JPS61180671A - 結合部材をろう接により金属表面に取付ける方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ろう接に必要な熱をアークにより発生させて
、結合部材をろう接により金属表面に取付ける方法に関
する。この方法は一般に二つの分野で利用することがで
き、その一つは、レールと管端部の電気接点結合を含み
、他の一つは、クランプおよびボルトといった棒状手段
の如きその他の金属取付は物体を含む。

従来前記の結合を行なう方法は、例えばスエーデン特許
第１２９８４９号に開示されているいわゆるピンろう接
によるものであった。このピンろう接法では、電極が使
用され、その先端は一定量のろう接金属からなり、その
先端には同じろう接金属からつくられかつ融剤の入った
カプセルが取付けである。電気接点結合部材またはクラ
ンプといった小さな金属物体をろう付により取付ける場
合、開口を備えた結合部材も使用される。

ろう接は次のようにして行なわれる。即ち、ろう接すべ
き接合部を浄化した後、電極が正極ｌこ接続され、加工
片、例えばレールは負極に接続される。例えばケーブル
ラグの形状の結合部材がろう接接合部に当接配置される
。そして、電極が結合部材の開口部に挿入され、機械的
スプリングにより与えられる充分に規定された力でレー
ルへ直接押圧される。電流を切ると、電極とレールとの
間に短絡が起こる。電流は、機械的スプリングの力に打
ち克つよ、うな寸法の電磁石を付勢し、電極を約２鱈上
昇させ、これによって電極と加工片との間にアークが形
成され、電極に与えたろう付金属と融剤が融解を始めて
　　。

ケーブルラグの開口中に入る。ろう接金属は毛管作用で
ケーブルラグとレールとの間に吸い込まれ、これによっ
て二つの部材が互いに結合される。ろう接金属は、公知
のアーク溶接における添加材料と同様にしてレールに移
される。電極上のろう接金属をすべて融解させるのに必
要な正確な電流量が通過すると、特殊な装置が電流回路
を遮断する。電流が遮断されると、電磁石の力も止む。

その結果、前述のスプリング機構により電極の残りの部
分が加工片に向って押し戻され、融解ろう付金属に侵入
し、したがって電極が加工片にろう接される。このろう
接施工に要する時間は全部で１〜１．５秒である。ろう
接が終了したら、電極の残りの部分は機械的に突出され
る。電極のろう接金風の融解温度は例えば鋼より本質的
に低い。したがって、ろう接金風を融解するが、加工片
の鋼を融解しないようにエネルギーの供給が調節される
。

金属のボルトまたはピンをろう接により取付ける場合、
同じ方法が用いられるが、結合部材は使用されない。そ
の場合、電極がろう接により基材に取付けられ、電極自
体がボルトまたはピンを構成する。

しかし、前記方法を鉄道のレールに適用する場合の欠点
は、加熱作用が非常に大きいため、レールのろう接接合
部の下方で部分的に構造変化（マルテンサイトの生成）
が起こりうることである。この方法の別の不利益は、電
気接点結合部がろう接されるとき、各ろう接接合部に比
較的天童の銀ろう接金風を消費することである。

接合部の幾何学的形状のために、ろう接金風の大部分が
充填材料となり、少部分のみがケーブルラグとレールと
の間の結合材料として役立つに過ぎない。この方法は銀
の価格が現在に比べて本質的に低いときに開発されたも
のであり、したがって、ろう接金風の消費量はそれ程重
要ではなかった。近年、銀の価格が著しく高騰し、この
方法の競争力に直接影響を与えている。

前記方法のさらに別の欠点は、ろう接金風がアークに直
接接触することである。ろう接工程の間、低沸点のある
種の合金化材料、特に亜鉛が蒸発する。この蒸発は非常
に激しいため、ろう接金風の組成が変化して、接合部の
強度を低下させる。

