(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純銅、または、Ｃｕを９５．０質量％以上で含む第一Ｃｕ合金により構成された第一層と、
前記第一層の少なくとも一方の面に１μｍ以上の厚みで接合され、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金からなる第二Ｃｕ合金により構成された第二層と、を有し、
比透磁率が１．００１以下である、クラッド材。
【請求項２】
前記第一層を構成する前記第一Ｃｕ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含む、請求項１に記載のクラッド材。
【請求項３】
前記第一層を構成する前記第一Ｃｕ合金は、Ｚｒを、５．０質量％以下で含む、請求項２に記載のクラッド材。
【請求項４】
前記第一層を構成する前記第一Ｃｕ合金は、ＣｒおよびＺｒを、合計で、５．０質量％以下で含む、請求項２に記載のクラッド材。
【請求項５】
前記第二層を構成する前記Ｃｕ−Ｎｉ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項６】
前記第一層の前記第二層が接合された面と反対側の面に１μｍ以上の厚みで接合され、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金からなる第三Ｃｕ合金により構成された第三層を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクラッド材。
【請求項７】
前記第三層を構成する前記Ｃｕ−Ｎｉ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含む、請求項６に記載のクラッド材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラッド材に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信機器や画像表示機器、撮像機器などの電子部品を搭載する電子機器には、放熱板などの放熱部材が搭載されている。
電子機器に搭載される放熱部材には、高い熱伝導性、非磁性、機械的強さ、溶接性などが求められる。詳しくは、放熱部材には、本来の特性として、電子部品からの熱を外部に放出するために高い熱伝導性が求められる。また、放熱部材には、電子部品に対して磁気的な影響を及ぼさないために非磁性が求められる。また、放熱部材には、電子機器の薄型化・軽量化に伴う薄肉化が求められるために、薄肉化に耐え得る引張強さなどの機械的強さが求められる。さらに、放熱部材には、電子機器を構成する他部品との接合のために、溶接性が求められる。【０００３】
特許文献１は、これらの要求に応えるためのクラッド材を提案している。特許文献１は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）と、純銅または銅合金からなる層（Ｃｕ層）と、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）とがこの順に積層されて接合された３層構造のクラッド材を提案している。このクラッド材は、芯材のＣｕ層により高い熱伝導性が確保されている。また、このクラッド材は、選択された材料によって、クラッド材の全体の非磁性が確保されている。また、芯材の表裏に設けられたＳＵＳ層により、機械的強さおよび溶接性が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開2019-31036号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されるクラッド材は、非磁性・溶接性の観点で好適であるが、熱伝導性および薄肉化の観点で改良の余地がある。例えば、芯材の表裏に設けられたＳＵＳ層は、芯材のＣｕ層よりも熱伝導性が小さい。また、芯材の裏表に設けられたＳＵＳ層は、芯材のＣｕ層との変形抵抗の差に起因して、クラッド圧延を行ったときにＳＵＳ層の厚さが不均一になりやすく、厚みが小さい部分（薄肉部）と大きい部分（厚肉部）とが形成されることがある。そのため、ＳＵＳ層の薄肉部に起因して、芯材のＣｕ層がクラッド材の表面に露出することがあるため、クラッド材全体の更なる薄肉化が難しい。【０００６】
上記課題を鑑みて、本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を用いることなく放熱部材に好適な特性を有するクラッド材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】
【０００７】
本発明の一側面に係るクラッド材は、
純銅、または、Ｃｕを９５．０質量％以上で含む第一Ｃｕ合金により構成された第一層と、
前記第一層の少なくとも一方の面に１μｍ以上の厚みで接合され、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金、または、Ｎｉを５．０質量％以上３０．０質量％以下およびＺｎを１０．０質量％以上３０．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、のいずれかである第二Ｃｕ合金により構成された第二層と、を有し、
比透磁率が１．００１以下である。【０００８】
上述したクラッド材において、
