JP2023127033A - 抵抗素子の製造方法およびそれによって得られた抵抗素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗体と端子を良好な状態で接合できる抵抗素子の製造方法を提供する。【解決手段】一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材１０と、アルミニウムからなる第２金属部材２０とを準備し、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を隙間ができないように隣接して配置し、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の境界３に対して回転工具３０の外周縁が略一致するよう、上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入した状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させることにより、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を摩擦攪拌接合により接合し、上記第１金属部材１０を抵抗素子本体１１とし、上記第２金属部材２０を電極部２１とし、上記抵抗素子本体１１と上記電極部２１が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合された抵抗素子１を得る。【選択図】図１
Description
本発明は、たとえばシャント抵抗器等に利用可能な抵抗素子の製造方法およびそれによって得られた抵抗素子に関するものである。
近年、普及し始めている電気自動車やスマートメーターでは、数十Ａ～数百Ａという大電流が流れることがある。このような大電流は、電流を電圧に変換して測定するシャント抵抗によって高速で精度よくしかも安価に測定できる。したがって、電気自動車やスマートメーターなどの普及にともない、シャント抵抗器の需要が増えている。
このようなシャント抵抗器には、抵抗値の温度依存性が低いマンガニン（登録商標）が抵抗素子として用いられる。上記抵抗素子に銅等の金属からなる端子が溶接されて抵抗器が構成される。
このような抵抗素子およびその製造方法に関する先行技術文献として、出願人は下記の特許文献１および２を把握している。
上記特許文献１は、抵抗器に関する技術を開示するものであり、以下の記載がある。
〔００１７〕
上記構成において、前記抵抗体１１は銅ニッケル、ニクロム、マンガニン等の金属板により構成されている。また前記金属端子１２は、前記抵抗体１１より電気伝導度が大きな金属、例えば金、銀、銅、アルミニウム等の金属により板状に構成され、そしてこの板状の金属端子１２は抵抗体１１の両端部を挟みこむようにＵ字状に折り曲げられて形成されている。そしてまた、この金属端子１２は前記抵抗体１１の少なくとも上面および下面に電気的に接続されるように構成している。
〔００１７〕
上記構成において、前記抵抗体１１は銅ニッケル、ニクロム、マンガニン等の金属板により構成されている。また前記金属端子１２は、前記抵抗体１１より電気伝導度が大きな金属、例えば金、銀、銅、アルミニウム等の金属により板状に構成され、そしてこの板状の金属端子１２は抵抗体１１の両端部を挟みこむようにＵ字状に折り曲げられて形成されている。そしてまた、この金属端子１２は前記抵抗体１１の少なくとも上面および下面に電気的に接続されるように構成している。
上記特許文献２は、シャント抵抗器の製造方法に関する技術を開示するものであり、以下の記載がある。
〔０００２〕
長板状の抵抗体に電極となる長板状金属板を接合し、この接合した板材（溶接済み板材）から所定形状に切り抜いて抵抗器とするものが公知である。この場合に抵抗体は通常、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）等のマンガニン金属合金であり、端子板は通常銅板である。このような異種金属を溶接する手段として、電子ビームを用いる方法が公知である。この電子ビームを用いる方法は、真空中で電子ビームを接合部（抵抗体と端子板との突き合わせ部）に照射する必要があるため真空チャンバや真空装置が必要になり、溶接装置が大型化し高価になり、また溶接処理能率が悪いという問題が有った。
〔０００３〕
そこで電子ビームに代えてレーザービームを用いて溶接することが提案されている。特許文献１には、長板状の抵抗体と端子板との突き合わせ端面に外側からレーザビームを照射して、抵抗体と端子板の接触部を溶融接合する方法が開示されている。この種の抵抗器において、いわゆるシャント抵抗器が近年広く使用されている。このシャント抵抗器は自動車などの電子機器などにおいて、電流を検出するために広く用いられるものであるが、この場合は抵抗値が小さく大電流に耐えられる（大定格電力）ものであることが望まれている。
〔０００２〕
長板状の抵抗体に電極となる長板状金属板を接合し、この接合した板材（溶接済み板材）から所定形状に切り抜いて抵抗器とするものが公知である。この場合に抵抗体は通常、Ｃｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）等のマンガニン金属合金であり、端子板は通常銅板である。このような異種金属を溶接する手段として、電子ビームを用いる方法が公知である。この電子ビームを用いる方法は、真空中で電子ビームを接合部（抵抗体と端子板との突き合わせ部）に照射する必要があるため真空チャンバや真空装置が必要になり、溶接装置が大型化し高価になり、また溶接処理能率が悪いという問題が有った。
〔０００３〕
そこで電子ビームに代えてレーザービームを用いて溶接することが提案されている。特許文献１には、長板状の抵抗体と端子板との突き合わせ端面に外側からレーザビームを照射して、抵抗体と端子板の接触部を溶融接合する方法が開示されている。この種の抵抗器において、いわゆるシャント抵抗器が近年広く使用されている。このシャント抵抗器は自動車などの電子機器などにおいて、電流を検出するために広く用いられるものであるが、この場合は抵抗値が小さく大電流に耐えられる（大定格電力）ものであることが望まれている。
上記特許文献１は、抵抗体１１の両端部に金属端子１２を挟みこむようにＵ字状に折り曲げられて形成した抵抗器が開示されている。上記抵抗体１１としてマンガニン（登録商標）を用いることが記載され、上記金属端子１２を構成する金属として銅やアルミニウムを用いることが記載されている。
上記特許文献２は、マンガニン金属合金からなる抵抗体に銅板を溶接してシャント抵抗器を製造する方法が開示されている。上記の溶接を行う手段として、電子ビームを用いる方法やレーザービームを用いる方法について記載されている。
抵抗器の構成としては、マンガニン（登録商標）の抵抗体に銅の金属端子を組み合わせるのが一般的である。マンガニン（登録商標）と銅を組み合わせた抵抗体には、常温で抵抗の温度計数が非常に小さい、抵抗値や抵抗温度計数の経年変化が少ない、対銅熱電力が小さい、圧延加工や細線加工が容易である、ろう付けやはんだ付けも容易である等のメリットがあるからである。一方、耐蝕性が悪い、僅かの加工が特性に影響する、常温付近の抵抗温度係数がリニアでない、加熱により表面に劣化層を生じやすい、等のデメリットが知られている。
