JP5989255B2 - 導体接続構造およびこれを用いたスイッチギヤ - Google Patents

Description

この発明は、例えば、スイッチギヤ等の内部に収容される主母線や分岐母線等を接続する導体接続構造およびこの導体接続構造を用いたスイッチギヤに関するものである。

一般に、板状導体どうしを接続する場合の接触面は、面接触が広く用いられている。導体に流れる電流が増加すると、接続するボルトの本数を増やし、面接触の面積を増加させる手段がとられている。ボルト本数が増えると、特に導体接続箇所の多い電気設備では、組立作業や保守点検作業に多くの時間が必要となる。そこで、ボルト本数の削減や組立時間，保守点検時間の低減を目的として種々の導体接続構造が提案されている。
従来の導体接続構造として、例えば、貫通穴を有する２枚の導体の接続面間に、貫通穴と同心状に環状の挿入導体を挟み、貫通穴にボルトを挿入し、挿入導体を介して線接触で締め付ける構造が開示されている。環状の挿入導体の場合、組立時に貫通穴との位置調整が面倒なので、改善策として、一対の線状導体と位置決め部を持つ平板とを組み合わせた挿入導体も示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、導体接続面に溝加工を施し、溝加工時に形成されたエッジを利用して導体接続面の接触抵抗を低減する接続構造が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５８−８５２８４号公報（第２頁、第１図−第５図） 特開２０１２−３８５６３号公報（第４頁、図１−図３）

特許文献１に示すような、環状の挿入導体を介して導体の両面を接続する構造では、接触界面が２重となり抵抗が増える上、組立時に挿入導体の位置がずれやすく、ずれた場合はボルトの締付が挿入導体の一部に偏った状態で電圧が印加されてしまい、接続部の接触抵抗が増加するという問題があった。
また、特許文献１に示されている、線状導体と平板を組み合わせた挿入導体を介装する構造では、その挿入導体を製作するのにコストが掛かり、ボルトサイズやボルト本数が削減できても、コストメリットが得られないという問題があった。
また、特許文献２の接続構造の場合も、導体接続部の溝加工にコストが掛かるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、平板状の導体を重ね合わせてボルト接続する場合に、導体間の接触抵抗を低減し、ボルト本数の削減が可能な導体接続構造を得ることを目的とする。

この発明に係る導体接続構造は、一方の導体の接続面に他方の導体の接続面を合わせ、それぞれの接続面に設けられた貫通穴を利用して締結部材で締結する導体接続構造であって、一方の導体の接続面に、貫通穴と同心状に配置された環状又は多角形状の導体が接合されて突起部が形成され、突起部が他方の導体の接続面に線接触するように構成されているものである。
また、一方の導体の貫通穴の接続面側の内縁部に設けられた、貫通穴の内径より小径の小径部が、接続面側の反対側から押圧されて一方の導体の接続面に環状に立ち上げられることにより貫通穴の内径より大径の突起部が形成され、突起部が他方の導体の接続面に線接触するように構成されているものである。
更に、この発明に係るスイッチギヤは、上記のいずれかに記載の導体接続構造を用いたものである。

この発明の導体接続構造によれば、一方の導体の接続面に、貫通穴と同心状に配置された環状又は多角形状の導体が接合されて突起部が形成され、突起部が他方の導体の接続面に線接触するように構成されているので、線接触により導体接続部の接触抵抗を安定した状態で低減させることができる。このため、締め付けるボルト本数を削減することが可能となり、また、接続のための作業時間の短縮を図ることができる。
また、一方の導体の貫通穴の接続面側の内縁部に設けられた、貫通穴の内径より小径の小径部が、接続面側の反対側から押圧されて一方の導体の接続面に環状に立ち上げられることにより貫通穴の内径より大径の突起部が形成されているので、容易に突起部が形成できて、上記と同様の効果を得ることができる。
更に、この発明のスイッチギヤによれば、主母線や分岐母線等に用いられる接続導体の接続部の接触抵抗を低減させることができる。

