JP4670543B2 - 2ピース缶及びその製造方法、並びに2ピース缶用鋼板 - Google Patents
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Description
2ピース缶は継ぎ目のない缶胴であること、缶胴からマウンティングキャップに向かって流麗な連続的な形状で縮径加工されていることなどから、3ピース缶と比較して外観の美麗性に優れる。そのため、商品の性格上パッケージの外観が重視される用途、例えば芳香剤、制汗剤、整髪料などの用途には、2ピース缶が広く用いられている。
[1]ラミネート鋼板を素材とし、有底円筒状の缶胴を形成するように、円形ブランクを、複数回、絞り加工する工程と、前記缶胴部の開口先端に、缶胴半径方向外側に延出したテーパー部を形成する工程と前記テーパー部を缶胴直径と同じ径まで縮径加工する工程と、
前記缶胴の開口側を缶胴直径より小さい径で、かつ、下記式(1)及び式(2)を満足するように縮径加工する工程とを有することを特徴とする2ピース缶の成形方法。
1.5≦h/(R−r)・・・(1)
d/R≦0.25・・・(2)
ただし、h:缶底から開口先端部までの高さ、R:円形ブランク位置半径、r:底部半径、d:開口先端部の半径
[2]前記[1]において、前記テーパー部の縮径加工工程の前および/または後に、前記テーパー部に新たな開口端部を形成するトリム加工を行うことを特徴とする2ピース缶の成形方法。
[3]前記[1]または[2]において、前記缶胴開口側の縮径加工工程の後に、前記缶胴の開口側に新たな開口端部を形成するトリム加工を行うことを特徴とする2ピース缶の成形方法。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかにおいて、前記ラミネート鋼板は、ポリエステル樹脂を被覆した鋼板であることを特徴とする2ピース缶の成形方法。
[5]前記[4]において、前記ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分とジオール成分の縮重合で得られ、さらに、ジカルボン酸成分はテレフタル酸を主成分とし、ジオール成分は、エチレングリコール及び/または、ブチレングリコールを主成分とすることを特徴とする2ピース缶の成形方法。
[6]ラミネート鋼板に被覆される有機樹脂は、前記[5]に記載のポリエステル樹脂を主相とし、副相に、非相溶かつTgが5℃以下である樹脂を含有することを特徴とする2ピース缶の成形方法。
[7]前記[6]において、副相として含有される前記樹脂が、下記の中から選ばれる樹脂であることを特徴とする2ピース缶の成形方法。
ポリエチレン、その酸変性体、あるいはアイオノマー
ポリプロピレン、その酸変性体、あるいはアイオノマー
[8]前記[1]〜[7]のいずれかの成形方法により成形されることを特徴とする2ピース缶。
[9]有機樹脂フィルムを被覆したラミネート鋼板であって、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の2ピース缶の成形方法に用いられることを特徴とする2ピース缶用ラミネート鋼板。
(1)C量が0.01〜0.10%程度の低炭素鋼を用い、箱焼鈍で再結晶焼鈍したもの。
(2)C量が0.01〜0.10%程度の低炭素鋼を用い、連続焼鈍で再結晶焼鈍したもの。
(3)C量が0.01〜0.10%程度の低炭素鋼を用い、連続焼鈍で再結晶焼鈍及び過時効処理したもの。
(4)C量が0.01〜0.10%程度の低炭素鋼を用い、箱焼鈍または連続焼鈍で再結晶焼鈍した後、二次冷間圧延(DR)したもの。
(5)C量が概ね0.003%以下程度の極低炭素鋼にNb,Ti等の強力な固溶C固定元素を添加したIF鋼を用い、連続焼鈍で再結晶焼鈍したもの。
