JP6787832B2

JP6787832B2 - 帯状金属材の製造方法

Info

Publication number: JP6787832B2
Application number: JP2017070411A
Authority: JP
Inventors: 直幸木村; 大輔鮫島; 知康野村
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: KR20190133735A; WO2018180378A1; KR20210084684A; TWI663009B; TW201836742A; JP2018171677A; CN110475639A; CN114101779A; KR102425952B1

Description

本発明は帯状金属材、金属素材を長手方向に沿って所定幅に連続的に切断し帯状金属材を得るためのスリット方法、並びに帯状材の蛇行測定方法に関する。

軟鋼、銅、銅合金、ステンレス等の金属素材の製造ラインでは、金属素材は長手方向に搬送されながら圧延工程で最終板厚とされた後、ユーザーの希望に応じ所定の帯幅にスリットして分割され、それぞれコイル状に巻き取られて出荷される。金属素材を所定の幅にスリットする方法として、金属素材を上下配置された丸刃カッターを備えたスリッターの間を通す方法が慣用的に行なわれている。

スリットされる前の金属素材の形状が平坦でなく波打ったものであると、スリットされた後の帯状金属材の両サイドエッジが平行直線状にならず、図２に示すような曲がりを有した形状を示すことになる。このような曲がりを有した形状では厳しい寸法精度が要求される用途には不向きである。例えば帯状金属材からリードフレームをエッチングにより形状加工する場合、曲がりが大きいと一定間隔でのプレス工程による穴開けが困難となり、製品歩留まりが著しく低下する。

曲がりを防止する方法としては、金属素材がスリッターを通過する前に、金属素材の両サイドから搬送方向に直線上に並んだガイドローラーを押し当てる方法が知られている（例：特許文献１）。

また、特許文献２には、銅帯板を送り出す巻出回転装置と、銅帯板にこれを厚さ方向に完全に分離しない程度にせん断加工を施す複数の上円盤カッタ及び下円盤カッタと、せん断加工が施された銅帯板を厚さ方向に押圧して完全に分離切断する押圧ロールと、分離切断された細銅帯板を巻き取る巻取回転装置とを備え、銅帯板を長手方向に切断するスリッティング装置において、上円盤カッタ及び下円盤カッタの刃先部が、銅帯板との接触角度が０°であるフラット部と、フラット部の延長線上に形成された銅帯板との角度が５〜３０°である傾斜部とからなる部分テーパー刃先部からなる銅帯板のスリッティング装置が記載されており、かかる発明の副次的な効果として、スリッティングされた細銅帯板の曲がりの量も小さくなる。

ここで、曲がり量の測定は、通常ＪＩＳＨ３１００（２０１２）に準拠して測定し、具体的には、図２に示すように，任意の箇所の基準の長さ１０００ｍｍに対する弧の深さをいう。

特開平１０−１０９２１７号公報特開２０１３−２３７１１６号公報

しかしながら、上記手段では、依然としてプレス工程における製品歩留まりが低下する課題を完全に解決するに至っていない。さらに、本発明者らは、上記ＪＩＳ基準により測定される曲がり量を低くしても、プレス工程における不具合の課題が解消されない場合があるということを発見した。
そして、本発明者らがさらに鋭意検討した結果、金属素材を長手方向に沿って所定幅に連続的に切断し帯状金属材を得るに際し、幅方向及び垂直方向の微振動が生じ、これにより帯状金属材が微小な周期で蛇行することを知見した。かかる微小な周期の蛇行（以下「微小蛇行うねり」という。）は、上記ＪＩＳ基準によっては検出できない場合があり、その結果、上記ＪＩＳ基準により測定される曲がり量が小さくても、プレス工程に適した帯状金属材を得ることができない場合がある。
そのため、かかる微小蛇行うねりを抑制した平行度の高い帯状金属材、及びこのような帯状金属材が得られるようにするためのスリット方法が必要である。また、上記ＪＩＳ基準以外、スリットの際の微振動により生じた微小蛇行うねりを反映した合理的な測定方法が必要である。
すなわち、帯状金属材は、ＪＩＳ基準により測定される曲がり量と、微小蛇行うねりとの両方を有する。そのため、ＪＩＳ基準により測定される曲がり量がゼロであるものが仮に製造できたとしても、微小蛇行うねりはゼロにはならない。
これは、ＪＩＳ基準により測定される曲がり量と、微小蛇行うねりとでは、発生の原因系が異なることによるものである。つまり、ＪＩＳ基準により測定される曲がりの発生は、スリット前における素材の形状に起因する。そして、スリット前における素材の形状は、仕上げ冷間圧延工程、又は、仕上げ圧延工程後の形状矯正工程若しくは歪取焼鈍工程に影響を受ける。一方、微小蛇行うねりの発生は上記のとおりスリッタ設備及びスリット方法に起因する。

