JP5611257B2 - 金属ラミネートフィルム成形方法およびその成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィルム外装体を成形する金属ラミネートフィルム成形方法、およびその成形装置に関するものである。

近年、金属薄膜（アルミ、銅、鉄等）に樹脂層（ポリアミド、プリプロピレン、ＰＥＴ等）をラミネートした金属ラミネートフィルムに成形加工を施して、包装材や容器を製造することが行われている。この金属ラミネートフィルムを成形する技術は、非水系電解質二次電池用の外装体やその他の二次電池用パッケージを製造するための加工技術としても応用されている。

金属ラミネートフィルムの成形においては、フィルムを深い形状に成形する際、素材に破れや、成形部もしくは成形部周辺にうねりの小さな皺（小じわ）やうねりの大きな皺が発生する。

破れは内装された製品が外部環境と直接に接触するため、外装体としての保護機能を失うことに繋がる。また、皺は外観上の美観を損ねるだけでなく、外部環境との摩擦・温度変化等により皺に繰り返し応力が集中し、時間経過とともに疲労が蓄積することによる破壊を促す。それゆえ、破れと皺を同時に抑制する金属ラミネートフィルム成形方法が求められている。

この目的を達成するための従来工法として、図１２に示す工法がある。
図１２（ａ）は上下金型の組み合わせ後の断面図を表しており、図１３（ａ）は図１２（ａ）のＡ１−Ａ１線に沿った上型の平面図、図１３（ｂ）は図１２（ａ）のＡ２−Ａ２線に沿った下型の平面図を示す。下型であるダイ１にはダイ穴１ａが形成されている。上型は、パンチ２と皺押さえプレート４と弾性体５１で構成されている。

図１２に示す工法では、図１２（ａ）から図１２（ｂ）に示すように、被加工材料である金属ラミネートフィルム３に対し、パンチ２と対向するダイ１と、パンチ２の周囲に設けられた皺押さえプレート４と弾性体５１で金属ラミネートフィルム成形部周囲３ｂに圧力をかける。

ここで弾性体５１が金属ラミネートフィルム３に与える圧力は皺押さえプレート４の圧力より小さく、皺押さえプレート４の部分の金属ラミネートフィルム３は完全に固定される圧力に設定する。圧力を加えた金属ラミネートフィルム３に対し、ダイ１と一定クリアランスを保ったパンチ２を接近させることで、金属ラミネートフィルム３を所望の形状に成形している。ここで、弾性体５１は程よい圧力を金属ラミネートフィルム３にかけているため、成形部３ａへの材料流入を促しつつ皺の発生を押さえる役割を担っている。

特開２００２−１７８０４６号公報

しかしながら近年の製品の多様化の中、フィルム外装体に対しさらに深い成形形状、もしくは複雑な凹凸形状へ成形する工法の需要が高まっている。
前述の従来工法では成形深さの限界値が低く、深い成形形状が必要な製品の場合、破れを発生させてしまう。

また、従来工法で成形部周囲の皺（主に小じわ）を減らすことは可能だが、成形部にうねりの大きな皺が発生する。このうねりの大きな皺の発生要因は、金属ラミネートフィルムの両面に設けられている樹脂層が、成形後に成形前の長さに戻ろうとする現象（スプリングバック）に起因する。複雑な成形形状にスプリングバックが発生することで、金属薄膜と樹脂層の内部に残留応力が蓄積、ひずみ・変形となり、これが皺として観測される。

これを解決する手段として、金属ラミネートフィルムや金型の温度を上げた後に成形し、再度冷却する工法がある。この工法は金属ラミネートフィルム表面の樹脂層の分子構造が定着・塑性変形が安定化し材料のスプリングバックが改善するため、皺を抑制することが可能である。しかし、金属ラミネートフィルム全体の温度が上がるため、金属ラミネートフィルム両面の樹脂層のパンチとの摩擦係数が増加し、成形部の周囲から成形部への材料流入が阻害され、従来工法以上に破れが発生しやすくなる。

上記目的を達成するために、本発明の金属ラミネートフィルム成形方法は、加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を局所的に密閉し、その密閉空間を圧縮することにより昇温する昇温工程と、圧力をかけて形状を成形する圧気成形工程と、パンチとダイとパッドで成形し冷却するパンチ成形・冷却工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、金属ラミネートフィルムの成形時に、成形部周囲は低温状態のまま成形部のみ温度を上げることが可能となり、成形部周囲から成形部への材料流入を阻害することなく、材料の伸展性・スプリングバックを改善することができ、金属ラミネートフィルムの破れ・皺を抑制することが可能となり、内装された製品を長期にわたり保護し製品品質を向上するのみならず、外装体の美観を高めることができる。

