JP5941617B2

JP5941617B2 - 金属複合体及び金属複合体の製造方法

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Publication number: JP5941617B2
Application number: JP2010533568A
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Inventors: ホフシュテーダー、ノルバート; スプリング、マルクス
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Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2008-11-12
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Description

本発明は、少なくとも２つの金属層を含む帯状又は板状金属複合体を製造する方法であって、前記金属層の少なくとも１つの金属材の再結晶温度と少なくとも同一の温度への複数金属層の熱前処理によって、且つ、それに続く、金属層相互の加圧成形によって、金属層の板厚減少を生起し、この板厚減少工程の間、複数金属層がその境界面の領域において相互に拡散接合する製造方法に関係している。本発明は、また、相互に拡散接合される複数金属層で形成される金属複合体（１０，１０’，１０”，１０”’）に関係する。

上記の製造方法は、１９５５年発行のJohn B. Ulamの基本的な米国特許第２７１８６９０号明細書（特許文献１）によって知られ、それ自体、１９２１年及び１９４９年発行の米国特許第１３９２４１６号明細書（特許文献２）と米国特許第２４６８２０６号明細書（特許文献３）各々を基礎として構成されており、これにより、熱間加工、冷間加工及び深絞り加工とすることが可能な目的物製造の間に、クラッドされた材料を製造することができる。詳しく説明するならば、この方法は、異種金属を合体して一体構造を形成する工程を含んでおり、この一体構造は、次に、２つの異種金属である各金属層がバラバラになるリスクなしに圧延加工、ハンマー加工、鍛造加工、引き抜き加工、加圧成形、及び深絞り加工される。米国特許第２７１８６９０号明細書（特許文献１）による方法は、ステンレス鋼が銅で被覆されたクラッド複合材又は鋼鉄層の間に銅が介装されたクラッド複合材の製造を扱っているものの、この特許明細書は、複合金属材を、代わりに、１つの同種金属、すなわち、ステンレス鋼のみ、又は、銅のみとすることができる、と述べている。この公知の方法では、個別金属層の間にはいずれの種類の接合剤も使用されておらず、代わりに、金属分子構造が結合する。個別金属層は、その金属層表面から、いずれの酸化物、汚れ等をも除去すべく、機械加工によって、清浄化される。研削デイスクによって好適に行われる清浄化が、酸化物のない完全にきれいな表面を準備する。これは、金属の分子格子構造を露出せしめるのに必要である。次に、金属層は、適切な温度に加熱され、圧力下で、金属の隣接表面の一方が他方へと拡散する。

発明者同一の米国特許第３２１０８４０号明細書（特許文献４）は、圧延接合によってアルミニウムとステンレス鋼とから調製される金属複合体の製造に関する。清浄化され上下に積み重ねられた複数金属層は、相互の拡散接合の形成を目的として、圧延加工の結果、熱前処理の後の厚さが１０乃至３５％削減される。熱前処理段階において、金属表面は、アルミニウムの再結晶温度よりは高いが、アルミニウムの融点よりは低く且つステンレス鋼の再結晶温度よりも低い温度まで加熱される。拡散接合は、圧延加工中に複数金属層を相互に加圧成形することによって達成される。（ここで及び以下の説明で記述するいわゆる相互に加圧成形するとは、圧延加工に代えて、鍛造加工により又は単に加圧成形により行うことができる。）この米国特許明細書から知られる方法の場合では、上下に配置された金属層積層体は、相互に加圧成形される前に、積層体の個別構成部分、すなわち、複数金属層が、所定位置に確実に保持されるように、まず、その端部において溶接される。次の圧延作業の間、各金属層がその厚さを３５％以下の範囲で同時に削減された結果として、非常に高い圧縮力が発生することとなり、したがって、ステンレス鋼の２つの外側のカバー金属層も、また、３５％以下の範囲の板厚減少を受ける。外側のカバー金属層の間に配置されるアルミニウム層も、また、この非常に高い圧縮力によって押圧される。この事が、多分、当業界の最先端技術において、アルミニウム層内にチャンネルを設ける配慮がなされていないことの理由の１つである。当業界の最先端技術において、そのようなチャンネルを設けることに対する各種の代替案が提示されている。例えば、ドイツ国特許出願公開第ＤＥ３２１２７６８Ａ１号明細書（特許文献５）は、耐高熱金属材料、詳細には、酸化物分散強化ニッケル鉄合金より作製の構造要素の拡散溶接方法を記述する。この構造要素は、例えば、ガス・タービンのタービン・ブレードとすることができる。この構造要素は、２つの構成部分から構成されており、この２つの構成部分が相互に接合されて完成した状態の構造要素がチャンネルを有するように形成される。冷却用チャンネルを形成しようとする場合、２つの構成部分の接合前に、この２つの構成部分にへこんだ部分をフライス加工で作成すると、これが後に冷却用チャンネルを形成する。構造要素を作製するための合金は、主に、鉄又はニッケルの合金である。

