JP7219968B2 - クラッド容器の製造装置、製造方法、およびクラッド容器 - Google Patents

Description

本発明は、絞り加工を用いるクラッド容器の製造装置、製造方法、およびクラッド容器に関する。

従来から、絞り加工によって成形される容器において、高付加価値製品を生み出すことが積極的に行われている。例えば、電子機器、制御機器、燃料電池などの産業用筐体や生活用品などの容器として用いられるものは、耐食性や耐熱性などの機能性に加え軽量かつ高強度であるという付加価値が要求される。そこで、容器壁部分に凹凸加工することにより、強度を維持したまま容器の板材料を薄肉化する軽量化が行われている。このような板材による構造体の強度を凹凸加工によって高めることは、例えば、建築用の外壁板や梱包用の段ボール箱などで行われている。

筒状体周壁に外周面母線方向に延びる凹凸条を形成するため、加工時に縦方向に凹凸加工を施す絞り加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この絞り加工装置は、ダイと、パンチと、ダイの開口内壁から開口中心に向けて突出させて開口内壁周設した複数のローラとを備え、パンチの外周にはパンチの縦方向移動時に各ローラが嵌り込んで走行可能な縦方向凹溝が周設されている。絞り加工されるブランク材は、各ローラによってパンチの各凹溝に押し込まれ引き延ばされることにより、側壁に凹条と凸条が形成された容器形状となる。

また、ダイの円形開口の肩部に鋼球を周設したダイと、円柱形状のパンチとを用いて、波面形状の側壁を有するコルゲート容器を形成する装置と方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開平７－１８５６７４号公報

原田泰典著 「肩部回転ダイを用いたコルゲート容器の成形」日本機械学会関西支部定時総会講演会講演論文集、Ｖｏｌ．９１，ｐｐ．１１２－１１３（２０１６年）

しかしながら、上述した特許文献１や非特許文献１に示されるような絞り加工装置や方法においては、軽量で高強度の容器が得られるが単体のブランク材による絞り加工容器しか形成できない。このような装置や方法によって、例えば、断熱性などの高機能性の容器を製造するには、物性値の異なる材料層を重ね合わせて形成された材料であるクラッド材からなるブランク材を用いて絞り加工することが考えられる。例えば、熱的物性値の異なる材料層を重ね合わせて断熱性を付与されたクラッド材（積層材）をブランク材として用いればよい。ところが、既成のクラッド材によるブランク材はコスト高になり、また必ずしも所望の機能および絞り加工特性などを有するクラッド材が入手できるとは限らない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、少ない工程で複数のブランク材からクラッド容器を製造できるクラッド容器の製造装置、製造方法、およびクラッド容器を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明の製造装置は、絞り加工法を用いて複数のブランク材からブランク材が積層されて成るクラッド容器を製造する製造装置であって、ブランク材に絞り加工の軸方向の圧力を加えるパンチと、軸方向に配置され、ブランク材をそれぞれ支持する複数のダイと、ダイの少なくとも１つのダイの開口の肩部に周設された複数の球体と、を備え、各ダイの開口径、パンチの外径、および周設された球体への内接径の各寸法の関係が、パンチにより軸方向の圧力を加えて絞り加工を行ったときに、周設された球体に接するブランク材に軸方向に延びる複数の凹凸条が形成され、他のいずれかのブランク材が複数の凹凸条の突部に内接または外接して成形される関係である、ことを特徴とする。

この製造装置において、ダイの個数が３であり、球体が、３つのダイのうち他の２つのダイの間にあるダイに周設されていてもよい。

この製造装置において、ダイとパンチは、円筒状のクラッド容器または四角筒状のクラッド容器を形成する形状を有してもよい。

この製造装置において、複数のダイがブランク材を支持する力を独立に制御する加圧制御装置を備えてもよい。

本発明の製造方法は、絞り加工法を用いて複数のブランク材からブランク材が積層されて成るクラッド容器を製造する製造方法であって、絞り加工の軸方向に沿って配置された、ブランクホルダと、少なくとも１つのダイがその開口の肩部に周設された複数の球体を有する複数のダイと、の間に、それぞれブランク材を配置する工程と、パンチを軸方向に挿入して各ブランク材に対し同時に絞り加工を行う工程と、を備え、絞り加工によって、周設された球体に接するブランク材に軸方向に延びる複数の凹凸条を形成し、他のいずれかのブランク材を複数の凹凸条の突部に内接または外接させて成形する、ことを特徴とする。

