WO2024135790A1 - クラッド材 - Google Patents

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clad material
skin
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健 鈴木
昌宏 細谷
啓太 高橋
良信 美濃
翔平 大迫
耕資 山田
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/008—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of clad ingots, i.e. the molten metal being cast against a continuous strip forming part of the cast product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0628—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by more than two casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/005—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of wire

Definitions

  • the present invention relates to clad materials.
  • Patent Documents 1 and 2 describe a wire material (hereinafter also referred to as a clad material) that has a core material and a skin material that covers the surface of the core material.
  • Methods of coating the outer periphery of a metal core wire with a different or the same metal to form a composite include the extrusion (rolling) coating method, tape clad method, hot-dip plating method, and powder compaction method.
  • heating is required during bonding, which is thought to result in the formation of intermetallic compounds at the bonding interface.
  • intermetallic compounds are very brittle compared to the base material (here, the metal core wire), so there was a risk that the bonding strength would not be ensured.
  • Patent Document 2 attempts to solve this problem, but there is a time lag during the manufacturing process between the formation (bonding) of the skin material at high temperatures and the start of cooling, which could result in the formation of intermetallic compounds at the bonding interface.
  • the present invention was made in consideration of the above, and aims to provide a clad material in which the core material and skin material are firmly bonded.
  • the clad material of the present invention is a clad material comprising a core material, a skin material covering the core material, and a mixed layer formed between the core material and the skin material and in which the materials of the core material and the skin material are mixed, and is characterized in that the mixed layer has a thickness of 1.0 ⁇ m or less.
  • the clad material according to the present invention is characterized in that the mixed layer has a thickness of 0.5 ⁇ m or less in the above invention.
  • the clad material according to the present invention is characterized in that the skin material is thicker than the mixed layer in the above invention.
  • the clad material according to the present invention is characterized in that the skin material has a thickness of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less in the above invention.
  • the clad material according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the core material is made of copper or a copper alloy, and the skin material is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the present invention has the effect of firmly bonding the core material and skin material in the clad material.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a clad material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method for manufacturing a clad material according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of an apparatus for manufacturing a clad material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of an apparatus for manufacturing a clad material according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the clad material manufacturing apparatus corresponding to the line QQ shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a secondary electron image including an area where quantitative analysis was performed using an electron probe microanalyzer (EPMA) on a clad material according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing the composition ratio in the direction of the arrow starting from point B1 shown in FIG.
  • FIG. 9 is a secondary electron image including an area where quantitative analysis was performed by an electron probe microanalyzer (EPMA) of a conventional clad material.
  • FIG. 10 is a diagram showing the composition ratio in the direction of the arrow starting from point B2 shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a main part of an apparatus for producing a clad material according to the first modification of the embodiment of the present invention, and the configuration of a wire material.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of processing a clad material according to the second modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line BB shown in
  • Fig. 1 is a perspective view showing the configuration of a clad material according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A shown in Fig. 1.
  • the clad material 1 comprises a core material 2, a skin material 3 that covers the outer periphery of the core material 2, and a mixed layer 4 that is provided between the core material 2 and the skin material 3 and in which both materials are mixed.
  • the core material 2 is a cylindrical member made of copper or a copper alloy.
  • the copper alloy is an alloy containing copper as a main component.
  • the clad material 1 is used, for example, as a conductive member for electric wires, but is not limited to this use.
  • the skin material 3 is a cylindrical member made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the skin material 3 is thicker than the mixed layer 4.
  • the skin material 3 has a thickness of, for example, 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the "thickness" is the radial direction of the clad material 1, and corresponds to the distance from one end to the other end in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the clad material 1. If objects are present intermittently in the radial direction, the thickness is the length of one or the average value of both lengths. Specifically, if skin materials 3 are present intermittently in two locations in the radial direction relative to the core material 2 in the cross section of the clad material 1, the thickness is the length of one skin material 3 or the average value of the lengths of the two skin materials 3.
  • the mixed layer 4 is generated at the bonding interface between the core material 2 and the skin material 3 during the heat treatment in the production of the clad material 1, and is composed of a mixture of the materials of the core material 2 and the skin material 3.
  • the thickness D1 of the mixed layer 4 is 1 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the mixed layer 4 may contain intermetallic compounds generated by the heat treatment.
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method for producing a clad material according to the first embodiment of the present invention.
  • a core material 2 is prepared and is heat-treated (step S101: core material heating step).
  • the core material heating treatment the core material 2 is heated to a temperature at which the core material 2 and the skin material 3 can be sufficiently bonded.
  • the heating temperature is, for example, 400° C. when copper is used for the core material 2.
  • the core material heating treatment can be performed by known methods such as atmospheric furnace heating treatment, high-frequency induction heating treatment, resistance heating treatment, and infrared heating treatment.
