JP2014083573A - プレス用金型、プレス装置、プレス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム状の被成形物の成型精度の向上。
【解決手段】フィルム状の被成形物を成形加工するプレス用金型において、パンチとダイの両方に通気孔を形成する。ダイの通気孔は、パンチをダイ側に移動させて被成形物をプレスする際には排気が行われ、プレス後にパンチをダイ側から離間させる際には空気流入が制限される通気孔とする。これにより、プレス工程の過程でフィルムの変形が起こらないようにする。
【選択図】図４

Description

本発明はプレス用金型、プレス装置、プレス方法に関し、特に絞り加工に好適な技術に関する。

実開昭５６−１４２８２０号公報 実用新案登録公報第２５５１０１７号

上記特許文献１には、剛性の高い金属板のプレス装置に適用する技術が開示されており、パンチとダイに多数のエア抜き穴が形成されることが示されている。
また上記特許文献２には、同じくある程度は剛性の高い金属の薄板（例えば０．６〜０．６５ｍｍ厚の薄板）のプレス装置に適用する技術として、ダイにチェックバルブ（一方向弁）と接続したエア抜き穴を設けることが開示されている。
これらのように、パンチ及びダイを有するプレス装置（プレス用金型）において、通気孔を設けること自体は公知である。即ちプレス時に生じる負圧による変形を解消したり、被成形物の取り外しを容易にするためなどに、通気孔が所要箇所に形成される。

ところで、例えば厚みが２００μｍ以下など、極薄のフィルム等でも、パンチ及びダイによるプレス加工（特に絞り加工）を行う場合もある。極薄のフィルム等を被成形物とする場合、負圧や残存空気による、折れ、窪み、筋状の歪等の変形は、金属板に比べて遙かに簡単に発生してしまう。
またフィルム状の被成形物の場合、ダイとの密着性も高くなり、フィルムを変形させずにダイから取り出すことも容易ではない。
これらのことから、加工精度の悪化、製造歩留まりの悪化、工程効率の低下などが生じている。
そこで本発明では、極薄のフィルム等であっても、高い加工精度をもって効率的にプレス加工が行うことができるようにすることを目的とする。

本発明のプレス用金型は、ダイとパンチによりフィルム状の被成形物を成形加工するプレス用金型であって、上記パンチと上記ダイの両方に通気孔が形成される。そして上記ダイの通気孔は、上記パンチを上記ダイ側に移動させて被成形物をプレスする際には排気が行われ、上記プレス後に上記パンチを上記ダイ側から離間させる際には空気流入が制限される通気孔とされているようにする。
また、上記ダイ側の通気孔として、絞り面の中央領域に形成される中央通気孔と、プレス面の周縁領域に形成される縁部通気孔が形成されるとともに、上記中央通気孔は、上記縁部通気孔に比べて通気量が小さい通気孔とされている。
また上記ダイ側通気孔が、上記ダイの絞り面上で占める面積比率は、０．０４％〜０．００２％である。
また上記パンチ側の通気孔は、被成形物に孔跡を形成させない径範囲の径の通気孔が１又は複数個形成されている。
また上記被成形物は、金属薄板の両面に樹脂層が形成されたフィルムであって、厚みが２００μｍ以下である。
また上記ダイ側の通気孔に空気流入を制限する弁を設けることにより、上記プレス後に上記パンチを上記ダイ側から離間させる際には空気流入が制限される。上記弁は、上記ダイ側の通気孔に設けられた一方向弁である。
本発明のプレス装置は、以上の構成のダイとパンチを備える。

本発明のプレス方法は、ダイとパンチによりフィルム状の被成形物を成形加工するプレス方法であって、上記パンチを上記ダイ側に移動させて被成形物をプレスする第１工程と、上記パンチを上記ダイ側から離間させる第２工程と、上記被成形物を取り出す第３工程とを有する。そして上記第１工程では、上記パンチ側の通気孔と、上記ダイ側の通気孔から排気が行われ、上記第２工程では、上記ダイ側の通気孔からの空気流入量が制限される。

以上の本発明によればプレス工程においてフィルム状の被成形物の変形を抑えることができる。即ちパンチによりプレスを行う際には、パンチ側及びダイ側で排気が行われることで残留空気によってフィルム状の被成形物が変形しないようにする。パンチをダイから離間させる際には、ダイ側からの空気流入が多いと、フィルム状の被成形物がパンチ側に持ち上げられて変形が生ずるため、ダイ側からの空気流入を制限する。

本発明によればフィルム状の被成形物であっても、高い加工精度をもって効率的にプレス加工が行うことができる。

本発明の実施の形態のプレス装置の要部の説明図である。 実施の形態のプレス装置の外観例の説明図である。 実施の形態のプレス装置の動作制御系のブロック図である。 実施の形態のプレス装置のパンチ及びダイの通気孔の説明図である。 実施の形態のプレス装置のダイ側通気孔の配置の説明図である。 実施の形態での被成形物となるラミネートフィルムの説明図である。 通気孔の必要性の説明図である。 被成形物の変形の説明図である。 被成形物の変形の説明図である。 被成形物の変形の説明図である。 実施の形態のプレス装置の変形例の説明図である。

