(57)【要約】【課題】電池や電気機器を接続するためのバスバーであって、導電率、母材強度、耐ボルト緩み性及びレーザー溶接性に優れたバスバーを提供する。【解決手段】Ｆｅ：０．７〜２．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０６〜１．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、５５．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有し、金属組織中に円相当直径１〜３μｍのＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が１４０００個／ｍｍ２以上存在し、Ｆｅ含有量をＣｆｅ（ｍａｓｓ％）、Ｃｕの含有量をＣｃｕ（ｍａｓｓ％）として、１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕが７以下であることを特徴とするアルミニウム合金製バスバー、ならびに、これと他部材とのレーザー溶接体。【選択図】図１
2015025147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．７０〜２．００ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０６〜１．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、５５．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有し、金属組織中に円相当直径１〜３μｍのＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が１４０００個／ｍｍ２以上存在し、Ｆｅ含有量をＣｆｅ（ｍａｓｓ％）及びＣｕ含有量をＣｃｕ（ｍａｓｓ％）として、１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕが７以下であることを特徴とするアルミニウム合金製バスバー。
【請求項２】
前記アルミニウム合金が、Ｔｉ：０．００５〜０．３００ｍａｓｓ％を単独で、或いは、これに、Ｂ：０．０００１〜０．０５ｍａｓｓ％及びＣ：０．０００１〜０．００２ｍａｓｓ％の少なくとも一方を更に含有する、請求項１に記載のアルミニウム合金製バスバー。
【請求項３】
前記アルミニウム合金がＯ材に調質された際に１００ＭＰａ以上の引張強度を有する、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金製バスバー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製バスバーと他部材とのレーザー溶接体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車、ハイブリット自動車、鉄道車両、航空機等の移動体、配電盤や蓄電システム等の定置型の産業設備において、電池や電気機器を電気的に接続する導電体であるアルミニウム合金製バスバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電池や電気機器を接続するためのバスバーは、導電率と強度のバランスからＣｕ合金が主に用いられている。コスト低減と軽量化のために、Ｃｕ製のバスバーをＡｌ又はＡｌ合金製のバスバーに置き換える試みが近年活発になっている。
【０００３】
バスバーをＣｕからＡｌへ置き換える上で問題となるのは、強度や導電率などの材料特性と、バスバー同士、或いは、バスバーと電池や電気機器との電気的な接続性（接触抵抗等）である。バスバーの接続には、ボルト締め又は溶接が用いられる。
【０００４】
ボルト締めでは組み付け後も交換、取り外しが容易であることが特長である。しかしながら、使用環境における温度や通電による発熱により、バスバー温度が１００℃まで上昇し、その後温度低下するといった熱変動が起こる場合がある。このような場合には、ボルトに緩みが生じて接触抵抗が増加してしまう可能性がある。ボルトの緩みを防ぐにためには大きな母材強度が必要である。一方、溶接による接続では、相手材と金属接合するため接合界面での接触抵抗が低い状態で安定することが特長である。溶接法としては近年レーザー溶接が多用されるようになっており、バスバーには良好なレーザー溶接性が求められる。
【０００５】
