JP2020059027A - アルミニウム合金製バスバーの製造方法及びバスバー - Google Patents

Abstract

【課題】６０００系のバスバー用アルミニウム合金板を幅曲げしてバスバーを製造する場合に、前記アルミニウム合金板の曲げ加工性を改善する。【解決手段】６０００系アルミニウム合金板から圧延方向に対し９０°方向に短冊状の素材を切り出し、前記短冊状の素材を幅曲げしてバスバーを製造する。【選択図】図２

Description

本発明は、６０００系アルミニウム合金板を素材とするアルミニウム合金製バスバーの製造方法及びバスバーに関する。

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又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、導電性に優れている必要がある。また、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が要望されている。それに伴い、車載機器の接続部品としてのバスバーは、曲げ半径の小さい湾曲部分を有する形状に設計される場合が多い。従って、バスバー用素材は、曲げ加工性にも優れる必要がある。

従来から、バスバー用素材としては銅板が汎用されていた。これに対し、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が検討され、アルミニウム合金板の曲げ加工性を向上させる試みが種々提案されている。

特許文献１には、Ｓｉ：０．３〜１．５質量％、Ｍｇ：０．３〜１．０質量％を含む６０００系アルミニウム合金からなり、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、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記載されている。
特許文献２には、前記特許文献１と同じ組成からなり、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、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板が記載されている。
特許文献１，２において、アルミニウム合金板の曲げ加工性は、アルミニウム合金板の板厚方向、すなわち面外曲げ（板の平面外への曲げ）試験により評価されている。

特許文献３には、板厚ｔが１．５〜４．０ｍｍ、板幅Ｂが７〜２０ｍｍ、導電率が４５．０％ＩＡＣＳ以上で、圧延方向に平行方向の０．２％耐力が１８０ＭＰａ以上の６０００系アルミニウム合金板からなるバスバーが記載されている。このバスバーは、角度６０〜１２０°で幅曲げ（面内曲げ）された円弧状の曲げ部を１箇所以上有し、前記曲げ部内側の曲率半径Ｒ１と前記板幅Ｂが、０．３Ｒ１＋６．５＜Ｂ＜０．３Ｒ１＋１１．５の関係を満たし、曲げ割れや板厚不良（曲げ部における大きい板厚変動）の発生が防止される。特許文献３では、アルミニウム合金板の曲げ加工性が、幅曲げ（面内曲げ）試験により評価されている。

特許第５３３０５９０号公報 特許第５６４７６６５号公報 特開２０１７−５１９６２号公報

アルミニウム合金板を幅曲げしてバスバーを製造する場合、板厚が小さいほど、板幅が大きいほど、曲げ角度が大きいほど、及び曲げ部（内側及び外側）の曲率半径が小さいほど、曲げ加工が困難となる。このため、バスバーのサイズ及び形状によっては、曲げ外側に割れが生じることがあり、バスバー用アルミニウム合金板には、より優れた曲げ加工性が求められている。
従って、本発明は、バスバー用アルミニウム合金板を幅曲げしてバスバーを製造する場合に、アルミニウム合金板の曲げ加工性を改善することを目的とする。

本開示に係るアルミニウム合金製バスバーの製造方法は、６０００系アルミニウム合金板から圧延方向に対し９０°方向に短冊状の素材を切り出し、前記短冊状の素材を幅曲げすることを特徴とする。製造されたバスバーは、幅曲げされた曲げ部を１箇所以上有し、長手方向が圧延方向に対し９０°方向である。

６０００系アルミニウム合金圧延板から圧延方向に対し９０°方向に切り出した短冊状のバスバー素材は、圧延方向に対し平行（０°方向）に切り出した通常のバスバー素材に比べて、幅曲げにおける曲げ加工性が優れる。このため、本開示に係る製造方法によれば、従来の製造方法に比べ、幅曲げする際に曲げ外側に割れが生じることが抑制される。

