JP5411573B2 - Method and apparatus for manufacturing metal clad band by surface activated bonding - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing metal clad band by surface activated bonding Download PDF

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Description

本発明は、表面活性化接合の適用による帯状の金属クラッド材の製造方法及びその装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a strip-shaped metal clad material by applying surface activated bonding and an apparatus therefor.

表面活性化接合(SAB)は、真空中で被接合材料の接合面に原子ビーム、イオンビーム、プラズマ等を照射し、その衝突エネルギーにより表面上の酸化膜、水、汚染物(有機物等)を除去することにより、活性状態の原子を露出させ、その状態で直ちに接合を行う接合法である。この表面活性化接合は、上記のような接合機構に基づき、被接合材料を加圧や加熱することなく接合を可能にするものであり、加工・加熱により組織変化・相変態等が生じ得る金属材料の接合に好適である。また、この接合方法は、同種材料は勿論、異種材料の接合も可能とするものであり、更に、その形態も限定することはない。これらの利点から表面活性化接合は、例えば、配向度が調整された材料のように、熱により特性消失のおそれのある材料の接合に利用されている。   Surface activated bonding (SAB) irradiates the bonding surface of the material to be bonded with an atomic beam, ion beam, plasma, etc. in a vacuum, and the collision energy causes oxide film, water, contaminants (organic matter, etc.) on the surface This is a bonding method in which atoms in an active state are exposed by removal and bonding is performed immediately in that state. This surface activated bonding is based on the bonding mechanism as described above, and enables bonding without pressurizing or heating the materials to be bonded. Metal that can undergo structural change, phase transformation, etc. due to processing and heating Suitable for joining materials. In addition, this bonding method enables not only the same kind of material but also different kinds of materials to be joined, and further, the form is not limited. Because of these advantages, surface activated bonding is used for bonding materials that may lose characteristics due to heat, for example, materials with an adjusted degree of orientation.

そして、表面活性化接合は、面間接合における接合性が良好であることから、帯状、テープ状のクラッド材料の製造に好適である。ここで、表面活性化接合を適用した帯状クラッド材の製造における具体的な工程としては、例えば、特許文献1記載の装置によるものがある。   The surface activated bonding is suitable for the production of a band-like or tape-like clad material since the bonding property in the inter-surface bonding is good. Here, as a specific process in the production of the band-shaped clad material to which the surface activated bonding is applied, for example, there is a method using an apparatus described in Patent Document 1.

特公平7−55384号公報Japanese Patent Publication No. 7-55384

このような表面活性化接合装置は、真空槽内に、接合する2種の金属帯を巻き付けた巻き出しリールと金属帯を接合するための圧接ロールを配し、更に、巻き出しリールから圧接ロールまでの間に適宜にロールを設置して金属帯を移送すると共に、金属帯表面を活性化させるための活性化源となる原子ビーム、イオンビーム銃等が設置される。   Such a surface activated bonding apparatus is provided with an unwinding reel wound with two types of metal bands to be bonded and a pressure contact roll for bonding the metal bands in a vacuum chamber. In the meantime, a roll is appropriately installed to transfer the metal band, and an atomic beam, an ion beam gun, or the like which is an activation source for activating the metal band surface is installed.

ところで、表面活性化接合においては、接合面の十分な表面活性化が必要であるから、上記のような表面活性化接合装置では、金属帯の移送を一定時間停止して表面活性化を行い、表面活性化が完了した後に接合を行うバッチ方式の接合が最適といえる。ところが、このバッチ方式においては、活性化された領域を隙間なく繋げながら接合する繊細な位置調整が必要であり、また、製造効率に優れるものではないから、長尺のクラッド材を製造するには不向きな方法である。   By the way, in surface activated bonding, since sufficient surface activation of the bonding surface is necessary, in the surface activated bonding apparatus as described above, the surface activation is performed by stopping the transfer of the metal band for a certain period of time, It can be said that the batch-type joining in which joining is performed after the surface activation is completed is optimal. However, in this batch method, it is necessary to perform delicate position adjustment for joining the activated regions while connecting them without gaps, and since it is not excellent in production efficiency, in order to produce a long clad material It is an unsuitable method.

また、上記バッチ方式に対して連続方式、即ち、金属帯の移送を一定速で連続的に行い、表面活性化を行いつつ移送して接合する方法も可能である。しかし、この場合、十分表面活性化を行うために金属帯の移送速度を遅くする必要が生じ、これも製造効率を低下させる。   Further, a continuous method, that is, a method in which the metal strip is continuously transferred at a constant speed and transferred and joined while performing surface activation is also possible. However, in this case, it is necessary to slow down the transfer rate of the metal strip in order to sufficiently activate the surface, which also reduces the production efficiency.

そこで本発明は、活性化接合によりクラッド材を製造する方法において、製造効率に優れ、長尺のクラッド材を製造することができる方法、及び、そのための装置を提供する。   Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a clad material by activation bonding, which is excellent in manufacturing efficiency and capable of manufacturing a long clad material, and an apparatus therefor.

