(57)【要約】      （修正有）【課題】導線等と接続する接続部と溶融金属を収容可能な収容部とを備えた端子、当該端子を用いて導電性の母材と導線等とを電気的に接合する方法及び構造を提供する。【解決手段】導線４と端子１の接続部３とを圧着接続し、導線４及び端子１を配置する。ただし、収容部２の、坩堝１０と密着した開口部に対向する開口部は導電性の母材表面に密着し、収容部は切欠部５以外密封状態となる。続いて、燃焼炉１１内の金属を溶融させ、溶融金属を湯道１２に流出させると、溶融金属は湯道１２を通って切欠部５から収容部２の空洞部６内へ流入する。溶融金属は収容部２内に充填されて、収容部２の内表面を熱で溶融させる。当該内表面の溶融した箇所で、溶融金属と収容部２の部材とが混合して融接し、冷却後は互いに溶着し、溶着部が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線と母材とを溶着金属を介して接合するための端子であって、
溶着金属となる溶材を収容するための収容部と、
導線を接続するための接続部と、
を有して構成される端子。
【請求項２】
前記収容部が、前記溶着金属を周方向に覆うように筒形に形成されることを特徴とする請求項１に記載の端子。
【請求項３】
前記筒形の収容部の２つの開口部のうち、一方の開口部が母材の表面に対して開口し、他方の開口部が前記溶材を前記収容部内に供給するために開口していることを特徴とする請求項２に記載の端子。
【請求項４】
前記筒形の収容部の一方の開口部が母材の表面に対して開口し、収容部の周上には、前記溶材を前記収容部内に供給するための開口部が設けられることを特徴とする請求項２に記載の端子。
【請求項５】
前記筒形の収容部の他方の開口部が閉塞されて底部を形成していることを特徴とする請求項４に記載の端子。
【請求項６】
前記接続部が、挿通孔を通して内部に導線を案内可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の端子。
【請求項７】
前記孔が前記底部を貫通していることを特徴とする請求項５を引用する請求項６に記載の端子。
【請求項８】
テルミット溶接用であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の端子。
【請求項９】
金属を収容する収容部と、導線と接続するための接続部とを備えた端子を用いて導線と母材とを溶着金属を介して接合する方法であって、
導線と接続部とを接続する工程と、  
収容部内に溶融金属を供給する工程と、
を含む接合方法。
【請求項１０】
導体が接続された接続部と、溶融金属が収容された収容部とを備えた端子を用いて導体と電気的に接続された構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規の電気接合端子、該端子を用いた電気接合方法に関し、特に導体と導電性の母材とを溶融金属を介して電気的に接合する端子、接合方法及び接合方法を用いた構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導電性の母材と電線等の別導体とを溶着金属を介して溶着する方法として、テルミット溶接法がある。テルミット溶接とは、母材の表面近傍でアルミニウムと酸化銅（または酸化鉄）の混合粉に点火して、その化学反応により生じた熱によって銅（または鉄）と母材の一部を溶融して溶着を行うものである。
【０００３】
テルミット溶接法は、一般的に坩堝と称するテルミット溶接装置を用いて行われ、坩堝と一体性を有する所定形状の収容部内に導線等を配置して、導電性の母材表面と収容部とを密着させて収容部を密封し、そこに坩堝内で生成された溶融金属を流し込む。溶融金属の冷却後に所定形状に形成された溶着金属が導電性の母材の表面の溶融部で溶着し、導線等は溶着部内で固着される。このようにして導電性の母材と導線等とを電気的に接合する。  
【０００４】
以下、図６ないし図８を参照して、一般的なテルミット溶接について説明する。テルミット溶接には、テルミット材との溶接面積を拡大するために、導線等と電気的に接続した溶接端子が用いられ、導線等及びテルミット材と親和性の良好な材質が選択される。