この製造方法において、ブランク材を配置する工程は、クラッド容器の底部となる位置であってブランク材に挟まれる位置にスペーサを配置する工程を含んでもよい。

この製造方法において、各ブランク材に対し同時に絞り加工を行う工程は、ブランクホルダと複数のダイとによってブランク材を挟持する力を独立に制御する工程を含んでもよい。

また、本発明のクラッド容器は、上記のクラッド容器の製造装置を用いて形成されることを特徴とする。

また、本発明のクラッド容器は、上記のクラッド容器の製造方法を用いて形成されることを特徴とする。

本発明のクラッド容器の製造装置および製造方法によれば、絞り加工時にブランク材に軸方向に延びる複数の凹凸条が形成され、他のブランク材が複数の凹凸条の突部に接して形成されるので、少ない工程で、クラッド容器を容易に製造できる。また、本発明のクラッド容器の製造装置および製造方法により製造されるクラッド容器によれば、凹凸条による強度向上機能と凹凸条の凹部空間による断熱機能とを有するので、軽量高機能の容器が実現される。

（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の一実施形態に係るクラッド容器の製造装置および製造方法によるクラッド容器の製造を工程順に示す断面図。 （ａ）は同装置と方法に用いられる開口の肩部に周設された複数の球体を有するダイの斜視図、（ｂ）は同ダイによって凹凸条を形成された加工品の斜視図。 （ａ）は同装置と方法によって形成されたクラッド容器の斜視図、（ｂ）は同容器の底面から見た斜視図。 （ａ）は同装置と方法によって形成されたクラッド容器の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部における詳細断面図。 同製造方法を説明するフローチャート。 （ａ）（ｂ）は他の実施形態に係るクラッド容器の製造装置および製造方法によるクラッド容器の製造を工程順に示す断面図。 さらに他の実施形態に係るクラッド容器の製造装置および製造方法によるクラッド容器の製造を説明する断面図。 （ａ）（ｂ）は他の実施形態に係るクラッド容器の製造方法によるクラッド容器の製造を説明する断面図。

以下、本発明の一実施形態に係るクラッド容器の製造装置、製造方法、およびクラッド容器について、図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、本発明の製造装置１は、絞り加工法を用いてブランク材１１，１２，１３が積層されて成る積層容器壁を有する有底円筒形のクラッド容器１０を製造する装置である。製造装置１は、ブランク材１１，１２，１３に絞り加工の軸方向ａｘの圧力を加えるパンチ４と、軸方向ａｘに順に配置されたブランクホルダ３および複数のダイ２（本実施形態では３つ）と、中間のダイ２２の開口２０の肩部に周設すなわち周方向に沿って配設された複数の球体５とを備えている。なお、パンチ４の移動方向前方を下方、後方を上方として説明し、軸方向ａｘは上から下に向かう方向とするが、製造装置１は、このような上下方向の姿勢に限定されることなく任意方向の姿勢で実施でき、例えば、上下逆向きの配置としてもよい。

ダイ２は、上方のダイ２１、中間のダイ２２、下方のダイ２３の３つからなり、それぞれブランク材１１，１２，１３を下方から支持する。これらのダイ２は円形の開口２０を有し、各開口２０は、上方のダイ２１から下方のダイ２３に向けて、順に大きくなる開口径を有する。各開口２０の肩部は、適宜に面取り（本実施形態では、適宜半径のＲ面取り）による加工がなされている。なお、肩部は、開口２０の上部側における辺縁部であり、例えば、開口２０のこのような面取り加工されて成る加工領域、またはこの加工領域を適宜に拡張した領域として、広い意味で定義される。

ダイ２１，２２はその間にブランク材１２を挟持し、ダイ２２，２３はその間にブランク材１３を挟持する。ダイ２１，２２，２３は、絞り加工時にブランク材１２，１３のそれぞれに適宜の圧力を加えられることにより、挟持した各ブランク材１２，１３のしわ発生防止を行いつつ、中心方向への移動や延びを可能とする。

ブランクホルダ３は、ブランクホルダ３とダイ２１との間に最上層となるブランク材１１を挟み込み、ブランク材１１に適宜の圧力を加えることにより、絞り加工時のしわ発生防止を行いつつ、ブランク材１１の中心方向への移動や延びを可能とする。ブランクホルダ３の開口３０は、本実施形態では円形であり、円柱状のパンチ４が挿通可能な適宜の開口径を有する。ダイ２の各開口２０、ブランクホルダ３の開口３０、およびパンチ４は、互いに同軸配置とされている。