従来の活性化接合の工程において、金属帯の移送を連続的且つ高速なものとして活性化することは、活性化源の改良や活性化条件の最適化といった試行により対応可能といえる。本発明者等も、活性化源として高速原子衝撃ビーム(FAB)を適用した予備的試験を行っており、移送速度を高速としても十分な表面活性化ができることを確認している。
しかしながら、本願発明者等によると、この予備的試験において、十分な表面活性化はできても接合が不十分な場合があり、接合強度が不足することが確認されている。
In the conventional activation bonding process, it can be said that the activation of the metal strip as a continuous and high-speed transfer can be achieved by trials such as improvement of the activation source and optimization of activation conditions. The present inventors have also conducted a preliminary test using a fast atom bombardment beam (FAB) as an activation source, and have confirmed that sufficient surface activation can be achieved even at a high transfer rate.
However, according to the present inventors, in this preliminary test, it has been confirmed that even if sufficient surface activation can be achieved, the bonding may be insufficient and the bonding strength is insufficient.

本発明者等は、上記のような表面活性化が十分になされているにもかかわらず、接合が困難となる現象の要因について検討した。その結果、表面活性化により除去された酸化膜等の不純物が活性表面近傍に残り、これが早い移送速度によりそのまま接合領域まで同伴しつつ活性表面に再吸着するとの見解に達した。そして、本発明者等は、かかる不純物の再吸着の影響を考慮しつつ、接合時の金属帯の表面活性を回復させることが必要であるとして、本願発明に想到した。   The inventors of the present invention have studied the cause of the phenomenon that makes bonding difficult even though the surface activation as described above is sufficiently performed. As a result, it came to the view that impurities such as oxide films removed by surface activation remain in the vicinity of the active surface, and this is re-adsorbed to the active surface while accompanying the bonding region as it is at a high transfer rate. The inventors of the present invention have conceived the present invention that it is necessary to recover the surface activity of the metal band at the time of bonding while taking into consideration the influence of such re-adsorption of impurities.

即ち、本発明は、真空槽内で、第1の金属帯及び第2の金属帯を一定の送り速度で移送し、前記第1の金属帯に対する第1主活性化領域、及び、前記第2の金属帯に対する第2主活性化領域に、活性化源からの衝突エネルギーを付与して前記第1の金属帯及び前記第2の金属帯を表面活性化し、その後、接合領域にて前記第1の金属帯と前記第2の金属帯とを重ね合わせて接合する表面活性化接合による金属クラッド帯の製造方法において、前記第1主活性化領域と前記接合領域との間の少なくとも一部の領域である第1副活性化領域と、前記第2主活性化領域と前記接合領域との間の領域の少なくとも一部の領域である第2副活性化領域の双方に対して、衝突エネルギーを追加的に付与する工程を有し、第1副活性化領域における積算エネルギーと第1主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第2副活性化領域における積算エネルギーと第2主活性化領域における積算エネルギーとの比をいずれも20〜50%とすることを特徴とする金属クラッド帯の製造方法である。   That is, according to the present invention, the first metal band and the second metal band are transferred at a constant feed rate in the vacuum chamber, the first main activation region for the first metal band, and the second metal band. A collision energy from an activation source is applied to the second main activation region with respect to the metal band of the first metal to activate the surface of the first metal band and the second metal band. In the method of manufacturing a metal clad band by surface activation bonding in which the metal band and the second metal band are overlapped and bonded, at least a part of the region between the first main activation region and the bonding region Collision energy is added to both the first sub-activation region and the second sub-activation region which is at least a part of the region between the second main activation region and the junction region. The step of applying the energy, and integrating energy in the first sub-activation region The ratio between the energy accumulated in the first main activation region and the energy accumulated in the second sub-activation region and the energy accumulated in the second main activation region are both set to 20 to 50%. It is the manufacturing method of the metal clad belt characterized.

本発明は、被接合材である各金属帯の双方について、表面活性化を行う活性化領域と接合領域との間の領域についても表面活性化処理を行うものである。このような副活性化領域に追加的な表面活性化処理を行うことにより、主活性化領域で一旦分離した不純物が金属帯に同伴し再び吸着するような場合でも、活性状態を維持することができ、その後の接合も良好なものとなる。   In the present invention, the surface activation treatment is also performed on the region between the activation region where the surface activation is performed and the bonding region for each of the metal bands which are the materials to be bonded. By performing an additional surface activation treatment on such a secondary activation region, the active state can be maintained even when impurities once separated in the main activation region accompany the metal band and are adsorbed again. And subsequent bonding is also good.