図６は、テルミット溶接装置の一例を示した斜視図である。テルミット溶接装置１０’は、その内部に燃焼炉１１を備えている。その燃焼炉１１の内部には、底部で湯道１２に連通する孔が設けられているが、蓋体によって塞がれてテルミット材と点火剤とが粉末状で堆積されている。湯道１２は燃焼炉１１の下方に続き空洞部１３内まで案内されるように形成されている。空洞部１３の側方には、導線４と圧着接続された溶接端子１４を収容する凹部１５が形成されて空洞部１３と連通している。空洞部１３と凹部１５とは、導電性の母材（図示せず）の表面に対して開口した開口部１６を有し、溶接端子１４が所定位置に配置されると、溶接端子１４の一面１７と開口部１６の開口面とは面一になり、その面と導電性の母材の表面とを密着させることにより空洞部１３内を完全に密封する。
【０００５】
続いて、燃焼炉１１内の点火剤に点火することによって、テルミット材に燃焼反応が起き、このときの発熱によってテルミット材を構成する金属成分を溶融する。同時に蓋体も溶融して、溶融金属は湯道１２を通って下方に流出し、空洞部１３まで案内される。最終的には、溶融金属が空洞部１３内に充填されて、空洞部１３内に配置された溶接端子１４の一部を覆うとともに、導電性の母材の表面との溶融部を介して溶着する。冷却後には、空洞部１３の形状を有する溶着部が形成されることとなる。
【特許文献１】特許第３６１９１６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、一般的なテルミット溶接装置には、以下のような問題がある。
第１に、溶着部を形成する空洞部は、通常、テルミット溶接装置本体と一体形成されており、図７に示すように、テルミット溶接装置の空洞部を形成する部分の一部が磨耗又は損傷してしまうと、テルミット溶接時の空洞部の密封性が損なわれ、溶融金属が漏出してしまうという問題がある。
【０００７】
第２に、導電性の母材表面及び溶接端子は、溶接端子の空洞部内への位置に応じて、テルミット溶接された溶着金属と溶接又は融接される面積は制限される。
例えば、溶接端子の大部分が空洞部内に配置されると、図８（ａ）に示したように、溶着金属と導電性の母材表面との間の融接領域８１が小さくなり、融接強度も不十分となりやすい。一方、溶接端子の先端部のみが空洞部内に配置されると、図８（ｂ）に示したように、溶着金属と導電性の母材表面との間の融接領域８１が大きくなる反面、溶着金属と溶接端子との間の溶接領域８２が小さくなり、それらの溶接強度も不十分となりやすい。一般的には、溶着金属と導電性の母材表面との間の融接領域８１は、図８（ｃ）に示したように、溶着金属と導電性の母材表面との接触面の半分程度である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、導線等と接続する接続部と溶融金属を収容可能な収容部とを備えた端子、当該端子を用いて導電性の母材と導線等とを電気的に接合する方法及び構造を提供することを目的とする。
【０００９】
（１）上述の目的を達成するために、本発明は、導線と母材とを溶着金属を介して接合するための端子であって、溶着金属となる溶材を収容するための収容部と、導線を接続するための接続部とを有して構成される。
（２）また、本発明の端子における前記収容部が、前記溶着金属を周方向に覆うように筒形に形成されることが好ましい。
（３）また、本発明の端子における前記筒形の収容部の２つの開口部のうち、一方の開口部が母材の表面に対して開口し、他方の開口部が前記溶材を前記収容部内に供給するために開口していることを特徴とする。
（４）また、本発明の端子において、前記筒形の収容部の一方の開口部が母材の表面に対して開口し、収容部の周上には、前記溶材を前記収容部内に供給するための開口部が設けられることを特徴とする。
（５）また、本発明の端子における前記筒形の収容部の他方の開口部が閉塞されて底部を形成していることを特徴とする。
（６）また、本発明の端子の前記接続部が、挿通孔を通して内部に導線を案内可能であることを特徴とする。
（７）また、本発明の端子における前記接続部の前記孔が前記底部を貫通していることを特徴とする。
（８）さらに、本発明の端子がテルミット溶接用であることを特徴とする。
