JP6586157B2 - 金属容器をブロー成形するための方法 - Google Patents
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Description
米国特許第7,107,804号(特許文献2)は、特殊なブロー成形法である圧力ラム成形法すなわちPRFを開示している。PRFにおいては、所定の形状および横寸法の金属容器を、内部的または内部的かつ外部的に加えられる流体圧と、シャフトによって駆動されるラムの平行移動とによって成形する。開示される方法においては、金属シートから絞り加工、再絞り加工または後方押出し工程によって形成される、閉鎖端を有する中空の金属プレフォームを、完成品容器の形状および横寸法を画定するダイ壁によって側方を囲まれたダイキャビティの中に配置する。ダイキャビティの一端に位置するラムがキャビティの中へと平行移動可能である。プレフォームは概して円柱形であり、プレフォームを外向きに拡張させてダイ壁と実質的に完全に接触させる流体圧に供される。これが、一回の成形工程で所定の形状および横寸法をプレフォームに付与する。プレフォーム形状から最終形状へと変化させるために必要なプレフォーム材料の任意の伸長、曲げ、成形または他の変形が連続的な一つの成形作業の間に起こる。したがって、成形中、特に拡張した成形物へのプレフォーム側壁の膨れおよび拡張した成形物上の突出またはへこみ形状のレリーフの形成を要する最終形状の場合、極度の応力がプレフォーム材料に付与され得る。プレフォームが拡張し始めた後、かつプレフォームの拡張が完了する前、ラムがキャビティの中へと平行移動してプレフォームの閉鎖端を内向きに変形させる。
より複雑な形状の容器は、様々な成形法、たとえばエンボス加工法、ロール成形法、電磁成形法、ハイドロフォーミング法または加圧成形法、たとえば圧力ラム成形法によって製造することができる。しかし、アルミニウムに加わるひずみの結果である、プレフォームの成形の前または最中のプレフォーム材料の加工硬化が、後続の成形作業中に完全性の問題を招くおそれがある。プレフォームを加熱することにより、成形の前に延性を増すためのプレフォーム材料のアニールを実施することができる。
プレフォーム材料の任意のアニールとは別に、プレフォームはまた、プレフォーム材料をより延性にし、容器壁の割れまたは構造破損を防ぐために、加圧の直前に予備加熱することもできる。PRF法の間の変形および/または拡張の前のプレフォームの様々な領域の選択的予備加熱がUS7,107,804(特許文献2)に開示されている。開示される方法において、熱は、加熱された物体、たとえば成形ラムとの接触によってプレフォームに伝達される。また、上端と下端との間の対流加熱によるプレフォームのボディの区分予備加熱も可能であり、US2013/0167607A1(特許文献10)およびWO2002087802A(特許文献11)に開示されている。
アルミニウム容器は概して、腐食および内容物の腐敗を防ぐために、または衛生上の理由のために、内部コーティングまたはラッカーを要する。容器の外部もまた、概して、耐久性、ラベル貼り、装飾的外観または市場売買の理由のためのコーティングを要する。容器を複雑な形状へとブロー成形した後では、内部または外部コーティングの塗布は困難である。プレフォームは概して簡単な円柱形を有するため、コーティングは、ブロー成形の前にプレフォームに塗布することが好ましい。しかし、ブロー成形前のプレフォームの過度な予備加熱はそのようなコーティングを損傷させるおそれがある。
本発明者らは本明細書において、驚くことに、衝撃押出しプレフォームが、拡張の前にプレフォーム材料をショックアニールするPRF法において使用されることができ、ショックアニールの使用が複数のアニール工程の必要性を除くことを見いだした。
本発明者らはまた、驚くことに、プレフォームのアニールの後、PRF法の間、高い三次元変形が起こるプレフォームの隣接領域の差別的予備加熱が、実質的に完全に予備加熱された領域よりも変形に対して高い抵抗を提供する、予備加熱が少ないまたは予備加熱していない領域によって、より小さな変形半径の生成およびより高い三次元レリーフ形体の作製を支援することができることを見いだした。予備加熱は、誘導によるショック予備加熱によって最も効果的に達成することができる。本明細書の文脈において、ショック予備加熱とは、材料において少なくとも120℃/秒の温度上昇を達成し、100℃〜300℃または150℃〜250℃の範囲、たとえば200℃の最終予備加熱温度に到達させるために、予備加熱すべき金属材料を急速加熱することと定義される。
さらに別の局面において、本発明は、開口端および閉鎖端を有する円柱形ボディを有するプレフォーム、たとえば金属スラグから衝撃押出しされたプレフォームから、所望の形状の成形金属容器を製造する方法を提供する。方法は、加圧の前に、プレフォーム材料を誘導加熱して、材料において少なくとも120℃/秒、好都合には少なくとも150℃/秒、たとえば少なくとも200℃/秒または235℃/秒の最小の温度上昇を達成して、その金属の融点温度の65%〜98%の範囲、たとえば90%のアニール温度に到達させることによってプレフォームをショックアニールする工程;アニールされたプレフォームを、所望の形状を画定するダイキャビティを有する成形ダイまたは金型の中で流体加圧成形する工程;プレフォームを加圧して拡張させてダイキャビティと接触させ、所望の形状をプレフォームに付与する工程;および、結果として得られた成形容器をダイから取り出す工程を含む。アルミニウムまたはアルミニウム容器の場合、温度上昇はたとえば約250℃/秒であることができる。
本発明者らはまた、断熱材でできたダイの使用が、金属ダイの使用によって生じるヒートシンク問題を解消するのに好都合であり得ることを見いだした。本発明者らは、金属ダイの高い伝導性およびヒートシンク能力が、いくつかの場合、プレフォームとダイとの接触がないときでさえ、予備加熱されるプレフォームの予備加熱パターンをゆがめるおそれがあることを見いだした。そのうえ、プレフォームが成形(ブロー成形)ダイへの挿入後に予備加熱されるとき、金属成形ダイの大きなヒートシンク能力のせいで予備加熱エネルギーの一部が失われて、予備加熱中のエネルギー消費および/または処理時間を潜在的に増す。また、金属ダイは、たとえば電磁場のゆがみにより、ダイ中のプレフォームの誘導加熱に干渉し得る。したがって、ダイ材料は好都合には非導電性である。
