JP2024000627A - クラッド材製造装置及びクラッド材製造方法 - Google Patents

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【課題】拡散接合によるクラッド材の製造を実現させるクラッド材製造装置及びクラッド材製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】複数の金属帯を上下方向で挟んで加圧する一対の第一加圧ローラと、挟まれて積層された積層金属帯を加圧する、第一加圧ローラの下流側に所定の間隔を空けて配設した一対の第二加圧ローラを備え、一対の第一加圧ローラの上側又は下側の加圧ローラの内の一方を電源回路と接続されたローラ電極とし他方を電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラとし、かつ、一対の第二加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラを第一加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラとは積層金属帯に対して上下方向で逆の構成とし、積層金属帯の一方のローラ電極に接する上面と、他方のローラ電極に接する下面との間に電流を流すようにして積層金属帯の接合面を加熱するクラッド材製造装置・方法により課題解決できた。【選択図】 図1

Description

本発明は、超薄厚の金属帯同士を拡散接合により接合させてクラッド材を製造するクラッド材製造装置及びクラッド材製造方法に関する。
特許文献1には、複数の金属部材同士を当接し、加熱された加圧手段を用いて金属部材を加圧しつつ加熱し、加熱により金属部材の電気抵抗が増した状態で金属部材に電流を通電して加熱し、両金属部材を接合する、金属部材の接合方法が開示されている。そして、電流を一対の加圧パンチ間又は一対の加圧ローラ間に流して通電させるとの記載や、接合する金属部材の厚さは最も薄い金属部材の厚さが1~5×10μm(1~5mm)であるとの記載がある。
特許文献2には、2以上の金属ストリップを重ね合わせて圧延し接合するクラッド材の製造において、少なくとも一つのストリップの加熱を、圧延機入側に設置した1対のピンチロ-ラと圧延機のワ-クロ-ラとを電極としてそのストリップに直接通電することによって行うクラッド材の製造方法が開示されている。そして、加熱・加圧されている範囲は圧延機の一対のワークローラの部位であることが記載され、ストリップの温度は前記一対のワークローラの部位で急速に立ち上がることが記載され、金属部材の厚さは実施例2で最も薄い板厚が0.05mm(50μm)と記載され、ライン速度は実施例で2.5m/min(41.6mm/秒)と記載されている。
特許文献3には、チタン板と鋼板とを、アルミニウム板または銅板を介して接合し、複合金属板を製造する方法であって、チタン板の加熱温度を400~800℃、鋼板の加熱温度を600~910℃、アルミニウム板の加熱温度を400℃以下、銅板の加熱温度を200~600℃とし、酸素濃度が3容量%以下の雰囲気中で圧着ローラに送り込み、前記加熱温度で30%以下の圧下率で圧着させることを特徴とする複合金属板の製法が開示されている。そして、接合する板材の厚さは実施例に最も薄い板厚が0.1mm(100μm)と記載されている。
特開2002-254175号公報 特開平5―192776号公報 特開平7-1161号公報
特許文献1の発明は、加熱された加圧手段で金属材料を加熱した後に通電加熱をするとの記載があり、2段階での加熱をするが、拡散接合に適する温度、すなわち原子が接合面を横切って接合界面の原子を拡散できる温度に到達するのが、通電加熱される加圧手段のある一対の加圧パンチ間又は一対の加圧ローラ間の1か所であるので、原子が接合面を横切って拡散の過程に入った瞬間の極めて短時間しか加熱・加圧ができず接合面における拡散接合が進みにくいという問題があった。また、金属材料同士を接合させる接合面は、酸化被膜がある場合があるので接合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることがあるという問題もあった。
特許文献2の発明は、それぞれの金属材料を重ね合わせて加圧する箇所と、その箇所の手前との間でそれぞれの金属材料を離隔状態で通電加熱している。金属材料であるストリップの温度は圧延機のワークローラの一か所で急速に上昇し同時に加圧されることから、原子が接合面を横切って拡散の過程に入った瞬間の極めて短時間しか加熱・加圧ができず接合面における拡散接合が進みにくいという問題があった。また、金属材料同士を接合させる接合面は、酸化被膜がある場合があるので接合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることがあるという問題もあった。