そこで、本発明の課題は、スリット後に高い平行度をもつ帯状金属材及びこのような帯状金属材が得られるようにするためスリット方法を提供するとともに、帯状材の微小蛇行うねりを合理的に測定する方法を提供することである。

本発明は、以下のような形態を含むものである。
（１）帯状金属材の長手方向の側面に直線定規を当てて直線定規と帯状金属材の長手方向に直角な方向の隙間を長さ５０ｍｍ毎に測定したとき、当該帯状金属材の長手方向１ｍあたりの前記隙間の最大値が０．１２ｍｍ以下であることを特徴とする帯状金属材。
（２）長手方向１ｍあたりの曲がり量が０．０３ｍｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の帯状金属材。
（３）前記帯状金属材が銅又は銅合金の帯状金属材であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の帯状金属材。
（４）金属素材を長手方向に搬送しながら所定の帯幅にスリットする方法であって、
長手方向に搬送される金属素材の両サイドのマージン領域を切り落とすための二対の丸刃カッターと、前記二対の丸刃カッターの各内側に配置され、前記金属素材を所定の幅に切断するための少なくとも一対の丸刃カッターを有するスリッターを用いて、金属素材を所定の帯幅にスリットするスリット工程と、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程を実施することを含む方法。
（ｉ）前記スリット工程の前、長手方向に搬送される金属素材の動きを、丸刃カッターの位置から、金属素材幅の少なくとも１倍の位置までの領域において、金属素材の通板方向を両サイドから規制する工程。
（ｉｉ）前記スリット工程の前、長手方向に搬送される金属素材の動きを、丸刃カッターの位置から、金属素材幅の少なくとも１倍の位置までの領域において、表裏方向から規制する工程。
（ｉｉｉ）前記スリット工程の後、前記スリットされた金属素材の動きを、丸刃カッターの位置から、金属素材幅の３倍の位置までの領域において、少なくとも１か所以上の位置で表裏方向から規制する工程。
（５）長手方向に搬送される金属素材の動きを両サイド及び表裏方向から規制する工程を実施する前に、金属素材をレベラー矯正する工程を更に含む（４）に記載の方法。
（６）帯状材の蛇行測定方法であって、長手方向一定長さに切り取った帯状材側面に直線定規を当てて直線定規と帯状材の長手方向に直角な方向の隙間を一定長さのピッチ毎に測定することを特徴とする蛇行測定方法。
（７）前記ピッチが帯状材長さの１０分の１以下であることを特徴とする（６）に記載の蛇行測定方法。

本発明によれば、蛇行を抑制した平行度の高い帯状金属材を得ることができ、上記プレス工程における不具合を有効に抑制することができる。

帯状金属材が蛇行している状態を示す模式図である。ＪＩＳＨ３１００（２０１２）における曲がり量の測定方法を示す図である。本発明の一実施形態に係るスリッター設備の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る帯状材の蛇行測定方法を示す図である。

（帯状金属材）
帯状金属材の種類としては特に制限はないが、例えば軟鋼、銅、銅合金、ステンレス等が挙げられる。
ここで、帯状金属材の長手方向の側面に直線定規を当てて直線定規と帯状金属材の長手方向に直角な方向の隙間を長さ５０ｍｍ毎に測定したとき、当該帯状金属材の長手方向１ｍあたりの前記隙間の最大値が０．１２ｍｍ以下であることが肝要である。
前述のように、金属素材を長手方向に沿って所定幅に連続的に切断し帯状金属材を得るに際し、幅方向及び垂直方向の微振動が生じ、これにより帯状金属材が蛇行する。このような微振動から生じる蛇行は、必ずしも帯状金属材の曲がりとして現れるとは限らないため、ＪＩＳＨ３１００（２０１２）における曲がり量の測定方法では正確に測定できない場合がある。このような蛇行を正確に評価するには、ＪＩＳＨ３１００（２０１２）における方法よりも、測定点を増やす必要がある。そのため、本発明は、帯状金属材の長手方向の側面に直線定規を当てて直線定規と帯状金属材の長手方向に直角な方向の隙間を長さ５０ｍｍ毎に測定したとき、当該帯状金属材の長手方向１ｍあたりの前記隙間の最大値が０．１２ｍｍ以下であると設定している。これにより多数の測定点から隙間の値を得ることができ、微振動から生じる蛇行を正確に反映させることができる。その結果、その後のプレス工程等に適した帯状金属材を確実に提供することができる。
前記隙間の最大値を測定する方法の詳細は後述する。

