JP2018520008A - 大型アルミニウムボトルを製造するプロセス及びそれよって製造されるアルミニウムボトル - Google Patents

Abstract

高いリサイクル含有率を有する３０００系缶本体材料を使用するＤＷＩプロセスに基づく、大型アルミニウムボトル（最大７５０ｍｌ）の高速製造プロセス。このプロセスは、カップの再絞り加工、絞り加工及びしごき加工、ならびにドーム形成によって、ボトル予備成形物を形成することを含み得る。このプロセスによって形成されるボトル予備成形物は、約２．５インチ〜約３．０インチの直径、約１０．０インチ〜約１２．５インチの高さ、約０．００６インチ〜約０．０２０インチの壁厚、及び約０．４００インチ〜１．００インチのドームの深さを有する。【選択図】図

Description

本発明は、高速絞り加工及びしごき加工（ＤＷＩ）プロセスを用いた、大型アルミニウムボトル（７５０ミリリットルまでの充填容量）を製造するプロセスに関する。

関連出願
本出願は、２０１５年７月６日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｏ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ｌａｒｇｅ Ｆｏｒｍａｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｂｏｔｔｌｅｓ」と題された、米国仮特許出願第６２／１８８，７６７号の利益を主張し、アルミニウムボトルその全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

商業的には、アルミニウムボトルは１２〜１６オンスのサイズ範囲で一般に利用することができる。アルミニウムボトルの例としては、Ａｌｅｃｏ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（商標）、Ｒｅｘａｍ ＦＵＳＩＯＮ（登録商標）、及びＢｕｄ Ｌｉｇｈｔ（登録商標）ボトルが挙げられる。現在、未使用のまたは高いリサイクル率の３０００系アルミニウム合金製の大型アルミニウムボトルは、市場では利用することができない。伝統的に、大部分のアルミニウムボトルは、衝撃押し出し（ＩＥ：ｉｍｐｃｔ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）プロセスを用いて作製され、１０００系アルミニウム合金を使用する。ＩＥプロセスは、生産性の点で低く、コストが高い。このように、アルミニウムボトルの大規模製造を制限してしまう。

本明細書にて用いられている「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｉｓ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」及び「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本特許出願及び以下の特許請求の範囲の内容のすべてを広く参照することを意図している。これらの用語を含む記載は、本明細書に記載された内容を限定するものではなく、以下の特許請求の範囲の意味または適用範囲を限定するものではないと理解すべきである。本発明の保護する実施形態は、この発明の概要ではなく、特許請求の範囲によって定められる。この発明の概要は、様々な本発明の態様の高い水準の概要であり、以下の発明を実施するための形態で更に記載される概念のいくつかを導いている。この発明の概要は、特許請求の範囲の内容を重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲の適用範囲を決定するために単独で使用されることも意図していない。この発明の概要は、明細書全体の一部または全部の図面及び各特許請求の範囲の適切な部分を参照することで理解されなければならない。

従来の３０００系缶本体材料を利用したＤＷＩプロセスに基づく大型アルミニウムボトル（最大７５０ミリリットル（ｍｌ））の高速製造プロセスが開示される。いくつかの非限定的な場合では、３０００系缶本体材料は、高いリサイクル含有率を有することができる。

ボトル容器の例示的実施形態の側面図である。 ボトル容器底部の例示としての一例の断面における側面図である。 ボトル容器首部分の例示としての一例の断面における側面図である。 ボトル容器首部分の例示としての一例の断面における側面図である。 例に記載の直接再絞りプロセスの略図である。 例に記載の逆再絞りプロセスの略図である。 例に記載のはね出し装置を用いたダイネッキングプロセスプロセスの概略図である。 例に記載のねじ型キャップを有する容器上部の略図である。 例に記載の王冠型キャップを有する容器上部の略図である。

従来の３０００系缶本体材料を利用したＤＷＩプロセスに基づく大型アルミニウムボトル（７５０ｍｌまで）の高速製造プロセスが開示される。いくつかの非限定的な例では、缶本体材料は、高いリサイクル含有率を含む。この場合、リサイクル率は、少なくとも９０％のリサイクル率であり得る。

