JP4451493B2 - 異形断面条の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、厚肉部と薄肉部とが幅方向に並んで形成された異形断面条を製造する方法に関する。
周知のように、例えば、LEDやパワートランジスタ等のリードフレームに、金属製の異形断面条が用いられている。
この異形断面条を製造する技術として、特許文献1及び特許文献2に示されるように、平板状のダイとロールとにより成形するものと、段付きロールと平ロールとによって成形するものとがある。
特許文献1に記載の技術は、平板状のダイの板面に対向させてその板面上に設けた長尺平板材料を板面に対応する範囲転動して押圧する押圧ロールを設け、この押圧ロールの押圧転動の完了毎に、平板材料をダイの先端から後方に所定の長さ移送させることにより、異形断面条を製造するものである。
また、特許文献2に記載の技術は、ロール半径が一定とされた平ロールと、軸線方向にロール半径の異なる複数のロール部を備えてなる段付ロールとが互いに軸線を平行にして近接配置され、平ロールと段付ロールとの間隙に挿入された平板状素材を圧延すると共に各ロールにより平板状素材の長手方向に薄肉部を形成して、異形断面条を製造している。
これら異形断面条は、その板厚が幅方向に異なることから歪みが生じて変形し易く、このため、特許文献3〜5に記載されるように、異形断面となった成形材に焼鈍処理や矯正処理を施すことによって寸法精度を高めるようにしている。
特許文献3に記載の技術は、平板状ダイ及び押圧ロールを備えた金型装置の後方に、成形された長尺金属板を引っ張り且つ整形する第1圧延機を間欠送り吸収装置を介して設け、その後方に脱脂装置及び連続焼鈍炉を設け、更にその後方に第2圧延機とこれに接近してスリットカッターを設けた構成とされ、間欠的な金属材料の移動により金型装置で成形された長尺金属板をそのまま一定速度で移動させながら整形、焼鈍、幅加工を連続的に行うようにしている。
特許文献4に記載の技術は、異形断面の金属板をクランプにより挟持し、金属板を長さ方向に引っ張って歪を矯正するようにしたものにおいて、クランプを金属板の引っ張り方向と交差する方向に分割した複数の分割板で構成して、金属板の材質と形状に応じて挟持力を制御するようにしている。
特許文献5に記載の技術は、異形断面条を長さ方向の異なる箇所で挟み具により挟持し、これらの間隔を広げる方向に移動させることで異形断面条に引っ張り力を加えて矯正する方法において、引っ張りによる異形断面条の変形に応じて挟み具が回転するようにしている。
特開昭52−36512号公報 特開2003−71052号公報 特開平6−285573号公報 特開昭63−97311号公報 特許第3341610号公報
しかしながら、異形断面であるため、成形時の歪みの発生は避けられず、形状、寸法の精度をさらに改善する技術が求められている。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、さらに精度を高めることができる異形断面条の製造方法の提供を目的とする。
本発明の異形断面条の製造方法は、平板状素材を圧延して厚肉部と薄肉部とが幅方向に並んだ異形断面成形材を形成してコイル状に巻き取る粗圧延工程と、コイル状に巻き取られた前記異形断面成形材を繰り出しながらその両側縁部に配置される前記厚肉部又は薄肉部の幅方向の途中位置を長さ方向に沿って切断して両側縁部を切り落とすことにより異形断面スリット材を形成してコイル状に巻き取る切断工程と、コイル状に巻き取られた前記異形断面スリット材を繰り出しながら矯正して異形断面条を得る矯正工程とを有し、前記粗圧延工程では、前記薄肉部の板厚の目標値からのずれをΔt(mm)、前記厚肉部の側面と頂面とのなす角部の曲率半径の実測値をe(mm)、前記異形断面成形材の1メートル長さ当たりの曲がり量の実測値をD1(mm)としたとき、Δtが0.01以下であり、eが0.15以下であり、D1が0.4以下であり、かつ、Δt×e×D1で求められる粗圧延管理値をXとするとき、Xが5×10−4以下となるように圧延し、前記切断工程では、両側縁部に配置されている前記厚肉部又は薄肉部の側縁からの幅の差の実測値を|A−B|(mm)とするとき、|A−B|が0.08以下となるように切断し、前記矯正工程では、前記異形断面条の1メートル長さ当たりの曲がり量の実測値をD2(mm)としたとき、D2が0.13以下となるように矯正することを特徴とする。
また、本発明の製造方法において、さらに、前記切断工程において測定した|A−B|を切断管理値Yとし、矯正工程において測定したD2を矯正管理値Zとするとき、前記粗圧延管理値X、切断管理値Y、矯正管理値Zの積(X×Y×Z)が6×10−6以下となるように前記異形断面条を製造するとよい。
また、本発明の製造方法において、前記粗圧延工程では、前記厚肉部及び薄肉部を形成するための成形面を有するダイ、及び該ダイの成形面に対向する位置とダイの成形面からずれた位置との間でダイの成形面の長さ方向に沿って往復移動させられる圧延ロールを用い、圧延ロールがダイの成形面からずれた位置にあるときに前記平板状素材を長さ方向に間欠送りし、圧延ロールがダイの成形面に対向する位置にあるときに該圧延ロールと前記ダイの成形面との間に前記平板状素材を挟みこんで圧延するとよい。
また、本発明の製造方法において、前記粗圧延工程では、前記ダイよりも下流位置で巻き取り機構により前記異形断面成形材を一定速度で巻き取りながら、前記ダイよりも上流位置で前記平板状素材に接触するブレーキ部材を押圧してブレーキ摩擦力を付与し、かつ、前記ダイと前記巻き取り機構との間で、前記異形断面成形材の片面を支持ロールで支持しつつ異形断面成形材の他面に接触する揺動ロールをばねにより押圧することにより前記異形断面成形材を湾曲させた状態で牽引するとよい。
