JPS6258806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、金属箔、金属シートあるいはプラス
チツクフイルム又はシートもしくはこれらの積層
体の絞り成形用工具に関するものである。詳しく
は、200μｍ以下の延性の乏しい材料、しわの発
生し易い材料、例えば鉄箔、鋼箔、アルミ箔、銅
箔等の金属箔、およびプラスチツクフイルム又は
シート、およびそれらの積層体を、絞に成形性が
良く、すなわち、しわなく美麗に、より大きな絞
り比で絞り加工を行い得る絞り成形用工具に関す
るものである。 食品、薬品、電気部品等の各種包装材料の分野
においては、経済性、軽量化、廃棄性その他の要
求を背景に、前記金属箔等極薄材の利用が望まれ
ている。しかしながら、前記極薄材は、大きな絞
り比で加工し得ないこと、しわが発生し易く、機
能面、美観の点で問題があること等、それらが障
害となり、十分に利用されていないのが現状であ
る。以下本発明を詳細に説明するに先立ち、その
理解を容易にするために、絞り比、しわを含めた
絞り加工の概略を第１図に従い説明する。絞り比
は、成形前ブランク径を雄型径Dpで除した値す
なわち（成形前ブランク径／Dp）で表される値
であり、力学的には、絞り成形に要する力に対す
る材料強度の比と考えることができる。絞り成形
に要する力は、大きくは雌型３面での材料の縮み
変形に要する力で、ブランク径に比例する変形
力、および雌型３面、しわ押え２面と材料間に働
く摩擦力、および雌型入側で材料を曲げ、曲げ戻
しするに要する力、これらを加算したものであ
る。そしてこれらを加算したものは、材料の加工
による硬化等も影響して、絞り成形初期は漸増
し、成形途中で最大となり、以後漸減する。一
方、絞り比に関連する材料強度は、容器の軸方
向、容器底より一定距離の部位の断面積（該部板
厚×該部周長）×該部破断強度であり、軸方向で
その値が最小となる部位で破断が生じ、その最小
値と前記絞り変形に要する力とから絞り可能な絞
り比が決まる。板厚は容器軸方向で、空器底周縁
近傍部が最も薄く、容器開口後端に向うに従い漸
増する。材料強度も同様である。ここで絞り成形
力が成形途中で最大となること、材料強度が上述
のごとくであることより、絞り成形における破断
は、通常絞り成形が進行した時点で、容器底周縁
近傍で発生する。又しわは、フランジ部Ａに発生
するしわ（以下フランジしわという）と側壁部Ｂ
に発生するしわ（以下側壁しわという）に区別さ
れる。そしてしわは力学的には、板面方向の圧縮
力による座屈を、板厚方向の押え力により抑止し
得ない現象と考えることができる。ここでフラン
ジしわの発生は、しわ押え２と雌型３間の押え圧
（以下しわ押え圧という）を大きくすることによ
り防止し得るが、一方摩擦を介して材料への負担
が増加し破断が生じやすくなる。それゆえ、しわ
を抑制するために増加したしわ押え圧に相当する
だけ、ブランク径を小さく（絞り比を小さく）す
る必要があり、絞り比、しわを同時に改善し得な
いのが現状である。また側壁しわは、雄型１と雌
型３の間〓との関連でその発生の有無、およびそ
の程度が定まり、間〓を大きくするとその程度も
大きくなる。以上絞り比、しわ等、絞り加工の概
略を説明したが、本発明は、雌型角度θ_１が正の
角度をもつ雌型を用いての絞り加工において、絞
り比の改善、フランジしわの改善、側壁しわの改
善を果すべく研究を重ねた結果、目的とする知見
が得られたので提供するものである。 以下本発明の内容について詳細に図面に従い説
明する。第２図は本発明の雄型工具を用いての絞
り成形における絞り成形前の態様を示す。第３図
