JP2013131434A - 可撓導体および可撓導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な部品点数を最小限としながらも、良好な導電性を確保することのできる可撓導体を提供する。
【解決手段】本発明の可撓導体１は、複数枚の薄板１１を積層して形成され導電性と可撓性を有する可撓部１０と、可撓部１０の両端部に設けられた第１端子部２１、第２端子部２２とを備える。この第１端子部２１は、可撓部１０を構成する薄板１１により構成され、かつ、積層方向に隣接する薄板１１が、その間に介在し、抵抗加熱により溶融し、凝固した金属接合層２３により接合されている。薄板１１は銅又は銅合金、また、金属接合層２３がすず又はすず合金からなることが好ましい。そしてこの場合、可撓部１０を構成する薄板１１の表面に、金属接合層２３をなすすず又はすず合金からなる接合用被膜１２が残されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、可撓導体および可撓導体の製造方法に関する。

例えばフレキシブルバスバーとして利用される可撓導体は、図５に示すように、可撓導体１００は、可撓部１０１と、この可撓部１０１の両端部に設けられた端子部１０２，１０３とを接合することで得られる。可撓部１０１は、複数枚の薄板を積層して形成され導電性と可撓性を有する。端子部１０２，１０３は、可撓部１０１の一端部と他端部にそれぞれ接合されている。
可撓導体１００は、端子部１０２，１０３の各々が、接続対象に対して導通可能に接続される。薄板を積層して得られる可撓部１０１は、破線で湾曲して示すように可撓性を有している。このため、可撓導体１００は、接続対象が位置を移動してもそれを吸収することができるので、接続対象の取り付け位置が多少ずれても対応できる。

従来、この種の可撓導体として、特許文献１に記載されたものが知られている。
複数枚の薄板を積層して形成され導電性と可撓性を有する可撓部と、可撓部の両端部に設けられた一対の端子部と、を備える特許文献１の可撓導体は、可撓部と端子部が摩擦撹拌接合部により接合されている。また特許文献１は、摩擦撹拌接合の際に薄板がめくれ上がるのを防止する保護板を、端子部と可撓部の接合部分に設けている。

特開２０１０−１６７４２７号公報

特許文献１の可撓導体は、一対の端子部を可撓部とは別部品として用意するのに加え、保護板も可撓部の両端に必要であるから、部品点数が多くならざるを得ない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、必要な部品点数を最小限としながらも、良好な導電性を確保することのできる可撓導体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、可撓導体を構成する薄板の両端に端子部としての機能を持たせることにより、従来の可撓導体が別部品としていた端子部品を不要にすることを検討した。この場合、薄板同士を接合する必要があり、その手法として抵抗溶接の適用があり得る。ところが、薄板は、可撓性に加えて高い導電性を備えた金属、典型的には銅又は銅合金から構成されているので、そのままでは抵抗溶接は適用し難い。そこで本発明では、表面に融点が低く、電気的な抵抗率の高い金属からなる皮膜が形成された薄板を必要な枚数だけ積層した状態で、抵抗溶接で行うのと同じに、通電することで皮膜を選択的に発熱、溶融させることで、薄板同士を接合するという手法を採用することにした。

本発明の可撓導体は、複数枚の薄板を積層して形成され導電性と可撓性を有する可撓部と、可撓部の両端部に設けられた端子部と、を備えることを前提とする。本発明の可撓導体が従来のものと相違する一つ目の特徴が、端子部が可撓部を構成する薄板により構成されることである。そして本発明の可撓導体の二つ目の特徴は、積層方向に隣接する薄板が、その間に介在し、抵抗加熱により溶融し、凝固した金属接合層により接合されている端子部とするところにある。
本発明の可撓導体は、可撓部を構成する薄板により端子部が構成されるので、端子部のための別部品を用意する必要がない。また、金属接合層が抵抗加熱により溶融し、凝固したものであり、摩擦撹拌接合のように薄板がめくれ上がることもないので、特許文献１が必要とする保護板を用意する必要もない。したがって、本発明の可撓導体は、必要な部品点数を最小限にできる。
しかも、通電方向でみると、可撓部と端子部が単一の薄板から構成され、電気的な接点を有していないので、端子部を可撓部とは別部品で構成し、接続するのに比べて、良好な導電性を確保できる。

本発明の可撓導体は、例えば端子部に、表裏を貫通するねじ孔を形成し、そのねじ孔を通るねじにより接続対象に固定することができる。また、端子部をコネクタとして機能させ、接続対象に設けた相手側のコネクタに挿抜可能にするともできる。この場合、可撓部の両端部に設けられる端子部の積層する薄板の長さを、積層方向の表裏から中央に向けて順に長くすることで、オス型のコネクタとして機能させる一方、接続対象には、これに対応するメス型のコネクタを設ける。これにより、接続対象との接続、接続解除が容易な可撓導体が得られる。