また、上記のような抵抗器において、マンガニン（登録商標）と銅の接合は電子ビーム溶接が主であったが、電子ビーム溶接は真空環境が必須となり、レーザービーム溶接も実用化しているが、依然として設備が大型で高くなるという問題がある。
上記特許文献１には、上記金属端子１２としてアルミニウムを用いることが記載されているが、Ｕ字状に折り曲げた金属端子１２で抵抗体１１を挟みこんで機械的に接続するものである。このため金属端子１２と抵抗体１１の接合界面には、構造的な欠陥が避けられず、上述したような各種の抵抗体の特性が得られないおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するため、つぎの目的をもってなされたものである。
抵抗体と金属端子が欠陥の少ない極めて良好な状態で接合できる抵抗素子の製造方法およびそれによって得られた抵抗素子を提供するものである。
抵抗体と金属端子が欠陥の少ない極めて良好な状態で接合できる抵抗素子の製造方法およびそれによって得られた抵抗素子を提供するものである。
請求項１記載の抵抗素子の製造方法は、上記目的を達成するため、下記の構成を採用した。
一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材と、アルミニウムからなる第２金属部材とを準備し、
上記第１金属部材と上記第２金属部材を実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に対して回転工具の外周縁が略一致するよう、上記回転工具を上記第２金属部材に挿入した状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第１金属部材と上記第２金属部材を摩擦攪拌接合により接合し、
上記第１金属部材を抵抗素子本体とし、上記第２金属部材を電極部とし、上記抵抗素子本体と上記電極部が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合された抵抗素子を得る。
一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材と、アルミニウムからなる第２金属部材とを準備し、
上記第１金属部材と上記第２金属部材を実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に対して回転工具の外周縁が略一致するよう、上記回転工具を上記第２金属部材に挿入した状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第１金属部材と上記第２金属部材を摩擦攪拌接合により接合し、
上記第１金属部材を抵抗素子本体とし、上記第２金属部材を電極部とし、上記抵抗素子本体と上記電極部が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合された抵抗素子を得る。
請求項２記載の抵抗素子の製造方法は、請求項１記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材を配置し、
上記補助金属材の存在する領域で上記回転工具を上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材を配置し、
上記補助金属材の存在する領域で上記回転工具を上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
請求項３記載の抵抗素子の製造方法は、請求項２記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の上側に上記補助金属材を配置し、
上記回転工具を上記補助金属材の上側から上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の上側に上記補助金属材を配置し、
上記回転工具を上記補助金属材の上側から上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
請求項４記載の抵抗素子の製造方法は、請求項２または３記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の下側に上記補助金属材を配置し、
上記回転工具を上記第２金属部材の上側から上記補助金属材に至るまで上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の下側に上記補助金属材を配置し、
上記回転工具を上記第２金属部材の上側から上記補助金属材に至るまで上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
請求項５記載の抵抗素子の製造方法は、請求項２～４のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記補助金属材を、第２金属部材と実質的に同じアルミニウムとする。
上記補助金属材を、第２金属部材と実質的に同じアルミニウムとする。
請求項６記載の抵抗素子の製造方法は、請求項１～５のいずれか一項に記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である。
上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である。
請求項７記載の抵抗素子は、上記目的を達成するため、下記の構成を採用した。
一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる抵抗素子本体と、
上記抵抗素子本体に対して接合されたアルミニウムからなる電極部とを備え、
上記抵抗素子本体と上記電極部は、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されている。
一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる抵抗素子本体と、
上記抵抗素子本体に対して接合されたアルミニウムからなる電極部とを備え、
上記抵抗素子本体と上記電極部は、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されている。
請求項８記載の抵抗素子は、請求項８記載の構成に加え、下記の構成を採用した。
上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である。
上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である。
請求項１記載の抵抗素子の製造方法は、まず、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材と、アルミニウムからなる第２金属部材とを準備する。ついで、上記第１金属部材と上記第２金属部材を実質的に隙間ができないように隣接して配置する。つぎに、上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に対して回転工具の外周縁が略一致するよう、上記回転工具を上記第２金属部材に挿入した状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第１金属部材と上記第２金属部材を摩擦攪拌接合により接合する。これにより、上記第１金属部材を抵抗素子本体とし、上記第２金属部材を電極部とする抵抗素子を得る。