は絞り成形進行途中の状態を示す。第４図は絞り
成形が終了したストロークエンドでの状態が、か
つ空隙量が零となる場合の態様を示す。第５図は
剛性芯部７の先端に容器底形成剛性端８を付属さ
せた雄型工具を示す。第２図、第３図、第４図、
第５図に示した本発明の絞り雄型工具は、筒状弾
性体５、空〓６、剛性芯部７、（容器底形成剛性
端８）から構成されている。このような構成、お
よび筒状弾性体５を特殊な形状にすることにより
はじめて、大きくは次の２点を介して、本発明の
目的とする絞り成形性の良い絞り成形工具を得る
ことができる。１点は、特殊な筒状弾性体形状お
よび空〓６の存在により筒状弾性体５と被成形体
４の内面と摩擦を有効に利用することができ、絞
り比を大きくし得ること。もう１点は、空〓６の
量を定め、剛性芯部７を設けることにより、スト
ロークエンドでのしわの消去性能を大きくし得る
ことである。前者の摩擦の有効な利用は次の考え
に基づく。第１図に示すような剛性工具を用いて
の絞り成形においては、雄型１の側面と被成形体
４の内面には摩擦力は作用せず、前述のようにお
のずと絞り比の限界が定まる。しかし、第２図に
示すような、雌型３入口内径とほぼ等しいか、そ
れ以上の外径の筒状弾性体５を雄型として用いれ
ば、そして雌型３が正の角度θ_１を持つ場合にお
いては、第３図に示すような絞り成形の途中にお
いて、側面上任意の位置における筒状弾性体５上
の点ｍと、それに接する被成形体４内面上の点ｎ
は異なる速度を持ち、それゆえさらに成形が進行
すれば、点ｍと点ｎは相対的にずれを生じ、その
ずれの方向に応じ、被成形体４内面に対し、方向
１０あるいは１１の摩擦力が作用することにな
る。方向１０に摩擦力が働けば、材料強度の弱
い、被成形体先端周縁部への負担が軽減され、絞
り比改善に有効であるが、方向１１に働けば、剛
性工具を用いる場合より材料強度の弱い被成形体
先端周縁部に摩擦力が付加されることになり絞り
比は低減する。点ｍと点ｎがずれを生ずることの
理解を明確にするため、模式図、第６図に従い説
明する。弾性体５が雌型３内に進入するに伴い、
被成形体４は、ほぼ表面積一定のもとに変形する
ため被成形体高さは高くなる。すなわち被成形体
先端に対して、被成形体側壁部は遅れることにな
り、被成形体後端の速度が最もおそくなる。この
ように被成形体側面の速度は軸方向位置が変れば
速度も異なる。一方弾性体５は主として体積一定
のもとに変形し、軸方向位置で速度が異なる。被
成形体４と弾性体５との相対速度差は、弾性体５
の外径、軸方向位置、雌型角度θ_１等によりその
大きさが変る。この事実は、実験ならびに、計算
により確認することができる。ここで実際の絞り
成形において、摩擦力を有利に働かせるために
は、前述のごとく第３図において、被成形体４に
対し方向１０に摩擦力を働かせる、すなわち筒状
弾性体５の方が被成形体４側面の速度よりも速く
進行することが必要である。このことは物理的に
不可能であるかのごとく考えられる。しかしなが
ら、雌型３が正の角度θ_１を持つときには被成形
体側面の速度は、先端からの距離に比例して、先
端の速度に対して遅くなることを考慮すれば、筒
状弾性体５の速度を先端速度とほぼ同一にすれ
ば、目的とする摩擦力の効果を得ることができる
はずである。そのような観点から、雄型の形状、
構成等に着目し種々検討を重ねた。その結果、筒
状弾性体５の形状を特殊なものとすること、およ
びその筒状弾性体に包囲される空〓６を設けるこ
とにより、絞り比の改善を果しうることが解つ
た。筒状弾性体は、雌型に進入した場合雌型面か
らは第９図においてＰで表わされる垂直力が作用
する、その力は軸方向力P₁、径方向力P₂に分解さ
