JP2023064975A - 金属製カップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のテーパ形状の金属製カップを確実に製造する。
【解決手段】胴部に底部より開口部に向けて拡径するテーパ面を有する金属製カップの製造方法であって、表面が樹脂層により被覆された樹脂被覆金属板を絞りしごき加工することにより有底円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、筒体の胴部にテーパ面を形成してテーパ筒体を成形するテーパ面形成工程とを備えるとともに、テーパ面形成工程より前に、樹脂被覆金属板又は筒体のいずれかの表面に、飽和炭化水素系潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程を有し、テーパ面形成工程の後に、テーパ筒体を飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱する加熱工程を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミニウム合金等からなる金属製カップの製造方法に関する。

既存の飲料用カップには陶器製、ガラス製、金属製、紙製、プラスチック製等がある。このうち、金属製、紙製、プラスチック製のカップは、陶器製やガラス製と比べて軽量であり、持ち運びに便利である。特に、アルミニウム金属製のカップは強度的にも優れており、近年では、環境への配慮からも注目されてきている。

この金属製カップを製造する方法として、特許文献１には、金属板を抜き及び絞り加工してカップを形成し、そのカップにしごき加工を施すことにより円筒状の垂直壁プリフォームを形成し（ＤＩ工程）、その開口端部を丸めてカール部を形成した後、段階的絞り処理により、カール部から底部に向けて、連続的に小さくなる直径及び異なる高さの垂直壁区画を有する垂直絞りカップを形成し、その後、テーパ状の輪郭を有するダイを用いて、垂直壁区画の各々を拡げることにより、各垂直壁区画をテーパ状側壁としたテーパ状カップを形成し、最後に、カップの底に、ドーム部を形成する、ことが記載されている。

ところで、このようなカップの成形においては、金属板を降伏点以上に塑性加工するため、大量の潤滑油が用いられる。このため、成形後に脱脂洗浄して潤滑油を除去する工程が必要になり、脱脂洗浄装置、洗浄後の缶の乾燥装置等を備えるため、設備が大掛かりになり、洗浄に使用した水の後処理も必要となる。

この点、潤滑油の使用を削減又は低減した製造方法として、特許文献２が開示されている。特許文献２に開示の方法は、樹脂被覆した金属板を用い、その樹脂被覆面に飽和炭化水素系潤滑剤を塗布した後に、絞り成形して有底円筒状の缶を形成し、その缶を加熱して、缶に付着した潤滑剤を揮発させる方法である。

特開２０２０－５０８８７４号公報 特許第２５０８９１０号公報

しかしながら、特許文献２記載の金属缶は胴部が円筒状であるのに対して、特許文献１に記載の金属製カップは、胴部がテーパ状に形成されており、特許文献２に記載の金属缶以上に大きな加工が繰り返されるので、特許文献２記載のように単に樹脂被覆した金属板を用いるだけでは、所望の金属製カップを製造することは難しい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、所望のテーパ形状の金属製カップを確実に製造することを目的とする。

本発明の金属製カップの製造方法は、胴部に底部より開口部に向けて拡径するテーパ面を有する金属製カップの製造方法であって、表面が樹脂層により被覆された樹脂被覆金属板を絞りしごき加工することにより有底円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体の胴部に前記テーパ面を形成してテーパ筒体を成形するテーパ面形成工程とを備えるとともに、前記テーパ面形成工程より前に、前記樹脂被覆金属板又は前記筒体のいずれかの表面に、飽和炭化水素系潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程を有し、前記テーパ面形成工程の後に、前記テーパ筒体を前記飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱する加熱工程を有する。

