JPS62101304A - 平滑な表面を有する金属圧延材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は平滑な表面を有する金属板又は箔等の如き金属
圧延材を製造する方法に関する。

（技術の背景） 例えば、太陽電池等に使用される半導体基板は、金属板
と半導体薄膜層との間に絶縁層を形成して構成される。

この絶縁層には一般的に有機質である樹脂材料が用いら
れている。この理由は、成形作業性が良く確実な絶縁性
が得られるからである。

この樹脂材料は金属板上面に塗装された後加熱硬化処理
されて３〜１０μｍの厚さの絶縁層に形成される。

この場合、半導体基板を構成する金属板は、絶縁層を形
成される上面に最大高さくＲｍａ　ｘ）で０．８μｍ以
上の凹凸があると、樹脂材料の塗装によって凹部内に閉
じ込められたガスが加熱硬化処理に際して膨張し、形成
された絶縁層にピンホールを発生し易い。このようなピ
ンホールは絶縁性を低下す、るのでその発生を防止しな
ければならない。絶縁性の確保のために断熱層の厚さを
厚（することは本来の目的である半導体基板の作製の観
点から好ましくない。従って金属板の表面を最大高さく
Ｒｍａ　ｘ）でｌｕｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下
とすることが望まれる。

ここで最大高さくＲｍａ　ｘ）とは、ＪＩＳＢＯ６０１
で規定されている表面粗さの程度を表し、基準長さ範囲
における最大の凸部の高さと最低の凹部の深さとの和（
振幅に相当する）で示される値を意味する。

（従来の技術） 上述の如き平滑な表面を有する金属板の製造方法には以
下の方法が知られている。即ち、■　ダイアモンドの如
き超硬微粉末あるいはその焼結体で金属板表面を研磨あ
るいは研削し、所望された程度に表面仕上げする方法。

■　冷間圧延工程を経て最終板厚寸法に製造された金属
板を酸またはアルカリ系の研磨液を用いて化学研磨また
は電解研磨する方法。

■　表面仕上げされて平滑面とされた鍛鋼ロールを用い
て冷間加工し、この加工によって所望の表面粗さの金属
板を得る方法。

（従来技術の問題点） 上記■の方法では、半導体基板の製造に必要とされる平
滑な表面を有する金属板は得られるが、生産性が非常に
劣り、コストを高める欠点がある。

上記■の方法では、研磨して得られた金属面に微小な凹
部が残るのを回避し難く、最大高さくＲｍａ　ｘ）でせ
いぜい０．７μｍ程度の平滑度しか得られず、半導体基
板の製造に必要な平滑度を得られない欠点がある。

■の方法では、金属板の表面が鍛鋼ロール表面と圧着反
応を起こして僅かではあるが剥離し、この金属粉がロー
ル表面に付着する。このロール表面に付着した金属粉は
以後の圧延に際して、圧延加工する金属板表面に埋め込
まれたり圧痕を残し、局部的に非常に不健全な部分を生
じてしまい所要の平滑度を得られない欠点がある。

（発明の目的） 本発明の目嶋は上述の問題点を解決し、表面精度の極め
て優れた金属板を製造できる方法を提供することである
。

（発明の概要） 本発明は前述した従来法による欠点に鑑み幾多の実験を
行って鋭意検討した結果、被圧延金属材に対して鍛鋼ロ
ールよりも圧着反応を起こしにくいセラミックス圧延ロ
ールを用いることによって、圧延に際して被圧延金属材
の表面が剪断ないしは引張力を受けても剥離しにくくな
るという知見を得、更に検討を加えた結果最大高さ０．
５μｍ以下の平滑な表面を有する金属圧延材を得るため
の最適な圧延条件を見出して本発明を完成したのである
。

更に詳しくは、本発明の製造方法は、少なくとも圧延加
工面をセラミックスで形成され、該加工面の表面粗さが
最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．１μｍ以下であるセラミッ
クス圧延ロールを使用し、最大高さくＲｍａ　ｘ）が１
．５μｍ以下で且つビッカース硬度（Ｈｖ　）が２５以
上である被圧延金属板を、１回当たりの圧下率を５〜２
０％で、しかも仕上げ圧延の回数を１〜３回で冷間圧延
することを特徴とする。

