JP2008006496A - 複合金属板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通常のロールで容易に圧接することができ、圧接部の接合強度に優れた複合金属板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１金属板１と、第２金属板２とを備え、前記第１金属板と第２金属板の端部同士が接合された複合金属板の製造方法である。前記第１金属板１、第２金属板２の接合側端部には、凸状に形成された山部１１，２１と凹状に形成された谷部１２，２２を備える。前記第１金属板１の山部１１を前記第２金属板２の谷部２２に、また前記第２金属板２の山部２１を前記第１金属板１の谷部１２に係合させるように両金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部を圧下することによって圧接し、拡散焼鈍する。
【選択図】図２

Description

本発明は、二枚あるいはそれ以上の金属板の端部同士が接合された複合金属板及びその製造方法に関する。

従来、板幅方向に異種の金属板が接合された複合金属板の製造方法として、特開昭６０−１７７９８１号公報（特許文献１）に記載されているように、側端部に適宜の傾斜面を設けた異種材料で形成された複数の金属板を準備し、これらの金属板をその側端部の傾斜面が係合するように平坦状に並べてロール圧下することにより、端部を接合する複合金属板の製造方法が知られている。この方法によると、銅材とアルミニウム材あるいは鉄材との組み合わせのように金属イオン結合して化合物を生成するような材料の組み合わせでも、端部同士を接合することができる。
特開昭６０−１７７９８１号公報

上記のように、金属板の端部同士を接合する方法としてロール圧接は、金属板の材質に左右されることなく適用することができる利点がある。しかし、端部を傾斜面として突き合わせてロール圧接する場合、板厚方向に圧下すると、圧下に伴って板幅方向（ロールの軸方向）に材料が離反するため、上下一対のロールで板厚方向に圧下するだけでは接合することができない。このため、ロール圧接を実施するには、上下一対のロールのみならず、板幅方向の離反を規制する左右一対のロールが必要となり、特許文献１に記載されているように特殊な圧延機が必要となる。また、平板状に並設した金属板の端部同士の圧接の際に、接合部のずれ、せり上がりを防止する必要があるため、圧延作業性が悪く、また接合部の接合強度も十分とは言えない。

ところで、複合金属板は、配線材（接続部材）などの導電材料、リードフレームなどの電子部品材料、機械構造用材料などに使用されるが、近年、車両や電動工具類などに搭載される電池の配線材や電子部品においては、特に振動に対して十分な耐久性、信頼性が要求される。例えば、ハイブリット車に搭載される電池パックは、リチウムイオン電池が直列に接続され、さらに直列接続された電池群が並列接続されるため、電池同士を接続する配線材が多数使用される。前記リチウムイオン電池は、周知のように、正極がＡｌ材で、負極がＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどの非Ａｌ材で形成されるため、直列接続する配線材としては、一端がＡｌ材、他端が非Ａｌ材で形成された複合金属材が好適である。しかし、このような複合金属材を上記製造方法で製造すると、上記のとおり、圧接の際に傾斜面に沿って金属板が板幅方向にずれやすいため、その端部同士が十分に圧接され難く、十分な接合強度が得られず、その接合部の耐久性、信頼性が十分でない、という問題がある。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、通常の上下一対のロールで容易に圧接することができ、圧接部の接合強度が高く、耐久性に優れた複合金属板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の複合金属板の製造方法は、第１金属板と、第２金属板とを準備し、前記第１金属板と第２金属板の端部同士を接合する複合金属板の製造方法であって、前記第１金属板は接合側端部に凸状に形成された山部と凹状に形成された谷部を備え、前記第２金属板は接合側端部に前記第１金属板の山部及び谷部にそれぞれ係合する谷部及び山部を備え、前記第１金属板の山部を前記第２金属板の谷部に、また前記第２金属板の山部を前記第１金属板の谷部にそれぞれ係合させて前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とを重ね合わせ、その重ね合わせ部を圧下することによって圧接し、拡散焼鈍する。

