JP2019022910A

JP2019022910A - アルミニウム合金製バスバー及びその製造方法

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Publication number: JP2019022910A
Application number: JP2018164650A
Authority: JP
Inventors: 小西　晴之; Haruyuki Konishi; 晴之小西; 大輔金田; Daisuke Kaneda; 小林　一徳; Kazunori Kobayashi; 一徳小林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2019-02-14

Abstract

【課題】アルミニウム合金条を異形ブランクに一旦切断することなく、この条を面内にて曲げ加工して曲げ部を形成したアルミニウム合金製バスバーを提供する。【解決手段】特定の、板厚ｔと板幅Ｂ、導電率を有するアルミニウム合金条からなり、この条を面内にて曲げ加工した曲げ部を有するアルミニウム合金製バスバー１であって、前記曲げ部における、この曲げ部内側の曲率半径Ｒ１（ｍｍ）と前記条の板幅Ｂ、および前記曲げ部の平面視での曲げ角度θが特定の関係を有する円弧状の曲げ形状を有し、この曲げ部６内側の板厚の最大増加率と、曲げ部６の外側の板厚の最大減少率とを規制する。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウム合金条からなり、この条を面内にて曲げ加工した曲げ部を有するアルミニウム合金製バスバーおよびその製造方法に関するものである。

電気自動車を始めとする電気を動力源とした各種電動輸送機器（ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、電気機関車等）には、電池群、インバータ、モータ等の各種の電気機器が搭載されている。そして、これらの電気機器間または電気機器内部の部品間を電気的に接続するにあたり、バスバー（ｂｕｓ−ｂａｒ）と呼ばれる接続部品が使用されている。

このバスバー（接続部品）は、電気を通さなければならないため、当然、導電性に優れる必要がある。さらに、前記電動輸送機器では設置スペースが限られるため、設置される電気機器の省スペース化や小型化の要望を満たすために、バスバーも、車載機器の接続用として、湾曲（円弧状）部分を有する形状に設計される場合が多い。したがって、バスバー用素材には、曲げ加工性にも優れる必要がある。

従来から、これらバスバーの素材としては銅が汎用されていた。これに対して、近年では、自動車の燃費を低減するために、自動車の軽量化、ひいては、自動車に搭載される電気機器の軽量化が求められている。このため、銅よりも軽量であるアルミニウム合金板を素材とするバスバーも検討されている。

このため、アルミニウム合金板素材のバスバーへの曲げ加工性を向上させる試みも種々提案されている。
例えば、特許文献１には、Ｓｉ：０．３〜１．５質量％、Ｍｇ：０．３〜１．０質量％を含有する６０００系アルミニウム合金で構成され、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上であり、結晶方位分布関数解析による板表面のＣｕｂｅ方位分布密度がランダム方位に対して４５以上、板表面における圧延方向の平均結晶粒径が１５０μｍ以下であるバスバー用アルミニウム合金素材板が提案されている。

また、特許文献２には、前記特許文献１と同じ組成からなる６０００系アルミニウム合金で構成され、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上であり、結晶方位分布関数解析による板表面のＣｕｂｅ方位分布密度がランダム方位に対して２０以上であるバスバー用アルミニウム合金板が提案されている。

特許第５３３０５９０号公報特許第５６４７６６５号公報

前記特許文献１、２に記載された最終形状のバスバーを図１３に示し、図１４にこれら特許文献の実施例における曲げ試験の態様（ＪＩＳＺ２２４８に準拠したＶブロック法）を示す。
この図１４から分るように、前記特許文献１、２による曲げ加工性の評価は、板の板厚方向、すなわち面外（板の平面外）へ曲げ加工するバスバーへの、面外の曲げ試験による評価でしかない。
つまり、前記特許文献１、２では、アルミニウム合金板の一部を、通常の面外（板の平面外）に曲げ加工して曲げ部を形成する場合しか意図していない。
言い換えると、前記特許文献１、２では、アルミニウム合金板あるいは条の中央部などの一部を面内（板と同一平面内）にて曲げ加工（幅曲げ）して曲げ部を形成するようなアルミニウム合金製バスバーの実用化は、全く認識されていなかった。

この理由は、アルミニウム合金板あるいは条が、銅の板あるいは条に比して、周知の通り、加工性が劣ることにもよる。
実際に、アルミニウム合金板あるいは条の素材（以下、単にアルミニウム合金条と言う）からバスバーを製造（成形加工）するに際して、アルミニウム合金条の一部を、前記した面内にて曲げ加工して、曲げ部を形成する、前記銅合金と同じような面内曲げ加工は困難であった。

