自動車用の配電用部材

【課題】軽量化した自動車用の配電用部材を提供する。
【解決手段】実施形態に係る配電用部材１０は、たとえば自動車のバッテリを各系統に配電するためのバスバーや、自動車のモータに配電するためのバスバーなどの配電用部材として用いられる。この配電用部材１０は、第１材料により形成される第１層と、第１材料より電気抵抗が小さい第２材料により形成され、第１層より層の厚さが薄い第２層とを含むシートを曲げて重ねることで形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のシートから形成される自動車用の配電用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の様々な装置を作動させるために、送電経路としてバスバーなどの配線用部材が用いられる（たとえば特許文献１および２参照）。特許文献１には金属製のバスバーが開示され、特許文献２には配線フィルムをロール状に巻いて成形されたワイヤーハーネスが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３９９４７号公報
【特許文献２】特開２０１０−００３２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車の配電用部材には、たとえば最大で３００アンペア程度の電流が流れるため高い耐電流特性が求められる。高い耐電流特性を満たすため、従来、配電用部材は銅などの金属で構成されているが、一方で配電用部材が大きく、かつ重くなるという欠点があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量化した自動車用の配電用部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の自動車用の配電用部材は、第１材料により形成される第１層と、第１材料より電気抵抗が小さい第２材料により形成され、第１層より層の厚さが薄い第２層とを含むシートを、曲げて重ねることで形成する。この態様によると、第１材料で配線用部材を形成する場合と比べて、より小型化および軽量化できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軽量化した自動車用の配電用部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る配電用部材の斜視図である。
【図２】実施形態に係るシートの斜視図である。
【図３】実施形態に係る配電用部材を説明するための図である。
【図４】第１変形例の配電用部材を説明するための図である。
【図５】第２変形例の配電用部材を説明するための図である。
【図６】第３変形例の配電用部材を説明するための図である。
【図７】第４変形例に係る配電用部材の斜視図である。
【図８】図８（ａ）は第５変形例に係る配電用部材を示し、図８（ｂ）は第６変形例に係る配電用部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、実施形態に係る配電用部材１０の斜視図である。配電用部材１０は、たとえば自動車のバッテリを各系統に配電するためのバスバーや、自動車のモータに配電するためのバスバーなどに用いられる。自動車の配電用部材１０は、たとえばエンジンルームにおいてスペース上の制約がある中で、非常に大きい電流を流される。配電用部材１０は、外部電極（不図示）に接続する２つの配電端部２０と、２つの配電端部２０を導通する導通部３０とを備える。なお、図１には、棒状に形成された配電用部材１０を示すが、配電用部材１０はこの形状に限定されることなく、外部電極の位置、スペースなどの条件により形状が定められてよい。
【００１０】
配電端部２０は、導通部３０より厚く形成され、中央には外部電極を挿入するための穴状の接続部２２が形成されている。なお、外部電極への接続は、外部電極を挿入する方法のみに限定されることなく、はんだ付け、ロウ付け、溶着、カシメなど種々の方法を用いてなされてよい。なお、配電端部２０に外部電極を溶接で直接接続してもよく、配電端部２０が外部電極に接続するための接続部として機能してよい。配電用部材１０は、シートを曲げて重ねて形成されている。このシートについて図２を用いて具体的に説明する。
【００１１】
図２は、実施形態に係るシート１２を模式的に示す斜視図である。なお各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。シート１２は配電用部材１０を成形する前の素材である。シート１２は、銅などの金属材料１７により形成される第１層と、金属材料１７より電気抵抗が小さく、層の厚さが薄く、かつ形状が外力に対して変形しやすいグラフェン１８により形成される第２層と、を重ねて構成される。
【００１２】
実施形態のシート１２の一部を形成するグラフェン１８は、電流密度は銅の１０００倍、引っ張り強度は鋼鉄の数十倍、比重は銅の４分の１、熱伝導率も銅の１０倍以上という特性を有する。つまりグラフェンは、軽くて、丈夫で、耐電流特性が高い特性を有する。グラフェンを配電用部材１０に用いることで、配電用部材１０を小型化および軽量化できる。グラフェンは炭素の６員環が単相で形成されており、グラフェン１８の第２層の厚さＷ２は０．３５ｎｍ程度である。つまりグラフェン１８の第２層は薄い透明の膜であり、金属材料１７より柔軟で、剛性が低い。
【００１３】
金属材料１７は、導電性を有し、たとえば銅、ニッケル、コバルト、白金または鉄などで形成される。これらの金属は、グラフェンをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により製造する際の金属触媒として用いられ、この金属の表面にグラフェンの層が形成される。金属材料１７の厚さＷ３は、実施例では１０μｍに形成された態様として説明するが、これに限られず、１μｍ〜１０００μｍに形成されてよい。
