JPS6122428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的接続面の改良特にその形成方
法に関する。

静止状態あるいは摺動状態に接触する電気的接
続面の例としては、銅、銅合金、アルミニウム、
アルミニウム合金製の平バー、チヤンネルブスバ
ー、バスタクト導体の接続部、各種導体端子、断
路器の接続、バスダクトのプラグイン部、断路器
の開閉部等が挙げられる。

このような電気的接続面は、接触抵抗ができる
だけ小さくすることが望ましい。

従来このような点に対しては、銅やアルミニウ
ムの通電用母材の表面を清浄にした後、表面に亜
鉛層、銀メツキ層、錫メツキ層を設けたりするこ
とが一般的である。例えばアルミニウム母材の表
面は緻密な酸化皮膜によつて覆われているため、
そのままの状態で電気的接続面とすると、接触抵
抗が大きくなり、発熱時の問題が生じるので、ア
ルミ表面の酸化皮膜をワイヤブラツシング等によ
り除去した後、導電性コンパウンドを塗布する方
法、あるいは銀メツキ、錫メツキを施すことによ
り、接触抵抗の増加を防止する方法等が採用され
ている。

コンパウンドを塗布する方法は最も簡単で経済
的であるが、長年月にわたり使用するとコンパウ
ンドの特性変化が生じて問題があり、また取付
け、取外しを頻繁に行う電気的接続面には不適当
である。また銀や錫メツキの場合、銀や錫自体の
耐食性が良好なこと、銀の酸化物が導電性である
ため、接触抵抗が低いことなど多くの長所を有す
るが、製造設備が大規模で工数を多く要し著しく
高価となる欠点がある。これは第１図に例示する
ようにアルミニウム母材１の表面部１ａを脱脂、
〓〓〓〓〓
水洗、酸洗、更に水洗を行つて清浄にした後、亜
鉛置換層２、鋼ストライク、銅メツキ層３を形成
し、しかる後に銀または錫メツキ４を施すという
順序を踏むことに起因する。

ましてやバスダクト導体のように重量のある導
体の電気的接続面を部分的にメツキする場合には
銀や錫のメツキ材料費以上に運搬取扱いや、非メ
ツキ部分のマスキング等に多大な時間を要する。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解
消し、製造が容易でしかも電気的接続面を安価に
形成できる方法を提供せんとすることにある。

さらにまた母材に対する耐剥離性にすぐれる接
着層を供与できる電気的接続面を形成することに
ある。

すなわち本発明の要旨とするところは、銅また
は銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金
などの導電性の良好なプレート状の導電基材の両
面に接触抵抗が小さくて耐食性に富む銀または銀
合金の表面導電層を形成して接触用部材となし、
一方当該接触用部材の接着面を有する銅または銅
合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金のよ
うな通電用母材の該接着面に、銅系またはアルミ
ニウム系金属と半田付け可能でかつ銀元素と合金
化した際強固な接合性を示す組成の半田を加熱溶
融塗着させて半田層を形成し、この後接触用部材
の一方の表面導電層を溶融状態にある半田層へ加
圧接着することにより、表面導電層の銀元素を半
田内に拡散一体化させて合金層を形成して接合さ
せ、他方の表面導電層をもつて電接面を形成する
ことを特徴とする電気的接続面の形成方法にあ
る。

前記において、導電基材の両面の表面導電層に
おいてその片面が実質的な電気接続面すなわち電
接面となるものであり、その反対側の表面導電層
は当該導電基材と通電用母材を接合する溶融状態
の半田に銀元素を提供し、強力な接合性を有する
銀と半田の合金層を形成するためのものである。

前者に要求される層厚は使用場所や使用環境に
応じて異るが概して２〜30μの範囲である。

また後者に要求される層厚は１〜15μの範囲で
十分である。なぜならば半田に拡散する銀元素は
比較的少なくても十分な効果が得られるためであ
る。中間体をなす導電基材はプレート状として薄
板体とされ、その厚みは銅系の場合100〜300μ程
度、アルミニウム系の場合150〜800μ程度で充分
機能を発揮するものである。

このような接触用部材はその製造に際してはメ
ツキ法が好適である。すなわち導電基材の両面に
銀または銀合金のメツキを施すことにより得られ
るもので経済的な方法である。

この場合基材にアルミニウム又はアルミニウム
合金を使用した場合のメツキ工程は、まず表面清
浄、亜鉛置換、銅ストライク、銅メツキを施し、
しかるのちに前記厚みの銀メツキを施すことが必
要である。

