金属容器の製造方法および金属容器製造装置
【課題】側壁の一部が薄肉化された金属製の有底容器を、内壁側空間に金型を挿入せずに薄肉化し、破断等の不具合を生じにくくする製造方法及び製造装置の提供。
【解決手段】（ａ）ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工により底壁及び側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、（ｂ）側壁の薄肉化予定部位の一部をダイスの上面に載せ、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、及び、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位をダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程とを実行する。
【解決手段】（ａ）ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工により底壁及び側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、（ｂ）側壁の薄肉化予定部位の一部をダイスの上面に載せ、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、及び、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位をダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程とを実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属容器の製造方法および金属容器製造装置に関し、さらに詳細には容器の側壁面の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）の製造方法および製造装置に関する。
なお、ここでいう「容器」の用語は、底壁と側壁とを有する有底のカップ状の製品であれば、その用途は限定されず、また、完成品、半製品を問わず「容器」に含まれるものとする。例えば、最終製品としての金属製圧力容器、および、複合容器に加工される前の中間加工品である有底筒状ライナーのような半製品も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスを充填する圧力容器には、従来よりアルミ、鉄、ステンレス等の金属容器が用いられている。このような金属容器を製造する際に、板状素材（ブランク材）を被加工部材として用いて、絞り加工（深絞り加工）によって円筒形や方形の有底容器を製作することがなされている。
一般に、絞り加工では、絞り加工用の孔（ダイス孔という）が形成されたダイスの上に、被加工部材である板状素材を載せる。次いで、パンチをダイス孔に向けて圧下させることによる加圧で、板状素材をダイス孔に押し込むことにより底壁及び側壁の加工が行われる（特許文献１参照）。
【０００３】
また、側壁を細長くする場合は、予め、一回目の絞り加工で被加工部材を大径のカップ状に成形しておき、二回目の絞り加工を施して所望のカップ形状に加工する再絞り加工が利用されている（特許文献２参照）。
再絞り加工では、特許文献２に記載されているような、一回目の絞り方向とは逆方向に押し込む逆方向再絞り加工だけでなく、一回目と同じ方向に押し込む順方向再絞り加工も利用されている。
このような絞り加工や再絞り加工によって形成される側壁は、肉厚が一定になる。
【０００４】
金属容器は、容器の耐圧性能の観点からは肉厚が厚い金属容器を形成することが好ましいが、その一方で薄肉化を進めて、容器自体の軽量化を図ることも重要な課題である。例えば、燃料電池自動車では、燃料となる水素の供給源として、水素貯蔵用の金属容器を搭載する。水素貯蔵用の金属容器は耐圧性能とともに、車輌重量を軽量化するために容器自体の重量を軽くする必要がある。
【０００５】
金属容器の軽量化を図る際に、容器全体を一様に薄くすると、耐圧強度を高く維持することができなくなる。そのため、図６に示すように、耐圧強度に対する影響が小さい側壁中央部分の肉厚のみを薄肉化するとともに、容器の底壁から側壁下端側にかけて、および、側壁の開口端近傍の肉厚を厚くし、側壁面の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）を製作することが求められている。
【０００６】
図７は、容器の底壁および側壁下端近傍および側壁開口近傍の肉厚が厚く、側壁中央部分の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）を製造する際の加工工程の従来例を示す図である。部分薄肉容器は絞り加工（深絞り加工）と、特殊な金型を用いたしごき加工とにより形成される。
まず、通常の絞り加工により、図７（ａ）に示すように、側壁の高さが短く肉厚が十分厚い有底容器１０１を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、薄肉領域に対応する位置に段差１０２ａが設けられた金型１０２を、有底容器１０１の内側空間に挿入する。次いで、図７（ｃ）に示すように、有底容器１０１の外側面１０３に対し、ローラ（不図示）でしごき加工を行うことにより、有底容器１０１の外側面１０３に対しローラ１０４でしごき加工を行うことにより、側壁の一部が薄肉化された有底容器１０５が形成される。そして、加工終了後に金型１０２を引抜く。
【特許文献１】特開平０５−３０５３５９号公報
【特許文献２】特開平０６−２３４０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
絞り加工としごき加工とによって、側壁の一部が薄肉化された有底容器１０１を製造する方法では、最終的に内側に挿入した金型１０２を引抜くことが必要になる。その際に、段差１０２a部分が抵抗として働くため、引抜き作業が困難になる。実際には段差１０２ａの端をテーパ状にするなどして抵抗を抑えるようにするが、それでも抵抗はなくなることはない。また、段差１０２ａ部分の肉厚差が大きいほど抵抗も大きくなる。抵抗が大きいと、段差１０２ａが直接接している有底容器１０１の薄肉領域を損傷するおそれもある。
【０００８】
また、側壁の厚肉領域と、これに隣接する側壁の薄肉領域との肉厚差を大きくしたい場合、一回のしごき加工で一挙に加工しようとすると、薄肉化した領域が破断してしまうおそれがある。すなわち、一回のしごき加工で薄く加工できる肉厚差には限度があり、複数回のしごき加工で徐々に肉厚を薄くする必要があり、加工に手間と時間を要する。
【０００９】
そこで、本発明は、側壁の一部が薄肉化された金属製の有底容器を、破断等の不具合が生じにくい新しい製造方法および製造装置で加工することを目的とする。
また、本発明は、側壁の一部が薄肉化された金属製の有底容器を、これまでよりも工程を簡素化して、短時間で加工することができる製造方法および製造装置で加工することを目的とする。
【００１０】
さらに、本発明は、側壁の内壁側を薄肉化する際に、内壁側空間に金型を挿入しないで薄肉化することで、金型の引抜き作業をなくすようにし、例えば図８に示すような内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成したり、自由な範囲、形状で薄肉領域を形成したりすることができる製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた本発明の金属容器製造方法は、絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用する。
そして、本発明の金属容器製造方法は、以下の（ａ）および（ｂ）の工程を順次実行する。
（ａ） ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程
（ｂ） 側壁の薄肉化予定部位の一部をダイスの上面に載せ、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、および、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位をダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで、全ての薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程