以下、本発明の実施の形態のプレス装置について説明する。なお当該プレス機は、請求項記載のプレス装置の実施の形態であるとともに、請求項記載のプレス用金型を用いるものである。また当該プレス装置は請求項記載のプレス方法を実行する。説明は次の順序で行う。
＜１．プレス装置構成＞
＜２．通気孔に関する説明＞
＜３．変形例＞

＜１．プレス装置構成＞
図１〜図５により、実施の形態のプレス装置の構成を説明する。
図１はプレス装置の要部を模式的に示したものである。この図ではパンチ１，ダイ２，ストリッパプレート３，ダイホルダ４、パンチホルダ５、ガイドポスト６，バッキングプレート７，スプリング８，シャンク９を示している。

プレス用金型として、図示するパンチ１及びダイ２によりプレス用金型が構成される。本実施の形態では、図６で後述する金属薄板の両面を樹脂で覆ったラミネートフィルム１００を被成形物とし、該ラミネートフィルムに対して絞り加工を行うプレス機の例とする。パンチ１及びダイ２は、被成形物であるラミネートフィルム１００に対し、例えば方形の窪みを形成するための絞り加工を行う金型とされる。
パンチ１はバッキングプレート７を介してパンチホルダ５に装着される。ダイ２はダイホルダ４上に設置される。
ダイホルダ４には所要数（例えば４本）のガイドポスト６が取り付けられており、ガイドポスト６の上方は、パンチホルダ５のガイドブッシュ５ａに挿通する状態となっている。これによってパンチホルダ５のダイ２側に向かっての降下、及びダイ２側から離れる上昇という降下・上昇が、ガイドポスト６によって案内されることになる。

パンチホルダ５の下面側にはバッキングプレート７が取り付けられ、バッキングプレート７の下方にパンチ１が取り付けられている。図１では示していないが、パンチ１とダイ２の間に被成形物（ラミネートフィルム１００）が配置された状態で、パンチホルダ５が下降することで、パンチ１は、ダイ２の絞り面２ａに対して被成形物を押しつけるように動作する。
またパンチ１の周囲を囲むようにストリッパプレート３が位置される。ストリッパプレート３はスプリング８を介してバッキングプレート７に取り付けられている。パンチホルダ５が下降してパンチ１が被成形物をプレスする際、ストリッパプレート３はそのパンチ１が当接しない被成形物の周囲部分をダイ２の絞り面２ａの周囲部分に押しつける。つまりストリッパプレート３で被成形物を抑えた状態で、パンチ１が被成形物をダイ２の絞り面２ａに押しつけることで、被成形物のラミネートフィルム１００に方形の窪みを形成する絞り加工動作が行われる。

図２はプレス装置の全体の外観構造例を簡略化して示した斜視図で、また図３は動作制御構成を概略的に示したブロック図である。
上記図１に示したプレス装置の要部は、図２に示すようにプレス装置に装着されている。図２では図１に示した構成としてはダイ２、ストリッパプレート３、ダイホルダ４、パンチホルダ５、ガイドポスト６が示されている。
プレス装置には、これら図１で説明した構成の他に、制御盤１１及び操作部２１や、パンチホルダ５の昇降動作のための駆動機構が形成されている。駆動機構としては、図２ではサーボモータ１２，メインギア１３、クランク軸１４、コンロッド１５を示している。
サーボモータ１２のモータ軸１２ａの回転はメインギア１３に伝えられる。メインギア１３の中心にはクランク軸１４が取り付けられており、クランク軸１４がメインギア１３の回転運動を昇降運動に変換する。クランク軸１４による昇降運動はコンロッド１５の昇降運動として伝えられ、これが図示しない連結機構で図１に示したシャンク９（パンチホルダ５）に伝えられることで、パンチホルダ５が昇降することとなる。このパンチホルダ５の昇降によって、パンチ１とダイ２の間隙に搬送されてきた、後述するラミネートフィルム１００に対して、パンチ１とダイ２による絞り加工が行われる。

図３で動作制御系の概略を説明する。制御部２０は操作部２１から入力された操作情報に応じてサーボコントローラ１８を制御し、サーボモータ１２を、求められた速度で回転させるように制御する。即ちサーボコントローラ１８は、ドライバ１９に回転速度に応じたモータ駆動信号を与え、ドライバ１９はモータ駆動信号に応じた駆動電流をサーボモータ１２に流す。またサーボモータ１２にはエンコーダ１７が取り付けられており、エンコーダ１７はサーボモータ１２の回転方向及び回転量をサーボコントローラ１８に供給する。
サーボコントローラ１８は、回転方向及び回転量の情報に基づいて、ドライバ１９へ供給するモータ駆動信号を調整し、所定方向への定速回転が保たれるようにしている。
そしてサーボモータ１２の回転はモータ軸１２ａに取り付けられたギア１２ｂからメインギア１３に伝達され、上述のようにクランク軸１４がメインギア１３の回転運動を昇降運動に変換する。この昇降運動が図示しない連結機構を介してパンチホルダ５に伝えられる。

図４は、以上のような実施の形態のプレス装置における、パンチ１、ダイ２、ストリッパプレート３の部分を模式的に示している。この図は、パンチ１が降下してダイ２の絞り面２ａにラミネートフィルム１００を押しつけ、絞り加工を行っている状態で示している。