このため、従来のアルミニウム合金製バスバーは、実際には、素材であるアルミニウム合金板や条を、折れ線状の曲げ部を有する異形ブランクに一旦切断した後、ブランクを面外にて折り曲げて、前記図１３のような最終の形状にせざるを得なかった。
しかし、このように、板や条の素材から折れ線状のブランクに切り取ると、必然的に材料の未使用部が多くでき、材料歩留まりが低くなり、工程も増すという、製造上の大きな欠点があった。また、バスバー形状も３次元の立体的に大きくならざるを得ず、必要とする設置スペースの点でも不利となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金条を異形ブランクに一旦切断することなく、この条を面内の曲げ加工にて、曲げ部を形成でき、バスバーの特性も満足するとともに、必要とする設置スペースも節約できる、アルミニウム合金製バスバーおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のために、本発明のアルミニウム合金製バスバーの要旨は、板厚ｔが１．５〜４．０ｍｍ、板幅Ｂが７〜２０ｍｍの各範囲で、かつ、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上のアルミニウム合金条からなり、この条を面内にて曲げ加工した曲げ部を１箇所以上有するアルミニウム合金製バスバーであって、前記曲げ部における、この曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と前記条の板幅Ｂ（ｍｍ）とが、０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５の関係を満たすとともに、前記曲げ部の平面視での曲げ角度θが、６０°≦θ≦１２０°である、円弧状の曲げ形状を有し、前記曲げ部の内側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚増加率が２５％未満であるとともに、前記曲げ部の外側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚減少率が２５％未満であることとする。

また、上記目的達成のために、本発明のアルミニウム合金製バスバーの製造方法の要旨は、板厚ｔが１．５〜４．０ｍｍ、板幅Ｂが７〜２０ｍｍの各範囲で、かつ、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上のアルミニウム合金条を、面内にて曲げ加工する際に、前記条を、その板幅Ｂの１．５倍以上の曲げ部内側の曲率半径で一旦曲げ加工した後に、更に、その板幅Ｂの１．０倍以下の曲げ部内側の曲率半径で曲げ加工する、段階的な曲げ加工を行って曲げ部を１箇所以上形成し、前記曲げ部における、この曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と前記条の板幅Ｂ（ｍｍ）とが、０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５の関係を満たすとともに、前記曲げ部の平面視での曲げ角度θが、６０°≦θ≦１２０°である、円弧状の曲げ形状を形成し、前記曲げ部の内側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚増加率を２５％未満とするとともに、前記曲げ部の外側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚減少率を２５％未満とすることである。

ここで、本発明で言う条とは、通常の冷延板や熱延板などのアルミニウム合金圧延板ではあるが、これらの板をスリットなどして製造した、通常の圧延上がりの板よりは板幅が比較的狭い板のことを言う。

前記特許文献のように、アルミニウム合金条の通常の面外への曲げ加工性を向上させたとしても、面内の曲げ加工をした場合には、この曲げ部に、曲げ割れや、板厚不良などの断面積の変動が必然的に生じる。これは、条の板幅Ｂが大きく、板厚が小さく、曲げ半径が小さく、曲げ角度が大きく、曲げ外側部のひずみ量が大きくなるほど顕著となる。

これに対して、本発明者らは、曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１と前記板幅Ｂとが互いに前記した特定の関係を満足するように、アルミニウム合金条を面内の曲げ加工すれば、曲げ割れや板厚不良などの断面積の変動を抑制した、円弧状の曲げ形状を形成できることを、実験により知見した。
勿論、前記曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１と前記板幅Ｂとの特定の関係は、特定の範囲の、板厚ｔ、板幅Ｂ、導電率、０．２％耐力を有するアルミニウム合金条であることを前提としている。

これによって、本発明は、アルミニウム合金条を、前記折れ線状の曲げ部を有する異形ブランクなどに一旦切断加工されることなく、そのまま前記面内の曲げ加工した、バスバーの特性も満足するとともに、必要とする設置スペースも節約できる、バスバーの製作と提供とを可能とした。

本発明のアルミニウム合金製バスバーの一実施態様を示す斜視図である。図１の曲げ部の拡大図である。図１の曲げ部の正面図である。本発明のアルミニウム合金製バスバーの別の実施態様を示す平面図である。曲げ部における内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係を示す説明図である。曲げ部における内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係を示す説明図である。曲げ部における内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係を示す説明図である。曲げ部における内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係を示す説明図である。曲げ部における内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係を示す説明図である。曲げ部における内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係を示す説明図である。面内曲げ加工のうちの予備曲げ加工の一実施態様を示す正面図である。最終の面内曲げ加工の一実施態様を示す正面図である。従来のアルミニウム合金製バスバーの一例を示す斜視図である。従来の曲げ加工試験の一例を示す説明図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

