JP2003527971A - 導電性接合部作成方法 - Google Patents
導電性接合部作成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
銅または銅合金製の導体レールに対する導電性接合部作成方法において、接合すべき導体レール部材間にハンダ／ロウ付け剤を当て、その後少なくともその接合領域を加熱して接合部を作成する。本方法によれば、使用するハンダ／ロウ付け剤は、表層（４、６）と、それらの間の中間層（５）とを含む積層ハンダ／ロウ付け剤フォイル（３）とし、その接合領域を加熱処理して、拡散接合部を作成する。
Description
【０００１】
本発明は、添付の特許請求の範囲の請求項１の前段に記載の方法に関するもの
である。
である。
【０００２】
大量の電力を必要とするプラントでは、電力導体として、典型的には銅または
銅合金製の導体レールが使用される。かかる導体レールは長く、典型的にはボル
トなどの固定手段で作られたクランプ接合部を含んでいる。通常、こうした接合
部ではレール部材が重なり合っていて、相互に接合される部材を貫通して、横断
方向に少なくとも１つの穴が穿孔されている。それぞれの穴は互いに合致するよ
うに配設されていて、その中へボルトなどの固定要素を挿入し、ナットなどの他
端の部品によって締結し、接合すべき部材の接合面を互いに押し合わせる。ボル
ト接合部を用いる場合、電流の伝導は、それら接合される部材間の機械的接触に
左右される。その機械的接合が適切でなければ、効果的で安全な導電は確保でき
ない。クランプ接合部は通常、やがて酸化し、接合部には伝達抵抗が生まれるた
め、そこで大量の電力を無駄に消費してしまう。例えば冶金工業において大量の
電力を消費してしまう装置は、とりわけ、電解設備およびアルミニウム精練電気
炉である。ボルト接合部の導電性の減退と伝達抵抗の発生とによりエネルギー消
費量が増大するため、著しい経済的損失が生じてしまう。更に、それら接合部を
修理すると、たとえ10年間使用した接合部であっても、取替えにかかる作業費用
は高額になる。
銅合金製の導体レールが使用される。かかる導体レールは長く、典型的にはボル
トなどの固定手段で作られたクランプ接合部を含んでいる。通常、こうした接合
部ではレール部材が重なり合っていて、相互に接合される部材を貫通して、横断
方向に少なくとも１つの穴が穿孔されている。それぞれの穴は互いに合致するよ
うに配設されていて、その中へボルトなどの固定要素を挿入し、ナットなどの他
端の部品によって締結し、接合すべき部材の接合面を互いに押し合わせる。ボル
ト接合部を用いる場合、電流の伝導は、それら接合される部材間の機械的接触に
左右される。その機械的接合が適切でなければ、効果的で安全な導電は確保でき
ない。クランプ接合部は通常、やがて酸化し、接合部には伝達抵抗が生まれるた
め、そこで大量の電力を無駄に消費してしまう。例えば冶金工業において大量の
電力を消費してしまう装置は、とりわけ、電解設備およびアルミニウム精練電気
炉である。ボルト接合部の導電性の減退と伝達抵抗の発生とによりエネルギー消
費量が増大するため、著しい経済的損失が生じてしまう。更に、それら接合部を
修理すると、たとえ10年間使用した接合部であっても、取替えにかかる作業費用
は高額になる。
【０００３】
本発明は、このような従来技術の欠点を解消可能な方法および接合部を実現す
ることを目的とする。本発明はまた、新規の接合部を実現することに加えて、古
い接合部を修理する方法を実現することも目的とする。
ることを目的とする。本発明はまた、新規の接合部を実現することに加えて、古
い接合部を修理する方法を実現することも目的とする。
【０００４】
本発明は添付の特許請求の範囲の記載事項を特徴とする。
【０００５】
本発明による構造はいくつかの著しい利点を有する。本発明による方法を用い
れば、非常に耐久性があり長持ちする接合部が実現され、優れた導電性も維持さ
れる。本発明による方法は様々な導体レール構造に対して、非常に容易に適用可
能である。上記接合部は迅速に作成でき、本方法は様々な異なる設置条件下で適
用可能である。本発明による方法の一実施例によれば、劣悪な状態にある既存の
機械的接合部を容易に修理することも可能である。ハンダ／ロウ付け剤を積層フ
ォイルとして用いることによって、非常に有利なハンダ／ロウ付け剤配合物が実
現され、これは容易に使用可能である。本発明による方法を古い接合部の修理に
用いる場合、古いボルト接合部をその場に残したまま、導体要素を例えばその古
い接合部の両側に硬ハンダ付けすることによって、古いボルト接合部を迂回可能
である。
