JP2010029882A - クラッド材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い加工度で、接合性の良好なクラッド材を得る。
【解決手段】異種金属板１Ａ，１Ｂ，１Ｃの送り込み口４及び送り出し口７を有し、異種金属板に活性化処理を施す活性化処理室５と、該活性化処理室内に不活性ガス２５を供給して活性化処理室内を陽圧の不活性ガス雰囲気とし、上記送り込み口及び送り出し口から外側に不活性ガスを吹き出させる不活性ガス供給手段１１と、上記異種金属板を重ね合わせて上記送り込み口から活性化処理室内に送り込む送り込み手段１２と、送り込まれた異種金属板を活性化処理室内で相互に分離する分離手段１３と、分離された各異種金属板の接合面を研磨して活性化処理する研磨手段６Ａ〜６Ｌと、活性化処理後の異種金属板を重ね合わせて上記送り出し口から送り出す送り出し手段１４と、上記送り出し口に近接して設けられ異種金属板を冷間圧延接合する冷間圧延接合手段８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、クラッド材の製造方法及び製造装置に関するものである。

冷間圧延により金属材料同士をクラッドして複合材（クラッド材）を製造する方法としては、（１）圧延一回当たりに５０％以上の加工度を加える方法、（２）イオンミーリング法（特許文献１）、（３）極低圧不活性ガス中クラッド法（特許文献２）、（４）真空中クラッド法（特許文献３）等が挙げられる。

ここで、（３）の極低圧不活性ガス中クラッド法は、１０〜１．０×１０^-2Ｐａの極低圧不活性ガス中で、接合材の接合面をスパッタエッチングすることで活性化する方法がある。また、（４）の真空中クラッド法は、真空度１．３３×１０^-4Ｐａ〜１．３３×１０^-1Ｐａ（１×１０^-6〜１０^-3Ｔｏｒｒ）の真空槽内でイオンエッチング法により活性化処理を行い、接合させる方法である。

特開昭６１−２８６０７８号公報 特願平１−２２４１８４号公報 特許第２５１９５７８号公報

しかしながら、上記（１）については、ワイヤブラシを使用した研磨により接合面の清浄化を実施しても、表面が参加し易い材料では、研磨直後に再び酸化が起こり、一回当たり６０％程度の高い加工度が必要となり、高い圧延荷重が必要となる。このため、幅の広い材料を製造する場合、高い圧延荷重を有する高価な圧延機が必要となる。また、材料を大きく変形させることにより接合界面形状が不均一となるおそれがあり、クラッド後の加工に悪影響を及ぼすおそれがある。

上記（２）についても、圧延に要する圧延率が５０％と高く、上記（１）と同様の理由で高価な圧延機が必要となる。また、イオンビームガンも高価であるため、装置設備として非常に高価なものとなる。さらに、イオンビーム径が最大でも２０ｃｍと小さく、広幅材の製造には適していない。

上記（３）、（４）とも、チャンバー内での処理のため量産には適しておらず、特に上記（４）は高真空を必要とするため、装置が高価なものとなる。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、低い加工度で、接合性の良好なクラッド材を得ることができるクラッド材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のうち、第１の発明は、異種金属板の接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板を冷間圧延接合してクラッド材を製造する装置において、上記異種金属板の送り込み口及び送り出し口を有し、異種金属板に活性化処理を施す活性化処理室と、該活性化処理室内に不活性ガスを供給して活性化処理室内を陽圧の不活性ガス雰囲気とし、上記送り込み口及び送り出し口から外側に不活性ガスを吹き出させる不活性ガス供給手段と、上記異種金属板を重ね合わせて上記送り込み口から活性化処理室内に送り込む送り込み手段と、送り込まれた異種金属板を活性化処理室内で相互に分離する分離手段と、分離された各異種金属板の接合面を研磨して活性化処理する研磨手段と、活性化処理後の異種金属板を重ね合わせて上記送り出し口から送り出す送り出し手段と、上記送り出し口に近接して設けられ不活性ガス雰囲気下で異種金属板を冷間圧延接合する冷間圧延接合手段とを備えたことを特徴とする。