【００１２】
すなわち、まず（ａ）の下部厚肉領域形成工程を実行し、ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工を行う。これにより、ダイス孔に押し込まれた被加工部材の一部が、底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成するようになる。この加工は、側壁下端側の厚肉領域を全てダイス孔に押し込むまで行われる。その結果、最初の薄肉化予定部位（厚肉領域との境界となる部位）がダイス上面に載った状態になる。
【００１３】
次いで、（ｂ）の薄肉領域形成工程を実行する。ここでは、まず、側壁の薄肉化予定部位の一部（最初の薄肉化予定部位）をダイスの上面に載せる（実際には（ａ）の下部厚肉領域形成工程終了時に最初の薄肉化予定部位がダイス上面に載せられた状態になっている）。そして、この状態で、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を所望の肉厚になるまで薄肉化する（圧下回数は肉厚に応じて任意に設定する）。このようにして薄肉化工程（ｂ１）が実行される。
【００１４】
続いて、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、側壁を拡張させる。このとき、上据え込み金型は退避させてあるため、薄肉化は行われない。よって、被加工部材が破断するような大きな力が加わることはない。
そして、薄肉化予定部位が引続き存在する場合には、次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく（実際には次回の薄肉化予定部位は直前の押し込み動作で自動的に載せられることになる）。このようにして薄肉領域進行工程（ｂ２）が実行される。
【００１５】
以後、薄肉化工程（ｂ１）と薄肉領域進行工程（ｂ２）とを、交互に繰り返すことで、全ての薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する。
【００１６】
ここで、ダイス孔の形状は円筒形が一般的であるが、形成したい金属容器の外形形状に応じて、角柱形などのような他の形状であってもよい。
また、ダイス上面の下据え込み金型として利用する領域は、ダイス部品自体が金型として利用されてもよいし、ダイス本体と下据え込み金型を形成する付属部品とを一体に固定するようにして、全体で一つのダイス部品としたものでもよい。また、上据え込み金型は、ダイス上面の下据え込み金型と対をなす。そのため、ダイス上面が円環形状であれば、下据え込み金型と上据え込み金型とは円環形状にされる。ダイス上面が角形の場合は、下据え込み金型、上据え込み金型も角形の環形状となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、しごき加工ではなく据え込み加工により薄肉化を行い、しかも絞り加工を進行させて側壁を拡張する際に、上据え込み金型を退避させるようにしたので、破断が生じるような力が被加工部材に加わることがなくなり、安全に薄肉化の加工を行うことができる。
また、絞り加工と据え込み加工とを交互に行うようにして、一挙に所望の薄肉領域が形成された金属容器（部分薄肉容器）を形成することができるので、工程が簡素化し、短時間で加工することができる。
また、必要な場所だけに据え込み加工を行えばよいので、内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成したり、自由な範囲、形状で薄肉領域を形成したりすることができる。
【００１８】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記発明の（ａ）下部厚肉領域形成工程と（ｂ）薄肉領域形成工程の後に、（ｃ）全ての薄肉化予定部位が薄肉領域に加工された後に、上据え込み金型を退避させた状態で、被加工部材を前記パンチでさらに圧下する絞り加工を行って開口端近傍の厚肉領域を形成する上部厚肉領域形成工程を実行してもよい。
これにより、開口端近傍にも厚肉領域を形成することができる。例えば、最終製品として圧力容器を形成する場合に、耐圧性が必要な開口部分を、この厚肉領域で形成することにより耐圧強度を高く維持することができる。
【００１９】
上記発明の（ｂ）の薄肉領域形成工程において、薄肉化工程（ｂ１）での据え込み加工が、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われるようにしてもよい。
据え込み加工をこの周期で連続して行うことにより、効率的に薄肉領域を形成することができる。ここで、周期の上限は特に限定されず、装置コスト等との関係で実現できる周期であれば問題ない。
【００２０】
上記発明の（ｂ）の薄肉領域形成工程において、１回の薄肉化工程（ｂ１）で薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍであるようにしてもよい。
１回あたりの薄肉化される加工部位の長さをこの範囲にすることで、破断が生じにくく、安定した加工を連続して行うことができる。
【００２１】
上記発明の（ａ）の下部厚肉領域形成工程において、ダイス上に載置する被加工部材は、板状部材、または、予め、絞り加工により底壁と側壁が形成されたカップ状部材のいずれでもよい。
板状部材の場合は、予備的な絞り加工を行わないので、加工工数を少なくすることができる。予めカップ状部材にした場合は、２回の絞り加工が行われるので、最終的な側壁を薄く長くすることができる。
【００２２】
また、別の観点からなされた本発明の金属容器製造装置は、底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造装置であって、金属製の被加工部材が載置されるダイスが配設され、前記ダイスは絞り加工用のダイス孔が形成されるとともに、ダイス上面に据え込み加工用の下据え込み金型となる領域が設けられ、前記ダイス孔の真上の位置に絞り加工用のパンチが昇降可能に配設され、前記ダイス上面の下据え込み金型となる領域の上方位置に上据え込み金型が昇降可能に配設され、前記パンチを支持するとともに前記パンチを昇降させるパンチ駆動機構と、前記上据え込み金型を支持するとともに前記上据え込み金型を昇降させる上据え込み金型駆動機構と、前記パンチ駆動機構と前記上据え込み金型駆動機構とを連携して作動させる制御部とを備え、前記制御部は、前記側壁の一部に薄肉領域を形成する際に、前記上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御と、上据え込み金型を退避させるとともに直前に薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に引込んで絞り加工を進行させて薄肉領域の側壁を拡張する制御と交互に行うようにしている。
【００２３】
この場合に、上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御は、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われるようにしてもよい。
また、上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部が薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍであるようにしてもよい。
【００２４】
本発明の金属容器製造装置によれば、上述した製造方法を用いて、薄肉領域が形成された金属容器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の製造方法および製造装置の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態である金属容器製造装置の全体構成を示す図（一部を破断して断面図として示す）である。
【００２６】
