JP6676949B2 - 金属容器の製法 - Google Patents

Description

本発明は、金属容器の製法に関する。

従来、アルミニウム缶に代表される金属容器の製法として、絞りしごき成形（ＤＩ成形）が広く採用されている（例えば、特許文献１）。
この方法は、金属板を使用し、この金属板を打ち抜いて円形のブランクを作製し、このブランクを絞り、再絞り成形した後、しごき成形を行って薄肉化を図ることにより、缶体を成形するという手法である。

かかる方法は、缶胴側壁や缶底を薄肉化でき、軽量性に優れた缶を得ることができ、さらにはハイトが高く、外面に光沢のある缶を得ることができるという利点を有しているのであるが、打ち抜き屑が発生して材料ロスが多いという欠点がある。

また、ＤＩ成形とは別に、インパクト成形という手法も広く採用されている（例えば特許文献２参照）。この方法は、薄い円板形のスラグを使用し、このスラグをダイ（雌型）とパンチ（雄型）の間に置いて、プレスすることにより金属（スラグ）を押し出すことにより、一気に缶体を成形するという手法であり、１型１工程で缶体を得ることができるというメリットがあるが、缶胴壁の肌荒れが著しく、光沢がある外面を得ることが困難であるという欠点がある。またインパクト成形により缶径や缶高さが異なる種々の缶型を製造するにあたっては２つの従来方法が例示できる。１つには、スラグの直径を缶の径とほぼ等しく設定し、スラグの厚みは目的の缶高さと直径から算出した値に精緻に設定する方法である。そのため、スラグの直径ごとに打ち抜き金型が必要なことと、板厚が異なる多種の素板を用意する必要がある、という欠点がある。
もう１つのやり方は、缶径が同じ缶型の中で最も缶高さが高い缶型のスラグを作製し、それから素缶を作製し、必要な高さでトリミング加工を行うことで種々の缶高さの缶型を作製するという方法であり、缶高さが低い缶形ほど著しく材料ロスが多いという欠点がある。
またいずれにしても、素板からスラグを打ち抜く工程で打ち抜き屑が発生して材料ロスが多い。

このように、何れの製法も一長一短があり、その改善が求められているのが現状である。

特公平２−３０９３０号公報 特開平６−２７９８８８号公報

従って、本発明の目的は、材料ロスが少なく、得られる容器の径や長さに応じて、種々の大きさの容器を得ることが容易な金属容器の製法を提供することにある。
本発明の他の目的は、光沢ある金属容器を、材料ロスを少なくして製造し得る金属容器の製法を提供することにある。

本発明によれば、
金属製のロッドを用意する工程；
前記ロッドを剪断加工により一定高さで切断し且つプレス加工することにより、所定高さの容器用スラグを作製する工程；
前記容器用スラグをインパクト成形してカップを成形する工程；
前記カップを絞り成形することにより、前記カップの外径より小さな外径の有底筒状の絞り成形体を成形する工程；
前記有底筒状の絞り成形体をしごき成形することにより、該絞り成形体よりも薄肉化された側壁と高いハイトを有する容器の形状に成形する工程；
を含む金属容器の製法が提供される。

本発明の製法においては、
（１）前記ロッドとして、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のものを使用すること、
（２）前記ロッドとして、アルミニウム含量が９９．０質量％以上の純アルミニウム製のものを使用すること、
（３）前記塑性加工を、インパクト成形、絞り成形、再絞り成形、しごき成形のうち１つ以上含むことにより行うこと、
が好適である。

本発明の金属缶の製法は、金属製のロッドを使用することが顕著な特徴であり、これにより、材料ロスを大幅に低減させて金属容器を製造することができる。即ち、金属板を打ち抜いてブランクを作製し、このブランクを塑性加工に付して容器を成形するという手法では、ブランク作製時に打ち抜き屑が発生し大きな材料ロスを生じてしまう。しかしながら、ロッドを使用すれば、目的とする容器の大きさや厚みなどに応じて、必要量が得られるようにロッドを切断し、これをブランクとして塑性加工に供することにより、材料ロスを大幅に低減させ、ほぼ１００％に近い材料利用率で金属容器を製造することができる。また、目的とする容器の大きさや厚みなどが異なる缶種に変更するにあたってはロッドを切断する位置を変更することで容易に対応できる。

