抵抗合金、抵抗合金から製造される部材、およびその製造方法

著者らは特許

C22C1/00 - 非鉄合金の製造(電熱法によるものC22B4/00;電解法によるものC25C)
C22C9/05 - 次に多い成分としてマンガンを含むもの
C22F1/08 - 銅または銅基合金

の所有者の特許 JP2016528376:

イザベレンヒュッテ ホイスラー ゲー・エム・ベー・ハー ウント コンパニー コマンデイトゲゼルシャフト

 

本発明は、銅成分、マンガン成分およびニッケル成分を有する、電気抵抗器用の、特に低抵抗の電流測定用抵抗器用の抵抗合金(3)に関する。マンガン成分が23%乃至28%の質量分率を有し、ニッケル成分が9%乃至13%の質量分率を有するものとすることが提案される。各合金成分の質量分率は、抵抗合金(2)が20℃で±1μV/Kより小さい低い熱起電力を有するように、互いに調整される。本発明は、さらに、そのような抵抗合金で形成された部材と、そのための製造方法とを含む。
【選択図】図1

 

 

本発明は、電気抵抗器用、特に低抵抗の(niederohmigen)電流測定用抵抗器用の抵抗合金に関する。また、本発明は、その抵抗合金から製造される部材または部品(Bauelement)、およびそれに適した製造方法に関する。
銅−マンガン−ニッケル合金は、高精度の抵抗器用の、特に低抵抗の電流測定用抵抗器(“シャント”(分路))用の材料として長期間使用されてきた。そのような銅−マンガン−ニッケル合金の例は、本出願人より市販されており、質量分率82〜84%の銅、質量分率2〜4%のニッケル、および質量分率12〜15%のマンガンを有する商品名マンガニン(Manganin(登録商標))(例えば、Cu84NiMn12)の抵抗合金である。既知の銅−マンガン−ニッケル合金は、高精度の抵抗器用の抵抗合金に関する全ての要件を満たし、例えば、固有の電気抵抗の低い温係数、銅に対する低い熱起電力、および時間に対する電気抵抗の高い安定性に関する要件を満たす。さらに、既知の銅−マンガン−ニッケル合金は、良好な技術的特性、特にそのような銅−マンガン−ニッケル合金を加工して線(ワイヤ)、テープ(リボン)、箔および抵抗器部材を形成することが可能な良好な成形性または加工特性(Verarbeitungsfaehigkeit)を有する。しかし、既知の銅−マンガン−ニッケル合金の利点は、0.5Ω・mm/m以下の比較的低い固有の電気抵抗に限られる。
より高い固有の電気抵抗用として、例えばニッケル−クロム合金類が知られているが、これらには、同様に種々の欠点がある。第一に、ニッケル−クロム合金は、たいてい、銅−マンガン−ニッケル合金よりもはるかに高価である。第二に、ニッケル−クロム合金の製造技術は、多くの点で取扱いがより困難である。例えば、ニッケル−クロム合金の熱加工性(Warmumformbarkeit:熱成形性)は比較的低く、固有の電気物理的材料特性を調整または決定するのに複雑なまたは高価な熱処理工程(aufwaendige Waermebehandlungsprozesse)が必要である。さらに、ニッケル−クロム合金の場合での溶融工程における加工温度は、銅−マンガン−ニッケル合金の場合よりも約500K高く、これは、より高いエネルギ・コストおよび設備装置の材料摩耗を生じさせる。さらに、ニッケル−クロム合金の良好な耐酸性は、それ(エッチング技術)以外の場合には望ましいが、エッチング技術による抵抗器構造の製造では大きい問題を生じさせ、また、加熱処理で生じる酸化物の酸洗による除去が複雑または高価で危険性のない製造工程となる。