本発明の製造方法によると、第１金属板と第２金属板の端部同士は、前記第１金属板の山部を前記第２金属板の谷部に、また前記第２金属板の山部を第１金属板の谷部にそれぞれ係合させて重ね合わせ、その重ね合わせ部が圧下されるので、山部が谷部にくさび状に食い込みながら圧下される。このため、板厚方向の圧下を施すだけで、各金属板は端部が離反することなく圧接され、また上下一対のロールによって第１金属板と第２金属板の端部同士が簡単容易に強固に圧接される。さらに、圧接された複合金属板は、拡散焼鈍が施されるので、強固に圧接された圧接部が拡散接合され、優れた接合強度、耐久性が得られる。

前記第１金属板及び第２金属板の有する山部及び谷部は、それぞれ二つの傾斜面を備え、前記二つの傾斜面のなす角度がそれぞれ３０〜１２０度になるように形成するのがよい。これにより、板厚方向の圧下により、山部を谷部にくさび状に容易に食い込ませることができ、山部と谷部を形成する傾斜面同士を強固に圧接することができる。

また、前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とを重ね合わせた状態において、前記第１金属板の山部の頂部と第２金属板の山部の頂部との板厚方向の間隔（引っ掛かり代）を、前記第１金属板及び第２金属板のそれぞれの板厚の２０％以上とするのがよい。このような引っ掛かり代を設定することにより、圧接の際に第１、第２金属板の板幅方向の離反を確実に防止して、各金属板の山部を重ね合わせた他の金属板の谷部にくさび状に食い込ませることができ、圧接を安定的に行うことができる。

また、前記第１金属板あるいは第２金属板の一方の金属板を、純ＡｌあるいはＡｌ合金によって形成することができる。純ＡｌあるいはＡｌ合金は、自然酸化により表面に緻密な酸化膜が形成されるので、一般的にはこれらの金属板を他の金属板に圧接することは難しい。しかし、本発明によれば、板厚方向の圧下の際に、くさび効果によって山部と谷部を形成する傾斜面には強力な摩擦力が作用するため、純ＡｌあるいはＡｌ合金からなる金属板の表面に形成された酸化膜が除去されて新生面が露出し易い。このため、純ＡｌあるいはＡｌ合金からなる金属板と他の金属板とを容易に圧接することができる。

また、前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板を、純Ａｌあるいは導電率が１０％ＩＡＣＳ以上のＡｌ合金によって形成し、他方の金属板を導電率が１０％ＩＡＣＳ以上の導電性金属によって形成することができる。このような材料の組み合わせにより、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上の導電性複合金属板を容易に製造することができる。

また、本発明の複合金属板は、第１金属板と、第２金属板とを備え、前記第１金属板の端部と第２金属板の端部が接合された複合金属板であって、前記第１金属板の端部に凸状に形成された山部と凹状に形成された谷部が設けられ、前記第２金属板の端部に前記第１金属板の山部及び谷部にそれぞれ係合する谷部及び山部が設けられ、前記第１金属板の山部が前記第２金属板の谷部に、前記第１金属板の谷部が前記第２金属板の山部にそれぞれ係合され、前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とが圧接され、拡散接合されたものである。

この複合金属板によれば、前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とが接合された接合部は、凹凸状に係合されて圧接され、拡散焼鈍されたものであるから優れた接合強度を備え、優れた耐久性、信頼性を有する。また、上記製造方法によって簡単容易に製造される。

この複合金属板において、前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板を純ＡｌあるいはＡｌ合金によって形成することができる。また、前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板を純Ａｌあるいは導電率が１０％ＩＡＣＳ以上のＡｌ合金によって形成し、他方の金属板を導電率を１０％ＩＡＣＳ以上の導電性金属によって形成することができる。このような金属板の組み合わせにより、導電率が１０％ＩＡＣＳ以上の導電性を有する複合材料とすることができる。この形態の複合金属板は、リチウムイオン電池の配線材あるいはその素材として好適に用いることができる。特に、一方の金属板を純Ａｌで、他方の金属板を純Ｃｕで形成した複合金属板は導電性に優れる。

また、前記複合金属板において、前記第２金属板の他方の端部にさらに第３金属板の端部を接合することができる。この複合金属板では、前記第２金属板の他方の端部に凸状に形成された山部と凹状に形成された谷部が設けられ、前記第３金属板の端部に前記第２金属板の他方の端部に形成された山部及び谷部にそれぞれ係合する谷部と山部が設けられ、前記第２金属板の他方の端部に形成された山部及び谷部に前記第３金属板の谷部及び山部がそれぞれ係合されて前記第２金属板の他方の端部と第３金属板の端部とが圧接され、拡散接合される。

