JP2000246549A - Joining structure and method for dissimilar metal material - Google Patents
Joining structure and method for dissimilar metal materialInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、母材及び接合部に
金属材料を用いた金属材料の接合構造及び接合方法に係
り、特に、金属材料の種類に改良を施した異種金属材料
の接合構造及び接合方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a joining structure and a joining method of a metal material using a metal material for a base material and a joining portion, and more particularly, to a joining structure of a dissimilar metal material in which kinds of metal materials are improved. And a joining method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気接点に使用される部品においては、
母体となる金属に対して、接点となる異種金属を接合さ
せる必要がある。この接合は、例えば、特開昭第６３−
９０３６０号公報に記載されているように、銀ロウ若し
くはリン酸ロウを重ねた電気接点材料の台金との接合面
を、電気抵抗加熱器の電極で加圧しながら通電加熱して
固着させることによって行われる。2. Description of the Related Art In components used for electric contacts,
It is necessary to join a dissimilar metal serving as a contact to the base metal. This bonding is described in, for example,
As described in Japanese Patent Publication No. 90360, a bonding surface of an electrical contact material on which a silver solder or a phosphoric acid solder is superimposed is fixed by applying current and heating while pressing with an electrode of an electric resistance heater. Done.
【０００３】また、金属基複合材料の接合方法として
は、特開平第１−２７３６８１号公報に記載されている
ように、金属基複合材料同士若しくは複合材料と金属材
料との接合において、接合面にロウ材を挟んで真空封入
後、熱間静水圧処理で拡散接合する方法がある。そし
て、複合材料の製造方法としては、特開昭第６０−１１
５３８４号公報に記載されているように、鋼等の母材と
金属材料の合わせ材の接合面の一方若しくは双方に、ニ
ッケルメッキを施し、ロウ付けした後、ロウ材の融点以
下で圧延する方法がある。[0003] In addition, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-273681, a joining method of a metal-based composite material is as follows, in joining metal-based composite materials to each other or between a composite material and a metal material. There is a method of performing vacuum bonding by hot isostatic pressure treatment after vacuum sealing with a brazing material in between. Japanese Patent Laid-Open No. 60-11 / 1985 discloses a method for producing a composite material.
As described in Japanese Patent No. 5384, a method of applying nickel plating to one or both of bonding surfaces of a joining material of a base material such as steel and a metal material, brazing, and then rolling at a temperature equal to or lower than the melting point of the brazing material. There is.
【０００４】さらに、特開昭第５９−３５３２０号公報
に記載されているように、異種金属を接合して耐孤金属
付き接触子を構成する方法として、銅若しくは銅合金の
台金の接合面に銅層を有する耐孤金属を設け、この銅層
を接合材として接合する方法がある。Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-35320, as a method of forming a contact with an isolated metal by joining dissimilar metals, a joining surface of a copper or copper alloy base metal is used. There is a method in which a solitary metal having a copper layer is provided on the substrate and the copper layer is used as a bonding material.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来の接合構造及び接合方法は、接合部材としてロウ
材を使用した場合、ロウ材自身の電気抵抗が大きいた
め、ロウ材部及びその界面での通電による発熱が大きく
なるが、ロウ材の融点は低いので、温度上昇に対する信
頼性の点では、改良の余地があるといえる。However, in the conventional joining structure and joining method described above, when a brazing material is used as a joining member, the brazing material itself has a large electric resistance, so that the brazing material portion and its interface However, since the melting point of the brazing material is low, it can be said that there is room for improvement in terms of reliability against temperature rise.
【０００６】また、銅若しくは銅合金の台金を用いる接
合方法では、接触子においてアークに晒されている部分
で温度が上昇し、５００℃以上の温度に達すると、銅若
しくは銅合金の台金に軟化が生じるため、機械的特性の
点で改良の余地があった。In a joining method using a copper or copper alloy base metal, the temperature rises in a portion of the contact that is exposed to the arc, and when the temperature reaches 500 ° C. or more, the copper or copper alloy base metal is used. , There is room for improvement in mechanical properties.
【０００７】また、例えば、開閉器や断路器の接触子に
おいては、閉時の場合、固定側と可動側は接触している
が、開時の場合、可動側の接触子が操作機構部に連結し
て固定側から離れる。このとき、接触子は衝撃的な力を
受けるために、電気的特性以外に衝撃強度が要求され
る。しかし、上記の従来技術のように、接触子をロウ付
けで構成すると、ロウ付けされた接合体の電気抵抗が大
きいために、大きな接合面積が必要となり、装置が大型
となる。For example, in a contact of a switch or a disconnector, when closed, the fixed side and the movable side are in contact with each other, but when opened, the movable side contact comes into contact with the operating mechanism. Connect and move away from the fixed side. At this time, since the contact receives an impact force, impact strength is required in addition to the electrical characteristics. However, when the contact is formed by brazing as in the above-described conventional technique, the electrical resistance of the brazed joint is large, so a large bonding area is required, and the device becomes large.
【０００８】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
電気抵抗が小さく、耐熱性に優れた異種金属材料の接合
構造及び接合方法を提供することにある。The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art.
An object of the present invention is to provide a joining structure and a joining method for dissimilar metal materials having low electric resistance and excellent heat resistance.
