酸化膜に対して比較的に強い圧力で密着されると、酸化膜が突き破られてスズの新生面が露出する。この新生面と、第２導体とが接触することにより、第１導体と第２導体とが電気的に接続される。

本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記凹部は前記平坦面に形成された溝であることが好ましい。これにより、溝を形成するという簡易な手法により凹部を形成できる。

前記凸部は、前記溝の開口縁に突出して形成されたエッジであることが好ましい。これにより、凹部である溝を形成する工程を同じ工程において、凸部も形成できる。この結果、凹部を形成する工程とは異なる工程で凸部を形成する場合と比べて、作業工数を削減できる。

前記溝は、間隔を空けて複数並んで形成されていることが好ましい。これにより、電気的接続を確実なものとすることができる。

前記溝は、間隔を空けて複数並んで形成された第１溝と、前記第１溝と交差すると共に間隔を空けて複数並んで形成された第２溝と、からなることが好ましい。これにより、第１溝と第２溝との交点においては、第１導体と第２導体とは更に強い圧力で密着するので、電気的な接続を更に確実なものとすることができる。

本発明によれば、ボルト締めにて電気的接続を行う場合に、導体間の接触抵抗を低減させることができる。

本発明の一実施形態のボルト締め接続構造を示す斜視図 バスバーの当接面に形成された溝を示す平面図 同じく断面図 締め付けトルクと接触抵抗との関係を示すグラフ 他の実施形態のバスバーの当接面に形成された溝を示す平面図 同じく断面図

本発明を、複数のバスバー同士の電気的接続構造に適用した一実施形態を図１ないし図３を参照しつつ説明する。

本実施形態は、図１に示すように、平行に並んだ２つのバスバー（特許請求の範囲に記載の第１導体に相当）１０，１０間に、バスバー（特許請求の範囲に記載の第２導体に相当）２０を架け渡すことにより、各バスバー１０，１０，２０間を電気的に接続した状態としたものである。

バスバー１０は銅製で、長尺の板材からなる。また、その表面には厚さ２μｍのスズメッキ層が形成されている。一方、バスバー２０は同じく銅製の板材からなる。本実施形態においては、バスバー２０の表面には、メッキは施されていない。

バスバー１０の表面にスズメッキ層を形成する手法としては、公知の手法を用いることが可能であって、例えば、Ｎｉ等からなる下地メッキ層を形成する等、必要に応じて任意の手法を採用しうる。また、スズメッキ層の厚さは必要に応じて任意の厚さ寸法に設定しうる。

各バスバー１０，１０，２０には接続孔２１（バスバー１０の接続孔は図示せず）が、各バスバー１０，１０，２０を貫通して設けられている。それらの接続孔２１にボルト３０を貫通させ、バスバー１０，２０を狭持した状態でナット（図示せず）を締め付けることにより、各バスバー１０，２０間が電気的に接続状態とされている。

バスバー２０のうち、バスバー１０と当接する領域は当接面４０とされる。バスバー２０のうち当接面４０を含む面には、全体に亘って、図２および図３に示すように、いわゆるローレット加工が施されている。

詳細に説明すると、バスバー２０の当接面４０には、所定の間隔を空けて並ぶ複数の第１溝２２（特許請求の範囲に記載の凹部に相当）Ａと、この第１溝２２Ａと交差すると共に所定の間隔を空けて並ぶ複数の第２溝２２（特許請求の範囲に記載の凹部に相当）Ｂと、が形成されている。本実施形態においては第１溝２２Ａと第２溝２２Ｂとは互いに直交しており、第１溝２２Ａ及び第２溝２２Ｂは、全体として格子状をなしている。本実施形態においては、第１溝２２Ａは、図２における左斜め上方から右斜め下方に向かって延びて形成されており、第２溝２２Ｂは、図２における右斜め上方から左斜め下方に向かって延びて形成されている。なお、以下の説明においては、第１溝２２Ａ及び第２溝２２Ｂを溝２２と総称する場合がある。

