(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内ダイスと外ダイスとの間に被加工材料を挟持し、該被加工材料に対して内側と外側との両面から同時にしごき加工を行って筒状構造体を得る両面同時しごき深絞り加工法において、
内ダイスと外ダイスとの高低差およびしごき肩半径を変えることにより、筒状構造体側壁の軸方向強度を変化させる
ものである両面同時しごき深絞り加工法。
【請求項２】
請求項１に記載の両面同時しごき深絞り加工法において、
前記内ダイスおよび／または外ダイスをしごき加工方向に沿って振動させることにより、しごき率の変化および／または曲げ加工を行って、筒状構造体側壁に鉢巻き状の溝を設ける
ものである両面同時しごき深絞り加工法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の両面同時しごき深絞り加工法において、
前記内ダイスと前記外ダイスとは分割されてなり、前記分割された内ダイスおよび／または外ダイスをしごき加工方向または該しごき加工方向に対して直角の横方向に振動させることにより、筒状体側壁に鉢巻き状の溝を設ける
ものである両面同時しごき深絞り加工法。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の両面同時しごき深絞り加工法において、
前記内ダイスと前記外ダイスとは分割されてなり、前記分割された内ダイスおよび／または外ダイスをしごき加工方向に複数段設け、多段形式でしごき加工を行う
ものである両面同時しごき深絞り加工法。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の両面同時しごき深絞り加工法において、
連続して重ねられた内および／または外ダイスの一個または複数個をしごき方向に沿って振動させる
ものである両面同時しごき深絞り加工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、両面同時しごき深絞り加工法に関し、さらに詳細には、被加工材料の軸方向残留応力状態を制御した両面同時しごき深絞り加工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、しごき絞り加工を含むしごき加工は、ビール缶、炭酸飲料缶あるいは果汁缶のような飲料用に用いる金属製の缶などの容器の製造に広く利用されてきている。
【０００３】
従来の片面しごき加工により成形された缶は、リサイクル時に後処理を容易にするために、きれいに押し潰すことが望ましい。
【０００４】
しかしながら、女性や子供が缶を手などで押し潰すことは容易ではないため、押し潰すための機械が必要となるという問題点があった。
【０００５】
また、機械で缶を押し潰した場合には、缶が不規則に潰れてしまい、作業者が怪我をする原因になり易く危険であるという問題点もあった。
【０００６】
一方、ショックアブソーバーのような強度部品にもしごき加工は利用されているが、壁面を鏡面化するためには、追加的に研磨加工を行う必要があるという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属製の缶などの容器の強度としては使用に耐える程度の強度を保持しつつ、かつ、使用後には容器を手または足で簡単に押し潰すことのできるようにした両面同時しごき深絞り加工法を提供しようとするものである。
【０００８】
また、本発明の目的とするところは、ショックアブソーバーのような強度部品に対しても、軸方向強度を上昇させるとともに壁面の鏡面化を図ることができ、かつ、円周方向に圧縮弾性応力を残留させることができるようにした両面同時しごき深絞り加工法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による両面同時しごき深絞り加工法は、以下に説明するような観点からなされたものである。
【００１０】
即ち、本願発明者らは、従来のしごき加工用外ダイスに加えて内ダイスを用いた両面しごき加工方法を開発し、これまでに、しごき加工容器内壁面の鏡面化を達成し、内外ダイスの相対的位置変化が容器側壁の円周方向残留応力を変化させることを発見したが（特許第２０８８９８９号、特許第２６６３１５０号ならびに特許第２５３９６１８号を参照する。）、上記した本発明の目的を達成するために、容器の長手方向（軸方向）の強度と内外ダイスの幾何学的条件の関係を明らかにする。