前記第一層を構成する前記第一Ｃｕ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。【０００９】
上述したクラッド材において、
前記第一層を構成する前記第一Ｃｕ合金は、Ｚｒを、５．０質量％以下で含むことが好ましい。【００１０】
上述したクラッド材において、
前記第一層を構成する前記第一Ｃｕ合金は、ＣｒおよびＺｒを、合計で、５．０質量％以下で含むことが好ましい。【００１１】
上述したクラッド材において、
前記第二層を構成する前記Ｃｕ−Ｎｉ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる、または、前記第二層を構成する前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。【００１２】
上述したクラッド材において、
前記第一層の前記第二層が接合された面と反対側の面に１μｍ以上の厚みで接合され、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金、または、Ｎｉを５．０質量％以上３０．０質量％以下およびＺｎを１０．０質量％以上３０．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、のいずれかである第三Ｃｕ合金により構成された第三層を有することが好ましい。【００１３】
上述したクラッド材において、
前記第三層を構成する前記Ｃｕ−Ｎｉ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる、または、前記第三層を構成する前記Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を用いることなく放熱部材に好適な特性を有するクラッド材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の２層構造のクラッド材を示す模式図である。
【図２】本実施形態の３層構造のクラッド材を示す模式図である。
【図３】溶接性を評価する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のクラッド材の実施形態の例を、図面を参照して説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１７】
図１に示すクラッド材１０は、本発明のクラッド材の一実施形態となる２層構造の模式図である。図２に示すクラッド材２０は、本発明のクラッド材の一実施形態となる３層構造のクラッド材２０である。クラッド材１０、２０は、例えば、携帯電話、タブレット端末、ウェアラブル端末、デジタルカメラ、パーソナルコンピューターなどといった電子機器に搭載される放熱部材を構成する素材として好適に用いることができる。また、車両に搭載されるカメラや各種センサ、制御装置などの電子機器に搭載される放熱部材を構成する素材として好適に用いることができる。このような電子機器は小型で薄く、軽量であることが求められている。そして、このような電子機器の放熱部材に用いられるクラッド材１０、２０には、高い熱伝導性、非磁性、機械的強さ、溶接性などの観点で優れた特性が求められる。
【００１８】
クラッド材１０、２０を構成する第一層１は、純銅、または、Ｃｕを９５．０質量％以上で含む第一Ｃｕ合金により構成されている。第一層１は、クラッド材１０、２０の芯材となって、主に、高い熱伝導性および機械的強さを確保するための層である。なお、ここで言う第一Ｃｕ合金とは、第一層１を構成するＣｕ合金を便宜的に指し示す用語である。
【００１９】
クラッド材１０、２０の第一層１を構成する純銅は、９９．０質量％以上のＣｕおよび不可避的不純物からなるものであってよい。芯材となる第一層１が９９．０質量％以上のＣｕおよび不可避的不純物からなる場合は、クラッド材１０、２０は、高い熱伝導性を有し、非磁性であり、適度な加工性に起因して薄肉化が容易であり、かつ、相応な機械的強さ（引張強さ）を有する。なお、純銅に、１．０質量％未満で混入の可能性がある不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏが挙げられる。純銅は、例えば、ＵＮＳ（Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）におけるＣ１０１００、Ｃ１０２００、Ｃ１０３００、Ｃ１０４００、Ｃ１０５００、Ｃ１０７００、Ｃ１０８００、Ｃ１０９１０、Ｃ１０９２０、Ｃ１２０００、Ｃ１５５００のうちのいずれかであってもよい。
【００２０】
あるいは、クラッド材１０、２０の第一層１を構成する第一Ｃｕ合金は、９５．０質量％以上のＣｕ、５．０質量％以下の添加元素および不可避的不純物からなるものであってよい。芯材となる第一層１が９５．０質量％以上のＣｕ、５．０質量％以下の添加元素および不可避的不純物からなる場合は、クラッド材１０、２０は、相応に高い熱伝導性を有し、非磁性であり、適度な加工性に起因して薄肉化が容易であり、かつ、十分な機械的強さ（引張強さ）を有する。
【００２１】