この発明の実施の形態１による導体接続構造の接続部を示す図である。 この発明の実施の形態１による導体接続構造の使用例を示す斜視図である。 図１の接続部の加工方法を説明する説明図である。 図３の加工に使用する金型の要部斜視図および断面図である。 この発明の実施の形態２による導体接続構造の接続部を示す図である。 この発明の実施の形態３による導体接続構造の接続部を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による導体接続構造の接続部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａの断面図である。図２は、図１の導体接続構造の使用例を示す斜視図である。また、図３は、図１の接続部の加工方法の説明図、図４は加工に用いる金型の要部斜視図である。
接続される導体は、銅、アルミ、又はそれらの合金から成る断面矩形状の平板であって、例えば、スイッチギヤのような電力機器の内部に使用されて、主母線と分岐母線の接続部等に適用されるものである。ただしこれに限定するものではなく、電気機器一般の導体接続部に適用可能である。

先ず、図２により本願の導体接続部の使用例から説明する。図２は、例えばスイッチギヤの内部に配置された主母線と分岐母線の一例である。
水平方向に向けて配置された３相の主母線１ａ，１ｂ，１ｃに、分岐母線２ａ，２ｂ，２ｃが、接続面を合わせて組み合わされ、ボルト，ナットからなる締結部材３で締め付けられて固定されている。このような導体どうしの接続部に本願の導体接続構造を適用するものである。

図１は、導体の接続部に設けた締結用の貫通穴とその周辺部の形状を示す図である。上記のように、接続する２枚の導体は、例えば主母線と分岐母線等であるが、以下の説明では接続される導体を単に導体４として説明する。
図１のように、接続する２枚の導体４のうちの一方の導体４の接続面４ａに、貫通穴５と、その貫通穴５に対して同心状に環状の突起部６が形成されているのが本願の特徴部である。
突起部６の外周側には、同心状の溝７を有しているが、これは後述する方法で突起部６を形成する過程で形成されるものである。突起部６の断面形状は、相手の接続面側に向けて先細りにするのがよい。

図３および図４により、突起部６の形成方法について説明する。
突起部６は、例えば金型８による押し加工等の方法で形成する。予め導体４に貫通穴５を設けておき、この貫通穴５に対して同心となるように金型８を押し付け、押し加工によって突起部６を形成する。金型８の押圧面は、図４（ａ）に示すとおりであり、押圧面の断面形状は、図４（ｂ）のようになっている。中心の円筒部の外径ｄは、導体４の貫通穴５に入る径となっている。金型８を押圧して接続面４ａに溝７を形成することで、その分が内周側に盛り上がり、環状の突起部６を容易に形成することができる。
なお、金型８の形状を工夫して、貫通穴５の加工と同時に、突起部６を形成するようにしても良い。

突起部６には、腐食を防止し接触抵抗を安定させるために銀めっき、錫めっき、ニッケルめっきのいずれかを施すのがよい。めっきは導体４全体、又は接続面４ａ全体に施しても良いが、少なくとも相手側の導体の接続面と接触する突起部６に施されていればよい。そうすることで、めっき範囲を少なくしコストを低減できる。
相手側導体である他方の導体は、無めっき導体、すなわち、めっき無しでも良い。めっきが無ければ酸化皮膜が形成されるが、両導体をボルト締めしたとき、突起部６の先端が他方の導体の接続面に食い込んで酸化皮膜が除去されるので、めっきを施さなくても良い。

次に、作用について説明する。
突起部のない平面同士を接触させる場合は、面接触により接触面積が広いように見えるが、実際には不特定の複数箇所で点接触しており、接触部に偏りがあれば結果的に接触抵抗が増してしまう場合があった。また、接触抵抗を少なくするために、ボルト本数を増やす等の措置がとられていた。
これに対し、本実施の形態では、図１のように形成した一方の導体４に、接続相手の他方の導体の接続面を合わせ、貫通穴５に締結部材３のボルトを挿通し、ナットで締付固定されるが、締付力を加えることにより、同心状に形成された突起部６の先端が相手の導体の接続面に対し確実に線接触した状態となり、接触抵抗を低減させ、且つ、安定させることができる。
なお、ここで線接触とは、少なくとも突起部６の頂部が他方の導体の接触面に線状に長く接触する状態を言う。
このため、例えば、従来の面接触と比較して、締め付けるボルト本数を削減することが可能となる。また、ボルト本数が減れば、接続作業時間が短縮される。