【００１１】
これにより、しごき加工容器が必要とする強さ弱さの目的に応じて、容器成形時に最適加工条件の選択を可能にする。
【００１２】
さらに、しごき加工時に外ダイスまたは内ダイスを振動的運動させることにより、しごき条件を変化させ、容器側壁に鉢巻き状の残留応力変化および形状変化を与え、これにより出現が期待される強度特異点を利用して、軸方向圧縮を容易にするものである。
【００１３】
本発明のうち請求項１に記載の発明は、内ダイスと外ダイスとの間に被加工材料を挟持し、該被加工材料に対して内側と外側との両面から同時にしごき加工を行って筒状構造体を得る両面同時しごき深絞り加工法において、内ダイスと外ダイスとの高低差およびしごき肩半径を変えることにより、筒状構造体側壁の軸方向強度を変化させるようにしたものである。
【００１４】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、例えば、直線的な側壁を有する両面しごき容器の軸方向圧縮応力を制御することができる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記内ダイスおよび／または外ダイスをしごき加工方向に沿って振動させることにより、しごき率の変化および／または曲げ加工を行って、筒状構造体側壁に鉢巻き状の溝を設けるようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明のうち請求項２に記載の発明によれば、しごき加工中に内ダイスまたは外ダイスを軸方向に振動させることにより、振動周波数に応じた周期で、鉢巻き状にしごき条件が変化し、同時に鉢巻き状の曲げ加工が誘起され、容器側壁に鉢巻き状の溝を生じさせることができる。
【００１７】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記内ダイスと上記外ダイスとは分割されてなり、上記分割された内ダイスおよび／または外ダイスをしごき加工方向または該しごき加工方向に対して直角の横方向に振動させることにより、筒状体側壁に鉢巻き状の溝を設けるようにしたものである。
【００１８】
従って、本発明のうち請求項３に記載の発明によれば、しごき加工軸方向に直角方向にダイスを振動運動させ、強制的に円周方向溝を容器側壁に設けることができる。
【００１９】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記内ダイスと上記外ダイスとは分割されてなり、上記分割された内ダイスおよび／または外ダイスをしごき加工方向に複数段設け、多段形式でしごき加工を行うようにしたものである。
【００２０】
従って、本発明のうち請求項４に記載の発明によれば、両面同時しごき加工において、しごき加工仕事を分散させ、ひとつひとつのしごきダイスによるしごきの厳しさを低減させ、加工限界を上げることができる。
【００２１】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、連続して重ねられた内および／または外ダイスの一個または複数個をしごき方向に沿って振動させるようにしたものである。
【００２２】
従って、本発明のうち請求項５に記載の発明によれば、複数段のダイスの中の一部のダイスに振動を与えることにより、効果的に鉢巻き状の溝を容器側壁に設けることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による両面同時しごき深絞り加工法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２４】
図１には、従来のしごき深絞り加工方法と本発明による両面同時しごき深絞り加工法との原理的相違ならびに加工形態の比較を示す説明図が示されており、図１（ａ）に従来のしごき深絞り加工方法を模式的に示し、図１（ｂ）に本発明による両面同時しごき深絞り加工法を模式的に示している。
【００２５】
図１（ａ）に示す従来のしごき深絞り加工方法においては、被加工材料たる金属製の缶などの容器１０がポンチ１２によりダイス１４の中に押し込まれ、容器１０の側壁１０ａの厚さより小さいポンチ１２とダイス１４との隙間（クリアランス）を強制的に通過する過程で、クリアランスに応じた薄い側壁１０ａを有する容器１０が成形されることになる。
