(57)【要約】【課題】内径：１ｍｍ程度以下の深底円筒容器を形成できる多工程円筒絞り加工方法を提供する。【解決手段】薄板の金属によるブランク材に対し、複数組のダイとパンチによる多工程の円筒絞り加工を行って、細径の深底円筒容器を形成する方法であって、工程数：Ｎを１２とし、第ｎ（＝１〜１２）工程における絞り率：ｍｎを、ｎ＝１〜８では１に向かって漸増し、ｎ＝８〜１２では一定値となるように、ロマノフスキの設計公式に基づいて設定し、第ｎ（＝１〜１２）工程に用いるダイ肩部の曲率半径：ｒｎを、ｎ＝１〜８では工程順に等差的に減少させ、ｎ＝８〜１２では一定の値とするように定めて絞り加工を行う。【選択図】                  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板の金属によるブランク材に対し、複数組のダイとパンチによる多工程の円筒絞り加工を行って、細径の深底円筒容器を形成する方法であって、
工程数：Ｎを１２とし、第ｎ（＝１〜１２）工程における絞り率：ｍｎを、ｎ＝１〜８では１に向かって漸増し、ｎ＝８〜１２では一定値となるように、ロマノフスキの設計公式に基づいて設定し、
第ｎ（＝１〜１２）工程に用いるダイ肩部の曲率半径：ｒｎを、ｎ＝１〜８では工程順に等差的に減少させ、ｎ＝８〜１２では一定の値とするように定めて絞り加工を行うことを特徴とする多工程円筒絞り加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の多工程円筒絞り加工方法において、
ブランク材として、厚さ：０．１５ｍｍ、直径：１０ｍｍのステンレス円板を用い、内径：１ｍｍの深底円筒容器状の加工品を加工形成することを特徴とする多工程円筒絞り加工方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の多工程円筒絞り加工方法により加工形成される細径の深底円筒容器状の加工品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多工程円筒絞り加工方法および加工品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絞り加工は、薄板にパンチにより押圧力を作用させ、上記薄板を変形させてダイに押し込み、「容器状凹形状」を形成する加工法として知られている。絞り加工で、限界絞り率を超えるような深い容器状凹形状を形成する場合、絞り工程を複数工程に分けて所謂「再絞り」を繰返す「多工程円筒絞り加工」が行われる。
【０００３】
近来、このような再絞りによる多工程円筒絞り加工により、カテーテルや注射針、さらには光ファイバのホルダを形成することが意図されている。即ち、多工程円筒絞り加工により、内径が１ｍｍ前後、あるいはさらに小径で、深底の円筒容器を形成し、容器底部を除去し、あるいは容器底部を貫通させることにより、上記カテーテルや注射針、光ファイバ用ホルダに適した「細い中空管」を実現しようとするものである。
【０００４】
絞り加工は低コストで実施でき、大量生産に適しているので、「小径の深底円筒容器」を多工程円筒絞り加工で実現できれば、上記カテーテル等をより低コストで製造可能である。しかしながら、内径：１ｍｍ程度以下の深底円筒容器を、再絞りによる絞り加工で実現することは困難で、従来、試行が繰返されてきたが、満足のいく結果は得られていなかった。
【０００５】
多工程円筒絞り加工方法で、深底円筒容器を加工する際に重要な問題の１つとして、工程ごとの「絞り率」をどのように決定するかということがある。