（発明の詳細な説明） 本発明の方法においてセラミックス圧延ロールを使用し
たのは、圧延ロールと被圧延金属材との圧着反応を極力
抑制することを意図しているのであり、この抑制によっ
て圧延材表面の金属が剥離するのを防止する効果を得て
、これにより表面の平滑な金属板を圧延加工できるよう
にすることを意図している。ここで、「セラミックス圧
延ロール」とは少なくとも圧延加工面をセラミックスで
形成された圧延ロールをすべて包含して示すものとして
使用している。このようなセラミックス圧延ロールの構
造やその製造方法はいろいろあり、後述する。

このようなセラミックス圧延ロールの使用において、本
発明では極めて平滑な圧延板を製造する目的から、その
加工面の粗さが当然ながら重要な要素となる。この点に
関しては本発明では以下に説明するように、被圧延金属
材の硬度の選定、および圧延加工における圧下率および
その圧延回数との兼ね合いによって、セラミックス圧延
ロールの圧延加工面の表面粗さを最大高さで０．１μｍ
以下とすれば、被圧延金属板材の表面粗さにおける最大
高さを０．５μｍ以下にまで成し得ることを見出したの
である。このような表面粗さのセラミックス圧延ロール
は従来の例えば研磨技術等の技術によって容易に製作で
きる。

また、被圧延金属材の硬さを制限（下限を規制）したの
は、圧延加工の際に被圧延材表面に生じる剪断力および
引張力によ４て被圧延材の表面が剥離破壊しない程度の
強度を付与することを意図している。この点に関して、
被圧延材の硬さをビッカース硬度（Ｈｖ　）で２５以上
に選定し、圧延加工における以下に述べる圧下率と圧延
回数との組合せによって、セラミックス圧延ロール表面
が被圧延材の表面に充分に転写できることが見出された
のである。しかし、被圧延金属材の硬さがビッカース硬
度（ＨＶ　）で２５０以上になると圧延が困難となり、
同時にセラミックス圧延ロール表面が被圧延金属材に転
写され難くなって、表面粗さが最大高さで０．５μｍ以
下の金属圧延材を得難（なることも見出された。従って
、好ましくは被圧延金属材の硬さはとソカース硬度（Ｈ
ｖ　）で２００以下とするのが望ましい。

上述したセラミックス圧延ロールおよび被圧延金属材を
使用した圧延工程において、１回当たりの被圧延金属材
の圧下率を制限したのは、圧延加工により被圧延金属材
の表面に生じる剪断力および引張力によって表面が剥離
破壊し、これにより被圧延金属材の平滑度が悪化するの
を防ぐことを意図している。実験によれば、圧下率が２
０％を超えると被圧延金属材の表面に剥離破壊が発生し
だし、平滑度が悪化することが見出された。従って圧下
率は２０％以下が望ましく、１５％以下とするのが更に
好ましい。

一方、この圧下率が５％以下になると、ロールと被圧延
機との間の面圧が不足し、このためにセラミックス圧延
ロールと被圧延金属材との接触面に滑りを引き起こし、
滑り痕跡が被圧延金属材の表面に発生したり、滑りによ
る磨滅で発生した金属粉が被圧延金属材の加工面の表面
粗さを悪化させて平滑な面を得られなくすることが見出
された。

従って１回当りの被圧延金属材の圧下率の下限もまた圧
延速度等との兼ね合いを基にして必要な面圧を得られる
程度に選定しなければならない。

また、上述した条件を満゛たして行うセラミックス圧延
ロールによる圧延加工を多数回にわたり繰り返しても、
被圧延金属材の表面粗さを向上できるものでなく、これ
には限界があるとともに、繰り返して行い過ぎると却っ
て障害を生じる。この点に関して、前述の条件のもとで
圧延回数が３回を超えると、被圧延金属材の平滑度は３
回までの間に既に飽和し、却ってセラミックス圧延ロー
ルと被圧延金属材との接触面間の摩擦力が低下して滑り
を生じ、滑り痕跡を生じたり、滑り磨滅によって発生し
た金属粉が前述と同様に被圧延金属材の加工面の表面粗
さを悪化させて平滑な面を得られなくすることが見出さ
れた。このようなことから、セラミックス圧延ロールに
よる圧延加工の工程数は１〜３回が適当であると制限し
たのである。