この他にクラツド法も適用可能である。すなわ
ち、電接面となる表面導電層と、導電基材層と母
材接合用表面導電層とを順次重ね合わせてクラツ
ドしてなるもので本部材を得るものである。

母材側の半田は該母材の材質つまり銅系あるい
はアルミニウム系の金属に半田付け可能でかつ銀
元素と合金化した際より強固な接合性を発揮する
組成のものとする必要がある。

このような条件に適合する半田組成としては10
％Zn−残Sn、50％Pb−残Sn、８％Zn−５％Al−
残Sn等の各合金があげられる。半田層の厚さも
特に制限はないが20〜100μ程度あれば十分であ
る。

通電用母材は、銅、アルミニウム、亜鉛等の単
独あるいはそれぞれの元素を主体とする合金等の
導電材から成るのが一般的であり、その厚みや幅
は使用条件と通電する電流の大小により適宜選択
される。

以下この発明の実施例を図面により説明する。

第２図及び第３図はこの発明の電気的接続面の
形成に用いる接触用部材の斜視図及び縦断面図で
あり、厚さ250μの銅製の導電基材１０の両面に
10μ厚の銀メツキにより表面導電層２０，２０を
施してなる接触用部材３０が示されている。第４
図はアルミニウム製通電母材４０に10％Zn−90
％Snの組成の合金半田５０を用いて接触用部材
３０を接合し、電接面６０を構成した例を示す。

かかる接合方法について具体的に説明すると、
通電用アルミニウム母材４０の接続用表面の酸化
皮膜をブラツシング等により除去し、しかる後に
半田５０を溶融塗着しながら加熱して溶融半田層
を形成し、この溶融半田層へ接触用部材３０を片
側の表面導電層２０をもつて密着させ、その後加
〓〓〓〓〓
圧冷却して接合する。半田層５０にはかかる銀メ
ツキ面２０からの銀元素が拡散し、接合性に富ん
だ銀と半田の合金層７０が形成されている。

冷却は、溶融半田層の一様の厚みをすみやかに
かつ経済的に得る為のものである。

次に接合工程の作業条件について記す。

10％Zn−90％Sn組成の半田の固相線、液相線
温度範囲は199〜211℃、溶解点226℃、であり、
通電用アルミニウム母材及び半田の加熱温度は
250〜300℃程度が適当であり、この温度で接続面
部材の銀メツキの表面導電層２０から銀元素の拡
散作用も必要に行われる。

尚、溶融状態の半田層５０の上に接触用部材を
密着させる際、銀元素の拡散を助長させる意味
と、密着性を高める意味で２〜３回溶融状態のは
んだ５０上で接触用部材をすり合わせると効果的
である。

加圧圧力については５〜30Kg/cm²の範囲なら母
材４０と接触用部材３０の接着は十分に確保され
る。

第５図はこの発明により形成される電気的接続
面同志をボルトナツト８０によつて圧接接続した
例示である。通電用母材４０，４０″に接触用部
材が強力な接合力を有した銀と半田の合金層７
０′，７０″により接合されており、電気的機械的
にアルミニウム製通電母材と一体化している。一
方接触用部材の基材１０′，１０″は十分な厚さの
銅であり、電接面の機械的補強を果し、その表面
において接触抵抗の小さい銀メツキの導電層２
０′，２０″で形成されている為母材４０′，４
０″がアルミニウムであつても銅母材に銀メツキ
を施した電接面同志の接続と全く同等の電気的接
続が具現される。

尚本発明によれば、次の接続法を実施できる。
すなわち、通電用母材の両者対向面に半田を溶融
塗着し、この溶融半田間にかかる接触用部材をは
さみ込み一括して加圧接続することにより両面の
銀メツキ層とそれぞれ半田とにおいて強力な接合
を示す合金層を形成してなるものである。

この方法によれば通電用母材をボルトなしで接
続することを具現したものである。

この場合溶接接続に近いものであり、従つて接
合強度を多少犠性にするならば銀メツキ層の他に
半田に適した金属メツキ等でよいことを付言して
おく。

第６図は接触用部材１０にメツキを施す場合の
他の実施例を示すもので、錫メツキ層（表面導電
層）２０，２０の下にニツケルメツキ層９０，９
０を施したものである。銀メツキの下にニツケル
メツキを施すことの意味は、銀メツキ層２０は大
気中の酸素を若干透過する為、腐蝕性の雰囲気で
使用される場合、長期的に不安が残る。

