JPH11300483A - 異種金属材料の接合構造 - Google Patents
異種金属材料の接合構造Info
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- JPH11300483A JPH11300483A JP10110847A JP11084798A JPH11300483A JP H11300483 A JPH11300483 A JP H11300483A JP 10110847 A JP10110847 A JP 10110847A JP 11084798 A JP11084798 A JP 11084798A JP H11300483 A JPH11300483 A JP H11300483A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、材料特性の異なる異種金属材料の
接合において、接合部材を高め、信頼性の高い接合構造
を得ることを目的としている。 【解決手段】 摩擦圧接により接合したアルミニウム材
と銅材の接合構造において、（１）銅材の接合面端部で
自由縁となす角度が５０度から８５度の間、あるいは１
２０度以上、（２）アルミニウム材または銅材の接合面
端部で自由縁となす角度が共に９０度未満、（３）アル
ミニウム材または銅材の接合面端部で自由縁となす角度
がどちらか一方が９０度の場合、他方の角度を９０度未
満、になるように設定した異種金属材料の接合構造。
接合において、接合部材を高め、信頼性の高い接合構造
を得ることを目的としている。 【解決手段】 摩擦圧接により接合したアルミニウム材
と銅材の接合構造において、（１）銅材の接合面端部で
自由縁となす角度が５０度から８５度の間、あるいは１
２０度以上、（２）アルミニウム材または銅材の接合面
端部で自由縁となす角度が共に９０度未満、（３）アル
ミニウム材または銅材の接合面端部で自由縁となす角度
がどちらか一方が９０度の場合、他方の角度を９０度未
満、になるように設定した異種金属材料の接合構造。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、異なる特性を有す
る異種金属材料の接合構造に関し、さらに詳しくは電力
用遮断器に使用される通電接触子、あるいはアーク接触
子のアルミニウムもしくはアルミニウム合金と、銅もし
くは銅合金の摩擦圧接による接合構造に関する。
る異種金属材料の接合構造に関し、さらに詳しくは電力
用遮断器に使用される通電接触子、あるいはアーク接触
子のアルミニウムもしくはアルミニウム合金と、銅もし
くは銅合金の摩擦圧接による接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、棒状または管状の異材継手の接合
には、摩擦圧接や拡散接合などが行われる。摩擦圧接の
例を、図１を用いて説明する。図１（１）に示すよう
に、材料特性の異なる同径の金属材料１（アルミニウム
もしくはアルミニウム合金）および２（銅もしくは銅合
金）を、圧接装置のチャックで掴み、一方を回転させて
接合すべき部分を摩擦エネルギーで加熱し、軸方向の加
圧力Ｐによりアプセット加圧して行う。接合後の軸方向
断面は、図１（２）に示すように、同径の金属材料１と
２が接合され、それぞれの材料強度に応じてバリ５の量
と形状が異なった状況を呈する。
には、摩擦圧接や拡散接合などが行われる。摩擦圧接の
例を、図１を用いて説明する。図１（１）に示すよう
に、材料特性の異なる同径の金属材料１（アルミニウム
もしくはアルミニウム合金）および２（銅もしくは銅合
金）を、圧接装置のチャックで掴み、一方を回転させて
接合すべき部分を摩擦エネルギーで加熱し、軸方向の加
圧力Ｐによりアプセット加圧して行う。接合後の軸方向
断面は、図１（２）に示すように、同径の金属材料１と
２が接合され、それぞれの材料強度に応じてバリ５の量
と形状が異なった状況を呈する。
【０００３】従来の継手の接合においては、接合部材の
衝撃強度が小さいため、接合部の信頼性が低いことが問
題である。この傾向は、摩擦圧接に限らず、冷間圧接、
熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、鍛接、超音波接合、ろ
う付け、はんだ付け、抵抗溶接、接着剤を用いる接合の
いずれの方法の異種材料間の接合構造においても同様で
ある。
衝撃強度が小さいため、接合部の信頼性が低いことが問
題である。この傾向は、摩擦圧接に限らず、冷間圧接、
熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、鍛接、超音波接合、ろ
う付け、はんだ付け、抵抗溶接、接着剤を用いる接合の
いずれの方法の異種材料間の接合構造においても同様で
ある。
【０００４】そこで、従来、異種材料の摩擦圧接におい
ては、熱膨張係数の大きな材料の直径を他の材料のそれ
よりも大きくして接合することにより、接合界面に発生
する残留応力を緩和して接合強度を向上させている（特
開平６−４７５７０号公報）。また、アルミニウム材と
銅材の熱間圧接においては、アルミニウム材に開先角１
５度〜４５度の凸状にした銅材を突き合わせて通電加熱
により接合し、引張り強度を向上させている（特開平４
−１４３０８５号公報）。また、セラミックスと金属と
の接合においては、熱応力緩和のためにセラミックス部
