金属平板の製造方法
【課題】 一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ接合し、高い平坦度を有する幅の広い金属平板を製造することができる金属平板の製造方法を提供する
【解決手段】 矯正処理工程におけるアルミニウム平板３の挙動に対し、第１の矯正処理工程によって図５の点線Ｃで示すような逆反り部６が残存した状態で、さらに第２の矯正処理工程を実施するので、第１の矯正処理工程によってアルミニウム平板３全体を可及的に平坦にし、さらに第２の矯正処理工程で逆反り部６を可及的に解消して、一枚板で用いられていたアルミニウム平板のガラストレイと同等の平坦度を有して接合されたアルミニウム平板を工業的に製造することができる。
【解決手段】 矯正処理工程におけるアルミニウム平板３の挙動に対し、第１の矯正処理工程によって図５の点線Ｃで示すような逆反り部６が残存した状態で、さらに第２の矯正処理工程を実施するので、第１の矯正処理工程によってアルミニウム平板３全体を可及的に平坦にし、さらに第２の矯正処理工程で逆反り部６を可及的に解消して、一枚板で用いられていたアルミニウム平板のガラストレイと同等の平坦度を有して接合されたアルミニウム平板を工業的に製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属平板の製造方法に関し、特にガラストレイ用アルミニウム平板を製造する際に適用される金属平板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に液晶パネル等に用いるガラス基板の製造工程では、非常に薄いガラスを運搬するためのガラストレイが用いられ、このガラストレイには１枚ものアルミニウム板（平板）が使われている。運搬に際しては、通常、アルミニウム板の上にウレタン等の薄い緩衝材を密着させ貼り付けたガラストレイ上にガラスを載置している。
現状、ガラストレイによって運搬される最も大きいガラスは、およそ２５００×２５００ｍｍである。
【０００３】
ガラストレイにはＪＩＳ Ａ３００４ＰやＪＩＳ Ａ５０５２Ｐのアルミニウム板が一般的に用いられている。係るガラストレイ用アルミニウム板としては薄板の部類に入る３ｍｍ以下程度の板厚のものが用いられ、その大きさはガラスと同等以上であることが必要である。また、その重量は約４０ｋｇ程度である。
【０００４】
現状、係るガラストレイには、全体のひずみが２ｍｍ以内、長さ方向のそり３ｍｍ以下、表面部には傷等の凹凸は不可といった平坦度に関する極めて厳格な特性が求められている。係る要求特性を超えるひずみやそりがガラストレイに生じていると、ガラストレイを用いて運搬するガラス自体にも傷や変形が生じ、最終製品となった際に色むらや寸法不具合等の問題が発生する。
通常は所定回数の熱間圧延加工を行った後、最終的な仕上げとしての冷間圧延加工を施すことにより寸法出しを行い平坦度に関する特性を満足している。
【０００５】
また、ガラストレイは通常、繰り返して使用されるが、運搬中にガラス破損等の不具合が生じた場合には、そのガラストレイは再利用することなく処分されるため、ガラストレイの製造方法に関しては極力安価で安定した製造方法が必要となる。
【０００６】
ところで、近年、液晶パネル等の大型化に伴い、これに用いるガラスも３５００×３５００ｍｍ程度にまで大型化してきていることから、これを搬送するためのガラストレイも同等以上の大きさのものが必要となってきている。
しかし、３５００×３５００ｍｍ程度といった程の大きさともなると、熱間圧延加工は可能であるものの、高い平坦度を確保しつつ所望の板厚（３ｍｍ以下程度）に精度良く仕上げ得る方法であるところの冷間圧延加工を施すことは、通常用いられる生産設備で対応することは困難なのが現状である。即ち、これを一挙に１枚板として得ることは困難である。そのため、既存生産設備で製造された複数のアルミニウム平板を接合することで必要とする大きさのガラストレイを製造する方法が検討されている。
【０００７】
一般的にアルミニウム平板を接合する方法には溶融接合又は固相接合に大別される各種接合法がある。この各種接合法によってアルミニウム平板の接合を行った場合には、溶融接合及び固相接合の何れであっても、接合の際の熱影響等に起因して当該接合部付近に反り上がりや変形が生じやすい。
【０００８】
しかし、これらの各種接合法の中で、固相接合である摩擦攪拌接合法（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ、以下「ＦＳＷ」とも記載）は接合変形が比較的に少ない接合方法として注目されている（例えば特許文献１）。
ただし、ＦＳＷにおいても接合変形が皆無という訳ではない。
【０００９】
接合部付近に生じやすい上述の反り上がりや変形の一般的な矯正方法の一つとしては、被加工材の両端をクランプしてお互いを逆方向に引っ張る方法であるストレッチャー加工がある。
しかし、このストレッチャー加工により接合アルミニウム平板を矯正すると、接合部の板厚が減少してしまい完全に平坦にすることはできない。接合部の強度が溶接時の入熱により低下しているからである。
【００１０】
また、重しを載せ加熱炉に保持する熱処理加工も考えられる。
しかし、均一な平坦度を得るにはガラストレイ全体をカバーする大きさが必要となり、更にはその重しを載せても耐えることができる剛性のある受けも必要となる。また、熱処理であるため反り上がりを矯正させるだけの温度（３００℃前後）と時間（５時間前後）にて熱処理炉の中で保持することが必要となり、簡便な方法とは言いがたく、生産効率が低く、工業的な適用は現実的ではない。
【００１１】
また、突合せ溶接継手の矯正法の公知例として特許文献２がある。突合せ溶接し、凝固完了直後の未冷却ビード部近傍に溶接角変形とは逆方向に逆モーメントを付与する方法であり、接合部を高温時に矯正することで極めて小さな加圧力で接合角変形を矯正できるとされる。
