JP5210714B2 - 異形条材の製造方法及び異形条材 - Google Patents

Description

本発明は、長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部とを有する異形条材の製造方法、および、異形条材に関するものである。

前述の異形条材は、従来、切削加工（例えば引用文献１）、金型加工（例えば引用文献２）、金型圧延加工（例えば引用文献３）、異形圧延ロールによる圧延加工（例えば引用文献４）等によって成形されている。
このような様々な成形方法によって厚板部及び薄板部を有する製品部が成形され、幅方向長さを所定の寸法とした異形条材を得るためにスリット加工が施される。

スリット加工は、例えば特許文献１の第３図に示すように、条材の上下にスリットカッタがそれぞれ配設され、このスリットカッタの間に条材を通過させることによってせん断によって切断するものである。
特開２００７−７８３４号公報 特開昭４８−４６０５号公報 特開昭４８−３２７６３号公報 特開２００３−７１５０２号公報

ところで、スリット加工を行う場合には、スリットカッタと製品部との幅方向の相対位置を精度良く一致させる必要がある。すなわち、スリット加工を行っている間にスリットカッタと製品部との幅方向の相対位置にずれが生じた場合には、厚板部や薄板部の幅方向長さ、位置が長手方向で変動してしまい、製品として使用できなくなるおそれがあった。
また、異形条材の製品部の板厚が厚い場合には、スリット加工時のせん断力によって製品部の幅方向端部に大きな残留応力が生じてしまうおそれがあった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、スリット加工において、スリットカッタの幅方向位置の変動がなく厚板部や薄板部の幅方向長さ、位置が長手方向で安定した異形条材を製出できるとともに、スリット加工時に発生する残留応力を抑えることができる異形条材の製造方法及び異形条材を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明に係る異形条材の製造方法は、長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部とを備えた異形条材の製造方法であって、前記厚板部及び前記薄板部を有する製品部と、前記製品部の幅方向端部に連設された非製品部と、を成形する成形工程と、成形された前記製品部と前記非製品部とを長手方向に切断分離するスリット工程と、を有し、前記成形工程では、前記非製品部を、隣接する前記製品部よりも板厚が薄くなるように成形し、前記製品部の幅方向端面に段差壁部を形成し、前記スリット工程では、前記段差壁部によって一組のスリットカッタの幅方向位置が案内され、前記一組のスリットカッタにより前記製品部と前記非製品部とを切断分離する構成とされており、前記長手方向に直交する断面において、前記段差壁部は、前記非製品部側に向かうにしたがい漸次板厚が薄くなるように傾斜していることを特徴としている。

本発明に係る異形条材の製造方法によれば、成形工程によって前記厚板部及び前記薄板部を備えた製品部と、この製品部よりも板厚の薄い非製品部と、が設けられ、前記製品部の幅方向端面に段差壁部が画成されており、スリット工程では、前記段差壁部によって一組のスリットカッタの幅方向位置が案内される構成とされているので、製品部と一組のスリットカッタとの幅方向相対位置の変動が防止され、長手方向における前記厚板部及び前記薄板部の幅方向長さ、位置が安定した異形条材を製出することができる。
また、製品部よりも板厚の薄い非製品部をスリットカッタによって切断しているので、スリット加工による残留応力を小さく抑えることができる。
なお、成形工程においては、前記厚板部及び前記薄板部と前記非製品部とを同時に成形してもよいし、別々に成形してもよい。
また、前記長手方向に直交する断面において、前記段差壁部を、前記非製品部側に向かうにしたがい漸次板厚が薄くなるように傾斜する構成としているので、スリットカッタと製品部との幅方向相対位置が僅かに変動しても、傾斜した段差壁部によって適切な位置に案内されることになり、前記厚板部と前記薄板部の幅方向長さ、位置をさらに安定させることができる。