材の接合界面の周縁部における一部と接合体表面とのな
すセラミックス構成角度を８０度以下又は、１００度以
上に設定する（特開平１−２８２１６６号公報）。さら
に，熱膨張率の異なる部材同士の接合においては、熱応
力緩和のために、熱膨張率の小さい部材の接合界面縁部
を接合界面方向に見て所定値以上の半径を有する曲面状
に形成している（特開平１−２８２１６７号公報）。
ては、熱膨張係数の大きな材料の直径を他の材料のそれ
よりも大きくして接合することにより、接合界面に発生
する残留応力を緩和して接合強度を向上させている（特
開平６−４７５７０号公報）。また、アルミニウム材と
銅材の熱間圧接においては、アルミニウム材に開先角１
５度〜４５度の凸状にした銅材を突き合わせて通電加熱
により接合し、引張り強度を向上させている（特開平４
−１４３０８５号公報）。また、セラミックスと金属と
の接合においては、熱応力緩和のためにセラミックス部
材の接合界面の周縁部における一部と接合体表面とのな
すセラミックス構成角度を８０度以下又は、１００度以
上に設定する（特開平１−２８２１６６号公報）。さら
に，熱膨張率の異なる部材同士の接合においては、熱応
力緩和のために、熱膨張率の小さい部材の接合界面縁部
を接合界面方向に見て所定値以上の半径を有する曲面状
に形成している（特開平１−２８２１６７号公報）。
【０００５】上述した従来の方法は、いずれも残留応力
緩和、熱応力緩和、引張り強度向上を目的にした方法で
あって、接合部材の衝撃強度を高め、接合部の信頼性を
高める方法ではない。
緩和、熱応力緩和、引張り強度向上を目的にした方法で
あって、接合部材の衝撃強度を高め、接合部の信頼性を
高める方法ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、材
料特性の異なる異種材料の接合においては、接合条件の
最適化により、静的な継手強度については、問題は無
い。すなわち、異種金属接合部材の引張り強度は、中心
部と接合端部では変化がない。しかし、衝撃強度につい
ては、接合端部で著しく低下し、継手全体として低いこ
とが明らかであり、接合部材の低い衝撃強度が問題であ
った。
料特性の異なる異種材料の接合においては、接合条件の
最適化により、静的な継手強度については、問題は無
い。すなわち、異種金属接合部材の引張り強度は、中心
部と接合端部では変化がない。しかし、衝撃強度につい
ては、接合端部で著しく低下し、継手全体として低いこ
とが明らかであり、接合部材の低い衝撃強度が問題であ
った。
【０００７】そこで、本発明は、材料特性の異なる異種
金属材料の接合において、接合部材の衝撃強度を高め、
信頼性の高い接合構造を得ることを目的としている。
金属材料の接合において、接合部材の衝撃強度を高め、
信頼性の高い接合構造を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その特徴としている。 （１） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角
度が５０度から８５度の間となるように設定したことを
特徴とする異種金属材料の接合構造。 （２） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角
度が１２０度以上となるように設定したことを特徴とす
る異種金属材料の接合構造。 （３） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、アルミニウムもしくはアルミニウム合金あるい
は、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角度
が共に９０度未満となるように設定したことを特徴とす
る異種金属材料の接合構造。
その特徴としている。 （１） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角
度が５０度から８５度の間となるように設定したことを
特徴とする異種金属材料の接合構造。 （２） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角
度が１２０度以上となるように設定したことを特徴とす
る異種金属材料の接合構造。 （３） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、アルミニウムもしくはアルミニウム合金あるい
は、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角度
が共に９０度未満となるように設定したことを特徴とす
る異種金属材料の接合構造。
【０００９】（４） 摩擦圧接により接合したアルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の
接合構造において、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金あるいは、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁
となす角度が、どちらか一方が９０度の場合は、残りの
材料の接合面端部で自由端となす角度が９０度未満とな
るように設定したことを特徴とする異種金属材料の接合
