JP4322067B2 - 異形断面条材の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧延ロールとダイスとにより板条材を圧延し、幅方向の断面において厚さの異なる部分を有する異形断面条材を圧延成形するための異形断面条材の製造装置および製造方法に関する。

異形断面条材の一例としてリードフレーム材が挙げられる。リードフレーム材は通常、断面が「凸」字状をなすように形成された長尺薄板状の条材である。この種の異形断面条材の製造装置の例が以下の文献に記載されている。
特開平９−３１４２６９号公報 特開平１０−１５６０３号公報

上記公報記載の異形断面条材の製造装置では、板条材の送り方向と圧延ロールの転動方向を一致させていた。この方向を一致させないと、板条材のダイスへの食い込みが不足し、成形不良が生じると考えられていたからである。

ところが、本出願人の実験によると、圧延ロールの転動方向を逆にして圧延を行うと、予想されていた成形不良の問題は生じず、かえって装置のサイクル速度を上げた場合に成形精度が従来よりも高められるという当業者の常識に反する事実を見いだした。
本発明は、異形断面条材の成形精度を高めることができる製造装置および製造方法を提供する。

本発明の異形断面条材の製造装置は、周回軌道を回る複数の圧延ロールと、これら圧延ロールとの間に板条材を挟んで圧延し異形断面条材にするためのダイスと、板条材を第１方向へ送るための板条材送り機構と、前記ダイスと対向する位置にある前記圧延ロールを前記第１方向とは逆の第２方向へ走行させるためのロール走行機構とを具備し、前記板条材送り機構は、一つの圧延ロールが前記ダイスと対向する位置を離れて次の圧延ロールが前記ダイスと対向する位置に進入する前に前記板条材を前記第１方向へ間欠送りするとともに、その送りピッチは、前回の被圧延領域と今回の被圧延領域とが一部重複する送りピッチとされていることを特徴とする。

前記圧延ロールは、軸周りに回転可能なターンテーブル上で略放射状に並べて取り付けられ、前記ロール走行機構は前記ターンテーブルを軸周りに回転させてもよい。前記圧延ロールは、互いに軸線を平行にして配置され、これら圧延ロールを周回軌道に沿って周回可能にするガイド機構が設けられていてもよい。前記板条材送り機構は、前記異形断面条材を前記第１方向へ牽引する牽引機構を有していてもよい。前記ダイスには、前記第１方向に延びる凸部または凹部の少なくとも一方が形成されていてもよい。

本発明の異形断面条材の製造方法は、第１方向へ送られる板条材の一部をダイスと対向させ、周回軌道に沿って周回する複数の圧延ロールのうちの一つの圧延ロールと前記ダイスの間に板条材を挟んだ状態で該圧延ロールを前記第１方向とは逆の第２方向へ走行させることにより前記板条材の一部を圧延する工程と、前記一つの圧延ロールが前記ダイスと対向する位置を離れて次の圧延ロールが前記ダイスと対向する位置に進入する前に、前回の被圧延領域と今回の被圧延領域とが一部重複する送りピッチだけ前記板条材を前記第１方向へ間欠送りする工程とを繰り返すことにより前記板条材を異形断面条材にすることを特徴とする。

本発明の異形断面条材の製造装置および製造方法によれば、各圧延サイクルにおいて、異形断面条材の凸部又は凹部とダイスが係合している側から圧延加工が進行するため、これらの係合による位置合わせ効果（セルフアライメント効果）が得られ、板条材とダイスとの位置ずれが生じにくい。よって、各圧延サイクルを短縮した場合にも、圧延サイクル毎の圧延位置ずれが生じにくく、高い形状精度で異形断面条材を形成することが可能である。

図１〜図３は、本発明に係る異形断面条材の製造装置の一実施形態を示している。図１に示すように、この実施形態の装置は、リコイラ３とアンコイラ５を有し、リコイラ３を一定速度で回転させることにより、アンコイラ５に予め巻かれている金属製の板条材Ｔ１を送り方向Ｙ１へ送り、リコイラ３で巻き取る。板条材Ｔ１は、厚さおよび幅が一定の帯状をなしている。この装置は、板条材Ｔ１を圧延し、図１２に示すように、幅方向中央部に一定幅を有する厚肉部Ｐを有し、その両側に一定幅の薄肉部Ｑを有する異形断面の板条材Ｔ２を製造する。しかし、本発明で形成できる異形断面条材はこの断面形状に限定されず、いかなる断面形状を有していてもよい。