第一Ｃｕ合金は、添加元素としてＳｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうちの少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。（第一Ｃｕ合金は、添加元素としてＳｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうちの少なくとも一種を含むことができる。第一Ｃｕ合金は、これらの添加元素を合計で５．０質量％以下含むことができる。）あるいは、第一Ｃｕ合金は、好ましくは、添加元素としてＺｒを、５．０質量％以下で含む。あるいは、第一Ｃｕ合金は、好ましくは、添加元素としてＣｒおよびＺｒを、合計で、５．０質量％以下で含む。なお、第一Ｃｕ合金に含まれる添加元素が５．０質量％を超えている場合には、第一層１に起因して、クラッド材１０、２０の全体の熱伝導率が低下するおそれがある。このため、第一Ｃｕ合金に含まれる添加元素は、各々の元素の合計で、５．０質量％以下であることが好ましい。なお、第一Ｃｕ合金に、１．０質量％未満で混入の可能性がある不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏが挙げられる。第一Ｃｕ合金は、例えば、ＵＮＳ規格におけるＣ１５１５０、Ｃ１４４１５、Ｃ１８０４５、Ｃ１５１００のうちのいずれかであってもよい。
【００２２】
クラッド材１０、２０を構成する第二層２は、第一層１の少なくとも一方の面に１μｍ以上の厚みで接合された層である。第二層２は、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金、または、Ｎｉを５．０質量％以上３０．０質量％以下およびＺｎを１０．０質量％以上３０．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、のいずれかである第二Ｃｕ合金により構成されている。第二層２は、主に、溶接性を確保するための層である。なお、ここで言う第二Ｃｕ合金とは、第二層２を構成するＣｕ合金を便宜的に指し示す用語である。第二Ｃｕ合金は、Ｃｕ−Ｎｉ合金またはＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金のいずれかである。
【００２３】
クラッド材１０、２０の第二層２を構成する第二Ｃｕ合金は、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ合金であってよい。このＣｕ−Ｎｉ合金である第二Ｃｕ合金は、好ましくは、Ｎｉを１０．０質量％以上４５．０質量％以下で含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるものであってよい。第一層１の少なくとも一方の面に接合される第二層２がこのＣｕ−Ｎｉ合金からなる場合は、クラッド材１０、２０は、オーステナイト系ステンレス鋼と同等以上の熱伝導性を有し、非磁性であり、適度な加工性に起因して薄肉化が容易であり、かつ、相応な機械的強さ（引張強さ）を有する。
【００２４】
あるいは、クラッド材１０、２０の第二層２を構成する第二Ｃｕ合金は、Ｎｉを５．０質量％以上３０．０質量％以下およびＺｎを１０．０質量％以上３０．０質量％以下で含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金であってよい。第一層１の少なくとも一方の面に接合される第二層２がこのＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金からなる場合は、上述したＣｕ−Ｎｉ合金と同様に、クラッド材１０、２０は、オーステナイト系ステンレス鋼と同等以上の熱伝導性を有し、非磁性であり、適度な加工性に起因して薄肉化が容易であり、かつ、相応な機械的強さ（引張強さ）を有する。また、第二層２がＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金からなる場合は、第二層２がＣｕ−Ｎｉ合金からなる場合と比べて、１０．０質量％以上３０．０質量％以下でＺｎを含むことに起因して、クラッド材１０、２０の機械的強さ（引張強さ）が向上する。
【００２５】
第二Ｃｕ合金が上述したＣｕ−Ｎｉ合金である場合は、このＣｕ−Ｎｉ合金はさらに、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。このＣｕ−Ｎｉ合金に、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種が、合計で、５．０質量％を超えて含まれている場合には、第二層２に起因して、クラッド材１０全体の熱伝導率が低下するおそれがある。このため、このＣｕ−Ｎｉ合金である第二Ｃｕ合金に含まれる、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種は、合計で、５．０質量％以下であることが好ましい。なお、このＣｕ−Ｎｉ合金に、１．０質量％未満で混入の可能性がある不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏが挙げられる。
【００２６】