【０００９】また、本発明の第２の目的は、温度上昇が
あっても機械的特性を良好に保つことができる異種金属
材料の接合構造及び接合方法を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a joining structure and a joining method for dissimilar metal materials which can maintain good mechanical properties even when the temperature rises.
【００１０】また、本発明の第３の目的は、小形化が容
易な異種金属材料の接合構造及び接合方法を提供するこ
とにある。A third object of the present invention is to provide a joining structure and a joining method for dissimilar metal materials which can be easily miniaturized.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、タングステン若しくはタングステンを主成
分とする合金から成る第１の金属材料と、鋼若しくは鋼
を主成分とする合金から成る第２の金属材料とが、接合
材を介して接合された異種金属材料の接合構造におい
て、以下のような技術的特徴を有する。In order to achieve the above object, the present invention provides a first metal material comprising tungsten or an alloy containing tungsten as a main component, and a first metal material comprising steel or an alloy containing steel as a main component. The joining structure of the dissimilar metal materials joined to the second metal material via the joining material has the following technical features.
【００１２】すなわち、請求項１記載の発明は、前記接
合材は、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料よ
りも引張り強度の小さい金属であることを特徴とする。
以上のような請求項１記載の発明では、接合材の耐熱温
度が高く、第１の金属材料部分は衝撃に強く、第２の金
属材料部分は引張り強度が高くなるので、優れた信頼性
が得られる。That is, the invention according to claim 1 is characterized in that the joining material is a metal having a lower tensile strength than the first metal material and the second metal material.
According to the first aspect of the present invention, since the heat-resistant temperature of the bonding material is high, the first metal material portion is resistant to impact, and the second metal material portion is high in tensile strength, so that excellent reliability is achieved. can get.
【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の異
種金属材料の接合構造において、前記第１の金属材料
が、銅タングステン合金若しくは銀タングステン合金で
あることを特徴とする。以上のような請求項２記載の発
明では、第１の金属材料が特に衝撃に強い材質なので、
例えば、第１の金属材料部分を接点とする接触子として
使用する場合に適した構造となる。According to a second aspect of the present invention, in the joining structure of dissimilar metal materials according to the first aspect, the first metal material is a copper tungsten alloy or a silver tungsten alloy. According to the second aspect of the present invention, since the first metal material is particularly resistant to impact,
For example, the structure is suitable for use as a contact having the first metal material portion as a contact.
【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の異種金属材料の接合構造において、前記第１
の金属材料が、タングステンを５５ｗｔ％以上含む合金
であることを特徴とする。以上のような請求項３記載の
発明では、例えば、第１の金属材料部分を接点とするア
ーク接触子として使用した場合に、第１の金属材料部分
が耐アーク性の高い材質なので、信頼性が向上する。According to a third aspect of the present invention, in the joint structure for dissimilar metal materials according to the first or second aspect, the first structure is a metal material.
Wherein the metal material is an alloy containing 55 wt% or more of tungsten. According to the third aspect of the present invention, for example, when the first metal material portion is used as an arc contact having a contact point, the first metal material portion is made of a material having high arc resistance, so that the reliability is improved. Is improved.
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造において、
前記第１の金属材料が、タングステン粒子が連結したス
ケルトン構造の焼結合金であることを特徴とする。以上
のような請求項４記載の発明では、高電流領域で使用さ
れる部品に適した接合構造となる。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a bonding structure of a dissimilar metal material according to any one of the first to third aspects,
The first metal material is a sintered alloy having a skeleton structure in which tungsten particles are connected. According to the fourth aspect of the present invention, the joining structure is suitable for a component used in a high current region.
【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造において、
前記第１の金属材料が、タングステン粒子径が２μｍ〜
１５μｍの焼結合金であることを特徴とする。以上のよ
うな請求項５記載の発明では、タングステン粒子径が２
μｍ以上なのでスケルトン構造を形成しやすく、５μｍ
以下なので経済性に優れている。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a structure for joining dissimilar metal materials according to any one of the first to fourth aspects,
The first metal material has a tungsten particle diameter of 2 μm or more.
It is a 15 μm sintered alloy. According to the fifth aspect of the present invention, the tungsten particle diameter is 2
Since it is more than μm, it is easy to form a skeleton structure.
It is economical because it is below.
【００１７】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造において、
前記接合材の電気抵抗が、前記第１及び第２の金属材料
と同等であることを特徴とする。以上のような請求項６
記載の発明では、接合材の電気抵抗が小さいため、発熱
を抑えることができる。According to a sixth aspect of the present invention, in the joining structure of dissimilar metal materials according to any one of the first to fifth aspects,
The electric resistance of the bonding material is equal to the first and second metal materials. Claim 6 as described above.
In the described invention, heat generation can be suppressed because the electric resistance of the bonding material is small.
