JP6107195B2

JP6107195B2 - アルミ導電部材の製造方法

Info

Publication number: JP6107195B2
Application number: JP2013024615A
Authority: JP
Inventors: 大久保　学; 学大久保
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-02-12
Also published as: WO2014125896A1; KR20150119034A; US20150340116A1; ES2713500T3; EP2958207B1; US9828689B2; CN104969431A; CN104969431B; EP2958207A1; EP2958207A4; JP2014155374A

Description

この発明は、工場、ビル、家庭等の電力需要箇所において様々な受配電機器、制御機器等に組み込まれる絶縁バスバー(若しくは絶縁ブスバー)や絶縁バスダクト等として使用するためのアルミ導電部材の製造方法に関する。

発電所等において発電された電力は、通常、これを高圧送電線によって電力需要地まで送電し、電力需要地では必要により幾段階かに分けて電圧を低下させ、配電線を利用して工場、ビル、家庭等の電力需要箇所に配電される。そして、このような電力の供給においては、電圧降下のためのトランスや電力配電のための配電盤等が用いられるが、これらトランスや配電盤等においては低圧大容量の電力を受配電するための受配電機器や開閉機器等の制御機器等が用いられており、また、これら受配電機器や制御機器等においては、電気的接続部以外の領域を筒状樹脂（樹脂絶縁材）で被覆して電気的絶縁部とした絶縁バスバーや、このような絶縁バスバーを複数積層した絶縁バスダクトと称される導電部材が用いられている（例えば、特許文献１）。

そして、このような導電部材については、導電性、強度、加工性、耐蝕性等において優れた性能を有することから、主として銅又は銅合金からなる銅系材料が使用されている。しかしながら、銅系材料は、例えば銅の密度が８．９５g/cm³(20℃)であって、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材（例えば、純アルミニウムの密度２．６９９g/cm³(20℃)）と比べると、その重量が嵩み、例えば、建設資材であるバスダクト等のように軽量化が求められる用途においては、軽量で導電性に優れたアルミニウム材が使用され始めている。

しかるに、アルミニウム材にはその表面が酸化され易いという性質があり、このアルミニウム材からなる導電部材（アルミ導電部材）が外気に晒されると、その表面が酸化されて容易に酸化皮膜が形成され、この酸化皮膜によってアルミ導電部材の接触電気抵抗が高くなり、接続対象の端子との間の電気的接続が困難になるほか、このアルミ導電部材を例えば銅系材料からなる導電部材等の標準電極電位差の大きい導電部材と直接に接続すると、その接触部分において電食（電気化学的な腐食）が発生するという問題もある。

そこで、従来においても、このようなアルミ導電部材の問題を解決するための提案もなされている。例えば、特許文献２には、バスダクトに用いられる母線（アルミブスバー）に良好な導電性と防錆性を付与するためのメッキ方法が提案されている。しかしながら、メッキ方法によりアルミブスバーに導電性と防錆性を付与することは、導電性を必要としない電気的接続部以外の電気的絶縁部の領域にまでメッキを施すことになって、アルミブスバーやこれを用いたバスダクトが大型化すればするほどコスト的に不利になる。また、この特許文献２には、絶縁バスバーや絶縁バスダクトとして使用する場合に必要な電気的接続部以外の領域を電気的絶縁部に形成するための方法については全く記載されておらず、仮に筒状樹脂等で絶縁被覆して電気的絶縁部を形成する場合には、その長期耐久性や耐薬品性等が電気的絶縁部の樹脂に依存するという問題がある。

なお、特許文献３には、アルミニウム合金製の電気自動車用二次電池収納筐体であって、筐体の表面に厚み２０〜１００μmの硬質陽極酸化皮膜を設けてブスバーとして兼用することが開示されている。しかしながら、この特許文献３においては、端子として使用される電気的接続部をどのようにして形成し、また、形成された電気的接続部の導電性及び防錆性をどのようにして確保するか等については全く記載されていない。

