JP6417773B2

JP6417773B2 - バスバー接合構造及びバスバー接合方法

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Publication number: JP6417773B2
Application number: JP2014157340A
Authority: JP
Inventors: 洋三廣瀬
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: JP2016035946A

Description

本発明は、一対の板状のバスバー同士を互いに重ね合わせた状態で超音波接合するバスバー接合構造及びバスバー接合方法に関する。

下記特許文献１には、基板上の配線パターンに対して端子部のリードを超音波接合する技術が開示されている。

特開２０１３−５１３６６号公報

ところで、モータとインバータとを電気的に接続する際に使用する強電用バスバーは、断面積が大きく質量も大きい。このため、強電用バスバー同士を超音波接合する際には、より高出力で大型の超音波接合機を使用したり、より強固な拘束治具を使用しなければならず、設備の大型化を招く。

そこで、本発明は、断面積や質量の大きいバスバーに対して超音波接合する場合であっても、設備の大型化を抑制することを目的としている。

本発明は、互いに重ね合わされた状態で超音波接合される一対の板状のバスバーのうち一方の重ね合わされる部位が、複数に分割される分割部位を備え、前記分割部位は、前記バスバーの互いに重ね合わされる部位に設けたスリットによって形成され、前記スリットは、前記バスバーの先端部が開口し、この開口している端部から基端側に向けて延長され、前記分割部位の先端が相手側のバスバーに対して離反する方向に向けて屈曲する屈曲部を備え、前記屈曲部は、互いに隣接するものが前記スリットの延長方向にずれていることを特徴とする。

本発明によれば、バスバーに設けた複数の分割部位毎に超音波接合することで、断面積や質量の大きいバスバーであっても、より弱い振動で接合でき、設備の大型化を抑制することができる。
バスバーの分割部位は、一対のバスバーの互いに重ね合わされる部位に設けたスリットによって形成されているため、既存のバスバーの端部にスリットを形成するという簡単な方法で、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。
スリットは、バスバーの先端部から基端側に向けて延長されていることにより、分割部位は、バスバーの幅方向に沿って複数形成でき、この幅方向に沿って複数の分割部位を順次超音波接合できる。
スリットは、バスバーの先端部が開口していることにより、複数の分割部位は、超音波振動させる際により振動しやすくなり、接合作業が容易となる。
分割部位を備えるバスバーから相手側のバスバーに熱が伝わる際、その熱を屈曲部が放熱フィンとなって放熱する。その際、屈曲部は、互いに隣接するものが、スリットの延長方向にずれているので、放熱効果がより高まる。

本発明のバスバー接合方法が適用される第１の実施形態による一対のバスバーを示す斜視図である。図１のバスバーの平面図である。図１のバスバーに対して振動子を用いて超音波接合を行っている状態を示す作用説明図である。本発明の第２の実施形態による一対のバスバーを示す斜視図である。本発明の第３の実施形態による一対のバスバーを示す斜視図である。本発明の第４の実施形態による一対のバスバーを示す斜視図である。本発明の第５の実施形態による一対のバスバーを示す斜視図である。本発明の第６の実施形態による一対のバスバーを示す斜視図である。本発明の第７の実施形態を示す作用説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明のバスバー接合構造及びバスバー接合方法が適用される第１の実施形態の一対のバスバー１，３を示している。ここでの一対のバスバー１，３は、例えば電気自動車に採用されるモータ側のバスバー１とインバータ側のバスバー３とを超音波接合することによって、電気機器であるモータとインバータとを電気的に接続する。なお、ここでのモータ及びインバータは、互いに一体化した機電一体構造であり、同一のハウジングに収容される。

一方のバスバー１は、図２に示すように、先端側の端部１ａに、長手方向（図２中で左右方向）に延びる四つのスリット１ｂを形成している。スリット１ｂは、先端部が開口し、この開口している端部から基端側に向けて延長されている。四つのスリット１ｂ相互の間隔は互いに等しい。また、四つのスリット１ｂを形成することで、バスバー１の長手方向に沿って延びる五つの分割片１ｃが形成される。五つの分割片１ｃの図２中で上下方向に対応する幅は互いに等しく、分割片１ｃの幅はスリット１ｂの幅より大きい。