前記方法のさらに別の欠点は、電極の最後部から黄銅が
融解して、既に融解した銀ろう付金属と合金化し、この
ため結合部をもろくすることである。即ち、ろう接待間
は、電極に接続され、所定の電流で特定の破断時間を有
する融解用鋼線によって規定される。電流は通常バッテ
リーからなる電源により供給される。バッテリーが放電
すると電位は低下し、ろう接電流も低下し、融解用銅線
の破断時間が長くなる。この結果、ろう接待間が長くな
るとろう接結果に悪い影響をおよぼす。

電気接点結合を与える別の方法は、例えば西ドイツ特許
第２８３０７２１号に開示されてい゛　　る特殊な型の
テルミット溶接によるものである。

この方法は反応室と成形室とを収容した黒鉛ポ′シトを
利用し、各室は成形通路によって相互に連結されている
。成形室は開口を有し、溶接により取付けるべきケーブ
ルがこの開口に挿入される。底面にろう付金属層を備え
た金属板も使用される。溶接は、ろう接金風を備えた金
属板をまず溶接スポット上に置くようにして実施される
。次いで、導線を有する黒鉛ポットが金属板の表面に置
かれる。そこで、反応室と成形室との間の成形通路が金
属座金で被覆され、所定量のアルミニウムテルミット粉
が反応室に装填される。反応が始まると、粉体混合物が
公知の仕方で熱化学反応を起こし、高温の液体金属が反
応室の底部に集まり、金属座金を融解し、成形室に流入
する。次いで、ろう接金風を備え、装填室の開口の下方
に配置された金属板の表面□側が融解し、その結果、成
形室内の導線が溶接により金属板に取付けられる。同時
に、金属板の下方のろう接金風が加熱され、融解し、こ
れによって、金属板がろう接により基材に取付けられる
。

この方法の欠点は、固有のテルミット粉混合物と型が吸
湿性であって、このためこの方法が多湿気候に敏感なこ
とである。反応の際に粉末が急速に加熱されるため、吸
着された水は水蒸気に変化する。融解金属は、発生圧力
により爆発するようにして反応室から放出され、このこ
とは作業にとって危険である。別の不利益な点は、満足
な溶接結果をうるために、熱化学的に生成される融解金
属の温度を２０４０℃（酸化アルミニウムの融点）と２
５００℃（アルミニウムの蒸発温度）の間とすべきこと
である。このことは、溶接部の容積がレールの全溶接の
場合のように大きければ行なうことができる。溶接容積
が小さくなると、溶接部の表面積：容積比が大きくなり
、溶接部の単位容積当りの熱損失が大きくなる。したが
って、融解金属の温度勾配が大きくなり、温度が前記温
度範囲より高いか、低くなる機会が増すことになる。

本発明は、前記の欠点を排除し、しかも同時にピンろう
接工程の長所、即ち、迅速なろう付と結合部の良好な導
電性とを維持する方法を実施するための方法と装置に関
する。本発明の概略的な特徴は、アークにより発生し、
ろう付に利用される熱を使用結合部材の少なくとも一部
分を介して伝達させて１、前記結合部材と前記金属表面
との間に設けたろう接金風を融解させ、アークが金属表
面およびろう接金風に直接接触するのを結合部材の前記
部分が防止するようにして、金属表面が熱活性化される
不利益を防ぐこと、アークのための電流が切られた後に
機械的力を結合部材の前記熱伝達部分に加えて結合部材
を金属表面に押圧すること、および下方のろう接金風の
一部分を結合部材の残りの結合部形成表面の下にも押出
すことである。

本発明を添付の図面について説明する。

第１図に示した接点結合部は例えば銅のケーブル１．７
ランジ付き開口３をもった。同様に例えば銅、アルミニ
ウムオたは鋼のケーブルラグ２、比較的高融点金属の、
好ましくは円形の板４および低融点ろう接金風、例えば
銀ろう接金風の層５からなる。第２図は同じ結合部の平
面図を示す。

ろう接工程を第３図について以下に説明する。

この説明は電気接点結合部とクランプといった小さな金
属物体のろう接に関する。前記のピンろう接の場合と同
様、加工片（例えばレール）のろう接スポットは研磨に
より浄化され、電極６は電源の正極こと接続され、加工
片７は負極に接続される。接点結合部８がろう付スポッ
ト上に置かれ、接点結合部の開口に電極が挿入される。

