JP7028033B2 - 複合積層板のせん断加工方法及びせん断加工装置 - Google Patents

Description

本開示は、金属層の間に樹脂層を含む複合積層板を、金属層と樹脂層との間の剥離を抑制しながらせん断加工を行うせん断加工方法及びせん断加工装置に関する。

自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等で用いる部材の製造には、せん断加工が多く利用されている。図１及び２に、従来のせん断加工の態様を模式的に示す。図１に、金属の被加工材に穴を形成するせん断加工の態様を模式的に示し、図２に、金属の被加工材に開断面を形成するせん断加工の態様を模式的に示す。

図１に示すせん断加工においては、ダイ４０の上に被加工材１０を配置し、パンチ２０を被加工材１０の板厚方向２０ａに押し込んで、被加工材１０に穴を形成する。図２に示すせん断加工においては、ダイ４０の上に被加工材１０を配置し、同じく、パンチ２０を被加工材１０の板厚方向２０ａに押し込んで、被加工材１０に開断面を形成する。

図３に、せん断加工で形成される金属の加工材１２のせん断加工面１９の断面模式図を示す。図４に、パンチ２０、ホルダー３０、及びダイ４０を用いて、金属の抜き材１１及び加工材１２を得るせん断加工の断面模式図を示す。

せん断加工面１９は、通常、図３及び４に示すように、だれ１４、１４’、せん断面１５、１５’、破断面１６、及びバリ１７、１７’によって構成される。だれ１４は、被加工材がパンチ２０で押し込まれることにより、せん断加工面１９のパンチ側表面１８ａに形成される。せん断面１５は、パンチ２０とダイ４０との間隙に被加工材が引き込まれることにより、被加工材が局所的に引き伸ばされて形成される。破断面１６は、パンチ２０とダイ４０との間隙に引き込まれた被加工材にパンチ側及びダイ側から亀裂が発生し、被加工材が破断して形成される。バリ１７は、パンチ２０とダイ４０との間隙に引き込まれた被加工材が破断して分離する際、せん断加工面１９のダイ側表面１８ｂに生じる。

このように、金属部材をせん断加工して所望の形状に打ち抜くことが行われているが、軽量化や制振性能等を付与するために、金属板の間に樹脂層を含む複合積層板が提案されている（特許文献１）。

特開平８－１１０００号公報

複合積層板は、金属層の間に樹脂層を含む積層構造を有し、材質が異なる複数の層で構成されているので、上記のようなせん断加工を行う際、金属層と樹脂層とで変形抵抗が異なり、金属層と樹脂層とに発生するひずみ量に差が生じる。

そのため、複合積層板のせん断加工面の端面近傍では、金属層の歪み量と樹脂層の歪み量との差が大きくなり、金属層と樹脂層との間で剥離が生じることがあった。

そこで、本発明者は、上記課題を解決することができる新たなせん断加工方法及びせん断加工装置を見出した。

本開示の要旨は、以下のとおりである。
（１）第１面及びその反対側の第２面を有する複合積層板を、前記第２面がダイ側に配置されるように、前記ダイ上に配置し、前記複合積層板の前記第１面から前記第２面に向かって前記複合積層板の板厚方向に、前記第１面側に配置されたパンチでせん断加工を行うせん断加工方法であって、
前記複合積層板は、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含み、
前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
前記押え部材のヤング率が、前記複合積層板の金属層のヤング率よりも小さく、
前記パンチで前記複合積層板をせん断加工し、前記せん断加工に伴う発熱によりせん断加工面における前記接着層を溶融させること、及び
少なくとも前記接着層が溶融している際に、前記押え部材を前記複合積層板に押しつけること、
を含む、せん断加工方法。
（２）前記パンチのパンチ速度は、１０ｍｍ／秒以上４０００ｍｍ／秒未満である、上記（１）に記載のせん断加工方法。
（３）前記複合積層板が備える金属層の合計厚みに対する前記複合積層板が備える樹脂層の合計厚みの比率が１．００より大きい、上記（１）または（２）に記載のせん断加工方法。
（４）前記複合積層板の全体の板厚は０．８ｍｍ以上であり、
前記接着層は、１００℃以上２２５℃以下の融点を有し、
前記樹脂層は、前記接着層の融点よりも高い融点を有し、
前記金属層の線膨張係数ηｆに対する前記樹脂層の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆが３以上である、
上記（１）～（３）のいずれかに記載のせん断加工方法。
（５）第１面及びその反対側の第２面を有する複合積層板を、前記第１面から前記第２面に向かってせん断加工をするように構成されたパンチ及びダイを有し、前記複合積層板をせん断加工して、抜き材及び加工材を得るせん断加工装置であって、
前記複合積層板が、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含み、
前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
前記押え部材のヤング率が、前記複合積層板の金属層のヤング率よりも小さい、
せん断加工装置。
（６）前記パンチは、１０ｍｍ／秒以上４０００ｍｍ／秒未満のパンチ速度でせん断加工するように構成されている、上記（５）に記載のせん断加工装置。
（７）前記複合積層板が備える金属層の合計厚みに対する前記複合積層板が備える樹脂層の合計厚みの比率が１．００より大きい、上記（４）に記載のせん断加工装置。
（８）前記複合積層板の全体の板厚が０．８ｍｍ以上であり、
前記接着層は、１００℃以上２２５℃以下の融点を有し、
前記樹脂層は、前記接着層の融点よりも高い融点を有し、
前記金属層の線膨張係数ηｆに対する前記樹脂層の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆが３以上である、
上記（５）～（７）のいずれかに記載のせん断加工装置。

