JP4217303B2 - 金属板に凹部を形成する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属板に所定形状の凹部を形成する形成方法に関するものであり、詳しくは凸部の切削により生じた切削痕を金属板の他方面側から除去するようにした金属板に凹部を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板の一方面に所定形状の凹部を形成する方法としては、プレスによる押圧パンチを用いた押圧加工、或いは化学的なエッチング加工法によって、底部に肉薄の板厚を残すようにして、金属板に所定形状の凹部を形成する方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、プレスによる押圧加工は、凹部の体積分の金属が底部及び周囲に押し込まれることにより、周囲の金属部分がカーリングするため、平面度は矯正不能な状態に著しく阻害される問題がある。また、化学的なエッチング加工方法は、エッチング時間が長いため、大量生産には不向きであり、必然的にコストアップになること、さらには、エッチング加工制御の限度から寸法精度悪くなり実用化には限界が生ずる問題がある。
【０００４】
そこで、出願人は特願平９−２８２７６８号において、上記従来技術が有する問題点を一掃するための解決方法を提案した。図６は、新規に提案した解決方法を示す工程を示し、以下にその概要を説明する。
【０００５】
図６（Ａ）は、素材となる金属板１００を示している。図６（Ｂ）は第１の押圧工程を示し、プレス機のダイ１０４に対して位置決め固定した金属板１００に対して一方面１００ａ側からパンチ１０５によって凹部１０２を形成し、この押圧によって金属板１００の他方面１００ｂ側に凹部１０２の金属を移行させて他方面１００ｂ側に凸部１０３を突出形成する。
【０００６】
図６（Ｃ）及び（Ｄ）は第１の切削工程を示し、上記第１の押圧工程によって金属板１００の他方面１００ｂ側に形成された凸部１０３を、カッター１０６によって他方面１００ｂと同一面となるように基端から切削する。尚、この切削による底部１００ｃが凹部１０２方向に変位することを阻止するために、底部１００ｃを押圧工具１０７により押圧する。
【０００７】
以上の各工程により、金属板１００の一方面１００ａ側には、図７に示す凹部１０２が形成され、凹部１０２の底面には、比較的肉薄な所定の板厚の底部１００ｃが形成される。以上の形成方法によれば、第１の押圧工程から第１の切削工程、その後第２の押圧工程から第２の切削工程と両工程を複数回繰り返し、順次凹部２の深さを深めると共に、各切削工程において凸部３を肉薄の状態で徐々に切削するので、金属板１００がカーリングすることなく、しかも、底部１００ｃが破損することなく薄い板厚に形成できる等の特徴がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上新規に提案した方法は、カッター１０６により金属板１００の他方面１００ｂ側に形成された凸部１０３を切削することから、図７に示すように、金属板１００の他方面１００ｂ側には切削痕ＨＬが形成される。この種の凹部を形成した金属板は、通常の使用状態において、他方面１００ｂ側が露出するため、切削痕ＨＬを除去しなければならない。
【０００９】
このため、切削痕ＨＬを除去するための周知の方法としては、金属板１００の他方面１００ｂ側をフィニッシング加工により平面研磨したり、バフ等を用いて仕上げ加工を施す方法がある。また、逆に金属板１００の他方面１００ｂ側全面にサンドブラスト等による梨地加工を施し、切削痕ＨＬを目立たなくする方法もある。
【００１０】
しかしながら、いずれの方法を採用しても、切削痕を除去するために金属板自体を削ることから削り代を取らなくてはならず、このため、板厚寸法の管理が困難になる。また、上記各方法は削り粉等の粉体が発生し、場合によっては付着することから、これらを除去するための洗浄工程が更に付加され、必然的にコストアップになる問題がある。
【００１１】
さらに、上記の方法は、金属板の一方面に凹部を形成するときに、押圧加工によって金属板に反りが生ずる。このため、平面度を要求される場合には、後工程で平押し加工等、反りを矯正する加工を施しているが、要求される平面度まで矯正することは困難であり、コストが増加する上に、高精度の製品が得られない問題があった。
【００１２】