上記摩擦攪拌接合により、上記第２金属部材に塑性流動が生じて第１金属部材との上記境界に密着し、上記第１金属部材と第２金属部材が接合される。このとき、上記第２金属部材だけに塑性流動が生じ、第１金属部材では塑性流動がほとんど起こらない。また、上記抵抗素子本体と上記電極部が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されるため、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。つまり、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が生成することで、アルミニウムと銅は金属的に結合がなされる。しかも、２種類の金属が混合することなく、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が接合界面にフィルム状に形成され、接合部の電気抵抗値が安定する。さらに、ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚さを１ミクロン程度と薄いものにすれば、接合部が脆性的に破壊し難くなる。
上記摩擦攪拌接合により、上記第２金属部材に塑性流動が生じて第１金属部材との上記境界に密着し、上記第１金属部材と第２金属部材が接合される。このとき、上記第２金属部材だけに塑性流動が生じ、第１金属部材では塑性流動がほとんど起こらない。また、上記抵抗素子本体と上記電極部が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されるため、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。つまり、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が生成することで、アルミニウムと銅は金属的に結合がなされる。しかも、２種類の金属が混合することなく、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が接合界面にフィルム状に形成され、接合部の電気抵抗値が安定する。さらに、ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚さを１ミクロン程度と薄いものにすれば、接合部が脆性的に破壊し難くなる。
請求項２記載の抵抗素子の製造方法は、上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材を配置する。そして、上記補助金属材の存在する領域で上記回転工具を上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材と上記第２金属部材が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材と上記第２金属部材を上記補助金属材が保持することにより、良好な接合状態が得られる。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材と上記第２金属部材が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材と上記第２金属部材を上記補助金属材が保持することにより、良好な接合状態が得られる。
請求項３記載の抵抗素子の製造方法は、隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の上側に上記補助金属材を配置する。そして、上記回転工具を上記補助金属材の上側から上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材と上記第２金属部材が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材と上記第２金属部材を上記補助金属材が保持することにより、良好な接合状態が得られる。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材と上記第２金属部材が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材と上記第２金属部材を上記補助金属材が保持することにより、良好な接合状態が得られる。
請求項４記載の抵抗素子の製造方法は、隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の下側に上記補助金属材を配置する。そして、上記回転工具を上記第２金属部材の上側から上記補助金属材に至るまで上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材と上記第２金属部材が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材と上記第２金属部材を上記補助金属材が保持することにより、良好な接合状態が得られる。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材と上記第２金属部材が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材と上記第２金属部材を上記補助金属材が保持することにより、良好な接合状態が得られる。
請求項５記載の抵抗素子の製造方法は、上記補助金属材を、第２金属部材と実質的に同じアルミニウムとする。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
請求項６記載の抵抗素子の製造方法は、上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
請求項７記載の抵抗素子は、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる抵抗素子本体と、上記抵抗素子本体に対して接合されたアルミニウムからなる電極部とを備えている。そして、上記抵抗素子本体と上記電極部は、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されている。このため、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。つまり、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が生成することで、アルミニウムと銅は金属的に結合がなされる。しかも、２種類の金属が混合することなく、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が接合界面にフィルム状に形成され、接合部の電気抵抗値が安定する。さらに、ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚さを１ミクロン程度と薄いものにすれば、接合部が脆性的に破壊し難くなる。
請求項８記載の抵抗素子は、上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である。
