JP4907792B2 - ラミネートアルミ箔容器の成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム箔と樹脂シートまたはフィルム（本発明においてはこれらを全て「フィルム」という。）等の複合材（本発明においてはこれらを一括して「ラミネートアルミ箔」という。）を、材料の破断や成形品にしわの発生がなく、しわ押え面圧を制御しながら、成形する際の成形限界を向上させたラミネートアルミ箔の成形方法およびそれに用いる成形機並びに該方法により成形されたアルミニウム成形品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絞り加工では材料の中央部がパンチでおされ、破断が予想されるコーナー部ではフランジが円周方向に圧縮、半径方法に引張り、ダイスの肩部に接する部分では曲げ、曲げもどしなどの力を受ける。この際フランジ部は円周方向の圧縮力によりブランクが座屈してしわが発生するので、ブランクホルダーに適当なしわ押え力を加えてしわのできるのを抑制する。このしわ押え力は加工の成否に大きな影響を及ぼすものである。
パンチ力は材料にパンチ頭部に接する部分を通して引張りの形で伝えられる。したがって深絞り加工の成否は最大パンチ力と側壁部（荷重牽引部）の破断荷重との大小によって決まる。深絞り材料として材料的に理想的なものは必要とされる最大パンチ力が側壁部の破断荷重より小さくて側壁部の伸びが大きいものが好まれる。
【０００３】
一方絞り加工面からは次の手段が有効である。
（１）破断危険部の局部的な集中荷重を緩和する。
（２）フランジ部の変形抵抗を小さくする。（工具の形状、加工条件の改善、潤滑などが挙げられる。）
上記の目的を達成するため、金型（パンチ、ダイス）において、ダイスの肩部半径、パンチ頭部角半径、パンチとダイスの間隙、パンチ直径などがそれぞれ独立にまたは関連して複雑に影響し簡単なものではないが、しわ押え面圧を成形中に変化させ、ブランクホルダー（しわ押え）面内の成形物の流れ込み量、張り出し量など絞り条件を制御する加工プロセスが考えられる。具体的な方法としては、例えば可変ビードを用いてしわ押え圧力を調整する方法（特開平８−２９３４９号公報）など、分割ブランクホルダーを使用して行ういくつかの提案がある。
【０００４】
この他、成形の後期にブランクホルダーのしわ押え面圧を増大させ、一度発生したしわを矯正するものがほとんどである（特開昭６３−１０４７２９号等）。これらは絞り成形時の破断がダイス肩部のような破断危険部において、パンチ荷重が材料の側壁部の耐荷重を越えた時点で破断するメカニズムであることを踏まえ、パンチ荷重を常に監視し、このパンチ荷重が側壁部の破断荷重を超えないようにしわ押え力をコントロールするものである。
【０００５】
従って図３に示すように一定しわ押え方式において成形工程の中期にパンチ荷重の最大値を迎える成形ではしわ押え力は成形前期に大きく、成形中期は小さく、さらに成形後期では大きくする必要がある。このため、制御方法が複雑になることが避けられない。また、先例で破断危険部であるダイス肩部の減肉を抑制するため、成形前期においてしわ押え力を小さくする方法を提案しているが、材料によっては一度発生したしわが安定化し、矯正することができないなどの問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ラミネートアルミ箔の箔成形において、確実で簡単な装置を用い、成形限界を向上させると共にフランジ部にしわが発生しないか、その発生量が極めて少ない箔成形機及びプレス加工方法の開発を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、アルミニウム製ラミネート箔等の場合、心材であるアルミニウム箔と片側または表裏の樹脂層との密着性が高いほどラミネートアルミ箔の成形限界が向上することに着目し、プレス成形中における破断危険部およびその近傍の垂直方向面圧を常に高める成形方法を提案する。すなわち、
［１］ アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔のプレス成形の全工程において、破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比を常に０．１５〜０．５０の間のほぼ一定値を保持しながらプレス加工を行うことを特徴とするラミネートアルミ箔の成形方法、
【０００８】
［２］ アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネート箔のプレス成形において、成形初期段階ではパンチ荷重がラミネート箔の破断荷重の５０〜９５％になるようにしわ押さえ面圧を制御し、成形後期ではしわが発生する限界の面圧までしわ押さえ面圧を低下させる上記［１］に記載のラミネートアルミ箔の成形方法、
【０００９】
［３］ ラミネートアルミ箔の成形速度を５〜３００ｓｐｍ（ストローク／分）で加工する上記［１］または［２］に記載のラミネートアルミ箔の成形方法、
