KR20140027179A - 단자 부착 구조 - Google Patents

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KR20140027179A
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타카후미 스즈키
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Abstract

[과제] 단자에 외부로부터의 진동이나 충격이 걸렸을 경우에도, 단자 부착판에 안정한 상태에서 견고하게 밀착하여 접착 고정할 수 있음과 아울러, 상기 단자와 단자 부착판 사이에 단차가 발생하지 않아 접합면을 편형하게 마무리할 수 있는 단자 부착 구조를 제공하는 것이다.
[해결 수단] 부착면을 오목하게 설치하여 형성되는 다각 형상의 홈부(21)와, 이 홈부(21)의 중심에 설치되는 관통구멍(15)을 갖는 단자 부착판(13)과, 상기 홈부(21)와 동일한 다각 형상의 플랜지(18)와, 이 플랜지(18)의 하면으로부터 연장되고, 상기 관통구멍(15)에 삽입되는 다리부(19)와, 상기 플랜지(18)의 상면으로부터 연장되는 단자 본체(17)를 갖는 단자(14)를 구비하고, 상기 홈부(21)에 플랜지(18)를 끼워 넣은 후, 상기 다리부(19)를 눌러 찌부러뜨림으로써, 상기 단자(14)를 단자 부착판(13)에 코킹 고정하는 구조로 했다.

Description

단자 부착 구조{TERMINAL ATTACHMENT STRUCTURE}
본 발명은 단자 부착판 및 이 단자 부착판에 코킹 고정되는 단자를 구비한 단자 부착 구조에 관한 것이다.
종래, 금속제의 단자 부착판에 단자를 코킹하여 부착하는 단자 부착 구조는 산업용 전기기기나 자동차 등에 구비되는 축전용의 2차전지 등에 많이 채용되고 있다(특허문헌 1). 이러한 2차전지는 축전 기능을 갖는 배터리팩과 이 배터리팩의 전면에 부착되어 외부기기와의 접속에 사용되는 1쌍 이상의 전극 단자를 구비하여 구성되어 있다. 종래의 자동차에서는, 납축전지로 이루어지는 배터리에 상기 전극 단자를 1쌍 구비하고 있지만, 최근의 하이브리드 자동차나 전기 자동차에서는, 2차전지로서 리튬이온 전지를 복수 탑재하고 있다. 이 때문에, 리튬이온 전지의 탑재수에 따라 전극 단자도 복수 필요하게 되어 가고 있다.
이러한 차량탑재용의 2차전지는 축전 용량이 큰 것과, 안정성이나 안전성을 확보하기 위하여 도전성이 좋은 금속 재료를 일정한 두께나 직경으로 가공한 전극 단자가 사용된다. 또한 양호한 도전성을 얻음과 동시에, 진동이나 외부로부터의 충격에 견디기 위하여, 접착제 등을 사용하지 않고 고정할 수 있는 코킹 고정에 의해 견고하게 조립되었다(특허문헌 2).
상기 구조에 의한 단자 어셈블리는, 일반적으로, 배터리팩 등의 표면에 부착 가능한 단자 부착판과, 이 단자 부착판에 삽입 고정되는 단자로 구성된다. 상기 단자 부착판은 금속 재료를 얇은 판 형상으로 성형하고, 상기 단자를 통과시키는 관통구멍이 뚫어 설치된다. 상기 단자는 금속 재료를 원주체 혹은 각주체로 만들어 성형된 단자 본체와, 이 단자 본체의 외주에 튀어나오도록 일체로 설치된 플랜지와, 이 플랜지의 하방으로 연장되는 다리부를 가지고 형성되는 경우가 많다.
상기 단자는 플랜지의 하방으로 연장되는 다리부를 관통구멍에 통과시키고, 플랜지를 단자 부착판의 위에 재치한 후, 상기 다리부를 단자 부착판의 이면측을 향하여 펀치 등의 때려 박는 지그로 눌러 찌부러뜨림으로써 코킹 고정함으로써 조립되었다.