【００２６】
こうした従来のしごき深絞り加工方法では、ポンチ１２とダイス１４との間でしごかれた後に、容器１０における側壁１０ａはポンチ１２の側壁１２ａに密着したまま移動する。
【００２７】
これに対し、図１（ｂ）に示す本発明による両面同時しごき深絞り加工法においては、ポンチ２２とダイス（以下、「外ダイス」と称する。）２４との間に内ダイス２６を設け、ポンチ２２は容器１０の押し込みにのみ用いられ、しごき加工は新たに設けられた内ダイス２６と外ダイス２４とにより行われる。
【００２８】
これにより、容器１０の側壁１０ａの内側壁面１０ａａならびに外側壁面１０ａｂとしごき工具（内ダイス２６および外ダイス２４）との間に摺動が生じ、両面とも同時に鏡面を形成可能であること、さらに、しごき工具（内ダイス２６および外ダイス２４）のしごき肩半径や相対的ダイス高さ変化により円周方向の残留応力をも変化できることを、本願発明者らは上記特許などにおいて既に明らかにした。
【００２９】
このたび、本願発明者らは、容器１０の側壁１０ａの内側壁面１０ａａならびに外側壁面１０ａｂとしごき工具（内ダイス２６および外ダイス２４）との間に摺動が生じると、容器軸方向強度にも影響を与えうることを確認した。
【００３０】
次に、図２（ａ）は、本発明による両面同時しごき深絞り加工法において、内ダイス２６と外ダイス２４との間の高さｈ（図２（ｂ）参照）の違いが、軸方向圧縮強さに及ぼす影響の一例を示している。
【００３１】
ここで、図２（ａ）における横軸の「ダイスの相対的位置」とは、内ダイス２６と外ダイス２４との間の高さｈを示すものであり、内ダイス２６が外ダイス２４よりも高い位置にある場合を正の値とし、外ダイス２４が内ダイス２６よりも高い位置にある場合を負の値としている。
【００３２】
また、図２（ａ）における縦軸の「第１ピークの荷重／断面積（ＭＰａ）」が、軸方向圧縮強さに及ぼす影響を表すものである。
【００３３】
図２（ａ）に示されているように、目的に応じて、内ダイス２６と外ダイス２４との高さｈ、即ち、内ダイス２６と外ダイス２４との高さ方向における位置関係を調節するだけで、強度上昇または強度低下を必要に応じて実現することができることが分かる。
【００３４】
次に、図３には、内ダイス２６と外ダイス２４との位置関係をしごき加工中に変動させ、その振動速度としごき速度の関係を制御することにより、容器の側壁ａに鉢巻き状の溝を連続して形成する装置の模式図が示されている。内ダイス２６または外ダイス２４を軸方向（しごき加工方向）に振動的運動させることにより、鉢巻き状の溝を容器側壁に成形可能である。
【００３５】
図４（ａ）（ｂ）には、外ダイスを軸方向に振動させる両面同時しごき深絞り加工装置の一例が図示されている。図４（ａ）は両面同時しごき深絞り加工装置の縦断面構成説明図であり、図４（ｂ）はその横断面図である。
【００３６】
この図４（ａ）（ｂ）に示す装置は、ベース５０と、外ダイス３４と、内ダイス３６と、試験片サポート５２と、内ダイスストッパー５４と、インナーダイスホルダー４２と、下部シリンダー本体５６と、ピストン４０と、ピストンストッパー５８、６０と、調整スペーサー６２と、インナーホルダー台６４と、ガイドリング６６と、上部シリンダー本体６８と、スプリングストッパー７０と、ポンチ３２と、変位計アーム７２とを有して構成されている。
【００３７】
そして、ポンチ３２と内ダイス３６とが所定の位置にまで達したときには、内ダイス３６が停止して、ポンチ３２のみが進行する。
【００３８】
その後のしごき加工中、内ダイス３６をその停止位置においてしごき方向に往復の振動運動をさせる。この往復振動は、油圧切り替えにより上下動するピストン４０の運動を、インナーダイスホルダー４２を介して内ダイス３６へ伝え、内ダイス３６を上下動させることで生じる。
【００３９】
この内ダイス３６の上下動が、外ダイス３４と内ダイス３６との間に生じるしごきと曲げ条件を変化させ、しごき容器側壁に鉢巻き状の溝を連続的に形成する。
【００４０】
内ダイス３６または外ダイス３４のどちらが動いても、同じ効果を得ることができる。
【００４１】
なお、二連のダイスに対して、対向するダイスを振幅運動させることにより、一層効果的な溝形成が可能である。また、ポンチの運動方向（しごき方向または軸方向）に直角方向にダイスを振幅運動させることにより、さらに直接的な鉢巻き状または横溝形成が可能となる。
