KR20120132559A - 도전 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

알루미늄계 금속에 접속 가능한 도전 부재로서, 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있는 도전 부재 및 그 제조 방법을 제공한다. 도전 부재는, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄을 포함하는 합금에 의해 형성되고, 다른 부재에 접속되는 접속면이 설치된 기재인 전선 접속부(101) 및 체결부(102)와, 이온화 경향이 기재보다 작고, 전기 전도율이 기재 이상인 금속 또는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 접속면에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써 기재에 형성된 접속층(103)을 구비한다.

Description

도전 부재 및 그 제조 방법{CONDUCTIVE MEMBER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은, 전극이나 전선 등을 전기적으로 접속할 때에 사용되는 도전 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 발전소나, 그곳으로부터 각지에 전기를 보내는 가공(架空) 송전선 등에 있어서는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금(이하, 알루미늄계 금속이라고도 한다)으로 이루어지는 알루미늄 전선이 전력선으로서 사용되고 있다. 알루미늄계 금속은, 전기 전도도가 우수함과 함께, 매우 경량이기 때문에, 가공 송전선과 같이 전선이 긴 경우나, 전선의 개수가 많은 설비나 기기에 있어서는 유리하게 된다.
한편, 자동차 등의 수송 기기의 전기 계통이나 가전 제품 등에 있어서는, 전선이나 접속 단자의 재료로서, 높은 전기 전도율을 가지는 구리나 구리를 포함하는 합금(이하, 구리계 금속이라고도 한다)이 이용되고 있다. 그런데, 구리계 금속은, 전기 전도도는 매우 우수하지만, 비중이 커서, 알루미늄의 약 3배에 이른다. 그 때문에, 자동차 등에 있어서도, 차량의 경량화를 위하여, 전선이나 접속 단자로서 알루미늄계 금속을 사용하는 것이 검토되고 있다. 특히, 급속하게 개발이 진행되어, 실용화 단계에 들어가 있는 전기 자동차나 연료 전지 자동차에 있어서는, 배터리로부터 큰 에너지를 취출(取出)하기 위하여, 대경(大徑)의 전력선이 필요하게 된다. 그 때문에, 전력선을 알루미늄 전선으로 구성할 수 있으면, 한층 더 차량의 경량화가 가능해 진다.
그러나, 알루미늄계 금속에는, 표면에 산화 피막이 형성되기 쉽다는 특성이 있다. 그 때문에, 알루미늄 전선이나 알루미늄계 금속으로 형성된 접속 단자를 일단 공기 중에 노출시키면, 표면 산화 피막에 의해, 전선과 접속 단자, 또는, 접속 단자끼리의 접속면에 있어서의 전기 저항이 커진다는 문제가 발생하고 있다. 그 때문에, 알루미늄계 금속의 접속면에 산화되기 어려운 구리계 금속을 접속 또는 피복 함으로써, 접속면에 있어서의 전기 전도도를 확보하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 알루미늄제의 심선(芯線)에 구리 합금제의 중간 캡을 피복하고, 이 중간 캡을 포위하도록 구리 합금제의 오픈 배럴형의 금속 단자의 코킹편을 압착시키는 것이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 알루미늄 심선부의 단말부 표면에 아연(Zn) 도금층과, 주석(Sn) 도금층 또는 니켈(Ni) 도금층과, 구리(Cu) 도금층을 순차 적층한 알루미늄 전선의 단말 구조가 개시되어 있다.
일본 특허공개 제2004-207172호 공보 일본 특허공개 제2003-229192호 공보
그런데, 예를 들면, 알루미늄과 구리와 같은 이종(異種)의 금속(또는 합금)끼리를 접합한 복합 부재를 형성하는 기술로서는, 땜납이나 용접 등이 알려져 있다. 그러나, 알루미늄에 대한 납땜은 매우 곤란하기 때문에, 2개의 부재가 밀착하지 않아, 계면에 있어서의 전기 전도도가 저하될 우려가 있다. 또, 땜납에 포함되는 플럭스에 의해서도, 납땜한 부분이 부식되기 쉬워지거나, 2개의 부재의 계면에 있어서의 전기 저항이 커진다. 용접의 경우도, 이종 금속의 2개의 부재를 밀착시키는 것이 곤란하기 때문에, 역시, 계면에 있어서의 전기 저항이 커진다.
혹은, 고온으로 가열하여 용융시킨 원료(예를 들면, 구리)를 기재(基材)(예를 들면, 알루미늄)에 분사하여 피막을 형성하는 용사법도 알려져 있다. 그러나, 이 경우에는, 가열했을 때에 원료가 산화되기 때문에, 피막 자체의 전기 저항이 커진다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 알루미늄계 금속에 접속 가능한 도전 부재이며, 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있는 도전 부재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위하여, 본 발명과 관련되는 도전 부재는, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄을 포함하는 합금에 의해 형성되고, 다른 부재에 접속되는 접속면이 설치된 기재와, 이온화 경향이 상기 기재보다 작고, 전기 전도율이 상기 기재 이상인 금속 또는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 접속면에 고상(固相) 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 기재에 형성된 접속층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재에 있어서, 상기 접속층은, 구리(Cu)와, 은(Ag)과, 금(Au) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재는, 니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 기재와 상기 접속층의 계면의 주위에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 계면의 주위에 형성된 피막층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재에 있어서, 상기 기재는, 니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킨 중간층으로서, 상기 접속면을 형성하는 상기 중간층을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재에 있어서, 상기 기재는, 전선이 접속되는 전선 접속부와, 상기 전선 접속부에 접속되어 있음과 함께, 상기 접속면이 설치된 체결부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재에 있어서, 상기 기재는, 자신의 단면(端面)을 상기 접속면으로 하는 전선인 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재에 있어서, 상기 기재는, 자신의 단부(端部) 측면을 상기 접속면으로 하는 전선인 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련되는 도전 부재의 제조 방법은, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄을 포함하는 합금에 의해 형성되고, 다른 부재에 접속되는 접속면을 가지는 기재를 형성하는 기재 형성 공정과, 이온화 경향이 상기 기재보다 작고, 전기 전도율이 상기 기재 이상인 금속 또는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 접속면에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 기재에 접속층을 형성하는 접속층 형성 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재의 제조 방법에 있어서, 상기 분체는, 구리(Cu)와, 은(Ag)과, 금(Au) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재의 제조 방법은, 니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 기재와 상기 접속층의 계면의 주위에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 계면의 주위에 피막층을 형성하는 피막층 형성 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전 부재의 제조 방법에 있어서, 상기 기재 형성 공정은, 니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 고상 상태인 채로 분사함으로써, 상기 접속면을 형성하는 중간층을 퇴적시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 알루미늄계 금속에 의해 형성된 기재의 접속면을 향하여, 이온화 경향이 기재보다 작고, 전기 전도율이 기재 이상인 금속 또는 합금의 분체를 분사함으로써, 하층에 밀착한 치밀한 접속층을 형성하기 때문에, 다른 부재와의 접촉면에 있어서의 표면 산화막의 형성을 억제할 수 있음과 함께, 기재와 접속층의 계면이나 접속층 내부에 있어서의 전기 전도도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
도 1a는, 본 발명의 실시 형태 1과 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
도 1b는, 도 1a의 A-A 단면도이다.