特許文献3の発明は、複数の金属材料を積層させて加圧する箇所が圧着ローラの一か所であるので、原子が接合面を横切って拡散の過程に入った瞬間の極めて短時間しか加熱・加圧ができず接合面における拡散接合が進みにくいという問題があった。また、金属材料同士を接合させる接合面は、酸化被膜がある場合があるので接合界面に脆弱な金属間化合物が形成されることがあるという問題もあった。
本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、加熱しながら原子が接合面を横切って拡散する時間を長く確保できる拡散接合によるクラッド材の製造を実現させたクラッド材製造装置及びクラッド材製造方法を提供することを課題とする。
請求項1に記載のクラッド材製造装置は、複数の帯状の金属帯を加圧通電により拡散接合するクラッド材製造装置であって、離隔状態で送られてくる複数の金属帯を上下方向で挟んで加圧しながら回転する一対の第一加圧ローラと、前記第一加圧ローラの下流側に所定の間隔を空けて配設した、前記第一加圧ローラで挟まれて積層された積層金属帯を上下方向で挟んで加圧しながら回転する一対の第二加圧ローラと、前記第一加圧ローラ及び前記第二加圧ローラが内設された筐体の空間を真空状態にする真空ポンプと、を備えた筐体状の加圧通電室と、前記第一加圧ローラの上側加圧ローラと、前記第二加圧ローラの上側加圧ローラとを連結具で連結させて同時に昇降する昇降手段と、前記一対の第一加圧ローラ及び前記一対の第二加圧ローラの4つのすべての加圧ローラのそれぞれの回転軸に固定された4つのローラ用歯車を、回転駆動手段と連結された1つの駆動用歯車により同時に同一速度で回転されるように構成した回転手段と、少なくとも前記昇降手段の昇降距離、通電時間・電流値、及び、前記回転手段の回転速度を制御する制御部を備え、前記一対の第一加圧ローラの上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源回路と接続されたローラ電極とし他方を加熱用電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラとし、かつ、前記一対の第二加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラを前記第一加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラとは前記積層金属帯に対して上下方向で逆の構成とし、前記制御部からの通電指示信号に応じて、前記積層金属帯を構成する2つの金属帯の接合面間に電流を流すことにより前記接合面を加熱することを特徴とする。
請求項2に記載のクラッド材製造装置は、請求項1において、前記ローラ電極は、前記積層金属帯の全幅と接触する加圧通電部位と、加熱用電源からの電流経路を構成する、前記加圧通電室の筐体に固定された固定導電体と通電可能な回転通電部位とが前記回転軸方向に直列状に一体に形成された導電性を有するローラ状回転体で、前記固定導電体から前記回転通電部位への通電手段の形態が、前記固定導電体である、弾性を有する導電材からなるコンタクトバンドに、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に嵌挿させた形態、又は、高摺動性を有する材質からなり前記ローラ状の外周面形状に一致する円弧形状を有する固定導電体に、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に当接させた形態であることを特徴とする。
請求項3に記載のクラッド材製造装置は、請求項1又は2において、前記加圧通電室の上流側に、真空状態を維持可能な金属帯供給室を設け、前記金属帯供給室が、長尺で薄厚の金属帯をコイル状に巻き、回転により前記金属帯を巻き出す、コイル回転駆動手段と連結された2つの巻き出し用ローラと、前記巻き出し用ローラで巻き出された2つの金属帯の上下方向の間隔を狭くする上下一対のガイドローラと、アルゴンガス噴出手段と、2つの前記金属帯のそれぞれの接合面をエッチングするプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、を備えたことを特徴とする。
請求項4に記載のクラッド材製造装置は、請求項1又は2において、前記制御部が、前記積層金属帯の送り速度を0.01~10mm/秒のうちのいずれかに制御することを特徴とする。
請求項5に記載のクラッド材製造装置は、請求項1又は2において、前記制御部が、連続通電又は間欠通電を可能とし、通電時間を可変する制御をすることを特徴とする。