ここで、追加的な表面活性化処理は、各金属帯の第1及び第2の主活性化領域における表面活性化よりも軽度の条件のものである。これまで説明した再吸着し得る不純物は、量的にはさほどのものではないことから、比較的軽度の表面活性化で表面活性の回復が可能だからである。また、この追加的表面活性化処理は、主活性化領域における表面活性化と同じく、材料表面に衝突エネルギーを付与するものであり、必要以上の表面活性化は材料表面を損傷するおそれがある。そこで、本発明では追加的表面活性化の程度として、第1副活性化領域における積算エネルギーと第1主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第2副活性化領域における積算エネルギーと第2主活性化領域における積算エネルギーとの比が、いずれも20〜50%となるようにする。本発明において、各活性化領域における積算エネルギーとは、活性化される面が受ける衝突エネルギーと照射時間との積で定義されるものであるが、以下に説明する具体的な態様により調整することができる。   Here, the additional surface activation treatment is under conditions that are milder than the surface activation in the first and second main activation regions of each metal strip. This is because the impurities that can be re-adsorbed as described above are not so much quantitatively, and the surface activity can be recovered by relatively light surface activation. Further, this additional surface activation treatment imparts collision energy to the material surface like the surface activation in the main activation region, and the surface activation more than necessary may damage the material surface. Therefore, in the present invention, as the degree of additional surface activation, the ratio between the integrated energy in the first sub-activation region and the integrated energy in the first main activation region, and the integrated energy in the second sub-activation region and the first The ratio of the accumulated energy in the two main activation regions is 20 to 50% in all cases. In the present invention, the integrated energy in each activated region is defined by the product of the collision energy received by the surface to be activated and the irradiation time, and is adjusted according to the specific mode described below. Can do.

本発明の追加的表面活性化処理を有する表面活性化接合方法の具体的なものとしては、まず、従来と同様に、第1主活性化領域への衝突エネルギー付与のための第1の活性化源と、第2主活性化領域への衝突エネルギー付与のための第2の活性化源を配し、更に、追加の(第3の)活性化源を配するものである。この追加される活性化源は、第1副活性化領域と第2副活性化領域の双方に衝突エネルギーを付与するものである。そして、それぞれの活性化源により、各活性化領域を表面活性化するものである。   As a specific example of the surface activated bonding method having an additional surface activation treatment of the present invention, first, as in the prior art, first activation for imparting collision energy to the first main activation region is performed. A source and a second activation source for imparting collision energy to the second main activation region, and an additional (third) activation source. This additional activation source provides collision energy to both the first sub-activation region and the second sub-activation region. And each activation area | region is surface-activated by each activation source.

この場合における主活性化領域、副活性化領域における積算エネルギーの調整は、各領域に対する活性化源の出力及び照射時間を変化させることで対応可能である。即ち、各活性化源について、その出力・照射時間の一方又は双方を調整して、両者の積が所定の範囲内になるようにすることで、積算エネルギーを調整する。   In this case, adjustment of the integrated energy in the main activation region and the sub activation region can be performed by changing the output of the activation source and the irradiation time for each region. That is, the integrated energy is adjusted by adjusting one or both of the output and irradiation time for each activation source so that the product of both is within a predetermined range.

また、上記のような追加の活性化源は必ずしも必須ではない。高速原子衝撃ビームによる表面活性化は、直進性のビームを広範囲に照射することができ、活性化源及び被活性化材の配置や照射角度の調整により複数の領域を照射することができる。そこで、第1主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第1の活性化源と、第2主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第2の活性化源の2つの活性化源のみを配しても本発明に係る接合方法を実施できる。このとき、第1の活性化源により、第1の主活性化領域に位置する第1の金属帯を表面活性化させると共に第2副活性化領域に位置する第2の金属帯を表面活性化させ、同時に、記第2の活性化源により、第2の主活性化領域に位置する第2の金属帯を表面活性化させると共に第1副活性化領域に位置する第1の金属帯を表面活性化する。   Further, the additional activation source as described above is not always essential. Surface activation by a fast atom bombardment beam can irradiate a linear beam in a wide range, and can irradiate a plurality of regions by adjusting the arrangement of the activation source and the material to be activated and the irradiation angle. Therefore, only two activation sources, a first activation source for applying collision energy to the first main activation region and a second activation source for applying collision energy to the second main activation region, are used. Even if it arranges, the joining method concerning the present invention can be carried out. At this time, the first activation source activates the surface of the first metal band located in the first main activation region and the surface activation of the second metal band located in the second sub-activation region. At the same time, the second activation source causes the second metal band located in the second main activation region to be surface activated and the first metal band located in the first sub-activation region to be surfaced. Activate.

活性領域における表面活性化及び追加的表面活性化を行った後の金属帯の接合は、加圧しても良いが実質的に無加圧でも可能である。接合に要する加圧力の低さは表面活性化接合における利点である。本発明においては、追加的表面活性化により十分に表面活性された状態での接合が可能であり、0.25MPa以下の極低加重での接合が可能である。   Bonding of the metal strip after surface activation and additional surface activation in the active region may be performed with pressure or substantially without pressure. The low pressure required for bonding is an advantage in surface activated bonding. In the present invention, it is possible to join in a sufficiently surface activated state by additional surface activation, and it is possible to join at an extremely low load of 0.25 MPa or less.