도 2a는, 도 1에 나타내는 접속 부재에 케이블을 접속하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 2b는, 케이블이 접속된 접속 부재를 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 접속 부재의 사용의 일 양태를 나타내는 사시도이다.
도 4a는, 도 1에 나타내는 접속 부재의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 4b는, 체결부에 접속층을 형성한 모습을 나타내는 도면이다.
도 4c는, 체결부에 전선 접속부를 접속하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는, 콜드스프레이법을 사용한 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 접속 부재의 제1 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 도 1에 나타내는 접속 부재의 제2 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 2와 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
도 9는, 도 8에 나타내는 전선의 단부 구조의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 10a는, 도 8에 나타내는 전선을 접속 부재에 접속하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10b는, 접속 부재에 접속된 전선을 나타내는 사시도이다.
도 11은, 도 8에 나타내는 전선의 단부 구조의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 12는, 도 11에 나타내는 전선의 단부 구조의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은, 도 8에 나타내는 전선의 단부 구조의 제2 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 14는, 본 발명의 실시 형태 3과 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
도 15a는, 도 14에 나타내는 전선을 접속 부재에 접속하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 15b는, 접속 부재에 접속된 전선을 나타내는 사시도이다.
도 16은, 도 14에 나타내는 전선의 단부 구조의 제1 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 17은, 도 16에 나타내는 전선의 단부 구조의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
도 18은, 도 14에 나타내는 전선의 단부 구조의 제2 변형예를 나타내는 사시도이다.
이하에, 본 발명과 관련되는 도전 부재 및 그 제조 방법의 실시 형태를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(실시 형태 1)
도 1a는, 본 발명의 실시 형태 1과 관련되는 도전 부재의 외관을 나타내는 사시도이다. 또, 도 1b는, 도 1a의 A-A선 단면도이다. 실시 형태 1과 관련되는 도전 부재인 접속 부재(100)는, 전선을 다른 접속 부재(접속 단자나 전극 등)에 접속할 때에 사용되는 부재이며, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(이하, 알루미늄계 금속이라고도 한다)에 의해 형성된 기재인 전선 접속부(101) 및 체결부(102)와, 체결부(102)에 형성된 접속층(103)을 구비하고 있다. 또한, 실시 형태 1에 있어서, 기재는 알루미늄에 의해 형성되어 있다.
전선 접속부(101)는, 접속 대상인 전선이 삽입되는, 예를 들면, 직경 2㎝ 정도의 삽입 구멍(104)이 일방의 단부에 설치된 원기둥 형상의 부재이다. 또, 전선 접속부(101)의 타방의 단부는, 만곡한 형상을 가지고 있다.
체결부(102)는, 다른 접속 부재에 접속되는 접속면(105)을 가지는, 예를 들면, 긴 변이 약 8㎝, 짧은 변이 약 2㎝인 판 형상의 부재이다. 체결부(102)의 접속면(105)과는 반대측의 주면(主面)에는, 전선 접속부(101)가, 전자빔 용접이나 브레이징 등에 의해 전기적 및 기계적으로 접속되어 있다. 또한, 전선 접속부(101)와 체결부(102)는, 일체적으로 형성되어 있어도 된다.
전선 접속부(101)와 체결부(102)를 이러한 형상으로 함으로써, 전선 접속부(101)에 접속되는 전선이 접속면(105)과 평행하게 유지된다.
접속층(103)은, 체결부(102)를 형성하는 알루미늄계 금속보다 이온화 경향이 작고, 전기 전도율이 알루미늄계 금속 이상인 금속 또는 합금에 의해 형성되어 있다. 접속층(103)은, 체결부(102)의 접속면(105)에 있어서의 산화 피막의 형성을 방지하고, 접속 상대(다른 접속 부재)와의 사이의 전기 전도도의 저하를 억제하기 위하여 형성되어 있다. 접속층(103)의 재료로서, 구체적으로는, 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금, 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금, 금(Au) 또는 금을 포함하는 합금 등을 들 수 있고, 실시 형태 1에 있어서는 구리가 사용되고 있다. 또, 접속층(103)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.1㎜?10㎜ 정도로 하는 것이 바람직하고, 1㎜?5㎜ 정도로 하면 더욱 바람직하다.
접속층(103)은, 이 층의 재료인 구리의 분체를 가스와 함께 고속으로 가속하고, 고상 상태인 채로 접속면(105)에 분사하여 퇴적시킴으로써 형성되어 있다. 또한, 이러한 층의 형성 방법(성막 방법)은, 콜드스프레이법이라고 불리고 있다. 콜드스프레이법에 의해 형성된 접속층(103)은, 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
콜드스프레이법에 있어서는, 금속의 분체가 하층[체결부(102)의 표면이나, 그때까지 퇴적한 접속층(103)]의 표면에 고속으로 충돌하여 파고듦과 함께, 자신을 변형시켜서 하층에 부착되기 때문에, 하층에 강하게 밀착된 층이 형성된다. 이것은, 접속층(103)과 체결부(102)의 계면에 있어서, 접속층(103)이 체결부(102)로 파고드는 현상(앵커 효과라고 불린다)이 관찰되는 점에서도 알 수 있다. 즉, 접속층(103)은 체결부(102)의 표면에 간극 없이, 강고하게 접속되어 있기 때문에, 접속층(103)과 체결부(102)의 계면에 있어서 전기 전도도가 저하될 우려는 그다지 없고, 접속층(103)이 체결부(102)로부터 박리될 우려도 거의 없다.
또, 상기 서술한 바와 같이 층이 형성되기 때문에, 접속층(103) 자체도 매우 치밀한 층이 되어 있고, 예를 들면, 구리의 벌크재와 비교하여 95% 이상의 밀도를 가지고 있다. 또한, 콜드스프레이법에 있어서는, 금속의 분체의 고상 상태를 유지할 수 있는 정도까지 밖에 분체를 가열하지 않기 때문에, 분체의 산화가 억제되고 있다. 그 때문에, 접속층(103) 자체의 전기 전도율은, 벌크재의 90% 이상의 특성을 가지고 있다. 또한, 콜드스프레이법에 의한 접속층(103)의 형성 방법에 대해서는, 나중에 자세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는, 도 1에 나타내는 접속 부재(100)의 사용 방법을 설명하는 도면이다. 먼저, 도 2a에 나타내는 바와 같이, 전선 접속부(101)에 형성된 삽입 구멍(104)에, 알루미늄계 금속의 전선(150)의 단부를 삽입한다. 또한, 전선(150)은, 도 2a에 나타내는 바와 같은 다선이어도 되고, 단선이어도 되며, 연선(撚線)이어도 된다. 그리고, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 전선 접속부(101)을 코킹함으로써, 접속 부재(100)와 전선(150)을, 전기적 및 기계적으로 접속한다.