本発明の可撓導体において、薄板を銅（Ｃｕ）又は銅合金で構成し、金属接合層をすず（Ｓｎ）又はすず合金で構成することが好ましい。
銅又は銅合金は、可撓性に加えて高い導電性を備えており、加えて、他の可撓性、高導電性の金属に比べてコスト的に有利である。
また、すず又はすず合金は、すずめっきとして用いられる材料を用いればよく、適度な電気抵抗を有しているとともに、すずの融点が約２３０℃であることから、抵抗加熱のために通電する電流を低く抑えることができる。

以上の本発明の可撓導体は、以下の手順による可撓導体の製造方法により得られる。
表面に接合用皮膜が形成された薄板を積層する。
次いで、端子部を構成する薄板の両端部に、その薄板の積層方向に通電することにより接合用皮膜を抵抗加熱により溶融し、凝固させて、積層方向に隣接する薄板を接合する。なお、接合用皮膜を抵抗加熱により溶融し、凝固させて接合するプロセスを、以下ではヒュージング処理と称することにする。
以上の本発明の製造方法によれば、部品点数が少ないことに加え、可撓部を構成する薄板を積層し、ヒュージング処理により接合するという少ない工程で可撓導体を得ることができるので、低コストで可撓導体を製造することができる。

端子部を、前述したように、オス型のコネクタとして機能させる場合には、積層する薄板の長さを、積層方向の表裏から中央に向けて順に長くし、端子部を構成する薄板の両端部に、ヒュージング処理を行なえばよい。

本発明によれば、可撓部を構成する薄板により端子部が構成されるので、必要な部品点数を最小限に抑えた可撓導体が得られる。可撓部と端子部の間に電気的な接点を有していないので、良好な導電性を確保できる。

本実施の形態における可撓導体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）可撓導体を構成する薄板の断面図である。 本実施の形態における可撓導体の端子部を示す断面図である。 本実施の形態における可撓導体の製造手順を示す図である。 本実施の形態における可撓導体の変形例を示す断面図である。 従来の可撓導体を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示す可撓導体１は、可撓部１０と、端子部２０と、を備えている。
可撓部１０は、複数枚の薄板１１を積層することで形成されており、導電性と可撓性を有する。可撓部１０において、薄板１１は各々が接合されることなく、互いに独立している。そのために、可撓部１０は可撓性を有している。
各薄板１１は、帯状の部材であり、銅又は銅合金により構成される。薄板１１の寸法は任意であるが、例えば０．１〜０．３ｍｍ程度の厚さを有する薄板１１を数枚〜数１０枚積層して可撓部１０を形成する。各薄板１１の表面には、図１（ｂ）に示すように、接合用被膜１２が形成されているが、これについて詳しくは後述する。

端子部２０は、可撓部１０の一方端に設けられている第１端子部２１と、可撓部１０の他方端に設けられている第２端子部２２と、からなる。第１端子部２１と第２端子部２２は、設けられている位置を除けば、同じであるから、以下では、第１端子部２１を例にして説明する。
第１端子部２１は、図２に示すように、薄板１１が積層されている点で可撓部１０と同じである。つまり、可撓部１０の両端よりも薄板１１が延長されており、この延長された部分で第１端子部２１が構成される。ただし、第１端子部２１は、積層された薄板１１にヒュージング処理を施すことで得られるため、可撓部１０とは以下の点で相違する。
第１端子部２１は、積層方向に隣接する薄板１１が、その間に存在する金属接合層２３を介して接合されている。金属接合層２３は、薄板１１の表裏面に形成されている接合用被膜１２に起因するものである。つまり、接合用被膜１２がヒュージング処理により溶融し、その後に凝固することで形成されるのが金属接合層２３である。第１端子部２１は、金属接合層２３により薄板１１が接合されることで、可撓部１０よりも剛性が高く、接続対象との接続端子として機能する。

以上の可撓導体１は以下の手順で製造することができる。
はじめに、図３（ａ）に示すように、薄板１１を必要な枚数だけ積層する。この薄板１１の表面には接合用被膜１２が形成されている。ここで、接合用被膜１２について説明する。
接合用被膜１２は、後のヒュージングにより溶融され得る金属からなる。例えば、すずめっきに用いられるすず又はすず合金を用いることができる。薄板１１が銅又は銅合金からなる場合、銅又は銅合金条材の表面にすずめっきを施すことにより、接合用被膜１２が表面に形成された薄板１１を得ることができる。
すずめっきを銅に施すと、銅からなる薄板１１の直上には銅とすずの合金層が形成され、その上にすず層が形成されることがある。もちろん本発明の接合用被膜１２は、この形態をも包含する。
また、図３（ａ）に示す例では、薄板１１の表裏両面に接合用被膜１２を設けているが、いずれか一方の面だけに接合用被膜１２を設ける形態を本発明は許容する。