本開示によれば、金属層と樹脂層との間で剥離を生じさせずに、複合積層板をせん断加工することができる。

図１は、被加工材に穴を形成するせん断加工の態様を示す断面模式図である。 図２は、被加工材に開断面を形成するせん断加工の態様を示す断面模式図である。 図３は、被加工材のせん断加工面の断面模式図である。 図４は、抜き材及び加工材を得るせん断加工の断面模式図である。 図５は、複合積層板をせん断加工したときの金属層と樹脂層との間の剥離状態を表す断面模式図である。 図６は、本開示の方法で複合積層板をせん断加工したときの金属層と樹脂層との間の接着状態を表す断面模式図である。 図７は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図８は、本開示のせん断加工方法における破断面形成時の断面模式図である。 図９は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図１０は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図１１は、本開示のせん断加工方法の一態様を説明する断面模式図である。 図１２は、５層構造を有する複合積層板の断面模式図である。 図１３は、内板を配置して外板の複合積層板をヘミング加工したときの断面模式図である。 図１４は、図１３のヘミング加工した複合積層板を、熱処理及び冷却処理したときの断面模式図である。 図１５は、従来のハット形鋼（Ａ）及び（Ｃ）、並びに複合積層板を用いて得られた負角構造体（Ｂ）の断面形状、断面二次モーメント、占有面積（体積）、及び部材剛性の断面効率を比較する表である。 図１６は、曲げ剛性を評価する方法を説明する断面模式図である。 図１７は、曲げ剛性を表すグラフである。

複合積層板は、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含む。図５に、複合積層板をせん断加工したときの金属層と樹脂層との間の剥離状態を表す断面模式図を示す。図５においては、接着層を省略しているが、金属層５０と樹脂層７０との間を接着層が接着している。複合積層板１００を、パンチ２０、ホルダー３０、及びダイ４０を用いてせん断加工すると、金属層５０と樹脂層７０とで変形抵抗が異なるため、せん断加工面の近傍では、金属層５０の歪み量と樹脂層７０の歪み量との差が大きくなり、金属層５０と樹脂層７０との間で剥離が生じやすい。

これに対して、パンチと一体型の押え部材を設ければ、金属層及び樹脂層を含む複合積層板をせん断加工する場合でも、押え部材がせん断加工面の端部を押えながらせん断加工を行うことができるため、端面近傍における金属層と樹脂層との間の剥離を防止することができる。

本開示は、第１面及びその反対側の第２面を有する複合積層板を、前記第２面がダイ側に配置されるように、前記ダイ上に配置し、前記複合積層板の前記第１面から前記第２面に向かって前記複合積層板の板厚方向に、前記第１面側に配置されたパンチでせん断加工を行うせん断加工方法であって、前記複合積層板は、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含み、前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、前記押え部材のヤング率が、前記複合積層板の金属層のヤング率よりも小さく、前記パンチで前記複合積層板をせん断加工し、前記せん断加工に伴う発熱によりせん断加工面における前記接着剤を溶融させること、及び少なくとも前記接着剤が溶融している際に、前記押え部材を前記複合積層板に押しつけること、を含む、せん断加工方法を対象とする。

図６に、本開示の方法で複合積層板をせん断加工したときの金属層と樹脂層との間の接着状態を表す断面模式図を示す。図６においては、接着層を省略しているが、金属層５０と樹脂層７０との間を接着層が接着している。複合積層板１００を、パンチ２０の側面に接するようにパンチ２０の上部に固定された押え部材２２を備えたパンチ２０、ホルダー３０、及びダイ４０を用いてせん断加工すると、せん断加工に伴う発熱によりせん断加工面近傍の接着剤が溶融する。少なくとも接着剤が溶融している際に、パンチ２０の上部に固定され一部がパンチ２０と一体化された押え部材２２を、複合積層板に押しつける。押え部材２２が、複合積層板をパンチの刃先（側面）まで押さえることができるので、せん断加工において金属層と樹脂層との間で剥離が生じることを抑制することができる。

一般的なせん断加工速度（数百mm/秒）におけるせん断加工時のせん断加工面の発熱温度は、速度依存性はあるが、概して４００～５００℃程度である。本開示の方法においては、この発熱を活用して接着剤を溶融させ、押え部材が圧下することで金属層と樹脂層との間の剥離を防止し、あるいは剥離しても再接着させて、良好なせん断加工面を得ることができる。

以下、本開示の方法について、図面を参照しながら説明する。

本開示の方法で用いられるパンチは、パンチの側面に接するようにパンチの上部に固定された押え部材を備える。図７に、本開示の方法に用い得るパンチを含むせん断加工装置の断面模式図を示す。図７は、複合積層板に開断面を形成するせん断加工の態様を一例として示しているが、複合積層板に穴を形成する場合にも適用される。以下の説明においても同様である。

図７に示すように、せん断加工装置は、第１面１０１及びその反対側の第２面１０２を有する複合積層板１００を、第１面１０１から第２面１０２に向かってせん断加工するパンチ２０、ダイ４０、及び複合積層板１００をダイ４０との間で保持するホルダー３０を有する。ホルダー３０は、弾性体３１を備えてもよい。図７にはホルダー３０を示しているが、本方法においては押え部材を用いるので、ホルダー３０は任意構成であり、以下の説明において特に断りがない限り同様である。