れるが、P₁は筒状弾性体を軸方向に変形させる
力、P₂は筒状弾性体を半径方向に変形させる力で
ある。入口より径の小さくなるテーパを持つ雌型
内へ筒状弾性体５が進入する場合、進入に従い余
肉が発生する。その余肉は半径方向、軸方向に変
形を余儀なくされる。前記のごとく、摩擦力を有
効に利用するためには軸方向の変形を極力避けな
ければならない。その変形におよぼす筒状弾性体
５の形状の影響は大きく、多くの試験を重ねた結
果、第２図おけるθ_２を０〜20度にすることによ
りはじめて十分な改善が得られることがわかつ
た。勿論、この角度は後述のしわ消去の点から定
まる空隙量および雄型からの成形容器の取り出し
性とも関連する。 θ_２が０より小さければ、筒状弾性体５の軸方
向の変形が増加し前記摩擦力がマイナスに働き好
ましくない。また20度以下としたのは、軸方向、
径方向へ変形の難易からではなく、20度以上にな
ると筒状弾性体５の後方の径が大きくなり、しわ
押え２の内径と寸法的な関連で絞り作業が難しく
なるからである。ここで筒状弾性体５に包囲され
る空〓６を設ける目的は、筒状弾性体５の、半径
方向への変形を、軸方向変形より、より大きく行
わしめるためであり、空〓６が存在しなければ筒
状弾性体形状をいくらか特殊なものとしても、絞
り比の十分な改善が得られない。なおその空〓量
は、後述のしわ消去との関連で定まる量である。
すなわち、側壁しわが発生しやすい材料の場合
は、ストロークエンド直前で空隙量が零となるよ
うに設定することが肝要であるが、側壁しわの発
生しにくい材料の場合は、当然のことではある
が、ストロークエンドで空隙が残存しても問題と
なるものではない。ここで必要により、容器底形
成剛性端８を設ける場合は筒状弾性体５が半径方
向に変形するために障害とならないように、筒状
弾性体先端面１３と容器底形成剛性端背面１４が
ほとんど接触しないような位置関係にしなければ
ならない。また筒状弾性体５の支持は、雄型先端
から後方に加わる軸荷重P₁により、筒状弾性体が
先端に対し後方にずれないような構造、すなわち
剛性芯部７に対し、筒状弾性体支持部１２が後方
に移動しない構造とすることが絶対不可欠であ
る。また筒状弾性体５の径方向の厚みは後で述べ
るように、側壁面への加圧力を介しての摩擦力、
筒状弾性体の軸方向変形に対する半径方向変形の
容易性、ストロークエンドでのしわの消去、成形
後の雄型工具からの成形容器の離脱性、さらに被
成形材料の種類を考慮して適宜選択されることと
なる。又前記から明白であるが、筒状弾性体５は
できるだけ絞り成形初期から雌型３に接触する必
要があり、その先端径は雌型入口径にほぼ等しく
することが望ましい。本発明のもう一つの特徴で
ある空〓６に包囲された剛性芯部７を設ける目的
について説明する。筒状弾性体５による被成形体
４内面への圧下力すなわち摩擦力は、筒状弾性体
５の半径方向厚みが厚い程大きく、その摩擦力が
第３図において方向１０に働くならば厚い程絞り
比改善に好ましいが、厚くすることにより、半径
方向の変形より軸方向の変形が大きくなること、
また成形後の被成形体の雄型からの離脱性が困難
になること等から、いたずらに厚くできない。そ
れゆえ絞り比改善、離脱性の点からは好ましい筒
状弾性体厚みもしわ抑制の点から最適でなく、被
成形体４の側壁しわを抑止し得ないことも多い。
しかるに剛性芯部７を設け、それを包囲する空〓
量がストロークエンド直前で零となるようにすれ
ば、すなわち、第７図は、第２図の雄型先端から
任意の位置における径方向の２分の１断面図、第
８図は、第４図における、前記と同じ位置にある
径方向の２分の１断面図であるが、第７〜８図の
