(57)【要約】【課題】拡散接合により金属基板を効率良く接合する方法、および、複数の金属基板が良好な状態で接合された金属積層体を提供する。【解決手段】金属基板の接合方法は、複数の金属基板の少なくとも被接合面に、金属基板の融点よりも低い温度の融点をもつ第１金属めっき層と第２金属めっき層をこの順に積層してインサート層を形成する工程と、被接合面のインサート層を当接させて金属基板を重ね合わせた状態で、金属基板を加熱してインサート層同士を拡散接合する工程と、を有し、この金属基板の接合方法により複数の金属基板を接合して金属積層体とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属基板の少なくとも被接合面に、第１金属めっき層と第２金属めっき層をこの順に積層してインサート層を形成する工程と、
前記被接合面の前記インサート層を当接させるように前記金属基板を重ね合わせた状態で、前記金属基板を加熱して前記インサート層同士を拡散接合する工程と、を有し、
前記インサート層を構成する第１金属めっき層の融点と第２金属めっき層の融点は、いずれも前記金属基板の融点よりも低いものとすることを特徴とする金属基板の接合方法。
【請求項２】
拡散接合した前記インサート層の構成金属を前記金属基板に拡散させることを特徴とする請求項１に記載の金属基板の接合方法。
【請求項３】
前記金属基板は、ステンレス基板およびニッケル基板のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属基板の接合方法。
【請求項４】
前記インサート層を構成する第１金属めっき層／第２金属めっき層の組み合わせが、金めっき層／銀めっき層、銀めっき層／金めっき層、および、金めっき層／無電解ニッケルめっき層のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属基板の接合方法。
【請求項５】
塩酸系金めっき液を使用して前記第１金属めっき層である金めっき層を形成し、該金めっき層の厚みを０．０１５〜０．１５μｍの範囲とすることを特徴とする請求項４に記載の金属基板の接合方法。
【請求項６】
前記インサート層を構成する第１金属めっき層と第２金属めっき層は、２元合金状態図において全率固溶であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の金属基板の接合方法。
【請求項７】
前記インサート層同士を拡散接合する加熱温度を、前記インサート層を構成する第１金属めっき層の融点と第２金属めっき層の融点のいずれか低い方の融点に対して±１００℃の範囲で設定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の金属基板の接合方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の金属基板の接合方法により複数の金属基板が接合されてなることを特徴とする金属積層体。
【請求項９】
３層以上の金属基板を有し、少なくとも２層以上の金属基板は加工部位を備え、各金属基板における前記加工部位が位置する領域の少なくとも一部は積層方向において不一致であることを特徴とする請求項８に記載の金属積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属基板の接合方法、および、複数の金属基板が接合された金属積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所望の加工が施された金属基板を接合することにより、３次元形状や、中空構造を形成することが行われている。
例えば、複数の微細孔を穿設した金属基板同士を、孔位置が一致するように積層させた状態で拡散接合した積層体は、微細孔のアスペクト比が高いものとなり、飲料や医薬品の製造プロセスにおいてメンテナンス性の良好なフィルターとして適用されている（特許文献１、２）。
また、表面に微細な溝部が形成された金属基板を、当該溝部が対向するように積層させた状態で拡散接合した積層体は、マイクロ流路としての中空構造を有するものであり、マイクロリアクター、マイクロ熱交換器等の構成部品として適用されている（特許文献３）。
さらに、インクジェットヘッド等のように複雑な中空構造の形成では、所望の開口部等が形成された複数の金属基板をエポキシ系の接着剤を介して接合したり、特殊な形状の加圧治具を用いて複数の金属基板を加圧した状態で高温度で加圧接合することが行われている（特許文献４、５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１０９９８５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４７８７２号公報
【特許文献３】特表２００８−５４４８６２号公報
【特許文献４】特開２００６−１８７７８４号公報
【特許文献５】特開２００８−７４０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のフィルター製造では、固相拡散接合によって金属基板を直接接合する方法が採用されているが、例えば、ステンレス基板同士の固相拡散接合では、高温高圧下に長時間保持した後、ステンレス鋼の強度劣化を防止するために、緩やかな冷却が必要であり、接合工程に長時間を要するという問題があった。
また、マイクロ流路として機能する中空構造を備えた積層体の作製では、要求される耐圧性能が高いことから、３次元流路を形成する際に金属基板間に不要な空隙を生じないように固相拡散接合を行う必要あり、このため接合処理が高温高圧下で長時間を要するものとなり、生産性の点で問題があった。
さらに、インクジェットヘッドの作製では、部分的に分割して接合したり、あるいは、エポキシ系接着剤で接合することにより、複雑な中空構造の形成に対応しているが、高い耐圧性能を具備するには限界があった。