しかし、電極６は前記のように基材に直接接触せず、金
属板４と接触する。電流が遮断され、電極が上げられる
と、電極と金属板との間にアークが生成する。このアー
クが金属板を加熱すると、反対側に設けた銀ろう接金風
５が熱伝導によって融解する。電流が切られると、電極
が金属板を基材に押圧し、このため下方にある融解ろう
接金風の一部がケーブルラグの下方で押し出される。使
用金属板が厚いほど、銀ろう接金風の最高到達温度は低
くなる。一定の厚さ以上でろう接金風は融解しなくなる
。金属板の厚さを適当に選ぶこと番こより、ろう接金風
の作用温度とレールのオーステナイト化温度の約８００
℃との間でろう接金風の最高温度をうることが可能であ
り、金属板はレールの有害な構造変化を伴うことなくろ
う接によりレールに取付けられる。このように、銀ろう
接金風５は電極から発生するのではなく、ケーブルラグ
の金属板の下匿予め設けられて、アークに接触しないよ
う番こしである。したがって、ろう接金風の化学組成は
変化することがなく、その強度ももとのままである。

第４図は金属板４が、電極から融解分離した材料９を金
属板の下方に設けた銀ろう接金風５から分離しているこ
とを示す。したがって、黄銅がろう接金属中に入り、合
金化して脆化、を起こすことはない。また図から明らか
なとおり、ケーブル１は融解分離材料９と直接接触し、
この材料９は毛管作用により個々のケーブル線内に吸収
された後、固化する。したがって、以前の型の結合部の
特徴であった有利な電気特性は依然としてそのままであ
る。さらに、融解分離材料９の目的が今や一般的には金
属板上のケーブルラグの開口内の充填材料を構成するこ
とであるため、銀ろう接金風の全所要量は減少する。

したがって、電極は以前程多くのろう接金風を含有する
必要はなく、ろう接金風は恐らく完全　　、に省くこと
も可能であり、電極は例えば、融剤　　′を収容した銀
ろう接金風のカプセルをもった黄銅のみからなることも
できる。

クランプといった小さな金属物体を前記の方法でろう接
により取付けることができる。第５図は非ろう接クラン
プの断面図を示す。

金属板４の材料に関していくつかの要求が提起される。

金属板は、基材（好ましくは鋼）およびケーブルラグ（
好ましくは銅）と共にろう付結合部の一部を構成するの
で、その表面はろう接に関して鋼および銅と相容性がな
ければならない。金属板はまた、ろう接前の貯蔵および
輸送の間に酸化物被膜の発生を回避するために耐食性で
なければならない。局部的貫通融解を回避するため、金
属板は良好な熱伝導性と高い融点をもたなければならな
い。これらの要求を満たすと思われてきたニッケルは純
ニッケルである。

最も単純な形状の平坦で、厚さが均一で好ましくは円形
の金属板４は、金属板の底面に好ましくはろう接された
銀ろう付金属５を備えている（第６ａ図）。金属板の性
質は特定な形状とすることにより改善させることができ
る。前述したとおり、ろう接が終了して電流が遮断され
ると、電極は基材に向って押し戻される。ろう接工程の
間、金属板はその強度が著しく低下するほどの高い温度
となる。金属板が第６ｂ図のように丸天井状であると、
金属板はろう接工程の終りには変形し、残りの電極によ
り基材に向って押し下げられる。そこで、下方にある融
解ろう接金属は周囲のケーブルラグまたはクランプの下
で押し出される。このことは、ケーブルラグ（クランプ
）の下での毛管現象が基材の凹凸面のために減少するこ
とがあるので、有利な点である。記載の形状もアークに
より発生する熱を均衡させ、このために熱が基材に向っ
て下方に一層均一に分布される。