一非限定的な例では、ＤＷＩプロセスに基づく大きな形成アルミニウムボトル（最大７５０ｍｌ）の製造方法は、標準のＡＡ３１０４缶本体材料を使用する。しかしながら、様々な他の例では、大きな形成アルミニウムボトルの製造に使用され得る他の合金として、ＡＡ３００３、ＡＡ３００４、ＡＡ３１０５、ＡＡ３２０４、または他の３０００系の合金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

大型３０００系アルミニウムボトル（７５０ｍｌまで）もまた開示され、大型の標準ＡＡ３１０４アルミニウムボトル（最高７５０ｍｌ）が挙げられるが、これに限定されない。本明細書にて開示した大きな形成アルミニウムボトルとして、ＡＡ３００３、ＡＡ３００４、ＡＡ３１０５、ＡＡ３２０４、または他の３０００系合金が挙げられ得るが、これに限定されるものではない。

図１を参照すると、一態様では、大型ボトル容器１００は、低部外形１０２、本体部分１０４、及び仕上げ部分を含む。仕上げ部分は、首部分１０６、１０８、及び１１０、ならびに注ぎ口部分１１４まで伸びる直立壁移行部分１１２を含んでいる複雑で長い首部外形を含み得る。様々な態様では、注ぎ口部分１１４は異なる形状を有し、ねじ型キャップまたは王冠キャップに適合し得る。成形されたアルミニウムボトル１００は、飲料などの製品に使用することができ、清涼飲料、水、ビール、ワイン、栄養ドリンク、及び様々な他の飲料が挙げられるが、これに限定されるものではない。

図２は、ボトル容器１００の底部外形１０２を例示し、底部外形１０２はドーム２１８を含む。様々な例では、充分なドーム反転強度を維持するために、低部外形１０２は、多数の球の円弧と組み合わせて形成されてもよい、容器下部のドーム側面であることができる。図２に図示される低部外形１０２の例では、低部外形として、５つの球の円弧２０８、２１０、２１２、２１４、及び２１６が挙げられる。いくつかの態様では、ドーム２１８の深さは、約０．４００インチ（”）〜約１．００インチであり得る。首成形プロセス中及びねじ切り加工中に印加される他の力からの損傷、または王冠形成作業及び液体充填中の損傷、後に更に詳細に記載されている不調を最小化または防止するため、低部外形１０２の外部は、図２に示す２０２、２０４、及び２０６などのいくつかの円弧を含み得る。いくつかの態様では、本体部分１０４の壁厚への変形など、形状は本体部分１０４への変形として作用し得る。

一非限定的な例では、３つの工具を使用することで、予備成形物から底部１０２にて複雑なドーム２１８の外形を形成し得る。そのような１つ目の工具は、円弧２１２、２１４、及び２１６の形状を有するドーム形成工具である。そのような２つ目の工具は、円弧２０４、２０６、及び２０８の形状を有する外輪である。そのような３つ目の工具は、円弧２０２、２０４、２０６、２０８、及び２１０の形状から板厚を引いたものを有した押し込み工具である。ＤＷＩプロセスにおいて、押し込み工具がカップを前方へ押し込むことで、しごき工具を通じて、予備成形物の壁を伸ばし薄くする。押し込み工具の前進行程の終端で、押し込み工具は、他のドーム総形バイト（ドーム形成工具及び／または外輪など）と接触することになり、それによって、これら３つの工具との間に予備成形物を固定し、金属を押し込むことによって、図２に示すような最終形状を形成する。

図３Ａを参照すると、いくつかの例では、首外形は、凸面球状のドーム部分１０６、凹面球状のドーム部分１０８、及び首部分１１０を含み得る。様々な場合では、首外形は、直立壁部分１１２の上方へ向かってわずかにテーパーづけられている。他の例では、図３Ｂで図示したように、首外形部分３０６、３０８、及び３１０を有する複雑な首外形３０４と、凹面球状のドーム部分１０８を置き換えて、大型ボトル容器３００を形成することができる。首外形３０４のこの断面は、ネッキングの負荷低減と充填容量の調整機能を果たすことができる。この首外形３０４は、設計に応じて容器３００の首部分３０２のテーパー付ける長さに影響を及ぼす場合がある。一非限定的な例として、場合によっては、首部分１１０の長さは、首部分３０２の長さより大きくなることができるが、必ずしもその必要はない。