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。
〔工程〕
図１は、本発明の抵抗素子の製造方法の第１実施形態を説明する図である。（Ａ）は正面から見た状態、（Ｂ）は上から見た状態である。
図１は、本発明の抵抗素子の製造方法の第１実施形態を説明する図である。（Ａ）は正面から見た状態、（Ｂ）は上から見た状態である。
この製造方法は、まず、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材１０と、アルミニウムからなる第２金属部材２０とを準備する。
上記第１金属部材１０を構成する上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上のものを好ましく用いることができる。たとえば、ＪＩＳ Ｃ ２５３２において一般電気抵抗用の銅マンガンＧＣＭ４４として規定されるものや、マンガニン（登録商標）として流通するものを用いることができる。
上記第１金属部材１０を構成する上記アルミニウムとしては、電気接続用の端子材料として用いられる各種のアルミニウム系の材料（合金を含む）を用いることができる。
図示した例では、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０は、ともに四角形（正方形または長方形）を呈している。
ついで、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を実質的に隙間ができないように隣接して配置する。図示した例では、それぞれ四角形の板材である第１金属部材１０と第２金属部材２０を、金床４０上に載せ、互いの辺を突き合せて配置する。上記第１金属部材１０と第２金属部材２０と突き合せたところに境界３が形成される。
上記金床４０は、第１金属部材１０と第２金属部材２０を突き合せた状態より、すこし大きな四角形である。この例では、上記金床４０には、突き合せた第１金属部材１０と第２金属部材２０の境界３に沿うように隙間４１が形成されている。
つぎに、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の上記境界３に対して回転工具３０の外周縁が略一致するよう、上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入した状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させることにより、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を摩擦攪拌接合により接合する。
図２は、上記第１金属部材１０の両側に、一対の上記第２金属部材２０を上述した摩擦攪拌接合により接合した状態である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面から見た状態である。
このようにして、上記第１金属部材１０を抵抗素子本体１１とし、上記第２金属部材２０を電極部２１とした抵抗素子１を得ることができる。
上述したように、上記抵抗素子本体１１を構成する上記第１金属部材１０は、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなるものである。好ましくは、上記銅－マンガン－ニッケル合金として、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上であるものを用いることができる。上記電極部２１を構成する第２金属部材２０はアルミニウムである。そして、摩擦攪拌の作用により、上記第１金属部材１０（銅－マンガン－ニッケル合金）中の銅と、上記第２金属部材２０（アルミニウム）が反応して両者の界面に化合物層が形成される。これにより、上記抵抗素子本体１１と上記電極部２１は、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合される。
〔第１実施形態の効果〕
上記第１実施形態の抵抗素子の製造方法は、まず、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材１０と、アルミニウムからなる第２金属部材２０とを準備する。ついで、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を実質的に隙間ができないように隣接して配置する。つぎに、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の境界３に対して回転工具３０の外周縁が略一致するよう、上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入した状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させることにより、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を摩擦攪拌接合により接合する。これにより、上記第１金属部材１０を抵抗素子本体１１とし、上記第２金属部材２０を電極部２１とする抵抗素子を得る。
上記摩擦攪拌接合により、上記第２金属部材２０に塑性流動が生じて第１金属部材１０との上記境界３に密着し、上記第１金属部材１０と第２金属部材２０が接合される。このとき、上記第２金属部材２０だけに塑性流動が生じ、第１金属部材１０では塑性流動がほとんど起こらない。また、上記抵抗素子本体１１と上記電極部２１が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されるため、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。つまり、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が生成することで、アルミニウムと銅は金属的に結合がなされる。しかも、２種類の金属が混合することなく、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が接合界面にフィルム状に形成され、接合部の電気抵抗値が安定する。さらに、ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚さを１ミクロン程度と薄いものにすれば、接合部が脆性的に破壊し難くなる。
上記第１実施形態の抵抗素子の製造方法は、まず、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材１０と、アルミニウムからなる第２金属部材２０とを準備する。ついで、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を実質的に隙間ができないように隣接して配置する。つぎに、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の境界３に対して回転工具３０の外周縁が略一致するよう、上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入した状態で、上記回転工具３０を上記境界３に沿って移動させることにより、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を摩擦攪拌接合により接合する。これにより、上記第１金属部材１０を抵抗素子本体１１とし、上記第２金属部材２０を電極部２１とする抵抗素子を得る。