  • step S102 roll casting step
  • finishing processes such as burr removal to produce the clad material 1 (step S103).
  • the finishing processes include drawing to achieve the desired diameter, peeling, cutting to a preset length, and surface processing such as polishing.
  • Fig. 4 is a perspective view showing the configuration of a clad material manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a clad material manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view of the clad material manufacturing apparatus corresponding to line Q-Q shown in Fig. 5.
  • the manufacturing apparatus 100 shown in Figures 4 to 6 is an apparatus used for roll casting processing.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a roll member 110, a guide member 120, and a protective tube 130.
  • the roll member 110 has a first roll 111, a second roll 112, a third roll 113, and a fourth roll 114.
  • the first roll 111 to the fourth roll 114 are each disk-shaped and arranged with the side surfaces of adjacent rolls facing each other.
  • the first roll 111 to the fourth roll 114 are arranged at equal intervals with respect to the guide member 120, and for example, the first roll 111 is rotated 90° with respect to the adjacent second roll 112 and fourth roll 114.
  • the first roll 111 can rotate around an axis N 1 that extends in the thickness direction of the roll and passes through the center of the roll.
  • the second roll 112 can rotate around an axis N 2 that extends in the thickness direction of the roll and passes through the center of the roll.
  • the third roll 113 can rotate around an axis N 3 that extends in the thickness direction of the roll and passes through the center of the roll.
  • the fourth roll 114 can rotate around an axis (not shown) that extends in the thickness direction of the roll and passes through the center of the roll.
  • the surface of the roll that has the largest area is referred to as the main surface.
  • the roll has two main surfaces located opposite each other, and the surface connecting the main surfaces is referred to as the side surface.
  • the first roll 111 to the fourth roll 114 may be made of steel, copper, a copper alloy, a tungsten-based alloy, a superalloy, or a cemented carbide alloy. A film may be formed on the surface of these metal materials to suppress the reaction between the liquid 30 and the rolls.
  • the film may be, for example, a ceramic film such as titanium aluminum nitride or chromium nitride, or an amorphous carbon film.
  • the first roll 111 to the fourth roll 114 may be made of ceramics such as silicon nitride, alumina, or zirconia to further reduce the reaction between the liquid 30 and the rolls.
  • the materials of the first roll 111 to the fourth roll 114 may be the same as each other, may be different from each other, or some of the materials may be different from the other materials.
  • a first concave groove 111a is formed on the side of the first roll 111 (see FIG. 6).
  • a second concave groove 112a is formed on the side of the second roll 112.
  • a third concave groove 113a is formed on the side of the third roll 113.
  • a fourth concave groove 114a is formed on the side of the fourth roll 114.
  • the first groove 111a to the fourth groove 114a are each cut in an arc shape, and the grooves face each other to form a cylindrical space P1 .
  • FIG. 5 shows an example in which the space P1 is filled with the core material 2 and the skin material 3 (or liquid 30).
  • the first roll 111 to the fourth roll 114 may have the same shape as one another or may have different shapes as one another (for example, different roll diameters) as long as the space P1 can be formed.
  • the guide member 120 has a tapered tip shape and a main body portion 121 that forms an internal space that penetrates from the tip to the end opposite the tip, and a clamping portion 122 that is provided on the outer periphery of the main body portion 121 and clamps the first roll 111 to the fourth roll 114.
  • the guide member 120 is also formed with an opening 123 having a hole shape in which the size of the opening decreases from the opening of the main body 121 toward the clamping portion 122.
  • the end of the opening 123 on the clamping portion 122 side is connected to the space P1 formed by the first roll 111 to the fourth roll 114.
  • the liquid 30 in which the skin material 3 is dissolved is poured into the opening 123 of the guide member 120 using a container 140 (see FIG. 5).
  • the guide member 120 guides the core material 2 and the liquid 30 into the space P1 formed by the first roll 111 to the fourth roll 114.
  • the guide member 120 may be made by combining a plurality of members, or may be made integrally as a single member.
  • the protective tube 130 is cylindrical, and a portion of it is located inside the guide member 120.
  • the central axis of the protective tube 130 passes through the center of the space P1 formed by the first groove 111a to the fourth groove 114a.
  • the protective tube 130 guides the core material 2 into the space P1 formed by the first roll 111 to the fourth roll 114.
  • the core material 2 and the liquid 30 move together from the guide member 120 side to the roll side and pass through the space P1 .
  • the liquid 30 is solidified due to a temperature drop when passing through the space P1 after being poured into the guide member 120.
  • the temperature drop at this time is due to the heat dissipation caused by contact with the surfaces of the first roll 111 to the fourth roll 114 and the surface of the core material 2, and the liquid 30 becomes the above-mentioned molded product (skin material 3).
  • a mixed layer 4 is formed between the core material 2 and the skin material 3.