同じ性質が第６ｃ図の態様により得られる。

ろう付スポットの温度変動を補償するように金属板を設
計することもでき、この温度変動は、接合部に固有の金
属塊が、ケーブルを有するケーブルラグのように、ろう
付スポットの中心に関して非対称に存在する場に起こり
得る。第６ｄ−０図はこのような態様を示している。

第６！〜ｈ図は同じ目的についての別の態様を電極の長
手方向の平面図で示している。アーク（陽極スポット）
の作用点が全ろう何工程の間に金属板の同じ位置にとど
まって、金属板を部分的に融解して下にあるろう付金属
のある成分を蒸発させるようなことを防止するために、
金属板にその表面側に環状隆起物を設けることができ（
第６１、ｋ図）、この隆起物により陽極スポットがろう
付の間に環状に移動するため、熱の分布が一層均一とな
る。金属板の周辺形状はろう付金属の流れを容易にし、
毛管現象を可能な限り均一にするように形成するのが好
ましい（第６１！１図）。銀ろう付金属５を有する金属
板４は、融剤１１を収容した例えば銀ろう付金属のカプ
セル１０を備えることもできる（第６ｎ図）。前記の詳
細な変更は好ましくは組み合わせて熱とろう付金属とを
、例えば第６Ｐ図に従って好適な分布にすることができ
る。

第７　ａ−ｄ図は結合部材の各別の態様を示す。

前記したとおり、融解分離した電極材料９は個々のケー
ブル線１に直接係合して良好な電気接点を確実にする。

結合部材はまた、金属板４の下に付与される銀ろう接金
属がケーブル線１に直接係合するように形成することも
できる（第７ａ図）。

本発明は、ニッケルといった高融点金属がアークの作用
点を構成するようにした結合の態様に限定されるべきで
はない。ケーブルラグの一部分がアークの作用点となる
ようにケーブルラグを形成することにより前記の諸利益
を達成することもできる。このような態様は第７ｂ−ｄ
図に示されている。

ケーブルラグ２にはまた、ろう接の瞬間に融解し、引続
く固化の間に吸収溶融熱を放出する一定量の金属または
合金を設けることもできる（第７ｄ図）。鋼のオーステ
ナイト化温度より低い、例えば７００℃の融点をもった
金属または合金を選ぶことにより、鋼基材ｌζマルテン
サイトが生成しないことが保証される。

ろう接によりボルトやピンを基材に取付け、そして電極
がボルトまたはピンを構成しているとき、低融点ろう接
金属５を有する高融点金属板４を、ピンろう接に通常使
用されるセラミックスの保護リング１３に取付けるのが
好ましい（第８ａ図）。第８ｂ図は、ろう接工程が開始
される直前の電極６（ボルト）の位置を示す。