すなわち、バスバー１は、図２中で上下方向に対応する幅方向に沿って複数に分割された分割部位となる分割片１ｃを備えている。他方のバスバー３は、図２に示すように、単に板状に形成されていて、バスバー１のようなスリットを形成していない。バスバー１，３の幅寸法は互いに同等である。

このようなバスバー１，３の端部１ａ，３ａ同士を、図１のように互いに重ね合わせる。すなわち、互いに接合により接続する一対の板状のバスバー１，３のうち少なくとも一方の重ね合わされる部位が、複数に分割される分割部位を備えている。図１では、バスバー３の端部３ａの上にバスバー１の端部１ａを重ね合わせている。

そして、図３に示すように、バスバー３をベース５の上に載置した状態で超音波接合を実施する。その際、超音波接合機のツールである振動子７の先端を、一番外側の分割片１ｃから幅方向に沿って個別に順次押し当て、個別に超音波振動させることで、バスバー１，３の端部１ａ，３ａ同士を超音波接合する。振動子７の先端（下端）の分割片１ｃに接触する部分の形状は、図３に示すように、左右方向の幅が分割片１ｃの幅とほぼ同等で、図３中で奥行き方向の長さが幅とほぼ同等であって、全体としてほぼ正方形となっている。分割片１ｃに対する振動子７の接触位置は、分割片１ｃの長手方向ほぼ中央とする。

この場合、振動子７によって超音波振動を与えるのは、バスバー１の端部１ａに設けてある一つの分割片１ｃである。一つの分割片１ｃは、端部１ａ全体に比較して図２中で上下方向に対応する幅寸法が極めて小さく、したがって断面積や質量も小さい。このため、振動子７及び該振動子７を含む超音波接合機は、端部１ａ全体に振動を付与して超音波接合する場合に比較して、より出力の小さい小型のもので済み、大型の設備が不要となる。すなわち、より弱く小さい振動で超音波接合でき、設備の大型化を抑制することができる。

振動子７の分割片１ｃに付与する振動をより弱くできるので、バスバー３を特に治具などでベース５に固定しない状態であっても超音波接合することができ、設備の簡素化を達成できる。また、より弱い振動で済むので、インバータにおけるパワーモジュールなどの電子部品の破損を抑制できる。さらに、振動子７のバスバーに対する押圧力もより小さくて済むので、周辺部品の破損を抑制できる。

ここで、車両に搭載されるモータ及びインバータは、特に小型化が求められていて、前述したように機電一体構造とする場合があるので、バスバー１，３相互を超音波接合する際の振動子７などのツールを使用するスペースが確保しにくい。このため、本実施形態のように、小型の振動子７を使用できることや、固定側の治具が不要となることは、作業性の観点から極めて有効である。

また、バスバー１の端部１ａのスリット１ｂは、プレス成形することで、スリット１ｂを設けていない既存のバスバーのプレス製造工程で、工程を追加することなく製造することができる。プレス成形可能とするには、スリット１ｂの形状を適宜変更すればよい。

本実施形態では、バスバー１の分割片１ｃは、バスバー１，３の互いに重ね合わされる部位に設けたスリット１ｂによって形成されている。このため、既存のバスバー１の端部１ａにスリット１ｂを形成するという簡単な方法で、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。

その際、スリット１ｂは、バスバー１の先端部から基端側に向けて延長されている。これにより分割片１ｃは、バスバー１の幅方向に沿って複数形成でき、この幅方向に沿って複数の分割片１ｃを順次超音波接合できる。

また、上記したスリット１ｂは、バスバー１の先端部が開口している。これにより、分割されている複数の分割片１ｃは、超音波振動させる際により振動しやすくなり、接合作業が容易となる。

