JP2009172622A - 銅含有クラッドシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】銅含有クラッドシートの製造方法において、ロウ材層の性質をより幅広く実現可能とする。
【解決手段】銅を含むロウ材層Ｘ１が板状の基材Ｙの少なくとも一方側の面に形成された銅含有クラッドシートの製造方法であって、上記銅を含む粉末Ｘを上記基材Ｙの少なくとも一方側の面に配置する配置工程と、該配置工程にて上記基材Ｙの少なくとも一方側の面に配置された上記粉末Ｘに対して熱処理を行うことにより上記ロウ材層Ｘ１とする熱処理工程とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材に対して銅を含むロウ材層が形成された銅含有クラッドシートの製造方法に関するものである。

従来から、銅を含有するロウ材層が板状の基材に対して貼り合わされた銅含有クラッドシートが知られている。
この銅含有クラッドシートにおいては、ロウ材が母材（ロウ付けされる対象となる部材）に対して接触された状態にてロウ付け温度まで加熱されることによってロウ材層が溶融され、その後冷却することによってロウ材層が基材及び母材に対して固着された状態にて固化される。このため、基材と母材とをロウ付けすることができる。

このような銅含有クラッドシートを製造する場合には、一般的なクラッドシートの製造方法と同様に、まずロウ材層のみからなるシートを形成し、このロウ材層のみからなるシートを基材に対して圧延処理によって貼り合わせることにより銅含有クラッドシートを製造することが考えられる。
アルミニウムブレージングハンドブック編集委員会，「アルミニウムブレージングハンドブック（改訂版）」，社団法人 軽金属溶接構造協会，平成１５年３月２５日，ｐ．８０−８３

ところで、ロウ材層からなるシートと基材とは延性が異なるため、圧延処理によって貼り合わせるためには、ロウ材層の成分比率を調節して互いの延性を近づける等の条件合わせが必要となる。

しかしながら、ロウ材層の性質は、ロウ材層の成分比率に影響を受ける。このため、従来の圧延処理による銅含有クラッドシートの製造方法においては、圧延処理によって貼り合わせが可能な条件の範囲にロウ材層の性質が限定されてしまう。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、銅含有クラッドシートの製造方法において、ロウ材層の性質をより幅広く実現可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、銅を含むロウ材層が板状の基材の少なくとも一方側の面に形成された銅含有クラッドシートの製造方法であって、上記銅を含む粉末を上記基材の少なくとも一方側の面に配置する配置工程と、該配置工程にて上記基材の少なくとも一方側の面に配置された上記粉末に対して熱処理を行うことにより上記ロウ材層とする熱処理工程とを有することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の銅含有クラッドシートの製造方法によれば、配置工程において、銅を含む粉末が基材の少なくとも一方の面に配置され、熱処理工程において、基材の少なくとも一方側の面に配置された粉末に対して熱処理を行うことによって粉末からなる粉末層がロウ材層とされる。

また、本発明においては、上記配置工程は、一対の圧延ローラ間において上記基材及び上記粉末を圧着することにより上記粉末を上記基材の少なくとも一方側の面に配置する工程であるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記熱処理工程は、上記粉末を加熱することにより溶融あるいは焼結させる工程を含むという構成を採用する。

また、本発明においては、上記銅は、純金属粉末としてあるいは合金粉末として上記粉末に含まれているという構成を採用する。

また、本発明においては、上記粉末は、フラックスを含むという構成を採用する。

また、本発明においては、上記基材とロウ材層の間あるいは上記ロウ材層の上記基材と反対側の面に配置されるフラックス含有層を形成する工程を有するという構成を採用する。

本発明によれば、銅を含む粉末が基材の少なくとも一方側の面に配置され、この配置された粉末を熱処理することによってロウ材層が形成される。つまり、本発明によれば、ロウ材層からなるシートと基材とを圧延処理によって貼り合わせることなくロウ材層を有するクラッドシートが製造される。このため、粉末の成分比率を調整することによって、任意の成分比率を有するロウ材層を容易に形成することができる。
したがって、本発明によれば、銅含有クラッドシートにおけるロウ材層の性質をより幅広く実現することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る銅含有クラッドシートの製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材の認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法を行う製造装置Ｄ１の概略構成図である。
この図に示すように、製造装置Ｄ１は、ホッパ１と、ベルトフィーダ２と、圧延ローラ３と、プーリ４と、加熱炉５と、回収ローラ６とを備えている。

