JP2007075863A - はんだの圧延方法およびはんだ用圧延機 - Google Patents

Abstract

【課題】フォームはんだを作製する過程において、所定の厚さのはんだ材を得るためにはんだを圧延機で圧延するが、その際、圧延機のロールに付着していた酸化粉がはんだ材表面に移って付着する。該はんだ材で作製したフォームはんだではんだ付けすると、はんだの濡れ広がりが充分とはならない。
【解決手段】本発明は、酸化粉が付着した圧延機のロール表面を押圧装置に取り付けた払拭材で払拭しながら圧延を行う圧延方法である。また本発明の圧延機は、ロールの酸化粉を除去する押圧装置の押合う部分がエアーシリンダや長ネジ、バネ等であり、該押圧装置に払拭材が取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、はんだ、特にSn主成分の鉛フリーはんだを圧延加工するに適した圧延方法および圧延機に関する。

一般に、はんだの種類としては、ワイヤー状はんだ、ソルダペースト、フォームはんだがある。

ワイヤ状はんだとしては、ヤニの入ったヤニ入り線はんだとヤニのない線はんだがある。これらワイヤー状はんだの製造は、はんだのビレットを押出機で太い線径の所謂原線に押出し、該原線を伸線機で所望の線径まで伸線する。

ソルダペーストは、フラックスと粉状はんだを混練してペースト状にしたものである。該ソルダペーストに用いる粉状はんだの製造は、溶融はんだをノズルから滴下させるとともに、滴下する溶融はんだに圧縮空気を吹き付けて微細化し、それを大きなホッパー内で冷却して粉状化する。

フォームはんだは、円板状、矩形、ワッシャー状、額縁状、等はんだ付け部に適合した各種の形状のものである。フォームはんだは、全て薄い板状であるため、この製造は長尺の帯状はんだ材を所定の形状となった金型でプレスにより打ち抜く。

フォームはんだの原材料となる帯状はんだ材の製造は、先ずはんだビレットを押出機で押し出して、断面矩形の長尺のはんだ材を作り、次に該はんだ材を圧延機で所定の厚さまで圧延する。そして所定の厚さまで圧延したはんだ材をプレスで打ち抜いてフォームはんだに形成する。

はんだを圧延する圧延機としては、鉄鋼材料を圧延するような大きなロールを有するものでなく、小型の圧延機、つまりロールの直径が３００mm以内のものである。

一般に圧延機で金属材料を圧延すると、ロール表面に金属粉が付着する。この現象は、回転する一対のロール間に金属材料が通過するときにロールの回転する周速度と金属材料の通過速度が相違するため、ロールが金属材料を擦って金属粉を発生させるようになる。鉄鋼の圧延では鉄粉が発生し、ロールの表面に付着すると、ロールに付着した鉄粉が圧延した鉄板表面を傷付けてしまう。そこで従来より、鉄鋼用の圧延機には、ロールに付着した鉄粉を除去するためのワイパを設置することが行われていた（特許文献１）。

鉄鋼用の圧延機では、硬い鉄鋼材料を圧延しなければならないため、鉄鋼材料とロール間には強い押圧力がかかる。そのため鉄鋼用の圧延機のロールには鉄粉が強い力で押し付けられて強固に付着する。特許文献１ではロールに強固に付着した鉄粉を除去するために、ワイパに取り付けた軟質材でロールを傷付けないように削り取るようにしている。そのため特許文献１のワイパは、断面がナイフエッジとなっており、この鋭利な部分でロールに強固に付着した鉄粉を削り取るようにしている。

ところではんだ材を圧延するときにも、はんだ粉が圧延機のロールに付着する。ロールに付着したはんだ粉は、ロールで擦られ、摩擦熱で温度が上がるため、酸化して酸化粉となる。ロールに付着した酸化粉は、圧延時に鉄鋼に付着した鉄粉と異なり、ロールから剥がれやすいため、圧延中のはんだ材に付着する。酸化粉がはんだ材に付着する状態は、軟らかいはんだの表面に埋没したようになっている。そしてはんだ材表面に埋没した酸化粉は、最終製品であるペレットやワッシャーの表面にも残ってしまう。

フォームはんだの表面に圧延時の酸化粉が付着した場合、従来のPb-Snはんだのフォームはんだでは問題になるほどの濡れ性の低下はなく、フォームはんだの表面に酸化粉が付着していても表面の光沢が多少なくなる程度であった。従って、Pb-Snはんだを圧延する場合は、圧延作業の前後にロールを止めてロールに付着した酸化粉を作業者が拭き取る程度で充分であった。しかしながら鉛フリーはんだは、それ自体がPb-Snはんだよりも濡れ性が悪いため、フォームはんだの表面に酸化粉が少しでも付着すると濡れ性に大いに影響するものである。
特開平５−１５４５１７号公報