図４は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、図１、図２に示す第１の実施形態におけるバスバー１に代えてバスバー１Ａを使用する。バスバー１Ａは、その端部１Ａａに設けられる分割片１Ａｃが、先端ほど幅が狭くなるような平面視で三角形状を呈している。したがって、ここでのスリット１Ａｂは、平面視で分割片１Ａｃとは逆に先端ほど幅が広くなる三角形状を呈している。バスバー３は、第１の実施形態と同様のものを使用する。

第２の実施形態においても、図３に示したような振動子７を用い、分割片１Ａｃ毎に超音波接合を行うことで、第１の実施形態と同様に、より弱く小さい振動で接合でき、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。また、第２の実施形態では、先細となっている分割片１Ａｃの先端部が接合されることで、分割片１Ａｃが相手側のバスバー３から剥離しにくい接合構造といえる。

図５は、本発明の第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、図１、図２に示す第１の実施形態におけるバスバー１に代えてバスバー１Ｂを使用する。バスバー１Ｂは、端部１Ｂａに設けられるスリット１Ｂｂが、図１のスリット１ｂのように先端が開口しておらず、端部１Ｂａの先端付近から基端側（先端と反対側）に向けて形成される長孔形状となっている。長孔形状のスリット１Ｂｂを形成することで、バスバー１Ｂの端部１Ｂａは、幅方向に沿って複数の分割部位１Ｂｃが形成される。バスバー３は、第１の実施形態と同様のものを使用する。

第３の実施形態においても、図３に示したような振動子７を用い、分割部位１Ｂｃ毎に超音波接合を行うことで、第１の実施形態と同様に、より弱く小さい振動で接合でき、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。また、第３の実施形態では、スリット１Ｂｂが長孔形状であって、端部１Ｂａの先端が幅方向に沿って連続している。このため、端部１Ｂａの強度、剛性が図１、図４のバスバー１，１Ａに比較して高く、超音波接合する際の作業が容易となる。

なお、第３の実施形態では、バスバー１Ｂの長手方向に延びる長孔形状のスリット１Ｂｂに代えて、幅方向に延びる長孔形状のスリットを設けてもよい。この場合には、分割部位１Ｂｃに対応する、幅方向に沿って延びる分割部位が、バスバー１Ｂの長手方向に沿って複数形成されることになる。

図６は、本発明の第４の実施形態を示す。第４の実施形態は、図１、図２に示す第１の実施形態におけるバスバー１に代えてバスバー１Ｃを使用する。バスバー１Ｃは、端部１Ｃａに貫通孔１Ｃｈを複数形成している。ここでの貫通孔１Ｃｈは、バスバー１Ｃの長手方向に等間隔に五つ、幅方向に等間隔に三つの全部で１５個を、全体として格子状に設けている。貫通孔１Ｃｈの形状は円形でも、多角形状でもよい。

貫通孔１Ｃｈを複数設けることで、バスバー１Ｃの端部１Ｃａは、複数に分割される分割部位１Ｃｃが貫通孔１Ｃｈ相互間に形成される。なお、ここでの分割部位１Ｃｃとは、互いに隣接する貫通孔１Ｃｈ相互間の領域及び、バスバー１Ｃの先端側と幅方向両側の領域であり、端部１Ｃａにおける貫通孔１Ｃｈを除いた領域に相当する。バスバー３は、第１の実施形態と同様のものを使用する。

第４の実施形態においても、図３に示したような振動子７を用い、分割部位１Ｃｃ毎に超音波接合を行うことで、第１の実施形態と同様に、より弱く小さい振動で接合でき、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。

なお、ここでの分割部位１Ｃｃ毎に超音波接合する作業とは次のようになる。長手方向に沿って五つある貫通孔１Ｃｈを１列として、この列相互間に対応する２箇所の分割部位１Ｃｃ及び、幅方向両側の２箇所の分割部位１Ｃｃの全部で４箇所を、バスバー１Ｃの幅方向に沿って順次接合する。あるいは、幅方向に沿って三つある貫通孔１Ｃｈを１列として、この列相互間に対応する４箇所の分割部位１Ｃｃ及び、先端側の１箇所の分割部位１Ｃｃの全部で５箇所を、バスバー１Ｃの長手方向に沿って順次接合する。

