JP2023522449A - 積層金属シートから２ピース缶本体を製造するための方法および装置、ならびにそれによって製造される２ピース缶本体 - Google Patents

Abstract

本発明は、積層金属シートを絞り加工およびしごき加工することによって２ピース缶本体を製造するための方法および装置に関し、より具体的には、缶本体のしごき加工中の缶本体の積層層の摩耗損傷または引っかき傷の防止する処理方法、およびそれによって製造される絞り加工およびしごき加工された２ピース缶本体に関する。

Description

本発明は、積層金属シートを絞り加工およびしごき加工することによって２ピース缶本体を製造するための方法および装置に関し、より具体的には、しごき加工中の缶本体の積層層の摩耗損傷または引っかき傷を防止する処理方法、およびそれによって製造される絞り加工およびしごき加工された２ピース缶本体に関する。

包装のための積層金属シートは、金属シートと、金属シートの片面または両面を覆う積層層とを備え、この積層層は、熱接合によって、または金属シートへの直接的な押し出し加工によって金属シートに積層層を積層することによって製造される。積層層は、１つまたは複数の熱可塑性ポリマー層を備える。

積層金属シートは、２ピース缶の製造において使用される。このような缶は、ベース部および少なくとも片面が積層層によって被覆されたシート金属からの筒状本体を備える缶本体と、缶本体に結合される蓋部とからなる。

缶本体の製造のために、積層金属シートからディスク（通常は、円形状）が製造され、次いで、このディスクは、少なくとも外側に積層層を有するカップへと深絞り加工され、その後、このカップは、壁しごき加工によって缶本体へと成形され、壁しごき加工は、絞りおよびしごき加工機械におけるパンチを使用して、再絞り加工リングおよび１つまたは複数の壁しごき加工リング（図１を参照）を通じて連続的にカップをパンチングすることによって単一ストロークで行う。ＪＰ２００００４２６４４、ＥＰ０４０２００６、ＷＯ２０１９１５４７４３、ＧＢ２５４７０１６などにおけるように、パンチの外部形状は、典型的には円柱形状であり、故に、回転対称であり、動作部にわたって同一の直径を有し得、またはパンチは動作部にわたって異なる直径を有し得る。

典型的には、別個のパンチが、絞りおよびしごき加工機械における往復運動するラムの前端部に取り外し可能に固定される。パンチは、缶が１つまたは複数の壁しごき加工リングを通過するときに、そこで缶が成形、絞り加工、およびしごき加工される内側心棒を提供する。パンチの温度は、パンチと、缶本体の内側と、パンチがそこを通過して移動する１つまたは複数の壁しごき加工リングとの間の反復的な摩擦接触によって生成される熱に起因して上昇する。壁しごき加工中に、積層層自体において剪断力が過剰に高くなることがある。この過剰な剪断力は、積層層を損傷するリスクの増加をもたらす。損傷の１つの種類は、いわゆる引っかき傷または摩耗であり、これは積層層を損傷し、金属基板と壁しごき加工ツールとの間の直接的な接触、および／または、視覚的に許容できない積層層の仕上げ、もしくは、深刻な場合には、缶本体の壁の破断をもたらし得る。引っかき傷または摩耗損傷を防止するために、壁しごき加工ツールと積層層との間の適切な潤滑が重要であり、この潤滑は、ポリマー層自体によって提供され得る（ドライ処理）。しかしながら、変形処理のせいで、金属シート、積層層、再絞り加工リング、しごき加工リングおよびパンチの温度は上昇する。積層層の温度が増加すると積層層を損傷するリスクは増加する。従って、壁しごき加工ツールの温度は、積層層を損傷するリスクが発生し始める臨界値よりも低く保たれなければならず、これは、それによって絞り加工および壁しごき加工の製造速度が制限されることを意味する。この臨界値は、積層層の組成に依存する。従来の缶形成においては、外部から適用された冷却流体が動作温度条件を維持する。しかしながら、外部から適用される冷却流体は容器の表面を汚染することがあり、それにより高コストの成形後の洗浄プロセスを必要とし、環境的にも望ましくないことがあるので、ドライＤＷＩ処理においては外部から適用される冷却流体は使用されない。

ＵＳ２０３００８４６９９は、絞りおよびしごき加工機械における往復運動するラムの端部に設置されたパンチの内部表面を冷却することを可能とする外周チャンネルに冷媒を提供する手段を備えるパンチアセンブリ（punch assembly）を開示している。しかしながら、このパンチアセンブリの適用は、缶本体の摩耗損傷および引っかき傷を依然として起こすことが分かっており、特に、缶本体の高圧下率（high reduction）および高速での製造においてはそうである。

積層層の摩耗損傷または引っかき傷を起こすことなく、積層金属シートから製造される２ピース缶のための缶本体を製造する方法を提供することが本発明の目的である。

積層層の摩耗損傷または引っかき傷を起こすことなく、より高速／高圧下率で積層金属シートから製造される２ピース缶のための缶本体を製造する方法を提供することも本発明の目的である。

