JP2015506842A - 金属容器の直径を拡張するための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 金属容器を成形する方法であって、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成するステップと、金属容器の第１部分の直径を拡張して、少なくとも一部がカール部よりも下側となるように第１拡張部を形成する拡張ステップとを含む。幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成するカーリングステップと、金属容器の第１部分の直径を拡張して第１拡張部を形成する拡張ステップは、単一のダイの１回のストロークで行なわれる。幾つかの実施形態において、金属容器の第１部分の直径を拡張して拡張部を形成する拡張ステップは、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成する拡張ステップの後に行なわれる。【選択図】 図１

Description

＜関連出願の記載＞
本特許出願は、２０１１年１２月２２日出願の米国特許仮出願第６１／５７９，１９６号の優先権を主張し、この出願は、引用によってその全体が本明細書中に組み込まれる。

＜背景＞
容器産業において、実質的に同じ形状の金属製飲料容器が、大量かつ比較的経済的に、製造されている。容器(cntainer)の直径を拡張して所定形状の容器を作製するために、または容器全体の直径を拡大するために、幾つかの異なる拡張用ダイを用いて、各金属容器を所望量拡張するための幾つかの工程が必要となる。

＜要旨＞
金属容器を成形する方法は、金属容器の上縁部(top edge)を外側にカールして、カール部を形成することと、金属容器の第１の部分の直径を拡張して、第１拡張部を形成することを含み、形成された第１拡張部の少なくとも一部はカール部よりも下方にある。

金属容器は、あらゆる種類の金属容器であってよく、飲料缶、ボトルおよびカップ、エアロゾル缶、ならびに食物容器が挙げられる。金属容器を構成する金属は、当該技術において知られているあらゆる金属であってよく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、およびスチール挙げられる。金属容器は、当該技術において知られているあらゆるプロセスによって製造されることができ、例えば、絞り(drawing)およびしごき(ironing)、衝撃押出し(impact extrusion)、スピン成形(spin forming)、絞りおよび再絞り、ならびに深絞りが挙げられるが、これらに限定されない。

より効率的な拡張を行なうために、幾つかの実施形態では、少なくとも幾つかの拡張工程において拡張用ダイと金属容器の上縁部とが接触しないようにする。これを行なう１つの方法は、少なくとも幾つかの拡張工程を行なう前に、金属容器の上縁部を外側にカールすることである。

カーリングは、金属容器の縁部を屈曲させる曲げ工程である。カーリングは、金属容器の頂部に屈曲リムを形成する工程を含む。本特許出願の目的において、カーリングは、金属容器の縁部をフランジ成形およびフレア成形することも含む。カーリングにより、金属容器に剛性がもたらされる。幾つかの実施形態において、フランジ成形による金属容器の屈曲は９０°である。

本特許出願の目的においてに、カール部は、金属容器の縁部に沿うベンドである。

幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成するカーリングステップと、金属容器の第１部分を拡張して第１拡張部を形成する拡張ステップとは、同時に行なわれる。

幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成するカーリングステップと、金属容器の第１部分の直径を拡張して第１拡張部を形成する拡張ステップとは、単一のダイの１回のストロークで行なわれる。

幾つかの実施形態において、金属容器の第１部分の直径を拡張して拡張部を形成する拡張ステップは、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成するカーリングステップの後に行なわれる。

幾つかの実施形態において、第１拡張部を形成する拡張ステップの後に、金属容器の第２部分の直径を拡張して第２拡張部を形成する拡張ステップをさらに含む。

幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部を外側にカールしてカール部を形成するカーリングステップの前に、金属容器の第３部分の直径を拡張して第３拡張部を形成する拡張ステップをさらに含む。

幾つかの実施形態において、金属容器の第１部分の拡張は、拡張用ダイを用いて行われる。拡張用ダイは、容器の開口部内に挿入されたとき、機械的な力の作用によって容器の直径を増大させるダイである。幾つかの実施形態において、金属容器の第１部分を拡張して拡張部を形成する拡張ステップは、拡張用ダイを、金属容器の開口端部内に挿入することを含む。

幾つかの実施形態において、金属容器の第１部分の直径は、単一の拡張用ダイの１回のストロークで１つのランド部(single land)によって拡張され、少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％または５０％拡張される。

幾つかの実施形態において、金属容器の元の直径は、金属容器を最初にナロウイング(narrowing)することなく、単一の拡張用ダイの１回のストロークで１つのランド部によって拡張され、少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％または５０％拡張される。

幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部は、回転カーラー又はダイのどちらかにより、カールされる。

幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部からカール部を除去するステップをさらに含む。幾つかの実施形態において、カール部は、金属容器の上縁部をトリミングすることにより、金属容器の上縁部から除去される。

図１は、プレフォーム金属容器の側部断面図と、プレフォーム金属容器の直径を拡張し、かつプレフォーム金属容器の上縁部をカールすることができる拡張用ダイの側部断面図である。

図２は、図１のプレフォーム金属容器の側部断面図であり、図１の拡張用ダイが、金属容器内でストロークの最下部にあるときの図である。

図３は、拡張用ダイの側部断面図である。

図４は、図２の拡張金属容器の側部断面図であり、図３の拡張用ダイが、金属容器内でストロークの最下部にあるときの図である。

図５は、プレフォーム金属容器の側部断面図と、プレフォーム金属容器の直径を拡張することできる拡張用ダイの側部断面図である。

図６は、図５の金属容器の側部断面図であり、図５の拡張用ダイが、金属容器内でストロークの最下部にあるときの図である。

図７は、拡張用ダイの側部断面図である。

図８は、図６の拡張金属容器の側部断面図であり、図７の拡張用ダイが、金属容器内でストロークの最下部にあるときの図である。

図９は、拡張用ダイの側部断面図である。

図１０は、図８の拡張金属容器の側部断面図であり、図９の拡張用ダイが、金属容器内でストロークの最下部にあるときの図である。

図１１は、本発明の一実施形態に基づいて製造された金属容器の側面図である。

図１２ａは、図１１の金属容器を成形するのに用いられる拡張用及びカーリング用ダイの部分側部断面図である。

図１２ｂは、図１２ａのダイの側部断面図である。

図１３ａは、図１１の金属容器を成形するのに用いられる拡張用ダイの部分側部断面図である。

図１３ｂは、図１３ａのダイの側部断面図である。

図１４ａは、図１１の金属容器を成形するのに用いられる拡張カーリング用ダイの部分側部断面図である。

図１４ｂは、図１４ａのダイの側部断面図である。

本明細書の説明において、頂部、底部、下方、上方、下、上、等の用語は、平らな表面上にその基部を載置した金属容器完成品の位置に対するものであり、製造又は成形を行なうステップ又は工程中における金属容器の向きとは無関係である。金属容器完成品とは、最終消費者によって用いられる前に、さらなる成形ステップを行なうことのない金属容器である。幾つかの実施形態において、容器の頂部は、開口部を有する。

図１乃至図４に示される一実施形態において、金属容器１００を成形する方法は、金属容器１００の上縁部１０２を外側にカールして、カール部１０４を形成するカーリングステップと、金属容器１００の第１部分１０６を拡張して、拡張部１０８を形成する拡張ステップとを含み、拡張ステップにおいて、形成された拡張部１０８の少なくとも一部はカール部１０４よりも下方にあり、カーリングステップと拡張ステップは、単一のダイの１回のストロークで行われる。

図１は、金属容器１００の断面図であって、上縁部１０２を外側にカールしてカール部１０４を形成するカーリングステップを行なう前の金属容器１００を示している。元の直径１１４は、絞り及びしごき又は押出し工程が行われた後でシェイピングが行われる前の金属容器１００、すなわち当該技術分野においてプレフォーム金属容器として一般的に知られている金属容器の直径である。幾つかの実施形態において、金属容器１００の拡張を行なう前に、ナロウイング手段その他の手段によって金属容器１００に予め応力を作用させる必要はない。

図１はまた、金属容器１００と接触する前の第１拡張用ダイ１１６の第１作用面１１８の断面を示している。第１作用面１１８は、第１ランド部１２４を有する。ランド部は、拡張用ダイの作用面の一部であり、容器と接触する最大外径の部分である。ダイは、複数の作用面を有することもできる。この場合、各作用面のランド部の外径を異なるものとすることにより、最も小さな外径を有するランド部は、大きな外径を有するランドよりも、さらなる容器の中へ移動することができる。図１の第１拡張用ダイ１１６は、金属容器１００の直径を拡張し、かつ容器１００の上縁部１０２にカール部１０４を形成することができる寸法に作られている。

図２は、金属容器１００の断面図であって、上縁部１０２はカールされ、金属容器１００の第１部分が拡張されて、第１拡張部１０８が形成されている。図示の第１拡張用ダイ１１６は、金属容器１００の内部でストロークの最下部にある。