図には詳細に示さないが、溝２２の開口縁には、溝２２を形成する際にバスバー２０の当接面４０から突出するエッジ（特許請求の範囲に記載の凸部に相当）が形成されている。

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例により何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
銅製の金属板材の表面に、厚さ２μｍのスズメッキ層を公知の手法により形成した後、プレス加工することにより、所定の形状を有するバスバー１０を形成した。バスバー１０は、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの長尺の板材とした。また、プレス加工時に、バスバー１０には、直径５．５ｍｍの接続孔を形成した。

また、銅製の金属板材をプレス加工することにより、１５ｍｍ×３５ｍｍ×０．８ｍｍの板材からなるバスバー２０を形成した。バスバー２０には、プレス加工時に、直径５．５ｍｍの接続孔２１を、２０ｍｍの間隔で、２つ形成した。バスバー２０の一方の面にはローレット加工を実施し、ピッチ間隔１．０ｍｍをなす、格子状の複数の溝を形成した。溝の深さ寸法は、０．１ｍｍとした。

バスバー１０，２０に対して、高温高湿工程を実行した。詳細に説明すると、バスバー１０，２０を湿度８５％、温度８５℃で２００時間放置した。これにより、バスバー１０，２０の表面に、酸化膜を形成した。バスバー１０の表面にはスズの酸化膜が形成され、バスバー２０の表面には銅の酸化膜が形成された。

続いて、バスバー１０、２０の接続孔２１にボルト３０を挿通させて、締め付けトルク０．５Ｎｍでボルト締めした。

上記の実施例１につき、バスバー１０と、バスバー２０との間の接触抵抗を測定した。サンプル数は４つとし、各サンプルの平均値を計算した。結果を表１に示す。詳細に説明すると、まず、図１に示すように、一対のバスバー１０，１０を並べて配し、一対のバスバー１０，１０間に掛け渡すようにしてバスバー２０を配し、バスバー１０，１０とバスバー２０とを、上記のようにボルト締めにより固定した。次いで、一対のバスバー１０，１０間に直流を通電した。印加電圧は１２Ｖで、通電電流は１Ａとした。直流電源は、Ｙｏｋｏｇａｗａ ＧＳ６１０を使用した。そして、一対のバスバー１０，１０のうち、一方のバスバー１０と、バスバー２０との間の抵抗値を測定した。測定には、Ａｇｉｌｅｎｔ ３４４０１Ａ マルチメータを使用した。

＜実施例２〜４＞
ボルトの締め付けトルクを表１に記載された値とした以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜４を作成した。これら実施例２〜４についてもバスバー１０とバスバー２０との間の接触抵抗を測定した。結果を表１にまとめて示す。

＜比較例１＞
バスバー１０と、バスバー２０とを、ボルト締めせずに、単に接触させた状態とした以外は、実施例１と同様にして、比較例１を作成した。この比較例１につき、バスバー１０とバスバー２０との接触抵抗を測定した。結果を表１にまとめて示す。

＜比較例２＞
バスバー２０の当接面４０に対してローレット加工を施さず、両面が平坦なバスバーを用いた以外は、比較例１と同様にして比較例２を作成した。この比較例２につき、バスバー１０と平坦なバスバーとの接触抵抗を測定した。結果を表１にまとめて示す。

＜比較例３〜６＞
バスバー２０に対してローレット加工を施さず、両面が平坦なバスバーを用い、また、ボルトの締め付けトルクを表１に記載した値とした以外は、実施例１と同様にして比較例３〜６を作成した。比較例３〜６につき、バスバー１０と平坦なバスバーとの接触抵抗を測定した。結果を表１にまとめて示す。

また、図４には、上記の実施例、及び比較例につき、ボルトの締め付けトルクと、接触抵抗との関係を図示した。図中、黒丸（●）で示す点は、実施例１〜４を示す。また、黒三角（▲）で示す点は、比較例３〜６を示す。各点から上下に延びるエラーバーの上端及び下端は、それぞれ、各点におけるサンプル１〜４のうち、接触抵抗の最大値及び最小値を示す。なお、比較例１、及び２については、接触抵抗の値が他に比べて大きいため、グラフ中においては省略されている。

