(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部品（１、２）を機械的に接続するための接続要素（４、４’、５、８）であって、
前記機械要素（４、４’、５、８）は、ネジ（４、４’、８）、ナット（５）、リベットまたはボルトであり、
前記接続要素（４、４’、５、８）は、少なくとも３５０ＭＰａの機械的引張強度を有する材料で少なくとも部分的に構成され、
前記接続要素（４、４’、５、８）の前記材料が少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電率を有し、
前記接続要素（４、４’、５、８）の前記材料が、０．２％〜１％の質量百分率のクロムを有し最高０．２％の質量百分率の銀、マグネシウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウムおよび／またはスズを有する銅−クロム合金であることを特徴とする、
接続要素。
【請求項２】
（ａ）前記接続要素（４、４’、５、８）の前記材料の前記引張強度が、少なくとも４００ＭＰａである、および／または
（ｂ）前記接続要素（４、４’、５、８）の前記材料の前記導電率が、少なくとも６０％ＩＡＣＳである、および／または
（ｃ）前記接続要素（４、４’、５、８）の前記材料が、少なくとも１００ＭＰａの降伏強度を有する、および／または
（ｄ）前記接続要素（４、４’、５、８）の前記材料が、少なくとも１％の破断点伸びを有する、および／または
（ｅ）前記接続要素（４、４’、５、８）が、強度区分４．６、６．８または８．８に属する
ことを特徴とする、請求項１に記載の接続要素（４、４’、５、８）。
【請求項３】
銅製のカバー（１０）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の接続要素（４、４’、５、８）。
【請求項４】
（ａ）第１の電流伝導部品（１）と、
（ｂ）第２の電流伝導部品（１）と、
（ｃ）前記第１の電流伝導部品（１）を前記第２の電流伝導部品（１）に接続する、請求項１乃至３のいずれかに記載の接続要素（４、４’、５、８）と、
を有する電流導体配置。
【請求項５】
前記第１と第２の電流伝導部品（１）のうちの少なくとも一方が導体バーであることを特徴とする、請求項４に記載の電流導体配置。
【請求項６】
前記第１の電流伝導部品および／または前記第２の電流伝導部品が、
（ａ）ケーブル・ラグ、
（ｂ）車体シート
（ｃ）船体、
（ｄ）導体バー、
（ｅ）抵抗器、
（ｆ）質量点
の部品の中の１つの部品であることを特徴とする、請求項４に記載の電流導体配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部品を機械的に接続するための、接続要素、特にネジまたはナットに関する。
【背景技術】
【０００２】
高導電性の銅製の２つの電流伝導用の導体バー（Stromschienen：バスバー、導体レール、母線）がネジによって共に接続されて２つの電流伝導用の導体バーの間に電気的および機械的接続を形成する形態の導体バー配置が、従来技術（例えば、独国特許出願公開第１０２００５０５９５６１号）で知られている。この場合、その２つの導体バーは、ネジ接続の領域において、互いに面平行に配置され、結果的に２つの導体バーの間の電気的接触抵抗（Uebergangswiderstand：中継抵抗、移行抵抗）が低くなる。しかし、２つの導体バー間の接触抵抗はゼロ（０）ではなく、これは、特に、２つの導体バーの表面粗さと、重ね合わされた２つの導体バーの表面の何らかの汚れとに起因し得る。従って、既知の導体バー配置に関する欠点は、共に接続された２つの導体バー間の電気的接触抵抗である。
【０００３】
例えば電池電極または電気ケーブルとして使用できる高強度の導電性銅合金線が、独国特許出願公開第１０３９２４２８号（Ｔ５）で、知られている。従って、この場合、それは本発明による意味での接続要素ではない。
【０００４】
さらに、独国特許出願公告第１４５８５４６号には、それとは異質な（solcher gattungsfremd）半導体支持体（キャリア）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５０５９５６１号
