JP6668006B2

JP6668006B2 - 金属箔の成形方法

Info

Publication number: JP6668006B2
Application number: JP2015123491A
Authority: JP
Inventors: 藤井　一男; 一男藤井; 山田　知史; 知史山田
Original assignee: Toyo Aluminum KK; Toyo Aluminium Ekco Products Co Ltd
Current assignee: Toyo Aluminum KK; Toyo Aluminium Ekco Products Co Ltd
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2035-06-19
Also published as: JP2017006938A

Description

本発明は、硬質のアルミニウム箔をはじめとする金属箔を軟化処理して深絞り成形をおこなう成形方法に関する。

金属箔は、硬質のアルミニウム箔（以下、本明細書ではアルミニウム合金箔も含む）などその種類によっては、そのままでは金属箔成形容器などの成形体に深絞り成形することは困難であるため、いったん軟化処理を施したうえで深絞り成形されることがある。
非特許文献１のように、かかる軟化処理は、長尺の金属箔（たとえば硬質のアルミニウム箔においては、長さが１０００ｍから１２０００ｍ）をロール状ないしコイル状に巻き取ったうえで軟化炉に転載し、長時間（たとえば硬質のアルミニウム箔においては、５０時間から１７０時間）にわたって加熱することが一般的であった。

しかし、長尺の金属箔をロール状ないしコイル状に巻き取って加熱した場合、外周部については熱が伝わりやすいものの、内周部については熱が伝わりにくいため、その内周部の箔については十分に軟化されにくい問題がある。
これに加えて、特に表面粗度の小さな箔の場合、内周側と外周側とで隣接する箔同士の過剰な密着や、内部に残留した圧延油が揮発することにともない箔の膨れが生じるなどして、軟化の度合いが一層不均一になるおそれがある。

また、軟化処理時に長時間わたって加熱するのは、できるだけロールないしコイルの内周部にも熱の影響を及ぼすためであるが、その一方で、このような長時間の加熱によって、箔中の析出物の分散状態が意図しない状態へと変化してしまう問題がある。
このため、ＩＨ調理器でも加熱調理可能なように、アルミ箔成形容器の箔中の析出物の分散状態をコントロールすること等の、用途に応じた調整が困難となってしまう。

佐藤隆之著、東洋アルミニウム株式会社発行、"技術紹介２０１３年冬号"（ＵＲＬｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｙａｌ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈ＿ｒｅｐｏｒｔ／ｐｄｆ／ｈａｋｕ＿ｍａｔｅｒｉａｌ／ｔｒ＿ｈｋｍ２０１３＿０２０．ｐｄｆ）（検索日平成２７年５月２６日）

したがって、本発明の解決すべき課題は、硬質のアルミニウム箔をはじめとする金属箔の成形方法において、その金属箔の軟化処理を確実におこない、またその軟化処理に要する時間を短縮化することである。

上記した課題を解決するため、本発明の金属箔の成形方法においては、金属箔をロール状ないしコイル状ではなくシート状のフラットなままで、熱板に接触させることで順次軟化処理を施し、その熱板の空気穴を通じて噴射される高圧のエアで金属箔をメス型の成形面へと押し付けることで深絞り成形を実現したのである。

具体的には、本発明の金属箔の成形方法を、少なくとも以下の工程を備えるものとしたのである。
厚み方向に貫通する空気穴が設けられた熱板、前記熱板の板面に対向する凹状の成形面が設けられたメス型、および前記熱板と前記メス型の間に配置可能な金属箔を準備する工程。
前記金属箔を前記熱板に接触させその熱により軟質処理する工程。
前記熱板の前記金属箔が接触する側の面をメス型の成形面に重ね合わせる工程。
前記熱板の空気穴を通じて前記メス型に向けて高圧のエアを噴射し、前記金属箔を前記メス型の成形面に押し付けることで、前記金属箔が深絞り成形される工程。

本発明の成形方法においては、前記金属箔として硬質のアルミニウム箔を用いるのが好ましい。
本発明の成形方法において、前記金属箔としての硬質のアルミニウム箔を軟質処理する工程における熱板の温度が、３００℃から５００℃であるのが好ましい。
また、前記金属箔としての硬質のアルミニウム箔を軟質処理する工程における熱板とアルミニウム箔の接触時間が、１秒から１０秒であるのが好ましい。
さらに、前記金属箔としての硬質のアルミニウム箔の厚みが、７μｍから２００μｍであるのが好ましい。
前記金属箔としてのアルミニウム箔の組成が０．８質量％以上３．０質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．９質量％以下のシリコンと、０．１質量％以上１．０質量％以下の鉄と、０．０５質量％以上０．２質量％以下の銅と、０．０００００１質量％以上０．０１質量％以下のマグネシウムとを含み、残部がアルミニウムであるのが好ましい。