この図４で被成形物として示したラミネートフィルム１００の構造を図６に模式的に示している。図６では成形前と成形後のフィルム状態と、それぞれの断面層構造を示している。図示するようにラミネートフィルム１００は、例えば厚みＴ１＝１０μｍ〜５０μｍ程度のアルミ薄板１０２に対して、一方の面の全面に例えばポリプロピレン層１０１が形成され、他方の面の全面に例えばポリアセタール層１０３が形成されている。即ちアルミ薄板１０２の上下面が樹脂層（１０１，１０３）で覆われたものである。そして３つの層のトータルの厚みＴ２が例えば１００μｍ〜２００μｍとされる。
なお、アルミ薄板１０２の上下面で樹脂が複数層となって全体で５層となるものなどもある。樹脂層としてポリプロピレンやポリアセタールを用いるのは一例にすぎない。
このようなラミネートフィルム１００は、例えばリチウムイオン電池に用いられる。例えば正極電極、負極電極、セパレータを積層した積層型セル構造のリチウムイオン電池において、当該積層型セルを封入する外装材として、上記ラミネートフィルム１００が用いられる。
そしてラミネートフィルム１００は、図６に示すように成形前は薄膜シート状のものであるが、絞り加工によって凹部１００ａが形成される。このような凹部１００ａが形成されたラミネートフィルム１００が二枚向かい合わせで張り合わされる。その際、凹部１００ａと凹部１００ａで形成される空間内に上述の積層型セル構造の正極電極、負極電極、セパレータが封入されることとなる。
このようにリチウムイオン電池に用いられる場合、一枚のラミネートフィルム１００の平面形状／サイズは、２００ｍｍ×２００ｍｍ程度の正方形状であったり、１５０ｍｍ×２００ｍｍ程度の長方形状などとされる。

図４に戻って実施の形態のパンチ１、ダイ２について説明する。パンチ１には通気孔Ｓ１が所要数形成されている。パンチ１側の通気孔Ｓ１の数は各種考えられる。例えば通気孔Ｓ１は１つでも良いし、図の例のように複数でもよい。また複数の場合、各通気孔Ｓ１の径は異なっても良いし、同一でも良い。
ダイ２には、その絞り面２ａに、中央通気孔Ｓ２ｃと、所要数の縁部通気孔Ｓ２ｅが形成されている。例えば図５に、絞り面２ａにおける中央通気孔Ｓ２ｃと縁部通気孔Ｓ２ｅの平面位置を示す。
なお、例えば中央通気孔Ｓ２ｃは、図中の破線Ｌｃの領域内に設けられる孔である。破線Ｌｃは、例えば絞り面２ａの中心から、絞り面２ａの面積の１０％に相当する範囲を示している。
また縁部通気孔Ｓ２ｅは、図中の破線Ｌｅよりも外側に設けられる孔とする。破線Ｌｅは、絞り面２ａの各辺からの距離が、辺のサイズの２０％に相当する距離となっているラインを示している。
そして、中央通気孔Ｓ２ｃは低コンダクタンス（比較的空気が流れにくい）の通気孔とし、縁部通気孔Ｓ２ｅは高コンダクタンス（比較的空気が流れやすい）通気孔とする。
なお、図５では中央通気孔Ｓ２ｃを１つ、縁部通気孔Ｓ２ｅを６つ設けた例としているが、これらの数は限定されるものではない。例えば中央通気孔Ｓ２ｃを２つ以上設けても良いし、縁部通気孔Ｓ２ｅを３カ所、４カ所、５カ所、或いは７カ所以上などとして設けても良い。

本実施の形態では、以上のようにパンチ１の通気孔Ｓ１、及びダイ２の中央通気孔Ｓ２ｃ、縁部通気孔Ｓ２ｅが適切に設けられることで、ラミネートフィルム１００の絞り加工精度を向上させる。

＜２．通気孔に関する説明＞
本実施の形態において上記のように通気孔（Ｓ１、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｅ）を設けるのは、ラミネートフィルム１００の加工精度の向上、歩留まりの向上、工程効率の向上を実現するためである。ただし、単に通気孔を設けるのみではこれらの目的は実現できない。本実施の形態では、パンチ１とダイ２の両方に通気孔（Ｓ１、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｅ）を形成するが、特にダイ２の通気孔（Ｓ２ｃ，Ｓ２ｅ）は、パンチ１をダイ２側に移動させて被成形物をプレスする際には排気が行われ、プレス後にパンチ１をダイ２側から離間させる際には空気流入が制限され、さらに離間後に被成形物を取り出す際には空気流入が行われる通気孔とするものである。
このような構成とする理由及び手法を図７〜図１０を用いて説明する。

図７はラミネートフィルム１００をストリッパプレート３によりダイ２に押しつけ、このラミネートフィルム１００に対してパンチ１が絞り面２ａに向かって加工する直前の状態を示している。
この状態から図８のようにパンチ１が下降していき、図９のようにパンチ１がラミネートフィルム１００をダイ２の絞り面２ａに押しつけていく。さらにその後、図１０に示すように、パンチ１が上昇していく。このサイクルで１回の絞り加工が行われるわけであるが、このサイクルにおいてにパンチ１及びダイ２の通気孔に関して以下の（１）〜（６）の事情がある。