れば、非常に耐久性があり長持ちする接合部が実現され、優れた導電性も維持さ
れる。本発明による方法は様々な導体レール構造に対して、非常に容易に適用可
能である。上記接合部は迅速に作成でき、本方法は様々な異なる設置条件下で適
用可能である。本発明による方法の一実施例によれば、劣悪な状態にある既存の
機械的接合部を容易に修理することも可能である。ハンダ／ロウ付け剤を積層フ
ォイルとして用いることによって、非常に有利なハンダ／ロウ付け剤配合物が実
現され、これは容易に使用可能である。本発明による方法を古い接合部の修理に
用いる場合、古いボルト接合部をその場に残したまま、導体要素を例えばその古
い接合部の両側に硬ハンダ付けすることによって、古いボルト接合部を迂回可能
である。
【０００６】
拡散接合部を作るのに必要な接合材料を十分に薄く最適化した層にして用いる
と、低い作業温度においても、拡散メカニズムによって、最終的な接合部構造で
は、元の接合材料の融点より数百度も高い融点を有する固相が得られる。したが
って、この接合部は、純粋な接合材料が耐えられる温度より高い温度に耐えられ
るため、ある意味で自己修正型である。接合材料と接合部材との間の拡散メカニ
ズムに必要な熱は、加熱装置による加熱工程によって、例えば液体ガスバーナー
によって生成可能である。誘導加熱などの他の適切な加熱設備を接合領域の加熱
に用いてもよい。ハンダ／ロウ付け剤フォイルの表面、および／または少なくと
も接合部材面の一方には、接合部を作る前にスズ（Sn）の層を塗布する。このス
ズを付与することにより、その接合部を作るのに必要な温度を低く抑えることが
できる。また、接合されるそれぞれの面の酸化も回避されるため、かかる接合部
の作成に際しては保護用ガス設備を必要としない。相遷移反応を開始させ、接合
部に最適な構造を達成するためには、ハンダ／ロウ付け剤の表層として、数マイ
クロメートルのスズ層を、Ag+Cu中央層と接合対象物との間に配すれば十分であ
る。本方法によるこの技法はAg+Cu合金にとって決定的なものではなく、実質的
に純粋なAgフォイルを使用してもよい。この接合部の作成は溶融材・固形材の拡
散と連続相遷移反応との結果、比較的低温でも迅速に行なわれる。本発明による
方法の一実施例を用いることによって、非常に様々な酸化条件に対して耐性のあ
るハンダ／ロウ付け剤が生成された。作業状態において生じる腐食に関して、生
成された硫化第二スズ中のスズは有害ではない。なぜなら、それは亜鉛および銅
のようには硫酸塩化されないからである。接合部の継ぎ目相に溶解している銀は
、硫化第二スズの腐食耐性を強化する。本方法を用いることによって優れた接合
部が得られ、これは導電性を維持し、非常に大きな電力を用いるプラントにおけ
る導体レール構造に適している。
と、低い作業温度においても、拡散メカニズムによって、最終的な接合部構造で
は、元の接合材料の融点より数百度も高い融点を有する固相が得られる。したが
って、この接合部は、純粋な接合材料が耐えられる温度より高い温度に耐えられ
るため、ある意味で自己修正型である。接合材料と接合部材との間の拡散メカニ
ズムに必要な熱は、加熱装置による加熱工程によって、例えば液体ガスバーナー
によって生成可能である。誘導加熱などの他の適切な加熱設備を接合領域の加熱
に用いてもよい。ハンダ／ロウ付け剤フォイルの表面、および／または少なくと
も接合部材面の一方には、接合部を作る前にスズ（Sn）の層を塗布する。このス
ズを付与することにより、その接合部を作るのに必要な温度を低く抑えることが
できる。また、接合されるそれぞれの面の酸化も回避されるため、かかる接合部
の作成に際しては保護用ガス設備を必要としない。相遷移反応を開始させ、接合
部に最適な構造を達成するためには、ハンダ／ロウ付け剤の表層として、数マイ
クロメートルのスズ層を、Ag+Cu中央層と接合対象物との間に配すれば十分であ
る。本方法によるこの技法はAg+Cu合金にとって決定的なものではなく、実質的
に純粋なAgフォイルを使用してもよい。この接合部の作成は溶融材・固形材の拡
散と連続相遷移反応との結果、比較的低温でも迅速に行なわれる。本発明による
方法の一実施例を用いることによって、非常に様々な酸化条件に対して耐性のあ
るハンダ／ロウ付け剤が生成された。作業状態において生じる腐食に関して、生
成された硫化第二スズ中のスズは有害ではない。なぜなら、それは亜鉛および銅
のようには硫酸塩化されないからである。接合部の継ぎ目相に溶解している銀は
、硫化第二スズの腐食耐性を強化する。本方法を用いることによって優れた接合
部が得られ、これは導電性を維持し、非常に大きな電力を用いるプラントにおけ
る導体レール構造に適している。