そして、鋼板の機械的特性は、目的の形状に成形できるものであれば特に規定しないが、加工性を損なわすかつ十分な缶体強度を保つためには降伏強度YPが220MPa以上、580MPa以下程度のものを用いることが望ましい。また塑性異方性の指標であるr値については0.8以上のものが望ましく、塑性異方性r値の面内異方性Δrはその絶対値が0.7以下が望ましい。鋼板の板厚は、目的の缶の形状、必要となる缶体強度から適宜設定することができる。鋼板自体および缶体のコスト上昇を抑制する観点から、概ね0.15〜0.4mm程度のものを用いることが望ましい。
缶胴部開口先端に、缶胴半径方向外側に延出したテーパー部を形成する工程と
前記テーパー部を缶胴直径と同じ径まで縮径加工する工程と、
前記缶胴の開口部を缶胴直径より小さい径で、かつ、下記式(1)及び式(2)を満足するように縮径加工する工程を径ることにより成形される。特に本発明では絞り加工を行う中で、テーパー部を形成し前記テーパー部を缶胴直径より小さい径に縮径加工することを特徴とする。
1.5≦h/(R−r)・・・(1)
d/R≦0.25・・・(2)
ただし、h:缶底から開口先端部までの高さ、R:円形ブランク位置半径、r:底部半径、d:開口先端部の半径
以下に詳細にその成形方法について記載する。
ラミネート鋼板を素材とし、有底円筒状の缶胴を形成するためには、円形ブランクを複数回の絞り加工を用い所定の高さを得る方法が適している。複数回の絞り加工における絞り回数、絞り率は適宜選定することができる。成形工程の簡素化のためは少ない絞りの回数で行うこと望ましいが、一方でそのためには低い絞り率、つまり厳しい加工が必要になる。成形工程の簡素化のためには、10回以下の絞り回数が望ましい。絞り率は、円形ブランクから1回目の絞りを行う際には0.4以上、以降の絞り(再絞り)加工では0.5以上であることが望ましい。
テーパー部の形成及び縮径加工
テーパー部の形成は、本発明における最も重要な要素の一つである。円形ブランクを絞り成形して有底円筒の缶胴とする際には、例えば特許文献2に示されるように、通常は円筒の直径は高さ方向に一定となるように成形され、その後円筒の直径より小さい径に縮径される。しかし、本発明の目的とする形状にラミネート鋼板を成形する場合、この方法では開口端部においてラミネートしたフィルムが剥離する現象が生じる。これは、円筒の直径が高さ方向に一定となるように成形される場合、開口端部は常に絞りダイスとしわ押えに挟まれた状態で摺動されながら成形されるため、鋼板表面のフィルムが損傷を受け易いこと、また、加工中に開口端部に常にしわ押え力が作用することで、鋼板およびフィルムに缶高さ方向での力が作用して缶高さ方向の加工度が増加することが原因であると考えられる。つまり、この問題を解決するためには、開口端部が絞りダイスとしわ押えに挟まれた状態で摺動されずに形成される必要がある。検討した結果、最終の絞り加工までに、缶胴部の開口先端に、缶胴半径方向外側に延出したテーパー部を形成し、次いで、テーパー部を缶胴直径と同じ径までに縮径加工を行い、缶胴の直径を高さ方向で一定となるように成形することで上記開口端部においてのラミネートフィルム剥離の問題が解決することがわかった。この方法によれば開口端部は絞りダイスとしわ押えに挟まれた状態で摺動されずに済み、またしわ押え力による缶高さ方向への力が発生しない。
本発明では、テーパー部の縮径加工工程の前および/または後に、テーパー部をトリム加工することが好ましい。テーパー部をトリム加工することで、フィルム剥離の危険性をより回避できる。すなわち、テーパー部分の外周部となる開口端部は加工度が高い上、加工による摺動などでフィルムの密着性が低下しており、また、物理的にもフィルムと鋼板表面との密着部分が露出した状態となっており、フィルム剥離の危険性が最も高い部分となっている。この部分に対して、縮径を行う前に端部をトリムし取り除くことで、フィルム剥離の危険性が低減される。また、縮径加工自体も開口端部のフィルム剥離の危険性を高める加工であるため、縮径加工後にトリム加工を行うことでさらに以降の加工におけるフィルム剥離の危険性を低減できる。すなわち、テーパー部の縮径加工工程前後にトリム加工を行えば、より良好な状態となり好ましい。