  • a notch continuing to the space P1 may be provided. This notch is formed, for example, in a part of the roll.
  • the core material is not covered with the skin material by heating the core material or skin material, but rather the molten skin material is attached to the core material while being cooled as it passes through the rolls, so compared to other known manufacturing methods, the effect of heat is less and intermetallic compounds are less likely to be generated.
  • the material needs to be heated for each wire drawing and rolling process, and repeated heat treatments can generate intermetallic compounds, but with the roll casting process, the heating process (passing through molten metal) only needs to be done once, so the generation of intermetallic compounds can be suppressed.
  • the span from heating to cooling is relatively short, which has the effect of suppressing the generation of intermetallic compounds.
  • Figs. 7 to 10 relate to a clad material produced with a core material of copper and a skin material of aluminum, with the skin material having a thickness of 500 to 800 nm.
  • the clad material of this embodiment is an example produced by the manufacturing apparatus 100 shown in Fig. 4.
  • the conventional clad material is an example produced by rolling.
  • Fig. 7 is a secondary electron image including a region quantitatively analyzed by an electron probe micro analyzer (EPMA) of the clad material according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 is a diagram showing the composition ratio in the direction of the arrow starting from point B 1 shown in Fig. 7.
  • Fig. 9 is a secondary electron image including a region quantitatively analyzed by an electron probe micro analyzer (EPMA) of the conventional clad material.
  • Fig. 10 is a diagram showing the composition ratio in the direction of the arrow starting from point B 2 shown in Fig. 9. Each composition ratio indicates the composition ratio in each composition region of copper and aluminum including the boundary between copper and aluminum.
  • the region R 1 where the composition ratio of copper and aluminum is switched corresponds to the intermetallic compound generation region, i.e., the mixed layer formation region.
  • the mixed layer formation region is set by the ratio of a predetermined component.
  • it is set by the composition ratio of copper or aluminum, and for example, the range where the composition ratio of aluminum is 10% or more and 90% or less is set as the mixed layer formation region.
  • the region R 2 where the composition ratio of copper and aluminum is switched corresponds to the intermetallic compound generation region, i.e., the mixed layer formation region. Comparing FIG. 8 and FIG.
  • the thickness of the mixed layer is thinner in the clad material according to the present embodiment.
  • the thickness of the mixed layer was approximately less than 1.0 ⁇ m.
  • the thickness of the mixed layer was a value larger than 1.0 ⁇ m.
  • the thickness (thickness D 1 ) of the mixed layer 4 formed between the core material 2 and the skin material 3 in the clad material 1 1 ⁇ m or less there is very little or no intermetallic compound interposed between the core material 2 and the skin material 3, and a clad material in which the core material and the skin material are firmly bonded can be obtained.
  • the clad material 1 is produced by passing the heat-treated core material 2 and the liquid 30 through the space P1 formed by the four rolls while solidifying the liquid 30. According to this embodiment, the heated core material 2 is brought into contact with the liquid skin material 3, so that the clad material 1 can be produced in which the core material 2 and the skin material 3 are bonded with high bonding strength.
  • the clad material can be produced with fewer work steps, without the need to join the core material and skin material that are produced separately, or to repeat annealing and drawing, as was done in the conventional method.
  • Fig. 11 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the main part of a clad material manufacturing device according to the first modified embodiment of the present invention, and the configuration of the wire material.
  • the clad material 1A according to the first modified embodiment includes a prismatic core material 2A and a skin material 3A that covers the core material 2A, and a mixed layer is formed between the core material 2A and the skin material 3A.
  • a groove corresponding to the clad material is formed in the roll used in the roll casting process.
  • the other configurations are the same as those of the above-mentioned embodiment, so the description will be omitted.
  • a V-shaped first groove 115b is formed on the side of the first roll 115.
  • a V-shaped second groove 116b is formed on the side of the second roll 116.
  • a V-shaped third groove 117b is formed on the side of the third roll 117.
  • a V-shaped fourth groove 118b is formed on the side of the fourth roll 118.
  • the first groove 115b to the fourth groove 118b are each formed by two inclined surfaces extending in the circumferential direction, and the angle between the two inclined surfaces is 90°.
  • the first groove 115b to the fourth groove 118b form a rectangular (square) space P2 by facing each other.
  • the core material 2A and the liquid 30 move together from the guide member 120 side to the roll side and pass through the space P2 .
  • the liquid 30 solidifies near the surface of the core material 2A and the surfaces of the first roll 115 to the fourth roll 118, and becomes the skin material 3A.
  • a mixed layer is formed between the core material 2A and the skin material 3A. In this way, the molded product according to this modification example 1 is produced.