上記のように、いくつかの態様では、開示されたＤＷＩプロセスに基づく大きな形成アルミニウムボトル（７５０ｍｌまで）の製造方法は、高いリサイクル率を備えた従来の３０００系缶本体材料を使用する。一態様では、約０．０１５０インチ〜約０．０２５０インチの範囲のゲージ厚を有する３０００系アルミニウム板を使用して、円板を打ち抜き、直ちにカップへと絞る。打ち抜き加工及びカッピングプロセスでは、外部の切削工具は、最初にアルミニウム板を円板に切る。いくつかの例では、切り抜き円板が、約７．０インチから約１０．０インチまでの範囲の直径を有することで、充分な材料を大型アルミニウムボトルに提供する。円板が切断された後、内部カップ総形バイトは、直ちには円板を絞り、カップを形成する。様々な態様では、内部カップ総形バイトは、複動プレスによりコントロールされ、第１の動作が円板の切断を実行し、第２の動作が連続動作でカップの成形を実行する。

打ち抜き加工及びカッピングプロセスにより作製したカップは、相当に大きな直径を有し、そのサイズをより小さい直径に縮小し、後作業を容易にする更なる作業を必要とし得る。様々な例では、カップの直径の縮小は、再絞りプロセスによって達成される。いくつかの態様では、再絞りプロセスを使用してカップの直径を縮小することができる方法のうち少なくとも２種類の方法が存在する。

ある再絞りプロセスは、直接再絞りプロセスと呼ばれ、図４に示めされる。直接再絞りプロセスでは、カップに類似の総形バイトを用いて、カップ底部の内部からカップ４０２を引き出すことで、カップの直径を縮小し、材料を変位させ、より高いカップ壁を備える再絞りしたカップ４０４が形成される。別の再絞りプロセスは、逆再絞りプロセスと呼ばれ、図５に示される。逆再絞りプロセスでは、カップ４０２がカップの底から絞られ、金属が反対方向へ折り返されることで、より高いカップ壁を備える再絞りしたカップ４０４が形成される。大きな形成アルミニウムボトル（７５０ｍｌまで）の製造方法は、これら２つの再絞りプロセスのどちらかに限定すべきではない。様々な例では、機械の条件、限界、及び加工条件に応じて、複数の再絞りプロセスまたは再絞りプロセスの組み合わせが実行され得る。

ＤＷＩプロセスは、円筒形成作業である。ＤＷＩプロセスでは、再絞りしたカップは、最終的なボトル予備成形物の直径に最初に絞られる。しごき工具がカップ壁を伸ばし薄くすることで、最終的な予備成形物の壁厚及び長さに達する。ＤＷＩプロセスの最後に、図２に示されるドーム外形を有するドーム２１８を、ドーム形成作業によって形成することができる。

様々な例では、最終的なボトル予備成形物は、約２．５インチ〜約３．０インチの範囲の直径を有し、約１０．０インチ〜約１２．５インチ程度の高さであり得る。いくつかの態様では、ボトル予備成形物は、約０．００６インチ〜約０．０２０インチの範囲の壁厚を有し得る。ある場合では、ボトル予備成形物は、約０．０１０インチ〜約０．０２０インチの一定の壁厚を有し得る。他の場合では、ボトル予備成形物は、約０．０１０インチ〜約０．０２０インチの上部のより厚い部分と約０．００６インチ〜約０．０１２インチの中間部のより薄い部分を有する、可変壁厚を有し得る。ボトル予備成形物は、他の適切な厚さを有し得る。