また、銅−マンガン−ニッケル−アルミニウム−マグネシウム合金29−5−1は、固有の電気抵抗1(Ω・mm)/mを有し、それによってその固有の電気抵抗(率)の低い温度係数の要件を満たすことが、知られている。しかし、この抵抗合金は、20℃で+3μV/Kの銅に対する高い熱起電力を有し、その結果、大きい誤り(Fehler:誤差、障害)電流によって、この合金は高精度の測定用途に適さないものとなる。
従来技術に関して、さらに、独国特許第1092218号B、米国特許第3985589号、特開昭62−202038号公報A、および欧州特許出願公開第1264906号A1を参照する。
最後に、独国特許第1033423号Bには汎用型の抵抗合金が開示されている。しかし、この既知の抵抗合金は、定量的に、銅に対する比較的高い熱起電力−2μV/Kを有するという欠点がある。
独国特許第1092218号明細書 米国特許第3985589号明細書 特開昭62−202038号公報 欧州特許出願公開第1264906号明細書 独国特許第1033423号明細書 欧州特許出願公開第0605800号明細書
従って、本発明の目的は、それに応じて、銅−マンガン−ニッケル系の改善された抵抗合金を実現することであり、その抵抗合金は、できるだけ高い固有の電気抵抗、銅に対する低い熱起電力、電気抵抗の低い温度係数、および固有の電気抵抗の時間に対する高い安定性(時間不変性)を有し、これらの特性が、既知の銅−マンガン−ニッケル合金に関して上述した良好な技術的特性(例えば、加工性)と組み合わされる。
この目的は、主要請求項に記載された本発明による抵抗合金によって達成される。
本発明による抵抗合金は、第1に、上述した既知の銅−マンガン−ニッケル合金に従って、銅成分、マンガン成分およびニッケル成分を有する。本発明は、マンガン成分が質量分率23%乃至28%を有し、一方、ニッケル成分が質量分率9%乃至13%を有することを特徴とする。銅−マンガン−ニッケルに基づくそのような抵抗合金は、実際に上述の諸要件を満たすことが見出された。
種々の合金成分の各質量分率は、本発明による抵抗合金が、20℃で±1μV/K、±0.5μV/Kまたは±0.3μV/K(の各々)より小さい、銅に対する低い熱起電力を有するように、互いに調整される。
マンガン成分の質量分率は、例えば、24%〜27%、25%〜26%、23%〜25%、23%〜26%、23%〜27%、24%〜28%、25%〜28%、26%〜28%または27%〜28%の範囲とすることができる。マンガン成分の質量分率24.5%〜25.5%は特に有利である。
一方、ニッケル成分の質量分率は、例えば、9%〜12%、9%〜11%、9%〜10%、10%〜13%、11%〜13%、12%〜13%、10%〜12%または11%〜12%の範囲とすることができる。
さらに、最大3%の質量分率を有する追加的なスズ成分は、固有の電気抵抗の温度安定性の改善に寄与できることが見出された。従って、本発明による抵抗合金は、最大で3%の質量分率を有するスズ成分を有することが好ましい。
さらに、最大1%の質量分率を有する追加的な珪素(シリコン)成分は、同様に、固有の電気抵抗の温度安定性の改善に寄与できることが見出された。従って、本発明による抵抗合金は、スズ成分に加えてまたはスズ成分の代わりに、最大で1%の質量分率を有する珪素成分を有することができる。
さらに、最大0.3%の質量分率を有する追加的なマグネシウム成分は、硬化効果によって脆化を回避するのに役立つことが実際に見出された。従って、本発明による抵抗合金は、スズ成分および/または珪素成分に加えてまたはスズ成分および/または珪素成分の代わりに、最大で0.3%の質量分率を有するマグネシウム成分を有することができる。
本発明による抵抗合金の好ましい実施形態は、銅の質量分率65%、ニッケルの質量分率10%、およびマンガンの質量分率25%を有するCu65Ni10Mn25である。
