(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機用のコミュテータにおいて、金属層とグラファイトバーとの間の十分な接続強度を形成することができるコミュテータの製造方法の提供。【解決手段】グラファイト構造体30および該グラファイト構造体30に半田付けされている金属シート20から形成される複数のコミュテータバー12を含むコミュテータは、ロウ付け工程、続いて半田付け工程を包含する。ロウ付け工程は、該グラファイト構造体30にロウ付け材料を適用すること、及び高温でロウ付けしてロウ付け層４０を形成することを含む。半田付け工程は、該ロウ付け層に半田材料を適用すること、該半田材料上に該金属シート20を配置すること、及び半田付けして半田層５０を形成し、該グラファイト構造体30に該金属シート20を付すことを含む。【選択図】図１Ａ
2014205609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機用のコミュテータの製造方法であって、
グラファイト構造体の表面にロウ付け材料を適用する工程、
該ロウ付け材料と該グラファイト構造体とをロウ付けして、該グラファイト構造体の表面上にロウ付け層を生成する工程、
該ロウ付け層に金属シートを半田付けする工程、
該グラファイト構造体および金属シートに複数の溝を形成する工程であって、該グラファイト構造体および金属シートが、相互に電気的に絶縁されている複数のコミュテータバーを形成する工程、
を含むことを特徴とする、前記電動機用のコミュテータの製造方法。
【請求項２】
グラファイト構造体の表面にロウ付け材料を適用する前に、以下の工程：該グラファイト構造体の表面を研磨する工程、超音波によって、アルコール中で該グラファイト構造体を清浄化する工程、アセトン中に該グラファイト構造体を浸漬する工程、および該グラファイト構造体を乾燥する工程、のうちの少なくとも一つを実施する、請求項1記載の方法。
【請求項３】
グラファイト構造体の表面にロウ付け材料を適用する工程が、該グラファイト構造体の表面に、該ロウ付け材料をスクリーン印刷することを含む、請求項1または2記載の方法。
【請求項４】
前記ロウ付け材料をスクリーン印刷する工程が、0.5mm以下の厚みを持つポリエステルメッシュを使用することを含む、請求項3記載の方法。
【請求項５】
ロウ付け材料をグラファイト構造体の表面に適用する工程が、該グラファイト構造体の表面に、該ロウ付け材料を吹付けることを含む、請求項1または2記載の方法。
【請求項６】
前記ロウ付け材料と前記グラファイト構造体とをロウ付けする工程が、適用された該ロウ付け材料を有する該グラファイト構造体を、少なくとも1.0×10-1Paなる真空度および少なくとも摂氏800°(℃)なる所定の温度を持つ環境内に配置することを含む、請求項1記載の方法。
【請求項７】
前記ロウ付け材料と前記グラファイト構造体とをロウ付けする工程が、更に前記環境の温度を、前記所定の温度に達するまで、１分当たり10℃〜20℃なる範囲の割合で高めることを含む、請求項6記載の方法。
【請求項８】
前記ロウ付け材料と前記グラファイト構造体とをロウ付けする工程が、少なくとも800℃なる温度を持つ保護雰囲気炉内で、該ロウ付け材料と該グラファイト構造体とをロウ付けすることを含む、請求項1記載の方法。
【請求項９】
前記ロウ付け材料と前記グラファイト構造体とをロウ付けする工程が、更に前記保護雰囲気炉を、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア分解物、またはこれらの組合せで満たすことを含む、請求項8記載の方法。
【請求項１０】
前記金属シートを前記ロウ付け層に半田付けする工程が、
該ロウ付け層の表面に半田材料を適用する工程、
該金属シートを該半田材料上に配置する工程、および
前記グラファイト構造体および該金属シートを、130℃〜350℃なる範囲の温度を持つ環境内に、2分〜10分間なる期間に渡り配置する工程
を含む、請求項1〜9の何れか1項に記載の方法。
【請求項１１】