また、第４の実施形態では、第３の実施形態と同様に、端部１Ｃａの先端が幅方向に沿って連続している。このため、端部１Ｃａの強度、剛性が図１、図４のバスバー１，１Ａに比較して高く、超音波接合する際の作業が容易となる。

図７は、本発明の第５の実施形態を示す。第５の実施形態は、図１、図２に示す第１の実施形態におけるバスバー１に代えてバスバー１Ｄを使用する。バスバー１Ｄは、その端部１Ｄａに、図１のバスバー１の分割片１ｃとほぼ同様の分割片１Ｄｃを備え、さらに分割片１Ｄｃの先端に、重ね合わせた状態の相手側のバスバー３に対して離反する方向に向けて、ほぼ９０度の角度で屈曲する放熱部となる屈曲部１Ｄｒを備えている。分割片１Ｄｃ相互間には、スリット１Ｄｂが形成される。

複数の屈曲部１Ｄｒは、互いに隣接するものが、バスバー１Ｄの長手方向にずれている。具体的には、五つの屈曲部１Ｄｒのうち幅方向両側及び幅方向中央の全部で三つのものが、幅方向に沿って同一直線上に位置していて、他の二つのものより基端側（先端と反対側）に位置している。他の二つの屈曲部１Ｄｒは、幅方向に沿って同一直線上に位置していて、他の三つのものより先端側に位置している。バスバー３は、第１の実施形態と同様のものを使用する。

第５の実施形態においても、図３に示したような振動子７を用い、分割片１Ｄｃ毎に屈曲部１Ｄｒを除く部位に対して超音波接合を行う。これにより、第１の実施形態と同様に、より弱く小さい振動で接合でき、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。

また、第５の実施形態では、モータのステータで生じた熱がバスバー１Ｄからバスバー３を介してインバータに伝わる際、その熱をバスバー１Ｄの屈曲部１Ｄｒが放熱フィンとなって放熱する。その際、屈曲部１Ｄｒは、互いに隣接するものが、バスバー１Ｄの長手方向にずれているので、放熱効果がより高まる。

これにより、モータからインバータに伝わる熱を軽減することができ、インバータの高温化による不具合を抑制することができる。特に、モータとインバータとが一体となった機電一体構造において、モータとインバータとが互いに近接配置される場合には、そうでない場合に比較してモータの発熱がバスバーを介してインバータに伝わる量が多くなるので、効果が大きい。

図８は、本発明の第６の実施形態を示す。第６の実施形態は、図１、図２に示す第１の実施形態におけるバスバー１に代えてバスバー１Ｅを使用する。バスバー１Ｅは、その端部１Ｅａに、図１のバスバー１の分割片１ｃ及びスリット１ｂと同様の分割片１Ｅｃ及びスリット１Ｅｂを備えている。

ただし、このバスバー１Ｅは図１のバスバー１に比較して幅が大きく、分割片１Ｅｃ及びスリット１Ｅｂの数が、分割片１ｃ及びスリット１ｂよりもそれぞれ多くなっている。分割片１Ｅｃ及びスリット１Ｅｂのそれぞれの幅は、バスバー１の分割片１ｃ及びスリット１ｂの幅とほぼ同等である。

上記したバスバー１Ｅの互いに重ね合わされる分割片１Ｅｃに対して基端側に、分割片１Ｅｃに連続する分割部位延長部となる突出部１Ｅｒが形成されている。突出部１Ｅｒは、複数の分割片１Ｅｃにそれぞれ連続して形成され、バスバー１Ｅの幅方向に互いに隣接するもの同士が、上下逆方向に突出するよう屈曲している。具体的には、複数の突出部１Ｅｒのうち、図８中で紙面手前側から１，３，５，７，９，１１番目の六つの突出部１Ｅｒが上方に向けて突出し、図８中で紙面手前側から２，４，６，８，１０番目の五つの突出部１Ｅｒが下方に向けて突出している。