ドイツ国特許出願公開第ＤＥ１０２００４００４４５９Ａ１号明細書（特許文献６）は、熱構造複合材より成る能動冷却パネルの製造方法を提示する。このパネルを製造するには、チャンネルを形成することとなる中空エンボス部分を有する熱構造複合材より成る第１の部分の内側面及び第１の部分の内側面との当接を予定する熱構造複合材より成る第２の部分の内側面に金属被覆が形成される。熱間静水圧プレス成形による前記両内側面の接続によって前記第１と第２の部分とが接合され、一体的な循環チャンネルを備えた冷却パネルが形成される。熱構造複合材は、通常、炭素／炭素型の複合材又は耐火繊維より成るセラミック基材を含む複合材である。熱間圧縮による接続を可能とする金属被覆用の金属材は、ニッケル、銅、鉄、又は、これらの合金から成り、好ましくは、ニッケル又はニッケル合金が使用される。

ドイツ国特許出願公開第ＤＥ３２４３７１３Ａ１号明細書（特許文献７）は、平板状熱交換器パネル及びその製造方法を提示する。平板状熱交換器パネルは、重畳された２つの板材より成り、この２つの板材間に加熱又は冷却のための媒体を通すためのチャンネルが設けられる。この２つの板材は、クラッド法の実施が困難な又は不可能な金属材で構成される。両板材の間には、冷間圧延での板材の接合が可能な、ニッケル、鉄、又は、銅の合金である非晶質金属固定層が設けられる。この固定層は、冷間圧延の前に２つの板材の間に挿入される箔材とすることができる。２つの板材は、前記固定層が設置された個所でのみ、冷間圧延によって相互に接合される。このように接合して形成された金属帯体は、単一パネルに裁断される。最後に、相互に接合していない凹部が、広げられ、通常の様式で１以上のチャンネルが形成される。

ドイツ国特許出願公開第ＤＥ１１９６０４５Ｂ号明細書（特許文献８）は、チタンがクラッドされているアルミニウムの製造方法を提示する。この方法では、基材であるアルミニウムには、その上にクラッドされるチタン薄板材又は箔が添着されて積層体を形成し、この積層体に対して次に熱間圧延が行われる。そのような処理において、この方法は、繋ぎ合わされる２つの材料が圧延工程の直前で相互に当接するような様式で実施され、圧延加工圧力は、基材、すなわち、アルミニウム又はアルミニウム合金の厚さが、少なくとも３０％削減される程度の圧力に設定される。クラッドされるチタン薄板材又はチタン箔は、加熱処理されず、チタン薄板材の酸化を避けるべく、高温のアルミニウム金属上に低温状態で圧延される。圧延工程における少なくとも３０％の板厚減少は、有効な接合強度を得るために実施される必要がある。製造後に、クラッドされた製品は、４８０℃と５６５℃の間の温度にまで加熱され、基材、すなわち、アルミニウム又はアルミニウム合金の層の板厚減少を、１５％以下とする様式で、再度、圧延加工する。これは、アルミニウムとチタンの間の接合強度をより一層強化するために設計されている。したがって、アルミニウム基材の板厚減少は、全体で、少なくとも４５％である。

１以上のアルミニウム又はアルミニウム合金層より成りステンレス鋼でクラッドされたコア金属層が、今日、大型のホットプレートの製造に広範に使用されている。このホットプレートでは、その上に載せられて焼かれる食材の量に係りなく、食材に火を通すための一定温度の維持が必要である。付言するに、ステンレス鋼でクラッドされたアルミニウム材は、具体的には、調理器具、また、航空宇宙産業で利用される軽量且つ耐食性の金属を必要とする状況において主に使用される。

米国特許第２７１８６９０号明細書米国特許第１３９２４１６号明細書米国特許第２４６８２０６号明細書米国特許第３２１０８４０号明細書ドイツ国特許出願公開第ＤＥ３２１２７６８Ａ１号明細書ドイツ国特許出願公開第ＤＥ１０２００４００４４５９Ａ１号明細書ドイツ国特許出願公開第ＤＥ３２４３７１３Ａ１号明細書ドイツ国特許出願公開第ＤＥ１１９６０４５Ｂ号明細書米国特許第３２６１７２４号明細書米国特許第３３５０７７２号明細書

適用の範囲を顕著に広げる可能性のある帯状又は板状金属複合体を製造する方法を提供することが、本発明の目的である。また、広範な適用を備えた金属複合体を提供することも、企図している。

そのようにして、本発明は、少なくとも１つの金属層の金属材の再結晶温度と少なくとも同一の温度で複数金属層を熱前処理することにより且つ後続の複数金属層相互の加圧成形により板厚減少を生起し、この板厚減少工程において複数金属層はその境界面領域において相互に拡散接合を生起する少なくとも２つの金属層からの帯状又は板状金属複合体の製造に関して、前述した米国特許第３２１０８４０号明細書（特許文献４）に示された方法をその出発点とする。