【特許文献２】国際公開第２００３／０７６６７２号
【発明の開示】
【０００６】
従って、本発明の目的は、そのような導体バー配置における接触抵抗を低減することである。
【０００７】
この目的は、主要請求項に記載の本発明による接続要素（Verbindungselement：結合要素、連結要素、締結要素）（例えば、ネジ（Schraube：螺子、ボルト）、ナット（Mutter））によって達成される。
【０００８】
本発明は、導体バー配置において、電流の一部が接続要素（例えば、ネジ、ナット）を通って流れて、接続要素ができるだけ低い抵抗を形成するようになるべきである、という技術的物理的知見に基づいている。
【０００９】
従って、本発明は、そのような導体バー配置において、充分な機械的引張強度（強さ）を有するだけでなく非常に高い導電率をも有する材料から、接続要素（例えば、ネジまたはナット）を製造する技術的教示を含んでいて、できるだけ低い２つの導体バー間の電気的接触抵抗を実現することができるようにするものである。しかし、これらの目標の要件は、残念ながら或る程度矛盾する。その理由は、高い機械的引張強度は、通常、非常に高い導電率と組み合わせることができないからである。従って、例えば、銅は、非常に高い導電性を有するが、比較的低い機械的引張強度しか有さず、従って、例えば、ネジは銅で製造されない。しかし、本発明は、後で詳細に説明するように、接続要素に適切な材料を使用することによって、これらの相反する目的を解決する。
【００１０】
しかし、以下では、まず、本発明による接続要素の材料の材料特性について説明する。
【００１１】
従って、接続要素の材料は、機械的ネジ接続を形成するのに通常充分な、少なくとも３５０ＭＰａ、４００ＭＰａ、４５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、５５０ＭＰａまたは少なくとも６００ＭＰａの機械的引張強度（Zugfestigkeit：引張り強さ）を有することが好ましい。
【００１２】
他方、ＩＡＣＳスケール（ＩＡＣＳ：International Annealed Copper Standard（国際アニール銅規格））で測定された、接続要素の材料の導電率は、少なくとも５０％ＩＡＣＳ、６０％ＩＡＣＳ、７０％ＩＡＣＳ、８０％ＩＡＣＳまたはさらに少なくとも９０％のＩＡＣＳである。この場合の１００％のＩＡＣＳ値は、銅の導電率に対応する。
【００１３】
さらに、接続要素の材料は、少なくとも１００ＭＰａ、２００ＭＰａ、３００ＭＰａ、４００ＭＰａ、５００ＭＰａまたは６００ＭＰａの降伏強度（Streckgrenze：降伏強さ）を有することが好ましい。
【００１４】
他方、接続要素の材料の破断点伸び（Bruchdehnung）は、少なくとも１％、２％、５％、１０％またはさらに少なくとも２０％であることが好ましい。
【００１５】
従って、接続要素は、強度区分（クラス）４．６、６．８または８．８に属することが好ましい。この場合の第１位の桁に１００を乗じた値は、機械的引張強度をＮ／ｍｍ２の単位で表し、一方、２つの桁の積に１００を乗じた値は機械的降伏強度（力）をＮ／ｍｍ２の単位で表す。従って、強度区分８．８は、８×１００Ｎ／ｍｍ２の引張強度、および８×８×１００Ｎ／ｍｍ２の降伏強度を規定する。
【００１６】
本発明による、一方の高い機械的引張強度と、他方の非常に高い導電率との組合せは、後述する本発明による種々の合金によって、実現することができる。
【００１７】
従って、接続要素の材料は、例えば、特に０．２％〜１％、０．３％〜０．８％または０．４％〜０．６％の質量百分率のクロムを有する、銅−クロム合金であってもよい。機械的強度を増大させるために、銅−クロム合金は、追加的に、最大０．２％までの質量百分率の銀、マグネシウム、ハフニウム、チタン、ジルコニウムおよび／またはスズを含んでもよい。
【００１８】
しかし、代替形態として、本発明による接続要素の材料は、特に０．１％〜０．５％の質量百分率のマグネシウムを有する、銅−マグネシウム合金である、という可能性もある。
【００１９】
本発明による接続要素の別の可能性ある材料は、銅−ニオブ合金であり、特に必要な高い導電率を形成する銅シース（鞘）を有する複合材料としての銅−ニオブ合金である。