各ダイ２１，２２，２３が各ブランク材を支持する力は、ブランクホルダ３とダイ２１、ダイ２１とダイ２２、ダイ２２とダイ２３がそれぞれ、ブランク材１１，１２，１３を挟持する挟持力であり圧力である。ブランク材１１，１２，１３を挟持するためブランクホルダ３、ダイ２に加える圧力は、別途の油圧装置などから与えられる。

このような挟持のための圧力は、最上層のブランクホルダ３と最下層のダイ２３との間に加える単一の圧力としてもよいが、各ブランク材１１，１２，１３の絞り加工を適切に行うため、各ブランク材毎の挟持力を独立に制御するための加圧制御装置を備えてもよい。複数のダイ２が各ブランク材を支持する力を独立に制御する加圧制御装置を備えることにより、各ブランク材の表面（滑り）状態や延展特性などに応じて、各ブランク材毎の絞り加工を最適化でき、複数のブランク材に対し同時に行う絞り加工を好適に行うことができる。

パンチ４は、絞り加工によって有底円筒形のクラッド容器１０を形成するため、ブランク材１１，１２，１３に圧力を加える円柱形状を有し、その端面は本実施形態では平坦であり、周縁部はＲ面取りされている。パンチ４の端面と周縁部によって、クラッド容器１０の底部内面および外面の形状が決定される。絞り加工動作をさせるためパンチ４に加える圧力は、別途の油圧装置などから与えられる。なお、パンチ４の端面と周縁部の各形状は、平坦面やＲ面に限られず、任意の形状とすることができる。

ダイ２２の開口２０の肩部に周設された複数の球体５は、図２（ａ）に示すように、互いに間隔を開けて、同一円周上に配設されている。各球体５は、ダイ２２の開口２０の内面よりも内方に突出した状態で、またダイ２２の上面よりも上方に突出しない状態で、ダイ２２の肩部に、回転自在に保持されている。

球体５は、例えば、軸受用の鋼球が用いられ、軸受構造と同様の構造でダイ２２の肩部に周設される。周設は、例えば、ダイの肩部に溝や凹部を形成し、そこに、粘性の高いペースト状の工作油を塗布して球体５を置くだけで実施でき、ダイ２を垂直に傾けても球体５が外れることがなく、絞り加工中に球体５が外れ落ちることもない。パンチ４の移動方向を上下逆さまに（加工の軸方向ａｘを下から上に向かう方向に）する場合は、通常の軸受けの転動体（球体５）を保持するための保持器の構造と同様の構成としてもよい。球体５は、鋼球に限られず、圧縮応力や摩耗などへの耐久性を有し、ブランク材との機械化学特性などの相性が良いものが好適に用いられる。球体５は、金属製に限られず、例えば、セラミック製であってもよい。開口の肩部に周設された複数の球体を有するダイ２２は、絞り加工の際に、球体５に接するブランク材に軸方向ａｘ（縦方向）に延びる複数の凹凸条を形成するために用いられる（図２（ａ）（ｂ）参照）。

次に、製造装置１によるクラッド容器１０の製造動作を説明する。図１（ａ）に示すように、３つのダイ２、ブランクホルダ３、平板から成る各ブランク材１１，１２，１３、およびパンチ４が配置された状態において、ブランク材１１，１２，１３の各々はブランクホルダ３およびダイ２によって挟持されて保持されている。

図１（ｂ）に示すように、パンチ４が軸方向ａｘに沿って押下されると、ダイ２１の開口２０外側におけるブランク材１１の各点の各部分が開口２０に吸い込まれるように移動し、パンチ４の下方への移動に伴って下方に延びる。これにより、ブランク材１１に凹部が形成される。ブランク材１１は、パンチ４の外側形状とダイ２１の開口２０の内側形状とによって定まる円筒状に絞り加工成形される。

ブランク材１２は、パンチ４によって成形されたブランク材１１との接触を通して間接的にパンチ４からの力を受けることにより、ブランク材１１と同様に、各部が開口２０に吸い込まれるように移動し、パンチ４の下方への移動に伴って下方に延びて成形される。このとき、ブランク材１２は、パンチ４の外面を覆うブランク材１１の外表面に接する部分、ダイ２２の開口肩部に接する部分、およびその開口肩部に周設された各球体５に接する部分のそれぞれから変形力や支持力を受けて成形される。ブランク材１２は、パンチ４とブランク材１１の外側形状、ダイ２２の肩部形状、および球体５の分布形状によって定まる大略円筒状に成形される。

