JPH04284916A - アルミニウムと銅との押出複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム（その合金
を含む）材と銅（その合金を含む）材とを溶接した後に
、この複合材を静水圧押出法で押出加工して押出複合材
を製造するアルミニウムと銅との押出複合材の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム材と銅材との接続構造は、
種々の技術分野で使用されており、近時、特に電気関係
部品に使用されている。例えば、銅電線とアルミニウム
電線とを相互に接続する場合は、高圧用の電気接続架線
金具が接続端子として使用され、またリニアモーターカ
ーの地上コイル端子においては、アルミニウムケーブル
と銅ケーブルとの接続構造が使用されている。

【０００３】ところで、アルミニウム材と銅材とを接続
する方法としては、圧接又は螺子止め等の機械的手段が
あるが、大電流が流れると発熱しやすく、機械的強度が
低い。このため、アルミニウム材と銅材とを摩擦圧接し
た複合材からなる継手が提案されている。しかしながら
、摩擦圧接ではその形状が限定されるため、例えば内面
がアルミニウム又は銅であって外面が銅又はアルミニウ
ムからなる棒状若しくはパイプ状の複合材を製造するこ
とができない。そこで、静水圧押出法によりアルミニウ
ムと銅との押出複合材を製造する方法が提案されている
。

【０００４】図５は従来のアルミニウムと銅との押出複
合材（中実材）の製造方法を示す断面図、図６はアルミ
ニウムと銅との押出複合材を示す断面図である。

【０００５】円柱状のアルミニウム材１１はその一端部
が円錐状をなし、この一端部（頭部）に対して他の部分
が段差的に狭径になっている。このアルミニウム材１１
の狭径部分には円筒状の銅材１２を嵌合させる。銅材１
２の外周には円筒状のアルミニウム材１３を嵌合させ、
アルミニウム材１１の他端部に円盤状のアルミニウム材
１４（ディスガード部）を配置する。

【０００６】次に、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）等により
、アルミニウム材１１の一端部とアルミニウム材１３の
一端部とを接合した後、アルミニウム材１３の他端部と
アルミニウム材１４とを接合する。これにより複合材を
得る。

【０００７】次に、この複合材を静水圧押出加工して各
部材を相互に圧接することにより、アルミニウムと銅と
の押出複合材を得る。その後、図５に示すように、押出
加工後の押出複合材の両端部及び外層部（アルミニウム
材１３）を削除する。

【０００８】このようなアルミニウムと銅との押出複合
材の製造方法は、同種金属を溶接するため、溶接工程が
容易であるものの、押出複合材の外層部を削除する必要
があるので、その製造コストが極めて高く、実用的では
ない。

【０００９】図７は従来のアルミニウムと銅との押出複
合材（パイプ材）の製造方法を示す断面図、図８はアル
ミニウムと銅との押出複合材を示す断面図である。

【００１０】円筒状のアルミニウム材１５はその一端部
が円錐状をなし、この一端部の外径に対して他の部分の
外径が段差的に狭径になっている。このアルミニウム材
１５の狭径部分には円筒状の銅材１６を嵌合させる。更
に、アルミニウム材１５の他端部にリング状のアルミニ
ウム材１７を嵌合させる。

【００１１】次に、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）等により
、アルミニウム材１５の一端部と銅材１６の一端部とを
接合し、銅材１６の他端部とアルミニウム材１７とを接
合した後、アルミニウム材１７とアルミニウム材１５の
他端部とを接合する。これにより複合材を得る。

【００１２】次に、この複合材を静水圧押出加工して各
部材を相互に圧接することにより、アルミニウムと銅と
の押出複合材を得る。その後、図７に示すように、押出
加工後の押出複合材の両端部を削除する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のアルミニウムと銅との押出複合材の製造方法に
おいては、以下に示す問題点がある。例えば図６のパイ
プ材では、頭部及びディスガード部の銅材とアルミニウ
ム材との接合を完了した後、銅材とアルミニウム材との
界面を真空封入するためにアルミニウム材１５とアルミ
ニウム材１７とを接合すると、頭部及びディスガード部
における銅材とアルミニウム材との接合部が剥離すると
いう問題点がある。また、溶接順序を変更しても、やは
り銅材とアルミニウム材との接合部が剥離する。このよ
うな剥離現象は、図９に示すように、溶接金属中に銅が
必要以上に溶け込んだとき銅材とアルミニウム材との間
の接合部に縦割れが発生する場合とは異なって、図１０
に示すように、銅材及びアルミニウム材と接合部との界
面、特に銅材側の界面が剥離するものである。この剥離
現象は中実材でも発生する。

【００１４】また、図１１に示すように、ディスガード
部を一体化した円柱状のアルミニウム材１９の外周に円
筒状の銅材２０を配置することにより、部品数を３ピー
スから２ピースに削減し、溶接を２箇所にした場合にお
いても、第１ビードでは良好な接合部が得られるものの
、第２ビードで剥離が発生する。