図７に示すせん断加工においては、第１面１０１及びその反対側の第２面１０２を有する複合積層板１００を、第１面がパンチ２０側に配置され、第２面１０２がダイ４０側に配置されるように、ダイ４０とパンチ２０との間に配置する。パンチ２０が、複合積層板１００の第１面１０１から第２面１０２に向かって複合積層板１００を打ち抜くことで、抜き材及び加工材を得ることができる。ホルダー３０は、パンチ２０による打ち抜きの際、複合積層板１００を、第１面１０１側からダイ４０側に向かう方向に抑えつけ、複合積層板１００を固定することができる。

パンチ２０は、上部が拡がったＴ字またはＬ字形状を有し、パンチ２０の側面に接するようにパンチ２０の上部２１に保持された押え部材２２を備える。押え部材２２は、パンチ２０の上部２１のみに固定され、パンチ２０の側面には実質的に固定されていない。そのため、パンチ２０が複合積層板１００の板厚方向に押し込まれるとともに、押え部材２２が複合積層板１００の第１面１０１に押しつけられ、変形することによって、パンチ２０の側面に接しながら複合積層板１００の板厚方向（せん断加工方向）にパンチ２０とは別個に動くことができる。言い換えれば、押え部材２２は変形にともない、パンチ２０の側面に対して摺動することができる。ただし、押え部材２２がパンチ２０の側面に接しながら複合積層板１００の板厚方向（せん断加工方向）にパンチ２０とは実質的に別個に動くことができる限り、押え部材２２の一部がパンチ２０の側面に固定される態様を除くものではない。

押え部材２２のパンチ２０の上部２１への固定は、接着剤等を用いた接着や、ボルトによる固定によって行うことができる。

本開示の方法においては、上部においてパンチと一体化されている押え部材によって、せん断加工によって複合積層板に形成されるだれの先端まで押さえることができる。少なくとも接着剤が溶融している際に、押え部材がだれを押さえることができるため、せん断加工面近傍における金属層と樹脂層との間の剥離を防止、または剥離しても再接着することができる。

図８に、本開示のせん断加工方法における破断面形成時の断面模式図を示す。破線は、亀裂が発生して破断面１６が形成される状態を示している。図８は、せん断加工中の破断面１６の形成時に、押え部材２２を複合積層板１００の第１面１０１に押しつけながら、せん断加工を行う態様を例示する。押え部材２２とダイ４０との間で複合積層板１００のだれ１４の先端まで押さえ込むことによって、せん断加工面の近傍における金属層と樹脂層との間の剥離を防止、または剥離しても再接着することができる。

押え部材のヤング率は、金属層のヤング率よりも小さく、好ましくは複合積層板のヤング率よりも小さい。このようなヤング率を有する押え部材を用いることによって、図８に示すように、押え部材を複合積層板の第１面に押しつける際に押え部材が変形して、押え部材２２がだれ１４を押さえることができる。

押え部材に用いられる材料のヤング率は、複合積層板のヤング率の好ましくは６０％以下、より好ましくは３０％以下、さらに好ましくは１％以下である。押え部材が上記範囲のヤング率を有することにより、押え部材が複合積層板のだれの先端までより良好に抑えることができ、せん断加工面の近傍における金属層と樹脂層との間の剥離をより安定して防止、または剥離してもより安定して再接着することができる。

押え部材に用いられる材料のヤング率の下限は、好ましくは０．１ＭＰａ以上である。この範囲のヤング率を有する押え部材であれば、せん断加工面の近傍における金属層と樹脂層との間の剥離を十分に防止、または剥離しても十分に再接着することができる。

押え部材は、金属、合金、セラミックス、及び樹脂から選択される少なくとも１つの材料であることができる。押え部材は、好ましくは樹脂である。

例えば、押え部材に用いられ得る金属材料は、銅（ヤング率：１３０ＧＰａ）、アルミニウム（ヤング率：７１ＧＰａ）等の柔らかい金属であることができる。

押え部材に用いられ得る合金材料は、アルミニウム合金（ヤング率：６８ＧＰａ）、黄銅（ヤング率：１００ＧＰａ）等であることができる。

押え部材に用いられ得るセラミックス材料は、ステアタイト（ヤング率：１２０ＧＰａＧＰａ）等であることができる。

押え部材に用いられ得る樹脂材料は、ポリウレタン（ヤング率：５０ＭＰａ）、エチレンゴム（ヤング率：約２～４ＭＰａ）、フッ素ゴム（ヤング率：約３～５ＭＰａ）等であることができる。押え部材は、好ましくはポリウレタンである。

押え部材は、複数の材料の組み合わせで構成されてもよい。押え部材は、例えば樹脂のみで構成されてもよいし、樹脂と金属、合金、セラミックス、ばね、またはダンパーとの組み合わせで構成されてもよい。例えば、樹脂だけでは荷重が不十分の場合、金属等のより大きなヤング率の材料と組み合わせてもよい。押え部材が複数の材料から構成されている場合、押え部材のヤング率は、押え部材全体のヤング率である。複合積層板のヤング率は、複合積層板全体のヤング率である。

図９に例示するように、押え部材２２は、先端部に比較的ヤング率が小さい樹脂２２１を備え、パンチ２０の上部２１に保持される側に比較的ヤング率が大きい材料、ばね、またはダンパー２２２を備えてもよい。また、押え部材２２は、先端部に比較的ヤング率が大きい樹脂を備え、パンチ２０の上部２１に保持される側にばねまたはダンパーを備えてもよい。