請求項6に記載のクラッド材製造方法は、複数の帯状の金属帯を加圧通電により拡散接合するクラッド材製造方法であって、真空状態にした密閉空間において、一対の第一加圧ローラにより、離隔状態で送られてくる複数の金属帯を上下方向で挟んで加圧し、前記第一加圧ローラの下流側に所定の間隔を空けて配設した一対の第二加圧ローラにより、前記第一加圧ローラで挟まれて積層された積層金属帯を上下方向で挟んで加圧し、前記一対の第一加圧ローラの上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源回路と接続されたローラ電極とし他方を加熱用電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラとし、かつ、前記一対の第二加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラを前記第一加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラとは前記積層金属帯に対して上下方向で逆の構成として、前記積層金属帯を構成する2つの金属帯の接合面間に電流を流すことにより前記接合面を加熱する加圧通電ステップを備えることを特徴とする。
請求項7に記載のクラッド材製造方法は、請求項6において、導電性を有するローラ状回転体であるローラ電極は、前記積層金属帯の全幅と接触する加圧通電部位と、加熱用電源からの電流経路を構成する、前記加圧通電室の筐体に固定された固定導電体と通電可能な回転通電部位とが前記回転軸方向に直列状に一体に形成されており、前記固定導電体から前記回転通電部位への通電方法が、前記固定導電体である、弾性を有する導電材からなるコンタクトバンドに、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に嵌挿させて通電させる方法、又は、高摺動性を有する材質からなり前記ローラ状の外周面形状に一致する円弧形状を有する固定導電体に、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に当接させて通電させる方法であることを特徴とする。
請求項8に記載のクラッド材製造方法は、請求項6又は7において、前記加圧通電ステップの前ステップとして、真空状態下において、コイル状に巻かれた長尺で薄厚の2つの金属帯を回転させながらそれぞれ巻き出し、前記2つの金属帯間の間隔を狭くする一対のガイドローラの手前における2つの金属帯のそれぞれの接合面を、高周波電力により生成されたプラズマによりエッチングするエッチングステップを備えたことを特徴とする。
本発明のクラッド材製造装置及びクラッド材製造方法は、帯状の2つの金属帯を積層させた積層金属帯の範囲において、2つの一対の加圧ローラで加圧された送り方向の距離で、かつ、2枚の金属帯の全幅にわたる接合面間という広い範囲に電流を流すので、接合界面の原子を、接合面を横切ってより多く拡散させることができることから、金属学的に完全な接合部を生成した拡散接合のクラッド材を製造することができる。
本発明のクラッド材製造装置及びクラッド材製造方法は、10μm~100μmの薄厚の2つの金属帯を積層させた積層金属帯の一方の表面から反対側の他方の表面に向けて、電流の経路に接合面が含まれて通電するので積層金属帯の接合面における加熱を効果的にすることでき、2つの一対の加圧ローラ間の間隔を長く確保することにより前記積層金属帯の接合面の加熱温度を加圧時の一瞬ではなく2つの一対の加圧ローラ間において維持させることができ、さらに、前記積層金属帯の送り速度を遅くすることにより長い時間加熱することができるようにしたことから、接合界面の原子を接合面を横切ってより多く拡散させることができ金属学的な完全な接合部をより多く形成させることができる。
また、本発明のクラッド材製造装置及びクラッド材製造方法は、2つの金属帯を積層する直前にそれぞれの接合面をプラズマエッチングするので、接合面の酸化物や不純物を除去し清浄な接合面同士を接合できるようにするので、脆弱な金属間化合物は形成されず時間経過とともに接合界面を横切って結晶粒が成長しより強固な接合を実現させることができる。
また、回転速度を遅く設定するようにした場合には、固定導電体から回転通電部位への通電手段として、前記固定導電体に弾性を有する導電材からなるコンタクトバンドを使用するようにしたので、大電流を流すことができるという効果を奏する。
コンタクトバンドに回転通電部位のローラ状の外周面を摺動させる形態の本発明のクラッド材製造装置の構成説明図である。 円弧形状を有する固定導電体に回転通電部位のローラ状の外周面を当接させる形態の本発明のクラッド材製造装置の構成説明図である。 金属帯供給室の説明図であり、図1又は図2におけるA部の拡大図である。 巻取り室の説明図であり、図1又は図2におけるB部の拡大図である。 昇降手段の説明図であり、図1又は図2におけるC部の拡大図である。 昇降部分の説明図である。 コンタクトバンドに回転通電部位のローラ状の外周面を摺動させる形態の場合の加圧通電室の説明図である。 円弧形状を有する固定導電体に回転通電部位のローラ状の外周面を当接させる形態の場合の加圧通電室の説明図である。 コンタクトバンドに回転通電部位のローラ状の外周面を摺動させる形態の説明図で、(a)は下側の加圧ローラ関係の構成の説明図で、(b)はコンタクトバンドを組み込んだバンドハウジングの正面視の説明図である。 円弧形状を有する固定導電体に回転通電部位のローラ状の外周面を当接させる形態の下側の加圧ローラ関係の構成の説明図である。 一対の第一加圧ローラ及び一対の第二加圧ローラを同時に同じ送り速度で回転させる歯車列の構成の説明図である。 図1におけるD部の概要説明図である。 本発明の通電時の電流の流れの説明図である。 比較例として送り中の1枚の薄板に通電した時の電流の流れの説明図である。 比較例として積層金属帯にする直前における1枚ずつの金属帯に通電時の電流の流れの説明図である。