表１に示すように、当接面４０にローレット加工が施された実施例１〜４の接触抵抗は、０．０７ｍΩ（実施例４）〜０．０２１ｍΩ（実施例１）と、十分に小さな値であった。

これに対して、ボルト締めがなされていない比較例１及び２については、接触抵抗がそれぞれ４．１６９ｍΩ（比較例１）、２．８６４ｍΩ（比較例２）であった。また、平坦なバスバーを用いた比較例３〜６の接触抵抗は、０．０２７ｍΩ（比較例６）〜０．０４１ｍΩ（比較例３）であった。

上記のように、バスバー１０と、当接面４０にローレット加工を施したバスバー２０と、をボルト締めすることにより、バスバー１０，２０間の接触抵抗を小さくすることができる。

更に、図４に示されたエラーバーから明らかなように、実施例１〜４における各サンプル間の接触抵抗のばらつきは、比較例３〜６における各サンプル間の接触抵抗のばらつきに比べて、著しく小さい。これは、実施例１〜４におけるバスバー１０，２０間の電気的な接続が、比較例３〜６に比べて安定していることを示している。

本実施形態によれば、ボルト締めにより、バスバー２０の当接面４０は、バスバー１０に対して比較的に強い圧力で密着される。特に、当接面４０に形成された溝２２の開口縁に形成されたエッジは、他の部分よりも強い圧力で、バスバー１０に対して密着される。更に、溝２２は、第１溝２２Ａと第２溝２２Ｂとが格子状に形成されているので、第１溝２２Ａと第２溝２２Ｂとの交点は、更に、強い圧力でバスバー１０に対して密着される。

上記のバスバー１０の表面にはスズメッキ層が形成されている。このスズメッキ層の表面には、通常、スズの酸化膜が形成されている。上記のように、当接面４０の溝２２が、スズの酸化膜に対して比較的に強い圧力で密着されると、酸化膜が突き破られてスズの新生面が露出する。この新生面と、バスバー２０とが接触することにより、バスバー１０とバスバー２０とが電気的に接続される。これにより、バスバー１０とバスバー２０との電気的接続を確実にすることができる。

また、本実施形態によれば、バスバー２０の当接面４０に溝２２を形成するという簡易な手法により、凹部を形成することができる。

また、本実施形態によれば、凹部である溝２２を形成する工程と同じ工程において、凸部を形成することができる。これにより、凹部を形成する工程とは異なる工程で凸部を形成する場合に比べて、作業工数を削減することができる。