また上記した課題を解決するため、本発明のアルミニウム箔成形容器を、以上のような成形方法により製造したのである。

以上のように、金属箔を従来のようなロール状ないしコイル状ではなく、フラットなシート状のままで、熱板に接触させることで順次軟化処理を施すことで、ロール状ないしコイル状に巻回して軟化処理を施す場合と異なり、確実にかつ短時間で均一な軟化処理が実現できる。

軟化処理から時間的な間隔をあけず、軟化処理に用いられた熱板の空気穴から高圧のエアを噴射し、その空圧により金属箔をメス型の成形面に押し付けることで、深絞り成形の成形精度も向上する。

実施形態の金属箔の成形方法を示す模式図実施形態の金属箔の成形方法を示す模式図実施形態の金属箔の成形方法を示す模式図実施形態の金属箔の成形方法を示す模式図実施形態の金属箔の成形方法を示す模式図実施形態の金属箔の成形方法を示す模式図

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
実施形態の金属箔の成形方法は、図１〜図６のような工程を備えるものであり、比較的硬質の金属箔を軟化処理して成形性を高めたうえで、金属箔成形体へと深絞り成形する方法である。なお、図１〜図６は模式図であって、実際の寸法関係等を表現したものではない。

実施形態の金属箔の成形方法においては、まず図１のように、成形装置としての熱板１０およびメス型２０と、金属箔ｆとを準備する。
成形装置としての熱板１０とメス型２０とは対向しており、図示省略の公知の機構により互いに接近および離反可能に構成されている。対向する方向は特に限定されるものではないが、図示においては、熱板１０は上方に、メス型２０は下方に配置されて上下に対向している。

ここで、熱板１０は、金属板などの熱伝導性の良好な素材からなり、図示省略の公知のヒータなどを用いて加熱されている。また熱板１０は、その厚み方向に貫通する複数の空気穴１１を有しており、図示省略の公知のエア吸排機などを用いて、この空気穴１１を通じて熱板１０とメス型２０との間の空間にエアを噴射し、また熱板１０とメス型２０との間の空間からエアを吸引できるようになっている。

メス型２０は、熱板１０と対向する面に成形体の形状と相似形に凹んだ成形面２１を有している。ここで本発明で成形される成形体の種類は特に限定されるものではなく、成形容器、成形蓋が例示できる。
本実施形態ではその一例として成形容器３０を示すものとし、したがって、図ではメス型２０の成形面２１は容器の形状に窪んでいる。

金属箔ｆは、フラットなシート状のままで、熱板１０とメス型２０との間に配置され、深絞り成形されるようになっている。
金属箔ｆの熱板１０とメス型２０との間への配置の方法は特に限定されないが、本実施形態においては、図示省略の公知のフィード機構などを用いて、熱板１０とメス型２０との間に順次送り込み可能に構成されているものとする。
使用される金属箔ｆとしては、特に限定されるものではないが、アルミニウム箔、銅箔、鉄箔、ステンレス箔、ニッケル箔が例示できる。