この方法の構成において、本発明では、各金属層の金属材として及び複数金属層の金属材としてアルミニウム又はアルミニウム合金を使用し、隣接金属層に面する側に帯状の凹部であって相互の加圧成形の際に隣接金属層によって閉じられる帯状の凹部を設けた金属層を使用し、加圧成形前の複数金属層の全厚さ寸法に対する厚さ寸法の減少は、２５％以下である。本発明に基づく方法では、アルミニウム又はアルミニウム合金の層は、ロール状帯体のように巻かれ、対応する温度まで加熱され、例えば、各例の隣接層が所望のように相互に拡散接合を生起する様式で圧延装置内で相互に加圧成形される。本発明での板厚減少は最大でも２５％しかなく、そのために必要な圧延力は、十分に小さい（後者は、上述の米国特許第３２１０８４０号明細書（特許文献４）に基づく方法よりも最大でおよそ１０分の１ほどの小ささである）。したがって、相互の加圧成形の際、凹部は基本的に保持されて完成した金属複合体内にチャンネルを形成し、これは、多くの方途での使用が可能である。

本発明の金属複合体の場合、各金属層がアルミニウム又はアルミニウム合金より成る相互に拡散接合された複数の金属層で構成され、且つこの金属複合体には、互いに隣接する２つの金属層の境界面上又は内に、複数の帯状のチャンネルが平面視において散在するように配置される。最先端の技術は、異種金属材で作製される金属複合体を、相互の加圧成形工程の際の接合される１以上の金属材の軟性度を考慮しつつ、できる限り稠密でなければならないとしている。意外にも、本発明者は、ステンレス鋼のような硬質金属を使用せずアルミニウム又はアルミニウム合金を使用すること及び或る条件を守ることにより、圧縮力を十分に低く設定することができ且つ相互の加圧成形の際に圧縮力を効率的に配分することができ、それで、凹部又はチャンネルを設けることが可能なことを発見した。本発明では、複数金属層用の金属材としては、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれかが使用されているので、本発明による金属複合体は、アルミニウム単体又はアルミニウム合金のいずれかである１種類の金属材からのみ作製されており、過去に通常そうであったように、例えば、ホットプレートの芯材として又は調理器具の壁材又は底材としての使用が可能である。個々の金属層は拡散接合によりその境界面において分子構造で結合するので、金属複合体は、実質的に単一金属材のように機能し、また強度を備えており、この金属複合体は、好ましくは前処理アニーリングの後に、冒頭に説明したように処理することができる。金属複合体製造の際、さらに処理を加える前に、又は、金属層相互の加圧成形の前でさえも、金属複合体のチャンネル内に温度センサーを装入することができる。さらに、これに代えて、又は、これに加えて、加熱及び／又は冷却流体の通過のためにチャンネルを使用することができる。ホットプレート又は調理器具の作製を目的として金属複合体の加工が行われる場合、その加工工程中、金属複合体中に一体的に設けられた温度センサーを利用して温度の制御が可能である。都合の良いことに、この構造の場合、数値読み取り又は電力供給のための外部への配線接続が不要なパッシブ・トランスポンダを使用することができる。パッシブ温度センサーを備えた金属複合体は、ホットプレートとしての使用のみにとどまらず、さらに、例としては無線制御のような、高性能デバイスを形成するように全体的に加工することができる。

本発明の好適な実施例が、従属請求項の内容を構成する。

本発明に基づく方法の１実施例において、或る金属層が複数の凹部を有する金属層として用いられ、前記凹部がその金属層の全厚にわたって延在し、且つ前記凹部が、その金属層に隣接する２つの金属層によって、相互の加圧成形中に閉じられる貫通開口部を形成するならば、上述した様式での圧延加工のみによって金属複合体の製造が可能であり、それによって、都合良く帯状金属層（シート）がロール状態から引き伸ばされる。

本発明に基づく方法の別の一実施例として、凹部又は貫通開口部に接続部分を付加して蛇行通路又は同様の構造を形成した場合では、金属複合体内に連続するチャンネルが設けられ、これは、例えば加熱用又は冷却用のコイル装置として使用することができる。蛇行通路又は同様の構造を備えるこの実施例では、また、相互の加圧成形の際の複数金属層相互に良好に圧力を分散させ、この方法で、従来よりも有効に圧縮による損傷から凹部を保護する。

本発明に基づく方法の別の一実施例として、相互の加圧成形前に金属製筒体を凹部又は貫通開口部に挿入して、次に、相互に加圧成形して、複数金属層の少なくとも１つの金属層の金属材内に埋設した場合では、この金属複合体は、より多くの用途での使用が可能であり、特に、或る特殊な用途に適合し得る。実際、ステンレス鋼又は通常ニッケル又はチタン合金のような耐食性で耐熱性の材料のみが作動流体に接触し得る適用分野がある。