尚、本発明を適用する金属帯の構成材料については特に限定されるものではない。第1及び第2の金属帯について、異種材料を適用しても良いし、同種材料を適用しても良い。尚、異種材料を接合する場合、各金属帯に対する活性化条件が相違することもあるが、その場合の主活性化領域と副活性化領域における積算エネルギーの比は、双方が上記の範囲内にあれば良い。   The constituent material of the metal strip to which the present invention is applied is not particularly limited. Different materials may be applied to the first and second metal bands, or the same material may be applied. When joining dissimilar materials, the activation conditions for each metal band may differ, but the ratio of accumulated energy in the main activation region and the subactivation region in that case is within the above range. I just need it.

また、上記のように本願発明は、金属帯を連続的且つ高速で移送する際の接合性を改良するものである。この金属帯の移送速度の下限は、5m/hとするのが好ましい。これ未満では本願発明が目指す効率的製造に値しないからである。また、移送速度の上限は特に限定されるものではなく、装置の規模や活性化源の出力により調整が可能であり、それらにより500m/hまでの高速化が可能である。   In addition, as described above, the present invention improves the bondability when the metal strip is transferred continuously and at a high speed. The lower limit of the transfer speed of the metal strip is preferably 5 m / h. This is because if it is less than this, it is not worthy of efficient production aimed by the present invention. In addition, the upper limit of the transfer speed is not particularly limited, and can be adjusted by the scale of the apparatus and the output of the activation source, and the speed can be increased up to 500 m / h.

そして、本発明に係る表面活性化接合装置は、上記の追加的表面活性化処理のための活性化源の配置により以下の2種のものである。第1の表面活性化接合装置は、第1の金属帯及び第2の金属帯がそれぞれ巻回された、第1の巻き出しリール及び第2の巻き出しリールと、前記第1、第2の巻き出しリールから巻き出された第1、第2の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する1以上の第1、第2のガイドロールと、第1、第2のガイドロールにより移送される第1、第2の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、前記第1、第2のガイドロールは、第1、第2の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、更に、前記主活性化領域にある第1、第2の金属帯に衝突エネルギーを付与する第1及び第2の活性化源と、前記主活性化領域と圧接ロールとの間の第1、第2の金属帯に衝突エネルギーを付与する第3の活性化源と、を備える表面活性化接合装置である。   And the surface activation joining apparatus which concerns on this invention is the following two types by arrangement | positioning of the activation source for said additional surface activation process. The first surface activated bonding apparatus includes a first unwinding reel and a second unwinding reel on which a first metal band and a second metal band are respectively wound, and the first and second reels One or more first and second guide rolls that transport while supporting the first and second metal strips unwound from the unwinding reel, and the first and second guide rolls that transport the first and second guide rolls. And a pressure roll that rolls down the second metal band in a state where they are overlapped, and the first and second guide rolls have a main activation region in which the first and second metal plates are substantially flat. And a first activation source for applying collision energy to the first and second metal bands in the main activation region, and the main activation region. A third activation source for imparting collision energy to the first and second metal bands between the press rolls A surface activation bonding device comprising a.

この装置は、第1、第2の活性化領域を表面活性化するための活性化源に加え、追加的表面活性化処理を行うための第3の活性化源を備えるものである。   This apparatus includes a third activation source for performing an additional surface activation treatment in addition to an activation source for surface activating the first and second activation regions.

また、上記のように、追加的表面活性化のための活性化源は必須のものではない。即ち、第2の表面活性化接合装置は、第1の金属帯及び第2の金属帯がそれぞれ巻回された、第1の巻き出しリール及び第2の巻き出しリールと、前記第1、第2の巻き出しリールから巻き出された第1、第2の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する1以上の第1、第2のガイドロールと、第1、第2のガイドロールにより移送される第1、第2の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、前記第1、第2のガイドロールは、第1、第2の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、前記主活性化領域にある第1、第2の金属帯、主活性領域と圧接ロールとの間の第1、第2の金属帯、そのいずれにも対し衝突エネルギーを付与できるように、その位置又は照射角度の少なくともいずれかが調節可能に設置された第1及び第2の活性化源を備える表面活性化接合装置である。   Also, as described above, an activation source for additional surface activation is not essential. That is, the second surface activated bonding apparatus includes a first unwinding reel and a second unwinding reel on which the first metal band and the second metal band are wound, respectively, It is transported by one or more first and second guide rolls that transport while supporting the first and second metal bands unwound from the two unwinding reels, and the first and second guide rolls. A pressure contact roll that reduces the first and second metal bands in a state where they are overlapped with each other, and the first and second guide rolls have a main activity in which the first and second metal plates are substantially flat. The first and second metal bands in the main activation region, and the first and second metal bands between the main active region and the pressure roll, However, at least one of the position and the irradiation angle so that the collision energy can be applied to the It is a surface activated bonding apparatus comprising a first and a second activation source installed section capable.