ここではその一例として、硬質のアルミニウム箔を用いるものとする。硬質のアルミニウム箔の組成についても特に限定されるものではないが、成形容器に成形した際に、ＩＨ調理器による加熱調理に好適な電気比抵抗値が得られるものとして、０．８質量％以上３．０質量％以下のマンガン（Ｍｎ）と、０．１質量％以上０．９質量％以下のシリコン（Ｓｉ）と、０．１質量％以上１．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、０．０５質量％以上０．２質量％以下の銅（Ｃｕ）と、０．０００００１質量％以上０．０１質量％以下のマグネシウム（Ｍｇ）とを含み、残部がアルミニウム（Ａｌ）と不可避的不純物とを含むものが例示できる。
詳細については、本出願人による出願にかかる特開２０１２−２５９７３号公報に譲るが、マンガンの含有量を上記のように限定した理由としては、０．８質量％未満であると、引張強度、耐力、伸び等の機械的特性とともに、耐食性を増大させるというマンガン本来の特性の発揮に影響を及ぼし、３．０質量％を超えると、アルミニウム合金箔の強度が大きくなりすぎて、薄い箔への圧延性と容器への成形性に影響を及ぼす可能性があるからである。
また、シリコンの含有量を上記のように限定した理由としては、０．１質量％未満であると、アルミニウム合金箔の十分な機械的特性および耐食性に影響を及ぼし、０．９質量％を超えると、アルミニウム合金箔の強度が大きくなりすぎて、薄い箔への圧延性と容器への成形性に影響を及ぼす可能性があるからである。
また、鉄の含有量を上記のように限定した理由としては、０．１質量％未満であると、アルミニウム合金箔の十分な機械的特性および耐食性の発揮に影響を及ぼし、１．０質量％を超えると、アルミニウム合金箔の強度が大きくなりすぎて、薄い箔への圧延性と容器への成形性に影響を及ぼす可能性があるからである。
また、銅の含有量を上記のように限定した理由としては、０．０５質量％未満であると、アルミニウム合金箔の十分な伸びおよび圧延性の発揮に影響を及ぼし、０．２質量％を超えると、アルミニウム合金箔の耐食性に影響を及ぼす可能性があるからである。
さらに、マグネシウムの含有量を上記のように限定した理由としては、０．０１質量％を超えると、アルミニウム合金箔の強度が大きくなりすぎて、薄い箔への圧延性と容器への成形性に影響を及ぼす可能性があるからである。また、含有量の下限は特に限定されないが、一般に０．０００００１質量％程度であるからである。
なお、アルミニウム合金箔は、上記の特性と効果に影響を与えない程度の含有量で、不可避的不純物として、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等の元素を含んでいてもよい。

また金属箔ｆの厚みについても特に限定されないが、金属箔として硬質のアルミニウム箔を用いる場合には、７μｍ〜２００μｍであるのが好ましい。７μｍを下回ると、薄すぎて成形時に破孔などが生じるおそれがあり、２００μｍを上回ると、厚すぎて成形に支障が生じるおそれがあるからである。

さらに金属箔ｆの引張強度、伸び等についても特に限定されないが、金属箔として硬質のアルミニウム箔を用いる場合には、引張強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２〜２５０Ｎ／ｍｍ^２、耐力が７０Ｎ／ｍｍ^２〜１３０Ｎ／ｍｍ^２、伸びが１０％〜２５％であるのが好ましい。
引張強度が１５０Ｎ／ｍｍ^２を下回ると、箔の腰が弱すぎて、熱板１０とメス型２０との間にフィードしにくくなり、２５０Ｎ／ｍｍ^２を上回ると、箔の腰が強すぎて取り扱い効率が悪いからである。
また、耐力が７０Ｎ／ｍｍ^２を下回ると、成形時に破れ等が生じやすくなり、１３０Ｎ／ｍｍ^２を上回ると深絞り成形がしにくくなるからである。
また、伸びが１０％を下回ると、深絞り成形がしにくくなり、２５％を上回ると箔の腰が弱すぎるからである。

実施形態の金属箔の成形方法においては、つぎに図２のように、熱板１０に金属箔ｆとしての硬質のアルミニウム箔を接触させる。
熱板１０に硬質のアルミニウム箔を接触させる方法については特に限定されないが、図示においては、矢印で示すように、熱板１０の空気穴１１を通じて熱板１０とメス型２０との間の空間からエアを排出し、それにより生じる吸引力で硬質のアルミニウム箔を熱板１０へと吸着させている。このようにすることで、別途治具を用いて硬質のアルミニウム箔を熱板１０に接触させる必要がなく、効率的である。
金属箔ｆとしての硬質のアルミニウム箔は、熱板１０に接触して加熱されることにより、軟化処理が施される。
従来のようなロール状ないしコイル状に巻き回された状態での加熱に比べて、フラットなシート状のまま加熱されているため、熱が十分かつ均一に伝わりやすく、軟化処理の確実性が増している。

実施形態の金属箔の成形方法においては、つぎに図３のように、熱板１０とメス型２０と接近させて、熱板１０の硬質のアルミニウム箔が接触する側の面（下面）と、メス型２０の成形面２１が形成された面（上面）とを重ね合わせる。
熱板１０とメス型２０との接近の態様は特に限定されないが、熱板１０を下降させるか、メス型２０を上昇させるか、両者を組み合わせることによる。
これにより、金属箔ｆとしての硬質のアルミニウム箔は、熱板１０とメス型２０とに挟み込まれる。なお、この状態においても硬質のアルミニウム箔は熱板１０と接触したままであるため、加熱にともなう軟化処理は継続していることになる。

