JP2010184263A - 異形断面材の端部矯正方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】両端部にフランジを有する異形断面材を、形作ったフランジ部の端面が平滑になるように、かつフランジ下方立上がり部のコーナーＲが極力小さくなるように簡便に矯正する。
【解決手段】両端部にフランジを有する異形断面材を、ロール中央部の間隔を板厚以上に、ロール両端部の間隔をロール中央部の間隔よりも小さくした上下一対の水平ロール間を通し、異形断面材の中央部に圧下力を加えず、異形断面材の両端部に集中して圧下力を加えることにより、異形断面材端部の材料を流動させ、フランジ端部を平坦化すると同時に、フランジ立上がり部のコーナーＲを小さくする。
【選択図】図６

Description

本発明は、両端部にフランジを有する異形断面材の端部フランジ部を矯正する方法及びそのための装置に関する。

板幅方向に一個又は複数個の同一断面形状を有する中央側厚肉部分及び両端に位置する端部厚肉部分と薄肉部分とがそれぞれ段差部を介して連続せしめられた異形断面材は、例えばベアリングリテーナやリードフレーム等に広く利用されている。
そして、このような異形断面材を製造する方法として、表面に所望形状の溝部や凸条部を設けた溝付きロールや凸条付きロールを用い、ロール成形する方法が各種提案されている。
従来のロール成形法で異形断面条を製造するとき、厚肉部と薄肉部との間に、それぞれの傾斜角度が大きく異なる段差部が形成され易い。各厚肉部は、溝付きロールや凸条付きロールの凹部深さに一致せず、それぞれに板厚が異なったものとなっていた。

本出願人も、上記のような問題を解消すべく、各厚肉部におけるメタルフローが均一化されるようにプロフィールを設計した凸条付きロールを使用することにより、各厚肉部に肉不足を生じることなく、且つ段差部の傾斜角度が一定した形状精度の良好な異形断面条を得る方法を、特許文献１，２等で提案してきた。
そして、所定形状の溝や凸部が形成されたプロフィールのロールを用いて金属板材をロール成形することにより、ロールプロフィールに対応する断面形状に成形した異形断面板材を得た後、所定幅条にスリットされ、ベアリングリテーナやリードフレーム等の各種用途に供されている。

上記のような方法で精度良く成形した後、スリットし、両端エッジ部に所定のコーナーＲを付した、図１に示すような異形断面材は、ベアリングリテーナ等に好適に用いられている。
しかしながら、昨今の各部材の強度アップによる軽量化要求から、ベアリングリテーナ用異形断面材の高強度化が望まれている。素材そのものの高強度化はコストに大きく跳ね返るため、異形断面材の形状の変更により高強度化を図っている。
例えば、図２に示すように、両端部にフランジを有し、板厚方向の両面に凹部及び凸部が形成されて断面をＭ字型に成形したものが提案されている。両端部のフランジにより高強度化を図ったものである。

このような断面Ｍ字型の異形断面材の製造方法として、両端のフランジ部を曲げ加工により成形を行うことが想定されるが、フランジの高さが低い場合には、フランジの成形は困難である。また、フランジの高さが高い場合には、所望形状の成形は比較的容易であるが、その後にフランジ高さを調整するための加工工程が増加するとともに、作業負担が大きくなり、生産性が劣る。
そこで、四方ロール圧延を行うこととした。しかし、フラットな金属板からダイレクトに四方ロール圧延を行うと、フランジ部を形成するためのロール切り欠き溝への材料供給が十分に行えないため、安定したフランジの成形が行えない。

本発明者らは、フランジの成形が十分に行えるように、すなわち両端フランジ部に材料が入り易くするための手段について、特許文献３で提案した。
すなわち、平坦な素材板を、図３に示すように、所定プロフィールに整えられた上下一対の水平ロールとフラットな左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を通して、両端にフランジを有する異形断面材を製造する際に、予め、素材板に所定の予備加工を付与する第一及び第二の予備成形を行うことによって、両端にフランジ形成側に反った部位を形成して、当該反り部位を形成するフランジ部へ流入させることにより、結果として、両端にフランジを形成した異形断面材を低コストで製造しようとするものである。

特開平６−３２８１５３号公報 特開平８−１５５５７６号公報 特願２００７−２２５９２８号

上記特許文献３で提案した方法により、両端に形成するフランジ部への材料流入を円滑に行わせることができるため、所定高さのフランジを有する異形断面材を安定的に製造することが可能になる。そして、当該方法で提供される異形断面材は、高く、かつ高さが一定なフランジ部を有しているため、高い強度を安定的に発現する点では有意義なものとなっている。
しかしながら、上記特許文献で提案された方法で提供される異形断面材を、従前と同様に円筒状に曲げ加工してベアリングリテーナに適用しようとするとき、依然として問題点が残っている。

