JP7472590B2 - 有底筒状体の製造方法 - Google Patents
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Description
上記(1)において、(2)前記有底筒状体がシームレス缶体であることが好ましい。
また上記(1)又は(2)において、(3)前記金属板がアルミニウム合金であることが好ましい。
上記(1)~(3)のいずれかにおいて、(4)前記金属板を絞り加工する絞り工程の前に、前記金属板に、水溶性潤滑剤、及び/又は、沸点が300℃未満の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程を含み、前記絞り工程における成形加工部材の加工表面の硬さがHv1500~12000である、ことが好ましい。
上記(1)~(4)のいずれかにおいて、(5)前記クーラントが防腐剤及び/又は防錆剤を含有することが好ましい。
本発明の一実施形態における有底筒状体の製造方法は、上記(1)~(5)のいずれかにおいて、(6)前記有底筒状体の表面に付着した潤滑剤及び/又はクーラントを除去する洗浄工程をさらに含むことが好ましい。
本発明の一実施形態における有底筒状体の製造方法は、上記(6)において、(7)前記洗浄工程において、前記クーラントは、酸、アルカリ又は界面活性剤を含む薬剤を用いることなく、水により除去可能であることが好ましい。
本発明の一実施形態における有底筒状体の製造方法は、上記(1)~(7)のいずれかにおいて、(8)前記しごき工程及び/又は洗浄工程において排出された排水を浄化する浄化工程をさらに含むことが好ましい。
あるいは、洗浄工程を設けずに、製缶加工後に、缶体に付着した潤滑剤・クーラント等を乾燥させることにより除去することも可能となる。
そのため、洗浄工程における環境負荷の軽減やコスト削減を図ることが可能となる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の有底筒状体の製造方法について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の一例を示してその内容について説明するものであり、本発明を意図的に限定するものではない。また、下記実施形態においては、有底筒状体の例としてシームレス缶体を挙げて説明するが、本発明を意図的に限定するものではない。
本実施形態における被加工材としての金属板は、一般的な金属プレス加工に供されるものであれば特に制限はない。例えば、アルミニウム、銅、鉄、鋼、チタン、さらに純金属だけでなく、それらの合金など公知の種々の金属板が適用できる。このうち、シームレス缶体を成形する場合には、アルミニウム合金板が特に好適である。
本実施形態の有底筒状体の製造方法においては、金属板の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程を含んでいてもよい。一般的に知られているように、潤滑剤を塗布することにより、後の絞り工程やしごき工程において厳しい絞りしごき加工を施しても、金属板が傷ついたり破断したりすることなく、有底筒状体等の所望の形状に加工することが可能となる。なお、本実施形態において潤滑剤塗布工程は必須の工程ではなく、適宜省略することも可能である。
本実施形態における水溶性潤滑剤としては、水に可溶である潤滑剤と定義される。水溶性潤滑剤を用いることにより、薬剤(酸、アルカリ、界面活性剤等)を用いずに製缶後に付着した潤滑剤成分を除去することが可能となるため好ましい。なお、本実施形態においては、例えば後述する洗浄工程において水で洗浄を行った場合、後工程の印刷において塗料のムラ、はじき等の不良が発生しない程度に潤滑剤成分やクーラント成分が除去されることが好ましい。
本実施形態における潤滑剤は具体的には、揮発性潤滑油として市販されている無洗浄油を適用することが可能である。
なお潤滑剤の塗布量及び塗布方法については、公知の量及び公知の方法を適用することが可能である。
次に、本実施形態における絞り工程について説明する。
本実施形態における絞り工程においては、絞り工程における成形加工部材(例えば、絞り加工ダイや絞り加工パンチ)の加工表面が、所定の硬さ以上であることが好ましい。具体的には、前記加工表面の硬さがビッカース硬度においてHv1500超~12000であることが必要である。また、上述した絞り工程の前に潤滑剤塗布工程が設けられる場合には、絞り工程における成形加工部材の加工表面の硬さの下限を、Hv1500とすることが可能となる。
その理由としては以下のとおりである。
次に、本実施形態におけるしごき工程について説明する。
本実施形態におけるしごき工程としては、しごき工程における成形加工部材(例えばしごきダイやしごきパンチ)の加工表面に、炭素膜が形成されていることが好ましい。
なお本実施形態において「水溶性クーラント及び/又は沸点が300℃未満のクーラント」とは、「水溶性クーラント」と「沸点が300℃未満のクーラント」のいずれかを含んでいてもよいし、両方を含んでいてもよいことを意味する。さらには、あるクーラントにおいて「水溶性」と「沸点が300℃未満」のいずれかの性質を有するものを使用してもよいし、「水溶性」と「沸点が300℃未満」の両方の性質を兼ね備えるものを使用してもよいことをも意味する。