ホッパ１は、銅を含む粉末である銅含有粉末Ｘを収容すると共に銅含有粉末Ｘをベルトフィーダ２に供給するように構成されている。

ベルトフィーダ２は、銅含有粉末Ｘを搬送し、圧延ローラ３上から下方に銅含有粉末Ｘを落下させることによって、圧延ローラ３の周面（後述する圧延ローラ３Ａの周面）に銅含有粉末Ｘを供給する構成となっている。

圧延ローラ３は、一対の圧延ローラ３Ａと圧延ローラ３Ｂとによって構成されている。圧延ローラ３Ａがベルトフィーダ２の下方に位置されるように配置されている。この圧延ローラ３は、不図示の回転駆動機構により回転駆動されることによって、ベルトフィーダ２を介して供給される銅含有粉末Ｘと上方から挿通される板状の基材Ｙとを圧延ローラ３Ａと圧延ローラ３Ｂとの間において圧延する構成となっている。
そして、圧延ローラ３は、圧延ローラ３Ａ，３Ｂ間において基材Ｙ及び銅含有粉末Ｘを圧着し、これによって基材Ｙの一方側の面に、銅含有粉末Ｘからなる粉末層を形成する。

プーリ４は、圧延ローラ３の下方に配置されており、圧延ローラ３によって銅含有粉末Ｘが一方側の面に圧着された基材Ｙを水平方向に案内するように構成されている。

加熱炉５は、一方側の面に配置された銅含有粉末Ｘを基材Ｙごと、銅含有粉末Ｘの融点近傍まで加熱することによって銅含有粉末Ｘを溶融あるいは焼結させるものである。これによって、基材Ｙの一方側の面における粉末層（銅含有粉末Ｘからなる層）が溶融あるいは焼結し、その後冷却されることによってロウ材層Ｘ１とされる。

回収ローラ６は、加熱炉５から排出された基材Ｙ（すなわちクラッドシート）を巻き取ることによって回収するものである。

また、銅含有粉末Ｘは、少なくとも銅を含む粉末である。なお、銅は、純金属粉末として銅含有粉末Ｘに含まれていても良いし、合金粉末として銅含有粉末Ｘに含まれていても良い。
また、銅含有粉末Ｘにおける成分比率は、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法にて製造される銅含有クラッドシートのロウ材層が所望の性能を発揮するように設定されている。
なお、銅含有粉末Ｘは、銅の他に、例えば、亜鉛、スズ、ニッケル、マンガン、リン、シリコン、銀のいずれかあるいは複数を成分として含み、溶融あるいは焼結されることによりロウ材組成となる組成あるいはロウ材組成そのものを有する。

また、基材Ｙの形成材料としては、低炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、コバール、ニッケルあるいはその合金、ニッケル−コバルト合金あるいはその耐熱合金、銅あるいはその合金、アルミニウムあるいはその合金、チタンあるいはその合金、チタン−アルミニウム合金、マグネシウムあるいはその合金、ベリリウムあるいはその合金、ジルコニウムあるいはその合金、バナジウムあるいはその合金、タングステンあるいはその合金、モリブデンあるいはその合金、タンタルあるいはその合金、ニオブあるいはその合金、超硬合金を挙げることができる。
これらの中においても、銅を含むロウ材層が形成される基材は、低炭素鋼、低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、コバール、ニッケルあるいはその合金によって形成されることがより好ましい。
一方、銅含有粉末Ｘが、リンを含むいわゆるリン銅ロウ粉末である場合には、基材Ｙは、低炭素鋼、低合金鋼、工具鋼によって形成されていることが好ましく、さらには銅あるいはその合金によって形成されていることが特に好ましい。
また、銅含有粉末Ｘが、亜鉛を含むいわゆる黄銅粉末である場合には、基材Ｙは、低炭素鋼、工具鋼、銅あるいはその合金によって形成されていることが特に好ましい。

