(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス合金細線が、遷移金属と非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％を占め、遷移金属がＦｅとＣｏで非金属がＢとＳｉであるかまたは遷移金属がＦｅで非金属がＢとＳｉである組成であり、断面積が０．０２ｍｍ２以下の前記アモルファス合金細線を中間金属体に通電時間３００μｓ以下の通電発熱により接続し、銅またはアルミニウムリ−ド線を中間金属体に接続し、しかも中間金属体の材質には、前記アモルファス合金組成の少なくとも１成分を含有する金属を使用することを特徴とするアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【請求項２】
中間金属体の材質がＮｉ−Ｆｅ合金である請求項１記載のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【請求項３】
中間金属体の材質の５０原子％以上を占める成分が鉄である請求項１記載のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【請求項４】
中間金属体の材質がＳＵＳ３０４である請求項１記載のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【請求項５】
中間金属体の材質がＳＵＳ３１６である請求項１記載のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【請求項６】
中間金属体の材質がＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金である請求項１記載のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【請求項７】
中間金属体の材質がＡｌ−Ｓｉ系のろう材である請求項１記載のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回転液中紡糸法等で製造した断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスはその物質的特徴、すなわち、▲１▼物性定数を大巾に変化させることができる（例えば、耐食性やガラス転移温度のような原子的性質に係る定数、導電率，透磁率，電気的禁止帯巾のような物性定数、光学的禁止帯巾，屈折率のような光学的物性定数）、▲２▼均質で結晶粒界がなく機械的強度に優れ、高透磁性である、▲３▼平均自由行程がきわめて短く電気抵抗が高い、▲４▼熱力学的に非平衡系であり、熱的条件によりアモルファス⇔結晶化の状態変化が生じる等の特徴を有し、アモルファス半導体の他に、温度センサ、加熱防止センサ等の用途、歪センサ、応力センサ、トルクセンサ、ショックセンサ、圧力センサ、張力センサ、微小力センサ等の用途、電流センサ、電磁力式流量計、磁界センサ、電磁誘導型変位計、うず電流式探傷センサ、マグネスケ−ル、磁気ヘッド、回転角センサ、距離センサ、近接スイッチ等の用途が既に開発若しくは開発されつつある。
【０００３】
アモルファス合金は用途に応じて形態が異ならされ、例えば、温度センサとして使用する場合は、線状形態とすることが適切であり、この形態ではリ−ド線を取り付けておくことが望まれる。
アモルファス合金線は、通常、回転液中紡糸法で製造される。すなわち、冷却液を入れたドラムを高速回転させその遠心力でドラムの内側に冷却液層を形成し、ノズルよりドラムの回転方向に向けて合金融液を噴射させ、これを上記の回転液層で急冷凝固することにより製造され、場合によっては、ダイスによる線引きで所望の外径にされる。
この回転液中紡糸法での冷却速度は、ロ−ル法等の固体接触式急冷法に較べて低速であり、断面積制限（太いものでは、中心部が徐冷となってアモファルス化できない）や合金組成の制約（臨界冷却速度の比較的遅い合金系を使用する必要がある）を免れ得ない。
【０００４】
アモルファス合金の用途拡大のためには、アモルファス合金の接合技術の開発が不可欠である。溶接においては、両金属の界面を溶融凝固させることが不可欠であり、アモルファス合金の溶接においては、接合部を結晶化させないことが重要である。また、通電発熱による拡散接合においても、通電発熱の影響でその接合部を結晶化させないことが重要である。すなわち、接合部が結晶化すると、母材が非結晶であってもその接合部の結晶化のためにアモルファス合金の前記した特徴、特に、高機械的強度（アモルファスは結晶粒がなく粒界も存在しないために、機械的強度が高い）の特性を保持させ得ず接合強度を確保できない。このため、アモルファス合金同士の溶接においては、接合部の冷却速度を速くして結晶化を生じさせないことが最重要事項とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アモルファス合金細線エレメントを回路基板に回路素子として接続する場合、アモルファス合金細線にリ−ド線を予め接続しておき、このリ−ド線を回路導体にはんだ付けすることが必要になる。
