(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の電流が流されるパワーコントロールユニットにおけるバスバーにして、アルミニウム板の両側に銅板をそれぞれ重ね合わせ、２００〜４５０℃に加熱してなる状態下において、クラッド圧延することにより、かかるアルミニウム板の両面に銅板がクラッドされて、該アルミニウム板から構成されるアルミニウム層の両側に該銅板から構成される銅層が一体的に形成されてなると共に、それらアルミニウム層と銅層との間に、アルミニウムと銅からなる合金層が更に形成されてなるクラッド材にて構成されていることを特徴とするパワーコントロールユニット用バスバー。
【請求項２】
前記銅層の片面当たりの厚さが０．０１〜０．８ｍｍであり、且つ前記アルミニウム層の厚さが０．２〜２ｍｍであると共に、前記合金層の厚さが片面当たり０．０１〜０．４ｍｍであり、そして全体厚さが０．２５〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のパワーコントロールユニット用バスバー。
【請求項３】
新幹線、リニアモーターカー又はハイブリッド自動車におけるパワーコントロールユニットに用いられる請求項１又は請求項２に記載のパワーコントロールユニット用バスバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーコントロールユニット用バスバーに係り、特に、新幹線、リニアモーターカー、ハイブリッド自動車等のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）に好適に用いられるバスバー用導電体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、新幹線、リニアモーターカー、ハイブリッド自動車等のＰＣＵに採用されているバスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）用の導電体には、優れた導電性を有する無酸素銅、タフピッチ銅、リン脱酸銅等の純銅板が用いられ、また強度の必要な場合には、導電性の高い銅合金板に電解Ｎｉめっきを施したものが用いられてきている。しかし、銅や銅合金は、重量が大きなものであるところから、燃費向上のための軽量化が求められている自動車用部材としては好ましくなく、それに代わる軽量な導電材料が切望されている。また、Ｎｉめっきは、コストが高いという問題も内在するものであった。
【０００３】
そこで、そのようなバスバー用導電体の材料として、安価で、軽量化が望めるアルミニウムが注目され、工業純度のアルミニウムの中でも、導電性の優れた純アルミニウムとして、ＪＩＳ規格のＡ１０６０材料が、導電率で６１％ＩＡＣＳを得ることが出来るところから、特に有効とされ、また強度を必要とするときには、アルミニウム合金であるＪＩＳ規格のＡ６１０１材料が用いられている。しかしながら、それら純アルミニウムやアルミニウム合金（以下、アルミニウムと総称する）は、銅や銅合金よりも、導電率は必然的に低くなるものであるところから、そのようなアルミニウム材料の表面には、コストの高いＮｉを、めっきや溶射にて被覆する処置がなされているのであるが、かかるアルミニウム材料が板材の場合にあっては、Ｎｉ被覆を施しても、その端面には、アルミニウム素地が露出することとなるために、高温多湿の環境下においては、アルミニウムとＮｉとの電位差による腐食が発生し易く、耐食性に難があるものであった。
【０００４】
このため、特開平７−１０２３５６号公報、特開平８−４７７９３号公報、特開平１１−３０２８５５号公報等においては、上記したＮｉ被覆に代わるものとして、表面にＺｎ皮膜、Ｃｕめっき層、Ｓｎ又はＡｇめっき層を形成してなるアルミニウム製の導電体が、提案されているのであるが、それらＺｎ、Ｃｕ、Ｓｎ又はＡｇにて被覆されたアルミニウム製導電体においても、その板材にあっては、端面に露出したアルミニウム素地とＺｎ、Ｃｕ、Ｓｎ又はＡｇの被覆金属との電位差により電池が形成され、特に、高温多湿の環境下においては、腐食が急速に進行してしまうという問題が内在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１０２３５６号公報
【特許文献２】特開平８−４７７９３号公報