本発明による抵抗合金の別の実施形態は、銅の質量分率64%、ニッケルの質量分率10%、マンガンの質量分率25%、およびスズの質量分率1%を有するCu64Ni10Mn25Snである。但し、スズの質量分率は、銅のより高い質量分率で補うまたは均衡するように(銅の質量分率の増えた分だけ)、より少なくすることができる。
本発明による抵抗合金の別の実施形態は、銅の質量分率62%、ニッケルの質量分率11%、およびマンガンの質量分率27%を有するCu62Ni11Mn27である。
本発明による抵抗合金の別の実施形態は、銅の質量分率61%、ニッケルの質量分率11%、マンガンの質量分率27%、およびスズの質量分率1%を有するCu61Ni11Mn27Snである。スズの質量分率も、銅のより高い質量分率で補うまたは均衡するように(銅の質量分率の増えた分だけ)、より少なくすることができる。
本発明による抵抗合金は、固有の電気抵抗(率)が、0.5(Ω・mm)/m乃至2(Ω・mm)/mの範囲にあることが好ましい。
さらに、本発明による抵抗合金の固有の電気抵抗(率)は、±0.5%または±0.25%(の各々)より小さい相対的変化を有する、時間に対する安定性(時間不変性)を、特に3000時間の期間内で少なくとも+140℃の温度でエージング過程または進行を加速する少なくとも+140℃のより高い温度で、有することが好ましい。
さらに、言及すべきこととして、本発明による抵抗合金は、銅に対する低い熱起電力を有し、その熱起電力は、温度20℃で±1μV/K、±0.5μV/K、または±0.3μV/K(の各々)より小さいことが好ましい。
さらに、固有の電気抵抗は、特に+20℃乃至+60℃の温度範囲で、好ましくは±50・10−6−1、±35・10−6−1、±30・10−6−1、または±20・10−6−1(の各々)より小さい低い温度係数を有していて比較的(相対的に)温度一定(不変)である。
本発明による抵抗合金の電気的特性に関して、さらに言及すべきこととして、抵抗合金は、温度に依存する抵抗(率)の相対的変化を示す抵抗(率)/温度の曲線を有し、その抵抗(率)/温度の曲線は第2のゼロ(0)交差を有し、その第2のゼロ(0)交差は、+20℃、+30℃または+40℃(の各々)より高い温度で、および/または+110℃、+100℃または+90℃(の各々)より低い温度で生じることが好ましい。
本発明による抵抗合金の機械的特性に関して、言及すべきこととして、機械的引張強度は、少なくとも、500MPa、500MPaまたは580MPaである。
さらに、本発明による抵抗合金は、(各々)少なくとも、150MPa、200MPaまたは260MPaの降伏強度を有することが好ましく、一方、破断伸びは30%、35%、40%または45%(の各々)より大きいことが好ましい。
本発明による抵抗合金の技術的特性に関して、言及すべきこととして、抵抗合金は、はんだ付け(weichloetfaehig:軟ろう付け)および/または硬ろう付け(hartloetfaehig)することができることが好ましい。
さらに、本発明による抵抗合金は、伸線の場合、少なくともφ=−4.6の対数変形度(logarithmischen Umformgrad)で、非常に良好な成形性(umformbar)を有することが好ましい。
本発明による抵抗合金は、例えば、ワイヤ(Draht)(例えば、丸線、平角線)、帯板(Band:テープ、リボン)、薄板(Blech:シート)、ロッド(Stab:棒)、チューブ(Rohr:管)または箔 (Folie:フィルム)のような種々の製造形態で製造することができる。但し、本発明は、製造形態に関して上述の製造形態に限定されない。
また、発明は、さらに、本発明による抵抗合金製の抵抗素子を有する電気部材または電子部材(Baumelement:構成要素)を含む。例えば、それは、例えば欧州特許出願公開第0605800号A1でそれ自体知られているような、抵抗器、特に低抵抗の電流測定用抵抗器とすることができる。