金属容器製造装置１０は、ベース１１上に立設した支柱１２，１３により固定板１４が支持される。固定板１４はベース１１に対する位置が固定されている。固定板１４の中央には油圧ジャッキ１５が固定してある。油圧ジャッキ１５のピストン１６には、絞り加工を行うためのパンチ１７（ラム）が装着してあり、油圧ジャッキ１５はパンチ１７を昇降させるパンチ駆動機構として用いられる。また、油圧ジャッキ１５には、図示しない位置センサ、速度センサ、力センサが取り付けてあり、これらのセンサからの検出信号が後述する制御部３０に送られる。そして制御部３０から送られる制御信号に基づいて、パンチ１７の高さ位置、移動速度、加圧力が制御できるようにしてある。
【００２７】
ベース１１と固定板１４との間には、可動板１８が配設してある。可動板１８には、支柱１２，１３が貫通するガイド孔１８ａ,１８ｂが形成してある。これにより、可動板１８は支柱１２，１３によって案内されつつ上下方向にスライドできるようにしてある。また、可動板１８の中央には、パンチ１７を貫通させるための孔１８ｃが形成してあり、パンチ１７が可動板１８と衝突することなく昇降できるようにしてある。
可動板１８と固定板１４とは、一対のリンク機構１９、２０で連結してあり、リンク機構１９，２０は電動アクチュエータ２１、２２の駆動軸に接続される。電動アクチュエータ２１、２２が駆動されると、固定板１４に対して可動板１８が上下方向に移動する。電動アクチュエータ２１、２２にも、図示しない位置センサ、速度センサ、力センサが取り付けてあり、これらのセンサからの検出信号が後述する制御部３０に送られる。そして制御部３０から送られる制御信号に基づいて、可動板１８の高さ位置、移動速度、加圧力が制御できるようにしてある。
【００２８】
可動板１８の下面側には、後述する下据え込み金型２４（ダイス２５の上面）と対をなして、据え込み加工を行う環状の上据え込み金型２６が固定してある。したがって、リンク機構１９、２０、電動アクチュエータ２１、２２、及び可動板１８によって上据え込み金型駆動機構が構成され、上据え込み金型を駆動することになる。
【００２９】
ベース１１上には、パンチ１７の真下の位置に、絞り加工用のダイス孔２５ａが形成された円筒状のダイス２５が配設してある。ダイス２５の上には被加工部材Ｗが載置される。ダイス孔２５ａの内径は、パンチ１７の外径よりわずかに大きくしてあり、パンチ１７を下降して被加工部材Ｗをダイス孔２５ａに押し込むことで、被加工部材Ｗの絞り加工ができるようにしてある。なお、寸法や形状が異なるパンチ１７およびダイス２５に交換することにより、様々の寸法、形状の絞り加工が行える。
【００３０】
上据え込み金型２６に対向する位置のダイス２５上面には、下据え込み金型２４となる領域が設けてあり、上据え込み金型２６が下降したときに、この部分で据え込み加工が行われるようにしてある。
被加工部材Ｗには、板状部材、あるいは予め絞り加工により大径の有底容器形状に加工した部材が用いられる。前者は、側壁が短い場合に用いられ、後者は側壁を薄く長くする場合に用いられる。ここでは、大径の有底容器形状に加工した被加工部材Ｗを載置している。
なお、有底容器形状に加工した被加工部材Ｗを加工するときは、ダイス２５の外側に固定治具２７が取り付けられる。
【００３１】
次に、金属容器製造装置１０の制御部３０について説明する。制御部３０はＣＰＵ、メモリ、入力装置、出力装置を備えたハードウェアと、種々の処理を実現するためのプログラム（ソフトウェア）とからなるコンピュータ装置で構成される。
【００３２】
制御部３０は、パンチ駆動機構として用いられる油圧ジャッキ１５と、上据え込み金型駆動機構として用いられる電動アクチュエータ２１、２２とを予め設定したプログラムに基づいて制御する。この制御によってパンチ１７の下降による絞り加工の動作と、上据え込み金型２５の下降による据え込み加工の動作とを行い、これらの加工動作を連携させて行うことにより、側壁の一部に薄肉領域を形成するようにする。具体的な動作については後述する。
【００３３】
次に、金属容器製造装置１０を用いた具体的な加工動作について説明する。図２〜図８は、上記製造装置１０による加工の各段階を、図示したものである。
まず、図２（ａ）に示すように、パンチ１７と上据え込み金型２６とを上方に退避しておき、予め大径の有底容器形状にしてある被加工部材Ｗをダイス２５の上に載置し、固定治具２７により底を上にして固定する（逆方向絞り加工のセッティング）。
【００３４】
続いて、図２（ｂ）に示すように、上据え込み金型２６はそのままで、パンチ１７を圧下させて、被加工部材Ｗに絞り加工を行う。その結果、被加工部材Ｗの一部が、ダイス孔２５ａに押し込まれ、底壁および側壁の下端側が形成される。
このとき、薄肉化を行う最初の部位Ｓ０（形成予定の薄肉領域のうち最も下側の部位）が、ダイス２５上面の据え込み加工が行われる領域にくる長さ（Ｌ０）までパンチ１７を圧下し、移動を停止する。なお、移動を停止したときのパンチ１７には、絞り加工が進行しない程度の弱い力の加圧力を与えておく。
【００３５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、上据え込み金型２６を圧下させて、被加工部材Ｗを下据え込み金型２４（ダイス２５上面）との間で挟み込み、据え込み加工を行う。その結果、加工部位は薄肉化されるとともに、パンチ１７に与えた弱い加圧力により、側壁の長さが少し拡張される。
据え込み加工の周期を１０回／分以上、より好ましくは３０回／分以上にする制御信号を制御部３０から与えるようにして、加工速度を早めて加工効率を高めるようにする。据え込み加工を終えると、長さ（Ｌ１）だけ側壁が拡張される。
このとき薄肉化される長さ（Ｌ２）は、使用する上据え込み金型２６と下据え込み金型２４とのいずれか小さい方の幅で定まることになる。具体的には、使用する金型の幅を調整することで、１ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で長さ（Ｌ２）が選択される。
【００３６】
続いて、図２（ｄ）に示すように上据え込み金型２６を上方に退避させ、さらに図２（ｅ）に示すように、パンチ１７を押し込んで、薄肉化された加工部位Ｓ０をダイス孔２５ａ内に引込む。これにより、薄肉領域の側壁が拡張されることになる。このときダイス孔２５ａに押し込む長さは、前回薄肉化された長さ（Ｌ２）と同じ、またはそれより少し短い長さにして、ダイス２５上面には、次回薄肉化を行う領域が連続するようにする。（なお、押し込む長さを前回薄肉化された長さ（Ｌ２）よりも長くすれば、次回薄肉化する領域との間に厚肉領域を形成することができる）。
所望の位置まで押し込んだ後で、再び、パンチ１７には、絞り加工が進行しない程度の弱い力の加圧力を与えておく。
【００３７】
続いて、図２（ｆ）に示すように、再び、上据え込み金型２６を圧下させて据え込み加工を行う。その結果、加工部位は薄肉化されるとともに、パンチ１７に与えた弱い加圧力により、長さ（Ｌ１）だけ側壁が拡張される。
【００３８】
以後、図２（ｄ）〜図２（ｆ）で説明した動作を繰り返すことにより、順次、薄肉化された側壁が拡張されていく。
図３は、図２の各状態と側壁の長さの変化との関係を示す図である。絞り加工と据え込み加工とが交互に繰り返されるにつれて、絞り加工のときは長さ（Ｌ２）、据え込み加工のときは長さ（Ｌ１）ずつ側壁が順次、拡張されていくことになる。
【００３９】
そして、側壁の薄肉化を終了し、開口側に肉厚領域を形成するときは、図２（ｇ）に示すように、上据え込み金型２６を退避させ、被加工部材Ｗがすべてダイス孔２５ａに挿入されるまでパンチ１７を押し込んでいく。
これにより、一部に薄肉領域が形成された側壁が完成する。
【００４０】
上記実施形態では、大径の有底容器形状の被加工部材Ｗをダイス２５の上に載せる際に、底を上に向けたが（逆方向絞り加工）、これに限られない。
図４は有底容器形状の被加工部材Ｗの底を上にして加工する場合（順方向絞り加工）の要部を示す図である。図1、図２と同じものは同符号を付す。
この場合はダイス２５の外側に、ダイス２５よりも背の高い固定治具２７ａを配設することにより、これをガイドとして同様の加工を行うことができる。
【００４１】
また、図５は板状部材を加工する場合の要部を示す図である。この場合は、ダイス２５の外側に、ダイス２５の上面と同じ高さの補助テーブル２８を配設することにより、板状部材を支持しつつ加工することができる。
【００４２】
（他の形実施形態）
上述した金属容器製造装置１０では油圧ジャッキによるパンチ駆動機構や電動アクチュエータによる上据え込み金型駆動機構を用いているが、駆動機構はさまざまなバリエーションをとることができる。