この複合金属板は、３枚の金属板から構成され、前記第１金属板の端部と第２金属板の一方の端部とが接合された接合部のみならず、前記第２金属板の他方の端部と第３金属板の端部とが接合された接合部がそれぞれ優れた接合強度、耐久性を備える。

前記３枚の金属板から構成された複合金属板において、前記第２金属板を純Ｃｕあるいは熱伝導率がＣｕの６０％以上のＣｕ合金によって形成し、前記第１金属板および第３金属板をＦｅより熱膨張率の低いＦｅ基合金によって形成することができる。これにより、中央の金属板が良好な熱伝導性を有し、左右の金属板が低熱膨張で良好な機械的強度を有する。このため、中央部に半導体素子が、左右の両端部に接続用の足（ピン）部が形成されるリードフレーム用素材として好適に利用することができる。

本発明の複合金属板の製造方法によれば、第１金属板及び第２金属板の端部に形成された山部がそれぞれ他方の金属板の端部に形成された谷部にくさび状に食い込みながら圧下されるため、上下一対のロールによって板厚方向の圧下を施すだけで、各金属板は端部が離反することなく強固に圧接され、さらにその圧接部が拡散焼鈍により拡散接合されるため、第１金属板及び第２金属の接合部は接合強度、耐久性に優れる。また、本発明の複合金属板は、第１金属板及び第２金属板の端部同士が凹凸状に係合されて強固に圧接され、拡散接合されるため、その接合部は優れた接合強度、耐久性を備える。

以下、図面を参照して本発明の第１実施形態にかかる複合金属板及びその製造方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る、２枚の第１金属板１及び第２金属板２の端部同士が接合された複合金属板を示しており、この複合金属板は以下の要領で製造される。以下、製造方法を説明するが、説明の便宜上、前記複合金属板の第１金属板等の素材となる金属板についても第１金属板等と表示し、同符号を用いる。

図１〜図３は、第１実施形態に係る複合金属板の製造工程における第１金属板１及び第２金属板２をその長さ方向から見た正面図及び全体斜視図を示しており、先ず、図１に示すように、純Ｃｕあるいは冷間加工性を有するＣｕ合金（以下、特に断らない限り、これらの金属材を総称して「Ｃｕ系金属」という。）で形成された第１金属板１と、純Ａｌあるいは冷間加工性を有するＡｌ合金（以下、特に断らない限り、これらの金属材を総称して「Ａｌ系金属」という。）で形成された第２金属板２を準備する。

前記第１金属板１の接合側端部には、二つの傾斜面１３，１４によって凸状に形成された山部１１と、二つの傾斜面１４，１５によって凹状に形成された谷部１２が前記端部の先端から金属板の幅方向（紙面の横方向）に連続して形成されている。前記山部１１及び谷部１２は、金属板の長さ方向（紙面に垂直な方向）に沿って同じ断面形状に形成されている。また前記第２金属板２の接合側端部にも、前記第１金属板１の山部１１及び谷部１２に係合するように、二つの傾斜面２４，２５により凹状に形成された谷部２２と、二つの傾斜面２３，２４により凸状に形成された山部２１が金属板の幅方向に連続し、かつ金属板の長さ方向に同断面形状をなすように設けられている。前記第１金属板１の山部１１及び第２金属板２の谷部２２を形成する傾斜面のなす角度θ１、及び前記第２金属板２の山部２１及び第１金属板１の谷部１２を形成する傾斜面のなす角度θ２は、それぞれ３０°〜１２０°程度に形成されている。

この第１実施形態では、第１金属板１の端部と第２金属板２の端部は、紙面に垂直に立てた軸の周りに、一方の金属板を１８０度回転させれば、他方の金属板と同形になるように形成されている。所定端部を有する金属板は、プレス成形、押し出し成形により容易に成形することができる。また、金属板の端部は、機械加工により形成することができる。