最後に、本発明は、本発明による抵抗合金に関する上述の説明から明らかなように、対応する製造方法をも含む。
本発明による製造方法の一部として、抵抗合金は、人工的な熱エージング(経年劣化、老化)処理を施すことができ、その際、抵抗合金は開始温度からエージング温度まで加熱される。この処理は、エージング処理の範囲内で数回繰り返すことができ、その抵抗合金は、定期的に繰り返しエージング温度まで加熱され再び開始温度まで冷却される。エージング温度は、例えば、+80℃乃至+300℃の範囲とすることができ、一方、開始温度は+30℃または20℃(の各々)より低いことが好ましい。
本発明の他の有利な更なる展開は、従属請求項における特徴であり、または、図面を参照して本発明の好ましい実施形態の説明によってより詳しく説明する。
図1は、本発明による範囲がプロット(記録)された、銅−マンガン−ニッケル合金の相図である。 図2は、本発明による抵抗合金製の抵抗素子を有する、本発明による電流測定用抵抗器の設計構造の例を示している。 図3は、本発明による抵抗合金の相異なる実施形態における、固有の電気抵抗の温度依存性を示すグラフである。 図4は、本発明による抵抗合金の長期的な安定性を示すグラフである。
図1は銅−マンガン−ニッケル合金の相図であり、ここで、銅の質量分率が左上辺側の軸上に示され、ニッケルの質量分率が右上辺側の軸上に示されている。一方、マンガンの質量分率が、底辺側の軸上に示されている。
相図は、一方で、抵抗合金が硬化する(Aushaertungen)傾向がある領域1を斜線陰影形態で示している。
相図は、他方で、α=0で示される線2を示しており、ここで、この線上の抵抗合金の温度係数は0(ゼロ)に等しく、即ち、抵抗合金は、この線上で温度から独立した固有の電気抵抗(率)を有する。
最後に、相図は、本発明による抵抗合金を特徴付ける領域3を示しており、領域3におけるマンガンの質量分率は23%乃至28%であり、領域3におけるニッケルの質量分率は9%乃至13%である。
図2は、本発明による電流測定用抵抗器4の簡略化された斜視図を示しており、これは欧州特許出願公開第0605800号A1でそのものが知られており、繰り返しを避けるために、この欧州特許出願公開の内容全体を参照により本明細書に組み込む。
電流測定用抵抗器4は、基本的に、2つの板状の銅製の連結部5、6と、それらの間に配置された、抵抗合金を例えばCu65Ni10Mn25とすることができる、本発明による抵抗合金製の抵抗素子7とからなる。
図3は、温度の関数としての相対的な抵抗変化DR/R20の温度依存性の変化を示している。この図から明らかなように、種々の例示的な抵抗合金は第2のゼロ交差8、9または10を有し、ゼロ交差8はおよそ温度Tzero1=43℃で生じ、ゼロ交差9はおよそ温度Tzero2=75℃で生じる。一方、ゼロ交差10はおよその温度Tzero3=82℃で生じる。
最後に、図4は、本発明による抵抗合金の長期的安定性を示している。この図から明らかなように、3000時間の期間にわたる相対的な抵抗(率)変化DRは、実質的に0.25%未満である。
本発明は、上述の好ましい例示的な実施形態に限定されるものではない。実際、同様に本発明の思想を利用する多数の変形および変更が、可能であり、従って保護の範囲に含まれる。さらに、本発明は、各従属請求項が引用する請求項に関係なく、例えば主請求項の特徴を含まないそれぞれの従属請求項の構成および特徴の保護をも求めるものである。
1 硬化の領域
2 α=0の線(温度安定性)
3 本発明による合金領域
4 電流測定用抵抗器
5 接続部分
6 接続部分
7 抵抗素子
8 第2のゼロ交差
9 第2のゼロ交差
10 第2のゼロ交差