アルミニウム合金板における短冊状のバスバー用素材の切り出し方向を示す図である。 バスバー素材に対する幅曲げ試験の方法を示す図である。

以下、本開示に係るアルミニウム合金製バスバーの製造方法及びバスバーについて、より詳細に説明する。
［アルミニウム合金板］
アルミニウム合金製バスバーの製造に用いるアルミニウム合金板は、ＪＩＳ又はＡＡに規定される６０００系アルミニウム合金からなる。６０００系アルミニウム合金は、Ｓｉ及び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、比較的高い導電率及び高い強度を得やすい。また、幅曲げ（面内曲げ）における曲げ加工性、及び面外曲げ加工性にも優れる。
Ｓｉ及びＭｇの好ましい含有量範囲は、それぞれ０．３〜１．５質量％、０．３〜１．０質量％である。ＳｉとＭｇは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アルミニウム合金板の強度を向上させる。また、Ｓｉ、Ｍｇは高温環境下での転位の移動を阻害することで、アルミニウム合金板の耐クリープ性を向上させる。

上記６０００系アルミニウム合金は、Ｓｉ、Ｍｇのほか、残部Ａｌ及び不可避不純物からなり、必要に応じて、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉからなる１種以上を含有する。これらの元素を含む場合の好ましい含有量は、Ｃｕ：１．０質量％未満、Ｍｎ：１．０質量％未満、Ｃｒ：０．５質量％未満、Ｚｒ：０．３質量％未満、Ｔｉ：０．１質量％以下である。不可避不純物として含まれるＦｅ及びＺｎは、それぞれ０．５質量％未満に制限される。これらの元素の作用は特許文献１，２に記載されたとおりである。

バスバーの製造に用いられる６０００系アルミニウム合金板は、２００ＭＰａ以上の引張強さ、１８０ＭＰａ以上の０．２％耐力、かつ８％以上の伸びを有することが好ましい。２００ＭＰａ以上の引張強さ及び１８０ＭＰａ以上の０．２％耐力があれば、バスバーに要求される強度及び耐クリープ性を確保し、かつボルト締結した場合に締結箇所に緩みが生じることを防止できる。８％以上の伸びがあれば、バスバーの組み付け時に材料が破損するのを防止できる。また、バスバーの電気伝導度を確保するため、バスバーの製造に用いられるアルミニウム合金板は、５５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有することが好ましい。これらの特性は、上記組成の６０００系アルミニウム合金板で普通に得られる。

上記６０００系アルミニウム合金板は、鋳造、均質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延（必要に応じて）、溶体化熱処理、人工時効処理の各工程により製造することができる。前記各工程は、６０００系アルミニウム合金板における公知の条件で行えばよい。

［バスバーの製造］
バスバーの製造にあたり、従来は、アルミニウム合金板を圧延方向に対し平行（０°方向）にスリットして、所定の板幅のアルミニウム合金条を作製し、このアルミニウム合金条を所定長さに切断して短冊状のバスバー素材とし、このバスバー素材に曲げ加工等の所要の工程を施していた。この場合、バスバーの長手方向がアルミニウム合金板の圧延方向に平行（０°方向）である。
一方、本開示に係るアルミニウム合金製バスバーの製造方法においては、短冊状のバスバー素材を６０００系アルミニウム合金板から切り出すとき、前記バスバー素材の長手方向が圧延方向に対し９０°の方向になるようにする。このバスバー素材に幅曲げを含む所要の工程を施すことで、アルミニウム合金製バスバーが製造される。製造されたアルミニウム合金製バスバーは、長手方向が６０００系アルミニウム合金板の圧延方向に対し９０°の方向であり、幅曲げされた曲げ部を長手方向に沿って１箇所以上有する。
なお、本発明において、９０°方向とは、正確に９０°方向のみでなく、目的上許容される製造誤差の範囲、すなわち略９０°方向を含む意味で用いられる。