ブランク材１２は、絞り成形加工に際し、互いに隣り合う球体５間の隙間に位置して球体５に接触することなく、またダイ２２の肩部にも接していない部分は、ブランク材１２の内部の応力分布に従って変形する。この変形部分（間接変形部という）は、ダイ２２およびブランク材１１の各々から受ける力の作用点から離れているという意味で、間接的な変形部分である。この間接変形部は、パンチ４の外形形状、ダイ２２の肩部形状、および周設された球体５の外表面形状に依存した形状となる。

図１（ｃ）に示すように、ブランク材１３は、パンチ４によって成形された２つのブランク材１１，１２を介して力を受けるという意味で間接的に、パンチ４からの力を受けて、ブランク材１１，１２と同様に、円筒形状に成形される。

図２（ａ）は、開口２０の肩部に周設された複数の球体５を有するダイ２２を示し、図２（ｂ）はダイ２２によって絞り加工された有底円筒状とされたブランク材１２を示す。加工されたブランク材１２は、加工時に球体５に接していた各部が、円筒の内方に突出している。ブランク材１２は、円筒の軸方向（縦方向、加工時の軸方向ａｘに対応）に沿って延びる凹凸条、すなわち、外側凸条ａ１、外側凹条ｂ１、内側凸条ａ２、内側凹条ｂ２が、それぞれ球体５の個数だけ形成されている。外側凸条ａ１と内側凹条ｂ２とがブランク材１２の表裏で相対し、外側凹条ｂ１と内側凸条ａ２とがブランク材１２の表裏で相対しており、全体として、円筒の軸方向に延びる複数の凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２が形成されている。

図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）は製造装置１によって形成されたクラッド容器１０を示す。これらの図から分かるように、中間のブランク材１２に形成された外側凸条ａ１は、外側のブランク材１３の円筒内面に接し、中間のブランク材１２に形成された内側凸条ａ２は、内側のブランク材１１の円筒外面に接している。

製造装置１は、ダイ２２に周設された球体５を用いて絞り加工を行う効果として、球体５に接する位置において、ブランク材１２に軸方向に延びる複数の外側凹条ｂ１、および内側凸条ａ２を形成可能する。同様に、隣り合う球体５の間において、外側凸条ａ１と内側凹条ｂ２とがブランク材１２に形成される。また、製造装置１における各ダイ２の各開口径、パンチ４の外径、および周設された球体５への内接径の各寸法の関係は、パンチ４を用いた絞り加工によってブランク材１２に形成される複数の凹凸条のうち、内側凸条ａ２の突部にブランク材１１が内接し、外側凸条ａ１の突部にブランク材１３が外接する関係とされている。

製造装置１における各寸法の関係は、各ダイ２の開口径と肩部の面取り形状、パンチ４の外径、周設された球体５への内接径、球体５の直径、球体５の周設間隔、各ブランク材１１，１２，１３の加工前後の各部の厚さ、などを考慮して決定される。

本実施形態の製造装置１によれば、複数層を積層して成形したクラッド容器であって、複数層の少なくとも１層が波形とされたクラッド容器を、例えば、１回の絞り加工で実現できる。上記のように、３層構造のクラッド容器１０を成形する場合、外側の層は通常の筒状であり、その内側の層（中間層）は周方向に波打った形状（コルゲート形状）に成形され、さらに内側の層は通常の筒状となっている。これら３層からなる容器を一度の成形で作製できる。このクラッド容器１０の底面に平行な面による切断面（横断面）において、中間層は、外周円と内周円に交互に接する波状の線となって現れている（図４（ａ）（ｂ）参照）。すなわち段ボールの断面のような形状とすることができる。しかもブランク材１２からなる中間の波状層は、外側と内側の層に圧接して形成することができ、容易に分解はしないという特徴を有する。

本実施形態の製造装置１によれば、絞り加工時にブランク材１２に軸方向ａｘに延びる複数の凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２が形成され、他のブランク材１１およびブランク材１３が複数の凹凸条の突部にそれぞれ内接および外接して形成されるので、少ない工程で、クラッド容器１０を容易に製造できる。これは、製造装置１が、最初に３つのブランク材１１，１２，１３を、それぞれ独立したダイ２１，２２，２３によって支持した状態で互いに同軸に重ね、パンチ４によって、１回の工程で３つのブランク材の絞り加工を行う構成とされていることによる。