（１）もしパンチ１に通気孔Ｓ１が設けられないとすると、パンチ１の下降時に、パンチ１とラミネートフィルム１００の間に空気がたまってしまい、これによって図８に示すようにラミネートフィルム１００が変形してしまう。
（２）但し、通気孔Ｓ１の径がある程度以上大きいと、ラミネートフィルム１００に通気孔Ｓ１の跡がついてしまい、成形不良となることがある。
（３）また図９の状態で、パンチ１側の排気が良好にできていないと、ラミネートフィルム１００にダイ２側の通気孔の跡がついてしまう。
（４）また、もしダイ２側に通気孔が設けられないとすると、図９のようにパンチ１が下降しきったときに、ラミネートフィルム１００とダイ２（絞り面２ａ）の間に空気がたまり、ラミネートフィルム１００を変形させてしまう。
（５）また仮に図９のようにダイ２に縁部通気孔Ｓ２ｅを設けたとしても、縁部のみでは中央部分に残留空気が生じ、その影響で図示のようにラミネートフィルム１００の変形が生ずる。
（６）ダイ２に中央通気孔Ｓ２ｃを設けた場合、その中央通気孔Ｓ２ｃの径が大きすぎると、図１０のようにパンチ１を上昇させる際に、ダイ２とラミネートフィルム１００の間に空気が多く流入してしまい、ラミネートフィルム１００の変形が生ずる。しかし、ダイ２側に通気孔が存在しなければ、ラミネートフィルム１００とダイ２側が真空に近い状態で密着し、ラミネートフィルム１００をダイ２から取り出せない場合が生ずる。

本実施の形態では、上記（１）（２）（３）に鑑みて、パンチ１に適度な径の通気孔Ｓ１を所要数個設ける。即ち１つ１つの通気孔Ｓ１はある程度小径として、通気孔Ｓ１の跡がラミネートフィルム１００につかないようにしつつ、十分に空気が流出するように、通気孔Ｓ１を設けるようにする。
例えば被成形物であるラミネートフィルム１００が、一辺１５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の方形のシートであるとすると、通気孔Ｓ１が２０ｍｍ〜５ｍｍ程度の径であればラミネートフィルム１００に跡がつくことは通常はない。そこで、通気孔Ｓ１は２０ｍｍ〜５ｍｍの直径の孔としたうえで、それらの例えば複数の通気孔の面積合計が、十分な空気排出が可能な面積となっていればよい。
なお、パンチ２の移動速度や絞り面積等の条件によるが、通気孔Ｓ１を小径としつつ、十分な排気を行うためには、通気孔Ｓ１は複数設けることが好ましい。但し通気孔Ｓ１の数は複数に限らず、１つでもよい。即ち、ラミネートフィルム１００に跡のつかないサイズの通気孔Ｓ１によって、それが１つであれ複数であれ、十分な排気ができれば良いものである。絞り面２ａの面積やパンチ１のストロークによっては、１つでも十分な排気ができる場合もあり得る。

また上記（４）（５）（６）に鑑みて、ダイ２側については、縁部通気孔Ｓ２ｅだけでなく中央通気孔Ｓ２ｃも設けるようにする。そしてさらに、中央通気孔Ｓ２ｃと縁部通気孔Ｓ２ｅの径を適切に設定することで、ラミネートフィルム１００の成型精度の向上や工程の効率化をはかる。

絞り加工において空気が移動する時間に着目すると、プレス（下降）時点では、パンチ１とラミネートフィルム１００の間、及びダイ２とラミネートフィルム１００の間は、それぞれ下降に要する時間内（例えば約１０ｍｍ秒）で空気が抜ける必要がある。
またプレス後のパンチ１の上昇時には、図１０に示したような変形をおこなさせないためには、上昇に要する時間（例えば約３０ｍｍ秒）の間ダイ２とラミネートフィルム１００の間には、ほとんど空気が入らないことが適切である。一方で、上昇を完了した後は、ダイ２からラミネートフィルム１００を取り出すために、ダイ２とラミネートフィルム１００の間に空気が入ることが必要となる。
上述のように、パンチ１側では、跡がつかない程度の径の通気孔Ｓ１を必要数設ければ良いが、ダイ２側については、
（ａ）パンチ１の下降時に十分な排気ができ、
（ｂ）パンチ１の上昇時はほとんど空気流入がなく、
（ｃ）パンチ１の上昇完了後に、空気が流入する
ということが適切である。

そこでラミネートフィルム１００とダイ２の間の空気を考える。
公知のとおり、通気孔を流れる空気の量は、通気孔の径の４乗と圧力差、及び流れる時間に比例し、また通気孔の長さに反比例する。
パンチ下降時は、ラミネートフィルム１００はパンチ１とともに下降し、ラミネートフィルム１００とダイ２の間の空気は、数倍の圧力でダイ２側の通気孔（例えばＳ２ｃ、Ｓ２ｅ）から排出される。
一方で、プレス後のパンチ１の上昇時は、圧力はたかだか大気圧であるためダイ２側の通気孔のコンダクタンスにより流量は制限される。例えば仮に、一辺１５０ｍｍのラミネートフィルム１００を想定し、パンチ１のストロークを１０ｍｍ秒で３０ｍｍ、ダイ２側通気孔の直径を１．５ｍｍとすると、プレス時の圧力は６気圧となる。一方パンチ上昇時は大気圧のため、同じ時間でも１／６の流量となる。
このことから、ダイ２側の通気孔については、パンチ下降時に流量を大きく、パンチ上昇時に流量を小さくするという、上記（ａ）（ｂ）の条件を満たすことは可能と言える。
また、絞り面２ａの周辺部は、ラミネートフィルム１００がＬ字状のコーナ部分が当接している。このため、パンチ上昇時の変形が抑えられる部分である。このため縁部通気孔Ｓ２ｅは、中央通気孔Ｓ２ｃよりも大きな径であってよい。