この場合、前記ばねにより押圧された状態の前記揺動ロールの固有振動数をf1、前記圧延ロールの振動数をf2とするとき、f1がf2を超えf2の2倍以下となるように、前記ばねのばね定数が定められているのが好ましい。
また、本発明の製造方法において、前記粗圧延工程では、前記厚肉部を形成するための小径ロール部及び前記薄肉部を形成するための大径ロール部が軸線方向に並んで形成された段付きロールと、半径が軸線方向に沿って一定とされた平ロールとの間で前記平板状素材を挟みこんで圧延するものとしてもよい。
その場合、前記段付きロールは、広幅の大径ロール部とこれより細幅の大径ロール部とが小径ロール部を介して並べられて形成されるとともに、広幅の大径ロール部の径が細幅の大径ロール部の径よりも大きく形成され、これら両大径ロール部の半径の差分をΔrとし、前記細幅の大径ロール部と前記小径ロール部との半径の差分をhとするとき、Δr/h=0.01〜0.5とされているとよい。
また、本発明の製造方法において、前記切断工程では、前記スリッターにより分離された異形断面スリット材を巻き取り機構により一定速度で巻き取りながら、該巻き取り機構と前記スリッターとの間で各異形断面スリット材を押圧してその張力を制御するとよい。
また、本発明の製造方法において、前記矯正工程では、前記異形断面スリット材を繰り出し機構により一定速度で繰り出しながら、矯正後の異形断面条を巻き取り機構により一定速度で巻き取るとともに、これら繰り出し機構と巻き取り機構との間に前記異形断面スリット材及び異形断面条にたるみ部を形成した状態で、両たるみ部の間で前記異形断面スリット材を弾性部材により挟持して張力を付与するとよい。
本発明の製造方法によれば、厚肉部と薄肉部とを有する異形断面条の形状、寸法を高精度に製造することができる。
本発明の第1実施形態における粗圧延工程で用いられる粗圧延装置を示す概略構成図である。 図1の粗圧延装置における圧延機のダイと圧延ロールを示す正面図である。 図2の圧延機におけるダイの成形面を示す平面図である。 図1の粗圧延装置における異形断面成形材の引っ張り荷重Fの時間変化を示すグラフであり、速度調整機構におけるばね定数を変えた二種類を示している。 図2の圧延機で成形している状態を示す断面図である。 図1の粗圧延装置で成形した異形断面成形材の曲がりを説明するために示した平面図である。 本発明の第1実施形態における切断工程で用いられる切断装置の概略構成図である。 本発明の第1実施形態における矯正工程で用いられる矯正装置の概略構成図である。 図8の矯正装置におけるクランプ部材で異形断面スリット材をクランプしている状態を示す断面図である。 本発明の第1実施形態の方法で製造される異形断面条を示す断面図である。 本発明の第2の実施形態における粗圧延工程で用いられる粗圧延装置を示す概略構成図である。 図11の粗圧延装置における圧延機の要部を示した概略構成斜視図である。 図12の圧延機における段付きロールの軸線P2の方向における一部断面図である。 図13におけるHで示す要部の拡大断面図である。 図12の圧延機が平板状素材Mを圧延している状態を示す断面図である。 図12の圧延機により形成された異形断面成形材における薄肉部の肉厚の幅方向の分布を示す図であり、方形のプロットが第2の大径ロール部によって形成した薄肉部、ひし形のプロットが従来構成の半径が一定のロール部によって形成した薄肉部をそれぞれ示している。 第2の大径ロール部の外周面形状の変形例を示す断面図である。 本発明の第2実施形態の方法で製造される異形断面条を示す断面図である。
以下、本発明に係る異形断面条の製造方法を、銅合金からなる異形断面条の製造に適用した実施形態について説明する。
図1〜図10は、本発明の第1実施形態の製造方法を説明するための図面である。
図10は、最終的に得られる異形断面条Eを示しており、この異形断面条Eは、厚肉部yの両側に同じ幅(A=B)の薄肉部mが形成された形状とされ、厚肉部yの両側面は若干傾斜し、厚肉部yの幅が高さ方向に漸次狭くなるように形成されている。また、両薄肉部mの板厚の目標値は同じ厚さtに設定され、薄肉部mの上面と厚肉部yの側面との間に形成される角部の曲率半径e及び厚肉部yの側面と頂面との間の角部の曲率半径eも同じ目標値に設定される。
この異形断面条Eを製造するための第1実施形態の方法は、平板状素材Mを圧延して厚肉部yと薄肉部mとが幅方向に並んだ異形断面成形材Cを形成する粗圧延工程、その異形断面成形材Cを焼鈍する焼鈍工程、焼鈍した異形断面成形材Cを仕上げ圧延する仕上げ圧延工程、仕上げ圧延された異形断面成形材Cの薄肉部mをスリッターにより長さ方向に沿って切断することにより厚肉部yの両側に薄肉部mが形成された異形断面スリット材Eに分離する切断工程、その異形断面スリット材Eの反りを矯正して目的の異形断面条Gを得る矯正工程を有している。
平板状素材Mは、延性材料を板状に形成してなるものであり、例えば、Cu−0.1%Fe−0.03%Pの銅合金からなる。
なお、平板状素材が各工程毎に加工されていくため、厚肉部及び薄肉部の形状、寸法等は変化していくが、本明細書では、説明の便宜のため、厚肉部をy、薄肉部をmとして各工程において同一符号を付している。
以下、この異形断面条の製造方法を各工程毎に詳細に説明する。
<粗圧延工程>
粗圧延工程においては、コイル状に巻き取られた状態の平板状素材Mを繰り出しながら圧延し、その圧延により成形された異形断面成形材Cをコイル状に巻き取る粗圧延装置51が備えられている。