次に、上述のようにして構成された製造装置Ｄ１の動作である本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法について説明する。

まず製造装置Ｄ１は、ホッパ１に収容された銅含有粉末Ｘをベルトフィーダ２によって圧延ローラ３Ａの周面に供給する。
圧延ローラ３Ａの周面に供給された銅含有粉末Ｘは、圧延ローラ３Ａの回転駆動によって、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの間に供給され、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの間に上方から下方へ挿通されて搬送される板状の基材Ｙの一方側の面に圧着されて配置される（配置工程）。

銅含有粉末Ｘが圧着された基材Ｙは、圧延ローラ３Ａ，３Ｂの下方に位置する加熱炉５にプーリ４を介して挿入され、銅含有粉末Ｘの融点近傍の温度まで加熱される。この結果、銅含有粉末Ｘからなる粉末層が焼結あるいは溶融して層となり、基材Ｙの表面にしっかりと固着されることによって、ロウ材層となる（熱処理工程）。

そして、ロウ材層が形成された基材Ｙ（すなわち銅含有クラッドシート）が回収ローラ６によって巻き取られることによって回収される。

以上の工程により、図２に示すような、基材Ｙの一方側の面に銅を含有するロウ材層Ｘ１が形成された銅含有クラッドシートＳ１が製造される。

このような本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法によれば、銅を含む粉末である銅含有粉末Ｘが基材Ｙの少なくとも一方側の面に配置され、この配置された銅含有粉末Ｘを熱処理することによってロウ材層が形成される。つまり、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法によれば、ロウ材層からなるシートと基材とを圧延処理によって貼り合わせることなくロウ材層を有するクラッドシートが製造される。このため、銅含有粉末Ｘの成分比率を調整することによって、任意の成分比率を有するロウ材層Ｘ１を容易に形成することができる。
したがって、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法によれば、銅含有クラッドシートにおけるロウ材層の性質をより幅広く実現することが可能となる。

例えば、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法においては、銅含有粉末Ｘとして黄銅ロウ粉末を用いる場合において、銅含有粉末Ｘに６０重量％を超える亜鉛を混合させた場合であってもロウ材層Ｘ１を形成することができる。
また、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法においては、銅含有粉末Ｘに１重量％以上のスズを混合させた場合であってもロウ材層Ｘ１を形成することができる。このため、耐食性に優れたロウ材層Ｘ１を容易に形成することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法を行う製造装置Ｄ２の概略構成図である。
この図に示すように、製造装置Ｄ２は、第１圧延処理装置Ｄ２Ａと、第２圧延処理装置Ｄ２Ｂと、回収ローラ６を備える。

第１圧延処理装置Ｄ２Ａは、上記第１実施形態の製造装置Ｄ１が備えるホッパ１と、ベルトフィーダ２と、圧延ローラ３と、加熱炉５とを備える。
第２圧延処理装置Ｄ２Ｂは、ホッパ１１と、ベルトフィーダ１２と、圧延ローラ１３と、プーリ１４と、加熱炉１５とを備えている。

ホッパ１１は、フラックス粉末を含むフラックス含有粉末Ｚを収容すると共にフラックス含有粉末Ｚをベルトフィーダ１２に供給するように構成されている。

ベルトフィーダ１２は、フラックス含有粉末Ｚを搬送し、圧延ローラ１３上から下方にフラックス含有粉末Ｚを落下させることによって、圧延ローラ１３の周面（後述する圧延ローラ１３Ａの周面）にフラックス含有粉末Ｚを供給する構成となっている。