省スペースで高能率に溶接角変形の発生を防止する方法ではあるとしても、部材（本願でいえばアルミニウム平板）全体の中の極めて局所的な範囲に加圧力を及ぼすに過ぎない方法であるので、アルミニウム平板全体としての平坦度をガラストレイ用に適する程に高め得るとは到底期待することができない。
また、この方法は高温で矯正加工を行なっているものであり、接合温度の低いＦＳＷでは適用しにくい。
【００１２】
また、アルミニウム薄板突合せ継手の矯正法の公知例として特許文献３がある。アルミニウム及びその合金板の突合せ溶接継手において、溶接部に平行に溶接部境界から３０ｍｍの範囲の板部をロール加圧することを特徴とする。
接合変形を簡便にかつ効果的に行なう方法で加圧部を減厚させる方法ではあるとしても、上の特許文献２で述べたところと同様の理由により、高い平坦度をもつガラストレイ用アルミニウム平板を得ることは到底期待することができない。
【００１３】
同様に、ローラを用いて矯正を行なう公知例として特許文献４がある。
摩擦攪拌接合装置に矯正加工機を付随した一体型の装置であり、接合と同時に矯正加工を行なっている。
その矯正加工は上下一対のローラにて押付け加圧を行なっている。接合装置と一体化のためコンパクトで有効なものであるが、しかし、一体化ゆえに装置が複雑なものとなってしまう欠点がある。しかも後に説明するように、一回の矯正処理を施すだけでは、高い平坦度をもつガラストレイ用アルミニウム平板の製造に対応することは期待することができない。
【００１４】
同様に、接合時に加工を行う特許文献５もある。この公知例の接合方法はＦＳＷにおいて接合線方向に沿う引張力を加えながら接合する技術であり、前述した矯正加工の一種にあげたストレッチャー加工に該当する。
この様なストレッチャー加工では接合と矯正加工を同時に行なう必要が有り設備及び工程が複雑化する要因となる。また、この方法では、接合線方向についての平坦度は得られるとしても、幅方向、即ち接合線方向に垂直な方向についての平坦度は得られにくいため、板全体に渡っての高い平坦度が要求されるガラストレイ用アルミニウム平板の製造に適用することは期待することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】特開昭６０−２２１１９０号公報
【特許文献３】特開平０８−３９２８５号公報
【特許文献４】特許第４００８５３５号公報
【特許文献５】特開平１０−２３０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の金属平板の製造方法は、一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ接合し、高い平坦度を有する幅の広い金属平板を製造することができ、一枚板で用いられていたアルミニウム平板のガラストレイと同等の平坦度を有して、接合されたアルミニウム平板を工業的に製造することができる金属平板の製造方法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】
【００１７】
本発明の金属平板の製造方法は、一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ接合して一枚の金属平板とする工程と、金属平板の突合せ接合部が平板部から偏奇している面を前記突合せ接合部を挟む幅Ｗ１の範囲に渡って押圧すると共に前記偏奇している面と反対側の面を少なくとも幅Ｗ１よりも広い幅の範囲に渡って支持する第１の矯正処理工程と、前記第１の矯正処理工程における押圧面とは反対側の面を前記突合せ接合部を挟む前記幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２範囲に渡って押圧すると共にその反対側の面、即ち前記第１の矯正処理における押圧面を少なくとも幅Ｗ２よりも広い幅の範囲に渡って支持する第２の矯正処理工程とよりなることを特徴とする。
【００１８】
前記接合がＦＳＷであって、前記Ｗ１は少なくともＦＳＷ接合における攪拌領域の幅よりも広いものである様にしてもよい。
【００１９】
前記第１の矯正処理工程及び前記第２の矯正処理工程の少なくともいずれかにおける押圧をローラによる押圧としても良い。
【００２０】
前記金属平板をアルミニウム金属平板とすることができる。
なお、本発明において、アルミニウム金属平板とは純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属平板をいうものとする。
【００２１】
前記したようにＦＳＷ（摩擦攪拌接合法）は接合変形が比較的に少ない接合方法ではあるものの、しかし、この方法によった場合においても接合変形が皆無という訳ではない。
従って、それを矯正するために前記したロール加圧その他の方法を試みたが、ガラストレイ用アルミニウム板に求められる前記した通りの極めて厳格な平坦度特性を満足することはなかなか困難であり、容易にはその課題を乗り越えることが出来なかった。
【００２２】
そこで、この問題を解決するために多くの観点から種々の詳細な検討を行なったところ、その解決の糸口として、ＦＳＷにおいては、接合部の近傍に接合線に沿って一定の幅で平坦な面が出現するという、知られている各種の接合方法の中でも特にＦＳＷの場合のみにおいて生じると思われるＦＳＷ固有の現象が存在する点にこそ問題の原因が有るらしいことが分かった。