이러한 접속 부재(100)는, 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전선끼리 접속할 때에 사용된다. 즉, 단부에 접속 부재(160)가 접속된 전선(170)을 준비하고, 접속 부재(100)와 접속 부재(160)의 접속면끼리를 맞닿게 하여, 코킹 체결이나, 볼트 체결이나, 브레이징 등에 의해 양자를 접속한다. 또한, 접속 부재(160) 및 전선(170)은, 접속 부재(100) 및 전선(150)과 같은 재료에 의해 형성된 것이어도 되고, 구리나 구리를 포함하는 합금에 의해 형성된 일반적인 접속 부재 및 전선이어도 된다.
또, 전선(150)을 전극에 접속하는 경우에는, 도 2b에 나타내는 접속 부재(100)의 접속면(105)을 전극에 맞닿게 하여, 볼트 체결이나 브레이징 등에 의해 접속하면 된다. 접속 상대인 전극으로서는, 구리나 구리를 포함하는 합금에 의해 형성된 일반적인 것이면 된다.
이상, 설명한 바와 같이, 실시 형태 1에 의하면, 알루미늄계 금속에 의해 형성된 체결부(102)의 접속면(105) 상에, 구리 등에 의해 접속층(103)을 형성하기 때문에, 접속층(103)과 접속 상대의 계면에 있어서의 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 이 접속층(103)은, 콜드스프레이법에 의해 형성되어 있기 때문에, 기재와 접속층(103)의 계면 및 접속층(103) 내부에 있어서의 전기 전도도의 저하도 억제할 수 있다. 따라서, 이러한 접속 부재(100)를 사용함으로써, 알루미늄계 금속에 의해 형성된 전선을, 구리 등에 의해 형성된 일반적인 접속 부재나 전극 등에, 용이하면서 또한 양호한 전기 전도도로 접속하는 것이 가능해진다.
다음으로, 실시 형태 1과 관련되는 도전 부재의 제조 방법을, 도 4a 내지 도 4c 및 도 5를 참조하면서 설명한다.
먼저, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 접속층(103)이 형성되는 접속면(105)을 포함하는 기재를 형성한다. 본 실시 형태 1에 있어서는, 알루미늄계 금속을 체결부(102)의 형상으로 잘라내고, 접속면(105) 측을 연마함으로써, 표면의 산화 피막을 제거한다.
다음으로, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 콜드스프레이법에 의해, 체결부(102)의 접속면(105)에, 접속층(103)을 형성한다.
도 5는, 콜드스프레이법에 의한 성막 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 이 성막 장치(5)는, 가스 공급원으로부터 헬륨(He)이나 질소(N2) 등의 불활성 가스나 공기 등의 가스(작동 가스)를 도입하는 가스 도입관(10)과, 원료인 금속 또는 합금의 분체(1)를 공급하는 분체 공급부(20)와, 가스 도입관(10)으로부터 도입된 가스를 원하는 온도까지 가열하는 히터(30)와, 분체(1)와 가스를 혼합하여 분사하는 챔버(40)와, 분체(1)를 기판(基板)(2)을 향하여 분사하는 노즐(50)과, 기판(2)을 유지하는 홀더(60)를 구비하고 있다.
분체 공급부(20)에는, 원료의 미소한(예를 들면, 입경이 10㎛?100㎛ 정도) 분체(1)가 배치되어 있다. 이 분체(1)는, 가스 도입관(10)에 설치된 밸브(11)를 조작하여 원하는 유량의 가스를 분체 공급부(20)에 도입함으로써, 가스와 함께 분체 공급관(21)을 통과하여 챔버(40) 내에 공급된다.
히터(30)는, 도입된 가스를, 예를 들면, 50℃?700℃ 정도까지 가열한다. 이 가열 온도의 상한은, 분체(1)를 고상 상태인 채로 기판(2)에 분사하기 때문에, 원료의 융점 미만으로 한다. 더 바람직하게는, 상한 온도를, 섭씨에서 융점의 약 60% 이하로 머무르게 한다. 이것은, 가열 온도가 높아질수록, 분체(1)가 산화될 가능성이 높아지기 때문이다. 따라서, 예를 들면, 구리(융점: 약 1083℃)의 막을 형성하는 경우에는, 가열 온도를 약 1083℃ 미만으로 하면 되고, 약 650℃ 이하로 하면 더욱 바람직하다.
히터(30)에 있어서 가열된 가스는, 가스용 배관(31)을 거쳐서 챔버(40)에 도입된다. 또한, 챔버(40)에 도입되는 가스의 유량은, 가스 도입관(10)에 설치되어 있는 밸브(12)를 조작함으로써 조절된다.
챔버(40)의 내부에는, 가스용 배관(31)으로부터 도입된 가스에 의해, 노즐(50)로부터 기판(2)을 향한 가스의 흐름이 형성되어 있다. 이 챔버(40)에 분체 공급부(20)로부터 분체(1)를 공급하면, 분체(1)는, 가스의 흐름을 타고 가속됨과 함께 가열되어, 노즐(50)로부터 기판(2)에 분사된다. 이때의 충격에 의해 분체(1)가 기판(2)으로 파고들고, 분체(1)가 가지고 있는 운동에너지 및 열에너지에 의해 분체(1)가 소성 변형하여 기판(2)에 부착되어, 막(3)이 형성된다.
분체(1)를 가속하는 속도, 즉, 노즐(50)로부터 분사될 때의 가스의 유속은 초음속(약 340m/s 이상)이며, 예를 들면, 약 400m/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 속도는, 밸브(12)를 조작하여 챔버(40)에 도입되는 가스의 유량을 조절함으로써 제어할 수 있다. 또, 성막 장치(5)와 같이, 기단으로부터 선단을 향하여 구경이 테이퍼 형상으로 넓어져 가는 노즐(50)을 사용함으로써, 챔버(40) 내에서 형성된 가스의 흐름을 노즐(50)의 입구에서 조여 가속할 수 있다.
도 4b에 나타내는 접속층(103)을 형성할 때에는, 분체 공급부(20)에 구리의 분체를 투입함과 함께, 기판(2) 대신 기재[체결부(102)]를, 접속면(105) 측이 노즐(50)의 분사구를 향하도록 홀더(60)에 세트하고, 성막을 행한다. 또한, 접속면(105)에 대하여 노즐(50)의 직경이 작은 경우에는, 노즐(50)을 접속면(105)에 대하여 이동시키면서 순차 성막을 행하면 된다. 혹은, 노즐(50)의 위치를 고정하고, 홀더(60) 측을 이동시키도록 해도 된다.