リコイラ３とアンコイラ５の間には、円形のターンテーブル１が板条材Ｔ１の下に水平に配置されている。ターンテーブル１の上方には、板条材Ｔ１を挟んで、矩形状をなすダイス６が配置されている。ターンテーブル１は、図２および図３に示すように、駆動モータ８によりテーブル軸Ｏ周りに一定速度で連続回転される。駆動モータ８は図示しないコントローラにより、回転速度および回転位相が制御される。

ターンテーブル１と、ダイス６は、板条材Ｔ１を間欠的に送りながら板条材Ｔ１を圧延加工する。そこで、図１に示すように、ターンテーブル１とリコイラ３との間には、緩衝装置１１が設けられている。緩衝装置１１は、一対の固定ロール７と、これら固定ロールの間に配置された昇降ロール９とを具備し、これらロール７，９間で圧延が完了した異形断面条材Ｔ２を蛇行させる。板条材Ｔ１の走行が停止している間は、昇降ロール９を上昇させて異形断面条材Ｔ２の蛇行距離を減少させ、板条材Ｔ１が走行するときには、昇降ロール９を下降させて異形断面条材Ｔ２の蛇行距離を増加させる。このように、板条材Ｔ１の間欠的な移動に合わせて、昇降ロール９を一定周期で上下させることにより、リコイラ３で異形断面条材Ｔ２を一定速度で巻き取ることが可能となる。昇降ロール９は異形断面条材Ｔ２にかかる張力に応じて受動的に上下しても良いし、板条材Ｔ１の間欠移動と同期させて能動的に上下動させても良い。

ターンテーブル１上には、周方向に等間隔をあけ、複数の圧延ロール２が図示しないロール支持機構を介して取り付けられている。圧延ロール２はそれぞれ円柱状をなし、ターンテーブル１の半径方向にロール軸線を沿わせて取り付けられ、ロール軸線回りに回転自在にされている。ロール軸線を、ターンテーブル１の半径方向に対して若干傾斜させてもよい。圧延ロール２の少なくとも外周面は、超硬合金等の硬質材料で形成されていることが好ましいが、それに限定はされない。この実施形態では圧延ロール２がロール軸線回りに従動回転するだけであるが、必要に応じては、ターンテーブル１上に、各圧延ロール２を強制的に軸線回りに回転させる機構を設けてよい。

ダイス６は、図１２のような左右対称な製品を得るためには圧延ロール２の周回軌道の一部に対向して配置され、超硬合金等の硬質材料からなり、その下面には、図７に示すように、薄肉部Ｑを形成するための一対の凸部６Ａが中心線に対してほぼ対称に形成されている。各凸部６Ａは、ダイス６の長辺と平行に延びる端面６Ｃと、端面６Ｃの先端と鋭角をなして交わる斜面６Ｂとを有している。ダイス６は端面６Ｃ間の中心線が板条材Ｔ１の中心線と一致するように配置されている。

凸部６Ａの先端の角度αは限定されないが、３〜３０゜であることが好ましく、より好ましくは５〜２０゜である。この範囲であると間欠的に行われる圧延のつなぎ目が滑らかになり、平滑な薄肉部Ｑを形成しやすい。水平面に対する斜面６Ｂの傾斜角度は、５〜３０゜であることが好ましく、より好ましくは１０〜２０゜である。この範囲であると、間欠的に行われる圧延のつなぎ目が滑らかになり、平滑な薄肉部Ｑを形成しやすい。一方、水平面に対する端面６Ｃの傾斜角度は、１０〜９０゜であることが好ましく、より好ましくは２０〜９０゜である。この範囲であると、後述するセルフアライメント効果が良好である。凸部６Ａの突出量は、異形断面条材Ｔ２の厚肉部Ｐと薄肉部Ｑの厚さの差に等しくされている。