即ち、図５に示すように、ＦＳＷにより一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２との端面同士を接合して１枚の金属平板としたアルミニウム平板３は接合により接合実施面３ａの裏面であるガラスを置く面（以下「使用面」）３ｂを上面に置いた場合、接合部４が図５内に矢印Ｉで示すアルミニウム平板３の法線方向に反り上がりを生じるが、この接合部４を含む領域が山形状をなす反り上がり変形形状は、図５の実線Ａで示すようにアルミニウム平板３の接合方向に対して垂直な面で切った断面が山形状の山頂付近にほぼ接合部の幅に相当する範囲に渡って平坦な水平部４ａを有するようなものとなる。
【００２３】
然るに、この反り上がりを矯正するよう前記アルミニウム平板３の接合部４を使用面３ｂ側から接合実施面３ａ側へと矢印ＩＩで示す方向に押圧した時、前記アルミニウム平板３全体には図５内に矢印ＩＩＩ、ＩＶで示す向きに曲げモーメントが負荷される。そのため、この押圧によって、アルミニウム平板３の反り上がりは矢印ＩＩで示す方向に矯正されるものの、しかし、同時に、上記した水平部４ａが存在するため、アルミニウム平板３の上記水平部４ａの肩部では、この曲げモーメントＩＩＩ、ＩＶは前記水平部４ａを矢印ＩＩで示す方向に突き出す力となり、図５の点線Ｂで示すような逆反り変形を生じさせてしまう。
【００２４】
その後、矢印ＩＩで示す方向への押圧を更に進めアルミニウム平板３全体を可及的に平坦にし、その後押圧力を除荷すると、前記アルミニウム平板３にはスプリングバックが生じるため、アルミニウム平板３全体の断面形状は図５の点線Ｃで示すようになり、逆反り部６が残存してしまう。
【００２５】
矯正処理工程における上記した如くのアルミニウム平板３の挙動に対し、本発明の金属平板の製造方法は、まず第１の矯正処理工程によって山頂を押圧することにより板面の広い範囲に渡る反り上がり（いわば「うねり」といってもよい。）を矯正した後、次に、その第１の矯正処理工程によって惹起されてしまったところの図５の点線Ｃで示すような逆反り部６（即ち、狭い範囲での細かな凹凸。）を矯正するために、さらに第２の矯正処理工程を施すようにしたものである。即ち、本発明の金属平板の製造方法によれば、第１の矯正処理工程によってアルミニウム平板３全体を可及的に平坦にし、さらに第２の矯正処理工程で逆反り部６を可及的に解消することが出来るので、一枚板で用いられていたアルミニウム平板のガラストレイと同等の平坦度を有して、接合されたアルミニウム平板を工業的に製造することができる。
【００２６】
上に説明した本発明の矯正メカニズムから明らかなように、第２の矯正処理工程によって押圧する幅Ｗ２は、第１の矯正処理工程によって押圧する幅Ｗ１よりも狭いものであることが必要である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、幅の広いアルミニウム平板を得るために溶接後、その接合部に生じる可能性のある反り上がりを矯正し、従来の一枚板で用いられていたガラストレイと同等の平坦度を有するアルミニウム平板を工業的に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の説明図であり、（ａ）反り上がりを矯正する斜視図、（ｂ）逆反りを矯正する斜視図である。
【図２】接合実施面をローラ加工することにより（ａ）反り上がりを矯正する模式図、（ｂ）逆反りを矯正する模式図である。
【図３】実施例の使用面接合部表面形状を測定した結果を示す図である。
【図４】比較例の使用面接合部表面形状を測定した結果を示す図である。
【図５】使用面をローラ加工により第１の矯正処理を行った時に逆反りが生じる態様を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１及び図２は本発明の金属平板の製造方法の好ましい実施形態を示す説明図である。矯正処理方法はローラである例を示している。
先ず同厚の一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２との端面同士を突合せ、使用面３ｂの裏側からＦＳＷにより接合し、アルミニウム平板３を作成する工程を実施する。
次に、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、使用面３ｂを上向きに置いた時、接合部４がアルミニウム平板３の図１上向き矢印Ｉで示す法線方向に反り上がるように溶接角変形している。その状態で、アルミニウム平板３の使用面３ｂの一箇所をローラ７で押圧すると共に、前記アルミニウム平板３の接合実施面３ａのローラ７に対応する箇所は下側押さえ固定盤８で支持することにより、前記溶接角変形をアルミニウム平板３の図２下向き矢印ＩＩで示す方向に矯正する。ローラ７の幅Ｗ１は接合部４の幅の１．５倍程度である。また、ローラ７の押圧を支持する下側押さえ固定盤８の幅は、少なくとも幅Ｗ１よりも広いものであればよいが、板面の広い範囲に渡る反り上がり（いわば「うねり」といってもよい。）を矯正する上ではアルミニウム平板３の幅よりも広いものであってアルミニウム平板３全体を支持し得ることが好ましい。
【００３０】
引き続き下側押さえ固定盤８による前記アルミニウム平板３の接合実施面３ａの支持状態は保持しつつ、ローラ７を接合部４に沿って移動しながらアルミニウム平板３の接合部４上面を押圧することにより前記接合角変形を前記アルミニウム平板３の接合部４全体に渡って順次矯正する第１の矯正処理工程を行う。
【００３１】
以上の第１の矯正処理を施すことによって、前記アルミニウム平板３の広い範囲に渡る反り上がりは矯正され接合部を頂点として生じていたいわば「うねり」的な変形は殆どなくなる。しかし、図５の細かい点線Ｂに示すように、上記第１の矯正処理においてアルミニウム平板３の反り上がりが矯正されるにつれて、前記接合部４を含む水平部は、図５内に矢印ＩＩＩ、ＩＶで示す曲げモーメントに基づき矢印ＩＩで示す方向に撓み、逆反り変形が生じる。その結果、点線Ｃで示すような逆反り部６が残存した状態となり、以上の第１の矯正処理のみによっては前記アルミニウム平板３を完全に平坦にすることができない。
