JP2005513746A - 接点プレートを溶接するための方法及びこの方法で得られる接点要素 - Google Patents

Abstract

Ａｇ合金をベースとする少なくとも一層及び銅本体を有するプレートを相互に溶接するために、前記溶接を行うためのレーザー手段の使用を含む方法であって、特にこれは、前記銅本体の表面上に前記プレートの一方の面を重ね合わせて接合することと、前記プレートの前記面と前記銅本体の前記表面との間の継手に近接するところに位置する点に、前記レーザー手段の焦点を合わせることにより溶接プロセスを開始することと、溶接される前記表面の垂線に対して０°を超える値に前記レーザー手段の入射角を維持することと、溶接池を前記継手に沿って押し進めるように、前記継手に対して前記レーザー手段を動かすこととからなる工程を含むという事実から成る。

Description

本発明は、接点プレート（ｃｏｎｔａｃｔ ｐｌａｔｅ）、特に、銅のまたは銅をベースとする要素上、特に、低圧回路遮断器及び接触器の可動性または固定型の接点上に銀合金（Ａｇ／Ｍｏ、Ａｇ／ＷＣなどのような）をベースとする少なくとも一層を有する接点プレートを溶接するための方法に関する。本発明に従う方法は、前記溶接を実行するためのレーザー技術に基づく。

回路遮断器及び電気接触器、特に、低圧回路遮断器及び接触器の接点プレートは、一般的に、金属を加えてあるいは加えないで、鑞付け溶接法を用いることにより、対応する接点（ｃｏｎｔａｃｔ）に固定される。使用可能な他の固定方法は、直接誘導溶接または抵抗溶接である。

これらの方法は満足のいく良好な結果をもたらすにも拘わらず、これらは欠点を有する。その中でも、銅が受ける焼なましプロセスについて必ず言及されなければならない欠点は、鑞付け溶接法に起因する熱の拡散（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ）のためである。この加熱は、数十秒間、７００℃のオーダーの温度に達することがあり、これは、銅の機械的性質の低下及び劣化を引き起こす。

これらの欠点を防ぐために、接合される部品の機械的性質に有害な熱の拡散を生み出さないプロセスを見出す試みがなされて来た。特には、特許文献１（欧州特許出願ＥＰ２８８５８５）は、レーザー技術に基づく接点プレートの溶接方法を記述している。

特許文献１において記述されていることに従えば、接点プレートを構成する材料は、Ａｇの合金及び金属酸化物の合金であり、これは、還元雰囲気で、好ましくは水素または窒素／水素の混合物中で、レーザーを用いた照射により、その表面上で一時的に融着に供される。

反射現象を減少させるために、プレートの表面を予めブラッシングまたはサンディング（研摩）により粗くするか、あるいは、黒化する。その後、プレートの表面全体を被覆するように、あるいは、その上の通路状の格子（ｇｒｉｄ−ｌｉｋｅ ｐａｔｈ）をたどるようにレーザーを動かす。

接点プレートは（予め、構成部品上のこれらが溶接されるところに配置されており）、レーザー放射に対して透過性の窓の下で、これらを還元雰囲気を含むチャンバーに運搬するコンベヤーベルト上に整列される。

この方法は、上側表面の全体をレーザー照射に曝すことによるプレートの下側における熱の伝導に基づいており、これは、理論上では可能であるものの、その複雑性により実際には利用されない。

上述してきたことから、現在の技術において、接点プレートを溶接するための、特には、銅のまたは銅をベースとする表面上にＡｇ合金プレートを溶接するための有効な方法を獲得する必要があることは明らかである。
欧州特許出願ＥＰ２８８５８５ 本発明の目的は、溶接される構成部品の機械的性質に対して有害である熱の拡散を不要にする接点プレートの溶接方法を提供することにある。