또한, 성막을 행한 후에, 접속층(103)의 위나 체결부(102)의 측면에 연마나 절삭가공을 실시함으로써, 표면을 평활하게 해도 된다.
다음으로, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 체결부(102)의 접속층(103)과는 반대측의 면에, 미리 제조해 둔 전선 접속부(101)를, 전자빔 용접이나 브레이징 등에 의해 접합한다. 또한, 전선 접속부(101)와 체결부(102)는 동종의 금속에 의해 형성되어 있기 때문에, 용접이나 브레이징 등에 의해서도, 계면에 있어서의 전기 전도도를 손상시키지 않고 용이하게 접합할 수 있다. 그것에 의해, 도 1에 나타내는 접속 부재(100)가 제조된다.
또한, 이상의 설명에 있어서는, 체결부(102)의 접속면(105)에 접속층(103)을 형성한 후, 전선 접속부(101)를 체결부(102)에 접합하였다. 그러나, 먼저 전선 접속부(101)를 체결부(102)에 접합하거나, 혹은 이것들을 일체적으로 형성한 후에, 접속면(105)에 접속층(103)을 형성하도록 해도 된다.
또, 이상의 설명에 있어서는, 체결부(102)를 제조한 후에 접속면(105) 상에 접속층(103)을 형성하였으나, 판 형상의 부재에 접속층(103)을 형성한 후에, 그 부재를 체결부(102)의 사이즈로 잘라내도 된다.
또한, 이상의 설명에 있어서는, 전선이 삽입되는 삽입 구멍이 형성된 전선 접속부와, 직사각형 형상의 체결부를 가지는 접속 부재에 대하여 설명하였으나, 접속 부재의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 실시 형태 1은, 체결부에 볼트 체결용의 구멍이 형성된 압축 단자나, 원형의 구멍이 형성된 원형 압착 단자, 끝이 벌어진 Y형 압착 단자, 오픈 배럴형 또는 클로즈드 배럴형의 압착 단자 등, 다양한 형상의 접속 부재에 적용할 수 있다.
또, 접속 부재의 사이즈에 대해서도, 직경이 1㎜ 이하인 전선용의 접속 부재로부터, 직경이 300㎜ 이상인 전선용의 접속 부재까지, 실시 형태 1을 널리 적용할 수 있다. 또한, 작은 사이즈(예를 들면, 접속면의 1변이 2㎝ 이하)의 전극 부재를 제조하는 경우에는, 알루미늄계 금속의 판 형상의 부재에, 콜드스프레이법에 의해 접속층을 형성한 후에, 체결부(일체 성형되는 경우에는 체결부 및 전선 접속부)를 잘라내어 가공하는 것이 바람직하다. 또, 볼트에 의해 체결부를 다른 접속 부재에 접속하는 형태의 접속 부재에 있어서는, 접속 상대에 직접 접촉하는 접속면뿐만 아니라, 와셔가 접촉하는 반대측의 면이나, 볼트가 접촉하는 측면에 대해서도, 콜드스프레이법을 사용하여 구리 등의 피막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 실시 형태 1을, 전원 공급 라인 등으로서 배치하여 설치되는 금속판인 부스바(버스바라고도 불린다)에 적용해도 된다. 이 경우에는, 부스바 전체를 알루미늄계 금속에 의해 형성하고, 다른 부재(버스의 단자, 스루홀, 핀커넥터 등)와의 접속 부분에 대하여, 콜드스프레이법에 의해 구리 등의 피막을 형성하면 된다.
다음으로, 실시 형태 1과 관련되는 도전 부재의 제1 변형예에 대하여 설명한다. 도 6은, 제1 변형예와 관련되는 도전 부재를 나타내는 단면도이다.
제1 변형예인 접속 부재(110)는, 체결부(102) 및 접속층(103)의 측면에 형성된 피막층(111)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1에 나타내는 것과 동일하다.
일반적으로, 알루미늄과 구리와 같이 표준 전극 전위의 차가 큰 금속끼리 직접 접촉시켜 두면, 공기 중의 수분에 반응하여 전기화학적 반응에 의해 부식되는 전식(電食)이 발생할 우려가 있다. 그래서, 제1 변형예에 있어서는, 알루미늄에 의해 형성된 체결부(102)와 구리에 의해 형성된 접속층(103)의 계면(106)의 주위를 피막층(111)으로 덮음으로써, 계면(106)을 주위의 공기로부터 차단하고 있다. 피막층(111)의 두께는, 예를 들면, 약 50㎛ 이상이면 된다.
피막층(111)의 재료로서는, 체결부(102)보다 이온화 경향이 작고, 접속층(103)보다 이온화 경향이 큰 금속 또는 합금이 사용된다. 더 바람직하게는, 표준 전극 전위가, 체결부(102)의 표준 전극 전위와 접속층(103)의 표준 전극 전위의 중간 정도인 재료가 사용된다. 그러한 금속 또는 합금을 사용하면, 체결부(102)와 피막층(111)의 사이, 및, 접속층(103)과 피막층(111)의 사이에 있어서의 표준 전극 전위의 차가 작아져서, 그것들의 계면에 있어서 전식이 발생하기 어렵기 때문이다. 구체적으로는, 체결부(102)가 알루미늄이며, 접속층(103)이 구리인 경우에는, 피막층(111)으로서 아연(Zn) 또는 아연을 포함하는 합금이나, 니켈(Ni) 또는 니켈을 포함하는 합금이나, 주석(Sn) 또는 주석을 포함하는 합금이 사용된다.
혹은, 피막층(111)의 재료로서, 티탄(Ti) 또는 티탄을 포함하는 합금을 사용해도 된다. 티탄은 표면에 치밀한 산화 피막(부동태 피막)을 형성하기 때문에, 다른 종류의 금속과 접촉시켜 두어도, 전식을 일으키기가 매우 어렵기 때문이다.
피막층(111)은, 성막 장치(5)를 사용한 콜드스프레이법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 분체 공급부(20)에, 예를 들면, 주석의 분체를 투입함과 함께, 접속층(103)이 형성된 체결부(102)를, 측면이 노즐(50)의 분사구를 향하도록 홀더(60)에 세트하고, 4개의 측면 모두에 주석의 피막을 형성한다. 또한, 주석의 융점은 약 230℃이기 때문에, 피막을 형성할 때에는, 가스의 온도를 230℃ 미만으로 하고, 바람직하게는 약 138℃ 이하로 한다. 이러한 콜드스프레이법에 의하면, 하층[체결부(102) 및 접속층(103)의 측면]에 밀착한 치밀한 막을 형성할 수 있기 때문에, 피막층(111)을 그렇게 두껍게 하지 않아도, 공기로부터의 차폐 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 실시 형태 1과 관련되는 도전 부재의 제2 변형예에 대하여 설명한다. 도 7은, 제2 변형예와 관련되는 도전 부재를 나타내는 단면도이다.