絞り率の理論的な導出も提案されている（非特許文献１）が、工程数（再絞りが繰返される回数）：４までであり、工程数：５以上については理論的に導出された絞り率は知られていない。
【０００６】
上記の如き「細径の深底円筒容器」を多工程円筒絞り加工で加工する場合、工程数：４では不十分で、形成される円筒容器の深さも径も、所望のものを実現できない。
【０００７】
ブランク材として、厚さ：０．１５ｍｍ、直径：１０ｍｍのステンレス円板を用い、内径：１ｍｍの深底円筒容器を多工程円筒絞り加工で形成するには、再絞りの回数として１０工程以上が必要であると考えられている。
【０００８】
【非特許文献１】
井関・室田・加藤  機論Ｃ、５２−８４０（１９８６）２２４９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、内径：１ｍｍ程度以下の深底円筒容器を形成できる多工程円筒絞り加工方法の実現を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、静的陰解法ＦＥＭソフトウエア「ＡＢＵＱＵＳ」を用いてシミュレーションによる解析を行い、多工程円筒絞り加工の「各工程に対する絞り率とダイ肩部の曲率半径」を制御することにより、シミュレーション上で上記の「内径：１ｍｍ程度以下で、内径の１０倍を越える深さをもった深底円筒容器」を実現できることを発見した。
【００１１】
このシミュレーション結果を実際の加工に適用したところ、シミュレーション結果が、実際の多工程円筒絞り加工によく合致し、実際に上記深底円筒容器の加工に成功した。深底円筒容器の加工に成功した事実については、発明者大湊により、財団法人神奈川科学技術アカデミー開催の研究成果発表会（平成１５年１月２９日）において「新しい金型設計製作法の研究」と題する文書をもって発表された。
【００１２】
この発明の多工程円筒絞り加工方法は「薄板の金属によるブランク材に対し、複数組のダイとパンチによる多工程の円筒絞り加工を行って、細径の深底円筒容器を形成する方法」であって、以下の如き特徴を有する。
【００１３】
即ち、工程数（絞り加工を行う回数）：Ｎを１２とし、第ｎ（＝１〜１２）工程における絞り率：ｍｎを、ｎ＝１〜８では１に向かって漸増し、ｎ＝８〜１２では一定値となるように、ロマノフスキの設計公式に基づいて設定する。
第ｎ（＝１〜１２）工程に用いるダイ肩部の曲率半径：ｒｎを、ｎ＝１〜８では工程順に等差的に減少させ、ｎ＝８〜１２では一定の値とするように定めて絞り加工を行う。
【００１４】
上記において、絞り率：ｍｎは、第ｎ工程において用いられるパンチ（ブランク材をダイの穴に押し込むシリンダ状の部材）の直径をｄｎ（ｎ＝１〜１２）とするとき、
ｍｎ＝ｄｎ／ｄｎ−１
で定義される。この場合、第１工程における絞り率：ｍ１は、
ｍ１＝ｄ１／ｄ０
となるが、「ｄ０」は円形状のブランク材の直径である。
なお、この明細書において、パンチやダイに関連して「曲率半径」と謂うとき、曲率半径は「パンチの軸を含む平面による仮想的な断面内における曲率半径」を意味するものであることを付記しておく。
【００１５】
請求項１記載の多工程円筒絞り加工方法は、ブランク材として、厚さ：０．１５ｍｍ、直径：１０ｍｍのステンレス円板を用い、内径：１ｍｍの深底円筒容器を加工形成する方法とすることができる（請求項２）。
【００１６】
この発明の「加工品」は、上記請求項１または２記載の多工程円筒絞り加工方法により加工される細径の深底円筒容器状の加工品である。
【００１７】
多工程絞り加工における絞り率の配分に関する実用的な設計公式として「ロマノフスキ（Ｒｏｍａｎｏｗｓｋｉ）の設計公式」が広く知られている。ロマノフスキの設計公式では、加工条件として与えられる「容器の相対板厚（初期板厚／ブランク材直径）」に応じて「工程ごとの絞り率の推奨値」がテーブルとして与えられているので、相対板厚に応じて、各工程の絞り率を上記テーブルに基づいて適宜に設定できる。