樹脂被覆金属板は、その樹脂層が有する潤滑性により、筒体形成工程の絞りしごき加工を円滑に行うことができる。しかし、この筒体形成工程での加工により樹脂層には歪が生じており、その歪が生じた状態でさらにテーパ面形成工程で筒体の胴部にテーパ面を形成すると、樹脂層が剥離するなどの不具合が生じる。
本発明の方法では、このテーパ面形成工程の前に、飽和炭化水素系潤滑剤を表面に塗布しているので、この飽和炭化水素系潤滑剤の潤滑作用によりテーパ面形成工程を円滑に行うことができ、所望の形状の金属製カップを製造することができる。そして、このテーパ面形成工程の後に、テーパ筒体を飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱しているので、飽和炭化水素系潤滑剤を金属製カップの表面に残存させずに揮発させることができる。

また、本発明の金属製カップの製造方法は、胴部に底部より開口部に向けて拡径するテーパ面を有する金属製カップの製造方法であって、表面が樹脂層により被覆された樹脂被覆金属板を絞りしごき加工することにより有底円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体の胴部に前記テーパ面を形成してテーパ筒体を成形するテーパ面形成工程とを備え、前記樹脂層は、飽和炭化水素系潤滑剤が混入されおり、前記テーパ面形成工程の後に、前記テーパ筒体を前記飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱する加熱工程を有する。

樹脂層に潤滑剤を混入させておくことにより、筒体形成工程及びテーパ面形成工程を円滑に行わせることができる。このため、前述した潤滑剤塗布工程を省略することが可能になる。なお、加熱工程を設けたことにより、加工によって樹脂層の表面ににじみ出た潤滑剤を揮発させて消失させることができるとともに、樹脂層の加工歪を除去して密着性を高めることができる。

本発明の金属製カップの製造方法において、前記加熱工程の後に、前記テーパ筒体の開口端部にエッジを含む端部を巻き込んでなるカール部を形成するカール工程を有するとよい。

カール部を有することにより、直接口を付けて飲料を飲んでも安全である。また、加熱工程を経ているので、筒体形成工程及びテーパ面形成工程により蓄積した樹脂層の歪も除去されており、密着性が向上している。このため、このカール工程で割れや剥離等が生じることが抑制される。

本発明の金属製カップの製造方法において、前記テーパ面形成工程は、前記筒体の開口部側を拡径しながら前記テーパ面を形成する方法とすることができる。また、逆に、前記筒体の底部側を縮径しながら前記テーパ面を形成することができる。
いずれの方法でもテーパ面を形成できる。この場合、筒体形成工程は既存の飲料缶やボトル缶における筒体形成設備を流用することが可能である。

本発明によれば、テーパ面形成工程の前に飽和炭化水素系潤滑剤を塗布していることにより、樹脂被覆層の剥離等を生じることなく、円滑にテーパ面を形成することができ、テーパ形状の金属製カップを確実に製造することができる。

本発明の第１実施形態の製造方法の概略を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の製造方法の概略を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態の製造方法の概略を示すフローチャートである。 実施形態の製造方法で製造される金属製カップの缶軸を中心に半分を縦断面とした正面図である。 コイルから繰り出される樹脂被覆金属板の一部を拡大断面にした模式図である。 筒体形成工程及びテーパ面形成工程における筒体の変遷を（ａ）から（ｃ）の順に示す缶軸を中心に半分を縦断面図とした正面図である。 テーパ面形成工程における筒体の底部保持状態とパンチを示す要部の縦断面図である。 カール工程においてカーリングツールで加工している状態を示す断面図である。

以下、本発明に係る金属製カップの製造方法の実施形態を図面を参照して説明する。

本実施形態の製造方法によって製造される金属製カップ１は、図４に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板をプレス成形により有底筒状に形成したものであり、底部２の直径より開口部３の直径が大きく、全体として底部２から開口部３に向けて漸次拡径するテーパ状の胴部４を有し、開口部３に、エッジ部を含む端部を半径方向外方に巻き込んでなるカール部５が形成されている。この金属製カップ１の半径方向の中心を缶軸Ｃとする。

底部２は、凹状に湾曲したドーム部６、その外周縁に連続し、缶軸方向下方に向かうにしたがって漸次拡径する内側テーパ壁部７、内側テーパ壁部７の外周縁に連続し、金属製カップ１をテーブル等に置いたときに接地部となるリム部８、リム部８の外周端から胴部４の最下端につながるテーパ状の立ち上がり部９を連続させた形状である。