本発明に基づく方法の別の一実施例として、相互の加圧成形の前後に、凹部又は貫通開口部内の筒体内に別体の部材を装入した場合では、金属複合体内の各チャンネルは、耐食性及び耐熱性を備えるようにライニングされるのみではなく、同時に、センサー、配線、等が適合可能に取り付けられる。

本発明に基づく方法の別の一実施例においては、別体の部材として、温度センサー、具体的には、ＲＦＩＤチップ、圧電チップ又は同様のインテリジェント・チップ、又はペルティエ素子の挿入が可能である。

本発明に基づく方法の別の一実施例として、相互の加圧成形によって５乃至２５％、好ましくは８乃至１５％の複数金属層の板厚減少を達成するならば、本発明に基づく金属複合体を、例えば、より少ない材料で且つより低いエネルギー・コストで、製造することが可能である。さらに、この様式では、相互の加圧成形の際のチャンネル寸法の維持は一層確実であり、したがって、事前にチャンネル内に挿入されたセンサー等の破損は生じない。

本発明に基づく方法の別の一実施例として、複数金属層を、コア金属層として、ステンレス鋼、銅又はチタンのような別の金属製の２つのカバー金属層の間に配置した場合には、熱前処理の間、これらの金属層の全アセンブリを、コア金属層の金属材の再結晶温度よりは高いが他の金属層の金属材の再結晶温度よりは低い温度まで加熱し、相互の加圧成形によって第１の板厚減少の生起とともに金属層の全アセンブリを拡散接合させた後、カバー金属層がコア金属層に現に接合した状態の金属層の全アセンブリに同一加熱条件下で別の相互の加圧成形を行い第２の板厚減少を生起する。この場合、第１の板厚減少と第２の板厚減少は、コア金属層に２５％以下の全板厚減少を生ずるように選択される。したがって、本発明に基づく金属複合体は、金属複合体にチャンネルが設けられた場合であっても、アルミニウムと鋼鉄の間に優れた接合力を呈するようなステンレス鋼でクラッドした帯材又は板材として製造可能である。

本発明に基づく金属複合体の一実施例として、金属複合体を、熱前処理によって、さらに成形加工による処理が可能な状態へと加熱するならば、コア構造要素の機能の変化を生ぜずに各種の器具の製造が可能である。処理の結果としてステンレス鋼が著しい程度に凝固する場合には注意が必要である。すなわち、ステンレス鋼のアニーリング温度はアルミニウムの融点よりも高いので、このステンレス鋼の凝固状態は、その後に行うアニーリングによっても不可逆である。したがって、本発明に基づく金属複合体の場合でステンレス鋼を使用するときは、最初に、金属の成形、特に、その冷間成形をできる限り低く維持することに努力が払われる。拡散の増大のため、すなわち、材料内への拡散領域の一層の浸透を可能とするため、追加的なアニーリングが、また、使用可能であり、これにより、より強い接合強度の達成が可能である。本発明では、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属層の金属材の形成のおかげで、必要とされるように、特に良好な熱伝導特性を備えた金属複合体又は特に軽量な金属複合体が出来上がる。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、チャンネルが、複数金属層のうちの少なくとも１つに、そして、少なくともその金属層の厚さの一部の範囲で延在する場合では、金属層の凹部は、切り屑の出ない様式、例えば、加圧成形又は成形加工、例えばフライス加工によって作成することができる。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、チャンネルが、複数金属層のうちの少なくとも１つに、そして、少なくともその金属層の全厚にわたって延在する場合では、後にチャンネルを画定する凹部を、レーザー切断、ウオータージェット切断、又はフライス加工によって簡易にしかし非常に正確に作成することができる。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、チャンネルが、相互に並列に又は異なる高さにある複数金属層の厚さにわたって延在する場合には、この金属複合体は、後に、多種の異なる用途での使用が可能である。例えば、並列に及び／又は異なる高さにある複数金属層の厚さにわたって設けられたチャンネルに、加熱媒体又は冷却媒体を通過させることができる。さらに、異なる個所に別々のチャンネルを穿孔形成し、所望のように相互に接続するか又は分離することができる。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、蛇行又は同様の形態の少なくとも１つの連続的チャンネルを形成するべく複数のチャンネルに接続部分を付加した場合、この金属複合体も、加熱／冷却のための様々な方法での使用が可能である。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、チャンネルを金属製筒体でライニング処理するならば、予測される課題に対する金属複合体の適応を容易に達成可能であり、例えば、腐食性流体の通過に対し耐食性を備えるライニングを設けることができる。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、チャンネル内又は筒体内に別体の部材を装入した場合、この別体の部材を、センサー、加熱線、等とする設計が可能であり、この方法で、流体の特性の計測又は流体の温度の操作が可能である。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、前記別体の部材を、温度センサー、具体的には、ＲＦＩＤチップ、圧電チップ又は同様のインテリジェント・チップ、又はペルティエ素子とした場合、特に有効な様式での実施例の実現が可能である。

