JP2011167696A - 銅合金条材の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の接合不良や銅合金条材の変形を防止し、且つ、溶接部の機械的強度を向上させることのできる銅合金条材の突合せ溶接による接合方法を提案する。
【解決手段】突合せ部１０の両端部を含む両銅合金条材２，３の両側面部に、突合せ部１０の長さの４〜２０倍の長さを有する銅合金条材２，３と同等の材質からなる一対の補助接合部材２０を面接触させ、この面接触状態で、突合せ部１０を溶接ヘッド８により接合した後、一対の補助接合部材２０を除去する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スリッターにて所定幅に切断した後に巻き取られた最終製品となる銅合金条材のそれぞれの端末間を溶接機にて突合せ溶接する接合方法に関する。

一般に、銅合金条材は、先ず、銅合金鋳塊に対して圧延加工と熱処理を繰り返して所望の特性と厚みを有する、通常、条材幅が４００〜６００ｍｍ程度とされるコイル状に巻き取られる。次に、この銅合金条コイルは、必要に応じてめっき処理等の加工が施された後に、スリッターにて長手方向に所定幅に裁断されて巻き取られ、条材幅が９〜５０ｍｍであり最終製品となる小割スリット上がり銅合金条コイルとされる。

銅合金条材の利用分野としてはリードフレームがあり、一般に、リードフレームはドラムに巻きとられたコイル状銅合金条材をリードフレーム打抜機（プレス機ともいう）に送り出し、所定の打ち抜き型で打ち抜くこと（スタンピングともいう）で製造されている。この際、銅合金条材を供給するドラムの交換による打ち抜き生産性の低下を防ぐために、ドラムに巻き取られたコイル状銅合金条材は、なるべく長尺であることが要求され、小割スリット上がり銅合金条材のそれぞれの端末間を突合せ溶接により接続して巻き取り、長尺のコイル状銅合金条材としてリードフレーム打抜機に使用される。

このような銅合金条材のそれぞれの端末間の突合せ溶接による接合方法は、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
特許文献1では、接続する一方側の条材の端末と接続する他方側の条材の端末とをそれぞれバリ面が上部側に位置するように突き合わせ、然る後その突合せ部を溶接装置により加熱溶融して溶接することを特徴とする条材の突合せ溶接方法であり、溶接時において溶接する条材同志の突合せ部からの熱の逃げが少なく、その結果優れた溶接性を発揮することができる条材の突合せ溶接方法を開示する。

特許文献２には、ダイに載置された２枚の板材をクランプで固定し、打抜用パンチを押し下げ、板材の端部を同時に切断して平行な切断面を形成し、コイルの付勢によってプランジャーが突出し、クランプを打抜用パンチの幅に相当する距離だけ移動させて板材の切断面を突き合わせ、打抜用パンチ、ダイと溶接装置を切り替え、突き合わされた２つの板材をＶ字溝を有する支持台で支持し、ＴＩＧ、プラズマあるいはレーザビーム溶接機等の溶接装置によって突合せ部を溶接する溶接方法がされており、溶接不良や接続部の機械的強度の低下をなくし、突合せ溶接の自動化を図ることを目的としている。

特開平１１−１１４６６９号公報 特開平１０−２９６４９０号公報

リードフレーム等に使用される最終出荷製品となる銅合金条材の端末間の従来の突合せ溶接による接合方法では、突合せ溶接部の欠陥、特に溶接部両端の接合不良に起因する、その後の巻き取り時での破断、巻き取り保管時の熱膨張収縮による破断、プレス加工時の作業性の低下が散見され、また、突合せ溶接部の熱変形に起因する最終出荷製品の銅合金条材の変形、特に曲がりの問題も避けられなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、溶接部の接合不良や銅合金条材の変形を防止し、且つ、溶接部の機械的強度を向上させることのできる銅合金条材の突合せ溶接による接合方法を提案する。