予備成形物成形プロセスにおいて、任意の焼なまし加工作業を実施することで、金属成形性能を更に改善し得る。いくつかの態様では、約１分〜約３時間の範囲の加熱時間で、約１００℃〜約４００℃の範囲の温度で、焼なまし加工作業を実施する。ある場合では、焼きなましプロセスは、約１時間〜約３時間の範囲の持続時間を有し得る。他の場合では、焼きなましプロセスは、約１〜約３０分までの範囲であり得る。様々な態様では、この作業は、アルミニウム板の製造の間、または１つ以上の予備成形物の製造工程間で実施され得る。いくつかの態様では、予備成形物の特定部分に焼きなましプロセスを局所的に適用し得る。これらの例では、局部的な焼なまし加工は、直火加熱、電磁誘導加熱、または様々な他の好適な方法によって実施され得る。一非限定的な例として、焼きなましプロセスは、ボトルの首部分に、ボトルの本体部分に、ボトルの底部に、またはこれらの任意の組み合わせに適用され得る。別の非限定的な例として、アルミニウム板が予備成形物へと処理される前に、焼きなましプロセスは、アルミニウム板の選択的部分に適用され得る。これらの例では、機械的特性の傾斜は、予備成形物の側壁の高さに沿って誘導される。他の例では、焼きなましプロセスは、ネッキング及び成形進行作業の中間の工程として適用され得る。本プロセスは、一般に、缶製造産業で周知のプロセスではない。

次いで、予備成形物は、様々な容器形状の形成加工及び仕上げ加工作業を受けることで、最終ボトル形状をもたらす。様々な場合では、市販の機械を使用するシークエンスで動作する単一工程作業または複数工程作業のどちらかで、形成加工及び仕上げ加工を、達成することができる。

機械的なボトル成形加工の１つの代表的なプロセスは、予備成形物のダイネッキングであり、部分的に図６に示す。ダイネッキングプロセスでは、ボトル予備成形物６００は、一連の特別に設計されたネッキングダイ６０２によって複数工程で成形される。１つのみのネッキングダイ６０２を図６に示すが、任意の数のネッキングダイ６０２をダイネッキングプロセスにて利用することができる。ダイ６０２は、軸方向の上部から予備成形物６００上に押し込まれる。各連続したダイ６０２は、前述のダイ６０２より小さな内径を備え、したがって、段階的に予備成形物６００をボトルの外形に成形する。様々な場合では、工程当たりの直径の縮小率が、約２％〜約３％の範囲であるような、複数の段階をネッキングは含んでもよく、但し、それは様々な他の例において必要ではない。ネッキング段階数の合計は、初期の予備成形物の直径及び所望のネッキング径によって定められる。時折はね出し装置６０４と呼ばれる内部装置は、しわ寄せ加工またはプリーツ加工などの成形の間、材料不安定性を防止するために用いられる。図６は、はね出し装置６０４を用いたダイネッキングプロセスの例を示す。

ボトル成形加工の他の代表的プロセスは、単一状態及び複数段階の空気式吹き込み成形である。吹き込み成形プロセスでは、予備成形物が鋳型に入れられ、鋳型は所望のボトル形状のネガに相当する鋳型空洞を有する。その場合、予備成形物が鋳型空洞を満たして広がり、鋳型の形状を帯びるように、予備成形物の開口端は溶封され、予備成形物は圧縮空気またはガスで加圧される。

他の態様では、ボトルキャップの型は、ねじ込型キャップ、コルク型キャップ、王冠型キャップ、または様々な他の型のボトルキャップであってもよい。図７を参照すると、タンパーエビデンス形体を備えたアルミニウムキャップに適応するねじ山の下で、ねじ型キャップを意図したボトルの上部分は、上部がカールした特徴部７０１、ねじ部７０２、及び窪んだビード特徴部７０３を含み得る。

内外の工具装置を含む偏心ねじ山回転式形削り盤を使用して、ねじ部７０２を作製しまたは形成し得る。ねじ山より上のカールした特徴部は、ボトル上に上部から押圧される複数の回転ローラーを使用して作製または形成され得る。ねじ山の下のビード特徴部は、偏心回転工具装置を使用して作製または形成されてもよく、または事前にボトル成形プロセスで作製してもよい。