胴部４は、底部２付近と開口部３付近とに缶軸Ｃに沿うストレート状の円筒部１１，１２が形成されており、底部２から連続する下部円筒部１１の上端に、わずかな範囲で下部段部１３が形成されるとともに、カール部５に連続する上部円筒部１２の下端にも、わずかな範囲で上部段部１４が形成され、これら下部段部１３の上端と上部段部１４の下端との間が、下方から上方に向けて漸次直径が大きくなるテーパ面１５ａを有するテーパ筒部１５に形成されている。

この金属製カップ１の諸寸法は必ずしも限定されるものではないが、例えば、カール部の直径（外径）Ｄ１が７５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、接地部の直径Ｄ２が４５ｍｍ以上６０ｍｍ以下、全体の高さＨ１が８０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下、ドーム部６の深さＨ２が１ｍｍ以上１５ｍｍ以下、下部円筒部１１の直径Ｄ３が５０ｍｍ以上７０ｍｍ以下、上部円筒部１２の直径Ｄ４が７０ｍｍ以上９５ｍｍ以下、底面から下部段部１３の下端までの高さＨ３が８ｍｍ以上２５ｍｍ以下、カール部５の上端から上部段部１４の上端までの長さＨ４が８ｍｍ以上２０ｍｍ以下、水平面に対するテーパ筒部１５の角度θが８０°以上８５°以下に形成される。

次に、このような形状の金属製カップ１の製造方法の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
金属製カップ１は、図１に示すように、材料となる樹脂被覆金属板２１のコイル２２を受け入れて巻き戻しながら（コイル巻き戻し工程）、その樹脂被覆金属板２１の両面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程、潤滑剤が塗布された樹脂被覆金属板２１をプレスを用いて有底円筒状の筒体３１を形成する筒体形成工程と、その筒体３１の内面及び外面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程、筒体３１の胴部３２に底部側より開口部側の外径が大きいテーパ面１５ａを形成してテーパ筒体４１を成形するテーパ面形成工程、テーパ筒体４１を加熱して潤滑剤を揮発させる加熱工程、テーパ筒体４１の外周面にＵＶ印刷を施すＵＶ印刷工程、テーパ筒体４１の外周面のＵＶ塗料に紫外線を照射して硬化させる紫外線硬化工程、検査工程及び梱包工程を経て製造、出荷される。
以下、詳細に説明する。

［コイル巻き戻し工程］
コイル２２として受け入れられる樹脂被覆金属板２１は、図５に示すように、アルミニウム合金からなる金属板２３の両面に、ポリエステルフィルム、例えばポリテトラフルオロエチレンからなる樹脂層２４が形成されている。これらの厚さは限定されないが、金属板２３が０．２３ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、樹脂層２４が３μｍ以上４０μｍ以下である。
このコイル２２を巻き戻しながら、次の工程に樹脂被覆金属板２を供給する。

［潤滑剤塗布工程（１）］
この潤滑剤塗布工程（１）では、コイル２２から繰り出される樹脂被覆金属板２１の両面に飽和炭化水素系潤滑剤を塗布する。この飽和炭化水素系潤滑剤としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、流動パラフィン、ペトロラタム、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、エチレン－プロピレンワックス等であり、融点が３５℃以上６０℃以下のものが選択される。この潤滑剤を樹脂被覆金属板２１の両面に、０．４ｍｇ／ｍ^２以上３．０ｍｇ／ｍ^２以上の塗布量で均一に塗布する。
なお、後述するように、目的とする金属製カップの形状や大きさ、あるいは樹脂層２４の性状等によっては、この潤滑剤塗布工程を省略することが可能である。