【００２０】
他方、実施形態の別の例は、接続要素用の材料として、例えばＣｕＮｉ３Ｓｉのような、銅−ニッケル−シリコン合金を実現する。
【００２１】
一般的に言及すべきこととして、本発明による接続要素は、所望の高い導電率を提供するために、銅の外側被覆を有してもよい。
【００２２】
既に上述しように、接続要素は、ネジまたはナットであってもよい。しかし、本発明は、これらの種類（タイプ）の接続要素に限定されることなく、僅かな例を挙げると、例えばリベット、ボルト、ピンおよび釘のような、他の種類（タイプ）の接続要素で実現することもできる。
【００２３】
さらに言及すべきこととして、本発明は、複数の導体バーを接続するための、本発明による接続要素の使用に限定されない。むしろ、本発明は、他の意図された目的のために、本発明による接続要素に対する保護も広く求める。
【００２４】
ネジの場合、考慮すべきこととして、銅製の導体バーは、通常、７０ＭＰａの降伏強度に対して、ほんの２２０ＭＰａの引張強度を有するに過ぎない。ここで、ネジ接続は、男性的に過負荷がかかるようまたは弾性限界を超えるように設計されることもあるであろう。より高い予張力としてネジの強度を利用できるようにするために、拡大されたネジ頭を有するネジを製造しなければならない、と予想される。従って、本発明によるネジは、好ましくは、形成されたディスク（薄円盤）を有するネジ頭を有し、ナットの場合にもディスクを形成することが可能である。この場合、その形成されたディスクは、少なくとも５０％または７５％、１００％またはさらに１５０％だけ接触面の増大を可能にすることが好ましい。
【００２５】
さらに言及すべきこととして、本発明は、上述の本発明による接続要素（例えば、ネジ）に対する保護を請求するだけではない。むしろ、本発明は、本発明による接続要素（例えば、ネジ）によって電気的および機械的に共に接続された複数の電流伝導（通電）部品（例えば、導体バー）を有する電流導体配置（例えば、導体バー配置）に対する保護も請求する。
【００２６】
しかし、電流伝導部品は、例えば、ケーブル・ラグ（Kabelschuh）、車体（自動車本体）シート、船体（Bootsrumpf）、抵抗器（例えば、低抵抗シャント）またはハウジング部品上の質量点であってもよい。
【００２７】
さらに、本発明は、一方では機械的に充分に装填可能であり他方では電気的に高い導電性であるような接続要素を製造するための対応する製造方法に対する保護も請求する。
【００２８】
本発明の一変形例において、製造方法は、まず、例えば銅−クロム合金からなる線材または圧延線（ワイヤ）を製造する製造方法を実現する。次いで、所望の引張強度を達成するために、線材の固溶化熱処理（Loesungsgluehen：溶体化処理）が行われる。最後に、線材が、所定の公称の直径になるように引き抜かれる。
【００２９】
線材の固溶化熱処理の後、線材の引抜きの前に、特にシェービング加工ライン（Schabezug）において、線材上の酸化物層を除去するために、追加の工程を設けてもよい。この場合、線材上の酸化物層は、線材の外径よりも小さい内径の環状の鋭利な工具で、線材から機械的に削り取られる。
【００３０】
線材を製造するために、まず、材料（例えば、銅−クロム合金）が真空炉内で溶融され、次いで熱間圧延されて線材が製造されることが、好ましい。
【００３１】
他方で、上述の線材の固溶化熱処理は、線材をまず加熱し、次いで線材を、特に水中で、急冷することを含むことが好ましい。固溶化熱処理における線材の加熱は、５〜１５分、７〜１３分または９〜１１分の持続時間で、＋８００〜１２００℃、＋９００〜１１００℃または＋９５０〜１０５０℃の温度で、行われることが好ましい。
【００３２】
さらに、本発明のこの変形例では、線材を、例えば＋３００〜６００℃、＋３５０〜５５０℃または＋４００〜５００℃の温度で、４〜１６時間、６〜１４時間または６〜１０時間の期間だけ、析出硬化（ausgelagert：堆積）させてもよい。その後で、本発明による接続要素は析出硬化した線材から形成することができ、それは通常の形態で行うことができる。
【００３３】
上述した線材の析出硬化は、固溶化熱処理の後でおよび酸化物層の除去の後で、行ってもよい。