일본 특개 2005-259388호 공보 일본 특개 평8-96649호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
상기 단자 어셈블리에서는, 단자의 다리부가 눌러 찌부러뜨려져서 관통구멍의 주위에 퍼지도록 하여 밀착되어 있기 때문에, 단자 부착판으로부터 용이하게 빠져나오지는 않지만, 단자 부착판의 표면과 플랜지 사이에 간극이 생기면, 단자 본체가 흔들리거나, 회전해 버리거나 하는 것과 같은 문제가 있었다. 이러한 단자 본체의 흔들림이나 회전이 발생하면, 여기에 접속되는 도선이 뒤틀리거나, 도통 부분의 전기 저항에 편차가 생기거나 하여, 충전이나 방전과 같은 전기적 특성이 저하되는 경우가 있다.
또한 단자 부착판의 표면에 밀착해 있는 플랜지의 두께에 의해, 단자 부착판의 표면에 단차가 생겼으므로, 이대로 배터리팩 등의 표면에 장착하면, 간극이 생겨 접합강도가 약해지는 것과 같은 문제가 있었다. 이러한 문제를 개선하기 위하여, 장착면에 상기 플랜지의 두께에 상당하는 것과 같은 스페이서 부재를 통하여 행하는 경우도 있지만, 부품수가 많아지므로, 다수의 단자가 필요하게 되는 대용량의 배터리팩에서는 제조 비용 또는 제품 비용이 많이 든다고 하는 문제도 있다.
또한, 단자와 단자 부착판과의 위치 결정 개소가 규정되어 있지 않기 때문에, 펀치 등의 지그를 사용하여 코킹 고정할 때에, 단자 본체가 회전하지 않도록 고정하거나, 억압하거나 하지 않으면 안 된다고 하는 조립상의 곤란성이 있었다.
그래서, 본 발명의 목적은, 단자에 외부로부터의 진동이나 충격이 걸린 경우에도, 단자 부착판에 안정한 상태에서 견고하게 밀착하여 접착 고정할 수 있음과 아울러, 상기 단자와 단자 부착판 사이에 단차가 생기지 않아 접합면을 편평하게 마무리할 수 있는 단자 부착 구조를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 단자 부착 구조는 부착면을 오목하게 설치하여 형성되는 다각 형상의 홈부와, 이 홈부의 중심에 설치되는 관통구멍을 갖는 단자 부착판과, 상기 홈부와 동일한 다각 형상의 플랜지와, 이 플랜지의 하면으로부터 연장되고, 상기 관통구멍에 삽입되는 다리부와, 상기 플랜지의 상면으로부터 연장되는 단자 본체를 갖는 단자를 구비하고, 상기 홈부에 플랜지를 끼워 넣은 후, 상기 다리부를 눌러 찌부러뜨림으로써, 상기 단자를 단자 부착판에 코킹 고정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단자 부착 구조에 의하면, 상기 홈부의 중심에 설치한 관통구멍에 단자의 다리부를 삽입하여 장착할 때에, 단자에 설치되어 있는 플랜지가 홈부에 끼워맞추어짐으로써 단자의 위치 결정이 확실하고 또한 용이하게 된다. 그리고, 이와 같이 하여 끼워 넣어진 단자의 다리부를 단자 부착판의 이면측에 눌러 찌부러뜨리도록 하여 코킹 고정함으로써 단자의 상면 방향 혹은 측면 방향에 대하여 외부로부터의 진동이나 충격이 걸린 경우이더라도, 코킹 고정한 단자가 느슨해지거나, 흔들리거나 하지 않아, 보다 강고하고 안정한 상태에서 밀착 고정할 수 있다.
또한 상기 단자 부착판에 설치한 홈부에 단자의 플랜지를 단차 없이 걸어맞춤으로써 플랜지의 표면이 단자 부착판의 부착면과 대략 면일치로 되기 때문에, 단자 부착판이 부착되는 부위에서의 밀착성이 향상되는 것과 같은 효과가 얻어진다.
또한, 상기 단자의 다리부를 플랜지의 상방으로 연장되는 단자 본체보다도 큰 직경으로 하여 형성함과 아울러, 그 바닥면에 원추 형상의 오목부를 설치함으로써, 이 오목부를 중심으로 하여 눌러 찌부러뜨렸을 때의 퍼짐 면적이 크고 또한 퍼짐 폭이 대략 균등하게 된다. 이것에 의해, 단자의 다리부를 단자 부착판의 이면에 안정한 상태로 확실하게 밀착 고정시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단자 부착 구조를 구체화화한 단자 어셈블리의 1실시형태를 도시하는 조립 사시도이다.
