(57)【要約】【課題】熱膨張率が異なる２つの部材間の位置決めが可能なノックピンを備える結合構造物において、ノックピンの損傷を防止する。【解決手段】結合構造物であるコンデンサ２６は、熱膨張率が異なるコンデンサ素子２８及びケース３０と、ケース３０に対するコンデンサ素子２８の位置を決定するノックピン３２と、ノックピン３２により位置決めされたコンデンサ素子２８及びケース３０を締結する複数のボルト３４とを有する。ノックピン３２は、互いに対向するボルト３４の外側にそれぞれ位置する。この構成により、コンデンサ２６の温度が変化したとしても、熱応力によるノックピン３２の損傷を防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱膨張率が異なる第１及び第２部材と、
第２部材に対する第１部材の位置を決定するノックピンと、
ノックピンにより位置決めされた第１及び第２部材を締結する複数の締結部材と、
を有する結合構造物において、
ノックピンは、互いに対向する締結部材の外側にそれぞれ位置する、
ことを特徴とする結合構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の結合構造物において、
ノックピンは、前記互いに対向する締結部材を結ぶ線分の延長線上にそれぞれ位置する、
ことを特徴とする結合構造物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の結合構造物において、
前記互いに対向する締結部材は、互いの距離が最も大きい２つの締結部材である、
ことを特徴とする結合構造物。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の結合構造物において、
この結合構造物は、第１部材を樹脂モールドされたコンデンサ素子とし、第２部材を、コンデンサ素子を収容するアルミニウム製のケースとするコンデンサである、
ことを特徴とする結合構造物。
【請求項５】
請求項４に記載の結合構造物において、
第１部材は、ノックピンが一体に形成され、締結部材用のカラーが嵌められた樹脂製のボスを有し、
第２部材は、ボスに対応し、ノックピンが挿入される挿入孔と、締結部材がネジ込まれるネジ孔が形成された取付座を有する、
ことを特徴とする結合構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合構造物に関し、特に、ノックピンを用いて２つの部材間の位置を決定する結合構造物の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異なる２つの部材と、これらの部材を締結する締結部材とを備えた結合構造物が知られている。この結合構造物は、組み立て工程の手間を省く観点から、締結部材による２つの部材の締結前に、これらの部材間の位置決めが可能なノックピンを備える例がある。２つの部材間の位置決めとは、これらの部材における締結部材の各締結位置をそれぞれ一致させることである。したがって、その位置決めを行なうノックピンは、通常、締結位置付近に設けられる。
【０００３】
下記特許文献１には、アルミニウム製の２つの部材であるサイドケース及びパワードライブユニットケースと、これらのケースを締結するボルトとを備えた車両用結合構造物が記載されている。この構造物においては、パワードライブユニットケースが、ノックピンが設けられた固定座を有し、サイドケースが、固定座に対応し、ノックピンの受け入れ部が設けられた取付部を有する。ノックピンには、中央部に、ボルト用のネジ孔が形成されている。この構造物では、ノックピンが受け入れ部へ挿入されると、サイドケースに対するパワードライブユニットケースの位置が決定し、その後、ボルトが取付部を通してネジ孔にネジ込まれることで、サイドケースとパワードライブユニットケースが結合される。
【０００４】
下記特許文献２には、半田付けにより、パワーモジュールを収容する樹脂製の収容ケースと、制御回路基板とを結合して構成される結合構造物が記載されている。この構造物においては、半田付け前の位置決めを考慮し、制御回路基板に対向する収容ケースの面には、収容ケースに対し一体的に形成された第１の位置決めピンが設けられ、制御回路基板には、第１の位置決めピンが挿通されるべき第１の挿通孔が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３０３３０５号公報
【特許文献２】特開２００６−８１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の結合構造物においては、２つの部材間の位置決めを行なうために、ノックピンが設けられる。このノックピンは、位置決め機能しか有しておらず、当然に構造的な強度は比較的低い。このため、熱膨張率が異なる２つの部材を有する結合構造物においては、温度変化で発生した熱応力により、ノックピンが破損してしまう可能性がある。
【０００７】
このようなノックピンの破損を防止するため、熱応力に耐え得る強度を備えたノックピンを設けることが考えられる。しかしながら、そのような耐性を備えようとすると、ノックピンが大型化してしまい、締結部材の締結位置の確保が困難になってしまう。一方、ノックピンを単に大型化せずに、応力集中を緩和させる形状、または耐熱応力に優れた材質を採用しようとすると、製造コストがかかってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、熱膨張率が異なる２つの部材を含む結合構造物において、簡易な構造で、温度変化で発生する熱応力によるノックピンの損傷を確実に防止することができる結合構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、熱膨張率が異なる第１及び第２部材と、第２部材に対する第１部材の位置を決定するノックピンと、ノックピンにより位置決めされた第１及び第２部材を締結する複数の締結部材と、を有する結合構造物において、ノックピンは、互いに対向する締結部材の外側にそれぞれ位置することを特徴とする。
