JP6315804B2 - 角型容器の製造方法並びに製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属板を成形加工して角型容器を製造するための製造方法並びに製造装置に関する。

通常、金属製の容器を成形する場合、絞り加工装置を用いた絞り加工により成形されることが多い。この絞り加工では、飲料缶のように有底円筒状の容器を製造することが広く行われているが、角型容器を絞り加工により成形する場合、特に底辺の角部付近に材料が集まり易く、角部にしわや割れが生じ易い。このため、平面積に対して深さが浅いトレイ状の角型容器しか成形できなかった。

この絞り加工により角型容器を製造する方法として、例えば、特許文献１の角絞り加工法が開示されている。この加工法では、絞りパンチとダイプレートに温調ヒータを埋設しておき、板材を加熱して成形する温間プレス加工により絞り加工する方法である。材料を加熱することにより、成形性が向上すると考えられる。

特開２００２−２３９６４４号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法の場合には、金型に加熱手段を埋め込む必要がある。また、この加工法は、マグネシウム材料等、伸び率が低く絞り性の低い材料の角部の板厚を厚く成形してクラックや割れを防ぐものであり、しわの発生を完全に防止することは難しく、さらに適正な金型形状を検討する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、しわや割れの発生を防止しながら角型容器を成形できる角型容器の製造方法並びに製造装置を提供することを目的とする。

本発明の角型容器の製造方法は、金属板を折り曲げて底面を角型としたトレイ状の一次成形体を成形する折り曲げ加工と、前記一次成形体を絞り加工して角型容器を成形する絞り加工とを有し、前記折り曲げ加工では、前記金属板を折り曲げて前記一次成形体の底面における角部及び辺部を成形するとともに、前記辺部に連なる一次成形体の側面の開き角度を前記角部から前記辺部の中央部に向けて大きくしておき、前記絞り加工では、前記一次成形体の角部及び辺部を絞り成形して前記角型容器の角部を形成しつつ前記辺部の中央側に材料を逃がしながら前記角部を中心に前記角型容器の側面を中央部に向けて絞り成形する。

また、本発明の角型容器の製造装置は、金属板を折り曲げて底面を角型としたトレイ状の一次成形体を成形する折り曲げ加工型と、前記一次成形体を絞り加工して角型容器を形成する絞り加工型とを有し、前記折り曲げ加工型は、角錐状の上型凸部と、前記上型凸部の底面部との間で一次成形体の底面における角部及び辺部を成形する凹部を有する下型とが備えられるとともに、前記凹部には、前記辺部に連なる前記一次成形体の側面の開き角度が前記角部から前記辺部の中央部に向けて大きくなるように成形するテーパ面が形成され、前記絞り加工型は、前記一次成形体を底部から絞る上型ポンチと該上型ポンチを嵌合する絞り成形孔を有する下型ダイとが備えられ、前記下型ダイには、前記絞り成形孔の上方に、前記一次成形体の側面を案内するテーパ状ガイド面が前記折り曲げ加工型における前記テーパ面の開き角度より小さい開き角度で形成されている。

先ず、金属板を折り曲げ成形することで角型容器の底面における角部及び辺部となる部分を成形したトレイ状の一次成形体を形成し、続いてこの角部を成形して位置決めしつつ辺部の中心に向けて絞り成形して角型容器の側面を成形している。したがって、角部に材料が集まりにくくなり、材料を角部から逃がしながら絞り成形を続けることができる。これにより、角部にしわや割れが生じにくく、高品質の角型容器を成形できる。

本発明の角型容器製造装置において、前記絞り加工型の下型ダイには、前記テーパ状ガイド面よりも開き角度が大きい逃がしテーパ面が前記テーパ状ガイド面の上端に連なるように形成されているとよい。

絞り加工時には、一次成形体の側面をテーパ状ガイド面により案内しながら絞り加工するとともに、この絞り変形された側面をテーパ状ガイド面よりも開き角度が大きい逃がしテーパ面に逃がすように中央部側に絞り変形できるため、角部を中心に辺部の中央側に向けて成形して角部に材料が集まることを防ぎつつ角型容器を加工できる。