ニツケルメツキは酸素の透過を極度に抑える効
果があり、銀メツキ層２０を透過してきた酸素を
電接面基材１０の前面でしやへいする作用を果た
すものである。

また第７図は本発明によつて形成した電気的接
続面の接触用部材の端面及びボルト等を貫通する
孔周囲に絶縁性塗料１００を塗着したものであ
る。この目的は本発明の如く異種金属を隣接して
接合した場合、異種金属間に電位差が生じ電界腐
蝕の原因となる。この意味から異種金属の接合部
分に絶縁性塗料等を塗布することは既知であり、
本発明においても使用場所が水蒸気雰囲気等の悪
環境下で使用する場合エポキシ系塗料のような電
気的絶縁性塗料を接触用部材周辺に塗布すること
が望ましい。

以上のように詳述した本発明によれば、予じめ
銅系またはアルミ系の基材に銀系メツキなどによ
る表面導電層を形成した接触用部材を通電用母材
に適当な半田を用いて加熱加圧するだけで電気的
接続面を形成できるのである。

しかも導電性コンパウンドのように長期的特性
の変化に対する心配がなく、安定した特性を長年
月にわたり維持できるのである。

また通電用母材の任意の場所に任意の大きさで
接続面を簡単に形成することが可能であり、通電
用母材自体が重量物であつても母材そのものにメ
ツキを施す場合のように運搬移動する必要性がな
い。さらに非メツキ部分をマスキングする等の手
数もなく極めて安価かつ信頼性に富んだ電気的接
続面を提供することができる。

さらに半田の接合強度については、銀と半田の
合金体を形成することにより格段に向上する。

例えばアルミニウム製母材に10％Zn−90％Sn
の半田を使用して、本発明による厚み250μの銅
板に厚さ10μの銀メツキを施した接触用部材と、
厚み250μの銅板に厚さ10μ程度の10％Zn−90％
〓〓〓〓〓
Snの半田メツキを施した部材を各々幅10mmに同
一作業条件で接合したものについて、第８図に示
す如く、接触用部材の引剥し力の測定を行つた。

これによれば、半田メツキ銅板の引剥し力は６
〜８Kgであるのに対し、本発明の銀メツキ銅板を
接合したものでは15〜20Kgでも引剥れず、それ以
上の力を加えると銅基材１０が破断する結果とな
つた。このことにより10mm幅250μ厚±の銅板の
引張強度以上の接合力を維持する銀と半田の合金
層７０が形成されることの確認を得ている。

さらに本発明によつて形成した銀−半田合金層
は、銀の含まれていない半田に比し耐食性も向上
することを確認している。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルミニウム母材に形成した従来公知
の電気的接続面を示す断面図、第２図、この発明
の電気的接続面形成に用いられる接触用部材の斜
視図、第３図は同上図断面図、第４図はこの発明
の電気的接続面の実施例を示す断面図、第５図は
この発明の電気的接続面相互を接続した実施例を
示す断面図、第６図はこの発明の接触用部材の一
変形例を示す断面図、第７図は絶縁塗料使用例を
示す断面図、第８図はこの発明による電気的接続
面の特性確認試験の一実施例を示す断面図であ
る。 １０，１０′，１０″：導電基材、２０，２
０′，２０″：表面導電層、３０：接触用部材、４
０，４０′，４０″：通電用母材、５０：半田層、
６０：電接面、７０：銀元素と半田の合金層。 〓〓〓〓〓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミ
   ニウム合金などの導電性の良好なプレート状の導
   電基材の両面に接触抵抗が小さくて耐食性に富む
   銀または銀合金の表面導電層を形成して接触用部
   材となし、一方当該接触用部材の接着面を有する
   銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウ
   ム合金のような通電用母材の該接着面に、銅系ま
   たはアルミニウム系金属と半田付け可能でかつ銀
   元素と合金化した際強固な接合性を示す組成の半
   田を加熱溶融塗着させて半田層を形成しこの後接
   触用部材の一方の表面導電層を溶融状態にある半
   田層へ加圧接着することにより、表面導電層の銀
   元素を半田内に拡散一体化させて合金層を形成し
   て接合させ、他方の表面導電層をもつて電接面を
   形成することを特徴とする電気的接続面の形成方
   法。