本発明の成形法は、第一の(出発)直径を有する円柱形側壁を有する衝撃押出しプレフォームからのブロー成形容器の製造を可能にし、成形された容器は、第一の直径よりも20%〜50%大きい第二の直径(拡張直径)まで拡張された、容器の全体形状を画定する側壁、および拡張された側壁中の三次元レリーフ構造を有し、三次元レリーフ構造は少なくとも一つのレリーフ形体(突出部および/またはへこみ部)を含み、レリーフ形体は、拡張された側壁からレリーフ形体の位置における第二の直径の0.1〜10%の相対高さ(突出部の高さまたはへこみ部の深さ)まで変形しており、0.3〜5mmの曲げ半径を有する少なくとも一つの縁を含む。
[本発明1001]
側壁、閉鎖端および開口端を有する、容器の金属プレフォームをアニールするための方法であって、
電磁場を発生させる工程;および
プレフォーム材料を誘導加熱するために該金属プレフォームを該電磁場に曝露して、該材料において少なくとも約120℃/秒の温度上昇を生じさせて、該プレフォーム材料の融点温度の約65%〜約98%の範囲のアニール温度に到達させることによって、該金属プレフォームの少なくとも一つの領域をショックアニールする工程
を含む、方法。
[本発明1002]
温度上昇が少なくとも約150℃/秒である、本発明1001の方法。
[本発明1003]
温度上昇が少なくとも約200℃/秒である、本発明1001の方法。
[本発明1004]
温度上昇が約235℃/秒〜約245℃/秒である、本発明1001の方法。
[本発明1005]
プレフォームがアルミニウムまたはアルミニウム合金でできており、温度上昇が約250℃/秒以下である、本発明1001の方法。
[本発明1006]
電磁場を発生させる工程が、プレフォーム材料を、プレフォーム表面積1cm 2 あたり約25W〜約100Wの電力密度に曝露するための電磁場を発生させることを含む、本発明1001の方法。
[本発明1007]
電力密度が約40W/cm 2 〜約90W/cm 2 である、本発明1006の方法。
[本発明1008]
電力密度が約86W/cm 2 である、本発明1007の方法。
[本発明1009]
プレフォームの前記少なくとも一つの領域が約0.3秒〜約4秒の処理時間の間、ショックアニールされる、本発明1006の方法。
[本発明1010]
プレフォームの前記少なくとも一つの領域が約2秒の処理時間の間、ショックアニールされる、本発明1009の方法。
[本発明1011]
電磁場が約10kHz〜約600kHzの範囲の周波数を有する、本発明1007、1008、1009または1010の方法。
[本発明1012]
周波数が約200kHz〜約400kHzの範囲である、本発明1011の方法。
[本発明1013]
周波数が約300kHzである、本発明1012の方法。
[本発明1014]
プレフォームの少なくとも第一および第二の領域が、該第一および第二の領域を順次に誘導加熱することによって差別的にショックアニールされる、本発明1001〜1013のいずれかの方法。
[本発明1015]
順次に誘導加熱することが、プレフォームおよび電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって第一および第二の領域を該電磁場に順次に曝露することによって達成される、本発明1014の方法。
[本発明1016]
第一および第二の領域が同じ電磁場に順次に曝露される、本発明1015の方法。
[本発明1017]
第一および第二の領域が、プレフォームおよび等しい強さまたは異なる強さの一つまたは複数の電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって、該一つまたは複数の電磁場に順次に曝露される、本発明1015の方法。
[本発明1018]
金属プレフォームが衝撃押出しプレフォームである、本発明1001〜1017のいずれかの方法。
[本発明1019]
金属プレフォームが、アルミニウムスラグから押出しされた衝撃押出しプレフォームである、本発明1001〜1017のいずれかの方法。
[本発明1020]
アルミニウムスラグが1000または3000シリーズ合金でできている、本発明1019の方法。
[本発明1021]
電磁場を発生させる工程が、プレフォームに対して外部に配置された誘導コイル、該プレフォームに対して内部に配置された誘導コイル、または該プレフォームに対して外部に配置された第一の誘導コイルおよび該プレフォームに対して内部に配置された第二の誘導コイルによって実施される、本発明1001の方法。
[本発明1022]
アニール温度が約425〜約550℃の範囲である、本発明1001の方法。
[本発明1023]
アニール温度が約475〜約525℃の範囲である、本発明1001の方法。
[本発明1024]
開口端および閉鎖端を有する円柱形ボディを有する金属プレフォームから、所望の形状の成形金属容器を加圧成形する方法であって、本発明1001〜1023のいずれかの方法にしたがって該プレフォームをショックアニールする工程;該所望の形状を画定する金型キャビティを有する金型中で、該アニールされたプレフォームに該所望の形状を付与するために該プレフォームを加圧して該プレフォームを拡張させて該金型キャビティと接触させることによって該プレフォームを流体加圧成形する工程;および、結果として得られた該所望の形状の成形容器を該金型から取り出す工程を含む、方法。
[本発明1025]
金属プレフォームが金型への挿入の前にショックアニールされる、本発明1024の方法。
[本発明1026]
プレフォームが、アルミニウムスラグから衝撃押出しされた押出しプレフォームである、本発明1024の方法。
[本発明1027]
ショックアニールする工程の前に、アルミニウムスラグからプレフォームを衝撃押出しする工程をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1028]