例えば、パンチ駆動機構には、サーボモータ、ボールネジ、機械式力増幅装置等による電気機械式アクチュエータを用いることができる。上据え込み金型駆動機構についても同様である。
また、金属容器製造装置１０では、２本の支柱１２、１３によって、固定板１４を支持するとともに、可動板１８を案内するようにしたが、大型化する場合には、さらに支柱を３本、４本と増やしてもよい。この場合は互いの支柱が、パンチ１７の軸線を中心に１２０度、９０度ずつ回転する方向に配置されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、側壁に薄肉領域が含まれる金属容器の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態である金属容器製造装置の構成図。
【図２ａ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｂ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｃ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｄ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｅ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｆ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｇ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図３】図２の各状態と側壁の長さの変化との関係を示す図。
【図４】有底容器形状の被加工部材Ｗの底を上にして加工する場合（順方向再絞り加工）を示す図。
【図５】板状部材からなる被加工部材Ｗを加工する場合を示す図。
【図６】側壁の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）の断面図。
【図７】金属容器（部分薄肉容器）を製造する際の加工工程の従来例を示す図。
【図８】内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成した金属容器（部分薄肉容器）の断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 金属容器製造装置
１１ ベース
１２、１３ 支柱
１４ 固定板
１５ 油圧ジャッキ
１７ パンチ
１８ 可動板
１９、２０ リンク機構
２１、２２ 電動アクチュエータ
２４ 下据え込み金型（ダイス上面）
２５ ダイス
２５ａ ダイス孔
２６ 上据え込み金型
２７ 固定治具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属容器の製造方法および金属容器製造装置に関し、さらに詳細には容器の側壁面の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）の製造方法および製造装置に関する。
なお、ここでいう「容器」の用語は、底壁と側壁とを有する有底のカップ状の製品であれば、その用途は限定されず、また、完成品、半製品を問わず「容器」に含まれるものとする。例えば、最終製品としての金属製圧力容器、および、複合容器に加工される前の中間加工品である有底筒状ライナーのような半製品も含まれる。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスを充填する圧力容器には、従来よりアルミ、鉄、ステンレス等の金属容器が用いられている。このような金属容器を製造する際に、板状素材（ブランク材）を被加工部材として用いて、絞り加工（深絞り加工）によって円筒形や方形の有底容器を製作することがなされている。
一般に、絞り加工では、絞り加工用の孔（ダイス孔という）が形成されたダイスの上に、被加工部材である板状素材を載せる。次いで、パンチをダイス孔に向けて圧下させることによる加圧で、板状素材をダイス孔に押し込むことにより底壁及び側壁の加工が行われる（特許文献１参照）。
【０００３】
また、側壁を細長くする場合は、予め、一回目の絞り加工で被加工部材を大径のカップ状に成形しておき、二回目の絞り加工を施して所望のカップ形状に加工する再絞り加工が利用されている（特許文献２参照）。
再絞り加工では、特許文献２に記載されているような、一回目の絞り方向とは逆方向に押し込む逆方向再絞り加工だけでなく、一回目と同じ方向に押し込む順方向再絞り加工も利用されている。
このような絞り加工や再絞り加工によって形成される側壁は、肉厚が一定になる。
【０００４】
金属容器は、容器の耐圧性能の観点からは肉厚が厚い金属容器を形成することが好ましいが、その一方で薄肉化を進めて、容器自体の軽量化を図ることも重要な課題である。例えば、燃料電池自動車では、燃料となる水素の供給源として、水素貯蔵用の金属容器を搭載する。水素貯蔵用の金属容器は耐圧性能とともに、車輌重量を軽量化するために容器自体の重量を軽くする必要がある。
【０００５】
金属容器の軽量化を図る際に、容器全体を一様に薄くすると、耐圧強度を高く維持することができなくなる。そのため、図６に示すように、耐圧強度に対する影響が小さい側壁中央部分の肉厚のみを薄肉化するとともに、容器の底壁から側壁下端側にかけて、および、側壁の開口端近傍の肉厚を厚くし、側壁面の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）を製作することが求められている。
【０００６】
図７は、容器の底壁および側壁下端近傍および側壁開口近傍の肉厚が厚く、側壁中央部分の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）を製造する際の加工工程の従来例を示す図である。部分薄肉容器は絞り加工（深絞り加工）と、特殊な金型を用いたしごき加工とにより形成される。
まず、通常の絞り加工により、図７（ａ）に示すように、側壁の高さが短く肉厚が十分厚い有底容器１０１を形成する。次いで、図７（ｂ）に示すように、薄肉領域に対応する位置に段差１０２ａが設けられた金型１０２を、有底容器１０１の内側空間に挿入する。次いで、図７（ｃ）に示すように、有底容器１０１の外側面１０３に対し、ローラ（不図示）でしごき加工を行うことにより、有底容器１０１の外側面１０３に対しローラ１０４でしごき加工を行うことにより、側壁の一部が薄肉化された有底容器１０５が形成される。そして、加工終了後に金型１０２を引抜く。
【特許文献１】特開平０５−３０５３５９号公報
【特許文献２】特開平０６−２３４０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
絞り加工としごき加工とによって、側壁の一部が薄肉化された有底容器１０１を製造する方法では、最終的に内側に挿入した金型１０２を引抜くことが必要になる。その際に、段差１０２a部分が抵抗として働くため、引抜き作業が困難になる。実際には段差１０２ａの端をテーパ状にするなどして抵抗を抑えるようにするが、それでも抵抗はなくなることはない。また、段差１０２ａ部分の肉厚差が大きいほど抵抗も大きくなる。抵抗が大きいと、段差１０２ａが直接接している有底容器１０１の薄肉領域を損傷するおそれもある。
【０００８】
また、側壁の厚肉領域と、これに隣接する側壁の薄肉領域との肉厚差を大きくしたい場合、一回のしごき加工で一挙に加工しようとすると、薄肉化した領域が破断してしまうおそれがある。すなわち、一回のしごき加工で薄く加工できる肉厚差には限度があり、複数回のしごき加工で徐々に肉厚を薄くする必要があり、加工に手間と時間を要する。
【０００９】
そこで、本発明は、側壁の一部が薄肉化された金属製の有底容器を、破断等の不具合が生じにくい新しい製造方法および製造装置で加工することを目的とする。
また、本発明は、側壁の一部が薄肉化された金属製の有底容器を、これまでよりも工程を簡素化して、短時間で加工することができる製造方法および製造装置で加工することを目的とする。
【００１０】
さらに、本発明は、側壁の内壁側を薄肉化する際に、内壁側空間に金型を挿入しないで薄肉化することで、金型の引抜き作業をなくすようにし、例えば図８に示すような内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成したり、自由な範囲、形状で薄肉領域を形成したりすることができる製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためになされた本発明の金属容器製造方法は、絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用する。