半田材料を前記ロウ付け層の表面に適用する工程が、前記グラファイト構造体の形状に対応する形状を持つ、該半田材料の固体シートを、該ロウ付け層の表面に配置することを含む、請求項10記載の方法。
【請求項１２】
半田材料を前記ロウ付け層の表面に適用する工程が、半田ペーストまたは半田粉末を該ロウ付け層の表面に適用することを含む、請求項10記載の方法。
【請求項１３】
半田材料を前記ロウ付け層の表面に適用する工程が、該ロウ付け層の表面上に該半田材料をスクリーン印刷することを含む、請求項10記載の方法。
【請求項１４】
前記半田材料をスクリーン印刷する工程が、1mm以下の厚みを持つスチールメッシュを通して印刷することを含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
絶縁層と、該絶縁層に付されかつ相互に絶縁されている複数のコミュテータバーとを含むコミュテータであって、該複数のコミュテータバーの内の一コミュテータバーが、
グラファイト層、
該グラファイト層の表面上にロウ付け材料をロウ付けすることにより、該グラファイト層の表面上に形成されたロウ付け層、
該ロウ付け層の表面上に配置された半田層、および
該ロウ付け層と該絶縁層との間に配置され、かつ該半田層によって該ロウ付け層に半田付けされている金属層を含み、
該金属層が、該グラファイト層の外側に伸びているフックを含んでいることを特徴とする、前記コミュテータ。
【請求項１６】
前記ロウ付け層が0.5mm以下の厚みを持つ、請求項15記載のコミュテータ。
【請求項１７】
前記ロウ付け層が、前記グラファイト層の表面上の反応層と、該反応層上にあり、かつ前記半田層に隣接する結合層とを含み、該反応層が前記ロウ付け材料とグラファイトとの間の化学反応により形成され、かつ該結合層が該ロウ付け材料の反応により形成される、請求項15記載のコミュテータ。
【請求項１８】
前記半田層が、1mm以下の厚みを持つ、請求項15〜17の何れか1項に記載のコミュテータ。
【請求項１９】
前記絶縁層に付された前記複数のコミュテータバーが、円形に配列されており、それによって、外側端部および内側端部を持つ不連続なリングを形成しており、かつ
前記金属層が、
該不連続リングの外側端部に沿ったフック、および
該不連続リングの内側端部および外側端部に沿った、かつ該絶縁層内に包埋された複数の突出部を含む、請求項15〜18の何れか1項に記載のコミュテータ。
【請求項２０】
前記フックが、前記不連続リングの外側端部に沿って2つの突出部間に位置しており、また該不連続リングの内側端部上の突出部に相当する、請求項19記載のコミュテータ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電動機用のコミュテータは、典型的に、複数のフックに電気的に接続された複数のコミュテータバーを含み、ここで該フックは、1またはそれ以上のコイルを取付けるのに使用され、その結果該コイルは該コミュテータに電気的に接続される。多くのコミュテータにおいて、該コミュテータバーおよびフックは、打抜き銅製シートから一体的に形成される。しかし、カーボンブラシを用いる電動機において、該カーボンブラシの硬さは、該銅製コミュテータバーおよびフックの硬さよりも大幅に低く、このことは、モータの動作中に該カーボンブラシの高い磨耗および裂けを引起す。
この問題に対処するために、あるコミュテータは、上記コミュテータバーにおいて、銅の代わりにグラファイトを使用している。しかし、これは該グラファイト製コミュテータバーを該銅製のフックと接続する際に幾つかの問題を生じる恐れがある。現在の工業においては、電気メッキまたはイオンスパッタリング法により、ニッケルまたは銅の金属層が該グラファイトバーの表面上に形成されている。その後、摂氏450°(℃)またはそれ以下の融点を持つ半田材料、例えばスズが、該グラファイトバー上の該金属層に、複数のフックを含む銅製シートを半田付けするのに使用されている。しかしながら、該金属層とグラファイトバーとの間に如何なる冶金学的な結合も存在しないことから、この方法を利用して製造したコミュテータにおける該金属層とグラファイトバーとの間の接続は、十分な強度を持たない。