すなわち、当該異形断面材を円筒状に曲げ加工してベアリングリテーナを作製する場合、フランジ先端部が平滑でないため、曲げ加工時にフランジ先端から心金へ作用する力が不均一となり、高精度な円筒形状を確保できなかったり、円筒形状に加工後、フランジの先端部に軸に接触してベアリングリテーナの円滑なる回転を妨げてしまう。また、フランジ部の側面（高さ方向の面）が必ずしも広くないために、ベアリングリテーナの荷重受け部の面積が必ずしも広くなっておらず、十分な荷重を受けることができない。
このような問題点を解消するためには、フランジ部の端面を平滑にすること、及びフランジ部を形作る際、フランジ下方立上がり部のコーナーＲを極力小さくすることが必要となる。

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、両端部にフランジを有する異形断面材を、形作ったフランジ部の端面が平滑になるように、かつフランジ下方立上がり部のコーナーＲが極力小さくなるように簡便に矯正することを目的とする。

本発明の異形断面材の端部矯正方法は、その目的を達成するため、両端部にフランジを有する異形断面材を、ロール中央部の間隔を前記異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を前記異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロール間を通すことを特徴とする。
ロール中央部の間隔を前記異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔をロール中央部の間隔前記異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロール間と、当該水平ロールに隣接配置した平滑な左右一対の垂直ロール間を通しても良い。
いずれの方法で矯正しても、その後に、溝付きのサイドロールにより、左右から幅方向に圧下力を加えることが好ましい。

本発明の異形断面材の端部矯正装置は、ロール中央部の間隔を被矯正異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を被矯正異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロールを配置していることを特徴とする。
そして、上記上下一対の水平ロールの下ロールは被矯正異形断面材の下面のプロフィールを有するとともに、被矯正異形断面材の下面部に当接する面とフランジ部に当接する面のコーナーＲを極力小さくしていることが好ましい。また、上下一対の水平ロールの上ロールは、被矯正異形断面材のフランジ部を収容する溝を有するとともに、前記溝の底部コーナーＲを極力小さくしていることが好ましい。

本発明の異形断面材の端部矯正装置は、また、ロール中央部の間隔を被矯正異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を被矯正異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロールと、当該水平ロールに隣接して、平滑な左右一対の垂直ロールを配置した四方圧延機からなるものであっても良い。
この装置にあっては、上記上下一対の水平ロールの下ロールは、被矯正異形断面材の下面のプロフィールを有しており、上ロールは、側端部に被矯正異形断面材のフランジ部を収容する切り欠き溝を有しているものとすることが好ましい。
上記いずれの装置であっても、その下流に、溝付きのサイドロールを左右一対に配設することが好ましい。

本発明による両端部にフランジを有する異形断面材の矯正では、上下ロール中央間の隙間を異形断面材中央部の板厚以上に設定し、ロール両端部の間隔を異形断面材両端部の板厚よりも小さくすることにより、異形断面材の中央部に圧下力を加えず、異形断面材の両端部に集中して圧下力を加えることにより、異形断面材端部の材料を流動させ、フランジ端部を平坦化することができると同時に、フランジ立上がり部のコーナーＲを極力小さくすることができる。
したがって、本発明技術の採用により、ベアリングリテーナ等の用途に用いられる両端部にフランジを有する異形断面材を高性能かつ低コストで提供できることになる。

一般的な異形断面材の形状を説明する図 本発明矯正方法を適用する異形断面材の形状を説明する断面図 ４方向ロール圧延の概略を説明する図 ４方向ロール圧延時の材料断面変化の状況を説明する図 圧延ロールによる一般的な矯正態様を説明する図 圧延ロールを用いた本発明の矯正態様を説明する図 ４方向圧延ロールを用いた本発明の他の矯正態様を説明する図 サイドロールを付加的に使用して矯正する態様を説明する図 本発明方法で異形断面材を製造するための装置の配置状況を説明する図 実施例で作製した異形断面材の形状を説明する断面図 本発明の矯正方法よる矯正効果を説明する図、(ａ)矯正前、(ｂ)矯正後