バスバーの基本形状：
図１〜４に本発明バスバーの一実施態様を示す。
本発明で言うバスバー（ｂｕｓ−ｂａｒ）は、前記した通り、電動輸送機器の各種の電気機器の電気的な接続部品であり、具体的な用途に応じて、その面内曲げ部を含めて、種々の形状がある。
このうち、図１〜４に示す本発明バスバーの態様は、図１３の従来の面外曲げのみのバスバーとは異なり、長手方向の中央部などの一部、あるいは全部が、１箇所以上、必ず面内曲げされているものである。言い換えると、条を面内にて曲げ加工した曲げ部を１箇所以上有するものである。

ちなみに、図１〜４に示す本発明バスバーの態様は、アルミニウム合金条（圧延条）が、前記折れ線状の曲げ部を有する異形ブランクなどに一旦切断加工されることなく、そのまま面内の曲げ加工された後の半製品としての一例を示している。図１〜４に示すバスバーは、この後、面外の曲げ加工や、切削加工が施されて、導電性連結部材としての最終のバスバー製品形状に製作される。

ここで、面内の曲げ加工とは、例えて言えば、条を台の上におき、条が台から離れないように、条（条の表裏面）と同じ平面内にて曲げ加工するものであり、板幅方向への曲げとして、「幅曲げ」とも称せられる。
これに対して、面外の曲げ加工とは、通常汎用される曲げ加工であり、条の板厚方向、すなわち条の平面外へ曲げ加工するものである。
ただ、本発明における特徴的な面内にて曲げ加工した曲げ部＝面内の曲げ部を、この従来の一般的な面外の曲げ加工による曲げ部と区別するためには、曲げた後の結果物としての曲げ部からでは、曲げ方向や曲げ形状からの予測の域を出ず、困難である。
例えば、前記図１３のバスバーは、面外の曲げ加工のみを繰り返したものか、面内の曲げ加工のみによるものか、あるいはこれらを組み合わせたものか、区別、識別することが、困難である。
したがって、本発明における特徴的な面内の曲げ部は、面内曲げという加工方法を規定（利用）して、「条を面内にて曲げ加工した曲げ部」あるいは同義語である「面内曲げ部」と表現せざるを得ない。

図１、２の本発明バスバー１は、前記面内の曲げ加工による曲げ部６が、アルミニウム合金条の中央部にあり、この曲げ部６から両側に向かって直線状に延びる直線部７、８からなる、最も単純なＵ字状乃至Ｖ字状の全体形状を有している。

そして、バスバー１は、アルミニウム合金条における、長手方向に亘る均一な板幅Ｂを有する平坦面である表面２、裏面３と、これらの表裏面の幅方向の端部である、曲げ内側の側面４、曲げ外側の側面５、長手方向の両端部９、１０を、そのまま踏襲している。
曲げ部６において、Ｒ_１は曲げ内側の曲率半径（曲げ部６の内側の曲げ半径）、Ｒ_２は曲げ外側の曲率半径（曲げ部６の外側の曲げ半径）である。
また、θは曲げ部６の平面視での曲げ角度で、この図１の場合、略９０°である。

ここで、面内曲げ加工後の、前記直線部７、８の板幅は、曲げ加工を受けていないために、当然ながら、前記した通り、条の板幅Ｂである。また、曲げ部６においても、基本的には前記条の板幅Ｂであるが、面内の曲げ加工によって、後述する板厚の変動に伴い、多少の変動はある。この点、バスバーとしての強度や導電量との関係で、前記条の板幅Ｂに対して±５％以下までの板幅変動は許容される。これは後述する図４の態様でも同様である。

図４の本発明バスバー１は、前記面内の曲げ加工による曲げ部６が、平面視での曲げ角度がθ１（略９０°）である６ａと、平面視での曲げ角度がθ２（略９０°）である６ｂの２箇所あり、これらの曲げ部を、直線的な中間部６ｃにてつないだ平面視でＳ字状の形状を有している。
本発明では、前記電気的な接続部品としての具体的な用途に応じて、面内の曲げ加工によって、図４あるいは図１のように、曲げ部６を１箇所以上、必要に応じて設けることが可能である。

図４の態様では、この曲げ部６ａ、６ｂから両側に向かって直線状に延びる直線部７、８、長手方向に亘る均一な板幅Ｂを有する平坦面である表面２、裏面３と、これらの表裏面の幅方向の端部である、曲げ内側の側面４、曲げ外側の側面５、長手方向の両端部９、１０は、基本的には図１と同じである。また、曲げ部６ａ、６ｂにおいて、図１と同様に、Ｒ_１は曲げ内側の曲率半径、Ｒ_２は曲げ外側の曲率半径である。

（板厚ｔ、板幅Ｂ）
本発明では、請求項１で規定する、曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係式（０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５、好ましくは、０．３Ｒ_１＋８．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５）と曲げ角度の条件式６０°≦θ≦１２０°が成立する前提として、アルミニウム合金条の、板厚ｔ、板幅Ｂ、導電率、０．２％耐力を各々規定する。
このため、先ず、アルミニウム合金条の板厚ｔは１．５〜４．０ｍｍ、板幅Ｂが７〜２０ｍｍの各範囲とする。
これら板厚ｔや板幅Ｂが大きいほど、バスバーの断面積が大きくなって導電量が増し、また、通電時の発熱による変形（クリープ変形）に対する耐クリープ性も高くなる。