ショックアニールする工程の後かつ流体加圧成形する工程の前に、プレフォームの内面および該プレフォームの外面の少なくとも一方にコーティングを塗布し、硬化させて、コートされたプレフォームを作製する工程をさらに含む、本発明1025の方法。
[本発明1029]
コートされたプレフォームの、開口端に隣接する上部を冷間加工して、ネック部を形成する工程をさらに含む、本発明1028の方法。
[本発明1030]
プレフォームの、開口端に隣接する上縁をトリミング加工およびカーリング加工して、コートされ、かつネッキング加工されたプレフォームを作製する工程をさらに含む、本発明1028の方法。
[本発明1031]
流体加圧成形する工程が、
プレフォームを、容器の所望の形状に対して相補的な内部形状および装填位置と成形位置との間で移動可能な金型ベースを有する金型の中に配置すること;
該プレフォームの側壁の第一の部分および該プレフォーム閉鎖端の一部分の少なくとも一方を拡張させて該金型と接触させるために、加圧流体によって該プレフォームを加圧して、該金型ベースを該装填位置から該成形位置に移動させて、該プレフォーム閉鎖端を内向き凹形状に成形すること
を含む、本発明1024〜1030のいずれかの方法。
[本発明1032]
流体加圧成形する工程の前に、コートされたプレフォーム、またはコートされ、かつネッキング加工されたプレフォームを差別的に予備加熱する工程をさらに含む、本発明1028〜1030のいずれかの方法。
[本発明1033]
差別的に予備加熱する工程が、プレフォームを金型の中に配置する直前、または該プレフォームを該金型の中に配置した後かつ該プレフォームを加圧流体で充填する前に実施される、本発明1032の方法。
[本発明1034]
プレフォームを差別的に予備加熱する工程が、該プレフォームの第一および第二の領域を電磁場によって順次に誘導加熱することを含み、該第一および第二の領域の少なくとも一方が加圧成形工程中に高い三次元変形に供される、本発明1032または1033の方法。
[本発明1035]
順次に誘導加熱することが、プレフォームおよび電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって第一および第二の領域を該電磁場に順次に曝露することによって達成される、本発明1034の方法。
[本発明1036]
第一および第二の領域が同じ電磁場に順次に曝露される、本発明1035の方法。
[本発明1037]
第一および第二の領域が、プレフォームおよび等しい強さまたは異なる強さの一つまたは複数の電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって、該一つまたは複数の電磁場に順次に曝露される、本発明1034の方法。
[本発明1038]
電磁場を、プレフォームに対して外部に配置された誘導コイル、該プレフォームに対して内部に配置された誘導コイル、または該プレフォームに対して外部に配置された第一の誘導コイルおよび該プレフォームに対して内部に配置された第二の誘導コイルによって発生させる、本発明1032〜1037のいずれかの方法。
[本発明1039]
第一および第二の領域が、約100〜約300℃の範囲の予備加熱温度に加熱され、約4秒未満の処理時間の間、加熱される、本発明1034の方法。
[本発明1040]
予備加熱温度が約100〜約250℃の範囲であり、処理時間が約0.3〜約2秒である、本発明1039の方法。
[本発明1041]
第一および第二の領域がプレフォームの軸に沿った横方向の区域である、本発明1040の方法。
[本発明1042]
差別的に予備加熱する工程が、プレフォーム材料を誘導加熱して該材料において少なくとも約120℃/秒の温度上昇を達成し、約100℃〜約300℃の範囲の予備加熱温度に到達させることによって金属プレフォームの少なくとも一つの領域をショック予備加熱することによって実施される、本発明1032の方法。
[本発明1043]
温度上昇が約150℃〜約250℃の範囲である、本発明1042の方法。
[本発明1044]
温度上昇が約200℃である、本発明1043の方法。
[本発明1045]
誘導加熱する工程が、約5kW〜約8kWの電力入力で電磁場を発生させることを含む、本発明1042の方法。
[本発明1046]
電力入力が約6kWである、本発明1045の方法。
[本発明1047]
誘導加熱する工程が、約20W/cm 2 〜約60W/cm 2 の電力密度を有する電磁場を発生させることを含む、本発明1042の方法。
[本発明1048]
プレフォームの前記少なくとも一つの領域が約0.3秒〜約2秒の処理時間の間、ショック予備加熱される、本発明1045、1046または1047の方法。
[本発明1049]
電磁場が約10kHz〜約600kHzの範囲の周波数を有する、本発明1045、1046または1047の方法。
[本発明1050]
周波数が約200kHz〜約400kHzの範囲である、本発明1049の方法。
[本発明1051]
周波数が約300kHzである、本発明1050の方法。
[本発明1052]
プレフォームが、内面および外面の少なくとも一方にコーティングを有するコートされたプレフォームであり、該コーティングが、それを超えると該コーティングに熱損傷が生じる温度許容限界を有し、予備加熱温度が、該許容限界を50%超える温度までであるように選択され、処理時間が約2秒未満であるように選択される、本発明1032〜1040および1045〜1049のいずれかの方法。
[本発明1053]
プレフォームが、一回の加圧成形工程中、少なくとも一つの領域中で約25%〜約50%拡張される、本発明1032の方法。
[本発明1054]
加圧流体が約10バール〜約60バールの圧力を有する、本発明1031の方法。
[本発明1055]
第一の直径を有するプレフォームの側壁が、一回の加圧成形工程中、(a)容器の全体形状までおよび該第一の直径よりも約25%〜約50%大きい第二の直径まで拡張され、(b)拡張された側壁中に三次元レリーフ構造が生成され、該三次元レリーフ構造が少なくとも一つのレリーフ形体を含み、該レリーフ形体が、該側壁から該レリーフ形体の位置における第二の直径の約0.1%〜約10%の相対高さまで変形しており、該レリーフ形体が、約0.3mm〜約5mmの曲げ半径を有する少なくとも一つの縁を含む、本発明1031の方法。