［筒体形成工程］
次に、筒体形成工程では、潤滑剤が塗布された樹脂被覆金属板２１を打ち抜いて絞り加工することにより、図６（ａ）に示すように比較的大径で浅いカップ３５を形成する絞り成形、このカップ３５をしごき及び再絞り成形することにより、カップ３５より小径で図６（ｂ）に示すように所定高さの有底円筒状の筒体３１を形成するしごき・再絞り成形、その筒体３１の開口端部をトリミングして高さを周方向に揃えるトリミングの処理を得て、筒体３１（トリミング後も筒体として同一符号を付す）が形成される。この筒体形成工程では、筒体２１の底部２は、金属製カップ１の底部２の最終形状に仕上げられ、ドーム部６、リム部８等を有している。

なお、通常の飲料缶に用いられている、いわゆる２ピース缶も、同様の筒体形成工程を経て製造される。この２ペース缶では、この筒体形成工程の特にしごき・再絞り成形において、ソリュブルオイルが用いられ、筒体表面がソリュブルオイルで濡れた状態に仕上げられるが、この実施形態では、金属板２３の両面が樹脂層２４により被覆されているとともに潤滑剤が塗布されているため、ソリュブルオイルは用いない。したがって、２ピース缶で実施されている筒体形成工程後の洗浄、乾燥工程も本実施形態では実施しない。

［潤滑剤塗布工程（２）］
次に、得られた筒体３１の表面に潤滑剤を塗布する。この潤滑剤も前述した潤滑剤塗布工程（１）と同じ飽和炭化水素系潤滑剤が用いられ、筒体の内面及び外面に、０．４ｍｇ／ｍ^２以上３．０ｍｇ／ｍ^２以上の塗布量で均一に塗布される。
なお、筒体形成工程の前に潤滑剤が塗布されているため、筒体形成工程終了後にその潤滑剤が筒体３１の表面に所定量残存している場合は、この筒体形成工程後の潤滑剤塗布工程（２）は省略できる。

［テーパ面形成工程］
次いで、筒体３１の胴部３２にテーパ面１５ａを形成する。このテーパ面形成工程では、図７に示すように、筒体３１の底部２をチャック５１により保持した状態で、筒体３１に開口部側からパンチ５２を押し込んで、筒体３１の胴部３２を、底部側より開口部側に向けて拡径する。チャック５１による底部２の保持状態は維持したまま、外径の異なる複数のパンチ５２を用いて、外径の小さい順にパンチを押し込んで、筒体３１の胴部３２を徐々に拡径することが行われる。この場合のパンチとしては、図示は省略するが、例えば、先端の小径部に対して大径部を形成した段付きパンチと、外周面が滑らかなテーパ面に形成されたテーパパンチとが複数の外径で用意される。そして、筒体３１を段付きパンチで加工することにより、筒体３１の外周面に段部を形成し、段付きパンチを筒体３１から引き抜いた後、その段部をテーパパンチによって滑らかなテーパ面に形成するという加工を繰り返して、全体をテーパ面１５ａに形成する。あるいは、複数の外径の段付きパンチにより連続して加工することにより、筒体３１の外周面に、径の異なる複数の段部を底部２から開口部にかけて多段状に形成し、その各段部を対応するテーパパンチで滑らかに整形して、全体をテーパ面１５ａに形成するようにしてもよい。

また、このテーパ面形成工程において、材料が伸ばされるので、材料の部分的な伸びのばらつきにより、開口端縁が周方向に波打つように高さにばらつきが生じやすい。そこで、切断ツールを使ったトリミング工程により開口端部を切り取って高さを揃えた状態とする。

［カール部形成工程］
次に、テーパ面１５ａを形成したテーパ筒体４１の開口端部に、ストレートの円筒部１２´が形成されており、この円筒部１２´にカール部５を形成する。この工程においても、図８に示すように、テーパ筒体４１の底部２をテーパ面形成工程で用いたチャック５１による保持状態が維持され、円筒部１２´の開口端にカーリングツール５５，５６を押し付けながら周方向に旋回させることにより、テーパ筒体４１の開口端部のエッジを含む端部を拡開しながら折り返して、カール部５を形成する。これにより、金属製カップ１が形成される。