本発明の角型容器の製造方法並びに製造装置によれば、折り曲げ加工と絞り加工とによる二段階の加工により、金属板の角部付近から材料を逃がしながら成形し、しわや割れの発生を防止しながら角型容器を成形できる。

本発明の一実施形態の角型容器の製造方法の前段を工程順に示す斜視図である。 製造工程の後段を工程順に示す斜視図である。 角型容器の製造装置における折り曲げ加工型を示す斜視図である。 図３の下型の平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３の下型上に金属板を載置した状態を示す斜視図である。 図３の折り曲げ加工型において折り曲げ加工中の上型と下型の斜視図である。 折り曲げ加工後に下型から一次成形体を押し出した状態を示す斜視図である。 角型容器の製造装置における絞り加工型を示す斜視図である。 図９の下型ダイの平面図である。 図１０のＢ−Ｂ線に沿う絞り加工型の断面図である。 図９の絞り加工型において一次成形体を配置した状態の斜視図である。 絞り加工中の上型ポンチと下型ダイの斜視図である。 下型ダイから絞り加工後の角型容器を押し出した状態を示す斜視図である。

以下、本発明の角型容器の製造方法並びに製造装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
この実施形態で製造される角型容器１は、アルミニウム等の金属板２により、底面が正方形に形成され、側面がほぼ垂直に形成される。そして、この角型容器１の製造方法においては、図３〜図５に示す折り曲げ加工型１０と、図９〜図１１に示す絞り加工型３０との二種類の金型を有するプレス装置が用いられ、金属板２に折り曲げ加工と絞り加工との二段階の加工が施される。

図３〜図５の折り曲げ加工型１０は、上型１１の凸部１２と下型２１の凹部２２との間で金属板２を折り曲げて角型容器１の底面における四隅の角部３及び辺部４となる初期の形状をなすトレイ状の一次成形体５０を成形するものである。
図３に示すように、上型１１の凸部１２は、下部から上部に向けて広がる角錐状に形成され、その底面の四辺により辺部形成部１４が設けられるとともに、四隅には、底面と二つのテーパ状側面１５とにより頂角状の角部形成部１６が設けられ、辺部形成部１４によって角型容器１の底面における辺部４となる部分を折り曲げ、角部形成部１６により底面の角部３となる部分を折り曲げ成形可能になっている。

図４及び図５に示した下型２１の凹部２２の中央には、製造後の角型容器の底面と略同形状の角形穴２３が設けられる。この角形穴２３の上端外周側には、複数のテーパ面２４が上方に向かうに従って水平方向（図３のＸ方向及びＹ方向）に漸次広がるように形成されている。これらテーパ面２４は、角形穴２３の各辺２５に二つずつ設けられており、各辺２５の中央部から角部２６にかけて一つずつ配置され、辺２５の中央部において突き合せられている。また、これらテーパ面２４は、角部２６からの開き角度よりも辺２５の中央部からの開き角度が大きくなるようにねじれた形状に形成されている。また、各テーパ面２４の上端には、上方に向かうに従ってさらに開き角度を大きくした第２テーパ面２７がそれぞれ連なるように形成され、これら第２テーパ面２７が横断面Ｖ字の溝状をなしている。

また、角部２６においては、角形穴２３の上端において直角に配置される二つのテーパ面２４どうしが、角部２６から上方に延びる稜線２８を介して接合されるが、その稜線２８は、上型１１の角部形成部１６から延びる角錐面の稜線１７とほぼ同じ角度か若干大きい角度で広がっている。前述の凹部２２は、これらテーパ面２４及び第２テーパ面２７により形成される。
なお、図３の符号３５，３６は上型１１と下型２１とを位置決めするためのガイドポスト及びガイド孔を示し、図４の符号３７は、下型２１に矩形の金属板２の二辺を位置決めするためのガイドピンを示す。