上記不活性ガス雰囲気は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記研磨手段は、回転式の金属製のブラシからなり、研磨面の粗さを徐々に小さくして行くように複数種類のブラシを配列し、最終的に平均粗さが０．５μｍ以下となるように研磨することが好ましい。上記冷間圧延接合時の加工度が３０％以下であることが好ましい。

第２の発明は、異種金属板の接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板を冷間圧延接合してクラッド材を製造する方法において、上記異種金属板の送り込み口及び送り出し口を有し、異種金属板に活性化処理を施す活性化処理室の内部に不活性ガスを供給して活性化処理室内を陽圧の不活性ガス雰囲気にすると共に上記送り込み口及び送り出し口から外側に不活性ガスを吹き出させた状態とし、上記異種金属板を重ね合わせて上記送り込み口から活性化処理室内に送り込み、送り込まれた異種金属板を活性化処理室内で相互に分離した後、分離された各異種金属板の接合面を研磨して活性化処理し、活性化処理後の異種金属板を重ね合わせて上記送り出し口から送り出すと共に、該送り出し口近傍の不活性ガス雰囲気下で上記異種金属板を冷間圧延接合することを特徴とする。

上記不活性ガス雰囲気は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記活性化処理は、回転式の金属製のブラシにより接合面を研磨することにより行われ、研磨面の粗さを徐々に小さくして行くように複数種類のブラシを配列し、最終的に平均粗さが０．５μｍ以下となるように行うことが好ましい。上記不活性ガス雰囲気は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、低い加工度で、接合性の良好なクラッド材を得ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の実施形態に係るクラッド材の製造装置を示す構成図、図２は図１の活性化処理室における送り出し口部分の拡大図である。

図１に示すように、クラッド材の製造装置は、複数例えば３枚の長尺の異種金属板である被クラッド材１Ａ〜１Ｃを供給する被クラッド材供給手段である送り出しリール２Ａ〜２Ｃと、被クラッド材の各接合面を活性化処理する活性化処理装置である活性化処理室５と、活性化処理された被クラッド材１Ａ〜１Ｃを重ね合わせて圧延接合する圧延接合手段であるロール式クラッド圧延機８とから主に構成されている。送り出しリール２Ａ〜２Ｃと活性化処理室５との間には、脱脂を目的とする洗浄槽３Ａ〜３Ｃが設けられ、送り出しリール２Ａ〜２Ｃに巻かれた被クラッド材（異種金属板）１Ａ〜１Ｃが、送り出しリール２Ａ〜２Ｃから送り出された後、洗浄層３Ａ〜３Ｃに通されて洗浄される。洗浄後の被クラッド材１Ａ〜１Ｃは、活性化処理室５に送り込まれる。なお、被クラッド材の枚数は３枚に限定されず、２枚以上であってもよく、２枚であってもよい。

上記活性化処理室５は、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの送り込み口（送り込み口）４及び送り出し口（送り出し口）７を有している。活性化処理室５の前部に送り込み口４が設けられ、後部に送り出し口７が設けられている。被クラッド材１Ａ〜１Ｃは送り込み口４を通して活性化処理室５内に送り込まれる。上記送り込み口４には、分離した被クラッド材１Ａ〜１Ｃを重ね合わせて送り込む第１重合ローラ１２が設けられている。

活性化処理室５内には、不活性ガス供給手段１１からポンプ１５を介して酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にした不活性ガス２５が供給され、活性化処理室５内は不活性ガス２５で満たされ陽圧に保たれていると共に、送り込み口４及び送り出し口７から活性化処理室５内の不活性ガス２５を外側へ向かって吹き出しており、活性化処理室５内への大気の流入を防いでいる。不活性ガス２５の酸素濃度は、好ましくは５０ｐｐｍ以下であり、流量は２００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。なお、活性化処理室５内が陽圧となる流量であれば、不活性ガスの流量（例えば窒素ガスの流量）に制限はない。