【００４２】
この場合、制御技術に若干の困難が生じ易く、製造コスト上昇を招く可能性がある。
【００４３】
図５は、図４（ａ）（ｂ）に示す装置により形成された鉢巻き状溝のプロフィルを三次元形状測定器により容器軸方向に沿って測定した例を示す。
【００４４】
本発明による両面同時しごき深絞り加工法で形成された溝の曲げ部が低強度特異点となり、規則的に軸方向圧縮を受けて、きれいに潰せることが確認できた。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、金属製の缶などの容器の強度としては使用に耐える程度の強度を保持しつつ、かつ、使用後には容器を手または足で簡単に押し潰すことができるようになるという優れた効果を奏する。
【００４６】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、ショックアブソーバーのような強度部品に対しても、軸方向強度を上昇させるとともに壁面の鏡面化を図ることができ、かつ、円周方向に圧縮弾性応力を残留させることができるようになるという優れた効果を奏する。
【００４７】
より詳細には、本発明によれば、従来のしごき加工方法では実現できなかった以下の（１）乃至（４）に示す有利点を備えている。
【００４８】
（１）パイプ状しごき加工部品の軸方向強度を上昇させることにより、部品の軽量化を図ることができる。また、省資源に貢献することができる。
【００４９】
（２）しごき容器の側壁に、同時に曲げしごき加工を可能にした結果である鉢巻き状溝は、飲料用缶のみならず通常の食品用缶、その他の工業用缶の使用後、手や足などの比較的小さな力できれいに潰すことができるようになることは、リサイクルプロセスでの省スペース化やハンドリングの怪我などの防止に効果的である。
【００５０】
（３）弾性変形限界の小さな材料で出来ているパイプ状構造体で、単一工程の加工でベローズ形状パイプ構造を得られるので生産手段の低コスト化も可能である。
【００５１】
（４）本発明で実現された改良の効果は、社会で適用される広がりが著しく大きく、飲料用缶ひとつとっても、日本だけで年間数百億個以上消費されており、その後処理工程（リサイクル）の合理化は未来社会の大命題であり、世界の環境問題への大きな貢献が期待できると思われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のしごき深絞り加工方法と本発明による両面同時しごき深絞り加工法との原理的相違ならびに加工形態の比較を示す説明図であり、（ａ）は従来のしごき深絞り加工方法を模式的に示し、（ｂ）は本発明による両面同時しごき深絞り加工法を模式的に示す。
【図２】（ａ）は本発明による両面同時しごき深絞り加工法における内ダイスと外ダイスとの間の高さの違いが軸方向圧縮強さに及ぼす影響の一例を示すグラフであり、（ｂ）本発明による両面同時しごき深絞り加工方法における内ダイスと外ダイスとの間の高さの定義を示す説明図である。
【図３】内ダイスと外ダイスとの位置関係をしごき加工中に変動させ、その振動速度としごき速度の関係を制御することにより、容器の側壁に鉢巻き状の溝を連続して形成する装置の模式図である。
【図４】外ダイスを軸方向に振動させる両面同時しごき深絞り加工装置の具体的構成の一例を示す構成説明図であり、（ａ）は縦断面構成説明図であり、（ｂ）はその横断面図である。
【図５】図４に示す装置により形成された鉢巻き状溝のプロフィルを三次元形状測定器により容器軸方向に沿って測定した例を示す。
【符号の説明】
１０                容器
１０ａ              側壁
１０ａａ            内側壁面
１０ａｂ            外側壁面
１２、２２、３２    ポンチ
１２ａ              側壁
１４                ダイス
２４                ダイス（外ダイス）
２６、３６          内ダイス
３４                外ダイス
４０                ピストン
４２                インナーダイスホルダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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