JP3666275B2 - ブランクの打抜き、絞り成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形体を形成するために、板材よりブランクを打抜き、絞り成形する方法に関し、詳しくは有機被膜層を有するブランクから、絞り成形缶、再絞り成形缶、再絞りーしごき成形缶、缶蓋等の成形体を形成するために、基材の少なくとも片面に有機被膜層を形成された板材よりブランクを打抜き、絞り成形を行うブランクの打抜き、絞り成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭酸飲料缶、ジュース缶、コーヒ飲料缶あるいはゼリー等の固形食品缶等の食品缶詰等に用いられる、絞り成形缶（例えば特公昭６０−１１５７６号公報参照）、薄肉化再絞り成形缶(例えば特開平３−１５５４１９号公報、特開平４−３２４８２６号公報参照)、薄肉化再絞りーしごき成形缶（例えば特開平７−２７５９６１号公報参照）等のシームレス缶、および缶蓋（例えば特公平３−５８８１４号公報参照）等を形成する場合に、金属層の少なくとも片面（通常は両面）に有機被膜層を形成された板材よりパンチとダイの協同によりブランクを打抜き、直ちに同じ工程で絞り加工を行って、絞り成形体を形成してから、次工程でシームレス缶体や缶蓋を形成する方法が採用されている。
【０００３】
このようにして形成されたシームレス缶体や缶蓋の端縁（シームレス缶体の場合はフランジ部の端縁、缶蓋の場合はカール部の端縁）に、毛髪状の有機被膜片（以下有機被膜ヘアとよぶ：通常長さが約１０ｍｍ以上）が多数発生し易い（特開昭５８−１６８４８号公報参照）。この有機被膜ヘアは端縁から剥離し、缶内面に付着残留して、内容物を充填密封して缶詰となった後、異物として発見された時、無害ではあるが、不衛生物として疑われて苦情の対象となり易い。そのため全数検査により有機被膜ヘアが発見された缶はリジェクトしている。従って製品歩留まりが低下するという問題を生ずる。なお缶蓋の有機被膜ヘアは、密封の際に缶内に入るおそれがある。
【０００４】
本発明者は、有機被膜ヘアの発生原因について種々研究した結果、原因はおよそ次のようなものであるという知見を得た。この知見を薄肉化再絞りーしごき成形缶を製造する場合の例について以下に説明する。
従来薄肉化再絞りーしごき成形缶を製造するための絞り成形体は、例えば図６に示すような打抜き絞り成形機１００によって次のようにして形成されていた。
【０００５】
板材の打抜きが終了した直後の状態を示す図６、▲１▼において、１０１は、中空円筒形状のブランクパンチであって、絞りダイを兼ねており、中央の孔部１０１ｃはダイキャビティとなり、固定ロウアープレート１１１に固設されている。ブランクパンチ１０１の上面１０１aは全面が平坦であり、切刃１０１ｂは断面直角である。１０２は環状のブランクダイであって上下動可能のアッパープレート１１０に固着されている。
１０３は板材であって、金属層１０３ｚが、外面有機被膜層１０３ｘおよび内面有機被膜層１０３ｙ（図７参照）によって,接着剤により、もしくは熱接着により接着被覆されてなっている。金属層１０３ｚはティンフリースチールよりなり、外面有機被膜層１０３ｘは白色顔料入りポリエチレンテレフタレート系プラスチックフィルム、内面有機被膜層１０３ｙは透明ポリエチレンテレフタレート系プラスチックフィルムよりなっている。