結局、ダイ２側の通気孔については、パンチ下降時、及び上昇完了のフィルム取り出しには、十分に空気流量があり、一方でパンチ上昇時はなるべく外部からの空気流入が抑えられるのがよいのであるが、パンチ上昇時に空気流入の抑制が必要なのは主に中央部である。
そこで縁部通気孔Ｓ２ｅは比較的大きな径で高コンダクタンスとし、中央通気孔Ｓ２ｃは比較的小さな径で低コンダクタンスとする。
その上で、絞り面２ａに対する通気孔合計面積（中央通気孔Ｓ２ｃと縁部通気孔Ｓ２ｅの孔面積の合計）の割合を適切に設定することで、パンチ上昇時はラミネートフィルム１００の変形を生じさせないように空気流入を制限し、上昇後のラミネートフィルム１００の取り出し時には、取り出しに適した空気流入がなされるような空気移動を実現する。

まとめると本実施の形態では、パンチ１とダイ２の両方に通気孔（Ｓ１、Ｓ２ｃ，Ｓ２ｅ）が形成される。そしてパンチ１の通気孔Ｓ１、及びダイ２の通気孔（中央通気孔Ｓ２ｃ、縁部通気孔Ｓ２ｅ）は、パンチ１をダイ２側に移動（降下）させてラミネートフィルム１００をプレスする際にはそれぞれ通常に排気が行われ、図８，図９のような変形が起こらないようにする。
さらにプレス後にパンチ１をダイ２側から離間させる上昇時には中央通気孔Ｓ２ｃが低コンダクタンスとされていることで、空気流入が制限され（通気孔からの空気流入量：パンチ側＞ダイ側）、図１０のような変形が起こらないようにする。パンチ１の上昇時には、圧力差が殆どなく、またラミネートフィルム１００の存在により縁部通気孔Ｓ２ｅの空気流入は微小で、空気流入が起こりやすいのは中央通気孔Ｓ２ｃである。そこで中央通気孔Ｓ２ｃが低コンダクタンスとされていれば空気流入量は制限される。
またパンチ１側の通気孔Ｓ１としては、ラミネートフィルム１００に孔跡を形成させない径範囲の径の通気孔が１又は複数個形成されていればよい。
なお被成形物を取り出す工程については、数秒かかるものであり、この間の空気流入は時間のプレス時よりも遙かに長い。このためダイ２に中央通気孔Ｓ２ｃと縁部通気孔Ｓ２ｅが存在することで問題は生じない。

以上を、ダイ２とパンチ１によりラミネートフィルム１００を成形加工するプレス工程として言い換えると次のようになる。
プレス工程は、パンチ１をダイ２側に移動させてラミネートフィルム１００をプレスする第１工程と、パンチ１をダイ２側から離間させる第２工程と、成形されたラミネートフィルム１００をダイ２から取り出す第３工程とを有するもので、第１工程では、パンチ１側の通気孔Ｓ１と、ダイ２側の通気孔（Ｓ２ｃ，Ｓ２ｅ）から排気が行われ、第２工程では、ダイ２側の通気孔（Ｓ２ｃ，Ｓ２ｅ）からの空気流入量が制限され。例えばパンチ１側の通気孔Ｓ１の空気流入量よりもダイ２側の通気孔の空気流入量を少なくすることにより、ダイ２側の通気孔からの空気流入量を制限する。第３工程では、上記ダイ側の通気孔からの空気流入量の制限が解除される。

このようにすることで、極薄のラミネートフィルム１００について、高い加工精度をもって効率的にプレス加工が行うことができ、成形品質向上、歩留まり向上、製造効率向上を実現できる。
特に図８、図９、図１０で説明した被成形物の変形は、剛性の低いフィルム状の被成形物の場合に生ずる事象である。従って図６で説明したように厚みが２００μｍ以下のようなフィルム状の被成形物に対するプレス成形の適用に、本実施の形態は有効である。

具体的な通気孔径や配置数などは、各種の条件により変動する。例えばパンチ１のストローク、下降・上昇速度、絞り面積（絞り面２ａの面積）などに応じて最適値は異なる。
１つの指標として、パンチ１の移動速度を実用的な範囲として１．０ｍｍ／ｓ以上とした場合、通気孔の長さや通気孔の個数に応じて、絞り面積に対するダイ２側の通気孔面積の適切な割合が求められる。
またダイ２における中央通気孔Ｓ２ｃと縁部通気孔Ｓ２ｅの面積比率は、周囲：中央＝１：０．０１〜１：０．４が好ましい。