この粗圧延装置51は、図1に示すように、コイル状に巻き取られた状態の平板状素材Mを所定量ずつ繰り出すアンコイラー(繰り出し機構)52、アンコイラー52から繰り出された平板状素材Mを厚さ方向に押圧しながら異形断面成形材Cに圧延する圧延機53、圧延機53により成形された異形断面成形材Cを一定速度で巻き取るリコイラー(巻き取り機構)54、アンコイラー52と圧延機53との間で平板状素材Mを抑える素材抑え機構55、圧延機53とリコイラー54との間でこれら圧延機53とリコイラー54との速度差を吸収しながら異形断面成形材Cを牽引する速度調整機構56が備えられている。
圧延機53は、図2に示すように、成形面57となる凹凸面を有する平板状のダイ58、このダイ58の成形面57に対向して成形面57に沿って往復移動される圧延ロール59とを有している。
ダイ58の成形面57は、図3に示すように、異形断面成形材Cの厚肉部yを形成するための溝部61と、薄肉部mを形成するための凸条部62とが並んで形成されている。図の例では、平板部63の上に、平板状素材Mの走行方向に沿う二つの凸条部62がその走行方向と直交する方向に間隔を開けて相互に平行に形成され、これら凸条部62の間に、溝部61が平板状素材Mの走行方向に沿う直線状に形成されている。また、両凸条部62は、その大部分は一定の幅に形成されているが、走行方向の上流方向に向かう先端面は、先端に向かうにしたがって漸次幅を狭くするように傾斜面62aとされている。また、この傾斜面62aは、平板部63の上面との間でも傾斜しており、両凸条部62とも、溝部61に面している側面61aと傾斜面62aとにより鋭利な先端が形成され、その鋭利な先端が平板状素材Mの走行方向の上流方向に向けられた状態で、走行方向と直交する方向に並べられている。そして、このダイ58は、図2に示すように、成形面57を下方に向けた状態に保持されている。
一方、圧延ロール59は、その軸心が平板状素材Mの走行方向に直交する方向に向けられ、図1から図3の矢印で示すように、ダイ58の成形面57の下方位置で、この成形面57に対向する位置を経由して、ダイ58よりも上流で成形面57からずれた鎖線で示す位置とダイ58の成形面57の下流端位置との間を平板状素材Mの走行方向に沿って往復移動させられるようになっている。
そして、圧延ロール59がダイ58よりも上流位置に配置されているときに、これらダイ58の成形面57と圧延ロール59との間に平板状素材Mを送り込み、その後、圧延ロール59をダイ58の成形面57に沿って下流方向に移動することにより、平板状素材Mをダイ58の成形面57に押圧して食い込ませ、平板状素材Mの片面を成形面57に合わせて成形する。また、圧延ロール59はダイ58の下流端位置まで移動したら、再度、ダイ58の成形面57からずれた上流位置まで移動する。平板状素材Mは、圧延ロール59がダイ58の成形面57からずれた上流位置に配置されているときに、後述するように速度調整機構56により所定ピッチだけ送られる。そして、同様な操作が繰り返され、圧延ロール59が往復移動することにより、平板状素材Mがダイ58の成形面57によって成形される。
このようにして、平板状素材Mを所定ピッチずつ間欠送りしながら、圧延ロール59をダイ58の成形面57に沿って往復移動することにより、平板状素材Mに、ダイ58の溝部61によって形成される厚肉部yと、凸条部62によって形成される薄肉部mとが連続的に形成された異形断面成形材Cが得られる。この異形断面成形材Cは、図10に鎖線で示すように、厚肉部yは最終形状の異形断面条Gのものとほぼ同じ形状に形成されるが、薄肉部mは最終形状よりも広く形成され、後述の圧延工程において、薄肉部mの側縁部が切り落とされる。
素材抑え機構55は、図1に示すように、圧延機53よりも上流位置で平板状素材Mを挟持することにより、平板状素材Mの振動を抑えつつ平板状素材Mにブレーキ摩擦力を作用するものであり、平板状素材Mの両面に所定の長さにわたって接触するブレーキ部材65が空気圧等の流体圧によって背面方向から押圧されるようになっている。
速度調整機構56は、圧延機53で圧延された異形断面成形材Cを牽引して間欠走行させるとともに、その途中を湾曲させた状態とすることにより、間欠走行とリコイラー54による一定速度での巻き取りとの間の速度差を調整するものである。具体的には、異形断面成形材Cの走行方向に間隔を開けて配置され異形断面成形材Cの下面に接触する一対の支持ロール66と、これら支持ロール66の間で異形断面成形材Cの上面に接触する揺動ロール67と、この揺動ロール67を上方から押し下げるように押圧するばね68とが備えられている。そして、この揺動ロール67が異形断面成形材Cを上方から押し下げることにより、支持ロール66との間で異形断面成形材Cを湾曲させた状態としており、圧延機53が圧延しているとき(異形断面成形材Cが圧延機53で停止しているとき)には、リコイラー54の巻き取り力によって支持ロール66の間の異形断面成形材Cの湾曲部分が引っ張られることにより、その湾曲部分の長さを小さくするように揺動ロール67が上昇させられ、圧延ロール59がダイ58の成形面57からずれた上流位置に配置されたときに、支持ロール66の間の異形断面成形材Cの湾曲部分の長さを大きくするようにばね68の押圧力によって揺動ロール67を押し下げ、圧延ロール59が移動してダイ58の成形面57に平板状素材Mを食い込ませるまでの間に、圧延機53から異形断面成形材C(平板状素材M)を所定ピッチだけ間欠送りするようになっている。
なお、図1に示す例では、支持ロール66を異形断面成形材Cの下方に二つ設置しているが、固定状態の支持ロール66を一方のみにして、他方は揺動ロールと同様にばねにより支持して、異形断面成形材Cに押圧力を作用させる構成のものとしてもよい。
この速度調整機構56において、ばね68は、揺動ロール67を押圧することにより、異形断面成形材Cに所定の張力を作用するが、その張力は、リコイラー54による一定速度での巻き取りを阻害しないようにリコイラー54の巻き取りによる張力よりは小さく設定される。一方、そのばね68の押し下げ力は、素材抑え機構55のブレーキ摩擦力に抗して異形断面成形材Cを間欠走行させる牽引力を付与できるものとされる。