第二Ｃｕ合金が上述したＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金である場合は、このＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金はさらに、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。このＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金に、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種が、合計で、５．０質量％を超えて含まれている場合には、第二層２に起因して、クラッド材１０全体の熱伝導率が低下するおそれがある。このため、このＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金である第二Ｃｕ合金に含まれる、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種は、合計で、５．０質量％以下であることが好ましい。なお、このＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金に、１．０質量％未満で混入の可能性がある不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏが挙げられる。
【００２７】
第二Ｃｕ合金は、例えば、ＵＮＳ規格におけるＣ７０６１０、Ｃ７０８００、Ｃ７０９００、Ｃ７１０００、Ｃ７１１００、Ｃ７１１１０、Ｃ７１３００、Ｃ７１５００、Ｃ７１５２０、Ｃ７１５８０、Ｃ７１５８１、Ｃ７１５９０、Ｃ７１６００、Ｃ７１６３０、Ｃ７１６４０、Ｃ７１７００、Ｃ７１９００、Ｃ７１９５０、Ｃ７２０００、Ｃ７２１５０、Ｃ７２２００、Ｃ７２４００、Ｃ７２４２０、Ｃ７２９００、Ｃ７２９５０、Ｃ７３２００のうちのいずれかであってもよい。あるいは、第二Ｃｕ合金は、例えば、ＵＮＳ規格におけるＣ７３５１、Ｃ７４５１、Ｃ７５２１、Ｃ７５４１、Ｃ７７０１のうちのいずれかであってもよい。
【００２８】
上述した第二Ｃｕ合金により構成された第二層２が第一層１の少なくとも一方の面に接合されているクラッド材１０、２０は、第二層がＳＵＳ層により構成されている場合と比べて、第二層２に起因して、クラッド材１０、２０の熱伝導性が低下するのを抑制することができる。また、上述した第二Ｃｕ合金により構成された第二層２が１μｍ以上の厚みを有することにより、クラッド材１０、２０は優れた溶接性を有することができる。ここで言う溶接性とは、電子機器によく利用されているＳＵＳ３０４などのステンレス鋼により構成された部品に対する溶接時の接着性である。上述した第二Ｃｕ合金は、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼となじみやすく、溶接時に良好に接着して高い接合強度を奏することができる。
【００２９】
クラッド材１０を構成する第一層１および第二層２はＣｕ系材料が主体である。そのため、クラッド材１０を構成する第一層１の変形抵抗と第二層２の変形抵抗との差は、ステンレス鋼系材料の変形抵抗とＣｕ系材料の変形抵抗との差と比べて、十分に小さくなる。クラッド材１０は、ステンレス鋼系材料とＣｕ系材料との組合せに比べて変形抵抗の差が小さいＣｕ系材料同士の組合せであることにより優れた延性を示すため、より薄く延ばして用いることが可能となる。
【００３０】
また、クラッド材１０の第一層１を構成する純銅または第一Ｃｕ合金および第二層２を構成する第二Ｃｕ合金は、いずれも非磁性体である。これにより、図１に示す第一層１および第二層２を有するクラッド材１０は、その全体が非磁性体となる。ここで言う非磁性体とは、クラッド材１０の真空中の透磁率（μ０）に対する透磁率（μ）、すなわち比透磁率（μ／μ０）が、１．００１以下であることを意図する。クラッド材１０の比透磁率（μ／μ０）が１．００１以下であるため、クラッド材１０自体が磁性を帯びにくくなる。
【００３１】
上述したように、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１および第二層２により構成されたクラッド材１０は、特許文献１に開示されるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を含むクラッド材と比べて、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１および第二層２に起因して、高い熱伝導率を有し、かつ、非磁性にすることができるし、十分な薄肉化が可能である。また、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１および第二層２により構成されたクラッド材１０は、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１および第二層２に起因して、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を用いることなく相応の機械的強さおよび溶接性を有することができる。このため、クラッド材１０は、放熱部材の素材に適している。
【００３２】
図２に示す３層構造のクラッド材２０は、上述した第一層１と第二層２に加えて、第三層３を含んでいる。クラッド材２０を構成する第三層３は、第一層１の第二層２が接合された面と反対側の面に１μｍ以上の厚みで接合されている。３層構造のクラッド材２０の場合、第一層１は第二層２と第三層３との間に位置している。
【００３３】
クラッド材２０を構成する第三層３は、第二層２と同じ構成であってもよく、第二層２と同じ材料・厚みの素材を用いて構成することができる。つまり、第三層３は、第一層１の第二層２が接合された面と反対側の面に１μｍ以上の厚みで接合され、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金、または、Ｎｉを５．０質量％以上３０．０質量％以下およびＺｎを１０．０質量％以上３０．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、のいずれかである第三Ｃｕ合金により構成されていてもよい。