特開2009-060,757号公報特開2010-285,652号公報特許第4,759,699号公報

そこで、本発明者らは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材を基材として使用し、また、メッキ方法や樹脂絶縁材を用いることなく安価に製造することができ、しかも、絶縁バスバーや絶縁バスダクト等として使用するのに必要な導電性及び防錆性に優れた電気的接続部と長期耐久性や耐薬品性等に優れた電気的絶縁部とを備えたアルミ導電部材について鋭意検討し、本発明を完成した。

従って、本発明の目的は、導電性及び防錆性に優れた電気的接続部と長期耐久性や耐薬品性等に優れた電気的絶縁部とを備えたアルミ導電部材を安価に製造することができるアルミ導電部材の製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材で形成されたアルミ導電基材と、このアルミ導電基材の一部の領域に形成され、表面が導電性酸化防止膜で被覆されて端子として使用される電気的接続部と、この電気的接続部以外の領域に形成され、陽極酸化皮膜で被覆された電気的絶縁部とを備えているアルミ導電部材の製造方法である。

そして、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材でアルミ導電基材を形成し、このアルミ導電基材の表面には、陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜で被覆された電気的絶縁部を形成すると共に、導電性酸化防止剤を塗布して導電性酸化防止膜で被覆された電気的接続部を形成することを特徴とするアルミ導電部材の製造方法である。

本発明において、アルミ導電基材として使用するアルミニウム材の材質や形状等については、その表面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成することができれば特に制限されるものではなく、このアルミ導電基材を用いて製造されるアルミ導電部材の用途等に要求される強度、耐食性、加工性等の種々の物性に基づいて、適宜選定し、また、形成することができる。

また、本発明において、アルミ導電基材の表面に陽極酸化処理を施して形成され、電気的絶縁部として機能する陽極酸化皮膜の膜厚については、それがアルミ導電部材の電気的絶縁部として機能するだけの電気絶縁性（抵抗値）を発現すればよく、下限に関しては、皮膜のクラック発生を防止して絶縁破壊の発生をより効果的に防止する上で、通常は１０μm以上、好ましくは５０μm以上であるのがよく、また、上限に関しては、絶縁破壊の観点からは特に制限はないが、製造上の観点から１００μm程度までであるのがよい。

そして、この電気的絶縁部として機能する陽極酸化皮膜については、絶縁抵抗や絶縁耐圧の低下を防止する上で、好ましくは沸騰水や加圧水蒸気により封孔処理を施すのがよく、更に好ましくは、電解着色法、染色法、電気泳動法、あるいはこれらの方法を併用する方法等により着色し、この着色により電気的接続部とを視覚的に容易に区別できるようにするのがよい。

本発明において、前記アルミ導電基材の一部の領域に形成され、端子として使用される電気的接続部については、その表面が導電性酸化防止膜で被覆されていること、すなわち導電性を確保しつつ防錆処理が施されていることが必要であり、この導電性酸化防止膜については、必要な導電性及び防錆性が確保できれば特に制限はなく、例えば、アルミ導電基材の表面の一部に、グリース中に酸化クロム粉末等の導電性粉末を混合して得られた導電性塗布剤（例えば、静岡興産株式会社製商品名「日軽ジョインタル」等）や、バインダー樹脂中に導電性フィラーや必要により更に酸化防止剤等を添加し混合して得られた導電性塗布剤（例えば、特開2005-26,187号公報、特開2007-317,489号公報、特表2010-539,650号公報等参照）等を塗布して得られる導電性酸化防止膜を例示することができる。

そして、本発明のアルミ導電部材を製造するに際しては、先ず、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材でアルミ導電基材を形成し、次いで、得られたアルミ導電基材の表面に、陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜で被覆された電気的絶縁部を形成すると共に、導電性酸化防止剤を塗布して導電性酸化防止膜で被覆された電気的接続部を形成する。

ここで、上記の電気的絶縁部及び電気的接続部の形成に際しては、例えば、電気的絶縁部については、アルミ導電基材の表面全面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、次いで前記電気的接続部となる領域の陽極酸化皮膜を例えば研磨処理等の方法で除去することにより形成し、そして、前記電気的接続部については、陽極酸化皮膜が除去された前記領域に導電性酸化防止剤を塗布して形成してもよい。