板条材Ｔ１は、圧延ロール２の幅方向中心の回転軌跡（図２中１点鎖線）に対して接線方向に向けられ、板条材Ｔ１の幅方向は水平に保たれている。異形断面条材Ｔ２の走行経路に沿う位置には、ダイス６により形成された異形断面条材Ｔ２を板条材Ｔ１の送り速度に合わせて引っ張るための牽引機構４が設けられている。本発明では、圧延ロール２が板条材Ｔ１の送り方向Ｙ１とは逆方向に動くため、送り力に対する抵抗を生じる。牽引機構４は必須ではないが、これを設けることにより、圧延ロール２が生じる抵抗を相殺し、板条材Ｔ１を円滑に送ることが可能となる。牽引機構４は例えば一対以上のロールを有し、これらロールで異形断面条材Ｔ２を挟んで駆動するものであってもよい。

図４〜図６は、この装置による圧延方法を示している。図４および図５において、ダイス６は説明のために一点鎖線で示して透視可能としている。

この方法ではまず、ターンテーブル１を一定速度で連続回転させる。このとき、ダイス６と対向する位置での圧延ロール２の走行方向Ｙ２を、板条材Ｔ１の送り方向Ｙ１とは逆にしておく。この状態で、一つの圧延ロール２がダイス６と対向する位置を離れて、次の圧延ロール２がダイス６と対向する位置に進入する前に、板条材Ｔ１を、送り機構により送りピッチＬだけダイス６へ進入させる。

板条材Ｙ１の送りピッチＬは、端面６Ｂの送り方向Ｙ１における幅Ｌ１よりも小さい値とされている。これにより、前回の被圧延領域ＱＡと、今回の被圧延領域ＱＡが一部重複する。板条材Ｙ１の送りピッチＬは、好ましくはＬ１の１０〜８０％とされ、さらに好ましくは２０〜６０％とされる。この範囲であると被圧延領域ＱＡのつなぎ目が滑らかになる。

板条材Ｔ１を送りピッチＬだけ移動することにより、図６に示すように、板条材Ｔ１の未圧延領域がダイス６の凸部６Ａの尖端側に乗り上げる。しかし、凸部６Ａは厚肉部Ｐから完全に離れてしまうことはない。凸部６Ａの端面６Ｃの一部は、直前の圧延サイクルで形成された厚肉部Ｐの両側エッジに係合した状態に保たれる。この係合により、厚肉部Ｐとダイス６との中心線合わせの効果が得られる。

板条材Ｔ１の送りが完了したタイミングで、図６に示すように、連続回転するターンテーブル１により、次の圧延ロール２を、ダイス６と対向する位置に進入させる。図５は、圧延ロール２の当接領域２Ａの移動を示している。図５に示すように、圧延ロール２は、板条材Ｔ１の被圧延領域ＱＡを、圧延ロールの走行方向Ｙ２に向けて圧延していく。このとき、ダイス６の端面６Ｃが厚肉部Ｐと係合している側から圧延加工が進行するため、これらの係合による位置合わせ効果（セルフアライメント効果）が得られ、凸部６Ａの尖端側においても、板条材Ｔ１とダイス６との位置ずれが生じにくい。よって、各圧延サイクル毎の圧延位置ずれが生じにくく、高い形状精度で薄肉部Ｑを形成することが可能である。

この実施形態では、厚肉部Ｐと凸部６Ａとのセルフアライメント効果が得られるため、圧延ロール２によって板条材Ｔ１に幅方向へ向かう力、すなわち板条材ずれを生じるおそれがある力がかかったとしても、板条材Ｔ１にはずれが生じにくい。したがって、例えばターンテーブル１の外径を小さくして、ダイス６に対する圧延ロール２の進入角が９０゜からずれても、ダイス６に対する板条材Ｔ１のずれが生じにくく、薄肉部Ｑの形状精度が落ちることが少ない。よって、ターンテーブル１を従来よりも小径化して、装置のコンパクト化が図れる利点も有する。

なお、従来の異形断面条材の製造装置および製造方法では、本発明による走行方向Ｙ２とは逆方向、すなわち板条材Ｔ１の送り方向Ｙ１と同じ方向へ圧延ロール２を移動させていた。この場合、図５でいえば、凸部６Ａの尖端側から圧延が始まるため、厚肉部Ｐと端面６Ｃとの係合による位置合わせ効果は得られない。この点が、薄肉部Ｑの形状精度の差として現れると考えられる。

図９は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態ではターンテーブル１を用いて圧延ロール２の周回軌道を形成していたが、第２実施形態では、キャタピラ型の周回（無限）軌道が形成されている。他の構成は第１実施形態と同様でよい。