本発明のクラッド材製造装置は、2つの金属帯を積層させて拡散接合によりクラッド材を製造する装置である。そして、図1又は図2に示すように、金属帯20a、20bの接合面をエッチングして供給する金属帯供給室2、供給された金属帯20a、20bを積層させて加圧通電により拡散接合させて2つの金属帯20a、20bを1つの積層金属帯21にする加圧通電室3、及び、前記積層金属帯21を巻き取る巻取り室30を備える。前記金属帯供給室2、前記加圧通電室3及び前記巻取り室30の各室内は全体で密閉されており、すべての室内を真空状態に維持でき、各室間は筒状体の連結部材で連通されている。
本発明のクラッド材製造装置1は、図1又は図2に示すように、複数の帯状の金属帯20a、20bを加圧通電により拡散接合するクラッド材製造装置1であって、離隔状態で送られてくる複数の金属帯20a、20bを上下方向で挟んで加圧しながら回転する一対の第一加圧ローラ4と、前記第一加圧ローラ4の下流側に所定の間隔を空けて配設した、前記第一加圧ローラ4で挟まれて積層された積層金属帯21を上下方向で挟んで加圧しながら回転する一対の第二加圧ローラ5と、前記第一加圧ローラ4及び前記第二加圧ローラ5が内設された筐体18の空間を真空状態にする真空ポンプ(図示なし)と、を備えた筐体状の加圧通電室2と、前記第一加圧ローラ4の上側加圧ローラ4aと、前記第二加圧ローラ5の上側加圧ローラ5aとを連結具で連結させて同時に昇降する昇降手段50と、前記一対の第一加圧ローラ4及び前記一対の第二加圧ローラ5の4つのすべての加圧ローラのそれぞれの回転軸に固定された4つのローラ用歯車44a~44dを、回転駆動手段45と連結された1つの駆動用歯車46により同時に同一速度で回転されるように構成した回転手段と、少なくとも前記昇降手段50の昇降距離、通電時間・電流値、及び、前記回転手段の回転速度を制御する制御部(図示なし)を備え、前記一対の第一加圧ローラ4の上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源回路と接続されたローラ電極6とし他方を加熱用電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラ7とし、かつ、前記一対の第二加圧ローラ5のローラ電極6と絶縁側ローラ7を前記第一加圧ローラ4のローラ電極6と絶縁側ローラ7とは前記積層金属帯21に対して上下方向で逆の構成とし、前記制御部からの通電指示信号に応じて、前記積層金属帯21を構成する2つの金属帯20a、20bの接合面40a、40b間に電流を流すことにより前記接合面40を加熱する装置である。
まず、前記金属帯供給室2について説明する。前記金属帯供給室2には、図3に示すように、アルゴンガス噴出手段33と、前記金属帯20a、20bのそれぞれの接合面40a、40bをエッチングするプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源11と、が備えられている。
前記金属帯供給室2には、金属帯20a、20bをそれぞれコイル状に巻き付けている、2つのサーボモータ等のコイル回転駆動手段(図示なし)とそれぞれ連結された巻き出し用ローラ8a、8bが、上下方向で離隔されて2か所設置され、前記巻き出し用ローラ8a、8bから巻き出された上下で離隔状態の金属帯20a、20bをそれぞれの送り方向を変えるガイドローラ15a、15bが備えられている。前記巻き出し用ローラ8a又は8bはサーボモータ等の前記コイル回転駆動手段と連結しているので巻かれている金属帯20a又は20bを巻き出すことができる。
前記ガイドローラ15a、15bはそれぞれ軸心と回転自在に設けられ、巻き出される金属帯20a、20bが接触したときの摩擦により前記金属帯20a、20bが送られる方向に回転する。また、前記ガイドローラ15aと前記ガイドローラ15bとは、少し離隔状態で取り付けられている。これにより、金属帯20a及び金属帯20bのそれぞれの接合面40a、40bにエッチングをすることができる。
