JPWO2016052453A1 - 接続構造体及びその製造方法、並びに、輸送機器、電力機器、発電機器、医療機器、宇宙機器 - Google Patents

Abstract

従来に比べて、接続部の信頼性を高めることができる接続構造体及びその製造方法を提供すること。本発明における接続構造体（３０）は、複数の導電材（３１、３２）と、前記導電材同士を電気的に接続した接続部（３３）と、前記接続部を埋設してなる電気的絶縁性の成形体（３４）と、を有することを特徴とする。これにより導電材の接続部を物理的に補強でき且つ、気密状態にできることで腐食を防ぐことができ、従来に比べて信頼性を高めることができる。

Description

本発明は、複数の導電材が電気的に接続されてなる接続構造体及びその製造方法、並びに、輸送機器、電力機器、発電機器、医療機器、宇宙機器に関する。

下記特許文献１には、接続端部を絶縁キャップで絶縁した発明が開示されている。特許文献１には、例えば、コイル導線の接続端部を絶縁キャップで絶縁した実施例が開示されている。従来では、特許文献１に示すような絶縁キャップを別に設け、絶縁キャップを接続端部にかしめ固定して接続端部の保護を図っていた。

特開２０１１−９７７７９号公報 特許第５５２７７０６号公報

しかしながら、従来のように絶縁キャップを用いる構成では、接続端部での気密性が十分に保たれず腐食が生じやすい等、信頼性に欠けるものであった。また衝撃等が絶縁キャップに加わった際、絶縁キャップが潰れるなどした場合には、その衝撃が接続端部に伝搬されやすくなり、接続端部の破損等が生じることがあった。

そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来に比べて、接続部の信頼性を高めることができる接続構造体及びその製造方法を提供することにある。

本発明者は上記目的を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、例えば本発明の射出装置を用いることで、導電材同士を接合してなる電気的な接続部を、電気的絶縁性の成形体により適切に埋設することができ、従来に比べて信頼性の高い接続構造体にできることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明は以下の通りである。

本発明における接続構造体は、複数の導電材と、前記導電材同士を電気的に接続した接続部と、前記接続部を埋設してなる電気的絶縁性の成形体と、を有することを特徴とする。

また本発明における接続構造体の製造方法は、複数の導電材同士を電気的に接続した接続部の周囲に電気的絶縁性の成形体を成形して、前記接続部を成形体により埋設することを特徴とする。

本発明によれば、導電材の接続部を物理的に補強でき且つ、気密状態にできることで腐食を防ぐことができ、従来に比べて信頼性を高めることができる。

本発明では、前記導電材の表面には前記成形体内に埋設された部分に窪み部が形成されていることが好ましい。これにより成形体の成形の際、溶融樹脂を窪み部内に入り込ませることができ、成形体抜けをより効果的に抑制することができる。

また本発明では、前記複数の導電材に、異種金属の導体を用いる構成にできる。本発明では、異種金属の電位差によるガルバニック腐食が生じることを適切に防止することが可能である。

また本発明では、貫通孔を有し、前記貫通孔の一方の開口部が射出材料の流入口で、他方の開口部が前記射出材料の流出口であり、前記貫通孔の前記流入口から前記流出口にかけて開口幅が狭くなるように、前記貫通孔の内壁面が傾斜面で形成された溶融器を内蔵した射出装置により、前記成形体が成形されることが好ましい。また本発明では、前記流入口側に、前記傾斜面と連続し前記傾斜面よりも緩やかな傾斜の緩斜面が形成された前記溶融器を内蔵した前記射出装置により、前記成形体が成形されることがより好ましい。

本発明では、上記した構造の溶融器を内蔵した射出装置を用いて接続部の周囲の成形体を成形して、接続部を成形体により埋設することができる。このとき本発明の射出装置によれば、小型の射出装置を使用できるとともに成形型の小型化を実現できる。ところで成形体を形成する際、導電材はすでに、機器、装置、機械等の一部としてすでに組み込まれた状態にある。すなわち導電材が単独で存在する状態において、成形体の成形工程が行われるわけではない。そして従来では、射出装置が非常に大型であり、また成形体を射出成形するのに用いる成形型も非常に大きかった。そのため従来では、機器、装置、機械等の一部として組み込まれた導電材の接続部を成形体で埋設するといった発想はなかった（そもそも成形体を成形することが困難であった）。そこで従来では、特許文献１に示すように絶縁キャップ等を用いていた。これに対して本発明の溶融器を有する射出装置によれば、射出装置の小型化及び成形型の小型化を実現でき、機器や装置、機械の一部としてすでに組み込まれた状態にある導電材の接続部に成形型をセットして本発明の射出装置により小型で且つ高品質の成形体を適切に成形することが可能になる。

なお本発明では、上記に記載の接続構造体を備える、輸送機器、電力機器、発電機器、医療機器、あるいは宇宙機器等を製造することが可能である。本発明の接続構造体を用いることで、大電流化、高耐熱化に適切に対応でき、高い信頼性を得ることができる。

本発明の接続構造体によれば、導電材の接続部を物理的に補強でき且つ、気密状態にできることで腐食を防ぐことができ、従来に比べて信頼性を高めることができる。

本実施の形態における接続構造体の部分斜視図である。 第１の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第２の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第３の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第４の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第５の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第６の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 図１とは別の実施の形態における接続構造体の部分斜視図である。 第７の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第８の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第９の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 図１１の窪み部の部分拡大断面模式図である。 第１０の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第１１の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 第１２の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。 本実施の形態における射出装置の断面模式図である。 図１６に示す射出装置に樹脂ペレットを供給した状態を示す射出装置の断面模式図である。 本実施の形態における射出装置を用いて接続構造体の成形工程を説明するための断面模式図である。 本実施の形態における溶融器の縦断面図である。 図１９とは別の実施の形態における溶融器の縦断面図である。 図１６とは別の実施の形態における射出装置の断面模式図であり、樹脂ペレットを供給した状態を示す。 図２１の状態から上下移動（往復移動）可能な溶融器を上方に移動させた状態を示す射出装置の断面模式図である。 図２２の状態から溶融器を下方に移動させて接続構造体の成形工程を説明するための断面模式図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態における接続構造体の部分斜視図である。図２は、第１の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。