そして、本発明の金属容器製造方法は、以下の（ａ）および（ｂ）の工程を順次実行する。
（ａ） ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程
（ｂ） 側壁の薄肉化予定部位の一部をダイスの上面に載せ、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、および、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位をダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで、全ての薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程
【００１２】
すなわち、まず（ａ）の下部厚肉領域形成工程を実行し、ダイス上に載置された被加工部材をパンチで圧下する絞り加工を行う。これにより、ダイス孔に押し込まれた被加工部材の一部が、底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成するようになる。この加工は、側壁下端側の厚肉領域を全てダイス孔に押し込むまで行われる。その結果、最初の薄肉化予定部位（厚肉領域との境界となる部位）がダイス上面に載った状態になる。
【００１３】
次いで、（ｂ）の薄肉領域形成工程を実行する。ここでは、まず、側壁の薄肉化予定部位の一部（最初の薄肉化予定部位）をダイスの上面に載せる（実際には（ａ）の下部厚肉領域形成工程終了時に最初の薄肉化予定部位がダイス上面に載せられた状態になっている）。そして、この状態で、上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を所望の肉厚になるまで薄肉化する（圧下回数は肉厚に応じて任意に設定する）。このようにして薄肉化工程（ｂ１）が実行される。
【００１４】
続いて、上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、側壁を拡張させる。このとき、上据え込み金型は退避させてあるため、薄肉化は行われない。よって、被加工部材が破断するような大きな力が加わることはない。
そして、薄肉化予定部位が引続き存在する場合には、次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく（実際には次回の薄肉化予定部位は直前の押し込み動作で自動的に載せられることになる）。このようにして薄肉領域進行工程（ｂ２）が実行される。
【００１５】
以後、薄肉化工程（ｂ１）と薄肉領域進行工程（ｂ２）とを、交互に繰り返すことで、全ての薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する。
【００１６】
ここで、ダイス孔の形状は円筒形が一般的であるが、形成したい金属容器の外形形状に応じて、角柱形などのような他の形状であってもよい。
また、ダイス上面の下据え込み金型として利用する領域は、ダイス部品自体が金型として利用されてもよいし、ダイス本体と下据え込み金型を形成する付属部品とを一体に固定するようにして、全体で一つのダイス部品としたものでもよい。また、上据え込み金型は、ダイス上面の下据え込み金型と対をなす。そのため、ダイス上面が円環形状であれば、下据え込み金型と上据え込み金型とは円環形状にされる。ダイス上面が角形の場合は、下据え込み金型、上据え込み金型も角形の環形状となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、しごき加工ではなく据え込み加工により薄肉化を行い、しかも絞り加工を進行させて側壁を拡張する際に、上据え込み金型を退避させるようにしたので、破断が生じるような力が被加工部材に加わることがなくなり、安全に薄肉化の加工を行うことができる。
また、絞り加工と据え込み加工とを交互に行うようにして、一挙に所望の薄肉領域が形成された金属容器（部分薄肉容器）を形成することができるので、工程が簡素化し、短時間で加工することができる。
また、必要な場所だけに据え込み加工を行えばよいので、内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成したり、自由な範囲、形状で薄肉領域を形成したりすることができる。
【００１８】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記発明の（ａ）下部厚肉領域形成工程と（ｂ）薄肉領域形成工程の後に、（ｃ）全ての薄肉化予定部位が薄肉領域に加工された後に、上据え込み金型を退避させた状態で、被加工部材を前記パンチでさらに圧下する絞り加工を行って開口端近傍の厚肉領域を形成する上部厚肉領域形成工程を実行してもよい。
これにより、開口端近傍にも厚肉領域を形成することができる。例えば、最終製品として圧力容器を形成する場合に、耐圧性が必要な開口部分を、この厚肉領域で形成することにより耐圧強度を高く維持することができる。
【００１９】
上記発明の（ｂ）の薄肉領域形成工程において、薄肉化工程（ｂ１）での据え込み加工が、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われるようにしてもよい。
据え込み加工をこの周期で連続して行うことにより、効率的に薄肉領域を形成することができる。ここで、周期の上限は特に限定されず、装置コスト等との関係で実現できる周期であれば問題ない。
【００２０】
上記発明の（ｂ）の薄肉領域形成工程において、１回の薄肉化工程（ｂ１）で薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍであるようにしてもよい。
１回あたりの薄肉化される加工部位の長さをこの範囲にすることで、破断が生じにくく、安定した加工を連続して行うことができる。
【００２１】
上記発明の（ａ）の下部厚肉領域形成工程において、ダイス上に載置する被加工部材は、板状部材、または、予め、絞り加工により底壁と側壁が形成されたカップ状部材のいずれでもよい。
板状部材の場合は、予備的な絞り加工を行わないので、加工工数を少なくすることができる。予めカップ状部材にした場合は、２回の絞り加工が行われるので、最終的な側壁を薄く長くすることができる。
【００２２】
また、別の観点からなされた本発明の金属容器製造装置は、底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造装置であって、金属製の被加工部材が載置されるダイスが配設され、前記ダイスは絞り加工用のダイス孔が形成されるとともに、ダイス上面に据え込み加工用の下据え込み金型となる領域が設けられ、前記ダイス孔の真上の位置に絞り加工用のパンチが昇降可能に配設され、前記ダイス上面の下据え込み金型となる領域の上方位置に上据え込み金型が昇降可能に配設され、前記パンチを支持するとともに前記パンチを昇降させるパンチ駆動機構と、前記上据え込み金型を支持するとともに前記上据え込み金型を昇降させる上据え込み金型駆動機構と、前記パンチ駆動機構と前記上据え込み金型駆動機構とを連携して作動させる制御部とを備え、前記制御部は、前記側壁の一部に薄肉領域を形成する際に、前記上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御と、上据え込み金型を退避させるとともに直前に薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に引込んで絞り加工を進行させて薄肉領域の側壁を拡張する制御と交互に行うようにしている。
【００２３】
この場合に、上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御は、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われるようにしてもよい。
また、上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部が薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍであるようにしてもよい。