以上説明したように、本発明によれば、表面活性化接合によるクラッド材の製造方法において、製造効率に優れ、長尺のクラッド材を製造することができる。尚、本発明における活性化源としては、原子ビーム(高速原子衝撃ビーム)、イオンビーム等が適用できる。   As described above, according to the present invention, in the method for producing a clad material by surface activated bonding, a long clad material having excellent production efficiency can be produced. As the activation source in the present invention, an atomic beam (fast atom bombardment beam), an ion beam, or the like can be applied.

第1実施形態に係る表面活性化接合装置の構成。The structure of the surface activation joining apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態における活性化源(原子銃)の位置調整によるビーム分割を説明する図。The figure explaining the beam splitting by the position adjustment of the activation source (atomic gun) in 2nd Embodiment.

第1実施形態:図1は、本実施形態に係る表面活性化接合装置の構成を示すものである。この表面活性化接合装置では、第1、第2の金属帯M1、M2が巻回された巻き出しリール10、20を備える。巻き出しリール10、20から巻き出された金属帯M1、M2は、それぞれのガイドロール11、12及び21、22により一定速度で移送され、圧接ロール30、30’により両者を重ね合わせて接合する。接合されたクラッド材は、巻き取りリール40により回収される。これら巻き出し・巻き取りリール、ガイドロール、圧接ロールは個々に駆動モータ(図示せず)により回転数を制御することができる。 First Embodiment : FIG. 1 shows a configuration of a surface activated bonding apparatus according to the present embodiment. The surface activated bonding apparatus includes unwinding reels 10 and 20 around which first and second metal bands M1 and M2 are wound. The metal strips M1 and M2 unwound from the unwinding reels 10 and 20 are transported at a constant speed by the respective guide rolls 11, 12 and 21, 22 and are overlapped and joined by the pressure contact rolls 30 and 30 ′. . The joined clad material is collected by the take-up reel 40. These unwinding and winding reels, guide rolls, and pressure contact rolls can individually control the number of rotations by a drive motor (not shown).

そして、金属帯M1、M2を表面活性化するための第1、第2の活性化源である原子銃50,60が設置されている。このとき、ガイドロール11、12及び21、22によって支持される金属帯M1、M2は、各ガイドロール間でその表面が第1、第2の原子銃50,60に対向するようになっており、第1、第2主活性化領域を形成する。また、本実施形態に係る表面活性化接合装置には、第1、第2主活性化領域を経て接合ロールに到達するまでの金属帯M1、M2の双方の表面について追加的表面活性化処理するための第3の活性化源である原子銃70が設置される。原子銃50,60,70は、その位置及び角度が調整できるようになっており、金属帯M1、M2に対する照射距離及び照射角度を変化させることができる。   In addition, atomic guns 50 and 60 that are first and second activation sources for surface activating the metal bands M1 and M2 are provided. At this time, the metal bands M1 and M2 supported by the guide rolls 11, 12 and 21, 22 are such that the surfaces thereof face the first and second atomic guns 50 and 60 between the respective guide rolls. First and second main activation regions are formed. Further, in the surface activated bonding apparatus according to the present embodiment, an additional surface activation process is performed on both surfaces of the metal bands M1 and M2 through the first and second main activation regions until reaching the bonding roll. An atomic gun 70 is installed as a third activation source. The positions and angles of the atomic guns 50, 60, and 70 can be adjusted, and the irradiation distance and irradiation angle with respect to the metal bands M1 and M2 can be changed.

以上の各構成部材は、真空ポンプに接続された真空槽100の内部に設置される。そして、巻き出しリール10、20、ガイドロール11、12、21、22、圧接ロール30、30’、及び巻き取りリール40の回転速度(移送速度)や、原子銃50、60、70の出力等の接合条件は、真空槽外部の制御板(図示せず)により任意に調節可能となっている。本実施形態に係る表面活性化接合装置における各種条件の設定可能範囲は以下の通りである(括弧内は好ましい範囲)。   Each of the above constituent members is installed inside a vacuum chamber 100 connected to a vacuum pump. And the rotation speed (transfer speed) of the unwinding reels 10 and 20, the guide rolls 11, 12, 21, and 22, the pressure contact rolls 30 and 30 ', and the take-up reel 40, the output of the atomic guns 50, 60, and 70, etc. These joining conditions can be arbitrarily adjusted by a control plate (not shown) outside the vacuum chamber. The settable ranges of various conditions in the surface activated bonding apparatus according to the present embodiment are as follows (preferred ranges are in parentheses).

