JP2016092157A - アルミニウム−銅複合バスバー及びコンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ素子の電極にはんだ接合可能でかつ軽量化がされたアルミニウム−銅複合バスバー及びこのバスバーを使用したコンデンサ装置を提供する。
【解決手段】バスバー１を、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基体１１に、銅又は銅合金からなるインサート材１２を接合した複合構造とし、インサート材１２を捲回形コンデンサ素子に設けられた亜鉛溶射電極にはんだ接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、亜鉛被覆がされた電極と良好な接合ができるアルミニウム−銅複合バスバー及びこのバスバーを用いたコンデンサ装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に用いられるコンデンサ装置は、充放電を繰り返し行うことから、渦巻き状に捲回されたコンデンサ素子に電極を設け、この電極とバスバーをはんだ接合することにより、複数のコンデンサ素子が電気的に接続された構成となっている（例えば、特許文献１参照）。従来、このような車両用コンデンサ装置には、銅板に錫めっきを施したバスバーが用いられているが、近年、コンデンサ装置の軽量化を目的として、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いたバスバーの採用が検討されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−３８１３５号公報 特開２０１３−１４３２５７号公報

一般に、コンデンサ素子の接続用電極は、亜鉛を溶射することにより形成されている（以下、この亜鉛を溶射することにより形成される、亜鉛被覆がされた電極を「亜鉛溶射電極」と称することがある。）。
従来のアルミニウム又はアルミニウム合金製バスバーは、コンデンサ素子に設けられた亜鉛溶射電極との間ではんだの回りが不十分なために十分な接合強度が得られないという問題点がある。

そこで、本発明は、コンデンサ素子の亜鉛溶射電極にはんだ接合可能でかつ軽量化がされたアルミニウム−銅複合バスバー及びこのバスバーを使用したコンデンサ装置を提供することを主目的とする。

本発明に係るアルミニウム−銅複合バスバー（以下、単に「バスバー」と称することがある。）は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基体と、銅又は銅合金からなり、前記基体に接合されたインサート材とを有し、前記インサート材が捲回形コンデンサ素子に設けられた亜鉛溶射電極にはんだ接合されるものである。
このアルミニウム−銅複合バスバーでは、前記基体と前記インサート材とが、前記基体の接合部が前記インサート材の突合せ部を覆うように突き合わせ接合されていてもよい。
その場合、前記基体の厚さを、前記インサート材の厚さと同じ又は前記インサート材の厚さよりも厚くすることができる。
又は、前記インサート材が、前記基体の前記コンデンサ素子側の面に重ねて接合されていてもよい。
一方、前記アルミニウム−銅複合バスバーでは、レーザ溶接又は摩擦攪拌接合により、前記基体と前記インサート材とが接合されていてもよい。

本発明に係るコンデンサ装置は、前述したアルミニウム−銅複合バスバーを介して、複数の捲回形コンデンサ素子が電気的に接続されているものである。
このコンデンサ装置では、前記バスバーの前記インサート材が前記コンデンサ素子に設けられた亜鉛溶射電極にはんだ付けされていてもよい。

本発明によれば、亜鉛溶射電極と接する部分が銅材で形成されているため、コンデンサ素子の亜鉛溶射電極にアルミニウム−銅複合バスバーを良好にはんだ付けすることができる。

本発明の第１の実施形態のバスバーの構成例を模式的に示す図であり、Ａは平面図であり、Ｂは側面図である。 図１に示す基体とインサート材との接合方法の一例を模式的に示す図である。 Ａ，Ｂは図１に示すバスバーを用いてコンデンサ素子を接続したときの状態を模式的に示す図であり、Ａは図１に示すａ−ａ線断面に対応する断面図であり、Ｂはｂ−ｂ線断面に対応する断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例のバスバーの接合部を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態のバスバーの構成例を模式的に示す図であり、Ａは平面図であり、Ｂは側面図である。 Ａ及びＢは図５に示す基体とインサート材との接合方法の例を模式的に示す図である。 図５に示すバスバー２０を用いてコンデンサ素子を接続したときの状態を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係るアルミニウム−銅複合バスバーについて説明する。本発明者は、前述した課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、アルミニウム又はアルミニウム合金製バスバーは、はんだとの親和性に劣るため、はんだの回りが不良となり、その結果、コンデンサ素子の亜鉛溶射電極との間で十分な接合強度が得られないことを見出した。そこで、本実施形態のバスバーでは、はんだとの親和性を向上させて、はんだの広がりを良好にするため、亜鉛溶射電極と接する部分を銅又は銅合金で形成することとした。