[本発明1056]
レリーフ形体が突出部およびへこみ部の一方である、本発明1055の方法。
[本発明1057]
プレフォームを金型内の中心に維持するために、プレフォームが、閉鎖端の外面に位置合わせ用へこみ部を含み、金型ベースが、加圧成形工程中に該位置合わせ用へこみ部と係合するための位置合わせ用突出部を含む、本発明1031の方法。
[本発明1058]
コーティングが、下塗り、印刷コーティング、ワニス上塗り、または内部ラッカーもしくは粉体塗装の少なくとも一つを含む、本発明1052の方法。
[本発明1059]
ネック部の上部にねじを切り、上縁にビードを形成する工程をさらに含む、本発明1029または1030の方法。
[本発明1060]
所定の三次元形状の金属容器の加圧成形に使用するための金型であって、該所定の三次元形状に相補的な内面を有する金型ボディを含み、該ボディの大部分が、金属よりも低い熱伝導率を有する材料から作られている、金型。
[本発明1061]
ボディの大部分が断熱材でできている、本発明1060の金型。
[本発明1062]
ボディが非導電性材料でできている、本発明1060または1061の金型。
[本発明1063]
金型の大部分がプラスチック材料でできている、本発明1060、1061または1062の金型。
[本発明1064]
プラスチック材料がフェノール樹脂、エポキシ樹脂または別の熱硬化性樹脂である、本発明1063の金型。
[本発明1065]
フェノール樹脂-織物複合材から鋳造されたボディを有する、本発明1064の金型。
[本発明1066]
金型の内面の耐摩耗性を高めるため、および、該金型と接触したとき拡張されたプレフォームの冷却を提供するために、金型の内面が、金属蒸着によって塗布された金属コーティングでコートされている、本発明1060〜1065のいずれかの金型。
[本発明1067]
第一の直径の円柱形側壁および閉じた下端を有する衝撃押出しアルミニウムプレフォームから加圧成形された成形金属容器であって、
該成形金属容器が、
ドーム状の下端;
該容器の全体形状を画定する側壁であって、少なくとも一つの領域において、該第一の直径よりも大きい拡張された直径を有する、側壁;および
拡張された側壁中の三次元レリーフ構造であって、該三次元レリーフ構造が、少なくとも一つのレリーフ形体を含み、該レリーフ形体が、該拡張された側壁から該レリーフ形体の位置における第二の直径の約0.1%〜約10%の相対高さまたは低さまで変形しており、該レリーフ形体が、約0.3mm〜約5mmの曲げ半径を有する少なくとも一つの縁を含む、三次元レリーフ構造
を含み;
該側壁の全体拡張が該第一の直径の約25%〜50%である、成形金属容器。
[本発明1068]
全体拡張が第一の直径の約25%〜約45%である、本発明1067の成形金属容器。
[本発明1069]
レリーフ形体が約5%〜約10%の相対高さを有し、縁が約0.3mm〜約3mmの曲げ半径を有する、本発明1067または1068の成形金属容器。
[本発明1070]
ブロー成形容器が、突出部の形態の少なくとも一つのレリーフ形体を、へこみ部の形態の少なくとも一つのレリーフ形体に直接隣接して含む、本発明1067、1068または1069の成形金属容器。
[本発明1071]
容器の全体形状が該容器の縦軸に対して非対称である、本発明1069または1070の成形金属容器。
[本発明1072]
所望の形状の成形金属容器を加圧成形する方法であって、
第一の直径、開口端および閉鎖端を有する円柱形ボディを有するアニールされた金属プレフォームを得る工程、
該所望の形状を画定する金型キャビティを有する金型中で、該アニールされたプレフォームに該所望の形状を一回の成形工程で付与するために該プレフォームを加圧して該プレフォームを拡張させて該金型キャビティと接触させることによって該プレフォームを流体加圧成形する工程;および
結果として得られた該所望の形状の成形容器を該金型から取り出す工程
を含み、該アニールされたプレフォームが、該流体加圧成形する工程の前に予備加熱工程で予備加熱され、該流体加圧成形工程中、変形の高い領域で、該第一の直径よりも少なくとも約25%大きい第二の直径まで拡張される、方法。
[本発明1073]
金型が、装填位置と成形位置との間で移動可能な金型ベースを含み、加圧する工程が、プレフォームの第一の領域および該プレフォーム閉鎖端の一部分を拡張させて該金型と接触させるために、該プレフォームを加圧流体で充填することを含み、該流体加圧成形する工程が、該金型ベースを該装填位置から該成形位置に移動させて、該プレフォーム閉鎖端を内向き凹形状に変形させることをさらに含む、本発明1072の方法。
[本発明1074]
予備加熱工程が、金属プレフォームを差別的に予備加熱することを含む、本発明1072または1073の方法。
[本発明1075]
差別的に予備加熱することが、プレフォームを金型の中に配置する直前、または該プレフォームを該金型の中に配置した後かつ流体加圧成形する工程の前に実施される、本発明1074の方法。
[本発明1076]
金属プレフォームを差別的に予備加熱する工程が、該金属プレフォームの第一および第二の領域を誘導加熱のための電磁場によって順次に誘導加熱することを含み、該第一および第二の領域の少なくとも一方が加圧成形工程中に高い変形に供される、本発明1075の方法。
[本発明1077]
順次に誘導加熱することが、プレフォームおよび電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって第一および第二の領域を該電磁場に順次に曝露することによって達成される、本発明1076の方法。
[本発明1078]
第一および第二の領域が同じ電磁場に順次に曝露される、本発明1077の方法。
[本発明1079]
第一および第二の領域が、プレフォームおよび等しい強さまたは異なる強さの一つまたは複数の電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって、該一つまたは複数の電磁場に順次に曝露される、本発明1076の方法。