ただ、板幅Ｂが大き過ぎると、前記した曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの関係式を満たして面内の曲げ加工（幅曲げ加工）したとしても、曲げ加工が困難となって、曲げ部６に割れが生じたり、曲げ部６の板厚（断面積）の長手方向の変動量を、許容量以下にすることが難しくなる。
面内の曲げ加工は、条をその長手方向や幅方向に、条の面外（条の平面外）に曲げる、通常の曲げ加工よりも、曲げ外側の伸びが大きくなるので、元々著しく厳しい加工となる。そして、板幅Ｂが大きくなるほど、曲げ外側の伸びが大きくなるので、面内曲げ加工の厳しさはより大きくなる。

また、板厚ｔが１．５ｍｍより薄くなると、素材の変形能が低下するため、やはり面内曲げ加工の厳しさはより大きくなる。曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの前記関係式と、前記曲げ角度の条件式を満足しても、曲げ加工が困難となる。このため、曲げ部６に割れが生じたり、曲げ部６の板厚（断面積）の長手方向の変動量を許容量以下にすることが難しくなる。

曲げ角度θについては、電気機器の所定の設置スペース内で配線をする上では、θが９０°前後の加工を施すことが有効である。ただし、曲げ角度θが１２０°を超えると、曲げ外側の伸びが大きくなるので、本発明で規定する、曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１と条の板幅Ｂとの前記関係式を満足しても、曲げ加工が困難となる。このため、曲げ部６に割れが生じたり、曲げ部６の板厚（断面積）の長手方向の変動量を、許容量以下にすることが難しくなる。
なお、曲げ角度θが６０°より小さいと、電気機器の設置スペース内での配線の自由度が小さくなり、機能的な配線が不可能となり、実用的でなくなる。したがって、当然、曲げ半径や曲げ角度や、条の板厚、板幅、アルミニウム合金条の機械的性質などによっても、その挙動は当然異なるが、面内の曲げ加工による、形状不良や板厚不良、曲げ割れなどが生じやすくなる。

また、板幅Ｂが小さいほど、曲げ外側の伸びが小さくなるので、面内の曲げ加工はしやすくなる。しかし、板幅Ｂが小さくなり過ぎると、バスバーの断面積が小さくなって導電量が減り、強度や剛性、耐クリープ性も小さくなって、バスバーに要求される諸特性を満たせなくなる。
同じく板厚ｔが大きいほど、面内曲げ（幅曲げ）に対する変形能が増して、面内の曲げ加工がし易くなるが、板厚ｔが４ｍｍ超と厚くなりすぎると、通常の曲げである面外曲げ時の曲げ性が低下するため、バスバーとしての機能を満たせなくなる。

（導電率）
次なる前提として、アルミニウム合金条の導電率も４５．０％ＩＡＣＳ以上とする。
導電率は、アルミニウム合金条における、アルミニウム合金組成や条の製造条件に深く関わり、この合金組成や製造条件は、強度や曲げ特性として、面内曲げ加工性にも深く関わる。そして、勿論、導電率は、バスバーの導電性に直接関わる。
アルミニウム合金条の導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上であると、特定した前記板厚ｔや板幅Ｂの範囲で、バスバーの導電性を確保することができる。
一方、アルミニウム合金条の電気抵抗が高く、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ未満であると、導電性を確保する所望の電流を流すために、バスバーの断面積を増加させる必要が生じ、部品重量の増加に繋がって、バスバーをアルミ化する意義が無くなる。
なお、導電率については、高ければ高いほどよく、好ましくは４７．０％ＩＡＣＳ以上、さらに好ましくは５０．０％ＩＡＣＳ以上である。ただ、導電率を高くしすぎると、すなわち過度な固溶量減少および析出物粗大化が生じることにより耐クリープ性が低下する傾向にある。このため、導電率の上限は６０％ＩＡＣＳとすることが好ましい。

前記導電率は、アルミニウム合金条における、アルミニウム合金組成、アルミニウム合金条の製造工程における均質化熱処理条件、溶体化熱処理条件、人工時効処理条件を制御することによって得ることができる。

（強度）
更なる前提として、アルミニウム合金条の０．２％耐力は１８０ＭＰａ以上であることとする。
０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上であると、バスバーに要求される強度や耐クリープ性を確実に確保することができる。一方、０．２％耐力が１８０ＭＰａ未満であると、耐クリープ性が低下してしまい、要求されるバスバーの特性を満たせなくなる。
なお、０．２％耐力は強度や耐クリープ性には高いほど良く、好ましくは１８０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１９０ＭＰａ以上とする。
ただ、あまり０．２％耐力が高くなり過ぎると、面内の曲げ加工が困難となるので、その上限は２５０ＭＰａ程度、好ましくは２３０ＭＰａ程度とする。