図１及び図２に示すように接続構造体３０は、複数本の導電材３１、３２と、導電材３１、３２同士が電気的に接続される接続部３３と、接続部３３を埋設してなる成形体３４と、を有して構成される。接続部３３全体が成形体３４内に埋まった状態とされる。

図１、図２に示す構成では、導電材３１、３２は成形体３４の対向する面から夫々反対方向に向けて延出している。ただし成形体３４に対する導電材３１、３２の配置関係は一例であり、特に限定されるものでない。なお図２〜図７は、複数の導電材が成形体３４の対向する面から夫々反対方向に向けて延出する構成とした。

図１及び図２に示す導電材３１、３２は裸導電材（導体）であり、各導電材３１、３２の先端部分が電気的に接続された状態とされている。接続部３３の形成方法は、特に限定されるものでないが、例えば溶接や半田付け、金属環によるカシメ等を例示できる。図２は、導電材３１、３２間を溶接した例である。なお導電材３１、３２の断面形状は丸型であってもよいし、矩形型であってもよく断面形状を限定するものでない。

導電材３１、３２は、特に材質を限定するものでないが、アルミニウム、銀、銅等の導体で形成され、主として銅を用いることができる。また導電材３１、３２は同じ材質の導体であってもよいし異なる材質の導体で形成されていてもよい。特に本実施の形態では、異種金属の導体を好ましく用いることが可能である。

図１では、成形体３４の形状は、角体であるが、形状を限定するものでなく円柱状、ディスク形状等、任意の形状とすることができる。また図１に示すように、固定穴３９を成形体３４に設けてもよい。固定穴３９の数は限定されない。また成形体３４は一体で成形されており切れ目等がない。

成形体３４は熱可塑性樹脂で形成されることが好ましい。成形体３４として用いられる材質は、電気的絶縁性が高く且つ耐熱性に優れることが好ましく、具体的には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等が好適である。

成形体３４の大きさを特に限定するものでないが、幅寸法Ｔ１及び長さ寸法Ｌ１は、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、高さ寸法Ｈ１は、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

図３は、第２の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図３において図２と同じ符号の部分は図２と同じ部材を示している。図３は、導電材３１、３２が絶縁被膜３７を導体３５、３６の表面に塗布した絶縁被膜付き導電材であり、図３では、接続部３３の部分の絶縁被膜３７を剥がして導体３５、３６を露出させており、露出した導体３５、３６同士を溶接等で接続している。そして接続部３３を成形体３４にて埋設して接続部３３の外部に対する電気的絶縁性を確保している。絶縁被膜３７は特に限定されるものでないが、例えばエナメルやホルメット被膜等である。すなわち図３の導電材３１、３２は、エナメル線やホルメット線等である。なお図３においては絶縁被膜３７の部分を断面図で示さず導体３５、３６の周囲が被覆された状態を正面から見た図とした。図４、図６、図７、図９〜図１１、図１３〜図１５においても同様である。

図４は、第３の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図４において図２と同じ符号の部分は図２と同じ部材を示している。図４では、接続部３３を除く導体３５、３６の周囲に絶縁部材３８を被覆した。絶縁部材３８の材質を限定するものでないが、例えば、ビニール等を例示することができる。すなわち図４の導電材３１、３２は、ビニール被覆電線等である。

図５は、第４の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図５において図２と同じ符号の部分は図２と同じ部材を示している。図５に示す構成では、３本の導電材３１、３２、３９が設けられている。図５に示すように、例えば、導電材３１、３２、３９は裸導電材（導体）であり、各導電材３１、３２、３９が溶接等で接続された接続部３３を有する。そして接続部３３を成形体３４にて埋設して接続部３３の外部に対する電気的絶縁性を確保している。図５に示すように、接続構造体として用いる導電材の数を３本以上とすることができる。

図６は、第５の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図６において図２と同じ符号の部分は図２と同じ部材を示している。図６では、異なる種類の導電材４５、４６同士を電気的に接続させている。例えば導電材４５は、ビニール被覆電線であり、導電材４６は、エナメル線である。そして導電材４５、４６の先端には導体が露出しており、各導電材４５、４６の導体間を例えば、半田付けして電気的に接続している。これにより接続部４７が形成される。そして接続部４７を成形体３４にて埋設して接続部４７の外部に対する電気的絶縁性を確保している。このように本実施の形態では、同種の導電材を電気的に接続することができるし、異なる種類の導電材同士を電気的に接続させることもできる。

図７は、第６の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図７において図３と同じ符号の部分は図３と同じ部材を示している。図７では、図３に示す電気的に接続された導電材３１、３２の組が複数設けられ、各組の導電材３１、３２の接続部３３を成形体３４により埋設して各接続部３３の外部に対する電気的絶縁性を確保している。このように一つの成形体３４の内部に複数の接続部３３が埋設された構成とされている。

図８は、図１とは別の実施の形態における接続構造体の部分斜視図である。図９は、第７の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図１０は、第８の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図９、図１０は図８に示す接続構造体を平面方向から切断した切断面を示す。図８、図９、図１０において図２と同じ符号の部分は図２と同じ部材を示している。

図８、図９、図１０に示すように導電材５０、５１は、平行絶縁被膜電線を構成し、各導電材５０、５１の先端では絶縁被膜が除去されて露出した導体５２、５３（５５、５６）が溶接等されて電気的に接続された接続部５４を構成している。そして接続部５４を成形体３４にて埋設して、接続部５４の外部に対する電気的絶縁性を確保している。

図１１は、第９の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図１１において図１０と同じ符号の部分は図１０と同じ部材を示している。

