JP5459462B2 - 角筒容器の成形方法及びそのパンチ - Google Patents

Description

本発明は、角筒容器の成形方法および角形パンチ、特に、多工程絞り成形をすることなく、既存の絞り・しごき成形装置を流用しながら、側壁の板厚分布が均一であり且つ側壁に”べこべこ”のうねり（以下、「キャニング」・・図７参照）のない細長比の大きい角筒容器を好適に製造することが出来る角筒容器の成形方法および角筒容器成形パンチに関するものである。

一般に深い角筒容器は、多工程絞り成形により作られる。すなわち、コイルをプレス機によって「ブランク」と呼ばれる円盤状缶材に打抜き、次に円筒パンチと円形ダイで絞り加工され円筒容器に成形される。次に、楕円筒パンチがその円筒容器を押圧して絞り成形ダイ中を通過させることにより、楕円筒容器が絞り成形される。次に、角筒パンチがその楕円筒容器を押圧して絞り成形ダイ中を通過させることにより、角筒容器が成形される。なお、実際の絞り成形工程は複雑であり、各成形工程が多段に細分化されている（例えば、特許文献１を参照。）。
図１１は、角筒パンチ６００が円筒しごき容器２０を押圧して絞り成形ダイ７００中を通過させる時の絞り部位を示す説明図である。
左半分は絞り加工直前の状態を示し、右半分は角筒パンチ６００が円筒しごき容器２０を押圧して絞り成形ダイ７００中を通過させる時の状態を示している。なお、板厚ｔ₀はブランクの板厚であり、板厚ｔ₁は円筒又は楕円筒しごき加工後の側壁の板厚である。図から分かる通り、角筒パンチ６００が円筒しごき容器２０の底部を押圧しながら移動すると、円筒しごき容器２０は絞り成形ダイ７００によって絞られ、同時に側壁部の板厚は一様にt₂まで減肉される。そして、この側壁板厚の変化割合は、円筒しごき容器の高さ位置で異なる。特に、底部外縁近傍においては変化割合が大きく、その結果、絞りしごき加工で応力が過度に集中し、破胴（破断）に至ることがある。
また、上記のように多工程絞り成形によって角筒容器を成形するのではなく、角筒容器の底部またはそれに類似したペレットを予め成形しておき、そのペレットからインパクト成形により中間カップ体を成形し、次にその中間カップ体をＤＩ法によって絞り・しごき加工することにより所望の角形電池缶を成形する角形電池缶の製造方法が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。上記発明に係る文献には、その絞り・しごき成形加工時における応力集中による割れや破断を防止するために、その中間カップ体の各厚みについては、「長辺側板部の厚み」と「底辺部の厚み」との比＝０.６〜１.３、並びに「短辺側板部の厚み」と「底辺部の厚み」との比＝１.０〜１.８の範囲内となる形状に調整することが開示されている。また、しごきダイとパンチとの間での材料余りの現象を抑制して材料の流れを円滑にする目的で、長辺側面に加工溝が格子状に形成されたＤＩパンチを用いてその中間カップ体を絞り・しごき成形することも開示されている。