一つのバスバーに対して適用する接続方法としては、ボルト締め又はレーザー溶接のいずれかを適用することもある。しかしながら、図８のような電池やインバーターなどの電気機器ユニットに使用するバスバーにおいては、ユニット内部の導体とバスバーとの接続には電気的接続の信頼性が高いレーザー溶接を適用し、ユニットと他の機器とのバスバー同士の接続にはユニット単位の組み付けや交換が可能なボルト締めを適用するなど、２種類以上の接続方法が適用される場合がある。
【０００６】
特許文献１には、添加元素Ｆｅ、Ｓｉの添加量を制限したＡｌ合金をバスバーに適用し、レーザー溶接にてバスバーを接合する方法が提案されている。しかしながら、添加元素が少ないＡｌ合金では十分な母材強度が確保されない。したがって、製品組み立て時のハンドリングや、製品として使用中の振動などで不適切に変形しまう。また、ボルト締めの場合は、締結部において緩みが生じて接触抵抗が増加する可能性がある。このような母材の強度不足や締結部の緩みによって、バスバーとしての適用範囲が制限されるといった問題になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１７１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、電池や電気機器を接続するためのバスバーであって、導電率、母材強度、耐ボルト緩み性及びレーザー溶接性に優れたバスバーの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、バスバーに適用するＡｌ合金のＦｅ、Ｃｕの含有量、ならびに、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の分布を厳密に調整することによって、前述の課題を解決できることを見出して本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は請求項１において、Ｆｅ：０．７０〜２．００ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０６〜１．００ｍａｓｓ％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、５５．０％ＩＡＣＳ以上の導電率を有し、金属組織中に円相当直径１〜３μｍのＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が１４０００個／ｍｍ２以上存在し、Ｆｅ含有量をＣｆｅ（ｍａｓｓ％）及びＣｕ含有量をＣｃｕ（ｍａｓｓ％）として、１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕが７以下であることを特徴とするアルミニウム合金製バスバーとした。
【００１１】
本発明は請求項２では請求項１において、前記アルミニウム合金が、Ｔｉ：０．００５〜０．３００ｍａｓｓ％を単独で、或いは、これに、Ｂ：０．０００１〜０．０５ｍａｓｓ％及びＣ：０．０００１〜０．００２ｍａｓｓ％の少なくとも一方を更に含有するものとした。
【００１２】
本発明は請求項３では請求項１又は２において、前記アルミニウム合金がＯ材に調質された際に１００ＭＰａ以上の引張強度を有するものとした。
【００１３】
本発明は請求項４において、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金製バスバーと他部材とのレーザー溶接体とした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、導電率、母材強度、耐ボルト緩み性及びレーザー溶接性に優れたアルミニウム合金製バスバーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】アルミニウム合金板のＦｅとＣｕの含有量と導電率（５５．０％ＩＡＣＳ）の関係を示すグラフである。
【図２】穴開け加工を施したバスバーの斜視図である。
【図３】穴開け加工を施したバスバーの斜視図である。
【図４】曲げ加工と穴開け加工を施したバスバーの斜視図である。
【図５】曲げ加工と穴開け加工を施したバスバーの斜視図である。
【図６】プレス打ち抜き加工と穴開け加工を施したバスバーの斜視図である。
【図７】バスバーのレーザー溶接性評価の説明図である。
【図８】電気機器ユニットに使用するバスバーの接合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るアルミニウム合金製バスバーは、所定のＡｌ合金組成と導電率を有し、金属組織中に円相当直径１〜３μｍのＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が所定の面密度で存在し、更に、Ａｌ合金のＦｅとＣｕの含有量が所定の条件を満たす。以下に、これらについて詳細に説明する。