【００３２】
そこで、第１の矯正処理後に、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、今度はアルミニウム平板３の接合実施面３ａを上向きに置き、ローラ７’と固定盤８’（ここで、固定盤８’は、前記固定盤８と同一であってももちろんよい。）により再度矯正する第２の矯正処理を行う。この第２の矯正処理は、図２（ｂ）に示すように逆反りが生じた箇所のみを ローラ７’により局部的に押圧する。次に、下側押さえ固定盤８’による前記アルミニウム平板３の使用面の支持状態は保持しつつ、 ローラ７’を接合部４に沿って移動しながらアルミニウム平板３の接合部４接合実施面を押圧することにより前記接合角変形をアルミニウム平板３の接合部４全体に渡って順次矯正する。この時のローラの幅は逆反りの幅の１．５倍程度の幅Ｗ２である。
【００３３】
上記の例はローラ７及び ローラ７’と固定盤８及び固定盤８’とによる加工であるが、固定盤８及び固定盤８’の代わりにローラ７及びローラ７’とは別のローラを用いてもよい。その場合には、上下のローラの幅は同一とする。
【００３４】
本発明の金属平板の製造方法では実施の態様により、接合部４全体をプレス機のような装置を用いて押圧する方法も可能である。上下の平坦工具の幅は同一である。初めに接合部４の幅１．５倍程度の幅Ｗ１を持つ平坦工具にて接合部４全体を押圧し矯正する。次に平坦工具の幅を逆反りが生じた幅の１．５倍程度の幅Ｗ２に変更し上記と同様に押圧し矯正する。
【００３５】
本発明の金属平板の製造方法に用いられる同厚の一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２は、特に限定されるものではなく、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる任意のアルミニウム平板を用いることができる。また本発明の金属平板の製造方法において、同厚の一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２の突合せ接合をする方法は固相接合法の一つであって熱変形が少ないＦＳＷが好ましい。ＦＳＷを行うことにより、接合実施面の裏面側が平坦に仕上がるため、比較的平滑な板材を得ることができる。
【実施例１】
【００３６】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、実施例および比較例において、接合部の平坦度の評価は使用面３ｂの接合中心から左右に幅３０ｍｍの表面形状を接合開始側、終了側にて測定した。
【００３７】
実施例
幅１７５０ｍｍ長さ３５００ｍｍ厚み２．０ｍｍのアルミニウム平板（材質：ＪＩＳ Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３２）を２枚、ＦＳＷを用いて接合し、幅および長さ３５００ｍｍの接合板を得た。
本実施例の接合板では角変形により接合部が２０ｍｍ反り上がっていた。
この得られた接合材を図１に示す方法により、合金鋼材質のローラ（径１００×幅２０ｍｍ）を所定の荷重（１０ｋＮ）にて、使用面３ｂ側からローラ加工により矯正し、その後さらに接合実施面３ａ側から、同様にローラ加工により矯正を行ない、接合されたアルミニウム平板を得た。
【００３８】
比較例
上記実施例にて作製したものと材質、大きさ及び接合後の角変形量が同じであった接合板を用いて、ローラによる押圧を実施したのが使用面３ｂ側からのみであること以外は実施例と同様に矯正を行ない、アルミニウム平板を得た。
【００３９】
上記の実施例及び比較例の接合後及び矯正加工後の使用面３ｂ接合部の表面形状を測定した結果を図３、図４に示す。
【００４０】
本発明による実施例では矯正後の表面形状は±２０μｍ以下となり、非常に良好な平坦度が得られた。
【００４１】
一方、比較例では接合部に逆反りが生じており、表面形状は±１００μｍ以上であった。
【符号の説明】
【００４２】
１ 被接合材であるアルミニウム平板（一の金属平板）
２ 被接合材であるアルミニウム平板（他の金属平板）
３ 接合材であるアルミニウム平板（一枚の金属平板）
３ａ 接合材であるアルミニウム平板の接合実施面
３ｂ 接合材であるアルミニウム平板の接合実施面裏面（使用面）
４ 接合部
７、７’ ローラ
８ 下側押さえ固定盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属平板の製造方法に関し、特にガラストレイ用アルミニウム平板を製造する際に適用される金属平板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に液晶パネル等に用いるガラス基板の製造工程では、非常に薄いガラスを運搬するためのガラストレイが用いられ、このガラストレイには１枚ものアルミニウム板（平板）が使われている。運搬に際しては、通常、アルミニウム板の上にウレタン等の薄い緩衝材を密着させ貼り付けたガラストレイ上にガラスを載置している。
現状、ガラストレイによって運搬される最も大きいガラスは、およそ２５００×２５００ｍｍである。
【０００３】
ガラストレイにはＪＩＳ Ａ３００４ＰやＪＩＳ Ａ５０５２Ｐのアルミニウム板が一般的に用いられている。係るガラストレイ用アルミニウム板としては薄板の部類に入る３ｍｍ以下程度の板厚のものが用いられ、その大きさはガラスと同等以上であることが必要である。また、その重量は約４０ｋｇ程度である。
【０００４】