この場合、この速度調整機構56による異形断面成形材Cの間欠走行と圧延機53の圧延ロール59の往復移動とは同期することになるが、揺動ロール67によって異形断面成形材Cに作用する張力は変動が少ない方が成形精度がよい。このため、揺動ロール67を押圧するばね68のばね定数を大きく設定し、圧延ロール59の振動数に対して、揺動ロール67の固有振動数が大きくなるように設定されている。具体的には、揺動ロール67の固有振動数をf1、圧延ロール59の振動数をf2としたときに、f1はf2を超え、f2の2倍以下に設定される。
この揺動ロール67の固有振動数f1が圧延ロール59の振動数f2と一致する(f1=f2)場合、図4の破線で示すように、共振状態となって平板状素材Mに作用する引っ張り荷重Fが大きく変動する。このため、ダイ58での圧延時に成形面57の溝部61内に材料が十分に充満せずに、図5に鎖線gで示すように溝部61内に欠肉部が生じ、異形断面成形材Cとしては、薄肉部mから厚肉部yの側面が所定の寸法、形状に形成されない不具合が生じる。この揺動ロール67の固有振動数f1をf2<f1≦(2×f2)の範囲に設定することにより、例えば図4の実線でf1をf2の1.5倍とした例を示しているが、平板状素材Mに作用する引っ張り荷重の変動が少なくなり、その結果、成形面57の溝部61内に十分に材料が充満して、厚肉部yの寸法、形状が精度よく形成されるのである。
例えば、圧延ロール59の往復振動数f2が300回/分とし、揺動ロール67の固有振動数f1を圧延ロール59の往復振動数f2と同じ(300/分=5/秒)とすると、揺動ロール67の重量が10kgなら、ばね定数は約1.0となるが、揺動ロール67の固有振動数f1を圧延ロール59の往復振動数f2の1.5倍に設定すると、ばね定数は約2.4となる。このように揺動ロール67に接続したばね68のばね定数を圧延ロール59の振動数f2から計算される値よりも大きく設定することにより、厚肉部y及び薄肉部mの寸法、形状を高精度に成形することができる。
また、この粗圧延工程においては、異形断面成形材Cの薄肉部mの板厚の目標値tからのずれをΔt(mm)、厚肉部yの側面と頂面とのなす角部の曲率半径の実測値をe(mm)、異形断面成形材Cの1メートル長さ当たりの曲がり量(蛇行量)の実測値をD1(mm)としたとき(図6及び図10参照)、Δtが0.01以下であり、eが0.15以下であり、D1が0.4以下であり、かつ、Δt×e×D1で求められる粗圧延管理値をXとするとき、Xが5×10−4以下となるように管理される。
ここで、曲がり量は、図6に示すように、曲がりの内側となる側縁に沿って1メートルの長さの2点間を直線で結んだときの、その直線から側縁までの最大ずれ寸法である。
また、これら薄肉部mの板厚のずれΔt、角部の曲率半径e、曲がり量D1をそれぞれ管理しつつ、これらの積で求められる粗圧延管理値Xをより厳しい値で管理することにより、高精度の異形断面成形材Cを得ることができる。しかも、その曲がり量Dは、後の切断工程における薄肉部の幅寸法(|A−B|)にも影響するものであるため、この粗圧延工程の段階で管理しておくことにより、後工程の切断精度を向上させることができる。
<焼鈍工程>
焼鈍工程では、異形断面成形材Cに付着した油分を蒸発させる程度に加熱して脱脂した後、異形断面成形材Cを例えば窒素ガス雰囲気で600℃まで加熱して冷却するものである。
<仕上げ圧延工程>
仕上げ圧延工程では、粗圧延工程により成形された異形断面成形材Cを一定速度で走行させながら、厚肉部yと薄肉部mの表面形状に形成したロール(図示略)により、異形断面成形材Cの表面の凹凸面をわずかに押圧して整形するものである。
<切断工程>
切断工程では、図7に示すように、コイル状に巻き取られた異形断面成形材Cを所定量ずつ繰り出すアンコイラー(繰り出し機構)71、アンコイラー71から繰り出された異形断面成形材Cの薄肉部mの側縁部を切り落とすスリッター72、切断された異形断面スリット材Eを巻き取るリコイラー73、スリッター72とリコイラー73との間で異形断面スリット材Eを押圧しながら張力を制御する張力制御機構74を用いて、異形断面成形材Cから異形断面スリット材Eを切断し、これを一定速度でコイル状に巻き取ることが行われる。
張力制御機構74は、異形断面スリット材Eの両面に接触するロール75を空気圧等の流体圧によって押圧することにより、異形断面スリット材Eとリコイラー73との間の張力を調整している。図7の符号76は異形断面成形材Cの左右方向位置をスリッター72に案内するガイドである。
この切断工程により、図10に鎖線で示す両側部が切り落とされ、ほぼ最終形状の異形断面条Gと同様に、厚肉部yの両側に薄肉部mがそれぞれ形成される。そこで、両薄肉部mの幅寸法A,Bの差の実測値を|A−B|(mm)とするとき、|A−B|が0.08以下となるように管理される。
この切断工程は、まだ最終工程ではなく、次の矯正工程を経て最終的な異形断面条Gが得られるが、この切断工程において、この幅寸法|A−B|を管理することにより、最終の異形断面条Gの形状、寸法精度を向上させることができる。
<矯正工程>
矯正工程では、図8に示すように、前工程の切断工程で巻き取られた異形断面スリット材Eのコイルを一定速度で繰り出すアンコイラー(繰り出し機構)81、繰り出された異形断面スリット材Eに所定の張力を付与することにより目的の異形断面条Gとするストレッチ機構82、ストレッチ機構82を通過した異形断面条Gを一定速度で巻き取るリコイラー(巻き取り機構)83が用いられる。この場合、アンコイラー81とストレッチ機構82との間、及びストレッチ機構82とリコイラー83との間では、それぞれ張力調整のため、異形断面スリット材E又は異形断面条Gはたるみ部Es,Gsを形成した状態に支持される。