上昇した製造速度で、積層層の引っかき傷を起こすことなく、２ピース缶のための缶本体を製造するための方法を提供することも本発明の目的である。

本発明による缶本体を製造するための装置を提供することも本発明の目的である。

本発明の目的のうちの１つまたは複数は、請求項１に記載の方法：深絞り加工および壁しごき加工によって、積層金属シートから、２ピース缶のための、ベース部と筒状本体とを備える缶本体を製造するための方法であって、
前記方法が、前記積層金属シートからディスクを作製し、前記ディスクをカップへと深絞り加工し、次いで、前記カップを再絞り加工し、次いで、前記再絞り加工されたカップを壁しごき加工によって缶本体へと成形することを含み、
前記壁しごき加工が、内部冷却パンチアセンブリによって、前記再絞り加工されたカップを１つまたは複数の壁しごき加工リングを通じてパンチングすることにより単一ストロークで行われ、
前記パンチアセンブリが、前記缶本体の前記筒状本体上の積層層の摩耗損傷または引っかき傷を防止するように前記缶本体の製造中に効率的に前記パンチを内部冷却するために、
ラム（１４）、
前記ラムに、取り付けられた、好ましくは取り外し可能に取り付けられたパンチ（１）、ここで、前記パンチアセンブリは、前記パンチの表面の下方において、前記パンチの遠位端部に近い位置（１５ａ）と前記パンチの近位端部に近い位置（１５ｂ）との間に、内部環状空洞（１５）を備える、ならびに、
冷却流体を前記内部環状空洞内に供給するための複数の冷却流体入口（１６）および前記冷却流体を前記内部環状空洞から除去するための複数の冷却流体出口（１７）
を備え、
前記内部環状空洞には、前記パンチの内部冷却の効率を向上させるための手段が設けられ、
前記パンチの内部冷却の効率を向上させるための前記手段が、前記冷却流体入口から前記冷却流体出口への前記冷却流体の進行中に前記冷却流体における乱流（turbulence）を増加させ、前記パンチから熱を取り去るためのより大きな冷却表面を提供する前記内部環状空洞における障害物（obstacle）（１８）からなり、
前記障害物が、
不連続的障害物（１８）、例えば、シェブロン（chevron）、円柱（cylinder）、不連続的壁（discontinuous wall）もしくは不連続的ジグザグ壁（discontinuous zigzag wall）、または、
前記冷却流体入口から前記冷却流体出口へと前記冷却流体を導くために前記内部環状空洞において複数の螺旋状冷却チャンネル（helical cooling channel）を区切る複数の隣り合う螺旋状壁（helical wall）の形態の連続的障害物（１８）
からなり、
前記ラムが、前記冷却流体を前記冷却流体入口に供給し、前記冷却流体を前記冷却流体出口から除去するための手段を備え、
ａ．前記冷却流体入口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、前記冷却流体出口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、あるいは、
ｂ．前記冷却流体入口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、前記冷却流体出口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、あるいは、
ｃ．一部の前記螺旋状冷却チャンネルの前記冷却流体入口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、対応する前記冷却流体出口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、残りの前記螺旋状冷却チャンネルの前記冷却流体入口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、対応する前記冷却流体出口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、その結果、いくつかの前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの前記遠位端部から前記近位端部へと前記冷却流体を導き、残りの前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの前記近位端部から前記遠位端部へと前記冷却流体を導き、好ましくは、前記冷却流体の方向が、１つの螺旋状冷却チャンネルとその隣り合う螺旋状冷却チャンネルとで交互に切り換わり、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置される、前記方法によって達成される。

従って、本発明は、３つの異なる変形例ａ、ｂおよびｃを具現化する。変形例ａおよびｂは、不連続的障害物または連続的障害物（螺旋状冷却チャンネル）を有する内部環状空洞における冷却液体のための入口および出口の位置において異なる。

変形例ｃは、内部環状空洞に螺旋状冷却チャンネルの形態の連続的障害物が設けられる実施形態にだけ関係する。

好ましい実施形態は、従属請求項において提供される。

図１は、深絞り加工によって予備成形されたカップ３が、壁しごき加工によって仕上げられた缶本体９へと成形する方法を示す図である。 図２は、例えば、壁しごき加工リング６を通じて形成される缶壁の一部の通路を示す詳細図である。 図３は、典型的には絞りおよびしごき加工機械における往復運動するラム１４の前端部に取り外し可能に固定されるパンチ１を示す図である。 図４は、隣り合う螺旋状冷却チャンネルを形成する連続的障害物を有するパンチの断面を示す図である。 図５Ａは、螺旋状の連続的障害物１８を有するインサート２０の外側表面を示す図である。 図５Ｂは、図４において使用されているものと同一のインサートの断面を示す図である。 図６Ａは、内部環状空洞の異なる例、すなわち、障害物のない内部環状空洞（Ａ：従来技術）を示す図である。 図６Ｂは、内部環状空洞の異なる例、すなわち、不連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｂ：冷却流体の流れに対して垂直な短い壁）を示す図である。 図６Ｃは、内部環状空洞の異なる例、すなわち、不連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｃ：円形状の柱部）を示す図である。 図６Ｄは、内部環状空洞の異なる例、すなわち、不連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｄ：シェブロン）を示す図である。 図６Ｅは、内部環状空洞の異なる例、すなわち、不連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｅ：ジグザクチャンネル）を示す図である。 図６Ｆは、内部環状空洞の異なる例、すなわち、連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｆ：チャンネルの壁を形成する連続的障害物によって形成された６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル）を示す図である。 図７は、様々な例の表面温度を示す図である。 図８は、この表面温度の低下効果を示す図である。