この例では、隣接する圧延ロール２同士はリンク構造体１４により各リンク間を屈折可能に連結され、全ての圧延ロール２がベルト（キャタピラ）状に連結されている。圧延ロール２のベルトはガイド機構１０に周回され、ロール送り歯車１２により、板条材Ｔ１の送り方向Ｙ１とは逆の方向Ｙ２へ連続的に回転される。ガイド機構１０は、板条材Ｔ１の送り方向Ｙ１の前方側に半円状の周回面１０Ａを有し、ガイド機構１０の上面、下面、および周回面１０Ａに沿ってベルトが円滑に回る。ダイス６との間で板条材Ｔ１を挟む位置では、圧延ロール２は板条材Ｔ１の下面に沿って転がる。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に圧延を行う。ロール送り歯車１２により圧延ロール２のベルトは一定速度で走行方向Ｙ２へ連続回転しておく。圧延ロール走行方向Ｙ２は、板条材Ｔ１の送り方向Ｙ１とは逆にする。一つの圧延ロール２がダイス６と対向する位置を離れて、次の圧延ロール２がダイス６と対向する位置に進入する前に、板条材Ｔ１は、送りピッチＬだけ送り方向Ｙ１へ移動される。板条材Ｙ１の送りピッチＬは、第１実施形態と同じでよい。

板条材Ｔ１を送りピッチＬだけ移動することにより、図６に示すように、板条材Ｔ１はダイス６の凸部６Ａの尖端側に乗り上げる。しかし、凸部６Ａは厚肉部Ｐから完全に離れてしまうことはなく、凸部６Ａの端面６Ｃの一部は、直前の圧延サイクルで形成された厚肉部Ｐの両側エッジに係合した状態に保たれる。この係合により、厚肉部Ｐとダイス６との中心線合わせの効果が得られる。

板条材Ｔ１の送りが完了したタイミングで、連続回転するロール送り歯車１２により、次の圧延ロール２がダイス６と対向する位置に進入してくる。圧延ロール２は、板条材Ｔ１の被圧延領域ＱＡを、圧延ロールの走行方向Ｙ２に向けて圧延していく。このとき、ダイス６の端面６Ｃが厚肉部Ｐと常に係合しながら圧延加工が進行するため、これらの係合による位置合わせ効果により、凸部６Ａの尖端側で板条材Ｔ１との位置ずれが生じにくい。よって、第１実施形態と同様、各圧延サイクル毎の圧延位置ずれが生じにくく、高い形状精度で薄肉部Ｑを形成することが可能である。

以上、本発明の実施形態を２種説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲でいかなる変更も可能である。

図１〜図８に示した第１実施形態の装置を実際に作成し、ターンテーブル１の回転方向を変えて実験を行った。実験条件は以下の通りである。
ターンテーブル１の外径：５５ｃｍ
ターンテーブル１の回転速度：１００ｍ／ｍｉｎ
圧延ロール２の外径：５ｃｍ
圧延ロール２の本数：１６
圧延ロール２の長さ：１２０ｃｍ
ダイス６の寸法：長さ２００cm×幅１００ｃｍ
凸部６Ａの高さ：１．２ｍｍ
板条材Ｔ１の材質：脱酸銅
板条材Ｔ１の幅：３．５ｃｍ
板条材Ｔ１の厚肉部Ｐの厚さ：１．８ｍｍ
厚肉部Ｐの幅：１．６ｃｍ
薄肉部Ｑの厚さ：０．６ｍｍ
薄肉部Ｑの幅：２．０ｃｍ
斜面６Ｂの傾斜角度：２０゜
端面６Ｃの傾斜角度：８５゜
端面６Ｂの送り方向Ｙ１における幅Ｌ１：１５ｍｍ
板条材Ｙ１の送りピッチＬ：３ｍｍ
以上の条件下で、ターンテーブル１の回転方向のみを変化させて２ｍの異形断面条材Ｔ２を製造した。

その結果、ターンテーブル１の回転方向をＹ２方向とした実施例では、図１０に示すように、目的とした形状の異形断面条材Ｔ２が全長に亘って得られたのに対し、ターンテーブル１の回転方向をＹ２方向とした比較例では、図１１に示すように、薄肉部Ｑの幅が蛇行形状をなして不均一になった部分が生じた。