ストレッチ機構82は、異形断面スリット材Eを長さ方向に間隔を開けた二箇所でクランプ部材84によって挟持し、これらクランプ部材84を異形断面スリット材Eの長さ方向に離間させるように移動することにより、異形断面スリット材Eに所定の張力を付与して、最終的な異形断面条Gとするようになっている。クランプ部材84は、図9に示すように、異形断面スリット材Eの下面に接触するクランプ部材84Aは硬質ゴムにより平板状に形成され、異形断面スリット材Eの上面(凹凸面)に接触するクランプ部材84Bは、厚肉部yの頂面に接触する硬質ゴムからなる平板部85に、薄肉部mの上面に接触する軟質ゴムからなる凸部86が固定された構成とされている。
なお、図8に示す例ではたるみ部Es,Gsをストレッチ機構82の両側に配置したが、いずれか一方のみでもよい。
この矯正工程においては、図6に示したD1の場合と同様の測定方法による異形断面条Gの1メートル当たりの曲がり量(蛇行量)の実測値をD2(mm)とするとき、D2が0.13以下となるように管理される。
そして、最終的な異形断面条Gの合否判定として、切断工程において測定した|A−B|を切断管理値Yとし、矯正工程において測定したD2を矯正管理値Zとするとき、粗圧延管理値X、切断管理値Y、矯正管理値Zの積(X×Y×Z)が6×10−6以下となるものを合格とし、その範囲から外れるものを不合格とする。
以上のような各工程を経て、目的とする異形断面条Gが得られる。そして、この製造過程において、粗圧延工程では、異形断面成形材Cの各部の寸法Δt、e、D1についての個々の管理とともに、その組み合わせからなる粗圧延管理値Xを所定範囲内とするように管理し、また、切断工程における薄肉部mの幅寸法の差|A−B|、及び矯正工程における異形断面条Gの曲がり量D2をそれぞれ個々に管理しながら、最終的に、粗圧延管理値X、切断管理値Y、矯正管理値Zの積(X×Y×Z)を管理して合否判定している。
このように、個々の測定値ごとの管理に加えて、これら測定値の組み合わせからなる管理項目を設定して管理することにより、高精度の異形断面条Gを得ることができる。つまり、個々の測定値においては、それ自体の管理幅内であったとしても、これらの組み合わせからなる管理値が所望する管理範囲からずれている場合には不合格とするのである。逆に言うと、組み合わせからなる管理値による管理を厳密にすることにより、個々の測定値ごとの精度は、他の管理項目の精度によって補うことができるとの考えの下、若干大きめの範囲に設定しておくことにより、個々の管理を容易にしながら、全体として高精度のものを得ることができ、効率的に管理することができる。
そして、その場合に、最終的な異形断面条Gの薄肉部mの幅寸法に影響する曲がり量については、粗圧延工程及び矯正工程の両方においてそれぞれ管理することにより、最終製品の寸法を極めて高い精度で仕上げることができるものである。
次に、本発明の第2実施形態について図11から図18を参照しながら説明する。
この第2実施形態においても、第1実施形態の場合と同様に、粗圧延工程、焼鈍工程、仕上げ圧延工程、切断工程、矯正工程を有している。この場合、この第2実施形態では、粗圧延工程がロールによる成形とされている点が第1実施形態と異なり、その後の焼鈍工程から矯正工程までは第1実施形態とほぼ同じである。したがって、この粗圧延工程について詳細に説明する。
また、図18は、最終的に得られる異形断面条Eを示している。この異形断面条Eは、幅方向の中央位置に配置された薄肉部mを中心に、その両側に、厚肉部yと薄肉部mとが複数ずつ交互に並べられ、両側縁部には厚肉部yが配置されており、5個の薄肉部mと6個の厚肉部yとを有している。また、幅方向の中央位置の薄肉部m1と、両側縁部の厚肉部yに接する薄肉部m1とは、他の薄肉部m2よりも幅が小さく設定され、中央位置の薄肉部m1の両隣の厚肉部yも他の厚肉部yよりも幅が小さく設定されている。また、両側縁部に配置されている厚肉部yは同じ幅(A=B)に設定されている。各薄肉部mの厚さtはすべて同じになるように形成される。その他、図示はしないが、薄肉部mの上面と厚肉部yの側面との間に形成される角部の曲率半径及び厚肉部yの側面と頂面との間の角部の曲率半径が同じ目標値に設定されるのは第1実施形態の場合と同じである。
粗圧延工程で異形断面成形材を製造するための粗圧延装置30は、図11に示すように、平ロール10と段付ロール21とを有する圧延機1を有している。また、アンコイラー(繰り出し機構)52及びリコイラー(巻き取り機構)54、素材抑え機構55を備える点は第1実施形態と同様であり、圧延機1とリコイラー54との間で張力調整機構2が設けられている。
図12は圧延機1の要部を示している。平ロール10は、一定のロール半径R1で形成されて、外周部に段差がないロールであり、軸線P1を水平にした状態で配設されている。なお、この平ロール10は、工具鋼からなっている。
段付ロール20は、外周部20aにロール半径が異なる複数の三種のロール部を有しており、六つの厚肉部形成のための小径ロール部21と、三つの比較的細幅の第1の大径ロール部22と、二つの広幅の第2の大径ロール部23とを備えている。なお、この段付ロール20は、平ロール10と同様に、工具鋼からなっている。
小径ロール部21は、図12から図14に示すように、三種のロール半径のうち最小のロール半径R2で形成された部位であり、軸線P2方向に間隔を空けて六つ形成され、このうちの二つが外周部20aの両端部に形成されている。これら六つの各小径ロール部21の外周面21aは、図13及び図14に示すように、それぞれ軸線P2と平行に延在している。