【００３４】
クラッド材２０の第三層３を構成する第三Ｃｕ合金であるＣｕ−Ｎｉ合金は、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるものであってよい。このＣｕ−Ｎｉ合金は、好ましくは、Ｎｉを１０．０質量％以上４５．０質量％以下で含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるものであってよい。この点について第三Ｃｕ合金のＣｕ−Ｎｉ合金の組成は、第二層２を構成する第二Ｃｕ合金のＣｕ−Ｎｉ合金の組成と同じであり、その効果も第二層２を構成する第二Ｃｕ合金のＣｕ−Ｎｉ合金と同じである。
【００３５】
あるいは、クラッド材２０の第三層３を構成する第三Ｃｕ合金であるＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金は、Ｎｉを５．０質量％以上３０．０質量％以下およびＺｎを１０．０質量％以上３０．０質量％以下で含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなるものであってよい。この点について第三Ｃｕ合金のＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金の組成は、第二層２を構成する第二Ｃｕ合金のＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金の組成と同じであり、その効果も第二層２を構成する第二Ｃｕ合金のＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金と同じである。
【００３６】
第三Ｃｕ合金が上述したＣｕ−Ｎｉ合金である場合は、このＣｕ−Ｎｉ合金はさらに、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。なお、このＣｕ−Ｎｉ合金に、１．０質量％未満で混入の可能性がある不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏなどが挙げられる。
【００３７】
第三Ｃｕ合金が上述したＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金である場合は、このＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金はさらに、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐ、ＭｎおよびＡｇのうち少なくとも一種を、合計で、５．０質量％以下で含むことができる。なお、このＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金に、１．０質量％未満で混入の可能性がある不可避的不純物は、例えば、Ｐ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏなどが挙げられる。
【００３８】
第三Ｃｕ合金は、例えば、ＵＮＳ規格におけるＣ７０６１０、Ｃ７０８００、Ｃ７０９００、Ｃ７１０００、Ｃ７１１００、Ｃ７１１１０、Ｃ７１３００、Ｃ７１５００、Ｃ７１５２０、Ｃ７１５８０、Ｃ７１５８１、Ｃ７１５９０、Ｃ７１６００、Ｃ７１６３０、Ｃ７１６４０、Ｃ７１７００、Ｃ７１９００、Ｃ７１９５０、Ｃ７２０００、Ｃ７２１５０、Ｃ７２２００、Ｃ７２４００、Ｃ７２４２０、Ｃ７２９００、Ｃ７２９５０、Ｃ７３２００のうちのいずれかであってもよい。あるいは、第二Ｃｕ合金は、例えば、ＵＮＳ規格におけるＣ７３５１、Ｃ７４５１、Ｃ７５２１、Ｃ７５４１、Ｃ７７０１のうちのいずれかであってもよい。この点は、第二層２を構成する第二Ｃｕ合金と同じであり、その効果も第二層２を構成する第二Ｃｕ合金と同じである。
【００３９】
クラッド材２０を構成する第三層３は、クラッド材２０の表裏の区別をする必要がなくなるように、第二層２と同一の構成であることが好ましい。つまり、第三層３は、第二層２と同じ組成を有し、第二層２と同じ厚みを有することが好ましい。このように第三層３が構成されている場合には、ユーザがクラッド材２０を加工しようとする際に、クラッド材２０の表面および裏面を確認して区別する必要がなくなるため、取り扱いやすくなる。
【００４０】
Ｃｕ系材料が主体となる第一層１、第二層２および第三層３により構成されたクラッド材２０は、ステンレス鋼系材料とＣｕ系材料との組合せに比べて変形抵抗の差が小さいＣｕ系材料同士の組合せであることに起因して、圧延時に第二層２または第三層３が破れて芯材である第一層１が露出するような不具合が生じにくいことから、クラッド材２０をより薄く例えば０．１ｍｍ以下の厚み（全厚み）に延ばして用いることができる。例えば、特許文献１に開示されるＳＵＳ層の間にＣｕ層を有する３層構造のクラッド材は、Ｃｕ系同士の組合せよりも変形抵抗の差が大きく上述したような芯材の露出が危惧される。このため特許文献１のクラッド材の実用的な全厚みはおよそ０．２ｍｍ（０．２ｍｍ以上）と考えられる。そして、この特許文献１のクラッド材を実用的な全厚みよりさらに薄肉化することを試みたとしても、芯材の露出や各層の破損などによって全厚みを０．１ｍｍ以下とすることができないと考えられる。一方、Ｃｕ系材料が主体となる３層構造のクラッド材２０の場合、そのクラッド材２０を構成する３層それぞれの主体がＣｕ系材料であることを考慮すれば、全厚みを０．１ｍｍ未満とすることができる。