本発明者らは鋭意検討の結果、スリッターにて所定の幅に切断後の最終製品となる銅合金条材を溶接装置により加熱溶融して突合せ溶接する際に、その銅合金からなる突合せ部の４〜２０倍の補助溶接部材、例えば、その銅合金条材の製造工程から出る不要な切断片等を、突合せ部の両方の端面部の、それぞれの銅合金条材が長手方向に接している面上に面接触させた後に、溶接装置により加熱溶融して溶接することにより、溶接時の熱応力により生じる溶接両端部の窪み状の欠陥部を、溶接時に突合せ部と同様な材質である補助溶接部材が充足することで、突合せ部の両端部の溶接欠陥部が皆無となることを見出した。

また、同等な材質である補助溶接部材の長さを、条材幅の４〜２０倍とすることにより、突合せ時の位置決めが容易になり、突合せ溶接時の熱応力も緩和されて突合せ溶接後の最終製品となる銅合金条材の曲がりが少なくなり、引張り強度も向上することがわかった。曲がりを少なくすることにより、ドラムへの巻き取り性が向上し、プレス使用時の位置ずれがなく、また、引張強度の向上により、巻き取り時での破断、巻き取り保管時の熱膨張吸収による破断がなくなる。

すなわち、本発明の銅合金条材の接合方法は、接合する一方側の銅合金条材の端末と他方側の銅合金条材の端末とを突き合わせて、その突合せ部を溶接手段により加熱溶融して溶接する接合方法であって、前記突合せ部の両端部を含む前記両銅合金条材の両側面部に、突合せ部の長さの４〜２０倍の長さを有する前記銅合金条材と同等の材質からなる一対の補助接合部材を面接触させ、この面接触状態で、前記突合せ部を前記溶接手段により接合した後、前記一対の補助接合部材を除去することを特徴とする。

また、前記補助接合部材の厚みは、前記銅合金条材と同じ厚みに設けられているとよい。
補助接合部材の長さが突合せ部の長さの４倍未満では、突合せ溶接後の銅合金条材の曲がりが大きくなり、また、突合せ作業が面倒になる。補助接合部材の長さが突合せ部の長さの２０倍を超えても、効果が飽和してコスト面で無駄である。
補助接合部材の幅は、特に限定されないが、突合せ溶接部の位置決めを容易にするためにも、突合せ溶接部の長さの５０％以上であることが好ましい。補助接合部材の厚みは、突合せ溶接時の位置決めを容易にし、突合せ溶接の精度を上げるためにも、突合せ溶接される銅合金条材と同等の厚みを持っていることが好ましい。

また、本発明の接合方法は、前記銅合金条材の幅寸法が８〜５０ｍｍであり、厚みが０．１〜０．８ｍｍであるとよい。
銅合金条材の幅寸法が８ｍｍ未満では、突合せ溶接後の銅合金条材の曲がりの長さ１ｍ当りの許容値を２．０ｍｍ以下にするのは難しくなり、幅寸法が５０ｍｍを超えても、効果が飽和してコスト面で無駄である。銅合金条材の厚みが０．１ｍｍ未満では突合せ溶接時の位置決めが困難であり、突合せ溶接後の銅合金条材の曲がりの許容値を２．０ｍｍ以下にするのも難しくなる。銅合金条材の厚みが０．８ｍｍを超えると、溶接後の銅合金条材の接合部の引張り強度を、焼鈍後の銅合金条材の引張り強度の８０％以上とすることが難しくなる。

また、本発明の接合方法により接合された銅合金条材の接合部は、引張り強度が焼鈍後の銅合金条材の引張り強度の８０％以上であり、長さ１ｍ当りの曲がりの許容差が２．０ｍｍであることを特徴とする。
本発明により接合される銅合金条材は、巻取り時の破断、巻取り保管時の熱膨張収縮による破断等を防止して、プレス加工時の作業性を向上させることができる。また、突合せ溶接部の熱変形に起因する曲がり変形が少なく、引張り強度が高いので、プレス打抜きされるリードフレーム等に用いられる銅合金条材に最適である。

本発明によれば、突合せ溶接部の欠陥、特に溶接部両端の接合不良がなく、巻き取り時での破断、巻き取り保管時の熱膨張収縮による破断、プレス加工時の作業性の低下が見られず、また、突合せ溶接部の熱変形に起因する曲がり変形が少なく、引張り強度も高い、銅合金条材を得ることができる。