図１１では、成形体３４内に埋まる導電材５０、５１の表面に窪み部５７を設ける。図１２は、図１１の窪み部の部分拡大断面模式図である。図１２に示すように、窪み部（有底凹部）５７は絶縁被膜５８を貫通して導体５５（５６）に到達し、導体５５（５６）に窪みをもたせている。なお窪み部５７は絶縁被膜５８の部分のみに形成される構成もあり得るが、導体５５（５６）に形成することが好適である。これにより成形体抜けをより効果的に防止することができる。また接続部５４には溶接等により窪んだ部分が生じやすいが、窪み部５７は、接続部５４以外の箇所に設けることが好適である。

図１３は、第１０の実施の形態における接続構造体の部分断面模式図である。図１３において図６と同じ符号の部分は図６と同じ部材を示している。図１３では、例えば導電材４５は、ビニール被覆電線であり、導電材４６は、エナメル線である。そして導電材４５、４６の先端には導体が露出しており、各導電材４５、４６の導体間を例えば、半田付けして電気的に接続する。これにより接続部４７が形成される。図１３では図６と異なって、各導電材４５、４６を成形体３４の同じ面側から外部に延出させている。図１４では、図１３にさらにエナメル線等からなる導電材６０を接続部４７にて電気的に接続したものである。図１５では、図１３に示す電気的に接続された導電材４５、４６の組が複数設けられ、各接続部４７を成形体３４にて埋設して、各接続部４７の外部に対する電気的絶縁性を確保している。

本実施の形態では、図１〜図１５に示す成形体３４を以下に示す溶融器を内蔵した射出装置を用いて成形することができる。

図１６は、本実施の形態における射出装置の断面模式図である。図１７は、図１６に示す射出装置に樹脂ペレットを供給した状態を示す射出装置の断面模式図である。図１７は、本実施の形態における射出装置を用いて接続構造体の成形工程を説明するための断面模式図である。

射出装置１は、シリンダ２と、シリンダ２内に配置された溶融器３と、射出装置１の先端に位置するノズル部４と、溶融器３を加熱するための加熱手段と、溶融樹脂を加圧してノズル部４から外部に射出するための加圧手段と、を有して構成される。

図１６に示す溶融器３はシリンダ２内に固定されている。溶融器３はシリンダ２の先端２ａ側（図１の下方側）に配置されている。またシリンダ２内には、加圧手段としてのプランジャ５が設けられている。図１６では、プランジャ５は、溶融器３よりもシリンダ２の後端２ｂ側（図１の上方側）に配置されている。図１６に示すように、溶融器３とプランジャ５との間には所定の間隔が空いている。プランジャ５は、駆動手段により上下移動（往復移動）が可能に支持されている。上下移動が可能なプランジャ５は、図１６、図１７では、シリンダ２の後端方向に最も後退した位置にあり、図１８は、図１７の状態からシリンダ２の先端方向（図１６の下方向）に移動した状態を示している。

シリンダ２は先端２ａから後端２ｂに向けて略一定の内径及び外径を有する細長い円筒状で形成されているが、特に形状を限定するものではない。すなわちシリンダ２内で溶融器３を固定でき、加圧手段としてのプランジャ５を上下移動させることが可能な形態のシリンダ２であれば特に形状を限定しない。例えばシリンダ２を内部が空洞の角形とすることもできる。

またシリンダ２の材質を特に限定するものでないが、加熱が迅速に行われる必要性から、鉄又は鉄の含有量の多いステンレスなどを用いることが好適である。

図１６に示すように、シリンダ２には、ペレット供給口２ｃが設けられている。ペレット供給口２ｃは、シリンダ２の先端２ａ側に固定された溶融器３と、シリンダ２の後端２ｂ方向（図示上方向）に後退した状態のプランジャ５との間に位置するように、シリンダ内部の空間に連通する孔形状で形成される。そして、ペレット供給口２ｃには、管状の供給管１２が接続されている。

供給管１２の上端は、多数の樹脂ペレット（射出材料）を保管する保管部１８と連通しており、樹脂ペレットは、保管部１８から供給管１２を通じてペレット供給口２ｃへ供給される。保管部１８は例えばホッパである。また保管部１８には、スクリュー搬送や空気圧装置が具備されており、樹脂ペレットを強制的に供給管１２へ投入することもできる。なお保管部を設けず、スクリュー搬送や空気圧送により遠方からパイプで供給することもできる。

プランジャ５は、押圧部５ａと、押圧部５ａの周囲に設けられ、シリンダ２の後端２ｂ方向に向けて形成された筒状の外周側面部５ｂとを有して構成される。図１６に示すように、押圧部５ａの大きさは、シリンダ２の内径に一致しており、押圧部５ａからシリンダ２の後端２ｂにかけてのシリンダ２の空間領域がプランジャ５により塞がれた状態とされている。なお、押圧部５ａの前面（図示下面側）には、硬質耐熱性の合成樹脂が必要に応じて固着されている。これによって、溶融器３とプランジャ５との間を断熱して溶融器３の熱がプランジャ５に奪われないように、また、プランジャ５が加熱して駆動部８に熱が伝導しないようにすることができる。

プランジャ５は駆動部８と接続されており、駆動部８の駆動力により、プランジャ５はシリンダ２内を上下移動（往復移動）できるように支持されている。なお図１６に示すように、駆動部８とプランジャ５との間には駆動伝達軸（竿）９が配置されており、駆動部８と駆動伝達軸９とを含めて「駆動手段」を構成している。例えば、駆動部８はモータ駆動部、駆動伝達軸９はラック軸であり、モータ駆動部とラック軸との間にピニオンギア（図示しない）が配置されており、駆動手段が、モータ駆動部、ラック軸及びピニオンギアを有して構成されている。なお駆動伝達軸（竿）９の断面形状は例えば円形であるが形状を限定するものでない。

図１６に示すように、シリンダ２の外周には溶融器３を加熱するための加熱手段６が設けられている。このように加熱手段６は、シリンダ２の外周面から溶融器３を加熱する構成部材であり、溶融器３への熱伝導性が良好となるように筒状に構成されていることが好適である。加熱手段６は、溶融器３と相対向する位置に（溶融器３の外周を囲むように）設けられる。

