(57)【要約】【課題】素材を加熱することなく金属ボールを効率良く成形することができる金属ボールの製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも一組の成形ロール３０、３０を用いて冷間転造することにより、長尺状の素材Ｓからボール材を成形する金属ボールの製造方法であって、素材Ｓが軸線Ｌに沿って延びるように配置され、一組の成形ロール３０、３０は、それぞれの回転軸Ｍを中心として自転するとともに、軸線Ｌを中心として素材Ｓの外周面に沿って公転することにより、素材Ｓからボール材を成形することを特徴とする。【選択図】図１
2008110360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一組の成形ロールを用いて冷間転造することにより、長尺状の素材からボール材を成形する金属ボールの製造方法であって、
前記素材が軸線に沿って延びるように配置され、
前記一組の成形ロールは、それぞれの回転軸を中心として自転するとともに、前記軸線を中心として前記素材の外周面に沿って公転することにより、
前記素材からボール材を成形することを特徴とする金属ボールの製造方法。
【請求項２】
前記成形ロールの外周部によって前記素材の外周面に径方向内側に向けて凹む凹溝を形成するとともに、前記成形ロールを径方向内側に向けて食い込ませながら前記凹溝の溝幅を漸次狭くして前記素材を切断することにより、前記ボール材を成形することを特徴とする請求項１に記載の金属ボールの製造方法。
【請求項３】
少なくとも一組の成形ロールを用いて冷間転造することにより、長尺状の素材からボール材を成形する金属ボールの製造装置であって、
前記一組の成形ロールと、
前記素材を軸線に沿って延びるように支持する素材支持部と、
前記一組の成形ロールをそれぞれの回転軸を中心として自転させるロール自転駆動手段と、
前記一組の成形ロールを前記軸線を中心として公転させるロール公転駆動手段と、
を備えていることを特徴とする金属ボールの製造装置。
【請求項４】
前記成形ロールは、周方向に直交する断面形状が周方向に沿って変化するプロフィールロールであることを特徴とする請求項３に記載の金属ボールの製造装置。
【請求項５】
前記成形ロールの外周面には、径方向外側に向けて突出する１条の成形突条部が形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の金属ボールの製造装置。
【請求項６】
前記素材を間欠的に前記一組の成形ロール間に供給する供給手段が備えられていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の金属ボールの製造装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の金属ボールの製造方法により製造されたことを特徴とするメッキ用アノード銅ボール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一組の成形ロールによって転造することにより長尺状の素材からボール材を成形する金属ボールの製造方法及び金属ボールの製造装置に関し、特に、銅の電解メッキにおいて銅原料として使用されるメッキ用アノード銅ボールを製造するのに最適な金属ボールの製造方法、金属ボールの製造装置、及び、この製造方法により製造されたメッキ用アノード銅ボールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線基板に銅メッキを施す際に用いられるメッキ用アノード銅ボールなどの金属ボールは、例えば特許文献１に開示されているように熱間転造によって製造されている。
この熱間転造においては、長尺の素材を一定長さに切断して加熱し、この加熱した短尺素材を素材の軸線回りに回転させながら一組の成形ロールの間に供給し、成形ロールの外周面に形成された成形溝に沿ってボール材を成形するものである。この方法では、真球度の高い金属ボールを成形することができる。
【０００３】
一方、例えば特許文献２に開示されているように、金属ボールを冷間鍛造によって製造する方法も提供されている。
この冷間鍛造においては、長尺の素材をボール１個分毎に分割して、半球状のキャビティを有するダイとパンチによって鍛造し、ダイとパンチとで形成される球状の金型の中に金属を充填してボール材を成形するものである。
【特許文献１】特開２０００−５４１９９号公報
【特許文献２】特開２００３−１８１５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された熱間転造においては、転造の際に素材を加熱しているので、金属ボールの結晶粒が粗大化してしまう。このため、熱間転造により製造されたメッキ用アノード銅ボールを使用した場合にスラッジが多く発生するといった問題があった。また、表面に酸化膜が形成されるので、熱間転造後に酸洗等の処理を行う必要があった。