移送速度(S):8〜80m/h(8〜40m/h)
照射距離(L):80〜240mm(80〜160mm)
照射角度(θ):−8〜+30°(+12〜+30°)
圧接力(P) :2000〜10000N(6000〜10000N)
原子銃出力(電流値(A)):100〜600mA(500〜600mA)
真空度:5×10−5Pa以下
*照射角度は、水平方向を0°とし、金属帯の移送方向へ傾斜したときを+とする
Transfer speed (S): 8 to 80 m / h (8 to 40 m / h)
Irradiation distance (L): 80 to 240 mm (80 to 160 mm)
Irradiation angle (θ): −8 to + 30 ° (+12 to + 30 °)
Pressure contact force (P): 2000 to 10000N (6000 to 10000N)
Atomic gun output (current value (A)): 100 to 600 mA (500 to 600 mA)
Degree of vacuum: 5 × 10 −5 Pa or less * Irradiation angle is 0 when the horizontal direction is 0 ° and tilted in the metal band transfer direction.

この表面活性化接合装置を用いて、各種金属帯の接合を行いクラッド材を製造した。そして、製造したクラッド材について、接合強度(剥離強度)を評価した。接合強度の評価は、引張り試験機を用いた剥離試験にて行った。各実施例における条件及び評価結果を表1に示す。
Using this surface activated bonding apparatus, various metal bands were bonded to produce a clad material. And the joining strength (peeling strength) was evaluated about the manufactured clad material. The bonding strength was evaluated by a peel test using a tensile tester. Table 1 shows the conditions and evaluation results in each example.

Figure 0005411573
Figure 0005411573

本実施形態では、移送速度が一定であり、また、各原子銃は連続的にビームを放射するものであり、主活性化領域と副活性化領域との積算エネルギー比が各原子銃の出力比に対応している。表1から、各実施例のように第3の原子銃による表面活性化を行って接合を行うことで接合強度の高いクラッド材を製造することができる。この効果は、同種・異種材料のいずれの接合においても同様である。   In this embodiment, the transfer speed is constant, each atomic gun emits a beam continuously, and the integrated energy ratio between the main activation region and the secondary activation region is the output ratio of each atomic gun. It corresponds to. From Table 1, a clad material having high bonding strength can be manufactured by performing surface activation with a third atomic gun as in each of the examples and performing bonding. This effect is the same in any joint of the same kind or different kinds of materials.

第2実施形態:ここでは、第1実施形態の表面活性化接合装置において、副活性化領域の活性化処理を行うにあたり、第3の原子銃70は使用せずに(取外して)、第1、第2の原子銃50、60のみで表面活性化を行った。従って、ここでの表面活性化接合装置の構成は、第1実施形態の装置に対して、第3の原子銃70がない点のみが相違し、その他は第1実施形態と同様である。また、その各種条件の設定可能範囲も同様である。 Second Embodiment : Here, in the surface activated bonding apparatus according to the first embodiment, the first atomic gun 70 is not used (removed) in performing the activation process of the sub-activation region, but the first activation gun is removed. Surface activation was performed only with the second atomic guns 50 and 60. Therefore, the configuration of the surface activated bonding apparatus here is different from the apparatus of the first embodiment only in that the third atomic gun 70 is not provided, and the rest is the same as that of the first embodiment. This also applies to the settable range of the various conditions.

この実施形態は、第1、第2の原子銃の間隔を変更し、これらからの高速原子衝撃ビームが、第1、第2主活性領域の金属帯を表面活性化すると同時に、各活性領域と圧接ロールとの間の金属帯も表面活性化できるようになっている。図2は、第2実施形態における活性化源の位置調整と表面活性化について説明する図である。図2からわかるように、本実施形態に係る表面活性化接合装置では、第1金属帯、第2金属帯をそれぞれ2つのガイドロール(11、12、21、22)にて支持し、これらのガイドロールで支持された金属帯が活性化源に対向するようにし、主活性化領域を形成する。そして、主活性化領域を経過した金属帯は、後段のガイドロール(12、22)で屈曲し、両者の間にある圧接ロール30、30’へ移送される。本実施形態では、第1、第2活性化源50、60の間隔を第1実施形態よりも小さくし(照射角度はそのまま)、原子ビーム光束(図2の点線)の中心線が、後段のガイドロール(12、22)の金属帯が屈曲する部分における接線と重なるようにしている。   In this embodiment, the distance between the first and second atomic guns is changed, and the fast atom bombardment beam from these surfaces activates the metal bands of the first and second main active regions at the same time as each active region. The metal band between the pressure contact rolls can also be surface activated. FIG. 2 is a diagram for explaining the position adjustment and surface activation of the activation source in the second embodiment. As can be seen from FIG. 2, in the surface activated bonding apparatus according to the present embodiment, the first metal band and the second metal band are supported by two guide rolls (11, 12, 21, 22), respectively. The metal band supported by the guide roll is opposed to the activation source to form a main activation region. Then, the metal band that has passed through the main activation region is bent by the guide rollers (12, 22) at the subsequent stage and transferred to the pressure contact rollers 30, 30 'between them. In the present embodiment, the interval between the first and second activation sources 50 and 60 is made smaller than that in the first embodiment (the irradiation angle remains the same), and the center line of the atomic beam (the dotted line in FIG. 2) is The metal band of the guide roll (12, 22) overlaps with the tangent at the bent portion.