제2 변형예인 접속 부재(120)는, 체결부(102)의 접속면(105) 상에 형성된 중간층(121)과, 중간층(121) 상에 형성된 접속층(122)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 도 1에 나타내는 것과 동일하다.
접속층(122)은, 실시 형태 1과 마찬가지로, 체결부(102)의 접속면(105)에 있어서의 산화 피막의 형성을 방지하고, 다른 접속 부재와의 사이의 전기 전도도의 저하를 억제하기 위하여 형성되어 있다. 한편, 중간층(121)은, 알루미늄의 체결부(102)와 구리의 접속층(122) 사이에 있어서의 전식을 억제하기 위하여 형성된 0.1㎜?1㎜ 정도의 두께를 가지는 층이다.
중간층(121)의 재료로서는, 아연이나 니켈이나 주석과 같이, 이온화 경향이 체결부(102)와 접속층(122)의 사이인 금속 또는 합금이 사용된다. 그것에 의하여, 체결부(102)와 중간층(121)의 사이, 및 중간층(121)과 접속층(122)의 사이에 있어서의 표준 전극 전위의 차를 작게 하여, 전기화학적 반응의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 중간층(121)의 재료로서, 티탄과 같이 전식을 일으키기 어려운 재료를 사용해도 된다.
이러한 중간층(121) 및 접속층(122)은, 성막 장치(5)를 사용한 콜드스프레이법에 의해 형성된다. 구체적으로는, 먼저, 중간층(121)의 재료로서, 예를 들면, 주석의 분체를 분체 공급부(20)에 투입함과 함께, 체결부(102)를 홀더(60)에 세트한다. 그리고, 성막을 개시함으로써, 접속면을 형성하는 중간층(121)을 체결부(102)에 퇴적시킨다. 다음으로, 분체 공급부(20)의 내용물을 구리의 분체로 교체하여 성막을 행함으로써, 중간층(121) 상에 접속층(122)을 형성한다.
이러한 콜드스프레이법에 의하면, 분사 대상인 면에 밀착한 치밀한 막을 형성할 수 있기 때문에, 체결부(102)와 중간층(121)의 계면이나, 중간층(121)의 내부나, 중간층(121)과 접속층(122)의 계면에 있어서도, 전기 저항을 대폭 증가시키는 일은 없어, 양호한 전기 전도도를 확보할 수 있다.
(실시 형태 2)
다음으로, 본 발명의 실시 형태 2와 관련되는 도전 부재에 대하여 설명한다.
도 8은, 실시 형태 2와 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
실시 형태 2와 관련되는 도전 부재인 전선의 단부 구조(200)는, 알루미늄계 금속에 의해 형성된 기재인 전선(201)과, 당해 전선(201)과 접속 상대(접속 부재 등)의 접속면인 단면(202) 상에 형성된 접속층(203)을 구비하고 있다.
전선(201)의 직경은, 후술하는 바와 같이, 전선(201)의 단면(202)에 접속층(203)이 형성되기 때문에, 약 2㎜ 이상인 것이 바람직하고, 실시 형태 2에 있어서는 약 10㎜로 하고 있다. 또, 도 8에는, 전선(201)으로서 단선이 나타나 있지만, 복수의 알루미늄선을 서로 꼰 연선이어도 된다. 또, 전선(201)의 단부 이외의 영역은, 재킷 등에 의해 피복되어 있어도 된다.
접속층(203)은, 전선(201)을 형성하는 알루미늄계 금속보다 이온화 경향이 작고, 전기 전도율이 알루미늄계 금속 이상인 금속 또는 합금에 의해 형성되어 있다. 접속층(203)은, 전선(201)의 접속면을 형성하는 단면(202)에 있어서의 산화 피막의 형성을 방지하고, 전선(201)과 접속 상대 사이의 전기 전도도의 저하를 억제하기 위하여 형성되어 있다. 그 때문에, 접속층(203)의 두께[전선(201)의 길이 방향에 있어서의 크기]는, 접속 상대와의 접촉 영역 이상이면 된다. 또, 접속층(203)의 재료로서, 구체적으로는, 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금, 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금, 금(Au) 또는 금을 포함하는 합금 등을 들 수 있고, 실시 형태 2에 있어서는 구리가 사용되고 있다.
이와 같은 전선의 단부 구조(200)는, 다음과 같이 하여 형성된다. 먼저, 전선(201)의 단부에 접속층(203)을 형성할 준비를 행한다. 예를 들면, 전선(201)이 나전선인 경우에는, 단면(202)에 연마 등을 실시함으로써, 표면의 산화 피막을 제거해 두는 것이 바람직하다. 또, 그때에, 단면(202)이 전선(201)의 길이 방향과 직교하도록, 단면(202)의 형상을 갖추어 두면 된다. 또, 전선(201)이 절연선인 경우에는, 미리 단부의 피복재를 제거해 둔다.
다음으로, 단면(202) 상에, 재료인 구리의 분체를 고속으로 가속하고, 전선(201)의 단면(202)에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 접속층(203)을 형성한다. 구체적으로는, 성막 장치(5)에 있어서, 홀더(60) 대신, 도 9에 나타내는 홀더(61)를 배치하고, 단면(202)이 노즐(50)의 분사구를 향하도록 전선(201)을 세트한다. 또, 전선(201)의 단면(202) 이외의 영역에 막이 부착되는 것을 방지하기 위하여, 개구(71a)가 형성된 마스크(71)를 전선(201)의 전방에 배치한다. 그리고, 분체 공급부(20)에, 접속층(203)의 재료인 구리의 분체(1)를 투입하여 성막을 개시한다. 그것에 의하여, 노즐(50)로부터 분체(1)가 분사되고, 전선(201)의 단면(202)에 퇴적하여 구리의 접속층(203)이 형성된다. 또한, 그 후에, 접속층(203)의 단면이나 전선(201)의 측면에 연마 등을 실시함으로써, 그들의 표면을 평활하게 하거나, 불필요한 영역에 부착된 구리를 제거해도 된다.