【００１８】
説明を先へ進める前に、用語について説明しておく。
【００１９】
図１（ａ）において、符号１は「パンチ」、符号２は「ダイ」と呼ばれる絞り加工用の部材であり、符号３は加工の対象となる平板状の材料で「ブランク材」と呼ばれる。ブランク材３は一般に円板形状である。
【００２０】
パンチ１は横断面が円形状で、ダイ２は円形状の穴を有する。ブランク材３の厚さ：ｔと、パンチ１の直径：Ｄｐ、ダイ２の穴の直径：Ｄｄとの間には、
Ｄｐ＝Ｄｄ−２ｔ
の関係がある。
【００２１】
絞り加工は、パンチ１に図の上方から圧力を加え、ブランク材３を変形させてダイ２の穴に押し込め、ダイ２の穴形状に沿わせて変形させ、深底円筒容器状とする加工方法である。
【００２２】
図１（ａ）に符号１Ａで示す「パンチ１における圧力作用面（下面）の周辺部」を「パンチ肩」と呼ぶ。パンチ肩１Ａの部分は曲率を付けられている。また、図１（ａ）に符号２Ｂで示す「ダイ２における穴の入口部の周辺部」は「ダイ肩」と呼ばれる。絞り加工でパンチ１がブランク材３を加工すると、ブランク材３はダイ２の穴の形状にならって変形する。
【００２３】
従って、図１（ａ）に符号２Ａで示す「ダイ２の穴底面の周辺部」と、パンチ１のパンチ肩１Ａとは、その曲率半径にブランク材３の厚さ：ｔ分の差がある。また一般に、ダイ２における「符号２Ａで示す部分の曲率半径」と、ダイ肩２Ｂの部分の曲率半径は同一に設定される。なお、加工前のブランク材３の直径をＤとすると「Ｄｐ／Ｄ」は、前述した絞り率：ｍ１に相当する。
【００２４】
図１（ｂ）は、図１に示すパンチ１とダイ２とによる「１回の絞り加工」で、円筒容器に形成されたブランク材３（符号の煩雑化を避けるため、ブランク材が、加工されたのちも、加工前のブランク材と同一の符号を付す。）を示す。
【００２５】
このように絞り加工の回数が１で再絞りが行われない場合には、一般に、形成された円筒容器３において、パンチ肩１Ａに対応する部分３Ａの近傍で、容器の厚みが最も薄くなり、符号３Ｂで示す「ダイ肩に相当する部分」では厚みが増大する傾向があることが知られている。
【００２６】
パンチ肩１Ａに対応する容器部分３Ａで厚さが最も薄くなるのは、パンチ１がブランク材３をダイ２の穴部に押し込むとき、パンチ肩１Ａの当たる部分で、ブランク材３に強い引っ張り応力が集中することによると考えられる。
【００２７】
また、ダイ肩２Ｂに相当する容器部分３Ｂで容器の厚みが大きくなるのは、ブランク材３がダイ２の穴に押し込まれるとき、ブランク材３の外周部が絞り込まれて小径化し、厚み方向に逃げることによると考えられる。絞り加工の前後を通じ、ブランク材の体積は不変に保たれるからである。
【００２８】
さて、ブランク材として直径：１０ｍｍ、板厚：０．１５ｍｍのＳＵＳ３０４を、内径：１ｍｍ、容器深さ：１６ｍｍの深底円筒容器に加工する場合を想定し、工程数：Ｎ（絞り加工の回数）を１２とし、第ｎ（＝１〜１２）工程における絞り率：ｍｎを、ロマノフスキの設計公式に従って、以下の如くに設定した。
【００２９】
「第ｎ工程の絞り率」
2004255425.tif 000003
【００３０】
即ち、絞り率：ｍｎを、ｎ＝１〜８では１に向かって０．９まで漸増し、ｎ＝８〜１２では一定値：０．９となるように設定した。
【００３１】
ところで、ロマノフスキの設計公式には、多工程円筒絞りにおいて「各再絞り工程ごとのパンチ肩、ダイ肩の曲率半径をどのように設定するか」という点に関しては設計方針が全く与えられていない。