  • the clad material 1 produced in the embodiment is processed to obtain a clad material with a changed shape. Specifically, the clad material 1 is rolled to obtain a clad material having a flat plate shape.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of processing of a clad material according to the second modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the line B-B shown in FIG. 12.
  • the first rolling member 201 and the second rolling member 202 which are cylindrical, are rotated, and the clad material 1, which is fed sequentially, is sandwiched and processed to obtain a flat clad material 1B.
  • This clad material 1B is formed by covering a flat core material 2B with a skin material 3B, and a mixed layer 4A is formed between the core material 2B and the skin material 3B (see FIG. 13).
  • the cross-sectional shape shown in FIG. 13 shows an example in which the part that is not in contact with the first rolling member 201 and the second rolling member 202 is curved in an arc shape.
  • the clad material 1B may be rotated around the longitudinal axis and further rolled.
  • the manufacturing apparatus 100 by performing rolling on the clad material 1 produced by the manufacturing apparatus 100, it is possible to obtain a clad material 1B having a different shape from the clad material 1. Therefore, it is possible to use a clad material having very little or no intermetallic compounds between the core material 2B and the skin material 3B by processing it into a desired shape.
  • the processing of the clad material is not limited to the rolling process described above, and any known processing method can be used.
  • the space formed by the rolls is described as a circle or a rectangle, but it may be an ellipse, a trapezoid, a polygon with pentagons or more, a shape with arc-shaped corners of the polygon, a star, or other shapes.
  • the number of rolls is not limited to four, and may be two or more. From the viewpoint of suppressing the generation of burrs on the outer surface of the skin material 3 and the formation of a gap between the core material 2 and the skin material 3, it is preferable to have three or more rolls.
  • the shapes of the core material and the skin material may be different in cross section.
  • a core material having a rectangular cross section may be covered with a skin material having a circular outer edge.
  • the core material having a rectangular cross section by passing it through the manufacturing device 100.
  • the device used for manufacturing is not limited to the manufacturing device shown in FIG. 4.