ここで、前記成形工程において、前記厚板部及び前記薄板部と、前記非製品部とが、異形圧延ロールによる圧延加工によって成形されている構成を採用することが好ましい。
この場合、異形圧延ロールによる圧延加工によって、前記厚板部及び前記薄板部と前記非製品部とを同時に成形することが可能となる。これにより、工程数を減らして異形条材の製造コストを削減することができる。

さらに、前記製品部が幅方向に複数設けられており、隣接する前記製品部同士の間に前記非製品部が設けられている構成を採用してもよい。
この場合、成形工程で複数の製品部及び非製品部が成形され、スリット工程によって複数の製品部が製出されることになり、異形条材を効率良く生産でき、製造コストの削減を図ることができる。

ここで、隣接する前記製品部同士の間に設けられた前記非製品部に、一のスリットカッタを配置し、隣接する前記製品部に、それぞれ他のスリットカッタを配置することが好ましい。
この場合、一のスリットカッタと他のスリットカッタとによって製品部と非製品部とが切断されるが、隣接する製品部の切断面には同一方向へのせん断力が作用することになり、発生するバリの方向を全て同一にすることができる。

本発明に係る異形条材は、長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部とを備えた異形条材であって、幅方向端面には、塑性加工によって形成された塑性加工面と、スリット加工によって形成された切断面と、が板厚方向に連設されており、前記塑性加工面が、切断面側に向かうにしたがい漸次幅方向外方に向かうように、板厚方向に対して傾斜していることを特徴としている。
この構成の本発明に係る異形条材は、スリット加工によって切断された切断面が板厚の一部に抑えられているので、スリット加工によって発生する残留応力が小さい。

本発明によれば、スリット加工において、スリットカッタの幅方向位置の変動がなく厚板部や薄板部の幅方向長さ、位置が長手方向で安定した異形条材を製出できるとともに、スリット加工時に発生する残留応力を抑えることができる異形条材の製造方法及び異形条材を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態である異形条材の製造方法及び異形条材について添付した図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施形態である異形条材の製造方法及び異形条材について説明する。本実施形態である異形条材１０は、例えば銅又は銅合金で構成されており、リードフレーム材や端子材として使用されるものである。この異形条材１０は、長手方向に直交する断面において、板厚の厚い厚板部１１と、この厚板部１１よりも板厚の薄い薄板部１２とを備えており、本実施形態では、図１に示すように、異形条材１０の幅方向中央部分に薄板部１２が設けられ、幅方向両端側に厚板部１１が設けられている。

厚板部１１の板厚ｔ１と薄板部１２の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２は、１．１≦ｔ１／ｔ２≦２０の範囲となるように設定されている。なお、具体的には、厚板部１１の板厚ｔ１が１．３ｍｍ、薄板部１２の板厚ｔ２が０．４ｍｍとされており、板厚比ｔ１／ｔ２は３．２５に設定されている。

この異形条材１０の幅方向端面、つまり、幅方向両端側に設けられた厚板部１１の側面には、図２に示すように、塑性加工によって形成された塑性加工面１３と、スリット加工によって形成された切断面１４と、が板厚方向（図１及び図２において上下方向）に連設されている。
塑性加工面１３は、長手方向に直交する断面において、図１に示すように、切断面１４側（図１において下側）に向かうにしたがい漸次幅方向外方に向かうように、板厚方向に対して傾斜している。また、切断面１４は板厚方向に平行に延びている。ここで、塑性加工面１３と切断面１４（板厚方向）との交差角度αは、０°≦α≦６０°の範囲内に設定されている。

次に、この異形条材１０の製造方法について説明する。図３にフロー図を示す。
まず、板厚が０．８〜４．０ｍｍ、本実施形態では２．５ｍｍの平板状の素材を準備し、この素材に対して異形圧延ロールを用いて圧延を行い、長手方向に直交する断面において幅方向に板厚が異なる部分を成形する（異形ロール圧延工程Ｓ１１）。その後、 熱処理によって軟化させる（焼鈍工程Ｓ１２）。そして、焼鈍によって酸化膜等が形成された表面を洗浄し（表面洗浄工程１３）、再度、異形圧延ロールによる圧延を行い、所定寸法、所定硬さに仕上げる（仕上圧延工程Ｓ１４）。