１０４はストリッパーリングであって、ばね１０５（通常、コイルばねまたは空気ばね）を介してロウアープレート１１１に着設されている。打抜かれる前は、ばね１０５が伸びきって、ストリッパーリング１０４の上面がブランクパンチ１０１の上面１０１aより僅かに高い位置（図６，▲２▼参照）にあり、ブランクダイ１０２の下面はストリッパーリング１０４より離れて若干上方に位置している。板材１０３は、打抜かれた後、ブランク１０３aと抜きかす１０３bになる。
【０００６】
１０６は上下動可能の絞りパンチである。１０７は、ブランクパンチ１０１に対向する位置に配設されたしわ押えリングであって、アッパープレート１１０に着設されたエアシリンダー１０９およびピストン１０８を介して絞り加工時にブランク１０３aを押圧する。打抜かれたブランク１０３aは、周辺部をしわ押えリング１０７による押圧下に、絞りパンチ１０６の降下と共に、ブランクパンチ１０１の上面１０１aに沿って周辺部が半径方向内方に移動し、同時に中央部が絞りパンチ１０６によって押圧されて、常法により図６、▲２▼に示すように、ダイキャビティ１０１ｃ内に入って絞り成形体１１２に形成される。
【０００７】
絞り成形体１１２より薄肉化再絞りーしごき加工法によって形成されたシームレス缶体１１５のフランジ部１１６の端縁下部には、図７、図８に示すように多数の白い有機被膜ヘア１１７が発生し易い。
その理由は次のように考えられる。
図９、▲１▼は、ブランクダイ１０２が降下して、板材１０３よりブランク１０３aが打抜かれる直前の状態を示すものである。切刃１０２aが断面直角であるブランクダイ１０２が、図９，▲１▼の位置から僅かに降下すると、切断予定線１２０に沿って亀裂が生じて金属層１０３ｚの破断が起こる。
ブランクパンチ１０１の切刃１０１ｂが断面直角であり、かつ上面１０１aが一様に平坦であるため、ブランク１０３aのブランクパンチ１０１側の面にある外面有機被膜層１０３ｘおよび金属層１０３ｚのエッジは、図９、▲２▼に示すようにほぼ垂直に切断される。
その際、延性に富み、かつ比較的強靱な外面有機被膜層１０３ｘおよび内面有機被膜層１０３ｙは、引き延ばされて延びの限界に達し、それぞれブランク１０３aの端面下端に生ずるバリ１１３（図９、▲２▼）および抜きかす１０３ｂの端面上端に生ずるバリ（図示されない）の鋭い尖端によって破断し、この延びのため外面有機被膜層１０３ｘの端面近傍部の金属層１０３ｚとの密着性が低下、もしくは無くなるものと思われる。
【０００８】
図９，▲２▼に示すように、切断直後にブランク１０３aはしわ押えリング１０７によって押圧される。絞りパンチ１０６の降下に伴って、ブランク１０３aの周辺部は、図９、▲３▼に示すように、しわ押えリング１０７による押圧下に半径方向内方に（矢印方向に）、直径およびフランジ部幅が次第に減少しながら移動する。この際に金属層１０３ｚとの密着性を失った外面有機被膜層１０３ｘの端面近傍部は、次第に厚くなろうとするがしわ押えリング１０７によって押え付けられているので、押潰されたバリ１１２の微少な隙間を通ってブランク１０３aの端面下端部より外方に伸び出て、毛髪状のはみ出し部１２１（有機被膜ヘア１１７の前身）が発達し、はみ出し部１２１は絞り成形体１１２の端面部１１２aに残る（図６、▲２▼でははみ出し部１２１の図示は省略した）。