  • the present invention may include various embodiments not described here, and various design changes may be made without departing from the technical ideas defined by the claims.
  • the clad material of the present invention is suitable for firmly joining a core material and a skin material.

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Abstract

本発明に係るクラッド材は、芯材と、該芯材を被覆する皮材と、芯材および皮材との間に形成され、芯材および皮材の材料が混在してなる混在層と、を備えるクラッド材であって、混在層は、厚さが１．０μｍ以下である。

Description

クラッド材
　本発明は、クラッド材に関するものである。
　従来、産業分野全般における部材の軽量化や高機能化の要求から、加工用の部材についても、様々な観点により軽量化や高機能化が試みられてきた。一方で、複数の要求特性を同時に満たそうとすると、単一の材料ではそれぞれの特性がトレードオフの関係になる場合がある。このような単一の材料では実現困難な要求特性を満たすため、二種類以上の材料を組み合わせて加工用の部材を作製する技術が広まってきている。例えば、特許文献１、２には、芯材と、芯材の表面を被覆する皮材とを有する線材（以下、クラッド材ともいう）が記載されている。
特開２００９－１２９５５０号公報 特公平７－９１６２７号公報
　ところで、金属芯線の外周に異種または同種の金属を被覆して複合化する方法としては、押出(圧延)被覆法や、テープクラッド法、溶融厚めっき法、粉末圧粉法が広く知られている。いずれの製法においても接合時に加熱を要するため、接合界面に金属間化合物が生成すると考えられる。この金属間化合物は、母材（ここでは金属芯線）に比べて非常に脆いことから、接合強度が確保できないおそれがあった。この際、特許文献２は、このような課題を解決しようとしたものであるが、その製造過程において高温下における皮材の形成（接合）から冷却を開始するまで間に時間差が生じて、接合界面に金属間化合物が発生するおそれがあった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、芯材と皮材とが強固に接合されているクラッド材を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るクラッド材は、芯材と、該芯材を被覆する皮材と、前記芯材および前記皮材との間に形成され、前記芯材および前記皮材の材料が混在してなる混在層と、を備えるクラッド材であって、前記混在層は、厚さが１．０μｍ以下である、ことを特徴とする。
　また、本発明に係るクラッド材は、上記の発明において、前記混在層は、前記厚さが０．５μｍ以下である、ことを特徴とする。
　また、本発明に係るクラッド材は、上記の発明において、前記皮材は、厚さが前記混在層の厚さよりも厚い、ことを特徴とする。
　また、本発明に係るクラッド材は、上記の発明において、前記皮材は、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、ことを特徴とする。
　また、本発明に係るクラッド材は、上記の発明において、前記芯材は、銅又は銅合金を用いて形成され、前記皮材は、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成される、ことを特徴とする。
　本発明によれば、クラッド材において芯材と皮材とが強固に接合されるという効果を奏する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るクラッド材の構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すＡ－Ａ線断面図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係るクラッド材の製造方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施の形態にかかるクラッド材の製造装置の構成を示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施の形態にかかるクラッド材の製造装置の構成を示す断面図である。 図６は、図５に示すＱ－Ｑ線に対応するクラッド材の製造装置の断面図である。 図７は、本発明の一実施の形態にかかるクラッド材の電子プローブマイクロアナライザー（Electron　Probe　Micro　Analyzer：ＥＰＭＡ）によって定量分析を行った領域を含む二次電子像である。 図８は、図７に示す点Ｂ1を起点とする矢印方向の組成比を示す図である。 図９は、従来のクラッド材の電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって定量分析を行った領域を含む二次電子像である。 図１０は、図９に示す点Ｂ2を起点とする矢印方向の組成比を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態の変形例１にかかるクラッド材の作製装置の要部の構成、および線材の構成を説明するための断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態の変形例２にかかるクラッド材の加工例について説明するための図である。 図１３は、図１２に示すＢ－Ｂ線断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
（実施の形態）
　図１は、本発明の一実施の形態に係るクラッド材の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ線断面図である。クラッド材１は、芯材２と、芯材２の外周を被覆する皮材３と、芯材２および皮材３の間に設けられ、両者の材料が混在している混在層４とを備える。