そこでロールに付着した酸化粉を除去すれば、圧延中のはんだ材に酸化粉が付着しないことは分かっており、作業中に作業者がロールをウエスで拭き取ることも考えられるが、ロールが回転しているときにロールの拭き取り作業を行うと、ウエスがロール間に巻き込まれて非常に危険となる。そこでロールに酸化粉が付着した頃合を見はからって、圧延作業を一旦停止してからロールの拭き取り作業を行えばよいが、圧延中にロールを止めると、はんだ材にロールの痕跡が残ったり、停止後に再起動させるとはんだ材を挟んだ状態のロールに無理な力がかかって圧延機を故障させたりする。

またロールに付着した酸化物を除去するために特許文献１のようなワイパを用いることも考えられるが、該ワイパではロールに付着した酸化物を完全に除去できなかった。なぜならば特許文献１は、鉄鋼の圧延機用のワイパであり、鉄鋼の圧延時にロールと鉄鋼材に強い押圧力でロールに強固に付着した鉄粉をワイパのナイフエッジ先端で削り取るようにするからである。しかるにはんだ用圧延機のロールに付着した酸化物をナイフエッジのワイパで除去しようとすると、ワイパがロールと接する部分が線状であり、該ワイパのナイフエッジに少しでも凹凸があると、凹み部分がロールと接触しなくなって、この部分では酸化粉が除去されずに残ってしまい、圧延中のはんだ材に付着してしまう。

本発明者らは、はんだ用圧延機のロールに付着した酸化粉は軟らかいもので拭き取ると除去しやすいこと、そして軟質の払拭材がロールと接する面積を大きくすれば、さらに除去しやすくなること、等に着目して本発明を完成させた。

本発明は、圧延機のロールと略同一円弧の凹面を有し、しかもロールの円周方向に対して幅広となった軟質の払拭材で圧延機のロール表面を押圧して、ロール表面に付着したはんだの酸化粉を該払拭材で払拭しながら帯状のはんだ材を圧延することを特徴とするはんだの圧延方法である。

またもう一つの本発明は、押圧力を調整できる押圧装置の端部には圧延機のロールと略同一円弧の凹面を有し、しかもロールの円周方向に対して幅広となった軟質の払拭材が取り付けられているとともに、該払拭材は圧延機のロール表面を押圧してロールに付着したはんだの酸化粉を払拭可能となっていることを特徴とするはんだの圧延機である。

本発明よれば、圧延機のロールに付着した酸化粉を完全に除去できるため、圧延中の帯状はんだ材に酸化粉が付着せず、その結果、最終製品となるフォームはんだの表面にも酸化粉が残らない。また本発明では、常時一定の押圧力でロールに対して払拭材を押し当てることができるため、ロール表面を清浄な状態ではんだを圧延できる。従って、本発明によって得られたフォームはんだは、表面に酸化粉が付着してなく、該フォームはんだでワークのはんだ付けを行えば、溶融はんだがはんだ付け部に充分に濡れ広がって信頼あるはんだ付け部が形成できるという従来にない優れた効果を奏するものである。

本発明に用いる払拭材は、ロールを傷付けることなくロールに付着した酸化粉をきれいに払拭できるものであれば如何なる材料でも使用可能である。例えば、フェルト、ラシャ、綿布、耐水紙、合成繊維、樹脂、ゴム、等の軟質材料からなるものである。払拭材料は、或る程度の巾、即ちロールの円周方向に対する長さが必要である。本発明に使用して好適な払拭材の巾は、ロール周長の１０〜５０％である。つまり払拭材の巾がロール周長の１０％よりも小さいとロールと接する面積が小さくなるため、払拭効果が充分でない。しかるに該巾は大きければ大きいほど払拭効果がより充分となるが、ロールの片側サイドのみに押圧装置を設置した場合には、払拭材の幅が２５％よりも大きくなると、払拭材がロールに巻き込まれたり、はんだ材の通過の妨げとなったりする。このような圧延作業スペースや押圧装置取付スペースの点で払拭材の巾が制限され、払拭に充分な面積を確保できない場合には、払拭材の押圧装置を複数、例えば圧延機ロールの両サイド（圧延材の入口側と出口側）に設置し、払拭面積を確保すれば良い。従って、ロールの両サイドに押圧装置を設置した場合の払拭材の巾の上限はロール周長の５０％となる。

本発明に使用する払拭材は、ロールに付着した酸化粉を削り取るのではなく払拭材で拭き取ることにより払拭材に付着させてるものである。そのため払拭材に酸化物が大量に付着すると、払拭効果がなくなるので、そのときには適宜新しい払拭材と交換する。