また、凹部２２の下部の角形穴２３の内部には、この角形穴２３と略同形状の角柱状に形成された受け部材２９が上下移動可能に設けられている。この受け部材２９により、金属板２の折り曲げ加工時に金属板２が底面側から支えられ、上型１１のプレス時に、角部形成部１６で角部５３を確実に形成できる。この場合、受け部材２９は、下型２１の上面と同じレベルまで角形穴２３の上方に突出した状態から、角形穴２３の上端面まで上下移動させられる。

この折り曲げ加工型１０により成形される一次成形体５０は、図１（ｂ）に示すように、その底面５１においては、その四方を囲む各辺部５２、四隅の角部５３が形成され、側面には、一つの辺部５２に対して二つの傾斜側面５４及びその間の逃げ部５５が形成される。各傾斜側面５４は、角部５３からの開き角度よりも辺部５２の中央部における開き角度の方が大きく形成される。

一方、図９〜図１１の絞り加工型３０は、折り曲げ加工された一次成形体５０を上型３１のポンチ３２と下型ダイ４１との間で絞り加工して角型容器１を成形するものである。ポンチ３２は、一次成形体５０を底部から絞ることが可能な略角柱形状に形成されている。

下型ダイ４１には、ポンチ３２が嵌合される絞り成形孔４２及びガイド凹部４３が設けられている。ダイ４１の絞り成形孔４２の上方には一次成形体５０の側面を案内するテーパ状ガイド面４４が形成され、このテーパ状ガイド面４４は、折り曲げ加工型１０のテーパ面２４と同様、絞り成形孔４２の各辺４５に二つずつ設けられており、各辺４５の中央部から角部４６にかけて一つずつ配置され、辺４５の中央部において突き合せられている。また、これらテーパ状ガイド面４４は、角部４６からの開き角度よりも辺４５の中央部からの開き角度が大きくなるようにねじれた形状に形成されている。ただし、各テーパ状ガイド面４４とも折り曲げ加工型１０のテーパ面２４よりも開き角度は小さく設定されている。

また、テーパ状ガイド面４４の上端には、上方に向かうに従ってさらに傾斜を大きくした逃がしテーパ面４７が連なるようにして形成されており、この逃がしテーパ面４７は、横断面Ｖ字の溝状をなしている。
また、角部４６において二つのテーパ状ガイド面４４により形成される稜線４８も、折り曲げ加工型１０の凹部２２の稜線２８よりも開き角度が小さく設定される。
前述のガイド凹部４３は、これらテーパ状ガイド面４４及び逃がしテーパ面４７により形成される。
また、絞り成形孔４２内には、受け部材４９が上下移動可能に設けられており、下型ダイ４１の上端面と同じレベルまで絞り成形孔４２の上方に突出した状態から、絞り成形孔４２内に絞り成形されて押し込まれる角型容器１の底面を支持し得る高さ位置まで上下移動させられる。

一方、ポンチ３２の外周側には、枠状のガイド部材６０がガイドロッド６１により上下移動可能にかつ図示略のばね等の付勢部材により下方に付勢された状態に設けられ、このガイド部材６０の底面の四方には、一次成形体５０の底面の辺部５２及び角部５３を押さえる押さえ部６２が矩形状に形成され、この押さえ部６２の上方にはテーパ面６３が形成されている。テーパ面６３は、ガイド凹部４３のテーパ状ガイド面４４よりも急勾配に設けられ、ガイド部材６０がテーパ状ガイド面４４の内側に上方から係合可能な形状に設けられる。
なお、この絞り加工型３０にも、折り曲げ加工型１０と同様に、上型ポンチ３２と下型ダイ４１とを位置決めするためのガイドポスト３５及びガイド孔３６が設けられる。

以上の構成の製造装置で角型容器を製造する場合、まず折り曲げ加工型１０を用いた折り曲げ加工により一次成形体５０が形成され、この一次成形体５０を絞り加工型３０を用いた絞り加工により角型容器１に成形される。
折り曲げ加工においては、図６に示すように、下型２１の凹部２２の上方に金属板２を載置する。このとき、下型２１にはガイドピン３７が設けられているので、このガイドピン３７に金属板２の周縁を当接させた状態で位置合わせする。そして、上型１１の凸部１２を下降させると、図７に示すように凸部１２が下型２１の凹部２２との間で金属板２を挟み込むようにしながら凹部２２内に係合し、その際に、辺部形成部１４及び角部形成部１６により金属板２を折り曲げ、底面に辺部５２及び角部５３を形成した一次成形体５０を成形する。