本発明は上述のような実情に鑑みてなされたものであり、拡散接合により金属基板を効率的に接合する方法、および、複数の金属基板が良好な状態で接合された金属積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するために、本発明の金属基板の接合方法は、複数の金属基板の少なくとも被接合面に、第１金属めっき層と第２金属めっき層をこの順に積層してインサート層を形成する工程と、前記被接合面の前記インサート層を当接させるように前記金属基板を重ね合わせた状態で、前記金属基板を加熱して前記インサート層同士を拡散接合する工程と、を有し、前記インサート層を構成する第１金属めっき層の融点と第２金属めっき層の融点は、いずれも前記金属基板の融点よりも低いものとするような構成とした。
【０００６】
本発明の他の態様として、拡散接合した前記インサート層の構成金属を前記金属基板に拡散させるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属基板は、ステンレス基板およびニッケル基板のいずれかであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記インサート層を構成する第１金属めっき層／第２金属めっき層の組み合わせが、金めっき層／銀めっき層、銀めっき層／金めっき層、および、金めっき層／無電解ニッケルめっき層のいずれかであるような構成とした。
本発明の他の態様として、塩酸系金めっき液を使用して前記第１金属めっき層である金めっき層を形成し、該金めっき層の厚みを０．０１５〜０．１５μｍの範囲とするような構成とした。
本発明の他の態様として、前記インサート層を構成する第１金属めっき層と第２金属めっき層は、２元合金状態図において全率固溶であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記インサート層同士を拡散接合する加熱温度を、前記インサート層を構成する第１金属めっき層の融点と第２金属めっき層の融点のいずれか低い方の融点に対して±１００℃の範囲で設定するような構成とした。
【０００７】
本発明の金属積層体は、上述のいずれかの金属基板の接合方法により複数の金属基板が接合されてなるような構成とした。
本発明の他の態様として、３層以上の金属基板を有し、少なくとも２層以上の金属基板は加工部位を備え、各金属基板における前記加工部位が位置する領域の少なくとも一部は積層方向において不一致であるような構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の金属基板の接合方法では、金属基板の被接合面に位置するインサート層同士を拡散接合するので、金属基板の溶融温度よりも低いインサート層の溶融温度を目安に比較的低温で接合することができ、かつ、拡散接合する際に要する圧力は、金属基板同士を拡散接合する場合に比べて大幅に低減できる。また、インサート層を金属基板に直接めっき形成しているので、インサート層同士の拡散接合を行うことにより、所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることができる。これにより、接合に要する時間が大幅に短縮され、金属基板を効率的に接合することができる。また、本発明の金属積層体は、複数の金属基板が良好な状態で接合されており、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の金属基板の接合方法の一実施態様を説明するための工程図である。
【図２】図２は、本発明の金属基板の接合方法の他の実施態様を説明するための工程図である。
【図３】図３は、本発明の金属積層体の一実施形態を説明するための部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。
【００１１】
［金属基板の接合方法］
図１は、本発明の金属基板の接合方法の一実施態様を説明するための工程図である。
本発明では、金属基板１の被接合面１ａを含む表面に第１金属めっき層４と第２金属めっき層５をこの順に積層してインサート層３を形成する。また、金属基板１１の被接合面１１ａを含む表面に第１金属めっき層１４と第２金属めっき層１５をこの順に積層してインサート層１３を形成する（図１（Ａ））。次いで、被接合面１ａ，１１ａのインサート層３，１３を当接させるように金属基板１，１１を重ね合わせた状態で、金属基板１，１１を加熱してインサート層３，１３同士を拡散接合する（図１（Ｂ））。
金属基板１，１１としては、ステンレス基板、ニッケル基板、ニッケル合金基板、クロム合金基板、チタン基板、チタン合金基板、モリブデン合金基板、タングステン合金基板、ニオブ基板、タンタル基板、ジルコニウム基板、コバルト合金基板等を使用することができる。これらの中で、ステンレス基板の材質は、オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系のステンレス鋼を挙げることができる。また、ニッケル基板の材質は、ニッケル、あるいは、パーマロイ、４２％ニッケル合金、インバー等のニッケル合金を挙げることができる。このような金属基板１，１１の材質は、通常同一であるが、拡散接合後の用途に応じて、金属基板１，１１の材質が異なるものであってもよい。また、金属基板１，１１は、エッチング加工、プレス加工等によって溝、孔部等の種々の微細加工が予め施されたものであってもよい。
【００１２】
このような金属基板１，１１に対し、インサート層３，１３を形成する前に、表面の脱脂、酸化被膜の除去による活性化を目的とした前処理を施してもよい。このような前処理としては、例えば、アルカリ浸漬処理、アルカリ電解処理、酸電解処理、酸浸漬処理等の処理方法から適宜選択して行うことができる。尚、金属基板１，１１が酸化被膜を生じ易い材質である場合、前処理を施した後、第１金属めっき層４，１４の形成までの移行時間は、金属基板１，１１に酸化被膜が再形成されない程度の範囲とする。
