JP2023039818A - バスバー - Google Patents

Abstract

【課題】接合不良による品質の低下が抑制されたバスバーを提供すること。【解決手段】バスバーは、第１金属材料からなる第１部材と、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、長手方向に延びる第２部材と、を備え、前記第２部材は、前記長手方向に垂直な厚さ方向において第１厚さを有する本体部と、前記本体部から延びており、前記厚さ方向において前記第１厚さよりも薄い少なくとも２つの部位に分離した分離部とを有し、前記第１部材の少なくとも一部が、前記第２部材の前記少なくとも２つの部位に挟まれた状態にて、前記第２部材と接合している。【選択図】図１

Description

本発明は、バスバーに関する。

近年のハイブリッド自動車や電気自動車では、電気系統に大電流を流すことを要求される場合がある。そのため、電気系系統に使用されるバスバーも、断面積が大きいことが要求される場合がある。

バスバーは、断面積が大きいと、それだけ重量が増大することとなる。バスバーには、構成材料として純銅や銅合金などの銅系材料が採用されることが多いが、自動車の軽量化の要求などから、バスバーにも軽量化が求められている。そのため、バスバーの構成材料として、純アルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウム系材料の採用が検討され始めている。

そこで、１つの部品において、異種材料であるアルミニウム系材料の部材と銅系材料の部材とが共存することが考えられ、これらが接合されることも考えられる。アルミニウム系材料の部材と銅系材料の部材とが接合されて部品が構成される技術としては、特許文献１、２に記載の技術がある。

特開２０１６－９２１５７号公報 特開２０１７－１２３３１８号公報

ところで、上述したようにバスバーの断面積を大きくすると、バスバーの厚さも厚くなる傾向にあるため、異種材料からなる部材同士を接合してバスバーを構成する際に、接合不良が発生し、品質が低下する場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合不良による品質の低下が抑制されたバスバーを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、第１金属材料からなる第１部材と、前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、長手方向に延びる第２部材と、を備え、前記第２部材は、前記長手方向に垂直な厚さ方向において第１厚さを有する本体部と、前記本体部から延びており、前記厚さ方向において前記第１厚さよりも薄い少なくとも２つの部位に分離した分離部とを有し、前記第１部材の少なくとも一部が、前記第２部材の前記少なくとも２つの部位に挟まれた状態にて、前記第２部材と接合している、バスバーである。

前記第１金属材料は銅系材料であり、前記第２金属材料はアルミニウム系材料であるものでもよい。

前記第２部材の長手方向において伸縮可能な伸縮部をさらに備えるものでもよい。

前記第１部材と前記第２部材とはレーザ溶接されているものでもよい。

本発明によれば、接合不良による品質の低下が抑制されたバスバーを実現することができる。

図１は、実施形態に係るバスバーの模式図である。 図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。 図３は、伸縮部の構成例を示す図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には適宜同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略している。また、図面において、ｘｙｚ直交座標を示し、方向等の説明に用いる場合がある。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るバスバーの模式図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。バスバー１０は、少なくとも、第１部材１１と第２部材１２とを備えている。

第１部材１１は、銅系材料からなる端子部材である。銅系材料は第１金属材料の一例である。第１部材１１は、ｘｚ平面に平行な板状である第１板部１１ａと、ｙｚ平面に平行な板状であり、第１板部１１ａよりも小さい第２板部１１ｂとを備えている。このような第１部材１１は、たとえば丸棒状の元材の両端部を、互いに直交する方向に潰すことによって形成することができる。

銅系材料は、様々な観点から適宜選択することができる。たとえば、導電性を確保できる銅系材料として、りん脱酸銅、タフピッチ銅、無酸素銅、黄銅、リン青銅、Ｃｕ－Ｆｅ－Ｐ系、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ（コルソン合金）系等を選択してもよい。

第２部材１２は、アルミニウム系材料からなるバスバーの本体である。アルミニウム系材料は、第１金属材料とは異なる第２金属材料の一例である。第２部材１２は、長手方向であるｚ方向に延びている。

アルミニウム系材料は、様々な観点から適宜選択することができる。たとえば、高導電性のアルミニウム合金として、１０００系合金や、６０００系合金を選択してもよい。また、導電性よりも強度が優先的に要求される場合には、５０００系合金や、３０００系合金を選択してもよい。

