(57)【要約】【課題】被覆層がワレ等によって損傷することを防止することができる積層体の形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】金属板材５の表面に被覆層６を設けた積層体４を凹形状または凸形状に絞り加工する成形方法である。穴部１ａを有するダイ１とストリッパー３との間に積層体４を挟んで押えつける第１工程と、パンチ２を加熱するとともにダイ１の穴部１ａに向かって接近させて、パンチ２と積層体４とを接触させる第２工程と、パンチ２をダイ１の穴部１ａに向かって押し込んで、積層体４に角部７および側壁部９を形成するとともに、パンチ２の熱を伝達して角部７を昇温しつつ、側壁部９の昇温を抑制する第３工程と、を備える。【選択図】図１Ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板材の表面に被覆層を設けた積層体を凹形状または凸形状に絞り加工する成形方法であって、
穴部を有するダイとストリッパーとの間に前記積層体を挟んで押えつける第１工程と、
パンチを加熱するとともにダイの穴部に向かって接近させて、前記パンチと前記積層体とを接触させる第２工程と、
前記パンチを前記ダイの穴部に向かって押し込んで、前記積層体に角部および側壁部を形成するとともに、前記パンチの熱を伝達して前記角部を昇温しつつ、前記側壁部の昇温を抑制する第３工程と、を備える
ことを特徴とする積層体の成形方法。
【請求項２】
前記積層体の被覆層が設けられている面を前記ダイに接触させ、前記積層体の被覆層が設けられていない面を前記パンチに接触させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の積層体の成形方法。
【請求項３】
前記パンチの先端に設けられた加熱部によって、前記パンチを加熱する
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の積層体の成形方法。
【請求項４】
前記パンチのうち側壁部と接触する部分に、断熱材が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の積層体の成形方法。
【請求項５】
前記被覆層は、
前記金属板材と前記被覆層とを密着させる接着層と、
前記積層体に意匠性を付加する着色層と、
前記着色層を保護するハードコート層と、を含む
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の積層体の成形方法。
【請求項６】
前記ダイの穴部に設けられた冷却部によって、前記積層体の側壁部を冷却する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の積層体の成形方法。
【請求項７】
前記パンチに設けられた冷却部によって、前記積層体の側壁部を冷却する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の積層体の成形方法。
【請求項８】
前記第３工程において積層体の側壁部となる箇所を、前記ストリッパーに設けられた冷却部によって予め冷却しておく
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の積層体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板材の表面に被覆層を設けた積層体の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属板材を、凹形状または凸形状に絞り加工する方法として、一般的には金型によるプレス加工が用いられる。しかしながら、金属板材に有機材などの被覆層がバリヤー材や保護材などとして設けられた積層体においては、被覆層の伸び性が低い場合、プレス時に被覆層が伸ばされて、被覆層のワレ、白化、膜剥がれ、といった損傷が生じる。これにより、被覆層のバリヤー性が極度に低下したり、金属板材の耐久性、強度等が低下したりするといった問題がある。
【０００３】
これらの問題を解決するために、特許文献１、２に示すような方法が開示されている。図７Ａおよび図７Ｂは特許文献１に、図８は特許文献２にそれぞれ記載された積層体の加工方法を示したものである。
【０００４】
特許文献１は、表面に被覆層が設けられた缶の製造方法であって、まず、積層体１０１の環状帯部１０２を加熱し、次いで絞り加工を行い、次いでその絞り加工によって形成された側壁部１０３を加熱し、次いで再絞り加工を行うことで、被覆層に損傷のない缶を製造する成形方法を開示している。
【０００５】
特許文献２は、アルミニウム箔１０４の深絞り加工方法であって、従来複数回の絞り加工で成形していた工程に代えて、ダイ１０５とシワ押えプレート１０６に挟まれたフランジ部１０７を、被覆層の融点以下で、かつ、加工によって形成される側壁部１０８より２０℃高い温度に加熱したうえで絞り加工を行うことで、被覆層の損傷なく、一回の絞り加工で成形品を形成する成形方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１１８１２１号公報