以下、具体例を挙げる。
なお、絞り面積は、一辺２００ｍｍの方形を想定して、４００００ｍｍ²とする。
またパンチ降下速度は１．０ｍｍ／ｓとする。

パンチ上昇過程において、図１０のようにラミネートフィルム１００の中央部の変形が、高さ４ｍｍとなるとＮＧとして、ダイ２側の通気孔径を計算する。
パンチ１が上昇する際、パンチ１側から空気が十分に供給できる通気孔Ｓ１があったとしても、パンチ１の通気孔Ｓ１以外の大部分では、パンチ１とラミネートフィルム１００は真空状態で密着しており、パンチ上昇初期ではラミネートフィルム１００はパンチ１に引っ張られて上昇する。
その後にラミネートフィルム１００が若干変形することによりパンチとフィルム間に隙間ができパンチ側から空気が入る。
このときの引っ張られ量は、ダイ２側からの空気の流入量により決まり、引っ張られ量が大きいと変形不良となる。
すなわち、パンチ１側の通気孔Ｓ１のコンダクタンスに関係なく、ダイ２側の通気孔で空気の流入量をコントロールする必要がある。

パンチ１の上昇については、４ｍｍの移動量と速度から移動に要する時間を計算する。この時間内に４ｍｍ以上ラミネートフィルム１００を変形させる空気流入量から、ダイ２側の通気孔の大きさ（ダイ２側における通気孔が中央に１つあるとして、ダイ２側の通気孔面積に相当する径）を計算する。この径以下なら大丈夫ということになる。

［例１]
以下、各例では、流路（通気孔の長さ）は１０ｃｍとする。流速をＣ、通気孔の直径をＤとする。また圧力差は真空状態となると考えられるので１気圧とする。空気の粘性係数は１７．２４×１０^-6［Pa/s］である。まず流速の式に数値を代入する。（［ ］内は単位）
Ｃ［m³／s］
＝（3.14×Ｄ⁴［m⁴］×10⁵［Pa］）／（128×17.24×10^-6［Pa・s］×0.1［m］）
＝（3.14×Ｄ⁴×10⁵）／（2.207×10^-4）
＝1.4×10⁹×Ｄ⁴［m³／s］
従って、Ｄ⁴［m⁴］＝Ｃ／（1.4×10⁹）となる。

パンチ１が４ｍｍを４００ｍｍ／ｓで上昇する場合、パンチ１の移動時間は０．０１ｓとなる。
この場合、Ｃ＝３×１０^-5／０．０１＝３×１０^-3となり、直径Ｄの４乗は、Ｄ⁴＝（３×１０^-3）／（１．４×１０⁹）となって、直径Ｄ＝１．２ｍｍと計算される。
ここでラミネートフィルム１００の剛性が５倍あるとして、１．２×５で直径Ｄ’＝６ｍｍとする。すると半径３ｍｍとして通気孔面積は２８．３ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²であるため、面積の絞り面積に対する比率は、０．０７％となる。
つまり、上記のパンチ上昇速度の場合、通気孔面積が、絞り面積の０．０７％より小さければよいということとなる。
なおフィルム剛性（５倍）は、実際の実験結果から推定している。
ちなみに、パンチ１のストロークを５ｍｍ、剛性を同じく５倍とすると、直径Ｄ’＝５．７ｍｍとなり、通気孔面積は２５．５ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔面積の比率は、０．０６４％となる。つまりこの場合、ダイ２の通気孔面積が、絞り面積の０．０６４％より小さければよい。

［例２]
パンチ１が４ｍｍを１３３ｍｍ／ｓで上昇する場合、パンチ１の移動時間は０．０３ｓとなる。するとＣ＝３×１０^-5／０．０３＝１×１０^-3となり、直径Ｄ＝０．９２ｍｍと計算される。
ここでラミネートフィルム１００の剛性が５倍あるとして、０．９２×５で直径Ｄ’＝４．６ｍｍとする。すると通気孔面積は１６．６ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔面積の比率は、０．０４％となる。つまり、上記パンチ上昇速度の場合、ダイ２の通気孔面積が、絞り面積の０．０４％より小さければよい。

またパンチ１のストロークを５ｍｍとすると、直径Ｄ＝０．８７で、直径Ｄ’＝０．８７×５＝４．３５ｍｍとなり、通気孔面積は１４．８５ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔面積の比率は、０．０３７％となる。従ってダイ２の通気孔面積が、絞り面積の０．０３７％より小さければよい。

［例３]
パンチ１が４ｍｍを３０ｍｍ／ｓで上昇する場合、パンチ１の移動時間は０．１３ｓとなる。するとＣ＝３×１０^-5／０．１３＝２．３×１０^-4となり、Ｄ⁴＝（２．３×１０^-4）／（１．４×１０９）で、直径Ｄ＝０．６３ｍｍと計算される。
ラミネートフィルム１００の剛性を５倍あるとして、０．６３×５で直径Ｄ’＝３．２ｍｍとする。すると通気孔面積は８．０ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔面積の比率は、０．０２％となる。つまり、上記パンチ上昇速度の場合、ダイ２の通気孔面積が、絞り面積の０．０２％より小さければよい。

但しこの場合に、中央通気孔Ｓ２ｃを１個、縁部通気孔Ｓ２ｅを４個として合計５個の通気孔を設けるとすると、１つの通気孔については、
Ｃ／５＝４．６×１０^-5
Ｄ＝０．４６ｍｍ（直径０．４６ｍｍの通気孔を５個）
となり、ラミネートフィルム１００の剛性が５倍あるとしてＤ’＝２ｍｍの通気孔が５個ということになる。従って通気孔面積は１５．７ｍｍ²で、絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔合計面積の比率は０．０４％となる。