次に、前記第１金属板１と第２金属板２は、図２に示すように、第１金属板１の山部１１と第２金属板２の谷部２２、第１金属板１の谷部１２と第２金属板２の山部２１とを係合させて、端部同士を重ね合わせ、その重ね合わせ部を上下一対のロールに通して冷間（室温）あるいは温間で圧接する。

前記第１金属板１の接合側端部と第２金属板２の接合側端部とを重ね合わせた状態において、第１金属板１の山部１１の先端部と、第２金属板２の山部２１の先端部との板厚方向の間隔ｈが、板幅方向（圧延方向に対して直角方向）の引っ掛かり代となる。この実施形態では、山部１１，２１の先端部が谷部１２，２２の底部に当接するように係合しているので、前記引っ掛かり代ｈは、各金属板１，２における山部１１，２１の先端部と谷部１２，２２の底部との板厚方向の間隔に等しくなっている。

前記引っ掛かり代ｈは、第１金属板１の板厚ｔ１及び第２金属板２の板厚ｔ２の２０％程度以上設けることが好ましい。また、Ａｌ系金属板からなる第２金属板２の谷部２２の底部と底部側板表面との間隔ｄ２は、第２金属板２の板厚ｔ２の２０％程度以上設けることが好ましい。ｄ２がｔ２の２０％程度を下回って薄くなると、重ね合わせ部をロール圧下する際、圧下率を低く設定しないと、Ａｌ系金属で形成した第２金属板２の谷部２２の底部に亀裂が生じるおそれがある。一方、Ｃｕ系金属板からなる第１金属板１の谷部１２の底部と底部側板表面との間隔ｄ１は、Ｃｕ系金属がＡｌ系金属よりも強度が２倍を超えて高いので、第１金属板１の板厚ｔ１の１０％程度以上あればよい。

前記第１金属板１の接合側端部と第２金属板２の接合側端部とを圧接するには、その重ね合わせ部をロールにて圧下すればよい。もっとも、図３に示すように、複合金属板の板厚を全体的に一定にして平板状にするには、重ね合わせ部を含む、両金属板の全体に対してロール圧下を施せばよい。なお、図３において、矢印は圧延方向（金属板の長さ方向）を示しており、また圧接前の素材金属板と圧接後の金属板とは同一物ではないが、既述のとおり、同符号が付されている。

圧接の際の重ね合わせ部における圧下率は、通常、６０〜８０％程度に設定される。前記第２金属板２の間隔ｄ２がｔ２の２０％を下回って薄い場合、先に説明したとおり、圧下率が高いと谷部２２の底部が断裂するおそれがあるので、この場合は圧下率を下げて圧下すればよい。もっとも、ロール圧下の圧下率が４０％程度を下回って低くなり過ぎると、重ね合わせ部の圧接が困難になる。

端部が圧接された両金属板１，２は、拡散焼鈍が施され、圧接部が拡散接合される。これにより、十分な接合強度が得られる。拡散焼鈍は、工業的には焼鈍温度をＡｌ系金属の融点より１００〜２００℃程度低い温度（通常、４５０〜５５０℃程度）で、保持時間を０．５〜３min 程度として実施される。低圧下率で圧接した場合、保持時間はそれよりも長く、５〜１５min 程度に設定することが望ましい。また、焼鈍温度をより低い温度としても拡散接合することができるが、焼鈍温度が低い場合は、保持時間を十分取る必要がある。例えば焼鈍温度を２００℃程度とする場合、保持時間を３ｈｒ程度とすることで、圧接部を拡散接合することができる。

上記第１実施形態において、第１金属板１を形成するＣｕ合金としては、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｂｅ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金などの各種の冷間加工性を有するＣｕ合金を用いることができる。具体的には、例えば、ＪＩＳ Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２０１、Ｃ１２２０、Ｃ１２２１、Ｃ２１００、Ｃ２６００、Ｃ２８０１、Ｃ２２００、Ｃ６１４０、Ｃ１４０１、Ｃ２０５１、Ｃ１４５００、Ｚ３２３４に含まれるＣｕ−Ｂｅ合金，Ｃｕ−Ｃｒ合金を挙げることができる。なお、Ｃｕ合金という場合、主成分であるＣｕが５０mass％（以下、「mass％」は単に「％」と表示する。）以上のものを意味する。