パンチは、ラムの端部に取り付けられる。好ましくは、パンチはラムに取り外し可能に取り付けられる。これは、その外側表面が缶本体に直接的に接触するパンチが、例えば、もしもパンチが損耗または損傷されたとしたら、ラムを交換する必要なしに、交換可能であることを意味する。しかしながら、本発明は、１つの一体的部品を形成するラムおよびパンチ、すなわち、パンチが取り外し可能にラムに取り付けられておらず、内部環状空洞が一体的なラムおよびパンチの組合せ内に空洞を形成するラムおよびパンチによっても具現化される、もしもパンチ部分がラムに溶接されるならば、パンチはもはやラムから容易に取り外され得ないので、パンチはラムおよびパンチの組合せの一体的部品を形成すると見なされる。このような構成においては、もしもパンチ部分が損耗または損傷されたならば、ラムおよびパンチの組合せが交換されなければならない。

パンチが取り外し可能に取り付けられている場合、内部環状空洞における障害物は、好ましくはパンチの一部であり、故に、パンチが取り外されるときに障害物はパンチとともに取り外される。より好ましくないのは、障害物はラムに直接的に形成され、故に、もしもパンチがラムから取り外されたとしても、障害物はラムに残される。これらの２つの実施形態は、パンチがラムに装着されたとき、形態的には同一である。

本発明による方法は、冷却効率を増加させることによるパンチアセンブリの内部冷却の向上に基づく。これは、パンチ内を通過している冷却流体における乱流の度合いを増加させることによって、および、冷却流体とパンチとの間の接触面を増加させることによって達成される。本発明のやり方は、内部環状空洞に別個のまたは連続的障害物を置くことによって冷却流体における乱流の増加、および冷却流体とパンチとの間の接触面を増加させることを達成する。パンチは、壁しごき加工工程中に缶本体の側壁に接触するパンチの表面のすぐ下方にパンチの長さにわたって延在する内部環状空洞を備える。パンチの表面と内部環状空洞との間の距離、すなわち壁厚は、深絞り加工および壁しごき加工処理の機械的応力に耐え、その寸法を維持するために十分に厚くなければならないが、空洞を通って流れる冷却流体への内部環状の表面からの熱伝達を最大化するために十分に薄くなければならない。この内部環状空洞を通って、冷却流体は、内部環状空洞の一方の端部の冷却流体入口から内部環状空洞の他方の端部の冷却流体出口へと導かれ得る。このようにして、熱は、冷却流体によってパンチから連れ去られ得、パンチの表面温度は、引っかき傷または摩耗損傷を防止するための臨界値よりも下に保たれ得る。従来技術の状況のように内部環状空洞に如何なる障害物もないときは、冷却流体は、冷却流体入口と出口との間を直接的におよび層状に流動する。これは、冷却流体が熱を吸収するために僅かな時間しか有さないこと、また、層状の流れの結果、冷却流体の冷却能力が効率的に使用されないことを意味する。通常、再絞り加工リングおよびしごき加工リングも内部冷却チャンネルを有し、これは缶本体の外側積層層を冷却することが留意される。しかしながら、熱の大部分は冷却されたパンチによって放散され、というのは、冷却されたパンチは積層層とのはるかに長い接触時間、および積層層とのはるかに大きな接触面積を有するからである。

冷却流体は特に限定されない。水、好ましくは脱塩水が、非常に適していることが判明している。耐食剤が冷却流体に付加されてよい。

障害物は、冷却流体の流れを細分化し、またパンチの冷却表面を増加させ、従って、乱流は層状の流れが吸収することができる熱よりも多くの熱を吸収することができるので、パンチから冷却流体へと熱を渡す能力は冷却表面の増加および乱流の増加の両方の結果として増加する。

本発明の実施形態において、内部環状空洞における不連続的障害物は、例えば、柱部（円柱形状または他の形状）、シェブロン、空洞を通る冷却流体の流れに対して垂直または角度を有する不連続的な短い壁、または不連続的ジグザグ壁から構成され得る。パンチの外部形状は、好ましくは、ラムの中心線に関して回転対称である。

連続的障害物は、冷却流体が冷却流体入口と冷却流体出口との間でより長い経路をとることおよび内部環状空洞における不連続的障害物の存在の結果として内部環状空洞の接触面がより大きくなることを障害物が強いるので、冷却流体とパンチとの間の接触時間を延長する。また、連続的障害物の存在に起因して経路がより長いことの結果として、冷却流体が流動しなければならない領域がより小さくなり、これは、流体における乱流を増加させる。

従って、本発明による方法は、従来技術のパンチと比べて、パンチのより効率的な冷却、従ってパンチのより低い表面温度をもたらす。より冷たいパンチ温度は、壁しごき加工処理中に、より低い積層層温度をもたらし、故に、引っかき傷または摩耗損傷を、このような損傷を被りやすい積層層において防止し、積層層における引っかき傷または摩耗損傷のリスクが顕在化するパンチ温度が従来技術の状況と比べてより高い製造速度において達成されるので、缶本体の製造速度を増加させることを可能とする。

