(57)【要約】【課題】本明細書は、安定した品質のバスバユニットを製造する。【解決手段】本明細書が開示するバスバユニットの製造方法は、積層工程と加熱成形工程を備えている。積層工程では、半硬化状態の複数のプリプレグ３０ａ、３０ｂを間に挟んで第１バスバ１０と第２バスバ２０を積層する。加熱成形工程では、第１バスバ１０とプリプレグ３０ａ、３０ｂと第２バスバ２０の積層体を金型４０に入れ、積層体３６の周囲に溶融樹脂を充填し、積層体３６を積層方向に加圧しながら加熱してプリプレグ３０ａ、３０ｂを完全硬化させた後に溶融樹脂を固化させる。この製造方法は、半硬化状態の複数のプリプレグが加圧加熱により互いに密着するとともにバスバとも密着する。それゆえ、ボイドが発生したり間に溶融樹脂が入り込んだりすることがなく、安定した品質でバスバユニットを製造することができる。【選択図】図７
2019077042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半硬化状態の複数のプリプレグを間に挟んで第１バスバと第２バスバを積層する工程と、
前記第１バスバと前記プリプレグと前記第２バスバの積層体を金型に入れ、前記積層体の周囲に溶融樹脂を充填し、前記積層体を積層方向に加圧しながら加熱して前記プリプレグを完全固化させた後に前記溶融樹脂を固化させる加熱成形工程と、
を備えるバスバユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、バスバユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載電源の電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換装置など、大電流を扱う装置では、内部抵抗の小さい金属板がケーブルの代わりに電力伝送に用いられる。電力伝送用の金属板はバスバと呼ばれる。特許文献１には、板状の２枚のバスバが近接配置されている電力変換装置が開示されている。その電力変換装置では、電力変換用のトランジスタを封止した複数のパワーカードと複数の冷却器がひとつずつ交互に積層された積層モジュールと電流平滑用のコンデンサが２枚のバスバで接続されている。２枚のバスバが近接配置されているので、２枚のバスバの間には絶縁材が挟まれていることが望ましい。
【０００３】
絶縁材として、熱硬化性樹脂をシート状のガラス繊維基材に含浸／乾燥させたプリプレグが使われることがある。例えば特許文献２には、プリプレグを加熱加圧成形した複数枚の絶縁板を２枚の導電板の間に挟む技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０７９５６０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６０８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
絶縁材を挟んだ２枚のバスバの積層体を樹脂で覆う場合がある。樹脂は、絶縁材を挟んだ２枚のバスバの積層体を金型に入れ、その金型に溶融樹脂を流し込んで成形する。プリプレグを加熱加圧成形して得られる複数の絶縁板を挟み込んだバスバの積層体の周囲に溶融樹脂を流し込んで固める場合、バスバと絶縁板の間にボイドが発生したり、溶融樹脂が入り込んだりすることがあり、品質が安定しない。本明細書は、第１バスバと絶縁板と第２バスバが積層された積層体を樹脂で覆ったバスバユニットを安定した品質で作る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するバスバユニットの製造方法は、積層工程と加熱成形工程を備えている。積層工程では、半硬化状態の複数のプリプレグを間に挟んで第１バスバと第２バスバを積層する。加熱成形工程では、第１バスバとプリプレグと第２バスバの積層体を金型に入れ、積層体の周囲に溶融樹脂を充填し、積層体を積層方向に加圧しながら加熱してプリプレグを完全硬化させた後に溶融樹脂を固化させる。この製造方法は、半硬化状態の複数のプリプレグが加圧加熱により互いに密着するとともにバスバとも密着する。加熱加圧によって複数枚のプリプレグは絶縁板となる。それゆえ、ボイドが発生したり間に溶融樹脂が入り込んだりすることがなく、安定した品質でバスバユニットを製造することができる。