前記エッチングは、真空状態下で、アルゴンガス噴出手段33からアルゴンガスを噴出させて、高周波電源11による高周波電力を印加させることによって、アルゴンイオンが前記金属帯20aの接合面40a及び前記金属帯20bの接合面40bにぶつかり前記接合面40a、40bに付着している酸化物や不純物を弾き飛ばしクリーニングする。これにより、クラッド材の接合面40に脆弱な金属間化合物は形成されず時間経過とともに接合界面を横切って結晶粒が成長し強固な接合を実現させるようにすることができる。
接合面40a、40bをクリーニングされた金属帯20a、20bはそれぞれ前記ガイドローラ15a、15bの外周面に接触しガイドされて狭い間隔を維持しながら加圧通電室3に供給される。
次に、前記加圧通電室3について説明する。前記加圧通電室3には、図1、図2、図7又は図8に示すように、筐体18内に、離隔状態で送られてくる複数の金属帯20a、20bを上下方向で挟んで加圧する一対の第一加圧ローラ4と、前記第一加圧ローラ4で挟まれて積層された積層金属帯21を上下方向で挟んで加圧する、前記第一加圧ローラ4の下流側に所定の間隔を空けて配設した一対の第二加圧ローラ5と、前記第一加圧ローラ4及び前記第二加圧ローラ5が内設された筐体18の空間を真空状態にする真空ポンプ(図示なし)と、を備えている。
また、図1、図2又は図5に示すように、前記第一加圧ローラ4の上側加圧ローラ4a及び前記第二加圧ローラ5の上側加圧ローラ5aを連結させて一体的に昇降する昇降手段50を備えている。前記昇降手段50は、制御部により回転速度や回転時間を制御されるサーボモータ51の回転で回転する歯車52と螺接した歯車53が回転し、前記歯車53とパワーロックやキー等で固定され連結されたボールネジ54が回転し、前記ボールネジ54と螺接したナットボス58が昇降する。
前記ナットボス58の昇降により、図6に示すように、前記ナットボス58と固定され連結された円柱状の電極パンチ56、前記電極パンチ56と固定され連結された中板部57、前記上側加圧ローラ4a及び前記上側加圧ローラ5aが昇降部分55となり一体となって昇降する。前記昇降時には、前記中板部57の両端に設けたガイド穴部57aにガイド棒体90が嵌挿され、かつ、電極パンチ56がガイド穴部91に嵌挿されてガイドされ昇降する。前記ガイド棒体90及び前記ガイド穴部91は、前記筐体18と一体的になるように固定されている。
また、前記昇降手段50による昇降する高さ方向の長さは、図11に示すように、前記上側加圧ローラ4aと同一軸に取り付けたローラ用歯車44d、及び、前記上側加圧ローラ5aと同一軸に取り付けたローラ用歯車44cが、下降時にローラ用歯車44b又はローラ用歯車44aと螺接状態が維持可能な距離しか昇降させない制御を行う。
次に、前記一対の第一加圧ローラ4及び前記一対の第二加圧ローラ5の回転手段について説明する。前記回転手段は、図9(a)、図10又は図11に示すように、前記一対の第一加圧ローラ4及び前記一対の第二加圧ローラ5の4つのすべての加圧ローラのそれぞれの回転軸に固定された4つのローラ用歯車44a~44dを、回転駆動手段45と連結された1つの駆動用歯車46により同時に同一速度で回転されるように構成している。前記構成は、例えば、前記駆動用歯車46と、前記一対の第一加圧ローラ4の下側のローラ用歯車44b及び前記一対の第二加圧ローラ5の下側のローラ用歯車44aとが螺接し、下側の前記ローラ用歯車44bと上側のローラ用歯車44dが螺接し、下側の前記ローラ用歯車44aと上側のローラ用歯車44cが螺接する。そして、前記ローラ用歯車44a~44dはすべて同一のピッチ円を有する同じ歯車である。
そして、制御部により、前記回転駆動手段45であるサーボモータによる送り速度は、つまり前記積層金属帯21の送り速度を0.01~10mm/秒のうちのいずれかに制御しており、送り速度を遅くしている。これにより、前記積層金属帯21の接合部40に電流が流れる時間を長くでき、通電手段にコンタクトバンドを使用することができる。
そして、図7、図8,図12又は図13に示すように、前記一対の第一加圧ローラ4の上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源10の電源回路と接続されたローラ電極6とし他方を加熱用電源10の電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラ7とし、かつ、前記一対の第二加圧ローラ5のローラ電極6と絶縁側ローラ7を前記第一加圧ローラ4のローラ電極6と絶縁側ローラ7とは前記積層金属帯21に対して上下方向で逆の構成とし、前記制御部からの通電指示信号に応じて、前記積層金属帯21の一方の前記ローラ電極6に接する上面25と、他方の前記ローラ電極6に接する下面26との間に電流80を流すようにして前記積層金属帯21の接合面40を加熱する。前記ローラ電極6の幅は前記金属帯20a、20bの幅より広くしているので、前記金属帯20a、20b又は前記積層金属帯21の全幅に電流80を流すことができる。また、前記積層金属帯21の部分に前記一対の第一加圧ローラ4から前記一対の第二加圧ローラ5までの距離を、電流80を流すので接合面40である接合界面の原子を接合面40を横切ってより多く拡散させることができ金属学的な完全な接合部をより多く形成させることができる。