【００４１】
クラッド材２０は、例えば、０．０２２ｍｍの厚み（全厚み）に薄肉化することができる。この場合、クラッド材２０を構成する３層の厚み比（第二層２：第一層１：第三層３）を１：２０：１に設定する構成例を挙げれば、第一層１の厚みは２０μｍとなり、第二層２および第三層３の厚みは、ともに１μｍになる。また、クラッド材２０を薄肉化しつつ相応の熱伝導性および機械的強さを確保する観点で、クラッド材２０を構成する３層の厚み比は、１：１０：１から１：３０：１の範囲内で選択的に設定することが好ましい。例えば、第二層２および第三層３を１μｍの厚みに設定する構成では、第一層１の厚みは１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲内で選択的に設定することが好ましい。この構成の場合、クラッド材２０は、１２μｍ以上３２μｍ以下の厚みに薄肉化される。
また、クラッド材２０の取り扱いの容易性を考慮すると、第二層２と第三層３を同じ厚みに設定することが好ましい。
【００４２】
また、クラッド材２０の第一層１を構成する純銅または第一Ｃｕ合金、第二層２を構成する第二Ｃｕ合金および第三層３を構成する第三Ｃｕ合金は、いずれも非磁性体である。これにより、図２に示す第一層１、第二層２および第三層３を有するクラッド材２０は、その全体が非磁性体となる。ここで言う非磁性体とは、クラッド材２０の真空中の透磁率（μ０）に対する透磁率（μ）、すなわち比透磁率（μ／μ０）が、１．００１以下であることを意図する。クラッド材２０の比透磁率（μ／μ０）が１．００１以下であるため、クラッド材２０自体が磁性を帯びにくくなる。
【００４３】
上述したように、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１、第二層２および第三層３により構成されたクラッド材２０は、特許文献１に開示されるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を含むクラッド材と比べて、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１、第二層２および第三層３に起因して、高い熱伝導率を有し、かつ、非磁性にすることができるし、十分な薄肉化が可能である。また、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１、第二層２および第三層３により構成されたクラッド材２０は、Ｃｕ系材料が主体となる第一層１、第二層２および第三層３に起因して、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を用いることなく相応の機械的強さおよび溶接性を有することができる。このため、クラッド材２０は、放熱部材の素材に適している。
【００４４】
＜実施例＞
次に、本実施形態のクラッド材の評価およびその結果について説明する。なお、本実施形態のクラッド材の評価をするに際して、２層構造よりも複雑な構成を有する３層構造のクラッド材２０のサンプルを作製して評価することにした。その結果を説明する。
【００４５】
サンプルＮｏ．１〜２４、サンプルＮｏ．２５〜２８およびサンプルＮｏ．２９〜３２を作製した。サンプルＮｏ．１〜２４は、本実施形態の３層構造のクラッド材２０である。サンプルＮｏ．２５〜２８は、参考例としての３層構造のクラッド材である。サンプルＮｏ．２９〜３２は、参考例としての単一構造の板材である。以下、特に断りのない限り、元素の含有比は「質量％」である。
【００４６】
＜サンプルＮｏ．１〜２４共通＞
［工程１］
クラッド材２０の第一層１となる中間材として、２.５ｍｍの厚みに圧延をした後に、９００℃で３分間保持して水冷をする熱処理をすることにより、純Ｃｕ（９９．９Ｃｕ）またはＣｕ合金（Ｃｕ−０．１Ｚｒ−０．０５Ｓｎ、Ｃｕ−０．１Ｚｒ、Ｃｕ−０．９Ｃｒ−０．０９Ｚｒのいずれか）により構成された第１板材を作製した。
［工程２］
クラッド材２０の第二層２および第三層３となる被覆材として、０．１２５ｍｍの厚みに圧延をした後に、７００℃で１分間保持をする熱処理をすることにより、Ｃｕ−Ｎｉ合金（Ｃｕ−１０Ｎｉ、Ｃｕ−２５Ｎｉ、Ｃｕ−４５Ｎｉのいずれか）またはＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金（Ｃｕ−１０Ｎｉ−２６Ｚｎ、Ｃｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ、Ｃｕ−１８Ｎｉ−２６Ｚｎのいずれか）により構成された第二板材および第三板材を作製した。ここで、第二板材および第三板材は同じものとした。
［工程３］
上記第二板材と、上記第一板材と、上記第三板材とを、この順に積層した状態で約６０％の加工度で１．１ｍｍの厚みに圧延（クラッド圧延）をした後に、５００℃で１分間保持をする熱処理（拡散焼鈍）をすることにより、クラッド中間材を作製した。
【００４７】
＜サンプルＮｏ．１〜９、１３〜２１＞
［工程４］
工程３に続いて、上記クラッド中間材を０．２ｍｍの厚みに圧延をし、第一層１の厚みが約１８０μｍ（厳密には０．１８２ｍｍ）、第二層２および第三層３の厚みの合計が約２０μｍ（厳密には０．０１８ｍｍ＝０．００９ｍｍ×２）となる３層構造のクラッド材２０を作製した。
【００４８】
＜サンプルＮｏ．１０〜１２、２２〜２４＞