【０００７】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】バスバユニットの適用例であるパワーモジュールの斜視図である。
【図２】パワーモジュールの分解斜視図である（バスバとプリプレグが分離状態）。
【図３】パワーモジュールの分解斜視図である（バスバとプリプレグが積層状態）。
【図４】パワーモジュールの分解斜視図である（バスバとプリプレグが樹脂カバーで覆われた状態）
【図５】プリプレグの製造工程を説明する図である。
【図６】図６（Ａ）は、積層前のバスバとプリプレグを示す断面図である。図６（Ｂ）は、積層後のバスバとプリプレグの断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、金型にセットされた積層体の断面図である。図７（Ｂ）は、完成したバスバユニットの断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、積層するプリプレグの縦糸方向の相違を説明する模式図である。図８（Ｂ）は、プリプレグを平面視したときの縦糸の方向の相違を示す図である。
【図９】実施例で用いたガラスクロスのタイプ別の特性を示す表である。
【図１０】実施例のバスバユニットの耐圧測定結果の表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に、バスバユニットが適用されているデバイスを説明する。図１に、バスバユニット６を使ったパワーモジュール９の斜視図を示す。パワーモジュール９は、電力変換用のトランジスタを封止した複数のパワーカード３と複数の冷却器４が一つずつ交互に積層されている積層モジュール２とコンデンサモジュール５０がバスバユニット６で接続されたデバイスである。隣接する冷却器４は連結管５で連結されている。図１では、複数のパワーカードのうち左端の１個のパワーカードにのみ符号３を付し、残りのパワーカードには符号を省略した。また、複数の連結管のうち、左端の連結管にのみ符号５を付し、残りの連結管には符号を省略した。同様に、複数の冷却器のうち、左の２個の冷却器にのみ符号４を付し、残りの冷却器には符号を省略した。
【００１０】
パワーカード３からは３本の端子３ａ、３ｂ、３ｃが延びており、そのうちの端子３ａ、３ｂが、夫々、バスバでコンデンサモジュール５０の中のコンデンサ素子と接続されている。図１では、２個のバスバは樹脂で覆われている。また、コンデンサ素子も樹脂で覆われている。
【００１１】
図２に、パワーモジュールの分解斜視図を示す。バスバユニット６は、平板状の第１バスバ１０と第２バスバ２０と、２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂと、樹脂カバーで構成されている。図２では樹脂カバーは、描かれていない。また、２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂは、バスバユニット６の完成後には一体化する。プリプレグ３０ａ、３０ｂは、絶縁体である。なお、説明の便宜上、図中の座標系のＺ軸正方向を「上」と定義する。
【００１２】
第１バスバ１０は、コンデンサ素子５１の正極５１ａと接続する電極部１５と、平板状の基板部１１と、基板部１１から上方へ延びる複数の枝部１２を備えている。基板部１１には、二列に並んだ貫通孔１３、１４が設けられている。なお、複数の枝部１２、複数の貫通孔１３、複数の貫通孔１４のそれぞれに対して、一つにのみ符号を付し、残りの部品には符号を省略した。
【００１３】
複数の枝部１２のそれぞれは、一列に並んだ複数の貫通孔１３のそれぞれの縁から上方へ延びている。貫通孔１３をパワーカード３の端子３ｂが通り、端子３ｂと枝部１２が接合される。一列に並んだ他方の貫通孔１４は、第１バスバ１０と後述する第２バスバ２０が積層されて積層モジュール２と接合するとき、第２バスバ２０の枝部２２とパワーカード３の端子３ａが通る孔である。
【００１４】
第２バスバ２０は、コンデンサ素子５１の負極５１ｂと接続する電極部２５と、平板状の基板部２１と、基板部２１から上方へ延びる複数の枝部２２を備えている。基板部２１には、一列に並んだ貫通孔２３が設けられている。なお、複数の枝部２２、複数の貫通孔２３のそれぞれに対して、一つにのみ符号を付し、残りの部品には符号を省略した。
