JP2020531288A - 金属薄板からオーバーラップ複合材料を製造する方法 - Google Patents

Abstract

第１の金属の第１の薄板（１）と、第１の金属よりも低い強度を有する第２の金属の第２の薄板（２）とが、縁部領域において重なり合うように互いに上下に配置され、次いで圧延によって接合される、金属薄板からオーバーラップ複合材料を製造するための方法が記載される。本発明によれば、第１の薄板（１）は断面が楔形の縁を有し、第２の薄板（２）は、その縁が楔形の縁によって形成された第１の薄板（１）の側面（３）上に配置され、第１の薄板（１）の楔形の縁によって形成された側面（３）は、第１の薄板（１）の前記側面（３）上に配置された第２の薄板（２）の縁の側面（４）よりも大きい幅を有し、配置後、薄板（１、２）は圧延によって接合される。【選択図】図２

Description

本発明は、国際公開第２０１５／０４３９５１ Ａ１号公報から知られているように、請求項１のプレアンブルに記載されている特徴を有する金属薄板からオーバーラップ複合材料を製造する方法に基づく。例えば、電気産業では、重くて高価な銅を部分的に軽くて費用効果の高いアルミニウムに置き換えなければならない場合に、銅とアルミニウムとで作られた重なり合う複合材料が使用される。

このようなオーバーラップ材料複合体の製造における問題は、２つの薄板間の接着である。この問題は、酸化物層のようなパッシベーション表面層がそれらの表面上に非常に迅速に形成されるような、銅またはアルミニウムのような金属で特に顕著である。これらは、結合可能な結合相手の金属原子間の接触を妨害または遅らせる。

国際公開第２０１５／０４３９５１号公報

本発明の目的は、オーバーラップ複合材料の製造に使用される薄板間の接着性を改善することができる方法を示すことである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。本発明の有利な改良は、従属請求項の主題である。

本発明に係る金属薄板からオーバーラップ複合材料を製造する方法では、第１の材料の第１の薄板と、第１の材料よりも低い強度、特に降伏点を有する第２の材料の第２の薄板とが、縁部領域において互いに重なり合って置かれ、次いで圧延によって接合される。ここで、第１の薄板は、断面が楔形の縁部を有し、これは、例えば、薄板の切除機械加工、例えば、フライス削りまたは研削によって形成することができる。次に、第２の薄板は、その縁部が楔形縁部によって形成された第１の薄板の側面に接するように配置され、次いで、圧延によって接合される。第１の薄板の楔形縁部によって形成される側面は、第１の薄板に接合される第２の薄板の縁部の側面よりも大きい幅を有し、その結果、第２の薄板の縁部領域は、後続の圧延動作中に第１の薄板よりも厳しく変形される。

ここで重要なことは、第２の薄板の縁部が、その楔形の縁部によって形成される第１の薄板の傾斜した側面に対して位置決めされることである。したがって、第２の薄板は、第１の薄板の縁部領域に形成された段部または凹部上に位置せず、むしろ楔形縁部の傾斜した側面上に位置する。

薄板の関連する側面の本発明の構成は、圧延プロセス中の２つの材料間の剪断応力および圧縮応力の増加を引き起こし、したがって、一方では２つの薄板の材料の剪断に起因し、他方では有効な圧縮応力の結果として結合可能な金属原子の結合ゾーンへの改善された押出に起因する、縁部領域の局所変形の増加を引き起こす。特に、圧延プロセスは、表面積のかなりの増加、結果として、２つの薄板の縁部領域における酸化物層または他のパッシベーション層および被覆層の亀裂のかなりの増加を達成する。

第２の薄板の縁部領域は、第１の薄板の楔形縁部上を転がる間に塑性変形される。第２の薄板の最初は比較的狭い側面は、２つの隣接する側面が同じサイズになるまで広げられる。圧延プロセスによって最初は比較的狭い側面の幅が増大するにつれて、この側面上の任意の酸化物または他の被覆層が裂けて開き、その結果、下の金属が表面に到達し、第１の薄板と接触する。さらに、圧延プロセス中に、第２の薄板の縁領域の材料は、第１の薄板の楔形側面に押し付けられ、いわば楔形側面上に流れる。存在し得る第１の薄板の任意のパッシベーション層は、側面上で引き裂かれて開放され、その結果、パッシベーション層の下の第１の薄板の金属は、第２の薄板の金属と接触し、良好な接着で接合部に入り込むことができる。