現状、係るガラストレイには、全体のひずみが２ｍｍ以内、長さ方向のそり３ｍｍ以下、表面部には傷等の凹凸は不可といった平坦度に関する極めて厳格な特性が求められている。係る要求特性を超えるひずみやそりがガラストレイに生じていると、ガラストレイを用いて運搬するガラス自体にも傷や変形が生じ、最終製品となった際に色むらや寸法不具合等の問題が発生する。
通常は所定回数の熱間圧延加工を行った後、最終的な仕上げとしての冷間圧延加工を施すことにより寸法出しを行い平坦度に関する特性を満足している。
【０００５】
また、ガラストレイは通常、繰り返して使用されるが、運搬中にガラス破損等の不具合が生じた場合には、そのガラストレイは再利用することなく処分されるため、ガラストレイの製造方法に関しては極力安価で安定した製造方法が必要となる。
【０００６】
ところで、近年、液晶パネル等の大型化に伴い、これに用いるガラスも３５００×３５００ｍｍ程度にまで大型化してきていることから、これを搬送するためのガラストレイも同等以上の大きさのものが必要となってきている。
しかし、３５００×３５００ｍｍ程度といった程の大きさともなると、熱間圧延加工は可能であるものの、高い平坦度を確保しつつ所望の板厚（３ｍｍ以下程度）に精度良く仕上げ得る方法であるところの冷間圧延加工を施すことは、通常用いられる生産設備で対応することは困難なのが現状である。即ち、これを一挙に１枚板として得ることは困難である。そのため、既存生産設備で製造された複数のアルミニウム平板を接合することで必要とする大きさのガラストレイを製造する方法が検討されている。
【０００７】
一般的にアルミニウム平板を接合する方法には溶融接合又は固相接合に大別される各種接合法がある。この各種接合法によってアルミニウム平板の接合を行った場合には、溶融接合及び固相接合の何れであっても、接合の際の熱影響等に起因して当該接合部付近に反り上がりや変形が生じやすい。
【０００８】
しかし、これらの各種接合法の中で、固相接合である摩擦攪拌接合法（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ、以下「ＦＳＷ」とも記載）は接合変形が比較的に少ない接合方法として注目されている（例えば特許文献１）。
ただし、ＦＳＷにおいても接合変形が皆無という訳ではない。
【０００９】
接合部付近に生じやすい上述の反り上がりや変形の一般的な矯正方法の一つとしては、被加工材の両端をクランプしてお互いを逆方向に引っ張る方法であるストレッチャー加工がある。
しかし、このストレッチャー加工により接合アルミニウム平板を矯正すると、接合部の板厚が減少してしまい完全に平坦にすることはできない。接合部の強度が溶接時の入熱により低下しているからである。
【００１０】
また、重しを載せ加熱炉に保持する熱処理加工も考えられる。
しかし、均一な平坦度を得るにはガラストレイ全体をカバーする大きさが必要となり、更にはその重しを載せても耐えることができる剛性のある受けも必要となる。また、熱処理であるため反り上がりを矯正させるだけの温度（３００℃前後）と時間（５時間前後）にて熱処理炉の中で保持することが必要となり、簡便な方法とは言いがたく、生産効率が低く、工業的な適用は現実的ではない。
【００１１】
また、突合せ溶接継手の矯正法の公知例として特許文献２がある。突合せ溶接し、凝固完了直後の未冷却ビード部近傍に溶接角変形とは逆方向に逆モーメントを付与する方法であり、接合部を高温時に矯正することで極めて小さな加圧力で接合角変形を矯正できるとされる。
省スペースで高能率に溶接角変形の発生を防止する方法ではあるとしても、部材（本願でいえばアルミニウム平板）全体の中の極めて局所的な範囲に加圧力を及ぼすに過ぎない方法であるので、アルミニウム平板全体としての平坦度をガラストレイ用に適する程に高め得るとは到底期待することができない。
また、この方法は高温で矯正加工を行なっているものであり、接合温度の低いＦＳＷでは適用しにくい。
【００１２】
また、アルミニウム薄板突合せ継手の矯正法の公知例として特許文献３がある。アルミニウム及びその合金板の突合せ溶接継手において、溶接部に平行に溶接部境界から３０ｍｍの範囲の板部をロール加圧することを特徴とする。
接合変形を簡便にかつ効果的に行なう方法で加圧部を減厚させる方法ではあるとしても、上の特許文献２で述べたところと同様の理由により、高い平坦度をもつガラストレイ用アルミニウム平板を得ることは到底期待することができない。
【００１３】
同様に、ローラを用いて矯正を行なう公知例として特許文献４がある。
摩擦攪拌接合装置に矯正加工機を付随した一体型の装置であり、接合と同時に矯正加工を行なっている。
その矯正加工は上下一対のローラにて押付け加圧を行なっている。接合装置と一体化のためコンパクトで有効なものであるが、しかし、一体化ゆえに装置が複雑なものとなってしまう欠点がある。しかも後に説明するように、一回の矯正処理を施すだけでは、高い平坦度をもつガラストレイ用アルミニウム平板の製造に対応することは期待することができない。
【００１４】
同様に、接合時に加工を行う特許文献５もある。この公知例の接合方法はＦＳＷにおいて接合線方向に沿う引張力を加えながら接合する技術であり、前述した矯正加工の一種にあげたストレッチャー加工に該当する。
この様なストレッチャー加工では接合と矯正加工を同時に行なう必要が有り設備及び工程が複雑化する要因となる。また、この方法では、接合線方向についての平坦度は得られるとしても、幅方向、即ち接合線方向に垂直な方向についての平坦度は得られにくいため、板全体に渡っての高い平坦度が要求されるガラストレイ用アルミニウム平板の製造に適用することは期待することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】特開昭６０−２２１１９０号公報
【特許文献３】特開平０８−３９２８５号公報
【特許文献４】特許第４００８５３５号公報