【０００７】
次に添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【０００８】
本発明による方法では、実質的に銅を主成分とする導体レール１を、銅を主成
分とする他の導体レール２へ接合する。本発明によれば、これらの導体レールの
接合面間には、互いに接合される部材１、２の融点より低い融点を有するハンダ
／ロウ付け剤３を供給し、少なくともその接合領域を、少なくとも当該ハンダ／
ロウ付け剤の一部の融点まで、あるいはそれに近い温度まで加熱し、その後その
接合領域を冷却する。本発明による方法によって、拡散接合部が実現される。温
度を所定の高温まで上げることにより、接合領域に溶融相を一時的に生成可能で
ある。使用するハンダ／ロウ付け剤は積層ハンダ／ロウ付け剤フォイル３とし、
これは表層４、６と、それらの間の中間層５とを含む。本方法によれば、接合部
を加熱することにより拡散接合部を作成できる。
分とする他の導体レール２へ接合する。本発明によれば、これらの導体レールの
接合面間には、互いに接合される部材１、２の融点より低い融点を有するハンダ
／ロウ付け剤３を供給し、少なくともその接合領域を、少なくとも当該ハンダ／
ロウ付け剤の一部の融点まで、あるいはそれに近い温度まで加熱し、その後その
接合領域を冷却する。本発明による方法によって、拡散接合部が実現される。温
度を所定の高温まで上げることにより、接合領域に溶融相を一時的に生成可能で
ある。使用するハンダ／ロウ付け剤は積層ハンダ／ロウ付け剤フォイル３とし、
これは表層４、６と、それらの間の中間層５とを含む。本方法によれば、接合部
を加熱することにより拡散接合部を作成できる。
【０００９】
このハンダ／ロウ付け剤は、適切な幅および適正な長さに切断したシートとし
て容易に取り扱い可能であり、これを事前に接合部における所望の箇所にぴった
りと取り付け可能であり、これによって非常に優れた接合部を接合面の領域全体
にわたって作成可能である。ハンダ／ロウ付け剤フォイルを接合対象部材１、２
間に配し、ハンダ／ロウ付け剤３と接合対象部材とで、層構造を形成する。図１
では明瞭のため寸法比を調節してあり、ハンダ／ロウ付け剤３は実際より相当に
厚く示している。
て容易に取り扱い可能であり、これを事前に接合部における所望の箇所にぴった
りと取り付け可能であり、これによって非常に優れた接合部を接合面の領域全体
にわたって作成可能である。ハンダ／ロウ付け剤フォイルを接合対象部材１、２
間に配し、ハンダ／ロウ付け剤３と接合対象部材とで、層構造を形成する。図１
では明瞭のため寸法比を調節してあり、ハンダ／ロウ付け剤３は実際より相当に
厚く示している。
【００１０】
ハンダ／ロウ付け剤の中間層５は次のグループ、すなわち銀と銅（Ag+Cu）の
混合物、アルミニウムと銅（Al+Cu）の混合物、またはスズと銅（Sn+Cu）の混合
物から選ばれる。これらの溶融時の挙動について述べれば、ハンダ／ロウ付け剤
の化合物は、有利に銅と共晶組成を形成する。例えば銀と銅のハンダ／ロウ付け
剤の場合、その共晶組成は71重量％の銀（Ag）と29重量％の銅（Cu）とを含有す
る。これらのハンダ／ロウ付け剤は純銀（Ag）またはアルミニウム（Al）として
もよい。
混合物、アルミニウムと銅（Al+Cu）の混合物、またはスズと銅（Sn+Cu）の混合
物から選ばれる。これらの溶融時の挙動について述べれば、ハンダ／ロウ付け剤
の化合物は、有利に銅と共晶組成を形成する。例えば銀と銅のハンダ／ロウ付け
剤の場合、その共晶組成は71重量％の銀（Ag）と29重量％の銅（Cu）とを含有す
る。これらのハンダ／ロウ付け剤は純銀（Ag）またはアルミニウム（Al）として
もよい。
【００１１】
ハンダ／ロウ付け剤フォイル３の表層４、６は銅に溶解したスズ（Sn）、ある
いは溶解温度の低い他の金属から成り、そのためハンダ／ロウ付け作業に必要な
温度を低く抑えることができる。表層４、６は、例えばフォイルの中間層５を構
成するハンダ／ロウ付け剤を溶融スズの中に浸漬することによって、更に必要に
応じてフォイルをその後に平滑に圧延することによって、形成可能である。
いは溶解温度の低い他の金属から成り、そのためハンダ／ロウ付け作業に必要な
温度を低く抑えることができる。表層４、６は、例えばフォイルの中間層５を構
成するハンダ／ロウ付け剤を溶融スズの中に浸漬することによって、更に必要に
応じてフォイルをその後に平滑に圧延することによって、形成可能である。
【００１２】
本方法によれば、銀および銅（Ag+Cu）を含む厚さ50μmの中間層５と、スズ（
Sn）を含む例えば厚さ５〜10μmの表層４、６とから成る積層ハンダ／ロウ付け