【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルミニウム材と銅材との接合部が剥離す
ることを防止できるアルミニウムと銅との押出複合材の
製造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ムと銅との押出複合材の製造方法は、円筒状又は円柱状
の第１のアルミニウム材に円筒状の銅材及び円筒状の第
２のアルミニウム材を嵌合させ前記第１のアルミニウム
材の一端部と前記銅材の一端部とを溶接する工程と、前
記銅材の他端部と前記第２のアルミニウム材の一端部と
を溶接する工程と、前記第２のアルミニウム材の他端部
と前記第１のアルミニウム材の他端部とを溶接する工程
と、これにより得た複合材を押出加工する工程とを有し
、前記第２のアルミニウム材はその前記他端部がその前
記一端部に比して薄く成形されていることを特徴とする
。

【００１７】

【作用】本発明においては、第１のアルミニウム材の一
端部と銅材の一端部とを溶接し、この銅材の他端部と第
２のアルミニウム材（押出加工時のディスガード部）の
一端部とを溶接した後、この第２のアルミニウム材の他
端部と前記第１のアルミニウム材の他端部とを溶接する
。この場合、第１及び第２ビードでは各部材が相互に拘
束されていないため、溶接時に生じる応力が放散される
が、第３ビードでは各部材が相互に拘束されているため
、各部材の接合部を剥離する方向に応力が作用する。 そして、この応力が第１のアルミニウム材と銅材との間
の剥離限界応力又は銅材と第２のアルミニウム材との間
の剥離限界応力を超えると、その接合部が剥離する。そ
こで、第２のアルミニウム材はその他端部の厚さをその
一端部の厚さに比して薄くする。これにより、第３ビー
ドで生じる応力を低減することができるので、第１及び
第２のアルミニウム材と銅材との接合部が剥離すること
を防止できる。

【００１８】なお、アルミニウム材と銅材とは電子ビー
ム溶接により接合することができる。この場合、溶接金
属中における銅の比率が２％未満であると、溶接割れを
防止することができるものの、銅側における接合部分が
著しく減少するため、アルミニウム材と銅材とが剥離す
る虞がある。一方、溶接金属中における銅の比率が１５
％を超えると、溶融金属中にアルミニウムと銅との金属
化合物が多量に生成され、割れが発生しやすくなる。こ
のため、電子ビーム溶接においては、溶接金属中におけ
る銅の比率は２乃至１５％にすることが好ましい。

【００１９】また、第３ビードにおいては、各部材の相
互間を真空状態にして、第２のアルミニウム材と第１の
アルミニウム材とを溶接することにより、第１及び第２
のアルミニウム材と銅材との界面を真空状態で封止する
。

【００２０】次に、上述の如く、第１のアルミニウム材
、銅材及び第２のアルミニウム材を相互に溶接して得た
複合材を静水圧押出法等により押出加工し、各部材を相
互に圧接することによりアルミニウムと銅との押出複合
材を製造することができる。

【００２１】しかしながら、押出加工においては、ディ
スガード部を加圧するため、前記銅材と前記第２のアル
ミニウム材との接合部が剥離する方向に応力が作用する
。このため、この部分の接合強度が低いと、押出加工時
に前記銅材と前記第２のアルミニウム材との接合部が剥
離する。そうすると、この剥離部分から潤滑剤等が浸入
し、良好な押出複合材を得ることができない。

【００２２】そこで、前記銅材はその他端部の厚さをそ
の一端部の厚さに比して厚くすることが好ましい。これ
により、前記銅材と前記第２のアルミニウム材との接合
面積を増大させることができるので、その接合強度を高
めることができ、押出加工時に前記銅材と前記第２のア
ルミニウム材との接合部が剥離することを防止できる。 従って、高品質の押出複合材を得ることができる。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の実施例及びその比較例につい
て添付の図面を参照して説明する。

【００２４】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例に係るアルミニウムと銅と
の押出複合材の製造方法を示す断面図である。円柱状の
アルミニウム材１ａはその一端部（頭部）が円錐状をな
し、この一端部に対して他の部分が段差的に狭径になっ
ている。このアルミニウム材１ａの狭径部分に円筒状の
銅材２ａを嵌合させた。次に、アルミニウム材１ａの他
端部にリング状のアルミニウム材３ａ（ディスガード部
）を嵌合させた。このアルミニウム材３ａは銅材２ａ側
の一端部に比して他端部が薄く成形されている。

【００２５】そして、第１ビードにおいては、アルミニ
ウム材１ａの一端部を下方に向けて配置し、その横方向
から電子ビーム溶接（ＥＢＷ）により、アルミニウム材
１ａの一端部と銅材２ａの一端部とを接合した。第２ビ
ードにおいては、銅材２ａの他端部とアルミニウム材３
ａとを接合した。第３ビードにおいては、アルミニウム
材１ａを水平方向に配置し、アルミニウム材１ａの他端
部とアルミニウム材３ａの他端部とを接合した。これに
より、押出加工に供する溶接複合材を得た。