【００１７】
１．Ａｌ合金組成
本発明に係るバスバーは、必須元素としてＦｅ：０．７０〜２．００ｍａｓｓ％（以下、単に「％」と記す）及びＣｕ：０．０６〜１．００％を含有し、残部Ａｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなる。
【００１８】
Ｆｅ：０．７０〜２．００％
Ｆｅは材料中にはほとんど固溶しないため、固溶による導電率低下への影響が小さく、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物として存在して母材強度に寄与する元素である。また、溶接する際には溶接部にＦｅが存在することで溶接部強度が向上し、割れ防止の効果を発揮する。Ｆｅの含有量が０．７０％未満では、金属間化合物の数が少なくレーザー溶接性が不安定になる。一方、２．００％を超えると、導電率が５５．０％ＩＡＣＳを下回り、更に粗大な金属間化合物も形成し易くなるため、レーザー溶接性が不安定になったり、プレス加工が困難になるといった問題が生じる。
【００１９】
Ｃｕ：０．０６〜１．００％
Ｃｕは、強度を向上させるために有効な元素である。Ｃｕの含有量は、０．０６〜１．００％の範囲とする。Ｃｕ含有量が０．０６％未満では、強度向上の効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が多くなると導電率が低下して、溶接凝固時の固液共存温度域が広くなる。その結果、溶接割れが発生し易くなるため、Ｃｕ含有量は１．００％以下とする。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．１２〜１．００％である。
【００２０】
一般に、アルミニウム合金はＦｅやＣｕなどの添加によって強度が向上するが、導電率は低下する傾向にある。バスバーでは、強度と導電率をともに高く維持することが必要である。そこで、ＦｅとＣｕの含有量が導電率に及ぼす影響を調べた。通常の半連続鋳造法（ＤＣ法）を用いて、ＦｅとＣｕの含有量を種々変化させたアルミニウム合金の鋳塊を鋳造した。この鋳塊に冷間圧延を施して、板厚１ｍｍのアルミニウム合金板とした。更に、このアルミニウム合金板に最終焼鈍を施してＯ材の試料とした。得られた試料の導電率を測定した結果を、図１に示す。図１から、導電率が５５．０％ＩＡＣＳ以上になる試料におけるＦｅとＣｕの含有量の関係式を求めたところ、１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕ≦７が得られた。ここで、ＣｆｅはＦｅの含有量を（％）、ＣｃｕはＣｕの含有量（％）を表わす。Ａｌ合金組成として、図１において５５．０％ＩＡＣＳ以上導電率が得られるＣｆｅとＣｃｕのそれぞれ上限を用いると、強度増加には効果的であるが導電率が低くなってしまう。従って、上記式を満たすＦｅとＣｕの含有量とする必要がある。
【００２１】
Ｔｉ：０．００５〜０．３００％、Ｂ：０．０００１〜０．０５、Ｃ：０．０００１〜０．００２％
また、上記アルミニウム合金破、選択的添加元素として、Ｔｉ：０．００５〜０．３００％を単独で、或いは、これに、Ｂ：０．０００１〜０．０５％及びＣ：０．０００１〜０．００２％の少なくとも一方を更に含有していてもよい。Ｔｉ、Ｂ、Ｃは鋳塊組織の微細化剤として、一般的に添加される元素である。本発明では、選択的添加元素として、Ｔｉ：０．００５〜０．３００％を単独で、或いは、これに、Ｂ：０．０００１〜０．０５％及びＣ：０．０００１〜０．００２％の少なくとも一方を更に添加することができる。
【００２２】
Ｔｉは鋳塊の結晶粒の微細化に効果があり、鋳塊割れを防止する。Ｔｉ含有量が０．００５％未満では、上記効果が十分ではない。一方、Ｔｉ含有量が０．３００％を超えると粗大なＡｌ−Ｔｉ系化合物が形成され、導電率低下やレーザー溶接性の悪化の要因となる。従って、Ｔｉ含有量は、０．００５〜０．３００％の範囲とするのが好ましい。Ｔｉのより好ましい含有量は、０．０１〜０．１００％である。
【００２３】