例えば、エアゾール缶では缶胴の開口部にマウンティングキャップを取り付けるため、開口端を円筒の直径よりも小さい径に縮径する必要がある。この時の縮径の加工度はマウンティングキャップを取り付けるために必要な所定の直径を得る加工度を採用することができるが、フィルムの損傷を極力排除する観点から、缶胴の半径r、縮径後の開口端の半径dに対してd/r>0.3であることが望ましく、さらに望ましくはd/r>0.4である。縮径加工の方法としては、内面テーパー形状のダイに開口端部を押し当てて縮径を行うダイネック方式、回転工具を缶胴開口端部に缶胴半径方向内側に向けて押し付けて縮径を行うスピンネック方式などの方法が採用できる。フィルムの損傷を極力排除する観点からは、ダイネック方式が適している。ダイネック方式では、缶胴の半径rから最終的な縮径後の半径dに至る間を複数回の段階に分けて加工を行う方法が望ましい。この際、1回あたりの加工度が大きいと縮径加工でしわを発生する危険性が高まるため、縮径率(縮径加工後の直径/縮径加工前の直径)は0.9以上とすることが望ましい。ラミネート鋼板は被覆されたフィルムが柔軟でかつ表面が平滑であるためそれ自体が潤滑性を高める機能を有する。そのため、縮径加工にあたって特に潤滑剤を使用する必要はないが、工具との摺動によるフィルムの損傷を極力排除する観点からは潤滑剤を使用することが望ましい。潤滑剤の種類は適宜選定できる。
1.5≦h/(R−r)・・・(1)
d/R≦0.25・・・(2)
ただし、h:缶底から開口先端部までの高さ、R:円形ブランク位置半径、r:底部半径、d:開口先端部の半径
まず、開口端部までの高さh、底部半径r、円形ブランク位置半径Rに対して1.5≦h/(R−r)とする。図3に缶体サイズの関係を示す。
有底円筒の缶胴の開口側を缶胴直径よりも小さい径に縮径する加工では、材料が円周方向に圧縮されるため、フィルム剥離の危険性が高まる。よって、開口端部をトリム加工によって切除することが有効である。そして、縮径された開口端部には、噴射用バルブを取り付けるためのビード部が形成される。ビード部の加工はカール成形によって行われる。開口端部に微細な凹凸が生じるとカール加工の際に割れの起点となる危険性がある。この点からも、縮径後にトリム加工を行うことでビード部成形時の割れなどの不具合を回避することができる。
エアゾール缶用として使用する場合は、マウンティングキャップ(内容物を適量噴射させるための噴射用バルブを備える)を開口端部に取り付けるため、開口端部にマウンティングキャップを取り付けるための構造であるビード部を形成させる。ビード部の形状、形成方法は特に限定しない。マウンティングキャップを缶体にクリンチして固定することが可能であり、ビード部としての機能を充分に発揮する形状であればよい。
本発明において、さらに加えてフィルム損傷の危険性を低減する方法として、一連の加工工程の途中で熱処理を施すことが有効である。つまり、加工でフィルムに加えられた歪に伴う応力を熱処理により緩和することで、その後の加工でのフィルム剥離の危険性が低減されるためである。この目的の熱処理の条件としては、フィルムのガラス転移点以上、融点+30℃以下の熱処理、更に望ましくは、本特許で規定するポリエステルフィルムに対して、150℃以上融点+20℃以下であることが適している。さらに、前記の熱処理の直後30秒以内に、より望ましくは10秒以内に、フィルムのガラス点移転を下回る温度にまで急冷することが望ましい。熱処理の目的は、内部応力の緩和であり、従って、内部応力が緩和する条件での熱処理が要求される。このような観点から、内部応力の緩和が可能な最低温度として、ガラス転移点が設定され、本規定の下限値となっている。更に、本発明のポリエステル樹脂に対しては、望ましい熱処理温度の下限値として150℃を設定している。これは、内部応力の緩和に対して短時間処理が行える温度の下限である。即ち、ガラス転移点以上であれば内部応力の緩和が可能であるが、150℃以上だと短時間での処理が可能である。熱処理温度の上限は、樹脂の熱分解による劣化を考慮しての規定である。融点+30℃、望ましくは+20℃の範囲であれば、熱分解による樹脂劣化は問題とならない。