活性化処理室５内には送り込み口４の近傍に被クラッド材１Ａ〜１Ｃを分離する分離手段である分離ローラ１３が設けられ、該分離ローラ１３の下流側に各被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面を研磨する研磨手段である回転式のブラシ６Ａ〜６Ｌが設けられている。ブラシ６Ａ〜６Ｌは、ステンレス鋼製のワイヤブラシからなり、各被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面を研磨し、活性化処理を行う。ワイヤブラシ６Ａ〜６Ｃ、６Ｄ〜６Ｆ、６Ｇ〜６Ｉ、６Ｊ〜６Ｌは、それぞれ太いワイヤから細いワイヤの順に配置されており、最終的に研磨後の被クラッド材１Ａ〜１Ｃの平均粗さが触針式の表面粗さ計で測定して０．２５μｍとなるように設定してあることが好ましい。なお、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの各接合面を研磨する研磨手段６Ａ〜６Ｌとしては、他の材質、研磨具を使用してもよい。

活性化処理された被クラッド材１Ａ〜１Ｃは、活性化処理室５の送り出し口７を通して活性化処理室５から送り出される。活性化処理室５内の送り出し口７近傍には被クラッド材１Ａ〜１Ｃを重ね合わせて送り出す第２重合ローラ１４が設けられている。送り出し口７から送りされた被クラッド材１Ａ〜１Ｃを冷間圧延接合する冷間圧延接合手段であるロール式のクラッド圧延機８が上記送り出し口７に接触ないし近接して設けられ、被クラッド材１Ａ〜１Ｃが外気に曝されない構造とされている。図２に示すように、送り出し口７からは活性化処理室５内の不活性ガス２５が、重ね合わせた被クラッド材１Ａ〜１Ｃに沿って外側へ向かって吹き出しており、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを不活性ガスでシールドして空気と接触しないようにしている。

重ね合わされ、不活性ガスでシールドされた被クラッド材１Ａ〜１Ｃは、そのシールド状態でクラッド圧延機８の圧延ロール１８で冷間圧延接合されてクラッド材１０とされ、このクラッド材１０は巻取り機９により巻き取られるようになっている。なお、上記送り込み口４及び送り出し口７から吹き出された不活性ガスは適宜回収し、再度活性化処理室５内に供給するようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用を説明する。本実施形態に係るクラッド材の製造装置では、平クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面を、活性化処理装置からクラッド圧延機８の入口近傍までの間、送り込み口４及び送り出し口７を除いて活性化処理室５で覆っている。そして、この活性化処理室５内は不活性ガス２５で満たされ陽圧に保持されていることから、送り込み口４及び送り出し口７から、不活性ガス２５が活性化処理室５の外に向って常時吹き出している。

この時、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを重ね合わせた状態で、活性化処理室５内に送り込むと共に活性化処理室５から送り出しているので、送り込み口４及び送り出し口７における各開口箇所は１箇所だけである。このため、活性化処理室５の内圧をそれ程大きくしなくても、大気が活性化処理室５内に流入するのを容易に防ぐことができ、不活性ガス２５の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下に保持することができる。特に、送り出し口７においては、重ね合わせた被クラッド材１Ａ〜１Ｃに沿って不活性ガス２５を吹き出しているため、被クラッド材１Ａ〜１Ｃが、送り出し口７から出てクラッド圧延機８のロール１８に入るまでの間、不活性ガス２５でガスシールドされ、大気と接触しなくなることから、接合面の酸化を防止することができる。

さらに、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面をステンレス鋼製のワイヤブラシ６Ａ〜６Ｌにより、段階的に接合面の粗さを小さくするように活性化処理を行うことで、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面を平坦にし、クラッド圧延時の被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面同士の接触面積が大きくなる。

このように、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの各接合面を段階的に研磨する活性化処理により接合面を平坦にすることで、被クラッド材１Ａ〜１Ｃの接合面同士の接触面積を大きくすると共に、活性化処理後すぐに各接合面の酸化を防止した状態でクラッド圧延機８に送り込むことで、３０％以下、好ましくは１０％以下という低い加工度で冷間圧延接合を行っても、良好な接合強度を得ることができる。よって、低い圧延荷重で冷間圧延接合を行うことができ、広幅のクラッド材１０を製造する場合においても高価な圧延機を必要としない。