例えば、加熱手段６は、ＩＨヒータ等が巻き線状に構成されたものである。具体的には、加熱手段６は、電磁誘導装置つまりＩＨ（インダクションヒーティング）コイルが好適であり、樹脂又はセラミック製の断熱材コイルボビンにＩＨコイルを巻いたものである。なお、ボビンを使わなくて両端を断熱材のホルダーで保持しても良い。また加熱手段６の別のタイプとして、バンドヒーターが使用されることもある。さらに、加熱手段６は、上記したものに限定されるものではなく、その他の本発明に使用可能な加熱装置であれば何れのものが使用されても構わない。なおシリンダ２には、熱電対が取り付けられており、シリンダ２の温度を設定値に調整できることが好適である。

溶融器３については後で詳しく説明するが、溶融器３には高さ方向に複数の貫通孔（溶融孔）１０が設けられている。また、溶融器３の外周面全体は、シリンダ２の内壁面に接するように、溶融器３の外周面の形状と、シリンダ２の内壁面の形状とが一致している。よって例えば、シリンダ２の内壁面（中空部）が円柱状であれば、溶融器３の外周面も同じ径からなる円柱状で形成される。

図１６に示すように各貫通孔１０の溶融器３の上面側の開口部が流入口であり、各貫通孔１０の溶融器３の下面側の開口部が流出口である。

溶融器３の材質は、熱容量が大きく、且つ熱伝導の良いもの、あるいは耐熱性に優れた金属が好適である。具体的には、銅、ベリリウム銅、真鍮、ステンレス鋼、金、クロム鋼、ニッケルクロム鋼、モリブデン鋼、タングステン項等が使用されるが特に材質を限定するものでない。そして溶融器３を後述する寸法にて形成することで樹脂ペレットＰ（射出材料）の溶け残りを効果的に抑制することが可能になる。

図１６に示すように、シリンダ２の先端２ａには、ノズル部４を備えるヘッド部１１が設けられている。ヘッド部１１は、ノズル部４と、漏斗部１３と、接続部１４とから構成されている。ヘッド部１１は接続部１４を介してシリンダ２に接続されている。ヘッド部１１の材質は、熱伝導の良いものが好適で、具体的には、ベリリウム銅あるいは銅が望ましい。

図１７に示すように、多数の固体状の樹脂ペレット（射出材料）Ｐが、保管部１８から供給管１２を通じてシリンダ２内に供給される。

樹脂ペレットＰの材質を特に限定するものでないが、上記したように、成形体３４として用いられる材質は、電気的絶縁性が高く且つ耐熱性に優れることが好ましい。したがって、樹脂ペレットＰとしては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等が好適である。なお樹脂ペレットＰは例えば、１〜１．５ｍｍ程度の径、あるいは長辺を有する大きさである。

樹脂ペレットＰが溶融器３上に到達すると、樹脂ペレットＰは、溶融器３の各貫通孔（溶融孔）内に流入口（図示上面）から入り込む。各貫通孔１０内に入り込んだ樹脂ペレットＰは、あとから流入する樹脂ペレットＰによって、各貫通孔１０の流出口側（図示下面側）に押圧される。このとき、溶融器３は、加熱手段６を介して樹脂ペレットＰを溶融する温度に維持されている。

図１７に示すように、各貫通孔１０に流入した樹脂ペレットＰは、溶融器３からの熱により一部軟化される。

図１８に示すように、駆動手段を駆動させて加圧手段としてのプランジャ５をノズル部４の方向（図示下方向）に駆動させる。これにより溶融器３の流入口側面（図示上面）とプランジャ５の押圧部５ａの下面との間に位置する多数の樹脂ペレットＰ全体が相互に押圧される。図１８に示すように、プランジャ５の下方向への移動によりペレット供給口２ｃはプランジャ５により塞がれた状態になる。

プランジャ５の移動により溶融器３の各貫通孔１０内に流入した樹脂ペレットＰも加圧される。このように樹脂ペレットＰは、各貫通孔１０内で加圧されて気密状態となり、さらに溶融器３からの熱により溶融し、溶融樹脂ｑが、溶融器３の流出口（下面側）からヘッド部１１内に流れ込む。そして溶融樹脂ｑは高い気密状態を保ちつつ加圧されて、ノズル部４から外部に射出される。

図１８では、ノズル部４が、成形型を構成する上型２１の供給口２１ａに位置しており、溶融樹脂ｑを成形型の上型２１及び下型２２内に注入する。充填された溶融樹脂ｑは、その後、冷されて固体状となる。射出装置１による溶融樹脂ｑの射出時間は数百ミリ秒から数秒（例えば１秒程度）である。図１８に示すように、成形型内には、予め複数の導電材を電気的に接続してなる導電接続体６２が配置されており、溶融樹脂ｑの注入により導電接続体６２の周囲を成形体６４により埋設することができ、これにより、導電接続体６２の接続部６３の外部に対する電気的絶縁性を確保することができる。

次に、本実施の形態における溶融器３について詳しく説明する。既に記載したように、溶融器３には複数の貫通孔１０が設けられている。溶融器３は、樹脂ペレットＰを各貫通孔１０に通して、樹脂ペレットＰを溶融させるための機能を備える。このとき、樹脂ペレットＰの溶け残りが発生すると、貫通孔１０の目詰まりが生じやすくなる。また、樹脂ペレットＰの溶け残りが溶融器３から放出されると、溶融器３の先端側に位置するノズル部４での目詰まりや部材間の接続体及び樹脂成形品の品質に影響を与える結果となる。このため、溶融器３には、溶融樹脂を生成する際に樹脂ペレットＰの溶け残りが発生するのを効果的に抑制できる形態が求められる。

図１９は、第１の実施の形態としての溶融器の縦断面図である。溶融器３は、上面３ａと、下面３ｂと、上面３ａと下面３ｂとの間に位置する外周面３ｃと、を有する。上面３ａと下面３ｂとは、相対向し互いに平行な面である。