本発明の金属ラミネートフィルム成形方法の実施に使用する実施の形態１の成形装置の断面図 同実施の形態の成形装置の成形工程図 同実施の形態の各工程における各部の圧力，温度などの状態変化図 本発明の金属ラミネートフィルム成形方法の実施に使用する実施の形態２の成形装置の断面図 （ａ）上型の平面図と（ｂ）下型の平面図 同実施の形態の成形装置の成形工程図 同実施の形態の各工程における各部の圧力，温度などの状態変化図 本発明の金属ラミネートフィルム成形方法の実施に使用する実施の形態３の成形装置の断面図 （ａ）上型の平面図と（ｂ）下型の平面図 同実施の形態の成形装置の成形工程図 同実施の形態の各工程における各部の圧力，温度などの状態変化図 従来工法の工程図 （ａ）上型の平面図と（ｂ）下型の平面図

以下、本発明の金属ラミネートフィルム成形方法を、具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の実施の形態１を示す。

この金属ラミネートフィルム成形装置は、図１に示すように、下型Ｄｏは、ダイ１と、ダイ穴１ａに設けられたパッド５とで構成されている。上型Ｕｐは、ダイ１と一定クリアランスを保って金属ラミネートフィルム（以下、原反と称す）３を挟んで対向したパンチ２と、パンチ２の周囲に取り付けられた皺押さえプレート４とで構成されている。パンチ２にはパンチ空気穴８等の空気を大気中へ逃がす構造が設けられており、例えば弁１７などで空気を逃がす構造の開閉を制御することができる。

原反３は、金属薄膜（アルミ、銅、鉄等）を中央にして、この金属薄膜の両面に樹脂層（ポリアミド、プリプロピレン、ＰＥＴ等）をラミネートし成形加工を施したものである。

なお、成形部３ａの上方には、パンチ２と皺押えプレート４と原反３で囲まれた密閉空間６が形成されている。成形部３ａの下方にダイ１とパッド５と原反３で囲まれた密閉空間７が形成されている。

ステップＳ１〜ステップＳ５は成形工程を示している。図３は、各工程における成形品の賦形率、圧力、温度の時間変化を示している。成形品の賦形率Ｆは、材料原子の全移動距離の総和／完成時の全移動距離の総和、初期形状を０％、成形品完成状態を１００％と定義する。

図３（ａ）〜（ｇ）における各グラフにおいて、横軸のｔ１〜ｔ５は、次のタイミングを示している。
ｔ１：図２のステップＳ１に示した密閉空間形成工程の完了のタイミング
ｔ２：ステップＳ２に示した昇温工程の完了のタイミング
ｔ３：ステップＳ３に示した圧気成形工程としての圧空成形工程の完了のタイミング
ｔ４：ステップＳ４に示したパンチ成形・冷却工程の完了のタイミング
ｔ５：ステップＳ５に示した復帰工程の完了のタイミング
図３（ａ）〜（ｇ）における縦軸は、
Ｐｕ：密閉空間６の圧力
Ｐｌ：密閉空間７の圧力
Ｔｍ：成形部３ａの平均温度
Ｔｕ：密閉空間６の温度
Ｔｌ：密閉空間７の温度
Ｔｐ：パンチ２，ダイ１，パッド５，皺押さえプレート４の温度
を示している。

なお、本実施形態の動作・作用によって、原反３もしくは密閉空間６，７内の空気が昇温・冷却させられる。原反３の両面の樹脂層の内、溶融温度の高い方をＴａ、低い方をＴｂ、外気温度をＴ０（ Ｔａ ＞ Ｔｂ ＞ Ｔ０ ）とした場合、原反３もしくは密閉空間６，７内の空気の温度Ｔｓが、Ｔａ ＞ Ｔｓ ＞ Ｔｂの状態を昇温状態、Ｔｓ ＝ Ｔ０の状態を冷却状態と定義する。