これにより、図８中で紙面手前側から１，３，５，７，９，１１番目の六つの突出部１Ｅｒ相互間には、幅方向に沿って、分割片１Ｅｃ（突出部１Ｅｒ）の幅と分割片１Ｅｃの両側２箇所のスリット１Ｅｂの幅とを加えた寸法の間隔が形成される。同様にして、図８中で紙面手前側から２，４，６，８，１０番目の五つの突出部１Ｅｒ相互間には、幅方向に沿って、分割片１Ｅｃ（突出部１Ｅｒ）の幅と分割片１Ｅｃの両側２箇所のスリット１Ｅｂの幅とを加えた寸法の間隔が形成される。相手側のバスバー３Ｅは、バスバー１Ｅと幅がほぼ同等で、第１の実施形態のバスバー３と同様に単に板状に形成されている。

第６の実施形態においても、図３に示したような振動子７を用い、分割片１Ｅｃ毎に超音波接合を行うことで、第１の実施形態と同様に、より弱く小さい振動で接合でき、断面積や質量の大きいバスバーであっても、大型の設備を使用することなく超音波接合することができる。

また、第６の実施形態では、第５の実施形態と同様に、モータのステータで生じた熱がバスバー１Ｅから相手側のバスバー３Ｅを介してインバータに伝わる際、その熱をバスバー１Ｅの突出部１Ｅｒが放熱フィンとなって放熱する。その際、突出部１Ｅｒは、互いに隣接するものが、上記した間隔をもって離れているので、放熱効果がより高まる。

また、第６の実施形態では、図５に示した第５の実施形態のように先端に放熱部となる屈曲部１Ｄｒを形成する場合に比較して、バスバー１Ｅの端部１Ｅａの基端側の大きな領域に放熱部となる突出部１Ｅｒを形成できる。このため、放熱効果がより一層高まり、モータからインバータに伝わる熱をより一層軽減することができる。

図９は、本発明の第７の実施形態を示す。第７の実施形態は、超音波接合機のツールである振動子７０の先端（図９中の下端）を凸曲面形状部７０ａとしている。この場合、凸曲面形状部７０ａは、球形状としている。バスバー１，３は図１に示した第１の実施形態のものと同様である。

第７の実施形態では、振動子７０を図９（ａ）のように傾けた状態で、凸曲面形状部７０ａを端部に位置する分割片１ｃに押し当てて超音波振動を付与し、その後、図９（ｂ）、（ｃ）のように振動子７０の全体を図９中で時計回り方向に揺動させる。振動子７０を揺動させることで、凸曲面形状部７０ａが複数の分割片１ｃ上を転がるようにして移動する。その際、振動子７０は一つの分割片１ｃに対して一定時間押し当てるようにする。これにより、バスバー１の幅方向に沿って並んでいる五つの分割片１ｃを、超音波振動によりバスバー３に順次超音波接合する。

このように第７の実施形態では、振動子７０の凸曲面形状部７０ａを、バスバー１の分割片１ｃを備える端部１ａ上に押し当てた状態でそのまま転がすようにして、振動子７０全体を揺動させる。これにより、複数の分割片１ｃに対して順次連続して超音波接合することができる。このため、図３で示した第１の実施形態のように、振動子７を複数の分割片１ｃに対して押し付ける作業と離反させる作業とを繰り返し行う場合に比較して、作業時間の短縮を図ることができ、作業性が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

例えば、上記した実施形態では、バスバー同士を超音波接合するにあたり、電気的に接続する電気機器としてモータ及びインバータを例にとって説明したが、他の電気機器に対しても本発明を適用することができる。