　芯材２は、銅又は銅合金を用いて形成される円柱状の部材である。ここで、銅合金とは、銅を主成分とする合金である。
　クラッド材１は、例えば、電線用の導電性部材として用いられるが、この用途に限らない。
　皮材３は、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成される筒状の部材である。皮材３は、厚さが、混在層４の厚さよりも厚い。皮材３は、例えば、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。この際、「厚さ」は、クラッド材１の径方向であり、当該クラッド材１の長手方向と直交する方向における一端から他端までの距離に相当する。なお、径方向において間欠的に対象が存在する場合は、一方の長さまたは両方の長さの平均値を厚さとする。具体的には、クラッド材１の断面において、芯材２に対し径方向に皮材３が間欠的に二箇所存在する場合、一方の皮材３の長さ、または二つの皮材３の長さの平均値を厚さとする。
　混在層４は、クラッド材１の作製における熱処理時に、芯材２および皮材３の接合界面に生成され、芯材２および皮材３の材料が混在してなる。混在層４の厚さＤ1は、１μｍ以下であり、０．５μｍ以下であることがさらに好ましい。なお、混在層４には、熱処理によって生成された金属間化合物を含む場合がある。ここで、混在層４の厚さＤ1が、薄いほど金属間化合物の生成を抑制することができる。例えば、厚さＤ1が１μｍを超えると、金属間化合物の生成量が増大し、接合強度が確保できないおそれがある。
　続いて、クラッド材１の作製方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかるクラッド材の製造方法を示すフローチャートである。芯材２を用意し、この芯材２を加熱処理する（ステップＳ１０１：芯材加熱ステップ）。芯材加熱処理では、芯材２と皮材３とが十分に接合できる温度まで芯材２を加熱する。加熱温度は、例えば芯材２に銅を用いる場合、例えば４００℃である。芯材加熱処理は、例えば、雰囲気炉加熱処理、高周波誘導加熱処理、抵抗加熱処理、赤外線加熱処理等の公知の手法を用いることができる。
　芯材２を加熱後、ロール鋳造処理によって芯材２に皮材３を被覆させた成形物を作製する（ステップＳ１０２：ロール鋳造ステップ）。なお、ロール鋳造処理については後述する。
　成形物を作成後、この成形物にバリ除去処理等の仕上げ加工処理を施して、クラッド材１を作製する（ステップＳ１０３）。仕上げ加工処理は、所望の直径を実現するための引抜加工処理や、皮むき加工処理、予め設定された長さでの切断処理、研磨等の表面加工処理等を含む。
　続いて、ステップＳ１０２におけるロール鋳造処理について、図４～図６を参照して説明する。図４は、本発明の一実施の形態にかかるクラッド材の製造装置の構成を示す斜視図である。図５は、本発明の一実施の形態にかかるクラッド材の製造装置の構成を示す断面図である。図６は、図５に示すＱ－Ｑ線に対応するクラッド材の製造装置の断面図である。
　図４～図６に示す製造装置１００は、ロール鋳造処理に用いる装置である。製造装置１００は、ロール部材１１０と、案内部材１２０と、保護管１３０とを備える。
　ロール部材１１０は、第１ロール１１１、第２ロール１１２、第３ロール１１３および第４ロール１１４を有する。第１ロール１１１～第４ロール１１４は、それぞれ円板状をなし、隣り合うロールの側面同士を対向させて配置される。第１ロール１１１～第４ロール１１４は、案内部材１２０に対して等間隔に配置され、例えば、第１ロール１１１は、隣り合う第２ロール１１２および第４ロール１１４に対して９０°回転した向きとなっている。第１ロール１１１は、当該ロールの板厚方向に延び、かつロールの中心を通過する軸Ｎ1を回転軸として回転可能である。第２ロール１１２は、当該ロールの板厚方向に延び、かつロールの中心を通過する軸Ｎ2を回転軸として回転可能である。第３ロール１１３は、当該ロールの板厚方向に延び、かつロールの中心を通過する軸Ｎ3を回転軸として回転可能である。第４ロール１１４は、当該ロールの板厚方向に延び、かつロールの中心を通過する軸（図示略）を回転軸として回転可能である。なお、以下において、ロールの最も大きい面積を有する面を主面という。ロールは、この主面を、互いに反対側に位置する二つ有し、主面同士を接続する面を側面という。
　第１ロール１１１～第４ロール１１４の材質は、鋼、銅、銅合金、タングステン基合金、超合金、又は超硬合金を用いることができ、これら金属材料の表面に皮膜を形成させて、液体３０とロールとの反応を抑制することができる。皮膜には、例えば、窒化チタンアルミ、窒化クロム等のセラミック被膜や、非晶質炭素膜等を用いることができる。また、第１ロール１１１～第４ロール１１４の材質は、液体３０とロールとの反応をさらに軽減するため、窒化ケイ素やアルミナ、ジルコニアなどのセラミックを用いることもできる。さらに、第１ロール１１１～第４ロール１１４の材質は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよいし、一部が他の材質と異なっていてもよい。
　第１ロール１１１の側面には、凹状の第１溝１１１ａが形成される（図６参照）。第２ロール１１２の側面には、凹状の第２溝１１２ａが形成される。第３ロール１１３の側面には、凹状の第３溝１１３ａが形成される。第４ロール１１４の側面には、凹状の第４溝１１４ａが形成される。第１溝１１１ａ～第４溝１１４ａは、それぞれ弧状に切欠かれてなり、溝同士が対向することによって円柱状の空間Ｐ1を形成する。なお、図５では空間Ｐ1に芯材２および皮材３（または液体３０）が充填されている例を示している。
　第１ロール１１１～第４ロール１１４は、空間Ｐ1を形成することができれば、形状が互いに同じ形状であってもよいし、互いに異なる（例えば、ロールの径が異なる）形状であってもよい。