【特許文献５】特開平１０−２３０３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の金属平板の製造方法は、一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ接合し、高い平坦度を有する幅の広い金属平板を製造することができ、一枚板で用いられていたアルミニウム平板のガラストレイと同等の平坦度を有して、接合されたアルミニウム平板を工業的に製造することができる金属平板の製造方法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】
【００１７】
本発明の金属平板の製造方法は、一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ接合して一枚の金属平板とする工程と、金属平板の突合せ接合部が平板部から偏奇している面を前記突合せ接合部を挟む幅Ｗ１の範囲に渡って押圧すると共に前記偏奇している面と反対側の面を少なくとも幅Ｗ１よりも広い幅の範囲に渡って支持する第１の矯正処理工程と、前記第１の矯正処理工程における押圧面とは反対側の面を前記突合せ接合部を挟む前記幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２範囲に渡って押圧すると共にその反対側の面、即ち前記第１の矯正処理における押圧面を少なくとも幅Ｗ２よりも広い幅の範囲に渡って支持する第２の矯正処理工程とよりなることを特徴とする。
【００１８】
前記接合がＦＳＷであって、前記Ｗ１は少なくともＦＳＷ接合における攪拌領域の幅よりも広いものである様にしてもよい。
【００１９】
前記第１の矯正処理工程及び前記第２の矯正処理工程の少なくともいずれかにおける押圧をローラによる押圧としても良い。
【００２０】
前記金属平板をアルミニウム金属平板とすることができる。
なお、本発明において、アルミニウム金属平板とは純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属平板をいうものとする。
【００２１】
前記したようにＦＳＷ（摩擦攪拌接合法）は接合変形が比較的に少ない接合方法ではあるものの、しかし、この方法によった場合においても接合変形が皆無という訳ではない。
従って、それを矯正するために前記したロール加圧その他の方法を試みたが、ガラストレイ用アルミニウム板に求められる前記した通りの極めて厳格な平坦度特性を満足することはなかなか困難であり、容易にはその課題を乗り越えることが出来なかった。
【００２２】
そこで、この問題を解決するために多くの観点から種々の詳細な検討を行なったところ、その解決の糸口として、ＦＳＷにおいては、接合部の近傍に接合線に沿って一定の幅で平坦な面が出現するという、知られている各種の接合方法の中でも特にＦＳＷの場合のみにおいて生じると思われるＦＳＷ固有の現象が存在する点にこそ問題の原因が有るらしいことが分かった。
即ち、図５に示すように、ＦＳＷにより一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２との端面同士を接合して１枚の金属平板としたアルミニウム平板３は接合により接合実施面３ａの裏面であるガラスを置く面（以下「使用面」）３ｂを上面に置いた場合、接合部４が図５内に矢印Ｉで示すアルミニウム平板３の法線方向に反り上がりを生じるが、この接合部４を含む領域が山形状をなす反り上がり変形形状は、図５の実線Ａで示すようにアルミニウム平板３の接合方向に対して垂直な面で切った断面が山形状の山頂付近にほぼ接合部の幅に相当する範囲に渡って平坦な水平部４ａを有するようなものとなる。
【００２３】
然るに、この反り上がりを矯正するよう前記アルミニウム平板３の接合部４を使用面３ｂ側から接合実施面３ａ側へと矢印ＩＩで示す方向に押圧した時、前記アルミニウム平板３全体には図５内に矢印ＩＩＩ、ＩＶで示す向きに曲げモーメントが負荷される。そのため、この押圧によって、アルミニウム平板３の反り上がりは矢印ＩＩで示す方向に矯正されるものの、しかし、同時に、上記した水平部４ａが存在するため、アルミニウム平板３の上記水平部４ａの肩部では、この曲げモーメントＩＩＩ、ＩＶは前記水平部４ａを矢印ＩＩで示す方向に突き出す力となり、図５の点線Ｂで示すような逆反り変形を生じさせてしまう。
【００２４】
その後、矢印ＩＩで示す方向への押圧を更に進めアルミニウム平板３全体を可及的に平坦にし、その後押圧力を除荷すると、前記アルミニウム平板３にはスプリングバックが生じるため、アルミニウム平板３全体の断面形状は図５の点線Ｃで示すようになり、逆反り部６が残存してしまう。
【００２５】
矯正処理工程における上記した如くのアルミニウム平板３の挙動に対し、本発明の金属平板の製造方法は、まず第１の矯正処理工程によって山頂を押圧することにより板面の広い範囲に渡る反り上がり（いわば「うねり」といってもよい。）を矯正した後、次に、その第１の矯正処理工程によって惹起されてしまったところの図５の点線Ｃで示すような逆反り部６（即ち、狭い範囲での細かな凹凸。）を矯正するために、さらに第２の矯正処理工程を施すようにしたものである。即ち、本発明の金属平板の製造方法によれば、第１の矯正処理工程によってアルミニウム平板３全体を可及的に平坦にし、さらに第２の矯正処理工程で逆反り部６を可及的に解消することが出来るので、一枚板で用いられていたアルミニウム平板のガラストレイと同等の平坦度を有して、接合されたアルミニウム平板を工業的に製造することができる。
【００２６】