【００１８】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造において、
前記接合材が、銅若しくは銅を主成分とする合金である
ことを特徴とする。請求項８記載の発明は、請求項１〜
７のいずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造にお
いて、前記接合材が、銅クロム合金、銅ベリリウム合
金、銅−アルミナ分散合金、銅−ジルコニウム合金及び
銅銀合金の少なくとも１種であることを特徴とする。以
上のような請求項７及び請求項８記載の発明では、接合
部における電気抵抗が少なく、耐熱温度が高くなる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a joint structure for dissimilar metal materials according to any one of the first to sixth aspects,
The bonding material is copper or an alloy containing copper as a main component. The invention according to claim 8 is the invention according to claims 1 to
7. In the bonding structure of dissimilar metal materials according to any one of 7, the bonding material is at least one of a copper chromium alloy, a copper beryllium alloy, a copper-alumina dispersed alloy, a copper-zirconium alloy, and a copper silver alloy. It is characterized by the following. According to the seventh and eighth aspects of the present invention described above, the electrical resistance at the joint is low and the heat-resistant temperature is high.
【００１９】請求項９記載の発明は、請求項１〜８のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造において、
前記第２の金属材料が、炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼
及び高張力鋼の少なくとも１種であることを特徴とす
る。以上のような請求項９記載の発明では、第２の金属
材料が引張り強度の高い材質なので、機械的特性に優れ
た接合構造とすることができる。According to a ninth aspect of the present invention, in the joining structure of dissimilar metal materials according to any one of the first to eighth aspects,
The second metal material is at least one of carbon steel, stainless steel, heat-resistant steel, and high-strength steel. According to the ninth aspect of the present invention, since the second metal material is a material having high tensile strength, it is possible to provide a bonding structure having excellent mechanical properties.
【００２０】請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の
いずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造におい
て、前記接合材がリング状であり、前記接合材の厚さを
ｔとし、リングの径方向の幅をＴとすると、（ｔ／Ｔ）
＜０．５であることを特徴とする。請求項１１記載の発
明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の異種金属材
料の接合構造において、前記接合材は丸棒状であり、前
記接合材の厚さをｔとし、丸棒の直径をＤとすると、
（ｔ／Ｄ）＜０．５であることを特徴とする。請求項１
２記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の
異種金属材料の接合構造において、前記接合材は板状で
あり、前記接合材の厚さをｔとし、板の短辺の長さをａ
とすると、（ｔ／ａ）＜０．５であることを特徴とす
る。以上のような請求項１０〜１２記載の発明では、第
１及び第２の接合材料の形状に応じて、接合材の寸法を
引張り強度の高い値とすることができるので、機械的強
度の信頼性が向上する。According to a tenth aspect of the present invention, in the joining structure of dissimilar metal materials according to any one of the first to ninth aspects, the joining material has a ring shape, and the thickness of the joining material is t. , Where T is the radial width of the ring, (t / T)
<0.5. According to an eleventh aspect of the present invention, in the joining structure of dissimilar metal materials according to any one of the first to ninth aspects, the joining material is shaped like a round bar, and the thickness of the joining material is defined as t. Let D be the diameter of
(T / D) <0.5. Claim 1
According to a second aspect of the present invention, in the joining structure of dissimilar metal materials according to any one of the first to ninth aspects, the joining material has a plate shape, the thickness of the joining material is t, and a short side of the plate is provided. The length of a
Then, (t / a) <0.5. According to the above-described aspects of the present invention, since the size of the joining material can be set to a high value of the tensile strength according to the shapes of the first and second joining materials, the reliability of the mechanical strength can be improved. The performance is improved.
【００２１】請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造におい
て、前記第１の金属材料を接点部とする開閉機器の接触
子であることを特徴とする。以上のような請求項１３記
載の発明では、接合部の電気抵抗が小さいために、接合
面積を小さくすることができるので、接触子及び開閉機
器の小形化が容易となる。The invention according to claim 13 is the invention according to claims 1 to 12
The junction structure of dissimilar metal materials according to any one of the above, characterized in that it is a contact of a switchgear having the first metal material as a contact portion. According to the invention of the thirteenth aspect, since the electric resistance of the joint is small, the joint area can be reduced, so that the size of the contact and the switching device can be easily reduced.
【００２２】請求項１４記載の発明は、タングステン若
しくはタングステンを主成分とする合金から成る第１の
金属材料と、鋼若しくは鋼を主成分とする合金から成る
第２の金属材料とを、接合材を介して接合する異種金属
材料の接合方法において、前記接合材として、前記第１
及び第２の金属材料よりも引張り強度の小さい接合材を
使用し、前記接合を、摩擦圧接、熱間圧接、冷間圧接、
拡散接合、爆発圧接、鍛接、超音波接合、抵抗溶接、溶
融金属注入溶湯鍛造及び鋳継ぎの少なくとも１種によっ
て行うことを特徴とする。以上のような請求項１４記載
の発明では、接合部分は、従来のロウ付けによる接合に
比べて耐熱性が高く、第１の金属材料部分は衝撃に強
く、第２の金属材料部分は引張り強度が高いので、信頼
性に優れた製品を製造できる。According to a fourteenth aspect of the present invention, a first metal material made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component and a second metal material made of steel or an alloy containing steel as a main component are bonded together. In the method for joining dissimilar metal materials to be joined via a wire, the first material may be used as the joining material.
And a joining material having a smaller tensile strength than the second metal material, and the joining is performed by friction welding, hot welding, cold welding,
The method is characterized by performing at least one of diffusion bonding, explosive welding, forging, ultrasonic welding, resistance welding, molten metal injection forging and casting. In the invention according to claim 14 described above, the joint portion has higher heat resistance than the conventional joint by brazing, the first metal material portion is resistant to impact, and the second metal material portion is tensile strength. , A product with excellent reliability can be manufactured.