【００３２】
そこで、各工程ごとの上記曲率半径を経験と勘に頼って適宜に設定し、上述の如く「静的陰解法ＦＥＭソフトウエアＡＢＵＱＵＳ」を用いてシミュレーションを行った。
【００３３】
その結果、多工程円筒絞りの場合にも、加工された深底円筒容器において、パンチ肩に対応する部分（図１（ｂ）に符号３Ａで示した部分）で「容器の肉厚が薄くなる傾向」を確認したが、それとともに、ダイ肩に対応する部分（図１（ｂ）に符号３Ｂで示す部分。１回絞りの場合には、この部分の肉厚は厚くなる。）でも「容器の肉厚が薄くなる傾向」を、全く新しい知見として得た。
【００３４】
この知見については、２００２年１１月２２〜２４日に浜松市で開催された第５３回塑性加工連合講演会において配布された上記予稿集の第２７５〜２７６頁（特に２５７頁のＦｉｇ．３（ｂ））に報告した。
【００３５】
発明者らは、上記シミュレーション結果が「内径：１ｍｍ程度以下で、深さが内径の１０倍を越える深底円筒容器」を多工程円筒絞り加工で成型加工する場合に、ダイ肩部の曲率半径が加工の成否に大きく影響することを示唆するものと考え、ダイ肩部の曲率を種々に設定してシミュレーションを行った。
【００３６】
若干補足すると、シミュレーションで想定した「目的とする深底円筒容器」は、容器底部周辺の曲率半径（最後に行われる絞り加工で用いられるパンチのパンチ肩部の曲率半径）を０．３ｍｍ、また形成された容器の口部分（図１（ｂ）に符号３Ｂで示す部分に相当する。）の曲率半径も０．３ｍｍとした。
【００３７】
図２に、設定されたダイ肩部曲率半径の変化の代表例を３例示す。
【００３８】
図２において、縦軸はダイ肩部の曲率半径：ｒｎ（単位：ｍｍ）、横軸は再絞りの回数：ｎ（ｎ＝１〜１２）である。このときの、第ｎ工程（ｎ回目の絞り工程）における絞り率は前記の通りである。また、各絞り工程におけるパンチのストローク（形成する穴の深さ）は、ｎの増加とともに等差的（直線的）に増加するものとした。上記ストローク差は１．３３ｍｍとした。
【００３９】
図２においてグラフ線２−１は、ｎ＝１〜１２の全工程において、ダイ肩部の曲率半径を一定値（＝１ｍｍ）に設定し、工程によりダイ肩部の曲率半径を変えない場合である。この場合、ｎ＝５で、容器におけるダイ肩部に対応する部分の肉厚の減少が始まり、ｎの増加とともに上記部分の肉厚が減少して容器完成前に破断（シミュレーション上、当初のブランク材の厚み：０．１５ｍｍの３０％以下となる場合として定義した。）が生じた。
【００４０】
図２のグラフ線２−２は、ｎ＝１〜１２の全工程において、ｎの増加と共に、ダイ肩部の曲率半径を直線的（等差的）に減少させた場合である。この場合、ｎ＝６で、容器におけるダイ肩部に対応する部分の肉厚の減少が始まり、ｎの増加とともに上記部分における肉厚が減少して容器完成前に破断が生じた。
【００４１】
図３のグラフ線２−３は、ダイ肩部の曲率半径を、ｎ＝１〜８では工程順に等差的に１ｍｍから０．３ｍｍまで０．１ｍｍ刻みで減少させ、ｎ＝８〜１２では一定の値（＝０．３ｍｍ）とした場合である。このようにすると、ｎ＝６において、容器におけるダイ肩部に対応する部分の肉厚に若干の減少を生じたが、ｎ＝７〜１２において「肉厚の減少」は進行せず、第１２工程まで破断を生じることなく、所望の深底円筒容器を実現できるとのシミュレーション結果を得た。
【００４２】
【発明の実施の形態】
発明者らは、上記シミュレーション結果に基づき、前述の絞り率に応じて直径を１２段階に設定し、ストローク長を等差的（直線的）に変化させた１２本のパンチと、これに対応する１２個のダイを用意し、各パンチ・ダイの径および内径を前述の「ロマノフスキの公式により定めた絞り率」に従って定め、各ダイのダイ肩部の曲率半径を、上記図２のグラフ線２−３に従って形成した。パンチの工程順のストローク差は１．５ｍｍとした。