［工程４］
工程３に続いて、上記クラッド中間材を０．４ｍｍの厚みに圧延をした後に、５００℃で２時間保持をする熱処理をし、その後に０．２ｍｍの厚みに圧延をし、第一層１の厚みが約１８０μｍ（厳密には０．１８２ｍｍ）、第二層２および第三層３の厚みの合計が約２０μｍ（厳密には０．０１８ｍｍ＝０．００９ｍｍ×２）となる３層構造のクラッド材２０を作製した。
【００４９】
＜サンプルＮｏ．２５：参考例＞
［工程１］
３層構造のクラッド材の第一層となる中間材として、２ｍｍの厚みに圧延をした後に、９００℃で３分間保持して水冷をする熱処理をすることにより、純Ｃｕ（９９．９Ｃｕ）により構成された第一板材を作製した。
［工程２］
３層構造のクラッド材の第二層および第三層となる被覆材として、０．３７５ｍｍの厚みに圧延をした後に、７００℃で１分間保持をする熱処理をすることにより、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６ＬのＪＩＳ規格範囲内のＦｅ−１７Ｃｒ−１３Ｎｉ−２Ｍｏ−０．０２Ｃ）により構成された第二板材および第三板材を作製した。ここで、第二板材および第三板材は同じものとした。
［工程３］
上記第二板材と、上記第一板材と、上記第三板材とを、この順に積層した状態で約６０％の加工度で１．１ｍｍの厚みに圧延（クラッド圧延）をした後に、６００℃で１分間保持をする熱処理（拡散焼鈍）をし、その後に０．２ｍｍの厚みに圧延をすることにより、第一層１の厚みが約１４５μｍ（厳密には０．１４５ｍｍ）、第二層２および第三層３の厚みの合計が約５５μｍ（厳密には０．０５４ｍｍ＝０．０２７ｍｍ×２）となる３層構造のクラッド材（ＳＵＳ／Ｃｕ／ＳＵＳ）を作製した。
【００５０】
＜サンプルＮｏ．２６：参考例＞
［工程１］
３層構造のクラッド材の第一層となる中間材として、２．５ｍｍの厚みに圧延をした後に、９００℃で３分間保持して水冷をする熱処理をすることにより、純Ｃｕ（９９．９Ｃｕ）により構成された第一板材を作製した。
［工程２］
３層構造のクラッド材の第二層および第三層となる被覆材として、０．１２５ｍｍの厚みに圧延をした後に、７００℃で１分間保持をする熱処理をすることにより、純Ｎｉ（００．９Ｎｉ）により構成された第二板材および第三板材を作製した。ここで、第二板材および第三板材は同じものとした。
［工程３］
上記第二板材と、上記第一板材と、上記第三板材とを、この順に積層した状態で約６０％の加工度で１．１ｍｍの厚みに圧延（クラッド圧延）をした後に、６００℃で１分間保持をする熱処理（拡散焼鈍）をし、その後に０．２ｍｍの厚みに圧延をすることにより、第一層１の厚みが約１８０μｍ（厳密には０．１８２ｍｍ）、第二層２および第三層３の厚みの合計が約２０μｍ（厳密には０．０１８ｍｍ＝０．００９ｍｍ×２）となる３層構造のクラッド材（Ｎｉ／Ｃｕ／Ｎｉ）を作製した。
【００５１】
＜サンプルＮｏ．２７：参考例＞
［工程１〜３］
サンプルＮｏ．２６における第一板材の厚みを２．２ｍｍ、第二板材および第三板材の厚みを０．２７５ｍｍとして、全体の厚みを０．２ｍｍに圧延をすることにより、第一層１の厚みが約１６０μｍ、第二層２および第三層３の厚みの合計が約４０μｍ（０．０２０ｍｍ×２）となる３層構造のクラッド材（Ｎｉ／Ｃｕ／Ｎｉ）を作製した。
【００５２】
＜サンプルＮｏ．２８：参考例＞
［工程１］
３層構造のクラッド材の第一層となる中間材として、２．５ｍｍの厚みに圧延をした後に、９００℃で３分間保持して水冷をする熱処理をし、続いて、１．１ｍｍの厚みに圧延をした後に、５００℃１３分間保持をする熱処理をし、その後に０．２ｍｍ（厳密には０．１９０ｍｍ）の厚みに圧延をすることにより、Ｃｕ合金（Ｃｕ−０．９Ｃｒ−０．０９Ｚｒ）により構成された第一板材を作製した。
［工程２］
上記第一板材の表面に、５μｍの厚みのＮｉめっき層を形成することにより、表裏面がＮｉめっき層に被覆された３層構造のＮｉめっき被覆Ｃｕ板材（Ｎｉ／Ｃｕ／Ｎｉ）を作製した。これにより、第一層１の厚みが約１９０μｍ、第二層２および第三層３の厚みの合計が約１０μｍ（０．００５ｍｍ×２）となる３層構造のクラッド材（Ｎｉ／Ｃｕ／Ｎｉ）を作製した。
【００５３】
＜サンプルＮｏ．２９〜３２：参考例＞
［工程］
純Ｃｕ（９９．９Ｃｕ）により構成された０．２ｍｍの厚みのＣｕ板材を作製してサンプルＮｏ．２９を得た。Ｃｕ合金（Ｃｕ−０．１Ｚｒ）により構成された０．２ｍｍの厚みのＣｕ板材を作製してサンプルＮｏ．３０を得た。Ｃｕ合金（Ｃｕ−０．１Ｚｒ−０．０５Ｓｎ）により構成された０．２ｍｍの厚みのＣｕ板材を作製してサンプルＮｏ．３１を得た。Ｃｕ合金（Ｃｕ−０．９Ｃｒ−０．０９Ｚｒ）により構成された０．２ｍｍの厚みのＣｕ板材を作製してサンプルＮｏ．３２を得た。ここで言う「単板」とは、３層構造のクラッド材の第一層に相当し、第二層および第三層を有さない単一構造の板材を意味する。
【００５４】
以上のように作製したサンプルＮｏ．１〜２４およびサンプルＮｏ．２５〜３２について、熱伝導性、非磁性、機械的強さ、および溶接性を評価した。
【００５５】
＜熱伝導性＞
熱伝導性を評価するために、ＪＩＳ−Ｈ７８０１：２００５に準拠し、直径が１０ｍｍの円形平板状の試験片をサンプルから採取し、レーザフラッシュ法によりサンプルの熱伝導率を測定した。
【００５６】
＜非磁性＞
非磁性を評価するために、ＪＩＳ−Ｃ２５６５：１９９２に準拠し、一辺の長さが１０ｍｍの正方形状の試験片をサンプルから採取し、真空の透磁率（μ０）との比である比透磁率（μ／μ０）を測定した。