【００２３】請求項１５記載の発明では、請求項１４記
載の異種金属材料の接合方法において、前記接合材とし
て、銅若しくは銅を主成分とする合金を使用し、前記第
１の金属材料及び前記第２の金属材料を接合した後に、
前記接合材に熱処理を施すことを特徴とする。以上のよ
うな請求項１５記載の発明では、接合材に熱処理を施す
ことにより、接合後における接合材の硬さをもとの硬さ
に向上させることができる。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method for bonding dissimilar metal materials according to the fourteenth aspect, copper or an alloy containing copper as a main component is used as the bonding material, and the first metal material and the metal are used. After joining the second metal material,
The heat treatment is performed on the bonding material. In the invention according to the fifteenth aspect, by subjecting the joining material to the heat treatment, the hardness of the joining material after joining can be improved to the original hardness.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】本発明の異種金属材料の接合構造
及び接合方法の実施の形態を、図面を参照して以下に説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the joining structure and joining method for dissimilar metal materials of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２５】（１）第１の実施の形態 請求項１〜９及び１４記載の発明に対応する実施の形態
を、図１〜３を参照して説明する。(1) First Embodiment An embodiment corresponding to the first to ninth and fourteenth aspects will be described with reference to FIGS.
【００２６】（材料の組成）本実施の形態は、図１に示
すように、銅タングステン合金から成る第１の金属材料
１と炭素鋼から成る第２の金属材料３とを、銅から成る
接合材２を用いて、摩擦圧接によって接合したものであ
る。(Material Composition) In this embodiment, as shown in FIG. 1, a first metal material 1 made of a copper-tungsten alloy and a second metal material 3 made of carbon steel are joined to each other. It is a material 2 joined by friction welding.
【００２７】ここで、第１の金属材料１は、タングステ
ン粒子に微量の添加物を加えて成型プレス、仮焼した
後、タングステン粒子間の空隙に銅を溶浸して焼結合金
とする。特に、高電流領域で使用する場合には、タング
ステン粒子が連続的に連結したスケルトン構造の焼結合
金であることが望ましい。また、タングステン粒子径
は、小さ過ぎるとスケルトン構造を形成しにくくく、大
き過ぎると経済性が問題となるため、２μｍ〜１５μｍ
が望ましい。さらに、タングステンの割合が少なくなる
と耐アーク性が著しく低下するため、タングステンの割
合は５５ｗｔ％以上が望ましい。Here, the first metal material 1 is formed into a sintered alloy by adding a trace amount of an additive to tungsten particles, press-molding and calcining, and then infiltrating copper into the voids between the tungsten particles. In particular, when used in a high current region, a sintered alloy having a skeleton structure in which tungsten particles are continuously connected is desirable. On the other hand, if the tungsten particle diameter is too small, it is difficult to form a skeleton structure, and if the tungsten particle diameter is too large, economy becomes a problem.
Is desirable. Further, when the proportion of tungsten is reduced, the arc resistance is remarkably reduced. Therefore, the proportion of tungsten is desirably 55 wt% or more.
【００２８】なお、第１の金属材料１は、銅タングステ
ン合金の代わりに、例えば、タングステン若しくは銀タ
ングステン合金を用いてもよい。第２の金属材料３は、
例えば、鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼若しくは高張力鋼を
用いてもよい。接合材３は、銅を主成分とする合金、例
えば、銅クロム合金、銅ベリリウム合金、銅−アルミナ
分散合金、銅−ジルコニウム合金若しくは銅銀合金を用
いてもよい。As the first metal material 1, for example, a tungsten or silver tungsten alloy may be used instead of the copper tungsten alloy. The second metal material 3 is
For example, steel, stainless steel, heat-resistant steel or high-tensile steel may be used. As the bonding material 3, an alloy containing copper as a main component, for example, a copper chromium alloy, a copper beryllium alloy, a copper-alumina dispersed alloy, a copper-zirconium alloy, or a copper-silver alloy may be used.
【００２９】（接合方法）以上のような接合構造を構成
する接合方法を説明する。すなわち、まず、第１の金属
材料１である銅タングステン合金に対して、摩擦圧接に
よって接合材２である銅を接合する。その後、接合材２
に、第２の金属材料３である炭素鋼を摩擦圧接で接合す
る。これとは逆に、第２の金属材料３である炭素鋼に対
して、接合材２である銅を摩擦圧接によって接合した後
に、接合材２に対して第１の金属材料１である銅タング
ステン合金を摩擦圧接によって接合してもよい。なお、
圧接法は、摩擦圧接の代わりに、例えば、熱間圧接、冷
間圧接、拡散接合、爆発圧接、鍛接、超音波接合、抵抗
溶接、溶融金属注入溶湯鍛造若しくは鋳継ぎであっても
よい。(Joining Method) A joining method for forming the above-described joint structure will be described. That is, first, copper as the bonding material 2 is bonded to the copper-tungsten alloy as the first metal material 1 by friction welding. Then, joining material 2
Then, carbon steel as the second metal material 3 is joined by friction welding. Conversely, after joining copper as the joining material 2 to carbon steel as the second metal material 3 by friction welding, copper tungsten as the first metal material 1 is joined to the joining material 2. The alloy may be joined by friction welding. In addition,
The pressure welding method may be, for example, hot welding, cold welding, diffusion welding, explosive welding, forge welding, ultrasonic welding, resistance welding, molten metal pouring molten metal forging or casting, instead of friction welding.