図３は、第２拡張用ダイ１２０を示している。第２拡張用ダイ１２０は、第２作用面１２２と第２ランド部１２６を有する。

図４は、金属容器１００の断面図であって、第２部１１０（図２において示される）が拡張され、第２拡張部１１２が形成された金属容器１００を示している。図示の第２拡張用ダイ１２０は、金属容器１００の内部でストロークの最下部にある。幾つかの実施形態において、第２拡張用ダイ１２０のストロークは、金属容器１００の底部またはその近傍にまで延在する。

図５乃至図１０に示される他の実施形態において、金属容器２００を成形する方法は、金属容器２００の上縁部２０２を外側にカールして、カール部２０４を形成するカーリングステップと、金属容器２００の上縁部２０２をカールした後、金属容器２００の第１部分２０６を拡張して、少なくとも一部がカール部２０４よりも下方にある第１拡張部２０８を形成する拡張ステップと、金属容器の第２部２１０を拡張して、少なくとも一部がカール部２０４よりも下方にある第２拡張部２１２を形成する拡張ステップとを含む。

図５は、金属容器２００の断面図であって、上縁部２０２を外側にカールしてカール部２０４を形成するカーリングステップを行なう前の金属容器２００を示している。図５はまた、金属容器２００に入る前のカーリング用ダイ２２８の断面を示している。カーリング用ダイ２２８は、容器２００の上縁部２０２にカール部２０４を形成することができる寸法に作られており、これは当該技術分野において広く知られている。

図６は、上縁部２０２がカーリング用ダイ２２８によってカールされた金属容器２００の断面図である。図示のカーリング用ダイ２２８は、金属容器２００の内部でストロークの最下部にある。

図７は、金属容器２００に入る前の第１拡張用ダイ２１６を示している。第１拡張用ダイ２１６は、第１作用面２１８ａおよび第１ランド部２２４ａと、第２作用面２１８ｂおよび第２ランド部２２４ｂを有しており、各々が金属容器２００の直径を拡張できる寸法に作られている。

図８は、図６に示される金属容器２００の第１部分２０６が拡張されて、第１拡張部２０８が形成された金属容器２００の断面図である。図示の第１拡張用ダイ２１６は、金属容器２００の内部でストロークの最下部にある。

図９は、金属容器２００に入る前の第２拡張用ダイ２２０を示している。第２拡張用ダイ２２０は、第３作用面２２２および第３ランド部２２６を有しており、金属容器２００の直径を拡張できる寸法に作られている。

図１０は、図８に示される金属容器２００の第２部分２１０が拡張されて、第３拡張部２１２が形成された金属容器２００の断面図である。図示の第２拡張用ダイ２２０は、金属容器２００の内部でストロークの最下部にある。

本発明の他の実施形態において、金属容器は、カール部が形成される前に拡張され、カール部が形成された後、再度拡張される。本発明のさらに他の実施形態において、金属容器は、カール部が成形成れた後に、拡張される。次に、カール部は、容器の上縁部をトリミングすることによって、容器の頂部から除去される。金属容器は、カール部が除去された後、ネッキングされることができる。ネッキングは、当該技術分野において公知のあらゆる手段によって行われることができ、例えば、米国特許第４，５１２，１７２号；米国特許第４，５６３，８８７号；米国特許第４，７７４，８３９号；米国特許第５，３５５，７１０号および米国特許第７，７２６，１６５号等に記載されている。本発明のさらなる実施形態において、金属容器は、カール部が形成される前にネッキングされ、カール部が形成された後に拡張される。

上記した全ての実施形態において、金属容器を構成する金属は、当該技術分野において知られているあらゆる金属であってよく、アルミニウムおよびスチールが挙げられるが、これらに限定されない。金属容器は、底部または基部にドーム部を有することができるし、ドーム部を有していなくてもよい。幾つかの実施形態において、金属容器は、閉じた端部を有する一体型(one-piece)の金属容器である。幾つかの実施形態において、金属容器は、複数の金属片が継ぎ合わされて構成される。幾つかの実施形態において、金属容器の側壁厚さは、容器の頂部から底部近傍まで一様である。幾つかの実施形態において、金属容器の側壁の厚さは、一様でない。幾つかの実施形態において、金属容器の側壁はテーパ状であり、側壁の厚さは、容器の頂部が容器の底部よりも薄い。幾つかの実施形態において、金属容器の側壁の厚さは、側壁の高さによって変動する。幾つかの実施形態において、側壁の厚さは、容器の頂部が容器の下部よりも厚い。