【００５７】
＜機械的強さ＞
機械的強さを評価するために、ＪＩＳ−２２４１：２０１１に準拠し、圧延方向が引張方向となるように試験片（１３Ａ号試験片に準拠）をサンプルから採取し、引張試験によりサンプルの引張強さを測定した。
【００５８】
＜溶接性＞
溶接性を評価するために、溶接継手を作製し、引張試験をした。具体的には、ＹＡＧレーザ溶接機（株式会社アマダミヤチ製のＭＬ−２０５０Ａ）を用いて、ビーム径０．４ｍｍ、溶接速度１０ｍ／ｍｉｎ、溶接長さ０．１ｍｍの条件で、オーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４）からなるＳＵＳ板材を溶接相手材として溶接継手を作製した。
例えば、３層構造のクラッド材２０の場合は、図３に示すように、サンプル（クラッド材２０）から採取した試験片Ｓを溶接相手材４に重ねた状態でレーザ照射をし、溶接相手材４を図３に示す矢印と直交する方向に約８ｍｍの間隔で設けた二箇所の溶接部５（溶接部５ａ、５ｂ）によって試験片Ｓに溶接した。溶接後、試験片Ｓおよび溶接相手材４の各々に図３に矢印で示す方向の引張力を作用させて、溶接部５（溶接部５ａ、５ｂ）に剪断方向の荷重を加える引張試験をすることにより、溶接性（溶接強度）を評価した。
【００５９】
溶接性の度合いは、溶接相手材と同じＳＵＳ板材を用いた溶接継手が溶接部５以外で破断したときの引張力（６５Ｎ）を基準値Ｆ１とし、溶接相手材とサンプルＮｏ．１〜３２を用いたそれぞれの溶接継手が溶接部５以外で破断したときの引張力を評価値Ｆ２とするとき、Ｆ２／Ｆ１×１００（％）により求まる値Ｆｘが８０％以上であった場合を、溶接性があるとして「〇」と表記することにした。また、Ｆｘが８０％未満であった場合を、溶接性がないとして「×」と表記することにした。
【００６０】
表１に、各々のサンプルの材質、厚みをまとめた。表２に、各々のサンプルの熱伝導率、比透磁率（μ／μ０）、引張強さ、および溶接性をまとめた。
【００６１】
【表１】
0006958760.tif 000002
【００６２】
【表２】
0006958760.tif 000003
【００６３】
表１および表２に示す通り、本実施形態の例であるサンプルＮｏ．１〜２４は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を用いなくても、放熱部材に求められる熱伝導性（熱伝導率）、非磁性（比透磁率）、機械的強さ（引張強さ）、および溶接性を示すことが確認できた。また、以下の観点でサンプルＮｏ．１〜２４は有用であることが確認できた。
【００６４】
（１）サンプルＮｏ．１〜３、４〜６、７〜９、１３〜１５、１６〜１８および１９〜２１は、比透磁率（μ／μ０）が１．００１以下の非磁性および良好な溶接性を確保しつつ、ＳＵＳ層を用いた３層構造のクラッド材（サンプルＮｏ．２５）よりも、好ましい熱伝導性（熱伝導率）を示した。具体的には、サンプルＮｏ．１〜３、４〜６、７〜９、１３〜１５、１６〜１８および１９〜２１は、３００Ｗ／（ｍＫ）以上の熱伝導率を示し、サンプルＮｏ．２５の２８５Ｗ／（ｍＫ）よりも大きい熱伝導率を有することが確認できた。なお、サンプルＮｏ．１〜３、４〜６、７〜９、１３〜１５、１６〜１８および１９〜２１は、特許文献１の構成であるサンプルＮｏ．２５よりも高い熱伝導率を示した。また、サンプルＮｏ．１〜３、４〜６、１３〜１５および１６〜１８は、サンプルＮｏ．２５よりも高い引張強さを示した。また、サンプルＮｏ．１０〜１２、２２〜２４は、サンプルＮｏ．２５と比較して、同程度の熱伝導率を示しつつも、サンプルＮｏ．２５よりも高い引張強さを示した。
【００６５】
（２）サンプルＮｏ．１〜３、４〜６、１０〜１２、１３〜１５、１６〜１８および２２〜２４は、比透磁率（μ／μ０）が１．００１以下の非磁性および良好な溶接性を確保しつつ、ＳＵＳ層を用いた３層構造のクラッド材（サンプルＮｏ．２５）よりも、好ましい機械的強さ（引張強さ）を示した。具体的には、サンプルＮｏ．１〜３、４〜６、１０〜１２、１３〜１５、１６〜１８および２２〜２４は、４５０ＭＰａ以上の引張強さを示し、サンプルＮｏ．２５の４３２ＭＰａよりも大きい引張強さを有することが確認できた。特に、サンプルＮｏ．１〜３、１０〜１２および２２〜２４は、５５０ＭＰａ以上のより好ましい引張強さを有し、サンプルＮｏ．１０〜１２および２２〜２４は、６００ＭＰａ以上の十分な引張強さを有することが確認できた。
【００６６】
本出願は、2020年2月17日出願の日本特許出願（特願2020-24237）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、オーステナイト系ステンレス鋼からなる層（ＳＵＳ層）を用いることなく放熱部材に好適な特性を有するクラッド材が提供される。
【符号の説明】
【００６８】
１  第一層
２  第二層
３  第三層
４  溶接相手材
５  溶接部
１０  クラッド材
２０  クラッド材
Ｓ  試験片
【要約】
クラッド材は、純銅、または、Ｃｕを９５．０質量％以上で含む第一Ｃｕ合金により構成された第一層（１）と、第一層（１）の少なくとも一方の面に１μｍ以上の厚みで接合され、Ｎｉを５．０質量％以上４５．０質量％以下で含むＣｕ−Ｎｉ合金である第二Ｃｕ合金により構成された第二層（２）と、を有し、比透磁率が１．００１以下である。【図１】
0006958760.tif 000004
【図２】
0006958760.tif 000005
【図３】
0006958760.tif 000006