【００３０】また、第１の金属材料である銅タングステ
ン合金に対して、あらかじめ接合材２である銅を肉盛り
しておいて、その後、第２の金属材料３である炭素鋼と
接合してもよい。その肉盛りの方法としては、例えば、
摩擦圧接、熱間圧接、冷間圧接、拡散接合、爆発圧接、
鍛接、超音波接合、ロウ付け、はんだ付け、抵抗溶接、
溶融金属注入溶湯鍛造、鋳継ぎ、接着剤のいずれの方法
を用いてもよい。Further, copper as a bonding material 2 is previously deposited on a copper-tungsten alloy as a first metal material, and thereafter, is bonded to carbon steel as a second metal material 3. Is also good. As a method of the overlay, for example,
Friction welding, hot welding, cold welding, diffusion welding, explosive welding,
Forging, ultrasonic bonding, brazing, soldering, resistance welding,
Any method of molten metal injection forging, casting, and an adhesive may be used.
【００３１】（作用効果）以上のような本実施の形態の
作用効果は、以下の通りである。まず、上記のように製
造された本実施の形態Ａと、ロウ付けによって製造され
た従来品Ｂとにおいて、温度変化に応じて曲げ強度がど
のように変化するかを測定した実験結果を、図２のグラ
フに示す。この図２から明らかなように、従来品Ｂで
は、５００℃以上において、曲げ強度に低下が見られ
る。一方、本実施の形態Ａでは、９００℃までは曲げ強
度の低下が見られない。(Operation and Effect) The operation and effect of the present embodiment as described above are as follows. First, the experimental results obtained by measuring how the bending strength changes according to the temperature change in the present embodiment A manufactured as described above and the conventional product B manufactured by brazing are shown in FIG. This is shown in the graph of FIG. As is apparent from FIG. 2, in the conventional product B, the bending strength is reduced at 500 ° C. or more. On the other hand, in Embodiment A, no decrease in bending strength is observed up to 900 ° C.
【００３２】また、本実施の形態Ａと従来品Ｂとにおい
て、それぞれの接合界面を挟んだ電気抵抗を測定した実
験結果を、図３に示す。この図３から明らかなように、
従来品Ｂでは、界面付近においても０．２ｍΩの電気抵
抗がみられるが、本実施の形態Ａでは、界面付近での電
気抵抗は０．０１ｍΩ以下と小さく、接合部の電気抵抗
が、母材の電気抵抗と同等である。FIG. 3 shows experimental results obtained by measuring the electric resistance across the bonding interface between the embodiment A and the conventional product B. As is clear from FIG.
In the conventional product B, an electric resistance of 0.2 mΩ is observed near the interface, but in the present embodiment A, the electric resistance in the vicinity of the interface is as small as 0.01 mΩ or less, and the electric resistance of the joint is lower than that of the base material. It is equivalent to the electrical resistance of
【００３３】さらに、第１の金属材料１（銅タングステ
ン合金）−接合材２（銅）−第２の金属材料３（炭素
鋼）の接合体において、台金に相当する炭素鋼の引張り
強度を測定した実験では、９００℃の高温においても低
下は見られなかった。以上のような実験結果から明らか
な通り、本実施の形態は、接合部における電気抵抗が小
さく耐熱性に優れ、機械的強度が高いので、優れた信頼
性が得られる。Further, in the joined body of the first metal material 1 (copper-tungsten alloy) -joining material 2 (copper) -second metal material 3 (carbon steel), the tensile strength of carbon steel corresponding to the base metal is measured. In the measured experiment, no decrease was observed even at a high temperature of 900 ° C. As is clear from the above experimental results, in the present embodiment, the electrical resistance at the joint is small, the heat resistance is excellent, and the mechanical strength is high, so that excellent reliability is obtained.
【００３４】（２）第２の実施の形態 請求項１０記載の発明に対応する実施の形態を、図４及
び図５を参照して説明する。なお、本実施の形態におけ
る材料の組成と接合方法は、上記の第１の実施の形態と
同様である。すなわち、図４に示すように、本実施の形
態は、第１の金属材料１及び第２の金属材料３として中
空形状のものを用い、接合材３としてリング形状のもの
が用いられている。そして、接合材３は、リングの径方
向の幅をＴ、厚さをｔをとすると、（ｔ／Ｔ）＜０．５
の関係が成立するように形成されている。(2) Second Embodiment An embodiment corresponding to the invention described in claim 10 will be described with reference to FIGS. Note that the composition of the material and the joining method in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, a hollow metal is used as the first metal material 1 and the second metal material 3, and a ring material is used as the bonding material 3. Then, assuming that the radial width of the ring is T and the thickness is t, the joining material 3 is (t / T) <0.5.
Are formed so that the following relationship is established.
【００３５】以上のような本実施の形態において、ｔ／
Ｔと引っ張り強度との関係を測定した実験結果を、図５
のグラフに示す。この図５から明らかなように、（ｔ／
Ｔ）＜０．５の範囲においては、引張り強度が高く維持
されるので、機械的な信頼性を、より一層向上させるこ
とができる。In the present embodiment as described above, t /
FIG. 5 shows an experimental result of measuring the relationship between T and tensile strength.