この段階でのはみ出し部１２１の長さは比較的小さいが、次の再絞り加工の工程で、同様にフランジ部が押圧下に半径方向内方に移動するので、はみ出し部１２１は伸長して比較的長い、例えば長さが約１０ｍｍ以上の有機被膜ヘア１１７に発達する。この有機被膜ヘア１１７が、後の製造工程で剥離、飛散して、シームレス缶内に入るものと思われる。シームレス缶体１１５は、次いで薄肉化再絞りーしごき加工後底部成形を行われ、次いでフランジ部１１６を含む開口端部を切断された後、外面印刷、ネックイン部成形、フランジ部成形加工されて、薄肉化再絞りーしごき成形缶となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、シームレス缶体や缶蓋等に形成した後、有機被膜ヘアが端縁に発生し難い、有機被膜層を有する板材よりブランクを打抜き、上記ブランクを絞り成形するブランクの打抜き、絞り成形方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のブランクの打抜き、絞り成形方法は、
少なくとも片面に有機被膜層を有する成形体を絞り成形するために、基材の少なくとも片面に有機被膜層が形成された板材を、ブランクパンチとブランクダイの協働によりブランクに打抜き、絞り成形する方法において、少なくとも板材とブランクパンチが接触して打抜きを始める時点において、ブランクパンチと接触する上記有機被膜層と、ブランクパンチの切刃を通るブランクパンチ端面の切刃近傍周辺部の接線とのなす角度が３〜６０度になるように打抜き、絞り成形を行うことを特徴とする。
【００１１】
基材は通常金属板、例えばティンフリースチール、ぶりき及びアルミニュム（アルミニュム合金を含む）板又は箔であるが、可塑性のあるプラスチック板であってもよい。有機被膜を形成する有機物としては、熱可塑性プラスチックフィルム、例えばポリエチレンテレフタレート系フィルム等の熱可塑性ポリエステル系フィルム、ポリプロピレン系フィルム、ポリエチレン系フィルム、あるいは塩化ビニール系塗料等の塗料等が例示される。
成形体としては、絞り成形缶、再絞り成形缶、再絞りーしごき成形缶、薄肉化再絞り成形缶、薄肉化再絞りーしごき成形缶等のシームレス缶、及びこれらを形成する途中の中間成形体（シームレス缶体）、ならびに缶蓋が例示される。
ダイが固定体であって、パンチが可動体であってもよく、逆にダイが可動体であり、パンチが固定体であってもよい。パンチは、絞りダイを兼ねていてもよい。 切刃近傍周辺部が断面直線の場合は、この直線が接線となる。
【００１２】
少なくとも板材とパンチが接触して打抜きを始める時点において、パンチと接触する上記有機被膜層と、パンチの切刃を通る、パンチ端面の切刃近傍周辺部の接線とのなす角度が、３〜６０度になるようにして打抜くので、打抜き初期に有機被膜層が切刃によって楔形状に打ち込まれて切断されてから基材の亀裂に基づく破断が起こる。従って打抜きの際に、打抜かれるべきブランクの周辺部の有機被膜層が引き延ばされて金属層から剥離することがない。
また金属層の有機被膜層に隣接する切断面はパンチの面から離れる方向に傾斜するので、絞り加工の際にパンチの平面主部で押圧されない（図３，▲３▼参照）。よって有機被膜ヘアが発達し難い。従って請求項１の方法で打抜かれたブランクより形成された成形体内に有機被膜ヘアが入るおそれがなく、製品歩留まりが向上する。
上記角度が３度より小さいと、有機被膜層が切刃と当たる角度の鋭さが小さくなるので、ブランクの周辺部の有機被膜層が引き延ばされてから切断されるため、有機被膜ヘアが発生し易い。上記角度が６０度より大きいと、切刃が刃零れを生じ易くなったり、または板材の曲げ角が過大となり、後の成形に支障を生じて、打抜き機の故障が起こり易くなるので生産性が低下する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のブランクパンチ１によってブランクを打抜く直前の状態,すなわちブランクダイ１０２が僅かに下降して板材３の外部有機被膜層３ｘが、曲率部１ｄに接触した後板材３が曲げられて、切刃１ｂに接触し始めた瞬間の状態を示す図面である。