【００２６】実施例２ 図２は本発明の第２の実施例に係るアルミニウムと銅と
の押出複合材の製造方法を示す断面図である。円筒状の
アルミニウム材１ｂはその一端部が円錐状をなし、この
一端部の外径に対して他の部分の外径が段差的に狭径に
なっている。また、アルミニウム材１ｂはその狭径部分
の外径に対して他端部の外径が更に狭径になっている。 このアルミニウム材１ｂの狭径部分に円筒状の銅材２ｂ
を嵌合させた。この銅材２ｂはその他端部が他の部分に
比して厚くなっている。次に、アルミニウム材１ｂの他
端部にリング状のアルミニウム材３ｂ（ディスガード部
）を嵌合させた。このアルミニウム材３ｂは銅材２ｂ側
の一端部に比して他端部が薄く成形されている。以下、
実施例１と同様にして、溶接複合材を得た。

【００２７】比較例 図３は本発明の比較例に係るアルミニウムと銅との押出
複合材の製造方法を示す断面図である。円筒状のアルミ
ニウム材１ｃはその一端部が円錐状をなし、この一端部
の外径に対して他の部分の外径が段差的に狭径になって
いる。このアルミニウム材１ｃの狭径部分に円筒状の銅
材２ｃを嵌合させた。次に、アルミニウム材１ｃの他端
部にキャップ状のアルミニウム材３ｃ（ディスガード部
）を嵌合させた。以下、実施例１と同様にして、溶接複
合材を得た。

【００２８】図４は静水圧押出装置を示す断面図である
。溶接複合材はコンテナ４のキャビティに水平に配置さ
れる。コンテナ４のキャビティの一端にはダイス孔５が
設けられており、このキャビティの他端から挿入するラ
ム６により溶接複合材のディスガード部を加圧すること
により、ダイス孔５から押出複合材（線材）が押し出さ
れる。なお、溶接複合材の周囲には潤滑剤７が充填され
る。

【００２９】上述の静水圧押出装置を使用して、上述の
実施例１，２及び比較例に係る溶接複合材を押出加工す
ることにより、アルミニウムと銅との押出複合材を得た
。

【００３０】その結果、実施例１，２に係るアルミニウ
ムと銅との押出複合材はいずれもアルミニウム材と銅材
との接合部が剥離することはなく、高品質の複合材であ
った。

【００３１】一方、比較例に係るアルミニウムと銅との
押出複合材はディスガード部をキャップ状にして、アル
ミニウム材１ｃとアルミニウム材３ｃとの接合部を銅材
２ｃとアルミニウム材３ｃとの接合部から離すと共に、
キャップ底面を薄くすることにより、第３ビードで発生
する応力を低減しているものの、第３ビードを溶接する
前に第２ビードで銅材２ｃとアルミニウム材３ｃとの接
合部が剥離した。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１のアルミニウム材に円筒状の銅材及び円筒状の第２の
アルミニウム材を嵌合させ、前記第１のアルミニウム材
の一端部と前記銅材の一端部とを溶接し、前記銅材の他
端部と前記第２のアルミニウム材の一端部とを溶接し、
前記第２のアルミニウム材の他端部と前記第１のアルミ
ニウム材の他端部とを溶接し、ディスガード部の前記第
２のアルミニウム材はその前記他端部がその前記一端部
に比して薄く成形されているから、アルミニウム材と銅
材との接合部が剥離することを防止できる。これにより
、棒状又はパイプ状であって高品質のアルミニウムと銅
との押出複合材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るアルミニウムと銅
との押出複合材の製造方法を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係るアルミニウムと銅
との押出複合材の製造方法を示す断面図である。

【図３】本発明の比較例に係るアルミニウムと銅との押
出複合材の製造方法を示す断面図である。

【図４】静水圧押出装置を示す断面図である。

【図５】従来のアルミニウムと銅との押出複合材（中実
材）の製造方法を示す断面図である。

【図６】従来法によるアルミニウムと銅との押出複合材
を示す断面図である。

【図７】従来のアルミニウムと銅との押出複合材（パイ
プ材）の製造方法を示す断面図である。

【図８】従来法によるアルミニウムと銅との押出複合材
を示す断面図である。

【図９】アルミニウムと銅との接合部における割れ状態
を示す断面図である。

【図１０】アルミニウムと銅との接合部における剥離状
態を示す断面図である。

【図１１】従来のアルミニウムと銅との押出複合材（中
実材）の製造方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ；アルミニウム材（第１のアルミニウム材）
２ａ，２ｂ；銅材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒状又は円柱状の第１のアルミニウ
   ム材に円筒状の銅材及び円筒状の第２のアルミニウム材
   を嵌合させ前記第１のアルミニウム材の一端部と前記銅
   材の一端部とを溶接する工程と、前記銅材の他端部と前
   記第２のアルミニウム材の一端部とを溶接する工程と、
   前記第２のアルミニウム材の他端部と前記第１のアルミ
   ニウム材の他端部とを溶接する工程と、これにより得た
   複合材を押出加工する工程とを有し、前記第２のアルミ
   ニウム材はその前記他端部がその前記一端部に比して薄
   く成形されていることを特徴とするアルミニウムと銅と
   の押出複合材の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記銅材はその前記他端部がその前記
   一端部に比して厚く成形されていることを特徴とする請
   求項１に記載のアルミニウムと銅との押出複合材の製造
   方法。