【００１０】
また、ノックピンは、前記互いに対向する締結部材を結ぶ線分の延長線上にそれぞれ位置することができる。
【００１１】
また、前記互いに対向する締結部材は、互いの距離が最も大きい２つの締結部材であることが好適である。
【００１２】
また、この結合構造物は、第１部材を樹脂モールドされたコンデンサ素子とし、第２部材を、コンデンサ素子を収容するアルミニウム製のケースとするコンデンサであることが好適である。
【００１３】
また、第１部材は、ノックピンが一体に形成され、締結部材用のカラーが嵌められた樹脂製のボスを有し、第２部材は、ボスに対応し、ノックピンが挿入される挿入孔と、締結部材がネジ込まれるネジ孔が形成された取付座を有することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の結合構造物においては、結合構造物の温度が変化すると、熱膨張率が大きい部材のほうがより大きく膨張変形しようとする。しかし、第１及び第２部材が締結部材により締結されているので、その変形が締結部材により拘束される。具体的には、互いに対向する締結部材間における膨張変形が拘束され、その互いの締結部材に熱応力が発生する。このように締結部材に熱応力が発生することで、締結部材の外側は、上記の膨張変形の影響を受けない。したがって、本発明の締結構造物によれば、その外側に位置するノックピンにおける熱応力の発生が抑制され、ノックピンの破損を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る電気自動車の構成を示す図である。
【図２】コンデンサ素子の構成を示す平面図である。
【図３】図２のＡ部を示す詳細図である。
【図４】コンデンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る結合構造物の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、電動機の出力で走行する電気自動車を挙げ、この自動車に搭載される結合構造物の一つであるコンデンサについて説明する。
【００１７】
なお、本発明は、電気自動車に搭載されるコンデンサに限らず、その他の機器、例えばインバータにも適用できる。また、本発明は、電気自動車以外の車両、例えば内燃機関で駆動する自動車、またはハイブリッド自動車に搭載される機器にも適用できる。さらに、本発明は、自動車に搭載される結合構造物に限らず、熱膨張率が異なる２つの部材間の位置決めが決定可能なノックピンを備える、あらゆる結合構造物に適用できる。
【００１８】
まず、本実施形態に係るコンデンサを搭載する電気自動車の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電気自動車の構成を示す図である。
【００１９】
電気自動車１０は、原動機として電動機１２を有する。電動機１２には、動力伝達機構１４を介して駆動輪１６が接続される。電動機１２の動力は、動力伝達機構１４を介して、駆動輪１６に伝達され、電気自動車１０が走行する。
【００２０】
また、電気自動車１０は、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と記す）１８と、バッテリ２０とを有する。電動機１２は、ＰＣＵ１８を介してバッテリ２０に電気的に接続される。電動機１２とＰＣＵ１８とは、交流用の導線、例えばバスバー２２を介して接続される。一方、ＰＣＵ１８とバッテリ２０とは、直流用の導線、例えばケーブル２４を介して接続される。
【００２１】
ＰＣＵ１８は、例えば数百Ｖもの高電圧が印加される高電圧機器であり、インバータ（図示せず）とコンデンサ２６（図２，４に示す）とコンバータ（図示せず）とを含む。
【００２２】
インバータは、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。
【００２３】
コンデンサ２６は、インバータの１次側に設けられ、バッテリ２０からインバータに供給される直流の電圧を平滑化する装置である。本実施形態におけるコンデンサ２６の具体的な構成については、後述する。なお、インバータの２次側にコンデンサ２６を設けて、インバータから電動機１２に供給される電圧の高周波成分を除去することもできる。
【００２４】
コンバータは、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。
【００２５】
バッテリ２０は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。もちろん、バッテリ２０が、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタで構成されてもよい。
【００２６】
バッテリ２０に蓄えられた電力は、ＰＣＵ１８により昇圧されるとともに直流から交流に変換された後に、バスバー２２を介して電動機１２のコイルに供給され、電動機１２を駆動する。また、回生時に電動機１２により発電された電力は、ＰＣＵ１８により交流から直流に変換されるとともに降圧された後に、バッテリ２０に送られて蓄えられる。
【００２７】
次に、コンデンサ２６の構成について、図２から図４を用いて説明する。図２は、コンデンサ素子の構成を示す平面図であり、図３は、図２のＡ部を示す詳細図であり、図４は、コンデンサの断面図である。
【００２８】
本実施形態のコンデンサ２６は、異なる第１及び第２部材を有する結合構造物である。第１部材は、コンデンサ素子２８であり、第２部材は、コンデンサ素子２８を収容するケース３０である。これらの部材２８，３０は、後述するように材質が異なり、熱膨張率も異なる。