これら異形ロール圧延工程Ｓ１１、焼鈍工程Ｓ１２、表面洗浄工程１３、仕上圧延工程Ｓ１４が本実施形態における成形工程Ｓ１とされており、この成形工程Ｓ１によって、図４に示すように、厚板部１１及び薄板部１２を有する製品部１６が成形される。なお、この成形工程Ｓ１により、製品部１６の幅方向端部（本実施形態では、幅方向両端側に設けられた厚板部１１の側方）に、隣接する製品部１６（板厚部１１）よりも板厚が薄くされた非製品部１７が成形される。ここで、非製品部１７の板厚ｔ３は、隣接する製品部１６（板厚部１１）の板厚ｔ１に対して０．０６×ｔ１≦ｔ３≦０．９×ｔ１の範囲内に設定されている。
このように非製品部１７の板厚ｔ３が隣接する製品部１６（板厚部１１）の板厚ｔ１よりも薄く形成されることによって、製品部１６（厚板部１１）の幅方向端面には段差壁部１８が画成される。なお、この段差壁部１８は、前述の塑性加工面１３となる部分であって、板厚方向に対して交差角度α（０°≦α≦６０°）で交差するように傾斜している。

そして、スリット工程Ｓ２によって、上下に配置された一組のスリットカッタ２０によって製品部１６と非製品部１７とが切り分けられ、厚板部１１及び薄板部１２を有する異形条材１０が製出されることになる。
ここで、スリットカッタ２０は、図５及び図６に示すように、円板状をなしており、それぞれ軸部２１を中心として回動可能な構成とされている。上下に配置されたスリットカッタ２０は、上下方向に僅かに重なり合うとともに、幅方向に僅かな隙間が画成されるように配設されている。なお、本実施形態では、上下方向のオーバラップ量が０〜０．１５ｍｍの範囲とされ、幅方向の隙間が０〜０．１ｍｍの範囲とされている。

また、下方に位置するスリットカッタ２０が製品部１６（板厚部１１）の幅方向端部に配置され、上方に位置するスリットカッタ２０が非製品部１７に配置されており、非製品部１７を下方に向けて切断除去するように構成されている。これにより、スリット工程において発生するバリは、下方側に延びるように形成されることになる。
このスリット工程においては、上方に位置するスリットカッタ２０が、製品部１６（厚板部１１）の幅方向端面に画成された段差壁部１８に案内され、その幅方向位置が安定するように構成されている。

このような構成とされた本実施形態である異形条材１０及び異形条材１０の製造方法によれば、成形工程Ｓ１によって厚板部１１及び薄板部１２を備えた製品部１６と非製品部１７とが成形され、製品部１６（厚板部１１）の幅方向端面に段差壁部１８が画成されており、スリット工程においては、段差壁部１８によって上方に位置するスリットカッタ２０の幅方向位置が案内されるので、製品部１６と一組のスリットカッタ２０との相対的な幅方向位置の変動が防止され、長手方向における厚板部１１及び薄板部１２の幅方向長さ、位置が安定した異形条材１０を製出することができる。

また、製品部１６よりも板厚の薄い非製品部１７をスリットカッタ２０によって切断しているので、スリット加工による残留応力を小さく抑えることができる。
さらに、厚板部１１及び薄板部１２と非製品部１７とが、異形圧延ロールによる圧延加工Ｓ１１及び仕上圧延工程Ｓ１４によって成形されるので、別途、非製品部１７を成形する工程を設ける必要がなくなり、工程数を減らして異形条材１０の製造コストを削減することができる。