構造。 （５） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、アルミニウムもしくはアルミニウム合金と銅もし
くは銅合金から成る金属間化合物の反応層を２０μｍ以
下となるように設定したことを特徴とする前項（１）〜
（４）に記載の異種金属材料の接合構造。 （６） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、接合部の電気抵抗が、母材の電気抵抗と同等であ
ることを特徴とする前項（１）〜（５）に記載の異種金
属材料の接合構造。
ウムもしくはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の
接合構造において、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金あるいは、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁
となす角度が、どちらか一方が９０度の場合は、残りの
材料の接合面端部で自由端となす角度が９０度未満とな
るように設定したことを特徴とする異種金属材料の接合
構造。 （５） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、アルミニウムもしくはアルミニウム合金と銅もし
くは銅合金から成る金属間化合物の反応層を２０μｍ以
下となるように設定したことを特徴とする前項（１）〜
（４）に記載の異種金属材料の接合構造。 （６） 摩擦圧接により接合したアルミニウムもしくは
アルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造にお
いて、接合部の電気抵抗が、母材の電気抵抗と同等であ
ることを特徴とする前項（１）〜（５）に記載の異種金
属材料の接合構造。
【００１０】（７） 異種金属材料の接合手段が、摩擦
圧接、冷間圧接、熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、鍛
接、超音波接合、ろう付け、はんだ付け、抵抗溶接、溶
融金属注入、鋳継ぎ、接着剤を用いた接合のいずれかの
方法であることを特徴とする前項（１）から（４）に記
載の異種金属材料の接合構造。 （８） 前項（１）から（７）に記載の接合構造が電力
用遮断器に使用される通電接触子において、少なくとも
接触子接点部が銅もしくは銅合金であり、接点部以外が
アルミニウムもしくはアルミニウム合金から構成される
ことを特徴とする異種金属材料の接合構造。 （９） 前項（１）から（７）に記載の接合構造が、通
電部品として使用される接合において、接合面が接点部
から離れていることを特徴とする異種材料の接合構造。
圧接、冷間圧接、熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、鍛
接、超音波接合、ろう付け、はんだ付け、抵抗溶接、溶
融金属注入、鋳継ぎ、接着剤を用いた接合のいずれかの
方法であることを特徴とする前項（１）から（４）に記
載の異種金属材料の接合構造。 （８） 前項（１）から（７）に記載の接合構造が電力
用遮断器に使用される通電接触子において、少なくとも
接触子接点部が銅もしくは銅合金であり、接点部以外が
アルミニウムもしくはアルミニウム合金から構成される
ことを特徴とする異種金属材料の接合構造。 （９） 前項（１）から（７）に記載の接合構造が、通
電部品として使用される接合において、接合面が接点部
から離れていることを特徴とする異種材料の接合構造。
【００１１】本発明を用いると、摩擦圧接により接合し
たアルミニウム材（アルミニウムもしくはアルミニウム
合金）と銅材（銅もしくは銅合金）から成る接合構造に
おいて、衝撃強度を高め、信頼性の高い接合構造を得る
ことができる。
たアルミニウム材（アルミニウムもしくはアルミニウム
合金）と銅材（銅もしくは銅合金）から成る接合構造に
おいて、衝撃強度を高め、信頼性の高い接合構造を得る
ことができる。
【００１２】このような傾向は、摩擦圧接のみならず、
冷間圧接、熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、超音波接
合、ろう付け、はんだ付け、抵抗溶接、溶融金属注入、
鋳継ぎ、接着剤を用いた接合のいずれの方法において
も、従来の９０度の値よりも高い値を示し、これにより
銅−アルミニウム部材の信頼性は大幅に向上した。
冷間圧接、熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、超音波接
合、ろう付け、はんだ付け、抵抗溶接、溶融金属注入、
鋳継ぎ、接着剤を用いた接合のいずれの方法において
も、従来の９０度の値よりも高い値を示し、これにより
銅−アルミニウム部材の信頼性は大幅に向上した。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施例によりさ
らに説明する。実施例１ 異種金属材料の摩擦圧接による接合の例として、銅材と
アルミニウム材の接合について説明する。図２は棒状の
異種金属材料の継手の接合構造、また図３はパイプ状の
異種金属材料の継手の接合構造を示した図である。図２
（１）および図３（１）は、それぞれ、棒状およびパイ
プ状の接合構造の従来例であって、アルミニウム材１と
銅材２の接合面のなす角度が９０度である。
らに説明する。実施例１ 異種金属材料の摩擦圧接による接合の例として、銅材と