なお、一般的にはしごきダイの方がしごきパンチよりも過酷な加工負荷を受けることが多いので、特にしごきダイの加工表面にダイヤモンド膜20が形成されることが好ましい。
この場合、プレス加工時におけるダイヤモンド膜20と被加工材との間の摩擦係数μは0.1よりも低いことが好ましい。
本実施形態において用いられるクーラントとしては、その成分中に油分を含有してもよいが、後の洗浄工程で容易に洗浄可能であること、あるいは、洗浄工程を設けない場合にも、乾燥により除去できることが好ましい。従って、本実施形態におけるクーラントは、水溶性クーラント及び/又は沸点が300℃未満のクーラントであることが必要とされる。
また、沸点が300℃未満のクーラントが好ましい理由としては、製缶工程後に、付着したクーラント成分を比較的低温で気化させて除去することが可能となるためである。なお、設備コストやエネルギーコスト等の観点から、クーラントの沸点は250℃未満であることがさらに好ましい。
本実施形態におけるクーラントは具体的には、揮発性潤滑油として市販されている無洗浄油を適用することが可能である。
すなわち、水溶性のクーラントの場合、細菌やカビ等の微生物の栄養源となる物質が多く含有されている。そのため、希釈後のクーラントが腐敗しやすい、また、加工の設備のうちクーラントと接触する箇所に錆が発生しやすいという問題がある。
なお本実施形態において「防腐剤及び/又は防錆剤」とは、「防腐剤」と「防錆剤」のいずれかを含んでいてもよいし、両方を含んでいてもよいことを意味する。さらには、「防腐」と「防錆」のいずれかの性質を有する物質を使用してもよいし、「防腐」と「防錆」の両方の性質を兼ね備える物質を使用してもよいことをも意味する。
また腐敗や錆の発生によってクーラント交換の頻度が高くなることによるコスト面の問題も発生する。さらに、カビや錆が発生した場合、ポンプ等の循環系統においてパイプ詰まりの原因にもなる。
また、洗浄後の排水処理が容易となったことにより、排水をリサイクルして循環させる場合、リサイクル率を向上させることが可能となり、コストや環境への負荷を軽減することが可能となる。
なお本実施形態におけるしごき率は、しごき加工前の板厚t0、加工後の板厚(缶底か
ら60mm部分)をt1としたとき、下記式で表される。
しごき率(%)=100×(t0-t1)/t0
次に、本実施形態における洗浄工程について説明する。
本実施形態における洗浄工程は、上述の絞り工程及びしごき工程において得られた有底筒状体に対して洗浄剤を接触させ、前記有底筒状体の内側表面及び外側表面に付着する潤滑剤及び/又はクーラントを除去する工程である。なお、本実施形態においては洗浄工程は必須の工程ではなく、適宜省略することも可能である。
アルカリ洗浄剤としては例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機化合物の水溶液が挙げられる。また、上記酸洗浄剤としては例えば、硫酸、硝酸、塩酸、フッ化水素酸、等の無機酸等の水溶液を挙げることができる。中性洗浄剤としては界面活性剤等を使用することができる。
なおアルカリ洗浄剤や酸洗浄剤や中性洗浄剤を用いて洗浄処理を行った後は、公知のように、金属板表面に残存する洗浄剤を除去するために、水洗処理を行なった後、エアーブロー若しくは熱空気乾燥等の方法にて、金属板表面の水分を除去することが好ましい。
なお、洗浄時間の下限は特にないが、実用上問題無く洗浄ができ、且つ排水処理性に問題のない洗浄時間の下限としては例えば10秒超であることが好ましい。また、洗浄の方法としてスプレーやシャワーにより洗浄剤を吹き付ける場合には、一缶当たり、洗浄剤噴出量は60~70ml/秒であることが好ましい。
本実施形態において、洗浄工程は適宜省略することが可能であることは上述したとおりである。その場合、有底筒状体の内側表面及び外側表面に付着した潤滑剤及びクーラントを除去するために、乾燥工程を設けることが好ましい。
すなわち、本実施形態においては絞り工程における潤滑剤、及び、しごき工程におけるクーラントに関して、共に水溶性及び/又は沸点300℃未満のものを使用することが好ましい。そのため、製缶工程(絞り工程及びしごき工程)後には、洗浄工程を設けることなく乾燥工程により内側表面及び外側表面に付着した潤滑剤及びクーラントを除去することが可能である。
次に、本実施形態における、上述した有底筒状体の製造方法におけるしごき工程及び/又は洗浄工程において排出された排水を浄化する浄化工程について説明する。
なお本実施形態において「しごき工程及び/又は洗浄工程において排出された排水」とは、「しごき工程において排出された排水」と「洗浄工程において排出された排水」のいずれかであってもよいし、その両方であってもよいことを意味する。
(A)しごき工程における成形加工部材の加工表面に炭素膜を有するため、しごき工程において使用するクーラントを水溶性及び/又は沸点が300℃未満とすることができる。