【００３４】
しかし、代替形態として、固溶化熱処理の後でおよび酸化物層の除去の前に、線材の析出硬化を行う、という可能性もある。
【００３５】
この変形例の変形では、接続要素は、析出硬化の前に線材から形成される。次いで、形成された接続要素は、その後で、例えば＋３００〜６００℃、＋３５０〜５５０℃または＋４００〜５００℃の温度で、４〜１６時間、６〜１４時間または６〜１０時間の期間だけ、部品商品として析出硬化される。
【００３６】
他方、本発明の別の変形例では、例えば０．１％〜０．５％の質量百分率のマグネシウムを有する、銅−マグネシウム合金で製造される接続要素が、提供される。その結果、銅−マグネシウム合金の固溶体硬化（Mischkristallhaertung）が起こる。この場合、結晶格子は、種々の合金成分の異なる格子定数により歪む。結晶格子のこの歪みは、金属材料の変形性の基礎となる転位運動を妨げる。結果として、合金の機械的強度が増大する。銅−マグネシウム合金の固溶体硬化の後、接続要素を製造するために、冷間成形を行うことができる。
【００３７】
銅−マグネシウム合金の場合、マグネシウムと銅の合金化により、固溶体硬化が達成される。次いで、その材料は、その削り取られた（シェーブされた）線材の冷間成形（Kaltumformen）によって冷間硬化または低温順化される（kaltverfestigt）。冷間硬化のとき、転位、即ち格子欠陥が、回復（復元）または再結晶化温度未満での変形によって、材料の結晶格子に導入される。結果として、材料における転位運動が妨げられ、その結果、材料の強度が増大する。
【００３８】
他方、本発明の別の変形例では、銅シースを有する、銅−ニオブ合金からなる複合材料が利用可能にされ、銅−ニオブ合金は、５％〜３０％、１０％〜２５％または１５％〜２０％の質量百分率のニオブを含むことが好ましい。その後、複合材料が引き抜かれる。次いで、別の工程において、接続要素が、引き抜かれた複合材料から形成される。
【００３９】
本発明の他の有利な展開は、従属請求項において特徴付けられ、または、図面を参照して本発明の実施形態の好ましい例の説明と共に、より詳細に以下説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明による導体バー配置の概略的な断面図である。
【図２】図２は、成形されたディスクを有する、本発明によるネジの概略的な断面図である。
【図３】図３は、出発物質として銅−クロム合金を用いたフローチャートとしての、本発明による製造方法の変形例である。
【図４】図４は、図３の変形である。
【図５】図５は、図３の別の変形である。
【図６】図６は、出発物質として銅−マグネシウム合金を用いた本発明の別の変形例である。
【図７】図７Ａは、出発材料として銅−ニオブ合金を用いた本発明による製造方法の別の変形例である。図７Ｂは、本発明に従って製造された接続要素の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、それぞれの自由端部が互いに面平行にかつネジ接続部３によって共に電気的および機械的に接続された銅製の２つの導体バー１、２を備えた、本発明による導体バー配置の概略図を示している。
【００４２】
この場合のネジ接続部３は、対応する適合化されたナット５を有する、本発明によるネジ４からなる。
【００４３】
この場合のネジ４およびナット５は、少なくとも３５０ＭＰａの高い機械的引張強度と、少なくとも５０％ＩＡＣＳの高い導電率とを組み合わせた特別な材料からなる。ネジ４およびナット５の材料の具体的な組成に関して、様々な可能性があり、その幾つかの変形例を以下で詳細に説明する。
【００４４】
図２は、形成されたディスク７を有するネジ頭６を有するネジ４’の変形を示しており、ディスク７によって、ネジ頭６の接触面が１００％より大きく増大する。これは、特に、図１におけるような、銅で形成された比較的柔らかい部品を互いに接続する場合に有利である。
【００４５】
次に、以下で、まず、本発明による接続要素用の材料を製造するための第１の変形例を説明する図３におけるフローチャートを説明する。
【００４６】