ろう接金属を備えた金属板はろう接前に基材上にゆるく
のせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、非ろう接電気液点結合の断面図、第２図は同
じ接点結合の平面図、第３図は電極がろう接工程の開始
位置にある電気接点結合の断面図、第４図はろう接によ
り取付けられた電気接点結合の断面図、第５図は非ろう
接クランプの断面図、第６　ａ−ｐ図は接点結合に固有
の金属板の設計の各種詳細図、第７　ａ　−ｄ図は電気
接点結合の各種態様を示す図、第８ａ−、−ｂ図は、ボ
ルトといった棒状手段をろう接により取付けるのに使用
される本発明の態様を示す図である。 図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ、　１ Ｆ’＋ｇ、　３ Ｆｉｇ、　４ Ｆｉｇ、　５ Ｆｉｇ、　６ｂ　　　　　　　　　　　　　　ｓＦｉｇ
、　６ｆ Ｆｉｇ、　６ｇ Ｆｉｇ、６ｉ　　　　　　　　　　　　　５Ｆｉｇ、　
６ｋ　　　　　　　　　　　　　”Ｆｌ（ｊ、５ｍ　　
　　　　　　　　　　　　　５Ｆｉｇ、　６ｐ Ｆｌｇ、７ｃ Ｆｌ９．７ｄ ｊｌ Ｆｉｇ、８ｂ 手続補正書 昭和６０年１０月ノＺ日 １、事件の表示　昭和６０年特＃’ＦＪＰＪｌ第１７２
２５８号２、発明の名称 結合部材をろう接により金属表面に取付ける方法３、補
正をする者 ４、代理人 ５、補正の対象 ６、補正の内容 別紙のとお抄、図面の浄書（内容ｌこ変更なし）を補正
する。 ７、添付書類目録 図　　面　　　　　　　　　　　　　１通手続補正書（
方力 昭和６１年　２月２６日 ２、発明の名称 結合部材をろう接により金属表面に 取付ける方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人、−＋　　　。 ４、代理人 ５、補正命令の日付　　　　昭和６１年１月８日明絹■
の図面の簡単な説明の榴　　　−゛７、補正の内容 （１）図面中、第６に図、第６ｍ図、第６ｎ図および第
６ｐ図を別紙添付図面に来示する如く、第６ｊ図、第６
に図、第６１図および第６ｍ図とそれぞれ訂正する。 （２）明細書第１９頁下より第６行目「第６ａｚｐ図」
を「第６ａ−ｍ図」と補正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ろう接に必要な熱をアークにより発生させて、結合
   部材をろう接により金属表面に取付ける方法において、 アークにより発生した熱を結合部材の少なくとも一部分
   を介して伝達させて、前記結合部材と前記金属表面との
   間に設けたろう接金属を融解させ、アークが金属表面お
   よびろう接金属に直接接触するのを結合部材の前記部分
   が防止するようにして、金属表面が熱活性化される不利
   益を防ぐこと。 アークのための電流が切られた後に機械的力を結合部材
   の前記熱伝達部分に加えて結合部材を金属表面に押圧す
   ること、および 下方のろう接金属の一部分を結合部材の残りの結合部形
   成表面の下にも押出すことを特徴とする方法。 ２、結合部材が、ケーブルラグ、クランプまたはそれに
   類する部材および、前記ケーブルラグ、クランプまたは
   それに類する部材とろう接金属との間に設けた金属板か
   らなり、前記金属板がアークと金属表面との直接の接触
   を防止するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ３、融解離脱する電極からアークが生成され、融解離脱
   した電極材料が金属板と接触してろう接によりこれらの
   手段を相互に結合し、その際、金属板が融解電極材料を
   ろう接金属から分離させて、電極材料によるろう接金属
   の合金化を回避させるようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 ４、金属板およびろう接金属がケーブルラグにより部分
   的に包囲され、ケーブルが前記ケーブルラグに接続され
   ていて、金属板からの熱でろう接金属を融解して、融解
   物質がケーブルワイヤを互いにかつケーブルラグにろう
   接するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の方法。 ５、結合部材が、ボルトまたはピンといつた棒状手段お
   よび前記手段とろう接金属との間に設けた結合金属板か
   らなり、前記金属板がアークと金属表面との直接の接触
   を防止し、前記手段がアークのための電極を構成してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、棒状手段が黄銅といつた金属材料のみからなり、付
   加的なろう接金属と必要に応じて融剤とを前記手段と金
   属板との間に設けることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の方法。 ７、ろう接金属が棒状手段の先端に設けたカプセルから
   なり、前記カプセルが融剤を収容していることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、金属板がろう接金属より融点の高い、ニッケルとい
   つた材料からなり、ろう接金属が銀といつた金属からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項または第５項
   記載の方法。 ９、金属板が融剤を供給するための開口を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０、ろう接金属が下側に置かれている金属板に中央突
   起物が設けられていて、ろう接材料が金属板の中央に集
   中できるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項記載の方法。 １１、突起物が環状であり、前記突起物に沿つてアーク
   に回転運動をさせるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第９項記載の方法。 １２、金属表面とかみ合う金属板の周囲部分が、金属表
   面と完全に平面接触するように形成されていて、ろう接
   材料に対して毛管作用が得られるようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第９項記載の方法。 １３、金属表面が好ましくは鋼からなり、結合部材の熱
   伝達部分が、鋼のオーステナイト化温度より低い融点を
   もつた材料からなる部分を含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。