実施例で得られた異形断面条材Ｔ２の断面を観察したところ、図１２に示すように理想的な形状をしていた。これに対し、比較例において形状不良が生じた箇所では、図１３または図１４に示すように、厚肉部Ｐの両側縁または一側縁に沿って不定形につぶれた部分が生じていた。

本発明の異形断面条材の製造装置および製造方法によれば、各圧延サイクルを短縮した場合にも、圧延サイクル毎の圧延位置ずれが生じにくく、高い形状精度で異形断面条材を形成することが可能であり、加工精度および生産性が高められる。

本発明の第１実施形態の異形断面条材の製造装置を示す概略図である。 前記製造装置の要部の平面図である。 前記製造装置の要部の正面図である。 前記製造装置の要部の平面図である。 図４中の要部の拡大図である。 前記製造装置の要部の正面図である。 前記装置に使用されるダイスを示す図である。 ダイスの斜視図である。 本発明の第２実施形態を示す正面図である。 実施例で得られた異形断面条材Ｔ２の平面図である。 比較例で得られた異形断面条材Ｔ２の欠陥部分の平面図である。 実施例で得られた異形断面条材Ｔ２の断面拡大図である。 比較例で得られた異形断面条材Ｔ２の欠陥部分の断面拡大図である。 比較例で得られた異形断面条材Ｔ２の欠陥部分の断面拡大図である。

符号の説明

１ ターンテーブル
２ 圧延ロール
３ リコイラ
４ 牽引機構
５ アンコイラ
６ ダイス
６Ａ 凸部
８ 駆動モータ（ロール走行機構）
１０ ガイド機構
１１ 緩衝装置
１２ ロール送り歯車
Ｔ１ 板条材
Ｔ２ 異形断面条材
Ｐ 厚肉部
Ｑ 薄肉部
ＱＡ 被圧延領域
Ｙ１ 板条材Ｔ１の送り方向（第１方向）
Ｙ２ 圧延ロールの走行方向（第２方向）
Ｌ 板条材Ｙ１の送りピッチ

Claims (6)

1. 板条材から異形断面条材を製造する異形断面条材の製造装置であって、
   周回軌道を回る複数の圧延ロールと、
   これら圧延ロールとの間に板条材を挟んで圧延し異形断面条材にするためのダイスと、
   板条材を第１方向へ送るための板条材送り機構と、
   前記ダイスと対向する位置にある前記圧延ロールを前記第１方向とは逆の第２方向へ走行させるためのロール走行機構とを具備し、
   前記板条材送り機構は、一つの圧延ロールが前記ダイスと対向する位置を離れて次の圧延ロールが前記ダイスと対向する位置に進入する前に前記板条材を前記第１方向へ間欠送りするとともに、その送りピッチは、前回の被圧延領域と今回の被圧延領域とが一部重複する送りピッチとされていることを特徴とする異形断面条材の製造装置。
2. 前記圧延ロールは、軸周りに回転可能なターンテーブル上で略放射状に並べて取り付けられ、前記ロール走行機構は前記ターンテーブルを軸周りに回転させる請求項１記載の異形断面条材の製造装置。
3. 前記圧延ロールは、互いに軸線を平行にして配置され、これら圧延ロールを周回軌道に沿って周回可能にするガイド機構が設けられている請求項１記載の異形断面条材の製造装置。
4. 前記板条材送り機構は、前記異形断面条材を前記第１方向へ牽引する牽引機構を有する請求項１〜３のいずれかに記載の異形断面条材の製造装置。
5. 前記ダイスには、前記第１方向に延びる凸部または凹部の少なくとも一方が形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の異形断面条材の製造装置。
6. 板条材から異形断面条材を製造する方法であって、
   第１方向へ送られる板条材の一部をダイスと対向させ、周回軌道に沿って周回する複数の圧延ロールのうちの一つの圧延ロールと前記ダイスの間に板条材を挟んだ状態で該圧延ロールを前記第１方向とは逆の第２方向へ走行させることにより前記板条材の一部を圧延する工程と、
   前記一つの圧延ロールが前記ダイスと対向する位置を離れて次の圧延ロールが前記ダイスと対向する位置に進入する前に、前回の被圧延領域と今回の被圧延領域とが一部重複する送りピッチだけ前記板条材を前記第１方向へ間欠送りする工程とを繰り返すことにより前記板条材を異形断面条材にすることを特徴とする異形断面条材の製造方法。

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