また前記第２金属板を形成するＡｌ合金としては、耐食アルミニウム合金や高力アルミニウム合金などの各種の冷間加工性を有するＡｌ合金を用いることができる。Ａｌ合金という場合、Ｃｕ合金と同様、主成分であるＡｌが５０％以上含まれるものを意味する。前記耐食アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｎ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金などを挙げることができ、具体的には、ＪＩＳ １０５０、１０６０、１０７０、１０８０、１１００、１２００、３００３、５００５、６０６３、６１０１を例示することができる。

また、前記高力アルミニウム合金としては時効硬化性合金であるＡｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金などを挙げることができる。具体的には、ＪＩＳ ２０１１、７００３を例示することができる。

第１、第２金属板を形成する金属材料としては、Ｃｕ系金属、Ａｌ系金属に限るものではなく、各種の冷間加工性を有する金属材から適宜の金属材を用いることができる。例えば、純ＮｉやＮｉ合金などのニッケル金属材、あるいは純Ｆｅ，Ｆｅ−（０．３％以下）Ｃ鋼（軟鋼），ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ３０４），Ｆｅ−Ｎｉ合金（例えば、Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（例えば、Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１６Ｃｏ合金）などの各種鉄鋼材を挙げることができる。また、第１金属板と第２金属板とは同材質でもよく、例えばＡｌ系金属板とＡｌ系金属板とを組み合わせることができる。

複合金属板を配線材等の導電性素材として用いる場合、Ａｌ系金属板を形成する金属材としては、純Ａｌあるいは導電率が１０％ＩＡＣＳ以上、好ましくは２０％以上の冷間加工性を有するＡｌ合金を用いることが望ましい。以下、導電率の「％ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard）」は単に「％」と表示する。ある材料の導電率（％ＩＡＣＳ）は下記式によって算出される。例えば、純Ｃｕは１００％、純Ａｌは６５％である。
導電率（％IACS）＝標準軟銅（純銅）の体積抵抗率（1.7241μΩ・cm）／当該材料の体積抵抗率×１００

前記導電率が１０％以上のＡｌ合金としては、Ａｌ含有量が高いほど導電率も高くなり、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上のＡｌ合金が望ましい。具体的には、ＪＩＳ １０５０、１０６０、１０７０、１０８０、１１００、１２００、３００３、５００５、６０６３、６１０１を例示することができる。例えば、前記５００５合金は、Ａｌ−（０．５〜１．１％）Ｍｎの固溶強化型合金であり、導電率は５２％である。その他、適用可能なＡｌ合金を以下に例示する。Ａｌ−（４〜５％）Ｍｇ合金（ＪＩＳＡ５０８２、導電率約２９％）、Ａｌ−（５〜６％）Ｃｕ合金（ＪＩＳＡ２０１１、導電率約３９％）、Ａｌ−（３．５〜４．５％）Ｃｕ−（０．４〜１．０％）Ｍｎ−（０．２〜０．８％）Ｍｇ（ＪＩＳＡ２０１７、ジュラルミン、導電率約５０％）、Ａｌ−（３．８〜４．９％）Ｃｕ−（０．３〜０．９％）Ｍｎ−（１．２〜１．８％）Ｍｇ（ＪＩＳＡ２０２４、超ジュラルミン、導電率約３０％）、Ａｌ−（１１〜１３．５％）Ｓｉ−（０．８〜１．３％）Ｍｇ（ＪＩＳＡ４０３２、導電率約４０％）

また、前記Ａｌ系金属板に接合される他方の金属板を形成する金属材としては、導電率が１０％以上の各種冷間加工性を有する金属材を用いることが望ましい。例えば、純Ｃｕや導電率が１０％以上、好ましくは２０％以上のＣｕ合金を挙げることができる。前記Ｃｕ合金は、Ｃｕ含有量が高いほど導電率も高くなるため、Ｃｕ量が好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上のＣｕ合金が望ましい。このようなＣｕ合金としては、例えば、ＪＩＳ Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２０１、Ｃ１４５００、Ｚ３２３４に含まれるＣｕ−Ｂｅ合金，Ｃｕ−Ｃｒ合金を挙げることができる。その他、適用可能なＣｕ合金を以下に例示する。Ｃｕ−２％Ｎｉ合金（導電率３３％）、Ｃｕ−６％Ｎｉ合金（導電率１７％）、Ｃｕ−９．５％Ｎｉ合金（導電率１１％）、Ｃｕ−３０％Ｚｎ合金（導電率２７．４％）、Ｃｕ−３４％Ｚｎ合金（導電率２６．５％）、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ（Ｆｅ＋Ｐ：０．１３％）合金（導電率９３％）、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ（Ｆｅ＋Ｐ：２．４８％）合金（導電率６９％）、Ｃｕ−０．２％Ｚｒ合金（導電率９３％）