【０００２】
あるいはまた、450℃またはそれ以上の融点を持つロウ付け材料が、該グラファイトバーと該銅製シートとの間に適用され、ここにおいて該グラファイトバー、銅製シート、およびロウ付け材料は、高温の炉内に配置されかつロウ付けされ、結果として該銅製シートは該グラファイトバーに固定される。しかし、銅とグラファイトとの間の熱膨張係数に係る大きな差のために、該ロウ付け工程は、該グラファイト中に、多数の大きな亀裂を生成する可能性がある。その上、該銅製シートの銅は、該高温ロウ付け工程によって脆性化または軟化される恐れがあり、これは、該銅製シートをコイルの搭載に対して、却って不適切なものとしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、上記問題点に対処するコミュテータを製造するための方法の開発に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある態様は、グラファイトバーを持つ電動機用コミュテータの製造方法の提供を意図している。ある態様において、該コミュテータのコミュテータバーは、ロウ付け層および半田層により接続された、グラファイト層および金属層を含む。ある態様において、該ロウ付け材料はグラファイト構造体の表面に適用され、またロウ付けされて、ロウ付け層を形成する。その後、半田材料が該ロウ付け層に適用され、これは該ロウ付け層を金属シートに半田付けするために使用される。該グラファイト構造体および金属シートに形成された複数の溝は、該グラファイト構造体および金属シートを、複数のコミュテータバーに分割する。
添付図は、様々な態様の設計および有用性を例証するものであり、これら添付図において、類似する要素は共通の参照番号により言及されている。これらの図は、必ずしも一定の比率で描かれているわけではない。上記のおよびその他の利点および目的が如何に達成されるかをより良く理解するために、該態様のより具体的な説明が、以下に与えられるはずであり、これらは添付図において例示されている。これらの図は、例示的な態様のみを描写するものであり、従って本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】ある態様に従うコミュテータを例示する図である。
【図１Ｂ】ある態様に従うコミュテータを例示する図である。
【図２】ある態様に従う、コミュテータにおいて使用される、金属シートを例示する図である。
【図３】ある態様に従うコミュテータの断面図を示すものである。
【図４Ａ】ある態様に従う、コミュテータの製造方法を例示するフローチャートである。
【図４Ｂ】ある態様に従う、コミュテータの製造方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
様々な特徴を、上記の図を参照しつつ以下に説明する。これら添付図が、必ずしも一定の比率で描かれているわけではなく、また類似する構造または機能を備えた要素が、これらの図全体を通して同様な参照番号によって示されていることに注意すべきである。同様に、これらの図は、1またはそれ以上の具体的な態様において特に述べない限り、あるいは1またはそれ以上の特定の請求項において主張されていない限り、例示および説明の目的で、上記特徴の説明を簡単化することのみを意図するものであることに注意すべきである。ここに記載する様々な図および様々な態様は、様々な他の態様の完全な余すところのない例または説明を意味するものでも、あるいは特許請求の範囲または本件特許出願において記載された態様によって、当業者には明らかなある他の態様の範囲の限定を意味するものでもない。更に、例示された一態様が、示された全ての特徴または利点を持つ必要はない。
【０００７】
一特定の態様との関連で記載される一特徴または利点は、必ずしも当該態様に限定されるものではなく、またたとえそのように例示されていなくとも、あるいはたとえ明確に記載されていなくとも、任意の他の態様においても実現し得る。また、本明細書全体を通して、「ある態様」または「(その)他の態様」なる言及は、該態様との関連で記載される一特別な特徴、構造、材料、工程、または特性が、少なくとも一つの態様に含まれていることを意味する。従って、本明細書全体に渡る様々な場所における、「ある態様において」、「1またはそれ以上の態様において」、または「他の態様において」なる表現の出現、登場は、必ずしも同一の1または複数の態様を意味するものではない。