ここで、熱板１０の温度、すなわち硬質のアルミニウム箔の軟化処理における加熱温度は、特に限定されないが、３００℃〜５００℃が好ましい。３００℃を下回ると、加熱温度が低すぎて軟化が不十分になるおそれがあり、５００℃を上回ると、加熱温度が高すぎてアルミニウムの融点に近くなるため、箔が溶融等したり、熱板１０に焼き付いたりする恐れがあるからである。
また、硬質のアルミニウム箔の軟化処理における熱板１０との接触時間は、特に限定されないが１秒〜１０秒が好ましい。１秒を下回ると、短すぎて加熱が十分におこなわれないおそれがあり、１０秒を上回ると、長すぎて箔に不要な熱ダメージを与えてしまい、析出物の分散状態などに悪影響を及ぼす可能性があり、また長すぎて生産効率が低下するからである。

実施形態の金属箔の成形方法においては、さらに図４の矢印で示すように、熱板１０の空気穴１１を通じて熱板１０とメス型２０との間の空間に高圧のエアを供給し、その噴射により生じる空圧で硬質のアルミニウム箔をメス型２０の成形面２１へと押し付ける。
このような圧空方式により、硬質のアルミニウム箔にはメス型２０の成形面２１に形成された容器の形状が転写され、深絞り成形が実現できる。
図３の状態から図４の状態への移行は、通常はほとんど時間的な間隔をおくことなく実行される。すなわち、硬質のアルミニウム箔の軟化処理とほとんど同時に、深絞り成形がおこなわれることになるため、成形の精度が向上し、また成形に要する時間が短縮化される。

実施形態の金属箔の成形方法においては、さらに図５のように、熱板１０とメス型２０とを離反させて、メス型２０の成形面２１の上方を開放し、成形面２１において深絞り成形された硬質のアルミニウム箔を取り出しやすくする。
熱板１０とメス型２０との離反の態様は特に限定されないが、熱板１０を上昇させるか、メス型２０を下降させるか、両者を組み合わせることによる。

実施形態の金属箔の成形方法においては、最後に図６のように、金属箔ｆとしての硬質のアルミニウム箔から成形された成形容器３０を、適宜カッタ２２により外縁をカットするなどしたうえで、メス型２０から離型する。離型の態様は特に限定されないが、メス型２０にも図示省略の空気穴を設け、その空気穴からのエアの噴射により離型させることが例示できる。

以上のような工程を終えると、上述の公知のフィード機構などを用いて、後続の金属箔ｆとしての硬質のアルミニウム箔が成形装置の熱板１０とメス型２０との間に送り込まれる。そして、以上のような工程が繰り返されることで、順次成形されてゆく。

このようにして実施形態のアルミニウム箔の成形容器３０が作製される。成形容器３０の構造は特に限定されないが、図６のように、少なくとも底壁３１、底壁３１の周縁から立ち上がる周壁３２を有し、周壁３２の上縁から水平に広がるフランジ３３を有するものが例示できる。成形容器の平面視形状についても特に限定されないが、底壁が円形、楕円形、多角形のものが例示できる。

以下、本発明の実施例および比較例を挙げて、本発明を一層明確にする。

実施例１〜１４として、以下の組成からなる合金１により形成された厚みの異なるアルミニウム箔を準備し、熱板の温度、熱板との接触時間を違えて、図１〜図６に示す本実施形態の成形方法に準じた成形方法により成形容器を作製した。
（合金１の組成）Ｍｎ：１．０質量％、Ｓｉ：０．８２質量％、Ｆｅ：０．８８質量％、Ｃｕ：０．１９質量％、Ｍｇ：０．０００１質量％、Ｃｒ：０．００２質量％、Ｔｉ：０．０１質量％、残部がＡｌ
ここで、Ｃｒ、Ｔｉについては、不可避不純物として含まれているものである。
また比較例１〜４として、合金１により形成された幅５００ｍｍ、長さ５０００ｍのコイル状に巻回されたアルミニウム箔を準備し、非特許文献１に示された軟化処理に準じて軟化炉により３５０℃の温度下で５０時間の加熱をして、軟化処理をおこなったうえで、従来の金型プレス成形法により実施例と同形同寸法の成形容器を作製した。