さらには、素材自体を回転させるために素材を短尺に切断して成形ロールの間に供給することになるが、素材の両端はボール状に成形することができないため、製品に対して成形不良品が多く発生してしまう。
【０００５】
一方、特許文献２に開示された冷間鍛造においては、素材を加熱していないので結晶粒の粗大化や酸化膜の形成等の問題はないが、真球度の高い金属ボールを成形することは困難であった。また、球状の金型の中に金属を充填してボール材を成形しているので、素材と金型との接触面積が広く、大きな動力及び設備が必要となる。また、ボール成形時の騒音が大きくなるといった問題があった。
【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、素材を加熱することなく金属ボールを効率良く成形することができる金属ボールの製造方法、これに用いられる金属ボールの製造装置、及びこの金属ボールの製造方法によって製造されたメッキ用アノード銅ボールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明に係る金属ボールの製造方法は、少なくとも一組の成形ロールを用いて冷間転造することにより、長尺状の素材からボール材を成形する金属ボールの製造方法であって、前記素材が軸線に沿って延びるように配置され、前記一組の成形ロールは、それぞれの回転軸を中心として自転するとともに、前記軸線を中心として前記素材の外周面に沿って公転することにより、前記素材からボール材を成形することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る金属ボールの製造装置は、少なくとも一組の成形ロールを用いて冷間転造することにより、長尺状の素材からボール材を成形する金属ボールの製造装置であって、前記一組の成形ロールと、前記素材を軸線に沿って延びるように支持する素材支持部と、前記一組の成形ロールをそれぞれの回転軸を中心として自転させるロール自転駆動手段と、前記一組の成形ロールを前記軸線を中心として公転させるロール公転駆動手段と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この構成の金属ボールの製造方法及び金属ボールの製造装置においては、一組の成形ロールがそれぞれの回転軸を中心として自転するとともに、軸線を中心として前記素材の外周面に沿って公転するので、素材を回転させることなくボール材を成形することができる。よって、素材を短く切断する必要がなくなり、例えばコイル状に巻かれた線材を素材として使用することができ、ボール材を効率良く成形することができる。また、長尺素材を予め切断する必要がないので、成形の初期及び終期に発生する成形不良品を少なくすることができる。
【００１０】
また、素材を加熱することなく冷間で転造しているので、結晶粒の粗大化や酸化膜の発生といった問題がない。
さらに、転造によってボール材を成形しているので、素材とロールとの接触面積が鍛造に比べて小さく動力を抑えることができるとともに、真球度の高い金属ボールを成形することができる。
【００１１】
なお、一組の成形ロールによって素材からボール材を成形するのみでなく、一組の成形ロールを多段に配置して、順次これらの成形ロールへと素材を供給してボール材を成形してもよい。
また、一対の成形ロールの外周面に断面半円形をなすネジ状の成形溝を形成し、これらの自転の回転軸を互いに傾斜させ、素材の回りを公転させてボール材を成形してもよい。
【００１２】
ここで、前記成形ロールの外周部によって前記素材の外周面に径方向内側に向けて凹む凹溝を形成するとともに、前記成形ロールを径方向内側に向けて食い込ませながら前記凹溝の溝幅を漸次狭くして前記素材を切断することにより、前記ボール材を成形するように構成してもよい。
この場合、成形ロールの外周部を前記素材の外周面に押し当てながら素材の外周面に沿って公転することで、素材の外周面に凹溝を形成していき、この凹溝の溝深さを深くするにしたがい溝幅を漸次狭くして切断することで、切断した端面を半球状に成形することができる。これを繰り返すことにより、効率良くボール材を成形することができる。
【００１３】
また、前記成形ロールを、周方向に直交する断面形状が周方向に沿って変化するプロフィールロールとしてもよい。
この場合、一組の成形ロールを素材の外周面に沿って公転させることで、素材を順次ロールの外周面形状に合わせた形状とすることができ、ボールの成形をスムーズに行うことができる。
【００１４】
さらに、前記成形ロールの外周面に、径方向外側に向けて突出する１条の成形突条部を形成してもよい。
この場合、前記素材は、成形ロールと１条の成形突条部の先端面及び両側面で接触することになり接触面積が小さくなるので、成形ロールを駆動する動力を小さくすることができる。これにより、成形できる金属ボールの外径を大きくすることができる。