突合せ溶接を実施する接合装置の全体図であり、（ａ）は切刃による切断工程、（ｂ）は突合せ部の溶接工程、（ｃ）は接合部の平滑化工程を説明する図である。 本発明による突合せ部の詳細図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 条材の曲がりを説明する図である。

以下、本発明の銅合金条材の接合方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する説明する。
この実施形態の接合方法は、一方の銅合金条材の端末と、他方の銅合金条材の端末とを突き合わせて、その突合せ部を溶接することにより、新たな長尺の銅合金条材を得るものである。
本実施形態により接合される一方の銅合金条材２及び他方の銅合金条材３は、例えば、Ｃｕ：９９．０重量％以上、Ｍｇ：０．４〜０．９重量％、Ｐ：０．００２〜０．０４重量％の成分で構成される長尺の銅合金条材である。
これら銅合金条材２，３には、幅寸法が８〜５０ｍｍ、厚みが０．１〜０．８ｍｍのものを用いる。

図１は、本発明の銅合金条材の接合方法が適用される接合装置を示す。図に示すように、接合装置１は、銅合金条材２，３を固定して保持するハンドクランプ４ａ，４ｂと、銅合金条材２，３の端部を切断する切刃５と、切刃５により切断された銅合金条材２，３の端末２ａ，３ａを突き合わせて載置する支持台６と、支持台６上で銅合金条材２，３を保持するクランプ７ａ，７ｂと、銅合金条材２，３の突合せ部１０を溶接する溶接ヘッド８と、溶接後の銅合金条材２，３を平滑にならす圧延ロール９とから構成されている。

この接合装置１は、図１の左側から銅合金条材２，３を搬入し、右側から接合後の銅合金条材２，３を搬出してドラム３０に巻き取り、コイル状の銅合金条材とする構成である。接合装置１の搬入口近傍（図１の左側）にハンドクランプ４ａ、搬出口近傍（図１の右側）にハンドクランプ４ｂが設けられており、中央部の支持台６上にクランプ７ａ，７ｂが設けられ、これらクランプ７ａ，７ｂの間に溶接ヘッド８が設けられている。
切刃５は、溶接ヘッド８より上流位置のハンドクランプ４ａとクランプ７ａとの間に設けられ、圧延ロール９は、溶接ヘッド８より下流位置のクランプ７ｂとハンドクランプ４ｂとの間に設けられる。また、圧延ロール９は、銅合金条材２，３の幅方向に沿って移動するように設けられている。

次に、接合装置１により銅合金条材２，３の接合方法を説明する。
（切断工程）
先ず、図１（ａ）に示すように、銅合金条材２の終端部を切刃５により切断する。このとき、ハンドクランプ４ａとクランプ７ａとで銅合金条材２を固定しておき、切刃５を押し下げて終端部を切断し、長さ方向と直角な切断面２ａを形成する。同様に、銅合金条材３の始端部を切断し、切断面３ａを形成する。この際に得られる銅合金条材２の終端部及び銅合金条材３の始端部を切断した切断片は、後の溶接工程で補助溶接部材２０として使用することができる。

（溶接工程）
次に、図１（ｂ）及び図２に示すように、銅合金条材２，３の切断面２ａ，３ｂを突合せて支持台６上に載置するとともに、図２に示すように、その突合せ部１０の両端部を含む銅合金条材２，３の両側面部を一対の補助溶接部材２０で挟み込む。この補助溶接部材２０は、接合された銅合金条材２，３に曲がりが生じないようにするためのもので、長手方向の寸法は、その幅寸法（突合せ部１０の長さ寸法）に対して４〜２０倍であるとよい。補助接合部材２０の長さが突合せ部１０の長さの４倍未満では、溶接後の銅合金条材２，３の長さ１ｍ当りの曲がりが大きくなるだけでなく、突合せ作業が面倒になる。また、補助接合部材２０の長さが突合せ部１０の長さの２０倍を超えても、効果が飽和してコスト面で無駄である。