特開平９−３０６４４１号公報 特開２００３−２０８８７６号公報

上記多工程絞り成形の従来技術では、何種類ものパンチ及び「絞り成形ダイ」が必要となるという問題がある。
また、上記ペレット及びインパクト成形の従来技術では、ペレットを成形する装置、ならびに中間カップ体を成形するインパクト成形装置を新たに導入する必要がある。
また、上記ＤＩパンチのように、長辺側面に加工溝を格子状に形成することは、製造コストが余分に発生するという問題もある。
そこで、本発明は、上記実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、多工程絞り成形をすることなく、既存の絞り・しごき成形装置を流用しながら、側壁の板厚分布が均一であり且つ側壁にキャニングのない細長比の大きい角筒容器を好適に製造することが出来る角筒容器の成形方法および角筒容器成形パンチを提供することである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の角筒容器の成形方法は、ブランクを絞り加工によって有底の円筒または楕円筒容器（以下、円筒容器）に成形し、次に該円筒容器をしごき加工によって「円筒しごき容器」に成形し、次に該「円筒しごき容器」を角形パンチ及び角形ダイによる角筒絞り・しごき加工によって「角筒絞りしごき容器」に成形する角筒容器の成形方法であって、
前記角形ダイに前記角形パンチを挿入して、「角筒絞りしごき容器」に成形する際に、前記「円筒しごき容器」の「底部折り返し部」に係る厚板部を、前記角形ダイと前記角形パンチによるしごき加工を行うこと無く前記「円筒しごき容器」から前記「角筒絞りしごき容器」に絞り・しごき成形することからなり、
前記角形パンチは、先端部において段差を備えた先細角形パンチであることを特徴とする。
上記角筒容器の成形方法では、円筒しごき容器を角筒に仕上げる際、板厚の特に厚い「底部折り返し部」に相当する厚板部を角形ダイと角形パンチによるしごき加工を行わないことでその部位に応力が過度に集中することを抑制し、破胴を好適に防止する。また、角形ダイと角形パンチによるしごき加工の際、「底部折り返し部」以外では、側壁の板厚分布を均一化し、その結果側壁におけるキャニングの発生を好適に抑制する。
このように、円筒または楕円筒のしごき成形を適応し、「円筒しごき容器」の側壁厚を均一にした上で、「底部折り返し部」に係る板厚を、角形ダイによる「しごき加工」から逃がしながら角筒に仕上げることで「円筒しごき容器」から細長比の大きい角筒容器を容易に作製することが出来る。
また、請求項１に記載の角筒容器の成形方法では、角形パンチの先端部に段差を設けることにより、板厚の特に厚い「底部折り返し部」に相当する板厚を、角形ダイによる「しごき加工」から好適に逃がすことが可能となる。

請求項２に記載の角筒容器の成形方法では、前記段差の軸方向長さは、該段差の側面が前記「底部折り返し部」に係る面を包絡することが出来る長さであることとした。
上記角筒容器の成形方法では、板厚の特に厚い「底部折り返し部」に相当する厚板部を、角形ダイと角形パンチによる「しごき加工」から解放することが可能となる。

請求項３に記載の角筒容器の成形方法では、前記段差の深さ（幅）は、前記「底部折り返し部」におけるしごき率がゼロになる深さであることとした。
上記角筒容器の成形方法では、板厚の特に厚い「底部折り返し部」に相当する板厚を角形ダイによるしごき加工から好適に逃がすことが可能となる。

請求項４に記載の角筒容器の成形方法では、前記「円筒状しごき容器」の側壁部の前記ブランク板厚に対するしごき率Ｒ₁(%)は、０＜Ｒ₁≦８０（％）であることとした。
上記角筒容器の成形方法では、上記側壁部のしごき率Ｒ₁を上記範囲に設定することにより、角形ダイによる「しごき加工」の際、しごき部位の破胴を好適に防止することが可能となる。

請求項５に記載の角筒容器の成形方法では、前記「角筒絞りしごき容器」の側壁部の前記「円筒しごき容器」の側壁板厚に対するしごき率Ｒ₂(%)は、０＜Ｒ₂≦５０（％）であることとした。
上記角筒容器の成形方法では、上記側壁部のしごき率Ｒ₂を上記範囲に設定することにより、角形ダイによる「絞り・しごき加工」の際、絞り・しごき部位の破胴を好適に防止しながら、側壁の板厚分布を好適に均一化することが可能となる。これにより、側壁部におけるキャニングの発生を好適に抑制しながら、「円筒しごき容器」から細長比の大きい角筒容器を容易に作製することが可能となる。

前記目的を達成するため、請求項６に記載の角筒容器成形パンチは、ブランクに対し絞り・しごき加工を行うことにより得られた「円筒しごき容器」に対し、角形ダイと協働して角筒絞り・しごき加工を行い「角筒絞りしごき容器」を成形する角形パンチであって、
該角形パンチは、先端部において段差を備えた先細角形パンチであり、前記角形ダイに前記角形パンチを挿入して、「角筒絞りしごき容器」に成形する際に、前記「円筒しごき容器」の「底部折り返し部」に係る厚板部を、前記角形ダイと前記角形パンチによるしごき加工を行うことが無いように構成されていることを特徴とする。
上記角筒容器成形パンチでは、上記請求項１に記載の角筒容器の成形方法を好適に実施することが出来る。

請求項７に記載の角筒容器成形パンチでは、前記段差の軸方向長さは、該段差の側壁面が前記「底部折り返し部」に係る板厚を包絡することが出来る長さであることとした。
上記角筒容器成形パンチでは、上記請求項２に記載の角筒容器の成形方法を好適に実施することが出来る。

請求項８に記載の角筒容器成形パンチでは、前記段差の深さ（幅）は、前記「底部折り返し部」におけるしごき率がゼロになる深さであることとした。
上記角筒容器成形パンチでは、上記請求項３に記載の角筒容器の成形方法を好適に実施することが出来る。