第1の大径ロール部22は、図12から図14に示すように、ロール半径R2よりも大きいロール半径R3で形成された部位である。この第1の大径ロール部22は、外周部20aの軸線P2方向における中央の位置と、この中央を挟んで等しい間隔を空けた二つの位置に形成されると共に、それぞれ軸線P2方向の両端において小径ロール部21と隣接している。これら三つの第1の大径ロール部22の外周面22aは、図13及び図14に示すように、それぞれ小径ロール部の外周面21aから径方向外方側に段差hだけ突出した位置に、軸線P2に平行にロール幅W1だけ延在している。なお、ロール幅とは、ロール部の軸線方向における両端縁間の長さをいう。
本実施形態では、段差hが0.4mmとされ、第1の大径ロール部22のロール幅Wが1.0mmとされて、W1/h=2.5となるように設定されている。
第2の大径ロール部23は、図13に示すように、その一部がロール半径R4で形成された部位であり、三つの第1の大径ロール部22のそれぞれの間に一つずつ形成されると共に、第1の大径ロール部22と同様に、軸線P2方向の両端において小径ロール部21と隣接している。
この第2の大径ロール部23は、軸線P2を通る平面で切断した場合の縦断面輪郭が、小径ロール部21の外周面21aと鈍角を構成する二つの端面23b,23cと、この端面23b,23c間を結ぶ外周面23aとを有している。この外周面23aと端面23b,23cとがそれぞれ形成する第2の大径ロール部23の端縁部(角部)23g,23h間のロール幅W2は、本実施形態では、4mmに設定されている。
第2の大径ロール部23の外周面23aは、軸線P2方向において第2の大径ロール部23の中間となる位置に形成された中間面(中間部分)23dと、この中間面23dの両端(定位置)23e,23fからそれぞれ第2の大径ロール部23の両端縁23g,23hに向けて形成されたテーパ面23i,23jからなる。
より具体的には、ロール半径R4で形成されて軸線P2方向に延在する中間面23dと、この中間面23dの両端23e,23fから両端縁23g,23hまでロール半径が小となるように、かつ、中間面23dを挟んで対称となるようにテーパ面23i,23jが延在している。
このように、第2の大径ロール部23の中間面23dは、第1の大径ロール部22の外周面22aよりも差分Δr(R4−R3)だけ段付ロール20の径方向外方側に突出して延在している(図13、図14参照)。
本実施形態においては、このΔrが0.06mmに設定されている。すなわち、段差hと、中間面23dのロール半径R4と外周面22aのロール半径R3との差分Δrとの比は、Δr/h=0.15となっており、この段差hと第2の大径ロール部23のロール幅W2との比は、W2/h=10となるように設定されている。
また、中間面23dの両端部のテーパ面23i,23jは、中間面23dに対する角度(軸線P2に対する角度)θが0.1〜5°とされている。
上記の構成を備える段付ロール20は、軸線P2を平ロール10の軸線P1に平行にして、第1の大径ロール部22の外周面22aと平ロール10の外周面とが約0.2mmの間隔を空けて、すなわち、小径ロール部21の外周面21aと平ロール10との外周面とが約0.6mmの間隔を空けて近接配置されている。
次に、上述した構成を備える粗圧延装置1を用いて異形断面条Gとなる異形断面成形材Cを製造する方法について説明する。
まず、図12に示すように、不図示のロール駆動装置が静止状態の平ロール10及び段付ロール20を駆動し、平ロール10と段付ロール20とを互いの近接部の接線方向の速度成分が平板状素材Mの送り方向となるように回転させる。
同時に、不図示の素材送り装置が平板状素材Mを平ロール10と段付ロール20が形成する間隙に挿入する。
平ロール10と段付ロール20との間隙に挿入された平板状素材Mは、図15に示すように、圧延されて、段付ロール20側の面において平板状素材Mの幅方向に厚みの段差が形成される。すなわち、第1の大径ロール部22及び第2の大径ロール部23により、平板状素材Mが圧下されて、平板状素材Mに五つの薄肉部m(m1,m2)と、各薄肉部の間に六つの厚肉部yとが形成される。
第1の大径ロール部22の圧下により形成された異形断面成形材Cの薄肉部m1は、その幅が第1の大径ロール部22のロール幅W1と略等しい1.0mmとなり、また、厚肉部の外周面からの深さが段差hと略等しい0.4mmとなり、比較的に幅狭のものとなる。この圧延の際には、平板状素材Mに長手方向(平板状素材Mの挿入方向)の伸びが発生し、薄肉部m1の幅方向中央付近の伸び量と、この薄肉部m1に隣接する厚肉部yの伸び量の差分によって圧縮応力が発生するが、両側の厚肉部yによって変形が抑制されるため、薄肉部m1は均一な厚さに成形される。従って、薄肉部m1の上面は平面状に形成される。
これに対して、第2の大径ロール部23の圧下により形成された異形断面成形材Cの薄肉部m2は、その幅が大きい分、その表面に作用する単位面積当たりの圧力が小さくなるため、幅の小さい第1の大径ロール部22によって形成される薄肉部よりも厚くなり易い。また、薄肉部の幅が大きいことから、その幅方向の中間部分が厚肉部から遠くなり、このため、前述した厚肉部による抑制効果が薄肉部の中央分まで届かず、薄肉部の幅方向中央付近が厚く形成され易い。
この場合、第2の大径ロール部23は、小径ロール部21の外周面21aからの突出高さ(h+Δr)が、第1の大径ロール部22の突出高さ(h)より大きく形成されているとともに、幅方向の中央部分が高く形成されていることから、圧下量が第1の大径ロール部22よりもΔrだけ大きく、しかも、テーパ面23i,32jによって厚肉部との境界部分に向けて漸次圧下量が小さくなるので、成形される薄肉部は、第1の大径ロール部22により成形される薄肉部と同じ厚さで、しかも幅方向にわたって均一な厚さとなる。つまり、この薄肉部は、その幅が第2の大径ロール部23のロール幅W2と略等しい4.0mmとなり、厚肉部の外周面からの深さが段差hと略等しい0.4mmとなる。