補助溶接部材２０は、支持台６に設けられるチャック部材７０ａ，７０ｂにより、銅合金条材２，３の両側面部に隙間なく密着して挟持される。そして、銅合金条材２，３及び一対の補助溶接部材２０は、クランプ７ａ，７ｂによって支持台６上に密着させられる。これら銅合金条材２，３及び補助溶接部材２０は同じ厚みであるので、表面が面一に保持される。この面一に保持された状態において、溶接ヘッド８により銅合金条材２，３の突合せ部１０を加熱溶融して溶接する。この場合、溶接には、アーク溶接のうち、ＴＩＧ、プラズマ等の電極が消耗しない形式の溶接やレーザ溶接等を用いるとよい。

加熱溶融された突合せ部１０の両端部は、補助接合部材２０に挟持されているため、溶接時の熱応力により生じる突合せ部１０の両端部の窪み状の欠陥部を補助溶接部材２０により充足することができる。この際、突合せ部１０の両側面部に密着して保持されている補助接合部材２０が僅かに接合された状態となるが、突合せ部１０の固化後に外部から軽い衝撃を与えることで、容易に取り外すことができる。ここでは、固化後に、補助接合部材２０を保持したチャック部材７０ａ，７０ｂを下方に移動させることで、補助接合部材２０を取り外す。以下、溶接後の突合せ部１０を接合部１０ａと称する。

（平滑化工程）
このように接合された銅合金条材２，３は、図１（ｃ）に示すように、接合部１０ａ上を圧延ロール９が押圧しながら移動することにより平滑にして表面を均一にした後、ドラム３０に巻き取られて、新たな長尺の銅合金条材２となる。また、追加の銅合金条材３を用い、この追加の銅合金条材３と銅合金条材２とを接合することで、さらに長尺の銅合金条材２とすることができる。

以上説明したように、本発明の銅合金条材の接合方法によれば、銅合金条材２，３の切断面２ａ，３ｂを突合せて、その突合せ部１０の両端部を含む銅合金条材２，３の両側面部を一対の補助溶接部材２０で狭持して溶接する構成とされているので、溶接時の熱応力により生じる突合せ部１０の窪み状の欠陥部を、補助接合部材２０により充足することができ、接合部１０ａの両端部に欠陥部が生じるのを防ぐことができる。

また、銅合金条材２，３の幅寸法を８〜５０ｍｍとし、厚みを０．１〜０．８ｍｍとしたので、銅合金条材の曲がり等の変形を防止し、且つ、接合部の引張り強度を、接合部を含まない部位の８０％以上とすることができ、接合部の機械的強度を向上させることができる。
銅合金条材の幅寸法が８ｍｍ未満では、突合せ溶接後の銅合金条材の１ｍ当りの曲がりの許容値を２．０ｍｍ以下にすることが難しくなり、幅寸法が５０ｍｍを超えても、効果が飽和してコスト面で無駄である。また、銅合金条材の厚みが０．１ｍｍ未満では突合せ溶接時の位置決めが困難であり、突合せ溶接後の銅合金条材の長さ１ｍ当りの曲がりの許容値を２．０ｍｍ以下にすることが難しくなる。さらに、銅合金条材の厚みが０．８ｍｍを超えると、溶接後の銅合金条材の接合部の引張り強度を、焼鈍後の銅合金条材の引張り強度の８０％以上とすることが難しくなり、接合不良を引き起こし易くなる。
銅合金条材２，３を上述の構成としたことにより、銅合金条材２の巻き取り時での破断、巻き取り保管時の熱膨張収縮による破断、プレス加工時の作業性の低下を防止することができる。また、銅合金条材２，３及び補助接合部材２０の厚みを同じとしたので、溶接時の位置決めを容易にし、突合せ溶接の精度を上げることができる。