【００４３】
ブランク材として、上記シミュレーションと同様、直径：１０ｍｍ、厚さ：０．１５ｍｍのＳＵＳ３０４（ヤング率：２００ＧＰａ、ポアソン比：０．３）を用いた。
【００４４】
図３に実際のブランク材の形状（上図は平面図、下図は側断面図）を示す。ブランク材３は細板状のＳＵＳ３０４に、４箇所の接合部を残して、直径：１０ｍｍの円形状に切りこみを形成されている。
【００４５】
各絞り工程において、パンチには８０００ｋｇＦｓｅｃの撃力を与えて絞り加工を行ったところ、シミュレーション結果とよく一致し、最終的に内径：１ｍｍで深さ１８ｍｍの「破断のない深底円筒容器」を形成することができた。
【００４６】
図４に、上記多工程円筒絞り加工におけるｎ＝０、３、６、９、１２の各工程におけるブランク材と円筒容器の断面形状を示す。図４の（ａ）はｎ＝０、（ｂ）はｎ＝３、（ｃ）はｎ＝６、（ｄ）はｎ＝９、（ｅ）はｎ＝１２における断面形状を示している。
【００４７】
図４に示した各工程での断面形状は、前記シミュレーションにより得られた形状と良く対応している。
【００４８】
なお、パンチとブランク材との間の摩擦係数が大きいと、パンチ肩に相当する部分（容器の底と側面部の境界部分）で容器の肉厚の減少が著しくなるので、１２回の工程中、適宜に、パンチとブランク材にオイル塗布を行って摩擦係数の低減に努めた。
【００４９】
即ち、上に説明した実施の形態では、薄板の金属によるブランク材３に対し、複数組のダイとパンチによる多工程の円筒絞り加工を行って、細径の深底円筒容器を形成する方法であって、工程数：Ｎを１２とし、第ｎ（＝１〜１２）工程における絞り率：ｍｎを、ｎ＝１〜８では１に向かって漸増し、ｎ＝８〜１２では一定値となるように、ロマノフスキの設計公式に基づいて設定し、第ｎ（＝１〜１２）工程に用いるダイ肩部の曲率半径：ｒｎを、ｎ＝１〜８では工程順に等差的に減少させ、ｎ＝８〜１２では一定の値とする（図２のグラフ線２−３）ように定めて絞り加工を行う多工程円筒絞り加工方法（請求項１）が実施され、ブランク材３として、厚さ：０．１５ｍｍ、直径：１０ｍｍのステンレス円板が用い、内径：１ｍｍの深底円筒容器状の加工品が加工形成される（請求項２）。
【００５０】
従って、上記実施の形態で形成される深底円筒容器は、請求項３記載の発明の加工品である。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、新規な多工程円筒絞り加工方法と加工品を実現できる。
【００５２】
この発明の多工程円筒絞り加工方法によれば、１ｍｍ程度以下の細径で、内径の１０倍を超える深さを持つ深底円筒容器を、破断を生じることなく加工形成でき、良好な深底円筒容器を加工品として実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】絞り加工を説明するための図である。
【図２】シミュレーション各工程のダイ肩部曲率半径の設定例を３例示す図である。
【図３】ブランク材を説明するための図である。
【図４】この発明の多工程円筒絞りの第ｎ工程における加工状態の断面形状を、ｎ＝０、３、６、９、１２について示す図である。
【符号の説明】
１      パンチ
１Ａ    パンチ肩部
２      ダイ
２Ｂ    ダイ肩部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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