本発明の１つの実施形態（変形例ａ）において、冷却流体入口はパンチの遠位端部により近くなるように配置され、冷却流体出口はパンチの近位端部により近くなるように配置される。好ましくは、入口および出口はパンチの外周の周りに規則的なパターンで配置される。本発明の別の実施形態（変形例ｂ）において、冷却流体入口はパンチの近位端部により近くなるように配置され、冷却流体出口はパンチの遠位端部により近くなるように配置され、好ましくは、入口および出口はパンチの外周の周りに規則的なパターンで配置される。変形例ａおよびｂにおいて、パンチの内部冷却の効率を向上させる手段は、不連続的障害物からなり、または内部環状空洞において複数の螺旋状冷却チャンネルを区切る複数の隣り合う螺旋状壁の形態の連続的障害物からなる。

本発明の別の実施形態（変形例ｃ）において、連続的障害物は内部環状空洞における螺旋状壁であり、故に、内部環状空洞において螺旋状冷却チャンネルを形成する。この実施形態において、一部の冷却流体入口はパンチの遠位端部により近くなるように配置され、残りの冷却流体入口はパンチの近位端部により近くなるように配置され、その結果、螺旋状冷却チャンネルのうちのいくつかはパンチの遠位端部から近位端部へと冷却流体を導き、残りの冷却チャンネルはパンチの近位端部から遠位端部へと冷却流体を導き、好ましくは、冷却流体の方向は１つの螺旋状冷却チャンネルとその隣り合う螺旋状冷却チャンネルとで交互に切り換わる。

螺旋は、螺旋階段のような形状であることが留意される。これは、固定的な軸に対して一定の角度を有する接線を有する滑らかな空間曲線の一種である。半径ａで傾斜がｂ／ａ（またはピッチ２πｂ）の円螺旋は、以下の：
ｘ（ｔ）＝ａ・ｃｏｓ（ｔ）、ｙ（ｔ）＝ａ・ｓｉｎ（ｔ）、ｚ（ｔ）＝ｂ・ｔ
というパラメータ表示によって表される。

本発明によると、螺旋状連続的障害物の数は、複数の、好ましくは少なくとも３つの螺旋状冷却チャンネルが形成されるようにならなければならない。各螺旋状冷却チャンネルは、それ自体の冷却流体入口とそれ自体の冷却流体出口とを備えることが好ましい。発明者は、チャンネルの長さが、冷却流体がパンチの加工表面を効果的および効率的に冷却することができる長さになるので、３つ以上の螺旋状冷却チャンネルが非常に効率的な冷却につながることを見出した。１つまたは２つの冷却チャンネルでは、冷却の効率は著しく低減され、積層層の引っかき傷または摩耗損傷の危険は増加する。好ましくは、パンチは、少なくとも４つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より好ましくは少なくとも５つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より一層好ましくは少なくとも６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネルを備える。発明者は、６つのチャンネルが、パンチの設計を過剰に複雑化させることのない冷却能力の最適な組み合わせをもたらしたことを見出した。好ましくは、冷却流体のための入口および出口はパンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、すなわち、外周の周りの各入口または出口の間は６つのチャンネルの実施形態のためには６０°であり、５つのチャンネルの実施形態のためには７２°である。１つの入口によって２つ以上の螺旋チャンネルに供給すること、または１つの出口によって２つ以上の螺旋チャンネルを水抜きすることが可能であるが、各チャンネルがそれ自体の冷却流体入口によって供給され、それ自体の冷却流体出口によって水抜きされることが好ましい。冷却流体のための別個の入口および出口は、隣り合う螺旋状冷却チャンネルの間で流動方向を交互に切り換え、それによって、パンチの更により均一な冷却を潜在的に達成することも可能とする。

パンチの遠位端部または近位端部に配置された入口、およびパンチの近位端部または遠位端部に配置された対応する出口の利点は、最大の冷却効果が達成され得るために冷却液体がパンチの一方の端部の入口から他方の端部に直接的に進行するだけであることを意味する。ＪＰ２００６０５５８６０、ＪＰ２００６－５５８６０、ＪＰ２００５－２８８４８３などの従来技術においては、冷却液体のための入口および出口がすべてパンチの近位端部に位置されているので、冷却液体はパンチを上がったり下がったりして進行しなければならない。ＪＰ２００６０５５８６０は連続的なジグザグチャンネルを有するパンチを開示し、一方、およびＪＰ２００６－５５８６０およびＪＰ２００５－２８８４８３は、単一の螺旋チャンネルを有する実施形態、および冷却液体が導かれる連続的なジグザグチャンネルを有する実施形態を示している。

ＪＰ２００６０５５８６０、ＪＰ２００６－５５８６０、ＪＰ２００５－２８８４８３などの従来技術において、戻ってきた暖められた冷却液体は、より冷たい冷却液体と出会い、それによって、到来する冷却液体を温める。これは、到来する冷却液体の冷却能力を減じ、そのため、冷却されるパンチの冷却効率を全体として減少させる。従って、本発明による構成と比べて、これらの従来技術の構成が有する冷却能力は一層著しく減少される。

パンチの外部温度は、例えば、パンチ温度の直接的な接触によるまたは非接触による測定によって、またはパンチに出入りする冷却流体の温度を監視することによって、継続的に監視され得る。本発明の実施形態において、パンチアセンブリの温度は温度制御ユニットによって制御され、温度制御ユニットは、缶本体の製造の速度を適合させることによって、および／または、内部環状空洞に進入する冷却流体の流速を適合させることによって、および／または内部環状空洞に進入する冷却流体の温度を適合させることによって、パンチの温度を制御することができる。