図８を参照すると、ボトルの上部分が王冠型キャップのために意図された、いくつかの例では、様々な形状の回転ローラーを含む単一工程または複数工程プロセスによって作製または形成され得る、１回カールした特徴部８０１を、上部分は有し得る。

前述のすべての特許、刊行物及び要約は、それら全体が、本明細書に参考として組み込まれる。上述は、本発明の好ましい実施形態だけに関し、その多数の修正または変更は、精神及び本発明の範囲を逸脱しない範囲内で成され得る。

Claims (23)

1. アルミニウムボトルを作製する方法であって、
   約０．０１５０インチ〜約０．０２５０インチの範囲のゲージ厚を有する３０００系合金のアルミニウム板を得る工程と、
   約７．０インチ〜約１０．０インチの範囲の直径を有する円板を打ち抜く工程と、
   前記円板をカップに成形する工程と、
   前記カップを再絞り加工、絞り加工、及びしごき加工、及びドーム形成によってボトル予備成形物を形成する工程と、の連続した工程を含み、
   前記ボトル予備成形物は、
   約２．５インチ〜約３．０インチの直径と、
   約１０．０インチ〜約１２．５インチの高さと、
   約０．００６インチ〜約０．０２０インチの壁厚と、
   約０．４００インチ〜約１．００インチのドームの深さと、を含む、方法。
2. 前記壁厚は、約０．０１０インチ〜約０．０２０インチの一定の壁厚を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記壁厚は、約０．０１０インチ〜約０．０２０インチの上部のより厚い部分と約０．００６インチ〜約０．０１２インチの中間部のより薄い部分を有する可変壁厚を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. ネッキング及び仕上げ作業の前に約１００℃〜約４００℃の温度での焼きなまし工程を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ボトル形状形成作業を更に含み、前記ボトル形状形成作業は、最終ボトル形状を生成するためのネッキングまたは吹き込み成形のうち少なくとも１つを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ボトル形状形成作業の後、ねじ型、コルク型、または王冠型のボトルキャップを機械的に形成することを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記３０００系合金がＡＡ３１０４合金である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１に記載の方法によって作製された、ボトル予備成形物。
9. 低部外形、本体部分、及び仕上げ部分を更に含む、請求項８に記載のボトル予備成形物。
10. 前記仕上げ部分は、複雑で長い首部外形、直立壁移行部分、及び注ぎ口部分を含み、前記注ぎ口部分は、前記直立壁移行部分と連続的である、請求項９に記載のボトル予備成形物。
11. 前記注ぎ口部分は、ねじ山を持っているか、または王冠がつけられる、請求項１０に記載のボトル予備成形物。
12. 前記３０００系合金は、ＡＡ３１０４合金である、請求項８〜１１いずれか一項に記載のボトル予備成形物。
13. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法によって作製される、ボトル。
14. 前記カップを前記アルミニウム板から形成することは、単一の連続動作で前記アルミニウム板を切断し絞る複動プレスを使用することを含み、
    最終ボトル形状が、前記ボトル予備成形物から形成される、請求項１に記載の方法。
15. 再絞り加工によって前記ボトル予備成形物を形成することは、逆再絞り加工を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記最終ボトル形状の開口端にカールした特徴部を形成することを更に含む、請求項１４または請求項１５に記載の方法。
17. 前記最終ボトル形状の前記開口端に、ねじ山を持つ部分及び窪んだビードを形成することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ボトル予備成形物から前記最終ボトル形状を形成することは、はね出し装置でのダイネッキングを含む、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
19. 約１００℃〜約４００℃の温度で前記アルミニウム板または前記ボトル予備成形物を焼なますことを更に含む、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記焼なまし加工は、約１分〜約３時間の持続時間を有する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記焼なまし加工は、約１時間〜約３時間の持続時間を有する、請求項１９に記載の方法。
22. 前記焼なまし加工は、約１分〜約３０分の持続時間を有する、請求項１９に記載の方法。
23. 前記焼なまし加工は、前記アルミニウム板または前記ボトル予備成形物の一部にのみ適用される、請求項１９に記載の方法。

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