この場合、リ−ド線が銅線やアルミニウム線等の結晶金属であるから、アモルファス合金と結晶金属との溶接となり、従って、接合部がアモルファス合金とその結晶金属とを成分とする非アモルファス合金となり、一般的にその非アモルファス合金の機械的強度がアモルファス合金の機械的強度に劣るから、１接合部当たりの強度は低いものとなる。
【０００６】
従来、アモルファス合金と銅やアルミニウム等の結晶金属との溶接についての報告は殆どなされておらず、Ｆｅ79Ｂ16Ｓｉ5やＮｉ75．5Ｃｒ13Ｆｅ4．2Ｓｉ4．5Ｂ2．8等のアモルファス合金と銅やアルミニウムとの超音波溶接が可能なことが開示されているに過ぎない（特公平２−３２０７７号公報）。
しかしながら、この超音波溶接例は、１０×８ｍｍ2という広い接合面積を前提としており、この事例から、１接合部の大きさが直径１．０ｍｍ以下であるスポット抵抗溶接の可能性を推定することは妥当ではない。現に、本発明者においては、線径５０μｍφのＣｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5アモルファス合金細線と銅リ−ド線及びアルミニウムリ−ド線（共に端部を加圧扁平化した）とをスポット抵抗溶接することを試みたが、実質上、溶接できなかった。
【０００７】
アモルファス合金は塑性変形性に富み（アモルファス中の原子が不安定な位置に在り部分的な変位が生じ易く、外力が加わると安定な位置にずれるためである）、アモルファス合金細線端部を扁平化して銅線またはアルミニウム線を上記超音波溶接により接合することが考えられる。しかしながら、上記回転液中紡糸法により得られるアモルファス合金細線の断面積は大きいものでも０．０２ｍｍ2（線径で１５０μｍφ程度）であり、この細線端部を上記の超音波溶接面積１０×８ｍｍ2に圧延することは不可能である（厚みが１μｍ以下となり、物理的に不可能である）。他方断面積を大きくすることは、回転液中紡糸法の冷却速度上（１０4〜１０5℃／秒程度）、困難である（線中心部のアモルファス合金化が困難）。
【０００８】
本発明の目的は、断面積が０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線にリ−ド線を接続することを可能とする方法を提供することにある。
【０００９】
本発明に係るアモルファス合金細線にリ−ド線を接続する方法は、アモルファス合金細線が、遷移金属と非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％を占め、遷移金属がＦｅとＣｏで非金属がＢとＳｉであるかまたは遷移金属がＦｅで非金属がＢとＳｉである組成であり、断面積が０．０２ｍｍ２以下の前記アモルファス合金細線を中間金属体に通電時間３００μｓ以下、好ましくは６０μｓ以下の通電発熱により接続し、銅またはアルミニウムリ−ド線を中間金属体に接続し、しかも中間金属体の材質には、前記アモルファス合金組成の少なくとも１成分を含有する金属を使用することを特徴とする。
【００１０】
本発明において対象とするアモルファス合金細線は例えば回転液中紡糸法により製造されたものであり、冷却速度が１０４〜１０５℃／秒程度であるために、断面積は０．０２ｍｍ２以下に制限され（断面積０．０２ｍｍ２以上では線の中心部が徐冷となり、その中心部のアモルファス化が困難となる）、アモルファス合金組成としてはＦｅとＣｏまたはＦｅの遷移金属とＢとＳｉの非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％の組成系に限定され（この組成系では、結晶化する臨界冷却速度が比較的遅く、上記１０４〜１０５℃／秒の冷却速度でアモルファス化できる）、例えば、Ｃｏ７０．５Ｂ１５Ｓｉ１０Ｆｅ４．５（添字は原子％を示す。以下、同じ）アモルファス合金細線、Ｆｅ７５Ｓｉ１０Ｂ１５アモルファス合金細線等がある。
【００１１】
本発明において、アモルファス合金細線と中間金属体との通電接合は、一方の電極をアモルファス合金細線に加圧接触させると共に他方の電極を中間金属体に加圧接触させ、電流発生源より所定の通電時間で所定の電流値の電流を通電することにより行なわれ、通電時間が重要な条件であり、１μｓ〜３００μｓ、好ましくは１μｓ〜６０μｓ（１スポット当たり）とされる。
中間金属体の材質には、上記アモルファス合金組成の少なくとも１成分を組成成分とする結晶金属が使用され、例えば、５０アロイ（Ｎｉ50Ｆｅ50），４２アロイ（Ｎｉ42Ｆｅ58）等のＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ、ＳＵＳ３０４（Ｃｒ18Ｎｉ8Ｆｅ74）、ＳＵＳ３１６（Ｃｒ18Ｎｉ12Ｍｏ2．5Ｃ0．06Ｆｅ残部）、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金例えばコバ−ル（Ｎｉ29Ｃｏ16Ｆｅ55）、Ａｌ−Ｓｉ系はんだろう例えばＢＡ４０４５（Ｓｉ10．0Ａｌ90．0）等を使用できる。
【００１２】