도 2는 상기 단자 어셈블리의 단자의 단면도(a) 및 저면도(b)이다.
도 3은 상기 단자 어셈블리의 단자 부착판의 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 4는 상기 단자 어셈블리의 조립 후의 평면도(a) 및 단면도(b)이다.
도 5는 상기 단자 어셈블리의 코킹 고정의 공정을 나타내는 설명도이다.
도 6은 상기 단자 어셈블리를 구비한 배터리팩의 사시도(a) 및 단면도(b)이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 첨부된 도면에 기초하여, 본 발명에 따른 단자 부착 구조를 구체화화한 단자 어셈블리의 1실시형태를 상세하게 설명한다. 도 1에 도시하는 단자 어셈블리(11)는, 예를 들면, 전기적인 접점이 되는 원주 형상의 단자(14)와, 이 단자(14)를 조립하는 단자 부착판(13)으로 구성된다. 이 단자 어셈블리(11)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 일례로서 배터리팩(12)의 전면(12a)에 부착되는 전극 단자의 일부를 구성한다.
상기 단자(14)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 구리나 알루미늄 등의 금속 재료로 성형한 단자 본체(17)와, 이 단자 본체(17)의 하부의 외주면으로부터 외측 방향으로 튀어나오는 플랜지(18)와, 이 플랜지(18)의 하방으로 돌출하는 원주 형상의 다리부(19)를 가지고 일체 형성된다. 상기 단자 본체(17)는, 외부의 도선이나 접점과 접촉하여 도통을 도모하기 때문에, 일정한 규격에 준한 높이, 예를 들면, 10mm 정도의 높이(h1)를 가지고 원주 형상 혹은 각주 형상으로 형성된다. 상기 플랜지(18)는 정원 형상 이외의 다각 형상으로 형성되고, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 육각형으로 형성된다. 상기 다리부(19)는 찌부러뜨리기 쉬움과 찌부러뜨렸을 때의 퍼짐을 고려하여, 높이(h2)가 약 3mm 정도이며, 상기 단자 본체(17)의 직경(r1)보다도 약간 넓은 직경(r2)으로 하여 형성된다. 또한 상기 다리부(19)는 바닥면의 중심부에 펀치 등의 코킹 지그의 선단을 가이드함과 아울러, 외측으로 찌부러지기 쉽게 하기 위한 원추체 형상으로 이루어지는 오목부(20)가 설치된다. 이와 같이, 상기 다리부(19)의 직경을 단자 본체(17)보다도 큰 직경으로 함으로써 후술하는 단자 부착판(13)의 홈부(21)에 안정한 상태로 장착할 수 있음과 아울러, 바닥면을 눌러 찌부러뜨렸을 때의 퍼짐 면적을 크게 할 수 있으므로, 보다 강고한 코킹 고정을 행할 수 있다. 또한 상기 다리부(19)의 바닥면에 원추체 형상으로 이루어지는 오목부(20)를 설치함으로써, 펀치 등의 코킹 지그를 적확(的確)하고 또한 용이하게 때림 위치로 안내할 수 있음과 아울러, 다리부(19)의 바닥면을 때렸을 때의 퍼짐 폭을 대략 균등하게 할 수 있다.
상기 단자 부착판(13)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 표면에 상기 플랜지(18)와 동일한 육각 형상의 홈부(21)와, 이 홈부(21)의 중심에 상기 단자(14)의 다리부(19)가 삽입되는 관통구멍(15)이 설치된다. 이 관통구멍(15)은 상기 다리부(19)와 동일한 직경(r2)으로 설정된다. 본 실시형태에서는, 상기 홈부(21) 및 플랜지(18)를 육각 형상으로 했지만, 삼각 형상부터 오각 형상이어도 된다. 단, 원형에 가까운 다각 형상으로 하면, 단자(14)가 회전하기 쉬워지고, 또한 가공에 요하는 공수도 늘어나기 때문에, 육각 형상 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 단자 부착판(13)을 장방 형상으로 했지만, 부착하는 부위에 맞춘 평면 형상으로 할 수 있다. 또한, 상기 단자 부착판(13)에 개설되어 있는 장치 구멍(16)은 상기 단자(14)와는 다른 외부 접속용의 단자 등을 부착하기 위하여 설치되는 것이다. 이 장치 구멍(16)의 위치나 직경은 단자 부착판(13)이 부착되는 제품이나 그 용도에 따라 적당하게 설정된다.
