(57)【要約】形状記憶合金からなる構成要素と、鋼や銅からなる薄い構成要素とを結合する方法において、銅合金からなる電極を用いて点溶接を行うにあたり、５０００Ａ２秒以上、好ましくは８０００Ａ２秒以上のＩ２ｔ値と少なくとも３０ＭＰａ、好ましくは８０ＭＰａの加圧力において１０００Ａ以上、好ましくは２０００Ａ以上の電流強度を設定する。このような条件下での点溶接により、両構成要素間の電気的ならびに機械的に良好な結合が得られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶合金からなる構成要素と、必要に応じて被覆された鋼材或いは銅材からなる薄い構成要素との間に機械的及び電気的結合を作る方法において、銅合金からなる電極を使用し、５０００Ａ２秒以上のＩ２ｔ値で、かつ少なくとも３０ＭＰａの加圧力において、電流強度を１０００Ａ以上に設定して点溶接を行うことを特徴とする結合方法。
【請求項２】
２０００Ａ以上の電流強度に設定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
８０００Ａ２秒以上のＩ２ｔ値に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも４０ＭＰａ、好ましくは少なくとも８０ＭＰａの加圧力を設定することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項５】
約２０００Ａの電流強度、約１００００Ａ２秒のＩ２ｔ値及び約１５０ＭＰａの加圧力を、各々±１０％の精度を維持して設定することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
電極材料として、主成分であるＣｕの他に、元素Ａｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒの少なくとも１つを含む銅合金を使用することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
電極材料としてＣｕＣｏＢｅ合金を使用することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
電極材料として、５０≦ｘ≦９９．８、０．１≦ｙ≦２０及び０．１≦ｚ≦２０とするとき、それぞれ１原子％以下の僅かな不純物を含んで、ｘ＋ｙ＋ｚ≒１００（それぞれ原子％）であるＣｕｘＣｏｙＢｅｚ合金を使用することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
厚さが０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．５〜２ｍｍの鋼材或いは銅材からなる構成要素を使用することを特徴とする請求項１から８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
銅メッキした鋼板からなる構成要素を使用することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
銅或いは銅合金製の撚り線からなる構成要素を使用することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の方法。
【請求項１２】
形状記憶合金として、ＴｉＮｉ又はＴｉＮｉＣｕ又はＴｉＮｉＰｄ又はＣｕＡｌ又はＣｕＡｌＮｉ又はＣｕＡｌＺｎ合金で、それぞれ必要に応じて５原子％以下の割合でその他の成分を含むものを使用することを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
Ｈｆをさらに追加して合金化した形状記憶合金を使用することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、形状記憶合金からなる構成要素と、必要に応じ被覆された鋼材又は銅材からなる構成要素との間に機械的及び電気的結合を作る方法に関する。
【０００２】
加熱されるとその形状を変化させ、加熱が終わると元の形状に再び復帰する形状記憶特性を備えた合金は種々公知である。例えば「材料科学と工学（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ）」、巻Ａ２０２、１９９５年、１４８〜１５６頁には、例えば２００℃に加熱されると数パーセント収縮する、種々の組成を持つＴｉＮｉ及びＴｉＮｉＣｕ合金が開示されている。このような合金を使用した構成要素は、特に回路保護遮断器で使用される（例えば書籍「形状記憶合金の工学的側面（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙｓ）」、バターワース・ハイネマン出版社、ロンドン（英国）、１９９０年版、３３０〜３３７頁を参照）。このような回路保護遮断器では、この種形状記憶合金からなる構成要素を鋼材又は銅メッキした鋼材からなる構成要素又は銅の帯板と接続し、しかも同時に遷移抵抗を小さくして良好な電流容量を維持しながら高度の機械的強度を確保するという課題が生ずる。しかしながら、このような接続は通常行われている溶接技術では直ちには実現できないことが判っている。このような接続を備えた公知の装置は、それ故、手間のかかるボルト結合、締め付け或いは圧潰（例えば所謂「クリンピング」）を行っている。
【０００３】
この発明の課題は、それ故、このような構成要素間の機械的及び電気的に良好な結合を作る方法を提供することにある。
【０００４】