また、本発明では、金属製ロッドを切断して得られるブランクの塑性加工を、インパクト成形、絞り成形、しごき成形により行うことで、特にハイトの高い金属缶、例えば飲料缶、エアゾール缶、電池ケース、アルミチューブなども容易に製造することができ、特にしごき成形を行うことで胴壁や底壁の薄肉化を有効に行い、光沢のある金属容器を得ることができる。
かかる本発明の金属容器の製法は、特にアルミニウムもしくはアルミニウム合金製の容器の製造に適しており、所謂アルミニウム缶の製造に最も適している。

本発明の金属容器の製法のプロセスの一例を示す図。

本発明の金属容器の製法のプロセスの一例を示す図１を参照して、出発材料として、図１（ａ）に示されているように、本発明においては、目的とする容器材料からなる金属製のロッド１を使用し、これを切断して所定長さの円板状のスラグ３を作成し（図１（ｂ）参照）、このスラグ３を、例えば図１（ｃ）〜（ｅ）に示されているように塑性加工に供することにより、目的とする金属容器５を製造する。

本発明において、図１（ａ）に示されている上記のロッド１は、たとえば熱間鍛造や冷間鍛造、熱間圧延、冷間圧延、押出し成形、引き抜き成形、鋳造法等により製造された丸棒形状を有するものであり、目的とする容器の材料に応じて、スチール製、アルミニウム製及びアルミニウム合金製等からなるものであってよいが、薄肉化され且つ軽量の容器を製造するという観点からは、アルミニウム製或いはアルミニウム合金製などからなるものを使用し、所謂アルミ製容器を製造することが最も好適である。
また、さらに、得られる容器が耐食性に優れており、さらに、展延性が優れ、塑性加工性に優れているなどの観点から、アルミニウム含量が９９．０質量％以上の純アルミニウム製のもの、例えばＡ１０７０等からなるロッド１が最も好適に使用される。あるいは、純アルミニウムに使用済み飲料缶を混合してリサイクル性を向上させたアルミニウム素材からなるロッド１も使用できる。

本発明にしたがって金属容器５を製造するには、先ず、図１（ｂ）に示されているように、径がｔのロッド１を高さｈの位置でカッティングし、適宜、プレスして、底部径がｔ’、高さｈ’の円柱板形状のブランク（スラグ）３を作製する。なお、ロッド１をカッティングする手段として、公知の切断方法により行うことが可能であり、例えば図示しないが、せん断加工等の切り屑が発生しない切断方法は材料ロスが少なく好ましい。ブランク３の高さｈは、最終的に成形する金属容器５の大きさ（重量など）からロッド１の径ｔに応じて設定される。
容器の寸法を変更する際に、素材の変更はロッドの径を変更する以外に、同じロッドでカッティング高さｈを変更するだけで対応することが可能である。
これにより、材料ロスを大きく低減させ、１００％に近い材料利用率で成形を行うことができるとともに缶種の変更が容易になる。
高さｈ’が過度に大きくなると、次の工程での塑性加工が困難となるおそれがあるので、ロッド１の径ｔも、最終的に得られる金属容器５の大きさに応じて適宜の大きさのものとしておき、この高さｈ’が数ミリ程度となるようにすることが望ましい。
円板状のスラグを作製するにはロッド１をカッティングした部材を高さ方向にプレスすればよいが、例えば、角形容器（図示せず）であればプレス方向を変更してもよい。なお、プレスする装置としては、動力プレスの他、スラグの形状ならびに寸法により、圧延機、鍛圧機等が使用できる。

上記のようにして作製されたスラグ３は塑性加工に供されるが、この塑性加工に先立っては、焼き鈍しを行い、残留応力の除去や粗大化した結晶粒の回復、加工硬化した組織の回復等により、スラグ３を柔らかくするというものであり、スラグ３の材質等によっても異なるが、一般に、純アルミニウム製のスラグ３の場合で３４５〜３５０℃程度に加熱した後、徐冷して行う。なお、焼き鈍しは必要に応じてスラグを作製する工程途中において行うこともできる。

スラグ３の塑性加工は、このような円板形状のものを用いて容器の形状に賦形できる手段であれば特に制限されず、スラグ３（ロッド１）の材質に応じた手段を採用できるが、本発明においては、インパクト成形、絞り成形、再絞り成形、しごき成形のうち１つ以上含むことにより塑性加工を行うことが好適である。