また、上記条件を満たすとともに、長手方向１ｍあたりの曲がり量が０．０３ｍｍ以下である帯状金属材であることが好ましい。かかる曲がり量は、ＪＩＳＨ３１００（２０１２）における曲がり量の測定方法により得られた値である。これにより、帯状金属材の品質をさらに確実に担保することができる。

帯状金属材の引張強さが６００ＭＰａ以上であれば、電気電子部品の素材として必要な強度を有しているといえる。引張強さが９５０ＭＰａを超えると加工が困難となる場合もあるので、９５０ＭＰａ以下が好ましい。また、同じく強度と加工性を両立させる観点から、帯状金属材のビッカース硬さは１８０〜３００とすることが好ましい。

次に、図面を参照しながら本発明のスリッター設備及びスリット方法説明する。図３には本実施形態に係るスリッター設備（１００）の構成を示す模式図が示されている。ペイオフリール（図示せず）から巻き出された長尺の金属素材（２００）が長手方向に搬送されながらスリッター（１３０）において所望の帯幅にスリットして分割される。分割後、金属素材（２００）はそれぞれテンションリール（図示せず）でコイル状に巻き取ることができる。図示しないが、金属素材（２００）はスリッター設備（１００）の前段及び後段ではループ状に弛ませることができる。これにより、金属素材（２００）の搬送速度の調整が容易となる。

スリットする金属素材（２００）の種類としては特に制限はないが、例えば軟鋼、銅、銅合金、ステンレス等が挙げられる。金属素材（２００）がスリッター（１３０）に入る前に、レベラーロールなどでレベラー矯正して平坦度を高めておくことが、スリット後に高い平行度をもつ金属素材（２００）を得る上では望ましい。金属素材の厚みは０．１０〜０．１６ｍｍとすることが好ましい。０．１０ｍｍ未満のものは強度が低く、金属単体での使用が難しく樹脂等との貼り合わせが必要となる。０．１６ｍｍを超えると曲げ加工において曲げ半径を大きく設定する必要があり、電気電子部品の小型化に不向きである。また、スリット後の帯状金属材の幅は１００〜２００ｍｍと設定することが好ましい。１００ｍｍ未満のものは生産性が劣り、２００ｍｍを超えるものは全ての幅において品質が安定したプレス加工をすることが難しくなる。

（ガイドローラー）
スリッター（１３０）の前段には、搬送中の金属素材（２００）の両サイドにガイドローラー（１２０）が設置されている。ガイドローラー（１２０）は金属素材（２００）の通板方向を両サイドから規制することで蛇行を防止するための装置である。搬送中の金属素材（２００）が蛇行しかけると、金属素材（２００）の側面がガイドローラー（１２０）の側面に当接することで、蛇行を阻止して所定の通板方向に矯正する。ガイドローラー（１２０）の回転軸が金属素材（２００）の表裏方向と平行であることで、金属素材（２００）がガイドローラー（１２０）に当接したときのガイドローラーの回転方向が金属素材（２００）の通板方向と一致する。これにより金属素材（２００）とガイドローラー（１２０）の間の摩擦を低減することが可能となる。蛇行防止効果を確保するため、ガイドローラー（１２０）は後述するスリッターの丸刃カッターの位置から、金属素材幅の少なくとも１倍の位置までの領域内に配置する必要がある。蛇行防止効果を高めるため、ガイドローラー（１２０）は各サイドに直線状に複数配列することが好ましい。また、ガイドローラー（１２０）は金属素材（２００）の対向する両サイドにペアで設置されていることが好ましい。

（スリッター前段の蛇行防止板）
ただし、ガイドローラー（１２０）の設置のみでは蛇行防止効果は限定的であり、蛇行を高い次元で阻止することはできない。また、ガイドローラー（１２０）のみでは金属素材（２００）は上下方向への動きが規制されていないため、波打が発生したり、金属素材（２００）がガイドローラー（１２０）へ乗り上げたりする場合もある。そこで、スリッター（１３０）の前段には、更なる蛇行防止手段として、金属素材（２００）を上下から押さえるための一対の蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）を設置することが効果的である。蛇行防止、波打防止、ガイドローラー（１２０）への乗り上げ防止の観点から、ガイドローラー（１２０）と蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）を設置する通板方向の長さ範囲は少なくとも部分的に重複していることが好ましい。下側の蛇行防止板（１１０ｂ）を適切な土台や床上に敷き、その上に、搬送中の金属素材（２００）を挟むようにして上側の蛇行防止板（１１０ａ）を載置することができる。ガイドローラー（１２０）に加えて蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）を設置することで、金属素材（２００）の蛇行、波打及びガイドローラーへの乗り上げが抑制されるので、より平坦な状態で元材をスリット工程に進入させることが可能となる。蛇行防止効果を確保するため、蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）は後述するスリッターの丸刃カッターの位置から、金属素材幅の少なくとも１倍の位置までの領域内に配置する必要がある。

蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）の金属素材（２００）と接触する面には、金属素材（２００）にキズが付かないように、また、搬送抵抗が大きくならないように、市販の不織布などの摩擦抵抗の低い材質のシートを貼り付けることが好ましい。蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）からの金属素材（２００）に対する押圧力は蛇行防止効果との兼ね合いで適宜設定すればよいが、蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）をベニヤ板としたときの自重程度でも十分な効果が得られる。蛇行防止板の自重では蛇行防止効果が不十分な場合は蛇行防止板の上に更に重りを載せることもできる。

蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）の幅は金属素材（２００）の幅以上とし、金属素材（２００）の幅方向全体にわたって金属素材（２００）を押圧できるように設置することが蛇行防止効果を高める観点で好ましい。蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）の通板方向の長さは蛇行防止効果との兼ね合いで適宜設定すればよい。上下の蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）はそれぞれ一枚で構成することもでき、搬送方向に複数枚配列することで構成してもよい。具体的には、蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）の通板方向の長さは５００〜８００ｍｍとすることが好ましい。

（スリッター）
図３を参照すると、スリッター（１３０）は一実施形態において、長手方向に搬送される金属素材の両サイドのマージン領域を切り落とすための上下二対の丸刃カッターと、前記二対の丸刃カッターの各内側に配置され、前記金属素材を所定の幅に切断するための少なくとも上下一対の丸刃カッターを有することができる。

（スリッター後段の蛇行防止板）
スリット後の金属素材（２００）の平行度を顕著に高めるためには、スリッター（１３０）の後段にも蛇行防止板（１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ）を設置することが効果的となる。スリット後の金属素材（２００）の蛇行を防止することでスリット後の金属素材（２００）が重なることを防止でき、また、スリット後の金属素材（２００）の蛇行を防止することはスリット前及びスリット中の金属素材（２００）の蛇行防止にも寄与する。蛇行防止効果を確保するため、蛇行防止板（１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ）はスリッターの丸刃カッターの位置から、金属素材幅の３倍以上の位置までの領域内に配置する必要がある。蛇行防止板（１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ）の自重では蛇行防止効果が不十分な場合は蛇行防止板の上に更に重り（１５０）を載せることもできる。蛇行防止板（１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ）の好適な態様はスリッター（１３０）前段の蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）と同様であるので、説明を省略する。

次に、本発明の帯状材の蛇行測定方法について説明する。帯状材の蛇行を測定するにあたり、長手方向一定長さに切り取った帯状材側面に直線定規を当てて、当該直線定規と当該帯状材の長手方向に直角な方向の隙間を一定長さのピッチ毎に測定する。これにより、スリットの際の微振動により生じた蛇行を測定結果に有効に反映させることができる。例えば、帯状材長さの１０分の１以下の長さでピッチを設定し、１０点以上測定し、得られた値の最大値を蛇行の指標値として、当該最大値が一定の指標以下のものを合格とすることができる。

例えば、図４に示すように、帯状材（２５０）を載置するための平面、及び該平面上に測定方向に沿って所定のピッチで設けられた複数の測定穴（２１０）を有する測定テーブル（２０３）上に、各測定穴を部分的に塞ぐようにして測定方向に沿って前記測定テーブル（２０３）上に基準直定規（２０４）を載置し、各測定穴（２１０）における基準直定規（２０４）と帯状材（２５０）の隙間を測定することができる。ここで、基準直定規（２０４）と帯状材（２５０）の隙間の測定の容易にするため、帯状材（２５０）を基準直定規（２０４）から各測定穴を部分的に塞ぐことのできる距離で測定方向に沿ってスペーサ（２０８）を配置することもできる。かかるスペーサ（２０８）を配置する場合、基準直定規（２０４）と帯状材（２５０）の隙間の実際値は、測定値からスペーサ（２０８）のオフセットを減じて得た値である。

本発明の帯状材の蛇行測定方法は、本発明の帯状金属材に適用することができる。また、本発明の帯状材の蛇行測定方法は、長尺状の帯状材であれば適用することができ、必ずしも帯状金属材に適用しなくてもよい。