国際公開第２０１５／０４３９５１ Ａ１号公報の公知の方法と比較して、これは、２つの薄板間の改善された接合をもたらす。これは、国際公開第２０１５／０４３９５１ Ａ１号公報から知られている方法において、第２の薄板が、傾斜した側面上ではなく、側面の段差上に配置されているという事実に起因する。したがって、本発明の方法により、より高い変形度が達成される。

第１の薄板の楔形縁部によって形成される側面は、好ましくは、第２の薄板の側面の幅の少なくとも２倍の幅を有する。ここで、側面の幅は、当該薄板の前面から後面まで測定される。側面の幅は、薄板の前面の縁部と薄板の後面の隣接する縁部との間の距離に対応する。

第１の薄板の楔形縁部の側面の幅は、楔がより平坦に形成されるほど、一般に大きくなる。第２の薄板の側面が薄板の前面および後面に対して直角である場合、第２の薄板の側面の幅は最小であり、薄板の厚さに対応する。側面が薄板の前面または後面に対して傾斜しているほど、側面の幅は大きくなる。

最も単純な場合には、第２の薄板の関連する側面は、側面の幅が薄板の厚さに対応し、かつ最小であるように、薄板の前面および後面に対して直角であることができる。しかしながら、第２の薄板の側面をわずかに拡大することによって、すなわち、わずかに傾斜させることによって、より良好な結果を達成することができる。この場合、第２の薄板は、第１の薄板の楔形縁部上に位置する前縁部から縁部領域の後縁部まで薄板厚さが減少する縁部領域を有する。ここで、第２の薄板の縁部は、断面で見て、第２の薄板の最大厚さの４分の１以下、好ましくは第２の薄板の最大厚さの５分の１から２０分の１の間の長さにわたり、薄板の平面内で測定される長さにわたって先細りになっていることが好ましい。側面は、例えば、８０°〜８９°、特に８６°〜８９°の角度をなすことができ、第２の薄板の前面は、第１の薄板の側面に面する。しかしながら、側面は、平坦な表面として設計される必要はなく、例えば、曲面であってもよく、複数の平坦な表面から構成されてもよい。

本発明の有利な改良形態では、第１の薄板の楔形縁部の側面が、第１の薄板の厚さの２倍を超える幅を有するように構成される。側面は、例えば、第１の薄板の厚さの２〜４倍の幅を有することができる。

第１の薄板の楔形縁部によって形成される側面は、第１の薄板の後面と共に鋭角、例えば１０°〜３０°、特に１５°〜２５°を囲む平坦な表面とすることができる。しかしながら、このような形状は、このようなウェッジの端部において、より強い材料の厚さとより柔らかい材料の厚さとの間の比が、ますます好ましくなくなり、したがって、より強い金属が、ますます変形されなくなるので、最適ではない。したがって、本発明の有利な改良点は、楔形縁部が、楔の先端の始点から終点まで断面が減少する厚さを有することを提供し、終端部の厚さは、終端部に隣接する主要部よりも単位長さ当たり速く減少する。これは、例えば、第１の薄板の裏面と側面との間の縁を鈍らせることによって達成することができる。したがって、断面で見られるように、楔の先端は鈍くなっている。

第１の薄板の楔形縁部の側面は、曲面として成形することができる。適切な側面を形成する簡単な方法は、複数の平坦な表面でそれを結合することである。例えば、側面の主要部分は、第１の薄板の後面と１０°と３０°の間、特に１５°と２５°の間の角度をなす第１の平坦面によって境界を定めることができ、隣接する端部分は、より急勾配の下降曲線によって、または表面、例えば、第１の薄板の後面と２５°と５０°の間、特に３５°と４５°の間の角度をなす表面によって境界を定めることができる。主セクションに隣接する領域において、端部セクションが最初に主セクションよりも僅かに急勾配である場合、例えば、端部セクションが第１の薄板の後面に対して３５°〜４５°の角度をなし、端部セクションの端部のみが薄板の後面に対してより大きい角度をなす場合、有利である。