また、ＴｉとＢからなるＴｉＢ２と、ＴｉとＣからなるＴｉＣは、鋳塊組織の微細化材として作用する。Ｂ含有量が０．０００１％未満では、微細化材の効果が十分に得られない場合があり、一方、０．０５０％を超えるとＴｉ−Ｂ系化合物（例えば、ＴｉＢ２）の粗大凝集物によってレーザー吸収の増加が起こり、溶け込み深さやビート幅が不均一となってレーザー溶接性の安定性が悪化する。また、Ｃ含有量が０．０００１％未満では、十分な微細化効果が得られない場合があり、一方、０．００２％を超えるとＴｉ−Ｃ系化合物（例えば、ＴｉＣ）の粗大凝集物により、レーザー溶接性の安定性が悪化する。なお、Ｂ含有量は、０．０００５〜０．００５％とするのがより好ましく、Ｃ含有量は、０．０００５〜０．００１％とするのがより好ましい。
【００２４】
上記Ａｌ合金の代表的な不可避的不純物として、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇについて説明する。まず、Ｓｉはアルミニウム地金に含有されるためＡｌ合金中に含有される代表的な不可避的不純物である。Ｓｉ量を好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．１％以下に規制する。Ｓｉ量が０．３％を超えるとＦｅとの化合物が形成され易く、粗大晶出物が生成し易くなり加工性が低下する。また、Ｓｉは溶接性も阻害するため、０．３％を超えて含有されるのは不適当である。
【００２５】
Ｍｎは、Ａｌ合金に多く固溶して導電率を低下させるため、更に、Ａｌ合金中にあって溶接性を阻害するため、好ましくは０．０５％以下、より好ましくは０．０１％以下に規制する。ＭｇはＡｌ合金中にあって固溶する場合は導電率を低下させる。更に、Ａｌ合金中にあって溶接性を阻害するので、０．０５％以下、好ましくは０．０１％以下に規制することが好ましい。
【００２６】
本発明では上記Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ以外の不可避的不純物として、更にＺｎ、Ｃｒをそれぞれ０．０１％以下、全体で０．０１５％以下含有していてもよい。
【００２７】
２．導電率
バスバーには、電池や電気機器を電気的に接続するため高い導電性が要求される。使用する材料の導電率が５５．０％ＩＡＣＳを下回ると電力損失が増大するなど、バスバーとしての特性が不十分となる。導電率の上限は特に規定するものではないが、本発明のＡｌ合金の導電率は６１．０％ＩＡＣＳが限界である。
【００２８】
３．Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面密度
本発明に係るバスバーに用いるアルミニウム合金材は、金属組織中に円相当径１〜３μｍのＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物が１４０００個／ｍｍ２以上存在する。Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物はレーザーの吸収率を増大させるため、レーザーによるアルミニウム合金の溶け込み深さを深くする。上記面密度が１４０００個／ｍｍ２未満では、レーザー吸収率が低くアルミニウム合金の溶け込み深さが十分でなく、バスバーの接合が困難になる。また、上記面密度が１４０００個／ｍｍ２未満の場合にはＦｅの固溶量が多量となり、バスバー材として必要な導電率が５５．０％ＩＡＣＳ未満となる可能性が高くなる。金属間化合物の面密度の上限は特に規定するものではないが、組成と製造工程により自ずと上限は決まる。本発明では、上限を５００００個／ｍｍ２、好ましくは４００００個／ｍｍ２とする。なお、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物とは、ＦｅＡｌ３、ＦｅＡｌ６、ＦｅＡｌｍ、ＦｅＡｌＳｉなどの金属間化合物をいう。なお、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物の中にＣｕが含まれていても構わない。
【００２９】
また、本発明において対象となるＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の円相当直径は１〜３μｍである。この範囲の金属間化合物が多く存在することでレーザー溶接の安定性が確保される。円相当直径が３μｍを超えるものが多く存在すると、レーザー溶接の安定性が損なわれる。円相当直径が１〜３μｍの金属間化合物の面密度を上記のように調整することにより、３μｍを超える円相当直径の金属間化合物の存在を実質的に抑制することが可能となり、例え存在してもごく少量であって、レーザー溶接の安定性が損なわれる程にはならない。一方、円相当直径１μｍ未満の金属間化合物は、１〜３μｍの金属間化合物と同様にレーザー溶接の安定性に寄与するために存在していても差し支えない。しかしながら、存在する面密度が少なく、レーザー溶接の安定性への効果が補助的であることが判明している。従って、１〜３μｍの円相当直径を有するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面密度を規定すれば、十分に目的の特性を得られることが判明した。