【特許文献２】特開平６−３０５００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の方法においては、例えば、接着層を有する被覆層においては、加熱によって被覆層と金属板材との密着性は低下する。そのため、絞り加工において、プレス方向に対してほぼ平行な側壁部では、加熱された被覆層の密着力を絞り加工時の側壁部へかかる応力が上回り、被覆層のワレ等の損傷へと繋がる。
【０００８】
また、前記従来の方法においては、常温における被覆層の伸び性がある程度よいことを前提としている。そのため、例えば、硬度の高いハードコート層を有する被覆層において、そのハードコート層の伸び性が低いため、伸びが発生する部分を昇温して柔らかくしておかないと、被覆層にワレ等の損傷が生じるといった課題がある。
【０００９】
本発明は、被覆層がワレ等によって損傷することを防止することができる積層体の形成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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の成形方法は、金属板材の表面に被覆層を設けた積層体を凹形状または凸形状に絞り加工する成形方法であって、穴部を有するダイとストリッパーとの間に前記積層体を挟んで押えつける第１工程と、パンチを加熱するとともにダイの穴部に向かって接近させて、前記パンチと前記積層体とを接触させる第２工程と、前記パンチを前記ダイの穴部に向かって押し込んで、前記積層体に角部および側壁部を形成するとともに、前記パンチの熱を伝達して前記角部を昇温しつつ、前記側壁部の昇温を抑制する第３工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、積層体の角部を昇温することで軟らかくなり、伸び性が向上するため、積層体を絞り加工するときに被覆層がワレ等によって損傷することを防止することができる。ここで、積層体を昇温すると、金属板材と被覆層との間の密着性が低下し、また、積層体の側壁部が角部から応力を受けながら成形されるが、側壁部の昇温を抑制することよって、側壁部においては金属板材と被覆層との密着性が保たれる。これにより、被覆層のワレ等の損傷を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における積層体の成形工程を示す図である。
【図１Ｂ】同成形工程を示す図である。
【図１Ｃ】同成形工程を示す図である。
【図１Ｄ】同成形工程を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態２における積層体の成形工程を示す図である。
【図２Ｂ】同成形工程を示す図である。
【図２Ｃ】同成形工程を示す図である。
【図２Ｄ】同成形工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３における積層体の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４における積層体の成形装置の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態５における積層体の成形装置の模式図である。
【図６】本発明の実施の形態６における積層体の成形装置の模式図である。
【図７Ａ】特許文献１に記載された、積層体の成形方法を示す図である。
【図７Ｂ】特許文献１に記載された、積層体の成形方法を示す図である。
【図８】特許文献２に記載された、積層体の成形方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。図面は理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示す。また、図示された各構成要素の厚み、長さ等は図面作成の都合により実際とは異なる。なお、以下の実施の形態で示す各構成要素の形状等は一例であって、特に本発明を限定するものではなく、本発明の技術思想の範囲から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（実施の形態１）
図１Ａ〜Ｄは、本発明の実施の形態１における積層体４の絞り加工（以下、単に「成形」と称することがある。）の工程を示す。積層体４の成形に用いられる成形装置は、ダイ１と、パンチ２と、ダイ１とで積層体４を挟んで保持するストリッパー３とを備える。ダイ１は、穴部１ａを有しており、その穴部１ａとパンチ２とは一定のクリアランスを保って積層体４を挟んで対向する。積層体４は、金属板材５と、その表面に設けられた被覆層である加飾フィルム６とを含む。なお、図面において、ダイ１、パンチ２およびストリッパー３のハッチングが省略されている。
【００１４】
積層体４は、パンチ２をダイ１の穴部１ａ側に押し込むことで、積層体４の面方向が急激に変化する角部７を有する凹形状（加飾フィルムが外側）に成形される。なお、パンチ２とダイ１を上下逆に構成した場合は、凸形状（加飾フィルムが内側）に成形されるが、ここではダイ１を下に配置して凹形状を形成する場合についてのみ説明する。