［加熱工程］
カール部形成工程後の金属製カップ１を１００℃以上２４０℃以下の温度に加熱し、その到達温度に１分以上１０分以下の時間保持する。先に塗布しておいた飽和炭化水素系潤滑剤は、融点が３５℃以上６０℃以下であるので、この加熱工程において揮発し消失する。その揮発を促進させるため、オーブンを用い、内部を通風することにより乾燥させる。
また、ここまでの工程で、金属製カップ１は筒体形成工程、テーパ面形成工程、カール部形成工程等で繰り返し加工が施されているため、樹脂層２４に歪が生じており、樹脂層２４が剥離するおそれがある。この加熱工程を経ることにより、樹脂層２４の歪が除去され、密着性が向上する。

［ＵＶ印刷工程］
必要な場合、ＵＶ印刷工程が施される。
このＵＶ印刷工程は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型インクを用いてインクジェット印刷機により金属製カップ１の胴部４あるいは底部２の外面に製造ロット等の印刷を施す工程である。

［紫外線硬化工程］
印刷された紫外線硬化型インクに紫外線を照射して硬化させる。

［検査工程］及び［梱包工程］
上記のようにして製造された金属製カップ１は、内面及び外面の外観検査等の検査工程を経て、梱包される。梱包は、一つの金属製カップ１の中に開口部３から他の金属製カップ１を底部２から挿入する操作を順次繰り返すことにより、複数の金属製カップ１をスタックした状態とし、これを梱包材により梱包して、出荷される。

このようにして製造される金属製カップ１は、テーパ面形成工程の前に、飽和炭化水素系潤滑剤を表面に塗布しているので、この飽和炭化水素系潤滑剤の潤滑作用によりテーパ面形成工程を円滑に行うことができ、所望の形状の金属製カップを製造することができる。そして、このテーパ面形成工程の後に、テーパ筒体４１を飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱しているので、飽和炭化水素系潤滑剤を金属製カップ１の表面に残存させずに揮発させることができる。

＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態の製造方法を示している。この第２実施形態では、筒体形成工程後に、筒体の外周面に印刷を施す点が第１実施形態と異なっている。
具体的には、筒体形成工程後に、加熱工程、印刷工程、焼付工程を経て、筒体の外周面に印刷される。
［加熱工程］
筒体形成工程の前に潤滑剤塗布工程（１）により飽和炭化水素系潤滑剤が塗布されている場合、筒体形成工程後に筒体３１に残存する潤滑剤を揮発させる。具体的方法は、第１実施形態で説明した加熱工程と同様である。この工程では、後に印刷工程で筒体の外周面にインクを塗布するため、外周面に潤滑剤が残存しているとインクが十分に付着しないので、印刷工程の前に潤滑剤を消失させるのである。
［印刷工程］
印刷工程では、筒体３１を印刷機に供給し、印刷機において筒体３１をその缶軸Ｃを中心に回転させながら、下地塗装し、その下地塗装した後に印刷を施し、その印刷面に透明な塗膜（オーバーコート又は仕上げニス）を形成する。
［焼付工程］
印刷工程後に、筒体３１をオーブン内に通して印刷層及び塗膜を焼き付け、乾燥させる。

そして、第１実施形態で説明した［筒体への潤滑剤塗布工程］以降の工程を経て、金属製カップ１が製造される。

なお、第１及び第２実施形態において、筒体形成工程の前に潤滑剤塗布工程（１）を設けたが、金属板２３の両面に樹脂層２４が形成されているので、目的とする金属製カップの形状、大きさ等によっては、筒体形成工程の前の潤滑剤塗布工程（１）は省略することが可能である。

さらに、潤滑剤塗布工程（１）（２）と潤滑剤を２回塗布することとしたが、前述したように、筒体形成工程後にその潤滑剤が筒体の表面に所定量残存している場合は、筒体形成工程後の潤滑剤塗布工程（２）を省略することができる。
第２実施形態では、筒体形成工程前の潤滑剤塗布工程（１）を省略したときは、印刷工程前の加熱工程も不要になる。