［４］ ラミネートアルミ箔が、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔である上記［１］〜［３］のいずれかに記載のラミネートアルミ箔の成形方法、
【００１０】
［５］ 成形初期段階において、パンチ荷重がラミネートアルミ箔の破断荷重の５０〜９５％になるしわ押さえ面圧を付与し、以後徐々にこれを低下させることによって、破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比を０．１５〜０．５０の間のほぼ一定値を保持するプレス加工において、しわ押え面圧のタイミング制御をプレス機カム、リミットスイッチ、タイマー、パソコンまたはシーケンスの電気的制御を使用する上記［１］〜［４］のいずれかに記載のラミネートアルミ箔の成形方法、
［６］ しわ押え面圧力の付加が、空気圧、油圧または弾性体を用いた上記［５］に記載のラミネートアルミ箔の成形方法、
【００１１】
［７］ 上記［１］〜［６］のいずれかに記載のラミネートアルミ箔材の成形方法に使用するための成形機として、しわ押え面圧のタイミング制御をプレス機カム、リミットスイッチ、タイマー、パソコンまたはシーケンスの電気的制御を使用し、かつしわ押え面圧力の付加に空気圧、油圧または弾性体を用いたダイセット部を備えたラミネートアルミ箔の成形機、
［８］ アルミニウム箔と樹脂フィルムとからなるラミネートアルミ箔を、成形の全工程において、破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比を０．１５〜０．５０の間のほぼ一定としながらプレス加工をしたラミネートアルミ箔成形品、を開発することにより上記の課題を解決した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ラミネートアルミ箔の箔成形において、パンチ荷重が側壁部の破断応力以下で成形することは当然であるが、側壁部に発生する成形方向の応力はしわ押さえ面圧によって変化する。しかし従来法においては、所望の成形高さを得るために、加工の全行程において破断限界を超えず、かつ安全な最も高い一定のしわ押え面圧を設定して加工することが普通である。
本発明においては、成形前期（対象製品の形状によってしわ押さえ力を減じるパンチストロークの範囲は変わる。たとえば円筒深絞りと角筒絞りでは異なるため絶対値では規定不可能であるが、概略的には全パンチストロークの内、前半の２／３くらい。）には、従前の方法に比して過大なしわ押え力を加える。ただし本発明では予めパンチ荷重に対する側壁部の破断荷重を調べておく必要がある。
【００１３】
具体的には、成形前期においてはパンチ力がブランクの破断を確実に避けつつ、しわの発生をほぼ完全に抑えながら成形出来るように、側壁部の成形方向の応力が材料の破断限界を超えないが、しかしそれに近いしわ押え面圧を付加することにより、好ましくは破断限界の５０〜９５％の範囲、より好ましくは７５〜９５％の範囲になるようにしわ押さえ面圧を付与し、かつ成形後期では絞りまたは張り出し工程の進行に伴い自然に増加するパンチ力により、パンチのコーナーＲ、パンチ肩Ｒまたはその近傍破断危険部の垂直方向面圧を破断限界以下とするため、しわ押え力をそれに対応して減少させながら成形する方法およびそれに用いるための箔成形機である。
【００１４】
本発明の対象とするラミネートアルミ箔としては、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔複合材で、絞り成形するものと絞り成形と張出し成形の複合成形を対象とする。アルミニウムまたはアルミニウム合金箔に対しポリエチレンテレフタレート、ポリアミドなどのポリマー類、低密度ポリエチレン、リニア低密度ポリエチレン若しくは高密度ポリエチレンまたはポリプロピレン等のポリオレフィンなどの延伸または未延伸のプラスチックフィルムとのラミネートアルミ箔が好適に使用できる。これらのラミネートアルミ箔は、アルミニウム箔等に対し常法の押し出しラミネート、サンドラミネートあるいは二軸延伸フィルムではドライラミネートなどの手段によりラミネートしたものが使用できる。
【００１５】
破断危険部の垂直方向面圧は、しわ押さえ力とパンチ荷重の２つの力によって発生する。成形中期ではしわ押さえ力を下げてもパンチ力が増加するので、本発明においてはそれに対応してしわ押さえ力を低下させることにより垂直方向面圧は一定値に近い値に保持しながら成形するものである。
なお、本発明方式における成形初期段階においての高いしわ押さえ面圧付与は、従来の一定しわ押え面圧方式に比べて成形前期に過大なしわ押え力を付与するため、しわ生成のきっかけとなる初期うねりが生じにくく、成形品のしわ高さも低く抑えられるメリットがある。
【００１６】
まず比較のための従来方法における成形限界を説明する。