　案内部材１２０は、先細な先端形状をなし、先端と、該先端とは反対側の端部とを貫通する内部空間を形成する本体部１２１と、本体部１２１の外周に設けられ、第１ロール１１１～第４ロール１１４を挟みこむ挟持部１２２とを有する。
　また、案内部材１２０には、本体部１２１の開口から挟持部１２２側に向かって開口の大きさが小さくなる孔形状をなす開口部１２３が形成される。開口部１２３は、挟持部１２２側の端部が、第１ロール１１１～第４ロール１１４が形成する空間Ｐ1に連なる。案内部材１２０の開口部１２３には、容器１４０を用いて、皮材３が溶解した状態の液体３０が流し入れられる（図５参照）。案内部材１２０は、芯材２および液体３０を、第１ロール１１１～第４ロール１１４が形成する空間Ｐ1に案内する。なお、案内部材１２０は、複数の部材を組み合わせて作製してもよいし、一つの部材として一体的に作製してもよい。
　保護管１３０は、筒状をなし、一部が案内部材１２０の内部に位置する。保護管１３０は、筒の中心軸が、第１溝１１１ａ～第４溝１１４ａによって形成される空間Ｐ1の中心を通過する。保護管１３０によって、芯材２が、第１ロール１１１～第４ロール１１４が形成する空間Ｐ1に案内される。
　ロール鋳造処理において、芯材２および液体３０が、ともに案内部材１２０側からロール側に移動し、空間Ｐ1を通過する。この際、液体３０は、案内部材１２０内に流し入れられた後、空間Ｐ1を通過時に、温度低下によって固化する。この際の温度低下は、第１ロール１１１～第４ロール１１４の表面や、芯材２の表面に接触することによる抜熱により冷却され、上述した成形物（皮材３）となる。
　この際、芯材２と皮材３との間には、混在層４が形成される。また、開口部１２３や空間Ｐ1から溢れた余剰の液体３０の滞留を抑制するため、空間Ｐ1に連なる切欠きを設けてもよい。この切欠きは、例えばロールの一部に形成される。
　ロール鋳造処理では、芯材や皮材を加熱することによって芯材に皮材を被覆させるのではなく、溶融した皮材をロール通過時に冷やしながら芯材に付着させるため、他の公知の製法と比して熱による影響が少なく金属間化合物が生成されにくい。また、伸線・圧延加工によりクラッド材を製造する場合には、伸線・圧延加工ごとに材料を加熱する必要があり、熱処理の繰り返しによって金属間化合物が生成されるが、ロール鋳造処理は加熱される（溶融金属を通る）工程は１回で済むため、金属間化合物の生成を抑制できる。さらに、ロール鋳造処理では、加熱から冷却に至るまでのスパン（熱にさらされる時間）が比較的短く、金属間化合物生成の抑制効果が得られる。
　ここで、本実施の形態および従来のクラッド材の混在層について、図７～図１０を参照して説明する。図７～図１０は、芯材を銅、皮材をアルミニウムとし、皮材の厚さを５００～８００ｎｍとして作製したクラッド材に関するものである。本実施の形態に係るクラッド材は、図４に示す製造装置１００によって作製されたものの一例を示す。また、従来のクラッド材は、圧延処理によって作製されたものの一例を示す。図７は、本発明の一実施の形態にかかるクラッド材の電子プローブマイクロアナライザー（Electron　Probe　Micro　Analyzer：ＥＰＭＡ）によって取得した定量分析を行った領域を含む二次電子像である。図８は、図７に示す点Ｂ1を起点とする矢印方向の組成比を示す図である。図９は、従来のクラッド材の電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって定量分析を行った領域を含む二次電子像である。図１０は、図９に示す点Ｂ2を起点とする矢印方向の組成比を示す図である。各組成比は、銅とアルミニウムとの境界を含む、銅、アルミニウムそれぞれの組成領域における組成比を示している。
　本実施の形態に係るクラッド材では、図８に示すように、銅とアルミニウムとの組成比が入れ替わる領域Ｒ1が、金属間化合物の生成領域、すなわち混在層形成領域に相当する。この際、混在層形成領域は、所定成分の割合により設定される。ここでは、銅またはアルミニウムの組成比により設定され、例えば、アルミニウムの組成比が１０％以上９０％以下となる範囲が、混在層形成領域として設定される。一方、従来のクラッド材では、図１０に示すように、銅とアルミニウムとの組成比が入れ替わる領域Ｒ2が、金属間化合物の生成領域、すなわち混在層形成領域に相当する。図８と図１０とを比較すると、本実施の形態に係るクラッド材の方が、混在層の厚さが薄いことが分かる。この際、図８に示す例では、混在層の厚さがおよそ１．０μｍ未満であった。一方、図１０に示す例では、混在層の厚さが１．０μｍよりも大きい値となった。
　以上説明した実施の形態によれば、クラッド材１において、芯材２と皮材３との間に形成される混在層４の厚さ（厚さＤ1）を１μｍ以下することによって、芯材２と皮材３との間に介在する金属間化合物が極少量または皆無となり、芯材と皮材とが強固に接合されているクラッド材が得られる。
　また、本実施の形態では、四つのロールが形成する空間Ｐ1に、加熱処理が施された芯材２と、液体３０とを、該液体３０を固化させながら通過させることによってクラッド材１を作製するようにした。本実施の形態によれば、加熱された芯材２に、液状の皮材３を接触させるため、芯材２と皮材３とを高い接合強度で接合したクラッド材１を作製することができる。
　また、本実施の形態によれば、従来のように、別々に作製した芯材と皮材とを接合したり、焼鈍および引き抜きを繰り返したりすることなく、少ない作業工程でクラッド材を作製することができる。
（変形例１）
　次に、実施の形態の変形例１について、図１１を参照して説明する。図１１は、本発明の実施の形態の変形例１にかかるクラッド材の作製装置の要部の構成、および線材の構成を説明するための断面図である。変形例１にかかるクラッド材１Ａは、角柱状の芯材２Ａと、芯材２Ａを被覆する皮材３Ａとを備え、芯材２Ａおよび皮材３Ａに間には混在層が形成される。また、ロール鋳造処理にかかるロールには、クラッド材に応じた溝が形成される。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同じであるため説明を省略する。
