JP5151598B2 - しごき加工方法およびしごき加工装置 - Google Patents

Description

本発明は有機樹脂皮膜を被覆した金属板を用いたＤＩ缶（絞りしごき缶）の製缶方法および装置に関するものである。詳しくは、しごき加工工程において、缶体の開口端部に発生する有機樹脂皮膜のヘアを除去するしごき加工方法およびしごき加工装置に関するものである。

ＤＩ缶は、金属板を円形のブランクに打ち抜き、そのブランクを１段又は複数段の絞り加工によりカップに成形し、そのカップを更に１段又は複数段の絞り加工によりリドローカップに成形し、次いで、１段または複数段のしごき加工ダイスを通過させることにより、リドローカップの側壁部の板厚を減少させて加工される。以降、この一連の加工をＤＩ加工と称す。
近年、環境保全の観点から、塗装工程を省略できるフィルムなどの樹脂皮膜を被覆した金属板を、このＤＩ加工に適用する試みが行われている。例えば、有機樹脂を被覆した金属板（以下、有機樹脂被覆金属板と称することもある）をＤＩ加工する場合、缶体の開口端部で樹脂皮膜が毛髪状に脱離した、ヘアと呼ばれる脱離物が発生する場合がある。ヘアは、ブランク打ち抜きの刃、絞り加工あるいはしごき加工のパンチやダイ、また一連の製缶機の加工部付近に付着、蓄積し、これが元となって缶胴の破断や缶体表面の疵などの加工欠陥が発生する。また、ヘアが缶体に付着したままであると、缶体の外観を損なうばかりではなく、絞り、しごき加工の後に行われるネッキング、フランジング加工での加工欠陥の起点となる。そのため、有機樹脂被覆金属板のＤＩ加工において、ヘアは大きな問題である。

このような現状に対して、ヘアの対策として、これまでに幾つかの技術が開示されている。
特許文献１では、樹脂被覆金属板よりなる絞り缶および絞りしごき缶成形時のブランク打ち抜きに際し、ブランキングポンチとブランキングダイスのエッジ部に段差をつけ、ブランクエッジ部の樹脂皮膜を下地の金属板よりわずかに小さくしたブランクを打ち抜き、そのブランクに絞り加工およびしごき加工を施して絞り缶および絞りしごき缶とすることで、ヘアの発生を回避する技術が開示されている。

特許文献２では、ヘア発生の原因となる、絞り工程終了直前のフランジ部の圧下力を無害化させるため、有効絞り成形ストローク長の６５乃至９８％の点で、環状の保持部材（しわ抑え）とダイスの間隔を被加工材の板厚よりも広げ、これによりフランジ部の後端を解放して絞り込むことにより、ヘアの発生を防止する技術が開示されている。

特許文献３では、片面あるいは両面に有機樹脂が被覆された金属板を絞り・しごき加工するにあたり、絞り加工を施す前に、有機樹脂被覆金属板の外縁部に、最外周部に向かって板厚を徐々に減少させる領域を設ける工程を有し、該工程により、最外周部の有機樹脂被覆金属板の板厚を、しごき加工後の有機樹脂被覆金属板の側壁部の最大の板厚よりも薄くすることで、しごき加工ダイによって缶体開口端部の樹脂皮膜がヘアとして脱離することを防ぐ技術が開示されている。

特許文献４では、予め金属板の少なくとも缶内側となる面に熱可塑性樹脂を被覆し、この樹脂被覆金属板を絞り成形してカップを作り、このカップの端縁周辺部を加熱処理して絞り加工により発生したカップ上部端部から外方に伸びる熱可塑性樹脂の片を熱収縮させてカップ開口部に熱可塑性樹脂の存在しない露出金属面を形成し、かつ熱収縮させた樹脂を融着させた後、再絞り成形または再絞り成形としごき成形することで、ヘアの発生を防止する技術が開示されている。

特許文献５では、少なくとも片面を樹脂被膜で被覆された金属板を用いて、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する際に、カップ成形前或いはカップ成形後に、レーザ照射処理を行い、表面を被覆した樹脂層の一部を除去する事で、ヘア発生を防止する技術が開示されている。

これらの技術は、製缶方法によってヘアを防止するという技術思想に立脚したものである。一方で、金属板の特性を制御してヘアの発生を回避する技術も開示されている。

特許文献６には、樹脂被覆鋼板から絞りしごき缶を成形する際に、原板となる鋼板の鋼成分および材質を調整し、さらに結晶面の面強度比を調整することにより、従来より薄い鋼板を使用し、絞り加工時の缶壁上端部鋼板厚さの増加を抑え、主要なヘア発生工程であるしごき工程の実質のしごき量を低減するとともに、加工中の加工硬化を抑え、変形抵抗の増加を防止することで、ヘアの発生を回避する技術が開示されている。