アルミニウム材の接合について説明する。図２は棒状の
異種金属材料の継手の接合構造、また図３はパイプ状の
異種金属材料の継手の接合構造を示した図である。図２
（１）および図３（１）は、それぞれ、棒状およびパイ
プ状の接合構造の従来例であって、アルミニウム材１と
銅材２の接合面のなす角度が９０度である。
【００１４】図２および図３に示すように、アルミニウ
ム材１と銅材２の接合面端部で自由端となす角度を変え
た接合部材を作製し、両部材を摩擦圧接により接合して
接合構造を作成する。すなわち、図２（２）および
（４）、および図３（２）に示すように、アルミニウム
材１と銅材２の接合面端部で自由縁Ｘをなす角度θ１を
１２０度以上になるように設定する。また、図２（３）
および（５）、および図３（３）に示すように、アルミ
ニウム材１と銅材２の接合面端部で自由縁Ｘをなす角度
θ２を５５度から８５度の範囲内になるように設定す
る。
ム材１と銅材２の接合面端部で自由端となす角度を変え
た接合部材を作製し、両部材を摩擦圧接により接合して
接合構造を作成する。すなわち、図２（２）および
（４）、および図３（２）に示すように、アルミニウム
材１と銅材２の接合面端部で自由縁Ｘをなす角度θ１を
１２０度以上になるように設定する。また、図２（３）
および（５）、および図３（３）に示すように、アルミ
ニウム材１と銅材２の接合面端部で自由縁Ｘをなす角度
θ２を５５度から８５度の範囲内になるように設定す
る。
【００１５】また、銅材とアルミニウム材の接合面端部
で自由縁となす角度を４０度から１４０度の範囲に変化
させた接合部材を作製し、引張り試験と衝撃試験を行っ
た。引張り試験の結果を、図４に、また衝撃試験の結果
を、図５に示す。なお、引張り強度比および衝撃強度比
は、いずれも９０度における強度を１とした場合の割合
を示した。
で自由縁となす角度を４０度から１４０度の範囲に変化
させた接合部材を作製し、引張り試験と衝撃試験を行っ
た。引張り試験の結果を、図４に、また衝撃試験の結果
を、図５に示す。なお、引張り強度比および衝撃強度比
は、いずれも９０度における強度を１とした場合の割合
を示した。
【００１６】図４から分るように、引張り強度は、接合
面端部で自由縁をなす角度に関係なく一定の値を示し
た。しかし、衝撃強度については、図５から分るよう
に、銅材の接合面端部で自由縁となす角度が５０度から
８５度の間、または１２０度以上のとき、従来の９０度
の値よりも高い値を示している。
面端部で自由縁をなす角度に関係なく一定の値を示し
た。しかし、衝撃強度については、図５から分るよう
に、銅材の接合面端部で自由縁となす角度が５０度から
８５度の間、または１２０度以上のとき、従来の９０度
の値よりも高い値を示している。
【００１７】実施例２ 図６は棒状の異種金属材料の継手の接合構造、また図７
はパイプ状の異種金属材料の継手の接合構造を示した図
である。図６（１）および図７（１）は接合構造の従来
例であって、アルミニウム材１と銅材２の接合面のなす
角度が９０度である。
はパイプ状の異種金属材料の継手の接合構造を示した図
である。図６（１）および図７（１）は接合構造の従来
例であって、アルミニウム材１と銅材２の接合面のなす
角度が９０度である。
【００１８】図６（２）および（３）、および図７
（２）および（３）に示すように、アルミニウム材１と
銅材２の接合面端部で自由端Ｘをなす角度θ３をいずれ
も９０度未満に設定する。また、図６（４）および
（５）、および図７（４）および（５）に示すように、
アルミニウム材１と銅材２の接合面端部で自由端Ｘとな
る角度が９０度の場合、銅材２の接合面端部で自由端Ｘ
をなす角度θ４を９０度未満となるように設定する。
（２）および（３）に示すように、アルミニウム材１と
銅材２の接合面端部で自由端Ｘをなす角度θ３をいずれ
も９０度未満に設定する。また、図６（４）および
（５）、および図７（４）および（５）に示すように、
アルミニウム材１と銅材２の接合面端部で自由端Ｘとな
る角度が９０度の場合、銅材２の接合面端部で自由端Ｘ
をなす角度θ４を９０度未満となるように設定する。
【００１９】アルミニウム材と銅材の接合面端部で自由
縁をなす角度４０度から１４０度の範囲に変化させた接
合材を作製し、これを供試材として引張試験と衝撃試験
を行った。引張試験の結果を図８および図９に、また衝
撃試験の結果を図１０および図１１に示す。なお、引張
強度比および衝撃強度比は、いずれも９０度における強
度を１としたときの割合を示した。
縁をなす角度４０度から１４０度の範囲に変化させた接
合材を作製し、これを供試材として引張試験と衝撃試験
を行った。引張試験の結果を図８および図９に、また衝
撃試験の結果を図１０および図１１に示す。なお、引張
強度比および衝撃強度比は、いずれも９０度における強
度を１としたときの割合を示した。
【００２０】図８および図９から分るように、引張強度
については、両材料の接合面端部で自由縁となす角度に
関係なく一定の値を示した。しかし、衝撃強度について
は、図１０および図１１から分るように、アルミニウム
材と銅材の接合面端部で自由端となる角度がともに９０
度未満、またはどちらか一方が９０度の場合は、残りの
材料の接合面端部が自由縁となす角度が９０度未満であ
ると、従来例よりも高い値を示している。
については、両材料の接合面端部で自由縁となす角度に