まず、ステップＳ１の密閉空間形成工程では、成形部３ａの上方にパンチ２と皺押えプレート４と原反３で囲まれた密閉空間６と、成形部３ａの下方にダイ１とパッド５と原反３で囲まれた密閉空間７を形成する。その際、原反３は、皺押えプレート４とダイ１より一定の圧力で加圧されている。本工程では賦形率Ｆ＝０％であり、圧力Ｐｕ＝Ｐｌ＝Ｐ０（大気圧）、温度Ｔｍ ＝ Ｔｕ ＝ Ｔｌ ＝ Ｔｐ ＝ Ｔ０（室温）であり、成形部３ａの原反３は冷却状態にある。

ステップＳ２の昇温工程では、パンチ２ａが降下するとともにパッド５ｂが上昇する動作によって、密閉空間６，７内の空気を圧縮することにより昇温し成形部３ａを昇温状態３ｅとする。原反３の両面の樹脂層の内、溶融温度の高い方をＴａ、低い方をＴｂとした場合、各密閉空間６，７の温度Ｔｕ，Ｔｌを、Ｔｕ ＝ Ｔｌ ＝ Ｔ２，Ｔａ ＞ Ｔ２ ＞ Ｔｂとなるように設定する。これにより、成形部３ａの平均温度ＴｍもＴ２まで上昇する。

ステップＳ３の圧空成形工程では、パンチ２ａの降下により密閉空間６の圧力を上昇させつつ、パッド５の動作を停止させ密閉空間７との圧力差を設けることで、予備形状に圧空成形する。密閉空間６の圧力Ｐｕ、密閉空間７の圧力Ｐｌ（Ｐｕ＞Ｐｌ）、予備成形に必要な圧力差Ｐａに対し、（Ｐｕ−Ｐｌ） ＞ Ｐａとなるように設定する。本工程により賦形率Ｆを２０％〜９０％程度とする。

ステップＳ４のパンチ成形・冷却工程では、更なるパンチ２ａの降下で、パンチ２，ダイ１，パッド５で原反３をパンチ成形する。この時、図３（ｇ）に示すように、パンチ２，ダイ１，パッド５は冷却状態（温度Ｔ０）を保持している。ゆえに、タイミングｔ３において温度Ｔ２（Ｔａ＞Ｔ２＞Ｔｂ）の昇温状態にあった原反３は、タイミングｔ４の時点で低温のパンチ２，ダイ１，パッド５に接触し、温度Ｔ０の冷却状態となる。

また、パンチ２が下死点に達すると同時に弁１７等を開放し、密閉空間６の高温・高圧状態の空気を、パンチ空気穴８を通して密閉空間６の外部に流出させる（矢印１１の方向）。この弁１７の開放動作により、原反３が冷却状態となるまでの時間を短縮している。

最後にステップＳ５の復帰工程では、弁１７等を開放したままパンチ２ｂを上昇させ、密閉空間６の空気を開放しつつパンチ２ｂを原点へ復帰させる。
以上の各工程の実施によって、成形品の破れを抑制できる。

具体的には、ステップＳ２において成形部３ａのみを局所的に昇温状態３ｅにするため、成形部３ａの材料の伸展性を向上する。
また、ステップＳ３の圧空成形によってパンチ成形前に予備形状に成形し、材料全体を引き伸ばすため、成形部３ａ内部の材料を均一に引き伸ばすことができる。

さらに、ステップＳ４のパンチ成形時にパンチ２と原反３が接触してからわずかな間は、成形部３ａが昇温状態３ｅに保たれているためパンチ２・原反３の間で高い摩擦抵抗が発生し、その摩擦力により成形部周辺から成形部への材料流入を促進することができる。加えて、成形部３ａ以外のダイ１と皺押さえプレート４間は冷却されたままであるため、摩擦抵抗が少なくなり、成形部３ａへの材料流入を促進することが可能である。

また、皺の発生に関しては、ステップＳ４において一度昇温した原反３を、パンチ成形後に、パンチ２の接触によって再度冷却することで、原反３の表面の樹脂層の分子構造が定着、塑性変形が安定化し材料のスプリングバックを改善できるため、成形部３ａでの皺を抑制することができる。

加えて、本実施形態では、パンチ２が成形部３ａの原反３に直接に接触して冷却するので、冷却時間の短縮が可能であり、成形サイクルを短くできる。
更に、金属ラミネートフィルムを昇温し成形形状の完成と同時に冷却することが可能なため、成形形状の変化（なまり）を防止し、形状のバラツキを少なくできる。

