JP5446722B2 - バスバーモジュールの製造方法及びバスバーモジュール - Google Patents

バスバーモジュールの製造方法及びバスバーモジュール Download PDF

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Description

本発明は、複数のバスバーの電気的絶縁などを目的として、各バスバーを狭ギャップで積層し、その各バスバー間と周囲を絶縁性樹脂により一括モールド成形されてなるバスバーモジュールの製造方法及びバスバーモジュールに関するものである。
図１６に示すように、複数枚積層されたバスバー１０１において高電界（例えば、４ｋＶ／ｍｍ程度）に耐える電気絶縁性と信頼性を確保するために絶縁性樹脂１０２でバスバー間と周囲をモールド成形する手法が用いられる。具体的な製造手法は射出成形、押出成形が一般的である。
このように、各バスバー１０１を積層し、その各バスバー１０１間と周囲を絶縁性樹脂１０２によりモールド成形したものをバスバーモジュール１００と言う。
インバータ回路の入力側にバスバーモジュール１００を用いる場合、バスバーモジュール１００には直流電圧が印加されており、インバータ回路でスイッチングして概略方形波電流を出力するようにして使用される。概略方形波電流において電流が時間的に変化している部分（ＬｏｗとＨｉｇｈとの間）では損失が発生するため、損失低減のため電流の時間変化は速いほうが好ましい。
しかし、電流の時間変化を大きくすると大きいサージ電圧が発生する（サージ電圧は、電流の時間変化とインダクタンスに比例）。
このため、インバータ入力回路のインダクタンスは小さいことが好ましい。電極であるバスバー１０１同士の間隔が広いとインダクタンスが大きくなるため、この観点ではバスバー１０１同士の間隔を狭くすることが望まれている。
特開２００７−３８４９０号公報 特開２００４−３０４８７４号公報
インバータ入力回路のインダクタンスを小さくすべく、各バスバー１０１同士の間隔を狭くした場合、積層されたバスバー１０１がモールド成形時に金型内で樹脂に押され、バスバー１０１が変形（ソリ）、若しくは動くようなことがあれば、積層間隔が狭くなり十分な電気絶縁性が得られない問題が生じる。
この問題を回避すべく、予めバスバー１０１間にスペーサとしての樹脂成形物を挟んでおく方法が考えられるが、この樹脂成形物がモールド樹脂である絶縁性樹脂１０２と完全に融解しないで界面を作る場合があり、また、樹脂成形物とバスバー１０１との間に気泡が入る場合があり、電気絶縁性が低下してしまう問題がある。さらに、バスバー１０１間に樹脂成形物を挟み込む工程が必要となり製造コストの上昇を招いてしまう問題もある。
そこで、本発明の目的は、バスバーを一括モールド成形することで生産性を向上でき、その成形時にバスバー同士の間隔を維持して電気絶縁性の低下を防止することができるバスバーモジュールの製造方法及びバスバーモジュールを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、複数のバスバーを所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂により一括モールド成形して、樹脂モールド体を成形すると共に該樹脂モールド体から各バスバーの接続端子が露出するように形成するバスバーモジュールの製造方法において、前記樹脂モールド体を成形するための金型内に、前記各バスバーを前記接続端子を除いて所定間隔で離間させて中空保持すると共に、前記各バスバーを中空保持した前記金型に、成形中にバスバー同士の間隔を維持する接近防止手段を設け、前記接近防止手段は、前記各バスバーの両面にそれぞれ対向する前記金型の各面からそれぞれ前記金型内に挿入され、中空保持された前記各バスバーの両面にそれぞれ当接して前記各バスバーを挟持する複数の接近防止ピンからなるバスバーモジュールの製造方法である。
また、本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、複数のバスバーを所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂により一括モールド成形して、樹脂モールド体を成形すると共に該樹脂モールド体から各バスバーの接続端子が露出するように形成するバスバーモジュールの製造方法において、前記樹脂モールド体を成形するための金型内に、前記各バスバーを前記接続端子を除いて所定間隔で離間させて中空保持すると共に、前記各バスバーを中空保持した前記金型に、成形中にバスバー同士の間隔を維持する接近防止手段を設け、前記接近防止手段は、前記各バスバーの他のバスバーに対向する対向面に対向する前記金型の面から前記金型内に挿入され、中空保持された前記各バスバーの前記対向面に当接する複数の接近防止ピンからなるバスバーモジュールの製造方法である。