パンチ速度は、好ましくは１０ｍｍ／秒以上、より好ましくは１００ｍｍ／秒以上である。上記範囲のパンチ速度でせん断加工を行うことにより、せん断加工面を約４００～５００℃以上に発熱させて接着剤を溶融させて、金属層と樹脂層との間の剥離をより安定して防止、または剥離してもより安定して再接着することができる。例えば、金属層の厚みに対して樹脂層の厚みの比率が大きい場合、例えば前記比率が１．５以上の場合でも、上記範囲のパンチ速度でせん断加工を行うことにより、金属層と樹脂層との間の剥離を安定して防止、または剥離しても安定して再接着することができる。パンチ速度が速すぎると、ブランキングラインのずれが発生し得るので、パンチ速度の上限は、好ましくは４０００ｍｍ／秒未満、より好ましくは２０００ｍｍ／秒以下、さらに好ましくは１０００ｍｍ／秒以下、さらにより好ましくは５００ｍｍ／秒以下である。

パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの、複合積層板の第２面から第１面に向かう板厚方向の距離Ｈは、接着剤が溶融している際に押え部材が複合積層板を押さえることができる範囲であればよい。図１０に、せん断加工前のパンチの先端部と押え部材の先端部との相対位置を表す断面模式図を示す。

距離Ｈは、実質的にゼロ、またはマイナスであってもよい。すなわち、せん断加工を行う際に、パンチが複合積層板に接するのと実質的に同時に押え部材も複合積層板に接するか、または押え部材が複合積層板に接した後にパンチが複合積層板に接してもよい。距離Ｈがこのような範囲であることにより、複合積層板がせん断加工される全行程で、押え部材が変形しながら複合積層板を押さえることができる。

距離Ｈは、好ましくは、複合積層板の板厚の６０％以上１００％以下である。距離Ｈが、この範囲内であることにより、押え部材が複合積層板を押し過ぎないように且つ接着剤が溶融している際に押え部材が複合積層板を安定して押さえることができる。

複合積層板の板厚方向に対して垂直方向の押え部材の寸法Ｗは、パンチの刃先周囲の複合積層板を押さえることができれば特に限定されないが、例えば１～５ｍｍであることができる。

押え部材は、好ましくは、先端部においてパンチの刃先（側面）に向かって高さが増加する傾斜部を有する。図１１に、せん断加工前のパンチと押え部材の断面模式図を示す。せん断加工において、複合積層板にはだれが形成されるが、図１１に示すように、押え部材２２が、先端部においてパンチ２０の刃先（側面）に向かって長さが増加する傾斜部２２３を有する場合、傾斜部２２３が、複合積層板のだれ形成による隙間を埋めることができるので、より効果的に押え部材で複合積層板を押さえることができる。

ダイは、パンチが備える押え部材と同様の押え部材を、ダイの側面に接する位置に備えてもよい。ダイが押え部材を備えることによって、複合積層板のせん断加工時に複合積層板の第２面を押さえ、複合積層板の倒れを抑制することができるので、金属層と樹脂層との間の剥離をより安定して抑制することができる。ただし、抜き材の排出工程が複雑になるので、ダイは、好ましくは、押え部材を備えない。

パンチとダイとの間のクリアランスは特に限定されないが、例えば、パンチとダイとの間のクリアランスは、複合積層板の板厚の５～１５％程度であることができる。

ホルダーを用いる場合、ホルダーの配置位置は特に限定されず、従来と同様の位置に配置することができる。例えば、複合積層板の板厚方向に対して垂直方向におけるホルダーとパンチの側面（刃先）との間隔は約２～６ｍｍであり、押え部材とホルダーとの間隔は約０．５～３ｍｍであることができる。

本開示の方法に用いられる複合積層板は、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含む。複合積層板に含まれる層数は特に限定されるものではなく、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含む限り、複合積層板は所望の構成を有することができる。

例えば、図１２の断面模式図に示すように、複合積層板１００は、金属層５０／接着層６０／樹脂層７０／接着層６０／金属層５０の５層構造を有してもよく、この５層構造に金属層、接着層、及び樹脂層のうち少なくとも１層をさらに加えた構造を有してもよく、あるいは、線材を用いて網状に形成した網状の線材層をさらに含んでもよい。例えば、複合積層板は、金属層／接着層／網状の線材層／樹脂層／網状の線材層／接着層／金属層の７層構造を有してもよい。複合積層板は、好ましくは、金属層／接着層／樹脂層／接着層／金属層の５層構造を有する。

好ましくは、複合積層板の全体の板厚は０．８ｍｍ以上であり、接着層は、１００℃以上２２５℃以下の融点を有し、樹脂層は、接着層の融点よりも高い融点を有し、金属層の線膨張係数ηｆに対する樹脂層の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆは３以上である。これにより、複合積層板は軽量であり且つ良好な曲げ剛性を有し、さらには、この複合積層板を用いれば、複雑な工程や特別な金型を要せずに、密着性の良いかしめ継ぎ手を得ること、及び負角成形を容易に行うことができる。

複合積層板の全体の板厚は、０．８ｍｍ以上、好ましくは１．０ｍｍ以上、より好ましくは１．２ｍｍ以上、さらに好ましくは１．４ｍｍ以上である。複合積層板が上記範囲の板厚を有することにより、曲げ剛性を確保して外板の高級感を高めることができる。複合積層板の全体の板厚の上限は、特に限定されないが、例えば２．３ｍｍであることができる。

曲げ剛性は、素材の弾性係数と形状の断面２次モーメントＩの積で表わされる。弾性係数は素材固有の値であり、断面２次モーメントＩは以下の式：
Ｉ＝ｂ×ｔ^３／１２
（式中、ｂは幅であり、ｔは板厚である）
で表され、板厚の３乗に比例する。