【特許文献３】特開平１１−３０２８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、耐食性に優れ、且つ低コストで製造することの出来るバスバー用板状導電体と、それからなるバスバーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ところで、一般に、板状のバスバー用導電体の場合において、表面積が大きな表裏面に表面電流が流れることが知られており、特に、新幹線、リニアモーターカー、ハイブリッド自動車等のＰＣＵでは、高周波の電流が流されることとなるが、この場合において、表層約１０〜４００μｍのところを電流が流れることが明らかとなった。そこで、本発明者等は、板状導電体において、そのベースは純アルミニウム又はアルミニウム合金として、安価で且つ軽量化を実現する一方、表裏の両面に銅、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅又はリン脱酸銅等の導電性に優れた純銅を配置することを基本構成として、検討したのであるが、これでは、従来からの耐食性の課題をクリアすることが出来ないことが、明らかとなったのである。
【０００８】
そこで、本発明者等は、更に、銅をアルミニウム板の両面に配する種々なる方式について検討を進めた結果、従来のように、アルミニウム板の両面に銅板を張り合わせたり、銅をめっきしたりするのではなく、各々別個に圧延した圧延板の状態で、且つ両者のクラッド面を脱脂洗浄等により清浄化した状態で、それらを重ね合わせ、２００〜４５０℃の温度に加熱して、クラッド圧延することによって、目的とする導電体を得る場合においては、そのようなクラッド圧延により、両材の界面に存在していた酸化皮膜が破壊され、金属同士が直接に高圧で結合せしめられることとなり、その界面に優れた特性の合金層が形成されることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明は、上記の知見に基づき、前記した課題を解決するために、高周波の電流が流されるパワーコントロールユニットにおけるバスバーにして、アルミニウム板の両側に銅板をそれぞれ重ね合わせ、２００〜４５０℃に加熱してなる状態下において、クラッド圧延することにより、かかるアルミニウム板の両面に銅板がクラッドされて、該アルミニウム板から構成されるアルミニウム層の両側に該銅板から構成される銅層が一体的に形成されてなると共に、それらアルミニウム層と銅層との間に、アルミニウムと銅からなる合金層が更に形成されてなるクラッド材にて構成されていることを特徴とするパワーコントロールユニット用バスバーを、その要旨とするものである。
【００１０】
また、かかる本発明に従うパワーコントロールユニット用バスバーの望ましい態様の一つによれば、前記銅層の片面当たりの厚さが０．０１〜０．８ｍｍであり、且つ前記アルミニウム層の厚さが０．２〜２ｍｍであると共に、前記合金層の厚さが片面当たり０．０１〜０．４ｍｍであり、そして全体厚さが０．２５〜４ｍｍである構成が、有利に採用されることとなる。
【００１３】
ここで、本発明における「アルミニウム」なる用語は、純アルミニウムとアルミニウム合金を含む総称として用いられており、従って、アルミニウム純度が９９．０％以上の純アルミニウムの他、合金成分としてＣｕやＭｎ等を含有し、アルミニウム純度が９９．０％未満の、狭義のアルミニウム合金をも含んで用いられていることが、理解されるべきである。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明に従うパワーコントロールユニット用バスバーにあっては、アルミニウム板の両面に、銅板が、それぞれクラッドされており、且つアルミニウム板にて与えられるアルミニウム層と、銅板にて与えられる銅層との間に、アルミニウムと銅を主成分とする合金層が形成されているところから、かかるバスバーは、優れた導電性を具備すると共に、アルミニウムと銅との間の電位差による電食を有利に防止することが出来、耐食性に優れるという、両方の特性を発揮し得るものとなるのである。
【００１５】
しかも、そのような導電体を構成する銅及びアルミニウムは、共に、軟質金属であるために、ネジ締め等を困難とするものであるが、本発明の如く、アルミニウムと銅を主成分として含む合金層は、硬度が高くなるものであるところから、導電体として各種の用途への適用に際して、ネジ締め等を可能とする効果も有しており、これによって、バスバー用導電体として有利に用いられ得るのである。
【００１６】