また、被クラッド材１Ａ〜１Ｃを大きく変形させる必要がないため、クラッド材１０の接合界面形状が不均一となるおそれはなく、クラッド後のクラッド材１０の加工に悪影響を及ぼすおそれもない。また、活性化処理室５内における不活性ガス２５は陽圧に保持されており、前述した特許文献２、３記載の方法のように活性化処理室５内を極低圧な真空に保持する必要がないので、真空チャンバーは不要であり、量産に適していると共に装置も安価となる。

実施例１
厚さ０．１ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ板（第２被クラッド材）を準備し、図１に示した製造装置を用いて、各被クラッド材の接合面を、酸素濃度が３ｐｐｍの窒素ガス（不活性ガス）雰囲気下で活性化処理した。使用したワイヤブラシ径は、Φ０．３、Φ０．２、Φ０．１の３種類で、各研磨面について、入口に近い方から出口に向かって順にワイヤブラシ径が細くなるように配置した。また、このときの活性化処理後の平均表面粗さが０．２５μｍとなるように設定した。その後、第１、第２クラッド材の接合面を重ね合わせ、窒素ガスでシールドしながら加工度（圧下率）１０％でクラッド圧延し、クラッド材を作成した。

実施例２
酸素濃度を３０ｐｐｍとし、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例３
酸素濃度を１００ｐｐｍとし、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例４
厚さ０．１ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＡｌ板（第２被クラッド材）を準備し、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例５
厚さ０．１ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＮｉ板（第２被クラッド材）を準備し、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例６
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＮｉ板（第２被クラッド材）を準備し、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例７
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＴｉ板（第２被クラッド材）を準備し、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例８
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＡｌ板（第２被クラッド材）を準備し、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例９
厚さ０．１ｍｍのＡｌ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＴｉ板（第２被クラッド材）を準備し、実施例１と同様にして、クラッド材を製作した。

比較例１
厚さ０．１７５ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１７５ｍｍのステンレス鋼板（第２被クラッド材）の各接合面を、酸素濃度が１０００ｐｐｍ超の大気下で活性化処理した。使用したワイヤブラシ径は、Φ０．３、Φ０．２、Φ０．１で、各研磨面について、入口に近い方から出口に向かって順に細くなるように配置した。接合面の平均表面粗さが０．２５μｍとなるように設定した。その後、第１、第２クラッド材の接合面を重ね合わせ、加工度６０％でクラッド圧延し、クラッド材を製作した。

比較例２
Ｃｕ板の厚さを０．１ｍｍ、ステンレス鋼板の厚さを０．１ｍｍ、加工度３０％とし、比較例１と同様にしてクラッド材を製作した。

比較例３
酸素濃度を２００ｐｐｍとし、実施例１と同様にしてクラッド材を製作した。

比較例４
厚さ０．１ｍｍのＣｕ板（第１被クラッド材）と、厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ板（第２被クラッド材）を準備し、図１に示した製造装置を用いて、各被クラッド材の接合面を、酸素濃度が３ｐｐｍの窒素ガス（不活性ガス）雰囲気下で活性化処理した。使用したワイヤブラシ径は、Φ０．３のみで、接合面の平均表面粗さが１．５μｍとなるように設定した。その後、第１、第２被クラッド材の接合面を重ね合わせ、窒素ガスでシールドしながら加工度（圧下率）３０％でクラッド圧延し、クラッド材を作成した。

比較例５
加工度（圧下率）１０％とし、比較例４と同様にしてクラッド材を製作した。

実施例１〜３及び比較例１〜５の各クラッド材について、剥離試験を行い、剥離強度を測定した。その結果を表１に示す。

図３は剥離強度の評価方法を説明する斜視図である。剥離強度の評価方法は、図３に示すようにクラッド材１０を幅ｄ＝１０ｍｍに切り出し、クラッド材１０を構成する第１及び第２被クラッド材２１，２２を上下方向に一定の速度で引っ張り、剥離に要する荷重を剥離強度（Ｎ／１０ｍｍ）とした。表１の剥離強度の欄における不等記号「＜」は、表示した剥離強度以上でどちらかの被クラッド材が破断したことを示している。