本発明の目的とするエアゾール缶は、噴射剤を充填するため15kgf/cm2以上の耐圧強度が必要である。缶内部の圧力上昇に対しては特に缶底部に留意する必要がある。有底円筒の缶胴内部の圧力は、缶胴部側壁に対しては缶胴を周方向に拡張する方向への応力を作用させる。しかし、缶胴部材は絞り加工によって十分に加工硬化しており、内圧によるう作用で変形することはない。内圧の影響を考慮する必要があるのは缶底部である。缶底部は外縁部が缶胴によって拘束された状態で内圧が作用するため、内圧が高い場合は缶外部側に向かって変形する。内圧による缶底の変形を抑制するためには、缶底部の板厚を厚く、部材の強度を高める方法が有効であることに加え、形状を缶体内部側に陥没したドーム状の形状とすることが適している。
1)ブランキング
板厚0.17〜0.24mmの範囲の低炭素鋼冷延鋼板を原板とするTFSの両面にポリエチレンテレフタレートフィルムを熱融着法でラミネートした鋼板についてブランキングを行った。ブランク径の範囲は64〜94mmのものを用いた。
2)絞り加工およびしごき加工
絞り加工(5段)成形にてr/R:0.27〜0.59、h/(R-r):1.35〜1.89の範囲のものを作製した。また、所望の缶を作製するために、適宜、しごき加工も併用した。絞り加工後のh/(R-r)、r/Rは表2に示す通りである。尚、表2におけるh、r、Rはそれぞれ絞り加工後に縮径された状態での開口端部までの高さ、有底円筒の半径、円形ブランク位置半径を示す。また、絞り加工では本発明例で重要な要素となるテーパー部の形成を行う。その加工方法は絞り加工成形にて内面テーパー状の絞りダイを用い、テーパー状の先端部状を有するしわ押えを用いる方法で行った。テーパー状の形状については表3に示す通りである。なお、表3中のθ、dt、rはそれぞれ缶胴の中心軸に対する缶胴内面側のテーパー面の傾斜角度、延出端部での半径、缶胴半径を示す。
3)缶底部のドーム形状加工
缶底部に、深さ6mmの半球状の張出し加工を行った。
4)トリム加工
トリムの加工は円形孔を備えた外刃と円筒状の内刃によりプレス方式でトリムする方法で行い、缶上端部を2mmほどトリムした。
5)テーパー部の縮径加工
テーパー部を缶胴直径と同じ径まで縮径加工した。
6)円筒の直径以下の径への縮径加工
缶胴の開口側に縮径加工を施し、最終的な缶体形状h/(R-r):1.85〜3.1、d/R:0.17〜0.24の範囲のものを作製した。具体的には、内面テーパー形状のダイに開口端部を押し当てて縮径を行うダイネック方式で、缶胴の直径から最終的な絞り直径への加工に対しては、加工度に応じて、多段成形を行った。当該加工において作製された缶体のd/R、h/(R-r)は表4に示す通りである。
図2は本発明の2ピースエアゾール缶の製造工程を示す図である。また、絞り工程の詳細な条件、缶胴の直径より小さい径への縮径加工の詳細な条件、本発明のテーパー部の形状、さらに、縮径加工したエアゾール缶の缶高さ方向への平均伸ビード開口先端部における成形前後でのラミネート鋼板の缶周方向への縮みについては実施例1と同様である。
1)ブランキング
板厚0.17〜0.24mmの範囲の低炭素鋼冷延鋼板を原板とするTFSの両面にポリエチレンテレフタレートフィルムを熱融着法でラミネートした鋼板についてブランキングを行った。ブランク径の範囲は64〜94mmのものを用いた。
2)絞り加工およびしごき加工
絞り加工(5段)成形にてr/R:0.27〜0.59、h/(R-r):1.35〜1.89の範囲のものを作製した。また、所望の缶を作製するために、適宜、しごき加工も併用した。絞り加工後のh/(R-r)、r/Rは表7に示す通りである。尚、表7におけるh、r、Rはそれぞれ絞り加工後に縮径された状態での開口端部までの高さ、有底円筒の半径、円形ブランク位置半径を示す。また、絞り加工では本発明例で重要な要素となるテーパー部の形成を行う。その加工方法は絞り加工成形にて内面テーパー状の絞りダイを用い、テーパー状の先端部状を有するしわ押えを用いる方法で行った。テーパー状の形状については表8に示す通りである。なお、表8中のθ、dt、rはそれぞれ缶胴の中心軸に対する缶胴内面側のテーパー面の傾斜角度、延出端部での半径、缶胴半径を示す