したがって、いずれの大径ロール部22,23で成形した薄肉部とも同じ厚さに形成することができる。
このようにして、平板条素材Mを平ロール10と段付ロール20とが圧延して、寸法精度の高い異形断面成形材Cを製造する。
なお、この粗圧延工程において、第1実施形態と同様に、薄肉部mの板厚tの目標値からのずれΔt、厚肉部の側面と頂面のなす角部及び薄肉部の上面と厚肉部の側面とのなす角部のそれぞれの曲率半径e、異形断面成形材Cの1メートル長さ当たりの曲がり量D1について、それぞれΔtが0.01mm以下、eが0.15mm以下、D1が0.4mm以下とする管理がなされるとともに、これらの積である粗圧延管理値Xが求められ、その粗圧延管理値Xが5×10−4以下となるように管理される。
また、その後の切断工程においては、両側縁部の厚肉部の幅の差|A−B|が0.08mm以下となるように管理される。この場合、第2実施形態では、両側の厚肉部yが切断されるので、厚肉部yの幅寸法A,Bの測定結果により求められる(図18参照)。また、矯正工程においては、異形断面条Gの1メートル長さ当たりの曲がり量D2が0.13mm以下となるように管理される。そして、これら|A−B|の切断管理値Y、D2の矯正管理値Zが求められ、粗圧延管理値、切断管理値、矯正管理値の積(X×Y×Z)が6×10−6以下となるように管理することにより、高精度の形状、寸法の異形断面条が得られる。
以上説明した通り、この第2実施形態によれば、第2の大径ロール部23の圧下量が軸線P2方向において中間面23dで最大となり、中間面23dの両端23e,23fから両端縁23g,23hに向けて漸次小となるので、中間面23dに圧下された異形断面成形材Cの薄肉部m2における幅方向中央が増肉しても薄肉部m2を平面状に形成することができる。
従って、異形断面成形材Cにおける薄肉部mの上面を平面状に加工することができ、良好な加工精度を得ることができる。
このように異形断面成形材Cの薄肉部m(m1,m2)の幅と深さに応じて、ロール部のロール半径が一定の外周面とするか、また、ロール半径を異ならせた外周面とするかを適宜選択して、薄肉部m(m1,m2)の上面を平面状に形成することができる。具体的には、薄肉部の幅WがW/h<3の場合には、薄肉部m1のように幅方向中央部分で増肉し難いので、ロール半径が一定の外周面にするとよい。一方、W/h≧3の場合には、薄肉部m2のように幅方向中央部分が増肉し易いので、ロール部のロール半径を異ならせた外周面にするとよい。
また、ロール半径R4とロール半径R3の差分をΔr/h=0.01〜0.5の範囲にすると薄肉部m2の深さが段差hと略等しくなるように構成することができる。
また、第2の大径ロール部23の外周面23aが、テーパ面23i,23jにより断面視直線状にロール半径が小となるように形成されているので、第2の大径ロール部23を簡易に形成することができる。
また、第2の大径ロール部23の外周面23aにおいて、中間面23dを挟んで対称にテーパ面23i,23jが形成され、また、この第2の大径ロール部23を挟んで隣接する二つの小径ロール部21が形成されているので、第2の大径ロール部23の軸線P2方向における圧下量が中間面23dを挟んで対称になると共に、第2の大径ロール部23を挟んで隣接する二つの小径ロール部21の圧下量を等しくすることができる。
図16は、異形断面成形材の薄肉部の幅方向の肉厚を計測した結果を示す図であり、方形のプロットが第2の大径ロール部23によって形成した薄肉部m2の計測結果を示しており、ひし形のプロットが従来の構成のロール部(ロール半径R3のみで構成したロール部)によって形成した薄肉部の計測結果を示している。
図16に示すように、従来の段付ロールの場合には薄肉部の幅方向の中央部で肉厚が増加しているが、第2の大径ロール部23の場合には幅方向に亘ってほぼ一定の肉厚となっている。
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
図17は、本発明に係る第2の大径ロール部23の外周面23aの変形例を示す図である。なお、図12〜図15と同様の構成については同一の符号を付けて説明を省略する。
上述した実施形態では、テーパ面23i,23jを形成してロール半径をロール半径R4からロール半径R3となるように構成したが、図17に示すように、中間面23dの両端23e,23fから両端縁23g,23hに向けて、断面視弧状となるようにロール半径を漸次小となるように構成してもよい。このように形成しても上記と同様の効果を得ることができる。
また、上述した実施の形態では、平板状素材Mとして、Cu−0.1%Fe−0.03%Pの銅合金を用いたが、この他にも、例えば、高導電材の銅合金(Cu−0.15%Sn−0.006%P,Cu−0.02%Zr,Cu−2.3%Fe−0.12%Zn−0.03%P、C1020(無酸素銅)、C1220(りん脱酸銅))を良好に加工できる。また、高強度材の銅合金(Cu−0.7%Mg−0.005%P,Cu−0.5%Sn−1.0%Zn−2.0%Ni−0.5%Si,Cu−0.3%Cr−0.1%Zr−0.02%Si)を良好に加工することができる。
なお、異形断面成形材の薄肉部における増肉は、異形断面成形材の寸法だけでなく材質にも依存すると考えられる。すなわち、上述したw/h、Δr/hの各値は、上述した実施の形態のものに限られることなく、異形断面成形材の材質によって適宜設定される。
本発明は、LEDやパワートランジスタ等のリードフレームに用いられる異形断面条を製造する技術として利用することができる。
51 粗圧延装置
52 アンコイラー
