JP3891296B2

JP3891296B2 - テルミット溶接用端子

Info

Publication number: JP3891296B2
Application number: JP2003314336A
Authority: JP
Inventors: 道明府川
Original assignee: エフシーアイアジアテクノロジーピーティーイーリミテッド
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP2005081367A

Description

本発明は、母材と導体又は導体同士を溶接する溶接用端子に関するものであり、さらに具体的には、テルミット溶接の方法及びそれに用いられる溶接用端子に関するものである。

一例として鉄道用のレールボンド線の接続は一般に半田付けによる溶接、或いは、テルミット溶接などで行われている。特に、テルミット溶接は溶接部の接合強度が高く、高度な技能を必要とせずに所期の溶接性能を確保することができることから近年盛んに使用されるようになっている。

本発明が主に用いられるテルミット溶接とは、母材の表面の近傍でアルミニウムと酸化銅（又は酸化鉄）の混合粉に点火して、その化学反応によって生じた熱によって銅（又は鉄）と母材の一部を溶融させて溶着を行うものである。前記化学反応は金属のテルミット反応と称され、通常の銅の融解点は１０８３℃であるのに対して、酸化銅の場合の反応熱は約１７００℃である。溶融した銅はアルミ青銅系の銅となる。

テルミット溶接の工程は、ケーブル導体等を溶接用端子に固定し、溶接用端子をテルミット溶接装置の所定の位置に配置し、これらを溶接箇所に位置付けた後に前記混合粉に点火して溶接を行うことからなる。前記ケーブル導体等の溶接用端子への固定は、溶接用端子に設けたスリーブを押圧変形させて内部に収容されたケーブル導体部を把持したり、溶接用端子の内部にケーブル導体部を挿入して半田等により固着させる方法が知られている。

テルミット溶接が行われる場所は、上述したように鉄道用レールが広く知られているが、急曲線の外軌レールや橋梁上のレール等の振動の激しい場所に取り付けられると、レール部に溶接用端子と共に溶着されたケーブルの導体部の溶着部分が疲労し易くなり、ケーブルの導体部、溶着部および溶接用端子に亀裂や破断等が発生する原因となり得る。

このような亀裂や破断が発生した場合、溶接用端子又はケーブル導体（ボンド線等）の交換作業効率を考慮すると、前記ケーブル導体の溶接用端子への固定は、半田等による溶接が好ましい。これは、ボンド線で結線されたレール母材の一方側だけに問題が発生した場合、当該箇所だけを修理又は交換することによって修復できる可能性を有し、作業効率を向上させることができるためであり、前記レール母材の他方側まで再結線する必要をなくし、２つのレール母材に係る溶接用端子の総交換を行う事態を回避することができるからである。

以下、テルミット溶接の準備段階として、テルミット溶接用端子とケーブル導体との接続を半田を用いて行う方法について説明する。テルミット溶接用端子内にケーブル導体等を挿入し、半田を流し込んで溶接用端子とケーブル導体とを固着する。その後、固着されたケーブル導体とテルミット溶接用端子は、テルミット溶接装置内に配置されてテルミット溶接が行われる。その際に発生する熱によってテルミット溶接用端子の一部が溶融する場合がある。いわゆる半田脆性を考慮したときにテルミット溶接による溶着部と半田との共存には問題があるため、テルミット溶接時に前記溶接用端子の一部が溶融して該溶接用端子内の導体挿入部に溶材が流入してテルミット溶接の溶着部と半田とが混在する状態となることは好ましくない。

したがって、本発明では、ケーブルの導体部とテルミット溶接用端子とを半田により固定し、テルミット溶接時に前記導体を挿入した前記溶接用端子内部の周壁が溶融せず、溶材と半田とが混在することのないテルミット溶接方法及び溶接用端子を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明の好ましいテルミット溶接方法は、溶接部を形成するためのテルミット溶接装置と、一端に開口して内部に至る挿入孔と他端近傍にテルミット溶接部とを有するテルミット溶接用端子とを用いたテルミット溶接において、
前記テルミット溶接用端子を、前記挿入孔の内部端が前記テルミット溶接装置の外部に位置するように配置することを特徴とする。