複合積層板が備える金属層の合計厚みは、好ましくは０．０３～０．４０ｍｍ、より好ましくは０．０５～０．２０ｍｍ、さらに好ましくは０．０７～０．１５ｍｍである。

複合積層板が備える樹脂層の合計厚みは、好ましくは０．０６～０．８０ｍｍ、より好ましくは０．１０～０．５０ｍｍ、さらに好ましくは０．１４～０．３０ｍｍである。

金属層及び樹脂層が上記範囲の厚みを有することにより、複合積層板の軽量化及び曲げ剛性をより向上することができる。

複合積層板が備える樹脂層の合計厚み／複合積層板が備える金属層の合計厚みの比率は、好ましくは１．００より大きく６．００以下、より好ましくは１．５０以上５．５０以下、より好ましくは１．７５以上５．００以下、さらに好ましくは２．００以上４．００以下である。

金属層及び樹脂層が、上記樹脂層の厚み／金属層の厚みの比率を有することにより、複合積層板のさらなる軽量化及び曲げ剛性のさらなる向上を図ることができ、より優れた密着性を有するかしめ継ぎ手を得ること、及びより容易に負角形成を行うことが可能となる。また、上記樹脂層の厚み／金属層の厚みの比率が２以上の場合、樹脂層が厚いため、せん断加工時に金属層と樹脂層との界面で剥離がさらに生じやすくなるが、本開示の方法によれば、金属層と樹脂層との界面における剥離を抑制することができる。

接着層は接着剤で構成され、接着剤は、１００℃以上２２５℃以下の融点を有する。接着剤は、好ましくは１８０℃以下、より好ましくは１７０℃以下、さらに好ましくは１６０℃以下の融点を有する。

接着剤は、好ましくは、熱圧着型変性ポリプロピレン接着剤、熱可塑性樹脂系接着剤、エラストマー系接着剤、及び無機系接着剤のうち少なくとも１つである。熱圧着型変性ポリプロピレン接着剤は約１６０℃～１７０℃の融点を有し得る。

一般に、自動車の外板を作製する際、外板に接するように外板の端部に沿って内板を配置し、外板が内側に配置される内板に密着するように外板にヘミング加工が行われ、かしめ継ぎ手を形成して外板を内板に密着させる。さらに、かしめ継ぎ手を有する外板に、１００～２２５℃、特に１７０～１８０℃で２０～３０分間、焼付け塗装処理（ＢＨ処理）が行われる。プレス加工またはフランジ加工を行って溝形構造体またはハット形構造体を成形する場合も、同様のＢＨ処理が行われ得る。

接着層の接着剤が上記範囲の融点を有することにより、加熱を伴うＢＨ処理工程で、接着剤の流動性を高めて、ヘミング加工またはプレス加工の際に金属層と樹脂層との間に発生した応力を緩和し、その後の冷却過程で、外力無しに、ヘミング加工またはプレス加工で形成した曲げ角度をさらに閉じることができるので、良好な密着性を有するかしめ継ぎ手を得ることができ、または容易に負角構造体を得ることができる。

樹脂層は樹脂で構成される。樹脂層の樹脂は、接着層の接着剤の融点よりも高い融点、好ましくは接着層の接着剤の融点＋２０℃以上の融点を有する。樹脂層の樹脂は、好ましくは熱可塑性である。樹脂層の樹脂はまた、好ましくは２２５℃超、より好ましくは２５０℃以上、さらに好ましくは２７０℃以上、さらにより好ましくは２９０℃以上の融点を有する。樹脂層の樹脂が、上記範囲の融点を有することにより、熱処理において樹脂層が溶融することをより確実に防止することができる。

樹脂層の樹脂は、好ましくは、ポリアミド６（ＰＡ６）、アセチルセルロース、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、及びポリアミドイミドのうち少なくとも１つである。ポリアミド６（ＰＡ６）は約２２５℃の融点、アセチルセルロースは約２３０℃の融点、ポリブチレンテレフタレートは約２４５℃の融点、ポリアミド６６（ＰＡ６６）は約２６５℃の融点、ポリエチレンテレフタレートは約２５５℃の融点、ポリフェニレンスルファイドは約２９０℃の融点、ポリアミドイミドは約３００℃の融点を有し得る。

図１３に、内板８０を配置して外板の複合積層板１００をヘミング加工したときの断面模式図を示す。図１４に、図１３のヘミング加工した複合積層板１００を、上記所定の温度で熱処理し、次いで１００℃未満に冷却処理したときの断面模式図を示す。図１３に示すように、ヘミング加工後はスプリングバックが起こるため、複合積層板のかしめ継ぎ手の曲げ角度が開いて、外板と内板との密着性が低下する。複合積層板をヘミング加工後に上記所定の熱処理及び冷却処理を行うことにより、図１４に示すように、かしめ継ぎ手の曲げ角度が閉じるために、密着性の高いかしめ継ぎ手を得ることができる。

ヘミング加工は、プレス曲げ、ローラーヘム等の従来方法により行うことができる。外板は、ヘミング加工された後、密着性確保のためにシーラー塗布され得る。

理論に束縛されるものではないが、熱処理及び冷却処理により曲げ角度が閉じる方向に変形する理由は次のように考えられる。

複合積層板から得られたかしめ継ぎ手または溝形構造体若しくはハット形構造体の熱処理過程で、金属層と樹脂層との間の線膨張係数差に起因する熱歪みが発生する。ここで、接着剤の（融点－２０℃）以上の温度で熱処理を行うと、接着剤が軟化または溶融するため、金属層と樹脂層との間の接着力が低下して金属層と樹脂層との間でずれが生じ、金属層と樹脂層との線膨張係数差に起因する熱歪みが緩和する。熱処理をした後、１００℃未満までの冷却過程で、金属層と樹脂層との間で硬化または再接着が生じ、金属層及び樹脂層は収縮し、線膨張係数差により金属層と樹脂層との間にせん断応力が発生して、曲げ角度が閉じる方向に変形すると考えられる。