(B)絞り工程における成形加工部材の加工表面の硬さを所定の値以上とするため、絞り加工前の金属板(平板)表面に塗布する潤滑剤塗布工程を省略することが可能である。
(C)上記の結果、洗浄工程における洗浄剤の加熱を抑制し、及び/又は洗浄時間を短くすることができる。また、洗浄工程を設けないことも可能となる。
(D)結果的に、環境負荷の軽減やコスト削減を図ることが可能となる。
(E)しごき工程及び/又は洗浄工程において排出される排水の浄化処理が容易とすることができる。
(F)排水を浄化して再利用(リサイクル)することが可能となり、コストや環境への負荷を軽減することが可能となる。
以下に示す方法により、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
まず、アルミニウム合金板(JIS H 4000 3104材、0.28mm)を用意した。次いで、上記アルミニウム合金板の両面に、絞り加工時の潤滑剤として、水溶性潤滑剤を1.0~1.3g/m2塗布した。
また、使用したしごきパンチとしては、その表面に厚さ0.5μmのダイヤモンドライクカーボン膜が形成されたものを使用した。ダイヤモンドライクカーボン膜の表面硬さは、Hv3000とした。
絞り加工時の潤滑剤として、表1に示す沸点を有する潤滑剤を使用した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の成形加工部材の加工表面硬さを表1に示すとおりとした以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の絞りダイの加工表面硬さを表1に示すとおりとした以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の絞りパンチの加工表面硬さを表1に示すとおりとした以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工時のしごきダイとしては、その表面に平均厚さ0.5μmのダイヤモンドライクカーボン膜が形成されたものを使用した。ダイヤモンドライクカーボン膜の表面硬さは、Hv3000とした。それ以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工時のしごきパンチは、その表面に平均厚さ約10μmのダイヤモンド膜が形成されたものを使用した。ダイヤモンド膜の表面硬さは、Hv10000とした。それ以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工中に使用したクーラントは、表1に示す沸点を有するものとした。それ以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
洗浄の際に使用した洗浄剤としては純水を用いた以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞りしごき加工後の洗浄の工程に替えて、乾燥(300℃30秒)を行った以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工中に使用したクーラントは、表1に示す沸点を有するものとした。それ以外は実施例2と同様に行った。結果を表1に示す。
洗浄の際に使用した洗浄剤としては純水を用いた以外は実施例2と同様に行った。結果を表1に示す。
絞りしごき加工後の洗浄の工程に替えて、乾燥(300℃30秒)を行った以外は実施例2と同様に行った。結果を表1に示す。
洗浄の際に使用した洗浄剤としては純水を用いた以外は実施例8と同様に行った。結果を表1に示す。
絞りしごき加工後の洗浄の工程に替えて、乾燥(300℃30秒)を行った以外は実施例8と同様に行った。結果を表1に示す。
洗浄の際に使用した洗浄剤としては純水を用いた以外は実施例11と同様に行った。結果を表1に示す。
絞りしごき加工後の洗浄の工程に替えて、乾燥(300℃30秒)を行った以外は実施例11と同様に行った。結果を表1に示す。
絞りしごき加工後の洗浄の工程後に、さらに乾燥(300℃30秒)を行った。それ以外は実施例14と同様に行った。結果を表1に示す。
絞りしごき加工後の洗浄の工程後に、さらに乾燥(300℃30秒)を行った。それ以外は実施例12と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の潤滑剤を行わなかった点、及びしごき加工時のしごき率を表1に示す値とした点以外は、実施例3と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の潤滑剤として、水不溶性潤滑剤を塗布した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の潤滑剤として、表1に示す沸点を有する潤滑剤を使用した以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の絞りダイの加工表面硬さを表1に示すとおりとした以外は実施例1と同様に行ったが、絞り工程において破胴した。結果を表1に示す。