ある態様は、グラファイト基礎構造体を含む電動機用のコミュテータの製法を指向する。ある態様において、該コミュテータのコミュテータバーは、グラファイト層および金属層を含む。ある態様においては、ロウ付け材料がグラファイト構造体の表面に適用され、またロウ付けされて、ロウ付け層を生成する。その後、半田材料が該ロウ付け層に適用され、該半田材料は、金属シートを該ロウ付け層に半田付けするために使用される。複数の溝が該グラファイト構造体および金属シート内に形成され、結果として該グラファイト構造体および金属シートは複数のコミュテータバーに分割される。
【０００８】
図1Aおよび1Bは、ある態様に従うコミュテータ10を示す。コミュテータ10は、複数のフック状に形成された金属シート20、および金属シート20の一方の側における炭素またはグラファイト構造体30(以下グラファイト構造体30と呼ぶ)を含んでいる。更に、コミュテータ10は、金属シート20のグラファイト構造体30とは反対側において、絶縁層60を含むことができる。グラファイト構造体30および金属シート20は、複数の溝70によって相互に絶縁された複数の部分に分割されていて、複数のコミュテータバー12を形成する。
図2は、ある態様に従うコミュテータ10において使用される金属シート20を示す。金属シート20は、中心部リング22、この中心部リング22の外側端部から外方向に向かって延びた複数の突出部24、および中心部リング22の内側および外側端部に沿って実質的に軸方向に伸びている突出部26を含む。ある態様において、突出部26は、完全に軸方向ではないが、相互に僅かに傾斜するように設計されている。
【０００９】
好ましい一態様において、各突出部24は、2つの外側端部の突出部26間に位置しており、また内側端部の突出部26に面している。ある態様において、突出部26は、絶縁層60で取囲まれ、またはそこに包埋されており、絶縁層60と金属シート20とを確実に接続する。コミュテータ10の組立て中、突出部24は曲げられて、複数のフックを形成する。
図4Aは、ある態様に従う、コミュテータ、例えば図1Aおよび1Bに示したコミュテータ10の製造方法400を例示するフローチャートである。該方法400は、段階410から開始され、そこでは打抜きまたはプレス成形により金属シート20が作製される。様々な態様において、金属シート20は銅、銀、アルミニウム、またはその他の型の金属で製造することができる。
段階420において、ロウ付け材料がグラファイト構造体30の表面に適用される。該ロウ付け材料は、スクリーン印刷法または吹付け法によって適用し得る。ある態様において、グラファイト構造体30は、該ロウ付け材料を適用する前に、清浄化される。この清浄化工程は、1またはそれ以上の以下の工程を含むことができる：該ロウ付け材料を受取ることになる、グラファイト構造体30の表面を研磨する工程；アルコールおよび超音波発生手段を用いて、グラファイト構造体30を洗浄する工程；アセトン中にグラファイト構造体30を浸漬する工程；および/またはグラファイト構造体30を乾燥する工程。
【００１０】
その後、段階430において、上部に適用されたロウ付け材料を持つ、グラファイト構造体30は、ロウ付け処理される。ある態様において、ロウ付けは、真空炉を用いて行うことができる。該真空炉は、1.0×10-1パスカル(Pa)またはそれ以上(例えば、1.0×10-3Pa)なる真空度、および摂氏800°(℃)またはそれ以上の温度を持つように設計することができ、ここでグラファイト構造体30およびロウ付け材料は、10分〜30分なる期間に渡り該炉内に据えられる。しかし、ある態様においては、該ロウ付け期間は、30分を越え得るものであることが理解される。他の態様においては、ロウ付けを他の型の炉内で行い得ることが理解される。