【００１５】
複数の枝部２２のそれぞれは、複数の貫通孔２３のそれぞれの縁から上方へ延びている。貫通孔２３をパワーカード３の端子３ａが通り、端子３ａと枝部２２が接合される。先に述べたように、第１バスバ１０と第２バスバが積層されて積層モジュール２と接合するとき、端子３ａと枝部２２は、第１バスバ１０の貫通孔１４を通る。
【００１６】
第１バスバ１０の基板部１１と第２バスバ２０の基板部２１の間には、２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂが絶縁板として挟まれる。先に述べたように、２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂは、バスバユニット６の製造過程で一体化するが、図２では、理解を深めるために、一体化前の個別のプリプレグ３０ａ、３０ｂを描いてある。プリプレグ３０ａ、３０ｂには、二列に並んだ貫通孔３１、３２が設けられている。複数の貫通孔３１、複数の貫通孔３２のそれぞれに対して、一つにのみ符号を付し、残りの貫通孔には符号を省略した。貫通孔３１には、パワーカード３の端子３ｂが通る。貫通孔３２には、端子３ａと第２バスバ２０の枝部２２が通る。
【００１７】
図３に、第１バスバ１０と２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂと第２バスバ２０を積層させた斜視図を示す。第１バスバ１０と２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂと第２バスバ２０を積層すると、図２で示した貫通孔１３と貫通孔３１が重なり、それらの貫通孔をパワーカード３の端子３ｂが通る。また、貫通孔１４と貫通孔３２と貫通孔２３が重なり、それらの貫通孔を、端子３ａと枝部２２が通る。第１バスバ１０の基板部１１と第２バスバ２０の基板部２１は近接配置されているが、プリプレグ３０ａ、３０ｂによって相互に絶縁されている。
【００１８】
図４に、第１バスバ１０と２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂと第２バスバ２０の積層部分を樹脂カバー６０で覆った状態の斜視図を示す。先に述べたように、プリプレグ３０ａ、３０ｂは、バスバユニット６を製造する途中、樹脂カバー６０を形成するときに一体化する。以下では、一体化したプリプレグを符号３０で表す。図４に示すように、第１バスバ１０とプリプレグ３０と第２バスバ２０の積層部分が樹脂カバー６０で覆われて一体化した部品がバスバユニット６に相当する。コンデンサ素子５１と第１バスバ１０の電極部１５と第２バスバ２０の電極部２５を樹脂で覆い、バスバユニット６を積層モジュール２に取り付け、枝部２２を端子３ａに接合し、枝部１２を端子３ｂに接合すると、図１に示したパワーモジュール９が完成する。
【００１９】
バスバユニット６の製造方法を説明する。先に説明したように、バスバユニット６は、板状の第１バスバ１０（基板部１１）と第２バスバ２０（基板部２１）との間に絶縁板としてプリプレグ３０が挟まれており、それらの積層体が樹脂カバー６０で覆われた部品である。図５以降では、第１バスバ１０と第２バスバ２０の夫々を、一枚の板として表す。
【００２０】
（半硬化状態のプリプレグの製造工程）プリプレグは、熱硬化性樹脂をシート状のガラス繊維基材（ガラスクロス）に含浸／乾燥させたものである。図５に、プリプレグの製造工程を説明する図を示す。プリプレグは、次の工程で作られる。まず、ガラス繊維束（ヤーン）を縦糸と横糸にして編み込んだシート状のガラスクロス５３を、容器５５に満たされた液体状の樹脂ワニス５６に浸漬する。樹脂ワニス５６がまとわりついたガラスクロス５３ａを、厚み調整ローラ５７に通し、厚みを一定にする。最後にガラスクロス５３ａを乾燥炉へ入れ、樹脂ワニスが半硬化状態になったところで取り出す。こうして、半硬化状態のプリプレグが出来上がる。半硬化状態のプリプレグは、適切な大きさにカットされ、次の積層工程へ送られる。
【００２１】