図１９に示すように溶融器３には上面３ａから下面３ｂにかけて（高さ方向（Ｚ）に向けて）設けられた貫通孔１０が複数、形成されている。各貫通孔１０の上面３ａでの開口部は、流入口１０ａであり、下面３ｂでの開口部は、流出口１０ｂである。

貫通孔１０の数は任意に設定することができるが、貫通孔１０は複数であることが好適である。また例えば、溶融器３の上面３ａ（流入口面）の面積に対して、各貫通孔１０の流入口１０ａの合計面積の比率が、５０％以上となるように、貫通孔１０の数を設定することが好適である。

また、複数の貫通孔１０は規則的に配置されてもよいしランダムに配置されてもよいが、上面（流入口面）３ａ全体及び下面（流出口面）３ｂ全体に、万遍なく各貫通孔１０を散在させることで溶融効率を上げることができる。

図１９に示すように、各貫通孔（溶融孔）１０は、流入口１０ａから流出口１０ｂにかけて開口幅が徐々に狭くなるように、貫通孔１０の内壁面１０ｃが傾斜面で形成されている。各貫通孔１０は、流入口１０ａから流出口１０ｂにかけて高さ方向（Ｚ）と平行な方向に形成されることが好適である。各貫通孔１０は、截頭錐体の形状であることが好ましく、具体的には円錐台や角錐台を提示できる。図１９では、各貫通孔１０は円錐台形状である。

図１９に示すように、各貫通孔１０の流入口１０ａの開口幅はＴ１であり、各貫通孔１０の流出口１０ｂの開口幅はＴ２である。そして、開口幅Ｔ１は開口幅Ｔ２よりも大きくなっている。各貫通孔１０が円錐台形状であるとき、開口幅Ｔ１及び開口幅Ｔ２は、開口径として求めることができる。また、貫通孔１０が角錐台形状であるとき、開口幅Ｔ１及び開口幅Ｔ２は、辺あるいは対角線のうち最も長い直線幅を指す。

図１９では、開口幅Ｔ１は、４．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内で調整され、開口幅Ｔ２は、１．０ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲内で調整される。なお本明細書において「下限値〜上限値」の表記は、下限値及び上限値を含むものとする。

図１９に示す溶融器３の各貫通孔１０の流入口１０ａから樹脂ペレットＰが溶融器３内に流入され、加熱且つ加圧されて溶融状態となり、溶融樹脂が各貫通孔１０の流出口１０ｂから流出される。

図１９に示すように、各貫通孔１０の流入口１０ａは流出口１０ｂよりも大きく開口している。このため、樹脂ペレットＰを貫通孔１０の流入口１０ａ内に導きやすい。流入口１０ａの開口幅Ｔ１を４．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内で調整したことで、市販されている種々の樹脂ペレットのサイズをほぼカバーでき、適切に樹脂ペレットＰを流入口１０ａ内に導くことができる。また樹脂ペレットＰは溶融器３内で溶融され、流出口１０ｂから外部に放出されるが、貫通孔１０の内壁面１０ｃは傾斜面であるので、溶融樹脂を流出口１０ｂ方向へスムーズに導くことができ、また流出口１０ｂの開口幅Ｔ２を流入口１０ａの開口幅Ｔ１よりも狭くすることで、流出口１０ｂ側での熱量及び押し出し圧力を高めることができ、流出口１０ｂから溶融樹脂を適切に流出させることができる。そして図１９に示す実施の形態では、流入口１０ａの開口幅Ｔ１を、４．１ｍｍ〜１０ｍｍとし、流出口１０ｂの開口幅Ｔ２を１．０ｍｍ〜４．５ｍｍとした。このように、貫通孔１０が流入口１０ａから流出口１０ｂに向けて傾斜する構成において、流入口１０ａと流出口１０ｂのそれぞれの開口幅寸法を所定範囲内に規制することで、樹脂ペレットＰの溶け残りを従来に比べて抑制することが可能になる。

また、貫通孔１０の流入口１０ａから流出口１０ｂまでの長さ寸法Ｈ２が、３０ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。長さ寸法Ｈ２は、流入口１０ａから流出口１０ｂに至る高さ方向（Ｚ）と平行な方向への寸法で決められる。長さ寸法が短すぎると、流入口から流出口に至る溶融経路が短くなることで、樹脂ペレットＰの溶け残りが生じやすくなる。また貫通孔１０の長さ寸法が長すぎると、貫通孔１０の内壁面が傾斜面から垂直面に近づき流出口１０ｂ側での熱量及び押し出し圧力の、流入口側に対する相対的な上昇は低下しやすくなる。また、長さ寸法が長すぎると溶融器３の大型化に繋がる。長さ寸法Ｈ２は、７０ｍｍ〜１５０ｍｍであることがより好ましい。

本実施の形態では、貫通孔１０の流入口１０ａ及び流出口１０ｂの各開口幅とともに、貫通孔１０の長さ寸法も適切に調整することで、より効果的に、樹脂ペレットＰの溶け残りがなくなり、溶融効率の向上を図ることが可能になる。

本実施の形態では、流入口１０ａの開口幅Ｔ１が、４．１ｍｍ〜６ｍｍであることが好ましい。また、流出口１０ｂの開口幅Ｔ２が１．０ｍｍ〜２．９ｍｍであることが好ましい。また、流出口１０ｂの開口幅Ｔ２の下限値は、１．６ｍｍであることがより好ましい。

図２０は、第２の実施の形態としての溶融器の縦断面図である。図２０に示す実施の形態でも、図１９と同様に、溶融器３を構成する各貫通孔（溶融孔）１０は、流入口１０ａから流出口１０ｂにかけて開口幅が徐々に狭くなるように、貫通孔１０の内壁面１０ｃが傾斜面で形成されている。

図２０に示す実施の形態では、流入口１０ａ側に、各貫通孔１０を構成する傾斜面と連続し前記傾斜面よりも緩やかな傾斜の緩斜面が形成されている。より具体的に説明すると、各貫通孔１０は、開き角度θ１の傾斜面（第１の傾斜面）７０で形成され、流入口１０ａ側に開き角度θ２の緩斜面（第２の傾斜面）７１が形成されている。そして、θ１＜θ２≦１２０°の関係を満たしている。なお開き角度θ１は、図２０でも同様の開き角度を有しており、開き角度θ１は、流入口１０ａと流出口１０ｂとの関係により決められる。

