JP5132680B2 - 容器製造方法 - Google Patents

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Description

この出願は、2006年6月26日に出願された米国特許出願第11/474581号の一部継続出願であり、引用を以てその全体が本願へ記載加入されるものとする。
容器産業界では、略同一形状の飲料容器が、相対的経済的に大量に製造されている。
開示する容器製造方法は、直径Xを有する容器を配備し、少なくとも1つの拡張用ダイ(expansion die)を用いて容器の直径をYに拡大することを含んでいる。幾つかの実施例において、YはXより8%超大きい。幾つかの実施例において、容器壁は略真っ直ぐである。幾つかの実施例において、容器壁の直径Yは略一様である。幾つかの実施例において、容器の端部は、密閉具を受け入れることができるように形成される。幾つかの実施例において、容器の端部に近接する壁の直径はWに縮径されている。幾つかの実施例において、壁の縮径はダイネッキングにより行なわれる。幾つかの実施例において、ダイネッキングは、ノックアウトなしで行われる。他の実施例では、ノックアウトを用いられることができる。幾つかの実施例において、少なくとも1つの拡張用ダイで容器の直径を拡大するステップは、複数の拡張用ダイを用いて容器の直径を拡大することを含んでいる。幾つかの実施例において、容器製造方法は、容器の直径をZに拡大することを含んでいる。幾つかの実施例において、ZはXより20%超大きい。幾つかの実施例において、容器の直径を拡大するステップは、自動化されたプロセスの一部である。
以下の詳細な説明は、例示であって、発明を限定するものでなく、添付の図面を参照することによって最も良く理解されるであろう。なお、同様な要素及び部品については、同じ引用符号を付している。
図1は、本発明の一実施例に係るもので、直径53.010mm(2.087")の容器を直径57.074mm(2.247")の容器に拡大するのに用いられる拡張用ダイの一実施例の斜視図である。
図2は、図1の拡張用ダイの平面図で、A−A線を示している。
図3は、図1及び2の拡張用ダイについてA−A線に沿う断面図である。
図4は、本発明の一実施例に係るもので、直径57.074mm(2.247")の容器を直径62.967mm(2.479")まで拡大するのに用いられる拡張用ダイの断面図である。
図5は、直径60.020mm(2.363")の容器を直径62.967mm(2.479")まで拡大するのに用いられる拡張用ダイの断面図である。
図6は、直径62.967mm(2.479")の容器を直径65.913mm(2.595")まで拡大するのに用いられる拡張用ダイの断面図である。
図7は、下部本体の形状を設定するダイの断面図である。
図8は、本発明の一実施例に係る5つの容器の側面図であり、各容器は、直径53.010mm(2.087")の容器を直径65.913mm(2.595")まで拡大する段階の内の1つの段階を示している。
図9は、図8の5つの容器の平面図である。
図10は、図8の5つの容器の底面図である。
図11は、容器基部ホルダーの斜視図である。
図12は、図11の容器基部ホルダーの平面図で、A−A線を示している。
図13は、図11及び図12の容器基部ホルダーのA−A線に沿う断面図である。
図14は、第2の容器基部ホルダーの斜視図である。
図15は、図14の容器基部ホルダーの平面図で、A−A線を示している。
図16は、図14及び図15の容器基部ホルダーのA−A線に沿う断面図である。
好ましい実施例について、添付の図面を参照して以下に詳細に説明するが、これは発明が実施される具体的実施例を例示したものである。他の実施例も可能であり、また、本発明の範囲から逸脱することな、構造的変形をなし得ることは理解されるべきである。
本発明の一実施例において、容器を製造する方法は、直径Xを有する容器を準備し、少なくとも1つの拡張用ダイを用いて容器の直径をYに拡大することを含んでいる。幾つかの実施例において、容器は、少なくとも1つの他の拡張用ダイを用いて直径Zにさらに拡大される。