特許文献７には、有機樹脂フィルムを被覆した鋼板をＤＩ成形する際し、原板となる鋼板の鋼成分および製造方法を調整し、強度を軟質とするとともに、結晶粒径を制御することで、ヘアの発生を回避する技術が開示されている。
また、ＤＩ加工に伴って発生する付着物を除去する技術として、対象はヘアではないが、特許文献７には、貫通孔を備えたダイスと貫通孔に僅少の隙間を有して挿通可能なパンチとを用い、乾式の環境下で被加工板をパンチによって貫通孔内に押込み通過させて加工缶本体を製造する絞りしごき加工缶の加工方法において、パンチに設けられた拭き取り手段により、貫通孔の内周部の付着物を除去する技術が開示されている。この技術は、付着物を発生させないのではなく、除去する技術技術思想に立脚したものである。
特開２００３−９４１２１号公報 特開平５−１５４５７０号公報 特開２００４−３４４９４０号公報 特開平９−１９７３３号公報 特開２００５−２９６９９８号公報 特開２００３−２７７８８５号公報 特開２００４−２５５４５２号公報

しかしながら、絞り加工によりヘアの発生を抑えたフランジのないカップを得たとしても、絞り加工後の数段のしごきダイにより缶壁の厚さを薄くするしごき加工を施す場合には、ヘアの発生を抑えることはできない。これは、しごき加工では、絞り加工後のフランジがないカップをさらに数段のしごきダイスにより大きな圧力をかけて缶壁の厚さを薄くするため、カップエッジに大きな圧力がかかるのが避けられず、ヘアが発生しやすくなるためである。このような問題は、上記特許文献１〜７の技術を用いても発生する。
そして、ヘアが発生すると、ヘアを製缶装置から除去・回収を行う工程や、加工後の絞りしごき缶に付着したヘアを除去する工程が発生するため、絞りしごき缶の生産性を著しく損ねることになる。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、ヘアなどの付着物の除去を可能としたしごき加工方法およびしごき加工装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、以下の知見を得た。
絞り加工、再絞り加工、しごき加工を行う中で、カップエッジ部においてパンチとしごきダイに挟まれた有機樹脂皮膜金属板上の有機樹脂皮膜が摺動されることで、有機樹脂皮膜が破損しフィルムヘアとなることを確認した。
そして、高圧の気体または液体をヘア等が付着した金属板のエッジ部に噴射することで、ヘア等の付着物は金属板から取り除かれ、発生したヘアを気体または液体とともに除去し回収することが可能であることも知見した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］片面あるいは両面に有機樹脂皮膜を被覆した金属板をしごき加工するに際し、気体または液体を前記金属板に高圧で噴射し、前記金属板から付着物を除去し、次いで、前記金属板より除去された前記付着物を吸引し回収することを特徴とするしごき加工方法。
［２］前記［１］において、前記金属板への高圧噴射は、前記金属板へのしごき加工前および／またはしごき加工後に行うことを特徴とするしごき加工方法。
［３］前記［１］または［２］において、前記付着物は、前記金属板への高圧噴射に用いられた気体または液体とともに吸引され回収されることを特徴とするしごき加工方法。
［４］片面あるいは両面に有機樹脂皮膜を被覆した金属板をしごき加工する装置であり、前記金属板を円形に打ち抜き得られたブランクを絞り・しごき加工によりカップに成形するためのしごきダイおよびしごき加工パンチを具備し、さらに、気体または液体を前記金属板に高圧で噴射し、前記金属板の付着物を前記金属板より除去するための噴射口と、前記金属板より除去された前記付着物を吸引し回収するための吸引口と、前記気体または前記液体が放散するのを防止するための突起部を有した突起部設置部とを有することを特徴とするしごき加工装置。
［５］前記［４］において、前記しごきダイ、前記噴射口および前記吸入口は複数設けられていることを特徴とするしごき加工装置。
［６］前記［４］または［５］において、前記突起部には、前記金属板と接触するための金属板接触部を有しており、該金属板接触部は弾性変形可能な柔軟な素材からなることを特徴とするしごき加工装置。

本発明は、しごき加工時に発生した金属板への付着物（ヘア）を、加工工程と同時に除去し回収することを可能にした加工方法であるため、従来においてしごき加工時に発生したヘアがしごき加工を行う加工装置に付着残存しその後のしごき加工で金属板の表面を傷つけ加工時の欠陥の起点となる問題を回避することができる。その結果、優れた生産性を有することになる。
さらに、しごき加工を施した金属板に付着したヘアを除去する工程やしごき加工装置に残存したヘアを除去し回収する工程を省略することができる。
さらに、付着物除去に気体または液体を使用するので、しごき加工方法が乾式の場合でも湿式の場合でも本発明は適応可能であり、加工条件に束縛されずにヘアなどの付着物を回収することができる。