カール部の形成を、金属容器の上縁部を外側にカールすることによって行なうことは、当該技術分野において知られているあらゆる手段（ダイカーリング、回転カーリング等）によって行われることができる。図１および図２に示されるように、金属容器の上縁部を外側にカールするカーリングステップは、カーリング用ダイを金属容器の中に挿入し、少なくとも容器の上縁部が外側にカールするまで移動させることによって行なうことができる。

幾つかの実施形態において、カール部の存在により、後工程の拡張ステップにおいてリューダース線の形成が防止されるので、１回の拡張ステップにより、金属容器を損傷することなく大きな拡張を達成することができる。幾つかの実施形態において、カール部の存在により、拡張中における金属容器の軸方向の短縮(axial shortening)を少なくすることができる。カール部の曲率半径およびカール部のスイープ角度(angle of sweep)は、後工程の拡張ステップにおいて金属容器を損傷することなく拡張を行える加工度に影響を及ぼす。幾つかの実施形態において、一般的には、カール部の曲率半径が大きくなる程、後工程の拡張ステップにおいて金属容器を損傷することなく容器の拡張を行なうことができる。幾つかの実施形態において、カール部のスイープ角度は、少なくとも９０度である。幾つかの実施形態において、カール部のスイープ角度は、少なくとも１８０度である。幾つかの実施形態において、カール部のスイープ角度は、少なくとも２７０度である。カール部の半径および／またはアーク長さが大きくなると、一般的には、１回の拡張ステップにおいて、金属容器を損傷することなく、より大きな拡張を行なうことができる。幾つかの実施形態において、カール部のスイープ角度が９０度未満のとき、拡張工程中に、ある程度真直になるので、拡張工程後のスイープ角度はさらに小さくなる。幾つかの実施形態において、カール部のスイープ角度が１８０度を超えると、拡張工程中に、しっかりと締まる(tighten)。

金属容器の拡張は、当該技術分野において知られたあらゆる手段によって行われることができ、例えば、拡張用ダイの作用面を、金属容器の開口端部内に挿入することによって行われるが、これに限定されない。金属容器の拡張に拡張用ダイを用いることは、当該技術分野において広く知られており、例えば、米国特許第７，９３４，４１０号および米国特許第７，９５４，３５４号に記載されている。図１および図２に示されるように、１つのダイで、容器の上縁部を外側にカールし、金属容器の直径を拡張することができる。

幾つかの実施形態において、カール部を形成した後、単一の拡張用ダイの１回のストロークで単一のランド部により金属容器の一部の直径を２１パーセント拡張することができる。他の実施形態では、単一の拡張用ダイの１回のストロークで単一のランド部による１回の拡張ステップにおいて金属容器の一部の直径を、約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％または５０％拡張することができる。従来、複数回の拡張ステップが必要であった拡張量であっても、本発明の幾つかの実施形態では、１回の拡張ステップにより、金属容器の直径を拡張することができる。

幾つかの実施形態において、拡張用ダイのランド部は、図５に示され、また米国特許第７，９３４，４１０号および米国特許第７，９５４，３５４号に記載されているように、アンダーカット部を有する。他の実施形態においては、アンダーカット部は必要でない。拡張用ダイのランド部にアンダーカット部が存在すると、金属容器の拡張能力を増すことができる。例えば、拡張用ダイによるより深い／より長いストロークの加工が可能となる。

ランド部の表面は、金属容器の内部コーティングの美的及び／又は機能的特徴を損なわない限り、米国特許第７，９３４，４１０号および米国特許第７，９５４，３５４号に記載されるように、幾つかの実施形態におおけるランド部の表面粗さは、平均粗さ（Ｒａ）で８μインチ以上、３２μインチ以下である。

幾つかの実施形態では、金属容器を拡張するときにノックアウトは用いられる必要はない。ノックアウトは、金属容器を拡張用ダイから取り除くときの表面となる。幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部を制御するためにパイロットが用いられる。パイロットは、上縁部の移動を制御する芯出しツール(centering tool)である。幾つかの実施形態において、金属容器の上縁部をカールした後、ノックアウトを用いることなく、および／または金属容器を最初にナロウイングすることなく、単一の拡張用ダイの１回のストロークで、金属容器の一部分の元の直径は、少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％または５０％拡張される。

本発明の実施形態はまた、他の種類及びサイズの金属容器にも適用可能である。例えば、幾つかの実施形態では、飲料用金属エアロゾルおよび／または食物用金属容器を成形するために用いられることができる。