前記各バスバーに、他のバスバーに当接する前記接近防止ピンを挿通してかわすためのピン穴を形成するとよい。
前記ピン穴の内径を、前記接近防止ピンの外径よりも大きく形成するとよい。
前記接近防止ピンを、前記接近防止ピンが前記バスバーと当接する位置と隣接する前記接近防止ピンが前記バスバーと当接する位置との間における前記絶縁性樹脂の表面を沿う距離が沿面絶縁距離以上となるように、間隔を空けて配置するとよい。
前記樹脂モールド体を成形した後あるいは成形中に、前記樹脂モールド体から前記接近防止ピンを除去するとよい。
前記接近防止ピンは、前記金型内に固定されるか、或いは前記金型内に移動可能に挿入されるとよい。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、複数のバスバーを所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂により一括モールド成形して、樹脂モールド体を成形すると共に該樹脂モールド体から各バスバーの接続端子が露出するように形成するバスバーモジュールにおいて、前記バスバーの所定箇所には、成形中にバスバー同士が接近することを防止するべく間隔を維持するための接近防止ピンを挿入するためのピン穴が形成されていることを特徴とするバスバーモジュールである。
本発明によれば、バスバーを一括モールド成形することで生産性を向上でき、その成形時にバスバー同士の間隔を維持して電気絶縁性の低下を防止することができる。
本発明により得られたバスバーモジュールを示す図である。 図１のバスバーモジュールの構造を示す図である。 図１のバスバーモジュールの製造に用いる金型を示す図である。 図３の金型を組み立ててバスバーを保持させたときの構造を示す図である。 図４の状態で金型内に絶縁性樹脂を注入したときの構造を示す図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 金型を省略した樹脂モールド体を示す図である。 金型を省略した樹脂モールド体の構造を示す図である。 金型の変形例を示す図である。 図９の金型を用いたバスバーモジュールの製造方法を説明する図である。 図１０のＢ−Ｂ線断面図である。 金型の変形例を示す図である。 本発明の適用例としてのバスバーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 本発明の適用例としてのバスバーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図１３，１４のバスバーを用いたバスバーモジュールの製造方法を説明する図であり、（ａ）はバスバーの配置例を示す図、（ｂ）は得られたバスバーモジュールを示す図である。 一般的なバスバーモジュールの構造を示す図である。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、本発明により得られたバスバーモジュールを示す斜視図であり、図２は、その構造を示す断面斜視図である。
図１，２に示すように、本発明により得られるバスバーモジュール１は、例えば、厚さ１．５ｍｍの複数のバスバー２を所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂（例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂）３により一括モールド成形して、樹脂モールド体４を成形すると共に樹脂モールド体４から各バスバー２の接続端子５が露出するように形成されたものである。樹脂モールド体４の上下面には、それぞれ複数の穴６が形成されている。この穴６の詳細については後述する。
ここで、所定間隔とは、おおよそ１ｍｍ以下（インダクタンスを小さくするため）であってバスバー２間の電気絶縁性を良好に保てる間隔（例えば、０．５ｍｍ）を言う。
このバスバーモジュール１の製造方法を、その製造に用いる金型と共に説明する。