（実施の形態２）
図４〜図７は、本発明の実施の形態２を示す。
なお、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付けて説明する。

図４は金属ラミネートフィルム成形装置の断面図を表している。この図４は図５（ａ）（ｂ）に示した上型Ｕｐと下型ＤｏをＡ３−Ａ３線に沿って切断した状態を示している。
下型Ｄｏは、ダイ１と、ダイ穴１ａに設けられたパッド５とで構成されている。ダイ１には、ダイ穴１ａと外部を連通する空気逃がし用の空気穴９が、ダイ１の上面から成形深さの位置に設けられている。

上型Ｕｐは、ダイ１と一定クリアランスを保って原反３を挟んで対向したパンチ２と、パンチ２の周囲に取り付けられた皺押さえプレート４とで構成されている。パンチ２には空気穴８等の空気を大気中へ逃がす構造が設けられており、例えば弁１７などで空気を逃がす構造の開閉を制御することができる。

本構成ではパンチ２が降下することで、ダイ１上に配置された厚み５０〜５００μｍの原反３を所定の成形形状に成形する。原反３の両面の樹脂層は製品用途によって様々であるが、両面合計で全体の厚みの５％〜８０％を占める。なお、成形形状、すなわち、パンチ２の形状は５ｍｍ×５ｍｍから４００ｍｍ×４００ｍｍ程度の範囲、成形深さは０．５ｍｍから３０ｍｍの範囲である。

また、パンチ２の先端にはダイ１とパンチ２のクリアランスを成形深さで除したテーパ加工１０が施されており、製品の成形形状とパンチ２の面が一致するようになっている。
図６のステップＳ１，ステップＳ２，ステップＳ３−１，ステップＳ３−２，ステップＳ４−１，ステップＳ４−２，ステップＳ４−３，ステップＳ５は実施の形態２における金型の動作の様子を示したものである。

また、図７（ａ）〜（ｇ）は本実施形態における成形品の賦形率・圧力・温度の時間変化を示している。標記方法は実施の形態１の図３と同様である。
図７の各タイミングは、それぞれ下記のタイミングを示している。

タイミングｔ１：図６のステップＳ１に示した密閉空間形成工程の完了のタイミング
タイミングｔ２：図６のステップＳ２に示した昇温工程の完了のタイミング
タイミング“ｔ３−１”：図６のステップＳ３−１に示した圧空成形工程の完了のタイミング
タイミング“ｔ３−２”：図６のステップＳ３−２に示した圧空成形工程の完了のタイミング
タイミング“ｔ４−１”：図６のステップＳ４−１に示したパンチ成形・冷却工程の完了のタイミング
タイミング“ｔ４−２”：図６のステップＳ４−２に示したパンチ成形・冷却工程の完了のタイミング
タイミング“ｔ４−３”：図６のステップＳ４−３に示したパンチ成形・冷却工程の完了のタイミング
タイミングｔ５：図６のステップＳ５に示した復帰工程の完了のタイミング
図６と図７を用い、本実施形態の動作と、成形部３ａへの作用について詳しく説明する。

ステップＳ１の密閉空間形成工程では、まず弁１７を閉じた状態で、パンチ２が矢印２ａ方向に降下し、皺押えプレート４が矢印４ａ方向に降下し、パッド５が矢印５ｂ方向に上昇する動作によって、パンチ２と皺押さえプレート４と原反３に囲まれた密閉空間６と、ダイ１とパッド５と原反３に囲まれた密閉空間７を形成する。

ステップＳ２の昇温工程では、パンチ２が矢印２ａ方向に降下し、パッド５の矢印５ｂ方向の上昇で密閉空間６と密閉空間７を同時に同じ圧力まで圧縮する（Ｐｕ＝Ｐｌ＝Ｐ２）。このとき、圧縮を高速で行うことで周囲への熱拡散を防止することができ、断熱圧縮によって密閉空間６，７内を昇温し成形部３ａを昇温状態３ｅとする。例えば比熱比１．４の空気雰囲気下で成形する場合、１００ｍｍ×１００ｍｍ、深さ２０ｍｍの密閉空間（体積２×１０４ｍｍ^３）を２７℃（３００Ｋ）から１２７℃（４００Ｋ）に温度上昇させるためには、
「熱力学則：Ｔ［Ｋ；温度］× Ｖ［ｍｍ^３；体積］＾（γ［比熱比］−１） ＝ 一定
＝ ３９５８５．２４［Ｋ×ｍｍ^３］」算式より、圧縮率を約４９％（圧縮後の体積を９．７４×１０３ｍｍ^３）とすればよい。