本実施形態の製造装置１によって製造されるクラッド容器１０は、凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２による強度向上機能を有し、軽量化されたクラッド容器が実現される。また、クラッド容器１０は、ブランク材１２の凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２と、ブランク材１１，１３とが形成する凹部空間による断熱機能や防振機能を有し、軽量かつ断熱性等を有する高付加価値の容器となっている。

また、本実施形態によれば、軽量でありながら機械的強度に優れたクラッド容器を、少ない工程数で形成できる。積層する材料は、出来合いのクラッド材を用いる必要がなく、その物理的化学的性質を考慮したブランク材最適化の選択の自由度が大きく、耐腐食性などの容器としての特性は通常のクラッド構造の場合と同等以上が期待できる。製造装置１は、深絞り加工による金属製のクラッド容器の製造に用いることができるが、ブランク材として非金属の材料を用いてもよく、例えば、プラスチック板を用いてもよい。また、例えば、同時加工性や成形後の層間密着性などを考慮して、最内層のブランク材１１としてプラスチック板を用い、中間層と最外層のブランク材１２，１３として金属板を用いる複合構造としてもよい。あるいは、中間層のグランク材１２にプラスチック板を用い、最内層と最外層のブランクのブランク材１１，１３として金属板を用いる複合構造、あるいは最内層と中間層の両方のブランク材１１，１２として、いずれもプラスチック板を用い、最外層のブランク材１３のみに金属板を用いる複合構造としてもよい。ブランク材として、プラスチック材を用いる場合はプラスチックの成形性を考慮し、必要に応じて適度にダイ２を加熱してもよい。

（製造方法）
次に、図１乃至図４に加え、さらに図５のフローチャートを参照してクラッド容器１０の製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、例えば、図１の製造装置１と絞り加工法とを用いて、複数のブランク材１１，１２，１３からブランク材１１，１２，１３が積層されて成るクラッド容器１０を製造する方法である。まず、絞り加工の軸方向ａｘに沿って配置された、ブランクホルダ３と、少なくとも１つのダイ２がその開口の肩部に周設された自由回転可能な複数の球体５を有する複数のダイ２とを準備する（Ｓ１)。図１の例では、３つのダイ２１，２２，２３を準備し、中間のダイ２２に球体５が周設されている。なお、この球体５が周設されたダイ２２を、凹凸条形成ダイ２２とも称する。

次に、ブランクホルダ３と、凹凸条形成ダイ２２と、他の少なくとも１つのダイ２（図１の例では、ダイ２１、２３の２つ）のそれぞれ間に、ブランク材１１，１２，１３を配置する（Ｓ２）。

次に、ブランクホルダ３と、凹凸条形成ダイ２２と、他のダイ２１、２３の同軸開口に、パンチ４を通して、ブランク材１１，１２，１３を同時に絞り加工する（Ｓ３）。ここで、同時に絞り加工するの意味は、ひとまとまりの工程の中で加工するという意味である。この工程（Ｓ３）において、各ブランク材１１，１２，１３は、パンチ４の押下に伴い順番に遅れて加工が開始され、パンチ４の押下停止により同時に絞り加工が停止される。

また、この工程（Ｓ３）の絞り加工において、周設された球体５に接するブランク材１２に軸方向ａｘに延びる複数の凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２が球体５の周設位置および球体５間の位置に形成される。さらに、この工程（Ｓ３）の絞り加工により、球体５によってブランク材１２に形成された複数の凹凸条の突部に、内側のブランク材１１が内接し、外側のブランク材１３が外接するように、各ブランク材１１，１２，１３が絞り加工される。

この各ブランク材に対し同時に絞り加工を行う工程（Ｓ３）は、ブランクホルダ３と複数のダイ２１，２２，２３とによってブランク材を挟持する力を独立に制御する工程を含んでもよい。複数のダイ２が各ブランク材を挟持する力を独立に制御する工程を含むことにより、各ブランク材の表面（滑り）状態や延展特性に応じて各ブランク材毎の絞り加工を最適化でき、複数のブランク材に対し同時に行う絞り加工を好適に行うことができる。

製造装置１によるブランク材１１，１２，１３は、例えば、パンチ４によって軸方向ａｘに全体を押出して、ブランクホルダ３とダイ２の下方から抜き取ることにより、クラッド容器１０として取得される（Ｓ４）。取得されたクラッド容器１０は、ブランク材１２に形成された複数の凹凸条の突部にブランク材１１が内接しブランク材１３が外接した構造を有する。