最初の工程Ｓ１において、まず、線材または延伸線が製造される。この目的のために、まず、工程Ｓ１．１において、適切な材料（例えば、銅−クロム合金）が真空炉内で溶融される。次いでその後で、工程Ｓ１．２において、その材料が圧延されて、直径ｄ＝８〜１２ｍｍを有する所望の線材が製造される。
【００４７】
後続の工程Ｓ２において、線材の固溶化熱処理が行われる。固溶化熱処理の文脈において、まず、工程Ｓ２．１において、線材がＴ１＝＋１０００℃の温度に、期間ｔ１＝１０分の間、加熱される。次いでその後で、工程Ｓ２．２において、加熱された線材が水中で急冷される。
【００４８】
次いで、別の工程Ｓ３において、線材上の酸化物層がシェービング加工ラインにおいて除去される。この場合、線材上の酸化物層は環状の鋭利な工具で線材から機械的に削り取られる。その工具の内径は線材の外径より小さい。
【００４９】
次いで、工程Ｓ４において、線材は、通常の形態で所望の公称の直径になるように引き抜かれる。
【００５０】
後続の工程Ｓ５において、線材の析出硬化が、ボックス型焼鈍炉（Topfgluehe：box annealing furnace）において、Ｔ２＝＋４００〜４５０℃の温度で、期間ｔ２＝６〜１０時間の間だけ、行われる。
【００５１】
これらの工程の後で、次いで、その材料は、約４００ＭＰａの引張強度、１０％の破断点伸びおよび８５％ＩＡＣＳより高い導電率を達成した。
【００５２】
次いで、別の工程Ｓ６において、ネジが線材から形成される。
【００５３】
図４による実施形態の例は、図３に示した上述の実施形態の例に概ね対応し、従って繰り返しを避けるために図３の上述の説明を参照する。
【００５４】
実施形態のこの例の１つの顕著な特徴は、線材の析出硬化が図３の工程Ｓ５から図４の工程Ｓ３に移動されたことである。従って、この場合の線材の析出硬化は、時間順に、シェービング加工ラインにおける酸化物層の除去の前に、および線材の引き抜きの前に、行われる。
【００５５】
図５による実施形態の例は、同様に、図３による実施形態の例に概して対応し、従って繰り返しを避けるために図３の上述の説明を参照する。
【００５６】
実施形態のこの例の１つの顕著な特徴は、図３における工程Ｓ５とＳ６を入れ替えることにある。これは、まず、工程Ｓ５において、個々のネジが線材から形成され、次いでその後で、形成されたネジが工程Ｓ６において部品商品として析出硬化される。
【００５７】
次に、図６による実施形態の例を以下説明する。
【００５８】
この場合、まず、工程Ｓ１において、銅−マグネシウム合金が利用可能にされる。固溶体硬化は合金化によって達成される。次いで、工程Ｓ２において、冷間成形によって、硬化した銅−マグネシウム合金からネジが製造される。
【００５９】
次に、以下、図７Ａによる実施形態の例を図７Ａおよび７Ｂを参照して説明する。
【００６０】
この場合、まず、工程Ｓ１において、銅シースを有する銅−ニオブ合金からなる複合材料が利用可能にされる。
【００６１】
図７Ｂは、銅−ニオブ合金の芯（コア）９および銅のシース１０を有するネジ８の概略的な断面図を示しており、銅のシース１０は所望の導電率を形成する。
【００６２】
次に、工程Ｓ２において、複合材料が引き抜かれ、工程Ｓ３において、それ（複合材料）からネジが形成される。
【００６３】
本発明は、上述の好ましい実施形態に限定されない。むしろ、本発明の思想を同様に利用し、従って保護の範囲に入る多数の変形例および変更が可能である。特に、本発明は、各請求項が引用する請求項に関係なく、従属請求項の構成および特徴に対する保護をも求めるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１  導体バー
２  導体バー
３  ネジ接続
４  ネジ
４’ ネジ
５  ナット
６  ネジ頭
７  ディスク
８  ネジ
９  ネジ８の芯
１０  ネジ８のシース
【図１】
0006797809.tif 000002
【図２】
0006797809.tif 000003
【図３】
0006797809.tif 000004
【図４】
0006797809.tif 000005
【図５】
0006797809.tif 000006
【図６】
0006797809.tif 000007
【図７】
0006797809.tif 000008