まず、本発明において対象とする金属板は、特に限定されず、鋼板、アルミ板など如何なる素材でも適用することができる。また、金属板の板厚も特に限定しない。さらに、金属板に表面処理を施したものであっても適用できる。
金属板の片面あるいは両面に被覆する有機樹脂皮膜の種類、厚さは問わない。成型品の用途等に応じて適宜選択可能である。

そして、本発明は、片面あるいは両面に有機樹脂皮膜を被覆した金属板をしごき加工する際に、気体または液体を前記金属板に高圧で噴射し、前記金属板から付着物を除去し、付着物を回収することを特徴とする。さらに、付着物の回収は、金属板への噴射に用いられた気体または液体と共に吸引され回収されることが好ましい。

図1および図2は、本発明のしごき加工装置の一実施形態を示す断面図である。図１および図2は、片面あるいは両面に有機樹脂皮膜を被覆した金属板（以下、金属板と称す）１をしごき加工する装置であり、図１および図2では、前記金属板１を円形に打ち抜き得られたブランクを絞り・しごき加工によりカップに成形するためのしごきダイ２およびしごき加工パンチ３と、金属板と接触可能であり弾性変形可能な柔軟な素材からなる金属板接触部（図示せず）を設け気体および/又は液体が放散するのを防止するための突起部４を有した突起部設置部５を具備している。さらに、気体または液体を前記金属板１に高圧で噴射し、前記金属板１のカップエッジ部６に発生した付着物（ヘア）７を除去するための噴射口９と、前記金属板１より除去された前記付着物（ヘア）７を吸引するための吸引口１０を有している。なお、突起部設置部５、噴射口９および吸引口１０は、ヘアの回収効率を高める目的で、しごきダイ２の加工前部と加工後部にそれぞれ突起部設置部５ａ、５ｂ、噴射口９ａ、９ｂおよび吸入口１０ａ、１０ｂとして複数設置されている。そして、前記しごきダイ２と前記突起部設置部５と前記金属板１または前記しごきパンチ３で密封された空間８に、前記噴射口９ａ、９ｂより気体または液体を前記金属板１に高圧で噴射することが可能となっている。
図１によれば、絞り成形したカップの側壁部を該側壁部板厚よりも狭く設定したしごき加工パンチ３に挟んでしごきのばすしごき加工が施される。そしてこのしごき加工により、金属板1の板厚の減少とともに、カップエッジ部６にしごきダイ２より大きな圧力が加わり有機樹脂皮膜層が破損することによってヘア７が発生する。
そして、図１によれば、カップエッジ部６が突起部４ａを通過し、しごきダイ２と突起部４ａに囲まれた密閉領域８ａを通過している間、噴射口９ａより気体または液体がヘア７が発生したカップエッジ部６へ高圧で噴射される。そして、高圧の気体または液体によってカップエッジ部６に付着しているヘア７は除去される。次いで、吸引口１０aより気体または液体とともに金属板１から除去されたヘア７は吸引され、その結果、発生したヘア7はしごき加工と同時に除去され、回収される。

図２は、図1のしごき加工を続け、カップエッジ部６がしごきダイ２を通過し、しごきダ２と突起部４ｂに囲まれた密閉領域８ｂを通過する際の模式図である。なお、図2において、この密閉領域８ｂにおいても、噴射口９ｂと吸引口１０ｂを有することで、図１にて示したしごき加工前領域において行われた場合と同様に、噴射口９ｂより気体または液体がヘア7が発生したカップエッジ部６へ高圧で噴射され、ヘア7は除去され、次いで、吸引口１０ｂより気体または液体とともにヘア7は吸引され、発生したヘア7はしごき加工と同時に除去され、回収される。

また、図３は図1のしごき加工装置の上面図である。図３に示すように噴射口９ａ、９ｂ、吸引口１０ａ、１０ｂは加工される缶周に少なくとも１つずつ設置してある。噴射装置１１から噴射された気体または液体は噴射口９a、９ｂを通って缶体表面へ吹き付けられ、フィルムヘア等の異物を缶体から除去する。次いで、吸引装置１２により吸引口１０ａ，１０ｂへとフィルムヘアとともに気体または液体が吸引されてヘアが回収される。なお、噴射口９ａ、９ｂおよび吸引口１０ａ、１０ｂは、しごき加工装置外部からしごき加工穴中心方向へ向かって設置される。また、吸引は、0.1MPa以下の真空度で、噴射された気体や液体によって除去された付着物がしごき加工装置内に残存しないように確実に行うことが好ましい。