例えば、テルミット溶接において、テルミット溶接装置内にテルミット溶接用端子を配置する際に、該溶接用端子内の導体部先端が前記テルミット溶接装置の外部に位置していれば、テルミット溶接の溶着部から伝導する熱の影響を受けにくいため、該溶接用端子の一部が溶融しても溶着部が前記溶接用端子内のケーブル導体挿入孔内まで達しにくく、前記導体部に接触する可能性は低い。したがって、テルミット溶接におけるアルミ青銅系の合金製の溶着部と、前記溶接用端子と導体とを固着する半田との相性に関する半田脆性の問題を解決することができる。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、本発明のテルミット溶接用端子は、テルミット溶接において溶接部を形成するためにテルミット溶接装置内に配置される一端側のテルミット溶接部と、他端側に開口して内部端に至る挿入孔とを有するテルミット溶接用端子であって、
前記テルミット溶接部と前記挿入孔との間に挿入孔の軸方向に一定の間隔の前記テルミット溶接用端子の一部分が存在することを特徴とする。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、本発明のテルミット溶接用端子は、前記テルミット溶接部と挿入孔とは、挿入孔の軸方向と直交する断面について、同一の断面上に存在しないことを特徴とする。

例えば、本発明のテルミット溶接用端子が挿入口から内部端まで通ずる孔を有し、半田を用いて固着するためにケーブル導体を該溶接用端子内に挿入した際に、該導体は内部端で当接する。テルミット溶接の溶着部が、前記挿入孔方向に対して前記溶接用端子内の該内部端と前記導体との当接位置と重複せずに一定の間隔を保っていれば、テルミット溶接時に発生する熱により溶着部内の溶接用端子の一部が溶融した場合でも前記孔内の周壁が溶融し溶着部材が前記孔内に流入する可能性は低い。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、本発明のテルミット溶接用端子の外形は、ほぼ半円柱形状である。

例えば、本発明のテルミット溶接用端子がドーム状の湾曲した形状の表面とレール等の母材と面一となる表面とから構成されていれば、溶着部は当該溶接用端子の全ての溶接対象面に対して一様に広がりやすく該溶接用端子の表面と該溶着部との間に空間が生じにくい。したがって、溶着強度の高い溶接を行うことができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明のテルミット溶接用端子の前記挿入孔の開口端近傍は、開口端に向かって直径が拡大するような面取りがなされている。

前述したように、テルミット溶接は振動の生じやすい鉄道レール等のレール母材上に用いられるため、前記挿入孔に挿入されて半田で固着された導体は、前記振動による、テルミット溶接用端子の導体挿入口端との振動摩擦に起因して損傷しやすくなる。したがって、前記挿入口端に開口端に向かって直径が拡大するような面取り部を施すことにより前記振動摩擦を低減する効果が得られる。

本発明のさらに別の好ましい実施形態によれば、本発明のテルミット溶接用端子は、アルミ青銅の単一材製である。

テルミット溶接の溶着部はアルミ青銅系の合金であるので、例えば、前記テルミット溶接用端子をこれと同様の材質で製造すれば、テルミット溶接後の溶着部との親和性を高めることができる。

本発明のテルミット溶接方法及び溶接用端子を提供することによって、例えば、前記振動による疲労でケーブルに亀裂や破断が生じても、前記溶接用端子を交換して新たにテルミット溶接を行う必要がなく、亀裂や破断が生じたケーブルのみを再結線するだけで修復できる可能性を有する。

図１は、本発明のテルミット溶接用端子１の斜視図を図示している。半円柱形状の該テルミット溶接用端子１の一端に導体を挿入するための挿入孔４が開口しており、軸Ａ−Ａ’方向に当該テルミット溶接用端子の内部まで延在し、ほぼ円筒形の空洞部２が形成されている。また、開口端近傍では内部から開口端が広がるような面取りがなされており、振動等による導体との接触摩擦を軽減する役割を果たしている。前記空洞部２はドリルの孔開けにより形成され、内部端１６の末端が円錐形状をしているのは、ドリルの先端形状によるものである。該内部端１６は前記テルミット溶接用端子１の他端側の溶着部までは達していない。

図２は、図１のテルミット溶接用端子のＡ−Ａ’の断面図である。前記空洞部２内では導体１２が挿入された後、半田を前記空洞部内２に流し込んでテルミット溶接用端子１と導体１２とを固着する。また、図３は、本発明のテルミット溶接用端子１の上面図と導体挿入方向側からみた図を図示したものである。

図４は、レール母材１４上のテルミット溶接された導体が損傷したため、それを交換する作業において既存のテルミット溶接用端子に交換用のケーブル導体を挿入する直前の図である。この一連の作業工程を説明すると、第１番目にガスバーナ１０でテルミット溶接用端子１の導体挿入空洞部側６を熱して半田を溶解させ、前記損傷した導体を取り除く。次いで、交換用の導体１２を前記導体挿入孔から挿入する。最後にガスバーナ１０で熱しながら半田を流し込んで固着する。これで、損傷した導体の交換作業は完了する。