このとき、下型２１の受け部材２９により金属板２を底面側から支えていることで、凸部１２の底面全体が金属板２に接触し、この凸部１２の辺部形成部１４及び角部形成部１６により金属板２に辺部５２及び角部５３を確実に折り曲げ成形することができる。そして、これら辺部５２及び角部５３の上方部分では、下型２１の凹部２２のテーパ面２４に沿うように傾斜側面５４が形成され、各辺部５２における傾斜側面５４の間で余った材料により逃げ部５５が形成される。

折り曲げ加工後の一次成形体５０を折り曲げ加工型１０から取り出して、図１２〜図１４に示すように、絞り加工型３０により一次成形体５０に絞り加工を施す。
図１２に示すように、一次成形体５０をダイ４１のガイド凹部４３内に配置し、上型３１を下降すると、ガイド部材６０が一次成形体５０内に入り込む。このガイド部材６０のテーパ面６３は一次成形体５０の傾斜側面５４よりも急勾配であることから、この段階では、テーパ面６３が一次成形体５０の内側面に接触しない。

さらに上型３１を下降すると、ガイド部材６０は一次成形体５０に当接するため、それ以上の下降が規制され、これに対してポンチ３２が下降して、絞り成形孔４２内に嵌合して一次成形体５０を絞り加工する。
このとき、一次成形体５０の傾斜側面５４は、まずガイド部材６０により下型ダイ４１のガイド凹部４３内に引き込まれ、ガイド凹部４３のテーパ状ガイド面４４に沿わせられるように折り曲げられながら（図１（ｃ）から図１（ｄ））、続くポンチ３２の下降に伴って絞り成形孔４２内に引き込まれる（図２（ａ）から図２（ｄ））。テーパ状ガイド面４４は、その開き角部が角部の方が小さく、辺の中央部の方が大きく形成されていることから、図１（ｃ）〜図２（ｃ）までに順に示すように、ポンチ３２の下降に伴って角部３が先に絞られ、この角部３で下部から順次上方に成形され、一方、成形された角部３を固定した状態でこれに追従させるように角部３どうしの間の材料を辺部４の中央側に向けて逃がしながら絞り加工する。図１（ｃ）〜図２（ｃ）では、図１（ｂ）の一次成形体５０に対して、成形途中の状態を符号５０´を用いて、便宜上、一次成形体と称す。

図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す段階では、一次成形体５０´の角部５３及び辺部５２がさらに成形され、側面は傾斜側面５４の傾斜角度が徐々に小さくなってきている。そして、ポンチ３２が下型ダイ４１の絞り成形孔４２内に入り込むと、一次成形体５０´の角部５３が角型容器１の角部３の形状に成形されるとともに、辺部５２も角型容器１の辺部４に成形される。そして、図２（ａ）に示すように、一次成形体５０´の下部において、角型容器１の角部３及び辺部４が成形された後、図２（ｂ）から同図（ｄ）に示すように、この角部３を中心に側面の中央部に向けて材料を逃がしながら成形され、角型容器１が形成される。下型ダイ４１のガイド凹部４３には、テーパ状ガイド面４４の上端に逃がしテーパ面４７が形成されているので、中央部に寄せられた材料が逃がしテーパ面４７に沿って側面５６の中央上端部に角錐状をなすように一対の傾斜面５７を形成し、その傾斜面５７を徐々に小さくしていき、最終的に、図２（ｄ）に示す角型容器１の側面５が形成される。
この角型容器１の成形後には、上型３１を上昇させると、下型ダイ４１の受け部材４９が上昇して絞り成形孔４２内から角型容器１が押し上げられ、絞り加工型３０から取り外し可能となる。