本発明の角筒容器の成形方法によれば、多工程絞り成形をすることなく、既存の絞り・しごき成形装置を流用しながら、「円筒しごき容器」から、側壁の板厚分布が均一であり且つ側壁にキャニングのない細長比の大きい角筒容器を好適に製造することが可能となる。
また、本発明の角筒容器成形パンチによれば、本発明の角筒容器の成形方法を好適に実施することが出来る。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る段差角形パンチ１００を示す説明図である。図１(a)は正面図であり、同(b)は底面図である。
この段差角形パンチ１００は、ブランクを絞り・しごき成形することにより得られた「円筒しごき容器」（図５の２０）の内で、板厚が特に厚い底部外縁近傍（底部折り返し部）を角形ダイ（図示せず）によるしごき加工を行うことが無いように、先端部に段差が設けられている。その構成は、「円筒しごき容器」２０の底部外縁近傍を角形ダイによるしごき加工から解放する先端部１と、「円筒しごき容器」の底部以外の側壁を「角筒」に成形する本体部２とから構成されている。

先端部１は、長さがＬ₁である。なお、詳細については図１と図２を参照しながら後述するが、このＬ₁は、「先端部１の断面の一辺長」Ｌ₀と「円筒しごき容器外径」Ｄ₀によって決定される。数値例を挙げると、Ｌ₀＝５０mm、Ｌ₁＝１５mm、Ｗ＝０.３mm、Ｒ＝１０mmである。なお、先端部１と本体部２との継ぎ部は、テーパになっている。

図１(b)の斜線部分は、円筒しごき容器２０に対する角形ダイによる絞り・しごき加工の際に、その絞り・しごきから、「円筒しごき容器」の底部外縁近傍の厚板部を逃がすエスケープゾーン３である。

図２は、本発明の段差角形パンチ１００の先端部の段差長Ｌ₁を示す説明図である。
パンチ先端部の段差長Ｌ₁は、円筒しごき容器２０の板厚の厚い「底部折り返し部」Ｓを角形ダイ（図示せず）と角形パンチによるしごき加工から解放することが出来るように、一辺長Ｌ₀×段差長Ｌ₁による領域が「底部折り返し部」Ｓを包絡するように決定される。従って、例えば段差長Ｌ₁としては、
１／２×（Ｄ₀−Ｌ₀）≦Ｌ₁≦２／３×（Ｄ₀−Ｌ₀）
の範囲にあるＬ₁を採用することが出来る。
なお、しごき缶が楕円筒しごき容器の場合は、Ｄ₀として短径を採用する。一方、角筒絞りしごき容器の断面が長方形の場合（角形パンチが長方形パンチの場合）は、図３に示すように、Ｌ₀としては短辺を採用する。

また、段差幅Ｗについては、底部折り返し部Ｓのしごき率によって決定される。例えばしごき率がゼロの場合は、図４に示すように、ｔ₀＝Ｗ＋ｔ₂、即ち、Ｗ＝ｔ₀−ｔ₂である（ｔ₂：角筒絞りしごき容器の「底部折り返し部」Ｓ以外の側壁板厚、ｔ₀：ブランクの板厚）。
しかし、実際の段差幅Ｗとしては、例えば、
１０／１１×（ｔ₀−ｔ₂）≦Ｗ≦１０／９×（ｔ₀−ｔ₂）
の範囲にあるＷを採用することが出来る。

図５は、角筒絞りしごき容器の成形工程を示す説明図である。なお、上段は各平面図を示し、下段はこれらの各断面図を示している。図５(a)は円筒絞り容器を示し、同(b)は円筒しごき容器を示し、同(c)は角筒絞り容器を示し、同(d)は角筒絞りしごき容器を示している。なお、同(c)の角筒絞り容器では、キャニングの発生は抑制できない（図７参照）のため、本件では(b)の円筒しごき容器から一工程で(d)の角筒絞りしごき容器まで成形し、キャニングの発生を解消している。
この成形工程は、角筒絞りしごき容器４０を成形するに際し、ブランクに対し円筒や楕円筒のしごき成形を適応し、側壁が均一な円筒または楕円筒しごき容器に成形した後で本発明の段差角形パンチ１００を用いて角筒に仕上げる。このように、円筒または楕円筒のしごき成形を適応し、均一な側壁厚にした上で、「底部折り返し部」Ｓに係る板厚を、角形ダイと角形パンチによる「しごき加工」から解放しながら角筒に仕上げることで「円筒しごき容器」２０から細長比の大きい「角筒絞りしごき容器」４０を容易に作製することが出来る。以下、各工程について説明する。