図3は、ロウ付け後に、面IV(図1Bに示されている)に沿ってとった、コミュテータ10の断面を示す図である。適用された該ロウ付け材料は、グラファイト構造体30上にロウ付け層40を生成する。
段階440において、ロウ付けされたグラファイト構造体30上のロウ付け層40の表面に、金属シート20が半田付けされる。図4Bは半田付け工程を例示するフローチャートであり、該工程は、ある態様によれば、フローチャート400における半田付け段階440に対応するものであり得る。段階441において、半田材料は、ロウ付けされたグラファイト構造体30上のロウ付け層40の表面上に適用される。ある態様において、該半田材料は、ペースト、粉末、またはスラリー形状であり得、またスクリーン印刷法によりロウ付け層40に適用し得る。他の態様において、該半田材料は、金属シート20の表面上に配置された固体片またはシートであり、金属シート20の表面の形状に対応する形状を持つ。
【００１１】
その後段階442において、金属シート20は、上記半田材料の上部に配置される。ある態様において、金属シート20は、該シート20の突出部26を持たない表面が、グラファイト構造体30のロウ付け層40上に適用された半田材料の層に面するように、配置される。
段階443において、ロウ付け層40を持つグラファイト構造体30、上記半田材料、および金属シート20は、所定長さの期間に渡り、半田付け環境内に置かれる。ある態様において、該半田付け環境は、130〜350℃なる温度を持つように設計され、またその期間の長さは、2分〜10分なる範囲となるように設計される。即ち、金属シート20は、図3に示したように、金属シート20とロウ付け層40との間に形成された半田層50を備えた、グラファイト構造体30のロウ付け層40に半田付けされる。
図4Bは、ある態様において使用し得る、特定の半田付け工程440を例示するものであるが、様々な他の態様においては、その代わりに他の型の半田付け工程を使用することもできることが理解される。例えば、金属シート20は、電気アイロンを用いた手動半田付け法によってグラファイト構造体30に半田付けすることができる。
【００１２】
図4Aに戻ると、また段階450において、絶縁層60は、金属シート20の半田層50とは反対側の表面上(例えば、突出部26を持つ金属シート20の側)に形成される。絶縁層60は、プラスチック等の絶縁材料を含み、また射出成形法により製造することができる。ある態様において、突出部26は、絶縁層60に包囲され、またはその中に包埋されており、結果として金属シート20をプラスチック層60にしっかりと確保している。突出部24は図1Aおよび1Bに示したようにフック形状に曲げることができ、これはコイルの取付けを可能とする。
その後、段階460において、半田付けされた金属シート20を持つグラファイト構造体30は、コミュテータ10の複数のコミュテータバー12に分割されている。ある態様において、このコミュテータの分割は、グラファイト構造体30および金属シート20上に複数の溝70を形成することにより行われる。溝70は、フライス削りによって形成し得る。従って、グラファイト構造体30、ロウ付け層40、半田層50、および金属シート20は、相互に絶縁されている、複数の別々のサブセクションに分割され、該サブセクションは、絶縁層60によって一緒に保持されている、コミュテータ10のコミュテータバー12を形成する。
【００１３】
図3を参照すると、段階430において前記ロウ付け材料とグラファイト構造体30とをロウ付けした後に、該ロウ付け材料中の活性元素(例えば、チタン、クロム、ジルコニウム、および/またはケイ素)は、グラファイト構造体30の表面上で、その構成元素である炭素との化学反応を経て、グラファイト構造体30の表面上にロウ付け層40を生成する。ロウ付け層40は、2つの層、即ち該ロウ付け材料とグラファイト構造体30の炭素との間の化学反応により形成された、グラファイト構造体30の内側に隣接する反応層42、および熱的な過程を介して、殆ど該ロウ付け材料により形成された、グラファイト構造体30の表面近傍の結合層44を含む。