また、前記導電率が１０％以上の金属材として、純Ｎｉ（導電率２１％）やＮｉ合金、その他、純Ｆｅ（導電率１３％），Ｆｅ−（０．１％以下）Ｃ鋼（導電率１０％以上）などの鉄鋼材を用いることができる。前記Ｎｉ合金は、Ｎｉ含有量が高いほど導電率も高くなる。このため、Ｎｉ量が好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上のＮｉ合金が望ましい。適用可能なＮｉ合金として、Ｎｉ−（２％以下）Ｃｕ合金（導電率１６．７％以上）、Ｎｉ−（４１％以下）Ｆｅ合金（導電率１６．７％以上）を例示することができる。

また、上記第１実施形態では、第１金属板１、第２金属板２の山部１１，２１、谷部１２，２２は、断面が三角形状をしているが、例えば図４に示すように、三角形状の山部１１，２１の先端部を平坦状とし、これを三角形状の谷部に係合させるようにしてもよい。このように山部の先端部を平坦状にすることで、谷部への係合が容易になる。山部、谷部の断面形状はこれらに限るものではなく、図５に示すように、山部１１，２１の頂部、谷部１２，２２の底部が平坦面からなる台形状としてもよい。このような形状にすることで、Ａｌ系金属で形成した第２金属板のｄ２を薄くしても、圧接の際に谷部の底部に亀裂が入り難くなる。同図において、θ１、θ２は、図２と同様、第１金属板１の山部１１（第２金属板２の谷部２２）、第１金属板１の谷部１２（第２金属板２の山部２１）を形成する傾斜面の成す角度、ｈは引っ掛かり代である。また、さらに、図６に示すように、山部１１，２１が金属板１，２の表面より突き出るように形成されてもよい。

また、上記第１実施形態では、２枚の金属板からなる複合金属板及びその製造方法を示したが、本発明は金属板の枚数はこれに限らない。図７は、３枚の金属板で構成された第２実施形態に係る複合金属板を示している。この複合金属板は、第１金属板１と、第２金属板２及び第３金属板３を備え、前記第２金属板２の左方の端部に第１金属板１の端部が、前記第２金属板の右方の端部に第３金属板３の端部が接合されている。この複合金属板は以下の要領で製造される。なお、製造方法の説明において、説明の便宜上、第１実施形態と同様、前記複合金属板の第１金属板等の素材となる金属板についても第１金属板等と表示し、同符号を用いる。

図８に示すように、前記複合金属板の各金属板の素材となる第１金属板１，第２金属板２，第３金属板３を準備する。前記第２金属板２の両端部には、それぞれ二つの傾斜面によって凸状に形成された山部２１と二つの傾斜面によって凹状に形成された谷部２２が設けられ、前記第１金属板１および第３金属板３のそれぞれの接合側端部に前記第２金属板２の一方および他方の端部に形成された山部２１及び谷部２２にそれぞれ係合する谷部１２及び山部１１が設けられている。

次に、前記第２金属板２の一方の端部の谷部２２及び山部２１にそれぞれ前記第１金属板１の山部１１及び谷部１２を、前記第２金属板２の他方の谷部２２及び山部２１にそれぞれ前記第３金属板３の山部１１及び谷部１２を係合させて端部同士を重ね合わせ、重ね合わせた第２金属板２の両端部を冷間あるいは温間でロールによって圧下する。これにより、第１実施形態と同様、第２金属板２の両端部と第１金属板１及び第３金属板３の端部とが強固に圧接される。さらにこの圧接材に焼鈍を施すと、第２金属板２の両端の圧接部が拡散接合され、強固に接合された複合金属板が得られる。