ブランクパンチ１の上面は、平坦で水平な主部１aと、切刃１ｂおよび主部１aと曲率部１ｄを介して接続する環状凹部１ｃよりなっている。環状凹部１ｃは、図１では断面弧状であるが、断面が複数の直線または曲線からなっていてもよい（図４参照）。
この状態における切刃１ｂと曲率部１ｄを結ぶ直線（図では外面有機被膜層３ｘの下面で示される）と、切刃１ｂを通る凹部１ｃの接線２とのなす角θが、３〜６０度、好ましくは５〜３０度になっている。パンチ１の側面１e（円筒形で垂下する）と接線２とのなす角αは、６０〜１００度、好ましくは７０〜９０度の範囲で、（９０−θ）度より大きい。
これらの点を除いては、本発明を実施するのに用いられる打抜き絞り成形機の構造は、図６に示す成形機１００と同様である。３ｙは内面有機被膜層であり、３ｚは金属層である。
図１の状態で、板材３は、ブランクダイ１０２の断面直角の切刃１０２aを起点として角度δすなわち（１８０−θーα）度だけ上方に折れ曲がっている。
【００１７】
図２、▲１▼は、図１の切刃１ｂの近傍部を拡大して示したものである。図２，▲２▼は、ブランクダイ１０２の降下が更に極く僅かに進んで、切刃１ｂによる外面有機被膜層３ｘの切り込みが終わった状態を示す。上記角θが、３〜６０度、好ましくは５〜３０度であるので、外面有機被膜層３ｘが引き延ばされることなく、上記の切り込みは容易に行われる。
図２、▲３▼は、更にブランクダイ１０２の降下が僅かに進んで切刃１ｂが僅かに金属層３ｚに楔形状に喰い込んだ状態を示す。上記角θが３〜６０度であるので、ブランク１の金属層３ｚの端面となるべき部分（図２，▲４▼の５）の近傍下面４は、ブランク３aとなるべき部分の下面に対して上方に向かって僅かに傾斜して傾斜部となっている。
この状態よりブランクダイ１０２の降下が更に極く僅かに進むと、図２，▲４▼に点線で示す切断予定線５に沿って亀裂が生じて板材３は打抜かれ、切断予定線５より右側の部分、すなわちブランクパンチ１の上の部分がブランク３aとなる。
【００１８】
図３、▲１▼は、ブランク３aが形成された直後に、絞りパンチ１０６としわ押えリング１０７が降下して、ブランク３aがブランクパンチ１の平坦な主部１aとしわ押えリング１０７の間で押圧され始めた時の状態を示す。絞りパンチ１０６の降下に伴って、図３，▲２▼に示すように、ブランク３aは半径方向内方に,周辺の折れ曲り部分が減少しながら移動し、図３、▲３▼に示すように、切断端面６近傍の外面有機被膜層３ｘは主部１aに沿って押圧下に半径方向内方（矢印方向）に移動する。この場合、外面有機被膜層３ｘのブランク端面６近傍の部分は、金属層３ｚとの接着性を保っており、さらに傾斜部４が、絞りダイすなわちブランクパンチの上面主部１aから離れているので、有機被膜ヘア１１７が生じ難い。
【００１９】
図４は、凹部が切刃１ｂから半径方向内方に断面直線状に延びる平坦な環状平面部１ｆおよび環状平面部１ｆの終端部から半径方向内方に斜め上方に曲率部１ｄまで延びる台形部１ｇよりなる点を除いては、図１に示すブランクパンチ１と同様なブランクパンチ１によって、ブランク３を打抜く直前の状態、すなわちブランクダイ１０２が僅かに下降して板材３の外部有機被膜層３ｘが切刃１ｂと接触し始めた瞬間の状態を示す図面である。この場合は、断面直線１ｆが、図１の接線２に対応する。すなわち切刃１ｂと曲率部１ｄを結ぶ直線と、断面直線１ｆとのなす角θが、３〜６０度、好ましくは５〜３０度になっている。またパンチ１の側面１eと断面直線１ｆとのなす角αは、６０〜１００度、好ましくは７０〜９０度の範囲で、（９０−θ）度より大きい。