상기 홈부(21)의 깊이(t2)는 단자 부착판(13)의 두께의 대략 절반 정도로 설정된다. 또한 상기 플랜지(18)의 두께(t1)를 상기 홈부(21)의 깊이(t2)에 맞추어 형성함으로써 단자 부착판(13)에 코킹 고정된 단자(14)의 플랜지(18)의 표면과 단자 부착판(13)의 표면이 단차 없이 거의 면일치되도록 조립하는 것이 가능하게 된다.
도 4는 상기 단자(14)를 단자 부착판(13)에 삽입하여 코킹 고정한 상태를 나타낸 것이다. 상기 홈부(21)의 내주면에 플랜지(18)의 외주면이 밀착하도록 끼워 넣음으로써 간극 없이 걸어맞춤시킬 수 있다. 또한 상기 걸어맞춤시킨 면에는 단차가 없이 평평한 면으로 된다. 그리고, 상기 관통구멍(15)에 삽입된 다리부(19)를 눌러 찌부러뜨림으로써, 이 다리부(19)의 하부가 관통구멍(15)의 주위에 퍼지도록 하여 단자 부착판(13)의 이면측에 밀착시킬 수 있다.
다음에 상기 단자 어셈블리(11)의 조립 공정을 도 5에 나타낸다. 제 1 공정에서는 상기 단자 부착판(13)의 홈부(21)에 플랜지(18)를 걸어맞추도록 하여 다리부(19)를 관통구멍(15)에 통과시킨다(도 5(a)). 제 2 공정에서는 때림면(22a)이 산형으로 돌출한 제 1 코킹 지그(22)를 사용하여, 상기 때림면(22a)을 다리부(19)의 오목부(20)에 삽입하도록 하여 타격을 줌으로써 다리부(19)의 바닥면을 원형으로 퍼지도록 하여 눌러 찌부러뜨린다(도 5(b)). 제 3 공정에서는 때림면(23a)이 평탄 형상의 제 2 코킹 지그(23)를 사용하여, 상기 제 2 공정에 의해 눌려 퍼진 다리부(19)의 바닥면 전체를 평탄하게 고르도록 하여 단자 부착판(13)의 이면측에 부딪친다(도 5(c)).
상기 일련의 공정에 의해, 조립된 단자 어셈블리(11)는 단자 부착판(13)의 홈부(21)에 단자(14)의 플랜지(18)가 간극 없이 밀착하여 걸어맞추어져 있기 때문에, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 단자 본체(17)의 회전 방향에 대하여 큰 회전 토크(N)가 걸린 경우이더라도 느슨해지지 않는다. 또한 도 4(b)에 도시한 바와 같이, 단자 본체(17)의 상면에 걸리는 압축 토크(P)나 측면 방향에 걸리는 전단 토크(E)에 대해서도 충분한 강도를 가지고 견딜 수 있다. 또한, 단자 부착판(13)에 대하여 직교하는 단자(14)의 축 고정시에 있어서의 인발 토크(I)에 대해서도 충분히 견딜 수 있다. 이와 같이 외부로부터의 요인에 의한 각종 토크에 대한 내성을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 차량탑재용의 배터리에 조립한 경우이더라도, 주행 중의 진동이나 외부로부터 충격을 받았을 때에, 단자(14)가 탈락하거나, 느슨해지거나 하지 않기 때문에, 전기계통의 트러블을 일으키지 않는다. 특히, 배터리팩이 리튬이온 전지로 구성되어 있는 경우에서의 안전성을 확보할 수 있다.