第２部材１２は、本体部１２ａと分離部１２ｂとを有する。本体部１２ａは、図２に示すように、長手方向と垂直なｚ方向である厚さ方向において、第１厚さである厚さｔを有する。本実施形態では、本体部１２ａは、厚さｔ１を有する第１板材１２１と、厚さｔ２を有する第２板材１２２とが積層するとともに一体化して、本体部１２ａを構成している。厚さｔ１と厚さｔ２との和は厚さｔである。すなわち、厚さｔ１、ｔ２は厚さｔよりも薄い。なお、厚さｔ１と厚さｔ２は同じでもよいし異なっていてもよい。なお、厚さｔ、ｔ１、ｔ２は、長手方向、厚さ方向、およびｙ方向である幅方向において略一定である。

分離部１２ｂは、本体部１２ａから延びており、２つの部位１２ｂａ、１２ｂｂが分離した構造を有する。部位１２ｂａは第１板材１２１で構成されており、部位１２ｂｂは第２板材１２２で構成されている。したがって、２つの部位１２ｂａ、１２ｂｂはいずれも厚さｔよりも薄い部位である。

バスバー１０では、第１部材１１の一部である第２板部１１ｂが、第２部材１２の２つの部位１２ｂａ、１２ｂｂに挟まれた状態にて、第２部材１２と接合している。この接合は、たとえば図中に太い矢印で示すように、部位１２ｂａ側および部位１２ｂｂ側からレーザ光を照射するレーザ溶接にて実施される。

レーザ溶接は、非接触で溶接ができ、電極交換などのメンテナンスが不要のため溶接装置のメンテナンスの負担が少ない、などのメリットがある。また、レーザ溶接は、レーザ光の照射スポットを局所的に加熱する方式なので、高速、深溶け込み溶接が可能で熱影響を受ける範囲が少ない、などのメリットがある。

レーザ溶接は、レーザ溶接装置を用いて実行される。レーザ溶接装置は、溶接用のレーザ光を光学ヘッドから出射可能な装置である。レーザ光は、たとえば、赤外光のレーザビームや、赤外光と可視光（青色など）との両方のレーザビームを含んでもよい。レーザ溶接装置は、レーザ光源として、ファイバレーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、およびディスクレーザの少なくとも一つを含んでいてもよい。また、レーザ溶接装置は、レーザビームの出射方向を変更するためのガルバノスキャナを備えていてもよい。レーザ溶接を行う場合、第２板部１１ｂを部位１２ｂａ、１２ｂｂに挟んだ状態としたワークに対してレーザ光をスポット的に照射するか、レーザ光とワークとを相対的に移動（掃引）させながら照射するかして、溶接を実行できる。ここで、レーザ光のパワー、ビームプロファイル、スポット径、照射時間、掃引速度などの溶接条件は、所望の溶接が可能なように、溶接箇所からスパッタが発生しないように、かつブローホールなどの溶接欠陥などが生じないように、設定されることが好ましい。レーザ光のパワーは、たとえば数ｋＷ程度であるが、ワークの材質や大きさに応じて適宜調整されうる。

なお、図示しないが、第１部材１１のような端子部材は、第２部材１２の長手方向においてｚ方向負の向きの側にある端部にも設けられている。また、当該端部にも分離部１２ｂのような分離部が設けられている。

以上のように構成されたバスバー１０は、第１部材１１の一部である第２板部１１ｂが、本体部１２ａよりも薄い２つの部位１２ｂａ、１２ｂｂに挟まれた状態にて、第２部材１２と接合している。その結果、バスバー１０では、たとえば本体部１２ａと第１部材１１とを直接溶接する場合よりも、溶接不良が起こりにくいので、接合不良による品質の低下が抑制される。ここで、接合不良とは、たとえばブローホール等の溶接不良である。

たとえば本体部１２ａのように比較的厚い部材を溶接しようとすると、溶接に使用するレーザ光のパワーを高める必要があるので、溶接不良が発生しやすいが、バスバー１０では、より薄い部位１２ｂａ、１２ｂｂを溶接するので、溶接不良が発生しにくい。