【００１５】
図１Ａに示すように、積層体４の加飾フィルム６を設けている面とダイ１とが接触するようにこの積層体４をダイ１の上に置いてセットし、積層体４をストリッパー３でダイ１に押えつける。このとき、  積層体４の温度  ＜  加飾フィルム６の軟化温度  としておく。
【００１６】
次に、図１Ｂ、１Ｃに示すように、パンチ２を下ろして積層体４に接触させ、予め加熱されたパンチ２で加熱し、次にパンチ２をダイ１側に押し込んで角部７を形成する。パンチ２の加熱は、例えば、加熱源を持ったヒーター加熱、温水加熱等や、自己発熱させる電磁誘導加熱、通電加熱等によって行われる。また、パンチ２による積層体４の加熱は、パンチ２と接触している部分がパンチ２からの伝熱を受けることによって行われ、パンチ２との接触位置からダイ１との接触位置までの間は、金属板材５の熱伝導によって行われる。
【００１７】
次に、図１Ｄに示すように、さらにパンチ２をダイ１の穴部１ａ側に押し込み、プレス方向に対してほぼ平行な側壁部９を形成する。本実施の形態に係る積層体４の成形方法は、図１Ｄに示す工程において、  積層体４の角部７の温度および底面部８の温度  ≧  加飾フィルム６の軟化温度  ＞  積層体４の側壁部９の温度  とすることを特徴とする。すなわち、パンチからの熱が伝達されることによって、積層体４の角部７および底面部８が昇温される一方で、側壁部９の昇温が抑制されている。
【００１８】
図１Ｂ、１Ｃにおいて、積層体４に被覆された加飾フィルム６は軟化温度以上に昇温されることで軟らかくなり、伸び性が向上する。そのため、パンチ２やダイ１の形状に追従することができ、積層体４を凹形状に形成するときに加飾フィルム６の角部７がワレ等によって損傷することを防止することができる。
【００１９】
ここで、積層体４を昇温すると、金属板材５と加飾フィルム６との間の密着性が低下する。また、側壁部９は、角部７から応力を受けながら成形される。側壁部９の昇温を抑制することよって、側壁部９においては、金属板材５と加飾フィルム６との密着性が保たれる。これにより、  側壁部９の密着力  ≧  側壁部９が角部７から受ける応力  の関係が成立し、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止することが可能となる。
【００２０】
以上のように、図１Ａ〜１Ｄに示される工程を経て、積層体４は、加飾フィルム６がワレ等によって損傷することなく成形され、外観不良のない成形体を得ることができる。加飾フィルム６のワレ等の損傷は、積層体４の色・柄等の乱れや、保護層の機能低下等に繋がるものであり、これらを防止できる点においても効果的である。
【００２１】
ここで、パンチ２を加熱する加熱部は、パンチ２の先端に設けられることが好ましい。加熱部がパンチ２の先端に設けられることによって、パンチ２の熱が側壁部９に伝わりにくく、角部７および底面部８に伝わりやすくなる。これにより、側壁部９の昇温を抑制しつつ、角部７を昇温することができ、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止することが可能となる。
【００２２】
なお、本実施の形態は、角部７のみならず底面部８をも加飾フィルム６の軟化温度以上に昇温する態様であるが、本発明はこの態様に限定されない。すなわち、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止するためには、底面部８を加飾フィルム６の軟化温度以上に昇温する必要はなく、角部７が加飾フィルム６の軟化温度以上に昇温されればよい。
（実施の形態２）
以下に、実施の形態２について、図２Ａ〜Ｄを用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付け、詳しい説明を省略する。図２は、本発明の実施の形態２における積層体４の成形工程を示す。
【００２３】
実施の形態１は、凹形状の積層体４の角部７を昇温するとともに、側壁部９の昇温を抑制する態様である。実施の形態２は、その具体的な手段を例示する。実施の形態２では、パンチ２における、角部７を形成する箇所以外の少なくとも一部に、角部７を形成する箇所のパンチ２の材料よりも断熱性の高い材料１０（以下、断熱材と称することがある）が設けられている。これにより、角部７を形成する箇所のパンチ２の温度を高く、かつ、断熱材１０が設けられた箇所の温度を低くすることができる。
【００２４】
図２Ａ〜２Ｄにおいては、パンチ２における、成形された積層体４の底面部８および側壁部９に接触する部分に断熱材１０が設けられている。これにより、角部７は、高温状態のパンチ２によって高い温度に昇温でき、底面部８および側壁部９は、断熱材１０によってパンチ２からの伝熱が抑制されるために低い温度を維持することができる。
【００２５】
本実施の形態によれば、積層体４を成形する際に加飾フィルム６が最も伸びる角部７のみを効率よく昇温することができる。パンチ２が持つ熱量を角部７へのみ伝達することで、パンチ２が積層体４へ奪われる熱量を最小限に抑えることができ、次の成形までにおけるパンチ２の加熱に掛かる時間を短縮することができる。