また、長手方向に直交する断面において、段差壁部１８が板厚方向に対して傾斜しているので、スリットカッタ２０と製品部１６の幅方向位置が僅かに変動しても、スリットカッタ２０が傾斜した段差壁部１８によって適切な位置に案内されることになり、厚板部１１と薄板部１２の幅方向長さ、位置をさらに安定させることができる。ここで、本実施形態では、段差壁部１８と板厚方向との交差角度αが０°以上とされているので、スリットカッタ２０を非製品部１７の部分に容易に配置することができる。また、段差壁部１８と板厚方向との交差角度αが６０°以下とされているので、非製品部１７に位置するスリットカッタ２０が段差壁部１８に沿って非製品部１７から製品部１６側へと逆方向に案内されるおそれがない。

さらに、本実施形態においては、非製品部１７の板厚ｔ３が、隣接する製品部１６（板厚部１１）の板厚ｔ１に対してｔ３≦０．９×ｔ１とされているので、段差壁部１７の高さを確保してスリットカッタ２０を確実に案内することができるとともにスリット工程による残留応力を確実に低減させることができる。また、非製品部１７の板厚ｔ３が、ｔ３≧０．０６×ｔ１とされているので、非製品部１７の剛性を確保することができ、スリット加工を良好に行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態である異形条材の製造方法及び異形条材について説明する。
この第２の実施形態である異形条材３０の製造方法においては、成形工程Ｓ１によって幅方向に製品部３６が複数設けられており、本実施形態では、図７に示すように、３つの製品部３６が成形されている。

そして、製品部３６同士の間、及び、幅方向端部に、それぞれ製品部３６よりも板厚が薄い非製品部３７が成形されている。製品部３６の幅方向端面には段差壁部３８が画成されており、この段差壁部３８は、板厚方向に対して傾斜している。

スリット工程においては、図８に示すように、製品部３６同士の間の非製品部３７を切断除去して３つの製品部３６を切り分けるとともに、幅方向端部の非製品部３７を切断除去する。
ここで、製品部３６同士の間の非製品部３７を切断するスリットカッタ４０は、上方に１つ、下方に２つ配設されており、３つのスリットカッタ４０で一組とされている。上方に位置するスリットカッタ４０が非製品部３７に配置され、下方に位置するスリットカッタ４０が非製品部３７の両脇に隣接する製品部３６にそれぞれ配置されている。
また、幅方向端部の非製品部３７を切断するスリットカッタ４０は、上方に１つ、下方に１つ配設されており、２つのスリットカッタ４０で一組とされており、上方に位置するスリットカッタ４０が非製品部３７に配置され、下方に位置するスリットカッタ４０が製品部３６に配置されている。

このような構成とされた本実施形態である異形条材３０及び異形条材３０の製造方法においては、成形工程Ｓ１で幅方向に複数（本実施形態では３つ）の製品部３６と、製品部３６同士の間及び幅方向端部に非製品部３７が成形されているので、スリット工程によって複数の製品部３６が一度に製出されることになり、異形条材３０を効率良く生産でき、製造コストのさらなる削減を図ることができる。

また、製品部３６同士の間の非製品部３７を切断するスリットカッタ４０が、上方に１つ下方に２つの３つのスリットカッタ４０で一組とされていて、上方に位置するスリットカッタ４０が非製品部３７に配置され、下方に位置するスリットカッタ４０が非製品部３７の両脇に隣接する製品部３６にそれぞれ配置されているので、この３つ一組のスリットカッタ４０によって製品部３６を切り分けることができる。また、非製品部３７の上方にスリットカッタ４０が配置されているので、隣接する製品部３６の切断面（スリット面）には下方向に向けてせん断力が作用し、発生するバリも下方向に向くことになり、３つの製品部３６の切断面（スリット面）に発生するバリの方向を統一させることができる。

次に、第３の実施形態である異形条材の製造方法及び異形条材について説明する。
この第３の実施形態である異形条材５０の製造方法においては、成形工程Ｓ１によって厚板部５１及び薄板部５２を有する製品部５６と非製品部５７とが成形されるが、図９に示すように、幅方向両端側に設けられた厚板部５１に対して、薄板部５２は下方側に設けられ、非製品部５７は上方側に設けられている。