このようにすることで、各原子銃からの原子ビームの50%が主活性領域を照射し、50%が副活性化領域を照射する。このとき、副活性化領域に向かう原子ビームは交差しており、この領域においては原子ビームの散乱が一部で生じるため金属帯表面上の積算エネルギーは主活性化領域よりも低くなる。尚、上記のような原子ビーム光束の中心線の調整による原子ビームの分割は、本実施形態のように、50%:50%とするのが最も好ましいが、主活性領域:副活性化領域で50%:50%〜70%:30%と主活性領域側への照射量を多少増加させても良い。   In this way, 50% of the atomic beam from each atomic gun irradiates the main active region and 50% irradiates the sub-activated region. At this time, the atomic beams directed toward the sub-activation region intersect, and in this region, the atomic beam is partially scattered, so that the accumulated energy on the surface of the metal band is lower than that of the main activation region. The splitting of the atomic beam by adjusting the center line of the atomic beam as described above is most preferably 50%: 50% as in this embodiment, but in the main active region: sub-active region. The irradiation amount to the main active region side may be slightly increased to 50%: 50% to 70%: 30%.

本実施形態に係る表面活性化接合装置を用いて、各種金属帯の接合を行いクラッド材を製造した。そして、製造したクラッド材について、接合強度(剥離強度)を評価した。接合強度の評価は、第1実施形態と同様である。各実施例における条件及び評価結果を表2に示す。   Using the surface activated bonding apparatus according to this embodiment, various metal bands were bonded to manufacture a clad material. And the joining strength (peeling strength) was evaluated about the manufactured clad material. The evaluation of the bonding strength is the same as in the first embodiment. Table 2 shows the conditions and evaluation results in each example.

Figure 0005411573
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表2から、追加的な原子銃を用いない場合であっても副活性領域を活性化することで接合強度の改善が見られることがわかる。また、異種材料(Cu/SUS)においては、接合強度がやや劣るが、同種材料(Cu/Cu)においては、第1実施形態と同様の接合強度を有する。本実施形態は、同種材料の接合に際し、高価な原子銃を追加することなく良好な接合状態を得る上で有効なものである。   From Table 2, it can be seen that even when no additional atomic gun is used, the bonding strength can be improved by activating the secondary active region. Moreover, although the bonding strength is slightly inferior in the dissimilar material (Cu / SUS), the same material (Cu / Cu) has the same bonding strength as in the first embodiment. This embodiment is effective in obtaining a good bonded state without adding an expensive atomic gun when bonding similar materials.

本発明に係る表面活性化接合方法及びその装置は、製造効率に優れ、長尺のクラッド材であっても接合強度に優れたものを製造することができる。本発明は、例えば、超電導材料を複合化したクラッド材料等に適用が期待できる。   The surface activated bonding method and apparatus according to the present invention are excellent in manufacturing efficiency and can manufacture a long clad material having excellent bonding strength. The present invention can be expected to be applied to, for example, a clad material that is a composite of a superconducting material.

Claims (5)