【００２４】
本発明の金属容器製造装置によれば、上述した製造方法を用いて、薄肉領域が形成された金属容器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の製造方法および製造装置の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態である金属容器製造装置の全体構成を示す図（一部を破断して断面図として示す）である。
【００２６】
金属容器製造装置１０は、ベース１１上に立設した支柱１２，１３により固定板１４が支持される。固定板１４はベース１１に対する位置が固定されている。固定板１４の中央には油圧ジャッキ１５が固定してある。油圧ジャッキ１５のピストン１６には、絞り加工を行うためのパンチ１７（ラム）が装着してあり、油圧ジャッキ１５はパンチ１７を昇降させるパンチ駆動機構として用いられる。また、油圧ジャッキ１５には、図示しない位置センサ、速度センサ、力センサが取り付けてあり、これらのセンサからの検出信号が後述する制御部３０に送られる。そして制御部３０から送られる制御信号に基づいて、パンチ１７の高さ位置、移動速度、加圧力が制御できるようにしてある。
【００２７】
ベース１１と固定板１４との間には、可動板１８が配設してある。可動板１８には、支柱１２，１３が貫通するガイド孔１８ａ,１８ｂが形成してある。これにより、可動板１８は支柱１２，１３によって案内されつつ上下方向にスライドできるようにしてある。また、可動板１８の中央には、パンチ１７を貫通させるための孔１８ｃが形成してあり、パンチ１７が可動板１８と衝突することなく昇降できるようにしてある。
可動板１８と固定板１４とは、一対のリンク機構１９、２０で連結してあり、リンク機構１９，２０は電動アクチュエータ２１、２２の駆動軸に接続される。電動アクチュエータ２１、２２が駆動されると、固定板１４に対して可動板１８が上下方向に移動する。電動アクチュエータ２１、２２にも、図示しない位置センサ、速度センサ、力センサが取り付けてあり、これらのセンサからの検出信号が後述する制御部３０に送られる。そして制御部３０から送られる制御信号に基づいて、可動板１８の高さ位置、移動速度、加圧力が制御できるようにしてある。
【００２８】
可動板１８の下面側には、後述する下据え込み金型２４（ダイス２５の上面）と対をなして、据え込み加工を行う環状の上据え込み金型２６が固定してある。したがって、リンク機構１９、２０、電動アクチュエータ２１、２２、及び可動板１８によって上据え込み金型駆動機構が構成され、上据え込み金型を駆動することになる。
【００２９】
ベース１１上には、パンチ１７の真下の位置に、絞り加工用のダイス孔２５ａが形成された円筒状のダイス２５が配設してある。ダイス２５の上には被加工部材Ｗが載置される。ダイス孔２５ａの内径は、パンチ１７の外径よりわずかに大きくしてあり、パンチ１７を下降して被加工部材Ｗをダイス孔２５ａに押し込むことで、被加工部材Ｗの絞り加工ができるようにしてある。なお、寸法や形状が異なるパンチ１７およびダイス２５に交換することにより、様々の寸法、形状の絞り加工が行える。
【００３０】
上据え込み金型２６に対向する位置のダイス２５上面には、下据え込み金型２４となる領域が設けてあり、上据え込み金型２６が下降したときに、この部分で据え込み加工が行われるようにしてある。
被加工部材Ｗには、板状部材、あるいは予め絞り加工により大径の有底容器形状に加工した部材が用いられる。前者は、側壁が短い場合に用いられ、後者は側壁を薄く長くする場合に用いられる。ここでは、大径の有底容器形状に加工した被加工部材Ｗを載置している。
なお、有底容器形状に加工した被加工部材Ｗを加工するときは、ダイス２５の外側に固定治具２７が取り付けられる。
【００３１】
次に、金属容器製造装置１０の制御部３０について説明する。制御部３０はＣＰＵ、メモリ、入力装置、出力装置を備えたハードウェアと、種々の処理を実現するためのプログラム（ソフトウェア）とからなるコンピュータ装置で構成される。
【００３２】
制御部３０は、パンチ駆動機構として用いられる油圧ジャッキ１５と、上据え込み金型駆動機構として用いられる電動アクチュエータ２１、２２とを予め設定したプログラムに基づいて制御する。この制御によってパンチ１７の下降による絞り加工の動作と、上据え込み金型２５の下降による据え込み加工の動作とを行い、これらの加工動作を連携させて行うことにより、側壁の一部に薄肉領域を形成するようにする。具体的な動作については後述する。
【００３３】
次に、金属容器製造装置１０を用いた具体的な加工動作について説明する。図２〜図８は、上記製造装置１０による加工の各段階を、図示したものである。
まず、図２（ａ）に示すように、パンチ１７と上据え込み金型２６とを上方に退避しておき、予め大径の有底容器形状にしてある被加工部材Ｗをダイス２５の上に載置し、固定治具２７により底を上にして固定する（逆方向絞り加工のセッティング）。
【００３４】
続いて、図２（ｂ）に示すように、上据え込み金型２６はそのままで、パンチ１７を圧下させて、被加工部材Ｗに絞り加工を行う。その結果、被加工部材Ｗの一部が、ダイス孔２５ａに押し込まれ、底壁および側壁の下端側が形成される。
このとき、薄肉化を行う最初の部位Ｓ０（形成予定の薄肉領域のうち最も下側の部位）が、ダイス２５上面の据え込み加工が行われる領域にくる長さ（Ｌ０）までパンチ１７を圧下し、移動を停止する。なお、移動を停止したときのパンチ１７には、絞り加工が進行しない程度の弱い力の加圧力を与えておく。
【００３５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、上据え込み金型２６を圧下させて、被加工部材Ｗを下据え込み金型２４（ダイス２５上面）との間で挟み込み、据え込み加工を行う。その結果、加工部位は薄肉化されるとともに、パンチ１７に与えた弱い加圧力により、側壁の長さが少し拡張される。
据え込み加工の周期を１０回／分以上、より好ましくは３０回／分以上にする制御信号を制御部３０から与えるようにして、加工速度を早めて加工効率を高めるようにする。据え込み加工を終えると、長さ（Ｌ１）だけ側壁が拡張される。
このとき薄肉化される長さ（Ｌ２）は、使用する上据え込み金型２６と下据え込み金型２４とのいずれか小さい方の幅で定まることになる。具体的には、使用する金型の幅を調整することで、１ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲で長さ（Ｌ２）が選択される。
【００３６】
続いて、図２（ｄ）に示すように上据え込み金型２６を上方に退避させ、さらに図２（ｅ）に示すように、パンチ１７を押し込んで、薄肉化された加工部位Ｓ０をダイス孔２５ａ内に引込む。これにより、薄肉領域の側壁が拡張されることになる。このときダイス孔２５ａに押し込む長さは、前回薄肉化された長さ（Ｌ２）と同じ、またはそれより少し短い長さにして、ダイス２５上面には、次回薄肉化を行う領域が連続するようにする。（なお、押し込む長さを前回薄肉化された長さ（Ｌ２）よりも長くすれば、次回薄肉化する領域との間に厚肉領域を形成することができる）。
所望の位置まで押し込んだ後で、再び、パンチ１７には、絞り加工が進行しない程度の弱い力の加圧力を与えておく。
【００３７】
続いて、図２（ｆ）に示すように、再び、上据え込み金型２６を圧下させて据え込み加工を行う。その結果、加工部位は薄肉化されるとともに、パンチ１７に与えた弱い加圧力により、長さ（Ｌ１）だけ側壁が拡張される。
【００３８】
以後、図２（ｄ）〜図２（ｆ）で説明した動作を繰り返すことにより、順次、薄肉化された側壁が拡張されていく。
図３は、図２の各状態と側壁の長さの変化との関係を示す図である。絞り加工と据え込み加工とが交互に繰り返されるにつれて、絞り加工のときは長さ（Ｌ２）、据え込み加工のときは長さ（Ｌ１）ずつ側壁が順次、拡張されていくことになる。
【００３９】
そして、側壁の薄肉化を終了し、開口側に肉厚領域を形成するときは、図２（ｇ）に示すように、上据え込み金型２６を退避させ、被加工部材Ｗがすべてダイス孔２５ａに挿入されるまでパンチ１７を押し込んでいく。
これにより、一部に薄肉領域が形成された側壁が完成する。
【００４０】
上記実施形態では、大径の有底容器形状の被加工部材Ｗをダイス２５の上に載せる際に、底を上に向けたが（逆方向絞り加工）、これに限られない。