本発明は以上のような従来方法の問題点を解決するためになされたもので、金属板の他方面に形成された切削痕を凹部内に移行することにより、他方面の美観を良好にすることができる金属板に凹部を形成する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【問題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、所定の板厚を有する金属板の一方面側からプレスにより上記金属板の板厚より浅い寸法とした所定形状の凹所を押圧形成し、金属板の他方面側に上記凹所の金属を移行させることにより凸部を突出形成した後、この凸部を切削加工により切削し、さらに上記凹所に対応した他方面側からプレスにより押圧して上記凹所の底板を上記一方面側に移行させることにより上記金属板の他方面側に凹部を形成することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２に記載の金属板に凹部を形成する方法は、金属板の一方面側に第１の押圧工具により形成する凹所の内壁を底板側よりも上記一方面側の開口側が大きい略テ−パ状に形成し、上記凹所の底板を上記一方面側に移行させる第２の押圧工具を上記凹所の開口側よりも平面形状がやや小さい相似形に形成したことを特徴とする請求項１に記載の金属板に凹部を形成することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項３に記載の金属板に凹部を形成する方法は、金属板の一方面側から凹所を押圧形成する工程と、他方面側の凸部を切削加工により切削する工程とを複数回繰り返し、徐々に所定形状の凹所を形成することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の形成方法を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる金属板に凹部を形成する方法によって形成された最終製品を示している。この図１に示す最終製品の例としては、例えば、凹部内に集積回路のチップを収納すると共に、上記集積回路から発生する熱を放熱するためのパッケージである。このパッケージの素材としては、熱伝導率が比較的良好であり、しかも、塑性加工が可能なアルミニウム、銅等からなり、図示のように、金属板１の他方面１ｂ側中央部には、平面形状が略四角形の凹部２が形成され、一方面１ａ側の凹部２に対応する位置には、所定の板厚とした底板１ｃが形成されている。そして、上記凹部２内の底板１ｃ内面には、後述する切削痕ＨＬを有している。
【００１９】
まず、金属板に凹部を形成する方法を図２により説明するが、図２（Ａ）乃至（Ｇ）は、前述の図６によって説明した形成方法と類似しているため、本発明として特徴ある方法について詳細に説明し、図６と同じ方法については概要を説明する。
【００２０】
図２（Ａ）に示す金属板１の素材としては、銅やアルミニウム等の熱伝導率が比較的良好な金属板１を選択する。図２（Ｂ）は第１の押圧工程を示している。金属板１は、図示しないプレス機のダイ４に位置決めされて載置し、この金属板１の一方面１ａ側から上記プレス機に装着されたパンチ５からなる第１の押圧具によって平面形状が略四角形の浅い凹所２ａを形成する。この第１の押圧工程に使用されるパンチ５の先端は角錐台状に形成され、従って、凹所２ａの内壁も底板側よりも一方面１ａ側の開口側が大きい略テ−パ状に形成される。
【００２１】
このように、凹所２ａを形成することにより、金属板１の他方面１ｂ側には、凹所２ａの金属が移行することにより、凹所２ａの深さとほぼ等しい高さｈの凸部３ａを突出形成する。この凸部３ａの外形寸法は、凹所２ａの一方面１ａ側の開口側寸法よりもやや小さい相似形としている。このような寸法関係は、凸部３ａが金属板１から切断することなく、常に連結状態を保持するためである。また、凸部３ａの突出高さｈは、後述する切削工程において、最小のストレスにて切削可能な高さに設定することが望ましい。
【００２２】
図２（Ｃ）及び（Ｄ）は第１の切削工程を示し、上記第１の押圧工程によって金属板１の他方面１ｂ側に形成された凸部３ａを、カッター６によって他方面１ｂと同一面となるように基端から切削する。切削工程で使用するカッター６は、先端中心を突出させた矢型状の歯部６ａを有し、図２（Ｃ）に示す矢示の方向に移動させ、図２（Ｄ）に示す位置まで進めて凸部３ａを切削する。この切削工程において、カッター６により底板１ｃが凹所２ａ方向に変位することを阻止するために、凹所２ａ内に押え具７を挿入して押圧しておくことが望ましい。
【００２３】
次に、図２（Ｅ）は第２の押圧工程を示し、先の第１の押圧工程によって形成された凹所２ａを更に深くするために、パンチ８の押圧により第２の押圧加工を施し、完成状態にほぼ等しい深さの凹所２ｂを形成する。このとき使用するパンチ８の先端が角錐台状に形成しているので、凹所２ｂ内の内壁も底板側よりも一方面１ａ側の開口側が大きい略テ−パ状に形成される。この結果、金属板１の他方面１ｂ側には第１の押圧工程と同様に凸部３が突出形成される。この凸部３の外形寸法も、やはり凹所２ｂの開口側寸法よりもやや小さい相似形としている。