表１に示したように、実施例１〜９の各クラッド材では、加工度を１０％に低減して製作しても、比較例１に示す従来のクラッド材条件（大気中で接合面研磨後に、加工度６０％でクラッド圧延）で製作したクラッド材と同等の剥離強度を得ることができた。

また、実施例１〜３の各クラッド材は、比較例２に示す大気中、加工度３０％の条件で製作したクラッド材、比較例３に示す酸素濃度２００ｐｐｍの条件で製作したクラッド材と比較して、高い剥離強度を得ることができた。

さらに、実施例１〜３の各クラッド材は、比較例４に示す接合面の平均粗さ１．５μｍ、加工度３０％の条件で製作したクラッド材、比較例５に示す接合面の平均粗さ１．５μｍ、加工度１０％の条件で製作したクラッド材と比較して高い剥離強度を得ることができた。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係るクラッド材の製造装置を示す構成図である。 図１の活性化処理室における送り出し口部分の拡大図である。 剥離強度の評価方法を説明する斜視図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 異種金属板（被クラッド材）
４ 送り込み口
５ 活性化処理室
６Ａ〜６Ｌ 研磨手段
７ 送り出し口
８ 冷間圧延接合手段
１０ クラッド材
１１ 不活性ガス供給手段
１２ 送り込み手段
１３ 分離手段
１４ 送り出し手段

Claims (8)

1. 異種金属板の接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板を冷間圧延接合してクラッド材を製造する装置において、上記異種金属板の送り込み口及び送り出し口を有し、異種金属板に活性化処理を施す活性化処理室と、該活性化処理室内に不活性ガスを供給して活性化処理室内を陽圧の不活性ガス雰囲気とし、上記送り込み口及び送り出し口から外側に不活性ガスを吹き出させる不活性ガス供給手段と、上記異種金属板を重ね合わせて上記送り込み口から活性化処理室内に送り込む送り込み手段と、送り込まれた異種金属板を活性化処理室内で相互に分離する分離手段と、分離された各異種金属板の接合面を研磨して活性化処理する研磨手段と、活性化処理後の異種金属板を重ね合わせて上記送り出し口から送り出す送り出し手段と、上記送り出し口に近接して設けられ不活性ガス雰囲気下で異種金属板を冷間圧延接合する冷間圧延接合手段とを備えたことを特徴とするクラッド材の製造装置。
2. 上記不活性ガス雰囲気は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のクラッド材の製造装置。
3. 上記研磨手段は、回転式の金属製のブラシからなり、研磨面の粗さを徐々に小さくして行くように複数種類のブラシを配列し、最終的に平均粗さが０．５μｍ以下となるように研磨することを特徴とする請求項１又は２に記載のクラッド材の製造装置。
4. 上記冷間圧延接合時の加工度が３０％以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のクラッド材の製造装置。
5. 異種金属板の接合面を重ね合わせ、その重ね合わせた異種金属板を冷間圧延接合してクラッド材を製造する方法において、上記異種金属板の送り込み口及び送り出し口を有し、異種金属板に活性化処理を施す活性化処理室の内部に不活性ガスを供給して活性化処理室内を陽圧の不活性ガス雰囲気にすると共に上記送り込み口及び送り出し口から外側に不活性ガスを吹き出させた状態とし、上記異種金属板を重ね合わせて上記送り込み口から活性化処理室内に送り込み、送り込まれた異種金属板を活性化処理室内で相互に分離した後、分離された各異種金属板の接合面を研磨して活性化処理し、活性化処理後の異種金属板を重ね合わせて上記送り出し口から送り出すと共に、該送り出し口近傍の不活性ガス雰囲気下で上記異種金属板を冷間圧延接合することを特徴とするクラッド材の製造方法。
6. 上記不活性ガス雰囲気は、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のクラッド材の製造方法。
7. 上記活性化処理は、回転式の金属製のブラシにより接合面を研磨することにより行われ、研磨面の粗さを徐々に小さくして行くように複数種類のブラシを配列し、最終的に平均粗さが０．５μｍ以下となるように行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のクラッド材の製造方法。
8. 上記冷間圧延接合時の加工度が３０％以下であることを特徴とする請求項５から７いずれかに記載のクラッド材の製造方法。

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