関係なく一定の値を示した。しかし、衝撃強度について
は、図１０および図１１から分るように、アルミニウム
材と銅材の接合面端部で自由端となる角度がともに９０
度未満、またはどちらか一方が９０度の場合は、残りの
材料の接合面端部が自由縁となす角度が９０度未満であ
ると、従来例よりも高い値を示している。
【００２１】実施例３ アルミニウム材（アルミニウムまたはアルミニウム合
金）と銅材（銅または銅合金）を摩擦圧接により接合す
ると、摩擦熱で高温になり両元素が拡散して、Ａｌ２Ｃ
ｕ、ＡｌＣｕ、ＡｌＣｕ２などの金属間化合物からなる
反応層が形成される。このような反応層を有する接合構
造について、反応層の厚さと、引張強度あるいは衝撃強
度との関係を調べるため引張試験と衝撃試験を行った。
金）と銅材（銅または銅合金）を摩擦圧接により接合す
ると、摩擦熱で高温になり両元素が拡散して、Ａｌ２Ｃ
ｕ、ＡｌＣｕ、ＡｌＣｕ２などの金属間化合物からなる
反応層が形成される。このような反応層を有する接合構
造について、反応層の厚さと、引張強度あるいは衝撃強
度との関係を調べるため引張試験と衝撃試験を行った。
【００２２】図１２に引張試験の結果を示す。引張強度
比はアルミニウムの合金の引張強度を１００としたとき
の割合で示した。また、図１３に衝撃試験の結果を示
す。衝撃強度比は反応層の厚さが１５μｍの衝撃強度を
１としたときの割合で示した。
比はアルミニウムの合金の引張強度を１００としたとき
の割合で示した。また、図１３に衝撃試験の結果を示
す。衝撃強度比は反応層の厚さが１５μｍの衝撃強度を
１としたときの割合で示した。
【００２３】図１２および図１３から分るように、反応
層の厚さが２０μｍ以下では、引張強度も衝撃強度も高
い値を示している。しかし、反応層の厚さが２０μｍ以
上になると引張強度は変化しないが、衝撃強度は低下の
傾向を示す。
層の厚さが２０μｍ以下では、引張強度も衝撃強度も高
い値を示している。しかし、反応層の厚さが２０μｍ以
上になると引張強度は変化しないが、衝撃強度は低下の
傾向を示す。
【００２４】実施例４ 異種金属材料の接合構造を電力用遮断器の通電接触子材
料とに使用した例について述べる。通電接触子は閉時の
場合、固定側と可動側は接触しているが、開時の場合、
可動側の通電接触子が操作機構部に連結して固定側から
離れる。一般的に可動側の通電接触子は、軽量で導電率
の高いアルミニウム材から構成されており、可動側と固
定側の接触子が離れるときに生じる微小のアークによっ
て接点部付近が溶損する。この溶損部分は開閉操作回数
の増加とともに大きくなり、開時のときの電流手段特性
が低下する。通電接触子の形状が小さくなると、さらに
この傾向は大きくなる。
料とに使用した例について述べる。通電接触子は閉時の
場合、固定側と可動側は接触しているが、開時の場合、
可動側の通電接触子が操作機構部に連結して固定側から
離れる。一般的に可動側の通電接触子は、軽量で導電率
の高いアルミニウム材から構成されており、可動側と固
定側の接触子が離れるときに生じる微小のアークによっ
て接点部付近が溶損する。この溶損部分は開閉操作回数
の増加とともに大きくなり、開時のときの電流手段特性
が低下する。通電接触子の形状が小さくなると、さらに
この傾向は大きくなる。
【００２５】可動側の通電接触子の接点部分をアルミニ
ウム材よりも融点および導電率が高い銅材、それ以外の
部分をアルミニウム材とし、接合界面を異種金属材料の
接合構造とした。すなわち、図１４に示すように、銅材
とアルミニウム材を摩擦圧接して接合界面を、銅材にお
いて接合面端部で自由縁Ｘとなす角度θ２が５０度から
８５度の間、または１２０度以上に設定する。または、
図１５および図１６に示すように、銅材とアルミニウム
材を摩擦圧接して接合界面を、接合面端部で自由縁Ｘと
なす角度θ４を銅材とアルミニウム材共に９０度未満、
または、どちらか一方が９０度の場合は、残りの材料の
接合面端部で自由縁となす角度θ４が９０度未満となる
ように設定する。
ウム材よりも融点および導電率が高い銅材、それ以外の
部分をアルミニウム材とし、接合界面を異種金属材料の
接合構造とした。すなわち、図１４に示すように、銅材
とアルミニウム材を摩擦圧接して接合界面を、銅材にお
いて接合面端部で自由縁Ｘとなす角度θ２が５０度から
８５度の間、または１２０度以上に設定する。または、
図１５および図１６に示すように、銅材とアルミニウム
材を摩擦圧接して接合界面を、接合面端部で自由縁Ｘと
なす角度θ４を銅材とアルミニウム材共に９０度未満、
または、どちらか一方が９０度の場合は、残りの材料の
接合面端部で自由縁となす角度θ４が９０度未満となる
ように設定する。
【００２６】従来の銅材とアルミニウム材の摩擦圧接部
材は、衝撃強度が低く、接合構造の信頼性が低かったた
め、高導電率の銅−アルミニウム通電接触子は適用でき
なかった。しかし、本発明の接合構造とすることで、ア
ルミニウム材の通電接触子に変えて使用できるようにな
った。可動側の通電接触子の接点部分を銅材に置き換え
それ以外の部分を従来の軽量のアルミニウム材とするこ
とで導電性が高く、溶損が小さく、軽量で、また形状が
従来径の半分に小さくなっても良好に大電流の開閉が行
える通電接触子とできた。この効果は、接触子接点部が
銅、銅合金で、接点部以外が、アルミニウム材またはア
ルミニウム合金から構成された場合、同様の傾向を示
す。
材は、衝撃強度が低く、接合構造の信頼性が低かったた