ここで「開き角度」とは、図２０に示す断面にて相対向する傾斜面間の角度を指し、各傾斜面の傾き角度を高さ方向（Ｚ）からの角度と規定したとき、開き角度は、傾き角度の略２倍となる。

図２０に示すように、隣接する貫通孔１０の流入口１０ａの縁部１０ｄが近付いて縁部１０ｄ同士が接触し、あるいは近接触した形状部分では、縁部１０ｄが刃状、あるいは刃状に近い形状となり、樹脂ペレットＰが縁部１０ｄ上に位置したときは、樹脂ペレットＰが破砕され、細かく分離されて貫通孔１０内へ一層、入りやすく、かつ、貫通孔１０内での詰まりが抑制される。

図２０に示すように、傾斜が急な傾斜面７０は流出口１０ｂから流入口１０ａに近い位置まで形成されており、流入口１０ａ付近にのみ傾斜が緩やかな緩斜面７１が形成されている。

なお、傾斜面は、３段以上で形成されてもよい。なお、貫通孔の大部分は傾斜が急な傾斜面７０で形成され、流入口１０ａ付近のみ緩斜面７１が形成された２段の傾斜構造で形成されることが好適である。

以上のように図２０ではまず、貫通孔１０の流入口１０ａから流出口１０ｂにかけて開口幅が狭くなるように、貫通孔１０の内壁面が傾斜面で形成されている。このように流入口１０ａが流出口１０ｂよりも大きく開口しているので、樹脂ペレットＰを貫通孔１０の流入口１０ａ内に導きやすい。そして樹脂ペレットＰは溶融器３内で溶融され、流出口１０ｂから流出するが、このとき貫通孔１０の内壁面は傾斜面であるので、流出口方向へスムーズに導かれやすく、また流出口１０ｂの開口幅を流入口１０ａの開口幅よりも狭くすることで、流出口側での熱量及び押し出し圧力を高めることができ、流出口１０ｂから溶融樹脂を適切に外部に流出させることができる。そして、図２０に示す実施の形態では、流入口１０ａ側に緩斜面７１を形成した。これにより、より一層、樹脂ペレットＰを貫通孔１０の流入口１０ａ内に導きやすくできる。また溶融器の流入口面に平坦な部分が形成されるのを抑制でき、各流入口の間に鋭いエッジ部を形成できる（図２０参照）。したがって流入口１０ａの縁部１０ｄで樹脂ペレットＰが細断される等の効果も期待でき、この結果、溶融器３の上面（流入口面）３ａ上に留まる樹脂ペレットＰを減らすことができる。

特に本実施の形態では、θ１＜θ２≦１２０°の関係を満たしている。また、θ２は、３０°〜１２０°であることが好ましい。また、θ２は、３０°〜９０°であることがより好ましい。また、θ２は、３０°〜６０°であることがさらに好ましい。なお、開き角度θ１は、流入口１０ａと流出口１０ｂのサイズで決まり、少なくとも開き角度θ１よりも小さい角度とされる。具体的にはθ１は０°〜２０°程度、あるいは０°〜１０°程度である。θ２が３０°よりも小さくなると、開き角度θ１との差が小さくなり、溶融器３の上面（流入口面）３ａ上に留まる樹脂ペレットＰを抑制する効果や樹脂ペレットＰに対する細断効果が低下する。また、開き角度θ２が少なくとも１２０°よりも大きくなると、流入口側の緩斜面７１が緩やかすぎて、樹脂ペレットＰが流入口側の緩やかな傾斜面の途中で堆積しやすくなり、また溶融器３の大型化に繋がりやすい。これに対して本実施の形態のように、開き角度θ２を上記範囲内にて規制することで、溶融器３の小型化を確保しつつ、より効果的に、溶融効率を向上させることができる。

図２０に示す実施の形態において、図１９で示した流入口１０ａ及び流出口１０ｂの開口幅Ｔ１、Ｔ２を採用することが好ましい。すなわち、流入口１０ａの開口幅Ｔ１は、４．１ｍｍ〜１０ｍｍであり、流出口１０ｂの開口幅Ｔ２は、１．０ｍｍ〜４．５ｍｍであることが好ましい。また、流入口１０ａの開口幅Ｔ１は、４．１ｍｍ〜６ｍｍであり、流出口１０ｂの開口幅Ｔ２は１．０ｍｍ〜２．９ｍｍであることがより好ましい。また開口幅Ｔ２の下限値は１．６ｍｍであることがさらに好ましい。

また本実施の形態では、貫通孔１０の流入口１０ａから流出口１０ｂまでの長さ寸法ＨＩが、３０ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。また長さ寸法ＨＩは、７０ｍｍ〜１５０ｍｍであることがより好ましい。

また本実施の形態における溶融器３は、図１６に示すように射出装置１内にて固定して用いるほか、次に説明するようにシリンダ内を上下移動（往復移動）する構成とすることもできる。

図２１は、図１６とは別の実施の形態における射出装置の断面模式図であり、樹脂ペレットを供給した状態を示す。図２２は、図２１の状態から上下移動（往復移動）可能な溶融器を上方に移動させた状態を示す射出装置の断面模式図である。図２３は、図２２の状態から溶融器を下方に移動させ、ノズル部から溶融樹脂が外部に射出される状態を示す射出装置の断面模式図である。

図２１〜図２３において、図１６〜図１８と同じ部分は同じ符号を付した。図２１に示すように、溶融器３と駆動部８とが、駆動伝達軸９を介して接続されている。図２１に示すように、溶融器３よりもシリンダ２の後端側には塞ぎ部材４０が設けられている。塞ぎ部材４０の平面面積は、シリンダ２内の内壁面で囲まれた空間の平面面積と一致している。塞ぎ部材４０はシリンダ２内に固定されている。