本実施形態の製造方法によれば、絞り加工時にブランク材１２に軸方向ａｘに延びる複数の凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２が形成され、他のブランク材１１とブランク材１３とが複数の凹凸条の突部に内接または外接して形成されるので、少ない工程で、クラッド容器１０を容易に製造できる。このような製造方法により製造されるクラッド容器１０によれば、凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２による強度向上機能を有するので、軽量化されたクラッド容器を実現することが可能になる。また、このクラッド容器１０によれば、ブランク材１２の凹凸条ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２と、ブランク材１１，１３とが形成する凹部空間による断熱機能等を有するので、軽量かつ断熱性等を有する高機能の容器が実現される。

（他の実施形態）
図６（ａ）（ｂ）は、他の実施形態に係るクラッド容器１０の製造装置１および製造方法を示す。本実施形態の製造装置１と製造方法は、図１（ａ）（ｂ）の製造装置１および製造方法において、３番目のダイ２３を備えず、最下層のブランク材１３を用いない製造装置および製造方法に相当する。

本実施形態によって製造されるクラッド容器１０は、図３、図４に示すクラッド容器１０の最外層のブランク材１３を備えないクラッド容器であり、円筒状容器の外面に外側凸条ａ１と外側凹条ｂ１が露出した状態の、２層のクラッド容器となる。このようなクラッド容器１０は、凹凸条による補強と軽量化の効果を有する容器となる。また、容器外表面への接触を外側凸条ａ１の突出部に制限可能であり、断熱効果が期待される。

（さらに他の実施形態）
図７は、さらに他の実施形態に係るクラッド容器１０の製造装置１および製造方法を示す。本実施形態の製造装置１と製造方法は、図１（ａ）（ｂ）の製造装置１および製造方法において、１番目のダイ２１を備えず、最上層のブランク材１１を用いない製造装置および製造方法に相当する。本実施形態によって製造されるクラッド容器１０は、円筒状容器の内面に内側凸条ａ２と内側凹条ｂ２が露出した状態の、２層のクラッド容器となる。このようなクラッド容器１０は、図６のクラッド容器１０と同様に、凹凸条による補強と軽量化の効果を有し、また何らかの断熱効果が期待される。

（製造方法の他の実施形態）
図８（ａ）（ｂ）は、他の実施形態に係るクラッド容器の製造方法を示す。本実施形態の製造方法は、図５の製造方法において、ブランク材１１，１２，１３を配置する工程（Ｓ２）が、クラッド容器１０の底部となる位置であってブランク材１２とブランク材１３に挟まれる位置にスペーサ６を配置する工程を含むものである。

図８（ａ）に示すように、パンチ４が押下される絞り加工開始の前に、ブランク材１３の中央上面にスペーサ６が配置される。スペーサ６は、絞り加工中にその位置を適切に維持できるように、接着その他の方法により、例えばブランク材１３に対して位置決めされる。スペーサ６は、例えば、断熱材として挿入されるものであり、断熱性を有し、かつパンチ４から受ける押圧力をスペーサ６より下層のブランク材１３に伝達してブランク材１３への絞り加工が可能な圧縮強度を有するものであればよい。スペーサ６は、例えば、多孔質材やハニカム材などの軽量材で構成される。

パンチ４が押下され、絞り加工が行われると、図８（ｂ）に示すように、クラッド容器１０の底部におけるブランク材１２とブランク材１３の間にスペーサ６を挟み込んだ状態のクラッド容器１０が形成される。スペーサ６は、ブランク材１１とブランク材１２の間に配置してもよく、ブランク材１１，１２，１３の間にそれぞれ配置してもよい。クラッド容器１０は、底部にスペーサ６を有することにより、底部の断熱性を向上できる。

（パンチの変形例）
製造装置１は、球体５が、最上層のブランク材１１を支持するダイ、すなわちパンチ４が最初に進入する側のダイに周設され、パンチ４が、パンチ４の外表面に周設された隣り合う球体５間に向けて突出する突部または凸条を有する構成であってもよい。この構成の製造装置１によれば、ブランク材１１に凹凸条を形成する際に、パンチ４の突部または凸条がブランク材１１に接触して内側凹条ｂ２を直接的に形成することができるので、所望の形状を有する内側凹条ｂ２の形成が容易となる。