また、そのような合金層においては、金属間化合物という明確な化合物が形成されてはいないことから、主としてアルミニウムと銅が拡散して、互いに混じり合っている状態において、層が形成されているものと考えられる。ここで、「主として」との表現は、アルミニウムや銅に含まれている不純物元素も、微量ではあるが、層中に拡散していることが考えられるからである。そして、かかる合金層は、脆弱な層ではなく、且つ両側のアルミニウム層と銅層に対して良好な密着性を示すものであり、中でも最も注目すべきは、かかる合金層の存在が、アルミニウムと銅との電位差による腐食を防止する役割を果たすことであり、これによって、耐久性の向上を有利に図り得たのである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従うバスバー用板状導電体を得るための工程を示す断面説明図である。
【図２】図１におけるＡ部拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
要するに、本発明に従うバスバー用板状導電体は、図１に示される如く、アルミニウム板２の両面に銅板４、４をそれぞれ重ね合わせ、その重ね合わせ物６を、高圧でクラッド圧延すること等により、一体的な接合体１０として得られるものであるが、そこで用いられるアルミニウム板２は、前述の如く、純アルミニウムやアルミニウム合金をその材質とするものであって、具体的には、ＪＩＳ規格でＡ１０６０、Ａ１１００等の１０００系アルミニウムが用いられたり、また強度が必要とされる場合には、ＪＩＳ規格でＡ６１０１等の６０００系アルミニウム合金にて形成されることとなる。
【００１９】
また、銅板４としては、有利には、無酸素銅、タフピッチ銅、リン脱酸銅等の純銅からなる板材が好適に用いられることとなるが、また必要に応じて、公知の銅合金材質の板材も使用可能である。このように、ここでは、「銅」なる用語も、また、純銅及び銅合金を総称するものとして用いられていることが理解されるべきである。
【００２０】
そして、それらアルミニウム板２や銅板４には、脱脂洗浄等の公知の清浄化処理が施されて、その表面、特にクラッド面（重ね合わせ面）が可及的に清浄化せしめられることにより、それらアルミニウム板２と銅板４との間に形成される合金層８に不純物が混入しないようにして、かかる合金層８の特性を有利に確保し得るようになっている。また、それらアルミニウム板２と銅板４とを効果的にクラッドするために、それらのクラッド面に対して、ヘアライン加工等の公知の凹凸加工が、好適に施されることとなる。
【００２１】
さらに、かかるアルミニウム板２の両面に、銅板４、４を、それぞれ重ね合わせてなる重ね合わせ物６に対して、オンラインヒータ等にて、２００〜４５０℃の温度に加熱した状態下において、高圧下でクラッド圧延が実施されると、図１及び図２に示される如く、アルミニウム板２と銅板４との間の明確な境界が消失すると共に、そこに金属間化合物を形成することなく、主としてアルミニウムと銅が拡散して、単に混じり合っている状態の合金層８が、アルミニウム２から生じたアルミニウム層２’と銅板４から生じた銅層４’との間に、所定の厚さで存在する一体的な接合体１０として、目的とする板状導電体が形成されることとなるのである。
【００２２】
本発明においては、かくの如くして形成される一体的な接合体１０からなる板状導電体において、有利には、アルミニウム板２から構成されることとなるアルミニウム層２’の厚さ：Ｔ1 としては、０．２〜２ｍｍであることが望ましく、また、銅板４にて構成される銅層４’の厚さ：Ｔ3 としては、片面当たり０．０１〜０．８ｍｍであることが望ましく、更に、それらアルミニウム層２’と銅層４’との間に形成された合金層の厚さ：Ｔ2 は、片面当たり０．０１〜０．４ｍｍであることが望ましく、そして板状導電体たる一体的な接合体１０の全体厚さ（Ｔ1 ＋Ｔ2 ＋Ｔ3 ）としては、０．２５〜４ｍｍであることが望ましいのである。
【００２３】
なお、そのような一体的な接合体（板状導電体）１０において、アルミニウム層２’の厚さ：Ｔ1 が０．２ｍｍ未満となると、バスバーの如き用途における剛性を保持し難くなる等の問題を惹起し、また２ｍｍを超えるような厚さとなると、厚くなり過ぎて、重量が大きくなるだけとなることに加えて、狭い部位に配設されるバスバーの用途には不向きとなる問題を生じる。
【００２４】
また、銅層４’の片面当たりの厚さ（Ｔ3 ）が、０．０１ｍｍ未満となると、表面電流が流れ難くなり、導電性の低下を招き易くなって、不都合が生じる一方、０．８ｍｍを超えるような厚さとなると、導電性の向上が望み難くなる他、コスト及び重量が重くなるだけであって、好ましくないのである。