上に説明した本発明の矯正メカニズムから明らかなように、第２の矯正処理工程によって押圧する幅Ｗ２は、第１の矯正処理工程によって押圧する幅Ｗ１よりも狭いものであることが必要である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、幅の広いアルミニウム平板を得るために溶接後、その接合部に生じる可能性のある反り上がりを矯正し、従来の一枚板で用いられていたガラストレイと同等の平坦度を有するアルミニウム平板を工業的に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の説明図であり、（ａ）反り上がりを矯正する斜視図、（ｂ）逆反りを矯正する斜視図である。
【図２】接合実施面をローラ加工することにより（ａ）反り上がりを矯正する模式図、（ｂ）逆反りを矯正する模式図である。
【図３】実施例の使用面接合部表面形状を測定した結果を示す図である。
【図４】比較例の使用面接合部表面形状を測定した結果を示す図である。
【図５】使用面をローラ加工により第１の矯正処理を行った時に逆反りが生じる態様を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１及び図２は本発明の金属平板の製造方法の好ましい実施形態を示す説明図である。矯正処理方法はローラである例を示している。
先ず同厚の一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２との端面同士を突合せ、使用面３ｂの裏側からＦＳＷにより接合し、アルミニウム平板３を作成する工程を実施する。
次に、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、使用面３ｂを上向きに置いた時、接合部４がアルミニウム平板３の図１上向き矢印Ｉで示す法線方向に反り上がるように溶接角変形している。その状態で、アルミニウム平板３の使用面３ｂの一箇所をローラ７で押圧すると共に、前記アルミニウム平板３の接合実施面３ａのローラ７に対応する箇所は下側押さえ固定盤８で支持することにより、前記溶接角変形をアルミニウム平板３の図２下向き矢印ＩＩで示す方向に矯正する。ローラ７の幅Ｗ１は接合部４の幅の１．５倍程度である。また、ローラ７の押圧を支持する下側押さえ固定盤８の幅は、少なくとも幅Ｗ１よりも広いものであればよいが、板面の広い範囲に渡る反り上がり（いわば「うねり」といってもよい。）を矯正する上ではアルミニウム平板３の幅よりも広いものであってアルミニウム平板３全体を支持し得ることが好ましい。
【００３０】
引き続き下側押さえ固定盤８による前記アルミニウム平板３の接合実施面３ａの支持状態は保持しつつ、ローラ７を接合部４に沿って移動しながらアルミニウム平板３の接合部４上面を押圧することにより前記接合角変形を前記アルミニウム平板３の接合部４全体に渡って順次矯正する第１の矯正処理工程を行う。
【００３１】
以上の第１の矯正処理を施すことによって、前記アルミニウム平板３の広い範囲に渡る反り上がりは矯正され接合部を頂点として生じていたいわば「うねり」的な変形は殆どなくなる。しかし、図５の細かい点線Ｂに示すように、上記第１の矯正処理においてアルミニウム平板３の反り上がりが矯正されるにつれて、前記接合部４を含む水平部は、図５内に矢印ＩＩＩ、ＩＶで示す曲げモーメントに基づき矢印ＩＩで示す方向に撓み、逆反り変形が生じる。その結果、点線Ｃで示すような逆反り部６が残存した状態となり、以上の第１の矯正処理のみによっては前記アルミニウム平板３を完全に平坦にすることができない。
【００３２】
そこで、第１の矯正処理後に、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、今度はアルミニウム平板３の接合実施面３ａを上向きに置き、ローラ７’と固定盤８’（ここで、固定盤８’は、前記固定盤８と同一であってももちろんよい。）により再度矯正する第２の矯正処理を行う。この第２の矯正処理は、図２（ｂ）に示すように逆反りが生じた箇所のみを ローラ７’により局部的に押圧する。次に、下側押さえ固定盤８’による前記アルミニウム平板３の使用面の支持状態は保持しつつ、 ローラ７’を接合部４に沿って移動しながらアルミニウム平板３の接合部４接合実施面を押圧することにより前記接合角変形をアルミニウム平板３の接合部４全体に渡って順次矯正する。この時のローラの幅は逆反りの幅の１．５倍程度の幅Ｗ２である。
【００３３】
上記の例はローラ７及び ローラ７’と固定盤８及び固定盤８’とによる加工であるが、固定盤８及び固定盤８’の代わりにローラ７及びローラ７’とは別のローラを用いてもよい。その場合には、上下のローラの幅は同一とする。
【００３４】
本発明の金属平板の製造方法では実施の態様により、接合部４全体をプレス機のような装置を用いて押圧する方法も可能である。上下の平坦工具の幅は同一である。初めに接合部４の幅１．５倍程度の幅Ｗ１を持つ平坦工具にて接合部４全体を押圧し矯正する。次に平坦工具の幅を逆反りが生じた幅の１．５倍程度の幅Ｗ２に変更し上記と同様に押圧し矯正する。
【００３５】
本発明の金属平板の製造方法に用いられる同厚の一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２は、特に限定されるものではなく、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる任意のアルミニウム平板を用いることができる。また本発明の金属平板の製造方法において、同厚の一のアルミニウム平板１と、他のアルミニウム平板２の突合せ接合をする方法は固相接合法の一つであって熱変形が少ないＦＳＷが好ましい。ＦＳＷを行うことにより、接合実施面の裏面側が平坦に仕上がるため、比較的平滑な板材を得ることができる。
【実施例１】
【００３６】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、実施例および比較例において、接合部の平坦度の評価は使用面３ｂの接合中心から左右に幅３０ｍｍの表面形状を接合開始側、終了側にて測定した。