이러한 단부 구조(200)를 가지는 전선은, 다음과 같이 사용된다. 즉, 도 10a에 나타내는 바와 같이, 전극 접속부(251) 및 체결부(252)를 가지고, 구리 등에 의해 형성된 일반적인 접속 부재(250)를 준비하며, 전선의 접속층(203)의 부분을 전극 접속부(251)에 삽입한다. 그리고, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 전극 접속부(251)을 코킹함으로써, 접속층(203)과 전극 접속부(251)를 전기적 및 기계적으로 접속한다. 다음으로, 체결부(252)를, 원하는 설비나 장치의 전극에 볼트나 브레이징 등에 의해 접속한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 2에 의하면, 알루미늄계 금속의 전선(201)의 단면(202) 상에, 구리 등에 의해 접속층(203)을 형성하기 때문에, 접속 상대와의 계면에 있어서의 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 이 접속층(203)은, 콜드스프레이법에 의해 형성되어 있기 때문에, 전선(201)의 단면(202)과 접속층(203)이 앵커 효과에 의해 강고하게 밀착되어 있음과 함께, 접속층(203) 자체도 매우 치밀해져 있다. 그 때문에, 단면(202)이나 접속층(203)의 내부에 있어서도, 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 콜드스프레이법을 사용함으로써, 접속층(203)을 원하는 두께로 할 수 있다. 따라서, 이러한 단부 구조를 사용함으로써, 알루미늄계 금속의 전선을, 구리 등에 의해 형성된 일반적인 전극이나 접속 부재에, 양호한 전기 전도도로 접속하는 것이 가능해진다.
다음으로, 실시 형태 2와 관련되는 도전 부재의 제1 변형예에 대하여 설명한다. 도 11은, 제1 변형예와 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
제1 변형예인 전선의 단부 구조(210)는, 전선(201)과 접속층(203)의 계면(204)의 주위를 덮도록 형성된 피막층(211)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 도 8에 나타내는 것과 동일하다.
앞에서도 설명한 바와 같이, 알루미늄계 금속과 구리를 직접 접촉시켜 두면, 전식이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 제1 변형예에 있어서는, 전선(201)과 접속층(203)의 계면(204)의 주위를 피막층(211)으로 덮음으로써, 계면(204)을 주위의 공기로부터 차단하고 있다. 피막층(211)의 두께는, 예를 들면, 약 50㎛ 이상이면 된다.
피막층(211)의 재료로서는, 아연이나 니켈이나 주석과 같이, 전선(201)보다 이온화 경향이 작고, 또한, 접속층(203)보다 이온화 경향이 큰 금속 또는 합금이 사용된다. 혹은, 티탄과 같이, 치밀한 산화 피막을 표면에 형성하기 위하여 전식을 일으키기 어려운 금속이나 합금을 사용해도 된다.
피막층(211)은, 콜드스프레이법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 성막 장치(5)에 있어서, 홀더(60) 대신, 도 12에 나타내는 회전 가능한 홀더(62)를, 노즐(50)의 축에 직교하는 방향을 회전축으로 하도록 배치한다. 그리고, 이 홀더(62)에, 전선(201)과 접속층(203)의 경계를 포함하는 영역이 노즐(50)의 분사구를 향하도록 전선(201)을 세트한다. 또한, 불필요한 영역에 막이 부착되는 것을 방지하기 위하여, 개구(72a)가 형성된 마스크(72)를 전선(201)의 전방에 배치한다. 그리고, 분체 공급부(20)에, 피막층(211)의 재료로서, 예를 들면, 주석의 분체를 투입하고, 홀더(62)을 회전시켜서 성막을 개시한다. 그것에 의하여, 노즐(50)로부터 분체(4)가 분사되고, 계면(204)의 주위를 덮도록 주석의 피막층(211)이 형성된다.
이와 같이, 콜드스프레이법에 의하면, 하층[전선(201) 및 접속층(203)의 측면]에 밀착된 치밀한 막을 형성할 수 있기 때문에, 피막층(211)의 두께를 그렇게 두껍게 하지 않아도, 공기로부터의 차폐 효과를 얻을 수 있다. 또, 마스크를 사용함으로써, 원하는 위치에 피막을 형성할 수 있기 때문에, 계면(204)의 주위에만 피막층(211)을 형성하고, 전극이나 접속 부재 등에 접속되는 접속층(203)의 부분을 노출시켜 둘 수 있다.
다음으로, 실시 형태 2와 관련되는 도전 부재의 제2 변형예에 대하여 설명한다. 도 13은, 제2 변형예와 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
제2 변형예인 전선의 단부 구조(220)는, 전선(201)의 단면(202)에 형성된 중간층(221)과, 당해 중간층(221) 상에 형성된 접속층(223)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 도 8에 나타내는 것과 동일하다.
접속층(223)은, 실시 형태 2와 마찬가지로, 전선(201)의 접속면에 있어서의 산화 피막의 형성을 방지하고, 접속 상대와의 사이의 전기 전도도의 저하를 억제하기 위하여 형성되어 있다. 한편, 중간층(221)은, 알루미늄의 전선(201)과 구리의 접속층(223) 사이에 있어서의 전식을 억제하기 위하여 형성된 0.5㎜ 정도의 두께를 가지는 층이다.
중간층(221)의 재료로서는, 아연이나 니켈이나 주석과 같이, 전선(201)보다 이온화 경향이 작고, 또한, 접속층(223)보다 이온화 경향이 큰 금속 또는 합금이 사용된다. 혹은, 티탄과 같이, 치밀한 산화 피막을 표면에 형성하기 위하여 전식을 일으키기 어려운 금속이나 합금을 사용해도 된다.
이러한 중간층(221)을 가지는 전선의 단부 구조(220)는, 콜드스프레이법에 의해 형성된다. 구체적으로는, 먼저, 성막 장치(5)에 있어서, 도 9에 나타내는 것와 동일하게, 홀더(61)에 전선(201)을 세트함과 함께, 마스크(71)를 배치한다. 그리고, 중간층의 재료로서, 예를 들면, 주석의 분체를 분체 공급부(20)에 투입하여 성막을 개시함으로써, 접속면을 형성하는 중간층(221)을 전선(201)의 단면(202)에 퇴적시킨다. 다음으로, 분체 공급부(20)의 내용물을 구리의 분체로 교체하여 성막을 행함으로써, 중간층(221) 상에 접속층(223)을 형성한다.
이러한 콜드스프레이법에 의하면, 하층에 밀착된 치밀한 막을 형성할 수 있기 때문에, 전선(201)과 중간층(221)의 계면이나, 중간층(221)의 내부나, 중간층(221)과 접속층(223)의 계면에 있어서도, 전기 저항을 대폭 증가시키는 일은 없어, 양호한 전기 전도도를 확보할 수 있다.
(실시 형태 3)
다음으로, 본 발명의 실시 형태 3과 관련되는 도전 부재에 대하여 설명한다.
도 14는, 실시 형태 3과 관련되는 도전 부재를 나타내는 사시도이다.
실시 형태 3과 관련되는 도전 부재인 전선의 단부 구조(300)는, 알루미늄계 금속에 의해 형성된 기재인 전선(301)과, 당해 전선(301)과 접속 상대의 접속면인 단부 부근의 측면에, 전선(301)을 둘러싸도록 형성된 접속층(302)를 구비하고 있다.