先ず、図３に示すように、上型１１と下型１２とからなる中空の金型１０を用意する。
金型１０は、樹脂モールド体４を成形するためのものであり、その金型１０の上型１１の側部には絶縁性樹脂３を注入するためのゲート（樹脂注入孔）１３が複数形成されている（図６参照）。ゲート１３は、その開口部の形状は、例えば、金型１０の長手方向に沿って細長い形状を成している。なお、ゲート１３の数は、単数でも良い。また、ゲート１３の開口部の形状は、金型１０の長手方向に沿って細長い形状を成していなくても良く、例えば、円形形状でも良い。
上型１１は、図示上側から上型本体１１ａ、枠体形状に形成された第１保持溝付金型１１ｂ、枠体形状に形成された第２保持溝付金型１１ｃの３つの金型部品からなる。
第１保持溝付金型１１ｂの内周面には、第１バスバー２ａを保持するための第１保持溝１４ａが形成され、第２保持溝付金型１１ｃの内周面には、第２バスバー２ｂを保持するための第２保持溝１４ｂが形成される（図４参照）。
これら保持溝１４ａ，１４ｂにそれぞれバスバー２ａ，２ｂを収容した後、上型１１を組み立てると第１保持溝１４ａの上部が上型本体１１ａの下面１５ａで閉じられ、その下面１５ａと第１保持溝１４ａの底面を構成する座１６ａとの間に第１バスバー２ａが挟み込まれて保持される。同様に、第２バスバー２ｂが第１保持溝付金型１１ｂの下面１５ｂと第２保持溝１４ｂの座１６ｂとの間に挟み込まれて保持される。
このとき、座１６ａ，１６ｂと下面１５ａ，１５ｂとで挟み込まれた部分が、後に接続端子５となる。つまり接続端子５となる部分に絶縁性樹脂３が流れ込まないように、座１６ａ，１６ｂと下面１５ａ，１５ｂとの間隙はバスバー２ａ，２ｂの厚さと同じにされる。
その後、上型１１と下型１２を組み立てると各バスバー２ａ，２ｂが所定間隔で離間された状態で金型１０内のキャビティ１７に中空保持される。
従来は、この状態でゲート１３から絶縁性樹脂３を注入し、各バスバー２ａ，２ｂ間と周囲をモールド成形していた。
しかし、絶縁性樹脂３を注入する際の樹脂圧でバスバー２ａ，２ｂが変形したり動いたりしてバスバー２ａ，２ｂ同士が接近してその間隔が縮まり、結果として十分な電気絶縁性を確保できなくなる場合がある。
そこで、本発明では各バスバー２ａ，２ｂを中空保持した金型１０に、成形中にバスバー２ａ，２ｂ同士の間隔を維持する接近防止手段１８を設けるようにした。
接近防止手段１８は、各バスバー２ａ，２ｂの両面にそれぞれ対向する金型１０の各面からそれぞれ金型１０内に挿入され、中空保持された各バスバー２ａ，２ｂの両面にそれぞれ当接して各バスバー２ａ，２ｂを挟持する複数の接近防止ピン１９からなる。
接近防止ピン１９としては、各バスバー２ａ，２ｂの間隔を維持してしっかりと支持する目的から、φ１ｍｍ程度（例えば、φ１．５ｍｍ）のものを用いるとよい。また、各バスバー２ａ，２ｂに関して、接近防止ピン１９の先端面が当接する部分は、絶縁性樹脂３がモールドされないので、成形後に露出することになる。この露出する部分の間隔、即ち、バスバー２ａに係る露出部分とバスバー２ｂに係る露出部分との各間隔は、絶縁性を確保する観点から、当該間隔における絶縁性樹脂の表面を沿う距離が材料や使用環境で決まる沿面絶縁距離以上となるように、設計するとよい。
なお、接近防止ピン１９は、金型１０内に固定されるか、或いは金型１０内に移動可能に挿入される。接近防止ピン１９をその軸方向に移動可能にすることで様々な厚さのバスバーを所定間隔で離間させて保持することができるため、金型１０の汎用性が向上する。そのため、本実施の形態においては接近防止ピン１９を金型１０に対して移動可能に設けた。
次いで、この金型１０を組み立てて各バスバー２ａ，２ｂを保持させる。図４に示すように、バスバー２ａ（又は２ｂ）には、他のバスバー２ｂ（又は２ａ）に当接する接近防止ピン１９を挿通してかわすためのピン穴２０が形成される。ピン穴２０の内径は、接近防止ピン１９の外径よりも大きく形成しているが、例えば、接近防止ピン１９の外経とピン穴２０の内径の差をバスバー２ａとバスバー２ｂの間の距離ｔの２倍以上とすると、ピン穴２０の内面をバスバー２ａとバスバー２ｂの間の距離ｔ以上の厚さの絶縁性樹脂３で覆うことができる。この様に構成することにより、電気絶縁特性をバスバー２ａとバスバー２ｂの間の電気絶縁特性より良くすることができる。また、ピン穴２０の内側の絶縁性樹脂３の厚さをバスバー２ａとバスバー２ｂの間の距離ｔと同じにすることで、過不足のない電気絶縁特性とすることができると共に、絶縁性樹脂３の使用量を最適化することができ、接近防止ピン１９の外経に対して必要最小限の穴径とすることができる。