そして、スリット工程Ｓ２においては、上下に配置された一組のスリットカッタ６０は、図１０に示すように、上方に位置するスリットカッタ６０が製品部５６（板厚部５１）の幅方向端部に配置され、下方に位置するスリットカッタ６０が非製品部５７に配置されており、非製品部５７を上方に向けて切断除去するように構成されている。

このような構成とされた本実施形態である異形条材５０及び異形条材５０の製造方法においては、切断面（スリット面）に発生するバリが上方を向くようにスリットされることになる。つまり、非製品部５７の位置を設計することによってバリの発生方向を制御することが可能となるのである。よって、切断面（スリット面）のバリの方向を一定とした異形条材５０を、要求される仕様に応じて提供することができる。

以上、本発明の実施形態である異形条材及び異形条材の製造方法について説明したが、本発明はこの記載に限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
図１に示すように、厚板部を幅方向端部に設け、薄板部を設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、異形条材の長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部を備えていればよい。例えば、厚板部を幅方向中央部に設け、幅方向端部に薄板部を幅方向端部に設けて、薄板部に隣接するように非製品部を設けても良い。この場合、非製品部の板厚は、隣接する薄板部よりも薄く設定されることになる。

また、異形条材が銅又は銅合金で構成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、鉄やアルミニウム等で構成されていてもよい。ただし、銅又は銅合金で構成された異形条材は、リードフレーム材や端子材として広く使用されることになる。なお、具体的な材質としては、無酸素銅（Ｃ１０２０）、りん脱酸銅（Ｃ１２２０）、Ｃｕ−０．１％Ｆｅ−０．０３％Ｐ、Ｃｕ−０．１５％Ｓｎ−０．００６％Ｐ，Ｃｕ−２．３％Ｆｅ−０．１２％Ｚｎ−０．０３％Ｐ、Ｃｕ−０．０２％Ｚｒ、Ｃｕ−０．７５％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、等が挙げられる。

さらに、異形ロール圧延によって厚板部及び薄板部と非製品部とを成形するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金型加工、金型圧延加工等によって成形してもよい。
また、スリットカッタの上下方向のオーバラップ量、幅方向の隙間等は、本実施形態に限定されることはなく、材質、板厚等を考慮して適宜設定することが好ましい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果を説明する。

＜幅方向寸法精度＞
図１１に示すように、幅方向両端部に厚板部が設けられ、幅方向中央部に薄板部が設けられた異形条材において、幅方向端面から薄板部までの距離Ａ，Ｂをそれぞれ測定し、両端の前記距離の差の絶対値｜Ａ−Ｂ｜を評価した。スリット工程においてスリットカッタが幅方向にずれた場合には、一方側の幅方向端面から薄板部までの距離Ａ（Ｂ）が大きくなり、他方側の幅方向端面から薄板部までの距離Ｂ（Ａ）が小さくなるので、前記距離の差の絶対値｜Ａ−Ｂ｜が大きくなる。

Ｃｕ−０．１％Ｆｅ−０．０３％Ｐの素材を異形圧延ロールで圧延して成形し、従来例は、非製品部を設けず厚板部をそのままスリットした。本発明例は、前述した第１の実施形態のように非製品部を設けてスリットした。評価結果を図１２に示す。

従来例においては、前記距離の差の絶対値｜Ａ−Ｂ｜の値が大きく、かつ、長手方向において変動が大きいことが確認される。つまり、スリットを行っている間にスリットカッタが幅方向にずれているのである。
一方、本発明例においては、前記距離の差の絶対値｜Ａ−Ｂ｜の値が小さく抑えられ、かつ、長手方向においても変動がほとんど認められない。スリットを行っている間、スリットカッタの幅方向位置が安定していることが確認される。