また、補助溶接部材２０の長さを、銅合金条材２，３の幅寸法（突合せ部１０）の４〜２０倍とすることにより、突合せ部１０の両端部を介して銅合金条材２，３の両側面部を確実に挟持することができるので、溶接時の熱応力を緩和して、溶接後の最終製品となる銅合金条材の曲がりを少なくでき、引張り強度を向上させることができる。そして、銅合金条材の曲がりを少なくすることにより、ドラム３０への巻き取り性が向上し、プレス加工時の位置ずれを防止することができる。また、引張り強度の向上により、巻き取り時の破断、銅合金条材の保管時の熱膨張吸収による破断も防止することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。銅合金条材としては、三菱伸銅株式会社製のＭＡＸ２５１Ｃ（Ｃｕ：９５重量％以上、Ｎｉ：２重量％、Ｓｉ：０．５重量％、Ｓｎ：０．５重量％、Ｚｎ：１重量％）を使用し、表１に示す諸寸法とし、溶接条件としては、溶接電流は１０〜３００Ａ、トーチ走行速度は０．５〜３ｍ／ｍｉｎ、トーチにはシールドカップを備え、ヘリウムガスとアルゴンガスを１３：３の比率で混合したシールドガスを用いて接合した。ＭＡＸ２５１Ｃの焼鈍状態における引張り強度は、３２０〜３３０ＭＰａである。

表１において、補助接合部材の長さ／幅とは、図２（ａ）に示す補助接合部材の長さ寸法Ｌと、銅合金条材の幅寸法Ｗとの比率（Ｌ／Ｗ）を示す。また、引張り強度は、銅合金条材の接合部を含まない試験片Ａと、接合部を含む試験片Ｂを用意し、試験片Ａには温度７００℃で１時間保持して焼鈍を施しておく。試験片Ａと試験片Ｂのそれぞれを引張り試験し、得られた引張り強度について（試験片Ｂの引張り強度）／（試験片Ａの引張り強度）の比率を求めた。また、曲がりとは、銅合金条材の長さ１ｍ当りの曲がりであり、図３に示すように、任意の箇所の規準長さＳ（１ｍ）に対する幅寸法Ｗの条材Ｙの円弧の深さＨをいう。なお、表１の比較例６，７，９および１０は、補助接合部材を使用しなかった場合を示す。

表１から明らかなように、実施例１〜５の試料では、銅合金条材２，３の幅寸法が８〜５０ｍｍ、厚みが０．１〜０．８ｍｍ、補助接合部材２０の長さを銅合金条材２，３の幅寸法（突合せ部１０）の４〜２０倍としたので、銅合金条材の曲がり等の変形が２．０ｍｍ以下であり、且つ、接合部の強度が、接合部を含まない部位の８０％以上となった。
これに対して比較例６〜１０の試料は曲がりが大きく、引張り強度も小さくなるものがあった。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態において、補助接合部材の幅寸法を、接合される銅合金条材と同じものとしたが、補助接合部材の幅寸法は、突合せ部の位置決めを容易にするため、突合せ部の長さの５０％以上であればよい。

１ 接合装置
２，３ 銅合金条材
４ａ，４ｂ ハンドクランプ
５ 切刃
６ 支持台
７ａ，７ｂ クランプ
８ アーク溶接ヘッド
９ 圧延ロール
１０ 突合せ部
１０ａ 接合部
２０ 補助接合部材
７０ａ，７０ｂ チャック部材

Claims (4)

1. 接合する一方側の銅合金条材の端末と他方側の銅合金条材の端末とを突き合わせて、その突合せ部を溶接手段により加熱溶融して溶接する接合方法であって、前記突合せ部の両端部を含む前記両銅合金条材の両側面部に、突合せ部の長さの４〜２０倍の長さを有する前記銅合金条材と同等の材質からなる一対の補助接合部材を面接触させ、この面接触状態で、前記突合せ部を前記溶接手段により接合した後、前記一対の補助接合部材を除去することを特徴とする銅合金条材の接合方法。
2. 前記補助接合部材の厚みは、前記銅合金条材と同じ厚みに設けられることを特徴とする請求項１記載の銅合金条材の接合方法。
3. 前記銅合金条材の幅寸法が８〜５０ｍｍであり、厚みが０．１〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅合金条材の接合方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の銅合金条材の接合方法を用いて接合された銅合金条材であって、その接合部の引張り強度が焼鈍後の前記銅合金条材の引張り強度の８０％以上であり、長さ１ｍ当りの曲がりの許容差が２．０ｍｍであることを特徴とする銅合金条材。
   

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