【００１３】
＜インサート層の形成＞
次に、インサート層の形成について説明する。
インサート層３を構成する第１金属めっき層４と第２金属めっき層５の融点、および、インサート層１３を構成する第１金属めっき層１４と第２金属めっき層１５の融点は、いずれも金属基板１，１１の融点よりも低いものであり、この融点の差は９０℃以上であることが好ましい。例えば、金属基板１，１１として融点が１４００〜１５００℃程度のステンレス基板あるいはニッケル基板を使用する場合には、第１金属めっき層／第２金属めっき層の組み合わせとして、金めっき層／銀めっき層、銀めっき層／金めっき層、金めっき層／無電解ニッケルめっき層（ニッケルリン合金層）等を挙げることができる。
以下に、第１金属めっき層４，１４、第２金属めっき層５，１５の形成方法について説明する。
【００１４】
第１金属めっき層４，１４として金めっき層を形成する場合、塩酸系金めっき液を用いて金めっき層の形成を行うことがこのましい。使用する塩酸系金めっき液は、金属基板１，１１の侵食防止とめっき時間の短縮化とを考慮したものを使用することが好ましい。例えば、対象となる金属基板１，１１の表面への微小孔食の発生程度が単位面積（ｍｍ2）当り５個以下となるように調製された塩酸系金めっき液を使用することができる。ここで、微小孔食の測定は、塩酸系金めっき液中に金属基板を１０秒間浸漬し、水洗した後に走査電子顕微鏡で観察して測定する。このような塩酸系金めっき液を使用することにより、金めっき中において、同時作用として金属基板１，１１の表面に適度の腐食作用が生じ、第１金属めっき層（金めっき層）４，１４と金属基板１，１１との密着性は良好なものとなる。
【００１５】
形成する第１金属めっき層４，１４としての金めっき層の厚みの上限は０．１５μｍとすることが好ましく、０．１５μｍを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。また、形成する金めっき層の厚みの下限は、第２金属めっき層５，１５の形成で使用するめっき液に応じて、均一な膜厚制御が可能であること、および、金属基板１，１１の腐食を防止できることを考慮して設定することが好ましく、例えば、０．０１５μｍとすることができる。
また、第１金属めっき層４，１４として銀めっき層を形成する場合、例えば、ホスフィン類を含む酸性の銀めっき液を用いて銀めっき層の形成を行うことができる。ホスフィン類を含む酸性の銀めっき液を用いることにより、ホスフィンの強い還元作用によって、金属基板１，１１表面の酸化被膜形成が抑制され、第１金属めっき層（銀めっき層）４，１４と金属基板１，１１との密着性は良好なものとなる。使用する酸性の銀めっき液は、金属基板１，１１の侵食防止とめっき時間の短縮化とを考慮したものを使用することが好ましい。例えば、対象となる金属基板１，１１の表面への微小孔食の発生程度が単位面積（ｍｍ2）当り５個以下となるように調製された銀めっき液を使用することができる。
【００１６】
形成する第１金属めっき層４，１４としての銀めっき層の厚みの上限は０．５μｍとすることが好ましく、０．５μｍを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。また、形成する銀めっき層の厚みの下限は、第２金属めっき層５，１５の形成で使用するめっき液に応じて、均一な膜厚制御が可能であること、および、金属基板１，１１の腐食を防止できることを考慮して設定することが好ましく、例えば、０．１μｍとすることができる。
一方、第２金属めっき層５，１５として金めっき層を形成する場合、使用するめっき液は、シアン系金めっき液および塩酸系金めっき液のいずれであってもよい。シアン系金めっき液は、特に制限はなく、公知のめっき液を使用することができる。また、塩酸系金めっき液は、第１金属めっき層４，１４として金めっき層を形成する場合のような制限はなく、公知のめっき液を使用することができる。
形成する第２金属めっき層５，１５としての金めっき層の厚みは、インサート層３，１３が拡散接合可能なように適宜設定することができ、例えば、インサート層３，１３の厚みが０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２５μｍ程度の薄膜となるように設定することができる。インサート層３，１３の厚みが０．５μｍを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。
【００１７】
また、第２金属めっき層５，１５として銀めっき層を形成する場合、公知のめっき液を使用することができる。形成する第２金属めっき層５，１５としての銀めっき層の厚みは、インサート層３，１３が拡散接合可能なように適宜設定することができ、例えば、インサート層３，１３の厚みが０．１〜０．５μｍ、好ましくは０．１５〜０．３μｍ程度の薄膜となるように設定することができる。インサート層３，１３の厚みが０．５μｍを超えると、本発明の効果の更なる向上がほとんど得られない半面、材料コストが増大し好ましくない。
さらに、第２金属めっき層５，１５として無電解ニッケルめっき層を形成する場合、還元剤としてホスフィン酸塩を含有する無電解ニッケルめっき液を使用し、形成する無電解ニッケルめっき層中のリン含有量を１０重量％以上、好ましくは、１０〜１３重量％とする。無電解ニッケルめっき層中のリン含有量が１０重量％未満であると、無電解ニッケルめっき層（ニッケルリン合金層）の融点が高く、インサート層３，１３の拡散接合性が不十分となり好ましくない。また、形成する第２金属めっき層５，１５としての無電解ニッケルめっき層の厚みは、インサート層３，１３が拡散接合可能なように適宜設定することができ、例えば、インサート層３，１３の厚みが０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．２５μｍ程度の薄膜となるように設定することができる。