전선(301)의 직경은 특별히 한정되지 않고, 실시 형태 3에 있어서는 약 20㎜로 하고 있다. 또한, 도 14에는, 전선(301)으로서 단선이 나타나 있으나, 복수의 알루미늄선을 서로 꼰 연선이어도 된다. 또, 전선(301)은, 단부 이외의 영역에 있어서는 재킷 등에 의해 피복되어 있어도 된다.
접속층(302)은, 전선(301)을 형성하는 알루미늄계 금속보다 이온화 경향이 작고, 전기 전도율이 알루미늄계 금속 이상인 금속 또는 합금에 의해 형성된 1?2㎜ 정도의 두께를 가지는 층이다. 접속층(302)은, 접속면을 형성하는 전선(301)의 단부 부근의 측면에 있어서의 산화 피막의 형성을 방지하고, 전선(301)과 접속 상대 사이의 전기 전도도의 저하를 억제하기 위하여 형성되어 있다. 그 때문에, 접속층(302)의 폭[전선(301)의 길이 방향에 있어서의 크기]은, 접속 상대와의 접촉 영역 이상이면 된다. 또, 접속층(302)의 재료로서, 구체적으로는, 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금, 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금, 금(Au) 또는 금을 포함하는 합금 등을 들 수 있고, 실시 형태 3에 있어서는 구리가 사용되고 있다. 또한, 도 14에 있어서, 접속층(302)은, 전선(301)의 단부 근방에 배치되어 있지만, 접속층(302)의 단면이 전선(301)의 단면에 일치하도록 접속층(302)을 배치해도 된다.
이러한 전선의 단부 구조(300)는, 다음과 같이 하여 형성된다. 먼저, 전선(301)의 단부에 접속층(302)을 형성할 준비를 행한다. 예를 들면, 전선(301)이 나전선인 경우에는, 단부에 연마 등을 실시함으로써, 표면의 산화 피막을 제거해 두는 것이 바람직하다. 또, 전선(301)이 절연선인 경우에는, 미리 단부의 피복재를 제거해 둔다.
다음으로, 재료인 구리의 분체를 고속으로 가속하고, 전선(301)의 단부 부근의 측면에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 접속층(302)을 형성한다. 구체적으로는, 성막 장치(5)에 있어서, 도 12에 나타내는 바와 같이, 홀더(62)에 전선(301)을 세트함과 함께, 마스크(72)를, 개구(72a)가 전선(301)의 단부 부근에 대향하도록 배치한다. 그리고, 접속층(302)의 재료로서, 구리의 분체를 분체 공급부(20)에 투입하고, 홀더(62)를 회전시키면서 성막을 행한다. 그것에 의하여, 전선(301)의 단부 부근의 측면에 구리가 퇴적하여 접속층(302)이 형성된다. 또한, 성막이 종료된 후에, 접속층(302)으로부터 돌출된 전선(301)의 단부를 원하는 길이로 커트해도 되고, 접속층(302)과 전선(301)의 단면이 일치하도록 커트 또는 연마해도 된다.
이러한 단부 구조(300)를 가지는 전선은, 다음과 같이 사용된다. 즉, 도 15a에 나타내는 바와 같이, 전극 접속부(351) 및 체결부(352)를 가지고, 구리 등에 의해 형성된 일반적인 접속 부재(350)를 준비하며, 전선의 접속층(302)의 부분을 전극 접속부(351)에 삽입한다. 그리고, 도 15b에 나타내는 바와 같이, 전극 접속부(351)를 코킹함으로써, 접속층(302)과 전극 접속부(351)를 전기적 및 기계적으로 접속한다. 또한, 이와 같이 전선(301)이 체결된 접속 부재(350)의 체결부(352)를, 원하는 설비나 장치의 전극에 볼트나 브레이징 등에 의해 접속한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 3에 의하면, 알루미늄계 금속의 전선(301)의 단부 부근에 구리 등의 접속층(302)을 형성하기 때문에, 접속 상대와의 계면에 있어서의 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있다. 또, 이 접속층(302)은, 콜드스프레이법에 의해 형성되어 있기 때문에, 매우 치밀하고 하층과 강고하게 밀착된 층이다. 그 때문에, 전선(301)과 접속층(302)의 계면, 및 접속층(302)에 내부에 있어서도, 전기 전도도의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 이러한 단부 구조를 사용함으로써, 알루미늄계 금속의 전선을, 구리 등에 의해 형성된 일반적인 전극이나 접속 부재에, 양호한 전기 전도도로 접속하는 것이 가능해진다.
다음으로, 실시 형태 3과 관련되는 도전 부재의 제1 변형예에 대하여 설명한다. 도 16은, 제1 변형예와 관련되는 도전 부재를 나타내는 단면도이다.
제1 변형예인 전선의 단부 구조(310)는, 전선(301)과 접속층(302)의 계면(303)의 주위를 덮도록 형성된 피막층(311)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 도 14에 나타내는 것과 동일하다.
상기 서술한 바와 같이, 알루미늄계 금속과 구리를 직접 접촉시켜 두면, 전식이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 제1 변형예에 있어서는, 전선(301)과 접속층(302)의 계면(303)의 주위를 피막층(311)으로 덮음으로써, 계면(303)을 주위의 공기로부터 차단하고 있다. 피막층(311)의 두께는, 예를 들면, 약 50㎛ 이상이면 된다.
피막층(311)의 재료로서는, 아연이나 니켈이나 주석과 같이, 전선(301)보다 이온화 경향이 작고, 또한, 접속층(302)보다 이온화 경향이 큰 금속 또는 합금이 사용된다. 혹은, 티탄과 같이, 치밀한 산화 피막을 표면에 형성함으로써 전식하기 어려운 금속이나 합금을 사용해도 된다.
또, 피막층(311)은, 콜드스프레이법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 성막 장치(5)에 있어서, 노즐(50) 및 홀더(60) 대신, 도 17에 나타내는 세경(細徑) 노즐(51) 및 홀더(63)를 각각 배치한다. 홀더(63)는 회전 가능한 홀더이며, 그 회전축이 세경 노즐(51)의 분사 방향과 비스듬하게 교차하도록, 세경 노즐(51)과의 상대 위치가 조절되어 있다. 이 홀더(63)에, 접속층(302)이 형성된 전선(301)을 세트하고, 전선(301)과 접속층(302)의 경계 부분이 세경 노즐(51)의 분사구를 향하도록 위치 맞춤을 행한다. 그리고, 분체 공급부(20)에, 피막층(211)의 재료로서, 예를 들면, 주석의 분체를 투입하고, 홀더(63)를 회전시켜서 성막을 개시한다. 그것에 의하여, 세경 노즐(51)로부터 분체(4)가 분사되고, 계면(303)의 주위를 덮는 주석의 피막층(311)이 형성된다.