例えば、図１（ｃ）〜（ｅ）に示されているように、インパクト成形を行い、カップ１１を成形し（図１（ｃ）参照）、次いで絞り（再絞り）成形を行って小径化された有底の絞り成形体１３を成形し（図１（ｄ）参照）、最後にしごき成形を行い、缶胴壁が薄肉化された金属容器５を製造することができる。
この方法は、特に薄肉で且つハイトの高い金属缶を製造するのに適している。

上記のプロセスにおいて、インパクト成形は、雌型のダイ２１とパンチ２３を使用し、スラグ３をダイ２１内で衝撃押出しすることにより、カップ１１を成形するものである。
この得られたカップ１１の外径は、スラグ３の径ｔ’と同じである（図１（ｃ））。

この方法では、カップ１１をそのまま容器とすることもでき、容器の底部形状も、ダイ２１やパンチ２５の形状に合わせて種々の形状とすることができるが、容器の径や高さが制限され、薄肉化に限度があり、さらには、表面荒れや表面平滑性の問題もある。そこで、次の工程で絞り成形及びしごき成形を行い、これにより、小径化、薄肉化、表面光沢及び表面平滑性の向上が実現できる。

上記の絞り成形は、前述したスラグ３に直接行うこともできるが、スラグ３の厚み等によっては過酷な面圧がかかり、成形困難となることがあるため、一旦、インパクト成形によりカップ形状に成形した後、このカップについて、絞り成形（再絞り成形）を行い、小径化を図ることが望ましい。

このような絞り成形では、図１（ｄ）に示されているように、径がｔ１（ｔ１＜ｔ’）の開口２５ａを有するダイ２５を使用し、絞り用パンチ２７を用い、カップ１１をダイ２５の開口２５ａ内に押し込むことにより、有底筒状の絞り成形体１３を得る。この絞り成形で得られる絞り成形体１３の外径は、上記開口２５ａの径ｔ１に相当し、上記カップ１１（或いはスラグ３）の径ｔ’よりも小さい。

尚、上記の絞り成形において、ダイ２５の開口の上端のコーナー部（カップ１１を保持している側）にはアール（曲率部）が形成されており、カップ１１が速やかに且つ折れることなく、ダイ２５の開口２５ａ内に押し込まれるようになっており、絞り用パンチ２７の外径は、カップ１１のほぼ厚みに相当する分だけ、開口２５ａの径ｔ１よりも小さく設定されている。即ち、この絞り加工では、薄肉化はほとんど行われない。
このような再絞り成形は、必要に応じて複数回行われ、これにより、さらなる小径化を行うこともできる。

このようにして得られた絞り成形体１３は、図１（ｅ）に示されているしごき成形に供せられる。

このしごき成形では、上記の有底筒状形状の絞り成形体１３の内部にしごき用のパンチ３１を挿入し、リング形状のダイス３３の内面に絞り成形体１３の外面を圧接しながら、パンチ３１を降下させることにより、ダイス３３により、絞り成形体１３の側壁が薄肉化されていくこととなる。これにより、薄肉化されたことによりカップの外径がｔ１より小さいｔ２で、且つ薄肉化の程度に応じてハイトが高くなった金属容器（絞りしごき缶）５が得られることとなる。
かかるしごき成形は、目的とする金属容器５の薄肉の程度やハイトの程度に応じて、複数段で行うことができる。なお、絞り用パンチ２７としごき用パンチ３１を共用して、同一行程において再絞り成形としごき成形を連続して行うことが可能である。

このようなしごき加工により得られる金属容器５は、例えば従来公知のインパクト成形缶に比して、薄肉でハイトが高いばかりか、表面平滑性や光沢性にも優れている。また、金属素材としてアルミニウム含量が９９．０質量％以上の純アルミを使用することにより、耐食性も良好なものとなる。

上記のようにして得られた金属容器５は、必要に応じて、ドーム成形、トリミング、内外面塗装、外面印刷、装飾的加工、ネックイン加工等の口端部の成形を行い、内容物の充填及び蓋体の装着を行い、市販に供される。
さらに、上記のように得られた金属容器５は、電池用容器部材として使用することができる。

尚、上述した図１（ｃ）〜（ｅ）の塑性加工では、例えば、潤滑剤のエマルジョン液をクーラントとして用いることが好ましく、しごき成形では、公知の超硬合金製のダイス３３を用いることが好適であり、さらに、加工面にダイヤモンド膜等の硬質膜が形成されているダイス３３を用いることが可能である。これにより、ダイス３３の表面にアルミニウム等の金属素材の付着を有効に回避することができ、特に表面の平滑性や光沢のある金属容器５を得ることができる。