【００１８】
ここで、本発明でのインサート層３，１３を構成する第１金属めっき層４，１４、第２金属めっき層５，１５の厚みの測定は、以下のように行うものとする。すなわち、各々の金属めっき層を形成した後、セイコーインスツル（株）製の蛍光Ｘ線膜厚測定装置を使いて測定を行う。尚、前もって、測定したい膜厚目標値を包含するような、これよりも薄い標準箔と厚い標準箔を準備し、少なくともこれら２つの標準箔を用いて、Ｘ線出力と膜厚とを検量するための比例関係を事前に把握しておく。また、ＦＩＢ（集束イオンビーム）による断面加工を行った後、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）にて断面を観察し、撮影される倍率に応じたスケールをもとに、断面に現れている金属粒子の大きさや結晶様態が異なる層毎に厚みの確認を行う。
尚、図示例では、被接合面１ａ，１１ａを含む金属基板１，１１の全域にインサート層３，１３を形成しているが、被接合面１ａ，１１ａのみにインサート層３，１３を形成してもよい。この場合、被接合面１ａ，１１ａのみがめっき液と接触するようにしてめっき層を形成することができ、また、インサート層３，１３の形成が不要な部位をマスクで遮蔽して、めっき液と接触しないようにしてめっき層を形成してもよい。
【００１９】
＜インサート層同士の拡散接合＞
次に、インサート層同士の拡散接合について説明する。
上述のように、本発明では、金属基板１の被接合面１ａのインサート層３と、金属基板１１の被接合面１１ａのインサート層１３とを当接させるように、金属基板１，１１を重ね合わせた状態で加熱して、インサート層３とインサート層１３を拡散接合する（図１（Ｂ））。このようなインサート層３とインサート層１３との拡散接合における加熱温度は、インサート層３，１３を構成する第１金属めっき層４，１４の融点と第２金属めっき層５，１５の融点のいずれか低い方の融点に対して±１００℃、好ましくは±８０℃の範囲で設定することができる。加熱温度設定が上記の温度範囲の下限未満であると、インサート層３とインサート層１３との固相拡散接合が不十分となり、接合界面における空隙の発生、耐圧性能の低下、耐腐食性の低下等が生じることがあり好ましくない。また、加熱温度設定が上記の温度範囲を超える場合、金属基板１側への拡散が進む可能性があり、不均一なインサート層残渣が懸念され好ましくない。
【００２０】
尚、図１（Ｂ）では、インサート層３およびインサート層１３が、それぞれ第１金属めっき層４と第２金属めっき層５との積層、第１金属めっき層１４と第２金属めっき層１５との積層構造のままであり、被接合面１ａと被接合面１１ａに位置する第２金属めっき層５，１５のみが拡散接合されているように記載されているが、これは便宜的に記載したものである。例えば、インサート層３とインサート層１３との拡散接合において、第１金属めっき層４と第２金属めっき層５とが溶融一体化し、また、第１金属めっき層１４と第２金属めっき層１５とが溶融一体化して、インサート層３およびインサート層１３が既に積層構造ではなくなっている状態も包含するものである。また、インサート層３とインサート層１３との拡散接合において、インサート層３，１３の構成金属の一部が金属基板１，１１に拡散する場合もあり、このような状態を排除するものではない。以下の実施態様においても同様である。
【００２１】
このような本発明の金属基板の接合方法では、金属基板１，１１の被接合面１ａ，１１ａに位置するインサート層３，１３同士を拡散接合するので、金属基板１，１１の溶融温度よりも低いインサート層３，１３の溶融温度を目安に比較的低温で接合することができ、かつ、拡散接合する際に要する圧力は、金属基板１，１１同士を拡散接合する場合に比べて大幅に低減できる。また、インサート層３，１３を金属基板１，１１に直接めっき形成しているので、インサート層同士の拡散接合を行うことにより、所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることができる。したがって、従来の高温高圧下に長時間保持する工程、その後、金属基板の強度劣化を防止するための緩やかな冷却工程が不要となり、接合工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２２】
＜金属基板内への拡散＞
本発明では、上述のように拡散接合したインサート層３，１３の構成金属を金属基板１，１１に拡散させてもよい（図１（Ｃ））。これにより、金属基板とインサート層材料との金属間電池腐食を回避することができ、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備した金属積層体を得ることができる。金属基板１，１１内へのインサート層３，１３の構成金属の拡散は、上記のインサート層同士の拡散接合における加熱を維持することにより行うことができ、また、加熱温度の設定を金属基板の溶融温度よりも１０〜３０％程度低い温度としてもよい。
【００２３】
このように、インサート層３，１３の構成金属を金属基板１，１１に拡散させる場合、インサート層を構成する第１金属めっき層／第２金属めっき層の組み合わせとして、２元合金状態図において全率固溶である金属めっき層の組み合わせが好ましく、例えば、金めっき層／銀めっき層、および、銀めっき層／金めっき層の組み合わせとすることが好適である。このように第１金属めっき層／第２金属めっき層の組み合わせとして、２元合金状態図において全率固溶である金属の組み合わせとすることにより、金属基板１，１１に拡散する金属（インサート層を構成する金属）の組成が安定し、インサート層を構成する特定の金属のみが金属基板１，１１の表面に偏在するような不均一性が防止され、拡散接合後の金属基板１，１１の特性、物性が安定したものとなる。尚、インサート層を構成する第１金属めっき層／第２金属めっき層の組み合わせとして、金めっき層／無電解ニッケルめっき層のように、２元合金状態図において全率固溶ではない組み合わせを採用した場合、金属基板１，１１の表面にニッケル、ニッケルリン合金が偏在する場合もある。しかし、拡散接合後の金属基板１，１１からなる金属積層体の用途等において問題がないのであれば、インサート層として金めっき層／無電解ニッケルめっき層等の組み合わせを採用することができる。