  1. 電気抵抗器(4)用の、特に低抵抗の電流測定用抵抗器(4)用の抵抗合金(3)であって、
    (a)銅成分と、
    (b)23%乃至28%の質量分率を有するマンガン成分と、
    (c)9%乃至13%の質量分率を有するニッケル成分と、
    を有し、
    (d)前記マンガン成分の質量分率および前記ニッケル成分の質量分率は、前記抵抗合金(3)が20℃で±1μV/Kより小さい銅に対する低い熱起電力を有するように選択されるものであることを特徴とする、
    抵抗合金。

  2. (a)特に前記抵抗合金(3)の固有の電気抵抗の温度安定性を改善するために、最大で3%、特に実質的に1%の質量分率を有するスズ成分、および/または
    (b)特に前記抵抗合金(3)の固有の電気抵抗の温度安定性を改善するために、最大で1%の質量分率を有する珪素成分、および/または
    (c)特に硬化効果の結果としての脆化を回避するために、最大で0.3%の質量分率を有するマグネシウム成分
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載の抵抗合金(3)。

  3. (a)前記銅成分の質量分率が実質的に65%であり、前記ニッケル成分の質量分率が実質的に10%であり、前記マンガン成分の質量分率が実質的に25%である、または
    (b)前記ニッケル成分の質量分率が実質的に10%であり、前記マンガン成分の質量分率が実質的に25%であり、スズ成分の質量分率が最大で1%であり、前記銅成分の質量分率が実質的に残りの割合である、または
    (c)前記銅成分の質量分率が実質的に62%であり、前記ニッケル成分の質量分率が実質的に11%であり、前記マンガン成分の質量分率が実質的に27%である、または
    (d)前記ニッケル成分の質量分率が実質的に11%であり、前記マンガン成分の質量分率が実質的に27%であり、スズ成分の質量分率が最大で1%であり、前記銅成分の質量分率が実質的に残りの割合である
    ことを特徴とする、請求項1または2に記載の抵抗合金(3)。

  4. (a)0.5(Ω・mm)/m、0.6(Ω・mm)/m、0.7(Ω・mm)/mまたは0.8(Ω・mm)/mより大きい、および/または、2.0(Ω・mm)/m、1.5(Ω・mm)/m、1.2(Ω・mm)/mまたは1(Ω・mm)/mより小さい固有の電気抵抗、および/または
    (b)特に3000時間の期間内でまたは少なくとも+140℃の温度で、±0.5%または±0.25%より小さい相対的変化で、時間に対する高い安定性を有する固有の電気抵抗、および/または
    (c)20℃で±0.5μV/Kまたは±0.3μV/Kより小さい銅に対する低い熱起電力、および/または
    (d)特に+20℃乃至+60℃の温度範囲で、±50・10−6−1、±35・10−6−1、±30・10−6−1または±20・10−6−1より小さい低い温度係数を有する固有の電気抵抗、および/または
    (e)温度依存性の相対的抵抗変化(DR/R20)を示し、+20℃、+30℃または+40℃より高いおよび/または+110℃、+100℃または+90℃より低い温度において第2のゼロ交差(8、9、10)を有する抵抗/温度曲線
    を特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の抵抗合金(3)。

  5. (a)少なくとも500MPa、550MPaまたは580MPaの機械的抗張力、および/または
    (b)少なくとも150MPa、200MPaまたは260MPaの降伏力、および/または
    (c)少なくとも30%、35%、40%または45%の破断伸び
    を特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の抵抗合金(3)。

  6. (a)前記抵抗合金(3)は硬ろう付けおよび/または軟ろう付け可能である、および/または
    (b)前記抵抗合金(3)は、伸線の場合に少なくともφ=−4.6の対数変形度を達成するような、良好な成形性がある
    ものであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の抵抗合金(3)。

  7. (a)線の形態、特に丸線または平角線の形態、
    (b)帯板の形態、
    (c)薄板の形態、
    (d)ロッドの形態、
    (e)チューブの形態、または
    (f)箔の形態
    中のいずれかの製造形態であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載の抵抗合金(3)。