このような本発明の製法では、丸棒形状のロッド１を出発材として成形を行っているため、材料ロスが極めて少なく、これは、本発明の最も大きな利点である。
なお本発明の製法において、ロッド１の断面形状は円形に限定されず、必要とする金属容器の形状によって適宜、選択可能である。

本発明を次の実験例で説明する。

＜実験例１＞
アルミニウム含量が９９．７質量％以上の純アルミＡ１０７０製のロッド（２０ｍｍ径、長さ４ｍ）を用意し、このロッドを長さ約２０ｍｍになるようにカッティング及びプレスして、径が４８ｍｍ、厚みが約３．５ｍｍの円板状スラグを得た。
この円板状スラグを３５０℃で１時間焼き鈍しした後、インパクト成形を行い、底部径が４８ｍｍ、底部の厚みが約０．９ｍｍ、側壁の平均厚みが約１．３ｍｍ、高さが約２７ｍｍのカップを成形した。成形に際しては、水性エマルジョンを潤滑剤として使用した。このカップの側壁はインパクト成形特有の肌荒れが生じていた。
次いで、上記で得られたカップを、上記と同様の潤滑剤を使用して再絞り成形し、底部径が約３６ｍｍ、側壁厚みが約１．４ｍｍ及び高さが約３８ｍｍの有底筒状絞り成形体を得た。
さらに、上記と同様の水性エマルジョンのクーラントを使用し且つ加工面にダイヤモンド膜が形成されているしごき用ダイスを使用してしごき成形を３段行い、底部径が約３５ｍｍ、側壁厚みが約０．３５ｍｍ及び高さが約１５０ｍｍの純アルミ製絞りしごき缶を得た。

得られた絞りしごき缶は、表面平滑性に優れ、光沢も良好であった。
さらに、上記成形後の残りの純アルミ製ロッドを使用し、同様の操作で純アルミ製の絞りしごき缶を繰り返し成形した。これにより、先に用意した純アルミ製ロッドの９９％を純アルミ製絞りしごき缶の製造に使用することができ、材料ロスを有効に回避することができた。

＜実験例２＞
実験例１と同一のロッドを、長さ約１７ｍｍになるようにカッティング及びプレスして、径が４８ｍｍ、実験例１と同じスラグ径にすべくプレスの押圧位置のみを変更して厚みが約３．０ｍｍの円板状スラグを得た。
この円板状スラグを３５０℃で１時間焼き鈍しした後、インパクト成形を行い、底部径が４８ｍｍ、底部の厚みが約０．９ｍｍ、側壁の平均厚みが約１．３ｍｍ、高さが約２２ｍｍのカップを成形した。成形に際しては、水性エマルジョンを潤滑剤として使用した。
次いで、上記で得られたカップを、上記と同様の潤滑剤を使用して再絞り成形し、底部径が約３６ｍｍ、側壁厚みが約１．４ｍｍ及び高さが約３２ｍｍの有底筒状絞り成形体を得た。
さらに、上記と同様の条件でしごき成形を３段行い、底部径が約３５ｍｍ、側壁厚みが約０．３５ｍｍ及び高さが約１２７ｍｍの純アルミ製絞りしごき缶を得た。

得られた絞りしごき缶は実験例１と同様、表面平滑性に優れ、光沢も良好であった。
実験例１と比べてロッドのカッティング長さとスラグを作製するプレスの押圧位置を変更するだけで純アルミ製絞りしごき缶の高さの異なる缶を得ることができ、缶種の変更が極めて容易になった。

１：金属製ロッド
３：スラグ
５：金属容器
１１：カップ
１３：絞り成形体

Claims (3)

1. 金属製のロッドを用意する工程；
   前記ロッドを剪断加工により一定高さで切断し且つプレス加工することにより、所定高さの容器用スラグを作製する工程；
   前記容器用スラグをインパクト成形してカップを成形する工程；
   前記カップを絞り成形することにより、前記カップの外径より小さな外径の有底筒状の絞り成形体を成形する工程；
   前記有底筒状の絞り成形体をしごき成形することにより、該絞り成形体よりも薄肉化された側壁と高いハイトを有する容器の形状に成形する工程；
   を含む金属容器の製法。
2. 前記ロッドとして、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のものを使用する請求項１に記載の金属容器の製法。
3. 前記ロッドとして、アルミニウム含量が９９．０質量％以上の純アルミニウム製のものを使用する請求項２に記載の金属容器の製法。