【００２４】
その後、第２の切削加工が行われる。即ち、第１の切削工程と同様に、カッター６を図２（Ｆ）に示す矢示の方向に移動させ、図２（Ｇ）に示す位置まで進めると、金属板１の他方面１ｂ側に形成された凸部３が他方面１ｂと同一面となるように平坦に切削される。
【００２５】
以上の工程により、金属板１の一方面１ａ側には凹所２ｂを形成し、さらに、凹所２の底面には、比較的肉薄な所定の板厚の底板１ｃを形成する。しかしながら、金属板１の他方面１ｂには、図７で示したたように、凸部３をカッター６によって切削する際に生じた略ヘアライン状の切削痕ＨＬが形成されている。
【００２６】
図２（Ｈ）及び（Ｉ）は、金属板１の他方面１ｂに存在していた切削痕ＨＬを除去するための工程を示している。即ち、凹所２ｂの内壁２ｄは、図２（Ｈ）において拡大した円内に示すように、底板１ｃ側よりも一方面１ａ側の開口側を大きくした略テ−パ状に形成されている。一方、凹所２ｂの底板１ｃを金属板１の一方面１ａ側に移行させるための押圧パンチ９（第２の押圧具）は、先端面を平坦とした凹所２ｂと平面形状が相似形の柱状に形成され、さらに、先端面は凹所２ｂのテ−パ状に形成した内壁の中央点１０にほぼ一致させるか、或いは、凹所２ｂの開口側とほぼ同じ大きさに設定している。
【００２７】
押圧パンチ９は、凹所２ｂに対応した他方面１ｂ側から、図２（Ｈ）に示す矢示の方向に押圧を開始し、凹所２ｂ内の底板１ｃの面が金属板１の一方面１ａと同一平面になった時点で終了させる。このように逆方向から押圧した結果、逆に金属板１の他方面１ｂ側に、最終製品としての凹部２が形成される。そして、当初は金属板１の他方面１ｂ形成されていた切削痕ＨＬが、図１に示すように、凹部２の内側に移転する。このため、当初は凹所２ｂの内面が金属板１の一方面１ａに移転するので、実質的に切削痕ＨＬが除去されたことになる。
【００２８】
以上の切削痕ＨＬを金属板１の他方面１ｂから除去する工程において、図５に示すように押圧パンチ９は凹所２ｂよりもやや大きい相似形に設定されている。即ち、押圧パンチ９の幅Ｌ9 を凹所２ｂの幅Ｌ2 よりも大きく設定することにより、押圧パンチ９の外周部分が凹所２ｂの外周部分の肉を一緒に押圧する。この結果、凹所２ｂの底部１ｃが剪断することなく、金属板１の一方面１ａに移転させることができる。
【００２９】
図２（Ａ）から（Ｇ）に示す工程において、凹所２ｂの内面はパンチ８等によって押圧された平面であり、金属板１の一方面１ａに移行した状態では、金属板１とほぼ同じ面粗度となる。従って、金属板１の他方面１ｂには切削痕ＨＬが存在しないため、平面研磨等の２次的な加工が不要になると共に美観が向上する。さらに、以上の押圧工程の押圧方向に対して逆方向から押圧パンチ８によって凹部２を形成するので、反りが戻されて平面度、精度共に良好になる。また、凹所２ａ又は２ｂを形成するときは、ラフな精度で加工しても、最終的に精度を確保するのは最終工程の押圧パンチで良いため、生産性を一段と向上させることができる。
【００３０】
尚、図２に示す形成方法として例示したものは、１枚の金属板１に対して１個の凹部２を形成するようにしたが、広い面積の１枚の金属板に対し、２個から５個程度の複数個の凹部を同時に形成するようにしても良い。また、凹部２を形成するにあたり、第１及び第２の押圧工程に使用されるパンチ５及び８の先端形状は、先端面の各角部に丸み設けた形状であっても良い。
【００３１】
［その他の実施の形態］
図３は、金属板１の他方面１ｂ側に形成された凸部３を切削する他の方法を示し、図３（Ａ）は、フライス盤の回転刃１１を図示左方法に移動することによって凸部３を切削する例を示している。図３（Ｂ）は、１回の押圧工程によって所定の深さの凹所２ａを形成した後、大きく突出した凸部３を複数回に分けてカッター６により切削するようにした例を示している。この形成方法によれば、１回の押圧工程により凹所２ａを押圧形成するので、工程が簡略化することに加え、１回の切削代を、金属板１に対する残留応力やストレスを与えない程度に設定するため、図２の例と同様の特徴がそのまま活かされている。図３（Ｃ）は、グライダー１２に図示左方向に移動することによって凸部３を切削する方法を示している。以上の例の他にも、任意の切削方法によって凸部３を切削するようにしても良いことは勿論である。
【００３２】