【００２４】
図２は、本発明の金属基板の接合方法の他の実施態様を説明するための工程図である。
この実施態様では、３個の金属基板２１，３１，４１を接合するものであり、金属基板３１，４１は、それぞれ被接合面３１ａ，４１ａに加工部位３２，４２を有している（図２（Ａ））。そして、インサート層の形成工程では、金属基板２１の被接合面２１ａを含む表面に第１金属めっき層２４と第２金属めっき層２５をこの順に積層してインサート層２３を形成する。また、金属基板３１の被接合面３１ａ，３１ｂを含む表面に第１金属めっき層３４と第２金属めっき層３５をこの順に積層してインサート層３３を形成する。さらに、金属基板４１の被接合面４１ａを含む表面に第１金属めっき層４４と第２金属めっき層４５をこの順に積層してインサート層４３を形成する。（図２（Ｂ））。
金属基板２１，３１，４１は、上述の実施態様における金属基板１，１１と同様のものを使用することができる。
金属基板３１，４１がその被接合面３１ａ，４１ａに有する加工部位３２，４２は、図示例では凹部であるが、貫通孔等であってもよい。また、加工部位３２，４２の凹部形状は特に限定されず、例えば、流路を構成するような溝形状等であってよい。
金属基板２１，３１，４１へのインサート層２３，３３，４３の形成は、上述の実施態様における金属基板１，１１へのインサート層３，１３の形成と同様に行うことができる。
【００２５】
次に、本発明では、金属基板２１の被接合面２１ａのインサート層２３と、金属基板３１の被接合面３１ａのインサート層３３とを当接させ、また、金属基板３１の被接合面３１ｂのインサート層３３と、金属基板４１の被接合面４１ａのインサート層４３とを当接させるように、金属基板２１，３１，４１を重ね合わせた状態で加熱する。これによりインサート層２３とインサート層３３、インサート層３３とインサート層４３を拡散接合、する（図２（Ｃ））。このインサート層２３，３３，４３の拡散接合は、上述の実施態様におけるインサート層３，１３の拡散接合と同様に行うことができる。
【００２６】
本発明の金属基板の接合方法では、金属基板２１，３１，４１の被接合面２１ａ，３１ａ，３１ｂ，４１ａに位置するインサート層２３，３３，４３同士を拡散接合するので、金属基板２１，３１，４１の溶融温度よりも低いインサート層２３，３３，４３の溶融温度を目安に接合することができ、かつ、拡散接合する際に要する圧力は、金属基板２１，３１，４１同士を拡散接合する場合に比べて大幅に低減できる。したがって、図２（Ｃ）において鎖線で囲まれる領域Ａおよび領域Ｂにおいても拡散接合を確実に行うことができる。すなわち、図２（Ｃ）に示されるように、金属基板３１の加工部位３２が位置する領域と、金属基板４１の加工部位４２が位置する領域は、金属基板２１，３１，４１の積層方向において、不一致となっている。そして、領域Ａは、金属基板の積層方向において金属基板３１の加工部位３２が位置する領域と一致し、また、領域Ｂは、金属基板の積層方向において金属基板４１の加工部位４２が位置する領域と一致している。このため、積層した金属基板２１，３１，４１に圧力を加えても、加工部位３２，４２の存在によって領域Ａおよび領域Ｂでは金属基板間の圧着力が低下することになる。このような状態において、従来の金属基板同士を直接拡散接合する接合方法では、領域Ａおよび領域Ｂにおける接合不良により金属基板間に空隙が生じて所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることは困難であった。これに対して、本発明では、インサート層２３，３３，４３を拡散接合する際に要する圧力が低いので、上記の領域Ａおよび領域Ｂにおいても拡散接合を確実に行うことができる。上記の例では、加工部位３２，４２が位置する領域が積層方向において完全に不一致となっているが、加工部位３２，４２が位置する領域の一部が積層方向において不一致となっている場合においても、同様である。
【００２７】
また、本発明では、インサート層２３，３３，４３を金属基板２１，３１，４１に直接めっき形成しているので、インサート層同士の拡散接合を行うことにより、所望の耐圧性能、耐腐食性能を得ることができる。
この実施態様においても、上述のように拡散接合したインサート層２３，３３，４３の構成金属を金属基板２１，３１，４１に拡散させてもよい（図２（Ｄ））。これにより、金属基板とインサート層材料との金属間電池腐食を回避することができ、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備した金属積層体を得ることができる。金属基板２１，３１，４１内へのインサート層２３，３３，４３の構成金属の拡散は、上述の実施態様における金属基板１，１１内へのインサート層３，１３の構成金属の拡散と同様に行うことができる。
上述の金属基板の接合方法の実施態様は例示であり、本発明はこのような実施態様に限定されるものではない。
【００２８】
［金属積層体］
図３は、本発明の金属積層体の一実施形態を説明するための部分断面図である。
本発明の金属積層体は、複数の金属基板が接合されたものであり、図３において、金属積層体１０１は、４個の金属基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄが拡散接合されたものである。
これらの金属基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄは、本発明の金属基板の接合方法において金属基板１，１１として説明したものと同様のものを使用することができる。