斜線で示した面積Ｘを、面積Ｙより若干小さくす
ることによりそのことを果しうるが、空〓６が零
となつた点からストロークエンドまでは、筒状弾
性体５の硬度に直接比例した大きな圧力を付加す
ることができ、すでに発生しているしわをも消去
することができる。ここに筒状弾性体５の半径方
向厚みとしわの消去能力は、フツクの法則から明
白であるが厚みの薄い方がその消去能力は大き
い。それゆえ絞り比の改善、離脱性の点から最適
な筒状弾性体５の厚みが薄い場合、そして側壁し
わの出やすい材料の場合しわ消去の点において剛
性芯部７をを設け、空隙量をストロークエンドで
零とする効果が一層明瞭となる。ここで空隙を零
とすべきストローク範囲は、材料のしわの程度、
弾性体の硬度、弾性体の半径方向厚み等による
が、ストロークエンド直前、ストロークエンドか
ら絞り容器深さの１〜10％長さの範囲とすること
により、目的とするしわの消去を効果的に果すこ
とができる。１％以内では効果は不十分であり、
その範囲を広くすることによりしわの消去効果は
増大するが、反面、容器の胴の破断が起こりやす
くなるため、その範囲の上限を容器深さの10％長
さとすることが望ましい。なおストロークエンド
近傍では、絞り変形力はすでに最大値を通りすぎ
ており、空〓６が零となつても絞り比には影響し
ない。次に第５図に示すごとく剛性芯部７につな
がる容器底形成剛性端８を設ける目的について説
明する。絞り比の改善のみを考慮した場合、容器
底形成剛性端８を設けず絞り成形開始後直ちに筒
状弾性体５を雌型に接触させることが好ましい。
しかし雌型３内径より大きな外径を持つ筒状弾性
体を用いて成形においては、成形後の容器の雄型
からの離脱性が被成形材料の種類によつては問題
となり、離脱のために補助具として、および容器
底を所定の寸法に形成するという意図から必要に
応じて設けることとなる。設ける場合は、前記の
ごとく、筒状弾性体先端面１３と容器底形成剛性
端背面１４が殆んど接触しないようにすることが
必要である。 以上のような考え、研究に基づき、本発明の目
的とする絞り成形性に優れた、すなわち、大きな
絞り比で加工でき、しわのない美麗な容器を形成
し得る金属箔容器成形工具を完成した。なお剛性
芯と弾性体を組み合せた絞り成形用工具に関する
先願として特公56−50645があるが、これとの大
きな違いは、特公昭56−50645が弾性体と金属芯
の間を接着剤で接合するのが好ましいとしている
のに対し、本願は前記のごとく被成形体内面の摩
擦力に着目し、空〓を設けること、ならびに筒状
弾性体の形状を径方向に変形しやすい特殊なもの
としたことが大きく異なり、特公昭56−50645の
工具は、本願に比べはるかに小さな絞り比でしか
加工し得ないという結果であつた。 以下実施例について説明する。 試験に用いた雄型工具の寸法は、第１０図にお
ける寸法が、ｂ：33mm、ｃ：50mm、ｄ：30mm、
ｅ：33mm、ｆ：２×ａ、θ_１：８度、および第１
表に示した値である。またしわ押え２、雌型３、
剛性芯部７、容器底形成剛性端８はいずれもその
材質に工具鋼を用い、筒状弾性体５はジユロメー
タ硬度90度のウレタンゴムを用いた。そして第１
表のNo.１〜No.４が発明工具であり、No.５〜No.７が
比較工具である。なお空〓量はストロークエンド
直前で零となるようにした。工具の評価は、第１
表に示した被成形材料を用い、絞り成形性、すな
わち絞り成形可能な最大絞り比、およびしわの発
生有無を比較し、その優劣により判定した。第１
表の結果から明らかなように、No.７の剛性工具を
用いた場合、およびNo.５の筒状弾性体に包囲され
る空〓を設けるも筒状弾性体軸方向外辺が、雄型