（アルミニウム合金）
以上のアルミニウム合金条の諸特性を満足する合金としては、ＪＩＳ乃至ＡＡに規格される６０００系アルミニウム合金であることが好ましい。
６０００系アルミニウム合金は、下記所定量のＳｉおよびＭｇを主要元素として含有するとともに、導電性を低下させる合金元素量が少なく、前記した板厚ｔや板幅Ｂの範囲で、導電率４５．０％ＩＡＣＳ以上や、１８０ＭＰａ以上の０．２％耐力を得やすい。また、面内の曲げ加工性や、面外の曲げ加工性にも優れる。
Ｓｉは、０．３〜１．５質量％の含有量範囲で、Ｍｇとともに溶体化熱処理後の人工時効処理時に時効析出物を形成して強度を向上させるとともに、Ｓｉが高温環境下での転位の移動を阻害することで、耐クリープ性を向上させる。
Ｍｇも、０．３〜１．０質量％の含有量範囲で、Ｓｉとともに溶体化熱処理後の人工時効処理時に時効析出物を形成して強度を向上させるとともに、Ｍｇが高温環境下での転位の移動を阻害することで、耐クリープ性を向上させる。
このため、これらＳｉやＭｇを含有する６０００系アルミニウム合金条は、本発明のバスバー用のアルミ合金として好適である。

これらアルミニウム合金条は、通常の製法にて圧延板を製作し、この板を適宜前記狭幅（板幅Ｂ）の条にスリットする製法によって製作できる。ちなみに、前記圧延板は、鋳塊の均質化熱処理工程、熱間圧延工程、必要により冷間圧延工程、溶体化・焼入れ処理工程、人工時効処理工程などを経て、前記した板厚ｔ、導電率、０．２％耐力などの機械的性質とされる。

他のＪＩＳ乃至ＡＡに規格される３０００系、５０００系、７０００系などのアルミニウム合金は、導電性を低下させる合金元素量が多く、導電率４５．０％ＩＡＣＳ以上が得にくいか、得られても１８０ＭＰａ以上の０．２％耐力が得にくい。

（バスバー曲げ部の形状）
本発明では、以上のアルミニウム合金条の条件を前提として、この条を面内にて曲げ加工した曲げ部６の形状を規定する。
曲げ部６の形状は、前記曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）が、アルミニウム合金条の板幅Ｂ（ｍｍ）との関係で、０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５、好ましくは、０．３Ｒ_１＋８．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５を満たすとともに、曲げ角度θが６０°≦θ≦１２０°の条件を満たす、円弧状の曲げ形状を有することとする。

本発明では、前記図１、４の通り、曲げ部の数（部位）に応じて曲げ角度θを、θ（図１）か、θ１、θ２（図４）としている一方で、曲率半径は、曲げ部の数（部位）には依らず、同じ記号Ｒ_１、Ｒ_２を用いている。
これら曲げ角度θ、あるいはθ１とθ２同士、前記曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１同士、あるいは前記曲げ部外側の曲率半径Ｒ_２同士は、前記した範囲内であれば、前記電気的な接続部品としての具体的な用途に応じて、互いに同じ数値であっても、違っていても良い。

前記曲げ部の内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と条の板幅Ｂ（ｍｍ）との関係を図５〜１０に各々示す。
図５〜１０は、面内曲げ加工時に、割れが生じた場合を×、割れは生じないが板厚の変動が後述する許容変動量を超えた場合を△、板厚の変動が後述する許容変動量内であった場合を〇で示している。

この図５〜１０は、以下のアルミニウム合金条の面内曲げ試験を実際に行って、そのデータを整理した結果得られたものである。
この実際の面内曲げ試験の試験条件を以下に示し、試験結果の一覧を表１に示す。
表１においても、図５〜１０と同様に、○印は面内曲げが良好な場合、△印は面内曲げでの肉厚の偏差が許容範囲外の場合、×印は面内曲げで割れが生じた場合である。