本発明の圧延機に設置する押圧装置とは、押圧する部分に取り付けた払拭材を一定の押圧力でロールに押し当てるものである。本発明に使用して好適な押圧する部分としては、エアーシリンダ、圧縮バネ、長ネジがある。エアーシリンダは、シリンダへの空気の供給状態により押圧力を如何様にも調整できる。圧縮バネは、ロールに対して常に一定の押圧力をかけられるが、押圧力の調整はしにくいし、また長ネジはその都度の押圧力調整はできるが、払拭材が圧縮されて弾性がなくなっても、それに追従しにくい。そこで圧縮バネと長ネジを組み合わせれば、両者の長所を生かせるようになる。

また本発明の圧延機において、該圧延機付帯の押圧装置はロールへの接触効率を高めるためロールの位置に追従するように払拭材を押圧する凹面部が首振り自在となっている。

以下図面に基づいて本発明の圧延機を説明する。図１は本発明はんだ用圧延機の正面断面図、図２は図１の圧延機に設置する払拭装置の斜視図、図３は他の実施例の正面断面図、図４はさらに他の実施例の正面断面図である。

先ず、図１の実施例について説明する。圧延機には上下部に一対のロール１、２が設置されており、これらのロールは図に示すように相反する方向に回転している。帯状のはんだ材３はロール１、２間に挿入され、矢印Aのように走行する。一対のロール１、２間は、はんだ材３の厚さよりも狭くなっており、はんだ材３はロール１、２間を通過するときに圧延されて厚さが薄くなる。

それぞれのロール１、２の横方には、押圧装置４、４が設置されている。図１、２に示す押圧装置は、枠体５、エアーシリンダ６、ガイド７、保持体８、払拭材９から構成されている。

枠体５は、断面コ字型であり、底面となるところにエアーシリンダ６が配置されている。エアーシリンダ６内にはピストン１０が矢印Bのように往復動可能に置かれている。エアーシリンダ６には、ピストン１０を挟んで両側に外部と通じた吸排口１１、１２が取り付けられている。これらの吸排口は図示しない圧縮空気供給源に接続されている。

ピストン１０には、摺動棒１３が固定されており、該摺動棒の他端はガイド７の一側に固定されている。ガイド７は枠体５の内側に沿って移動可能となっていて、後述連結棒を介して取り付けられた払拭材を位置ずれすることなくロールに押し付けるようになっている。ガイド７の他側には二本の連結棒１４、１４が固定されており、該連結棒は保持体８に首振り自在に設置されている。保持体８の首振り自在とは、保持体８に取り付けた払拭材９がロール１に対して前面が常に均一に接触するように上下部がロール方向に出入する状態（矢印X、Y）である。

保持体８は、凹面となっており、該保持体には、払拭材９が取り付けられている。保持体８はロール１、２の円弧と同一の凹面となっていなくても保持体に取り付けた払拭材がロールの円弧と略同一円弧の凹面となればよい。なぜならば払拭材９は軟質材であるため、保持体に取り付けてロール１に押し当てると、ロールになじんでロールの周面と略同一円弧の凹面となるからである。このように払拭材がロールの円弧と略同一円弧の凹面になれば、払拭材がロールに接する面積が広くなって、ロールに付着した酸化粉を効率よく除去する。図２の符号１５、１５は枠体５の両側に固定された取付片であり、払拭装置を圧延機の図示しない本体にネジで取り付けるためのものである。

次に上記構造を有する圧延機において、圧延機のロールに付着した酸化粉の除去方法について説明する。

シリンダ６の図中右側の吸排口１２に図示しない圧縮空気供給源から圧縮空気を送り込む。するとピストン１０が図１の図中左方に移動し、ピストン１０に固定されたガイド７を介して保持体８も左方に移動する。該保持体には払拭材９が取り付けられているため、払拭材９はロール１に押し付けられて、ロール１に付着している酸化粉を払拭除去する。このとき払拭材９は、ロール１の円弧と略同一円弧の凹面となっているため、ロールに密着し効率よく酸化粉を除去するようになる。払拭材９をロール１に押し付ける押圧力は、エアーシリンダ６に送る圧縮空気の供給状態で調整する。この圧縮空気の供給状態は、吸排口１２と圧縮空気供給源間に設置された図示しないレギュレータで行う。このようにしてロール表面に付着した酸化粉を払拭しながら圧延を行い、一定時間、或いははんだ材の一定長の圧延を行って、払拭材に多量の酸化粉が付着したならば、エアーシリンダ６のもう一方の吸排口１１に圧縮空気を送り込み、ピストン１０を図１の図中右方に移動させ、払拭材９をロール１から外して新しい払拭材と交換する。