実施形態において、再絞り加工リングおよび１つまたは複数のしごき加工リングも内部冷却チャンネルを有し、これは深絞り加工および壁しごき加工中に缶本体の外側積層層を冷却することを可能とする。

本発明は、請求項６に記載のパンチアセンブリにおいても具現化される。好ましい実施形態は従属請求項において提供される。

本発明によるパンチは、２つのやり方で障害物を備え得る。不連続的または連続的障害物が設けられた内部環状空洞は構造的に非常に複雑であるので、３Ｄプリンティングなどの積層造形によってパンチを製造することが好ましい。積層造形によって、缶本体の積層層と（使用時に）接触する外部表面を有し、内部環状空洞において複雑な内部構造を含むパンチが、１つの一体的な部品として、１つの製造工程において製造され得る。例えば、図４において説明されたパンチは、パンチスリーブ１９およびインサート２０が１つの部品として作製され得るように、積層造形によって１つの製造工程において製造され得、そこでは、スリーブおよびインサートは１つの部品として、すなわち１つの一体的部品として組み合わされ、従って、分離不可能である。パンチが積層造形によって製造されているので、内部環状空洞におけるチャンネルまたは障害物は、パンチの残りの部分と同時に製造される。内部環状空洞における不連続的障害物の入り組んだ形状を有するこのようなパンチの製造は、古典的な機械加工では、１つの部品として、すなわち１つの一体的な部品として製造され得ない。

代替例として、パンチは、少なくとも２つの部品、すなわちパンチスリーブとインサートとから製造され得、これらは、一体に結合されたときに、別個のまたは連続的障害物、例えば、隣り合う螺旋チャンネルを有する内部環状空洞を形成する。障害物を有するインサートは、積層造形（ＡＭ）によって製造され得、インサートは、工具鋼、ＷＣなどの超硬合金、または銅もしくは銅合金などのＡＭに適した材料から冷却流体入口および冷却流体出口も備え得る。代替的に、インサートは、例えば、工具鋼、またはステンレス鋼、銅もしくは銅合金などの他の適切な材料からインサートを機械加工することによって製造され得る。

内部環状空洞において一体化された内部構造を有するパンチ、または内部環状空洞において（パンチスリーブとの組み付け後に）別個のまたは連続的障害物を有するインサートの材料は、好ましくは、ＷＣなどの超硬合金、または銅もしくは銅合金などのＡＭに適した材料である。

本発明は、本発明による方法または装置によって製造される缶本体においても具現化される。

包装のための積層金属シートは、金属シートと、金属シートの少なくとも片面を覆う積層層とを備える。このような積層金属シートは、積層層を金属シートに積層することによって製造される。積層層は、積層層を金属シートに熱接合することによって、または、積層層と金属シートとの間に接着促進剤を使用することによって、または、接着層を備える積層層を使用することによって、金属シートに適用される。積層層は、インライン製造され得、一体化された積層工程において金属シートに積層され得、または、前もって製造された積層層が別個の積層処理工程において金属シートに積層され得る。代替的な積層方法は、フラットダイによって積層層を押し出し、積層層を金属シートに直接的に積層することである。

本発明のしごき加工方法は、冷間圧延鋼、ブラックプレート、ぶりき板、ＥＣＣＳ、ＴＣＣＴ（登録商標）、亜鉛めっき鋼、またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金などの金属シートからなる群から選択された金属シートをしごき加工するために特に効果的である。金属シートは、好ましくはコイル形態で供給される。

金属シートは、好ましくは、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、および他の熱可塑性樹脂から選択された有機樹脂によって片面または両面が被覆される。本発明を適用可能な樹脂フィルムは、単一層、または２つ以上の層によって形成されるフィルムであってよく、好ましくは、熱可塑性樹脂、特にはポリエステル樹脂のフィルムである。

ポリエステル樹脂は、好ましくは、エチレンテレフタレート、エチレンイソフタレート、ブチレンテレフタレートまたはブチレンイソフタレートなどのエステル単位を有し、好ましくは、これらから選択された少なくとも１種類のエステル単位から主になるポリエステルである。各エステル単位は、コポリマーであってよく、またはポリエステルは２種類以上のエステル単位のホモポリマーまたはコポリマーの混合であってよい。酸成分として、例えば、ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸もしくはトリメリット酸を含有する他のエステル単位、または、アルコール成分として、例えば、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールもしくはペンタエリスリトールを含有する他のエステル単位を使用することも可能である。

ポリエステルは、ホモポリエステルもしくはコポリエステルまたはこれらのうちの２つ以上の混合から構成される２つ以上のポリエステル層の積層であり得る。例えば、ポリエステルフィルムは、高い熱接着性の共重合されたポリエステル層を下側層として、高強度、高熱耐性、および腐食性物質に対する高遮断特性のポリエステルまたは改質されたポリエステル層を上側層として有し得る。