本発明に基づく金属複合体の別の実施例として、ステンレス鋼、銅、又はチタンのような別の金属材より成る２つのカバー金属層の間にアルミニウム又はアルミニウム合金より成る金属層を配置した場合、この金属複合体の、耐食を目的とした利用、耐熱を目的とした利用、耐食品を目的とした利用、耐塩水を目的とした利用、等の使用目的への適応を、最適に、達成することができる。

同一の金属又は同一の合金で製作した２つの金属層より成る本発明に基づく帯状金属複合体の一部透視図である。図１に基づく金属複合体を構成するための凹部を設けた帯状金属層の一部透視図である。同一の金属又は同一の合金で製作した３つの金属層で構成される本発明に基づく帯状金属複合体の別の実施例の一部透視図である。図３に基づく金属複合体を構成するための帯状の貫通開口部を備えた帯状金属層の透視図である。帯状の貫通開口部の一方の端が拡張された形状を有する帯状金属複合体の図４ａと同様の透視図である。図３に基づく金属複合体の上面図である。上側のカバー金属層が細孔を有する図５ａに基づく金属複合体の上面図である。本発明に基づく金属複合体の別の実施例の上面図であり、図中、金属複合体のチャンネルのライニング及び挿入目的物の幾つかの可能なものが簡略のため並置して模式的に符号ａ）乃至ｄ）で示されており、符号ｅ）とｆ）のものは、２個の金属複合体に別に示されている。ステンレス鋼より成る２つのカバー金属層を有する本発明に基づく金属複合体の断面図である。図１に基づく金属層の構成を有する本発明に基づく金属複合体の連続状チャンネルを形成し得る蛇行状チャンネルを備えた板材である金属層の透視図である。蛇行状の１つの貫通開口部を有する帯状金属層の図４ａのような一部透視図である。外面上に小さな複数の溝を有する上側のカバー金属層の別の実施例を示す。

本発明は、応用範囲の広いチャンネル又は埋設筒体を有する帯状又は板状金属複合体の製造に関する。金属材表面の清浄化、金属層の熱前処理、板厚減少を伴って相互の拡散接合を生起する圧延加工のような、この明細書の冒頭において説明した公知方法の工程に対応する、金属複合体の製造のための実施工程は、ここでの再度の詳述を省略する。ただし、本発明の方法では、本発明に基づいて金属複合体にチャンネルを設けることが可能であるにとどまらず、金属層相互の加圧成形前にチャンネルがその中に挿入した目的物を保持し得るように、できる限り小さな板厚減少を達成することに留意されたい。本発明に基づく方法において、複数のアルミニウム金属層が相互に接合される場合では、相互の加圧成形前に各アルミニウム金属層の表面が、アルミニウムの再結晶温度よりは高いがアルミニウムの融点よりは低い温度まで加熱される。最後に、この金属複合体は、アニール処理され、このアニール処理の後、さらに処理されることができ、その処理の過程で、さらにその形成が進行する。ここで、この明細書の冒頭で説明の最先端技術、具体的には、米国特許第３２６１７２４号明細書（特許文献９）、米国特許第３２１０８４０号明細書（特許文献４）、米国特許第３３５０７７２号明細書（特許文献１０）を引用するが、これらの米国特許明細書は、アルミニウムをステンレス鋼でクラッドするための圧延方法を扱っている。

図１は、全体的に符号１０で示す帯状金属複合体の第１の実施例の部分図である。この金属複合体は、同種金属材製の２つの金属層１２と１４で構成される。金属層１２と１４は、図解の便宜のため、異なるように示されている。完成した金属複合体１０において、各金属層の金属材は同種なので、個別の金属層を肉眼で相互に識別することはできない。帯状金属層１４が図２に示されている。金属層１４は、相互に平行な２つの帯状の凹部１４ａ、１４ｂを有する。圧延工程の間に、凹部１４ａと１４ｂは、金属層１２によってその長手方向にわたって閉じられる。各金属層１２と１４は、ロールに巻かれた状態から帯状金属シートとして引き伸ばされて、その表面が清浄化され、熱前処理段階で適切な温度に加熱され、次に、圧延装置内での拡散接合によって合体され、このとき、好ましくは５％と２５％の間、さらに好ましくは８％乃至１５％の間である、２５％以下の板厚減少が生ずることとなる。凹部１４ａと１４ｂは、例えば、フライス加工による又は加圧成形で切り屑なしでの成形加工によって作成することができる。