【００２６】
また、積層体４に全体として伝達される熱量を抑えることができるため、側壁部９への熱伝達も抑えることができ、加飾フィルム６にワレ等の損傷を防止することが可能となる。
（実施の形態３）
実施の形態３では、積層体４の加飾フィルム６の一例を説明する。積層体４の成形工程については、実施の形態１または２と同様であるため、詳細な説明を省略する。図３は、積層体４の加飾フィルム６の層構成を示した断面図である。本実施の形態における加飾フィルム６は、金属板材５と加飾フィルム６全体を密着させる接着層１１と、意匠性を付加する着色層１２と、着色層１２を保護するハードコート層１３とを含む。
【００２７】
接着層１１、着色層１２、およびハードコート層１３の材質は、特に限定されず、例えば、ウレタン樹脂、ビニル樹脂、塩ビ樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びこれらの混合樹脂等が使用され得る。また、上記以外の樹脂を使用されても良い。
【００２８】
各層の印刷方法も、特に限定されず、例えば、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷等が挙げられる。また、各層の厚みおよび層数は、密着性、意匠表現性、保護性を考慮して変更が可能である。
【００２９】
本実施の形態における積層体４は、基材（ベースフィルムとも称される。）に前述のハードコート層１３、着色層１２、接着層１１を順番に印刷し、この基材の接着層１１側を金属板材５に接着させ、その後、これら接着層１１、着色層１２およびハードコート槽１３を基材から剥離させることで作成される。
【００３０】
一般的に、ハードコート層１３は硬度が高く積層体４を成形する時にワレ易い。実施の形態１、２のように、加飾フィルム６のうち最も伸ばされる部分である角部７（図１Ａ〜１Ｄ、２Ａ〜２Ｄ参照）を昇温しながら成形することで、ハードコート層１３が柔らかくなってその伸び性が向上し、加飾フィルム６のワレ等による損傷を防止することが可能である。
【００３１】
また、接着層１１は一般的に温度が上がると密着性が低下するが、実施の形態１、２のように、側壁部９（図１Ａ〜１Ｄ、図２Ａ〜２Ｄ参照）において昇温を抑制しながら成形することで、加飾フィルム６全体が剥がれる等の損傷を防止することが可能となる。つまり、ハードコート層１３のワレ等の損傷の防止と接着層１１の密着性の低下の防止を同時に実現することができる。
【００３２】
このように、本実施の形態における硬度の高いハードコート層１３および昇温により密着性が低下する接着層１１で構成された加飾フィルム６においても、実施の形態１、２のように、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止して、外観不良のない成形体を得ることができる。
【００３３】
なお、本発明で使用される加飾フィルムは、本実施の形態のものに限られない。例えば、加飾の必要がない被覆層の場合は、着色層１２が設けられる必要はない。また、着色層１２の保護が必要ない場合は、ハードコート層１３が設けられなくともよい。ハードコート層１３がなくとも、接着層１１の密着性の低下の防止を抑制することが可能となる。
（実施の形態４）
実施の形態４では、積層体４の成形に用いられる成形装置の好ましい態様について説明する。なお、実施の形態１、２と同様の構成には同一の符号を付け、詳しい説明を省略する。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態４における積層体４の成形装置の模式図である。なお、成形工程は、実施の形態１または２と同様であるため、成形工程の詳細な説明を省略する。実施の形態４では、ダイ１の穴部１ａにおける、成形された積層体４の側壁部９に接触する側壁に冷却部１４が設けられている。この冷却部１４を有するダイ１を用いて成形を行った場合、側壁部９は、ダイ１の穴部１ａの冷却部１４に接触し、加飾フィルム６側から冷却される。
【００３５】
冷却部１４の具体例としては、例えば、ダイ１の穴部１ａの側壁の表面付近に設けられた冷却流路が考えられる。その冷却流路に水などの冷媒を流すことによって、ダイ１の穴部１ａの側壁が冷却される。ただし、冷却部１４は、このような具体例に限られず、ダイ１の穴部１ａの側壁を冷却可能なものであればよい。
【００３６】
側壁部９は、加飾フィルム６の密着性低下を抑制するために、その昇温を抑制する必要がある。ダイ１の穴部１ａの側壁に冷却部１４が設けられることによって、側壁部９を、効率的に冷却することが可能であり、加飾フィルム６の密着性低下を効果的に抑制することができる。このときに、  側壁部９の温度  ＜  加飾フィルム６の軟化温度  となり、側壁部９における金属板材５と加飾フィルム６と間の密着性を保ち、  側壁部９の密着力  ≧  側壁部９が角部７から受ける応力  の関係が成立し、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止できる。
【００３７】
