(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金組成がＦｅやＣｏの遷移金属とＢやＳｉの非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％であり、断面積が０．０２ｍｍ２以下のアモルファス合金細線の端部を電極に溶接する方法において、アモルファス合金細線端部上と電極上のそれぞれに通電用電極を接触させて溶接電流を通電し、アモルファス合金細線端部を通電用電極でその細線外径の１．７倍以上の巾に圧潰することを特徴とするアモルファス合金細線の電極への溶接方法。
【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で製造した断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線を電極に溶接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】
上記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）を免れ得ず、そのアモルファス線の断面積は、通常０．０２ｍｍ2以下である。
このアモルファス合金細線を上記したセンサとして使用するには、電極間にアモルファス合金細線を接続することが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、金属線と電極との間を抵抗溶接する場合、一方の通電用電極で細線端部を加圧して通電発熱させるので、その細線端部の圧潰変形が避けられず、その圧潰変形が引張り力に対してその細線の圧潰変形端熱での破断を促すので、実質上、接合部の引張り強度の低下が招来される。従って、その圧潰変形を極力防止することが有効であるとされている。
しかしながら、本発明者は、上記アモルファス合金細線と電極との抵抗溶接では、意外にもその細線端部をある程度圧潰変形させることが、当該細線の引張りに対する接合強度の向上に有効であることを知った。
【０００５】
その主な理由としては、細線端部を積極的に圧潰変形させるように溶接すると、細線端部と通電用電極との接触面積が増加され、固体接触急冷が促され、回転液中防止法のために臨界冷却速度の比較的遅い合金系を使用している上記アモルファス合金細線では、冷却促進によって溶融金属凝固時の結晶化をよく防止し得てアモルファス状態を充分に保持し得る結果であると推定される。
【０００６】
本発明の目的は、回転液中紡糸法で製造した断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線を電極に抵抗溶接する場合、充分な接合強度を付与できる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアモルファス合金細線の電極への溶接方法は、合金組成がＦｅやＣｏの遷移金属とＢやＳｉの非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％であり、断面積が０．０２ｍｍ２以下のアモルファス合金細線の端部を電極に溶接する方法において、アモルファス合金細線端部上と電極上のそれぞれに通電用電極を接触させて溶接電流を通電し、アモルファス合金細線端部を通電用電極でその細線外径の１．７倍以上の巾に圧潰することを特徴とする構成である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において対象とするアモルファス合金細線は、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やＣｏ等の遷移金属とＢやＳｉ等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。
【０００９】
本発明により、アモルファス合金細線と電極とを溶接するには、細線端部を電極上に載置し、一方の通電用電極をその細線端部上に接触させ、他方の通電用電極を電極上に接触させた状態で溶接電流を通電し、その細線端部の圧潰巾をその細線外径の１．７倍〜４．０倍とするように溶接する（細線端部の両端に至るに従い圧潰巾が狭くなり、中間の最大圧潰巾をその細線外径の１．７倍〜４．０倍とするように溶接する）。この溶接での細線端部の圧潰巾の増減は通電用電極のスプリング圧、溶接電流値及び通電時間を調整することにより行なわれる。