また、上記した実施形態では、分割部位を備えるバスバー１，１Ａ〜１Ｅに対して超音波接合する相手側のバスバー３，３Ｅは、単に平板形状としているが、バスバー１，１Ａ〜１Ｅと同様な分割片１ｃなどの分割部位を備えるものとしてもよい。すなわち、この場合には、バスバー１，１Ａ〜１Ｅの分割部位をバスバー３，３Ｅの分割部位に重ね合わせた状態で超音波接合する。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅバスバー
１ａ，１Ａａ，１Ｂａ，１Ｃａ，１Ｄａ，１Ｅａバスバーの端部
１ｂ，１Ａｂ，１Ｂｂ，１Ｄｂ，１Ｅｂスリット
１ｃ，１Ａｃ，１Ｄｃ，１Ｅｃ分割片（分割部位）
１Ｂｃ，１Ｃｃ分割部位
１Ｃｈ貫通孔
１Ｄｒ屈曲部
１Ｅｒ突出部
３，３Ｅバスバー
３ａバスバーの端部
７０先端が凸曲面形状の振動子

Claims

一対の板状のバスバーが互いに重ね合わされた状態で超音波接合されるバスバー接合構造であって、
前記一対の板状のバスバーのうち一方の重ね合わされる部位が、複数に分割される分割部位を備え、
前記分割部位は、前記バスバーの互いに重ね合わされる部位に設けたスリットによって形成され、
前記スリットは、前記バスバーの先端部が開口し、この開口している端部から基端側に向けて延長され、
前記分割部位の先端が相手側のバスバーに対して離反する方向に向けて屈曲する屈曲部を備え、
前記屈曲部は、互いに隣接するものが前記スリットの延長方向にずれていることを特徴とするバスバー接合構造。
一対の板状のバスバーが互いに重ね合わされた状態で超音波接合されるバスバー接合構造であって、
前記一対の板状のバスバーのうち一方の重ね合わされる部位が、複数に分割される分割部位を備え、
前記分割部位は、前記バスバーの互いに重ね合わされる部位に設けたスリットによって形成され、
前記スリットは、前記バスバーの先端部が開口し、この開口している端部から基端側に向けて延長され、
前記バスバーの互いに重ね合わされる分割部位に対して基端側に、前記分割部位に連続する分割部位延長部が形成され、
前記分割部位延長部は、前記バスバーの幅方向に互いに隣接するもの同士が逆方向に突出するよう屈曲する突出部を備えていることを特徴とするバスバー接合構造。
前記分割部位は、先端側ほど幅方向の寸法が小さくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のバスバー接合構造。
一対の板状のバスバー同士を互いに重ね合わせた状態で超音波接合するバスバー接合方法であって、
前記一対の板状のバスバーのうち一方の重ね合わされる部位が、前記バスバーの先端部の開口している端部から基端側に向けて延長して形成されるスリットによって複数に分割される分割部位を備え、
前記分割部位の先端が相手側のバスバーに対して離反する方向に向けて屈曲し、互いに隣接するものが前記スリットの延長方向にずれている屈曲部を備え、
前記複数の分割部位毎に他方のバスバーに対して超音波接合することを特徴とするバスバー接合方法。
一対の板状のバスバー同士を互いに重ね合わせた状態で超音波接合するバスバー接合方法であって、
前記一対の板状のバスバーのうち一方の重ね合わされる部位が、前記バスバーの先端部の開口している端部から基端側に向けて延長して形成されるスリットによって複数に分割される分割部位を備え、
前記バスバーの互いに重ね合わされる分割部位に対して基端側に、前記バスバーの幅方向に互いに隣接するもの同士が逆方向に突出するよう屈曲する突出部を備える分割部位延長部が、前記分割部位に連続するようにして形成され、
前記複数の分割部位毎に他方のバスバーに対して超音波接合することを特徴とするバスバー接合方法。
先端が凸曲面形状の振動子を、前記分割部位が設けられたバスバーの表面に押し付けた状態で、前記バスバーの幅方向一方側の前記分割部位から他方側の前記分割部位に向けて前記表面に沿って転がすようにして移動させることで、前記複数の分割部位を他方のバスバーに対し連続して超音波接合することを特徴とする請求項４または５に記載のバスバー接合方法。