め、高導電率の銅−アルミニウム通電接触子は適用でき
なかった。しかし、本発明の接合構造とすることで、ア
ルミニウム材の通電接触子に変えて使用できるようにな
った。可動側の通電接触子の接点部分を銅材に置き換え
それ以外の部分を従来の軽量のアルミニウム材とするこ
とで導電性が高く、溶損が小さく、軽量で、また形状が
従来径の半分に小さくなっても良好に大電流の開閉が行
える通電接触子とできた。この効果は、接触子接点部が
銅、銅合金で、接点部以外が、アルミニウム材またはア
ルミニウム合金から構成された場合、同様の傾向を示
す。
【００２７】また接合面が、接点部に近いと開閉時にお
けるアークの熱により、接合面がダメージを受け、衝撃
強度の低下となるため、接合面は接点部から離すことが
望ましい。また、接合部での電気抵抗が高いと通電時に
接合部が加熱し、拡散接合層が成長して強度が低下する
ため、接合部の電気抵抗は、母材の電気抵抗と同等であ
る事が望ましい。
けるアークの熱により、接合面がダメージを受け、衝撃
強度の低下となるため、接合面は接点部から離すことが
望ましい。また、接合部での電気抵抗が高いと通電時に
接合部が加熱し、拡散接合層が成長して強度が低下する
ため、接合部の電気抵抗は、母材の電気抵抗と同等であ
る事が望ましい。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、摩擦圧接により接合し
たアルミニウムもしくはアルミニウム合金と、銅もしく
は銅合金の接合構造において、銅もしくは銅合金の接合
面端部で自由縁となす角度を接合部での応力集中を小さ
くするように設定することで、衝撃強度が高く、信頼性
の高い異種材料間の接合構造が達成できる。
たアルミニウムもしくはアルミニウム合金と、銅もしく
は銅合金の接合構造において、銅もしくは銅合金の接合
面端部で自由縁となす角度を接合部での応力集中を小さ
くするように設定することで、衝撃強度が高く、信頼性
の高い異種材料間の接合構造が達成できる。
【図１】従来の摩擦圧接による異種金属材料の接合の説
明図である。
明図である。
【図２】棒状の異種金属材料の継手の接合構造の実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図３】パイプ状の異種金属材料の継手の接合構造の実
施例を示す図である。
施例を示す図である。
【図４】異種金属材料の接合構造における接合面端部で
自由縁となす角度と引張強度との関係を示すグラフであ
る。
自由縁となす角度と引張強度との関係を示すグラフであ
る。
【図５】異種金属材料の接合構造における接合面端部で
自由縁となす角度と衝撃強度との関係を示すグラフであ
る。
自由縁となす角度と衝撃強度との関係を示すグラフであ
る。
【図６】棒状の異種金属材料の継手の接合構造の他の実
施例を示す図である。
施例を示す図である。
【図７】パイプ状の異種金属材料の継手の接合構造の他
の実施例を示す図である。
の実施例を示す図である。
【図８】図６、図７に係る異種金属材料の接合構造にお
ける接合面端部で自由縁となす角度と、引張強度との関
係を示すグラフである。
ける接合面端部で自由縁となす角度と、引張強度との関
係を示すグラフである。
【図９】図６、図７に係る異種金属材料の接合構造にお
ける接合面端部で自由縁となす角度の一方が９０度で、
残りの材料の接合面端部で自由縁をなす角度と、引張強
度との関係を示すグラフである。
ける接合面端部で自由縁となす角度の一方が９０度で、
残りの材料の接合面端部で自由縁をなす角度と、引張強
度との関係を示すグラフである。
【図１０】図６、図７に係る異種金属材料の接合構造に
おける接合面端部で自由縁となす角度と、衝撃強度との
関係を示すグラフである。
おける接合面端部で自由縁となす角度と、衝撃強度との
関係を示すグラフである。
【図１１】図６、図７に係る異種金属材料の接合構造に
おける接合面端部で自由縁となす角度の一方が９０度
で、残りの材料の接合面端部で自由縁をなす角度と、衝
撃強度との関係を示すグラフである。
おける接合面端部で自由縁となす角度の一方が９０度
で、残りの材料の接合面端部で自由縁をなす角度と、衝
撃強度との関係を示すグラフである。
【図１２】異種金属材料の接合面における金属間化合物
の反応層の厚さと、引張強度との関係を示すグラフであ
る。
の反応層の厚さと、引張強度との関係を示すグラフであ
る。
【図１３】異種金属材料の接合面における金属間化合物
の反応層の厚さと、衝撃強度との関係を示すグラフであ
る。
の反応層の厚さと、衝撃強度との関係を示すグラフであ
る。
【図１４】本発明の異種金属材料の接合構造（接合面端
部で自由縁となす角度が５５度から８５度）を採用した
電力用遮断器の通電接触子の概略構造を示す図である。
部で自由縁となす角度が５５度から８５度）を採用した
電力用遮断器の通電接触子の概略構造を示す図である。
【図１５】本発明の異種金属材料の接合構造（接合面端
部で自由縁となす角度の一方が９０度で、残りの材料の
接合面端部で自由縁となす角度が９０度未満）を採用し
た電力用遮断器の通電接触子の概略構造を示す図であ
る。
部で自由縁となす角度の一方が９０度で、残りの材料の
接合面端部で自由縁となす角度が９０度未満）を採用し
た電力用遮断器の通電接触子の概略構造を示す図であ
る。
【図１６】本発明の異種金属材料の接合構造の他の実施