この課題は、この発明によれば、銅合金からなる電極を使用し、Ｉ２ｔ値が５０００Ａ２秒以上かつ加圧力が少なくとも３０ＭＰａにおいて電流強度を１０００Ａ以上に設定して点溶接を行うことにより解決される。圧接抵抗溶接の特別な方法としての点溶接は公知の方法で行う（例えば、Ｈ．Ｊ．ファーレンヴァルト著「溶接技術（Ｓｃｈｗｅｉｓｓｔｅｃｈｎｉｋ）」、Ｆ．フィーヴェーク＆ゾーン出版社、ブラウンシュヴァイク、１９９２年、７９〜８６頁参照）。
【０００５】
この発明は、その場合、前述のこれらパラメータを組み合わせかつ特別な電極を使用して初めて上述の材料からなる構成要素間の点溶接が可能であるという認識に基づく。この場合に初めて、要求されるような要件が満たされる。上述の電極合金ではベースの合金が問題なので、これは、この合金が通常の不純物元素を各々最大で１重量％の範囲で含む２成分だけであるか、或いはこの合金に１０原子％以下の比較的僅少な割合で他の元素を加えて合金化可能であることを意味する。従ってこの発明による利点は、第一に機械的に高強度の結合が上述の構成要素間に作られ、この結合がまた電気的に良導電性の結合における要件をも満たすことにある。形状記憶合金部材と結合される、鋼材又は銅材からなる構成要素は、一般に、その場合熱伝導の理由や、例えば巻線性のような加工技術の故に比較的薄く、即ち結合範囲での最大厚さが特に精々２ｍｍであることが望まれる。
【０００６】
ここで、前述のパラメータは各々単に下限を表わすに過ぎない。そこで、電流強度を２０００Ａ以上に設定するのが好ましい。何となれば、電流強度が大きくなるにつれ、結合特性が一層改善されるからである。
【０００７】
このことは、特にＩ２ｔ値を８０００Ａ２秒以上に設定した際にも当て嵌まる。
【０００８】
加圧力も結合の質に関係するので、加圧力は少なくとも４０ＭＰａ、好ましくは少なくとも８０ＭＰａに設定するとよい。
【０００９】
以下のパラメータの組み合わせで行うのが特に有利である。
電流強度：  約２０００Ａ
Ｉ２ｔ値：  約１００００Ａ２秒
加圧力：    約１５０ＭＰａ
上記の３つのパラメータの各々は、その場合、前記値から±１０％偏倚しても結合特性の著しい悪化は生じない。
【００１０】
銅合金からなり、使用可能な電極材料は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ５１８２から採用できる。このために好適な電極形状は、ＤＩＮ  ＩＳＯ  ５１８２から公知である。電極材料として、主成分（５０原子％以上）としての銅の他に、Ｘ成分として、元素Ａｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒの少なくとも１つを含むＣｕＸ合金を使用すると特に好ましい。特にＣｕｘＣｏｙＢｅｚ型のＣｕＣｏＢｅ合金で、５０≦ｘ≦９９．８、０．１≦ｙ≦２０、０．１≦ｚ≦２０（各々原子％）としたものを用いる。なおその場合、各々１原子％以下の微量の不純物元素を含めてｘ＋ｙ＋ｚ≒１００（原子％）とする。これらの使用される電極材料により良好な導電性、高い機械的強度並びに溶接される材料との特別の相性が確保される。
【００１１】
このような電極材料を用い、前記のＮｉＴｉ又はＮｉＴｉＣｕ形状記憶合金からなる部材を、銅メッキした鋼板に特に良好に溶接できる。同様に電気的に良好で、機械的に強固な結合は、特に形状記憶合金からなる開閉要素を備えた回路保護遮断器においても必要である（先述の文献「形状記憶合金の工学的側面」を参照）。同様な結合の問題は、形状記憶合金からなる部分を鋼板又は銅や銅合金からなる撚り線に互いに結合しようとするときにも生ずる。この場合も、この発明による方法は特に有効に使用できる。
【００１２】
勿論、本発明による方法で、他の公知の形状記憶合金からなる構成要素と鋼板又は鋼や銅からなる撚り線との点溶接も可能である。例えば、「インタメタリックス（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ）」、第３巻、１９９５年、３５〜４６頁及び「スクリプタ・メタルジカ・エ・マテリアリア（Ｓｃｒｉｐｔａ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ ｅｔ ＭＡＴＥＲＩＡＬＩＡ）」第２７巻、１９９２年、１０９７〜１１０２頁に種々の好適なＴｉ５０Ｎｉ５０−ｘＰｄｘ形状記憶合金が記載されている。ＴｉＮｉ合金に代えて、他の形状記憶合金も使用可能なことは自明である。例えばＣｕＡｌ系形状記憶合金がその例である。同様なＣｕＺｎ２４Ａｌ１３合金が「メタルクンデ誌（Ｚ． Ｍｅｔａｌｌｋｄｅ．）」、第７９巻、１０号、１９８８年、６７８〜６８３頁に開示されている。「スクリプタ・マテリアリア（Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ）」、第３４巻、２号、１９６６年、２５５乃至２６０頁には他のＣｕＡｌＮｉ形状記憶合金が記載されている。上述の２元又は３元合金には、さらに例えばＨｆのような他の合金成分をそれ自体公知の方法で加えて合金化できることは自明である。
【００１３】
この発明による方法においては、通常の点溶接技術の装置が使用できる。このような装置は、例えば先述の文献「溶接技術」の抜粋が示している。
【国際公開パンフレット】
2004517732.tif 000002
2004517732.tif 000003
2004517732.tif 000004
2004517732.tif 000005
2004517732.tif 000006
2004517732.tif 000007
2004517732.tif 000008
2004517732.tif 000009
【国際調査報告】
2004517732.tif 000010
2004517732.tif 000011
2004517732.tif 000012
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