【００２９】
コンデンサ素子２８は、誘電体フィルムに電極となる金属を蒸着したものを一対にして巻回し、これを樹脂によりモールド成形して構成される。一方、ケース３０は、コンデンサ素子２８を保護可能な強度を有する金属、例えばアルミニウムからなり、ダイキャストにより成形される。このように、コンデンサ素子２８は、これの外周部が樹脂製であり、ケース３０はアルミニウム製であるので、これらの熱膨張率は異なる。すなわち、コンデンサ素子２８の熱膨張率のほうが、ケース３０のそれより大きい。なお、本発明は、この構成に限定されず、熱膨張率が互いに異なるのであれば、２つの部材が、それぞれ、他の材質で構成されてもよい。
【００３０】
本実施形態のコンデンサ２６は、ケース３０に対するコンデンサ素子２８の位置を決定するノックピン３２と、ノックピン３２により位置決めされたコンデンサ素子２８とケース３０とを締結する複数のボルト３４とを有し、ノックピン３２が、互いに対向するボルト３４の外側にそれぞれ位置する。ここで、外側とは、ボルト３４が対向する側に対して反対側のことである。
【００３１】
このような構成のコンデンサ２６においては、このコンデンサ２６の温度が変化、例えばコンデンサ素子２８が発熱した場合、熱膨張率が大きいコンデンサ素子２８が、ケース３０より大きく膨張変形しようとする。しかし、コンデンサ素子２８とケース３０とがボルト３４により締結されているので、その変形がボルト３４により拘束される。具体的には、互いに対向するボルト３４間における膨張変形が拘束される。このとき、その互いのボルト３４に熱応力が発生する。このようにボルト３４に熱応力が発生することで、それらのボルト３４の外側は、上記の膨張変形の影響を受けない。したがって、その外側に位置するノックピン３２における熱応力の発生が抑制され、ノックピンの破損を確実に防止することができる。
【００３２】
コンデンサ素子２８は、図２，３に示されるように、樹脂モールド時に一体に成形され、外周から張り出したボス３６を４個有する。なお、ボス３６の数は一例であって、本発明は、ボス３６の数が複数であれば、ボス３６の数４個に限定されない。
【００３３】
各ボス３６は、ボルト３４が貫通する貫通孔３６ａをそれぞれ有し、その孔３６ａには、ボルト３４用のカラー３８がそれぞれ嵌められている。また、２つのボス３６には、それぞれ、ノックピン３２が一体に形成される。なお、ノックピン３２の数は一例であって、本発明は、位置決めに必要な数２個以上であれば、ノックピン３２の数２個に限定されず、ノックピン３２が３個であってもよい。
【００３４】
本実施形態のノックピン３２は、ボルト３４の外側であって、互いに対向するボルト３４を結ぶ線分の延長線（図２，３の符号４０）上にそれぞれ位置する。互いに対向するボルト３４を結ぶ線分における膨張変形は、それらのボルト３４により拘束されるので、その延長線４０は、ボルト３４間の膨張変形の影響を最も受けない、言い換えれば熱応力の発生が最も抑制されるからである。
【００３５】
一般的に、ノックピンは、正基準となるノックピンと、副基準となるノックピンとの少なくとも２個を有し、これらのノックピン間の距離が大きいほど正確な位置決めの決定が可能となる。よって、本実施形態のノックピン３２は、図２に示されるように、互いの距離が最も大きい２つのボルト３４を結ぶ線分の延長線４０上にそれぞれ位置することが好適である。
【００３６】
次に、ケース３０の構成について、図４を用いて説明する。図４は、図２，３に示される一点鎖線４０を断面線とするコンデンサ２６の断面図である。ケース３０は、ボス３６に対応する取付座４２を４個有する。なお、取付座４２の数は一例であって、本発明は、ボス３６に対応するのであれば、取付座４２の数４個に限定されない。
【００３７】
各取付座４２は、ボルト３４がネジ込まれるネジ孔４４をそれぞれ有する。また、ノックピン３２が形成されたボス３６に対応する取付座４２は、それぞれ、ノックピン３２が挿入される挿入孔４６を有する。
【００３８】
このように構成されるコンデンサ２６においては、まず、ノックピン３２が挿入孔４６へ挿入されると、ケース３０に対するコンデンサ素子２８の位置が決定する。そして、ボルト３４がボス３６のカラー３８を通してネジ孔４４にネジ込まれることで、コンデンサ素子２８とケース３０が結合され一体的な結合構造物が構成される。
【００３９】
本実施形態のコンデンサ２６では、上述したように、ノックピン３２が、互いに対向するボルト３４の外側にそれぞれ位置するように構成される。この構成により、コンデンサ２６の温度が変化した場合であっても、コンデンサ２６の膨張変形がボルト３４により拘束され、それらのボルト３４の外側においては、その膨張変形の影響を受けないので、ノックピン３２における熱応力の発生が抑制され、ノックピンの破損を確実に防止することができる。
【００４０】
本実施形態においては、ノックピン３２がコンデンサ素子２８に設けられる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ノックピン３２がケース３０に設けられてもよい。この場合であっても、本実施形態と同様に、ノックピン３２に生じる熱応力を抑制することができ、結果としてノックピン３２及びこれに対応する挿入孔４６の破損を防止することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  電気自動車、２６  コンデンサ、２８  コンデンサ素子、３０  ケース、３２  ノックピン、３４  ボルト、３６  ボス、３８  カラー、４２  取付座、４４  ネジ孔、４６  挿入孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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