【００２０】
図５は、本発明の他の形態のブランクパンチ１１によって、ブランク３を打抜く直前の状態、すなわちブランクダイ１０２が僅かに下降して板材３の外部有機被膜層３ｘが切刃１１ｂと接触し始めた瞬間の状態を示す図面である。ダイ１１の上面は、断面弧状の切刃近傍周辺部１１ｃと、切刃１１ｂより凹んだ、切刃面（外面有機被膜層３ｘの下面）に平行な平坦な主部１１aとよりなっている。主部１１aと、切刃１１ｂを通る切刃周辺近傍部１１ｃの接線とのなす角度μが３〜６０度、好ましくは５〜３０度になっている。切刃１１ｂから主部１１aまでの深さｈは、（外面有機被膜層３ｘの厚さ＋約１０〜５００μｍ）であることが好ましい。
ブランクパンチ１１を用いて図６に示すタイプの打抜き絞り成形機１００を用いて、板材３を打抜き絞り成形を行う場合の作用は、ブランク３aとなるべき部分の周辺部が折れ曲がらない点を除いては、ブランクパンチ１を用いる場合とほぼ同様である。
【００２１】
【実施例】
実施例１：板材３として、厚さ０．２６ｍｍのティンフリースチール（３ｚ）の、絞り成形体１１２の外面側となるべき面に、厚さ１７μｍの白色顔料入りポリエチレンテレフタレート系フィルム（３ｘ）を、内面側となるべき面に厚さ２５μｍの透明ポリエチレンテレフタレート系フィルム（３ｙ）を熱接着により接着してなるラミネート鋼板を用いた。
ブランクパンチ１として、切刃１ｂの直径１７９ｍｍ、角αが７２度、角θが２８度、切刃１ｂから曲率部１ｄまでの水平方向距離が１．５ｍｍ、凹部１ｃの曲率半径が１．６ｍｍの図１に示すタイプのものを用いた。ブランクパンチ１とブランクダイ１０２間のクリアランスは約３０μｍであった。
以上の板材３およびブランクパンチ１を用いて、図６に示すタイプの打抜き絞り成形機１００を用いて、絞り比１．６で絞り成形体１１２を形成したが、有機被膜ヘア１１７の発生は皆無であった。
更に絞り成形体１１２に、二回の薄肉化再絞り成形を施し、直径６６ｍｍ、高さ１２７ｍｍのシームレス缶体１１５を形成したが、有機被膜ヘア１１７の発生は皆無であった。
【００２２】
比較例１：切刃が断面直角である従来のブランクパンチ１０１を用いた点以外は、段落番号００２１に記載の方法と同様にして絞り成形体１１２を形成した所、長さが約１〜１５ｍｍの多数の有機被膜ヘア１１７の発生がみられた。
【００２３】
比較例２：ブランクパンチ１として、角αが３０度、角θが６５度、凹部１ｃの曲率半径が０．８ｍｍであるものを用いた点以外は、段落番号００２１に記載の方法と同様にして絞り成形体１１２を形成した所、有機被膜ヘア１１７の発生はみられなかったが、ほぼ３０回の打抜きで、切刃１ｂが折損して、その後の打抜きが不可能になった。
【００２４】
実施例２：ブランクパンチ１として、角αが９０度、角θが１０度、水平環状部１ｆの幅が０．７ｍｍ、切刃１ｂから曲率部１ｄまでの水平方向距離が１．５ｍｍである、図４に示すタイプのパンチを用いた点以外は、実施例１に記載の方法と同様にして絞り成形体１１２を形成した。有機被膜ヘア１１７の発生は皆無であった。
更に絞り成形体１１２に、二回の薄肉化再絞り成形を施し、直径６６ｍｍ、高さ１２７ｍｍのシームレス缶体１１５を形成したが、有機被膜ヘア１１７の発生は皆無であった。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係わる発明の方法は、この方法により有機被膜層を有する板材よりブランクを打抜いた場合、シームレス缶体や缶蓋等の成形体に形成した後、有機被膜ヘアが端縁に発生し難く、かつ打抜き生産性が低下しないという効果を奏する。