図４は有底容器形状の被加工部材Ｗの底を上にして加工する場合（順方向絞り加工）の要部を示す図である。図1、図２と同じものは同符号を付す。
この場合はダイス２５の外側に、ダイス２５よりも背の高い固定治具２７ａを配設することにより、これをガイドとして同様の加工を行うことができる。
【００４１】
また、図５は板状部材を加工する場合の要部を示す図である。この場合は、ダイス２５の外側に、ダイス２５の上面と同じ高さの補助テーブル２８を配設することにより、板状部材を支持しつつ加工することができる。
【００４２】
（他の形実施形態）
上述した金属容器製造装置１０では油圧ジャッキによるパンチ駆動機構や電動アクチュエータによる上据え込み金型駆動機構を用いているが、駆動機構はさまざまなバリエーションをとることができる。
例えば、パンチ駆動機構には、サーボモータ、ボールネジ、機械式力増幅装置等による電気機械式アクチュエータを用いることができる。上据え込み金型駆動機構についても同様である。
また、金属容器製造装置１０では、２本の支柱１２、１３によって、固定板１４を支持するとともに、可動板１８を案内するようにしたが、大型化する場合には、さらに支柱を３本、４本と増やしてもよい。この場合は互いの支柱が、パンチ１７の軸線を中心に１２０度、９０度ずつ回転する方向に配置されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、側壁に薄肉領域が含まれる金属容器の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態である金属容器製造装置の構成図。
【図２ａ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｂ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｃ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｄ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｅ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｆ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図２ｇ】図１の金属容器製造装置による加工状態の一つを示す図。
【図３】図２の各状態と側壁の長さの変化との関係を示す図。
【図４】有底容器形状の被加工部材Ｗの底を上にして加工する場合（順方向再絞り加工）を示す図。
【図５】板状部材からなる被加工部材Ｗを加工する場合を示す図。
【図６】側壁の肉厚を部分的に薄く変化させた金属容器（部分薄肉容器）の断面図。
【図７】金属容器（部分薄肉容器）を製造する際の加工工程の従来例を示す図。
【図８】内壁側に複数の薄肉領域をリブ状に形成した金属容器（部分薄肉容器）の断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 金属容器製造装置
１１ ベース
１２、１３ 支柱
１４ 固定板
１５ 油圧ジャッキ
１７ パンチ
１８ 可動板
１９、２０ リンク機構
２１、２２ 電動アクチュエータ
２４ 下据え込み金型（ダイス上面）
２５ ダイス
２５ａ ダイス孔
２６ 上据え込み金型
２７ 固定治具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁の下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造方法であって、
絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、
前記ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、
前記ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、前記ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用し、
（ａ） 前記ダイス上に載置された被加工部材を前記パンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、
（ｂ） 側壁の薄肉化予定部位の一部を前記ダイスの上面に載せ、前記上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、および、前記上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで、薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程とからなる金属容器製造方法。
【請求項２】
底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端近傍にかけての領域と前記側壁の開口端近傍の領域とに厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁の下端側の厚肉領域と前記側壁の開口端近傍の厚肉領域との間に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造方法であって、
絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、
前記ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、
前記ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、前記ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用し、
（ａ） 前記ダイス上に載置された被加工部材を前記パンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、
（ｂ） 側壁の薄肉化予定部位の一部を前記ダイスの上面に載せ、前記上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、および、前記上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで、薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程と、
（ｃ） 薄肉化予定部位が薄肉領域に加工された後に、前記上据え込み金型を退避させた状態で、被加工部材を前記パンチでさらに圧下する絞り加工を行って開口端近傍の厚肉領域を形成する上部厚肉領域形成工程とからなる金属容器製造方法。
【請求項３】
（ｂ）の薄肉領域形成工程において、薄肉化工程（ｂ１）での据え込み加工が、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われる請求項１または請求項２に記載の金属容器製造方法。
【請求項４】
（ｂ）の薄肉領域形成工程において、１回の薄肉化工程（ｂ１）で薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の金属容器製造方法。
【請求項５】
（ａ）の下部厚肉領域形成工程において、ダイス上に載置する被加工部材は、板状部材、または、予め、絞り加工により底壁と側壁が形成されたカップ状部材である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の金属容器製造方法。
【請求項６】
底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造装置であって、
金属製の被加工部材が載置されるダイスが配設され、
前記ダイスは絞り加工用のダイス孔が形成されるとともに、ダイス上面に据え込み加工用の下据え込み金型となる領域が設けられ、
前記ダイス孔の真上の位置に絞り加工用のパンチが昇降可能に配設され、
前記ダイス上面の下据え込み金型となる領域の上方位置に上据え込み金型が昇降可能に配設され、
前記パンチを支持するとともに前記パンチを昇降させるパンチ駆動機構と、
前記上据え込み金型を支持するとともに前記上据え込み金型を昇降させる上据え込み金型駆動機構と、