図３は、全体的に符号１０’で示す帯状金属複合体の別の実施例の部分透視図を示しており、この金属複合体では、同種金属材製の３つの金属層１２、１３、１５が使用されており、そのうち、中間金属層１３は、図４ａに示されるように、相互に平行な帯状の貫通開口部１６、１８を画定する。この貫通開口部１６、１８は、各々、完成した金属複合体１０’のチャンネル１６Ａと１８Ａとなる。図３では、隣接金属層１２、１５からの識別のために中間金属層１３に斜線を付けて示すが、これらの金属層は同種の金属材製なので、完成した金属複合体１０’の個別の金属層を肉眼で相互に識別することはできない。図５ａは、金属複合体１０’の表面（上面）を示す。

図４ｂは、図４ａと同様ではあるが、別の実施例であって、端部で相当に大きな開口部１７につながる帯状の貫通開口部１６を有する帯状金属層１３’を示す。その結果、完成した金属複合体では、開口部１７の領域に貫通開口部１６のドーム状延長部を有しており、これは、図５ｂのように、外側のカバー金属層の細孔によって周囲環境に接続することが可能である。

図５ｂは、全体的に符号１０’’’で帯状金属複合体を示しており、その外側の金属層１２のチャンネル１８Ａの領域には、細孔１９が追加的に設けられる。細孔１９の下には、延長された開口部１７を図４ｂのように配置することができる。もしも、例えば、冷却液体がチャンネル１６Ａを通過するならば、金属複合体１０’’’は全体的に冷却される。ガスをチャンネル１８Ａに通すならば、このガスは、金属複合体１０’’’で冷却され、次に、細孔１９を通って金属複合体１０’’’から流出する。この場合、細孔の下でチャンネル１８Ａが拡張していれば、すなわち、図４ｂの貫通開口部１６のように大きな開口部１７を有していれば、効果的である。

図６は、筒体２０、２１、２２、２３の適用の各種可能態様を図解しており、例えば、ａ）に示すような平坦な矩形断面形状、ｂ）に示すような正方形断面形状、ｃ）に示すような六角断面形状、ｄ）に示すような円形断面形状を有している。最初に、筒体２０、２１、２２又は２３の前記断面形状に適合する貫通開口部１６Ａ又は凹部１４ａが設けられる。次に、相互の加圧成形によって、筒体は、１以上の金属層である金属体内に埋設される。相互の加圧成形の前又は後に、別体の部材２６又は２８が貫通開口部１６Ａ又は凹部１４ａを通って装入され、又は、筒体２０又は２１内に装入される。別体の部材２６を、具体的には、ＲＦＩＤチップ、圧電チップ又は同様のインテリジェント・チップ、又はペルティエ素子である温度センサーとすることができ、別体の部材２８は、例えば、ワイヤの様なセンサー又は加熱線とすることができる。

図６は、ａ）乃至ｄ）の部分では、１２と１４又は１４と１４とである２つの金属層より成る金属複合体１０を示しており、後者の場合、両金属層にチャンネル１４Ａと１４Ｂの各一方が形成され、この両チャンネルが相互に補足して合体チャンネルを形成し、この中に筒体２０、２３の１つが埋め込まれる。図６は、同時に、ｅ）とｆ）の部分で、中間金属層１３を有する金属複合体１０’の部分を図解するが、この中間金属層内に筒体２０又は２１が埋め込まれる。貫通開口部１６、１８で相互に向かい合う側壁は、図６のｅ）とｆ）に示される場合のように平行壁とすることができる。そのような本発明の実施例においても、筒体２２及び２３の使用が可能である。この実施例（図示しない）では、貫通開口部１６及び１８の側壁を断面形状において傾斜面又は湾曲面に形成する。そうするならば、確実に係止する様式で対応する筒体２０又は２１をチャンネル１６Ａ及び１８Ａ内へ装入することが可能であり、又は、ローラ工程の間に、確実に係止する様式で対応する筒体２０又は２１を金属複合体の金属材の中に埋め込むことができる。

本例でのように、金属層１２、１４又は１２、１３、１５がアルミニウム又はアルミニウム合金製の場合には、これらの金属層は、図７に図解のようなステンレス鋼製の２つのカバー金属層３０、３２の間に配置することができる。この方法で、図１に基づく金属複合体１０又は図５に基づく金属複合体１０’は、カバー金属層３０、３２間に配置された図７に基づくクラッドされた金属複合体１０”のコアを形成することができる。熱前処理の間、金属材は、アルミニウムの再結晶温度よりは高いがステンレス鋼の再結晶温度よりは低い温度まで加熱される。