Is shown in the graph. As is apparent from FIG. 5, (t /
In the range of T) <0.5, the tensile strength is kept high, so that the mechanical reliability can be further improved.
【００３６】（３）第３の実施の形態 請求項１１記載の発明に対応する実施の形態を、図６及
び図７を参照して説明する。なお、本実施の形態におけ
る材料の組成と接合方法は、上記の第１の実施の形態と
同様である。すなわち、図６に示すように、本実施の形
態は、第１の金属材料１及び第２の金属材料として丸棒
形状のものが用いられ、接合材３として円板若しくは円
柱形状のものが用いられている。そして、接合材３は、
丸棒の直径をＤ、接合材２の厚さをｔとすると、（ｔ／
Ｄ）＜０．５の関係が成立するように形成されている。(3) Third Embodiment An embodiment corresponding to the invention described in claim 11 will be described with reference to FIGS. Note that the composition of the material and the joining method in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, the first metal material 1 and the second metal material have round bar shapes, and the joining material 3 has a disk or column shape. Have been. And the joining material 3
Assuming that the diameter of the round bar is D and the thickness of the joining material 2 is t, (t /
D) <0.5.
【００３７】以上のような本実施の形態において、ｔ／
Ｄと引っ張り強度との関係を測定した実験結果を、図７
のグラフに示す。この図７から明らかなように、（ｔ／
Ｄ）＜０．５の範囲においては、引張り強度が高く維持
されるので、機械的な信頼性を、より一層向上させるこ
とができる。In the present embodiment as described above, t /
FIG. 7 shows the experimental results of measuring the relationship between D and the tensile strength.
Is shown in the graph. As is clear from FIG. 7, (t /
D) In the range of <0.5, the tensile strength is kept high, so that the mechanical reliability can be further improved.
【００３８】（４）第４の実施の形態 請求項１２記載の発明に対応する実施の形態を、図８及
び図９を参照して説明する。なお、本実施の形態におけ
る材料の組成と接合方法は、上記の第１の実施の形態と
同様である。すなわち、図８に示すように、本実施の形
態は、第１の金属材料１、第２の金属材料及び接合材３
として、板状のものが用いられている。そして、板の短
辺をａ、長辺をｂとし（ａ＜ｂ）、接合材３の厚さをｔ
とすると（ｔ／ａ）＜０．５の関係が成立するように形
成されている。なお、板の短辺がｂ、長辺がａの場合
（ｂ＜ａ）には、（ｔ／ｂ）＜０．５の関係が成立する
ように形成されている。(4) Fourth Embodiment An embodiment corresponding to the invention described in claim 12 will be described with reference to FIGS. Note that the composition of the material and the joining method in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 8, in the present embodiment, the first metal material 1, the second metal material, and the bonding material 3
Are used. The short side of the plate is a and the long side is b (a <b), and the thickness of the joining material 3 is t.
In this case, the relationship (t / a) <0.5 is established. When the short side of the plate is b and the long side is a (b <a), the relationship (t / b) <0.5 is established.
【００３９】以上のような本実施の形態において、ａ＜
ｂの場合のｔ／ａと引っ張り強度との関係を測定した実
験結果を、図９のグラフに示す。この図９から明らかな
ように、（ｔ／ａ）＜０．５の範囲においては、引張り
強度が高く維持されるので、機械的な信頼性を、より一
層向上させることができる。これは、ｂ＜ａの場合のｔ
／ｂと引っ張り強度との関係であっても同様である。In this embodiment as described above, a <
The graph of FIG. 9 shows the experimental results of measuring the relationship between t / a and tensile strength in the case of b. As is apparent from FIG. 9, in the range of (t / a) <0.5, the tensile strength is kept high, so that the mechanical reliability can be further improved. This is because t <b for b <a
The same applies to the relationship between / b and the tensile strength.
【００４０】（５）他の実施の形態 本発明は、上記のような実施の形態に限定されるもので
はない。例えば、請求項１３記載の発明に対応する実施
の形態として、本発明を、電力用の通電部品に適用する
ことも可能である。すなわち、図１０及び図１１に示す
ように、上記の第１の実施の形態と同様の材料と接合方
法によって、電力用開閉器のアーク接触子４を形成した
り、電力用断路器の接触子５を形成することができる。
かかる接合構造のアーク接触子４若しくは接触子５とす
れば、電気抵抗を低下させることができ、信頼性が高ま
るとともに、大きな接合面積が不要となるので、小型化
も可能となる。また、接合材２の耐熱性が高く、接点部
となる第１の金属材料１が衝撃やアークに強く、第２の
金属材料３の引張り強度が高いので、非常に信頼性が高
い。なお、上述のように、本発明の接合構造を、通電部
品として使用する場合には、接合面を接点部から離れて
形成することにより、接点部の影響を受けにくくして、
より信頼性を高めることが望ましい。(5) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiments. For example, as an embodiment corresponding to the thirteenth aspect of the present invention, the present invention can be applied to a power supply component for electric power. That is, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, the arc contact 4 of the power switch or the contact of the power disconnector is formed by the same material and the same bonding method as in the first embodiment. 5 can be formed.