以上説明したように、この製造方法によれば、最初に折り曲げ加工により、角部３及び辺部４となる部分（角部５３及び辺部５２）を折り曲げ、その辺部５２に連なる傾斜側面５４の開き角度を角部５３から辺部５２の中央部に向けて大きくした一次成形体５０を成形する。これにより、金属板２に加わる負荷を軽減し、角部５３及び辺部５２を強制的に成形してその位置関係を固定できる。続いて、絞り加工により一次成形体５０の角部５３を絞り成形して角型容器１の角部３に仕上げつつ、辺部５２の中央側に材料を逃がしながら側面を角部３を中心に中央部に向けて絞り成形することで、角部３方向への材料の流入を防ぎながら、側面を成形できる。このように、金属板２に折り曲げ加工と絞り加工とによる二段成形を施していることで、角部３付近に割れやしわを発生させることなく角型容器１を成形することができる。

本発明の製造方法により容器を製造する場合、その形状は底面正方形の角型に限られることはなく、他の多角形状の角筒状の容器を形成することもできる。また、アルミニウム以外の各種材料を用いることもでき、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１ 角型容器
２ 金属板
１０ 折り曲げ加工型
１１ 上型
１２ 凸部
１４ 辺部形成部
１５ テーパ状側面
１６ 角部形成部
１７ 稜線
２１ 下型
２２ 凹部
２３ 角形穴
２４ テーパ面
２５ 辺
２６ 角部
２７ 第２テーパ面
２８ 稜線
２９ 受け部材
３０ 絞り加工型
３１ 上型
３２ ポンチ
３７ ガイドピン
４１ ダイ
４２ 絞り成形孔
４３ ガイド凹部
４４ テーパ状ガイド面
４５ 辺
４６ 角部
４７ テーパ面
４８ 稜線
４９ 受け部材
５０ 一次成形体
５１ 底面
５２ 辺部
５３ 角部
５４ 傾斜側面
５５ 逃げ部
５６ 側面
５７ 傾斜面
６０ ガイド部材
６２ 押さえ部
６３ テーパ面

Claims (3)

1. 金属板を折り曲げて底面を角型としたトレイ状の一次成形体を成形する折り曲げ加工と、前記一次成形体を絞り加工して角型容器を成形する絞り加工とを有し、前記折り曲げ加工では、前記金属板を折り曲げて前記一次成形体の底面における角部及び辺部を成形するとともに、前記辺部に連なる一次成形体の側面の開き角度を前記角部から前記辺部の中央部に向けて大きくしておき、前記絞り加工では、前記一次成形体の角部及び辺部を絞り成形して前記角型容器の角部を形成しつつ前記辺部の中央側に材料を逃がしながら前記角部を中心に前記角型容器の側面を中央部に向けて絞り成形することを特徴とする角型容器の製造方法。
2. 金属板を折り曲げて底面を角型としたトレイ状の一次成形体を成形する折り曲げ加工型と、前記一次成形体を絞り加工して角型容器を形成する絞り加工型とを有し、前記折り曲げ加工型は、角錐状の上型凸部と、前記上型凸部の底面部との間で一次成形体の底面における角部及び辺部を成形する凹部を有する下型とが備えられるとともに、前記凹部には、前記辺部に連なる前記一次成形体の側面の開き角度が前記角部から前記辺部の中央部に向けて大きくなるように成形するテーパ面が形成され、前記絞り加工型は、前記一次成形体を底部から絞る上型ポンチと該上型ポンチを嵌合する絞り成形孔を有する下型ダイとが備えられ、前記下型ダイには、前記絞り成形孔の上方に、前記一次成形体の側面を案内するテーパ状ガイド面が前記折り曲げ加工型における前記テーパ面の開き角度より小さい開き角度で形成されていることを特徴とする角型容器の製造装置。
3. 前記絞り加工型の下型ダイには、前記テーパ状ガイド面よりも開き角度が大きい逃がしテーパ面が前記テーパ状ガイド面の上端に連なるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の角型容器の製造装置。
   
   

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