（９）上述の目的を達成するために、本発明は、金属を収容する収容部と、導線と接続するための接続部とを備えた端子を用いて導線と母材とを溶着金属を介して接合する方法であって、導線と接続部とを接続する工程と、収容部内に溶融金属を供給する工程と、を含む。
（１０）さらに、上述の目的を達成するために、本発明に係る構造物は、導体が接続された接続部と、溶融金属が収容された収容部とを備えた端子を用いて導体と電気的に接続された構造を有する。
（１１）さらに、上述の目的を達成するために、本発明は、導線が接続された接続部と、溶融金属が収容された収容部とを備えた端子を用いて導線と電気的に接続された構造を有する鉄道用レールを対象とすることもできる。
【００１０】
発明の効果
（１）本発明による端子は、溶着金属となる溶材を収容するための収容部と、導線を接続するための接続部とを有する。
したがって、本発明による端子は、導電性の母材表面と溶着金属との接触面のうち、大部分を融接部として融接領域とすることができるので、導電性の母材と溶着金属との接合強度及び導電性を向上させるとともに、溶着金属と収容部内表面との接触面積の大部分を融接部として融接領域とすることができるので、溶着金属と当該端子との接合強度及び導電性を向上させる効果を有する。したがって、導線と導電性の母材との接合強度及び導電性を向上させることができる。
（２）本発明による端子の収容部は筒形に形成されるので、製造費用及び製造の容易性を考慮して、円筒や角筒等の任意形状の鋳造により収容部を形成することができるという効果を有する。
（３）本発明による端子の収容部は、一方の開口部が導電性の母材の表面に対して開口し、他方の開口部が前記溶材を前記収容部内に供給するために開口しているので、電気接合を行う際に、一方の開口部を導電性の母材表面に密着させ、他方の開口部に溶融金属の湯道出口を有する面を、湯道が開口部内に収容されるように密着させることで、収容部は密封状態となって、湯道から収容部内に溶融金属が供給されると、導線と導電性の母材とが溶着金属を介して電気的に接合される形態の端子を提供することができる。また、当該端子は、容易に製造可能である。
（４）本発明による端子の収容部は、一方の開口部が導電性の母材の表面に対して開口し、収容部の周上には、前記溶材を前記収容部内に供給するための開口部が設けられるので、電気接合を行う際に、一方の開口部を導電性の母材表面に密着させて密封するとともに、他方の開口部を、例えば、坩堝等の一部と密着させて密封し、収容部の周上に設けられた切欠部等の孔部から収容部の内部へ溶融金属を流入させることで導電性の母材と導線とを溶着金属を介して電気的な接合を行う形態の端子を提供することができる。
（５）本発明による端子の収容部は、一方の開口部が導電性の母材の表面に対して開口し、収容部の周上には、前記溶材を前記収容部内に供給するための開口部が設けられるのに加えて、収容部における他方の開口部が閉塞されて底部を形成しているので、一方の開口部を導電性の母材表面と密着させさえすれば、溶融金属の供給口以外は密封状態となり、収容部の供給口から溶融金属を流入することで導電性の母材と導線とを溶着金属を介して電気的な接合を行う一形態の端子を提供することができる。
（６）本発明による端子は、その接続部が、挿通孔を通して内部に導線を案内可能であるので、例えば、導線を接続部の内部に挿入後、圧着接続することによって、導線と端子との電気的な接合がなされる。その際、導線が収容部内まで挿入可能であれば、溶融金属と直接接触することとなるので、収容部を耐熱性があって導電率の低い部材を選択しても電気的な接合は確保され、収容部を形成する材料の選択の幅を広げることができる効果を有する。
（７）本発明による端子は、収容部の一方の開口部が導電性の母材表面に対して開口し、他方の開口部が閉塞されて底をなし、周上に溶融金属を供給するための開口部が設けられた収容部において、その接続部の挿通孔が収容部の底部を貫通していれば、母材表面に対して略垂直方向から接続部に導線を挿入することが可能となる形態の端子を提供することができる。
（８）本発明による端子がテルミット溶接用であるので、所定のテルミット溶接装置を使用することで、溶融金属の収容部を密封状態でテルミット溶接を行うことができる。
（９）また、本発明による電気接合方法は、金属を収容する収容部と、導線と接続するための接続部とを備えた端子を用いて、導線と接続部とを接続する工程と収容部内に溶融金属を供給する工程とを実施する。