本発明において、通電時間を１μｓ〜３００μｓ好ましくは６０μｓ以下に限定する理由は、その上限時間以上では接合界面に結晶化した接合部が発生し、この接合部の非アモルファス化（上記の遷移金属と非金属とのアモルファス組成と中間金属材との合金は非アモルファスとなる）のために接合強度を保証し得ず（接合面の引張り剪断強度をアモルファス合金細線の引張り強度以上にできない）、また１μｓ以下では界面合金層の生成はないが、接合強度を保証し得ないためである（この原因は定かではないが、１μｓ以下では通電電流が著しく高くなり、界面での溶融金属が飛散して接合が難しくなるためと推定される）。
【００１３】
本発明において、リ−ド線には銅線やアルミニウム線が使用される。このリ−ド線と中間金属体の接続には、通常の抵抗溶接、レ−ザ溶接の他、はんだ付け等も使用できる。
本発明においては、アモルファス合金細線を中間金属体に接続してから中間金属体にリ−ド線を接続してもよいし、中間金属体にリ−ド線を接続してからアモルファス合金細線を中間金属体に接続してもよい。
【００１４】
【作用】
（１）断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線と中間金属体とを当該アモルファス合金細線の引張り破断強度以上の引張り剪断強度で接合できる。この接合界面を表出させ、エッチングし、金属顕微鏡で観察し結晶が生成していないことを確認している。従来のスポット抵抗溶接では、通電時間を３５０〜１２００μｓに設定しており〔溶接学会論文集第７巻（１９８９）第２号の２０頁〜２６頁、同第８巻（１９９０）第３号の４９頁〜５４頁、同第９巻（１９９１）第３号の１３９頁〜１４６頁等〕、接合部が形成され、アモルファス合金と結晶金属との溶接では、接合部の組成が両金属の合金となる。本発明において、上記中間金属体が界面合金層の生成なしでアモルファス合金細線に接合される理由は、定かではないが、通電時間が３００μｓ以下好ましくは６０μｓ以下とされているために合金層の生成が時間的に不可であること、上記中間金属体が断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線の組成成分の少なくとも一つを含んでおり、電子レベルでの結合の成立等が推定できる。
（２）銅やアルミ材は、通電時間を３００μｓ以下にしてもアモルファス合金細線と通電接合できない。しかしながら、上記中間金属体と銅やアルミ材との接合は、溶接、臘接等により可能である。
（３）而して、断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線とリ−ド線とをアモルファス合金細線の引張り強度以上の引張りせんだん強度で接合できる。
【００１５】
【実施例】
以下の何れの実施例、比較例においても、アモルファス合金細線には線径５０μｍφのＣｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5アモルファス合金線を使用し、抵抗溶接機にはコンデンサ式を使用し（電極接触圧力２００ｇ、電極接触面積１ｍｍ2）、中間金属体には、線径５５０μｍφの銅リ−ド線を溶接した５ｍｍ×１０ｍｍの長方形片を使用した。
【００１６】
〔実施例１〕
中間金属体の材質をＮｉ５０原子％，残部Ｆｅ〔住友特殊金属（株）社製ガラスハ−メチックシ−ル用合金〕とし、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合した。接合部の引張り剪断強度はアモルファス合金細線の引張り強度以上であり、アモルファス合金細線が引張り破断した。更に、同材質の中間金属体に対し、通電時間を５μｓ、通電ピ−ク電流を１０００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したところ、その接合面の強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。
【００１７】
〔比較例１〕
比較のため、実施例１と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。
【００１８】
実施例品並びに比較例品のそれぞれについて、接合面を表出させ、塩酸の希釈液（塩酸１：エチルアルコ−ル１）でエッチングし、金属顕微鏡で観察したところ、実施例では結晶が認められなかったのに対し、比較例では結晶の生成が確認された。
【００１９】
〔実施例２〕
中間金属体の材質を鉄とし、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合した。接合部の引張り剪断強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。更に、同材質の中間金属体に対し、通電時間を５μｓ、通電ピ−ク電流を１０００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したところ、その接合面の強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。上記と同様、顕微鏡観察を行ったが、何れについても結晶化は認められなかった。
【００２０】
〔比較例２〕
実施例２と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。また、顕微鏡観察を行ったところ、結晶が認められた。