例を採用した電力用遮断器の通電接触子の概略構造を示
す図である。
例を採用した電力用遮断器の通電接触子の概略構造を示
す図である。
１ アルミニウム材（アルミニウムまたはアルミニウム
合金） ２ 銅材（銅または銅合金） ３ 摩擦圧接装置のチャックの固定軸 ４ 回転軸 ５ バリ Ｐ 加圧力 Ｘ 自由縁 θ１ 接合面端部で自由縁となす角度が１２０度以上 θ２ 接合面端部で自由縁となす角度が５５度から８５
度 θ３ 接合面端部で自由縁となす角度が９０度未満 θ４ 接合面端部で自由縁となす角度の一方が９０度
で、他の金属材料の自由縁となす角度が９０度未満
合金） ２ 銅材（銅または銅合金） ３ 摩擦圧接装置のチャックの固定軸 ４ 回転軸 ５ バリ Ｐ 加圧力 Ｘ 自由縁 θ１ 接合面端部で自由縁となす角度が１２０度以上 θ２ 接合面端部で自由縁となす角度が５５度から８５
度 θ３ 接合面端部で自由縁となす角度が９０度未満 θ４ 接合面端部で自由縁となす角度の一方が９０度
で、他の金属材料の自由縁となす角度が９０度未満
Claims (9)
- 【請求項１】摩擦圧接により接合したアルミニウムもし
くはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造
において、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁とな
す角度が５０度から８５度の間となるように設定したこ
とを特徴とする異種金属材料の接合構造。 - 【請求項２】摩擦圧接により接合したアルミニウムもし
くはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造
において、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁とな
す角度が１２０度以上となるように設定したことを特徴
とする異種金属材料の接合構造。 - 【請求項３】摩擦圧接により接合したアルミニウムもし
くはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造
において、アルミニウムもしくはアルミニウム合金ある
いは、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角
度が共に９０度未満となるように設定したことを特徴と
する異種金属材料の接合構造。 - 【請求項４】摩擦圧接により接合したアルミニウムもし
くはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造
において、アルミニウムもしくはアルミニウム合金ある
いは、銅もしくは銅合金の接合面端部で自由縁となす角
度が、どちらか一方が９０度の場合は、残りの材料の接
合面端部で自由端となす角度が９０度未満となるように
設定したことを特徴とする異種金属材料の接合構造。 - 【請求項５】摩擦圧接により接合したアルミニウムもし
くはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造
において、アルミニウムもしくはアルミニウム合金と銅
もしくは銅合金から成る金属間化合物の反応層を２０μ
ｍ以下となるように設定したことを特徴とする請求項１
〜４に記載の異種金属材料の接合構造。 - 【請求項６】摩擦圧接により接合したアルミニウムもし
くはアルミニウム合金と、銅もしくは銅合金の接合構造
において、接合部の電気抵抗が、母材の電気抵抗と同等
であることを特徴とする請求項１〜５に記載の異種金属
材料の接合構造。 - 【請求項７】異種金属材料の接合手段が、摩擦圧接、冷
間圧接、熱間圧接、拡散接合、爆発圧接、鍛接、超音波
接合、ろう付け、はんだ付け、抵抗溶接、溶融金属注
入、鋳継ぎ、接着剤を用いた接合のいずれかの方法であ
ることを特徴とする請求項１から４に記載の異種金属材
料の接合構造。 - 【請求項８】請求項１から７に記載の接合構造が電力用
遮断器に使用される通電接触子において、少なくとも接
触子接点部が銅もしくは銅合金であり、接点部以外がア
ルミニウムもしくはアルミニウム合金から構成されるこ
とを特徴とする異種金属材料の接合構造。 - 【請求項９】請求項１から７に記載の接合構造が通電部
品として使用される接合において、接合面が接点部から
離れていることを特徴とする異種材料の接合構造。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084798A JP4033417B2 (ja) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | 異種金属材料の接合構造 |
| CA002254349A CA2254349C (en) | 1997-11-19 | 1998-11-18 | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| CA002432944A CA2432944C (en) | 1997-11-19 | 1998-11-18 | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| US09/193,845 US6492037B2 (en) | 1997-07-11 | 1998-11-18 | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| KR1019980049402A KR100315590B1 (ko) | 1997-11-19 | 1998-11-18 | 이종금속 재료의 접합구조 |