前記したように本発明者等は、両端部にフランジを有する異形断面材を、寸法精度良く低コストで製造する方法を提案した。この方法で提供される異形断面材は、高さが一定なフランジ部を有しているため、高い強度を安定的に発現する点では有意義なものとなっている。しかしながら、フランジ部の端面を平滑にすること、及びフランジの下方立上がり部のコーナーＲを極力小さくすることが必要となる。
そこで、一旦成形した異形断面材の、前記フランジ部端面及び立上がり部のコーナーＲを極力小さくすべく矯正方法を検討した。

まず、前記特許文献３で提案した異形断面材の製造方法を為す際に、４方向ロール圧延時の素材板材の断面形状変化を観察した。
その結果、図４に示すように、圧下量が増えることに伴うフランジ部の成形は、曲げ加工とロールカリバーへの材料の押し込みとの複合成形によって進行する、と推測した。同図中、Ａ，Ｂで示される素材端面のコーナーの内、Ｂはフランジの側面となってしまっている。
そして、フランジ端面の平滑化及びコーナー部のシャープ化には、図４（ｆ）中、Ｃ，Ｄで示す材料充填困難部へ材料が流動し易くする手段を見出すことが必要である。

材料を流動させる手段として、板厚を減少させることが挙げられる。
図５に示すように、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロール間を通して全体的に圧下し、矯正する方法が考えられる。この方法でも端面の平滑化とコーナー寸法の縮小化は可能であるが、高い圧下力を必要とするばかりか、水平ロールの厳密なロールプロフィール管理が必要となる。
そこで、全体的に圧下するのではなく、側端部のみを圧下することを試みた。

すなわち、被矯正異形材の下面のプロフィールを有する下ロールと、略被矯正異形材の上面のプロフィールを有する上ロールを用い、ロール中央部の間隔を被矯正異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を被矯正異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロールを使用した（図６参照）。
このような水平ロール間を通すことにより異形断面材の両端部のみを圧下することになり、比較的低い圧下力でもその両側部材料のみを流動させることができるので、フランジ部を優先的に矯正することができる。

異形断面材の両側部材料のみを流動させ、フランジ部を優先的に矯正するためには、図６中Ｒ₁で示される被矯正異形断面材の下面部に当接する面とフランジ部に当接する面のコーナーＲを極力小さくした下ロール、及び図６中Ｒ₅及びＲ₆で示される被矯正異形断面材のフランジ部を収容する溝の底部コーナーＲを極力小さくした上ロールを用いることが好ましい。
このようなロールプロフィールに沿って、フランジ部端面が平坦化され、フランジ立上がり部がシャープ化された異形断面材が得られる。

上記態様では、矯正に上下一対の水平ロールを用いたが、異形断面材の成形の際に用いたものと同種の４方向ロール圧延機を用いてもよい。
この場合にも、被矯正異形断面材の下面のプロフィールを有する下ロールと、略被矯正異形断面材の上面のプロフィールを有する上ロールを用い、ロール中央部の間隔を被矯正異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を被矯正異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロールを使用することになる。併せて、当該水平ロールに隣接して、平滑な左右一対の垂直ロールを配置する（図７参照）。

４方向ロール圧延機を用いる場合、異形断面材のフランジ立上がり部のシャープ化は、水平ロールと垂直ロールの接触部で為されるので、下ロールのコーナーＲを考慮する必要はない。
また、上ロールには、その側端部に、垂直ロールの平滑な面との間で被矯正異形断面材のフランジ部を収容する切り欠き溝を設ける。フランジ部端面の平滑度を増すには、切り欠き溝底部のコーナーＲを極力小さくすることが好ましい。
なお、異形断面材のフランジ部を、その高さが若干高くなるように変形することもできる。この場合には、上ロールに形成する切り欠き溝の、圧下面からの深さを深くすれば良い。

２方向ロール、或いは４方向ロールの使用にかかわらず、矯正精度をさらに高めるには、当該ロールの下流に、溝付きのサイドロールを左右一対に配設することが好ましい（図８参照）。
サイドロールの溝底面を平坦にし、かつ溝を形作る壁面と底面との角度（図中α）を極力０度に近づければ、フランジ立上がり部がシャープになり、フランジ部端面の平滑度は増すことになる。

上記で説明したような異形断面材の矯正装置は、先に提案した特許文献３に記載の装置の下流に設置し、適宜形状にロール成形した異形断面材の矯正を行うことが好ましい。
すなわち、略Ｖ字溝を有する左右のサイドロールを備えた第一予備成形機と、両端に凸部を設けた上ロールと前記凸部間の間隔よりも狭い幅の上部平坦部を有する凸部を中央に設けた下ロールを備えた第二予備成形機と、所定の断面形状に応じたプロフィールとした上下一対の水平ロールと平滑な左右一対の垂直ロールとを隣接配置した４方向ロール圧延機を直列配置した装置の下流に本発明矯正装置を設置することが好ましい。