［例４］
パンチ１が４ｍｍを２．５ｍｍ／ｓで上昇する場合、パンチ１の移動時間は１．６ｓとなる。するとＣ＝３×１０^-5／１．６＝２×１０^-5となり、直径Ｄ＝０．３４ｍｍと計算される。フィルム剛性（×５）を考慮して直径Ｄ’＝１．７ｍｍとすると、通気孔面積は２．２７ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔面積の比率は、０．０５７％となる。つまり、上記パンチ上昇速度の場合、ダイ２の通気孔面積が、絞り面積の０．０５７％より小さければよい。

［例５］
パンチ１が４ｍｍを１．０ｍｍ／ｓで上昇する場合、パンチ１の移動時間は４ｓとなる。実際には、これはかなり遅い工程であり、実使用ではほぼ限界といえる。
Ｃ＝３×１０^-5／４＝７．５×１０^-6となり、直径Ｄ＝０．２７ｍｍと計算される。フィルム剛性（×５）を考慮して直径Ｄ’＝１．３５ｍｍとすると、通気孔面積は１．４３ｍｍ²となる。絞り面積＝４００００ｍｍ²に対する通気孔面積の比率は、０．００３６％となる。つまり、上記パンチ上昇速度の場合、ダイ２の通気孔面積が、絞り面積の０．００３６％より小さければよい。

以上の各例から、通気孔の長さを１０ｃｍとした場合、パンチ１の速度を実使用範囲で考えた場合、絞り面積に対するダイ２側の通気孔面積の割合は、０．０７％〜０．００２％程度とするとよいことがわかる。但し、この数値範囲は通気孔の長さに比例して変動する。
またこの数値範囲は通気孔の個数によっても変動する。上記範囲は空気を流すのに必要な通気孔を中央に１つあると仮定した場合の面積である。中央通気孔Ｓ２ｃを小さな径として、その分、縁部通気孔Ｓ２ｅを設ける場合、トータルの通気孔面積（通気孔合計面積）は、１個の場合よりも増える。
例えば絞り型ダイ側に複数個の穴を設ける場合として、
・縁部通気孔４個、中央通気孔１個の場合は、通気孔１つあたりの平均直径は、上記計算の６７％の直径にする。通気孔の総面積は１．７６倍になる。
・縁部通気孔６個、中央通気孔１個の場合は、通気孔１つあたりの平均直径は、上記計算の６２％の直径にする。通気孔の総面積は１個の場合の２．１倍になる。
なお、縁部通気孔Ｓ２ｅと中央通気孔Ｓ２ｃの面積比率は、縁部：中央＝１：０．０１〜１：０．４とするとよい。

また上記の各例から、早くパンチ１を引き上げた方が、ダイ２側の通気孔径は大きくても良いことになる。
ダイ２側の通気孔はパンチ１の上記の移動距離で実用的な移動速度の中では、絞り面積の０．０７％〜０．００２％が計算上不良を発生しない通気孔径と考えられる。しかし、複数個の通気孔、特に５〜７個の通気孔を設けると、通気孔の面積割合は１個の通気孔の場合の２倍近くなる。
通気孔合計面積の絞り面積に対する面積割合は通気孔数によって増加し、また、通気孔の長さに比例して増加する。
例えば通気孔合計面積の面積割合は、５個の場合（通気孔の長さは同一とする）、絞り面積の０．０８％〜０．００４％となる。
なお、実用上、通気孔の個数は５〜１０個程度が想定される。

＜３．変形例＞
図１１に変形例としての構成の一例を示す。
図１１の例は、パンチ１側の通気孔Ｓ１は上述の例と同様であるが、ダイ２側の通気孔としては、略中央に比較的大径な通気孔Ｓ２を設けるようにしている。この通気孔Ｓ２は、コンダクタンスが高く、パンチ１の下降時、及びラミネートフィルム１００の取り出し時には十分な通気量となる通気孔である。
そしてこの場合、ダイ２には弁９０が取り付けられている。弁９０は、通気孔Ｓ２に開閉する。但し閉じた状態では完全に通気孔Ｓ２を覆うものではなく、一部を開放する。これにより、弁９０が閉じた状態では、図中Ｓ２Ｒとして示す範囲の通気孔が形成される状態となる。