比較例として図14又は図15に示すように、同一の金属帯20(20a又は20b)の非接合面41に電流80を流した場合は、電流80が電極ローラ6aと6bとの最短距離を流れるので、接合面40となる部分には電流は流れにくく、また、図15に示すように、ローラ電極6a、6bで加圧した箇所から下流側の積層金属帯21には電流80を流すようにしていないので、ローラ電極6a、6bから下流側の積層金属帯21の接合面40の温度が、薄厚の金属帯から構成された積層金属帯の場合には低下しやすいことに対して、ローラ電極6a、6bの上流側で離隔状態の2つの金属帯への加熱温度をそれぞれ上げると金属帯が薄厚の場合に金属帯自体が熱変形する懸念が生ずるという問題があった。
次に、前記ローラ電極6への加熱用電源10からの電流経路について説明する。まず、前記ローラ電極6は、図9(a)又は図10に示すように、平面視で前記積層金属帯21の送り方向に対して直交方向に配設された導電性を有するローラ状回転体で、前記積層金属帯21の全幅と接触する加圧通電部位64と、加熱用電源10からの電流経路を構成する、前記加圧通電室3の筐体18に固定された固定導電体61と通電可能な回転通電部位62、63とが前記回転軸方向に直列状に一体に形成されている。
そして、前記固定導電体61から前記回転通電部位62、63へ電気的に接続する通電手段の形態として2つの形態がある。第一の形態が、図7又は図9に示すように、前記固定導電体である、弾性を有する導電材からなるコンタクトバンド60に、前記回転通電部位62のローラ状の外周面を摺動自在に嵌挿させた形態である。前記コンパクトバンド60は、接点がばね性を有するので、遅い速度で回転するローラ電極6の回転通電部位62に大電流でも小電流での通電をさせることができる。前記コンタクトバンド60を組み込んだバンドハウジング60aは、図9(b)に示すような雌ねじ60bにボルトで固定導電体68に固定される。
一般的にコンタクトバンド60は、固定された部材間に電流を流す場合に使用されているが、本発明の前記積層金属帯21の送り速度が0.01~10mm/秒のうちのいずれかの送り速度で遅いことから初めて使用したものであり、大電流を流すことができ、電流経路としての大きさを小型化することができた。
次に、第二の形態が、図8又は図10に示すように、高摺動性を有する材質からなり前記ローラ状の外周面形状に一致する円弧形状を有する固定導電体61に、前記回転通電部位63のローラ状の外周面を摺動自在に当接させた形態である。前記円弧形状を有する固定導電体61と、前記ローラ電極6の回転通電部位63とは、前記円弧状の範囲で面接触させて通電させている。前記円弧形状を有する固定導電体61は摺動性及び導電性を有する材質が適し、例えば黒鉛がある。
前記コンタクトバンド60又は前記円弧形状を有する固定導電体61は、図1、図2、図9(a)又は図10に示すように、前記加熱用電源10に通電可能に接続された電流経路である、前記ベース台93に設置された固定導電体68、例えば高導電性の銅製体に通電可能に固定されている。
また、前記ローラ電極6の前記加圧通電部位64の外周面に炭素の層を形成させることもできる。この場合には、前記炭素の層が通電と加熱の機能を有するので、前記積層金属帯21の通電によるジュール熱の加熱に加えて伝熱による加熱もすることができる。
次に、前記巻取り室30について説明する。前記巻取り室30は、図1、図2又は図4に示すように、前記積層金属帯21を巻き取る、サーボモータ等の回転手段(図示なし)と連結された巻取りローラ9が設置され、前記第二加圧ローラ5から送られてくる前記積層金属帯21を前記巻取りローラ9が巻き取る。また、前記加熱通電室3から送られてくる前記積層金属帯21を前記巻取りローラ9にスムースに送る経路を形成するためのガイドとして、摩擦で回転自在のガイドローラ16を備えている。
前記第二加圧ローラ5から送り出された前記積層金属帯21は、前記ガイドローラ16で経路を案内されて前記巻取りローラ9に巻き取られる。
次に、前記制御部について説明する。前記制御部は、少なくとも前記昇降手段50の昇降距離、及び、前記回転手段の回転速度を制御し、前記アルゴンガス噴出手段33の噴出制御、前記高周波電源11の作動制御、前記巻き出しローラ8の回転制御、前記真空ポンプの作動制御、前記サーボモータ51の回転時間及び回転速度の制御、前記加熱用電源10の通電時間、電流値、通電間隔などの通電を制御し、前記巻取りローラ9の回転速度を制御する。
また、前記制御部により、連続通電又は間欠通電を可能とすることができる。