現実的には、所望幅にスリットされた金属コイルを素材とし、所望の断面形状に成形された後、ベアリングリテーナ等に加工される工程に搬送されるために巻き取られるので、
図９に示されるような態様で各装置が配置されていることが好ましい。ペイオフリール１と巻取りリール２の間に前記第一及び第二の予備成形を行う予備成形機３，４と４方向ロール圧延可能な圧延機５を、さらにその下流に断面矯正ロールスタンド６及び端部フランジ矯正サイドロールスタンド７、キャンバー矯正ロールスタンド８を付設することが好ましい。なお、図９中、９はガイドロールである。

素材として板厚０．９５ｍｍ、板幅２８ｍｍのＳＰＣＣ材を用いて、特許文献３で提案した方法により図１０に示す形状の異形断面材を試作した。
異形断面試作材の側部のフランジ部の端面形状及び立上がり部の形状は、図１１（ａ）に示す通りであった。
そこで、図６で示す上下一対の水平ロールからなる矯正装置を通した。この際、中央部のクリアランスを０．９５ｍｍ、両端部のクリアランスを０．６８ｍｍとし、図中のコーナーＲを、Ｒ₁，Ｒ₂＝０．２ｍｍ、Ｒ₃＝０．２５ｍｍ、Ｒ₄，Ｒ₅，Ｒ₆＝０．２ｍｍ、さらに図中のｈ＝１．２０ｍｍ、ｗ＝０．８７ｍｍとした水平ロールを用い、異形断面材側方部の圧下率が２．９％になるような圧下力で通板した。
通板後の異形断面材のフランジ部端面形状及び立上がり部の形状を調べてみると、図１１（ｂ）に示す通りになっていた。確実に矯正されていることがわかる

Claims (10)

1. 両端部にフランジを有する異形断面材を、ロール中央部の間隔を前記異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を前記異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロール間を通すことを特徴とする異形断面材の端部矯正方法。
2. 上下一対の水平ロール間を通した後、溝付きのサイドロールにより、左右から幅方向に圧下力を加える請求項１に記載の異形断面材の端部矯正方法。
3. 両端部にフランジを有する異形断面材を、ロール中央部の間隔を前記異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔をロール中央部の間隔前記異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロール間と、当該水平ロールに隣接配置した平滑な左右一対の垂直ロール間を通すことを特徴とする異形断面材の端部矯正方法。
4. 水平ロール間垂直ロール間を通した後、溝付きのサイドロールにより、左右から幅方向に圧下力を加える請求項３に記載の異形断面材の端部矯正方法。
5. 両端部にフランジを有する異形断面材の端部矯正装置であって、ロール中央部の間隔を被矯正異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を被矯正異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロールを配置していることを特徴とする異形断面材の端部矯正装置。
6. 上記上下一対の水平ロールの下ロールは、被矯正異形断面材の下面のプロフィールを有するとともに、被矯正異形断面材の下面部に当接する面とフランジ部に当接する面のコーナーＲを極力小さくしている請求項５に記載の異形断面材の端部矯正装置。
7. 上下一対の水平ロールの上ロールは、被矯正異形断面材のフランジ部を収容する溝を有するとともに、前記溝の底部コーナーＲを極力小さくしている請求項５又は６に記載の異形断面材の端部矯正装置。
8. 両端部にフランジを有する異形断面材の端部矯正装置であって、ロール中央部の間隔を被矯正異形断面材中央部の板厚以上に、ロール両端部の間隔を被矯正異形断面材両端部の板厚よりも小さくした上下一対の水平ロールと、当該水平ロールに隣接して、平滑な左右一対の垂直ロールを配置したことを特徴とする異形断面材の端部矯正装置。
9. 上下一対の水平ロールの下ロールは、被矯正異形断面材の下面のプロフィールを有しており、上ロールは、側端部に被矯正異形断面材のフランジ部を収容する切り欠き溝を有しているものである請求項８に記載の異形断面材の端部矯正装置。
10. 上下一対の水平ロール又は左右一対の垂直ロールの下流に、溝付きのサイドロールを左右一対に配設した請求項５〜９のいずれかに記載の異形断面材の端部矯正装置。

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