樹脂フィルムは、単一層フィルムの場合、好ましくは５～１００μｍの厚さ、より好ましくは１０～４０μｍの厚さを有する。５μｍよりも小さい厚さを有する如何なるフィルムも表面処理された鋼シート上への積層が非常に困難であり、絞り加工、または絞りおよびしごき加工時に欠陥のある樹脂層をもたらすことが多く、缶が形成されて内容物で充填されたときに腐食性物質に対する不浸透性において十分でない。厚さの増加は、十分な不浸透性をもたらすが、１００μｍを超える任意の厚さは、経済的に不利である。複数層フィルムの層の厚さの比率は、成形性、不浸透性などに依存し、層の厚さは、５～６０μｍの総厚をもたらすように制御される。

樹脂フィルムは、その必要とされる特性を損なわない範囲で着色顔料、安定化剤、酸化防止剤、潤滑剤などが付加された樹脂から形成され得る。缶の内側面を定めると想定される側に積層された顔料を有さないポリエステル樹脂フィルムを有し、酸化チタンなどの顔料を有するポリエステル樹脂フィルムが缶の外側面を定めると想定される側に積層された金属シートを使用することが可能である。

本発明を以下の非限定的な図面および図表によって更に説明する。

図１は、深絞り加工によって予備成形されたカップ３が、壁しごき加工によって仕上げられた缶本体９へと成形される方法を示す。カップ３は、再絞り加工スリーブ２と再絞り加工ダイ４との間に置かれる。パンチ１が右に移動すると、再絞り加工工程によって、カップ３は最終的に仕上げられる缶９の内径になる。次いで、パンチ１が、（この例においては）２つの壁しごき加工リング６および７に製造物を連続的に通らせる。リング８は任意選択的な剥離リング（stripper ring）である。壁しごき加工は、最終的な壁の厚さおよび壁の長さを有するように成形された缶本体９を提供する。最後に、パンチ１を任意選択的なベースツール１０に向かって移動させることによって、缶本体９のベース部を成形する。パンチ１を後退させることで、缶９が横方向に放出され得るように、パンチ１から缶９を取り外すことができる。このときに、任意選択的な剥離リングがこれを支援し得る。次いで、缶９は、トリミングされ、任意選択的にネックが形成され、フランジが形成され、充填後に蓋が設けられる。

図２は、例えば、壁しごき加工リング６を通じて形成される缶壁の一部の通路の詳細図を示す。パンチ１は図式的に示されている。壁しごき加工リング６のための進入面は、壁しごき加工リングの軸の方向に対して進入角度αで延びている。形成される壁の材料の厚さは、パンチ１と壁しごき加工リング６との間で減少する。この材料は、両面に積層層１２および１３を有する実際の金属缶本体壁１１を備える。積層層１２は缶本体の外側になり、積層層１３は缶本体の内側になり、最終的に缶の内容物と接触する。この図は、３層１１、１２および１３すべての厚みがどのように減少するかを示す。

図３は、典型的には絞りおよびしごき加工機械における往復運動するラム１４の前端部に取り外し可能に固定されるパンチ１を示す。図３は、本発明の実施形態のうちの１つにおけるラムの上部のパンチを詳細に示す。内部環状空洞は、１５ａと１５ｂとの間で延び、図４において、パンチの断面図において破線のボックスによってより明確に輪郭が示されている。

図４は、隣り合う螺旋状冷却チャンネルを形成する連続的障害物を有するパンチの断面を示す。この図において、パンチは、パンチスリーブ１９とインサート２０とからなる。結合されたパンチスリーブとインサートとによって形成される内部環状空洞は、連続的障害物で充填される。

図５Ａは、螺旋状の連続的障害物１８を有するインサート２０の外側表面を示す。この図は、６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル（チャンネルａ～ｆ）を示し、その各々は、冷却流体のための、それら自体の別個の入口および出口を有する。図５Ｂは、図４において使用されているものと同一のインサートの断面を示す。

図６は、内部環状空洞の６つの異なる例、すなわち：障害物のない内部環状空洞（Ａ：従来技術）；不連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｂ：冷却流体の流れに対して垂直な短い壁；Ｃ：円形状の柱部；Ｄ：シェブロン；Ｅ：ジグザクチャンネル）；および連続的障害物を有する内部環状空洞（Ｆ：チャンネルの壁を形成する連続的障害物によって形成された６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル）を示す。冷却流体とパンチの加工表面との間の距離はすべての実施形態について同一である。

図７は、様々な例の表面温度を示す。本発明によるすべての例が、パンチの長さ（約４０～約１１０ｍｍにわたって延びる）に沿って非常に均一な温度プロファイルを示すことが明白である。従来技術は、より著しく高いパンチの表面温度を示し、本発明がパンチの表面温度に関して提供可能な向上を示す。最も低い表面温度は、チャンネルにおける冷却流体の流動方向（遠位から近位へ、近位から遠位へ、またはこれらの混合）にかかわらず、螺旋状のチャンネルを形成する連続的障害物によって達成される。本発明のすべての実施形態が、従来技術に対して著しい向上を示す。