冶金学的反応のために、反応層42は、グラファイト構造体30内の炭素および結合層44に強く結合しており、これは主として金属元素を含む。即ち、グラファイト構造体30の表面上の該ロウ付けされたロウ付け材料は、化学反応によりグラファイト構造体30の炭素と強く結合した、強力な金属層42、および反応層42に強く結合した結合層44を生成し、結果としてグラファイト構造体30の表面を金属化し、また段階440における半田付けによるグラファイト構造体30に対する金属層20の、その後の結合を容易にする。
更に、金属シート20が、比較的低温の環境内でロウ付け層40に半田付けされるので、この工程は、金属シート20を軟化することはなく、またグラファイト構造体30における亀裂の形成を回避する。低温環境内での半田付けでない場合には、金属シート20の金属とグラファイト構造体30のグラファイトとの間の熱膨張係数における大きな差のために、かかる亀裂が形成されてしまうであろう。
【実施例】
【００１４】
様々な具体的態様を以下に記載する。様々な態様において、様々な材料および構成を使用することができる。以下の態様は本発明の例示を意味するものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。
【００１５】
態様1
第一の態様において、金属シート20は銅製であり、一方でロウ付け材料はチタン-銅-銀混合物を含む。例えば、該ロウ付け材料混合物は、質量基準で、約69％の銀、27％の銅、および4％のチタンを含むことができる。該ロウ付け材料は、シルクスクリーン印刷法を利用して、グラファイト構造体30に適用される。該シルクスクリーン印刷法は、好ましくは0.5ミリメートル(mm)またはそれ以下の厚みを持つポリエステルメッシュを使用しており、従って該メッシュは該印刷工程中所定の弾性を示すことができるであろう。
段階430において、上記第一の態様に従って、上記ロウ付け材料を含むグラファイト構造体30は、1.0×10-1Pa〜4.0×10-2Paなる真空度および800℃〜900℃なる範囲の温度を持つように設計された真空炉内に、13分〜17分間なる期間に渡り配置される。好ましい一態様において、該真空炉は、約6.0×10-2Paなる真空度、850℃なる温度、および15分間なる炉内処理期間を持つように設計される。ある態様において、該炉内にグラファイト構造体30を配置する際に、該炉の温度は、850℃なる目標温度に達するまで、１分当たり約10℃なる割合で上昇するように設計されている。該炉内の温度は、上記炉内配置期間(例えば、15分)に渡り、該目標温度に維持される。グラファイト構造体30は、引続き冷却される。
段階440において使用する半田材料は、スクリーン印刷法によりロウ付け層40の表面に適用されたスズペーストを含む。該スクリーン印刷法は、好ましくは1mmまたはそれ以下の厚みを持つスチールメッシュスクリーンを使用しており、結果として該半田材料の印刷中、該メッシュの所望の可撓性が実現される。ロウ付けされたグラファイト構造体30、ペースト、および銅製シート20を、250〜350℃なる範囲の温度を持つ半田付け環境内に、2分〜4分なる期間に渡り配置させ、引続き冷却する。かくして、銅製シート20は、半田層50を形成する該半田ペーストにより、ロウ付け層40の表面に半田付けされる。
上記第一の態様の残りの加工段階は、図4Aに示したものと同一であり、従ってここで具体的に説明はしない。
【００１６】
態様2
第二の態様において、金属シート20は銅製であり、またロウ付け材料は、吹付け法を用いて適用された、アメリカンウエルディングソサイアティー(American Welding Society (AWS))のガイドラインに従う、BNi2型のロウ付け材料である。
段階430において、上記BNi2型のロウ付け材料の層を含むグラファイト構造体30は、真空炉内に、25分〜35分間配置され、ここで該炉は、2.0×10-2Pa〜8×10-3Paなる真空度および1050℃〜1150℃なる範囲の温度を持つように設計されている。好ましい一態様において、該炉の真空度および温度は、夫々1.00×10-2Paおよび1100℃となるように設計されており、またグラファイト構造体30は、該炉内に30分間入れられる。ある態様においては、グラファイト構造体30を該炉内に配置するに際して、該炉の温度は、目標温度1100℃に達するまで、１分当たり約15℃なる割合で高められるように設計されており、該目標温度に達した際に30分間という炉内配置時間が開始する。グラファイト構造体30は、引続き冷却される。