主要部分の楔形縁部における厚さは、好ましくは少なくとも５分の３、例えば６０％〜９０％、特に７０％〜８０％減少される。例えば、主部分に対する各接線は、薄板の平面に対して３０°以下の角度をなすことができる。その場合、側面の端部に対する接線は、薄板の平面に対してより大きな角度、例えば４０°以上の角度をなす。端部セクションに接する角度は、薄板の平面に対して、例えば３５°以上、好ましくは３５°〜４５°の値まで、楔の先端まで増大することが好ましい。

本発明の別の有利な改良形態では、第２の薄板は、第１の薄板の最大厚さの半分、例えば第１の薄板の最大厚さの５５％〜９０％、特に７０％〜９０％を超える厚さを縁が有する一つの点で、第１の薄板の楔形縁部に配置される。この点は、２つの薄板が平行に配向されたときに第１の薄板が第２の薄板と接触する点、またはむしろ線によって定義される。驚くべきことに、薄板の厚さの半分が接触点の前にあり、半分が後ろにあるように、第２の薄板を第１の薄板の縁部に配置することは理想的ではない。接触点から楔形縁部の先端までの距離が楔形縁部の基部までの距離よりも大きくなるように第２の薄板を位置決めすると、より良好な結果を得ることができる。ここで、第２の薄板は、第２の薄板が楔形縁部の開始点と重なるように、第１の薄板上に配置することができる。しかしながら、もし断面で見られるように、より良い結果が、例えば、第１の薄板の楔形縁部の初期領域が、ローリング処理が開始される前に、第２の薄板と重複しないように、第１の薄板の厚さの５分の１から半分の間、特に第１の薄板の厚さの５分の２から半分の間の幅を持つことができるならば、しばしばより良い結果を達成することができる。

第１の薄板は、例えば、銅または銅基合金から構成することができる。第２の薄板は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムベースの合金から構成することができる。アルミニウムは、銅よりもはるかに低い強度を有し、したがって、圧延プロセスによって銅よりも容易に塑性変形することができる。

本発明のさらなる有利な改良形態では、製造されるオーバーラップ複合材料の厚さが、圧延プロセス前の第１の薄板の厚さの６０％を超えないようにする。オーバーラップ複合材料の厚さは、例えば、圧延プロセス前の第１の薄板の厚さの半分以下、特に３０％〜４０％とすることができる。したがって、薄板は、圧延プロセス中に著しく塑性変形され、これは、重なり合う縁部領域における良好な接着に有利である。

使用される薄板は、好ましくは、それらの製造公差内で同じ厚さを有する。しかしながら、異なる厚さの薄板を使用することも可能である。一般に、第１の薄板の厚さが第２の薄板の厚さの２倍から半分の間であれば問題はない。しかしながら、好ましくは、２つの薄板の厚さは、互いに２０％以下しか異ならない。

本発明のさらなる詳細および利点は、添付の図面を参照して、本発明の実施形態の例において説明される。

オーバーラップ複合材料を製造するための金属薄板の概略図を示す； 図１に示される薄板の圧延前を示す； 図１の詳細を示す； オーバーラップ複合材料の断面図を示す； 図４の詳細を示す。

図１は、例えば、銅又は銅基合金で作られた２つの第１の薄板１と、図４に示されたオーバーラップ複合材料が作られた第２の薄板２とを示す。図示の例では、第１の薄板１および第２の薄板２は、製造公差内で同じ厚さを有する。しかしながら、薄板１及び２は、異なる厚さであってもよく、例えば、それらは、互いに２０％だけ異なる厚さを有してもよい。

図１の第１の薄板１の１枚目は、図３に詳しく示されている。第１の薄板１は、幅ｂＦ１の楔形縁部を有する。この楔形縁部は、傾斜した側面３を形成し、図２に示すように、この側面に対して第２の薄板２がその縁部と共に位置決めされる。第１の薄板１の側面３の幅は、対応する側面４の幅よりも大きい。図示の例では、側面３の幅は側面４の幅の２倍以上である。