しごき加工時のしごきダイ及びしごきパンチは、超硬合金製(Hv1000)のものを使用した。それ以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工中に使用したクーラントを水不溶性クーラントとした以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工中に使用したクーラントは表1に示す沸点を有するものとし、絞りしごき加工後の洗浄の工程に替えて、乾燥(300℃30秒)を行った以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
しごき加工中に使用したクーラントを水不溶性クーラントとし、絞りしごき加工後の洗浄の工程に替えて、乾燥(300℃30秒)を行った以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
絞り加工時の潤滑剤を行わなかった点以外は、実施例1と同様に行ったが、絞り工程において破胴した。結果を表1に示す。
上記方法により得られたDI缶について、以下の方法により評価を行った。結果を表1に示す。
(i)しごき加工時における破断の有無、(ii)得られたDI缶の開口部におけるブリードスルー(黒すじ)や缶胴部内外面の変色、(iii)缶胴部外面の傷、の3項目について目視で観察した。上記3項目のいずれにも問題がなく優れているものを◎、いずれかに問題は発生するが実用に耐えられるものを○、いずれかに問題があり実用に耐えられないものを×とした。
得られたDI缶に対して洗浄を行った後の缶表面に水性塗料を塗布した後、公知の方法により焼き付けを行い、塗料のムラを評価した。目視により塗料のムラがないものを○、塗料のはじき等によりムラが発生したものを×とした。なお、塗料のムラが発生した場合、絞り工程又はしごき工程において使用した潤滑剤及び/又はクーラントが残存していると評価できる。
上記洗浄液を用いてDI缶に対しスプレー洗浄し水洗した後の排水をビーカーに収容して、公知の方法により化学的酸素要求量(COD)を測定した。CODが200ppm未満であれば○(排水処理性が良い)、200ppm以上であれば×(排水処理性が悪い)と判断した。結果を表1に示した。
また本実施形態によれば、絞り加工前の金属板(平板)表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程をさらに設けることが可能であり、当該潤滑剤を水溶性、及び/又は、沸点300℃未満とした場合においても、従来と同様又はそれ以上の加工性を得ることが可能となった。
あるいは、洗浄工程を設けずに、製缶加工後に、缶体に付着した潤滑剤・クーラント等を乾燥させることにより除去し得るものである。
また、しごき工程及び洗浄工程において生じた排水を浄化する浄化工程を経て、再度しごき工程や洗浄工程に再利用(リサイクル)できることが明らかである。
PD 絞り加工パンチ
DI しごきダイ
PI しごきパンチ
C クーラント
M 浅絞りカップ
10 金属板
20 ダイヤモンド膜
30 表面処理膜
Claims (8)
- 有底筒状体の製造方法であって、
加工表面の硬さがHv1500超~12000の成形加工部材を用いて金属板を絞り加工する絞り工程と、
加工表面に炭素膜を有する成形加工部材を用いて、クーラントを介して被加工部材をしごき加工して有底筒状体とするしごき工程と、を含み、
前記クーラントが、水溶性クーラント、及び/又は、沸点が300℃未満のクーラントであり、
前記炭素膜が厚み5μm~30μm(但し、5μmは除く)のダイヤモンド膜である、
ことを特徴とする、有底筒状体の製造方法。 - 前記有底筒状体がシームレス缶体である、請求項1に記載の有底筒状体の製造方法。
- 前記金属板がアルミニウム合金である、請求項1又は2に記載の有底筒状体の製造方法。
- 前記金属板を絞り加工する絞り工程の前に、前記金属板に、水溶性潤滑剤、及び/又は、沸点が300℃未満の潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程を含み、
前記絞り工程における成形加工部材の加工表面の硬さがHv1500~12000である、
請求項1~3のいずれかに記載の有底筒状体の製造方法。 - 前記クーラントが防腐剤及び/又は防錆剤を有する、請求項1~4のいずれかに記載の有底筒状体の製造方法。
- 前記有底筒状体の表面に付着した潤滑剤及び/又はクーラントを除去する洗浄工程をさらに含む、請求項1~5のいずれかに記載の有底筒状体の製造方法。
- 前記洗浄工程において、前記クーラントは、酸、アルカリ又は界面活性剤を含む薬剤を用いることなく、水により除去可能である、請求項6に記載の有底筒状体の製造方法。
- 前記しごき工程及び/又は洗浄工程において排出された排水を浄化する浄化工程をさらに含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の有底筒状体の製造方法。
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