[本発明1080]
電磁場を、プレフォームに対して外部に配置された誘導コイル、該プレフォームに対して内部に配置された誘導コイル、または該プレフォームに対して外部に配置された第一の誘導コイルおよび該プレフォームに対して内部に配置された第二の誘導コイルによって発生させる、本発明1076〜1079のいずれかの方法。
[本発明1081]
第一および第二の横方向区域が、約100℃〜約300℃の範囲の予備加熱温度に加熱され、4秒未満の処理時間の間、加熱される、本発明1076の方法。
[本発明1082]
予備加熱温度が約100℃〜約200℃の範囲であり、処理時間が約0.1秒〜約2秒である、本発明1081の方法。
[本発明1083]
金属プレフォームが、予備加熱工程中、プレフォーム材料を誘導加熱して、約100℃〜約300℃の範囲の予備加熱温度に到達するまで該材料において少なくとも約120℃/秒の温度上昇を達成することによって該金属プレフォームの少なくとも一つの横方向区域をショック予備加熱することによって予備加熱される、本発明1072の方法。
[本発明1084]
温度上昇が150℃〜約250℃の範囲である、本発明1083の方法。
[本発明1085]
温度上昇が約200℃である、本発明1084の方法。
[本発明1086]
誘導加熱する工程が、約20W/cm 2 〜約40W/cm 2 の電力密度を有する電磁場を発生させることを含む、本発明1082の方法。
[本発明1087]
プレフォームの前記少なくとも一つの領域が約0.1秒〜約2秒の処理時間の間、ショック予備加熱される、本発明1083または1086の方法。
[本発明1088]
電磁場が約10kHz〜約600kHzの範囲の周波数を有する、本発明1083または1086の方法。
[本発明1089]
周波数が約200kHz〜400kHzの範囲である、本発明1088の方法。
[本発明1090]
周波数が約300kHzである、本発明1089の方法。
[本発明1091]
第一および第二の領域がプレフォームの軸に沿った横方向の区域である、本発明1072〜1090のいずれかの方法。
[本発明1092]
金属プレフォームが、内面および外面の少なくとも一方にコーティングを有するコートされたプレフォームであり、該コーティングが、それを超えると該コーティングに熱損傷が生じる温度許容限界を有し、予備加熱温度が、該許容限界を50%超える温度までであるように選択され、処理時間が約2秒未満であるように選択される、本発明1072〜1090のいずれかの方法。
[本発明1093]
プレフォームが、加圧成形工程中、変形の高い少なくとも一つの領域中で第一の直径の約25%〜約50%拡張される、本発明1092の方法。
[本発明1094]
加圧流体が約10バール〜約60バールの圧力を有する、本発明1072の方法。
[本発明1095]
第一の直径を有するプレフォームの側壁が、加圧成形工程中、容器の全体形状までおよび該第一の直径よりも約25%〜約50%大きい第二の直径まで拡張されて、拡張された側壁中に三次元レリーフ構造が生成され、該三次元レリーフ構造が少なくとも一つのレリーフ形体を含み、該レリーフ形体が、該側壁から該レリーフ形体の位置における第二の直径の約0.1%〜約10%の相対高さまで変形しており、該レリーフ形体が、約0.3mm〜約5mmの曲げ半径を有する少なくとも一つの縁を含む、本発明1072の方法。
[本発明1096]
レリーフ形体が突出部およびへこみ部の一方である、本発明1095の方法。
[本発明1097]
プレフォームを金型内の中心に維持するために、プレフォームが、閉鎖端の外面に位置合わせ用へこみ部を含み、金型ベースが、加圧成形工程中に該位置合わせ用へこみ部と係合するための位置合わせ用突出部を含む、本発明1072の方法。
[本発明1098]
コーティングが、下塗り、印刷コーティング、およびワニス上塗り、内部ラッカーまたは粉体塗装の少なくとも一つを含む、本発明1092の方法。
[本発明1099]
アニールされた金属プレフォームを得る工程が、第一の直径、開口端および閉鎖端を有する円柱形ボディを有する成形金属プレフォームを得て、該成形金属プレフォームを本発明1001〜1021のいずれかの方法によってアニールして、アニールされた金属プレフォームを得る工程を含む、本発明1072〜1098のいずれかの方法。
[本発明1100]
(a)側壁、閉鎖端および開口端を有する押出しプレフォームを形成するための金属スラグから衝撃押出しされ、かつ(b)本発明1001〜1023のいずれかの方法によってアニールされたボディを含む、加圧成形法に使用するための金属プレフォーム。
[本発明1101]
加圧成形の前に金属プレフォームを予備加熱する方法であって、第一の直径、開口端および閉鎖端を有する円柱形ボディを有する金属プレフォームを得る工程、および該金属プレフォームの第一および第二の領域を誘導加熱のための電磁場によって順次に誘導加熱することによって該金属プレフォームを差別的に予備加熱する工程を含み、該第一および第二の領域の少なくとも一方が加圧成形工程中に高い変形に供される、方法。
[本発明1102]
順次に誘導加熱することが、プレフォームおよび電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって第一および第二の領域を該電磁場に順次に曝露することによって達成される、本発明1101の方法。
[本発明1103]
第一および第二の領域が同じ電磁場に順次に曝露される、本発明1102の方法。
[本発明1104]
第一および第二の領域が、プレフォームおよび等しい強さまたは異なる強さの一つまたは複数の電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって、該一つまたは複数の電磁場に順次に曝露される、本発明1102の方法。
[本発明1105]
電磁場を、プレフォームに対して外部に配置された誘導コイル、該プレフォームに対して内部に配置された誘導コイル、または該プレフォームに対して外部に配置された第一の誘導コイルおよび該プレフォームに対して内部に配置された第二の誘導コイルによって発生させる、本発明1101の方法。