이와 같이, 콜드스프레이법에 의하면, 원하는 위치에 치밀한 피막을 형성할 수 있기 때문에, 전극이나 접속 부재 등에 접속되는 접속층(302)의 표면에 영향을 주지 않고, 계면(303)의 주위만을 피복하는 것이 가능해진다.
다음으로, 실시 형태 3과 관련되는 도전 부재의 제2 변형예에 대하여 설명한다. 도 18은, 제2 변형예와 관련되는 도전 부재를 나타내는 단면도이다.
제2 변형예인 전선의 단부 구조(320)는, 전선(301)의 단부 부근의 측면에, 전선(301)을 둘러싸도록 형성된 중간층(321)과, 당해 중간층(321) 상에 형성된 접속층(322)을 구비하고 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 도 14에 나타내는 것과 동일하다.
접속층(322)은, 실시 형태 3와 마찬가지로, 전선(301)의 접속면에 있어서의 산화 피막의 형성을 방지하고, 접속 상대와의 사이의 전기 전도도의 저하를 억제하기 위하여 형성되어 있다. 한편, 중간층(321)은, 알루미늄의 전선(301)과 구리의 접속층(322) 사이에 있어서의 전식을 억제하기 위하여 형성된 1㎜ 정도의 두께를 가지는 층이다.
중간층(321)의 재료로서는, 아연이나 니켈이나 주석과 같이, 전선(301)보다 이온화 경향이 작고, 또한, 접속층(322)보다 이온화 경향이 큰 금속 또는 합금을 사용해도 되며, 티탄과 같이, 치밀한 산화 피막을 형성하기 위하여 전식하기 어려운 금속이나 합금을 사용해도 된다.
이와 같은 전선의 단부 구조(320)는, 콜드스프레이법에 의해 형성된다. 구체적으로는, 먼저, 성막 장치(5)에 있어서, 도 12에 나타내는 것과 동일하게, 홀더(62)에 전선(301)을 세트함과 함께, 마스크(71)를 배치한다. 그리고, 중간층의 재료로서, 예를 들면, 주석의 분체를 분체 공급부(20)에 투입하고, 홀더(62)를 회전시키면서 성막을 행함으로써, 접속면을 형성하는 중간층(321)을 전선(301)의 측면에 퇴적시킨다. 다음으로, 분체 공급부(20)의 내용물을 구리의 분체로 교체하고, 홀더(62)를 회전시키면서 성막을 행함으로써, 중간층(321) 상에 접속층(322)을 형성한다.
이와 같은 콜드스프레이법에 의하면, 하층에 밀착된 치밀한 막을 형성할 수 있기 때문에, 전선(301)과 중간층(321)의 계면이나, 중간층(321)의 내부나, 중간층(321)과 접속층(322)의 계면에 있어서도, 대폭 전기 저항을 증가시키는 일은 없어, 양호한 전기 전도도를 확보할 수 있다.
다음으로, 실시 형태 3과 관련되는 도전 부재의 제3 변형예에 대하여 설명한다. 실시 형태 3에 있어서는, 전선(301)의 측면에만 접속층(302)을 형성하였으나 전선(301)의 단면에도 접속층(302)을 형성해도 된다. 이 경우에는, 전선(301)의 단부 측면 및 단면에 접속층(302)의 재료의 분체(구리 등)를 순차 분사함으로써 피막을 형성하면 된다. 혹은, 전선(301)이 세경인 경우에는, 전선(301)의 단부 영역에 접속층(302)의 재료의 분체를 분사함으로써, 측면 및 단면을 동시에 피복해도 된다. 이 변형예에 있어서는, 전선(301)과 접속층(302)의 계면이 노출되는 영역은 1지점이 되기 때문에, 전식 방지를 위한 피막층(제1 변형예 참조)은, 이 1지점에만 형성하면 된다.
1, 4 : 분체 2 : 기판
3 : 막 5 : 성막 장치
10 : 가스 도입관 11, 12 : 밸브
20 분체 공급부 21 : 분체 공급관
30 : 히터 31 : 가스용 배관
40 : 챔버 50 : 노즐
51 : 세경 노즐 60, 61, 62, 63 : 홀더
71, 72 : 마스크 71a, 72a : 개구
100, 110, 120, 160, 250, 350 : 접속 부재
101, 251, 351 : 전선 접속부
102, 252, 352 : 체결부
103, 122, 203, 223, 302, 322 : 접속층
104 : 삽입 구멍 105 : 접속면
106, 204, 303 : 계면 111, 211, 311 : 피막층
121, 221, 321 : 중간층 150, 170 : 전선
200, 210, 220, 300, 310, 320 : 전선의 단부 구조
201, 301 : 전선 202 : 단면

Claims (11)

  1. 알루미늄(Al) 또는 알루미늄을 포함하는 합금에 의해 형성되고, 다른 부재에 접속되는 접속면이 설치된 기재(基材)와,
    이온화 경향이 상기 기재보다 작고, 전기 전도율이 상기 기재 이상인 금속 또는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 접속면에 고상(固相) 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 기재에 형성된 접속층을 구비하는 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속층은, 구리(Cu)와, 은(Ag)과, 금(Au) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  3. 제2항에 있어서,
    니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 기재와 상기 접속층의 계면의 주위에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 계면의 주위에 형성된 피막층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기재는, 니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킨 중간층으로서, 상기 접속면을 형성하는 상기 중간층을 가지는 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는,
    전선이 접속되는 전선 접속부와,
    상기 전선 접속부에 접속되어 있음과 함께, 상기 접속면이 설치된 체결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는, 자신의 단면(端面)을 상기 접속면으로 하는 전선인 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는, 자신의 단부(端部) 측면을 상기 접속면으로 하는 전선인 것을 특징으로 하는 도전 부재.
  8. 알루미늄(Al) 또는 알루미늄을 포함하는 합금에 의해 형성되고, 다른 부재에 접속되는 접속면을 가지는 기재를 형성하는 기재 형성 공정과,
    이온화 경향이 상기 기재보다 작고, 전기 전도율이 상기 기재 이상인 금속 또는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 접속면에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 기재에 접속층을 형성하는 접속층 형성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전 부재의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분체는, 구리(Cu)와, 은(Ag)과, 금(Au) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도전 부재의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 기재와 상기 접속층의 계면의 주위에 고상 상태인 채로 분사하여 퇴적시킴으로써, 상기 계면의 주위에 피막층을 형성하는 피막층 형성 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도전 부재의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기재 형성 공정은, 니켈(Ni)과, 아연(Zn)과, 주석(Sn)과, 티탄(Ti) 중 어느 1종의 금속, 또는 당해 어느 1종의 금속을 포함하는 합금의 분체를 가스와 함께 가속하고, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 고상 상태인 채로 분사함으로써, 상기 접속면을 형성하는 중간층을 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 도전 부재의 제조 방법.

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