【００１５】
また、金属ボールの製造装置に、前記素材を間欠的に前記一組の成形ロール間に供給する供給手段を設けることが好ましい。
この場合、例えばコイル状に巻かれた長尺素材を切断することなく順次成形ロールに供給することができるので、さらに効率良く金属ボールを成形することができる。
【００１６】
本発明に係るメッキ用アノード銅ボールは、前述の金属ボールの製造方法により製造されたことを特徴としている。
このメッキ用アノード銅ボールは、冷間転造によって成形されているので、結晶粒が粗大化することがなく、スラッジの発生を抑制することができる。さらに、表面に酸化膜が形成されないので、酸洗などの表面処理を行う必要がない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、素材を加熱することなく金属ボールを効率良く成形することができる金属ボールの製造方法、これに用いられる金属ボールの製造装置、及びこの金属ボールの製造方法によって製造されたメッキ用アノード銅ボールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１及び図２に、本発明の金属ボールの製造装置を示す。また、図３に成形ロールを、図４にボール成形工程の概略を示す。
本実施形態である金属ボールの製造装置１０は、直径８〜２４ｍｍのメッキ用アノード銅ボールを成形するものである。
【００１９】
この金属ボールの製造装置１０は、原料となる銅線素材Ｓを軸線Ｌに沿って延びるように支持する素材支持部としての支持治具１１及びピンチロール１２と、金属ボールＢを成形するボール成形部２０とを備えている。
なお、メッキ用アノード銅ボールの原料となる銅線素材Ｓは、例えば酸素含有量が２０ｐｐｍ以下の低酸素銅やリン脱酸銅で構成されており、ベルトキャスター式連続鋳造機によって連続的に製出した鋳塊を連続圧延機で圧延することでコイル状に製出されたものである。
【００２０】
ピンチロール１２は、長尺の銅線素材Ｓを一方側（図１において右側）からボール成形部２０へと挿入するとともに銅線素材Ｓを支持する。また、支持治具１１は、ボール成形部２０の他方側（図１において右側）に配置され、一方側を向く面が他方側に向けて凹む凹曲面状に形成されている。なお、この支持治具１１は、軸線Ｌ方向に進退可能に構成されている。
また、この支持治具１１よりも一方側部分には、銅線素材Ｓの振れを防止するための振れ止めロール１３が設けられている。
【００２１】
ボール成形部２０は、ハウジング２１と、ハウジング２１の内部に収容され、前記軸線Ｌに沿って延びる円筒状をなすリングフレーム２２と、を備えている。
このリングフレーム２２の内周面には、少なくとも一組の成形ロール３０が配設されており、本実施形態では、図１及び図２に示すように、一対の成形ロール３０が互いに対向するように配設されている。
【００２２】
これら成形ロール３０は、成形ロール３０の側面から突出した支持軸部３１が円筒状をなすリングフレーム２２の内周面から径方向内側に向けて突出した軸受支持部２３によって支持され、回転軸Ｍ回りに回転可能とされている。そして、これら成形ロール３０は、それぞれの回転軸Ｍが、互いに平行に、かつ、前記軸線Ｌに対しても平行となるように配置されるとともに、前記軸線Ｌを挟んで互いに対向するように配置されている。
【００２３】
また、これら成形ロール３０の支持軸部３１の一方側端部には、外周面にギア歯が形成された回転ギア３２がそれぞれ配設されている。
この回転ギア３２には、内周面に内歯を有するリングギア２４が歯合されている。このリングギア２４の内歯には、第１駆動モータ２５の動力軸に配設された第１駆動ギア２５Ａが歯合されており、この第１駆動モータ２５によってリングギア２４を前記軸線Ｌを中心として回転させることができるように構成されている。
第１駆動モータ２５によってリングギア２４を回転させると、リングギア２４に歯合された回転ギア３２が回転して、一対の成形ロール３０を同時にそれぞれの回転軸Ｍ回りに回転させることができる。つまり、前記第１駆動モータ２５及びリングギア２４が、成形ロール３０をそれぞれの回転軸Ｍ回りに自転させるロール自転駆動手段２６を構成しているのである。
【００２４】
また、リングフレーム２２の外周面には、ギア歯が形成されており、第２駆動モータ２７の動力軸に配設された第２駆動ギア２７Ａが歯合されている。これにより、リングフレーム２２は第２駆動モータ２７によって軸線Ｌを中心として回転可能とされている。ここで、リングフレーム２２が回転すると、リングフレーム２２の内周面から突設された軸受支持部２３によって支持されている成形ロール３０も軸線Ｌを中心として公転することになる。つまり、第２駆動モータ２７及びリングフレーム２２が、成形ロール３０を軸線Ｌ回りに公転させるロール公転駆動手段２８を構成しているのである。