前記パンチ駆動機構と前記上据え込み金型駆動機構とを連携して作動させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記側壁の一部に薄肉領域を形成する際に、前記上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御と、上据え込み金型を退避させるとともに直前に薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで絞り加工を進行させて薄肉領域の側壁を拡張する制御とを交互に行うことを特徴とする金属容器製造装置。
【請求項７】
上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御は、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われる請求項６に記載の金属容器製造装置。
【請求項８】
上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部が薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍである請求項６または請求項７に記載の金属容器製造装置。
【請求項１】
底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁の下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造方法であって、
絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、
前記ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、
前記ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、前記ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用し、
（ａ） 前記ダイス上に載置された被加工部材を前記パンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、
（ｂ） 側壁の薄肉化予定部位の一部を前記ダイスの上面に載せ、前記上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、および、前記上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで、薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程とからなる金属容器製造方法。
【請求項２】
底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端近傍にかけての領域と前記側壁の開口端近傍の領域とに厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁の下端側の厚肉領域と前記側壁の開口端近傍の厚肉領域との間に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造方法であって、
絞り加工用のダイス孔が形成されたダイスと、
前記ダイス孔の真上の位置に昇降可能に配設される絞り加工用のパンチと、
前記ダイス上面に対向する上方位置において昇降可能に配設され、前記ダイス上面を下据え込み金型として利用することにより被加工部材に据え込み加工を行う上据え込み金型とを使用し、
（ａ） 前記ダイス上に載置された被加工部材を前記パンチで圧下する絞り加工により底壁および側壁下端側の厚肉領域を形成する下部厚肉領域形成工程と、
（ｂ） 側壁の薄肉化予定部位の一部を前記ダイスの上面に載せ、前記上据え込み金型を圧下して据え込み加工を行うことで加工部位を薄肉化する薄肉化工程（ｂ１）、および、前記上据え込み金型を上方に退避させるとともに、直前の据え込み加工で薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで、薄肉化された加工部位の絞り加工を進行させ、このとき薄肉化予定部位がさらに存在する場合には次に据え込み加工を行う薄肉化予定部位を前記ダイスの上面に載せておく薄肉領域進行工程（ｂ２）を、交互に繰り返すことで、薄肉化予定部位を順次薄肉領域に加工する薄肉領域形成工程と、
（ｃ） 薄肉化予定部位が薄肉領域に加工された後に、前記上据え込み金型を退避させた状態で、被加工部材を前記パンチでさらに圧下する絞り加工を行って開口端近傍の厚肉領域を形成する上部厚肉領域形成工程とからなる金属容器製造方法。
【請求項３】
（ｂ）の薄肉領域形成工程において、薄肉化工程（ｂ１）での据え込み加工が、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われる請求項１または請求項２に記載の金属容器製造方法。
【請求項４】
（ｂ）の薄肉領域形成工程において、１回の薄肉化工程（ｂ１）で薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の金属容器製造方法。
【請求項５】
（ａ）の下部厚肉領域形成工程において、ダイス上に載置する被加工部材は、板状部材、または、予め、絞り加工により底壁と側壁が形成されたカップ状部材である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の金属容器製造方法。
【請求項６】
底壁と側壁とからなるカップ状の外形を有し、前記底壁から前記側壁の下端側にかけて厚肉領域が形成されるとともに、前記側壁下端側の厚肉領域に続く側壁部分の少なくとも一部領域に薄肉領域が形成される構造の金属容器を製造する金属容器製造装置であって、
金属製の被加工部材が載置されるダイスが配設され、
前記ダイスは絞り加工用のダイス孔が形成されるとともに、ダイス上面に据え込み加工用の下据え込み金型となる領域が設けられ、
前記ダイス孔の真上の位置に絞り加工用のパンチが昇降可能に配設され、
前記ダイス上面の下据え込み金型となる領域の上方位置に上据え込み金型が昇降可能に配設され、
前記パンチを支持するとともに前記パンチを昇降させるパンチ駆動機構と、
前記上据え込み金型を支持するとともに前記上据え込み金型を昇降させる上据え込み金型駆動機構と、
前記パンチ駆動機構と前記上据え込み金型駆動機構とを連携して作動させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記側壁の一部に薄肉領域を形成する際に、前記上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御と、上据え込み金型を退避させるとともに直前に薄肉化された加工部位を、前記パンチの圧下によりダイス孔に押し込んで絞り加工を進行させて薄肉領域の側壁を拡張する制御とを交互に行うことを特徴とする金属容器製造装置。
【請求項７】
上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部を薄肉化する制御は、少なくとも１０回／分以上の周期で繰り返し行われる請求項６に記載の金属容器製造装置。
【請求項８】
上据え込み金型を圧下してダイス上面に位置する被加工部材の一部が薄肉化される加工部位の長さが１ｍｍ〜１２０ｍｍである請求項６または請求項７に記載の金属容器製造装置。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図２ｆ】
【図２ｇ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３０７７（Ｐ２０１０−２３０７７Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８７２８０（Ｐ２００８−１８７２８０）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（５９３１６６４６２）サムテック株式会社 (12)
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（５９３１６６４６２）サムテック株式会社 (12)
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