【００１４】
ここで、グラフェン１８のみで配電用部材を構成すれば、配電用部材を軽くすることができるが、そのためには、金属触媒上に形成されたグラフェン１８を金属触媒から剥がす必要がある。グラフェン１８を金属触媒から剥がす際にグラフェン１８に損傷が生じる可能性がある。そこで金属触媒上に形成されたグラフェン１８を金属触媒とともにそのまま剥がさずに用いることで、グラフェン１８を金属触媒から剥がす際に損傷が生じることを防ぐことができる。
【００１５】
グラフェン１８で構成される第２層は引っ張り強度は高いものの非常に薄い膜なので、所与の形状を保持することは困難である。一方、金属材料１７で構成される第１層は、グラフェン１８より厚く、形状を保持する力は高い。またグラフェン１８単体での加工において、薄膜のグラフェン１８同士が静電気で不必要に張り付く可能性もあり、一旦張り付くと透明な薄膜のグラフェン１８を剥がすことは非常に煩瑣である。したがって、グラフェン１８単体での加工は容易ではない。そこでグラフェン１８と、グラフェン１８より加工しやすく、加工した形状を保持できる金属材料１７の第１層とで配電用部材１０を形成することで、配電用部材１０を所与の形状に容易に加工することが可能となる。
【００１６】
第１層の金属材料１７は、対向する両辺に位置するシート端部１４と、シート端部の間に形成されるシート薄肉部１６と、を有する。シート端部１４のそれぞれは、シート薄肉部１６より厚く形成される。たとえばシート端部１４の厚さＷ１は、１００μｍであり、シート端部１４の長尺の長さは２００ｍｍである。このシート１２を成形して、配電用部材１０を製造する。
【００１７】
図３は、実施形態に係る配電用部材１０を説明する図である。図３（ａ）は配電端部２０の側面図を示し、図３（ｂ）は配電用部材１０の断面図を示し、図３（ｃ）は配電用部材１０の上面図を示す。なお、本図ではシート１２を４つ折りした形状を示すが、４つ折りに限られず、複数回折りたたんでよい。
【００１８】
配電用部材１０は、シート１２を所定幅で折りたたむように形成される。すなわち、配電用部材１０はシート１２を曲げて重ねて複数層にすることで形成されている。配電端部２０は、シート端部１４およびグラフェン１８から形成され、導通部３０はシート薄肉部１６およびグラフェン１８から形成されている。配電端部２０に形成された接続部２２は、貫通穴であって、ボルトやビスなどの外部電極が挿入されて電気的に接続される。図３（ａ）に示すように最外層１９に金属材料１７を配し、グラフェン１８を最外層に露出しないようにする。配電端部２０に外部電極を接続する場合、炭素で構成されるグラフェン１８にはロウ付け、はんだ付け、溶着などの接続が難しい。そこで、配電用部材１０の最外層１９に金属材料１７を配することで、配電端部２０を外部電極へ容易に接続できる。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、配電端部２０は導通部３０と比べて厚く形成されている。たとえばカシメにより配電端部２０を外部電極に接続しようとしても、配電端部２０が導通部３０のように薄ければ接続は難しい。そこで、配電端部２０を厚く形成し、所定の大きさを確保することで、配電端部２０の外部電極への接続を容易にすることができる。また、導通部３０を薄く形成することで狭い空間に配電用部材１０を配設することができる。たとえば１００μｍの厚さのシート端部１４を１０層にして、配電端部２０の厚さを１ｍｍに形成してよく、それ以上の厚さにしてもよい。
【００２０】
図４は、第１変形例の配電用部材４０を説明する図である。図４（ａ）は配電端部４２の側面図を示し、図４（ｂ）は配電用部材４０の断面図を示し、図４（ｃ）は配電用部材４０の上面図を示す。配電用部材４０は、外部電極に接続するための接続部４６が形成される配電端部４２と、配電端部４２を導通する導通部４４とを備える。たとえば配電端部４２の軸方向長さは略１０ｍｍであり、導通部４４の軸方向長さは７０ｍｍ〜５００ｍｍである。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、配電用部材４０はシート１２を渦巻き形状に巻回するように形成されている。すなわち、配電用部材４０はシート１２を曲げて重ねて複数層にすることで形成される。配電用部材４０の最外層に金属材料１７を配し、グラフェン１８を最外層に露出しないようにする。これにより配電端部２０を外部電極へ容易に接続できる。
【００２２】
図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、導通部４４は配電端部４２と比べて小径に形成されている。つまり、配電端部２０を大径に形成して所定の大きさを確保することで、配電端部２０の外部電極への接続を容易にすることができる。また、導通部４４を小径に形成することで、狭い空間に配電用部材４０を配設することができる。
【００２３】
図５は、第２変形例の配電用部材５０を説明する図である。図５（ａ）は配電端部５２の側面図を示し、図５（ｂ）は配電用部材５０の上面図を示す。この変形例では、図４に示す配電用部材４０と同じようにシート１２を渦巻き形状に巻回して形成されており、さらに導通部５４がシート薄肉部１６をねじることで形成されている。
【００２４】
シート薄肉部１６をねじることで導通部５４が形成されることにより、導通部５４の内部空間をほぼ無くして強度を高めることができる。また、導通部５４の径を小さくでき、配電用部材１０を小型化できる。また、シート薄肉部１６をねじった後に導通部５４にプレス加工を施して強度を高めてよい。
【００２５】
図６は、第３変形例の配電用部材６０を説明する図である。図６（ａ）は配電用部材６０を成形する前の状態であるシート端部６２の側面図を示し、図６（ｂ）は配電用部材６０を成形した配電端部６２ａの側面図を示し、図６（ｃ）は配電用部材６０の上面図を示す。