　本変形例１において、第１ロール１１５の側面には、Ｖ字状の第１溝１１５ｂが形成される。第２ロール１１６の側面には、Ｖ字状の第２溝１１６ｂが形成される。第３ロール１１７の側面には、Ｖ字状の第３溝１１７ｂが形成される。第４ロール１１８の側面には、Ｖ字状の第４溝１１８ｂが形成される。第１溝１１５ｂ～第４溝１１８ｂは、それぞれが周方向に延びる二つの斜面によって形成され、該二つの斜面のなす角度は９０°である。第１溝１１５ｂ～第４溝１１８ｂは、溝同士が対向することによって矩形（正方形）の空間Ｐ2を形成する。
　ロール鋳造処理では、実施の形態と同様に、芯材２Ａおよび液体３０が、ともに案内部材１２０側からロール側に移動し、空間Ｐ2を通過する。空間Ｐ2通過の際、液体３０は、芯材２Ａの表面および第１ロール１１５～第４ロール１１８の表面近傍で固化し、皮材３Ａとなる。この際、芯材２Ａと皮材３Ａとのに間には混在層が形成される。これにより、本変形例１にかかる成形物が作製される。
　以上説明したように、本変形例１では、実施の形態と同様に、クラッド材１Ａにおいて、芯材２Ａと皮材３Ａとの間に形成される混在層の厚さを１μｍ以下することによって、芯材２Ａと皮材３Ａとの間に介在する金属間化合物が極少量または皆無となり、芯材と皮材とが強固に接合されているクラッド材が得られる。
（変形例２）
　次に、実施の形態の変形例２について、図１２および図１３を参照して説明する。本変形例２では、実施の形態において作製されたクラッド材１に加工を施すことによって、形状を変えたクラッド材を得る。具体的には、クラッド材１を圧延加工して、平板状をなすクラッド材を得る。
　図１２は、本発明の実施の形態の変形例２にかかるクラッド材の加工例について説明するための図である。図１３は、図１２に示すＢ－Ｂ線断面図である。本変形例２では、円柱状をなす第１圧延部材２０１および第２圧延部材２０２を回転させ、順次送られるクラッド材１を挟み込んで加工することによって、平板状をなすクラッド材１Ｂを得る。このクラッド材１Ｂは、平板状の芯材２Ｂが皮材３Ｂに被覆されてなり、芯材２Ｂおよび皮材３Ｂの間に混在層４Ａが形成される（図１３参照）。図１３に示す断面形状は、第１圧延部材２０１および第２圧延部材２０２とは接触していない部分が弧状に湾曲した形状をなす例を示している。また、例えば、クラッド材１Ｂを長手軸のまわりに回転させて、さらに圧延加工を施すようにしてもよい。
　このように、例えば製造装置１００によって作製されたクラッド材１に対して圧延加工を施すことによって、該クラッド材１とは形状が異なるクラッド材１Ｂを得ることができる。このため、芯材２Ｂと皮材３Ｂとの間に介在する金属間化合物が極少量または皆無のクラッド材を、所望の形状に加工して使用することが可能となる。
　なお、クラッド材の加工は、上述した圧延加工に限らず、公知の加工方法を採用することができる。
　なお、上述した実施の形態および変形例では、ロール同士が形成する空間が、円や矩形である例について説明したが、このほか、楕円や、台形、五角形以上の多角形や、該多角形の角部を弧状にした形状、星形等の他の形状であってもよい。また、ロールの数は、四つに限らず、二つ以上あればよい。皮材３の外表面のバリの発生や芯材２と皮材３との間の空隙の形成を抑制するという観点においては、ロールは三つ以上有することが好ましい。さらに、断面において、芯材および皮材の形状が異なるものであってもよい。例えば、矩形断面を有する芯材に、外縁が円をなす皮材を被覆してもよい。この場合、製造装置１００に、矩形断面を有する芯材を通過させることによって作製することが可能である。さらに、混在層４の厚さが条件を満たせば、製造に用いる装置は、図４に示す製造装置に限らない。
　このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
　以上説明したように、本発明に係るクラッド材は、芯材と皮材とを強固に接合するのに好適である。
　１、１Ａ、１Ｂ　クラッド材
　２、２Ａ、２Ｂ　芯材
　３、３Ａ、３Ｂ　皮材
　４、４Ａ　混在層
　１００　製造装置
　１１０　ロール部材
　１１１、１１５　第１ロール
　１１１ａ、１１５ｂ　第１溝
　１１２、１１６　第２ロール
　１１２ａ、１１６ｂ　第２溝
　１１３、１１７　第３ロール
　１１３ａ、１１７ｂ　第３溝
　１１４、１１８　第４ロール
　１１４ａ、１１８ｂ　第４溝
　１２０　案内部材
　１２１　本体部
　１２２　挟持部
　１３０　保護管
　１４０　容器
　２０１　第１圧延部材
　２０２　第２圧延部材

Claims (5)

  1. 　芯材と、
    　該芯材を被覆する皮材と、
    　前記芯材および前記皮材との間に形成され、前記芯材および前記皮材の材料が混在してなる混在層と、
    　を備えるクラッド材であって、
    　前記混在層は、厚さが１．０μｍ以下である、
    　ことを特徴とするクラッド材。
  2. 　前記混在層は、前記厚さが０．５μｍ以下である、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のクラッド材。
  3. 　前記皮材は、厚さが前記混在層の厚さよりも厚い、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のクラッド材。
  4. 　前記皮材は、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、
    　ことを特徴とする請求項２に記載のクラッド材。
  5. 　前記芯材は、銅又は銅合金を用いて形成され、
    　前記皮材は、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いて形成される、
    　ことを特徴とする請求項１に記載のクラッド材。
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