この目的の範囲内において、本発明の対象は、レーザー技術に基づき、かつ複雑な準備処理を必要としない接点プレートの溶接方法を提供することにある。

本発明の他の対象は、還元性の環境の使用を必要とないレーザー技術に基づいた接点プレートの溶接方法を提供することにある。

本発明の他の対象は、溶接プロセスに供される構成部品の間に安定性のある継手を提供するレーザー技術に基づいた接点プレートの溶接方法を提供することにある。

本発明の他の対象は、自動化された製造サイクルで使用することができるレーザー技術に基づいた接点プレートの溶接方法を提供することにある。

本発明の他の対象は、質量の繰り返し性を保証するレーザー技術に基づいた接点プレートの溶接方法を提供することにある。

本発明の他の対象は、容易に産業化することができ、適度なコストを有し、経済的に競合性のあるレーザー技術に基づいた接点プレートの溶接方法を提供することにある。

これ以降でより明らかになるであろうこの目的、これらの対象及びその他は、Ａｇ合金をベースとする少なくとも一層と、銅のまたは銅をベースとする本体（ｂｏｄｙ）とを有するプレートを相互に溶接するための方法によって達成され、前記方法は、前記溶接を行うためのレーザー手段の使用を含み、以下のことからなる工程を含むことを特徴とするものである。すなわち、
前記銅のまたは銅をベースとする本体の表面上に前記プレートの一方の面を重ね合わせて接合することと、
前記プレートの前記面と、前記銅のまたは銅をベースとする本体の前記表面との間の継手に近接するところに位置する点に、前記レーザー手段の焦点を合わせることにより溶接プロセスを開始することと、
溶接される前記表面の垂線に対して０°を超える値に前記レーザー手段の入射角を維持することと、
溶接池（ｗｅｌｄｐｏｏｌ）を前記継手に沿って押し進めるように、前記継手に対して前記レーザー手段を動かすことである。

事実、レーザー手段の使用を必然的に伴う溶接を用いることにより、また、本発明の方法に従って行うことにより、プレートと、銅のまたは銅をベースとする本体との間に、公知技術の鑞付け溶接法の欠点を有さず、また、公知技術のレーザー溶接法で使用される複雑な精練を必要としない溶接部が提供されることが分かった。

本発明のさらなる特徴及び利点は、好ましいが限定的ではない実施形態の以下の記述からより明らかになるであろう。この実施形態は、付随の図面において非限定的な実施例としてのみ図示されており、ここでの唯一の図は、本発明に従って提供されるプレートと銅のまたは銅をベースとする本体とを相互に溶接するためのシステムの模式図である。

付随の図１において、Ａｇ合金をベースとする少なくとも一層を有するプレートは参照符号１で図案化されており、一方、銅本体は参照符号２で図案化されている。言及したように本発明に従う方法は、溶接を行うためにレーザー手段の使用を必要とし、このレーザー手段は、図１に模式的に示され、参照符号３で図案化されている。

溶接部（この図では参照符号５で図案化されている）を提供するために、プレートの一方の面は、銅のまたは銅をベースとする本体の表面上に重ね合わされ、接合されている。この溶接プロセスは、プレートの表面と銅本体の表面との間の継手に近接するところに位置する点にレーザー手段の焦点を合わせることにより開始される。

反射現象を回避するために、あるいは、少なくとも反射現象を最小にするために、開始工程の間及び実際の溶接プロセスの間は、レーザー手段の入射角を、溶接される表面の垂線に対して０°を超える値に保持することが重要である。実際には、この手段であるレーザービームは、溶接される表面に対して垂直である必要はない。

実際の溶接プロセスは、その後、溶接池を継手に沿って押し進めるように継手に対してレーザー手段を動かすことにより行われる。「押し進められる」溶接池状態は、入射角の構成部品が、レーザービームと溶接された継手との間の相対運動と同じ方向に配向されると生じる。この状態は、溶接池を自動的に継続させるために必要であることが分かっている。「引き寄せられる（ｄｒａｗｎ）」溶接池状態で溶接した場合には（これは、入射角の構成部品が、レーザービームと溶接された継手との間の相対運動に対して逆に配向されると生ずる）、プラズマ増加により誘発されるレーザービームの反射が見受けられ、これは、溶融した溶接池の焼き入れと再スタートの制御不能なサイクル、へこみ、あるいは、発生システムへのレーザービームの危険な反射を生じさせる。

溶接操作の間に溶接される構成部品に対するレーザー手段の相対運動によって溶接が行われることは、当業者にとっては明白なことである。実際にはこの相対運動は、溶接される構成部品の静止を保持し、かつレーザー手段を動かすか、レーザー手段の静止を保持し、かつ溶接される構成部品を動かすか、あるいは、両者を動かすことにより提供され得る。

これ以降でより詳細に記述されるレーザービームの進行速度、入射角、及び、他の全ての物理的パラメータは、例えば、これらの化学的性質またはこれらの厚みといったような、溶接される要素の特性に従って選択し、調節することができるだけでなく、この領域の加熱を補うため、また、一般にこの結果を最適化するために、溶接操作の間に適正に制御し、変動させることもできる。

好ましくは、溶接プロセスは、前記銅のまたは銅をベースとする本体の表面と前記プレートの表面との間の継手に近接する銅本体の点に、レーザー手段の焦点を合わせることにより開始される。

予期したものとは違って、事実、継手の銅側で開始及び溶接が生じる際に、より優れた結果が得られることが分かった。特には、継手に対して、銅本体に属する側に溶融材料の少なくとも７０％がある場合に、特に優れた結果が達成されることが分かっている。この状態は、製造プロセスを促進し、他の方法で操作した際に達成されるよりも優れた、引っ張り強さのような機械的強度特性を得ることを可能にする。