本発明の実施例は、拡張されることができるあらゆる容器について用いられることでき、容器の例として、限定されるものではないが、飲料容器、エアロゾル及び食品容器が挙げられる。準備される容器は、あらゆる適当な手段を用いて製造されることができ、その手段として、限定するものではないが、絞り加工(drawing)、ドロー・リバース・ドロー(draw reverse draw)、絞りしごき加工(drawing and ironing)、絞り張り出し加工(drawing and stretching)、深絞り、2ピースシーム加工、衝撃押出を挙げることができる。幾つかの実施例において、容器は、アルミニウム又はスチールからなる。幾つかの実施例において、アルミニウムは、例えば、アルミニウム協会3104、3004、5042、1060、1070等の合金であり、その他に、スチール合金を用いることもできる。幾つかの実施例において、合金は、H19、H39等のハードテンパー(hard temper)材であるが、ソフトテンパー(softer temper)材を用いることもできる。
幾つかの実施例において、少なくとも1つの拡張用ダイ(5)の一例を図1〜図3に示している。拡張用ダイ(5)は、容器の開口端に挿入され、容器の直径はXからYに拡大される。別の拡張用ダイを容器の開口端に挿入し、容器の直径をYからZに拡大することもできる。このプロセスは、容器が所望直径に達するまで繰り返すことができる。図3〜図6に示す拡張用ダイは、容器直径を直径53.010mm(2.087")から65.913mm(2.595")まで拡大するのに用いられる。容器拡径の4段階が図8〜図10に示されている。
拡張用ダイは1つではなく、直径を拡大する複数の拡張用ダイを用いて、ハードテンパー合金からなる容器を徐々に拡張すると、容器(70)を構成する金属に損傷(破壊、しわ発生、座屈等)を生ずることなく、容器の直径を最大約25%拡大することができる。ソフト合金からなる容器を拡大するときは、1つの拡張用ダイで、容器を25%拡大することは可能である。容器(70)を実質的に損傷することなく容器を所望直径まで拡大するのに用いられる拡張用ダイ(5)の数は、所望される拡張の程度、容器の材料、容器の材料の硬さ、容器の側壁の厚さに依存する。
例えば、所望される拡張の程度が大きいほど、拡張用ダイの必要数は多くなる。同様に、容器を構成する金属がハードテンパーでは、拡張の程度が同じ場合、ソフト材の場合と比べて拡張用ダイの必要数は多くなる。また、側壁(80)が薄いほど、拡張用ダイの必要数は多くなる。一連の拡張用ダイを用いて拡径を徐々に行なうと、容器(70)の直径を25%のオーダで増大させることができ、拡張中で金属が有意に損なわれない限りにおいて、さらなる拡径も可能である。幾つかの実施例において、容器(70)の直径は8%超拡大される。他の実施例において、容器の直径が拡大される程度は、8%未満、10%超、15%超、20%超、25%超、40%超である。拡大される程度は他の例も可能であり、それらは本発明の幾つかの実施例の範囲内である。
また、コーティングされた容器の拡張を行なう場合、拡張を徐々に行なうことが、コーティングの完全性を維持するのに有用である。或いはまた、容器の拡張は、コーティング前に行なうこともできる。
幾つかの実施例において、容器(70)を形成する方法は、密閉具を受け入れることができるように、容器の開口端を形成することを含んでいる。密閉具を受け入れることができるように容器の開口端を形成することは、容器の開口端に近接する位置の側壁(80)の直径をWに縮径する(narrowing)ことを含むことができる。直径Wは、直径Xよりも小さくてもよいし、大きくてもよいし、直径Xと同じでもよい。縮径は、ダイネッキング、スピンネッキング又は適当なあらゆる方法によって行なうことができる。幾つかの実施例において、密閉具を受け入れることができるように容器の開口端を形成することは、側壁の直径を縮径することを含まない。
一実施例において、ネッキングプロセスは、少なくとも1つのネッキングダイを用いることによって行なうことができる。ネッキングダイは当該分野で知られているあらゆる適当なものを用いることができる。一実施例において、容器(70)はネッキングされて飲料缶が形成される。他の実施例において、容器(70)は、ネッキングされてボトル形状を有する飲料容器が形成される。
本発明の幾つかの実施例に基づいて拡張された容器(70)を、容器の元の直径Xよりも大きいか又は容器の元の直径Xと等しい直径にネッキングする場合、容器の側壁(80)は拡張の後が引張状態にあるため、ノックアウトを用いる必要はない。幾つかの実施例においては、容器をネッキングする際に、ノックアウトが用いられる。