図２１に示すように、駆動伝達軸９は、塞ぎ部材４０を貫通して、溶融器３に接続されている。図２１に示すように、溶融器３の中央部分に駆動伝達軸９が貫通して、溶融器３と駆動伝達軸９とが固定接続されている。

また図２１に示すように溶融器３の下面（流出口面）３ｂ側には開閉部材４１が設けられている。開閉部材４１は、溶融器３の上下移動に基づいて、溶融器３の各貫通孔１０の流出口を塞いだり解放するように支持されている。例えば図示しない弾性部材を用いて常に開閉部材４１が溶融器３の下面（流出口面）に付勢されている。そして、駆動部８及び駆動伝達軸９の作用により、開閉部材４１を溶融器３の下面３ｂから解放することを可能とする。

開閉部材４１は、溶融器３よりも小さい面積で形成されている。また、開閉部材４１には貫通孔が形成されていてもよい。このとき、開閉部材４１に形成された貫通孔は、溶融器３の各貫通孔１０の流出口１０ｂとは重ならないように位置及び大きさが規制されている。

図２１に示すように、溶融器３がシリンダ２の先端側に位置しており、図２１の初期状態では、多数の固体状の樹脂ペレット（射出材料）Ｐが、保管部１８から供給管１２を通じてシリンダ２内に供給される。

樹脂ペレットＰは、溶融器３の各貫通孔（溶融孔）１０内に流入口（図示上面）から入り込む。各貫通孔１０内に入り込んだ樹脂ペレットＰは、あとから流入する樹脂ペレットＰによって、各貫通孔１０の流出口側（図示下面側）に押圧される。このとき、溶融器３は、加熱手段６を介して樹脂ペレットＰを溶融する温度に維持されている。

図２１に示すように、各貫通孔１０に流入した樹脂ペレットＰは、溶融器３からの熱により一部軟化される。

次に、図２２に示すように、駆動手段を駆動させて溶融器３を塞ぎ部材４０の方向（図示上方向）に駆動させる（溶融工程）。これにより溶融器３の流入口側面（図示上面）と塞ぎ部材４０の下面との間に位置する多数の樹脂ペレットＰ全体が相互に押圧される。

図２２に示すように、加熱手段６は、シリンダ２の外周に固定されているが、溶融器３の熱容量的には、駆動手段にて上下方向に往復移動させても、十分に熱源を保つようにできる。なお溶融器３の熱が駆動伝達軸９へ伝わらないように、溶融器３と駆動伝達軸９との間に断熱構造が設けられていることが好ましい。

溶融器３の各貫通孔（溶融孔）１０に充填された樹脂ペレットＰは加熱されるとともに気密状態となりつつ加圧もされて溶融を開始する。このとき溶融器３の下面（流出口）３ｂ側に位置する開閉部材４１は、溶融器３から解放された状態にある。これにより、溶融器３から下方向に流出した溶融樹脂ｑは、溶融器３とノズル部４との間に溜まる。

続いて、図２３では、駆動手段を作用させて溶融器３をノズル部４の方向（図示下方向）に移動させる（射出工程）。このとき、開閉部材４１は溶融器３の下面３ｂに当接し、溶融器３の各貫通孔１０の流出口１０ｂを塞いだ状態とされる。これにより、溶融器３とノズル部４との間に溜まった溶融樹脂ｑは気密状態を保ちながら加圧されてノズル部４から射出される。そして溶融樹脂ｑが成形型を構成する上型２１と下型２２との間に注入される。図２１に示すように、成形型内には、予め複数の導電材を電気的に接続してなる導電接続体６２が配置されており、溶融樹脂ｑの注入により導電接続体６２の周囲を成形体６４により埋設することができ、これにより、導電接続体６２の接続部６３の外部に対する電気的絶縁性を確保することができる。

図２１〜図２３に示した射出装置においても、図１９に示した流入口１０ａの開口幅Ｔ１が、４．１ｍｍ〜１０ｍｍであり、流出口１０ｂの開口幅Ｔ２が１．０ｍｍ〜４．５ｍｍである溶融器３を用い、あるいは、図２０に示した各貫通孔１０の流入口１０ａ側を緩斜面で形成した溶融器３を用いることで、従来に比べて効果的に、溶融効率を向上させることが可能である。

以上により本実施の形態における接続構造体は、複数の導電材と、導電材同士を電気的に接続した接続部と、前記接続部を埋設してなる電気的絶縁性の成形体と、を有することを特徴とする。

また本実施の形態における接続構造体の製造方法は、複数の導電材同士を電気的に接続した接続部の周囲に電気的絶縁性の成形体を成形して、接続部を成形体により埋設することを特徴とする。

従来では、導電材の電気的な接続部を、例えば、絶縁キャップにより保護していた。これに対して本実施の形態では、導電材の接続部を成形体にて埋設して保護するというものである。絶縁キャップの場合、どうしても絶縁キャップと接続部との間に空隙が生じやすく腐食の問題が懸念された。また絶縁キャップが衝撃で潰れるなどした場合、その衝撃が絶縁キャップ内部の接続部まで伝播してしまい、接続部が損傷を受けることがあった。また絶縁キャップの体積が大きく、絶縁キャップを収納できないことがあった。これに対して本実施の形態のように、導電材の接続部を成形体により埋設することで、導電材の接続部を物理的に補強でき且つ、気密状態にできるため腐食を防ぐことができ、従来に比べて信頼性を高めることができる。さらに、接続部は機械的強度をそれ自身で保持する必要がないので電流容量に見合った最小化（小型化）を促進でき、複数の接続部が存在しても小型化が出来る。このため上記の効果に加えて、大電流の接続部を高信頼化かつ小型軽量化することが可能である。

本実施の形態では、図１１に示したように、導電材には成形体内に埋設される部分に窪み部５７が形成されていることが好ましい。窪み部５７は、接続部以外の部分に形成されることがより効果的である。これにより成形体３４の成形の際、溶融樹脂を窪み部５７内に入り込ませることができ、導体と樹脂との接触面積が増え、成形体抜けをより効果的に抑制することができる。