なお、本発明において、金属板に付着したヘア等の付着物を除去するため、金属板に高圧で噴射する気体または液体は、金属板、金属板に被覆された有機樹脂皮膜、しごきダイなどの加工装置と化学的に反応しない物質であることが必須である。例えば、気体であれば空気、液体であれば防錆剤を添加した純水が挙げられる。純水に添加する防錆剤としてはワックス、ラノリン、脂肪酸、トリエタノールアミン、無機アルカリなどが好ましい。
噴射時の圧力は、0.4〜20MPaの範囲が好ましく、金属板と被覆されている有機樹脂皮膜に損傷を与えない程度の圧力で噴射する。
突起部設置部５は、気体および/又は液体が放散するのを防止するための突起部４を有しており、突起部４の先端には、金属板と被覆されている有機樹脂皮膜を傷つけることなく接触させるために、金属板と接触可能な金属板接触部を設けてある。そして、前記金属板接触部は弾性変形可能な柔軟な素材からなることが好ましい。弾性変形可能な柔軟な素材とは、例えば樹脂やゴムなどである。

図1に示すしごき加工装置を用い、素材として板厚0.22mmの鋼板の両面に15μmのPETフィルムを熱融着したラミネート鋼板を使用し、しごき加工を行った。
具体的には、このラミネート鋼板を絞り加工を行って成形したカップを用い、1段目の絞りを絞り比1.6で絞り加工し、2段目の絞り加工として1段目で得たカップをさらに絞り比1.5で絞り加工した。さらに、3段のしごき加工によって、加工後の缶側壁部の板厚が0.150mmとなるように加工を行った。フィルム回収は、3段目のしごき加工後に行った。噴射口９ａ、９ｂおよび吸引口１０ａ、１０ｂは全てφ3mmとし、密閉空間８ａ、８ｂにおける噴射口９ａ、９ｂおよび吸引口１０ａ、１０ｂと缶体との間隔は約1mmである。
以上より、加工を通してフィルムヘアが発生した状況結果を表１に示す。なお、表1において、フィルムヘア回収の評価は、×（回収できず）、△（一部回収）、○（全て回収）の3段階で行った。

表1より、噴射物が液体（クーラント+純水）および気体（N₂）の両方でフィルムヘア回収の効果があり、噴射圧力0.4MPa以上で完全にヘアを回収する効果が認められた。
以上のように、本発明の加工方法では、従来方法では困難であったフィルムヘアの回収を可能にし、製缶時の欠陥の低減と優れた生産性を両立した。

本発明のしごき加工装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明のしごき加工装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明のしごき加工装置の一実施形態を示す上面図である。

符号の説明

１ 有機樹脂皮膜金属板
２ しごきダイ
３ しごき加工用パンチ
４ａ、４ｂ 突起部
５ａ、５ｂ 突起部設置部
６ カップエッジ部
７ ヘア
８ａ、８ｂ 密閉領域
９ａ、９ｂ 噴射口
１０ａ、１０ｂ 吸引口
１１ 噴射装置
１２ 吸引装置

Claims (6)

1. 片面あるいは両面に有機樹脂皮膜を被覆した金属板をしごき加工するに際し、気体または液体を前記金属板に高圧で噴射し、前記金属板から付着物を除去し、次いで、前記金属板より除去された前記付着物を吸引し回収することを特徴とするしごき加工方法。
2. 前記金属板への高圧噴射は、前記金属板へのしごき加工前および／またはしごき加工後に行うことを特徴とする請求項１に記載のしごき加工方法。
3. 前記付着物は、前記金属板への高圧噴射に用いられた気体または液体とともに吸引され回収されることを特徴とする請求項１または２に記載のしごき加工方法。
4. 片面あるいは両面に有機樹脂皮膜を被覆した金属板をしごき加工する装置であり、前記金属板を円形に打ち抜き得られたブランクを絞り・しごき加工によりカップに成形するためのしごきダイおよびしごき加工パンチを具備し、さらに、気体または液体を前記金属板に高圧で噴射し、前記金属板の付着物を前記金属板より除去するための噴射口と、前記金属板より除去された前記付着物を吸引し回収するための吸引口と、前記気体または前記液体が放散するのを防止するための突起部を有した突起部設置部とを有することを特徴とするしごき加工装置。
5. 前記しごきダイ、前記噴射口および前記吸入口は複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載のしごき加工装置。
6. 前記突起部には、前記金属板と接触するための金属板接触部を有しており、該金属板接触部は弾性変形可能な柔軟な素材からなることを特徴とする請求項４または５に記載のしごき加工装置。

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