【００３７】
実施例
幅１７５０ｍｍ長さ３５００ｍｍ厚み２．０ｍｍのアルミニウム平板（材質：ＪＩＳ Ａ５０５２Ｐ−Ｈ３２）を２枚、ＦＳＷを用いて接合し、幅および長さ３５００ｍｍの接合板を得た。
本実施例の接合板では角変形により接合部が２０ｍｍ反り上がっていた。
この得られた接合材を図１に示す方法により、合金鋼材質のローラ（径１００×幅２０ｍｍ）を所定の荷重（１０ｋＮ）にて、使用面３ｂ側からローラ加工により矯正し、その後さらに接合実施面３ａ側から、同様にローラ加工により矯正を行ない、接合されたアルミニウム平板を得た。
【００３８】
比較例
上記実施例にて作製したものと材質、大きさ及び接合後の角変形量が同じであった接合板を用いて、ローラによる押圧を実施したのが使用面３ｂ側からのみであること以外は実施例と同様に矯正を行ない、アルミニウム平板を得た。
【００３９】
上記の実施例及び比較例の接合後及び矯正加工後の使用面３ｂ接合部の表面形状を測定した結果を図３、図４に示す。
【００４０】
本発明による実施例では矯正後の表面形状は±２０μｍ以下となり、非常に良好な平坦度が得られた。
【００４１】
一方、比較例では接合部に逆反りが生じており、表面形状は±１００μｍ以上であった。
【符号の説明】
【００４２】
１ 被接合材であるアルミニウム平板（一の金属平板）
２ 被接合材であるアルミニウム平板（他の金属平板）
３ 接合材であるアルミニウム平板（一枚の金属平板）
３ａ 接合材であるアルミニウム平板の接合実施面
３ｂ 接合材であるアルミニウム平板の接合実施面裏面（使用面）
４ 接合部
７、７’ ローラ
８ 下側押さえ固定盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ
接合して一枚の金属平板とする工程と、金属平板の突合せ接合部が平板部から偏奇している面を前記突合せ接合部を挟む幅Ｗ１の範囲に渡って押圧すると共に前記偏奇している面と反対側の面を少なくとも幅Ｗ１よりも広い幅の範囲に渡って支持する第１の矯正処理工程と、前記第１の矯正処理工程における押圧面とは反対側の面を前記突合せ接合部を挟む前記幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２範囲に渡って押圧すると共にその反対側の面、即ち前記第１の矯正処理における押圧面を少なくとも幅Ｗ２よりも広い幅の範囲に渡って支持する第２の矯正処理工程とよりなることを特徴とする金属平板の製造方法。
【請求項２】
前記接合がＦＳＷ（摩擦攪拌接合、Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）であって、前記Ｗ１は少なくともＦＳＷ接合における攪拌領域の幅よりも広いものであることを特徴とする請求項１に記載の金属平板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の矯正処理工程及び前記第２の矯正処理工程の少なくともいずれかにおける押圧がローラによる押圧であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属平板の製造方法。
【請求項４】
前記金属平板が、アルミニウム金属平板であることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか一に記載の金属平板の製造方法。
【請求項１】
一の金属平板の端面と他の金属平板の端面とを突合せ
接合して一枚の金属平板とする工程と、金属平板の突合せ接合部が平板部から偏奇している面を前記突合せ接合部を挟む幅Ｗ１の範囲に渡って押圧すると共に前記偏奇している面と反対側の面を少なくとも幅Ｗ１よりも広い幅の範囲に渡って支持する第１の矯正処理工程と、前記第１の矯正処理工程における押圧面とは反対側の面を前記突合せ接合部を挟む前記幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２範囲に渡って押圧すると共にその反対側の面、即ち前記第１の矯正処理における押圧面を少なくとも幅Ｗ２よりも広い幅の範囲に渡って支持する第２の矯正処理工程とよりなることを特徴とする金属平板の製造方法。
【請求項２】
前記接合がＦＳＷ（摩擦攪拌接合、Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）であって、前記Ｗ１は少なくともＦＳＷ接合における攪拌領域の幅よりも広いものであることを特徴とする請求項１に記載の金属平板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の矯正処理工程及び前記第２の矯正処理工程の少なくともいずれかにおける押圧がローラによる押圧であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属平板の製造方法。
【請求項４】
前記金属平板が、アルミニウム金属平板であることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか一に記載の金属平板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３４４３２（Ｐ２０１０−２３４４３２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８６８７９（Ｐ２００９−８６８７９）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００１０７５３８）古河スカイ株式会社 (572)
【Ｆターム（参考）】
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