[本発明1106]
第一および第二の領域が、約100〜約300℃の範囲の予備加熱温度に加熱され、約4秒未満の処理時間の間、加熱される、本発明1101の方法。
[本発明1107]
予備加熱温度が約100〜約200℃の範囲であり、処理時間が約0.3秒〜約2秒である、本発明1106の方法。
[本発明1108]
金属プレフォームが、予備加熱工程中、プレフォーム材料を誘導加熱して、約100℃〜約300℃の範囲の予備加熱温度に到達するまで該材料において少なくとも約120℃/秒の温度上昇を達成することによって該金属プレフォームの少なくとも一つの横方向区域をショック予備加熱することによって予備加熱される、本発明1101の方法。
[本発明1109]
温度上昇が約150℃〜約250℃の範囲である、本発明1108の方法。
[本発明1110]
温度上昇が約200℃である、本発明1109の方法。
[本発明1111]
誘導加熱する工程が、約5kW〜約8kWの電力入力で電磁場を発生させることを含む、本発明1108の方法。
[本発明1112]
電力入力が約6kWである、本発明1111の方法。
[本発明1113]
誘導加熱する工程が、約20W/cm 2 〜約40W/cm 2 の電力密度を有する電磁場を発生させることを含む、本発明1105の方法。
[本発明1114]
プレフォームの前記少なくとも一つの領域が約0.3秒〜約2秒の処理時間の間、ショック予備加熱される、本発明1111、1112または1113の方法。
[本発明1115]
電磁場が約10kHz〜約600kHzの範囲の周波数を有する、本発明1107または1108の方法。
[本発明1116]
周波数が約200kHz〜約400kHzの範囲である、本発明1115の方法。
[本発明1117]
温度上昇が約300kHzである、本発明1116の方法。
[本発明1118]
金属プレフォームが、内面および外面の少なくとも一方にコーティングを有するコートされたプレフォームであり、該コーティングが、それを超えると該コーティングに熱損傷が生じる温度許容限界を有し、予備加熱温度が、該許容限界を50%超える温度までであるように選択され、処理時間が約2秒未満であるように選択される、本発明1101〜1117のいずれかの方法。
[本発明1119]
第一および第二の領域がプレフォームの第一および第二の横方向区域である、本発明1101〜1118のいずれかの方法。
たとえばUS2011/0167886(参照により全体として本明細書に組み入れられる)に記載されているような、シート材料から作られたプレフォームから成形容器を製造するための従来の容器成形法は、概して、シート材料の絞り加工、再絞り加工または後方押出しによってプレフォームを成形する工程、プレフォーム材料を回復アニールに供す工程、プレフォームをコーティングおよび/またはラベル貼りする工程、ならびに、たとえば圧力ラム成形工程によってプレフォームを所望の最終形状へと拡張させる工程を含む。
プレフォームのブロー成形は、著しい材料変形および/または拡張の領域を生じさせることができる。これらの領域における材料破損を避けるために、延性を高めるためのプレフォームのアニールが使用される。本発明者らは、オーブンなどにおける対流加熱によるプレフォームの従来型の完全なアニールがプレフォームの延性を高めるが、対流加熱にはいくつかの欠点があることを認めた。対流加熱は、環境への熱損失およびプレフォーム材料だけでなく、それを取り囲む空間をも加熱する必要性のせいで、低いエネルギー効率を伴う。また、プレフォームの加熱が不均一になり、プレフォームの不均一なアニールを生じさせ得る。壁厚さが変化するプレフォームの場合にも同じ問題が起こり得る。そのうえ、アニール温度および/または滞留時間を増すことは、より均一なプレフォームのアニールを生じさせるが、潜在的により深刻な他の問題を発生させるおそれがある。
US7,107,804(参照により全体として本明細書に組み入れられる)は、所定の形状および横寸法の金属容器が、内部的または内部的かつ外部的に加えられる流体圧と、シャフトによって駆動されるラムの平行移動とによって形成される、圧力ラム成形(PRF)法を開示している。開示された方法においては、金属シートから絞り加工、再絞り加工または後方押出しによって形成された、閉鎖端を有する中空の金属プレフォームが、完成品容器の形状および横寸法を画定するダイ壁によって側方を囲まれたダイキャビティの中に配置される。ダイキャビティの一端に位置するラムがキャビティの中へと平行移動可能である。プレフォームは、閉鎖端が、ラムに対して近位で対面して配置される状態で、ダイの中に配置される。プレフォームは、はじめ、ダイ壁から内側に離間しているが、流体圧に供されると、外向きに拡張してダイ壁と実質的に完全に接触する。これが、所定の形状および横寸法をプレフォームに付与する。プレフォームが拡張し始めた後、かつプレフォームの拡張が完了する前、ラムがキャビティの中へと平行移動して、プレフォームの閉鎖端と係合し、プレフォームの閉鎖端を、流体圧によって加えられる力の方向とは反対の方向に移動させ、プレフォームの閉鎖端を内向きに変形させる。容器が成形される所定の形状は、ネック部およびネック部よりも横寸法が大きいボディ部を含むボトル形であり得る。ダイは概して割型であり、割型は、成形された容器の取り出しのために分離可能であり、キャビティの長軸を中心に非対称であり得る所定の形状を可能にする。
プレフォームの予備加熱は、金型内の加熱器、外部加熱器、またはプレフォームの外部もしくは内部の誘導加熱器によって達成することができる。本発明の成形法の一つの態様においては、コーティング付きのアルミニウム合金プレフォーム18を使用し、それが、ブロー成形のためのより高い延性を提供しながらもコーティングへの損傷を最小限にするために、200℃以下の温度に予備加熱される。