金属基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄのうち、金属基板１０２Ａは加工物１０３ａを有し，金属基板１０２Ｂは加工部位１０３ｂを有し，金属基板１０２Ｃは、加工部位１０３ｃを有している。これらの加工部位１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが位置する領域は、４個の金属基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄの積層方向（図示の矢印ａ方向）において不一致となっている。
【００２９】
このような本発明の金属積層体１０１は、４個の金属基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄが本発明の金属基板の接合方法により拡散接合されたものである。したがって、金属基板とインサート層材料との金属間電池腐食を回避することができ、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備している。特に、図示の鎖線で囲まれた領域における金属基板間の接合強度が他の領域の接合強度と同等に優れているので、基板界面での空隙の発生による隙間腐食が防止される。したがって、例えば、流路として機能する中空構造を備えた本発明の金属積層体は、優れた耐圧性能、耐腐食性能を具備している。
上述の金属積層体の実施形態は例示であり、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。したがって、金属積層体を構成する金属基板の数、金属基板が備えている加工部位の有無、形状等は、金属積層体の使用目的に応じて適宜設定することができる。
また、金属積層体を構成する複数の金属基板の材質は、通常同一であるが、金属積層体の用途に応じて、構成金属基板の材質が異なるものであってもよい。
【実施例】
【００３０】
次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
金属基板として、厚み０．１５ｍｍのステンレス基板（ＳＵＳ３１６Ｌ材（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）、融点１３７０℃）を準備し、加工部位として凹部を有する金属基板と加工部位を有していない金属基板とした。凹部を有する金属基板は、ステンレス基板の一方の主平面に、エッチング加工により深さ１００μｍ、幅２００μｍ、長さ５０００μｍのライン状の凹部を、幅方向にピッチ４０００μｍ、長さ方向にピッチ７０００μｍで、幅方向１０本×長さ方向１０本の計１００本形成した。尚、上記の凹部のピッチは、各凹部の中心間距離に相当する距離であり、以下の記載においても同様である。
【００３１】
＜インサート層の形成＞
まず、塩酸系金めっき液として、下記の組成の塩酸系金めっき液を調製した。
（塩酸系金めっき液の組成）
・金属金                                      …  ２．５ｇ／ｍＬ
・塩酸                                        …    ３５ｇ／ｍＬ
・コバルト                                    …  ０．１ｇ／ｍＬ
上記のステンレス基板に前処理として、アルカリ洗浄処理（常温、３０秒間）を施し、次いで、塩酸浸漬処理（１０％塩酸水溶液に３０秒間浸漬）を施した。この前処理後に水洗し、その後、上記の塩酸系金めっき液に上記のステンレス基板を１０秒間浸漬し、水洗した後、走査電子顕微鏡で観察した結果、ステンレス基板の表面への微小孔食の発生程度は単位面積（ｍｍ2）当り５個以下であることを確認した。
【００３２】
また、上記のステンレス基板に前処理を施した後、水洗し、その直後に、上記の塩酸系金めっき液を用いて下記の条件で第１金属めっき層としての金めっき層（厚み０．０５μｍ）をステンレス基板の全面に形成した。この金めっき層の融点は９６１℃であった。
（金めっきの条件）
・電流密度  ：  ３Ａ／ｄｍ2 
・処理時間  ：  １０秒  
【００３３】
次に、銀めっき液として、下記の組成の銀めっき液を調製した。
（銀めっき液の組成）
・トリス（３−ヒドロキシプロピル）ホスフィン  …    １５ｇ／ｍＬ
・硫酸                                        …    ３０ｇ／ｍＬ
・硫酸銀                                      …      ５ｇ／ｍＬ
第１金属めっき層上に、上記の銀めっき液を使用して下記の条件で第２金属めっき層としての銀めっき層（厚み０．３５μｍ）を形成した。この銀めっき層の融点は１０６４℃であった。
（第２金属めっきの条件）
・電流密度  ：  ３Ａ／ｄｍ2 
・処理時間  ：  １２０秒  
これにより、厚み０．４μｍのインサート層をステンレス基板の全面に形成した。
【００３４】
＜インサート層同士の拡散接合＞
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を２個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を１個準備し、図２（Ｃ）に示されるように、２個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように３個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
（拡散接合の条件）
・加熱温度            ：  １１００℃
・真空度              ：  １０-4Ｐａ      
・加熱加圧の保持時間  ：  ８時間
・室温までの冷却時間  ：  １０時間
これにより、３個のステンレス基板を接合して、金属積層体（試料１）を作製した。
＜金属基板内への拡散＞