金型１０の組み立て後、図５，６に示すように、ゲート１３から金型１０内のキャビティ１７に絶縁性樹脂３を注入する。このとき、接近防止ピン１９によって、各バスバー２ａ，２ｂの変形や移動を規制してバスバー２ａ，２ｂの間隔が所定間隔に維持される。また、接近防止ピン１９の外径とピン穴２０の内径の差が１ｍｍ以上あるため、その隙間に絶縁性樹脂３が回り込み、各バスバー２ａ，２ｂのピン穴２０間においても十分な電気絶縁性を確保することができる。金型１０を省略した樹脂モールド体４の斜視図及び構造図を図７，８に示す。
この状態で絶縁性樹脂３を硬化させて、図７，８に示すように、樹脂モールド体４を成形すると共に樹脂モールド体４から各バスバー２ａ，２ｂの各接続端子５が露出するように形成する。
その後、樹脂モールド体４を金型１０から離型すると共に樹脂モールド体４から接近防止ピン１９を除去する。以上の工程により、バスバーモジュール１を得る。
つまり、樹脂モールド体４に形成された穴６は、樹脂モールド体４を成形する際に各バスバー２ａ，２ｂの間隔を維持するための接近防止ピン１９により形成されたものである。樹脂モールド体４の成形時に絶縁性樹脂３の硬化と共に接近防止ピン１９を徐々に引き抜いて（コアバックして）いくことで完成品に穴６を残さないようにすることも可能である。この様に構成することで、つまり、穴６からバスバーが露出させないようにすることで、電気絶縁特性を更に向上させることができる。
この様に、穴６からバスバー２ａ，２ｂが露出させないようにした場合でも、接近防止ピン１９が挿入されていた部分に充填される樹脂とその周囲の樹脂は、温度、圧力等の成形条件が異なってしまうおそれがある。この場合、接近防止ピン１９が挿入されていた部分の樹脂とその周囲の樹脂の界面の電気絶縁強度が樹脂の電気絶縁強度より低くなるおそれがある。しかし、前記したように、接近防止ピン１９がバスバーに当接する部分同士の間隔を樹脂の沿面絶縁距離以上となるように設計しておけば、前記樹脂の界面の電気絶縁強度が低いことによる影響を受けないようにすることができる。
以上要するに本実施の形態に係るバスバーモジュールの製造方法によれば、各バスバー２ａ，２ｂを中空保持した金型１０に、成形中にバスバー２ａ，２ｂ同士の間隔を維持する接近防止手段１８を設けるため、バスバー２ａ，２ｂが変形したり移動したりすることなくバスバー２ａ，２ｂ間の間隔を一定に保つことができ、十分な電気絶縁性を確保することができる。
また、本実施の形態においては、接近防止手段１８は、各バスバー２ａ，２ｂの両面にそれぞれ対向する金型１０の各面からそれぞれ金型１０内に挿入され、中空保持された各バスバー２ａ，２ｂの両面にそれぞれ当接して各バスバー２ａ，２ｂを挟持する複数の接近防止ピン１９からなるため、簡易な構成で上述の効果を実現することができる。
本実施の形態においては、金型１０として上型１１が３つの金型部品からなるものを用いたが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、上型１１が１つの金型部品からなる金型９０を用いてもよい。なお、図９では、各バスバー２ａ，２ｂを保持するための保持溝などの構成は省略して描いてある。
この金型９０を用いる場合も、図１０，１１に示すように、金型９０を組み立てて各バスバー２ａ，２ｂを保持し、金型９０のゲート９１から絶縁性樹脂３を注入し、同様にバスバーモジュール１を製造することができる。
また、図１２に示すように、接近防止手段１８が、バスバー２ａ（又は２ｂ）の他のバスバー２ｂ（又は２ａ）に対向する対向面に対向する金型１２０の面から金型１２０内に挿入され、中空保持された各バスバー２ａ，２ｂの対向面に当接する複数の接近防止ピン１２１からなってもよい。このように構成した場合であっても、絶縁性樹脂３の注入時の樹脂圧によって各バスバー２ａ，２ｂが接近する方向に力が働くため、バスバー２ａ，２ｂの間隔が広がることはない。
本発明は、板状のバスバー２だけではなく、図１３，１４に示すようなＬ字型のバスバー１３０，１４０を用いたバスバーモジュールにも適用することができる。各バスバー１３０，１４０は、接続端子１３１，１４１となる端部をそれぞれ有し、その端部には金型に固定するための固定穴１３２，１４２がそれぞれ形成されている。また、各バスバー１３０，１４０には、ピン穴１３３，１４３がそれぞれ形成される。