１００℃未満では金属層と樹脂層との層間は固定され、熱処理の際に接着剤が軟化または溶融し金属層と樹脂層との層間がずれる必要がある。

金属層は、２２５℃超の融点を有する金属板または合金板で構成され、好ましくは鋼板、アルミニウム合金板、銅合金板、純チタン板、チタン合金板、またはマグネシウム合金板であることができる。鋼板は、好ましくは２７０～５９０ＭＰａの引張強度を有し、例えばめっき鋼板、電気めっき鋼板、ぶりき、または缶用鋼板（ＴＦＳ：ティンフリースチール）であることができる。

接着層の一層の厚みは、好ましくは０．００１～０．２００ｍｍ、より好ましくは０．０５０～０．１００ｍｍ、さらに好ましくは０．１００～０．０５０ｍｍである。接着層が上記範囲の厚みを有することにより、樹脂層と金属層とを良好に接着することができる。

外板をヘミング加工して内板とかしめ継ぎ手を形成する場合、外板を曲げた部分（フランジ部分）の内板と外板との密着性が重要である。内板は、特に限定されず、従来より用いられている金属板等であることができる。

複合積層板のヘミング加工後またはプレス加工後に、熱処理及び冷却処理を行うことにより、熱処理前よりも曲げ角度を低減することができる。熱処理前の曲げ角度に対する曲げ角度の低減角度（閉じ角度）は、好ましくは０．５５°以上、より好ましくは２．００°以上、さらに好ましくは２．３０°以上、さらにより好ましくは２．５０°以上、さらにより好ましくは２．６０°以上、さらにより好ましくは５．００°以上、さらにより好ましくは５．１０°以上である。曲げ角度の低減角度の上限は特に限定されないが、例えば２０°または１０°であることができる。

金属層の線膨張係数ηｆに対する樹脂層の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆが大きいほど、熱処理後の冷却過程での曲げ角度の閉じ角度（変化量）が大きくなり、密着性に優れたかしめ継ぎ手を得ることができ、または容易に負角構造体を得ることができる。

金属層の線膨張係数ηｆに対する樹脂層の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆは、好ましくは３以上、より好ましくは５以上、さらに好ましくは７以上である。かしめ継ぎ手を成形する場合、比率ηｐ／ηｆが大きいほど、熱処理後の冷却過程での曲げ角度の閉じ角度（変化量）が大きくなり、密着性に優れたかしめ継ぎ手を得ることが可能であり、上記範囲で、工業的に必要なかしめ力を得ることができる。負角構造体を成形する場合も、比率ηｐ／ηｆが大きいほど、熱処理後の冷却過程での曲げ角度の閉じ角度（変化量）が大きくなり、複雑な工程や特別な金型を要せずに、曲げ角度がより小さい負角構造体を容易に得ることができる。曲げ角度がより小さい負角構造体は、断面２次モーメントを得るための効率がより高く、剛性がより優れている。ηｐ／ηｆの上限値は特に限定されるものではないが、例えばηｐ／ηｆを２０以下にしてもよい。

９０°曲げの場合にηｐ／ηｆが３であると、熱処理及び冷却処理により、曲げ角度の閉じ角度（変化量）は０．５５°になる。稜線開き角度の合計が１８０°以上となる部品においては、閉じ角度の合計は、１．１°になる。一般に、ヘミング加工により、内板と外板とでかしめ継ぎ手を形成する場合に必要なフランジ長さは２５ｍｍであり、面精度は±０．５ｍｍである。すなわち、面精度が低い場合は０．５ｍｍの隙間が生じ、接合不良が生じ得る。ηｐ／ηｆを３以上にすることによって、フランジ端の隙間を０．５ｍｍ（２５ｍｍ×ｓｉｎ（１．１°）＝０．５ｍｍ）狭めて、隙間を塞ぐことができる。

例えば、樹脂層の材料として好ましいポリアミド６（ＰＡ６）の線膨張係数は、５．９～１０×１０^－５／℃であり、アセチルセルロースの線膨張係数は、８～１８×１０^－５／℃であり、ポリブチレンテレフタレートの線膨張係数は、６．０～９．５×１０^－５／℃であり、ポリアミド６６（ＰＡ６６）の線膨張係数は、８～１０×１０^－５／℃であり、ポリエチレンテレフタレートの線膨張係数は、６．５×１０^－５／℃であり、ポリフェニレンスルファイドの線膨張係数は、４．９×１０^－５／℃であり、ポリアミドイミドの線膨張係数は、３．１×１０^－５／℃である。例えば、金属層の材料として好ましい鋼板の線膨張係数は、９．０～１２．８×１０^－６／℃であり、アルミニウム板の線膨張係数は、２３×１０^－６／℃であり、銅板の線膨張係数は、１７．７×１０^－６／℃である。ηｐ／ηｆが所望の比率になるように、金属層及び樹脂層の材料を選択することができる。

複合積層板は、金属板の間に接着剤を介して樹脂を挟み、熱間圧着して、作製され得る。熱間圧着は、例えば、温度を１００～２００℃に加熱しながら、０．０１～５．００ＭＰａの圧力で１．０×１０^１～１．０×１０^５秒間、プレスすることによって行われる。