【００３０】
４．調質と引張強度
本発明に係るバスバーに用いるアルミニウム合金は、Ｏ材に調質された際に１００ＭＰａ以上の引張強度を有する。母材の上記引張強度が１００ＭＰａ未満では、組み付けの際のハンドリング時や、製品としての使用時における振動で変形する可能性があるため好ましくない。更に、ボルト締めする場合は締結部で緩みが生じて接触抵抗が増加する可能性がある。なお、調質はＯ材に限定する必要はなく、加工硬化によりＨ材として強度を増した材料を用いてもよい。母材の上記引張強度の上限は特に限定されるものではないが、組成と調質により自ずと決まる。本発明では、上限を２４０ＭＰａとする。
【００３１】
５．製造方法
本発明に係るバスバーに用いるアルミニウム合金材は、求められる板厚に応じて、熱間圧延板又は冷間圧延板のいずれを用いてもよい。具体的には、鋳造工程、均質化工程、面削工程、熱間圧延の予備加熱工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程、焼鈍工程を経て製造される。以下、製造工程について説明する。
【００３２】
５−１．鋳造工程
所定の組成に調整したアルミニウム合金の溶湯を用いて、鋳造工程により鋳塊を作製する。鋳造方法としては、一般的な半連続鋳造法（ＤＣ法）を用いることができる。また、連続鋳造法（ＣＣ法）で実施しても良い。
【００３３】
５−２．均質化処理工程
鋳造工程で作製された鋳塊は、均質化処理工程にかけられる。均質化処理条件は、５２０〜６２０℃の温度で４〜１０時間加熱し、次いで、５００℃から４００℃への冷却速度を５０℃／時間以下、好ましくは３０℃／時間以下とする。これにより、円相当径が１〜３μｍのＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面密度を１４０００個／ｍｍ２以上とすることができる。均質化処理温度を５２０℃未満としたり、加熱時間を４時間未満とした場合には、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物を十分析出させることができない。一方、均質化処理温度が６２０℃を超えると、鋳塊が溶融する虞があるため好ましくない。また、加熱時間が１０時間を超える場合、材料特性は問題ないが、生産性が損なわれる。また、上記冷却速度が５０℃／時間を超える場合は、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面密度は１４０００個／ｍｍ２を下回る可能性がある。
【００３４】
５−３．面削工程と予備加熱工程
均質化処理工程の前又は後に鋳塊を面削工程にかけて、表面部分を除去する面削を行う。均質化処理工程前に面削工程にかける場合は、均質化処理工程が熱間圧延のための予備加熱工程を兼ねることができる。この場合には、面削した鋳塊を均質化処理温度で所定時間保持後に所定温度まで冷却した後に、熱間圧延のための予備加熱工程を経ずに直ちに熱間圧延工程を開始してもよく、或いは、熱間圧延工程の開始温度とそれより４０℃高い温度との範囲内で、０．５〜４時間の熱間圧延のための予備加熱工程にかけてから熱間圧延工程を開始してもよい。
【００３５】
均質化処理工程後に面削工程にかける場合は、面削後に熱間圧延のための予備加熱工程にかけることが必要になる。この予備加熱工程では、熱間圧延工程の開始温度とそれより４０℃高い温度の範囲内で、面削した鋳塊を０．５〜４時間加熱する。
【００３６】
面削工程を均質化処理工程の前後のいずれに行った場合であっても、予備加熱工程の温度が、熱間圧延工程の開始温度とそれより４０℃高い温度との範囲の上限範囲を超える場合には、熱間圧延開始温度に調整するための時間が長くなり、生産性が損なわれ、上記範囲未満の場合には熱間圧延開始温度に届かないため、非効率である。また、予備加熱時間が０．５時間未満ではスラブ全体を十分に加熱できないため、安定した熱間圧延が困難となり、４時間を超えても材料特性は問題ないが、生産性が損なわれる。
【００３７】
５−４．熱間圧延工程
熱間圧延工程の開始時における鋳塊温度は特に限定されるものではないが、効率的な熱間圧延を行うためには３５０〜５２０℃とするのが好ましい。この温度が３５０℃未満では安定した熱間圧延が困難となり、５２０℃を超えると熱間圧延における再結晶粒が粗大化し、外観不良の原因となる場合がある。また、板厚が２ｍｍ以上のアルミニウム合金板をバスバーとして用いる場合には、後述の冷間圧延工程を経ないで、熱間圧延工程後のアルミニウム合金板をバスバー材として用いるのが好ましい。