【００２６】
第３変形例の配電用部材６０では、シート１２を中空にして巻回した後、プレス加工して成形される。具体的には、棒状の巻芯にシート１２を巻き付けて図６（ａ）に示す円筒形状に形成し、シート薄肉部１６をねじり、プレス加工により中空を潰して図６（ｂ）に示す折り曲げたような配電端部６２ａを形成する。プレスして配電用部材６０を形成することで、配電用部材６０の強度を高めることができる。また配電用部材６０の最外層に金属材料１７を配することで、グラフェン１８の露出を抑えることができる。図６（ｃ）に示すように、配電端部６２ａは貫通孔に形成された接続部６６を有する。接続部６６は外部電極に接続される。
【００２７】
図７は、第４変形例に係る配電用部材７０の斜視図である。第４変形例の配電用部材７０は、図４に示す第２変形例の配電用部材４０に樹脂成形を施したものである。具体的には、配電用部材７０は、エポキシ樹脂の被覆部７８による導通部４４にモールド成形がなされている。配電端部４２に樹脂成形を施すとエポキシ樹脂が付着して絶縁されるおそれがあるため、導通部４４にのみ樹脂成形がなされる。これにより導通部４４を絶縁しつつ、保護することができる。被覆部７８は、シリコンやウレタンなどで形成されてよい。
【００２８】
被覆部７８は、配電端部４２と同径に形成され、配電用部材７０の表面が滑らかになるように形成される。図７には配電端部４２が配電端部４２の形状が円筒形状であるため、被覆部７８の外形も円筒形状に形成されているが、図１のように配電端部２０が略直方体である場合には被覆部７８の外形も直方体に形成されてよい。また被覆部７８は、導通部４４をコーティングするように薄い被膜で覆うように形成されてもよい。また樹脂成形により導通部４４を屈曲させたりして所与の形状に変形してよい。
【００２９】
図８（ａ）は第５変形例に係る配電用部材８０を示し、図８（ｂ）は第６変形例に係る配電用部材９０を示す図である。配電用部材８０および配電用部材９０は導通部に弾性を有する。
【００３０】
図８（ａ）に示す配電用部材８０はシート１２を巻回して形成され、接続部８６が設けられた円筒形状の配電端部８２と、まきばね形状に形成された導通部８４を有する。グラフェンは薄膜で、しなやかな特性を有する。そこで金属材料１７と合わせてまきばね形状にすることで、配電用部材８０に弾性を持たせることができる。この弾性により、可動する外部電極や振動する外部電極に配電用部材８０を用いることができる。なお、導通部８４を樹脂でモールドすると固くなって弾性が失われる可能性があるため、導通部８４の周囲を樹脂成形しなくてよい。接続部８６は貫通孔に形成され、外部電極に接続される。
【００３１】
図８（ｂ）に示す配電用部材９０はシート１２を折りたたんで形成され、接続部９６が設けられた直方体の配電端部９２と、板ばねとして機能する導通部９４を有する。これにより配電用部材９０は弾性を有することができ、可動する外部電極や振動する外部電極に配電用部材９０を用いることができる。接続部９６は貫通孔に形成され、外部電極に接続される。
【００３２】
本発明は上述の各実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施例に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施例も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００３３】
１０配電用部材、１２シート、１４シート端部、１６シート薄肉部、１７金属材料、１８グラフェン、２０配電端部、２２接続部、３０導通部、４０配電用部材、４２配電端部、４４導通部、４６接続部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料により形成される第１層と、前記第１材料より電気抵抗が小さい第２材料により形成され、前記第１層より層の厚さが薄い第２層とを含むシートを、曲げて重ねることで形成したことを特徴とする自動車用の配電用部材。
【請求項２】
前記シートを渦巻き形状に巻回するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用の配電用部材。
【請求項３】
前記シートを折りたたむように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用の配電用部材。
【請求項４】
最外層に前記第１層を配することを特徴とする請求項２または３に記載の自動車用の配電用部材。
【請求項５】
前記第１層は、
対向する両辺に位置するシート端部と、
前記シート端部の間に形成されて、前記シート端部より厚さの薄いシート薄肉部と、を有し、
当該自動車用の配電用部材は、
前記シート端部により形成された２つの配電端部と、
前記シート薄肉部により形成されて２つの前記配電端部を導通する導通部と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動車用の配電用部材。
【請求項６】
前記配電端部は、外部電極に接続するための接続部として機能することを特徴とする請求項５に記載の自動車用の配電用部材。
【請求項７】
前記導通部は、弾性を有することを特徴とする請求項５または６に記載の自動車用の配電用部材。
【請求項８】
前記導通部は、前記シート薄肉部をねじることで形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の自動車用の配電用部材。
【請求項９】
前記第２材料は、グラフェンであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の自動車用の配電用部材。

【図１】