ステップＳ３−１の圧空成形工程では、パンチ２が矢印２ａ方向に降下で密閉空間６を加圧する（Ｐｕ：Ｐ２→Ｐ３）。同時に密閉空間７の体積・圧力を一定に保ちながらパッド降下５ａさせる。密閉空間６の内部の圧力Ｐｕは徐々に増加する一方、密閉空間７の圧力Ｐｌは一定値Ｐ２のため、徐々に圧力差が拡大し、予備成形が開始される。

ステップＳ３−２の圧空成形工程では、更なるパンチ２が矢印２ａ方向に降下し、パッド５が矢印５ａ方向に降下する動作でパッド５が成形深さに達すると、ダイ１の側面に設けられたダイ空気穴９より空気が１１の方向に流出するとともに、パッド５の矢印５ａ方向の降下動作は停止する。密閉空間７の圧力ＰｌはＰ０（大気圧）となるため密閉空間６，７の圧力差は急激に拡大し、予備成形が促進される。

ゆえに、図７（ｄ）のタイミングｔ３−１において温度Ｔ２（ Ｔａ ＞ Ｔ２ ＞ Ｔｂ ）の昇温状態にあった原反３は、タイミングｔ４で低温のパンチ２，ダイ１，パッド５に接触し、温度Ｔ０の冷却状態となる。

ステップＳ４−１のパンチ成形・冷却工程では、更なるパンチ２の矢印２ａ方向の降下で、パンチ２，ダイ１，パッド５で原反３をパンチ成形する。このとき、実施の形態１と同様、図７（ｇ）に示すように、パンチ２，ダイ１，パッド５は冷却状態（温度Ｔ０）を保持している。ゆえに、図７（ｄ）のタイミング“ｔ３−１”において温度Ｔ２（ Ｔａ ＞ Ｔ２ ＞ Ｔｂ ）の昇温状態にあった原反３は、タイミング“ｔ４−１”で低温のパンチ２，ダイ１，パッド５に接触し、温度Ｔ０の冷却状態３ｄとなる。

このタイミングｔ４−１では、コーナー部（図右側）は予備成形が不足しているため、直線部（図左側）より先行してパンチ２に接触して冷却状態３ｄとなる。また、金属ラミネートが予備成形によって膨らみ、パッド５と接触している箇所も同様に冷却状態となる。

ステップＳ４−２のパンチ成形・冷却工程では、継続的なパンチ２の矢印２ａ方向への降下で、直線部（図左側）がパンチ２と接触し冷却状態となる。
ステップＳ４−３のパンチ成形・冷却工程では、パンチ２の降下２ａで下死点に達すると、弁１７を開放する。これにより、密閉空間６の高温・高圧状態の空気は配管１６を通じて矢印１１ａ方向で装置外部に流出し、原反３がＴｍ＝ Ｔ０（冷却状態）となる。ここで、パンチ２の先端の施されたテーパ加工１０に材料全体が沿うことで冷却が促進される。

ステップＳ５の復帰工程では、最後に、弁１７を開放させた後、パンチ２の矢印２ｂ方向の上昇と皺押さえプレート４の矢印４ｂ方向の上昇で原点復帰する。このとき、パンチ２の矢印２ｂ方向の上昇に伴い密閉空間６の体積が増加、圧力が低下するため、成形部３ａに凹みが発生させる場合がある。その際は、必要に応じてパンチ空気穴８から密閉空間内６に空気を矢印１１ｂの方向で供給し、圧力を高めることで凹みを防止してもよい。

このように構成したため、一連の成形動作内の個別工程の時間を短縮可能のため、成形サイクルを短くできる。まず、密閉空間６，７の断熱圧縮により原反３の両面の樹脂層を同時に昇温させることが可能となる。ゆえに、成形部３ａの原反３を短時間で昇温状態３ｅとし伸展性を向上させることができる。

また、パンチ２の先端に施されたテーパ形状１０により成形部３ａ全体がパンチ２と接触するため、冷却を早めることが可能である。
さらに、原反３の両面から加圧・減圧可能であるため圧空成形時に圧力差をつけやすく、製品厚みばらつきや破れの抑制に対して効果的である。