楔形縁部の領域の幅ｂＦ１と、円弧長として測定される側面３の幅とは、第１の薄板１の厚さの２倍以上である。楔形の先端から測定される楔形縁部の幅は、薄板の厚さの２倍よりもかなり大きくすることもできる。しかしながら、薄板の厚さの４倍を超える幅は、通常、利点を有さない。

図３の断面図では、楔形縁部の領域は鈍い先端を有する。言い換えれば、楔形縁部の領域における薄板１の厚さは、楔形縁部の領域の幅の大部分を占める主要部分におけるよりも先端に隣接する末端部分においてより速く減少する。

側面３は、凸状とすることができ、言い換えれば、穴またはくぼみがない。図示の例では、楔形縁部の領域における第１の薄板１の厚さの減少は、厳密に単調である。

図示の設計例では、主断面の側面は、金属薄板の平面に対して角度α１をなす平面であり、例えば、１０°〜３０°、特に１５°〜２５°とすることができ、図３では約２０°である。端部において、側面は、例えば、最初に角度β１で、次に角度γ１で、より傾斜している。角度β１は、例えば、２５°〜５０°、好ましくは３５°〜４５°とすることができ、図示の例では４０°である。角度γ１は、角度β１よりも大きく、例えば４５°〜８０°、特に５５°〜６５°であり、図示の例では６０°である。

図示の例では、側面３は、平坦なサブ表面によって形成されている。しかしながら、側面３は、設計上、湾曲していてもよい。したがって、より一般的には、側面の形状は、断面で見られるように、金属薄板の平面との主断面における側面３のそれぞれの接線が、最大３０°、好ましくは最大２０°の角度を規定し、一方、板金の平面との端部断面におけるそれぞれの接線が、少なくとも３０°、好ましくは少なくとも３５°、例えば４０°以上の角度を規定するように記述することができる。薄板の平面と末端部分上で接線がなす角度は、先端に向かって、例えば５０°以上の値まで増大する。例えば、末端部分の第１の部分では、薄板の平面との各接線は、５０°未満、例えば３５°〜４５°の角度をなすことができ、厚さは、値ｈβ１から値ｈγ１に減少することができる。この厚さから、各接線は、５０°を超える、例えば５５°〜８０°の、薄板の平面との角度をなす。例えば、値ｈβ１は、第１の薄板１の最大厚さの１０％〜４０％、特に２０％〜３０％とすることができ、値ｈγ１は、５％〜１５％、特に５％〜１０％とすることができる。

主要部分は、末端部分に直接隣接することができる。しかしながら、主要部分と末端部分との間に移行部を設けることもできる。

主要部分において、縁部の厚さは、５分の３以上、例えば６０％〜９０％、特に７０％〜８０％低減される。主要部分は、少なくとも第１の薄板１の最大厚さと同じ大きさの幅を有する。主要部分は、好ましくは、第１の薄板１の最大厚さの少なくとも１．５倍の幅を有する。末端部分は、例えば、主要部分の幅の５分の１と７分の１との間の幅を有する。

図１及び図２に示すように、第１の薄板１の楔形縁部によって形成された側面３は、第１の薄板１のこの側面３に対して位置決めされた第２の薄板２の縁部の側面４の少なくとも２倍の幅である。側面４は傾斜している。第２の薄板２は、それが第１の薄板１に対して配置されている点から先細になっている。換言すれば、第２の薄板２は、断面で見て、第１の薄板１の楔形縁部に位置する縁部から先細りになる縁部を有する。例えば、縁部は、断面で見られるように、第２の薄板の最大厚さの４分の１以下、好ましくは第２の薄板の最大厚さの５分の１から２０分の１の間の長さにわたり、薄板の平面内で測定される長さにわたり先細になることができる。したがって、第２の薄板２の縁部領域は狭く、第２の薄板２の厚さは、薄板２の厚さの５分の１から２０分の１の間の幅にわたってゼロに減少する。

側面４は、薄板の平面に対して８０°〜８９°、例えば８６°〜８９°の角度をなす平坦な表面であってもよい。しかしながら、側面４は湾曲していてもよい。

図２は、薄板１、２がどのように一緒に配置されるかを示す。第２の薄板２は、第１の薄板１の楔形縁部上に、好ましくは、縁部が第１の薄板１の最大厚さの半分、例えば７０％〜９０％を超える厚さを有する点に配置される。図２において、第２の薄板２は、薄板１の厚さが第１の薄板１の最大厚さの８５％〜９０％である点で第１の薄板１の側面３に接触する。