次に、突起部６の大きさについて説明する。
本願の導体接続構造が適用される、例えばスイッチギヤの場合では、通常、導体厚さが数ｍｍ程度以上ある。もっと薄い導体の場合であれば、貫通穴を空けるときにバーリング加工等で、板厚全体を曲げて貫通穴の一面側に突出部を設けることも可能であるが、板厚が厚い場合は、上記のような金型８を用いて押し加工により突起部６を形成するのが効果的である。
ここで、突起部６の高さがあまり低いと、せっかく突起部６を設けてもボルトで締め付けたとき、突起部６のない従来の面接触と同様になり、突起部６以外でも接触する可能性が出てくる。逆に突起部６を大きく形成しようとすれば、加工時の押圧力を大きくする必要があり、接触面に歪みが生じてくる。又締め付けたときの突起部の「へたり」の影響が出てくる。
これらから、突起部６の高さを、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下、また、突起部６の幅を１ｍｍ以上、３ｍｍ以下とすれば、突起部６で確実に線接触でき、加工も容易であることが分かった。

図１では突起部６を同心の円形、つまり同心円状としているが、ボルトの締付力が伝達する範囲であれば、同心円状である必要はなく、例えば、多角形であっても良い。

以上のように、実施の形態１による導体接続構造によれば、一方の導体の接続面に他方の導体の接続面を合わせ、それぞれの接続面に設けられた貫通穴を利用して締結部材で締結する導体接続構造であって、一方の導体の接続面に、押し加工によって貫通穴と同心状に環状又は多角形状の溝を形成し、溝の分の盛り上がりにより突起部が形成され、突起部が他方の導体の接続面に線接触するように構成されているので、線接触により導体接続部の接触抵抗を安定した状態で低減させることができる。このため、締め付けるボルト本数を削減することが可能となり、接続のための作業時間の短縮を図ることができる。

また、突起部には、銀めっき、錫めっき、ニッケルめっきのいずれかが施されているので、腐食を防止して接続面の接触抵抗を安定化できる。

また、突起部が形成された一方の導体に対して接続相手となる他方の導体は、無めっき導体としたので、めっきをする必要がないためコストを低減できる。

また、突起部の高さが０．１ｍｍ以上，３ｍｍ以下であり、幅が１ｍｍ以上，３ｍｍ以下としたので、導体接続時に突起部で確実に線接触でき、また、突起部の加工を容易に行うことができる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２による導体接続構造の接続部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｂ−Ｂの断面図である。実施の形態１の図１に対応する図であり、図１と同等部分は同一符号を付して説明は省略する。以下相違点を中心に説明する。

本実施の形態では、突起部を押し加工で形成するのではなく、別部材からなる環状導体９を用いて、一方の導体４の接続面４ａに、環状導体９を貫通穴５に同心状に配置し、はんだ付け，ろう付け，圧接のいずれかにより接合するものである。環状導体９は、銅，アルミ等の薄板から打ち抜き加工で容易に製作することが可能である。接合された環状導体９が本実施の形態の突起部である。
環状導体９の大きさは、実施の形態１と同様に、高さを、０．１ｍｍ以上，３ｍｍ以下、幅を１ｍｍ以上，３ｍｍ以下とすればよい。
また、環状導体９の平面形状は、図では円形の環状導体としているが、これに限定せず多角形状であっても良い。