以下に本発明の実施例を示すが、実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

表１に示す引張強さ、ビッカース硬さ、板厚及び板幅を有する金属素材であるコルソン銅合金（２〜４質量％Ｎｉ−０．４〜１．０質量％Ｓｉ−Ｃｕ）を図３に示す構造を有するスリッター設備を用いて、金属素材に対してスリット加工を行った。各実施例及び発明例について、スリッター前段の蛇行防止板の長さ（１１０ａ、１１０ｂ）、スリッター後段の蛇行防止板（１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ）の有無、スリット後帯状金属材の幅も表１に示すとおり調節した。

スリッター設備の操業条件は以下である。
ガイドローラー（１２０）：通板方向に直線状に両サイドに設置。ガイドローラーを設置する領域は、前段の蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）を設置する領域と同じものとした。
前段の蛇行防止板（１１０ａ、１１０ｂ）：金属素材と接する面に市販の不織布を貼り付けたベニヤ板。スリキズ発生しないように重さを調整した。
後段の蛇行防止板（１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ）：金属素材と接する面に市販の製の不織布を貼り付けたベニヤ板。スリキズ発生しないように重さを調整した。
重り（１５０）：スリキズ発生しないように重さを調整した。

それぞれの実施例及び比較例の評価は以下のように行った。
＜引張強さ＞
引張試験機により、ＪＩＳ−Ｚ２２４１に従い、圧延方向と平行な方向における引張強さを測定した。
＜ビッカース硬さ＞
ＪＩＳ−Ｚ−２２４４（２００９）に従い、マイクロビッカース硬さ試験を、荷重：０．０９８Ｎで行い、マイクロビッカース硬さを測定した。
＜曲がり＞
ＪＩＳＨ３１００（２０１２）に準拠して測定した。
＜微小蛇行うねり＞
スリット後の帯状金属材の長手方向に沿って１ｍ分切り抜き、その長手方向の側面に直線定規を当てて直線定規と帯状金属材の長手方向に直角な方向の隙間を長さ５０ｍｍ毎に測定し、その最大値を微小蛇行うねりの値とした。
＜プレスの不具合の有無＞
図２に示すように、送りピッチ（送り長さ）でパイロット穴を作製する工程、送りピッチ（送り長さ）で材料を送る工程、送りピッチ（送り長さ）でパイロット穴にパイロットパンチを挿入させる工程を順次行い、この一連の動作を繰り返すことにより帯状金属帯を連続して送るプレス試験を行った。プレス試験において次のように、不具合あり及び不具合なしを判定した。
・プレス不具合あり：帯状金属帯の送りが停止した。
・プレス不具合あり：プレス後の帯状金属帯のエッジが、プレス機構造部との接触により変形した。
・プレス不具合あり：プレス後の帯状金属帯のエッジにプレス機構造部との接触によるキズが発生した。
・プレス不具合なし：上記の停止、変形及びキズのいずれも認められなかった。

実施例１〜１１は、蛇行の値が０．１２ｍｍ以下であるため、その後のプレス工程で不具合はなかった。曲がりの値も０．０３ｍｍ以下に抑えることができた。
一方、比較例１〜６は、蛇行の値が０．１３ｍｍを超えたため、その後のプレス工程で不具合が生じた。特に、比較例１〜３において、曲がりの値は低い水準にあるが、蛇行の値が高かったため、プレス工程での不具合を抑えることができなかったことがわかる。

１１０ａ、１１０ｂ前段の蛇行防止板
１２０蛇行防止用ガイドローラー
１３０スリッター
１４０ａ、１４０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ後段の蛇行防止板
１５０重り
２００金属素材
２０３測定テーブル
２０４基準直定規
２０８スペーサ
２１０測定穴
２５０帯状材

Claims

コイル状に巻き取られている帯状金属材の製造方法であって、当該製造方法におけるスリット工程において、スリット後に前記帯状金属材の長手方向の側面に直線定規を当てて直線定規と帯状金属材の長手方向に直角な方向の隙間を長さ５０ｍｍ毎に測定したとき、当該帯状金属材の長手方向１ｍあたりの前記隙間の最大値が０．１２ｍｍ以下となるようにスリットをしコイル状に巻き取ることを特徴とする帯状金属材の製造方法。
長手方向１ｍあたりの曲がり量が０．０３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の帯状金属材の製造方法。
前記帯状金属材が銅又は銅合金の帯状金属材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯状金属材の製造方法。
前記帯状金属材のビッカース硬さが１８０〜３００ＨＶ、板厚が０．１０〜０．１６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の帯状金属材の製造方法。