（実施例）
図２（ａ）のダイ２２は、例えば、球体５が直径１０ｍｍの鋼球であり、ダイ２２の外径は１２０ｍｍ、ダイ開口は４１ｍｍである。このダイ２を用いて、実際に金属薄板の絞り加工を行った。図２（ｂ）は、直径８５ｍｍ、板厚０．５ｍｍの極低炭素鋼板ＳＰＣＣからなる単体のブランク材を用いて深絞り加工を行って得た容器の外観を示す。この容器の外径は約４０ｍｍであり、側壁部に凹凸条が成形された容器が得られた。

このような側壁部に凹凸条を有する単層の容器は、極低炭素鋼ＳＰＣＣ、純アルミニウム、純チタン、アルミニウム合金Ａ５０５２、ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌ、純銅などの金属薄板によるブランク材についても得られた。各金属薄板は、例えば、板厚が０．３～０．５ｍｍ、ブランク直径が７０～１００ｍｍであり、それぞれの金属薄板から切り出した。純チタンの場合、工具との焼付きを防止するため、大気中で酸化皮膜作成処理を行った。熱処理条件は６５０～７００℃で１～２時間である。また、純チタンをそのまま使用する場合、ステアリン酸カルシウム溶液などの溶液をチタン表面に塗布するなど多くの方法があり、その中でも、「テフロン（登録商標）スプレーによる塗布」が簡単で有効であった。

多層の深絞り加工は、円筒パンチと円筒ダイを用い、油圧式万能試験機で行った。パンチやダイを構成する工具材料には、市販の冷間工具鋼ＳＫＤ１１を用い、熱処理によって硬さ約ＨＲＣ６０として、図１に示すような製造装置を作成した。深絞り加工によって成形されたクラッド容器における側壁部の断面構造は図４（ｂ）に示されている。鋼球によって凹凸条が形成されるブランク材１２は、容器内側のブランク材１１と容器外側のブランク材１３によってサンドイッチされる構造となる。

工具寸法を最適化するため、パンチ直径４０ｍｍを基準としてダイの寸法を変化させた。この最適化は、ブランク材１２によるコルゲート形状成形品に、ブランク材１１，１２による成各形品がそれぞれ緩みなく内接および外接して成る、クラッド容器１０を得るためである。具体的には、例えば、ダイ２１の開口２０とパンチ４とのクリアランスはブランク材１１の板厚ｔ１と同程度から変化させ、ダイ２２に周設された球体５の内接径とパンチ４との間のクリアランスはブランク材１１，１２の板厚ｔ１，ｔ２の合計（ｔ１＋ｔ２）程度から変化させた。また、ダイ２３の開口２０とパンチ４とのクリアランスは、ブランク材１１，１３の厚さ合計（ｔ１＋ｔ３）に、ブランク材１２から形成されるコルゲート形状成形品の実質的な壁厚ｗ２を加えた程度（ｔ１＋ｗ２＋ｔ３）から変化させた。ここで、実質的な壁厚ｗ２は、円筒容器の場合、コルゲート形状成形品の外接径Ｄと内接径ｄを用いてｗ２＝（Ｄ－ｄ）／２である。

パンチ４の端面のＲ面取り半径は３～６ｍｍとし、またダイ２１およびダイ２３の肩部のＲ面取り半径は４～１０ｍｍとした。ダイ２２の肩部に周設する鋼球には市販の軸受鋼を用いた。成形性に及ぼすコルゲート形状（凹凸条形状）の影響を調べるため、軸受鋼の鋼球直径は５～１０ｍｍの間で変化させた。ここで、軸受鋼の鋼球をダイ２２の肩部に均等に配列するため、インチサイズの鋼球も考慮して直径を選定した。規格外直径の鋼球を使う必要が生じた場合、ＮＣ加工等によって必要な直径の鋼球を特注加工で対応した。

上述の工具寸法最適化を行うことにより、図３に示されるようなクラッド容器１０が得られた。この図に示すクラッド容器１０の各ブランク材１１，１２，１３は、いずれも板厚０．５ｍｍのＳＰＣＣである。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。製造装置１において、ダイ２とパンチ４は、円筒状のクラッド容器１０を形成する形状に限られず、四角筒状のクラッド容器、または任意断面形状の筒状のクラッド容器を形成する形状を有してもよい。クラッド容器１０を形成するブランク材は、２層や３層に限られず、４層以上としてもよい。また、ブランク材は、単一層の材料に限られず、既存のクラッド材をブランク材として用いてもよい。本発明に係る製造装置１と製造方法は、深絞り加工に限られず、深絞り加工ではない絞り加工にも適用して、クラッド容器１０を製造してもよい。