【００３８】
５−５．冷間圧延工程と焼鈍工程
熱間圧延工程後に圧延材を冷間圧延工程にかけることによって、所定の板厚まで圧延することができる。特に、製品板厚が２ｍｍを下回る場合は冷間圧延工程にかけるのが好ましい。また、冷間圧延工程の途中又は冷間圧延工程後に焼鈍工程を設けてもよい。これに代わって、熱間圧延工程後に冷間圧延工程を設けずに焼鈍工程を設けてもよい。冷間圧延条件と焼鈍条件は特に限定されるものではなく、製品の要求強度と成形性に応じて、両者のバランスを考慮することによって適宜決定すればよい。中間焼鈍やＯ材とするための最終焼鈍では、均一な再結晶組織を得るために、バッチ焼鈍炉を用いて３５０〜５００℃で０．５〜８時間保持する条件が好適である。この焼鈍は、場合により急速に加熱冷却する連続焼鈍ラインを用いて実施してもかまわないが、その場合、３７０〜５２０℃の好適範囲で設定された所定焼鈍温度に材料温度が到達した後の保持時間を０秒（保持無しで直ちに冷却）〜６０秒とするのが好ましい。また、Ｈ２Ｘ材とするための最終焼鈍は、必要とする回復度を達成するために条件を適宜選択して実施すればよいが、バッチ焼鈍炉を用いて１５０〜２８０℃で０．５〜８時間保持する条件範囲が好適である。ただし、中間焼鈍を行わない場合の冷間圧延のトータル圧下率、或いは、中間焼鈍を行う場合の中間焼鈍後の冷間圧延の圧下率が７０％以上になると硬化し過ぎて曲げ性が悪化するため、７０％未満とすることが好ましい。
【００３９】
６．形状
本発明に係るバスバーは、通常、断面が矩形の棒状をなす。棒状の厚さは、０．５〜１０ｍｍとするのが好ましい。厚さが０．５ｍｍ未満では、十分な通電性を確保することができない場合がある。一方、１０ｍｍを超えると、実用上必要なプレス成形性や曲げ加工性が得られない場合がある。なお、本発明に係るバスバーでは、図２〜６に示すような、曲げ加工（図４、５）、プレス打ち抜き加工（図６）、ボルト用の穴開け加工（図２〜６）を行うこともある。また、耐食性向上、接触抵抗低下を目的にバスバー表面にメッキ処理を適宜施しても良い。
【００４０】
７．本発明に係るバスバーと他部材とのレーザー溶接体
本発明に係るバスバーと他部材とを接合することによって、接合体が得られる。このような接合には、レーザー溶接が好適に用いられる。他部材としては、アルミニウム製バスバーや各種電気機器が用いられ、その材質としては、本発明で用いるアルミニウム合金材、他のアルミニウム材（１０００系、５０００系、６０００系など）、銅及び銅合金などが適用できる。接合体の態様としては、本発明に係るバスバー同士、本発明に係るバスバーと他のバスバー、或いは、本発明に係るバスバーと各種電気機器の接合体が挙げられる。
【００４１】
接合にレーザー溶接を用いる場合のレーザーには、連続波とパルス波のいずれを用いてもよい。また、レーザー溶接法による接合に代えて、ボルト締めを採用することもできる。接合形態は、重ね、すみ肉、突合せ等を適宜選択できる。また、ボルト締めする際の締め付けトルクは直径により適宜調整が必要になる。更に、本発明に係るバスバーの一方側を他のバスバーや電気機器にレーザー溶接法を用いて接合し、他方側を他のバスバー等にボルト締めを用いて接合してもよい。
【実施例】
【００４２】
本発明について、以下の実施例に基づいて説明する。なお、これらの実施例は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４３】
下記の製造方法によって、本発明例及び比較例のアルミニウム合金材試料を作製した。（１）、（３）では調質をＨ材とし、（２）、（４）では調質をＯ材とした。なお、（１）から（４）は同一スラブを用いており、熱延工程後に熱間圧延板を分割して（１）から（４）で用いるそれぞれのサンプルに分けている。
（１）ＤＣ鋳造→均質化処理→面削→熱間圧延
（２）ＤＣ鋳造→均質化処理→面削→熱間圧延→最終焼鈍
（３）ＤＣ鋳造→均質化処理→面削→熱間圧延→冷間圧延
（４）ＤＣ鋳造→均質化処理→面削→熱間圧延→冷間圧延→最終焼鈍
【００４４】
ＤＣ鋳造法によって、表１に示すアルミニウム合金の鋳塊を作製した。表１において、「−」は無添加であることを示す。また、表２に本発明例及び比較例の製造方法を示した。要求される特性に合わせ、鋳造工程、均質化処理工程、面削工程、予備加熱工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程及び最終焼鈍工程を適宜実施した。なお、最終焼鈍工程には、バッチ焼鈍炉を用いた。