With the arc contact 4 or the contact 5 having such a joint structure, the electric resistance can be reduced, the reliability can be increased, and a large joint area is not required, so that the size can be reduced. Further, the heat resistance of the bonding material 2 is high, the first metal material 1 serving as a contact portion is resistant to impact and arc, and the tensile strength of the second metal material 3 is high, so that the reliability is very high. In addition, as described above, when the joining structure of the present invention is used as a current-carrying part, by forming the joining surface away from the contact portion, it is hardly affected by the contact portion,
It is desirable to increase reliability.
【００４１】また、請求項１５記載の発明に対応する実
施の形態として、上記の実施の形態における接合構造に
おいて、施工後の接合部を熱処理することも可能であ
る。かかる実施の形態によれば、接合材の銅の硬さを、
もとの硬さにまで向上させることがきるので、より信頼
性が向上する。As an embodiment corresponding to the fifteenth aspect of the present invention, it is possible to heat-treat the joint after the application in the joint structure in the above embodiment. According to this embodiment, the hardness of the copper of the joining material is
Since the hardness can be improved to the original hardness, reliability is further improved.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、電気抵抗
が小さく、耐熱性に優れた異種金属材料の接合構造及び
接合方法を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a joining structure and a joining method for dissimilar metal materials having low electric resistance and excellent heat resistance.
【００４３】また、本発明によれば、温度上昇があって
も機械的特性を良好に保つことができる異種金属材料の
接合構造及び接合方法を提供することができる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a joining structure and a joining method for dissimilar metal materials which can maintain good mechanical properties even when the temperature rises.
【００４４】また、本発明によれば、小形化が容易な異
種金属材料の接合構造及び接合方法を提供することがで
きる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a joining structure and a joining method for dissimilar metal materials which can be easily miniaturized.
【図１】本発明の異種金属材料の接合構造の第１の実施
の形態における接合部分を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a joining portion of a joining structure of dissimilar metal materials according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態による異種金属材料
の接合構造と、従来品との強度を比較したグラフであ
る。FIG. 2 is a graph showing a comparison between a joint structure of dissimilar metal materials according to the first embodiment of the present invention and a conventional product.
【図３】本発明の第１の実施の形態による異種金属材料
の接合構造と、従来品との界面の電気抵抗を比較したグ
ラフである。FIG. 3 is a graph comparing the junction structure of a dissimilar metal material according to the first embodiment of the present invention and the electric resistance at the interface with a conventional product.
【図４】本発明の異種金属材料の接合構造の第２の実施
の形態における接合部分を示す縦断面斜視図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional perspective view showing a joining portion of a joining structure of dissimilar metal materials according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の実施の形態による異種金属材料
の接合構造と、従来品との引っ張り強度を比較したグラ
フである。FIG. 5 is a graph comparing the joining structure of dissimilar metal materials according to the second embodiment of the present invention with the tensile strength of a conventional product.
【図６】本発明の異種金属材料の接合構造の第３の実施
の形態における接合部分を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a joining portion in a third embodiment of the joining structure of dissimilar metal materials according to the present invention.
【図７】本発明の第３の実施の形態による異種金属材料
の接合構造と、従来品との引っ張り強度を比較したグラ
フである。FIG. 7 is a graph comparing the joining strength of different metal materials according to the third embodiment of the present invention and the tensile strength of a conventional product.
【図８】本発明の異種金属材料の接合構造の第４の実施
の形態における接合部分を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a joining portion in a fourth embodiment of the joining structure of dissimilar metal materials according to the present invention.
【図９】本発明の第４の実施の形態による異種金属材料
の接合構造と、従来品との引っ張り強度を比較したグラ
フである。FIG. 9 is a graph showing a comparison between the joining structure of dissimilar metal materials according to the fourth embodiment of the present invention and the tensile strength of a conventional product.
【図１０】本発明の異種金属材料の接合構造を、電力用
開閉器のアーク接触子へ適用した実施の形態を示す側面
図である。FIG. 10 is a side view showing an embodiment in which the joining structure of dissimilar metal materials of the present invention is applied to an arc contact of a power switch.
【図１１】本発明の異種金属材料の接合構造を、電力用
断路器の接触子へ適用した実施の形態を示す側面図であ
る。FIG. 11 is a side view showing an embodiment in which the joining structure of dissimilar metal materials of the present invention is applied to a contact of a power disconnector.
１…第１の金属材料 ２…接合材 ３…第２の金属材料 ４…アーク接触子 ５…接触子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st metal material 2 ... Bonding material 3 ... 2nd metal material 4 ... Arc contact 5 ... Contact
Claims (15)
成分とする合金から成る第１の金属材料と、鋼若しくは
鋼を主成分とする合金から成る第２の金属材料とが、接
合材を介して接合された異種金属材料の接合構造におい
て、 前記接合材は、前記第１の金属材料及び前記第２の金属
材料よりも引張り強度の小さい金属であることを特徴と
する異種金属材料の接合構造。1. A first metal material made of tungsten or an alloy mainly containing tungsten and a second metal material made of steel or an alloy mainly containing steel are joined via a joining material. In the joining structure of dissimilar metal materials, the joining material is a metal having a lower tensile strength than the first metal material and the second metal material.