しかも、バスバー１０では、本体部１２ａは比較的厚く、長手方向に垂直な断面積が大きいので、大電流を流すのには適している。

さらに、第１部材１１のような端子部材を、アルミニウム系材料よりも強度が高い銅系材料で構成することで、端子をボルト締結した際に端子が座屈しにくくなる。

（変形例）
図１、２に示す実施形態に係るバスバーは、その変形例として、伸縮部を備えていてもよい。図３は、伸縮部の構成例を示す図である。

変形例のバスバー１０Ａは、本体部１２ａ１、１２ａ２、分離部１２ｂ１、１２ｂ２を備えている。伸縮部１３は、銅系材料からなり、第１部材の一例でもある。変形例のバスバー１０Ａでは、伸縮部１３の一部である両端が、それぞれ、分離部１２ｂ１の２つの部位と、分離部１２ｂ２の２つの部位とで挟まれた状態にて接続されている。

伸縮部１３は、波型を有する板材であり、バスバー１０Ａの長手方向（ｚ方向）に伸縮可能である。伸縮部１３は、バスバーが長手方向に或る程度伸縮することを許容し、バスバーの長手方向における公差や熱膨張や熱収縮を吸収する機能を有する。

たとえば、変形例のバスバー１０Ａの両端に、図１の第１部材１１のような端子部材が設けられ、それらがそれぞれボルト締結で拘束されている場合、バスバー１０Ａに通電すると通電熱による熱膨張によってバスバーに熱応力が発生する場合がある。この場合でも、伸縮部１３の作用によって熱応力が抑制される。

なお、伸縮部の態様は伸縮部１３のような波型の板材に限られず、分離部のように比較的薄い板を厚さ方向に離間させながら重ねた構造でもよい。また、伸縮部は、オスコネクタとメスコネクタとが嵌合された構造を有し、コネクタ結合の遊びの分だけ伸縮が許容されたものでもよい。また、伸縮部は、編組状やクランク状の構造を有していてもよい。

また、伸縮部は第１部材と同じ金属材料からなるものでもよいし、第２部材と同じ金属材料からなるものでもよい。

なお、上記実施形態とその変形例では、第１部材と第２部材とをレーザ溶接により接合しているが、接合方法はこれに限られず、抵抗溶接、超音波溶接、摩擦攪拌接合、爆着、カシメ、またはロウ付け等でもよい。

また、上記実施形態とその変形例では、厚さｔの第２部材１２の本体部１２ａは、第１板材１２１と第２板材１２２とが積層するとともに一体化することによって構成されているが、厚さｔの棒状の部材で構成されていてもよい。この場合、棒状の本体部に切り込みや切削による溝を入れることによって分離部が形成されてもよい。なお、切削による溝を入れることによって分離部を形成する場合は、分離部の厚さの合計は、本体部の厚さよりも小さくなる。

また、上記実施形態とその変形例では、分離部が、分離した２つの部位を有しているが、分離した３以上の部位を有していてもよい。

また、第１部材と第２部材とが接合する部分は、異種金属材料が接合する部分なので、防水処理をしてもよい。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０、１０Ａ ：バスバー
１１ ：第１部材
１１ａ ：第１板部
１１ｂ ：第２板部
１２ ：第２部材
１２ａ、１２ａ１、１２ａ２ ：本体部
１２ｂ、１２ｂ１、１２ｂ２ ：分離部
１２ｂａ、１２ｂｂ ：部位
１３ ：伸縮部
１２１ ：第１板材
１２２ ：第２板材
ｔ、ｔ１、ｔ２ ：厚さ

Claims (4)

1. 第１金属材料からなる第１部材と、
   前記第１金属材料とは異なる第２金属材料からなり、長手方向に延びる第２部材と、
   を備え、
   前記第２部材は、前記長手方向に垂直な厚さ方向において第１厚さを有する本体部と、前記本体部から延びており、前記厚さ方向において前記第１厚さよりも薄い少なくとも２つの部位に分離した分離部とを有し、
   前記第１部材の少なくとも一部が、前記第２部材の前記少なくとも２つの部位に挟まれた状態にて、前記第２部材と接合している、
   バスバー。
2. 前記第１金属材料は銅系材料であり、前記第２金属材料はアルミニウム系材料である
   請求項１に記載のバスバー。
3. 前記第２部材の長手方向において伸縮可能な伸縮部をさらに備える
   請求項１または２に記載のバスバー。
4. 前記第１部材と前記第２部材とはレーザ溶接されている
   請求項１～３のいずれか一つに記載のバスバー。

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