【００４５】
【表１】
2015025147.tif 000003
【００４６】
【表２】
2015025147.tif 000004
【００４７】
上記のようにして作製した試料の１．導電率、２．引張強度、３．１〜３μｍの円相当径を有するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面密度、４．レーザー溶接性及び５．耐ボルト緩み性を以下のようにして評価した。
【００４８】
１．導電率
シグマテスターを用いて、渦電流法により導電率（％ＩＡＣＳ）を測定した。
【００４９】
２．引張強度
引張強度はＪＩＳ  Ｚ  ２２０１で規定されるＪＩＳ５号試験片を試料から切り出し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１準拠による引張試験により測定した。
【００５０】
３．Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面密度
試料の金属組織中に存在するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物分布の観察は、試料の板表面を研磨、ケラーエッチング後、５００倍で光学顕微鏡にて２５０００μｍ２の面積を１０視野観察して、合計２５００００μｍ２の観察結果から、画像解析ソフトによって金属間化合物の大きさを面積が同一の円としたときの円の直径に換算した円相当径１〜３μｍの個数を解析して求めた後、１ｍｍ２当たりの個数に換算した。
【００５１】
４．レーザー溶接性
レーザー溶接性については、溶接部溶け込み深さの値とばらつきで評価した。
【００５２】
４−１．溶け込み深さ
試料表面において、長さ２００ｍｍにわたってレーザー照射を連続的に移動させ、照射部における溶け込み深さを測定した。レーザー照射の条件は、レーザー出力を２０００Ｗ、溶接速度を１５ｍ／分、集光径を０．３ｍｍφ、連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）とし、終端部において出力を段階的に低下させる終端処理は行わなかった。全照射長さのうちの５箇所（間隔は１５ｍｍ）についてその断面を光学顕微鏡によって観察し、各断面における溶け込み深さの最大値を測定した。そして、これらの算術平均値と標準偏差を求めた。
【００５３】
同一条件下で比較した際に溶け込み深さが浅いと、投入エネルギーを更に増大しなければ溶接できずコストが増加するので、溶け込み深さが１ｍｍ以上のものを「○」（合格）、１ｍｍ未満ものを「×」（不合格）と判定した。また、溶け込み深さの標準偏差が大きい、すなわち溶け込み深さが不均一であると、溶接部の強度にばらつきが生じ構造体として欠陥の起点となる可能性があるので、標準偏差が０．２未満のものを「○」（合格）、０．２以上のものを「×」（不合格）と判定した。
【００５４】
４−２．溶接性
また、相手材となるバスバーのアルミニウム合金を変えてレーザー溶接したときの溶接性を評価した。評価サンプルとしては、図７に示すサンプルを用いた。すなわち、バスバーを幅３０ｍｍ×長さ１００ｍｍの短冊形状に加工し、重ね合わせて幅方向の全長にわたってレーザー溶接を行った。相手材としては、一般的なアルミニウムのＪＩＳ合金である１０７０、３００３、３００４、６１０１を用いた。レーザー照射の条件は、レーザー出力を２０００Ｗ、溶接速度を１５ｍ／分、集光径を０．３ｍｍφ、連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）とし、終端部において出力を段階的に低下させる終端処理は行わなかった。
【００５５】
溶接性は、以下のように評価した。まず、溶接部の表面を目視によって観察し、溶接表面の割れの有無を調べた。更に、全溶接長さのうちの５箇所（間隔は５ｍｍ）についてその断面を光学顕微鏡によって観察し、各溶接部断面における割れの有無を調べた。表面観察及び断面観察ともに割れが発生していないものを「○」（合格）、いずれか又は両方に割れが発生しているものを「×」（不合格）とした。
【００５６】
５、ボルト緩み性
ボルト締めした際の耐ボルト緩み性の評価は、次のようにして行なった。２０ｍｍ×２０ｍｍの板に直径８ｍｍの貫通孔を開けて、Ｍ８のボルトを締め付けトルク１２Ｎ・ｍで締め付け、この状態で加熱して１２０℃で３時間保持した。次に、これを室温まで冷却してボルトの解放トルクを測定して、締め付けトルクと解放トルクの変化率を求めた。評価は、変化率が１０％以下を合格「○」、変化率が１０％よりも大きいものを不合格「×」と判定した。