次に、本開示に係るアルミニウム合金製バスバーの製造方法及びバスバーについて、以下、比較例と比較して説明する。
Ｓｉ：０．５質量％、Ｍｇ：０．５質量％、残部Ａｌ及び不可避不純物（うちＦｅ：０．３５質量％）の組成を有する６０００系アルミニウム合金鋳塊に対し、通常の条件で均質化処理及び熱間圧延を施し、板厚５ｍｍの熱間圧延材とし、続いて冷間圧延（圧延率６０％）して、板厚２ｍｍの冷間圧延材を得た。この冷間圧延材に対し、５５０℃で溶体化処理を施した後、２００℃で時効処理を施した。時効処理後の冷間圧延材（アルミニウム合金板）を供試材として、機械的性質、導電率及び曲げ加工性を、以下の要領で求めた。その結果を表１に示す。

（機械的性質）
前記供試材から長手方向が図１に示す３種類の方向（圧延方向に対し０°、４５°、９０°の方向）となるように、ＪＩＳ５号試験片を切り出し、ＪＩＳＺ２２４１の規定に準拠して引張試験を行い、引張強さ、０．２％耐力及び伸びを測定した。なお、クロスヘッド速度は５ｍｍ／分で行った。

（曲げ加工性）
各６０００系アルミニウム合金板から、図１に示すように、３種類の方向（圧延方向に対し０°、４５°、９０°の方向）に、短冊状の試験片を切り出した。試験片の幅は各方向ごとに４種類（９ｍｍ、１１ｍｍ、１３ｍｍ、１５ｍｍ）とし、試験片の長さは３００ｍｍとした。これらの試験片に対し、図２に示す工具（ダイス２、ポンチ３）を用いて幅曲げ試験を行った。

ポンチ３は板状をなし、先端の角度が９０°、曲率半径が５ｍｍに設定されている。ダイス２は、ポンチ３が嵌る溝４を有し、前記溝４の中央部にはＶ字状の溝５が形成されている。Ｖ字状の溝５の角度は９０°であり、肩部の曲率半径が５ｍｍに設定されている。ポンチ３は鉛直方向に昇降可能とされ、ポンチ３が昇降する間、ポンチ３の先端と溝５のＶ字先端が常に上下方向に重なっている。

幅曲げ試験にあたり、まず、図２に示すように、試験片１の幅方向を上下方向に向け、ダイス２の溝４に載置する。続いてポンチ３を下降させ、ポンチ３の先端で試験片１を押圧し、試験片１をＶ字状の溝５に押し付け、面内で変形させ、円弧状の曲げ部６を形成する。曲げ部６の内側の曲率半径は５ｍｍ、曲げの角度は９０°である。
幅曲げ後の試験片１の曲げ部６を目視観察し、曲げ外側における割れ発生の有無を調べた。曲げ部６に割れが発生していなかった場合、曲げ加工性良（○）と評価し、前記曲げ部６に割れが発生していた場合、曲げ加工性不良（×）と評価した。

幅曲げ試験の結果から、従来材に相当する長手方向が圧延方向に対し０°方向の試験片（Ｎｏ．１）は、限界試験片幅Ｂ（割れの発生なく幅曲げ加工できる最大幅）が９ｍｍであり、長手方向が圧延方向に対し４５°方向の試験片（Ｎｏ．２）は、限界試験片幅Ｂが９ｍｍ未満であった。これに対し、長手方向が圧延方向に対し９０°方向の試験片（Ｎｏ．３）は、限界試験片幅Ｂが１３ｍｍと、Ｎｏ．１，２の試験片に比べて顕著に大きい。
また、限界試験片幅Ｂと内側曲げ半径Ｒ（＝５ｍｍ）の比は、幅曲げ加工における曲げ加工性の指標となり得るものであるが、従来材に相当するＮｏ．１では１．８であるのに対し、Ｎｏ．３では２．６と顕著に大きい。

１ 試験片
２ ダイス
３ ポンチ

Claims (2)

1. ６０００系アルミニウム合金板から圧延方向に対し９０°方向に短冊状の素材を切り出し、前記短冊状の素材を幅曲げ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。
2. ６０００系アルミニウム合金板からなり、幅曲げされた曲げ部を１箇所以上有するバスバーにおいて、長手方向が圧延方向に対し９０°方向であることを特徴とするアルミニウム合金製バスバー。

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