圧延ローラ１３は、一対の圧延ローラ１３Ａと圧延ローラ１３Ｂとによって構成されている。圧延ローラ１３Ａがベルトフィーダ１２の下方に位置されるように配置されている。この圧延ローラ１３は、不図示の回転駆動機構により回転駆動されることによって、ベルトフィーダ１２を介して供給されるフラックス含有粉末Ｚと上方から挿通されるロウ材層Ｘ１が形成された基材Ｙとを圧延ローラ１３Ａと圧延ローラ１３Ｂとの間において圧延する構成となっている。
そして、圧延ローラ１３は、圧延ローラ１３Ａ，１３Ｂ間においてロウ材層Ｘ１上にフラックス含有粉末Ｚを圧着し、これによって基材Ｙの一方側に、フラックス含有粉末Ｚからなる粉末層を形成する。

プーリ１４は、圧延ローラ１３の下方に配置されており、圧延ローラ１３によってフラックス含有粉末Ｚが一方側に圧着された基材Ｙを水平方向に案内するように構成されている。
加熱炉１５は、一方側に配置されたフラックス含有粉末Ｚを基材Ｙごと、フラックス含有粉末Ｚの融点以下の温度で加熱処理するものである。

なお、フラックス粉末は、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法によって製造される銅含有クラッドシートの使用環境（母材の形成材料、ロウ付け温度等）に応じて選択されるが、例えば、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化マグネシウム等の塩化物、フッ化ナトリウム、フッ化アルミニウム、フッ化カリウム、フッ化リチウム、フッ化水素カリウム等のフッ化物、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸リチウム等のホウ酸塩、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化カリウム等のホウフッ化物、あるいはホウ砂等を用いることができる。そして、銅含有クラッドシートに対しては、特に、ホウ酸、ホウ酸カリウム、フッ化ナトリウム、ホウフッ化ナトリウム、ホウ砂をフラックス粉末として用いることが好ましい。

次に、上述のように構成された製造装置Ｄ２の動作である本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法について説明する。

まず製造装置Ｄ２においては、上記第１実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法と同様に、第１圧延処理装置Ｄ２Ａによって基材Ｙの一方側の面に銅を含有するロウ材層Ｘ１が形成される。

続いて、第２圧延処理装置Ｄ２Ｂにおいて、ホッパ１１に収容されたフラックス含有粉末Ｚをベルトフィーダ１２によって圧延ローラ１３Ａの周面に供給する。
圧延ローラ１３Ａの周面に供給されたフラックス含有粉末Ｚは、圧延ローラ１３Ａの回転駆動によって、圧延ローラ１３Ａ，１３Ｂの間に供給され、圧延ローラ１３Ａ，１３Ｂの間に上方から下方へ挿通されて搬送されるロウ材層Ｘ１上に配置される。
そして、フラックス含有粉末Ｚが圧着された基材Ｙは、圧延ローラ１３Ａ，１３Ｂの下方に位置する加熱炉１５にプーリ１４を介して挿入され、フラックス含有粉末Ｚの融点以下の温度で加熱される。この結果、フラックス含有粉末Ｚからなる粉末層が焼結して層となり、ロウ材層Ｘ１の表面にしっかりと固着されることによって、フラックス含有層Ｚ１となる。

そして、ロウ材層Ｘ１及びフラックス含有層Ｚ１が形成された基材Ｙ（すなわち銅含有クラッドシート）が回収ローラ６によって巻き取られることによって回収される。

以上の工程により、図４に示すような、基材Ｙの一方側の面に銅を含有するロウ材層Ｘ１及びフラックス含有層Ｚ１が形成された銅含有クラッドシートＳ２が製造される。
このような銅含有クラッドシートＳ２によれば、ロウ付けの際にフラックス含有層Ｚ１に含有されるフラックスが溶融して母材あるいはロウ材層Ｘ１の表面に形成される酸化膜が除去されるため、良好なロウ付けを行うことが可能となる。