図８は、この表面温度の低下効果を示す。閉じられた円は、障害物を有さない従来技術の環状内部空洞を使用した１６５缶／分での缶本体の製造中の温度を示す。三角形は、６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネルを有する実施形態の同一の境界条件における、同じ製造速度でのパンチ温度を示し、従来技術のパンチでは９５℃であったのに比べ、約６５℃の定常状態温度が達成される。これは、製造速度が上昇し得ることを意味する。この例において、製造速度を２８０缶／分まで７０％増加させた。これは、９０℃直下のパンチの最大温度をもたらし、この温度は、ずっと低い製造速度における従来技術での状況よりもさらに低い。本発明の方法による上昇した製造速度において作製された缶は、引っかき傷がなく、摩耗損傷は観察されなかった。

不連続的障害物における結果は、連続的障害物と比べて僅かに好ましくないだけであり、同様に、表面温度制御における著しい向上および関連する製造速度の約６０～６５％の向上を可能とする。

Claims (14)

1. 深絞り加工および壁しごき加工によって、積層金属シートから、２ピース缶のための、ベース部と筒状本体とを備える缶本体を製造するための方法であって、
   前記方法が、前記積層金属シートからディスクを作製し、前記ディスクをカップへと深絞り加工し、次いで、前記カップを再絞り加工し、次いで、前記再絞り加工されたカップを壁しごき加工によって缶本体へと成形することを含み、
   前記壁しごき加工が、内部冷却パンチアセンブリによって、前記再絞り加工されたカップを１つまたは複数の壁しごき加工リングを通じてパンチングすることにより単一ストロークで行われ、
   前記パンチアセンブリが、前記缶本体の前記筒状本体上の積層層の摩耗損傷または引っかき傷を防止するように前記缶本体の製造中に効率的に前記パンチを内部冷却するために、
   ラム（１４）、
   前記ラムに、取り付けられた、好ましくは取り外し可能に取り付けられたパンチ（１）、ここで、前記パンチアセンブリは、前記パンチの表面の下方において、前記パンチの遠位端部に近い位置（１５ａ）と前記パンチの近位端部に近い位置（１５ｂ）との間に、内部環状空洞（１５）を備える、ならびに、
   冷却流体を前記内部環状空洞内に供給するための複数の冷却流体入口（１６）および前記冷却流体を前記内部環状空洞から除去するための複数の冷却流体出口（１７）
   を備え、
   前記内部環状空洞には、前記パンチの内部冷却の効率を向上させるための手段が設けられ、
   前記パンチの内部冷却の効率を向上させるための前記手段が、前記冷却流体入口から前記冷却流体出口への前記冷却流体の進行中に前記冷却流体における乱流を増加させ、前記パンチから熱を取り去るためのより大きな冷却表面を提供する前記内部環状空洞における障害物（１８）からなり、
   前記障害物が、
   不連続的障害物（１８）、例えば、シェブロン、円柱、不連続的壁もしくは不連続的ジグザグ壁、または、
   前記冷却流体入口から前記冷却流体出口へと前記冷却流体を導くために前記内部環状空洞において複数の螺旋状冷却チャンネルを区切る複数の隣り合う螺旋状壁の形態の連続的障害物（１８）
   からなり、
   前記ラムが、前記冷却流体を前記冷却流体入口に供給し、前記冷却流体を前記冷却流体出口から除去するための手段を備え、
   ａ．前記冷却流体入口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、前記冷却流体出口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、あるいは、
   ｂ．前記冷却流体入口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、前記冷却流体出口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、あるいは、
   ｃ．一部の前記螺旋状冷却チャンネルの前記冷却流体入口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、対応する前記冷却流体出口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、残りの前記螺旋状冷却チャンネルの前記冷却流体入口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、対応する前記冷却流体出口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、その結果、いくつかの前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの前記遠位端部から前記近位端部へと前記冷却流体を導き、残りの前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの前記近位端部から前記遠位端部へと前記冷却流体を導き、好ましくは、前記冷却流体の方向が、１つの螺旋状冷却チャンネルとその隣り合う螺旋状冷却チャンネルとで交互に切り換わり、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置される、前記方法。
2. 前記パンチが、少なくとも３つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、好ましくは少なくとも４つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より好ましくは少なくとも５つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より一層好ましくは少なくとも６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネルを備える、請求項１に記載の方法。
3. 各螺旋状冷却チャンネルが、それ自体の冷却流体入口とそれ自体の冷却流体出口とを備える、請求項１または２に記載の方法。
4. 再絞り加工リングおよび前記１つまたは複数のしごき加工リングが、内部冷却チャンネルを有し、これにより、前記深絞り加工および前記壁しごき加工中に前記缶本体の外側積層層を冷却する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記パンチアセンブリの温度が、温度制御ユニットによって制御され、前記温度制御ユニットが、缶本体の製造の速度を適合させることによって、および／または、前記内部環状空洞に進入する前記冷却流体の流速を適合させることによって、および／または、前記内部環状空洞に進入する前記冷却流体の温度を適合させることによって、前記パンチの温度を制御可能である、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 請求項１～４のいずれか一項に記載の方法に使用するための内部冷却パンチアセンブリであって、前記パンチアセンブリが、前記缶本体の前記筒状本体上の積層層の摩耗損傷または引っかき傷を防止するように前記缶本体の製造中に効率的に前記パンチを内部冷却するために、