  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載の抵抗合金(3)で形成された抵抗素子を有する部材(4)、特に抵抗器(4)、特に低抵抗の電流測定用抵抗器(4)。

  9. 電気抵抗器(4)用の抵抗合金(3)、特に低抵抗の電流測定用抵抗器(4)用の抵抗合金(3)を製造するための製造方法、特に請求項1乃至7のいずれかに記載の抵抗合金(3)を製造するための製造方法であって、
    (a)銅成分、
    (b)23%乃至28%の質量分率を有するマンガン成分、および
    (c)9%乃至13%の質量分率を有するニッケル成分
    が合金にされて抵抗合金(3)を形成するステップを含み、
    (d)マンガン成分の質量分率およびニッケル成分の質量分率は、前記抵抗合金(3)が20℃で±1μV/Kより小さい銅に対する低い熱起電力を有するように、選択されることを特徴とする製造方法。

  10. (a)前記抵抗合金(3)は、人工的な熱エージング処理を受け、開始温度からエージング温度まで加熱され、および/または
    (b)前記抵抗合金(3)は、前記エージング処理の範囲内で、周期的に繰り返し、前記エージング温度に加熱されて、再び前記開始温度まで冷却され、および/または
    (c)前記エージング温度は、+80℃、+100℃または+120℃より高い、および/または+300℃、+200℃または+150℃より低い、および/または
    (d)前記開始温度は、+30℃または+20℃より低い
    ものであることを特徴とする、請求項9に記載の製造方法。

 

 

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【選択図】図1
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本発明は、AlNまたはAl23から成るセラミック基板(4)に、銅から成るマルチレベル金属被覆部を製造する方法に関する。この場合、1つの同じセラミック基板(4)に、電流容量が大きい金属被覆部を有する大電力領域(1)と、電流容量が小さい金属被覆部を有する小電力領域(2)とが形成される。本発明によれば、大電力領域において金属被覆部を複数回にわたり印刷することが提案される。
本発明は、鉛、ビスマスおよびケイ素を含まない黄銅合金材料であって、黄銅合金の全重量の60−65wt%の銅と、0.01−0.15wt%のアンチモンと、0.1−0.5wt%のマグネシウムと、黄銅合金の全重量の0.1−0.7wt%のアルミニウム、0.05−0.5wt%の錫、0.05−0.3wt%のリン、0.05−0.5wt%のマンガンおよび0.001−0.01wt%のホウ素から選択された1つ以上の元素と、残量の亜鉛とを含む、鉛、ビスマスおよびケイ素を含まない黄銅合金材料に関するものである。本発明に係る黄銅合金材料は、鉛を採用する必要がなく、鉛汚染をもたらさなく、かつビスマスとケイ素も採用していないことにより、一層優れた切削性能を備えることができる。
【選択図】図1
【課題】非線形超弾性ファイルを製造するための方法を提供する。
【解決手段】シャフトおよびファイル軸26を有する超弾性ファイルを提供する工程と;1つまたはそれ以上の変位部材によって画成された溝を含み、ファイル溝がシャフトを受けるように構成された、フィクスチャ40を提供する工程と;シャフトの第1の部分を含むシャフトの少なくとも一部分をファイル溝に沿ってフィクスチャに挿入する工程と;シャフトの第1の部分がファイル軸から変位され、それによってシャフトの第1のオフセット部分を形成するようにシャフトの第1の部分を1つまたはそれ以上の変位部材の第1の変位部材に接触させる工程と;シャフトの上記部分を形状固定し、それによって形状固定された非線形ファイルを形成するために、少なくとも約1分の期間、少なくとも約300℃の温度に、シャフトの上記部分をフィクスチャ内に挿入したまま加熱する工程とを含む方法。
【選択図】図13
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