通電は瞬時に行い、その通電時間は、１μｓ〜３００μｓ、好ましくは１μｓ〜６０μｓ（１パルス当たり）とされる。その理由は、３００μｓ以上では凝固金属が結晶化し易く、この非アモルファス化のために接合強度の低下が生じ、また１μｓ以下では非アモルファス化は防止できるが、通電電流が著しく高くなり、界面での溶融金属の飛散が生じ易く、かかる面からの接合強度の低下が懸念されるからである。
【００１０】
上記通電用電極のスプリング圧を変え、アモルファス合金細線端部の圧潰巾を変化させていったときの溶接部の機械的強度（アモルファス合金細線の引張りに対する強度）の様相を求めると、細線端部の圧潰巾／細線外径の比がある値ｘ1までであると、アモルファス合金細線の引張りでアモルファス合金細線と電極との溶接界面が剥離して強度が低く、そのｘ1を越えると、前記の界面剥離からアモルファス合金細線の破断へと遷移して強度が飛躍的に増し、以後、細線端部の圧潰巾／細線外径の比の増加に従い強度が低下していく。
比ｘ1を境として強度が飛躍的に変化する理由は、アモルファス合金細線端部がある圧潰巾での通電用電極による冷却効果のために、溶融金属がアモルファス合金細線の臨界冷却速度以上の速度で冷却されてアモルファス状態で凝固されたためと推定され、ｘ1以後で細線端部の圧潰巾／細線外径の比の増加に従い強度が低下する理由は、圧潰変形による段差が増していき、応力集中効果のために、低い引張り力でその段差箇所が破断するようになるためと推定される。
【００１１】
上記ｘ1はアモルファス合金細線の線径、臨界冷却速度等により異なると推定されるが、本発明においては、回転液中紡糸法で製造した断面積０．０２ｍｍ2以下のアモルファス合金細線であれば、ｘ1が１．７程度であることを確認のうえ、請求項１の通りの構成としており、充分な接合強度を保証できる。
なお、細線端部の圧潰巾／細線外径の比を余り大きくすると、アモルファス合金細線端部の圧潰端の段差箇所での応力集中に起因する強度低下が生じるので、細線端部の圧潰巾／細線外径の比の上限は４．０とすることが好ましい。
【００１２】
【実施例】
以下の何れの実施例においても、アモルファス合金細線には線径３０μｍφのＣｏ70．5Ｂ15Ｓｉ10Ｆｅ4．5アモルファス合金線を使用し、抵抗溶接機にはインバ−タ式（電極接触面積０．２５ｍｍ2）を使用した。
〔実施例１〕
電極には、ＳＵＳ４３０の半硬質磁性材料(Ｃ０．９０〜１．００、Ｓｉ０．３５以下、Ｍｎ０．５０以下、Ｐ０．０３以下、Ｓ０．０３以下、Ｃｕ０．０３以下、Ｎｉ０．２５以下、Ｃｒ０．２０以下、残部Ｆｅ）を使用した。
通電電流値の大きさを変え、細線端部の圧潰巾が３０μｍ〜２００μｍの間に分布するように多数箇（１００箇）の溶接を行い、各サンプルの溶接部におけるアモルファス合金細線の引張り対する強度を測定した。１パルスの通電時間は３０μｓ、通電ピ−ク電流は１７０アンペアとした。
圧潰巾が５０μｍまでは、アモルファス合金細線の引張りでアモルファス合金細線と電極との溶接界面が剥離して強度測定は不可であった。圧潰巾が５５μｍ（細線外径の約１．８倍）のものでは、アモルファス合金細線が破断し、その破断引張り強度は２２０ｇｆであった。圧潰巾が５５μｍより大きくるにつれ、その破断引張り強度が減少したが、圧潰巾１１５μｍでも２１０ｇｆの強度を維持できた。
【００１３】
〔実施例２〕
電極にチタンを使用した以外、実施例１と同様、通電電流値の大きさを変え、細線端部の圧潰巾が３０μｍ〜２００μｍの間に分布するように多数箇の溶接を行い、各サンプルの溶接部におけるアモルファス合金細線の引張り対する強度を測定した。１パルスの通電時間は３０μｓ、通電ピ−ク電流は２４０アンペアとした。
圧潰巾が８０μｍまでは、アモルファス合金細線の引張りでアモルファス合金細線と電極との溶接界面が剥離して強度測定は不可であった。圧潰巾が９０μｍ（細線外径の３．０倍）のものでは、アモルファス合金細線が破断し、その破断引張り強度は２１０ｇｆであった。圧潰巾が９０μｍより大きくるにつれ、その破断引張り強度が減少したが、圧潰巾１４０μｍでも２００ｇｆの強度を維持できた。
本発明において、電極としては上記実施例で使用したもの以外に次ぎの材質も使用可能であることを確認した。
【００１４】
（１）硬質磁性体
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｏ合金（Ｃｏ２０重量％，Ｎｉ８０重量％）、パ−マロイ（Ｆｅ１０重量％，Ｎｉ９０重量％）、スパ−アロイ（Ｆｅ５０重量％，Ｎｉ５０重量％）、コバ−ル（Ｃｏ１７〜１８重量％，Ｎｉ２８〜２９重量％，残部Ｆｅ）。
（２）半硬質磁性体