（アルミニウム合金条の面内曲げ試験）
実際の面内曲げ試験は、アルミニウム合金条の板厚ｔを１．０〜２．０ｍｍ、曲げ部６の内側の曲率半径Ｒ_１を５〜１０ｍｍ、条の板幅Ｂを８〜１６ｍｍまでの範囲で種々変え、面内曲げ加工する条の長さは１３５ｍｍｍ（図１１に記載）と一定にして、後述する図１１、１２の面内曲げ方法で、面内曲げ試験を行った。
この際、後述する図１１、１２の面内曲げ方法も種々変えて試験した。
例えば、図１１の予備曲げをせずに、図１２の最終曲げを行った場合も試験した。また、予備曲げの曲げ部１５の内側の曲率半径Ｒ３（図１１のポンチ１２先端のＲ３）を、条の板幅Ｂの１．２５〜２．５倍としたうえで、最終曲げの曲げ部６の曲率半径Ｒ_１（図１２のポンチ１６先端のＲ４）を５〜１０ｍｍ（条の板幅Ｂの０．３倍から１．２５倍）まで種々変えた場合も試験した。
面内曲げの工具は、大きさは前記条の板幅や長さに見合ったものとして、前記図１１、１２に示すポンチ１２、１６、ダイス１３に記載の各寸法条件とし、ポンチ１２、ポンチ１６の押圧速度は１ｍｍ／ｓ、ダイス１３のＶ字状の溝型１４の角度は６０°、９０°、１２０°、１４０°とした。

面内曲げ用の板厚ｔが２．０ｍｍのアルミニウム合金条（曲げ素材）は、各例とも共通して、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ、０．２％耐力が１９８ＭＰａの、質量％で、Ｓｉ：１．４％、Ｍｇ：０．９％、Ｍｎ：０．４０％、Ｔｉ：０．０５％を含み、残部アルミニウムからなる６０００系アルミニウム合金条（圧延板）とした。
なお、板厚ｔが１．０ｍｍのアルミニウム合金条（曲げ素材）は、前記０．２％耐力が１９７ＭＰａであることを除いて、導電率、組成は、板厚ｔが２．０ｍｍのアルミニウム合金条と同じであった。
導電率は、日本フェルスター株式会社製の渦流導電率測定装置［型式「シグマテストＤ２．０６８」］によって、条表面の互いに間隔を１００ｍｍ以上開けた任意の５箇所で行い、平均化した。
０．２％耐力は、条から引張方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ５号の試験片を切り出し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を実施し、クロスヘッド速度は５ｍｍ／分で、試験片が破断するまで一定の速度で行った。

以下に、図５〜１０を用いて、本発明バスバーにおける、この曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と前記条の板幅Ｂ（ｍｍ）との、０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５なる関係の意義を詳細に説明する。
これら図５〜１０は、前記した通り、前記表１の試験結果をもとに、縦軸に面内曲げの曲げ半径Ｒ_１、横軸に板幅Ｂをとって、各場合の試験結果をプロットしたグラフである。
これら図のうち、図５は、表１の一番上の、板厚が２．０ｍｍ、曲げ角度が９０°で、予備曲げ加工無しの場合である。
図６は、表１の上から二番目の、板厚が２．０ｍｍ、曲げ角度が６０°で、予備曲げ加工無しの場合である。
図７は、表１の上から三番目の、板厚が２．０ｍｍ、曲げ角度が１２０°で、予備曲げ加工無しの場合である。
図８は、表１の一番上右側の、板厚が２．０ｍｍで、曲げ角度が９０°、予備曲げ加工がありの場合である。
図９は、表１の上から四番目の、板厚が２．０ｍｍ、曲げ角度が１４０°で、予備曲げ加工無しの場合である。
図１０は、表１の一番下の、板厚が１．０ｍｍ、曲げ角度が９０°で、予備曲げ加工無しの場合である。

図５〜１０の通り、アルミニウム合金条の板幅Ｂが０．３Ｒ_１＋６．５と同じか、０．３Ｒ_１＋６．５よりも小さければ、面内曲げにおいて、曲げ内側での板厚増加や，曲げ外側における板厚減少あるいは破断といった不具合は生じないものの、板幅Ｂに対して、曲げ半径Ｒ_１が大きすぎることを意味し、バスバーの配線のスペースが大きくなり，空間の無駄が大きい設計となる。
一方、Ｂが０．３Ｒ_１＋１１．５と同じか、０．３Ｒ_１＋１１．５よりも大きければ、板幅Ｂに対して、曲げ半径Ｒ_１が小さすぎる、あるいは曲げ半径Ｒ_１に対して板幅Ｂが大きすぎることを意味し、面内の曲げ加工が困難となり、やはり、板厚の変動が許容変動量内である円弧状の曲げ部６を確保できない。
したがって、これらの図から，曲げ部６が割れずに、また、後述する板厚（断面積）の許容変動量の範囲で面内曲げが可能であるためには、前記アルミニウム合金条の条件範囲では、曲げ部６の内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と、アルミニウム合金条の板幅Ｂ（ｍｍ）とに、前記した一定の関係が必要であることが実験的かつ統計的に分る。