上記複合積層板は、プレス加工による曲げ加工後に熱処理及び冷却処理を行うことによって曲げ角度を閉じることができるため、負角成形を容易に行うことができる。負角成形とは、９０°よりも小さい曲げ角度を有する成形部を形成することをいう。通常のプレス工法では負角構造体を成形することはできない。負角構造体を成形するには、多工程化や斜めから金型を移動させるカム工法が必要となるが、コストが高くなる。

上記複合積層板を用いて得られる負角構造体は、優れた断面二次モーメント、占有面積（体積）、及び部材剛性の断面効率を両立することができる。

図１５に、金属板を用いて従来工法で作製したハット形鋼（Ａ）、上記複合積層板を用いてハット形鋼（Ａ）と同じ断面形状のハット形鋼を従来工法で作製し、次いで熱処理及び冷却処理して作製した負角構造体（Ｂ）、及び金属板を用いてフランジ部が負角構造体（Ｂ）と同じ幅を有するようにした通常工法で作製したハット形鋼（Ｃ）の断面形状、断面二次モーメント、占有面積（体積）、及び部材剛性の断面効率の比較を示す。

断面二次モーメントについては、断面積が最も大きいハット形鋼（Ａ）が優れているが、負角構造体（Ｂ）も線長（図芯からの距離）が大きいので良好であり、ハット形鋼（Ｃ）は断面積が小さいので劣っている。

占有面積（体積）については、断面積が最も大きいハット形鋼（Ａ）が劣っており、負角構造体（Ｂ）及びハット形鋼（Ｃ）は優れている。

部材剛性の断面効率については、ハット形鋼（Ａ）及びハット形鋼（Ｃ）は不十分であるが、負角構造体（Ｂ）は優れている。

本方法において、パンチ、ダイ、及びホルダーは、上記で説明した構成以外は特に限定されず、従来と同様の材質、寸法、及び形状を有することができる。

本開示の方法はまた、第１面及びその反対側の第２面を有する複合積層板を、前記第１面から前記第２面に向かってせん断加工をするように構成されたパンチ及びダイを有し、前記複合積層板をせん断加工して、抜き材及び加工材を得るせん断加工装置であって、前記複合積層板が、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含み、前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、前記押え部材のヤング率が、前記複合積層板の金属層のヤング率よりも小さい、せん断加工装置を対象とする。

パンチは、好ましくは１０ｍｍ／秒以上、より好ましくは１００ｍｍ／秒以上のパンチ速度でせん断加工するように構成されている。上記範囲のパンチ速度でせん断加工を行うことにより、せん断加工面を約４００～５００℃以上に発熱させて樹脂層の流動応力を低下させ、第１の押え部材及び第２の押え部材で複合積層板の金属層を押し込み、複合積層板の内部の樹脂を端面から流出させて、金属層の端面を樹脂で被覆することができる。パンチ速度が速すぎると、ブランキングラインのずれが発生し得るので、パンチ速度の上限は、好ましくは４０００ｍｍ／秒未満、より好ましくは２０００ｍｍ／秒以下、さらに好ましくは１０００ｍｍ／秒以下、さらにより好ましくは５００ｍｍ／秒以下である。

その他、せん断加工方法の構成について説明した上記記載は、せん断加工装置の構成にも適用される。

（複合積層板の準備）
それぞれの板厚が０．２ｍｍで線膨張係数ηｆが１１．７×１０^－６／℃の缶用鋼板（ＴＦＳ）を２枚用意した。２枚の缶用鋼板の間に、融点が１６０℃の熱圧着型変性ポリプロピレン接着剤を介して、０．５４ｍｍの板厚、２２５℃の融点、及び８×１０^－５／℃の線膨張係数ηｐを有するポリアミド６（ＰＡ６）を挟み、１８０℃、１００００ｋｇで、１．０×１０^５秒間、熱間圧着して、板厚が１．１ｍｍの５層の複合積層板を得た。圧着後の複合積層板の縦横寸法は、４００ｍｍ×６００ｍｍであった。缶用鋼板の線膨張係数ηｆに対するポリアミド６の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆは、６．８であった。金属層の合計厚みに対する樹脂層の合計厚みの比率は１．３５であった。

（曲げ剛性の評価）
作製した複合積層板について、図１６に示す方法にしたがって、曲げ剛性を評価した。図１６は、寸法が１．１ｍｍ×３０ｍｍ×２００ｍｍの複合積層板１００を、１００ｍｍ間隔で配置したＲ５．０ｍｍの支持点の上に配置し、中央部を、Ｒ５．０ｍｍのパンチで押し込んで曲げ成形したときの曲げ剛性を測定する方法を表す。アルミニウム板及び缶用鋼板（ＴＦＳ）についても、同様に曲げ剛性を評価した。

図１７に示すように、作製した複合積層板は、０．５０ｍｍ厚の缶用鋼板（ＴＦＳ）と同等の質量で０．５０ｍｍ厚の缶用鋼板の曲げ剛性よりも大幅に高い曲げ剛性が得られた。この曲げ剛性は１．３ｍｍ厚のアルミニウム板と同等であった。このように、複合積層板は、軽量且つ高い曲げ剛性を示した。