（実施の形態３）
図８〜図１１は、本発明の実施の形態３を示す。
なお、実施の形態１と同様のものには同一の符号を付けて説明する。

図８は金属ラミネートフィルム成形装置の断面図を表している。この図８は図９（ａ）（ｂ）に示した上型Ｕｐと下型ＤｏをＡ４−Ａ４線に沿って切断した状態を示している。
実施の形態１、実施の形態２は、長方形形状や複雑形状の成形品、材料中の樹脂層の比率が多い場合等に有効である。しかしながら、簡単な形状の成形品（円形など）や材料中の樹脂層の比率が少ない場合、簡単な装置構成・動作を用いて、深い成形品の破れ・皺を抑制することができる。

この実施の形態３は実施の形態２と同様に、下型Ｄｏにダイ１、上型Ｕｐにパンチ２が設置されており、パンチ２とダイ１は原反３をはさんで対向している。上型Ｕｐのパンチ２の周囲には皺押さえプレート４が取りつけられており、下型のダイ１の穴内部にはパッド５が取り付けられている。パンチ２には空気逃がし・流入用のパンチ空気穴８が設けられている。このパンチ空気穴８には配管１６を介して弁１７が設置されている。

また、パッド５とパンチ２の動作と連動させるピン１２と、下死点で一時停止しパンチ２の上昇とともに元の位置に復帰させるためのカム機構１４が設置されている。カム機構１４は上型ダイセット１３を介してパンチ２と連結されており、パンチ上下に従ってカム構造も上下する。なお、パッド５の初期位置は、ダイ１の上面と同一高さに設定されている。ピン１２の基端は緩衝バネ２１を介して上型ダイセット１３に連結されている。

図１０のステップＳ１，ステップＳ２，ステップＳ３−１，ステップＳ３−２，ステップＳ４，ステップＳ５は、実施の形態３における金型の動作の様子を示したものである。
また、図１１（ａ）〜（ｇ）は本実施形態における成形品の賦形率・圧力・温度の時間変化を示している。標記方法は実施の形態１の図３と同様である。

図１１の各タイミングは、それぞれ下記のタイミングを示している。
タイミングｔ１：図１０のステップＳ１に示した密閉空間形成工程の完了のタイミング
タイミングｔ２：図１０のステップＳ２に示した昇温工程の完了のタイミング
タイミングｔ３−１：図１０のステップＳ３−１に示した圧空成形工程の完了のタイミング
タイミングｔ３−１：図１０のステップＳ３−２に示した圧空成形工程の完了のタイミング
タイミングｔ４：図１０のステップＳ４に示したパンチ成形・冷却工程の完了のタイミング
タイミングｔ５：図１０のステップＳ５に示した復帰工程の完了のタイミング
図１０と図１１を用い、本実施形態の動作と、成形部３ａへの作用について詳しく説明する。

ステップＳ１の密閉空間形成工程では、まず弁１７を閉じた状態で、パンチ２が矢印２ａ方向に降下するとともに、皺押えプレート４も矢印４ａ方向に降下する動作によって、パンチ２と皺押さえプレート４と原反３に囲まれた密閉空間６を形成する。一方、ダイ１とパッド５と金属ラミネート３に囲まれた密閉空間７はスキマがないため、体積なしの状態である。

ステップＳ２の昇温工程では、パンチ２が矢印２ａ方向に更に降下して、密閉空間６のみを加圧する（Ｐｕ＝Ｐ２）。圧縮を高速で行うことで周囲への熱拡散を防止することができ、断熱圧縮によって密閉空間６内を昇温して成形部３ａを昇温状態３ｅとする。

ステップＳ３−１の圧空成形工程では、パンチ２が矢印２ａ方向に更に降下して、密閉空間６を加圧する。それと同時に上型のピン１２の力を受け、それまではバネ２０によって押し上げられていたパッド５が、バネ２０の付勢に抗して矢印５ａ方向に降下する動作を開始する。このとき、密閉空間７の圧力Ｐｌは０（真空）であり、密閉空間６の圧力はＰｕ（＝Ｐ２）のため、この密閉空間６と密閉空間７の圧力差Ｐ２（＝Ｐｕ−Ｐｌ）により予備成形を行う。