言及したように、レーザービームは、溶接される表面に対して垂直である必要はなく、レーザー手段、従って対応するレーザービームの入射角は、溶接される表面の垂線に対して５°から２０°までの間である。

実際には、例えば、Ｎｄ結晶レーザーといった固体状態技術に基づいたレーザー手段を用いて行うことが非常に好ましいことが分かっている。この場合でも、例えば、周波数、パワー及び入射角のようなレーザーの使用の特性は、溶接される要素の性質と得られる結果物の性質との相関関係で溶接の間においても選択し、調節することができる。

より優れた結果を得るためには、プレートが、Ａｇ合金をベースとする層に加えて、銅の層も有することが好ましい。前記プレートは、例えば、共有押出し成形プロセスにより得ることができ、本発明のさらなる面を構成し得る。

これらのプレートを使用することにより、銅本体の表面上に前記プレートの銅層を重ね合わせ、接合することにより溶接プロセスを行う。

実際に、本発明に従う方法は、公知技術の問題を解決し、これに対する多くの利点を有することが分かっている。これは、鑞付け溶接技術及びこれに関連する問題が回避されるためである。さらにまた、本発明に従う方法の特性を組み合わせると、公知技術に従うレーザー技術に基づくプロセスの典型である溶接池の反射及び劣化の現象を回避できる。

このため、本発明に従う方法によれば、公知技術に対して改善された特性を有する接点要素（ｃｏｎｔａｃｔ ｅｌｅｍｅｎｔ）を得ることが可能になる。特に、銅本体が、接触器または低圧回路遮断器の可動接点（ｍｏｖｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）または固定接点により構成されている接点要素を得ることが可能になる。

接点要素、及び、これらから得られる接触器または回路遮断器やこれらを含む接触器または回路遮断器も同様に、本発明の他の面を構成する。

実際に、本発明に従う方法及びこれにより得られる接点要素は、意図された目的及び要素を完全に達成することが分かっている。このように考えられた本発明は、全て発明概念の範囲内にある多数の改変及び変形を許容する。さらには、細部の全てを、他の技術的に同等な要素で置き換えることができる。

本発明に従って提供されるプレートと銅のまたは銅をベースとする本体とを相互に溶接するためのシステムの模式図。

符号の説明

１…プレート、２…銅本体、３…レーザー手段、５…溶接部。

Claims (12)

1. Ａｇ合金をベースとする少なくとも一層及び銅本体を有するプレートを相互に溶接するために、前記溶接を行うためのレーザー手段の使用を含む方法であって、
   前記銅本体の表面上に前記プレートの一方の面を重ね合わせて接合する工程と、
   前記プレートの前記面と前記銅本体の前記表面との間の継手に近接するところに位置する点に、前記レーザー手段の焦点を合わせることにより溶接プロセスを開始する工程と、
   溶接される前記表面の垂線に対して０°を超える値に前記レーザー手段の入射角を維持する工程と、
   溶接池を前記継手に沿って押し進めるように、前記継手に対して前記レーザー手段を動かす工程と
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記開始工程は、前記銅本体の前記表面と前記プレートの前記面との間の前記継手に近接する前記銅本体の点に、前記レーザー手段の焦点を合わせることにより起こることを特徴とする請求項１記載のプレートと銅本体とを相互に溶接するための方法。
3. 前記レーザー手段の前記入射角は、溶接される前記表面の垂線に対して５°から２０°までの間にあることを特徴とする請求項１記載のプレートと銅本体とを相互に溶接するための方法。
4. 前記継手に対して、前記銅本体に属する側に溶融材料の少なくとも７０％があることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項記載のプレートと銅本体とを相互に溶接するための方法。
5. 前記レーザー手段が、固体レーザーを備えることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずれか１項記載のプレートと銅本体とを相互に溶接するための方法。
6. 前記プレートが、Ａｇの合金をベースとする少なくとも一層、及び、少なくとも一つの銅層を備えることを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずれか１項記載のプレートと銅本体とを相互に溶接するための方法。
7. 前記プレートの前記銅層が、前記銅本体上に重ね合わせて接合される前記プレートの前記面を構成することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 請求項１ないし７のうちのいずれか１項記載の方法で得られる接点要素。
9. 前記銅本体が、低圧接触器または回路遮断器の可動接点であることを特徴とする請求項８記載の接点要素。
10. 前記銅本体が、低圧接触器または回路遮断器の固定接点であることを特徴とする請求項８記載の接点要素。
11. 請求項８及び９のうちのいずれか一方に記載の接点要素を一つまたはそれ以上備えることを特徴とする低圧回路遮断器。
12. 請求項８及び９のうちのいずれか一方に記載の接点要素を一つまたはそれ以上備えることを特徴とする低圧接触器。

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