＜残留応力＞
スリットして得られた異形条材の残留応力について評価した。板材のスリット時に発生する残留応力の測定方法としては、図１２に示すようにスリット面の近傍に切り込みを入れて、スリット面側の部分の変位を評価するものが提案されている（伸銅技術研究会誌第３９巻１号（２０００）、３７−４４頁、参照）。なお、切り込み長さについては、１００ｍｍとした。

変位は、図１３に示すように、曲がり（幅方向への変位ΔＢ）、反り（板厚方向への変位δ）、ねじれ（θ）で評価した。なお、図１３において、符号Ｌは切り込みの幅を示している。曲がり（幅方向への変位ΔＢ）については、切り込みの幅Ｌを考慮して測定する必要がある。評価結果を表１に示す。

従来例と本発明例とを比較すると、曲がり（幅方向への変位ΔＢ）については差が認められないものの、反り（板厚方向への変位δ）、ねじれθについて従来例の方が大きく変位している。この結果から、本発明例は、従来例に比較して残留応力が抑えられているのが確認される。

以上の確認実験の結果から、本発明によれば、スリットカッタの幅方向位置の変動がなく、幅方向長さ、位置が長手方向で安定し、かつ、スリットによる残留応力が抑えられた異形条材を提供することが可能であることが確認された。

本発明の第１の実施形態である異形条材の長手方向に直交する断面図である。 図１に示す異形条材の側面図である。 本発明の第１の実施形態である異形条材の製造方法を示すフロー図である。 スリット工程に提供される素材の長手方向に直交する断面図である。 スリット工程を示す説明図である。 スリット工程を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態である異形条材の製造方法において、スリット工程を行う前の状態を示す図である。 スリット工程を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態である異形条材の製造方法において、スリット工程を行う前の状態を示す図である。 スリット工程を示す説明図である。 幅方向寸法精度を評価したグラフである。 残留応力の測定方法を示す説明図である。 残留応力の測定方法を示す説明図である。

符号の説明

１０、３０、５０ 異形条材
１１、３１、５１ 厚板部
１２、３２、５２ 薄板部
１３ 塑性加工面
１４ 切断面
１６、３６、５６ 製品部
１７、３７、５７ 非製品部
１８、３８、５８ 段差壁部
２０、４０、６０ スリットカッタ

Claims (5)

1. 長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部とを備えた異形条材の製造方法であって、
   前記厚板部及び前記薄板部を有する製品部と、前記製品部の幅方向端部に連設された非製品部と、を成形する成形工程と、成形された前記製品部と前記非製品部とを長手方向に切断分離するスリット工程と、を有し、
   前記成形工程では、前記非製品部を、隣接する前記製品部よりも板厚が薄くなるように成形し、前記製品部の幅方向端面に段差壁部を形成し、
   前記スリット工程では、前記段差壁部によって一組のスリットカッタの幅方向位置が案内され、前記一組のスリットカッタにより前記製品部と前記非製品部とを切断分離する構成とされており、
   前記長手方向に直交する断面において、前記段差壁部は、前記非製品部側に向かうにしたがい漸次板厚が薄くなるように傾斜していることを特徴とする異形条材の製造方法。
2. 前記成形工程においては、前記厚板部及び前記薄板部と、前記非製品部とが、異形圧延ロールによる圧延加工によって成形されていることを特徴とする請求項１に記載の異形条材の製造方法。
3. 前記製品部が幅方向に複数設けられており、隣接する前記製品部同士の間に前記非製品部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の異形条材の製造方法。
4. 隣接する前記製品部同士の間に設けられた前記非製品部に、一のスリットカッタが配置され、隣接する前記製品部に、それぞれ他のスリットカッタが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の異形条材の製造方法。
5. 長手方向に直交する断面において板厚が互いに異なる厚板部と薄板部とを備えた異形条材であって、
   幅方向端面には、塑性加工によって形成された塑性加工面と、スリット加工によって形成された切断面と、が板厚方向に連設されており、
   前記塑性加工面が、切断面側に向かうにしたがい漸次幅方向外方に向かうように、板厚方向に対して傾斜していることを特徴とする異形条材。
   

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