また、高温環境下に晒されると、銅（薄板１１）がすずめっき（接合用被膜１２）中に拡散し、すずめっき皮膜が全て銅とすずの合金層となって材料表面に酸化銅が形成されることがある。酸化銅は電気抵抗が高いため、表面に酸化銅が形成されると接触抵抗値が増大する。これは、可撓導体として好ましくない。したがって、可撓導体となった後のことを考慮して、ニッケル下地を薄板１１と接合用被膜１２の間に介在させてもよい。
すずめっきによる接合用被膜１２の形成（めっき）方法は問わない。公知の電気すずめっきにより接合用被膜１２を形成することができるし、さらに、電気すずめっき後にすずの融点（232℃）以上の温度ですずを一瞬溶融させた後、急冷却することでめっき表面に光沢をもたせるリフロすずめっきにより接合用被膜１２を形成することができる。

なお、薄板１１、接合用被膜１２の材質は、銅とすず（合金含む）の組み合わせが、コストをも考慮すると、最も好ましいが本発明はこれらに限定されない。例えば、薄板１１としては、金(Ａｕ)、金合金、銀（Ａｇ）、銀合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを適用できるし、接合用被膜１２としては低融点金属、例えば亜鉛（Ｚｎ）、すずと亜鉛の合金を含む亜鉛合金、銀（Ａｇ）、銀合金を適用できる。また、接合用被膜１２の材質は同じであってもよいし、異なる材質を用いてもよい。例えば、最外層に位置する薄板１１には例えば銀を用いるが、他の薄板１１にはすずを用いるというように、異なる材質からなる接合用被膜１２にすることができる。この場合、これに応じて、金属接合層２３も異なる材質から構成されることになる。

次に、第１端子部２１をヒュージング処理する。
ヒュージング処理は、図３（ｂ）に示すように、正極２６と負極２７を用いてその間にある薄板１１及び接合用被膜１２に電流を流すことにより加熱する。ただし、銅で構成される薄板１１は電気抵抗が小さいために加熱されにくく、電気抵抗が銅より高いすずで構成される接合用被膜１２が専ら加熱、溶融される。加えて、銅の融点は、１０８４℃と高いので、発熱させるためには巨大な電流が必要であるのに対して、すずの融点は２３０℃と低いので小さい電流で容易に溶かすことができる利点がある。
このヒュージング処理の間、積層された薄板１１に上下から必要な圧力を付与する。接合用被膜１２が溶融する十分な時間だけ電流を印加した後に、電流の供給を停止することで、溶融された接合用被膜１２が凝固して、金属接合層２３が形成される。積層方向に隣接する薄板は金属接合層２３を介して接合され、第１端子部２１が得られる。第２端子部２２についても同様である。金属接合層２３を介して薄板１１が接合された第１端子部２１は、可撓部１０に比べて金属同士で接合されているため剛性が高く、コネクタ端子として機能することができる。一方、可撓部１０は薄板１１が接合されていないので、湾曲するなどの可撓性を示す。

可撓部１０は、ヒュージング処理がなされないので、薄板１１の表面には接合用被膜１２がそのまま残されている。この接合用被膜１２は、各薄板１１の腐食防止に寄与する。

なお、上記実施の形態では、第１端子部２１（第２端子部２２）の端部を平坦にした例を示したが、第１端子部２１をオス型のコネクタとして用いる場合には、図４に示すように、積層する薄板１１の長さを、積層方向の表裏から中央に向けて順に長くし、中高形状にすることが好ましい。メス型のコネクタへの挿入が容易になるからである。
また、本発明では、ヒュージング処理の後に第１端子部２１（第２端子部２２）に圧印加工して、所望する形状に成形することもできる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 可撓導体
１０ 可撓部
１１ 薄板
１２ 接合用被膜
２０ 端子部
２１ 端子部
２２ 端子部
２３ 金属接合層
２６ 正極
２７ 負極

Claims (6)

1. 複数枚の薄板を積層して形成され導電性と可撓性を有する可撓部と、
   前記可撓部の両端部に設けられた端子部と、を備え、
   前記端子部は、
   前記可撓部を構成する前記薄板により構成され、かつ、
   積層方向に隣接する前記薄板が、その間に介在し、抵抗加熱により溶融し、凝固した金属接合層により接合されている、
   ことを特徴とする可撓導体。
2. 積層する前記薄板の長さを、前記積層の方向の表裏から中央に向けて順に長くすることで、
   前記可撓部の前記両端部に設けられる前記端子部を、オス型のコネクタとして機能させる、
   請求項１に記載の可撓導体。
3. 前記薄板を銅又は銅合金からなり、前記金属接合層がすず又はすず合金からなる、
   請求項１又は２に記載の可撓導体。
4. 積層方向に隣接する前記薄板の間に介在する複数の前記金属接合層が同じ材質又は異なる材質からなる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の可撓導体。
5. 前記可撓部を構成する薄板の表面に、前記金属接合層をなすすず又はすず合金からなる被膜が形成されている、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の可撓導体。
6. 表面に接合用皮膜が形成された薄板を積層するステップと、
   端子部を構成する薄板の両端部に、その薄板の積層方向に通電することにより接合用皮膜を抵抗加熱によって溶融し、凝固させて、前記積層方向に隣接する前記薄板を接合するステップと、
   を備えることを特徴とする可撓導体の製造方法。

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