（実施例１～６及び参考例１）
それぞれの板厚が０．２ｍｍ、線膨張係数ηｆが１１．７×１０^－６／℃、及びヤング率が２００ＧＰａのブリキ鋼板を２枚用意した。２枚のブリキ鋼板の間に、融点が１６０℃の熱圧着型変性ポリプロピレンの接着剤を介して、樹脂層として０．７ｍｍの板厚、２２５℃の融点、及び８×１０^－５／℃の線膨張係数ηｆを有するポリアミド（ＰＡ６）を挟み、１８０℃、１００００ｋｇで、１．０×１０^５秒間、熱間圧着して、板厚が１．０ｍｍの５層の複合積層板を得た。圧着後の複合積層板の縦横寸法は、４００ｍｍ×６００ｍｍであった。ブリキ鋼板の線膨張係数ηｆに対するポリアミド６の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆは、６．８であった。金属層の合計厚みに対する樹脂層の合計厚みの比率は１．７５であった。

図１０に模式的に示すように、押え部材として、外径１２．５ｍｍ、内径１０ｍｍのリング形状を有するウレタンゴム（ヤング率：５０ＭＰａ、ショアＡ硬さ：３０）を、直径１０ｍｍの打ち抜き部分を有するＴ字形状のパンチの上部に接着剤で固定した。パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの、複合積層板の第２面から第１面に向かう板厚方向の距離Ｈをゼロにした。すなわち、せん断加工を行う際に、パンチが複合積層板に接するのと実質的に同時に押え部材も複合積層板に接するようにした。ブリキ鋼板のヤング率に対するウレタンゴムのヤング率の比率は、０．０２５％であった。

パンチとダイとの間のクリアランスは、複合積層板の板厚の１０％である０．１ｍｍとした。パンチの刃先とホルダーとの板厚方向に対して垂直方向の間隔を３．０ｍｍとし、押え部材とホルダーとの板厚方向に対して垂直方向の間隔を０．５ｍｍとした。パンチ、ダイ、及びホルダーの材質は工具鋼であった。

参考例１ではパンチ速度を５ｍｍ／秒にして、実施例１～６ではパンチ速度をそれぞれ、１０ｍｍ／秒、５０ｍｍ／秒、１００ｍｍ／秒、２００ｍｍ／秒、４００ｍｍ／秒、１０００ｍｍ／秒にして、複合積層板のせん断加工によるΦ１０ｍｍの丸穴抜きを行った。

（実施例７）
金属層として、それぞれの板厚が０．４ｍｍ、線膨張係数ηｆが１１．７×１０^－６／℃、及びヤング率が２００ＧＰａのブリキ鋼板を２枚用意し、２枚のブリキ鋼板の間に、融点が１６０℃の熱圧着型変性ポリプロピレンの接着剤を介して、樹脂層として０．３ｍｍの板厚、２２５℃の融点及び８×１０^－５／℃の線膨張係数ηｆを有するポリアミド（ＰＡ６）を挟んだこと以外は、参考例１と同じ条件で複合積層板のせん断加工を行った。複合積層板が備える金属層の合計厚みに対する複合積層板が備える樹脂層の合計厚みの比率は０．３７５であった。

（比較例１）
押え部材を用いなかったこと以外は、実施例３と同じ条件で複合積層板のせん断加工を行った。

せん断加工面の端面近傍における金属層と樹脂層との間の剥離有無の観察結果を表１に示す。

１０ 被加工材
１００ 複合積層板
１０１ 複合積層板材の第１面
１０２ 複合積層板の第２面
１１ 抜き材
１２ 加工材
１４ だれ
１４’ だれ
１５ せん断面
１５’ せん断面
１６ 破断面
１７ バリ
１７’ バリ
１８ａ パンチ側表面
１８ｂ ダイ側表面
１９ せん断加工面
２０ パンチ
２０ａ 被加工材または複合積層板の板厚方向
２１ パンチの上部
２２ 押え部材
２２１ 樹脂
２２２ 比較的ヤング率が大きい材料、ばね、またはダンパー
２２３ 傾斜部
３０ ホルダー
３１ 弾性部材
４０ ダイ
５０ 金属層
６０ 接着層
７０ 樹脂層
８０ 内板
Ｈ パンチの先端部の位置から押え部材の先端部の位置までの距離

Claims (4)

1. 第１面及びその反対側の第２面を有する複合積層板を、前記第２面がダイ側に配置されるように、前記ダイ上に配置し、前記複合積層板の前記第１面から前記第２面に向かって前記複合積層板の板厚方向に、前記第１面側に配置されたパンチでせん断加工を行うせん断加工方法であって、
   前記複合積層板は、接着層を介して樹脂層を金属層で挟んだ構造を含み、
   前記パンチは、前記パンチの側面に接するように前記パンチの上部に固定された押え部材を備え、
   前記押え部材のヤング率が、前記複合積層板の金属層のヤング率よりも小さく、
   前記パンチで前記複合積層板をせん断加工し、前記せん断加工に伴う発熱によりせん断加工面における前記接着層を溶融させること、及び
   少なくとも前記接着層が溶融している際に、前記押え部材を前記複合積層板に押しつけること、
   を含む、せん断加工方法。
2. 前記パンチのパンチ速度は、１０ｍｍ／秒以上４０００ｍｍ／秒未満である、請求項１に記載のせん断加工方法。
3. 前記複合積層板が備える金属層の合計厚みに対する前記複合積層板が備える樹脂層の合計厚みの比率が１．００より大きい、請求項１または２に記載のせん断加工方法。
4. 前記複合積層板の全体の板厚は０．８ｍｍ以上であり、
   前記接着層は、１００℃以上２２５℃以下の融点を有し、
   前記樹脂層は、前記接着層の融点よりも高い融点を有し、
   前記金属層の線膨張係数ηｆに対する前記樹脂層の線膨張係数ηｐの比率ηｐ／ηｆが３以上である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のせん断加工方法。

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