ここで、第１駆動モータ２５及び第２駆動モータ２７の回転数は、銅線素材Ｓを回転させるようなトルクが生じないように調整されている。
【００２５】
成形ロール３０は、径方向外側に向けて突出して円周方向に沿って延びる１条の成形突条部３３を備えており、図３に示すように、成形突条部３３の突出高さが円周方向で漸次変化するように構成されている。なお、本実施形態においては、図４に示すように、成形突条部３３の幅も円周方向で漸次変化し、成形突条部３３の突出高さが高くなるとともに幅が狭くなるように構成されている。また、成形突条部３３の側面は、円周方向に直交する断面が凹曲線状をなしており、成形突条部３３の最も高く突出された部分では１／４円弧状をなしている。
そして、成形突条部３３の最も高く突出された部分では、一対の成形ロール３０、３０同士の成形突条部３３が互いに接触するように構成されている。
【００２６】
次に、ボール成形部２０における金属ボールＢの成形工程を説明する。まず、他方側端部が半球状に成形された銅線素材Ｓをピンチロール１２によってボール成形部２０へと挿入し、支持治具１１に銅線素材Ｓの他方側端部を当接させる。これにより、銅線素材Ｓの軸線が軸線Ｌに一致するように配置される。
ここで、成形ロール３０をそれぞれの回転軸Ｍ回りに自転させながら、軸線Ｌを中心として銅線素材Ｓの外周面に沿って公転させる。
【００２７】
すると、銅線素材Ｓの外周面に成形ロール３０の成形突条部３３が押し当てられ、銅線素材Ｓの外周面に径方向内側に向けて凹む凹溝が形成される。成形突条部３３の突出高さが次第に高くなっているので、成形突条部３３が銅線素材Ｓの外周面に食い込んでいき銅線素材Ｓを塑性変形させる。ここで、成形突条部３３の幅が突出高さが高くなるに連れて狭くなり成形突条部３３の側面が凹曲面状をなしているので、銅線素材Ｓの外周面に形成された凹溝は、溝深さが深くなるにしたがい漸次溝幅が狭くなるように変形し、成形突条部３３の側面がなす凹曲面に沿うような形状となる。
【００２８】
成形突条部３３の突出高さが最も高くなる部分では、それぞれの成形ロール３０の成形突条部３３が互いに接触することになり、銅線素材Ｓが切断される。成形突条部３３の最も高く突出された部分では、成形突条部３３の側面の円周方向に直交する断面が１／４円弧状をなしているので、銅線素材Ｓの切断端面がそれぞれ半球状に形成される。このようにして、メッキ用アノード銅ボール（金属ボールＢ）が成形される。その後、支持治具１１を他方側に向けて移動して金属ボールＢを外部に排出し、支持治具１１を所定位置に戻す。
【００２９】
そして、他方側端部が半球状に成形された銅線素材Ｓを他方側に向けて送り込み、ボール成形部２０へと挿入し、支持治具１１に銅線素材Ｓの他方側端部を当接させる。これを繰り返すことにより、コイル状に巻かれた長尺の銅線素材Ｓから金属ボールＢを連続的に成形する。なお、このボール成形では、銅線素材Ｓが半径方向に盛り上がるように変形するため、銅線素材Ｓの初期外径よりも成形された金属ボールＢの外径は大きくなる。
【００３０】
図５に銅線素材Ｓと成形ロール３０との位置関係を示す。リングフレーム２２の公転角度をθ１、銅線素材Ｓの無すべり位置半径をｒ１、成形ロール３０の自転角度をθ２、成形ロール３０の無すべり位置半径をｒ２とすると、成形ロール３０と銅線素材Ｓとは転がり接触するので、θ１×ｒ１＝θ２×ｒ２であり、リングフレーム２２の公転角度θ１は、θ１＝（ｒ２／ｒ１）×θ２となる。
本実施形態においては、成形ロール３０が一回転したときに金属ボールＢが１個成形されるので、リングフレーム２２が（ｒ２／ｒ１）回転したときに金属ボールＢが１個成形される。
【００３１】
ここで、成形ロール３０の半径ｒ２と銅線素材Ｓの半径ｒ１の比は、成形ロール３０の軸剛性を考慮した場合、通常、（ｒ２／ｒ１）＝５〜１０程度とされる。このことから、本実施形態においては、リングフレーム２２が軸線Ｌ中心に５〜１０回転することで、１個の金属ボールＢが成形されることになる。なお、この半径比ｒ２／ｒ１は、成形する金属ボールの材質やボール半径などを考慮して適宜設定することができる。
【００３２】
このような構成とされた金属ボールの製造装置１０においては、一対の成形ロール３０が、それぞれの回転軸Ｍを中心として自転するとともに、軸線Ｌを中心として銅線素材Ｓの外周面に沿って公転するように構成されているので、銅線素材Ｓを回転させることなく銅線素材Ｓの外周面に加工を施して金属ボールＢを成形することができる。このため、銅線素材Ｓを予め短尺に切断する必要がなく、コイル状に巻かれた長尺の銅線素材Ｓから金属ボールＢを連続的に成形することができる。
また、本実施形態においては、成形の初期及び終期に半球状の成形不良品が発生することになるが、長尺の銅線素材Ｓを予め切断することなくボール成形部２０に挿入することができるので、成形不良品の発生量を抑えることができる。
【００３３】