剤フォイル３を用いて、非常に高品質の接合部を実現している。このハンダ／ロ
ウ付け剤フォイルの厚さは典型的には10〜500μm、有利には20〜100μmである。
表面に複数のスズ層を塗布した場合、フォイルの中間層５の厚さは10〜100μmに
なり、表層４、６の厚さは１〜20μmになる。
Sn）を含む例えば厚さ５〜10μmの表層４、６とから成る積層ハンダ／ロウ付け
剤フォイル３を用いて、非常に高品質の接合部を実現している。このハンダ／ロ
ウ付け剤フォイルの厚さは典型的には10〜500μm、有利には20〜100μmである。
表面に複数のスズ層を塗布した場合、フォイルの中間層５の厚さは10〜100μmに
なり、表層４、６の厚さは１〜20μmになる。
【００１３】
表層４、６としてスズ層を用いる場合、ハンダ／ロウ付けに関しては、銅の含
有量が共晶組成より少ない中間層を用いてもよい。例えば、Ag+Cuハンダ／ロウ
付け剤の銅含有量を０〜29重量％にしてもよい。スズ層を用いる場合の組成は、
本方法にとって決定的なものではない。
有量が共晶組成より少ない中間層を用いてもよい。例えば、Ag+Cuハンダ／ロウ
付け剤の銅含有量を０〜29重量％にしてもよい。スズ層を用いる場合の組成は、
本方法にとって決定的なものではない。
【００１４】
図２に本発明の方法による他の実施例を示す。これによれば、古いボルト接合
部８に加える形で、当該古い接合部より実質的に導電性に優れた新規の接合部を
作成する。この実施例では、導体要素７を用い、その第１の端部を修理対象であ
る接合部の第１の部分１へ連結し、第２の端部を修理対象である接合部の第２の
部分２へ連結する。この導体要素７は、第１の部分および／または第２の部分へ
、拡散接合部３によって連結する。この導体要素は、接合部に適合するように設
計されている。典型的には、この接合部は硬ハンダ／硬ロウ付けにより、積層ハ
ンダ／ロウ付けフォイルを用いて作成する。 実施例１ この実施例では、重量％で示す組成がAg71％、Cu29％のAg+Cuハンダ／ロウ付
け剤によって、銅製の部材を他の銅製の部材と接合した。このハンダ／ロウ付け
剤は厚さ50μmのフォイルの形で用い、更に、その表面には５〜10μm程度の厚さ
のスズ層を作成した。温度は約600℃まで上昇させた。その保持時間は約５分で
あった。本実施例による接合部は素晴らしく成功した。元来実質的に純粋な要素
として含有されていたスズが銅と共に硫化第二スズを生成し、緊密で平滑な接合
部が達成された。
部８に加える形で、当該古い接合部より実質的に導電性に優れた新規の接合部を
作成する。この実施例では、導体要素７を用い、その第１の端部を修理対象であ
る接合部の第１の部分１へ連結し、第２の端部を修理対象である接合部の第２の
部分２へ連結する。この導体要素７は、第１の部分および／または第２の部分へ
、拡散接合部３によって連結する。この導体要素は、接合部に適合するように設
計されている。典型的には、この接合部は硬ハンダ／硬ロウ付けにより、積層ハ
ンダ／ロウ付けフォイルを用いて作成する。 実施例１ この実施例では、重量％で示す組成がAg71％、Cu29％のAg+Cuハンダ／ロウ付
け剤によって、銅製の部材を他の銅製の部材と接合した。このハンダ／ロウ付け
剤は厚さ50μmのフォイルの形で用い、更に、その表面には５〜10μm程度の厚さ
のスズ層を作成した。温度は約600℃まで上昇させた。その保持時間は約５分で
あった。本実施例による接合部は素晴らしく成功した。元来実質的に純粋な要素
として含有されていたスズが銅と共に硫化第二スズを生成し、緊密で平滑な接合
部が達成された。
【００１５】
本発明による方法によれば、典型的には少なくとも50％の銅を含有する銅およ
び／または銅合金製の接合面により、導体レールを接合可能である。
び／または銅合金製の接合面により、導体レールを接合可能である。
【図１】
熱処理前の本発明による接合部の断面図である。
【図２】
本発明による方法の他の実施例を示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年４月１５日（２００２．４．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｒ 4/02 Ｈ０１Ｒ 4/02 Ｚ
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＥＡ(ＡＭ
，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)
，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，
ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ
Ｏ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ
，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，
ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ
Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ
，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，
ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ
Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ
，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，
ＺＷ
Claims (10)
- 【請求項１】 接合される導体レール部材間にハンダ／ロウ付け剤を当て、
その後少なくとも接合領域を加熱して接合部を作成する、銅または銅合金製の導
体レールに関する導電性接合部作成方法において、使用するハンダ／ロウ付け剤
は、表層（４、６）と、該表層間の中間層（５）とを含む積層ハンダ／ロウ付け
剤フォイル（３）であり、前記接合領域を熱処理して拡散接合部を作成すること
を特徴とする導電性接合部作成方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記ハンダ／ロウ付け剤の
中間層（５）は、銀および銅（Ag+Cu）の混合物、アルミニウムおよび銅（Al+Cu
）の混合物、またはスズおよび銅（Sn+Cu）の混合物から成るグループから選択
することを特徴とする方法。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法において、前記ハンダ／ロウ
付け剤の中間層（５）は、重量％で示すと銀（Ag）約71％および銅（Cu）約29％
を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法において、前記ハ
ンダ／ロウ付け剤、あるいは少なくともその中間層は、銅との共晶組成を有する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項１に記載の方法において、前記ハンダ／ロウ付け剤の
中間層（５）は、実質的に銀（Ag）を主成分とすることを特徴とする方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の方法において、前記ハンダ／ロウ付け剤の
中間層（５）は、実質的にアルミニウム（Al）を主成分とすることを特徴とする
方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の方法において、前記ハ
ンダ／ロウ付け剤フォイルの表層（４、６）はスズ（Sn）または他の金属を含み
、該金属は銅によく溶解し、融点が低いことを特徴とする方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の方法において、前記ハ
ンダ／ロウ付け剤フォイル（３）を約10〜500μm、有利には20〜100μmの厚さに
することを特徴とする方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の方法において、前記ハンダ／ロウ付け剤の
中間層（５）を10〜100μmの厚さにし、表層（４、６）を１〜20μmの厚さにす
ることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 特に導体レールの接合部の修理に用いる請求項１ないし９
のいずれかに記載の方法において、修理される接合箇所を迂回する導体要素（７
）を導入し、該要素（７）の第１の端部を修理される接合部の第１の部分（１）
へ連結し、該要素（７）の第２の端部を修理される接合部の第２の部分（２）へ
連結し、表層（４、６）と該表層間に設けた中間層（５）とを含む積層ハンダ／
ロウ付け剤フォイル（３）を、接合される部材間に当てることによって、前記導
体要素（７）を拡散接合部によって第１および第２の部分（１、２）へ結合する
ことを特徴とする方法。
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