上記摩擦攪拌接合により、上記第２金属部材２０に塑性流動が生じて第１金属部材１０との上記境界３に密着し、上記第１金属部材１０と第２金属部材２０が接合される。このとき、上記第２金属部材２０だけに塑性流動が生じ、第１金属部材１０では塑性流動がほとんど起こらない。また、上記抵抗素子本体１１と上記電極部２１が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されるため、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。つまり、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が生成することで、アルミニウムと銅は金属的に結合がなされる。しかも、２種類の金属が混合することなく、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が接合界面にフィルム状に形成され、接合部の電気抵抗値が安定する。さらに、ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚さを１ミクロン程度と薄いものにすれば、接合部が脆性的に破壊し難くなる。
上記第１実施形態の抵抗素子の製造方法は、上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
上記第１実施形態の抵抗素子は、一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる抵抗素子本体１１と、上記抵抗素子本体１１に対して接合されたアルミニウムからなる電極部２１とを備えている。そして、上記抵抗素子本体１１と上記電極部２１は、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されている。このため、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。つまり、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が生成することで、アルミニウムと銅は金属的に結合がなされる。しかも、２種類の金属が混合することなく、ＡＬ２Ｃｕ化合物層が接合界面にフィルム状に形成され、接合部の電気抵抗値が安定する。さらに、ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚さを１ミクロン程度と薄いものにすれば、接合部が脆性的に破壊し難くなる。
上記第１実施形態の抵抗素子は、上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である。
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
このため、市場に流通する銅－マンガン－ニッケル合金で上記抵抗素子を構成することができ、一定品質のものを安価に得ることができる。
図３は、本発明の抵抗素子の製造方法の第２実施形態を説明する図である。（Ａ）は第１例、（Ｂ）は第２例、（Ｃ）は第３例である。
第２実施形態では、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の境界３に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材５０Ａ／５０Ｂを配置する。そして、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂの存在する領域で上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
第２実施形態では、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂを、第２金属部材２０と実質的に同じアルミニウムとすることができる。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材が上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
図３（Ａ）は第２実施形態の第１例である。
この例では、隣接して配置された上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の上側に補助金属材５０Ａを配置する。また、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の下側にも補助金属材５０Ｂを配置する。上記下側の補助金属材５０Ｂは、金床４０Ａに形成された溝４２にはめ込まれている。そして、上記回転工具３０を上記補助金属材５０Ａの上側から上記補助金属材５０Ｂに至るまで上記第２金属部材２０に挿入し、上記摩擦攪拌接合を行う。
図３（Ｂ）は第２実施形態の第２例である。
この例では、隣接して配置された上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の上側に上記補助金属材５０Ａを配置し、上記回転工具３０を上記補助金属材５０Ａの上側から上記第２金属部材２０に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
図３（Ｃ）は第２実施形態の第３例である。
この例では、隣接して配置された上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の下側に上記補助金属材５０Ｂを配置し、上記回転工具３０を上記第２金属部材２０の上側から上記補助金属材５０Ｂに至るまで上記第２金属部材２０に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
〔第２実施形態の効果〕
第２実施形態の抵抗素子の製造方法は、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の境界３に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材５０Ａ／５０Ｂを配置する。そして、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂの存在する領域で上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂが上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂが保持することにより、良好な接合状態が得られる。