次に、クラッド材製造方法について説明する。前記クラッド材製造方法は、複数の帯状の金属帯20a、20bを加圧通電により拡散接合するクラッド材製造方法であって、真空状態にした密閉空間において、一対の第一加圧ローラ4により、離隔状態で送られてくる複数の金属帯20a、20bを上下方向で挟んで加圧し、前記第一加圧ローラ4の下流側に所定の間隔を空けて配設した一対の第二加圧ローラ5により、前記第一加圧ローラ4で挟まれて積層された積層金属帯21を上下方向で挟んで加圧し、前記一対の第一加圧ローラ4の上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源回路と接続されたローラ電極6とし他方を加熱用電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラ7とし、かつ、前記一対の第二加圧ローラ5のローラ電極6と絶縁側ローラ7を前記第一加圧ローラ4のローラ電極6と絶縁側ローラ7とは前記積層金属帯21に対して上下方向で逆の構成として、前記積層金属帯21を構成する2つの金属帯20a、20bの接合面40a、40b間に電流80を流すことにより前記接合面40を加熱する加圧通電ステップを備える。
また、平面視で前記積層金属帯21の送り方向に対して直交方向に配設された導電性を有するローラ状回転体であるローラ電極6は、前記積層金属帯21の全幅と接触する加圧通電部位64と、加熱用電源からの電流経路を構成する、前記加圧通電室3の筐体18に固定された固定導電体60、61と通電可能な回転通電部位62、63とが前記回転軸方向に直列状に一体に形成されており、前記固定導電体60、61から前記回転通電部位62、63への通電方法が、前記固定導電体60、61である、弾性を有する導電材からなるコンタクトバンド60に、前記回転通電部位62のローラ状の外周面を摺動自在に嵌挿させて通電させる方法、又は、高摺動性を有する材質からなり前記ローラ状の外周面形状に一致する円弧形状を有する固定導電体61に、前記回転通電部位63のローラ状の外周面を摺動自在に当接させて通電させる方法がある。
そして、前記加圧通電ステップの前ステップとして、真空状態下において、コイル状に巻かれた長尺で薄厚の2つの金属帯20a、20bを回転させながらそれぞれ巻き出し、前記2つの金属帯20a、20b間の間隔を狭くする一対のガイドローラ15a、15bの手前における2つの金属帯20a、20bのそれぞれの接合面40a、40bを、高周波電力により生成されたプラズマによりエッチングするエッチングステップを備えている。
1 クラッド材製造装置
2 金属帯供給室
3 加圧通電室
4 第一加圧ローラ
5 第二加圧ローラ
6 ローラ電極
7 絶縁側ローラ
8 巻き出しローラ
9 巻取りローラ
10 加熱用電源
11 高周波電源
12 真空ポンプ
15 ガイドローラ
16 ガイドローラ
18 筐体
20 金属帯
21 積層金属帯
25 上面
26 下面
30 巻取り室
33 アルゴンガス噴出手段
40 接合面
41 非接合面
44 ローラ用歯車
45 回転駆動手段
46 駆動用歯車
50 昇降手段
51 サーボモータ
52 歯車
53 歯車
54 ボールネジ
55 昇降部分
56 電極パンチ
57 中板部
57a ガイド穴部
58 ナットボス
60 コンタクトバンド
60a バンドハウジング
61 固定導電体
62 回転通電部位
63 回転通電部位
64 加圧通電部位
68 固定導電体
80 電流
90 ガイド棒体
91 ガイド穴部
93 ベース台

Claims (8)

  1. 複数の帯状の金属帯を加圧通電により拡散接合するクラッド材製造装置であって、
    離隔状態で送られてくる複数の金属帯を上下方向で挟んで加圧しながら回転する一対の第一加圧ローラと、前記第一加圧ローラの下流側に所定の間隔を空けて配設した、前記第一加圧ローラで挟まれて積層された積層金属帯を上下方向で挟んで加圧しながら回転する一対の第二加圧ローラと、前記第一加圧ローラ及び前記第二加圧ローラが内設された筐体の空間を真空状態にする真空ポンプと、を備えた筐体状の加圧通電室と、
    前記第一加圧ローラの上側加圧ローラと、前記第二加圧ローラの上側加圧ローラとを連結具で連結させて同時に昇降する昇降手段と、
    前記一対の第一加圧ローラ及び前記一対の第二加圧ローラの4つのすべての加圧ローラのそれぞれの回転軸に固定された4つのローラ用歯車を、回転駆動手段と連結された1つの駆動用歯車により同時に同一速度で回転されるように構成した回転手段と、
    少なくとも前記昇降手段の昇降距離、通電時間・電流値、及び、前記回転手段の回転速度を制御する制御部を備え、
    前記一対の第一加圧ローラの上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源回路と接続されたローラ電極とし他方を加熱用電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラとし、かつ、前記一対の第二加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラを前記第一加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラとは前記積層金属帯に対して上下方向で逆の構成とし、