代表例として二軸延伸ポリアミド（２５ミクロン）／アルミニウム箔（４０ミクロン）／未延伸ポリプロピレン（３０ミクロン）の３層アルミニウム箔複合材を加工した場合、これの従来法による一定しわ押え圧での成形限界線図を図２に示す。この場合しわ領域と破断領域が成形高さが５．５ｍｍの位置で交差しており、ここが成形の限界高さであることがわかる。なお、この例は角筒絞りであるが、本発明においては形状の制約は存在せず、円筒や複雑形状断面などへも問題なく適用される。
【００１７】
また図３には、従来法の一方法である一定しわ押え圧での代表的なストローク変位−パンチ荷重としわ押え面圧線図および可変シワ押さえ法におけるストロオーク変位−パンチ荷重とシワ押さえ面圧線図を示す。
本発明ではこれを破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比をほぼ一定値を保持するように調整しながら加工を行うことで、破断危険部の破断を確実に予防するとともに成形限界の向上、フランジ部のしわ高さを小さくすることに成功したものである。
【００１８】
これに対し，本発明の方法においては図１に示すように、パンチ荷重が低い成形前期では、しわ押え力を過大に付与することにより、パンチ肩Ｒ近傍の破断危険部に存在するラミネートアルミ箔に大きな垂直方向面圧を与えている。パンチの進行に伴いパンチ荷重が上昇し、破断危険部の垂直方向面圧は必然的に増加するため、しわ押えの必要性が低下するので、成形の進行とともにしわ押え力をしわ限界（しわ発生の防止に必要最小限のしわ押さえ力）まで減じていく。特に絞り成形では直線部はともかく、コーナーＲを持つ成形が殆どであるため、成形の進行とともにコーナーＲ部の周方向の圧縮応力が増加し、フランジの流入抵抗を増加させる。
【００１９】
この結果、パンチ荷重は漸増する。例外は絞り抜けを前提とした絞り成形で、成形初期はフランジ部に生じるコーナー部の周方向圧縮応力の影響でパンチ荷重は増加するが、成形後期には引き込まれによりフランジ面積が小さくなるためパンチ荷重は漸増し絞り抜けと同時にゼロとなる。この場合、パンチ荷重も小さくなりまた成形後期のしわ押さえ面圧は低くしているため、破断危険部の垂直方向面圧も小さくなるが、成形初期にしわ押さえ面圧を大きくしているため、破断危険部の局部変形は初期の段階である程度抑制され、成形限界も多少向上する。
図１中には有限要素法（数値解析）で予測した破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比（Ｈ）を併記した。この成形例では全工程にわたり上記比（Ｈ）が０．３５〜０．４５になるようにしわ押え力をコントロールした。
【００２０】
図４は成形高さに対する破断危険部に付与する［垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比］（Ｈ）の影響を示したものである。前記３層アルミニウム箔複合材（破断強度８９ＭＰａ）においては、［垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比］（Ｈ）０．１５以下ではラミネートアルミ箔のアルミニウム箔と樹脂フィルムの密着強度の向上効果が得られず、成形限界の向上は認められない。逆に［垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比］（Ｈ）０．５０以上では成形体の側壁部が破断応力を上廻るため成形に至らない。従って、目標とする［垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比］（Ｈ）は０．１５〜０．５０、好ましくは０．２０〜０．４０が良い。
【００２１】
この結果、成形限界は図５に示すように本方式を用いた前記３層ラミネートアルミ箔複合材の加工では、しわ押え力を制御することにより成形限界が１．４ｍｍ（２５％）向上するだけでなく、しわの高さも５０％減少していることがわかる。
このようにしわ押え面圧を制御して、加工の進行にともない破断危険部の平均垂直面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比（Ｈ）をある一定範囲にすることにより、従来の一定しわ押え面圧で行った加工方法に比して優れた結果が得られることがわかった。
【００２２】
図６に本発明のしわ押え面圧を制御して加工するための箔成形機の一概略図を示す。本発明は、加工に際ししわ押え面圧を加工の進行にともない制御できる箔成形機であればこの方式に限らない。この制御は、前もって材料の成形限界線図を作成しておき、それに基づいて周知のプレス機カムにエアー調整のためのソレノイドバルブを電気的につないだ制御方法を採用することによりコントロールできる。
【００２３】
図６の箔成形機は、ダイス１、ブランクホルダー（しわ押え）３、パンチ４、下型アッパープレート６、下型８など従来の箔成形機において、ブランクホルダー３の面圧制御のために、水圧、油圧あるいは空気圧などの圧力伝達手段であるピン５、ピストン７などからなっている。