さらに打抜き後の抜きかすの抜き出しの際に、金属粉の発生が少なく、そのため有機被膜の損傷による成形体の耐食性を低下が起こり難いというメリットを有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態のパンチを用いて、打抜きを開始する直前の状態を示す要部縦断面図である。
【図２】本発明の第１の形態のパンチを用いて、打抜きが行われる過程を示す要部縦断面図であって、図２，▲１▼は、図１の更に要部を示す図面であって、切刃が板材に接触し始めた状態を示す縦断面図、図２，▲２▼は、切刃が有機被膜層のみを切断した状態を示す要部縦断面図、図２，▲３▼は、切刃が金属層に食い込んだ状態を示す要部縦断面図、図２，▲４▼は、切刃が更に金属層に食い込んで、板材の打抜きが終了する直前の状態を示す要部縦断面図である。
【図３】図２に示す打抜きを終了直後に絞り加工を行う工程の初期における、ブランクの周辺部の状態を示す要部縦断面図であって、図３，▲１▼は、絞り加工を行う直前の状態を示す要部縦断面図、図３，▲２▼は、更に絞り加工が進んだ状態を示す要部縦断面図、図３，▲３▼は、更に絞り加工が進んで、ブランクの周辺部全体がパンチの平坦な主部に達した時点の状態を示す要部縦断面図である。
【図４】本発明の第２の形態のパンチを用いて、打抜きを開始する直前の状態を示す要部縦断面図である。
【図５】 本発明の第３の形態のパンチを用いて、打抜きを開始する直前の状態を示す要部縦断面図である。
【図６】従来の、および本発明の打抜きに用いられる、打抜き絞り成形機の例の概略縦断面図であって、図６、▲１▼は、打抜きが行われた直後の状態を示す縦断面図、図６、▲２▼は、絞り加工が終了した状態を示す縦断面図である。
【図７】従来の打抜き方法によって形成されたブランクから作製された成形体のフランジ部近傍の状態の例を示す縦断面図である。
【図８】図７に示すフランジ部の平面図である。
【図９】従来のパンチを用いて打抜き絞り加工を行う初期の状態を示す縦断面図であって、図９，▲１▼は、打抜きが終わる直前の状態を示す要部縦断面図、図９，▲２▼は、絞り加工が始まる直前の状態を示す要部縦断面図、図９，▲３▼は、絞り加工が更に進んだ状態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１ ブランクパンチ（パンチ）
１a 主部
１ｂ 切刃
１ｃ 環状凹部
１ｄ 曲率部（主部の端部）
１ｆ 環状平面部（凹部の一部）
１ｇ 台形部（凹部の一部）
２ 接線
３ 板材
３a ブランク
３ｘ 外面有機被膜（有機被膜）
３ｚ 金属層（基材）
１１ ブランクパンチ（パンチ）
１１a 主部
１１ｂ 切刃
１１ｃ 切刃近傍周辺部
１２ 接線
１０２ ブランクダイ（ダイ）
１１５ シームレス缶体（成形体）

Claims (1)

1. 少なくとも片面に有機被膜層を有する成形体を絞り成形するために、基材の少なくとも片面に有機被膜層が形成された板材を、ブランクパンチとブランクダイの協働によりブランクに打抜き、絞り成形する方法において、少なくとも板材とブランクパンチが接触して打抜きを始める時点において、ブランクパンチと接触する上記有機被膜層と、ブランクパンチの切刃を通るブランクパンチ端面の切刃近傍周辺部の接線とのなす角度が３〜６０度になるように打抜き、絞り成形を行うことを特徴とするブランクの打抜き、絞り成形方法。

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