したがって、本発明の方法は、テルミット溶接装置に溶融金属を形成するための空洞部を設ける必要がなくなるので、テルミット溶接装置外部に損傷を受けても燃焼炉及び湯道に影響を及ぼさない範囲で許容することができるという効果を有する。
また、本発明の方法は、導電性の母材表面と溶着金属との接触面のうち、大部分を融接部として融接領域とすることができ、かつ、溶着金属と収容部との接触面積の大部分を融接部として融接領域とすることができるので、導電性の母材、端子及び溶着金属との間で導電性に優れ、強固な電気的な接合構造を提供することができるという効果を有する。
さらに、本発明の方法は、テルミット溶接に限定されず、端子の収容部に溶融金属を収容することによって、２つの導体を電気的に接続するという技術的思想の全てを含む。
（１０）本発明による導体と電気的に接続された構造物は、導体が接続された接続部と、溶融金属が収容された収容部とを備えた端子を用いているので、新規的な接合構造を提供し、端子と溶融金属との接触面積及び構造体と溶融金属との融接面積を従来と比較して大きくすることができ、導体と構造物との間の接合強度及び導電性の向上を図ることができる。また、他分野にわたって応用できる。
（１１）本発明による導線と電気的に接続されたレールは、導線が接続された接続部と、溶融金属が収容された収容部とを備えた端子を用いているので、端子と溶融金属との接触面積及びレールと溶融金属との融接面積を従来と比較して大きくし、導線とレールとの間の接合強度及び導電性を改善している。本発明によるレールは、それを鉄道分野において適用した一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施形態について実施例を挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図において、同じ構成要素には同じ符号を用い、適宜その説明を省略する場合がある。
【００１２】
図１は、燃焼炉１１及び湯道１２を備えた坩堝１０と本発明による端子１とを用いて、導電部材からなる母材（図示せず）と導線４との電気接合を行うための実施形態を示している。
坩堝１０の燃焼炉１１内には粉末状の金属及びその上層に堆積した点火剤が充填されている。
本発明の端子１は、導線４と母材（図示せず）とを溶着金属を介して接合するために用いられ、溶着金属となる溶材を収容するための収容部２と導線４を接続するための接続部３とを有して構成される。収容部２は耐熱性を有する材質を選択する必要がある。
収容部２は、筒形に形成されており、製造費用及び製造容易性を考慮して、一例として円筒状に形状されている。また、収容部２には、その円周上で湯道１２と略等しい幅を有する切欠部５が設けられ、切欠部５は、収容部２の空洞部６と挿通している。
接続部３は、収容部２の空洞部６と挿通する孔を有し、導線４が孔の内部に挿入及び案内されて接続部で圧着固定されている。導線４の先端は収容部２の内表面と面一となる位置、あるいは、空洞部６の内部まで突出させてもよい。収容部の対向する開口部の一方は、母材の表面に対して開口し、他方は、坩堝１０における湯道１２の終端を含む面８に対して開口し、密着している。
【００１３】
次に、導線４と導電性の母材（図示せず）とを溶着金属を介して接合する方法の一例について説明する。まず、導線４と端子１の接続部３とを圧着接続し、導線４及び端子１を図１に示したように配置する。ただし、図示されていないが、収容部２の、坩堝１０と密着した開口部に対向する開口部は導電性の母材表面に密着し、収容部は切欠部５以外密封状態となっている。続いて、点火剤に点火して燃焼炉１１内の金属を溶融させ、溶融金属を湯道１２に流出させる。すると、溶融金属は湯道１２を通って切欠部５から収容部２の空洞部６内へ流入する。溶融金属は収容部２内に充填されて、収容部２の内表面を熱で溶融させる。当該内表面の溶融した箇所で、溶融金属と収容部２の部材とが混合して融接し、冷却後は互いに溶着し、溶着部が形成される。なお、坩堝は耐熱性を有し、溶着金属で溶融されないので、溶着金属と溶着することはない。
【００１４】