このように実験的かつ統計的に求められた関係式に加えて、条の幅Ｂに比して曲げ半径Ｒが不必要に大きく、スペース効率が悪くなる場合を除いた結果が、図５〜１０に示した、０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５、好ましくは、３Ｒ_１＋８．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５である。
図５〜１０中には、これらの板幅Ｂの範囲を規定する直線をプロットしており、上記の板幅範囲が妥当であることが確認できる。
なお、規定する範囲から、前記曲げ部の平面視での曲げ角度θが大きめに外れる、図９の曲げ角度θが１４０°以上の場合、板厚ｔが低めに外れる図１０の素材板厚が１ｍｍの場合には、上記の板幅範囲内においても、適切な面内曲げ加工がなされず、本発明の適切な曲げ加工範囲に含まれないことが確認できる。

（板厚の許容変動量）
本発明では、前記曲げ部６の形状とともに、アルミニウム合金条を面内にて曲げ加工した曲げ部６の板厚（断面積）の許容変動量を規定する。
すなわち、曲げ部６の板厚（断面積）の許容変動量は、曲げ部６の内側側面４におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚増加率が２５％未満であるとともに、曲げ部６の外側の側面５の板厚のバスバー長手方向に亘る最大板厚減少率が２５％未満であることとする。
面内曲げの場合、図２に一点鎖線で示す板幅の中立軸に対して、曲げ部６の曲げ内側の側面４近くの材料には長手方向へ圧縮応力、曲げ外側の側面５近くの材料には長手方向へ引張応力が作用する。
したがって、曲げ部６の曲げ内側の側面４の板厚は増加する方に変動し、曲げ部６の曲げ外側の側面５の板厚は減少する方に変動する。

このため、曲げ部６の内側の側面４では、バスバーの板厚方向への寸法が過大になることを防止し，所定のスペースへの取り付けを確保するために、この側面４のバスバー長手方向に亘る最大板厚をｔｉｍａｘとした時に、この側面４の前記条の板厚ｔに対するバスバー長手方向に亘る最大板厚増加率として、「（ｔｉｍａｘ−ｔ）／ｔ」×１００（％）を２５％未満に規制し、曲げ部６の内側の側面４のバスバー長手方向に亘る板厚増加を抑制する必要がある。
この最大板厚増加率が２５％以上の場合、曲げ部６において必要とする設置スペースが大きくなり、スペース効率が保持できなくなって、限られた設置スペースでは、他の部材との干渉も生じる。

また、曲げ部６の外側の側面５でも、導電量を保持する板厚＝断面積を確保するために、最小板厚をｔｏｍｉｎとした時に、この側面５の前記条の板厚ｔに対するバスバー長手方向に亘る最大板厚減少率として、「（ｔ−ｔｏｍｉｎ）／ｔ」×１００（％）を２５％未満に規制し、曲げ部６の外側の側面５のバスバー長手方向に亘る板厚減少を抑制する必要がある。この最大板厚減少率が２５％以上の場合、曲げ部６における導電量が保持できなくなる。

（面内曲げ加工）
前記条件を有するアルミニウム合金条を、アルミニウム合金製バスバーに面内曲げ加工する、好ましい製造方法を図１１、１２に示す。
図１１に面内曲げ加工のうちの予備曲げ加工、図１２に最終の面内曲げ加工を示す。

これら図１１、１２の通り、面内曲げ加工する際に、前記条を、その板幅Ｂの１．５倍以上の曲げ部内側の曲率半径で、予め一旦曲げ加工する図１１の予備曲げ加工と、更に、その板幅Ｂの１．０倍以下の曲げ部内側の曲率半径で曲げ加工する図１２の最終の面内曲げ加工と、段階的な曲げ加工を行って、前記曲げ部６を前記した曲げ形状に成形することが好ましい。

前記した通り、アルミニウム合金条は、銅の板あるいは条に比して、面内曲げ加工性が劣る。したがって、１段のみの面内曲げ加工にて、最終のバスバーの曲げ部６の形状にすると、アルミニウム合金条の板幅Ｂが大きくなったり，板厚ｔが小さくなった場合、曲げ部６で割れたり、曲げ部６の形状を、前記曲げ部の内側の曲率半径Ｒ_１とアルミニウム合金条の板幅Ｂとの関係を満たす、円弧状の曲げ形状とすることができない可能性が高くなる。

図１１において、アルミニウム合金条１１は、Ｖ字状の溝型１４が中央部に形成されたダイス１３上に、図の上下方向を板幅Ｂの方向として、板幅Ｂの方向を、肩Ｒを５．０ｍｍとしたＶ字状の溝型１４の深さ方向に向けて載置される。
その上で、アルミニウム合金条１１の中央部を、上方に配置され、先端の半径がＲ３であるポンチ１２の先端部１２ａによって押圧して（ポンチ１２の先端部１２ａと溝型１４のＶ字先端との軸同士が重なるように押圧）、前記Ｖ字状の溝型１４に押し付け、板幅Ｂの方向に、面内で変形させて、円弧状の予備曲げ部１５を形成する。