先ず、円筒絞り工程では、コイル（材料：3003−H14、板厚ｔ₀＝0.75mm、ＰＰラミネート材厚さ＝30μm）をプレス機によって「ブランク」と呼ばれる円盤状缶材（φ107.5mm）に打抜き、そのブランクをブランクホルダ（図示せず）に装着し、図示しない円筒パンチ（φ71.5）によってブランクを押圧しながら円筒パンチを移動させることにより、図５(a)に示す浅い円筒絞り容器１０が絞り成形される。なお、円筒絞り容器１０の板厚はブランクの板厚ｔ₀とほぼ同じである。

次に、円筒しごき工程では、円筒パンチが円筒絞り容器１０をさらに押圧して、そのパンチとのクリアランスが0.65mmである環状のしごき成形ダイの中を通過させることにより、円筒絞り容器の側壁板厚は薄くなり、図５(b)に示す、より深い円筒しごき容器２０が成形される。なお、円筒しごき容器の上部側壁板厚ｔ₁は、0.75mm（＝ｔ₀）から0.65mmに減少している。
また、その時のブランク板厚に対するしごき率Ｒ₁は、Ｒ₁＝１００×（ｔ₀−ｔ₁）／ｔ₀＝１００×（0.75−0.65）／0.75＝13.3［％］である。

また、図６は、円筒しごき容器２０の側壁の板厚分布を示す説明図である。
図から分かる通り、上記しごき加工によって１０mm≦高さ≦３０mmにおける側壁の板厚はほぼ均一となっている。

次に、角筒絞り工程では、上記段差角形パンチ１００および角形ダイ（図示せず）を用い、円筒しごき容器２０を角筒状に絞り成形して図５(c)に示す角筒絞り容器３０を作製する。段差角形パンチ１００は、先端部に段差が設けられているため、「円筒しごき容器２０の底部外縁近傍」の板厚の厚い部分（図２の底部折り返し部Ｓ）は、角形ダイによって全くしごかれない（しごき率＝ゼロ）ことになる。図７は、その絞り成形によって作製された角筒絞り容器３０の斜視図である。図から分かる通り、角筒絞り容器３０の側壁にはハッチング部（z部）が存在する。この時点で角筒絞り容器３０の側壁には、２種類の板厚ｔ₀,ｔ₁が存在し、側壁はキャニングでべこべことうねっている。本件の目的である細長い角筒容器にするために、後述の絞りしごき加工を行う必要がある。この板厚の厚いｚ部に対し従来の角形パンチによってしごき加工を行うと、メタルの移動に無理があり破胴する虞がある。しかしながら、本発明の段差角形パンチ１００は、先端部に先細りの段差を備えているため、このｚ部に対し角形ダイによるしごき加工は行われない。これにより、後述するように、破胴を回避しながら背の高い角筒容器にしごき成形することが可能となる。

図８は、角筒絞り容器３０の側壁の板厚分布を示す説明図である。
図から分かる通り、コーナ部の板厚はほぼ一様であるが、辺部の板厚はバラツキが大きくなっている。

次に、角筒しごき工程では、円筒しごき容器２０の側壁に対し、上記段差角形パンチ１００および角形ダイ４を用い開口端に向かってしごき加工（図４）をする。これにより、円筒しごき容器２０を、より背が高く側壁厚が一様な角筒絞りしごき容器４０（図５(d)）に成形することが可能となる。従って、図９に示すように、最終製品である角筒絞りしごき容器４０の側壁には、
（１）ブランクの板厚（ｔ₀）、・・・ｚ部
（２）円筒しごき加工後の側壁板厚（ｔ₁）
（３）角筒しごき加工後の側壁板厚（ｔ₂）
が存在することになる。角筒絞りしごき容器４０の側壁には、キャニングが無く、美麗な細長のスマートな角筒容器となっている。従って、従来容器との差は明確である。

また、円筒しごき容器の側壁板厚に対するしごき率Ｒ₂は、円筒しごき容器の側壁板厚ｔ₁＝0.65mmであり、角筒しごき加工後の側壁板厚ｔ₂＝0.50mmであるため、
Ｒ₂＝１００×（０.６５−０.５０）／０.６５＝２３.１［％］である。