以上のように、実施の形態２による導体接続構造によれば、一方の導体の接続面に他方の導体の接続面を合わせ、それぞれの接続面に設けられた貫通穴を利用して締結部材で締結する導体接続構造であって、一方の導体の接続面に、貫通穴と同心状に配置された環状又は多角形状の導体が、はんだ付け，ろう付け，圧接のいずれかによって接合されて突起部が形成され、突起部が他方の導体の接続面に線接触するように構成されているので、導体の接続面自体に特別な加工をすることなく突起部が形成でき、実施の形態１と同様に、線接触により導体接続部の接触抵抗を低減させることができる。また、突起部のみに容易にめっきを施すことが可能である。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３による導体接続構造の接続部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｃ−Ｃの断面図、（ｃ）は加工途中の矢視Ｃ−Ｃの断面図である。実施の形態１の図１に対応する図であり、図１と同等部分は同一符号を付して説明は省略する。以下相違点を中心に説明する。

図６（ｃ）に示すように、貫通穴５を加工する際に、接続面４ａ側の貫通穴５の内縁部に、貫通穴５の内径より径が小さい小径部１０を設けておく。
次に、貫通穴５の小径部１０の反対側から金型（図示せず）で押圧して、小径部１０を接続面４ａの表面側に環状に立ち上げることによって、図６（ｂ）のように突起部１１を形成するものである。
押圧する金型を工夫することで、貫通穴５の形成と同時の突起部１１を形成することも可能であり、突起部１１の形成が容易にできる。
なお、突起部１１の大きさは、実施の形態１と同様にするのが良い。

以上のように、実施の形態３の導体接続構造によれば、一方の導体の接続面に他方の導体の接続面を合わせ、それぞれの接続面に設けられた貫通穴を利用して締結部材で締結する導体接続構造であって、一方の導体の貫通穴の接続面側の内縁部に設けられた、貫通穴の内径より小径の小径部が、接続面側の反対側から押圧されて一方の導体の接続面に環状に立ち上げられることにより貫通穴の内径より大径の突起部が形成され、突起部が他方の導体の接続面に線接触するように構成されているので、突起部を容易に形成でき、実施の形態１と同様に、線接触により導体接続部の接触抵抗を低減させることができる。

また、実施の形態１から実施の形態３のいずれかに記載の導体接続構造を用いたスイッチギヤによれば、主母線や分岐母線等に用いられる接続導体の接続部の接触抵抗を低減させることができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

１ａ，１ｂ，１ｃ 主母線、２ａ，２ｂ，２ｃ 分岐母線、
３ 締結部材、４ 導体、４ａ 接続面、５ 貫通穴、
６ 突起部、７ 溝、８ 金型、９ 環状導体、
１０ 小径部、１１ 突起部。

Claims (6)

1. 一方の導体の接続面に他方の導体の接続面を合わせ、それぞれの前記接続面に設けられた貫通穴を利用して締結部材で締結する導体接続構造であって、
   前記一方の導体の接続面に、前記貫通穴と同心状に配置された環状又は多角形状の導体が接合されて突起部が形成され、前記突起部が前記他方の導体の接続面に線接触するように構成されていることを特徴とする導体接続構造。
2. 一方の導体の接続面に他方の導体の接続面を合わせ、それぞれの前記接続面に設けられた貫通穴を利用して締結部材で締結する導体接続構造であって、
   前記一方の導体の前記貫通穴の接続面側の内縁部に設けられた、前記貫通穴の内径より小径の小径部が、前記接続面側の反対側から押圧されて前記一方の導体の接続面に環状に立ち上げられることにより前記貫通穴の内径より大径の突起部が形成され、前記突起部が前記他方の導体の接続面に線接触するように構成されていることを特徴とする導体接続構造。
3. 請求項１または請求項２に記載に導体接続構造において、
   前記突起部には、銀めっき、錫めっき、ニッケルめっきのいずれかが施されていることを特徴とする導体接続構造。
4. 請求項３に記載の導体接続構造において、
   前記他方の導体は、無めっき導体が用いられていることを特徴とする導体接続構造。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載に導体接続構造において、
   前記突起部の高さが０．１ｍｍ以上，３ｍｍ以下であり、幅が１ｍｍ以上，３ｍｍ以下であることを特徴とする導体接続構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の導体接続構造を用いたスイッチギヤ。

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