幾つかの実施例において、容器(70)の側壁(80)は略真っ直ぐであり、これは、側壁に屈曲部がなく、直径が略一様であることを意味する。側壁(80)は、容器の本体下部(90)とネッキングされた部分との間で容器(70)の壁として画定される。容器がネッキングされていない場合は、容器の本体下部(90)と上面部(95)との間で容器(70)の壁として画定される。幾つかの実施例において、容器はネッキング又は縮径されないものもある。幾つかの実施例において、容器(70)の上面部は密閉具を受け入れることができるようにネッキングされる。幾つかの実施例において、側壁は、略真っ直ぐで略一様な直径であるが、側壁を構成する金属の厚さは変化することもあるので、必ずしも完全に真っ直ぐでなくてもよいし、直径が完全に一様でなくてもよい。他の実施例において、側壁(80)は屈曲してもよいし、容器(70)は直径が変動してもよい。
幾つかの実施例において、最終の拡張又はネッキングステップの後、容器(70)の開口端は密閉具を受け入れることができるように形成される。密閉具を容器の開口端に取り付けるステップは、公知のあらゆるプロセス又は方法によって行なうことができ、これには、フランジ、カール、ネジ、ラグ(lug)の形成、アウトサート(outsert)及びヘムの取付又はそれらの組合せを挙げることができる。用いることができる適当な密閉具として、限定するものではないが、標準のダブルシーム端、フルパネルイージーオープン型の食品用端部、クラウン型閉鎖具(crown closure)、プラスチック製ネジ付閉鎖具、ロールオンピルファープルーフ閉鎖具(roll-on pilfer proof closure)、ラグキャップ、エアロゾルバルブ、又はクリンプ閉鎖具を挙げることができる。
図1〜図3を再び参照すると、幾つかの実施例において、ダイは、RC硬度58〜60、仕上げ(finish)32のA2工具鋼から構成されるが、適当なあらゆるダイ材料を用いることができる。幾つかの実施例において、拡張用ダイ(5)は、徐々に拡大する部分(15)、ランド部(20)及びアンダーカット部(35)まで延びるテーパー部(25)を有する作用面(10)を含んでいる。図示の実施例において、作用面(10)の初期部(30)は、容器(70)の側壁(80)の直径を徐々に変化させる形状を有している。徐々に拡張する部分(15)の寸法と形状は、容器(70)の開口端に挿入されたときに容器の側壁(80)に作用し、容器が作用面(10)に沿って移動するにつれて、容器の直径を径方向に徐々に拡大させることができる寸法及び形状である。幾つかの実施例において、拡張用ダイ(5)は、ノックアウト又は同様な構造物を用いることなく、適当に拡張及び成形の作用をもたらすことができる。実施例によっては、ノックアウトを用いることもできる。
ランド部(20)は、拡張用ダイ(5)によって形成される容器の最終直径を画定できる寸法及び形状である。テーパー部(25)は、ランド部(20)からアンダーカット部(35)に移行する。アンダーカット部(35)は、拡張される容器の長さを少なくとも延びており、ダイによる金属の拡張の制御を維持できるように、また、容器の真円度が損なわれるのを最小にする作用を有する。なお、ランド部(20)、アンダーカット部(35)及びテーパー部(25)の寸法は、例示であって、発明を限定するものではなく、ランド部(20)を他の寸法とすることも開示の範囲内である。
作用面(10)は、ポリッシュされた表面でもよいし、ポリッシュされていない表面でもよい。一実施例において、ポリッシュされた表面は、仕上げ面の平均粗さ(Ra)が0.051μm〜0.152μm(2μインチ〜6μインチ)である。一実施例において、作用面(10)は、容器の内面に沿って配備される製品面のコーティングが有意に損なわれない限り、非ポリッシュの表面であってよく、このときの仕上げ面の平均粗さは0.203μm〜0.813μm(8μインチ〜32μインチ)である。
幾つかの実施例において、ランド部(20)の直ぐ後に、テーパー状の拡張用ダイ(5)の表面がある。この表面は、アンダーカット部(35)に移行するテーパ部(25)を形成しており、容器が作用面(10)の徐々に拡大する部分(15)とランド部(20)を通じて加工されるとき、容器(70)と拡張用ダイ(5)との摩擦接触を低減できるようにしている。摩擦接触の低減により、拡張プロセスにおける破壊の発生は可及的に少なくなり、容器(70)のストリッピングが改善される。幾つかの実施例において、アンダーカット部(35)は非ポリッシュの表面であり、仕上げ表面の平均粗さは0.203μm〜0.813μm(8μインチ〜32μインチ)である。アンダーカット部(35)は、寸法L(0.127mm(0.005インチ)以上、好ましくは0.381mm(0.015インチ)以上)だけ拡張用ダイの壁の中に入り込んでいる。アンダーカット部(35)の前記寸法及び表面粗さの数値は、単なる例示であって、本発明をそれらに限定するものとみなすべきではない。