図１０は、角筒絞りしごき容器４０の側壁の板厚分布を示す説明図である。
図から分かる通り、角筒絞りしごき容器４０の辺部およびコーナ部における側壁の板厚は均一である。

以上の通り、本発明の段差角形パンチ１００を用いた角筒絞りしごき容器の成形方法によれば、多工程絞り成形をすることなく、側壁の板厚分布が均一であり且つ側壁にキャニングがない細長比の大きい角筒絞りしごき容器を容易に成形することが可能となる。

本発明の角筒絞りしごき容器の成形方法及び段差角形パンチ１００は、角筒絞りしごき容器、特に細長比の大きい角筒絞りしごき容器の成形に好適に適用され得る。

本発明の段差角形パンチを示す説明図である。 本発明の段差角形パンチの先端部の段差長Ｌ₁を示す説明図である。 本発明の段差角形パンチの先端部の段差長Ｌ₁を示す説明図である。 本発明の段差角形パンチの先端部の段差幅Ｗを示す説明図である。 本発明の段差角形パンチを用いた角筒容器の成形工程を示す説明図である。 円筒しごき容器の側壁の板厚分布を示す説明図である。 本発明に係る角筒絞り容器を示す斜視説明図である。 本発明に係る角筒絞り容器の側壁の板厚分布を示す説明図である。 本発明に係る角筒絞りしごき容器を示す斜視説明図である。 本発明に係る角筒絞りしごき容器の側壁の板厚分布を示す説明図である。 従来の角形パンチ及び角形ダイによる絞り・しごき成形を示す説明図である。

１ 先端部
２ 本体部
３ エスケープゾーン
４ 角形ダイ
１０ 円筒絞り容器
２０ 円筒しごき容器
３０ 角筒絞り容器
４０ 角筒絞りしごき容器
１００ 段差角形パンチ

Claims (8)

1. ブランクを絞り加工によって有底の円筒または楕円筒容器（以下、円筒容器）に成形し、次に該円筒容器をしごき加工によって「円筒しごき容器」に成形し、次に該「円筒しごき容器」を角形パンチ及び角形ダイによる角筒絞り・しごき加工によって「角筒絞りしごき容器」に成形する角筒容器の成形方法であって、
   前記角形ダイに前記角形パンチを挿入して、「角筒絞りしごき容器」に成形する際に、前記「円筒しごき容器」の「底部折り返し部」に係る厚板部を、前記角形ダイと前記角形パンチによるしごき加工を行うこと無く前記「円筒しごき容器」から前記「角筒絞りしごき容器」に絞り・しごき成形することからなり、
   前記角形パンチは、先端部において段差を備えた先細角形パンチであることを特徴とする角筒容器の成形方法。
2. 前記段差の軸方向長さは、該段差の側面が前記「底部折り返し部」に係る面を包絡することが出来る長さである請求項１に記載の角筒容器の成形方法。
3. 前記段差の深さ（幅）は、前記「底部折り返し部」におけるしごき率がゼロになる深さである請求項１又は２に記載の角筒容器の成形方法。
4. 前記「円筒しごき容器」の側壁部の前記ブランク板厚に対するしごき率Ｒ₁(%)は、０＜Ｒ₁≦８０（％）である請求項１に記載の角筒容器の成形方法。
5. 前記「角筒絞りしごき容器」の側壁部の前記「円筒しごき容器」の側壁板厚に対するしごき率Ｒ₂(%)は、０＜Ｒ₂≦５０（％）である請求項１に記載の角筒容器の成形方法。
6. ブランクに対し絞り・しごき加工を行うことにより得られた「円筒しごき容器」に対し、角形ダイと協働して角筒絞り・しごき加工を行い「角筒絞りしごき容器」を成形する角形パンチであって、
   該角形パンチは、先端部において段差を備えた先細角形パンチであり、前記角形ダイに前記角形パンチを挿入して、「角筒絞りしごき容器」に成形する際に、前記「円筒しごき容器」の「底部折り返し部」に係る厚板部を、前記角形ダイと前記角形パンチによるしごき加工を行うことが無いように構成されていることを特徴とする角筒容器成形パンチ。
7. 前記段差の軸方向長さは、該段差の側壁面が前記「底部折り返し部」に係る面を包絡することが出来る長さである請求項６に記載の角筒容器成形パンチ。
8. 前記段差の深さは、前記「底部折り返し部」におけるしごき率がゼロになる深さである請求項６又は７に記載の角筒容器成形パンチ。

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