また、本実施形態によれば、溝２２は、間隔を空けて複数並んで形成されている。これにより、電気的接続を確実なものとすることができる。

また、本実施形態によれば、溝２２は、間隔を空けて複数並んで形成された第１溝２２Ａと、この第１溝２２Ａと交差すると共に間隔を空けて複数並んで形成された第２溝２２Ｂと、からなる。これにより、第１溝２２Ａと第２溝２２Ｂとの交点においては、バスバー１０とバスバー２０とは更に強い圧力で密着するので、電気的な接続を更に確実なものとすることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、バスバー２０にローレット加工を施す構成としたが、これに限らず、例えば図５および図６に示すように、平行な溝（特許請求の範囲に記載の凹部に相当）２５を複数入れるセレーション加工を施す構成としても良く、要は、凹凸形状とするのであればどのような形態としてもよい。セレーション加工における、溝２５のピッチ間隔、及び溝深さは、必要に応じて任意の値を設定できる。なお、溝２５のピッチ間隔は１．０ｍｍ、溝深さは０．１ｍｍ程度とすることが好ましい。また、凹部の形状としては、例えば、曲線状の溝、外形状が三角形や四角形などの多角形状をなす凹部、外形状が円形、長円形状をなす凹部等、必要に応じて任意の形状としうる。
（２）上記実施形態では、バスバー１０，２０ともに銅製としたが、これに限らず、例えば、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、等、必要に応じて、任意の金属を用いることができる。例えば、アルミニウム製バスバーを使用する場合のスズメッキ層は、必要に応じて任意の厚さ寸法とすることができるが、ニッケル下地層付きで厚さ４μｍとすることが好ましい。
（３）上記実施形態では、バスバー２０のうち当接面４０を含む面全体にローレット加工を施す構成としたが、これに限られず、バスバー１０と当接する部分にのみ、ローレット加工を施す構成としてもよい。また、バスバー１０と当接する当接面に溝２２が形成されていればよく、例えば、バスバー２０のうち、接続孔２１の開口部の近傍にのみ溝２２が形成される構成としてもよい。
（４）本実施形態においては、第１溝２２Ａのピッチ間隔と、第２溝２２Ｂのピッチ間隔とは同じに設定したが、これに限られず、第１溝２２Ａのピッチ間隔と、第２溝２２Ｂのピッチ間隔とを異なる値に設定してもよい。また、第１溝２２Ａと第２溝２２Ｂとは、直角と異なる任意の角度で交差する構成としてもよい。
（５）本実施形態においては、第１溝２２Ａのピッチ間隔と、第２溝２２Ｂのピッチ間隔とは同じに設定したが、これに限られず、第１溝２２Ａのピッチ間隔と、第２溝２２Ｂのピッチ間隔とを異なる値に設定してもよい。また、第１溝２２Ａと第２溝２２Ｂとは、直角と異なる任意の角度で交差する構成としてもよい。
（６）本実施形態においては、第１導体、及び第２導体の双方をバスバーとしたが、これに限られず、第１導体は、電池電極、コネクタにおける端子台等、必要に応じて、任意の構成に適用することができる。また、第２導体は、端子金具等、必要に応じて、任意の構成に適用することができる。
（７）本実施形態においては、第１導体と第２導体とはボルトとナットによってボルト締めする構成としたが、これに限られず、例えば、第１導体に立設されたスタッド軸に第２導体を挿通し、ナットを締め付けることによって、第１導体と第２導体とをボルト締めする構成としてもよい。
（８）バスバー２０の表面にメッキ層を形成してもよい。メッキ層を形成する金属としては、スズ、ニッケル、クロム等、必要に応じて任意の金属を使用できる
（９）バスバー２０の当接面４０に形成される溝２２の深さ寸法は、必要に応じて任意の寸法に設定することができる。
（１０）本実施形態においては、溝２２の開口縁に形成されたエッジを凸部としたが、これに限られず、凹部とは別の領域に、当接面から突出する凸部を形成してもよい。凸部の形状としては、柱状、リブ状、角錐状、円錐状、半円形状等、必要に応じて任意の形状としうる。
（１１）本実施形態においては、バスバー２０の当接面４０には、凹部である溝２２と、凸部であるエッジの双方が形成される構成としたが、これに限られず、バスバー２０の当接面４０には凹部のみが形成されていてもよく、また、凸部のみが形成されていてもよい。

１０…バスバー（第１導体）
２０…バスバー（第２導体）
２２…溝（凹部）
２２Ａ…第１溝
２２Ｂ…第２溝
３０…ボルト
４０…当接面

Claims (5)

1. 金属製の第１導体と、前記第１導体に当接する当接面を有すると共に金属板材からなる第２導体とが、前記当接面が前記第１導体と当接した状態でボルト締めされることで電気的に接続されており、
   前記第１導体の表面にはスズメッキ層が形成されており、前記当接面には凹部及び凸部の双方又は一方が形成されている前記第１導体と前記第２導体との電気的接続構造。
2. 前記凹部は前記平坦面に形成された溝である請求項１に記載の電気的接続構造。
3. 前記凸部は、前記溝の開口縁に突出して形成されたエッジである請求項２に記載の電気的接続構造。
4. 前記溝は、間隔を空けて複数並んで形成されている請求項２または請求項３に記載の電気的接続構造。
5. 前記溝は、間隔を空けて複数並んで形成された第１溝と、前記第１溝と交差すると共に間隔を空けて複数並んで形成された第２溝と、からなる請求項２または請求項３に記載の電気的接続構造。

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