上記の拡散接合における保持時間を１２時間とすることにより、３個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体（試料１′）を作製した。
【００３５】
［実施例２］
金属基板として、実施例１と同様に、加工部位として凹部の有無による２種の金属基板を準備した。
＜インサート層の形成＞
まず、酸性銀めっき液として、下記の組成の酸性銀めっき液を調製した。
（酸性銀めっき液の組成）
・硫酸銀                                      …  ５．０ｇ／Ｌ
・硫酸                                        …    ３０ｇ／Ｌ
・トリス（３−ヒドロキシプロピル）ホスフィン  …    １５ｇ／Ｌ
上記のステンレス基板に前処理として、アルカリ洗浄処理（常温、３０秒間）を施し、次いで、塩酸浸漬処理（１０％塩酸水溶液に３０秒間浸漬）を施した。この前処理後に水洗し、その後、上記の酸性銀めっき液に上記のステンレス基板を１０秒間浸漬し、水洗した後、走査電子顕微鏡で観察した結果、ステンレス基板の表面への微小孔食の発生程度は単位面積（ｍｍ2）当り５個以下であることを確認した。
【００３６】
また、上記のステンレス基板に前処理を施した後、水洗し、その直後に、上記の酸性銀めっき液を用いて下記の条件で第１金属めっき層としての銀めっき層（厚み０．３５μｍ）をステンレス基板の全面に形成した。この銀めっき層の融点は１０６４℃であった。
（銀めっきの条件）
・電流密度  ：  ３Ａ／ｄｍ2 
・処理時間  ：  １５０秒  
次に、金めっき液として、下記の組成のシアン系金めっき液を調製した。
（シアン系金めっき液の組成）
・金属金                                  …  ６．０ｇ／ｍＬ
・コバルト                                …  ０．５ｇ／ｍＬ
【００３７】
第１金属めっき層上に、上記のシアン系金めっき液を使用して下記の条件で第２金属めっき層としての金めっき層（厚み０．０５μｍ）を形成した。この金めっき層の融点は９６１℃であった。
（第２金属めっきの条件）
・電流密度  ：  １５Ａ／ｄｍ2 
・処理時間  ：  １０秒  
これにより、厚み０．４μｍのインサート層をステンレス基板の全面に形成した。
【００３８】
＜インサート層同士の拡散接合＞
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を２個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を１個準備し、図２（Ｃ）に示されるように、２個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように３個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
（拡散接合の条件）
・加熱温度            ：  １１００℃
・真空度              ：  １０-4Ｐａ      
・加熱加圧の保持時間  ：  ８時間
・室温までの冷却時間  ：  １０時間
これにより、３個の金属基板を接合して、金属積層体（試料２）を作製した。
＜金属基板内への拡散＞
上記の拡散接合における保持時間を１２時間とすることにより、３個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体（試料２′）を作製した。
【００３９】
［実施例３］
金属基板として、実施例１と同様に、加工部位として凹部の有無による２種の金属基板を準備した。
＜インサート層の形成＞
実施例１と同様にして、第１金属めっき層としての金めっき層（厚み０．０５μｍ）をステンレス基板の全面に形成した。この金めっき層の融点は９６１℃であった。
次に、第１金属めっき層としての金めっき層に対して、公知の塩酸系金めっき液を用いて前処理を施し、その後、無電解ニッケルめっき液として奥野製薬（株）製 トップニコロンＳＡ−９８を用いて、第２金属めっき層としての無電解ニッケルめっき層（厚み０．３５μｍ、リン含有量１０重量％）を形成した。この無電解ニッケルめっき層の融点は、９００℃であった。
これにより、厚み０．４μｍのインサート層をステンレス基板の全面に形成した。
【００４０】
＜インサート層同士の拡散接合＞
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を２個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を１個準備し、図２（Ｃ）に示されるように、２個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように３個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
（拡散接合の条件）
・加熱温度            ：  １２００℃
・真空度              ：  １０-4Ｐａ      
・加熱加圧の保持時間  ：  ８時間
・室温までの冷却時間  ：  １０時間
これにより、３個の金属基板を接合して、金属積層体（試料３）を作製した。
＜金属基板内への拡散＞
上記の拡散接合における保持時間を１２時間とすることにより、３個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体（試料３′）を作製した。
【００４１】
［比較例１］
金属基板として、実施例１と同様に、加工部位として凹部の有無による２種の金属基板を準備した。
インサート層を形成せず、加工部位として凹部を有する２個の金属基板と、加工部位を有していない１個の金属基板を、図２（Ｃ）に示されるように、２個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