図１−４に関して記載した本発明の一実施例では、図１１に示される金属容器は、図１２ａ、図１２ｂ、図１３ａ、図１３ｂ、図１４ａおよび図１４ｂに示されるダイを用いて作られたものである。図１２ａおよび図１２ｂにおいて示されるダイは、アルミニウムプレフォーム容器の中に挿入された第１ダイである。図１２ａおよび図１２ｂに示されるように、ダイはランド部を３つ有している。図１２ａおよび１２ｂのダイを、アルミニウムプレフォーム容器の中に挿入し、容器の上縁部が、図１２ｂに示される肩部と接触するまで移動させて、カール部を形成した。図１２ａおよび図１２ｂに示されるダイがアルミニウムプレフォーム容器の中に挿入されたとき、容器の内部空気圧は３５ｐｓｉであった。

次に、図１３ａおよび図１３ｂに示されるダイを、拡張されカール部が形成された容器の中に挿入した。図１３ａ及び図１３ｂに示されるダイも、ランド部は３つである。図１３ａおよび図１３ｂに示されるダイが、拡張されカール部が形成された容器の中に挿入されたとき、容器の内部空気圧は３５ｐｓｉであった。

最後に、図１４ａおよび図１４ｂに示されるダイを、拡張されカール部が形成された容器内に挿入して得られた容器が、図１１に示されている。図１４ａおよび図１４ｂに示されるダイはランド部が１つである。図１４ａおよび図１４ｂに示されたダイを、拡張されカール部が形成された容器内に挿入されたとき、容器の内部空気圧は６０ｐｓｉであった。

本発明を、特定の態様を参照して説明したが、他の態様も可能である。それゆえ、添付の特許請求の範囲の精神および範囲は、本明細書中に含まれる態様に限定されるものではない。

明細書、特許請求の範囲、要約書および図面に開示された全ての特徴、ならびに開示された方法またはプロセスにおける全てのステップは、いかなる組合せも可能であるが、少なくともその一部の特徴および／またはステップは排他的である。明細書、特許請求の範囲、要約書および図面に開示された各特徴は、特に明記した場合を除いて、同じ目的又は同様な目的を有する他の特徴によって置き換えられることができる。従って、特に明記した場合を除いて、開示された各特徴は、同じ又は同様な包括的特徴の一例である。

特許請求の範囲において、特定の機能を実行するための「手段」または特定の機能を実行するための「ステップ」を明示的に記載していないあらゆる要素は、米国特許法第１１２条に規定される「手段またはステップ」と解されるべきでない。

Claims (14)

1. 金属容器を成形する方法であって、
   金属容器の上縁部を外側にカールして、カール部を形成するカーリングステップと、
   金属容器の第１部分の直径を拡張して、第１拡張部を形成する拡張ステップと、を含み、
   形成された第１拡張部の少なくとも一部は、カール部よりも下方にある、方法。
2. カーリングステップ（Ａ）及び拡張ステップ（Ｂ）は、同時に行なわれる、請求項１の方法。
3. 金属容器の第１部分を拡張して拡張部を形成するステップ（Ｂ）は、拡張用ダイを用いて行われる、請求項１の方法。
4. カーリングステップ（Ａ）及び拡張ステップ（Ｂ）は、単一のダイの１回のストロークで行なわれる、請求項１の方法。
5. 拡張ステップ（Ｂ）は、カーリングステップ（Ａ）の後に行なわれる、請求項１の方法。
6. 金属容器の第２部分の直径を拡張して第２拡張部を形成する拡張ステップ（Ｃ）をさらに含む、請求項１の方法。
7. カーリングステップ（Ａ）の前に、金属容器の第２部分の直径を拡張して第２拡張部を形成する拡張ステップ（Ｃ）をさらに含む、請求項１の方法。
8. 拡張ステップ（Ｂ）は、拡張用ダイを、金属容器の開口端部の中に挿入することを含む、請求項１の方法。
9. 金属容器の第１部分の直径は、単一の拡張用ダイの１回のストロークで、少なくとも５％拡張される、請求項１の方法。
10. 金属容器の元の直径は、金属容器のナロウイングステップを行なわなくても、単一の拡張用ダイの１回のストロークで、少なくとも５％拡張される、請求項１の方法。
11. 金属容器の上縁部は、回転式カーラー又はダイによってカールされる、請求項１の方法。
12. 金属容器の上縁部からカール部を除去する除去ステップ（Ｃ）をさらに含む、請求項１の方法。
13. カール部は、金属容器の上縁部をトリミングすることによって、金属容器の上縁部から除去される、請求項１２の方法。
14. カーリングステップ（Ａ）は、拡張ステップ（Ｂ）の後に行なわれる、請求項１の方法。

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