JPH04315524A - 銅材とアルミニウム材との接合用部材及びその製造方法 - 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】本発明は銅材とアルミニウム材と
の接合に使用される銅材とアルミニウム材との接合用部
材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】銅及びアルミニウムはいずれも電気伝導
性及び熱伝導性が優れた材料であり、電気伝導性が必要
な用途又は熱伝導性が必要な用途に使用されている。銅
はアルミニウムに比して電気伝導性及び熱伝導性が優れ
ているという長所がある。一方、アルミニウムは銅に比
して軽量である等の利点を有している。そこで、電気伝
導性が必要な用途及び熱伝導性が必要な用途には、両者
の材料を混在して使用することがある。この場合に、銅
材及びアルミニウム材を接合する必要がある。

【０００３】銅材とアルミニウム材とを直接溶接すると
、脆化層が形成されて溶接部分が脆くなってしまう。 このため、一般的に、銅材とアルミニウム材との接合に
は、摩擦圧接法、拡散接合法、めっき法及び静水圧押出
法等のように、銅材及びアルミニウム材を溶融しないで
接合する方法が利用される。

【０００４】摩擦圧接法は、銅材とアルミニウム材とを
押圧しながら摩擦することにより摩擦面を発熱させ、熱
及び押圧力により両者を接合する方法である。この接合
方法は、断面が円形の部材同士の接合及び短尺材の接合
に好適である。

【０００５】拡散接合法は、銅材とアルミニウム材とを
合せ抽伸又は重ね圧延して予めこれらの異種材料を予備
成形した後、溶融温度以下の温度で熱処理を施し、これ
により金属結合の信頼性を向上させる方法である。

【０００６】めっき法は、基材となる材料の表面を活性
化処理した後、他の材料を析出させて複合化する方法で
ある。

【０００７】静水圧押出法は、銅材とアルミニウム材と
の界面を液密的に封止し、この銅材とアルミニウム材と
を合せ構造にした材料を静水圧押出装置を使用して高減
面率で押出し加工することにより、銅材とアルミニウム
材とをクラッド化する方法である。この静水圧押出法に
より形成されたクラッド材は界面結合が優れており、複
合材としての品質及び二次加工性が優れている等の長所
がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の銅材とアルミニウム材との接合方法は、いずれ
も接合コスト、品質及び二次加工性等を同時に満足でき
るものではない。また、拡散接合法及び静水圧押出法等
においては加熱炉又は静水圧押出装置等の装置等が必要
であり、装置を設置した場所でなくては接合することが
できない。

【０００９】更に、めっき法は、局部的な処理及び析出
層が薄い場合に適した方法であるが、析出層を厚くする
必要がある場合には製造コストが高くなる。つまり、銅
材とアルミニウム材との電蝕防止の観点から、めっきに
ピンホールが発生しないように厚膜めっきを施す必要が
ある。このため、技術的な信頼性及び経済性の観点から
満足できるものとはいえない。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、銅材とアルミニウム材とを容易に且つ確実
に接合することができると共に、接合コストを低減でき
る銅材とアルミニウム材との接合用部材及びその製造方
法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る銅材とアル
ミニウム材との接合用部材は、アルミニウムからなる芯
材とこの芯材の周囲を被覆する銅からなる被覆材とが金
属結合したクラッド材からなり、所定領域の前記被覆材
が除去されて前記芯材が露出していることを特徴とする
。

【００１２】本発明に係る銅材とアルミニウム材との接
合用部材の製造方法は、アルミニウムからなる芯材とこ
の芯材の周囲を被覆する銅からなる被覆材とが金属結合
したクラッド材を形成する工程と、このクラッド材の一
方の端部側の前記被覆材を切削により剥離して前記芯材
を露出させる工程と、前記クラッド材に対し塑性加工を
施して前記クラッド材を偏平化する工程とを有すること
を特徴とする。