また上記したように、本実施の形態では本実施の形態では、接続部を成形体にて埋設する構成とすることで、接続部において、効果的に気密状態を保つことができる。したがって複数の導電材に異種金属の導体を用いても、異種金属の電位差によるガルバニック腐食が生じることを適切に防止することが可能である。ここで異種金属とは、異なる元素で形成されているもの、あるいは混合比が異なるものも含まれる。例えば、鉄と銅との混合比が異なる場合も異種金属とされる。

また本実施の形態では、図１６〜図１８や、図２１〜図２３に示す溶融器を内蔵した射出装置を用いて成形体を形成することが可能である。図１９に示すように、溶融器は、貫通孔を有し、貫通孔の一方の開口部が樹脂ペレット（射出材料）の流入口で、他方の開口部が樹脂ペレット（射出材料）の流出口であり、貫通孔の前記流入口から前記流出口にかけて開口幅が狭くなるように、貫通孔の内壁面が傾斜面で形成されている。また図２０に示すように、溶融器には、流入口側に、傾斜面と連続し傾斜面よりも緩やかな傾斜の緩斜面が形成されていることが好適である。

本実施の形態における溶融器を内蔵した射出装置を用いることで、射出装置の小型化及び成形型の小型化を実現できる。成形型は例えば金属板に凹加工を施したものである。一般的に、導電材はすでに、機器、装置、機械等の一部としてすでに組み込まれた状態にある。すなわち導電材が単独で存在する状態において、成形体の成形工程が行われるわけではない。そして従来では、射出装置が非常に大型であり、また成形体を射出成形するのに用いる成形型も非常に大きかった。そのため従来では、機器、装置、機械等の一部として組み込まれた導電材の接続部を成形体で埋設するといった発想はなかった（成形体を成形することが困難であった）。従来では、特許文献１に示すように絶縁キャップ等を用いていた。これに対して本実施の形態の溶融器を内蔵した射出装置を用いることで、射出装置の小型化及び成形型の小型化を実現でき、機器や装置、機械の一部としてすでに組み込まれた状態にある導電材の接続部に成形型を簡単にセットでき、本実施の形態の射出装置を用いて、接続部の部分だけに小型の成形体を成形することが可能になる。

以上のように、複数の導電材を電気的に接続した接続部を成形体にて埋設することで、接続部を物理的に補強でき且つ気密状態にでき腐食を防ぐことが可能になる。特に多数の接続部材を直列接続することが必要な機器、装置、機械等では、接続部における保護状態は信頼性を確保するうえで極めて重要である。例えば、本実施の形態における接続構造体を用いて、輸送機器、電力機器、発電機器、医療機器、あるいは宇宙機器等を製造することが可能である。輸送機器には、自動車、航空機、鉄道、船舶等が含まれる。自動車には電気自動車が含まれる。また電力機器には、太陽電池等の電池が含まれる。発電機器には熱発電素子等が含まれる。また宇宙機器にはロケット、人工衛星等が含まれる。このとき本実施の形態の接続構造体を用いることで、大電流化、高強度化、耐熱化に適切に対応でき、高い信頼性を得ることができる。また大電流の接続部を小型軽量化することができる。

本発明は、導電材の接続部を物理的に補強でき且つ、気密状態にできることで腐食を防ぐことができ、従来に比べて信頼性を高めることが可能な接続構造体を提供できる。そして本実施の形態の接続構造体を用いることで、信頼性に優れた電気自動車、太陽電池あるいは熱発電素子等を製造することが可能である。

本出願は、２０１４年９月３０日出願の特願２０１４−２００２００に基づく。この内容は全てここに含めておく。

Claims (13)

1. 複数の導電材と、前記導電材同士を電気的に接続した接続部と、前記接続部を埋設してなる電気的絶縁性の成形体と、を有することを特徴とする接続構造体。
2. 前記導電材の表面には前記成形体内に埋設された部分に窪み部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造体。
3. 前記複数の導電材に、異種金属の導体を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の接続構造体。
4. 貫通孔を有し、前記貫通孔の一方の開口部が射出材料の流入口で、他方の開口部が前記射出材料の流出口であり、前記貫通孔の前記流入口から前記流出口にかけて開口幅が狭くなるように、前記貫通孔の内壁面が傾斜面で形成された溶融器を内蔵した射出装置により、前記成形体が成形されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の接続構造体。
5. 前記流入口側に、前記傾斜面と連続し前記傾斜面よりも緩やかな傾斜の緩斜面が形成された前記溶融器を内蔵した前記射出装置により、前記成形体が成形されることを特徴とする請求項４に記載の接続構造体。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の接続構造体を備えることを特徴とする輸送機器。
7. 請求項１ないし５のいずれかに記載の接続構造体を備えることを特徴とする電力機器。
8. 請求項１ないし５のいずれかに記載の接続構造体を備えることを特徴とする発電機器。
9. 請求項１ないし５のいずれかに記載の接続構造体を備えることを特徴とする医療機器。
10. 請求項１ないし５のいずれかに記載の接続構造体を備えることを特徴とする宇宙機器。
11. 複数の導電材同士を電気的に接続した接続部の周囲に電気的絶縁性の成形体を成形して、前記接続部を成形体により埋設することを特徴とする接続構造体の製造方法。
12. 貫通孔を有し、前記貫通孔の一方の開口部が射出材料の流入口で、他方の開口部が前記射出材料の流出口であり、前記貫通孔の前記流入口から前記流出口にかけて開口幅が狭くなるように、前記貫通孔の内壁面が傾斜面で形成された溶融器を内蔵した射出装置を用いて、前記成形体を成形することを特徴とする請求項１１に記載の接続構造体の製造方法。
13. 前記流入口側に、前記傾斜面と連続し前記傾斜面よりも緩やかな傾斜の緩斜面が形成された前記溶融器を内蔵した前記射出装置を用いて、前記成形体を成形することを特徴とする請求項１２に記載の接続構造体の製造方法。

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