本発明の成形法は、第一の直径(初期または出発直径)の円柱形側壁および閉じた下端を有する衝撃押出しアルミニウムプレフォームから一回の拡張工程で加圧成形される本発明の成形金属容器の製造を可能にする。成形金属容器は、閉鎖端(下端)、たとえば内向きドーム状の下端と、容器の全体形状を画定する側壁とを含む。少なくとも一つの成形領域において、成形容器は、第一の直径よりも大きい拡張された直径(第二の直径)を有する。側壁はさらに、少なくとも一つの成形領域において、三次元レリーフ構造を含む。三次元レリーフ構造は少なくとも一つのレリーフ形体を含み、レリーフ形体は、側壁からレリーフ形体の位置における第二の直径の0.1〜10%の相対高さまで変形しており、0.3〜5mmの曲げ半径を有する少なくとも一つの縁を含む。レリーフ形体における側壁の最大全体拡張は第一の直径の25%〜50%である。対称な形状を有する例示的な成形容器が図15に示され、非対称な形状および様々な外観の複数の三次元レリーフ形体を有する成形容器が図16に示されている。図16の容器の特定のレリーフ形体の詳細図が図17〜20に示され、図中、レリーフ構造の各曲りおよび/または縁の曲げ半径がRxと指定されており、ここで、Rは半径を表し、xは各半径のmm単位のサイズを表す。
図6〜11に概略的に示すような本発明の例示的工程に使用される成形金型または成形ダイ10は、少なくとも60バールまでの成形圧に耐えることができる任意の材料で形成されることができる。一つの態様において、所定の三次元形状の金属容器の加圧成形に使用するための成形ダイ10は、所定の三次元形状に相補的な内面を有する金型ボディを含む。ボディの大部分が、金属よりも低い熱伝導率を有する材料でできていることが好都合である。一つの態様において、ボディの大部分は断熱材でできている。別の態様において、ボディの材料はまた、非導電性材料、たとえばフェノール樹脂または他の熱硬化性樹脂の群から選択されるプラスチック材料である。本発明の方法において使用される一つの例示的なダイ10は、フェノール樹脂-綿織物材料から鋳造されたものである。他の可能な材料は、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、紙基材、ガラス繊維基材または合成基材で強化されたエポキシ樹脂(複合フェノール、エポキシ、Kevlar、炭素繊維など)である。別の例示的なダイは、内面の耐摩耗性を高めるため、および、ダイと接触したとき拡張したプレフォームの冷却を提供するために、金属蒸着によって塗布された金属コーティングが金型の内面に提供されたものである。
シリーズ1100または3000合金でできた直径38mm、厚さ12mmの市販のアルミニウムスラグを、従来の衝撃押出し機(Schuler Press)中で、閉じた平坦な底および高さ約200mm、厚さ0.333mmの円柱形側壁を有する直径38mmの円柱形アルミニウムプレフォームへと衝撃押出しした。プレフォームを従来のトリミング加工、洗浄およびブラッシング処理に供して、均一な上縁を生成し、押出し潤滑剤を除去し、均一な全体的外観を提供した。
直径42mm、高さ約50mmの市販の円柱形誘導コイル(FCF)をアニール処理に使用した。プレフォームをマンドレル63に配置し、コイル70をプレフォーム上で一定の速度で動かした。300Hzの周波数で380Vの電圧を15kWの全エネルギー入力でコイルに印加した。誘導加熱工程の効率は約38%と計算され、それは、コイル下のプレフォームの表面積への全エネルギー入力に換算して5.2kWであった。50.8mmのコイル高さおよび38mmの缶外径で、コイル下のプレフォームの表面積は85.79cm2であり、したがって、プレフォームに入力される電力密度は約85.8W/cm2であった。コイルの前進速度は、プレフォーム上の各軸方向位置が、コイルによって発生する電磁場に約2秒間、曝露されるように選択した。到達した最終アニール温度は510℃であり、約26℃の周囲温度で、温度上昇に換算して約240℃/秒であった。プレフォームの各軸方向領域が電磁場に曝露され、それにより、コイルがその領域を通過するのに要する時間だけ加熱された。周囲条件による領域の冷却は、コイルが通過した直後から始まった。プレフォーム全体を軸方向に完全に通過させた後、コイルを出発位置に戻した。
100℃未満の温度まで冷ました後、従来の技術を使用して、内部ラッカーコーティングおよび外部印刷ラベルをプレフォームに提供した。次いで、コートされ、装飾されたプレフォームを従来のネッキング処理に供して、図14に示すような縁付きネック部を形成した。
プレフォームの予備加熱は、ダイの外側または内側で実施することができる。ダイに対して外部で予備加熱されるとき、サイクル時間を減らし、機械効率を改善するために、プレフォームは中間位置で予備加熱される。外部加熱のほうがより容易に実施することができるが、ダイの内側での予備加熱の場合よりも多くのプレフォーム冷却が成形の前に起こり得る。この例においては、コートされ、装飾されたプレフォームを、図7に示すような開口したダイ10の中へと動かし、動く電磁場への曝露によって予備加熱した。アニール工程に関連して上述したものと同じ寸法のコイルを使用した。プレフォーム中へのエネルギー入力は、プレフォーム材料が300℃の温度に到達し、プレフォーム材料の任意の部分の曝露時間が最大2秒に制限されるように制御した。プレフォーム材料中に供給されるエネルギー密度は40W/cm2であり、温度上昇は最大で140℃/秒であった。換言するならば、プレフォームを、アニール工程に関連して上述したショックアニール工程に類似したショック予備加熱工程に曝露した。コイルをプレフォームに沿って軸方向に動かすとき電磁場の強さおよびコイル前進速度の両方を変化させることによって差別的予備加熱を達成した。プレフォーム全体を軸方向に完全に通過させた後、コイルを出発位置に戻した。
ダイ10を、図10に示すように閉じ、圧縮空気で約5,000,000 Paまで加圧してプレフォーム側壁18をダイキャビティ11に押し当て、ラム12をダイの中へと動かして容器に凹状の下端を形成した。成形工程が完了した後、ダイ10を開放し、図16に示すような成形容器をダイから取り出した。
Claims (24)
- 側壁、閉鎖端および開口端を有する、容器の金属プレフォームをアニールするための方法であって、
電磁場を発生させる工程;および