容器を製造するダイシステムは、拡張用ダイ(5)を含んでいる。ダイシステムは、容器ストックの直径を拡大するように構成された作用面(10)を有する少なくとも第1の拡張用ダイ(5)と、少なくとも1つの徐々に拡張する拡張用ダイをを含んでおり、徐々に拡張する拡張用ダイにおける一連の各拡張用ダイは、容器の直径を拡張する程度が、前の拡張用ダイよりも大きくなるように構成された作用面を有している。一実施例において、ダイシステムは、1又は複数のネッキングダイを含むことができる。
図11〜図13を参照すると、幾つかの実施例において、ダイシステムは、容器基部ホルダー(100)を含むことができる。幾つかの実施例において、容器(70)は、拡張プロセス中、基部ホルダー(100)の上に載置されている。基部ホルダーは、容器の外部ノーズ半径及び/又は容器(70)の下部(90)領域を支持できる形状に作られる。幾つかの実施例において、図11〜図13に示される容器基部ホルダー(100)は、図8〜図10に示される容器の拡張工程の全ての段階に用いることができる。図14〜図16に示される容器基部ホルダー(110)は、薄肉の金属からなる容器を拡張するのに用いられる基部ホルダーの例である。図14〜図16に示されるように側部の背が高い容器ホルダーを使用するとき、ホルダーは拡張の各段階の最終拡張径に合わせて作られているので、拡張の各段階には異なる基部ホルダーを用いることもできる。
幾つかの実施例において、容器直径の拡大は、自動化されたインラインの容器製造プロセスの一部として行なうことができる。容器が、絞りとしごきによって作られる場合、容器(70)を製造する方法は、カップ形成工具(cupper tooling)の変更を必要としないし、おそらく本体製造工具(bodymaker tooling)の変更も必要としない。しかし、リングのしごき加工については、容器の側壁(80)の仕上げ条件によっては、変更を必要とすることもある。また、幾つかの実施例において、ネッキングプロセスは、拡張による容器内のプレストレスにより、ノックアウトを用いないで行なうことができる。例えば、204容器(直径57.15mm)、206容器(直径60.325mm)、211容器(直径68.263mm)又は300容器(直径76.2mm)の容器の作製は、202容器(直径53.975mm)を製造できるように作られたカップ形成及び本体製造工具と1又は複数の拡張用ダイを用いて行なうことができる。それゆえ、本発明の幾つかの実施例では、最終直径が異なる容器を製造する場合でも、カップ形成及び本体製造のために追加の工具の購入しなくてもよい。幾つかの実施例において、拡張されていない(unexpanded)容器はパーフォーム(perform)でもよい。
本発明は一般的には前述のとおりであるが、以下の実施例を掲げることにより、本発明をさらに例示し、これら実施例からもたらされる幾つかの利点を明らかにする。なお、本発明を具体的実施例に限定するものでないことは留意されるべきである。
一実施例において、図3〜図6に示される4つの拡張用ダイは、図8〜図10に示されるように、容器(70)の内径を約直径53.010mm(2.087")から約65.913mm(2.595")まで拡大するのに用いられる。図1〜図3に示される拡張用ダイ(5)は、直径53.010mm(2.087")の容器を直径57.074mm(2.247")まで拡大するのに用いられることができる。図4に示される拡張用ダイは、直径57.074mm(2.247")の容器を直径60.020mm(2.363")まで拡大するのに用いられることができる。図5に示される拡張用ダイは、直径60.020mm(2.363")の容器を直径62.967mm(2.479")まで拡大するのに用いられることができる。図6に示される拡張用ダイは、直径62.967mm(2.479")の容器を直径65.913mm(2.595")まで拡大するのに用いられることができる。容器の直径が拡大するにつれて、容器の高さが低くなることは留意されるべきである。