図４は他の凹所２ａの形成方法を示し、押圧工程において、先端形状が矩形状に形成したパンチ１３を使用したものである。即ち、金属板１の一方面１ａ側からパンチ１３によって押圧すると、凹所２ａの内壁２ｄは、ダレによって開口側が大きくなり、実質的に底部１ｃ側よりも開口側を大きくした略テ−パ状に形成される。一方、この押圧工程によって金属板１の他方面１ｂ側に突出形成される凸部３は、パンチ１３の先端形状よりも大きく形成している。このような凹部形成方法によれば、プレス加工におけるダレを積極的に利用するので、テ−パ状の凹部が容易に形成できる特徴がある。
【００３３】
図４において説明した実施例においては、パンチ１３によって押圧したとき、凹所２ａの周囲が図示上方に反り、平面度が悪化する恐れがある。このため、かかる押圧工程においては、凹所２ａの周囲を図示しない押圧具によって押圧し、反りの発生を予防することが肝要である。
【００３４】
以上説明した実施形態において、金属板の板厚が薄い場合、もしくは、比較的浅い凹部の場合には、各工程を１回としてもよい。また、凹部を略すり鉢状に形成する等、凹部の形状は任意に設定してもよく、本発明は前述した各実施形態に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲で変形可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による金属板に凹部を形成する方法によれば、金属板の一方面側に所定形状の凹所を形成すると共に、金属板の他方面側に凸部を突出形成し、この凸部を切削加工により切削した後、凹所に対応した他方面側から押圧して凹所の底板を金属板の一方面側に移行させるので、金属板の他方面側に存在した切削痕を凹部の内面に移転することができる。この結果、美観が必要な他方面側は、切削痕が存在しない美観が良好金属面にすることができる。このため、従来必要とされた切削痕の除去を目的とした仕上げ加工が不要となり、製造コストを低減することができる。また、、切削痕の実質的な除去はプレス等による塑性加工によって行われるため、削り粉等の異物粉体が発生しない、従って、異物粉体を洗浄するための洗浄工程が不要となり、さらにコストを低減することができる。さらにまた、金属板の一方面に凹部をする際に生じた反りが、他方面から逆方向に加圧することにより戻すので平面度、精度共に良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる凹部形成方法を用いた製品を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）乃至（Ｉ）は、本発明の形成工程を示す工程説明図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｃ）は、凸部を切削する他の切削工程を示す説明図である。
【図４】本発明にかかる他の凹部形成方法を示す断面図である。
【図５】凹部と凸部の寸法関係を示す説明図である。
【図６】（Ａ）乃至（Ｄ）は、従来の凹部形成方法を示す工程説明図である。
【図７】従来の形成方法により生じた金属板の切削痕を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 金属板
１ａ 一方面
１ｂ 他方面
２ 凹部
２ａ 凹所（浅い）
２ｂ 凹所（深い）
３ 凸部
５ パンチ（第１の押圧工具）
６ カッター
８ パンチ
９ 押圧パンチ（第２の押圧工具）
ＨＬ 切削痕

Claims (3)

1. 所定の板厚を有する金属板の一方面側から上記板厚より浅い寸法とした所定形状の凹所をプレスにより押圧形成すると共に、上記金属板の他方面側に上記凹所の金属を移行させることにより凸部を突出形成し、この凸部を切削加工により切削し、さらに上記凹所に対応した他方面側からプレスにより押圧して上記凹所の底板を上記一方面側に移行させることにより上記金属板の他方面側に凹部を形成することを特徴とする金属板に凹部を形成する方法。
2. 金属板の一方面側に第１の押圧工具により形成する凹所の内壁を底板側よりも上記一方面側の開口側が大きい略テ−パ状に形成し、上記凹所の底板を上記一方面側に移行させる第２の押圧工具を上記凹所の開口側よりも平面形状が小さい相似形に形成したことを特徴とする請求項１に記載の金属板に凹部を形成する方法。
3. 金属板の一方面側から凹所を押圧形成する工程と、他方面側の凸部を切削加工により切削する工程を複数回繰り返す、或いは、凸部を切削加工により切削する工程を複数回繰り返して徐々に所定形状の凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の金属板に凹部を形成する方法。

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