図２では、導電性の母材は図示されていないが、導線４、端子１及び溶着金属７を接合した状態を図示している。溶着金属７は、導線４とともに収容部２の内周面と略全領域で融接されており、特に収容部２が導電性の高い部材である場合は、導線４と良好な電気接合関係を有する。しかし、収容部２が導電性の低い部材であっても、導線４が収容部２内まで挿入されて溶着金属７と接着しているので、電気接合関係は維持される。
【００１５】
図３（ａ）ないし（ｅ）は、鉄道用レール（導電性の母材）とボンド線（導線）とを溶融金属を介して接合するために用いられる本発明による多様な形態の端子を例示している。
図３（ａ）は、導線の挿入方向に切欠部が設けられている点で図１に示した端子と相違する形態の端子を示している。この形態の端子は、例えば、ボンド線を端子の接合位置よりも下方に配線する必要がある場合に有効である。
図３（ｂ）は、円筒形収容部の一方の開口部がレール母材表面に密着されることとなり、他方の開口部が接続部の孔と連結して収容部内に挿通し、導線がレール母材表面に対して略垂直方向に案内され、円筒の円周上には溶融金属を導入するための切欠部が設けられている形態の端子を示している。この形態の端子は、例えば、並列するレール同士をボンド線で電気的に接合する場合等に有効であり、また、図１に示したような坩堝の面８によって開口部を密封する工程が必要ないという利点もある。
図３（ｃ）は、収容部が有底の円筒状に形成され、円筒の開口部がレール母材表面に密着され、円筒の円周上に切欠部が設けられている形態の端子を示している。この形態の端子は、図１に示したような坩堝１０の面８によって開口部を密封する工程が必要ないという利点がある。
図３（ｄ）は、円筒状収容部の一方の開口部がレール母材表面と密着され、他方の開口部が、図５に示したように、例えば坩堝の湯道出口を収容するように坩堝の面と密着されることによって収容部内が密封される構造を有し、他方の開口部が溶融金属の供給口としての機能も備えた形態の端子を示している。
図３（ｅ）は、図１に示した形態の端子と同一である。
なお、図３（ａ）ないし（ｅ）に係る端子に設けられた溶融金属の供給口に溶融金属を流入させるための装置は、多様な構造を有する坩堝等を用いることができる。
【００１６】
図４（ａ）ないし（ｅ）は、図３（ａ）ないし（ｅ）におけるレール母材とボンド線との接合工程を終了した態様図を示している。
【００１７】
本発明は、上記端子を用いた導電体と導電性の母材とを接合する方法で導体と接合された構造物にも応用可能である。例えば、接地銅板、ガス管、水道管などへのアース線の取付けなどがある。
【００１８】
以上、実施例を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、溶融金属を収容する収容部を端子と一体化し、２つの導体間を電気的に接続させる技術的思想を含むものであり、本発明の要旨の範囲で適宜、付加、変形等なしうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による端子を坩堝に配置して、母材（図示せず）と導線４との電気接合を行うための実施形態を図示している。
【図２】母材（図示せず）と導線との接合を行った、本発明による端子と溶着金属との溶着図。
【図３】本発明による多様な形態の電気接合端子を用いてレールにボンド線を接合する前の態様図。
【図４】図３の接合後の態様図。
【図５】図３（ｄ）に係る電気接合端子とともに接合を行う際に用いられる坩堝の変形態様図。
【図６】従来のテルミット溶接を行う実施例を示した態様図。
【図７】坩堝の一部が破損した態様図。
【図８】従来のテルミット溶接を実施した場合の溶接完了図であって、端子と溶着部との溶接領域と、母材表面と溶着部との融接領域との関係を示した態様図。
【符号の説明】
【００２０】
１・・・電気接合端子
２・・・収容部
３・・・接続部
４・・・導線
５・・・切欠部
６・・・空洞部
７・・・溶着部、溶着金属
８・・・面
１０・・坩堝
１０’・・テルミット溶接装置
１１・・燃焼炉
１２・・湯道
１３・・空洞部
１４・・溶接端子
１５・・凹部
１６・・開口部
１７・・面
８１・・融接領域
８２・・溶接領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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