クラッドされた金属複合体１０"の製造に関する図７に基づく実施例の場合、アルミニウム又はアルミニウム合金より成る金属層が、別の金属、すなわち、ステンレス鋼（又は、銅、又は、チタン）製の２つのカバー金属層間のコア金属層として配置される。別種の参照符号１０、１０'、１０'''は、２つのカバー金属層３０、３２間のコア金属層構成に、図１に基づく金属複合体１０、又は、図３と５に基づく金属複合体１０'、又は、図５ｂに基づく金属複合体１０'''が含まれるという事実を示すために使用されている。図７の図面中、カバー金属層３０、３２の間の個別金属層を区分する線は、図の理解を容易にするために、省略されている。熱前処理の間、これらの金属層より成る全アセンブリは、２つのカバー金属層の間の金属であるコア金属層の金属材の再結晶温度よりも高い温度であるが前記２つのカバー金属層の金属材である他の金属材の再結晶温度よりも低い温度まで加熱される。次に、第１の段階において、相互の加圧成形によって前記全アセンブリが拡散接合され、第１の板厚減少が生起することとなる。次に、第２の段階において、同一の温度条件下で、前記全アセンブリが第２の板厚減少を受け、この間、さらに行われる相互の加圧成形によってカバー金属層がコア金属層に対して接合する。この過程において、コア金属層の全板厚減少が２５％以下となるように、前記第１の板厚減少と第２の板厚減少は選択される。この二段階の工程の際、第１の段階の初めには、ステンレス鋼のカバー金属層はアルミニウム又はアルミニウム合金であるコア金属層には未だ接合しておらず、第１の段階の終わりには、カバー金属層は、カバー金属層の金属での板厚減少が無視できるほど小さいものとなるように、コア金属層に接合しているという事実が有利に利用される。すなわち、第１の段階において、コア金属層の金属に関する加工の程度は、カバー金属層の金属の変形の程度とは無関係に選択することができる。熱前処理の後の第１の段階において、コア金属層の金属は、カバー金属層のステンレス鋼に比べて非常に柔軟であり、この段階で事実上これのみが成形される。第１の段階の後には、コア金属層の金属は既に自身で接合し且つカバー金属層の金属に接合している。第２の段階で行われる加工の間、コア金属層の金属とカバー金属層の金属は、各々、同一の板厚減少を生ずる。この場合、両段階での板厚減少は、アルミニウム又はアルミニウム合金であるコア金属層の金属が全体で２５％を超える板厚減少を生じないように選択される。第１の段階におけるカバー金属層の金属での板厚減少は、無視できるほど小さく、２つの段階でカバー金属層の金属に生ずる全板厚減少は、コア金属層の金属の板厚減少よりも小さい。したがって、本発明に基づく方法では、各金属層で同時に３５％以下の板厚減少を生ずる米国特許第３２１０８４０号明細書（特許文献４）に基づく方法の場合に比べて全体的に格段に低い形成力で実施することが可能である。アルミニウム又はアルミニウム合金のみで構成される本発明に基づく金属複合体は、したがって、金属複合体内に、過圧縮を引き起こすチャンネルを有しないステンレス鋼のようなより硬質の金属製のカバー金属層を付加的に設けることができる。最終の金属複合体がステンレス鋼等のカバー金属層でクラッドされることが予め分かっている場合には、チャンネルの初期の高さをそれに対応して比較的大きく選択して、第２の段階の後に定格のチャンネル高さを達成することができる。

凹部１４ａ、１４ｂ又は貫通開口部１６，１８は帯状又は相互に平行とする代わりに、図８及び９に示すような蛇行通路３４のように構成することができる。このためには、凹部１４ａ、１４ｂのような帯状の凹部を、図８のように接続部分３４ａ乃至３４ｅで接続して有効に補足して、図１、図５、又は、図７のような金属複合体内に、蛇行通路３４又は同様に曲がりくねった構造を形成して連続的チャンネルを設けることができる。蛇行通路又は同様の構造のような実施例は、また、チャンネルを、過度の圧縮から保護する。すなわち、この実施例は、金属層が相互に加圧成形されるときの圧力の均等な分散を確保する。

貫通開口部１６、１８を有する金属層１３として、図９において符号１３”で全体的に示される連続状蛇行通路３４を形成した金属層を使用し、この蛇行通路を、ローラ工程の間に隣接する２つの金属層１２と１５によって閉じると、蛇行通路３４によって形成される連続的チャンネルを有する金属複合体ができる。この事例では、金属層１３”は、有利なことに、図９に示されるように、向かい合って組み合わされる２個の櫛形状部分として製作される。２個の櫛形状部分は、金属層１３”の上端面がそろっている貫通開口部１６、１８の個所で図９には示されていないブリッジによって相互に連結され、ローラ工程の後にこのブリッジは除去される。

添付図面の図解では、凹部１４ａ、１４ｂ及びチャンネル１４Ａ、１４Ｂ及び貫通開口部１６，１８は、金属複合体１０、１０’、１０”、又は、１０’’’の１つの面内に終端を有するように構成の選択が行われているが、この事は必須ではない。前記凹部、貫通開口部、及びチャンネルは、金属複合体の内部に終端を有することも当然にでき、また、所望位置の処理（成形加工）によって後でつなぐこともできる。