従来では、テルミット溶接の端子及び溶着部をレール１４上から取り除いて新たにテルミット溶接を行っていたが、本発明の方法及びテルミット溶接用端子１を用いると、損傷部のみを修復すればよく、前記作業により、損傷を受けてない側のテルミット溶接箇所はそのまま維持されるので、作業工程を容易化すると同時に溶接用端子及び溶接コストの低減を図ることができる。

図５では、本発明のテルミット溶接用端子１を用いたテルミット溶接方法を図示しており、これを用いて説明する。図５は、本発明のテルミット溶接用端子１の前記挿入孔４に導体１２を挿入し、該孔４に半田を流し込んで導体１２と前記テルミット溶接用端子１とを固着した状態において、該導体１２及びテルミット溶接用端子１をテルミット溶接装置１５の所定位置に配置している図である。前記挿入孔４の内部端１６は前記テルミット溶接装置１５の溶接部を形成するルツボ１７の外部に位置している。

次いで、溶材に点火してテルミット溶接を行う。そのとき、ルツボ１７内では発生する熱によって本発明のテルミット溶接用端子１の一部が溶融される。しかし、該テルミット溶接用端子１内に挿入された導体１２の先端部は溶着部８外に位置しているため、導体１２を収容している空洞部２内までは溶融されない。したがって、空洞内２の周壁が溶融して溶材が流入することはない。これにより、導体１２とテルミット溶接用端子１とを固着する半田に前記溶材が接触する心配はないので半田脆性の問題は解消される。
しかし、仮に導体１２の先端部がルツボ１７内に位置した場合でも、テルミット溶接後、前記挿入孔４の内部端１６とテルミット溶接用端子１の溶接部側の一端との間の、溶融されなかった部分が前記挿入孔４の軸方向に所定幅の間隔を保持していれば、同様に本発明の目的は達せられる。

また、当該溶接用端子１は、前述したように半円柱形状をしているため、テルミット溶接後において、該溶接用端子１の溶接対象となる表面と溶材及び母材との間に空隙が生ずる可能性は低く、溶着部８は一様に該溶接用端子１及び母材に固着される。したがって、強固な溶接を実現することができる。

図１は、本発明のテルミット溶接用端子の斜視図を示している。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図及び挿入される導体を示している。図３は、本発明のテルミット溶接用端子の上面図及び導体挿入側から見た図を示している。図４は、損傷した導体を交換する様態を図示している。図５は、テルミット溶接装置に本発明のテルミット溶接方法でテルミット接続する様態を図示している。

符号の説明

１・・・テルミット溶接用端子
２・・・空洞部
４・・・開口端
６・・・テルミット溶接用端子の溶接部以外の部分
８・・・溶着部
１０・・ガスバーナ
１２・・導体
１４・・レール
１５・・テルミット溶接装置
１６・・内部端
１７・・ルツボ

Claims

溶接部を形成するためのテルミット溶接装置と、一端に開口して内部に至る挿入孔と他端近傍にテルミット溶接部とを有するテルミット溶接用端子とを用いたテルミット溶接において、
前記テルミット溶接用端子を、前記挿入孔の内部端が前記テルミット溶接装置の外部に位置するように配置することを特徴とするテルミット溶接方法。
テルミット溶接において溶接部を形成するためにテルミット溶接装置内に配置される一端側のテルミット溶接部と、他端側に開口して内部端に至る挿入孔とを有するテルミット溶接用端子であって、
前記テルミット溶接部と前記挿入孔の間に挿入孔の軸方向に一定の間隔の前記テルミット溶接用端子の一部分が存在することを特徴とするテルミット溶接用端子。
前記テルミット溶接部と挿入孔とは、挿入孔の軸方向と直交する断面について、同一の断面上に存在しないことを特徴とする請求項２に記載のテルミット溶接用端子。
ほぼ半円柱形状の外形を有する請求項２又は３に記載のテルミット溶接用端子。
前記挿入孔の開口端近傍は、開口端に向かって直径が拡大するような面取りがなされている請求項２ないし４のいずれかに記載のテルミット溶接用端子。
アルミ青銅系の合金の単一材製である請求項２ないし５のいずれかに記載のテルミット溶接用端子。