素材とする被圧延金属材の表面粗さを最大高さで１．５
μｍ以下としたのは、以上述べた条件で被圧延金属材を
圧延したとしても、当初の被圧延金属材の平滑度がこれ
よりも劣っていれば目的とする表面粗さが最大高さで０
．５μｍ以下の製品に圧延加工できないからであり、実
際問題として所望する表面粗さの優れた金属板材を得ら
れる範囲の上限として定めたのである。

ここで、セラミックス圧延ロールにおけるセラミックス
材料として炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、アルミナ
等のような鉄或いは非鉄の炭化物、窒化物、酸化物を使
用し、これらを焼結してロール全体もしくはその大部分
を形成することができる。また、鍛鋼ロールに窒化処理
、硼化処理、炭化処理等の表面処理を施したロール構造
とすることができる。−例として、前記炭化物、窒化物
或いは酸化物等の０．１μｍ〜２μｍ程度の微粒子を材
料とし、焼結剤と混合して所定の型に入れて１３００℃
〜１５００℃の温度で焼結させた後、ダイヤモンドのよ
うな超硬質微粉末を用いて表面を研磨し、これによって
圧延加工面の表面粗さが最大高さで０．１μｍ以下のセ
ラミックス圧延ロールを完成させることができる。勿論
前述のように鍛鋼ロールをセラミックス表面処理し、然
る後に同様に超硬質微粉末を用いて表面を研磨すること
で所要の表面粗さのセラミックス圧延ロールを完成する
ことができる。

また、圧延工程においては、被圧延金属材をセラミ・７
クス圧延ロールの駆動力によって圧延移動させる方式、
或いは駆動手段の備えられていないセラミックス圧延ロ
ールの間に被圧延金属材を通して引抜き圧延する方式の
何れも使用でき、特に制限されない。しかし被圧延金属
材に対するセラミックス圧延ロールの転写効果がより優
れている後者の方式、即ち引抜き圧延する方式が好まし
い。

この圧延に際して、通常使用されているように圧延油を
使用すれば一層の効果が期待できるが、使用しなくても
前述の条件のもとでは充分に被加工面の平滑度を得られ
ることが認められている。

圧延油としては、例えば動粘性が１０ｃｓｔ／３８℃（
１００″Ｆ）程度の低粘度の鉱物油を使用するのが好ま
しい。動粘度が高くなると、圧下率を大きくした場合に
セラミックス圧延ロールと被圧延金属材の接触面間に介
在する圧延油の形状が被圧延金属材の表面に転写されて
オイルピットを形成し、またセラミックス圧延ロールの
転写効果も低下し、平滑度の高い製品を得難くなるので
好ましくない。

勿論のことながら、本発明で特徴とする以外の従来知ら
れている圧延技術は利用でき、例えば圧延油に周知の油
性向上剤、極圧添加剤等の圧延性能向上のための添加剤
の添加も利用できる。油性向上剤としては高級アルコー
ルまたは高級エステルを０．１〜３％、脂肪酸を０．０
１〜１％添加するのが圧延油の粘度を不必要に高めない
ので好ましい。

また極圧添加剤としてはリン系の添加剤が好ましく、０
．１〜３％程度の添加が同様に粘度を高めないので好ま
しい。

本発明により圧延される素材となる被圧延金属材の表面
は製造履歴によって異なり、ピンクアップ、むしれ、金
属粉付着、微小割れ、オイルビット等の各種の表面欠陥
を内在する可能性がある。

このような欠陥があると、勿論その程度に依るが、本発
明の圧延工程に通しても所望される表面状態を得られな
い場合が生じ得る。このような場合には、被圧延金属材
を本発明の圧延工程に通す前に、予めアルカリ洗浄、酸
洗、化学研磨、或いは電解研磨等で表面を処理し、成る
程度の表面状態に準備しておくことが必要となる。