真空槽内で、第1の金属帯及び第2の金属帯を一定の送り速度で移送し、
前記第1の金属帯に対する第1主活性化領域、及び、前記第2の金属帯に対する第2主活性化領域に、活性化源からの衝突エネルギーを付与して前記第1の金属帯及び前記第2の金属帯を表面活性化し、
その後、接合領域にて前記第1の金属帯と前記第2の金属帯とを重ね合わせて接合する表面活性化接合による金属クラッド帯の製造方法において、
前記第1主活性化領域と前記接合領域との間の少なくとも一部の領域である第1副活性化領域と、前記第2主活性化領域と前記接合領域との間の領域の少なくとも一部の領域である第2副活性化領域の双方に対して、衝突エネルギーを追加的に付与する工程を有し、
第1副活性化領域における積算エネルギーと第1主活性化領域における積算エネルギーとの比、及び、第2副活性化領域における積算エネルギーと第2主活性化領域における積算エネルギーとの比をいずれも20〜50%とする(第1主活性化領域における積算エネルギー、及び、第2主活性化領域における積算エネルギーを100%とする)ことを特徴とする金属クラッド帯の製造方法。
In the vacuum chamber, the first metal band and the second metal band are transferred at a constant feed rate,
A collision energy from an activation source is applied to the first main activation region for the first metal band and the second main activation region for the second metal band to apply the first metal band and the second metal activation region. Surface activated the second metal strip,
Thereafter, in a method of manufacturing a metal clad band by surface activation bonding in which the first metal band and the second metal band are overlapped and bonded in a bonding region,
A first sub-activation region which is at least a part of a region between the first main activation region and the junction region; and at least a part of a region between the second main activation region and the junction region. A step of additionally applying collision energy to both of the second sub-activation regions which are the regions of
The ratio between the accumulated energy in the first sub-activation region and the accumulated energy in the first main activation region, and the ratio between the accumulated energy in the second sub-activation region and the accumulated energy in the second main activation region are all. 20-50% (the integrated energy in the first main activation region and the integrated energy in the second main activation region are set to 100%) .
第1主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第1の活性化源と、第2主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第2の活性化源を配し、
更に、第1副活性化領域、及び、第2副活性化領域の双方に衝突エネルギーを付与するための第3の活性化源を配し、各活性化領域を表面活性化する請求項1記載の金属クラッド帯の製造方法。
A first activation source for applying collision energy to the first main activation region and a second activation source for applying collision energy to the second main activation region;
The third activation source for imparting collision energy to both the first sub-activation region and the second sub-activation region is further arranged to surface-activate each activation region. Manufacturing method of metal clad band.
第1主活性化領域への衝突エネルギー付与ための第1の活性化源と、第2主活性化領域への衝突エネルギー付与のための第2の活性化源を配し、
前記第1の活性化源により、第1主活性化領域に位置する第1の金属帯を表面活性化させると共に第2副活性化領域に位置する第2の金属帯を表面活性化させ、
前記第2の活性化源により、第2主活性化領域に位置する第2の金属帯を表面活性化させると共に第1副活性化領域に位置する第1の金属帯を表面活性化する請求項1記載の金属クラッド帯の製造方法。
A first activation source for applying collision energy to the first main activation region and a second activation source for applying collision energy to the second main activation region;
Surface activation of the first metal band located in the first main activation region and surface activation of the second metal band located in the second sub-activation region by the first activation source;
The surface activation of the second metal band located in the second main activation region and the surface activation of the first metal band located in the first sub-activation region by the second activation source. A method for producing a metal clad strip according to claim 1.
請求項1又は請求項2記載の表面活性化接合方法に適用される装置であって、
第1の金属帯及び第2の金属帯がそれぞれ巻回された、第1の巻き出しリール及び第2の巻き出しリールと、
前記第1、第2の巻き出しリールから巻き出された第1、第2の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する1以上の第1、第2のガイドロールと、
第1、第2のガイドロールにより移送される第1、第2の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、
前記第1、第2のガイドロールは、第1、第2の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、
更に、前記主活性化領域にある第1、第2の金属帯のそれぞれに衝突エネルギーを付与する第1及び第2の活性化源と、
前記主活性化領域と圧接ロールとの間の第1、第2の金属帯のいずれにも対し衝突エネルギーを付与する第3の活性化源と、
を備える表面活性化接合装置。
An apparatus applied to the surface activated bonding method according to claim 1 or 2,
A first unwinding reel and a second unwinding reel each wound with a first metal strip and a second metal strip;
One or more first and second guide rolls that transport while supporting the first and second metal bands unwound from the first and second unwinding reels,
A pressure contact roll that rolls down the first and second metal strips transferred by the first and second guide rolls in a state where they are overlapped with each other,
The first and second guide rolls are arranged such that the first and second metal plates form a substantially flat main activation region,
And first and second activation sources for imparting collision energy to the first and second metal bands in the main activation region,
A third activation source that imparts collision energy to both the first and second metal bands between the main activation region and the pressure roll;
A surface activated bonding apparatus comprising:
請求項1又は請求項3記載の表面活性化接合方法に適用される装置であって、
第1の金属帯及び第2の金属帯がそれぞれ巻回された、第1の巻き出しリール及び第2の巻き出しリールと、
前記第1、第2の巻き出しリールから巻き出された第1、第2の金属帯をそれぞれ支持しつつ移送する1以上の第1、第2のガイドロールと、
第1、第2のガイドロールにより移送される第1、第2の金属帯を両者が重ね合わされた状態で圧下する圧接ロールと、を備え、
前記第1、第2のガイドロールは、第1、第2の金属板が略平坦な主活性化領域を形成するように配置されており、
前記主活性化領域にある第1、第2の金属帯、主活性領域と圧接ロールとの間の第1、第2の金属帯、そのいずれにも対し衝突エネルギーを付与できるように、その位置又は照射角度の少なくともいずれかが調節可能に設置された第1及び第2の活性化源を備える表面活性化接合装置。


An apparatus applied to the surface activated bonding method according to claim 1 or 3,
A first unwinding reel and a second unwinding reel each wound with a first metal strip and a second metal strip;
One or more first and second guide rolls that transport while supporting the first and second metal bands unwound from the first and second unwinding reels,
A pressure contact roll that rolls down the first and second metal strips transferred by the first and second guide rolls in a state where they are overlapped with each other,
The first and second guide rolls are arranged such that the first and second metal plates form a substantially flat main activation region,
The positions of the first and second metal bands in the main activation region, the first and second metal bands between the main active region and the pressure roll, so that collision energy can be applied to both of them. Alternatively, a surface activated bonding apparatus including first and second activation sources in which at least one of irradiation angles can be adjusted.


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