なおこの場合の圧力制御手段としては、空気圧制御装置を示している。この装置は図示されていないプレス機カムからの信号を電気的に処理する装置より制御される電磁弁１０、吸気バルブ１１、エア供給口１２、排出バルブ１３などからなり、ピストン７の圧力の制御を行い、ブランクホルダー３によるしわ押え面圧をコントロールするようになっており、被成形材２の加工を行うようになっている。
なおこのブランクホルダー３のしわ押え面圧の制御は、上記のプレス機カムによる方法と共にパソコン、シーケンスリミットスイッチ、タイマーなどを使ってこれを制御することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の箔成形方法によるときは、材料の破断危険部とその周辺の垂直方向面圧が常に、垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比が０．１５〜０．５５になるように成形中のしわ押え力を制御する。具体的には成形前期のしわ押え力は高く、成形の進行とともにパンチ荷重が増加するに従って材料の破断限界以下となるようにしわ押え面圧を減じるように制御する成形方法であり、またこの成形方法に適した制御装置を有する成形機である。
この結果、同じ材料を使用しても破断危険部の破断を確実に予防できること、成形限界を大きく向上させること並びにフランジ部のシワの発生を予防できることが可能となった。
特に本発明のしわ押え面圧を制御するときは、しわ押え面圧が一定の従来の方式に比較して、しわ高さを小さくすることが可能となり、フランジ部のしわの発生によるオフスペック品を大幅に減らすことが可能となり、コストダウンすることに成功した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によるストローク変位−パンチ荷重としわ押え面圧、垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比を示した図。
【図２】ＯＮ／Ａｌ／ＣＰＰからなるラミネート箔複合材の従来法による成形限界線図。
【図３】従来法による代表的なストローク変位−パンチ荷重としわ押え面圧線図。
【図４】本発明方法による成形高さに及ぼす破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比の影響を示した図。
【図５】本発明と従来方法における成形高さとしわ高さの比較図。
【図６】本発明の深絞り加工に使用する成形機の一態様の断面図。
【符号の説明】
１ ダイス
２ 被成形物
３ ブランクホルダー（しわ押え）
４ パンチ
５ ピン
６ 下型アッパープレート
７ ピストン
８ 下型
９ パンチ受け台
１０ 電磁弁
１１ 給気バルブ
１２ エア供給口
１３ 排出バルブ

Claims (7)

1. アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔のプレス成形の全工程において、破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比を常に０．１５〜０．５０の間のほぼ一定値を保持しながらプレス加工を行うことを特徴とするラミネートアルミ箔の成形方法。
2. アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔のプレス成形の全工程において、破断危険部の垂直方向面圧／ラミネートアルミ箔の破断強度の比を０．３５〜０．４５の範囲に保持しながらプレス加工を行うことを特徴とするラミネートアルミ箔の成形方法。
3. パンチストロークの進行につれて、パンチ加重を漸増させ、かつしわ押え面圧を漸減させてプレス加工を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のラミネートアルミ箔の成形方法。
4. アルミニウム箔の片面あるいは両面に樹脂フィルムを積層したラミネートアルミ箔のプレス成形において、成形初期段階ではパンチ荷重がラミネートアルミ箔の破断荷重の５０〜９５％になるようにしわ押さえ面圧を制御し、成形後期ではしわが発生する限界の面圧までしわ押さえ面圧を低下させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のラミネートアルミ箔の成形方法。
5. ラミネートアルミ箔の成形速度を５〜３００ｓｐｍ（ストローク／分）で加工する請求項１〜４のいずれか１項に記載のラミネートアルミ箔の成形方法。
6. しわ押え面圧の制御をプレス機カム、リミットスイッチ、タイマー、パソコンまたはシーケンスの電気的制御を使用する請求項３〜５のいずれか１項に記載のラミネートアルミ箔の成形方法。
7. しわ押え面圧力の付加が、空気圧、油圧または弾性体を用いた請求項６に記載のラミネートアルミ箔の成形方法。

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