第２実施形態の抵抗素子の製造方法は、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０の境界３に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材５０Ａ／５０Ｂを配置する。そして、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂの存在する領域で上記回転工具３０を上記第２金属部材２０に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂが上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。また、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０が薄板（たとえば２ｍｍ以下程度）であっても、上記第１金属部材１０と上記第２金属部材２０を上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂが保持することにより、良好な接合状態が得られる。
第２実施形態の抵抗素子の製造方法は、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂを、第２金属部材２０と実質的に同じアルミニウムとする。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂが上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
このようにすることにより、激しい塑性流動で材料が飛散等したとしても、上記補助金属材５０Ａ／５０Ｂが上記塑性流動に加わることにより材料が補われ、結果的にボイドの発生を大幅に減少させることができる。したがって、２種類の金属の混在やボイド等の欠陥が少ない極めて良好な接合状態を得ることができる。
図４は、実施例の抵抗素子１の断面顕微鏡写真を示す。
上記実施例の抵抗素子１は、以下の条件により得た。
▽第１金属部材１０：
一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金（Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上）（板厚３ｍｍ）
▽第２金属部材２０：
アルミニウム（板厚３ｍｍ）
▽摩擦攪拌接合：
回転工具直径：６ｍｍ
回転数：２０００ｒｐｍ
移動速度：２００ｍｍ／ｍｉｎ
補助金属材：アルミニウム
▽第１金属部材１０：
一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金（Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上）（板厚３ｍｍ）
▽第２金属部材２０：
アルミニウム（板厚３ｍｍ）
▽摩擦攪拌接合：
回転工具直径：６ｍｍ
回転数：２０００ｒｐｍ
移動速度：２００ｍｍ／ｍｉｎ
補助金属材：アルミニウム
２枚の写真は、拡大倍率が異なるものである。いずれの写真においても、画面の左側に見える相が銅－マンガン－ニッケル合金であり、画面の右側に見える相がアルミニウムである。
図からわかるように、上述した摩擦攪拌接合により上記第１金属部材１０（抵抗素子本体１１）と上記第２金属部材２０（電極部２１）を接合することで、上記抵抗素子１は、上記抵抗素子本体１１と上記電極部２１が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されている。上記ＡＬ２Ｃｕ化合物層の厚みは１ミクロン程度の薄いものであった。
〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
１：抵抗素子
３：境界
１０：第１金属部材
１１：抵抗素子本体
２０：第２金属部材
２１：電極部
３０：回転工具
４０：金床
４１：隙間
４２：溝
５０Ａ：補助金属材
５０Ｂ：補助金属材
３：境界
１０：第１金属部材
１１：抵抗素子本体
２０：第２金属部材
２１：電極部
３０：回転工具
４０：金床
４１：隙間
４２：溝
５０Ａ：補助金属材
５０Ｂ：補助金属材
Claims (8)
- 一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる第１金属部材と、アルミニウムからなる第２金属部材とを準備し、
上記第１金属部材と上記第２金属部材を実質的に隙間ができないように隣接して配置し、
上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に対して回転工具の外周縁が略一致するよう、上記回転工具を上記第２金属部材に挿入した状態で、上記回転工具を上記境界に沿って移動させることにより、上記第１金属部材と上記第２金属部材を摩擦攪拌接合により接合し、
上記第１金属部材を抵抗素子本体とし、上記第２金属部材を電極部とし、上記抵抗素子本体と上記電極部が、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合された抵抗素子を得る
ことを特徴とする抵抗素子の製造方法。 - 上記第１金属部材と上記第２金属部材の境界に沿う領域を少なくとも覆う補助金属材を配置し、
上記補助金属材の存在する領域で上記回転工具を上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う
請求項１記載の抵抗素子の製造方法。 - 隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の上側に上記補助金属材を配置し、
上記回転工具を上記補助金属材の上側から上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う
請求項２記載の抵抗素子の製造方法。 - 隣接して配置された上記第１金属部材と上記第２金属部材の下側に上記補助金属材を配置し、
上記回転工具を上記第２金属部材の上側から上記補助金属材に至るまで上記第２金属部材に挿入することにより上記摩擦攪拌接合を行う
請求項２または３記載の抵抗素子の製造方法。 - 上記補助金属材を、第２金属部材と実質的に同じアルミニウムとする
請求項２～４のいずれか一項に記載の抵抗素子の製造方法。 - 上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である
請求項１～５のいずれか一項に記載の抵抗素子の製造方法。
- 一般電気抵抗用の銅－マンガン－ニッケル合金からなる抵抗素子本体と、
上記抵抗素子本体に対して接合されたアルミニウムからなる電極部とを備え、
上記抵抗素子本体と上記電極部は、ＡＬ２Ｃｕ化合物層を介して接合されている
ことを特徴とする抵抗素子。 - 上記銅－マンガン－ニッケル合金は、Ｍｎ：１０～１３重量％、Ｎｉ：１～４重量％、残部：Ｃｕであり、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｍｎが９８重量％以上である
請求項７記載の抵抗素子。
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|---|---|---|---|
| JP2022030564A JP2023127033A (ja) | 2022-03-01 | 2022-03-01 | 抵抗素子の製造方法およびそれによって得られた抵抗素子 |
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|---|---|
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