【００１７】
段階440において、スズ(Sn)およびビスマス(Bi)のスラリーを含む半田ペーストを、ロウ付け層40に適用する。ある態様において、該スズ-ビスマススラリーは、質量基準で、約42％のスズおよび58％のビスマスを含む(Sn-58Bi)。この半田ペーストは、スクリーン印刷法によって適用することができ、該印刷法は、好ましくは1mmまたはそれ以下の厚みを持つスチールメッシュスクリーンを使用して、印刷中該メッシュの所望の可撓性を実現する。
ロウ付けされたグラファイト構造体30、ペースト、および銅製シート20を、150〜250℃なる範囲の温度を持つ半田付け環境内に、4分〜6分間に渡り配置し、引続き冷却する。このようにして、銅製シート20は、半田層50を形成する該半田ペーストにより、ロウ付け層40の表面に半田付けされる。
上記第二の態様の残りの加工段階は、図4Aに示したものと同一であり、従ってここで具体的に説明はしない。
【００１８】
態様3
第三の態様において、金属シート20は銀を含み、またロウ付け材料は、グラファイト構造体30の表面上に均一に散布された、チタン、ジルコニウム、銅、およびニッケルを含むことができる。ある態様において、該ロウ付け材料は、質量基準で約40％のチタン、20％のジルコニウム、20％の銅、および20％のニッケルを含む。
段階430において、ロウ付け材料の層を含むグラファイト構造体30は真空炉内に20〜30分間に渡り配置され、ここで該炉は、1.0×10-2Pa〜3×10-3Paなる圧力および900℃〜1000℃なる温度を持つように設計されている。好ましい一態様において、該圧力は8×10-3Paとなるように設計され、また該温度は、950℃となるように設計されており、ここで該ロウ付け材料を含むグラファイト構造体30は、該炉内に20分間配置される。ある態様においては、グラファイト構造体30を該炉内に配置するに際して、該炉の温度は、目標温度950℃に達するまで、１分当たり約15℃なる割合で高められるように設計されており、該目標温度に達した際に30分間という炉内配置時間が開始する。
【００１９】
段階440において、グラファイト構造体30の形状に対応する形状を持つ半田片を、ロウ付け層40上に配置する。固体半田片の使用は、組立ての容易化を可能とする。該半田片はスズおよび銅を含み、例えば98％のスズ、2％の銅(Sn-2Cu)を含むことができる。
ロウ付けされたグラファイト構造体30、半田片、および銀のシート20を、300〜350℃なる範囲の温度を持つ半田付け環境内に、7分〜10分間に渡り配置し、引続き冷却する。このようにして、銀のシート20を、半田層50を形成する該半田ペーストにより、ロウ付け層40の表面に半田付けする。
【００２０】
態様4
第四の態様において、金属シート20は、アルミニウム製である。AWSガイドラインに従う、BNi2型のロウ付け材料を使用する。該ロウ付け材料は、シルクスクリーン印刷法を利用して、グラファイト構造体30に適用することができる。該シルクスクリーン印刷法は、好ましくは0.5mmまたはそれ以下の厚みを持つポリエステルメッシュを使用しており、結果として該メッシュは該印刷工程中、より良好な弾性を示すことができるであろう。
段階430において、上記BNi2型のロウ付け材料の層を含むグラファイト構造体30は、真空炉内に、25分〜35分間配置され、ここで該炉は、3.0×10-3Pa〜1.0×10-3Paなる真空度および1100℃〜1200℃なる範囲の温度を持つように設計されている。好ましい一態様において、該炉の真空度は1.0×10-3Paとなるように設定され、また該温度は1200℃となるように設定されており、ここで該ロウ付け材料を含むグラファイト構造体30は、該炉内に20分間入れられる。ある態様においては、グラファイト構造体30を該炉内に配置するに際して、該炉の温度は、1200℃に達するまで、１分当たり約20℃なる割合で高められるように設計されており、該温度に達した際に20分間という炉内配置時間が開始する。