【００１３】

【作用】本願発明者等は銅材とアルミニウム材とを容易
に且つ確実に接合する方法を開発すべく種々実験研究を
行なった。その結果、アルミニウムを芯材とし、銅を被
覆材とするクラッド材を使用し、このクラッド材の一方
の側の被覆材を剥離して芯材を露出させ、この芯材が被
覆した側においてアルミニウム材とクラッド材とを接合
し、他方の側において銅材とクラッド材とを接合するこ
とにより、アルミニウム材とクラッド材及び銅材とクラ
ッド材とを良好な接合状態で接合できることを見い出し
た。本発明はこのような実験結果に基づいてなされたも
のである。

【００１４】即ち、本発明に係る銅材とアルミニウム材
との接合用部材は、アルミニウム（アルミニウム合金を
含む）からなる芯材とこの芯材を被覆する銅（銅合金を
含む）からなる被覆材とが金属結合したクラッド材から
なり、このクラッド材の所定領域は前記被覆材が除去さ
れて前記芯材が露出している。本発明に係る接合用部材
を使用して銅材とアルミニウム材とを接合する場合は、
前記芯材が露出した領域において接合用部材とアルミニ
ウム材とを例えば溶接により接合し、被覆材に覆われて
いる領域において接合用部材と銅材とを例えばボルト・
ナットによる機械的締付けにより接合する。この場合に
、アルミニウム材と接合用部材との接合及び銅材と接合
用部材との接合は同種金属同士の接合となるため、接合
強度が高い。また、加熱炉又は静水圧押出装置等の装置
は必要なく、容易に且つ低コストで銅材とアルミニウム
材とを接合することができる。

【００１５】また、本発明方法においては、先ず、アル
ミニウムからなる芯材とこの芯材の周囲を被覆する銅か
らなる被覆材とが金属結合したクラッド材を形成する。 このクラッド材は、例えば管状の銅材の内側に棒状又は
管状のアルミニウム材を挿入し、その後抽伸加工を施す
ことにより製造することができる。次に、このクラッド
材の所定領域の銅被覆材を除去する。この場合に、銅被
覆材を部分的に除去する方法としては、切削加工の外に
エッチング加工等が考えられる。しかし、銅被覆材の部
分的除去には切削加工が最も優れている。従って、銅被
覆材の除去は切削加工により実施することが必要である
。また、後述する塑性加工後に銅被覆材を除去すること
も考えられるが、そうすると切削作業が煩雑になる。 従って、銅被覆材の除去は断面が丸形状の工程で実施す
る必要がある。

【００１６】次いで、プレス加工又は圧延加工等の塑性
加工を施して、クラッド材を偏平化する。これにより、
銅材とアルミニウム材との接合用部材が完成する。この
場合に、切削によりクラッド材を偏平化することも考え
られるが、そうすると材料歩留りが低下すると共に加工
費が増大するという問題点が発生する。従って、クラッ
ド材はプレス加工又は圧延加工等の塑性加工により偏平
化することが必要である。

【００１７】なお、クラッド材に替えて摩擦圧接法で接
合した銅とアルミニウムとの複合材を使用することも考
えられる。しかし、摩擦圧接法により形成した複合材を
圧延又はプレス加工して接合用部材を得ようとすると、
銅とアルミニウムとの接合面が圧延又はプレス加工時の
圧下方向と平行になるため、加工時に接合面が部分的に
剥離してしまう。この接合面の剥離は接合用部材の熱伝
導性及び電気伝導性の劣化に直接影響し、接合用部材の
品質が著しく劣化する。また、合せ抽伸法により形成さ
れたクラッド材を使用することも考えられるが、合せ抽
伸法により形成されたクラッド材に圧延加工又はプレス
加工を施すと、硬質材料に比して軟質材料の変形量が大
きいため、金属接合面で滑りが発生し、好ましくない。 従って、接合用部材の材料となるクラッド材は、合せ抽
伸拡散接合法又は静水圧押出法により形成されたものが
好ましい。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の実施例に係る銅材とアル
ミニウム材との接合用部材を示す斜視図である。

【００２０】本実施例に係る接合用部材１は、アルミニ
ウムからなる芯材２と、この芯材２の周囲を被覆する銅
からなる被覆材３とが金属結合した偏平状のクラッド材
からなり、一方の端部側においてアルミニウムの芯材２
が露出している。