前記３枚構成の複合金属板の製造方法としては、上記方法に限らず、一つの金属板に他の金属板を順次接合するようにしてもよい。すなわち、図９に示すように、まず第１金属板１と第２金属板２とを接合し、この接合した２枚構成の複合金属板の端部に第３金属板３を接合するようにしてもよい。この方法は基本的に前記第１実施形態と同様であり、前記２枚構成の複合金属板が第１実施形態における第１金属板に、第３金属板が第１実施形態の第２金属板に相当する。

前記第２実施形態の複合金属板において、前記第１金属板１、第２金属板２、第３金属板３の材料として、適宜の金属材を用いることができる。例えば、この複合金属板を半導体素子を搭載するリードフレーム用素材として用いる場合、半導体素子が搭載されることになる前記第２金属板を純Ｃｕあるいは熱伝導率がＣｕの６０％以上、好ましくは８０％以上である冷間加工性を有するＣｕ合金によって形成し、接続用ピンに加工されることになる前記第１金属板および第３金属板をＦｅより熱膨張率が低い冷間加工性を有するＦｅ基合金、例えばＦｅ−（３６〜５０％）Ｎｉ合金、Ｆｅ−（２０〜３０％）Ｎｉ−（１〜２０％）Ｃｏ合金によって形成することができる。前記Ｃｕ合金としては、例えばＣｕ−０．１５％Ｓｎ合金、Ｃｕ−２．４％Ｆｅ−０．１％Ｚｎ合金、Ｃｕ−０．１％Ｆｅ合金が用いられ、前記Ｆｅ−Ｎｉ合金としては、例えばＦｅ−４２％Ｎｉ合金が用いられる。

以下、本発明に係る複合金属板及びその製造方法について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。

厚さ３mm、方形平面の純Ｃｕ板（第１金属板）及び同厚、同形の純Ａｌ板（第２金属板）を準備し、その側端部に図１に示すように、三角形断面の山部１１，２１、谷部１２，２２を機械加工により形成した。各部の寸法は、θ１＝θ２＝９０°、ｄ２＝ｄ１とし、ｈは表１に示す値とした。

上記純Ｃｕ板、純Ａｌ板の側端部を山部１１，２１と谷部２２，１２が係合するように重ね合わせ、その重ね合わせた両金属板を室温にて上下一対のロールに通して重ね合わせ部が５０％あるいは６０％の圧下率となるように圧下し、同部を冷間圧接した。この際、重ね合わせ部における亀裂発生状況を観察した。その結果を表１に併せて示す。表１に示すように、試料No. ２を除き、重ね合わせ部が圧接された金属板を得ることができた。一方、試料No. ２では、重ね合わせ部において、純Ａｌ板の谷部の底側表面に圧延方向に亀裂が入り、重ね合わせ部を圧接することができなかった。試料No. ２とNo. １では、形状条件が同一であるが、No. １では圧下率を５０％と下げたので亀裂は発生しなかった。

このようにして側端部が圧接された第１、第２金属板に対して、表１に示す条件で拡散焼鈍を施した。そして拡散焼鈍後の複合金属板から圧延方向に対して直角方向（幅方向）に沿って幅１０mmの引張試験片ＴＰを採取した(図３参照）。これを用いて試験片が破断するまで引張試験を行ったところ、引張試験に供した全ての試料について接合部での破断はなく、全て純Ａｌ板側で破断した。表１では、このような純Ａｌ板側で破断が生じたものを合格と表示した。これより、圧接後、拡散焼鈍した接合部は、優れた接合強度を有することが確認された。

本発明の第１実施形態にかかる複合金属板の素材である第１金属板、第２金属板の要部正面図である。 第１、第２金属板の接合側端部を重ね合わせた状態を示す要部正面図である。 第１、第２金属板の端部が圧接され、さらに拡散焼鈍された第１実施形態に係る複合金属板の斜視図を示す。 先端部が平坦状とされた略三角形状の山部、三角形状の谷部を接合側端部に備えた第１、第２金属板を同部で重ね合わせた状態を示す要部正面図である。 断面形状が台形の山部及び谷部を接合側端部に備えた第１、第２金属板を同部で重ね合わせた状態を示す要部正面図である。 板表面より突出した山部及び板表面より凹んだ谷部を接合側端部に備えた第１、第２金属板を同部で重ね合わせた状態を示す要部正面図である。 第２実施形態に係る、３枚の金属板が接合された複合金属板の斜視図を示す。 第２実施形態に係る複合金属板の製造方法に用いる各素材の要部正面図である。 第２実施形態に係る複合金属板の他の製造方法に用いる各素材の要部正面図である。