［全体構成］
図１は本実施形態のバスバーの構成例を模式的に示す図であり、図１Ａは平面図であり、図１Ｂは側面図である。本実施形態のバスバー１は、複数の捲回形コンデンサ素子を電気的に接続するものであり、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる複数の基体１１と、銅又は銅合金からなる複数のインサート材１２とが長さ方向に交互に配置され、突合せ接合されている。即ち、本実施形態のバスバー１には、各基体１１と各インサート材１２との間に突合せ接合部１０が形成されている。この突合せ接合部１０は、基体１１の接合部がインサート材１２の突合せ部を覆うように構成されていることが好ましい。なお、バスバー１の形状は、特に限定されるものではなく、図１に示す板状の他、線状や棒状などでもよい。

［基体１１］
基体１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、アルミニウム及びアルミニウム合金材をまとめて「アルミニウム材」と称することがある。）により形成されていればよいが、アルミニウム合金を使用する場合は、コンデンサ装置としたときの性能を考慮すると、導電性が高いものを使用することが好ましい。高導電性のアルミニウム合金としては、例えば導電率が５８％ＩＡＣＳ以上の１０００系アルミニウム合金、６１０１などの６０００系合金が挙げられる。一方、導電性よりも強度が要求される場合は、５０００系合金（導電率２９〜４０％ＩＡＣＳ）、３０００系合金（導電率３６〜５０％ＩＡＣＳ）などから適宜選択して使用することができる。

［インサート材１２］
インサート材１２は、銅又は銅合金（以下、銅及び銅合金をまとめて「銅材」と称することがある。）により形成されていればよいが、銅合金を使用する場合は、導電性を確保する観点から、りん脱酸銅、タフピッチ銅、無酸素銅等の純銅、又はＫＦＣ等を使用することが好ましい。

［製造方法］
図２は図１に示す基体１１とインサート材１２との接合方法の一例を模式的に示す図である。基体１１とインサート材１２とを接合する方法は、突合せ接合方法であれば特に限定されるものではなく、図２に示すレーザ溶接の他にも、ＦＳＷ（摩擦撹拌接合）などの各種接合方法を適用することができる。例えば、レーザ溶接により、基体１１とインサート材１２とを突合せ接合する場合は、図２に示すように、基体１１とインサート材１２とを突合せて、その突合せ部にレーザビーム１４を照射し、溶接ビード１３を形成すればよい。
この際、銅材とアルミニウム材の金属間化合物の形成を極力回避する必要がある。具体的には、レーザビーム溶接の場合はビームをデフォーカスさせ、ビームの中心を基体１１とインサート材１２との突合せ面から基体１１側にオフセットさせる。これにより、基体１１のアルミニウム材が盛り上がってインサート材１２を覆うように被覆することができ、アルミニウム材による被覆部とインサート材１２の接触面積が増加するため、導通性を向上させることができる。
また、ＦＳＷにより接合する場合も、攪拌ツールのピンの中心を基体１１とインサート材１２の突合せ面から基体１１側にオフセットさせ、インサート材１２にピンが当たらないようにして接合を行う。摩擦攪拌時の、基体１１のアルミニウム材の塑性流動によりインサート材１２側にアルミニウム材が被覆され、アルミニウム材による被覆部とインサート材１２とで接触部を確保することでインサート材１２の接触面積が増加するため導通性を向上させることができる。

［コンデンサ装置］
次に、本実施形態のバスバー１の使用方法を説明する。図３Ａ，Ｂは図１に示すバスバー１を用いてコンデンサ素子４を接続したときの状態を模式的に示す図であり、図３Ａは図１に示すａ−ａ線断面に対応する断面図であり、図３Ｂはｂ−ｂ線断面に対応する断面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、本実施形態のバスバー１は、はんだ６を用いて捲回形コンデンサ素子４の亜鉛溶射電極５に接合され、これにより複数のコンデンサ素子４が電気的に接続される。ここで、本実施形態のバスバー１の接合に用いられるはんだ６としては、例えばＳｎ４０％−Ｐｂ６０％の共晶はんだ及びＰｂフリーはんだ（Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系）などが挙げられ、必要に応じてフラックスを併用することができる。

本実施形態のバスバーは、基体を軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金で形成し、これに銅又は銅合金からなるインサート材を突合せ接合し、亜鉛溶射電極と接する部分を銅又は銅合金材にしているため、はんだとの親和性が向上し、はんだのぬれ性及び回り具合が良好となる。その結果、本実施形態のバスバーは、コンデンサ素子の亜鉛溶射電極に対して、良好にはんだ付けすることができ、コンデンサ素子の亜鉛溶射電極との接合強度が向上する。その結果、軽量でかつ信頼性が高いコンデンサ装置を実現することが可能となる。