即ちこの例は、パンチ１の下降時、及びラミネートフィルム１００の取り出し時には、通気孔Ｓ２に設けられた一方向弁である弁９０が開くことでダイ２側において十分な通気量が確保される。一方で、パンチ１の上昇時には、弁９０が閉じることで、ダイ２側の通気量が制限される。
結局上述の実施の形態と同様、パンチ１をダイ２側に移動（降下）させてラミネートフィルム１００をプレスする際にはそれぞれパンチ１側、ダイ２側で通常に排気が行われ、図８，図９のような変形が起こらない。プレス後にパンチ１をダイ２側から離間させる上昇時には弁９０が閉じて通気孔Ｓ２が低コンダクタンスとされることで、空気流入が制限され、図１０のような変形が起こらない。またラミネートフィルム１００を取り出す際には、ダイ２の通気孔Ｓ２から十分な空気流入が生じ、取り出しに支障がない。
このように弁９０を用いる構造によっても、プレス後にパンチ１をダイ２側から離間させる際に空気流入が制限されるようにすることができる。特にこの場合、プレス後にパンチ１をダイ２側から離間させる際に、パンチ１側の通気孔Ｓ１の空気流入量よりもダイ２側の通気孔Ｓ２の空気流入量を少なくすることにより、ダイ２側の通気孔Ｓ２からの空気流入量が制限される。弁９０により、パンチ上昇時（第２工程）におけるダイ２側の通気孔Ｓ２の空気流入量よりも、パンチ降下時（第１工程）におけるダイ２側の通気孔Ｓ２の排気量が多くなるように制御されるためである。
このようにすることでも、上述の実施の形態と同様、成型精度の向上、歩留まり向上、工程の効率化を実現できる。

以上、実施の形態及び変形例を説明してきたが、本発明は上記各例に限られない。
パンチ１側の通気孔の数、サイズ、ダイ２側の通気孔の数、サイズ、配置位置等は、本発明に該当する範囲で各種の例が考えられる。
またフィルム状の被成形物とは、上述のラミネートフィルム１００に限らない。但し本発明は比較的剛性の低い被成形物の加工に好適である。

１ パンチ、２ ダイ、３ ストリッパプレート、４ ダイホルダ、５ パンチホルダ、６ ガイドポスト、７ バッキングプレート、８ スプリング、９ シャンク、Ｓ１，Ｓ２ 通気孔、Ｓ２ｃ 中央通気孔、Ｓ２ｅ 縁部通気孔、９０ 弁、１００ ラミネートフィルム

Claims (13)

1. ダイとパンチによりフィルム状の被成形物を成形加工するプレス用金型において、
   上記パンチと上記ダイの両方に通気孔が形成され、
   上記ダイの通気孔は、上記パンチを上記ダイ側に移動させて被成形物をプレスする際には排気が行われ、上記プレス後に上記パンチを上記ダイ側から離間させる際には空気流入が制限される通気孔とされているプレス用金型。
2. 上記ダイ側の通気孔として、絞り面の中央領域に形成される中央通気孔と、プレス面の周縁領域に形成される縁部通気孔が形成されるとともに、
   上記中央通気孔は、上記縁部通気孔に比べて通気量が小さい通気孔とされている請求項１に記載のプレス用金型。
3. 上記パンチ側の通気孔は、被成形物に孔跡を形成させない径範囲の径の通気孔が１又は複数個形成されている請求項１又は請求項２に記載のプレス用金型。
4. 上記被成形物は、金属薄板の両面に樹脂層が形成されたフィルムであって、厚みが２００μｍ以下である請求項１乃至請求項３に記載のプレス用金型。
5. 上記ダイ側の通気孔に空気流入を制限する弁を設けることにより、上記プレス後に上記パンチを上記ダイ側から離間させる際には空気流入が制限される請求項１に記載のプレス用金型。
6. 上記弁が、上記ダイ側の通気孔に設けられた一方向弁である請求項５に記載のプレス用金型。
7. ダイとパンチによりフィルム状の被成形物を成形加工するプレス用金型を備えたプレス装置において、
   上記パンチと上記ダイの両方に通気孔が形成され、
   上記ダイの通気孔は、上記パンチを上記ダイ側に移動させて被成形物をプレスする際には排気が行われ、上記プレス後に上記パンチを上記ダイ側から離間させる際には空気流入が制限される通気孔とされているプレス装置。
8. ダイとパンチによりフィルム状の被成形物を成形加工するプレス方法であって、
   上記パンチを上記ダイ側に移動させて被成形物をプレスする第１工程と、
   上記パンチを上記ダイ側から離間させる第２工程と、
   上記被成形物を取り出す第３工程とを有し、
   上記第１工程では、上記パンチ側の通気孔と、上記ダイ側の通気孔から排気が行われ、
   上記第２工程では、上記ダイ側の通気孔からの空気流入量が制限されるプレス方法。
9. 上記ダイ側の通気孔として、絞り面の中央領域に形成される中央通気孔と、プレス面の周縁領域に形成される縁部通気孔が形成されるとともに、
   上記中央通気孔は、上記縁部通気孔に比べて通気量が小さい通気孔とされている請求項８に記載のプレス方法。
10. 上記パンチ側の通気孔は、被成形物に孔跡を形成させない径範囲の径の通気孔が１又は複数個形成されている請求項８又は請求項９に記載のプレス方法。
11. 上記被成形物は、金属薄板の両面に樹脂層が形成されたフィルムであって、厚みが２００μｍ以下である請求項８乃至請求項１０に記載のプレス方法。
12. 上記パンチ側の通気孔の空気流入量よりも上記ダイ側の通気孔の空気流入量を少なくすることにより、上記ダイ側の通気孔からの空気流入量が制限される請求項８に記載のプレス方法。
13. 上記第２工程における上記ダイ側の通気孔の空気流入量よりも上記第１工程における上記ダイ側の通気孔の排気量が多くなるように制御して、上記パンチ側の通気孔の空気流入量よりも上記ダイ側の通気孔の空気流入量を少なくする請求項１２に記載のプレス装置。

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