【００５７】
評価結果を表３、４に示す。表３は冷間圧延又は熱間圧延で調質をＨ材としたもの、表４は冷間圧延又は熱間圧延後に調質をＯ材としたものを示した。本発明例１〜２４は発明範囲を満たすためにいずれの評価も合格であった。
【００５８】
【表３】
2015025147.tif 000005
【００５９】
【表４】
2015025147.tif 000006
【００６０】
比較例３、９、１８、２４では、Ｆｅの含有量が少ないため、溶け込み深さ、ならびに、相手材との溶接性が不合格であった。更に、９、２４ではボルト緩み性が不合格となった。
【００６１】
比較例４、１０、１９、２５では、Ｆｅの含有量が多いため、溶け込み深さの標準偏差が０．２以上と不安定であり、一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【００６２】
比較例６、２１では、Ｃｕの含有量が少ないため、一部の相手材との溶接性が不合格であった。また、比較例１１、２６では、Ｃｕの含有量が少ないため、ボルト緩み性が不合格であった。更に、相手材との溶接性が不合格であった。
【００６３】
比較例７、２２では、Ｃｕの含有量が多いため、関係式１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕ≦７を満たさないため導電率が５５．０％ＩＡＣＳ未満となり不合格であった。また、一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【００６４】
比較例１、１６では、関係式１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕ≦７を満たさないため導電率が５５．０％ＩＡＣＳ未満となり不合格であった。また、一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【００６５】
比較例１２、２７では、関係式１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕ≦７を満たさないため導電率が５５．０％ＩＡＣＳ未満となり不合格であった。一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【００６６】
比較例１３、２８では、関係式１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕ≦７を満たさないため導電率が５５．０％ＩＡＣＳ未満となり不合格であった。一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【００６７】
比較例５、１４、２０、２９では、ＦｅとＣｕの含有量が共に多く関係式１．９×Ｃｆｅ＋６×Ｃｃｕ≦７を満たさないため導電率が５５．０％ＩＡＣＳ未満となり不合格であった。また、溶け込み深さの標準偏差が０．２以上と不安定であり不合格であった。更に一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【００６８】
比較例２、１５、１７、３０では、ＦｅとＣｕの含有量が共に少ないため、ボルト緩み性が不合格であった。更に、溶け込み深さ、ならびに、相手材との溶接性が不合格であった。
【００６９】
比較例８、２３では、Ｔｉの含有量が多いため、溶け込み深さの標準偏差が０．２以上と不安定であり、一部の相手材との溶接性が不合格であった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明により、導電率、母材強度、耐ボルト緩み性及びレーザー溶接性に優れたアルミニウム合金製バスバーの提供が可能となる。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・バスバー
２・・・接続部（ボルト締め、又はレーザー溶接）
３・・・レーザー溶接部
４・・・電気ユニット
５・・・ユニット内部導体
Ｃｃｕ・・・Ｃｕの含有量（％）
Ｃｆｅ・・・Ｆｅの含有量（％）
【図１】
2015025147.tif 000007
【図２】
2015025147.tif 000008
【図３】
2015025147.tif 000009
【図４】
2015025147.tif 000010
【図５】
2015025147.tif 000011
【図６】
2015025147.tif 000012
【図７】
2015025147.tif 000013
【図８】
2015025147.tif 000014