＜第３実施形態＞
上記各実施形態では飽和炭化水素系潤滑剤の塗布工程を設けたが、第３実施形態では、樹脂被覆金属板２１の樹脂層２４に飽和炭化水素系潤滑剤を混入しておく。
したがって、この第３実施形態では、潤滑剤塗布工程が省略され、図３に示すように、材料となる樹脂被覆金属板２１のコイル２２を受け入れて巻き戻しながら（コイル巻き戻し工程）、プレスを用いて有底円筒状の筒体３１を形成する筒体形成工程と、筒体３１の胴部３２に底部側より開口部側の外径が大きいテーパ面１５ａを形成してテーパ筒体４１を成形するテーパ面形成工程、テーパ筒体４１を加熱する加熱工程、ＵＶ印刷工程、紫外線硬化工程、検査工程及び梱包工程となる。

この第３実施形態における加熱工程は、樹脂被覆金属板２１の樹脂層２４中の飽和炭化水素系潤滑剤が筒体形成工程等によって表面ににじみ出る場合があるので、その表面ににじみ出た潤滑剤を加熱によって揮発させて消失させ、また、樹脂層２４中の加工歪を除去して密着性を向上させるために行う。
この製造方法（第１～第３実施形態）により製造される金属製カップ１は、通常の２ピース缶の飲料缶とは異なり、飲料等が充填されることなく販売される。このため、出荷後に充填工場で加熱されることがなく、樹脂層２４の密着性が良好に維持される。
なお、この第３実施形態においても、第１及び第２実施形態で実施したテーパ面形成工程の前の潤滑剤塗布工程（２）及びその後の加熱工程を追加的に実施することは可能である。

Ｃ 缶軸
１ 金属製カップ
２ 底部
３ 開口部
４ 胴部
５ カール部
６ ドーム部
７ 内側テーパ壁部
８ リム部
９ 立ち上がり部
１１ 下部円筒部
１２ 上部円筒部
１３ 下部段部
１４ 上部段部
１５ テーパ筒部
１５ａ テーパ面
２１ 樹脂被覆金属板
２２ コイル
２３ 金属板
２４ 樹脂層
３１ 筒体
３２ 胴部
４１ テーパ筒体

Claims (5)

1. 胴部に底部より開口部に向けて拡径するテーパ面を有する金属製カップの製造方法であって、表面が樹脂層により被覆された樹脂被覆金属板を絞りしごき加工することにより有底円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体の胴部に前記テーパ面を形成してテーパ筒体を成形するテーパ面形成工程とを備えるとともに、前記テーパ面形成工程より前に、前記樹脂被覆金属板又は前記筒体のいずれかの表面に、飽和炭化水素系潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程を有し、前記テーパ面形成工程の後に、前記テーパ筒体を前記飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱する加熱工程を有することを特徴とする金属製カップの製造方法。
2. 胴部に底部より開口部に向けて拡径するテーパ面を有する金属製カップの製造方法であって、表面が樹脂層により被覆された樹脂被覆金属板を絞りしごき加工することにより有底円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体の胴部に前記テーパ面を形成してテーパ筒体を成形するテーパ面形成工程とを備え、
   前記樹脂層は、飽和炭化水素系潤滑剤が混入されており、
   前記テーパ面形成工程の後に、前記テーパ筒体を前記飽和炭化水素系潤滑剤の融点以上に加熱する加熱工程を有することを特徴とする金属製カップの製造方法。
3. 前記加熱工程の後に、前記テーパ筒体の開口端部にエッジを含む端部を巻き込んでなるカール部を形成するカール工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属製カップの製造方法。
4. 前記テーパ面形成工程は、前記筒体の開口部側を拡径しながら前記テーパ面を形成する方法とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属製カップの製造方法。
5. 前記テーパ面形成工程は、前記筒体の底部側を縮径しながら前記テーパ面を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属製カップの製造方法。

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