これらの成形容器につき、成形性の評価、表面状態の評価、およびＩＨ調理器による加熱調理性の評価をおこなった。なお、比較例１〜４においては、巻回されたコイルの巻芯部（内周部）、巻外部（外周部）、巻中部（中間部）の複数の位置について評価をおこなっている。
ここで成形性については、皺、破れ、穴が発生していなければ○、皺等が発生していても使用に差支えなければ△、穴等が発生していて使用に障害があれば×と評価した。
また表面状態については、表面に光沢がありすじが発生していなければ〇、すじ等が発生していても使用に差支えなければ△、大きなすじ等が発生していて使用に障害があれば×と評価した。
ＩＨ調理器による加熱調理性の評価については、成形容器に１００ｃｃの水を収容し、ＩＨ調理器（三菱電機ホーム機器株式会社製品番ＣＳ−Ｇ３２０５ＢＤＳ）の出力を中にして加熱した場合に、３０秒以内に沸騰したら◎、６０秒以内に沸騰したら〇、それ以外は×と評価した。
実施例１〜１４については結果を表１に、比較例１〜４については結果を表２に、それぞれ示す。

さらに実施例１５〜１８として、以下の組成からなる合金２により形成された厚みの異なるアルミニウム箔を準備し、熱板の温度、熱板との接触時間を違えて、図１〜図６に示す本実施形態の成形方法に準じた成形方法により成形容器を作製した。
（合金２の組成）Ｍｎ：０．７質量％、Ｓｉ：０．５０質量％、Ｆｅ：０．７２質量％、Ｃｕ：０．１５質量％、Ｍｇ：０．０００１質量％、Ｃｒ：０．００２質量％、Ｔｉ：０．０１質量％、残部がＡｌ
ここで、Ｃｒ、Ｔｉについては、不可避不純物として含まれているものである。
これらの成形容器につき、上記したのと同一の基準により、成形性の評価、および表面状態の評価をおこなった。
結果を表３に示す。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。

１０熱板
１１空気穴
２０メス型
２１成形面
２２カッタ
３０成形容器
３１底壁
３２周壁
３３フランジ
ｆ金属箔

Claims

厚み方向に貫通する空気穴が設けられた熱板、前記熱板の板面に対向する凹状の成形面が設けられたメス型(発熱する場合を除く)、および前記熱板と前記メス型の間に配置可能な金属箔を準備する工程と、
前記金属箔を前記メス型と離間した状態で前記熱板に接触させその熱により軟質処理する工程と、
前記熱板の前記金属箔が接触する側の面をメス型の成形面に重ね合わせる工程と、
前記熱板の空気穴を通じて前記メス型に向けて高圧のエアを噴射し、前記金属箔を前記メス型の成形面に押し付けることで、前記金属箔が深絞り成形される工程とを少なくとも備えた、金属箔の成形方法。
前記金属箔は硬質のアルミニウム箔である請求項１に記載の金属箔の成形方法。
前記金属箔としての硬質のアルミニウム箔を軟質処理する工程における、
熱板の温度が、３００℃から５００℃であり、
前記熱板と前記アルミニウム箔の接触時間が、１秒から１０秒であり、
前記アルミニウム箔の厚みが、３０μｍから２００μｍである請求項２に記載の金属箔の成形方法。
前記金属箔としての硬質のアルミニウム箔の組成が０．８質量％以上３．０質量％以下のマンガンと、０．１質量％以上０．９質量％以下のシリコンと、０．１質量％以上１．０質量％以下の鉄と、０．０５質量％以上０．２質量％以下の銅と、０．０００００１質量％以上０．０１質量％以下のマグネシウムとを含み、残部がアルミニウムである請求項２または３に記載の金属箔の成形方法。
前記金属箔を前記メス型と離間した状態で前記熱板に接触させその熱により軟質処理する工程は、
前記熱板に設けられた空気穴を通じた吸引力により前記金属箔を前記熱板に吸着させることによりおこなわれる、請求項１から４のいずれかに記載の金属箔の成形方法。
前記熱板の空気穴を通じて前記メス型に向けて高圧のエアを噴射し、前記金属箔を前記メス型の成形面に押し付けることで、前記金属箔が深絞り成形される工程に次いで、
前記メス型に設けられた空気穴からのエア噴射により、前記深絞り成形された金属箔を離型する工程をさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の金属箔の成形方法。
前記メス型の成形面は、容器の形状に窪んでおり、
前記金属箔が深絞り成形されることで、金属箔成形容器が作製される、
請求項１から６のいずれかに記載の金属箔の成形方法。