続いて図３の他の実施例について説明する。図３の圧延機は、払拭材を押圧する部分として長ネジを用いたものである。ここでは図１と同一部分は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。枠体５の一側には牝ネジ１６が螺設されており、該牝ネジには一端にクランプ１７を取り付けた長ネジ１８が螺入されている。長ネジ１８の他端には、ガイド７が取り付けられている。この長ネジ１８とガイド７の取付状態は、長ネジ１８はガイド７に対して回動自在であるが、離れない状態、即ちガイドは長ネジの移動に伴って移動するようになっている。ガイド７と保持体８とは、連結棒１４で首振り自在に連結されており、保持体８には払拭材９が取り付けられている。図３の圧延機では、払拭材のロールへの押圧状態は、長ネジの螺入状態で調節するものである。

さらに続いて図４のさらに他の実施例について説明する。図４の圧延機は、払拭材を押圧する部分としてバネと長ネジを用いたものである。同様にして図１と同一部分は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。枠体５の一側には牝ネジ１６が螺設されており、該牝ネジには一端にクランプ１７を取り付けた長ネジ１８が螺入されている。長ネジ１８の他端は、押圧板１９と接した状態となっている。押圧板１９の先方にはガイド７が配設されており、押圧板１９とガイド７間には圧縮バネ２０が設置されている。ガイド７と保持体８とは、連結棒１４で首振り自在に連結されており、保持体８には払拭材９が取り付けられている。図４の圧延機では、払拭材のロールへの押圧状態は、長ネジの螺入状態とバネで調節するものである。

ここで本発明の圧延方法で得られたフォームはんだ（払拭済みフォームはんだという）とロール表面の酸化粉を払拭しないで得られたフォームはんだ（未払拭フォームはんだという）における特性を表１に示す。

表１の説明
※１：表面酸化膜の厚さ
分析装置：XPS
分析内容：イオンスパッタリング法による深さ方向分析
※２：濡れ広がり性
はんだペレットを基板（ニッケルメッキを施した銅基板）上に載せ、水素窒素混合ガス雰囲気中にてリフローする（230℃以上3分間、ピーク温度280℃、総リフロー時間15分間）。リフロー前のペレットの面積に対するリフロー後のはんだの濡れ面積比を算出。
※３：変色
大気雰囲気中でフォームはんだのリフロー後に、はんだの表面が黄色に変色（黄変）しているか、否か、を観察する。黄変した場合は、外観が悪くなるため商品価値が下がる。

表１で分かるように、払拭済みフォームはんだは、表面の酸化粉の付着が少なく、広がり試験においても充分な濡れ広がりを呈するものであり、また黄変もなかった。一方、未払拭フォームはんだは表面に酸化粉が多く付着していて、濡れ広がりも悪く、しかも黄変が見られた。

本発明は、はんだ材を圧延するのに適したものであるが、はんだ材ばかりでなく軟質材、例えばフューズ、錫箔、鉛箔のような材料の圧延にも適応できるものである。はんだ材では、圧延時に付着する酸化粉が問題となったが、他の軟質材では最終製品になったときに表面に残った金属粉による表面の色艶や傷等が問題となる。

本発明のはんだ用圧延機の正面断面図 本発明のはんだ用圧延機に設置する押圧装置の斜視図 本発明のはんだ用圧延機の他の実施例の正面断面図 本発明のはんだ用圧延機のさらに他の実施例の正面断面図

符号の説明

１、２ ロール
３ はんだ材
４ 押圧装置
６ エアーシリンダ
９ 払拭材

Claims (7)

1. 圧延機のロールと略同一円弧の凹面を有し、しかもロールの円周方向に対して幅広となった軟質の払拭材で圧延機のロール表面を押圧して、ロール表面に付着したはんだの酸化粉を該払拭材で払拭しながら帯状のはんだ材を圧延することを特徴とするはんだの圧延方法。
2. 押圧力を調整できる押圧装置の端部には圧延機のロールと略同一円弧の凹面を有し、しかもロールの円周方向に対して幅広となった軟質の払拭材が取り付けられているとともに、該払拭材は圧延機のロール表面を押圧してロールに付着したはんだの酸化粉を払拭可能となっていることを特徴とするはんだの圧延機。
3. 前記凹面の払拭材は、ロールの円周方向に対する幅がロール周長の１０〜５０％であることを特徴とする請求項２記載のはんだ用圧延機。
4. 前記押圧装置は、圧延機のロールの位置に追従するように、払拭材を押圧する凹面部が首振り自在となっていることを特徴とする請求項２記載のはんだ用圧延機。
5. 前記押圧装置において、払拭材をロール表面に押圧する部分はエアーシリンダであることを特徴とする請求項２〜４記載のはんだ用圧延機。
6. 前記押圧装置において、払拭材をロール表面に押圧する部分は長ネジであることを特徴とする請求項２〜４記載のはんだ用圧延機。
7. 前記押圧装置において、払拭材をロール表面に押圧する部分はバネであることを特徴とする請求項２〜４記載のはんだ用圧延機。
   
   
   
   

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