도 6은 상기 단자 어셈블리(11)를 장착한 배터리팩(12)의 구성을 도시한 것이다. 이 배터리팩(12)은 상면측에 전극 단자를 삽입하기 위한 한 쌍의 구멍부가 설치되어 있다. 이 한 쌍의 구멍부는 플러스 전극부와 마이너스 전극부에 상당하고, 조립된 단자 어셈블리(11)의 단자 본체(17)를 상기 각각의 구멍부에 삽입하고, 단자 부착판(13)의 상면을 배터리팩(12)의 전면(12a)에 밀착시켜 고정한다. 또한 각 단자 부착판(13)에 설치되어 있는 장치 구멍(16)에는 외부 접속용의 단자(도시 생략)가 볼트나 너트 등을 통하여 부착된다. 이렇게 하여 단자 어셈블리(11)가 장착된 배터리팩(12)은 복수개 조합되어, 상기 외부접속용의 단자를 케이블 등으로 접속함으로써, 하이브리드차나 전기자동차의 동력원이 되는 축전지가 구성된다. 또한, 배터리로서 리튬이온 2차전지를 사용하는 경우에는, 정극에 리튬 금속 산화물을 사용하고, 부극에 그래파이트 등의 탄소재가 사용되기 때문에, 정극용의 단자 어셈블리(11)에 대해서는, 단자 부착판(13)이 구리재이고 단자(14)가 알루미늄재에 의해 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 단자 부착 구조에 의하면, 단자 부착판에 설치한 육각형의 홈부에 단자에 설치한 육각형의 플랜지를 끼워 넣어서 걸어맞추어지게 함으로써 단자를 안정한 상태에서 단자 부착판에 조립할 수 있다. 그 후에 상기 홈부의 중심에 설치한 관통구멍으로부터 돌출하는 단자의 다리부를 눌러 찌부러뜨리도록 하여 단자 부착판의 이면에 코킹 고정함으로써 종래의 단자 부착 구조와 비교하여 단자에 걸리는 회전 토크, 압축 토크, 전단 토크 및 인발 토크에 대한 내성을 현격하게 향상시키는 것이 가능하게 되었다.
또한 단자 부착판에 설치한 홈부에 단자의 플랜지가 서로 끼워져서 걸어맞추어져 있음으로써, 양자의 접합 부분에 간극이 생기지 않고, 또한 접촉하는 면적도 증가한다. 이것에 의해, 단자 부착판과 단자와의 전기저항이 작아져, 도전성을 보다 향상시킬 수 있다고 하는 전기적 특성의 향상 효과도 가지고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 차량탑재용의 배터리팩에 편입되는 전극 단자를 예로 하여 본 발명의 단자 부착 구조를 설명했지만, 차량 탑재용도 이외의 산업용 기계의 배터리나 가정용의 소형 충전기의 전극 단자이어도, 진동이나 충격을 받기 쉬운 환경에서 사용하는데 적합하다.
11 … 단자 어셈블리 12 … 배터리팩
12a … 전면 13 … 단자 부착판
14 … 단자 15 … 관통구멍
16 … 장치구멍 17 … 단자 본체
18 … 플랜지 19 … 다리부
20 … 오목부 21 … 홈부
22 … 제 1 코킹 지그 22a … 때림면
23 … 제 2 코킹 지그 23a … 때림면

Claims (8)

  1. 부착면을 오목하게 설치하여 형성되는 다각 형상의 홈부와, 이 홈부의 중심에 설치되는 관통구멍을 갖는 단자 부착판과,
    상기 홈부와 동일한 다각 형상의 플랜지와, 이 플랜지의 하면으로부터 연장되고, 상기 관통구멍에 삽입되는 다리부와, 상기 플랜지의 상면으로부터 연장되는 단자 본체를 갖는 단자를 구비하고,
    상기 홈부에 플랜지를 끼워 넣은 후, 상기 다리부를 눌러 찌부러뜨림으로써, 상기 단자를 단자 부착판에 코킹 고정하는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자는, 상기 단자 부착판의 홈부에 상기 플랜지를 끼워 넣었을 때에, 홈부의 내주면에 플랜지의 외주면이 밀착하도록 걸어맞추어지는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 홈부 및 플랜지가 육각형 이하의 다각 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플랜지의 두께는 홈부의 깊이와 대략 동일 치수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단자 부착판에 코킹 고정된 단자의 플랜지의 표면은 상기 단자 부착판의 부착면과 대략 면일치인 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단자 부착판은 구리재에 의해 형성되고, 상기 단자는 알루미늄재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다리부는 상기 단자 본체보다 큰 직경이며, 또한 바닥면에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다리부의 바닥면에 형성된 오목부는 원추체 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단자 부착 구조.
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