【００２１】
〔実施例３〕
中間金属体の材質をＳＵＳ３０４とし、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合した。接合部の引張り剪断強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。更に、同材質の中間金属体に対し、通電時間を５μｓ、通電ピ−ク電流を１０００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したところ、その接合面の強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。顕微鏡観察を行ったが、何れについても結晶化は認められなかった。
【００２２】
〔比較例３〕
実施例３と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。また、顕微鏡観察を行ったところ、結晶が認められた。
【００２３】
〔実施例４〕
中間金属体の材質をＳＵＳ３１６とし、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合した。接合部の引張り剪断強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。更に、同材質の中間金属体に対し、通電時間を５μｓ、通電ピ−ク電流を１０００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したところ、その接合面の強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。顕微鏡観察を行ったが、何れについても結晶化は認められなかった。
【００２４】
〔比較例４〕
実施例４と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。また、顕微鏡観察を行ったところ、結晶が認められた。
【００２５】
〔実施例５〕
中間金属体の材質をコバ−ル〔住友特殊金属（株）社製ガラスハ−メチックシ−ル用合金〕とし、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合した。接合部の引張り剪断強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。更に、同材質の中間金属体に対し、通電時間を５μｓ、通電ピ−ク電流を１０００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したところ、その接合面の強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。顕微鏡観察を行ったが、何れについても結晶化は認められなかった。
【００２６】
〔比較例５〕
実施例５と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。また、顕微鏡観察を行ったところ、結晶が認められた。
比較のため、実施例１と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。
【００２７】
〔実施例６〕
中間金属体の材質をアルミニウムろうＢＡ４０４５（１０．０原子％Ｓｉ，残部Ａｌ）とし、通電時間を６０μｓ、通電ピ−ク電流を７００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合した。接合部の引張り剪断強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。更に、同材質の中間金属体に対し、通電時間を５μｓ、通電ピ−ク電流を１０００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したところ、その接合面の強度は、アモルファス合金細線が引張り破断するものであった。顕微鏡観察を行ったが、何れについても結晶化は認められなかった。
【００２８】
〔比較例５〕
実施例６と同材質の中間金属体に対し、通電時間を９５０μｓ、通電ピ−ク電流を５００アンペアとして、中間金属体とアモルファス合金細線とを通電接合したものについて、引張りせんだん試験を行ったところ、接合面が剥離した。また、顕微鏡観察を行ったところ、結晶が認められた。
【００２９】
〔比較例６〕
中間金属体の材質をアルミニウムとし、通電時間並びに通電ピ−ク電流を種々代えて中間金属体とアモルファス合金細線との接合を試みたが、接合できなかった。
〔比較例７〕
中間金属体の材質を銅とし、通電時間並びに通電ピ−ク電流を種々代えて中間金属体とアモルファス合金細線との接合を試みたが、接合できなかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、回転液中紡糸法等で製造されたアモルファス合金細線にリ−ド線を同細線の引張り強度以上で接続でき、アモルファス合金細線を回路素子として容易に回路に接続することが可能となり、アモルファス合金細線の利用分野の拡大に極めて有用である。