（第１の実施形態の変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の変形例に係るバスバーについて説明する。図４は本変形例のバスバー２の接合部を示す拡大断面図である。前述した第１の実施形態のバスバー１では、基体１１と、インサート材１２とが、同じ厚さである場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すバスバー２のように、基体１１の厚さがインサート材１２の厚さよりも厚くてもよく、換言すれば、インサート材１２の厚さが、基体１１の厚さよりも薄くてもよい。

同様に、基体１１とインサート材１２の幅も同じでなくてもよく、例えばインサート材１２の幅を、基体１１の幅よりも狭くしてもよい。このように、基体１１とインサート材１２の厚さや幅を変えることにより、基体１１とインサート材１２とを電気的に等価にすることができる。なお、本変形例のバスバー２における上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るバスバーについて説明する。図５は本実施形態のバスバー２０の構成例を模式的に示す図であり、図５Ａは平面図であり、図５Ｂは側面図である。また、図６Ａ，Ｂは図５に示す基体２１とインサート材２２との接合方法の例を模式的に示す図であり、図７は図５に示すバスバー２０を用いてコンデンサ素子４を接続したときの状態を模式的に示す斜視図である。なお、図５〜７においては、図１〜４に示すバスバーの構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

［全体構成］
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施形態のバスバー２０も、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基体２１と、銅又は銅合金からなるインサート材２２とを備える。このバスバー２０では、インサート材２２は、基体２１のコンデンサ素子側の面に重ねて接合されている。そして、図７に示すように、本実施形態のバスバー２０も、はんだ６を用いて捲回形コンデンサ素子４の亜鉛溶射電極５に接合され、これにより複数のコンデンサ素子４が電気的に接続される。

［製造方法］
インサート材２２を基体２１に接合する方法は、特に限定されるものではないが、例えばボルトによる機械的締結方法を採用することができる。また、図６Ａに示すように、基体２１とインサート材２２との重なり部分である接合部にレーザビーム１４を照射するレーザ溶接や、図６Ｂに示すように、基体２１とインサート材２２との重なり部分である接合部に攪拌ツール１５を用いた摩擦撹拌接合などを採用してもよい。特に、抵抗スポット溶接、摩擦撹拌点接合、ミグスポット、レーザスポット、ティグスポット及び超音波接合などの各種スポット接合方法は、部材同士の平坦度不良による接触不良がなく、良好に電気を導通させることができるため、インサート材２２と基体２１との接合に好適である。

なお、図５Ａ，Ｂには、基体２１の表面に、部分的にインサート材２２を重ねて接合した例を示しているが、インサート材２２が基体２１の表面全体に接合されていてもよい。

本実施形態のバスバー２０は、亜鉛溶射電極と接する部分に、銅又は銅合金からなるインサート材２２が接合されているため、はんだのぬれ性及び回り具合が良好となり、コンデンサ素子の亜鉛溶射電極との接合強度が向上する。このように、インサート材２２を用いると、基体２１とインサート材２２との取り付け角度や位置を自由に設定することができるため、設置スペースをコンパクトにすることが可能となる。なお、本実施形態のバスバーにおける上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。

１、２、２０ バスバー
４ コンデンサ素子
５ 亜鉛溶射電極
１０ 突合せ接合部
１１、２１ 基体
１２、２２ インサート材
１３ ビード
１４ レーザビーム
１５ 攪拌ツール

Claims (7)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基体と、
   銅又は銅合金からなり、前記基体に接合されたインサート材と
   を有し、
   前記インサート材が捲回形コンデンサ素子に設けられた亜鉛溶射電極にはんだ接合されるアルミニウム−銅複合バスバー。
2. 前記基体と前記インサート材とが突き合わせ接合され、前記基体の接合部が前記インサート材の突合せ部を覆う請求項１に記載のアルミニウム−銅複合バスバー。
3. 前記基体の厚さが、前記インサート材の厚さと同じ又は前記インサート材の厚さよりも厚い請求項２に記載のアルミニウム−銅複合バスバー。
4. 前記インサート材は、前記基体の前記コンデンサ素子側の面に重ねて接合されている請求項１に記載のアルミニウム−銅複合バスバー。
5. レーザ溶接又は摩擦攪拌接合により、前記基体と前記インサート材とが接合された請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミニウム−銅複合バスバー。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミニウム−銅複合バスバーを介して、複数の捲回形コンデンサ素子が電気的に接続されているコンデンサ装置。
7. 前記アルミニウム−銅複合バスバーの前記インサート材が前記コンデンサ素子に設けられた亜鉛溶射電極にはんだ付けされている請求項６に記載のコンデンサ装置。

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