【００２５】
さらに、合金層８の厚さ（Ｔ2 ）が、０．０１ｍｍ未満であると、耐食性の向上効果を得難くなる問題があり、また０．４ｍｍを超えるようになると、それ以上の耐食性の向上効果が望めなくなるのである。
【００２６】
加えて、かかる一体的な接合体１０の全体の厚さ（Ｔ1 ＋Ｔ2 ＋Ｔ3 ）が、０．２５ｍｍ未満となると、バスバー等の用途における剛性を確保し難くなる問題があり、また４ｍｍを超えるような厚さとなると、厚くなり過ぎて重量が重くなるだけでなく、狭い環境下での送電バスバーとして用いるには、好ましくなくなるからである。
【００２７】
以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも、例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。
【００２８】
例えば、アルミニウム板２の両面にクラッドされる銅板４、４としては、同じ厚さの板材を用いることが望ましいが、その厚さを異ならしめることも可能である。そして、その場合においては、二つの銅層４’、４’の厚さが変化することとなり、更に、アルミニウム層２’の両側に形成される合金層８、８の厚さも相互に異なるようにすることも可能である。何れにしても、アルミニウム層２’の両側に位置する銅層４’、４’や合金層８、８の厚さが同一である必要はなく、相互に異ならしめることが可能である。
【００２９】
また、アルミニウム板２と銅板４、４とのクラッドは、クラッド圧延操作にて実施することが好ましいものであるが、アルミニウム板２と銅板４、４との重ね合わせ物６を両側から加圧してクラッドする他の公知のクラッド手法も、同様に、採用可能である。
【００３０】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、そして、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことも、また、理解されるべきである。
【００３２】
先ず、無酸素銅からなる、０．５ｍｍ厚さ×１００ｍｍ幅×２００ｍｍ長さの銅板を、２枚準備した。また、ＪＩＳ規格のＡ１０６０からなる、２．５ｍｍ厚さ×１００ｍｍ幅×２００ｍｍ長さのアルミニウム板を、１枚準備した。そして、それら銅板及びアルミニウム板を、常法に従って、有機溶媒で脱脂処理して、乾燥せしめた後、スリップ防止のため、それらのクラッド面をヘアライン加工した。
【００３３】
次いで、かかるヘアライン加工されたクラッド面が対向するようにして、アルミニウム板の両側に２枚の銅板を重ね合わせた後、加熱炉にて加熱し、３００℃の温度で、１．９ｍｍ厚までの圧延を行なうことからなるクラッド圧延操作を実施して、アルミニウム板の両側に銅板を一体的に接合せしめてなるクラッド板（板状導電体）を得た。そして、このクラッド板について、その断面を観察した結果、中心部分のアルミニウム層の厚さ（Ｔ1 ）が約１．０ｍｍ、表面の銅層の厚さ（Ｔ3 ）が片面当たり約０．１ｍｍ、アルミニウムと銅の合金層の厚さ（Ｔ2 ）が、片面当たり約０．１ｍｍであることが認められた。
【００３４】
そして、かくして得られたクラッド板から、１．９ｍｍ厚さ×１００ｍｍ幅×１００ｍｍ長さの試験材を採取して、その腐食性（耐久性）の評価を行なった。即ち、試験材を温度：１５０℃まで加熱した後、温度：−４０℃まで冷却するという冷熱サイクルを、３０００サイクル繰り返し行なった後、アルミニウム層と銅層との界面の断面を顕微鏡で観察し、腐食の有無を評価した結果、試験材には、何等の腐食も認められなかった。
【００３５】
これに対して、比較のために、ＪＩＳ規格のＡ１０６０からなる１．７ｍｍ厚さ×１００ｍｍ幅×１００ｍｍ長さのアルミニウム板の両面に、銅を、片面当たり０．１ｍｍめっきすることにより、比較材を作製し、その得られた比較材について、上記の試験材と同様な腐食評価試験を行なった結果、かかる比較材には、明確な腐食が認められた。
【符号の説明】
【００３６】
２    アルミニウム板                ２’  アルミニウム層
４    銅板                          ４’  銅層
６    重ね合わせ物                  ８    合金層
１０  接合体
【図１】
0005530464.tif 000002
【図２】
0005530464.tif 000003