また、積層体４の角部７を形成するとき加熱が必要であるが、加熱時間を短縮するために実施の形態１、２に対して単位時間あたりの投入熱量を増やした場合でも、ダイ１の穴部１ａの冷却部１４により、側壁部９の昇温を抑制することができる。
（実施の形態５）
実施の形態５では、積層体４の成形に用いられる成形装置の好ましい別の態様について説明する。なお、実施の形態１、２、４と同様の構成には同一の符号を付け、詳しい説明を省略する。
【００３８】
図５は、本発明の実施の形態５における積層体４の成形装置の模式図である。実施の形態５における成形装置では、パンチ２における、成形された積層体４の側壁部９に接触する側壁に冷却部１５が設けられている。この冷却部１５を有するパンチ２を用いて成形を行った場合、側壁部９は、パンチ２の冷却部１５に接触し、金属板材５側から冷却される。冷却部１５の具体例としては、実施の形態４の冷却部１４と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００３９】
側壁部９は、加飾フィルム６の密着性低下を抑制するために、その昇温を抑制する必要がある。パンチ２の側壁に冷却部１５が設けられることによって、側壁部９を効率的に冷却することが可能であり、加飾フィルム６の密着性低下を効果的に抑制することが可能となる。このときに、  側壁部９の温度  ＜  加飾フィルム６の軟化温度  となり、側壁部９は密着性を保ち、  側壁部９の密着力  ≧  側壁部９が角部７から受ける応力  の関係が成立し、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止できる。
【００４０】
また、積層体４の角部７を形成するとき加熱が必要であるが、加熱時間を短縮するために実施の形態１、２に対して単位時間あたりの投入熱量を増やした場合でも、パンチ２の冷却部１５により、側壁部９の昇温を抑制することができる。
（実施の形態６）
実施の形態６では、積層体４の成形に用いられる成形装置の好ましい別の態様について説明する。実施の形態１、２、４、５と同様の構成には同一の符号を付け、詳しい説明を省略する。
【００４１】
図６は、本発明の実施の形態６における積層体４の成形装置の模式図である。実施の形態６における成形装置では、ストリッパー３の表面部分に冷却部１６が設けられている。冷却部１６の具体例としては、実施の形態４（または５）の冷却部１４（または１５）と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４２】
成形完了後に側壁部９となる部分は、成形開始前においてダイ１とストリッパー３に挟まれている。この冷却部１６を有するストリッパー３を用いて成形を行った場合、積層体４のうち成形完了後に側壁部９となる部分を金属板材５側から冷却することができる。このように、成形完了後に側壁部９となる部分を予め冷却しておくことによって、側壁部９の昇温を抑制することができ、加飾フィルム６の密着性低下を効果的に抑制することができる。これにより、側壁部９は密着性を保ち、  側壁部９の密着力  ≧  側壁部９が角部７から受ける応力  の関係が成立し、加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止することができる。
【００４３】
また、積層体４の角部７を形成するとき加熱が必要であるが、加熱時間を短縮するために実施の形態１、２に対して単位時間あたりの投入熱量を増やした場合でも、ストリッパー３の冷却部１６により、側壁部９の昇温を抑制することができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態１〜６は同時に複数を組み合わせることができる。同時に複数を組み合わせることによって、それぞれの効果を同時に奏することができ、より一層確実に加飾フィルム６のワレ等の損傷を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の積層体の成形方法は、被覆層のワレ等の損傷による外観不良なく絞り加工が可能なため、例えば、冷蔵庫、洗濯機、電子レンジ等の家電製品や、車載の内装部品等、様々な積層体の成形方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１      ダイ
２      パンチ
３      ストリッパー
４      積層体
５      金属板材
６      加飾フィルム
７      側壁部
８      底面部
９      プレス方向に対してほぼ平行な側壁部
１０    断熱材
１１    接着層
１２    着色層
１３    ハードコート層
１４    ダイの穴部の冷却部
１５    パンチの冷却部
１６    ストリッパーの冷却部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018153825.tif 000014
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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