ステップＳ３−２の圧空成形工程では、パンチ２が矢印２ａ方向に更に降下し、パッド５が矢印５ａ方向に更に降下して、パッド５が成形深さに達すると、予備成形は完了し、パッド降下５ａ動作は停止する。このときパッド５にはカム機構１４が働き下死点で動作を停止する。

予備成形後、ステップＳ４のパンチ成形・冷却工程では、パンチ２が矢印２ａ方向に継続的に降下し、パンチ２，ダイ１，パッド５で原反３をパンチ成形する。この時、図１１（ｇ）に示すように、パンチ２，ダイ１，パッド５は冷却状態（温度Ｔ０）を保持している。ゆえに、図１１（ｄ）のタイミングｔ３において温度Ｔ２（ Ｔａ ＞ Ｔ２ ＞ Ｔｂ ）の昇温状態３ｅにあった原反３は、タイミングｔ４で低温のパンチ２，ダイ１，パッド５に接触し、温度Ｔ０（冷却状態）となる。

さらに実施の形態２と同様に、パンチ２が下死点に達すると弁１７を開放する。これにより、密閉空間６の高温・高圧状態の空気を配管１６を通じて装置外部に矢印１１方向に流出させ、金属ラミネートフィルムが冷却状態になることを促進する。

最後に、ステップＳ５の復帰工程では、弁１７を開放させたままパンチ２を矢印２ｂ方向に上昇させるとともに、皺押さえプレート４も矢印４ｂ方向に上昇させる動作によって、原点復帰する。

この構成によると、実施の形態２の動作の駆動部は必要だが、パッド５の動作の駆動部が不要のため、金型の構造がシンプルとなり、金型・製品の信頼性が向上し、かつ実施の形態２と比較して成形サイクルを短縮できる。

なお、更なる成形サイクル短縮や形状のなまりを防ぐため、パンチ２，ダイ１，パッド５に水穴等の冷却機構を設けてもよい。
原反３の種類によっては、急激な温度変化によって材料劣化が促進される場合がある。その場合、なだらかに温度減少させるため、パンチ２，ダイ１，パッド５それぞれの部品内部に薄い断熱層を設け、徐々に放熱する機構を設けても良い。

上記の各実施の形態では密閉空間６，７の内部が空気の場合を例に挙げて説明したが、密閉空間６，７の内部がその他の気体の、具体的には窒素などの不活性ガスであっても同様に実施できる。

本発明は長期間にわたって内装品の保護が必要となる複雑な形状の電池外装体や電子部品の保護シート等の用途に適用できる。さらに、薬剤や食品の包装材や容器等を、金属ラミネートフィルムを用いて製造する分野においても利用できる。

Ｄｏ 下型
Ｕｐ 上型
１ ダイ
１ａ ダイ穴
２ パンチ
３ 金属ラミネートフィルム
３ａ 成形部
４ 皺押さえプレート
５ パッド
６ 密閉空間
７ 密閉空間
８ パンチ空気穴
９ 空気穴
１０ テーパ加工
１２ ピン
１４ カム機構
１７ 弁
１６ 配管
２０ バネ

Claims (7)