図１０は、外面に複数の細い溝を設けた外側カバー金属層１２’の一実施例を示す。この溝は波形とすることが可能であるが、図１０に断面で示される図示した波形状に限定せず、その外面のレベルで溝が延在する波形状である。この溝は、５ｍｍまでの、又は、それよりも大きな深さを有することができる。金属層相互の加圧成形の間、損傷を受けないように維持され、金属複合体の表面積を増大する。

１０金属複合体
１０’ 金属複合体
１０” 金属複合体
１０’’’金属複合体
１２金属層
１３金属層
１３’ 金属層
１３” 金属層
１４金属層
１４’ 金属層
１４Ａチャンネル
１４Ｂチャンネル
１４ａ凹部
１４ｂ凹部
１５金属層
１６貫通開口部
１６Ａチャンネル
１７大きな開口部
１８貫通開口部
１８Ａチャンネル
１９細孔
２０筒体
２１筒体
２２筒体
２３筒体
２６別体の部材
２８別体の部材
３０カバー金属層
３２カバー金属層
３４蛇行通路
３４ａ接続部分
３４ｂ接続部分
３４ｃ接続部分
３４ｄ接続部分
３４ｅ接続部分

Claims

複数の金属材の層より成る帯状又は板状金属複合体を加圧成形により製造する方法であって、
各層の金属材としてアルミニウム又はアルミニウム合金を使用した複数の金属層（１２，１４；１２，１３，１５）を積層したコア金属層を準備するステップであって、前記コア金属層（１２，１４；１２，１３，１５）の１つ金属層の、隣接する金属層（１２）と面する側に帯状の凹部（１４ａ，１４ｂ）を設け、前記加圧成形によって、前記凹部が前記隣接する金属層（１２）によって閉じられるようにする、該ステップと、
ステンレス鋼又はチタンのいずれかの金属材からなる２つのカバー金属層（３０，３２）の間に、前記コア金属層を配置するステップと、
前記コア金属層と前記カバー金属層とから構成されるアセンブリを、前記コア金属層の金属材の再結晶温度よりは高いが前記カバー金属層の金属材の再結晶温度よりは低い温度まで加熱するステップと、
加熱された前記アセンブリを加圧成形するステップであって、前記アセンブリの板厚減少を生起し、前記複数の金属材の層の境界面領域に於いて拡散接合を行なう、該アセンブリを加圧成形するステップとを、この順に含み、
前記アセンブリを加圧成形するステップが、
加熱された前記アセンブリに対して加圧成形を行う第１の加圧ステップであって、前記アセンブリに、加圧成形によって第１の板厚減少を生起させるとともに、前記複数の金属材の層の境界面領域に於いて拡散接合を生じさせるが、加圧による前記カバー金属層の板厚減少は無視できるほど小さい、該第１の加圧ステップと、
前記カバー金属層が前記コア金属層に接合した前記アセンブリに対して更に同一の温度条件下で加圧成形を行なう第２の加圧ステップであって、前記アセンブリに第２の板厚減少を生起させ、前記コア金属層の金属と前記カバー金属層の金属は各々が板厚減少を生ずる、該第２の加圧ステップとを含み、
前記第１の板厚減少と第２の板厚減少の大きさを、前記コア金属層の全板厚減少が２５％以下となるように選択することを特徴とする方法。
前記凹部が、対応する前記金属層（１３）の全厚さにわたる深さを有することにより貫通開口をなし、該貫通開口が、前記加圧成形によって、当該金属層（１３）に隣接する２つの金属層（１２，１５）によって閉じられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記凹部（１４ａ，１４ｂ）又は貫通開口部（１６，１８）に接続部分（３４ａ−３４ｅ）が付加されて蛇行通路（３４）又は同様な構造が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記加圧成形の前に、金属製筒体（２０，２１，２２，２３）が前記凹部（１４ａ，１４ｂ）又は貫通開口部（１６，１８）に挿入され、その後加圧成形により、前記金属製筒体（２０，２１，２２，２３）が前記コア金属層（１２，１４；１２，１３，１５）の少なくとも１つの金属材内に埋め込まれることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
前記加圧成形の前または後に、別体の部材（２６，２８）が、前記凹部（１４ａ，１４ｂ）又は貫通開口部（１６，１８）内の前記筒体（２０，２２）内に装入されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかの請求項に記載の方法。
前記別体の部材（２６，２８）として、温度センサー、ＲＦＩＤチップ、圧電チップ又は同様のインテリジェント・チップ、或いはペルティエ素子が使用されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記加圧成形による前記コア金属層（１２，１４；１２，１３，１５）の全板厚減少が、５乃至２５％であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの請求項に記載の方法。