薄板１、２が図２に示されるように互いに対して置かれた後、それらは、図４に示されるオーバーラップ複合材料を形成するために、圧延によって一緒に接合される。それによって、薄板１、２は強く変形され、その結果、複合材料は、典型的には、圧延前の第１の薄板１の最大厚さの５分の３以下の厚さを有する。図示の例では、複合材料は、第１の薄板１の元の厚さの４０％未満の厚さを有する。

圧延中、第２の薄板２の縁領域は、第１の薄板１の縁領域の輪郭に適合するように、特に強く変形される。図５は、完成した重なり合う複合材料の第１の薄板１と第２の薄板２との間の接続ゾーンを概略的に示す。

上述の方法を実施する前に、薄板１、２を脱脂し、洗浄する。次に、薄板１、２をアニールして、特により固体の材料について、規定された材料状態に調整することができる。これに代えて又はこれに加えて、薄板１、２は、本方法の実施前にブラッシングすることもできる。

Claims (15)

1. 第１の金属からなる第１の薄板（１）と、第１の金属より低い強度を有する第２の金属からなる第２の薄板（２）とが、縁部領域において互いに重なり合うように配置され、次いで圧延によって接合され、前記第１の薄板（１）が断面において楔形縁部を有し、前記第１の薄板（１）の前記楔形縁部によって形成される側面（３）が、前記第１の薄板（１）に接合される前記第２の薄板（２）の縁部の側面（４）よりも大きい幅を有し、前記第２の薄板（２）が、その縁部とともに、前記楔形縁部によって形成される前記第１の薄板（１）の傾斜した前記側面（３）上に配置されることを特徴とする、金属薄板からオーバーラップ複合材料を製造する方法。
2. 前記楔形縁部は、主要部分と末端部分とを有し、前記主要部分は、前記楔形縁部の領域の幅の大部分を構成し、前記主要部分の厚さは前記末端部分におけるよりも単位長さ当たり緩慢に減少していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記末端部分が、前記主要部分の幅の５分の１と２０分の１との間の幅を有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 断面において、前記主要部に対する各接線が、前記第１の薄板（１）の平面に対して３０°以下の角度（α１）をなすことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記第１の薄板（１）の平面との前記末端部分に対する各接線が、９０°未満、好ましくは５５°〜８０°の角度（γ１）をなすことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１の薄板（１）の前記楔形縁部によって形成される前記側面（３）が、前記第１の薄板（１）の前記側面（３）上に位置する前記第２の薄板（２）の前記縁部の前記側面（４）の幅の少なくとも２倍である幅を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第２の薄板（２）が、前記第１の薄板（１）の最大厚さの少なくとも半分、好ましくは前記第１の薄板（１）の最大厚さの６０％〜９０％、より好ましくは前記第１の薄板（１）の最大厚さの７０％〜９０％の厚さを有する位置で、前記第１の薄板（１）の前記楔形縁部上に配置されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記第２の薄板（２）には、前記第１の薄板（１）の前記楔型縁部上に位置する縁部から始まるテーパが、断面で見られる縁部を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記縁部は、断面において前記薄板の平面内で測定される長さにわたって、テーパがつけられていて、その長さは、前記第２の薄板（２）の最大厚さの４分の１以下、好ましくは、前記第２の薄板（２）の最大厚さの５分の１から２０分の１の間の長さとされていることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の薄板（１）の側面（３）が凸であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記第１の薄板（１）の前記楔形縁部が、前記第１の薄板（１）の前面から後面まで連続的に延在することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１の薄板（１）は、銅または銅基合金でできていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第２の薄板（２）はアルミニウムまたはアルミニウムベースの合金から成ることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記複合材料は、圧延前の前記第１の薄板（１）の最大厚さの６０％から３０％の間、好ましくは６０％から４０％の間の厚さを有することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記第１の薄板（１）の最大厚さが、前記第２の薄板（２）の最大厚さと多くとも２倍、好ましくは多くとも２０％だけ異なることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

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