（積層工程）積層工程では、半硬化状態の複数枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂを挟んで第１バスバ１０と第２バスバ２０を積層する。図６（Ａ）は、積層前の第１バスバ１０、半硬化したシート状のプリプレグ３０ａ、３０ｂ、第２バスバ２０を示しており、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の第１バスバ１０等を積層した積層体３６を示している。図６と次の図７は、第１バスバ１０やプリプレグ３０ａ等を断面で示す。プリプレグ３０ａ、３０ｂは、先に述べたように、ガラス繊維束（ヤーン）の縦糸３３と横糸３４で編み込まれたガラスクロス５３の周囲に半硬化状態の樹脂３５が付着したシートである。第１バスバ１０と第２バスバ２０は銅製である。
【００２２】
（加熱形成工程）第１バスバ１０と半硬化状態の複数枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂと第２バスバ２０の積層体３６を射出成形用の金型４０に入れる（図７（Ａ））。金型４０は、上型４１と下型４２に分かれており、上型４１に、樹脂射出口４３が設けられている。樹脂射出口４３から高温の溶融樹脂を射出する。別言すれば、積層体３６の周囲に溶融樹脂を充填する。溶融樹脂の熱と圧力により、積層体３６は積層方向に加圧されるとともに全体が加熱される。加圧により半硬化状態の２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂは一体化する。また、加圧により、プリプレグ３０ａ、３０ｂは、第１バスバ１０、第２バスバ２０と密着する。さらに、加熱により樹脂ワニスが硬化し、一体化したプリプレグ３０が完全に硬化する。硬化したプリプレグ３０が絶縁層（絶縁板）となる。その後、積層体を冷却し、周囲の溶融樹脂が硬化して樹脂カバー６０となる（図７（Ｂ））。こうして、バスバユニット６が完成する。
【００２３】
バスバユニット６の特徴を述べる。バスバユニット６の製造方法では、半硬化状態の複数のプリプレグ３０ａ、３０ｂを挟んで第１バスバ１０と第２バスバ２０を積層し、それらの積層体の周囲を溶融樹脂で満たし、積層体を加圧加熱してプリプレグを完全硬化し、その後に溶融樹脂を硬化させる。半硬化状態の複数のプリプレグ３０ａ、３０ｂを挟んだ積層体を加圧することで、複数のプリプレグ３０ａ、３０ｂが一体化するとともに、第１バスバ１０、第２バスバ２０と密着する。それゆえ、樹脂カバー成形時にボイドが発生し難く、かつ、溶融樹脂が積層体の中に入り込み難い。実施例の製造方法は、品質が安定したバスバユニットを得ることができる。
【００２４】
また、半硬化状態のプリプレグを挟んで積層体を加圧するので、プリプレグが薄く引き伸ばされ、積層体を薄くすることができる。一体化したプリプレグの中に、２層のガラスクロスが入っており、実施例のバスバユニットは、一方のバスバと他方のバスバの間の絶縁性が高い。即ち、２枚のバスバを隔てる絶縁層（プリプレグ）が薄く、かつ、絶縁性の高いバスバユニットが得られる。
【００２５】
実施形態で説明した技術に関する留意点を述べる。２枚のプリプレグは、平面視したときに縦糸の方向が交差するように重ねるとよい。図８に、積層するプリプレグの縦糸方向の相違を説明する模式図を示す。図８（Ａ）が２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂの斜視図である。点線が縦糸を模式的に表している。図８（Ｂ）は、重ねられたシート状のプリプレグを平面視したときの縦糸の方向を示している。図８（Ａ）、（Ｂ）において、矢印Ａ１が、プリプレグ３０ａの縦糸の方向を示しており、矢印Ｂ１がプリプレグ３０ｂの縦糸の方向を示している。図８のケースでは、２枚のプリプレグ３０ａ、３０ｂは、縦糸の方向が角度Ｔｈで交差するように積層される。縦糸の方向が交差するように複数のプリプレグを積層することで、バスバユニットにおいてプリプレグで構成される絶縁層の強度が向上するとともに絶縁性（耐圧）が向上する。
【００２６】
プリプレグのガラスクロスには、縦糸と横糸の網目の隙間（いわゆるバスケットホール）ができるだけ小さい高開繊のタイプを用いるとよい。高開繊のガラスクロスを採用することで、ガラスクロスが均質化し、レーザやドリルによる加工性が向上する。