符号の説明

１ 第１金属板
２ 第２金属板
３ 第３金属板
１１，２１ 山部
１２，２２ 谷部

Claims (11)

1. 第１金属板と、第２金属板とを準備し、前記第１金属板と第２金属板の端部同士を接合する複合金属板の製造方法であって、
   前記第１金属板は接合側端部に凸状に形成された山部と凹状に形成された谷部を備え、前記第２金属板は接合側端部に前記第１金属板の山部及び谷部にそれぞれ係合する谷部及び山部を備え、
   前記第１金属板の山部を前記第２金属板の谷部に、前記第２金属板の山部を前記第１金属板の谷部にそれぞれ係合させて前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とを重ね合わせ、その重ね合わせ部を圧下することによって圧接し、拡散焼鈍する、複合金属板の製造方法。
2. 前記第１金属板及び第２金属板の有する山部及び谷部はそれぞれ二つの傾斜面を備え、前記二つの傾斜面のなす角度がそれぞれ３０〜１２０度である、請求項１に記載した複合金属板の製造方法。
3. 前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とを重ね合わせた状態において、前記第１山部の頂部と第２山部の頂部との板厚方向の間隔が前記第１金属板及び第２金属板のそれぞれの板厚の２０％以上である、請求項１又は２に記載した複合金属板の製造方法。
4. 前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板が、純ＡｌあるいはＡｌ合金によって形成された、請求項１から３のいずれか１項に記載した複合金属板の製造方法。
5. 前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板が純Ａｌあるいは導電率が１０％ＩＡＣＳ以上のＡｌ合金によって形成され、他方の金属板が導電率が１０％ＩＡＣＳ以上の導電性金属によって形成された、請求項１から４のいずれか１項に記載した複合金属板の製造方法。
6. 第１金属板と、第２金属板とを備え、前記第１金属板の端部と第２金属板の端部が接合された複合金属板であって、
   前記第１金属板の端部に凸状に形成された山部と凹状に形成された谷部が設けられ、前記第２金属板の端部に前記第１金属板の山部及び谷部にそれぞれ係合する谷部と山部が設けられ、
   前記第１金属板の山部が前記第２金属板の谷部に、前記第１金属板の谷部が前記第２金属板の山部にそれぞれ係合されて前記第１金属板の端部と第２金属板の端部とが圧接され、拡散接合された、複合金属板。
7. 前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板が、純ＡｌあるいはＡｌ合金によって形成された、請求項６に記載した複合金属板。
8. 前記第１金属板及び第２金属板の一方の金属板が純Ａｌあるいは導電率が１０％ＩＡＣＳ以上のＡｌ合金によって形成され 他方の金属板が導電率が１０％ＩＡＣＳ以上の導電性金属によって形成された、請求項６又は７に記載した複合金属板。
9. 一方の金属板が純Ａｌによって形成され 他方の金属板が純Ｃｕによって形成された、請求項８に記載した複合金属板。
10. 前記第２金属板の他方の端部にさらに第３金属板の端部が接合され、
    前記第２金属板の他方の端部に凸状に形成された山部と凹状に形成された谷部が設けられ、前記第３金属板の端部に前記第２金属板の他方の端部に設けられた山部及び谷部にそれぞれ係合する谷部と山部が設けられ、
    前記第２金属板の他方の端部に形成された山部及び谷部に前記第３金属板の谷部及び山部がそれぞれ係合されて前記第２金属板の他方の端部と第３金属板の端部とが圧接され、拡散接合された、請求項６に記載した複合金属板。
11. 前記第２金属板が純Ｃｕあるいは熱伝導率がＣｕの６０％以上のＣｕ合金によって形成され、前記第１金属板および第３金属板がＦｅより熱膨張率の低いＦｅ基合金によって形成された、請求項１０に記載した複合金属板。

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