（拡散接合の条件）
・加熱温度            ：  １３００℃
・真空度              ：  １０-4Ｐａ      
・加熱加圧の保持時間  ：  ８時間
・室温までの冷却時間  ：  １０時間
これにより、３個の金属基板を接合して、金属積層体（比較試料１）を作製した。
また、室温までの冷却時間を１８時間に短縮した他は、上記と同様にして、金属積層体（比較試料１′）を作製した。
【００４２】
［比較例２］
金属基板として、実施例１と同様に、加工部位として凹部の有無による２種の金属基板を準備した。
＜インサート層の形成＞
実施例２で使用した酸性銀めっき液と同様の酸性銀めっき液を調製した。
上記のステンレス基板に前処理を施した後、水洗し、その直後に、上記の酸性銀めっき液を用いて下記の条件で、インサート層としての銀めっき層（厚み０．５μｍ）をステンレス基板の全面に形成した。この銀めっき層の融点は１０６４℃であった。
（銀めっきの条件）
・電流密度  ：  ３Ａ／ｄｍ2 
・処理時間  ：  １２０秒  
【００４３】
＜インサート層同士の拡散接合＞
加工部位として凹部を有するステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を２個、加工部位を有していないステンレス基板に上記のようにインサート層を形成した金属基板を１個準備し、図２（Ｃ）に示されるように、２個の金属基板における凹部が位置する領域が積層方向において不一致となるようにして、インサート層を当接させるように３個の金属基板を重ね合わせ、下記の条件で拡散接合を行った。
（拡散接合の条件）
・加熱温度            ：  １２００℃
・真空度              ：  １０-4Ｐａ      
・加熱加圧の保持時間  ：  ８時間
・室温までの冷却時間  ：  １０時間
これにより、３個の金属基板を接合して、金属積層体（比較試料２）を作製した。
＜金属基板内への拡散＞
上記の拡散接合における保持時間を１２時間とすることにより、３個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体（比較試料２′）を作製した。
【００４４】
［比較例３］
第１金属めっき層として金めっき層（０．０５μｍ）を形成し、第２金属めっき層としての銀めっき層の形成は行わずにインサート層とした他は、実施例１と同様にして、金属積層体（比較試料３）を作製した。
＜金属基板内への拡散＞
インサート層同士の拡散接合における保持時間を１２時間とすることにより、３個のステンレス基板間に存在するインサート層の構成金属をステンレス基板に拡散させた他は、上記と同様にして、金属積層体（比較試料３′）を作製した。
【００４５】
［評  価］
上述のように作製した金属積層体について、接合界面の空隙部の有無、接合強度、金属基板面のクラックの有無を下記のように評価し、結果を表１に示した。
（接合界面の空隙部の有無の評価）
接合面に垂直に金属積層体を切断（切断ピッチ１０ｍｍ）し、接合界面をＦＩＢ（収束イオンビーム）で観察して、観察距離当りの空隙部の数が１個／ｍｍ以下である場合を空隙部無と判断した。
（接合強度の評価）
金属積層体に対し、ＪＩＳで規定された折り曲げテスト（曲げ半径４〜１０ｍｍの当て金を用い、バイスに当てて９０°曲げて元に戻し、反対側に同様に９０°曲げて再度元に戻すことを２回繰り返す）を実施し、接合面における剥離がなく、接合面からの乖離がない場合を接合強度良好とした。
（クラックの有無の評価）
金属積層体の全面を拡大顕微鏡１００倍程度で観察して、クラックが１個以下である場合をクラック発生無と判断した。
【００４６】
【表１】
2014161885.tif 000003
【００４７】
表１に示されるように、試料１、試料１′、試料２、試料２′、試料３、試料３′は接合強度が良好で空隙が無く、クラックの発生もみられなかった。
これに対して、比較試料１は、凹部が存在する領域の積層方向における接合強度が不十分であり、また、拡散接合に要する時間が長いものであった。比較試料１′では、冷却時間を短縮した結果、クラックの発生がみられた。
比較試料２は、銀めっき層のインサート層残渣があり、接合部においても隣り合う接合面において空隙がみられ、接合強度は不十分であった。また、比較試料２′は、拡散接合に要する時間が長いものであったが、接合強度は不十分であった。
【００４８】
比較試料３は、インサート層が薄く十分な接合強度が得られず、また、比較試料３′は、拡散接合に要する時間が長いことにより接合強度は良好であったが、空隙部は十分に埋まらなかった。尚、材料コストを無視して比較試料３における金めっき層からなるインサート層を０．５μｍとした場合、試料１、試料１′、試料２、試料２′、試料３、試料３′と同様に、接合強度が良好で空隙が無く、クラックの発生もみられなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
金属基板同士の拡散接合の工程を必要とする種々の製造分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１１，２１，３１，４１…金属基板
１ａ，１１ａ，２１ａ，３１ａ，３１ｂ，４１ａ…被接合面
３，１３，２３，３３，４３…インサート層
４，１４，２４，３５，４４…第１金属めっき層
５，１５，２５，３５，４５…第２金属めっき層
３２，４２…加工部位
１０１…金属積層体
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ…金属基板
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ…加工部位
【図１】
2014161885.tif 000004
【図２】
2014161885.tif 000005
【図３】
2014161885.tif 000006