【００２１】
段階440において、グラファイト構造体30の形状に対応する形状を持つ半田片を、ロウ付け層40の上に配置する。固体半田片の使用は、半田ペーストまたはスラリーを適用する場合と比較して、組立てを容易化し得る。該半田片はスズおよび銅を含むことができ、例えば98％のスズ、2％の銅(Sn-2Cu)を含むことができる。
ロウ付け処理を施したグラファイト構造体30、ペースト、およびアルミニウムシート20を、270〜300℃なる範囲の温度を持つ半田付け環境内に、3〜5分間に渡り配置し、引続き冷却する。このようにして、アルミニウムシート20を、半田層50を形成する該半田ペーストにより、ロウ付け層40の表面に半田付けする。
【００２２】
態様5
第五の態様において、金属シート20は銅を含む。ロウ付け材料は、AWSガイドラインに従う、BNi7ロウ付け材料であり、これはスクリーン印刷法を利用して、グラファイト構造体30の表面上に堆積され、ここで該スクリーン印刷法は、好ましくは0.5mmまたはそれ以下の厚みを持つポリエステルメッシュを使用する。
上部に適用されたBNi7ロウ付け材料を含むグラファイト構造体30を、1〜8m/秒(m/s)なるベルト速度および800〜1000℃なる範囲の最高温度を持つ、アンモニア分解メッシュベルト式炉内に配置する。好ましい一態様において、該メッシュベルト式炉のベルト速度は約0.4m/sとなるように設計されており、また該最高温度が1000℃となるように設計されている。ある態様において、該メッシュベルト式炉は、保護雰囲気または制御された雰囲気を持つ炉である。該保護雰囲気は、窒素、水素、アルゴン、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、またはこれらの混合物を含むことができ、ここで異なるガスは、異なる温度に対応し得る。従って、温度範囲は、上記範囲に限定されないことが理解される。
段階440において、グラファイト構造体30の形状に対応する形状を持つ半田片を、ロウ付け層40上に置く。固体半田片の使用は、半田ペーストまたはスラリーを適用する場合と比較して、組立ての容易化を可能とする。該半田片はスズおよびインジウムを含むことができ、例えば49％のスズ、51％のインジウム(Sn-51In)を含むことができる。
グラファイト構造体30、ペースト、および銅製シート20を、130〜230℃なる範囲の温度を持つ半田付け環境内に、3〜5分間に渡り配置し、引続き冷却する。このようにして、銅製シート20を、半田層50を形成する上記半田ペーストにより、ロウ付け層40の表面に半田付けする。
【００２３】
以上、本明細書において、様々な局面を、具体的な態様を参照しつつ記載してきた。しかし、ここに記載された様々な態様の広義の精神および範囲から逸脱することなしに、上記態様に対して様々な改良または変更を行うことが可能であることは明らかであろう。例えば、上記システムまたはモジュールは、構成部品の特定の配列を参照しつつ説明されている。それにも拘らず、該記載された多くの構成部品の順序または空間的な関係は、ここに記載の様々な態様の範囲または動作または有効性に影響を与えることなしに、変えることができる。更に、特別な特徴を示しまた説明してきたが、これらが、特許請求の範囲または他の態様の範囲を限定するものと理解すべきではなく、またここに記載された様々な態様の範囲を逸脱することなしに、様々な変更および改良を行い得ることは、当業者には明白であろう。従って、本明細書および添付図は、限定的な意味ではなく寧ろ例証的または例示的なものとみなされるべきである。従って、ここに記載された態様は、代替物、改良品、および等価物をも含むことを意図する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
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