プレフォーム材料を誘導加熱するために該金属プレフォームを該電磁場に曝露して、該材料において少なくとも120℃/秒の温度上昇を生じさせて、該プレフォーム材料の融点温度の65%〜98%の範囲のアニール温度に到達させることによって、該金属プレフォームの少なくとも一つの領域をショックアニールする工程
を含む、方法。 - プレフォームがアルミニウムまたはアルミニウム合金でできており、温度上昇が250℃/秒以下である、請求項1に記載の方法。
- 電磁場を発生させる工程が、プレフォーム材料を、プレフォーム表面積1cm2あたり25W〜100Wの電力密度に曝露するための電磁場を発生させることを含む、請求項1に記載の方法。
- プレフォームの前記少なくとも一つの領域が0.3秒〜4秒の処理時間の間、ショックアニールされる、請求項3に記載の方法。
- 電磁場が10kHz〜600kHzの範囲の周波数を有する、請求項3に記載の方法。
- プレフォームの少なくとも第一および第二の領域が、該第一および第二の領域を順次に誘導加熱することによって差別的にショックアニールされる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 第一および第二の領域が、プレフォームおよび等しい強さまたは異なる強さの一つまたは複数の電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって、該一つまたは複数の電磁場に順次に曝露される、請求項6に記載の方法。
- 金属プレフォームが衝撃押出しプレフォームである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- アニール温度が425〜550℃の範囲である、請求項1に記載の方法。
- 開口端および閉鎖端を有する円柱形ボディを有する金属プレフォームから、所望の形状の成形金属容器を加圧成形する方法であって、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法にしたがって該プレフォームをショックアニールする工程;該所望の形状を画定する金型キャビティを有する金型中で、該アニールされたプレフォームに該所望の形状を付与するために該プレフォームを加圧して該プレフォームを拡張させて該金型キャビティと接触させることによって該プレフォームを流体加圧成形する工程;および、結果として得られた該所望の形状の成形容器を該金型から取り出す工程を含む、方法。
- 金属プレフォームが金型への挿入の前にショックアニールされる、請求項10に記載の方法。
- プレフォームが、アルミニウムスラグから衝撃押出しされた押出しプレフォームである、請求項10に記載の方法。
- ショックアニールする工程の後かつ流体加圧成形する工程の前に、プレフォームの内面および該プレフォームの外面の少なくとも一方にコーティングを塗布し、硬化させて、コートされたプレフォームを作製する工程をさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 流体加圧成形する工程が、
プレフォームを、容器の所望の形状に対して相補的な内部形状および装填位置と成形位置との間で移動可能な金型ベースを有する金型の中に配置すること;
該プレフォームの側壁の第一の部分および該プレフォーム閉鎖端の一部分の少なくとも一方を拡張させて該金型と接触させるために、加圧流体によって該プレフォームを加圧して、該金型ベースを該装填位置から該成形位置に移動させて、該プレフォーム閉鎖端を内向き凹形状に成形すること
を含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。 - 流体加圧成形する工程の前に、コートされたプレフォーム、またはコートされ、かつネッキング加工されたプレフォームを差別的に予備加熱する工程をさらに含む、請求項13または14に記載の方法。
- プレフォームを差別的に予備加熱する工程が、該プレフォームおよび電磁場の少なくとも一方または両方を互いに対して動かすことによって該プレフォームの第一および第二の領域を該電磁場に順次に曝露することによって該第一および第二の領域を該電磁場によって順次に誘導加熱することを含み、該第一および第二の領域の少なくとも一方が加圧成形工程中に高い三次元変形に供される、請求項15に記載の方法。
- 第一および第二の領域が、100〜300℃の範囲の予備加熱温度に加熱され、4秒未満の処理時間の間、加熱される、請求項16に記載の方法。
- 誘導加熱する工程が、5kW〜8kWの電力入力で電磁場を発生させることを含む、請求項16に記載の方法。
- 電磁場が10kHz〜600kHzの範囲の周波数を有する、請求項18に記載の方法。
- プレフォームが、内面および外面の少なくとも一方にコーティングを有するコートされたプレフォームであり、該コーティングが、それを超えると該コーティングに熱損傷が生じる温度許容限界を有し、予備加熱温度が、該許容限界を50%超える温度までであるように選択され、処理時間が2秒未満であるように選択される、請求項15〜19のいずれか1項に記載の方法。
- プレフォームが、一回の加圧成形工程中、少なくとも一つの領域中で25%〜50%拡張される、請求項20に記載の方法。
- 第一の直径を有するプレフォームの側壁が、一回の加圧成形工程中、(a)容器の全体形状までおよび該第一の直径よりも25%〜50%大きい第二の直径まで拡張され、(b)拡張された側壁中に三次元レリーフ構造が生成され、該三次元レリーフ構造が少なくとも一つのレリーフ形体を含み、該レリーフ形体が、該側壁から該レリーフ形体の位置における第二の直径の0.1%〜10%の相対高さまで変形しており、該レリーフ形体が、0.3mm〜5mmの曲げ半径を有する少なくとも一つの縁を含む、請求項14に記載の方法。
- レリーフ形体が突出部およびへこみ部の一方である、請求項22に記載の方法。
- プレフォームを金型内の中心に維持するために、プレフォームが、閉鎖端の外面に位置合わせ用へこみ部を含み、金型ベースが、加圧成形工程中に該位置合わせ用へこみ部と係合するための位置合わせ用突出部を含む、請求項14に記載の方法。
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