このような処理において、アルカリ洗浄として通常知ら
れている苛性ソーダ等の強アルカリ剤をベースにした強
エツチングタイプの洗浄液、或いは珪酸ソーダ等の弱ア
ルカリ剤をベースにした中程度のエツチングタイプの洗
浄液、が被圧延アルミニウム材のピックアップやむしれ
等の除去に適している。これに対して、リン酸をベース
にした弱エツチングタイプの洗浄液は、被圧延アルミニ
ウム材の表面に存在する金属粉を除去するのに適してい
る。また硝酸、珪弗化水素酸等の水溶液は、Ｍｇを含有
するアルミニウム合金材の表面に存在するけつかんの除
去に適している。勿論、このような処理を被圧延金属材
に施したとしても、完全に欠陥が除去されるとは限らな
い。このような場合にはこれらの処理と軽度の圧延加工
とを組み合わせて事前に行い、表面粗さが１．５μｍ以
下の素材とせる被圧延金属材を準備する必要がある。し
かしながら、これらの処理等は本発明の一部をなすもの
ではない。

（実施例の説明） 各種属さの市販圧延材を使用し、表面粗さを最大高さで
１．５μｍ以下に事前処理した後、セラミックス圧延ロ
ールを使用して圧下率並びに圧延回数を変化させて圧延
加工した。これらの条件およびその結果を第１表に示す
。

第１表において、試験番号１．３．５および７が本発明
による製造条件を満足するものである。

また試験番号２．４および６は本発明による製造条件を
満足しない場合を示している。

ここで、試験番号２では試験番号１の条件と被圧延金属
材の硬度のみを変化させたものである。

このように被圧延金属材の硬度が低い場合には圧延加工
表面の表面粗さを望み通りに得られないことが明らかと
なった。

試験番号４は試験番号３の条件と圧延における圧下率の
みを変化させたものである。このように高い圧下率（１
回目の圧延）で圧延した場合には、次に圧下率を本発明
の条件範囲に含まれる程度に下げて２回、３回と圧延を
実行しても、所望の表面粗さを得られないことが明らか
となった。

また試験番号６は試験番号５の条件と同じであるが（圧
下率は多少異なるが何れも本発明の条件範囲に含まれる
）、圧延回数を増やした場合を示している。このように
圧延回数を４回にすると、却って表面粗さが悪化してし
まうことが明らかとなった。

以上の結果から判るように、本発明の製造条件はこれら
の実験結果から仕上げ面の表面粗さが最大高さで０１５
μｍ以下の製品を得るための条件として設定されたので
ある。即ち、ビッカース硬度（Ｈｖ　）が２５以上で且
つ事前にその表面粗さが最大高さで１．５μｍ以下とし
た被圧延金属材を使用し、これを表面粗さが最大高さで
０．１μｍ以下のセラミックス圧延ロールを使用して圧
延し、しかもこの圧延においては１回当りの圧下率を５
〜２０％に選定するとともに、３回以内の冷間圧延で仕
上げることにより、仕上げ面の表面粗さが最大高さで０
．５μｍ以下の製品を得られることが判明したのである
。

（発明の効果） ■　従来の連続生産では得られなかった表面粗さが最大
高さで０．５μｍ以下の製品を得られる。

■　このための本発明による方法は、セラミックス圧延
ロールおよび被圧延金属材の選定並びに圧延条件の選定
により達成され、生産性が高く、低コストの製品を得る
ことができる。

■　この技術により半導体の基板等の製造、製品精度や
信頼性が格段に向上でき、多方面にわたる工業分野に貢
献し、産業上の発展に著しく貢献する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも圧延加工面をセラミックスで形成され、該加
   工面の表面粗さが最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．１μｍ以
   下であるセラミックス圧延ロールを使用し、最大高さ（
   Ｒｍａｘ）が１．５μｍ以下で且つビッカース硬度（Ｈ
   ｖ）が２５以上である被圧延金属板を、１回当たりの圧
   下率を５〜２０％で、しかも仕上げ圧延の回数を１〜３
   回で冷間圧延することを特徴とする平滑な表面を有する
   金属圧延材の製造方法。