すなわち、本実施形態の銅含有クラッドシートの製造方法によれば、良好なロウ付けを実現可能な銅含有クラッドシートを製造することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る銅含有クラッドシートの製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、基材Ｙの一方側にロウ材層Ｘ１、さらにはフラックス含有層Ｚ１を形成する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、基材Ｙの両側にロウ材層Ｘ１、さらにはフラックス含有層Ｚ１を形成しても良い。
このような場合には、基材Ｙの搬送方向における両側にホッパ、ベルトフィーダを設置し、基材Ｙの両側に対して銅含有粉末Ｘ、さらにはフラックス含有粉末Ｚを供給すれば良い。

また、上記第２実施形態においては、フラックス含有層Ｚ１をロウ材層Ｘ１の基材Ｙと反対側に形成する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ロウ材層Ｘ１と基材Ｙとの間にフラックス含有層Ｚ１を形成しても良い。
このような場合には、第１圧延処理装置Ｄ２Ａと第２圧延処理装置Ｄ２Ｂとを反対に配置すれば良い。

また、例えば、上記第１実施形態において、銅含有粉末Ｘに対してフラックスを混合させても良い。
このような構成を採用することによって、ロウ材層Ｘ１にフラックスが含まれることとなり、良好なロウ付けが可能な銅含有クラッドシートとなる。

また、上記実施形態において示した銅含有粉末Ｘに含まれる銅以外の材料、フラックス粉末、及び基材の形成材料は、一例であり、上述した例に限定されるものではなく、銅含有クラッドシートの使用環境に応じて、適宜選択される。

また、上記実施形態においては、一対の圧延ローラにて銅含有粉末Ｘあるいはフラックス含有粉末Ｚを圧着させることによって配置する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、圧延ローラ以外の構成によって銅含有粉末Ｘあるいはフラックス含有粉末Ｚを圧着させても良い。
また、さらには、銅含有粉末Ｘあるいはフラックス含有粉末Ｚを圧着させることなく配置しても良い。

本発明の第１実施形態である銅含有クラッドシートの製造方法を行うための製造装置の概略図である。 本発明の第１実施形態である銅含有クラッドシートの製造方法にて製造された銅含有クラッドシートの斜視図である。 本発明の第２実施形態である銅含有クラッドシートの製造方法を行うための製造装置の概略図である。 本発明の第２実施形態である銅含有クラッドシートの製造方法にて製造された銅含有クラッドシートの斜視図である。

符号の説明

Ｄ１，Ｄ２……製造装置、Ｓ１，Ｓ２……銅含有クラッドシート、Ｘ……銅含有粉末、Ｘ１……ロウ材層、Ｙ……基材、Ｚ……フラックス含有粉末、Ｚ１……フラックス含有層、３，１３……圧延ローラ

Claims (6)

1. 銅を含むロウ材層が板状の基材の少なくとも一方側の面に形成された銅含有クラッドシートの製造方法であって、
   前記銅を含む粉末を前記基材の少なくとも一方側の面に配置する配置工程と、
   該配置工程にて前記基材の少なくとも一方側の面に配置された前記粉末に対して熱処理を行うことにより前記ロウ材層とする熱処理工程と
   を有することを特徴とする銅含有クラッドシートの製造方法。
2. 前記配置工程は、一対の圧延ローラ間において前記基材及び前記粉末を圧着することにより前記粉末を前記基材の少なくとも一方側の面に配置する工程であることを特徴とする請求項１記載の銅含有クラッドシートの製造方法。
3. 前記熱処理工程は、前記粉末を加熱することにより溶融あるいは焼結させる工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の銅含有クラッドシートの製造方法。
4. 前記銅は、純金属粉末としてあるいは合金粉末として前記粉末に含まれていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の銅含有クラッドシートの製造方法。
5. 前記粉末は、フラックスを含むことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の銅含有クラッドシートの製造方法。
6. 前記基材とロウ材層の間あるいは前記ロウ材層の前記基材と反対側の面に配置されるフラックス含有層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の銅含有クラッドシートの製造方法。
   
   

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