   ラム（１４）、
   前記ラムに、取り付けられた、好ましくは取り外し可能に取り付けられたパンチ（１）、ここで、前記パンチアセンブリは、前記パンチの表面の下方において、前記パンチの遠位端部に近い位置（１５ａ）と前記パンチの近位端部に近い位置（１５ｂ）との間に、内部環状空洞（１５）を備える、ならびに、
   冷却流体を前記内部環状空洞内に供給するための複数の冷却流体入口（１６）および前記冷却流体を前記内部環状空洞から除去するための複数の冷却流体出口（１７）
   を備え、
   前記内部環状空洞には、前記パンチの内部冷却の効率を向上させるための手段が設けられ、
   前記パンチの内部冷却の効率を向上させるための前記手段が、前記冷却流体入口から前記冷却流体出口への前記冷却流体の進行中に前記冷却流体における乱流を増加させ、前記パンチから熱を取り去るためのより大きな冷却表面を提供する前記内部環状空洞における障害物（１８）からなり、
   前記障害物が、
   不連続的障害物（１８）、例えば、シェブロン、円柱、不連続的壁もしくは不連続的ジグザグ壁、または、
   前記冷却流体入口から前記冷却流体出口へと前記冷却流体を導くために前記内部環状空洞において複数の螺旋状冷却チャンネルを区切る複数の隣り合う螺旋状壁の形態の連続的障害物（１８）
   からなり、
   前記ラムが、前記冷却流体を前記冷却流体入口に供給し、前記冷却流体を前記冷却流体出口から除去するための手段を備え、
   ａ．前記冷却流体入口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、前記冷却流体出口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、あるいは、
   ｂ．前記冷却流体入口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、前記冷却流体出口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置され、あるいは、
   ｃ．一部の前記螺旋状冷却チャンネルの前記冷却流体入口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、対応する前記冷却流体出口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、残りの前記螺旋状冷却チャンネルの前記冷却流体入口が、前記パンチの前記近位端部により近くなるように配置され、対応する前記冷却流体出口が、前記パンチの前記遠位端部により近くなるように配置され、その結果、いくつかの前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの前記遠位端部から前記近位端部へと前記冷却流体を導き、残りの前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの前記近位端部から前記遠位端部へと前記冷却流体を導き、好ましくは、前記冷却流体の方向が、１つの螺旋状冷却チャンネルとその隣り合う螺旋状冷却チャンネルとで交互に切り換わり、好ましくは、前記冷却流体入口および前記冷却流体出口が、前記パンチの外周の周りに規則的なパターンで配置されることを特徴とする、前記パンチアセンブリ。
7. 前記障害物または前記複数の隣り合う螺旋状冷却チャンネルを有する前記内部環状空洞（１５）を備える前記パンチ（１）が、積層造形による製造物である、請求項６に記載のパンチアセンブリ。
8. 前記パンチ（１）が、パンチスリーブ（１９）と、組み付けられたときに前記障害物（１８）を有する前記内部環状空洞（１５）を備える前記パンチ（１）を形成するインサート（２０）とを備える、請求項７に記載のパンチアセンブリ。
9. 前記障害物（１８）を有する前記インサートが、積層造形による製造物であり、好ましくは、前記インサート（２０）が前記冷却流体入口（１６）と前記冷却流体出口（１７）とを備える、請求項８に記載のパンチアセンブリ。
10. 前記インサート（２０）の材料が、機械加工された工具鋼であり、前記障害物（１８）が、前記インサート内に機械加工され、好ましくは、前記インサートが前記冷却流体入口（１６）と前記冷却流体出口（１７）とを備える、請求項９に記載のパンチアセンブリ。
11. 前記螺旋状冷却チャンネルを形成する複数の前記連続的障害物が、前記パンチの前記遠位端部に近い位置（１５ａ）と前記パンチの前記近位端部に近い位置（１５ｂ）との間で延び、前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの表面の下方で延び、好ましくは各螺旋状冷却チャンネルが、それ自体の冷却流体入口とそれ自体の冷却流体出口とを備え、前記パンチが、少なくとも３つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、好ましくは少なくとも４つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より好ましくは少なくとも５つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より一層好ましくは少なくとも６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネルを備える、請求項６～１０のいずれか一項に記載のパンチアセンブリ。
12. 前記螺旋状冷却チャンネルを形成する複数の前記連続的障害物が、前記パンチの前記近位端部に近い位置（１５ａ）と前記パンチの前記遠位端部に近い位置（１５ｂ）との間で延び、前記螺旋状冷却チャンネルが、前記パンチの表面の下方で延び、好ましくは各螺旋状冷却チャンネルが、それ自体の冷却流体入口とそれ自体の冷却流体出口とを備え、前記パンチが、少なくとも３つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、好ましくは少なくとも４つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より好ましくは少なくとも５つの隣り合う螺旋状冷却チャンネル、より一層好ましくは少なくとも６つの隣り合う螺旋状冷却チャンネルを備える、請求項６～１０のいずれか一項に記載のパンチアセンブリ。
13. 前記パンチアセンブリの温度が、温度制御ユニットによって制御され、前記温度制御ユニットが、缶本体の製造の速度を適合させることによって、および／または、前記内部環状空洞に進入する前記冷却流体の流速を適合させることによって、および／または、前記内部環状空洞に進入する前記冷却流体の温度を適合させることによって、前記パンチの温度を制御可能である、請求項６～１２のいずれか一項に記載のパンチアセンブリ。
14. 請求項１～５のいずれか一項に記載の方法によって製造される缶本体。

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