この予備曲げは、アルミニウム合金条１１の板幅Ｂの１．５倍以上の、曲げ部内側の曲率半径Ｒ３で（ポンチ１２先端部１２ａの円弧の曲率半径をＲ３とする）、一旦アルミニウム合金条１１を面内曲げ加工して、前記円弧状の予備曲げ部１５を形成する。
この際、予備曲げの曲げ部内側の曲率半径Ｒ３が、アルミニウム合金条の板幅Ｂの１．５倍未満では、予備曲げの効果が無く、１段のみの面内曲げ加工と大差なくなる。このため、続く図１２の最終面内曲げで、曲げ部６が割れたり、曲げ部６の形状を、前記曲げ部の内側の曲率半径Ｒ_１とアルミニウム合金条の板幅Ｂとの関係を満たす、円弧状の曲げ形状とすることができない可能性が高くなる。

予備曲げ部１５を形成したアルミニウム合金条は、引き続き、図１２に示す最終の面内曲げ加工によって、先端部の円弧の曲率半径を、前記板幅Ｂの１．０倍以下のＲ４としたポンチ１６の先端部１６ａによって押圧して、前記Ｖ字状の溝型を有するダイス１３に再度押し付ける。この際、ダイス１３のＶ字溝先端（前記Ｖ字状の溝型１４先端）とポンチ１６の先端部１６ａの軸同士が重なるよう押し付ける。
そして、アルミニウム合金条を板幅Ｂの方向に変形させて、前記曲げ部の内側の曲率半径Ｒ_１とアルミニウム合金条の板幅Ｂとの関係を満たす、最終の円弧状の曲げ部６を形成して、前記図１のバスバー形状とする。

なお、本発明において、最終的な製品バスバーの形状や態様とするためには、以上の面内曲げ加工に加えて、一般的な面外の曲げ加工や、切削、穴あけなどの機械加工、更には表面処理などを加えることも、当然ながら許容される。また、これも当然ながら、製品バスバーとして、他の部材との接続や、電気機器間または電気機器内部の部品間の電気的な接続のために必要な、他の部品や導線、被覆層の設置や複合化なども、更になされる。

以上、本発明は、アルミニウム合金条を用いた、導電性に優れ、軽量でスペース効率も高い、経済的なバスバーとして、電気機器間または電気機器内部の部品間の電気的な接続のために、広く用いることができる。

１：バスバー
２：表面
３：裏面
４：曲げ内側側面
５：曲げ外側側面
６：円弧状の曲げ部
７、８：直線部
９、１０：長手方向の端部
１１：アルミニウム合金条
１２、１６：ポンチ
１３：ダイス
１４：Ｖ字状の溝型
１５：予備曲げ部

Claims

板厚ｔが１．５〜４．０ｍｍ、板幅Ｂが７〜２０ｍｍの各範囲で、かつ、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上のアルミニウム合金条からなり、この条を面内にて曲げ加工した曲げ部を１箇所以上有するアルミニウム合金製バスバーであって、
前記曲げ部における、この曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と前記条の板幅Ｂ（ｍｍ）とが、所定の関係を満たすとともに、前記曲げ部の平面視での曲げ角度θが、所定範囲である、円弧状の曲げ形状を有し、
前記曲げ部の内側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚増加率が所定未満であるとともに、前記曲げ部の外側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚減少率が所定未満である、
ことを特徴とするアルミニウム合金製バスバー。
前記条の板幅Ｂと、前記曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１とが、０．３Ｒ_１＋８．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５を満たす、円弧状の曲げ形状を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金製バスバー。
前記アルミニウム合金条が６０００系アルミニウム合金からなる請求項１または２に記載のアルミニウム合金製バスバー。
板厚ｔが１．５〜４．０ｍｍ、板幅Ｂが７〜２０ｍｍの各範囲で、かつ、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上のアルミニウム合金条を、面内にて曲げ加工する際に、前記条を、その板幅Ｂの１．５倍以上の曲げ部内側の曲率半径で一旦曲げ加工した後に、更に、その板幅Ｂの１．０倍以下の曲げ部内側の曲率半径で曲げ加工する、段階的な曲げ加工を行って曲げ部を１箇所以上形成し、前記曲げ部における、この曲げ部内側の曲率半径Ｒ_１（ｍｍ）と前記条の板幅Ｂ（ｍｍ）とが、０．３Ｒ_１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ_１＋１１．５の関係を満たすとともに、前記曲げ部の平面視での曲げ角度θが、６０°≦θ≦１２０°である、円弧状の曲げ形状を形成し、前記曲げ部の内側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚増加率を２５％未満とするとともに、前記曲げ部の外側側面におけるバスバー長手方向に亘る最大板厚減少率を２５％未満とすることを特徴とするアルミニウム合金製バスバーの製造方法。