53 圧延機
54 リコイラー
55 素材抑え機構
56 速度調整機構
57 成形面
58 ダイ
59 圧延ロール
61 溝部
62 凸条部
65 ブレーキ部材
66 支持ロール
67 揺動ロール
68 ばね
71 スリッター
72 リコイラー
73 張力調整機構
74 ロール
81 アンコイラー
82 ストレッチ機構
83 リコイラー
84 クランプ部材
1 圧延機
10 平ロール
20 段付ロール
22 第1の大径ロール部
23 第2の大径ロール部
23d 中間面(中間部分)
23e,23f 両端(定位置)
23g,23h 両端縁
30 粗圧延装置
M 平板状素材
C 異形断面成形材
G 異形断面条

Claims (9)

  1. 平板状素材を圧延して厚肉部と薄肉部とが幅方向に並んだ異形断面成形材を形成してコイル状に巻き取る粗圧延工程と、コイル状に巻き取られた前記異形断面成形材を繰り出しながらその両側縁部に配置される前記厚肉部又は薄肉部の幅方向の途中位置を長さ方向に沿って切断して両側縁部を切り落とすことにより異形断面スリット材を形成してコイル状に巻き取る切断工程と、コイル状に巻き取られた前記異形断面スリット材を繰り出しながら矯正して異形断面条を得る矯正工程とを有し、
    前記粗圧延工程では、前記薄肉部の板厚の目標値からのずれをΔt(mm)、前記厚肉部の側面と頂面とのなす角部の曲率半径の実測値をe(mm)、前記異形断面成形材の1メートル長さ当たりの曲がり量の実測値をD1(mm)としたとき、Δtが0.01以下であり、eが0.15以下であり、D1が0.4以下であり、かつ、Δt×e×D1で求められる粗圧延管理値をXとするとき、Xが5×10−4以下となるように圧延し、
    前記切断工程では、両側縁部に配置されている前記厚肉部又は薄肉部の側縁からの幅の差の実測値を|A−B|(mm)とするとき、|A−B|が0.08以下となるように切断し、
    前記矯正工程では、前記異形断面条の1メートル長さ当たりの曲がり量の実測値をD2(mm)としたとき、D2が0.13以下となるように矯正することを特徴とする異形断面条の製造方法。
  2. さらに、前記切断工程において測定した|A−B|を切断管理値Yとし、矯正工程において測定したD2を矯正管理値Zとするとき、前記粗圧延管理値X、切断管理値Y、矯正管理値Zの積(X×Y×Z)が6×10−6以下となるように前記異形断面条を製造することを特徴とする請求項1記載の異形断面条の製造方法。
  3. 前記粗圧延工程では、前記厚肉部及び薄肉部を形成するための成形面を有するダイ、及び該ダイの成形面に対向する位置とダイの成形面からずれた位置との間でダイの成形面の長さ方向に沿って往復移動させられる圧延ロールにより、圧延ロールがダイの成形面からずれた位置にあるときに前記平板状素材を長さ方向に間欠送りし、圧延ロールがダイの成形面に対向する位置にあるときに該圧延ロールと前記ダイの成形面との間に前記平板状素材を挟みこんで圧延することを特徴とする請求項2に記載の異形断面条の製造方法。
  4. 前記粗圧延工程では、前記ダイよりも下流位置で巻き取り機構により前記異形断面成形材を一定速度で巻き取りながら、前記ダイよりも上流位置で前記平板状素材に接触するブレーキ部材を押圧してブレーキ摩擦力を付与し、かつ、前記ダイと前記巻き取り機構との間で、前記異形断面成形材の片面を支持ロールで支持しつつ異形断面成形材の他面に接触する揺動ロールをばねにより押圧することにより前記異形断面成形材を湾曲させた状態で牽引することを特徴とする請求項3に記載の異形断面条の製造方法。
  5. 前記ばねにより押圧された状態の前記揺動ロールの固有振動数をf1、前記圧延ロールの振動数をf2とするとき、f1がf2を超えf2の2倍以下となるように、前記ばねのばね定数が定められていることを特徴とする請求項4に記載の異形断面条の製造方法。
  6. 前記粗圧延工程では、前記厚肉部を形成するための小径ロール部及び前記薄肉部を形成するための大径ロール部が軸線方向に並んで形成された段付きロールと、半径が軸線方向に沿って一定とされた平ロールとの間で前記平板状素材を挟みこんで圧延することを特徴とする請求項2に記載の異形断面条の製造方法。
  7. 前記段付きロールは、広幅の大径ロール部とこれより細幅の大径ロール部とが小径ロール部を介して並べられて形成されるとともに、広幅の大径ロール部の径が細幅の大径ロール部の径よりも大きく形成され、これら両大径ロール部の半径の差分をΔrとし、前記細幅の大径ロール部と前記小径ロール部との半径の差分をhとするとき、Δr/h=0.01〜0.5とされていることを特徴とする請求項6記載の異形断面条の製造方法。
  8. 前記切断工程では、前記スリッターにより分離された各異形断面スリット材を巻き取り機構により一定速度で巻き取りながら、該巻き取り機構と前記スリッターとの間で各異形断面スリット材を押圧してその張力を制御することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の異形断面条の製造方法。
  9. 前記矯正工程では、前記異形断面スリット材を繰り出し機構により一定速度で繰り出しながら、矯正後の異形断面条を巻き取り機構により一定速度で巻き取るとともに、これら繰り出し機構と巻き取り機構との間に前記異形断面スリット材及び異形断面条にたるみ部を形成した状態で前記異形断面スリット材を間欠送り機構により間欠送りし、その間欠送りされる前記異形断面スリット材の前記厚肉部及び薄肉部を弾性部材により押圧することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の異形断面条の製造方法。
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