【００２７】
（実施例）いくつかのタイプのプリプレグを用いてバスバユニットを試作して評価した。評価に用いたプリプレグは以下の通りである。なお、ガラスクロスのタイプ別の特性を図９に示す。通常開繊タイプのガラスクロスには、縦糸と横糸の網目に隙間（バスケットホール）が存在するが、高開繊タイプのガラスクロスでは、バスケットホールは極めて小さい。
【００２８】
プリプレグＡ：エポシキ樹脂として耐熱性エポシキ樹脂（日本化薬製「ＮＣ−３０００−Ｈ」、エポキシ当量２８０）１００部と、硬化剤としてフェノールノボラック系硬化剤（ＤＩＣ製「ＬＦ−６１６１」、水酸基当量１１８）４２部をメチルイソブチルケトン（関東化学製）７５部に溶解した。そこに硬化促進剤としてイミダゾール系硬化促進剤（四国化成製「２Ｅ４ＭＺ］）５部を加えて撹拌し、絶縁ワニスとした。この絶縁ワニスを高開繊タイプのガラスクロス（＃１０２７、単重２０ｇ／ｍ２）に含浸し、加熱乾燥させた（厚みは５０μｍ）。
【００２９】
プリプレグＢ：上記の絶縁ワニスを高開繊タイプのガラスクロス（＃１０３７、単重２３ｇ／ｍ２）に含浸し、半硬化状態になるまで加熱乾燥させた（厚みは５０μｍ）。
【００３０】
プリプレグＣ：上記の絶縁ワニスを高開繊タイプのガラスクロス（＃１０７８、単重４８ｇ／ｍ２）に含浸し、半硬化状態になるまで加熱乾燥させた（厚みは５０μｍ）。
【００３１】
プリプレグＤ：上記の絶縁ワニスを通常開繊タイプのガラスクロス（＃１０６、単重２４ｇ／ｍ２）に含浸し、半硬化状態になるまで加熱乾燥させた（厚みは５０μｍ）。
【００３２】
プリプレグＥ：上記の絶縁ワニスを通常開繊タイプのガラスクロス（＃１０８０、単重４７ｇ／ｍ２）に含浸し、半硬化状態になるまで加熱乾燥させた（厚みは５０μｍ）。
【００３３】
（バスバユニットの製造）バスバユニットとしては、厚み０．５ｍｍの銅製の２枚のバスバ（第１バスバと第２バスバ）の間に、上記プリプレグＡ−Ｅのいずれかを複数枚挟んで積層体とした。バスバの材料である銅は、Ｃ１０２０である。また、複数枚のプリプレグは、縦糸の方向が交差するように重ねた。その積層体を、金型温度１７５℃の金型にインサートし、射出圧力１２ＭＰａの条件でエポキシ樹脂封止材（日立化成製「ＣＥＬ−３６００」）を射出した。その後、オーブンで１８０℃で１時間後硬化させてバスバユニットを作製した。
【００３４】
（絶縁破壊電圧の測定）上記したバスバユニットの第１バスバと第２バスバの間に耐圧試験器のプローブを接触させ、電圧を上げていき、絶縁破壊するときの耐圧を測定した。また、絶縁破壊電圧の目標値は７ｋＶ以上とした。
【００３５】
耐圧試験の結果を図１０に示す。高開繊タイプのガラスクロスで作製した複数のプリプレグを２枚のバスバの間に、縦糸方向が交差するように重ねることで、バスバの間隔が１ｍｍ以下でも絶縁破壊電圧が目標値以上のバスバユニットが得られた。
【００３６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３７】
２：積層モジュール
３：パワーカード
４：冷却器
５：連結管
６：バスバユニット
９：パワーモジュール
１０：第１バスバ
１１、２１：基板部
１２、２２：枝部
１３、１４、２３、３１、３２：貫通孔
１５、２５：電極部
２０：第２バスバ
３０、３０ａ、３０ｂ：プリプレグ
３３：縦糸
３４：横糸
３６：積層体
４０：金型
４３：樹脂射出口
５０：コンデンサモジュール
５１：コンデンサ素子
５３、５３ａ：ガラスクロス
５５：容器
５６：樹脂ワニス
５７：厚み調整ローラ
６０：樹脂カバー
【図１】
2019077042.tif 000003
【図２】
2019077042.tif 000004
【図３】
2019077042.tif 000005
【図４】
2019077042.tif 000006
【図５】
2019077042.tif 000007
【図６】
2019077042.tif 000008
【図７】
2019077042.tif 000009
【図８】
2019077042.tif 000010
【図９】
2019077042.tif 000011
【図１０】
2019077042.tif 000012