合金若しくは銀タングステン合金であることを特徴とす
る請求項１記載の異種金属材料の接合構造。2. The structure according to claim 1, wherein the first metal material is a copper tungsten alloy or a silver tungsten alloy.
５５ｗｔ％以上含む合金であることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の異種金属材料の接合構造。3. The joining structure for dissimilar metal materials according to claim 1, wherein the first metal material is an alloy containing 55 wt% or more of tungsten.
子が連結したスケルトン構造の焼結合金であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異種金属
材料の接合構造。4. The joining structure for dissimilar metal materials according to claim 1, wherein the first metal material is a sintered alloy having a skeleton structure in which tungsten particles are connected. .
子径が２μｍ〜１５μｍの焼結合金であることを特徴と
する請求項１〜４のいずれか１項に記載の異種金属材料
の接合構造。5. The joining structure for dissimilar metal materials according to claim 1, wherein the first metal material is a sintered alloy having a tungsten particle diameter of 2 μm to 15 μm. .
第２の金属材料と同等であることを特徴とする請求項１
〜５のいずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造。6. The bonding material according to claim 1, wherein the electrical resistance of the bonding material is equal to that of the first and second metal materials.
The joining structure of dissimilar metal materials according to any one of claims 5 to 5.
する合金であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の異種金属材料の接合構造。7. The joining structure for dissimilar metal materials according to claim 1, wherein the joining material is copper or an alloy containing copper as a main component.
ウム合金、銅−アルミナ分散合金、銅−ジルコニウム合
金及び銅銀合金の少なくとも１種であることを特徴とす
る請求項１〜７のいずれか１項に記載の異種金属材料の
接合構造。8. The method according to claim 1, wherein the joining material is at least one of a copper chromium alloy, a copper beryllium alloy, a copper-alumina dispersed alloy, a copper-zirconium alloy, and a copper-silver alloy. 3. The joining structure of dissimilar metal materials according to claim 1.
レス鋼、耐熱鋼及び高張力鋼の少なくとも１種であるこ
とを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の異
種金属材料の接合構造。9. The heterogeneous material according to claim 1, wherein the second metal material is at least one of carbon steel, stainless steel, heat-resistant steel, and high-tensile steel. Joint structure of metal materials.
合材の厚さをｔとし、リングの径方向の幅をＴとする
と、（ｔ／Ｔ）＜０．５であることを特徴とする請求項
１〜９のいずれか１項に記載の異種金属材料の接合構
造。10. The bonding material has a ring shape, and when a thickness of the bonding material is t and a radial width of the ring is T, (t / T) <0.5. The joining structure of dissimilar metal materials according to any one of claims 1 to 9.
材の厚さをｔとし、丸棒の直径をＤとすると、（ｔ／
Ｄ）＜０．５であることを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造。11. The bonding material is in the shape of a round bar, and when the thickness of the bonding material is t and the diameter of the round bar is D, (t /
D) <0.5, The joining structure of dissimilar metal materials according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
の厚さをｔとし、板の短辺の長さをａとすると、（ｔ／
ａ）＜０．５であることを特徴とする請求項１〜９のい
ずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造。12. The bonding material has a plate shape, and when the thickness of the bonding material is t and the length of a short side of the plate is a, (t /
10. The joining structure of dissimilar metal materials according to claim 1, wherein a) <0.5.
閉機器の接触子であることを特徴とする請求項１〜１２
のいずれか１項に記載の異種金属材料の接合構造。13. A contact of a switchgear having the first metal material as a contact portion.
The joining structure of dissimilar metal materials according to any one of the above.
主成分とする合金から成る第１の金属材料と、鋼若しく
は鋼を主成分とする合金から成る第２の金属材料とを、
接合材を介して接合する異種金属材料の接合方法におい
て、 前記接合材として、前記第１及び第２の金属材料よりも
引張り強度の小さい接合材を使用し、 前記接合を、摩擦圧接、熱間圧接、冷間圧接、拡散接
合、爆発圧接、鍛接、超音波接合、抵抗溶接、溶融金属
注入溶湯鍛造及び鋳継ぎの少なくとも１種によって行う
ことを特徴とする異種金属材料の接合方法。14. A first metal material made of tungsten or an alloy containing tungsten as a main component, and a second metal material made of steel or an alloy containing steel as a main component,
In a method for joining dissimilar metal materials to be joined via a joining material, a joining material having a lower tensile strength than the first and second metal materials is used as the joining material, and the joining is performed by friction welding, hot welding, or the like. A method for joining dissimilar metal materials, which is performed by at least one of pressure welding, cold welding, diffusion welding, explosive welding, forging, ultrasonic welding, resistance welding, molten metal ingot squeeze casting, and casting.
成分とする合金を使用し、 前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料を接合した
後に、前記接合材に熱処理を施すことを特徴とする請求
項１４記載の異種金属材料の接合方法。15. The method according to claim 15, wherein copper or an alloy containing copper as a main component is used as the bonding material, and the bonding material is subjected to a heat treatment after bonding the first metal material and the second metal material. The method for joining dissimilar metal materials according to claim 14, characterized in that:
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|---|---|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-02-25 JP JP4796799A patent/JP2000246549A/en active Pending
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