また、成形ロール３０に、径方向外側に向けて突出して円周方向に沿って延びる１条の成形突条部３３が設けられ、この成形突条部３３の突出高さが円周方向で漸次変化するように、かつ、成形突条部３３の幅も円周方向で漸次変化し、成形突条部３３の突出高さが高くなるとともに幅が狭くなるように構成され、成形突条部３３の側面が円周方向に直交する断面において凹曲線状をなしているので、一対の成形ロール３０の外周面を銅線素材Ｓに押し当てて塑性変形させることで、金属ボールＢを成形することができる。
【００３４】
さらに、成形ロール３０に、１条の成形突条部３３が設けられているので、銅線素材Ｓは、成形ロール３０と、成形突条部３３の先端面及び両側面で接触することになり、接触面積を小さくすることができる。これにより、成形ロール３０を駆動する第１駆動モータ２５、第２駆動モータ２７の出力を小さくすることができ、比較的大径の金属ボールＢを成形することが可能となる。
【００３５】
また、銅線素材Ｓを支持するピンチロール１２が、銅線素材Ｓを間欠的にボール成形部２０に供給する供給手段として作用するので、銅線素材Ｓを順次成形ロール３０に供給でき、効率良く金属ボールＢを成形することができる。
さらに、本実施形態では、銅線素材Ｓの他方側端部を支持する支持治具１１が備えられているので、銅線素材Ｓの軸線Ｌ方向位置が安定し、真球度の高い金属ボールＢを成形することができる。これに加えて、銅線素材Ｓの振れを防止する振れ止めロール１３が配設されているので、一層精度良く金属ボールＢを成形することができる。
【００３６】
さらに、この金属ボールの製造装置１０により成形されたメッキ用アノード銅ボールは、銅線素材Ｓを加熱することなく冷間で転造しているので、結晶粒が粗大化することがなく、スラッジの発生を抑制することができる。さらに、表面に酸化膜が形成されないので、酸洗などの表面処理を行う必要がない。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれ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。
例えば、成形ロールに１条の成形突条部を設け、この成形突条部の突出高さが円周方向に１周にわたって漸次変化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、図６に示すように、２つの成形突条部を円周方向に縦列するように形成してもよい。この場合、この成形ロールが回転軸Ｍ回りに半回転するたびに金属ボールが１個成形されることになる。
【００３８】
また、銅線素材からメッキ用アノード銅ボール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、他の金属ボールの成形にも適用することができる。
さらに、直径８〜２４ｍｍのメッキ用アノード銅ボールを成形するものとして説明したが、金属ボールの材質に合わせてボール径を変更することが好ましい。
【００３９】
また、一対の成形ロールを備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、成形ロールを多段に配置して、これらの成形ロールに順次素材を供給するものであってもよい。
また、一対の成形ロールの外周面に断面半円形をなすネジ状の成形溝を形成し、これらの自転の回転軸を互いに傾斜させ、素材の回りを公転させる構成としてもよい。
【００４０】
また、銅線素材をベルトキャスター式連続鋳造機と連続圧延機とで製造されるもので説明したが、これ以外の方法で製造されていても良く、例えばビレット材を高温押し出しすることで長尺の銅線素材を製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態である金属ボールの製造装置の側面概略図である。
【図２】図１に示す金属ボールの製造装置の軸線に直交する断面の概略図である。
【図３】図１に示す金属ボールの製造装置に備えられた成形ロールの説明図である。
【図４】図１に示す金属ボールの製造装置によって金属ボールを成形する様子を示す工程図である。
【図５】成形ロールと素材との接触状態を示す説明図である。
【図６】成形ロールの他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  金属ボールの製造装置
１１  支持治具（素材支持部）
１２  ピンチロール（素材支持部／供給手段）
２６  ロール自転駆動手段
２８  ロール公転駆動手段
３０  成形ロール
３３  成形突条部
【図１】
2008110360.tif 000003
【図２】
2008110360.tif 000004
【図３】
2008110360.tif 000005
【図４】
2008110360.tif 000006
【図５】
2008110360.tif 000007
【図６】
2008110360.tif 000008