また、凹凸条を形成するための凹凸条形成ダイは、複数備えてもよく、複数の凹凸条形成ダイは、絞り加工の軸方向ａｘに沿って上下に隣り合って配置されてもよく、間に凹凸条形成ダイではないダイを配置してもよい。また、凹凸条形成ダイに周設される球体５は、自由回転可能な球体と実質的に同等の機能を有して凹凸条を形成できる構成であれば、必ずしも自由回転可能でなくともよく、一軸回りに自由回転するローラ体や球体であってもよく、ダイに固定された突部であってもよい。

また、クラッド容器の製造装置１は、パンチ４の対向位置に、パンチ４と共働してクラッド容器の底面を挟持し、またはクラッド容器の底面部分に位置するブランク材に圧力や衝撃を印加するパウンターパンチを備えてもよい。クラッド容器の製造方法は、同時に絞り加工を行う工程（Ｓ３）の初期段階において、パンチ４と上記カウンターパンチとを用いてクラッド容器の底面部における積層されたブランク材を相互に固着させる工程を含んでもよい。カウンターパンチは、ブランク材に対する局所的な応力集中を発生させる複数の突起や突条をパンチ４との対向面に備えてもよい。

１ クラッド容器の製造装置
１０ クラッド容器
１１ ブランク
１２ ブランク
１３ ブランク
２ ダイ
２０ ダイの開口
２１ ダイ
２２ ダイ
２３ ダイ
４ パンチ
５ 球体
６ スペーサ
ａ１ 外側の凸条（凹凸条）
ａ２ 内側の凸条（凹凸条）
ａｘ 絞り加工の軸方向
ｂ１ 外側の凹条（凹凸条）
ｂ２ 内側の凹条（凹凸条）

Claims (9)

1. 絞り加工法を用いて複数のブランク材から前記ブランク材が積層されて成るクラッド容器を製造する製造装置であって、
   前記ブランク材に絞り加工の軸方向の圧力を加えるパンチと、
   前記軸方向に配置され、前記ブランク材をそれぞれ支持する複数のダイと、
   前記ダイの少なくとも１つのダイの開口の肩部に周設された複数の球体と、を備え、
   前記各ダイの開口径、前記パンチの外径、および前記周設された球体への内接径の各寸法の関係が、前記パンチにより前記軸方向の圧力を加えて絞り加工を行ったときに、前記周設された球体に接するブランク材に前記軸方向に延びる複数の凹凸条が形成され、他のいずれかのブランク材が前記複数の凹凸条の突部に内接または外接して成形される関係である、ことを特徴とするクラッド容器の製造装置。
2. 前記ダイの個数が３であり、前記球体が、前記３つのダイのうち他の２つのダイの間にあるダイに周設されている、ことを特徴とする請求項１に記載のクラッド容器の製造装置。
3. 前記ダイと前記パンチは、円筒状のクラッド容器または四角筒状のクラッド容器を形成する形状を有する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクラッド容器の製造装置。
4. 前記複数のダイが前記ブランク材を支持する力を独立に制御する加圧制御装置を備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のクラッド容器の製造装置。
5. 絞り加工法を用いて複数のブランク材から前記ブランク材が積層されて成るクラッド容器を製造する製造方法であって、
   絞り加工の軸方向に沿って配置された、ブランクホルダと、少なくとも１つのダイがその開口の肩部に周設された複数の球体を有する複数のダイと、の間に、それぞれブランク材を配置する工程と、
   パンチを前記軸方向に挿入して前記各ブランク材に対し同時に絞り加工を行う工程と、を備え、
   絞り加工によって、前記周設された球体に接するブランク材に前記軸方向に延びる複数の凹凸条を形成し、他のいずれかのブランク材を前記複数の凹凸条の突部に内接または外接させて成形する、ことを特徴とするクラッド容器の製造方法。
6. 前記ブランク材を配置する工程は、前記クラッド容器の底部となる位置であって前記ブランク材に挟まれる位置にスペーサを配置する工程を含む、ことを特徴とする請求項５に記載のクラッド容器の製造方法。
7. 前記各ブランク材に対し同時に絞り加工を行う工程は、前記ブランクホルダと前記複数のダイとによって前記ブランク材を挟持する力を独立に制御する工程を含む、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のクラッド容器の製造方法。
8. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のクラッド容器の製造装置を用いて形成されるクラッド容器。
9. 請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のクラッド容器の製造方法を用いて形成されるクラッド容器。

Images