    前記制御部からの通電指示信号に応じて、前記積層金属帯を構成する2つの金属帯の接合面間に電流を流すことにより前記接合面を加熱することを特徴とするクラッド材製造装置。
  2. 前記ローラ電極は、前記積層金属帯の全幅と接触する加圧通電部位と、加熱用電源からの電流経路を構成する、前記加圧通電室の筐体に固定された固定導電体と通電可能な回転通電部位とが前記回転軸方向に直列状に一体に形成された導電性を有するローラ状回転体で、
    前記固定導電体から前記回転通電部位への通電手段の形態が、
    前記固定導電体である、弾性を有する導電材からなるコンタクトバンドに、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に嵌挿させた形態、又は、高摺動性を有する材質からなり前記ローラ状の外周面形状に一致する円弧形状を有する固定導電体に、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に当接させた形態であることを特徴とする請求項1に記載のクラッド材製造装置。
  3. 前記加圧通電室の上流側に、真空状態を維持可能な金属帯供給室を設け、前記金属帯供給室が、長尺で薄厚の金属帯をコイル状に巻き、回転により前記金属帯を巻き出す、コイル回転駆動手段と連結された2つの巻き出し用ローラと、
    前記巻き出し用ローラで巻き出された2つの金属帯の上下方向の間隔を狭くする上下一対のガイドローラと、
    アルゴンガス噴出手段と、2つの前記金属帯のそれぞれの接合面をエッチングするプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のクラッド材製造装置。
  4. 前記制御部が、前記積層金属帯の送り速度を0.01~10mm/秒のうちのいずれかに制御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製造装置。
  5. 前記制御部が、連続通電又は間欠通電を可能とし、通電時間を可変する制御を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製造装置。
  6. 複数の帯状の金属帯を加圧通電により拡散接合するクラッド材製造方法であって、
    真空状態にした密閉空間において、一対の第一加圧ローラにより、離隔状態で送られてくる複数の金属帯を上下方向で挟んで加圧し、前記第一加圧ローラの下流側に所定の間隔を空けて配設した一対の第二加圧ローラにより、前記第一加圧ローラで挟まれて積層された積層金属帯を上下方向で挟んで加圧し、
    前記一対の第一加圧ローラの上側又は下側の加圧ローラの内の一方を加熱用電源回路と接続されたローラ電極とし他方を加熱用電源回路とは絶縁状態の絶縁側ローラとし、かつ、前記一対の第二加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラを前記第一加圧ローラのローラ電極と絶縁側ローラとは前記積層金属帯に対して上下方向で逆の構成として、
    前記積層金属帯を構成する2つの金属帯の接合面間に電流を流すことにより前記接合面を加熱する加圧通電ステップを備えることを特徴とするクラッド材製造方法。
  7. 導電性を有するローラ状回転体であるローラ電極は、前記積層金属帯の全幅と接触する加圧通電部位と、加熱用電源からの電流経路を構成する、前記加圧通電室の筐体に固定された固定導電体と通電可能な回転通電部位とが前記回転軸方向に直列状に一体に形成されており、
    前記固定導電体から前記回転通電部位への通電方法が、
    前記固定導電体である、弾性を有する導電材からなるコンタクトバンドに、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に嵌挿させて通電させる方法、又は、高摺動性を有する材質からなり前記ローラ状の外周面形状に一致する円弧形状を有する固定導電体に、前記回転通電部位のローラ状の外周面を摺動自在に当接させて通電させる方法であることを特徴とする請求項6に記載のクラッド材製造方法。
  8. 前記加圧通電ステップの前ステップとして、真空状態下において、コイル状に巻かれた長尺で薄厚の2つの金属帯を回転させながらそれぞれ巻き出し、前記2つの金属帯間の間隔を狭くする一対のガイドローラの手前における2つの金属帯のそれぞれの接合面を、高周波電力により生成されたプラズマによりエッチングするエッチングステップを備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載のクラッド材製造方法。
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