中心軸に対し後方に−５度（筒状弾性体外径が、
先端より後方に向うに従い小さくなる

【表】 形体）の雄型工具は、絞り比、しわとも不良であ
つた。またNo.６の空〓を設けない筒状弾性体つき
工具においては、しわは改善されるものの、絞り
比において効果は見られず、むしろ悪化する。し
かるに本発明工具を用いれば、絞り比、しわとも
同時に改善することができ、本発明工具の優れて
いることが理解できる。 また本発明は、前記実施例に限定されることな
く他の金属箔、プラスチツクフイルム又はシー
ト、およびそれらの積層体に対して、また成形体
形状に関しても、実施例に示した円形以外の形状
のものにも適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の剛性工具による絞り成形概略
図、第２図、第３図、第４図は本発明の雄型工具
を用いた絞り成形進行過程概略図、第５図は剛性
芯部先端に容器底形成剛性端を付属させた本発明
工具概略図、第６図は筒状弾性体外面と被成形体
内面の速度が異なることを説明するための模式
図、第７図は第２図の雄型先端から後方任意の位
置における雄型工具の径方向の２分の１断面図、
第８図は、第４図において、雄型工具先端から後
方、第７図と同じ位置における径方向２分の１断
面図、第９図は、筒状弾性体が雌型に進入した場
合に、雌型より作用する力を示す模式図、第１０
図は、実施例に使用した雄型工具等の寸法を説明
するための概略図である。 １……剛性雄型、２……しわ押え、３……雌
型、４……被成形体、５……筒状弾性体、６……
空〓、７……剛性芯部、８……容器底形成剛性
端、９……雄型軸中心線、１０，１１……被成形
体内面への摩擦力方向、１２……筒状弾性体支持
部、１３……筒状弾性体先端面、１４……容器底
形成剛性端背面、ａ……剛性芯部半径、ｂ……筒
状弾性体先端半径、ｃ……筒状弾性体軸方向長
さ、ｄ……雌型軸方向厚み、ｅ……雌型入口半
径、ｆ……剛性芯部直径、ｇ……第２図における
雄型工具先端より任意の位置における空〓直径、
ｈ……第２図における雄型工具先端より任意の位
置における筒状弾性体直径、h′……第４図におい
て、雄型工具先端より第２図と同じ位置における
筒状弾性体直径、Ｘ……空〓面積、Ｙ……筒状弾
性体径方向変形面積、Ｐ……筒状弾性体に雌型よ
り作用する垂直力、P₁……Ｐの軸方向分力、P₂…
…Ｐの径方向分力、θ_１……雌型角度、θ_２……
筒状弾性体外辺の軸に対する角度、図面に示した
角度を正とする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 雄型と雌型よりなる絞り成形用工具におい
   て、該雄型は、その作用部分、すなわち成形する
   容器高さとほぼ等しい雄型先端からの軸方向長さ
   範囲において、剛性芯部と、該剛性芯部を包囲す
   る空隙、および該空隙を包囲する筒状弾性体とか
   らなり、該筒状弾性体は、その径方向断面積が先
   端より後方に向うに従い増加し、その軸方向外辺
   が、雄型中心軸に対し先端より後方に０〜20度の
   開き角度を持つ形体である絞り成形性に優れた金
   属箔容器成形工具。 ２ 筒状弾性体の先端径が、雌型入口の直径とほ
   ぼ等しい第１項記載の絞り成形性に優れた金属箔
   容器成形工具。 ３ 剛性芯部先端につながる容器底形成剛性端が
   付属する第１項記載の絞り成形性に優れた金属箔
   容器成形工具。 ４ 剛性芯部を包囲する空隙量がストロークエン
   ド直前、すなわちストロークエンドから容器深さ
   の１〜10％の長さの範囲において零である第１項
   記載の絞り成形性に優れた金属箔容器成形工具。