【００２１】この接合用部材１は、例えば図２に示すよ
うに、アルミニウム棒の周囲に銅管を配置してクラッド
化した後、このクラッド材の一方の端部側の被覆材３ａ
を剥離して芯材２ａを露出させ、プレス加工等の塑性加
工を施すことにより形成されたものである。

【００２２】図３は、この接合用部材１を使用したアル
ミニウム４材と銅材５との接合方法を示す模式的斜視図
である。先ず、接合用部材１を曲げ加工して、アルミニ
ウム材４の接合すべき面に接合用部材１のアルミニウム
が露出した側の面を対向させてろう付け又は溶接で接合
し、銅材５の接合すべき面に接合用部材１の銅被覆材に
覆われた面を対向させてろう付け又はボルト・ナットに
よる機械的締付けによって接合する。これにより、銅材
５とアルミニウム材４とを継合することができる。

【００２３】この場合に、銅材５は接合用部材１の銅被
覆材に接合され、アルミニウム材４は接合用部材のアル
ミニウム芯材に接合される。即ち、接合部はいずれも同
種金属同士の接合となるため、接合強度が高いと共に、
接合部における腐食等の不都合の発生を回避することが
できる。また、通常の施工方法で容易に接合することが
できるため、接合コストが低い。

【００２４】図４は本発明の第１の実施例方法に係る銅
材とアルミニウム材との接合用部材の製造方法の一工程
を示す模式的断面図、図５，６はいずれもその製造方法
の一工程を示す斜視図である。

【００２５】先ず、図４に示すように、外径が６９ｍｍ
、内径が６２ｍｍの銅管１１の内部に、外径が６１ｍｍ
のアルミニウム棒１２を挿入した。そして、銅管１１の
両端部に銅製のブロック１３，１４を配置し、真空室内
において図４中に矢印で示す部分を電子ビーム溶接しア
ルミニウム棒１２を気密的に封止して、ビレットを得た
。

【００２６】次に、このビレットに対し、インダクショ
ンヒータで被覆部（銅管１１）の温度が　４００℃にな
るまで加熱した後押出コンテナに挿入し押出加工を施し
てアルミニウムと銅とを金属結合させ、直径が１３．０
ｍｍの押出棒を得た。この押出棒を冷間抽伸加工して、
直径が１１．３ｍｍのクラッド材を得た。

【００２７】次に、図５に示すように、このクラッド材
を　１００ｍｍに切断し、一方の端部から３０ｍｍの範
囲の領域の被覆材１１ａを旋盤により切削除去して、芯
材１２ａを露出させた。これにより、この端部側の直径
は１０．０ｍｍになった。

【００２８】次いで、図６に示すように、加圧力が　３
００トンの条件で、このクラッド材をプレスして、厚さ
が　５ｍｍ、幅が２０ｍｍ、長さが　１００ｍｍの偏平
状に加工した。これにより、一方の側にはアルミニウム
の芯材１２ｂが露出し、他方の側には銅被覆材１１ｂが
被覆された接合用部材が完成した。

【００２９】このようにして製造した接合用部材を使用
して銅材とアルミニウム材との接合を実施したところ、
良好な接合状態を得ることができた。

【００３０】図７は本発明の第２の実施例方法に係る銅
材とアルミニウム材との接合用部材の製造方法の一工程
を示す模式的断面図、図８，９はいずれもその製造方法
の一工程を示す斜視図である。

【００３１】先ず、図７に示すように、一方の端部が円
錐状に成形されており、他方の端部の周囲に突起部が設
けられたアルミニウム中空素管２１を用意した。このア
ルミニウム中空素管２１の直径は　１３２．５ｍｍであ
り、内径は５１ｍｍである。また、突起部の直径は　１
４３ｍｍである。

【００３２】次に、このアルミニウム中空素管２１に、
外径が　１４３ｍｍ、内径が　１３３ｍｍの銅管２２及
びアルミニウム管２３を嵌合した。そして、真空中にお
いて図７中に矢印で示す位置を電子ビーム溶接して、ビ
レットを得た。