。
3)缶底部のドーム形状加工
缶底部に、深さ6mmの半球状の張出し加工を行った。
4)トリム加工
トリムの加工は円形孔を備えた外刃と円筒状の内刃によりプレス方式でトリムする方法で行い、缶上端部を1mmほどトリムした。
5)テーパー部の縮径加工
テーパー部を缶胴直径まで縮径加工した。
6)円筒の直径以下の径への縮径加工
円筒上部に縮径加工を施し、最終的な缶体形状h/(R-r):1.85〜3.1、d/R:0.17〜0.24の範囲のものを作製した。具体的には、内面テーパー形状のダイに開口端部を押し当てて縮径を行うダイネック方式で、缶胴の直径から最終的な絞り直径への加工に対しては、加工度に応じて、多段成形を行った。当該加工において作製された缶体のd/R、h/(R-r)は表4に示す通りである。
7)トリム加工
トリム加工は相互に回転する中実円筒状の内刃(缶胴内部に挿入)、縁部が鋭利な円盤状の外刃によりトリムする方法で行い、缶上端部を1mmほどトリムした。
2 缶胴
3 テーパー部
4 ドーム形状部
5 ビード部
6 カールダイ
7 ロール状の工具
A 絞り加工およびしごき加工工程
B テーパー部形成を伴う絞り加工工程
C 缶底部ドーム形状加工工程
D トリム加工工程
E テーパー部の縮径加工工程
F 缶胴の直径より小さい径への縮径加工工程
G ビード部加工工程
Claims (9)
- ラミネート鋼板を素材とし、
有底円筒状の缶胴を形成するように、円形ブランクを、複数回、絞り加工する工程と、
前記缶胴部の開口先端に、缶胴半径方向外側に延出したテーパー部を形成する工程と
前記テーパー部を缶胴直径と同じ径まで縮径加工する工程と、
前記缶胴の開口側を缶胴直径より小さい径で、かつ、下記式(1)及び式(2)を満足するように縮径加工する工程
とを有することを特徴とする2ピース缶の成形方法。
1.5≦h/(R−r)・・・(1)
d/R≦0.25・・・(2)
ただし、h:缶底から開口先端部までの高さ、R:円形ブランク位置半径、r:底部半径、d:開口先端部の半径 - 前記テーパー部の縮径加工工程の前および/または後に、前記テーパー部に新たな開口端部を形成するトリム加工を行うことを特徴とする請求項1に記載の2ピース缶の成形方法。
- 前記缶胴開口側の縮径加工工程の後に、前記缶胴の開口側に新たな開口端部を形成するトリム加工を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の2ピース缶の成形方法。
- 前記ラミネート鋼板は、ポリエステル樹脂を被覆した鋼板であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の2ピース缶の成形方法。
- 前記ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分とジオール成分の縮重合で得られ、
さらに、ジカルボン酸成分はテレフタル酸を主成分とし、
ジオール成分は、エチレングリコール及び/または、ブチレングリコールを主成分とすることを特徴とする請求項4に記載の2ピース缶の成形方法。 - ラミネート鋼板に被覆される有機樹脂は、請求項5に記載のポリエステル樹脂を主相とし、副相に、非相溶かつTgが5℃以下である樹脂を含有することを特徴とする2ピース缶の成形方法。
- 副相として含有される前記樹脂が、下記の中から選ばれる樹脂であることを特徴とする請求項6に記載の2ピース缶の成形方法。
ポリエチレン、その酸変性体、あるいはアイオノマー
ポリプロピレン、その酸変性体、あるいはアイオノマー - 請求項1〜7のいずれかの成形方法により成形されることを特徴とする2ピース缶。
- 有機樹脂フィルムを被覆したラミネート鋼板であって、請求項1〜7のいずれかに記載の2ピース缶の成形方法に用いられることを特徴とする2ピース缶用ラミネート鋼板。
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