また、別の方法としては、前記アルミ導電基材において電気的接続部となる領域に保護膜を設け、次いでこの保護膜が設けられた領域以外の領域に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成することにより電気的絶縁部を形成し、また、前記保護膜を除去した後にこの部分に導電性酸化防止剤を塗布して電気的接続部を形成してもよい。

そして、陽極酸化皮膜を形成して電気的絶縁部を形成する際の陽極酸化処理の処理条件については、電気的絶縁部として機能するだけの電気絶縁性を発現できる膜厚、好ましくは１０μm以上の膜厚の陽極酸化皮膜を形成できればよく、例えば、電解浴として濃度１６質量%の硫酸浴を用いて陽極酸化処理を行う場合には、浴温度２０℃、電流密度１５０A/m²、及び処理時間２２分以上の処理条件で陽極酸化処理を行うのがよい。

また、前記導電性酸化防止膜からなる電気的接続部を形成する際に用いられる導電性酸化防止剤については、アルミ導電基材の表面の一部に塗布し、必要な導電性酸化防止膜を形成することができればよく、例えば、先に例示した導電性塗布剤等を例示することができる。

本発明のアルミ導電部材は、その電気的絶縁部が陽極酸化皮膜により電気的に絶縁されていて優れた長期耐久性や耐薬品性等を発揮すると共に、その電気的接続部が導電性酸化防止膜で被覆されていて必要な導電性及び防錆性を発揮し、しかも、メッキ処理や樹脂絶縁材による被覆処理を必要としないので安価に製造することができる。

以下、実施例に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〔実施例〕
板厚４mmのＡ１１００アルミニウム材から２００mm×３０mm×４mmのアルミ導電基材を切り出し、このアルミ導電基材を硫酸160g/L濃度の硫酸電解浴中、９℃、電流密度ＤＣ４００A/m²、及び６０分間の処理条件で陽極酸化処理を行い、アルミ導電基材の表面全体に膜厚６０μmの陽極酸化皮膜を形成した、

次に、このアルミ導電基材の表面に形成された陽極酸化皮膜について、アルミ導電基材の長さ方向両端側からそれぞれ１cmのところまで研磨処理して陽極酸化皮膜を除去し、この陽極酸化皮膜を除去した部分に導電性塗布剤（静岡興産株式会社製商品名：日軽ジョインタルＺ）を塗布して導電性酸化防止膜を形成し、前記陽極酸化皮膜で被覆された電気的絶縁部と導電性酸化防止膜で被覆された電気的接続部とを有する試験片（アルミ導電部材）を調製した。

得られた試験片について、その両端に形成された電気的接続部間における導電性をテスターにて調べたところ、良好な導通が確認され、また、電気的接続部間の電気的絶縁部について導電性をテスターにて調べたところ、導通は認められず、良好な絶縁性が確認された。

以上のことから、陽極酸化皮膜で被覆された電気的絶縁部と導電性酸化防止膜で被覆された電気的接続部とを有するアルミ導電部材が絶縁バスバーや絶縁バスダクト等として使用でき、様々な受配電機器、制御機器等の分野において利用できることが判明した。

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材でアルミ導電基材を形成し、このアルミ導電基材の表面には、陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜で被覆された電気的絶縁部を形成すると共に、導電性酸化防止剤を塗布して導電性酸化防止膜で被覆された電気的接続部を形成することを特徴とするアルミ導電部材の製造方法。
前記電気的絶縁部は、アルミ導電基材の表面全面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成し、次いで前記電気的接続部となる領域の陽極酸化皮膜を除去して形成され、また、前記電気的接続部は、陽極酸化皮膜が除去された前記領域に導電性酸化防止剤を塗布して形成されることを特徴とする請求項１に記載のアルミ導電部材の製造方法。
前記アルミ導電基材の表面に形成されて電気的接続部となる領域の陽極酸化皮膜が、研磨処理により除去されることを特徴とする請求項２に記載のアルミ導電部材の製造方法。
前記電気的絶縁部は、前記アルミ導電基材において電気的接続部となる領域に保護膜を設け、次いでこの保護膜が設けられた領域以外の領域に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成することにより形成され、また、前記電気的接続部は、前記保護膜を除去した後に導電性酸化防止剤を塗布して形成されることを特徴とする請求項１に記載のアルミ導電部材の製造方法。