図7のダイは、下部本体形状を画定するダイである。幾つかの実施例において、最後の拡張用ダイもまた、下部本体形状を画定するダイである。下部本体形状成形ダイは、最終の容器基部の所望寸法及び特徴を作成するのに用いられることができる。これらの特徴は、軸方向荷重(axial load)、ドーム部反転(dome reversal)、可動性(mobility)、スタッキング等の性能特性を決める。幾つかの実施例において、容器がその最終直径まで拡大された後、下部本体形状成形ダイを用いる以外の方法(例えば、基部形状のリフォーミング又はプロファイリング等)により、最終容器形状の所望寸法及び特徴を作成することもできる。下部本体形状の成形方法として適当なものであればあらゆる方法を用いることができる。
一実施例において、図8〜図10の容器は、H19テンパーを施した3104アルミニウム合金から構成され、側壁の厚さは約0.224mm(0.0088")である。例として、薄肉(厚さが、<0.178mm(0.0070")、<0.152mm(0.0060")、<0.127mm(0.0050")、<0.102mm(0.0040")、<0.076mm(0.0030")で、ハードテンパー(H19,H39)で、絞りとしごき加工され、組成の異なるアルミニウム缶を、本発明の幾つかの実施例を用いて拡張することができる。これら容器の直径の拡大例として、8%超、10%超、15%超、20%超を挙げることができる。側壁厚さ、テンパー条件、材料、製造方法及び特性が異なる容器を、同程度又は異なる程度に拡張することも本発明の範囲内である。
本発明について幾つかの実施例を参照して説明したが、他の実施例も可能である。例えば、容器の拡大に7個のダイを用いることもできる。それゆえ、特許請求の範囲及びその精神は、この明細書に含まれる具体例の説明に限定されるものでないことに留意されるべきである。
この明細書、特許請求の範囲、要約書及び図面に開示した全ての特徴並びに開示した方法又はプロセスにおける全てのステップは、かかる特徴及び/又はステップの少なくとも一部が相互に排他的である場合を除いてあらゆる組合せが可能である。この明細書、特許請求の範囲、要約書及び図面に開示した各特徴は、特に明示的に記載されていない限り、同等又は同様な目的を果たす他の特徴と置き換えられることもできる。それゆえ、特に明示的に記載されていない限り、開示した各特徴は、同等又は同様な包括的特徴の一例にすぎないものである。
特許請求の範囲において、特定の機能を実行する手段又はステップは、35U.S.C.112に規定された手段又はステップと解するべきではない。

Claims (35)

  1. 容器を製造する方法であって、
    (i)閉じた底部、
    (ii)内径及び高さを有する側壁、及び
    (iii)閉じた底部と側壁との間に形状を有する下部本体、を有する金属容器を準備するステップ、
    ダイシステムを準備するステップであって、該ダイシステムは、(i)容器の閉じた底部を受け入れることができる直径を有する開口及び(ii)下部本体形状を有する内部を有する容器基部ホルダーと、1又は複数の拡張用硬質金属ダイを有する内部と、を具え、1又は複数の拡張用硬質金属ダイのうち少なくとも1つの拡張用硬質金属ダイは、容器基部ホルダーの下部本体形状と共働する下部本体形状を有するチップを含み、容器基部ホルダーとチップの各下部本体形状は、金属容器の下部本体形状と異なるものであるダイシステムを準備するステップ、
    容器の閉じた底部を、容器基部ホルダーの開口直径の中へ配置するステップ、及び
    1又は複数の拡張用硬質金属ダイを、容器内で軸方向に移動させることにより、(i)側壁の内径を、1又は複数の拡張用硬質金属ダイの軸方向移動により径方向に拡張させて大内径に拡径し、(ii)側壁の高さを短縮し、(iii)大内径が側壁の高さに沿って一様となる形状に容器の下部本体形状を再形成するステップと、
    を含んでいる、容器製造方法。
  2. 密閉具を受け入れることができるように容器の開口端部を成形するステップをさらに含んでいる、請求項1の方法。
  3. 密閉具を受け入れることができるように容器の開口端部を成形するステップは、容器の開口近傍にある壁の直径を、小内径に縮径するステップを含んでいる、請求項2の方法。
  4. 小内径に縮径するステップは、1又は複数のダイネッキングステップを含んでいる、請求項3の方法。