１７％Ｃｒ鋼（Ｃ０．７重量％，Ｃｒ２．５重量％，Ｃｏ１７重量％，残部Ｆｅ）、３６％Ｃｏ鋼（Ｃ０．７重量％，Ｃｒ４重量％，Ｃｏ３６重量％，残部Ｆｅ）、バイカロイ系合金（Ｖ１０〜２０重量％，Ｃｒ１０〜２０重量％，Ｃｏ５２重量％，残部Ｆｅ）、Ｐ−６合金（Ｖ４重量％，Ｃｏ４５重量％，Ｎｉ６重量％，残部Ｆｅ）Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ合金（Ａｌ９重量％，Ｃｏ微量，Ｃｕ微量，Ｎｉ１４〜１８重量％）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｔｉ合金（Ｔｉ３重量％，Ｍｎ１２〜１３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ合金（Ｍｎ１２．５重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎ合金（Ｎ若干，Ｃｒ７重量％，Ｍｎ１２重量％，Ｃｏ若干，Ｍｏ若干，残部Ｆｅ）、マルエ−ジング鋼（Ｃｏ０．０１重量％，Ａｌ０．１６重量％，Ｓｉ０．１重量％，Ｐ０．００７重量％，Ｔｉ１９．７重量％，Ｍｎ０．１８重量％，Ｃｏ１２．１５重量％，Ｎｉ１９．７４重量％，Ｍｏ３．１３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金（Ｓｉ１．５重量％，Ｃｒ２５〜３５重量％，Ｃｏ１０重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ合金（Ｃｏ１２重量％，Ｍｏ８重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｃｒ合金（Ｃｒ６〜９重量％，Ｃｏ２２重量％，Ｎｉ１４〜１１，残部Ｆｅ）、炭素鋼（Ｃ０．５重量％，残部Ｆｅ）、ＦＮＣ合金（Ｎｉ１６〜１８重量％，Ｃｕ６重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｏ合金（Ｍｎ５〜１０重量％，Ｃｏ１３〜２０重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｔｉ合金（Ａｌ３〜４．５重量％，Ｔｉ若干，Ｎｉ１４〜２３重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ（Ｃｏ２０〜２５重量％，Ｎｉ１２重量％、Ｃｒ７〜５重量％，Ｃｕ３重量％，残部Ｆｅ）、リカロイ（Ｎｂ３．１重量％，残部Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｕ−Ｖ合金（Ｖ０．９重量％，Ｃｏ１６．３重量％，Ｃｕ２０．９重量％，残部Ｆｅ）、Ｃｏ−Ｃｒ鋼（Ｃ０．８０〜０．８４重量％，Ｃｒ４．４〜４．６重量％，Ｍｎ０．５〜０．６重量％，Ｃｏ１４〜１５重量％，残部Ｆｅ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｕ合金（Ｆｅ１２重量％，Ａｕ６重量％，残部Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔｉ合金（Ｔｉ３重量％，Ｆｅ１２重量％，残部Ｃｏ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂｅ合金（Ｂｅ１．３重量％，Ｆｅ１０．２重量％，残部Ｃｏ）、ニブコロイ（Ｆｅ１２重量％，Ｎｂ３重量％，残部Ｃｏ）、Ｆｅ−Ｃｕ合金（Ｆｅ６０重量％，残部Ｃｕ）、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｎ合金（Ｍｎ１．７重量％，Ｆｅ８０重量％，残部Ｃｕ）等。
（３）その他
貴金属ペ−スト（Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕのペ−スト、ＰｄまたはＰｔを混合したＡｇペ−スト）の焼成電極、ニッケル。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係るアモルファス合金細線の電極への溶接方法においては、アモルファス合金細線端部を電極に抵抗溶接する場合、細線端部を積極的に圧潰変形させるように溶接すると、細線端部と通電用電極との接触面積が増加され、固体接触急冷が促され、回転液中防止法のために臨界冷却速度の比較的遅い合金系を使用している合金組成がＦｅやＣｏの遷移金属とＢやＳｉの非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％であり、断面積が０．０２ｍｍ２以下のアモルファス合金細線では、冷却促進によって溶融金属凝固時の結晶化をよく防止してアモルファス状態を充分に保持し得ることを知り、通常の細線端部の抵抗溶接では避けている細線端部の圧潰変形を積極的に行っており、アモルファス合金細線を電極に充分な強度で溶接接合することが可能になる。