1. 加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を局所的に密閉し、その密閉空間を圧縮することにより昇温する昇温工程と、
   圧力をかけて形状を成形する圧気成形工程と、
   パンチとダイとパッドで成形し冷却するパンチ成形・冷却工程とを有する
   金属ラミネートフィルム成形方法。
2. 加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を挟んで対向するパンチとパッドによって、前記成形部の上面に局所的に密閉した第１の密閉空間を形成するとともに、前記成形部の下面に局所的に密閉した第２の密閉空間を形成し、前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間を圧縮することにより前記金属ラミネートフィルムの前記成形部を昇温する昇温工程と、
   前記金属ラミネートフィルムの前記成形部を前記パンチによって前記パッドによって圧力をかけて前記成形部を成形する圧気成形工程と、
   前記第１の密閉空間の気体を放出して前記パンチが前記成形部を前記パッドに押し付けて成形し冷却するパンチ成形・冷却工程を有する
   金属ラミネートフィルム成形方法。
3. パンチと、
   加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を挟んで前記パンチと対向するダイと、
   前記パンチの周囲に設けられ前記ダイとで前記金属ラミネートフィルムを押さえる皺押さえプレートと、
   前記ダイの内部に設けられたパッドを有し、
   前記パンチに気体逃がし・流入用の穴が設けられており、
   前記パンチと前記パッドの動作によって、前記パンチと前記皺押さえプレートと前記金属ラミネートフィルムに囲まれた第１の密閉空間と、前記ダイと前記金属ラミネートフィルムと前記パッドに囲まれた第２の密閉空間を形成しつつ、前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間を圧縮することにより前記金属ラミネートフィルムの前記成形部の昇温を行い、圧力により前記成形部の圧気成形を行い、前記パンチが前記成形部を前記パッドに押し付けることにより前記成形部のパンチ成形・冷却を行う
   金属ラミネートフィルムの成形装置。
4. 加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を挟んで対向するパンチとパッドによって、前記成形部の上面に局所的に密閉した第１の密閉空間を形成するとともに、前記成形部の下面に局所的に密閉した第２の密閉空間を形成し、前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間を圧縮することにより前記金属ラミネートフィルムの前記成形部を昇温する昇温工程と、
   前記金属ラミネートフィルムの前記成形部を前記パンチによって前記パッドによって圧力をかけて前記成形部を成形するとともに、前記第２の密閉空間の気体を放出する圧気成形工程と、
   前記第１の密閉空間の気体を放出するとともに、前記パンチが前記成形部を前記パッドに押し付けて成形し冷却するパンチ成形・冷却工程とを有する
   金属ラミネートフィルム成形方法。
5. パンチと、
   加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を挟んで前記パンチと対向するダイと、
   前記パンチの周囲に設けられ前記ダイとで前記金属ラミネートフィルムを押さえる皺押さえプレートと、
   前記ダイの内部に設けられたパッドを有し、
   前記パンチに気体逃がし・流入用の穴が設けられており、
   前記ダイには前記パットが前記パンチから離間する方向に規定位置まで移動した状態で、前記ダイと前記金属ラミネートフィルムと前記パットで囲まれた第２密閉空間の気体を放出する穴が形成され、
   前記パンチと前記パッドの動作によって、前記パンチと前記皺押さえプレートと前記金属ラミネートフィルムに囲まれた第１の密閉空間と前記第２の密閉空間を形成しつつ、前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間を圧縮することにより前記金属ラミネートフィルムの前記成形部の昇温を行い、圧力により前記成形部の圧気成形を行い、前記パンチが前記成形部を前記パッドに押し付けることにより前記成形部のパンチ成形・冷却を行う
   金属ラミネートフィルムの成形装置。
6. 加工対象の金属ラミネートフィルムの成形部を挟んで対向する上型側のパンチと下型側のダイの内側のパッドによって、前記成形部の上面に局所的に密閉した第１の密閉空間を形成し、前記第１の密閉空間を圧縮することにより前記金属ラミネートフィルムの前記成形部を昇温する昇温工程と、
   前記パンチを更に前記パッドの側に移動させて前記第１の密閉空間を加圧するとともに、それまではバネによって前記パンチに近付く方向に押し上げられていた前記パッドが、前記上型側に基端が連結されたピンの先端によって前記バネの付勢に抗して押し下げる方向に移動する動作を開始させ、予備成形し、前記パッドが成形深さに達すると予備成形は完了し、前記パッドがカム機構の作用により下死点で動作を停止し、
   前記パンチを前記パッドに近付く方向に移動させるとともに、前記第１の密閉空間の気体を放出させて前記成形部を前記パンチと前記ダイおよび前記パッドで前記成形部をパンチ成形する
   金属ラミネートフィルム成形方法。
7. パンチと
   前記パンチと対向するダイと、
   前記パンチの周囲に設けられた皺押さえプレートと、
   前記ダイ内部に設けられたパッドと、
   前記パッドを下死点で一時停止させるためのカム機構と、
   前記パンチと動作を連動させるピンを含み、
   前記パンチと前記パッドの動作によって、前記パンチと前記皺押さえプレートと加工対象の金属ラミネートフィルムに囲まれた第１の密閉空間と、前記ダイと前記金属ラミネートフィルムと前記パッドで囲まれた第２の密閉空間を形成しつつ、前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間を圧縮することにより前記金属ラミネートフィルムの成形部の昇温を行い、圧力により前記形成部の圧気成形を行い、前記パンチが前記成形部を前記パッドに押し付けることにより前記成形部のパンチ成形・冷却を行う
   金属ラミネートフィルムの成形装置。

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