| EP98121581A EP0923145A3 (en) | 1997-11-19 | 1998-11-19 | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| CNB981249485A CN1187160C (zh) | 1997-11-19 | 1998-11-19 | 异种金属材料的接合结构 |
| EP08010598A EP1962353A3 (en) | 1997-11-19 | 1998-11-19 | Joined structure of dissimilar metallic materials |
| US10/270,156 US6692841B2 (en) | 1997-11-19 | 2002-10-15 | Joined structure of dissimilar metallic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11084798A JP4033417B2 (ja) | 1998-04-21 | 1998-04-21 | 異種金属材料の接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11300483A true JPH11300483A (ja) | 1999-11-02 |
| JP4033417B2 JP4033417B2 (ja) | 2008-01-16 |
Family
ID=14546180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11084798A Expired - Fee Related JP4033417B2 (ja) | 1997-07-11 | 1998-04-21 | 異種金属材料の接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4033417B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012059079A3 (de) * | 2010-11-01 | 2012-06-28 | Otto Bock Healthcare Gmbh | Reibschweissverbindung mit einer komponente, die einen grösseren materialquerschnitt als die zweite komponente aufweist |
| JP2012200744A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 溶接用継手材 |
| WO2017072918A1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 株式会社小松製作所 | 機械部品およびその製造方法 |
| KR20190131273A (ko) * | 2018-05-16 | 2019-11-26 | 동해금속 주식회사 | 패키지 트레이 모듈의 제조방법 |
-
1998
- 1998-04-21 JP JP11084798A patent/JP4033417B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012059079A3 (de) * | 2010-11-01 | 2012-06-28 | Otto Bock Healthcare Gmbh | Reibschweissverbindung mit einer komponente, die einen grösseren materialquerschnitt als die zweite komponente aufweist |
| JP2012200744A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 溶接用継手材 |
| WO2017072918A1 (ja) * | 2015-10-29 | 2017-05-04 | 株式会社小松製作所 | 機械部品およびその製造方法 |
| KR20180035896A (ko) * | 2015-10-29 | 2018-04-06 | 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 | 기계 부품 및 그 제조 방법 |
| US11338385B2 (en) | 2015-10-29 | 2022-05-24 | Komatsu Ltd. | Machine component and method for producing the same |
| KR20190131273A (ko) * | 2018-05-16 | 2019-11-26 | 동해금속 주식회사 | 패키지 트레이 모듈의 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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