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

Abstract

【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１～５×１０^３μｍ（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。