このような形状のバスバー１３０，１４０に合わせた金型を用意し、図１５（ａ）に示すように、この金型により各バスバー１３０，１４０を所定間隔で離間させた状態で保持した後、金型内に絶縁性樹脂３を注入し、これを硬化させて樹脂モールド体１５０を成形すると共にその樹脂モールド体１５０から各接続端子１３１，１４１を露出させることにより、図１５（ｂ）に示すようなバスバーモジュール１５１が得られる。このバスバーモジュール１５１の樹脂モールド体１５０には、成形時に接近防止ピン１９により形成された穴１５２が残っている。
なお、図１５（ｂ）に示すようなバスバーモジュール１５１は、接続端子１３１，１４１が反対方向に出ているため、接続端子間の沿面絶縁距離を長くとることが容易になるという特徴がある。
１ バスバーモジュール
２ａ，２ｂ バスバー
３ 絶縁性樹脂
４ 樹脂モールド体
５ 接続端子
１０ 金型
１８ 接近防止手段

Claims (8)

  1. 複数のバスバーを所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂により一括モールド成形して、樹脂モールド体を成形すると共に該樹脂モールド体から各バスバーの接続端子が露出するように形成するバスバーモジュールの製造方法において、
    前記樹脂モールド体を成形するための金型内に、前記各バスバーを前記接続端子を除いて所定間隔で離間させて中空保持すると共に、前記各バスバーを中空保持した前記金型に、成形中にバスバー同士の間隔を維持する接近防止手段を設け、
    前記接近防止手段は、
    前記各バスバーの両面にそれぞれ対向する前記金型の各面からそれぞれ前記金型内に挿入され、中空保持された前記各バスバーの両面にそれぞれ当接して前記各バスバーを挟持する複数の接近防止ピンからなることを特徴とするバスバーモジュールの製造方法。
  2. 複数のバスバーを所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂により一括モールド成形して、樹脂モールド体を成形すると共に該樹脂モールド体から各バスバーの接続端子が露出するように形成するバスバーモジュールの製造方法において、
    前記樹脂モールド体を成形するための金型内に、前記各バスバーを前記接続端子を除いて所定間隔で離間させて中空保持すると共に、前記各バスバーを中空保持した前記金型に、成形中にバスバー同士の間隔を維持する接近防止手段を設け、
    前記接近防止手段は、
    前記各バスバーの他のバスバーに対向する対向面に対向する前記金型の面から前記金型内に挿入され、中空保持された前記各バスバーの前記対向面に当接する複数の接近防止ピンからなることを特徴とするバスバーモジュールの製造方法。
  3. 前記各バスバーに、他のバスバーに当接する前記接近防止ピンを挿通してかわすためのピン穴を形成した請求項１又は２に記載のバスバーモジュールの製造方法。
  4. 前記ピン穴の内径を、前記接近防止ピンの外径よりも大きく形成する請求項３に記載のバスバーモジュールの製造方法。
  5. 前記接近防止ピンを、前記接近防止ピンが前記バスバーと当接する位置と隣接する前記接近防止ピンが前記バスバーと当接する位置との間における前記絶縁性樹脂の表面を沿う距離が沿面絶縁距離以上となるように、間隔を空けて配置する請求項１〜４のいずれかに記載のバスバーモジュールの製造方法。
  6. 前記樹脂モールド体を成形した後あるいは成形中に、前記樹脂モールド体から前記接近防止ピンを除去する請求項１〜５のいずれかに記載のバスバーモジュールの製造方法。
  7. 前記接近防止ピンは、前記金型内に固定されるか、或いは前記金型内に移動可能に挿入される請求項１〜６のいずれかに記載のバスバーモジュールの製造方法。
  8. 複数のバスバーを所定間隔で離間させた状態で絶縁性樹脂により一括モールド成形して、樹脂モールド体を成形すると共に該樹脂モールド体から各バスバーの接続端子が露出するように形成するバスバーモジュールにおいて、
    前記バスバーの所定箇所には、成形中にバスバー同士が接近することを防止するべく間隔を維持するための接近防止ピンを挿入するためのピン穴が形成されていることを特徴とするバスバーモジュール。
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