  5. ダイネッキングステップは、ノックアウトなしで行われる請求項4の方法。
  6. 大内径は、内径よりも8%超大きい請求項1の方法。
  7. 大内径は、内径よりも20%超大きい請求項1の方法。
  8. 1又は複数の拡張用ダイを移動させるステップは、自動化されたプロセスの一部である請求項1の方法。
  9. 小内径≧内径である請求項3の方法。
  10. 小内径≦内径である請求項3の方法。
  11. 側壁は薄い請求項1の方法。
  12. 容器の最終の下部本体形状は、最後の拡張用ダイによって設定される請求項1の方法。
  13. 1又は複数の拡張用硬質金属ダイを移動させるステップは、容器の略高さ位置を移動する1又は複数の拡張用ダイをさらに含んでいる請求項1の方法。
  14. 容器を拡張して拡張容器を製造するダイシステムであって、
    容器基部ホルダーと、1又は複数の拡張用硬質金属ダイとを具え、
    容器基部ホルダーは、(i)容器を受け入れることができる直径を有する開口と、(ii)下部本体形状を有する内部とを有し、
    1又は複数の拡張用硬質金属ダイのうち少なくとも1つの拡張用硬質金属ダイは、容器基部ホルダーの下部本体形状と共働する下部本体形状を有するチップを含み、チップは第1容器の下部本体形状を再形成する寸法を有し、少なくとも1つの拡張用硬質金属ダイは、容器内で軸方向に移動することにより、容器の内径を径方向に拡張させて拡張容器を形成する寸法を有し、拡張容器は、容器よりも高さが低く、該高さに沿って一様な直径を有する、ダイシステム。
  15. 容器は202容で直径が53.975mmであり、拡張容器は204容器で直径が57.15mmである請求項14のダイシステム。
  16. 容器は202容器で直径が53.975mmであり、拡張容器は206容器で直径が60.325mmである請求項14のダイシステム。
  17. 容器は202容器で直径が53.975mmであり、拡張容器は211容器で直径が68.263mmである請求項14のダイシステム。
  18. 容器は202容器で直径が53.975mmであり、拡張容器は300容器で直径が76.2mmである請求項14のダイシステム。
  19. 容器は204容器で直径が57.15mmであり、拡張容器は206容器で直径が60.325mmである請求項14のダイシステム。
  20. 容器は204容器で直径が57.15mmであり、拡張容器は211容器で直径が68.263mmである請求項14のダイシステム。
  21. 容器は204容器で直径が57.15mmであり、拡張容器は300容器で直径が76.2mmである請求項14のダイシステム。
  22. 容器は206容器で直径が60.325mmであり、拡張容器は211容器で直径が68.263mmである請求項14のダイシステム。
  23. 容器は206容器で直径が60.325mmであり、拡張容器は300容器で直径が76.2mmである請求項14のダイシステム。
  24. 容器は211容器で直径が68.263mmであり、拡張容器は300容器で直径が76.2mmである請求項14のダイシステム。
  25. 容器はアルミニウムでつくられる請求項1に記載の方法。
  26. 容器は、アルミニウム協会規格3104、3004、5042、1060及び1070から成る群から選択される請求項25に記載の方法。
  27. アルミニウムはハードテンパー材である請求項25に記載の方法。
  28. ハードテンパーはH19又はH39である請求項27に記載の方法。
  29. 容器はスチールでつくられる請求項1に記載の方法。
  30. 側壁の厚さは0.178mm(0.0070インチ)未満である請求項11に記載の方法。
  31. 側壁の厚さは0.152mm(0.0060インチ)未満である請求項11に記載の方法。
  32. 側壁の厚さは0.127mm(0.0050インチ)未満である請求項11に記載の方法。
  33. 側壁の厚さは0.102mm(0.0040インチ)未満である請求項11に記載の方法。
  34. 側壁の厚さは0.076mm(0.0030インチ)未満である請求項11に記載の方法。
  35. 側壁の厚さは約0.224mm(0.0088インチ)である請求項11に記載の方法。
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