【００３３】次に、インダクションヒータにより被覆部
の銅が　３５０℃になるまで加熱した後、このビレット
を押出コンテナに挿入し押出加工を施してアルミニウム
と銅とを金属結合させた。これにより、外径が４０．０
ｍｍ、内径が３１．５ｍｍの押出管を得た。

【００３４】次に、図８に示すように、この押出管を冷
間抽伸加工して、外径が３６．０ｍｍ、内径が２８．７
ｍｍのクラッド素管２４を得た。その後、この素管２４
を　４００ｍｍに切断し、中央部　１００ｍｍの領域を
旋盤で切削加工して、この領域の直径を３４．８ｍｍと
し、アルミニウム芯材２１ａを露出させた。なお、図８
はこのクラッド素管２４の中央部より半分の部分を示す
斜視図である。

【００３５】次いで、図９に示すように、この素管を圧
延加工した後中央部で切断した。これにより、厚さが　
７ｍｍ、幅が５０ｍｍ、長さが　２００ｍｍの接合用部
材が完成した。

【００３６】このようにして製造した接合用部材を使用
して銅材とアルミニウム材との接合を実施したところ、
良好な接合状態を得ることができた。

【００３７】なお、上述の実施例方法においては、クラ
ッド材（又は、クラッド管）を圧延加工を施した後、所
定の長さに切断したが、アルミニウムと銅とのクラッド
材を予め所定の長さで切断した後に圧延しても、同様の
接合用部材を得ることができる。

【００３８】また、上述の実施例においては、塑性加工
によりクラッド材の全体を偏平に加工する場合について
説明したが、例えば接合すべき銅材が板材であり、アル
ミニウム材が線材の場合には、被覆材を除去した部分に
は塑性加工を施さず、被覆材が被覆されている側のみを
塑性変形して偏平化することにより、板材と線材との接
合に好適の接合用部材を得ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ルミニウム芯材と銅被覆材とが金属結合したクラッド材
からなり、所定領域の前記銅被覆材が除去されて前記ア
ルミニウム芯材が部分的に露出しているから、銅材とア
ルミニウム材とを容易に接合することができる。

【００４０】また、本発明方法によれば、アルミニウム
芯材と銅被覆材とが金属結合したクラッド材の所定領域
の前記銅被覆部を切削除去し、その後塑性加工を施すか
ら、上述の銅材とアルミニウム材との接合用部材を容易
に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る銅材とアルミニウム材と
の接合用部材を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施例に係る銅材とアルミニウム材と
の接合用部材の製造方法の一例を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例に係る銅材とアルミニウム材と
の接合用部材を使用したアルミニウム材と銅材との接合
方法を示す模式的斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施例方法に係る銅材とアルミ
ニウム材との接合用部材の製造方法の一工程を示す模式
的断面図である。

【図５】同じくその製造方法の一工程を示す斜視図であ
る。

【図６】同じくその製造方法の一工程を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施例方法に係る銅材とアルミ
ニウム材との接合用部材の製造方法の一工程を示す模式
的断面図である。

【図８】同じくその製造方法の一工程を示す斜視図であ
る。

【図９】同じくその製造方法の一工程を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】 １；接合用部材 ２；芯材 ３；被覆材 ４；アルミニウム材 ５；銅材 １１，２２；銅管 １２；アルミニウム棒 １３，１４；ブロック ２１；中空素管 ２３；アルミニウム管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウムからなる芯材とこの芯材
   の周囲を被覆する銅からなる被覆材とが金属結合したク
   ラッド材からなり、所定領域の前記被覆材が除去されて
   前記芯材が露出していることを特徴とする銅材とアルミ
   ニウム材との接合用部材。
2. 【請求項２】　　アルミニウムからなる芯材とこの芯材
   の周囲を被覆する銅からなる被覆材とが金属結合したク
   ラッド材を形成する工程と、このクラッド材の一方の端
   部側の前記被覆材を切削により剥離して前記芯材を露出
   させる工程と、前記クラッド材に対し塑性加工を施して
   前記クラッド材を偏平化する工程とを有することを特徴
   とする銅材とアルミニウム材との接合用部材の製造方法
   。