JP5630621B2 - 樹脂被覆シームレス缶体 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂被覆シームレス缶体、特に金属板の少なくとも片面に有機樹脂を被覆した樹脂被覆金属板より絞りしごき加工方法により成形した樹脂被覆シームレス缶体に関する。

近年環境保全及び缶材料の節約の観点から提案されている樹脂被覆シームレス缶は、樹脂被覆金属板を絞りしごき加工することによって缶体が成形されるが、その場合、特に缶体の開口端部のしごき率が１５％以上になると、有機樹脂の糸状切断くず（以下、樹脂ヘアという。）が発生しやすい傾向がある。樹脂ヘアが発生した場合、このような樹脂ヘアはパンチまたはダイに付着するため、次にしごき加工を受ける絞り缶の缶体表面の被覆樹脂を損傷するという問題がある。

この問題点を解決する手段として、図７に示すように、絞り加工後のカップ２５を小径部分の後端に逃げ傾斜面２１のあるパンチ２０に装着して、２個のしごきダイを連設して配置したしごき加工ダイの内部に挿入してしごき加工を行い、絞りカップの側壁厚みを減少させ、カップの高さを増加させて缶体を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。この加工方法は、第１ダイ１０および第２ダイ１１を連設することにより、後段の第２ダイ１１によるしごき加工に際して、前段の第１ダイ１０によるしごき加工で発生する軸方向の成形応力をバックテンションとして有効に利用して、単一ダイによる１工程しごき成形よりも限界しごき率を向上させる等の利点を得ている。また、パンチ逃げ傾斜面２１を有するパンチを用いることにより、缶胴開口端部のしごき加工を行わない工夫により、樹脂ヘアの発生を防止できるようにしている。

しかしながら上記連設ダイを用いた場合、側壁部のしごき加工からフランジ形成部のしごき加工へ移行する場合はしごき量が大きく変わり、側壁部の一部に肉薄部（ショックライン）が発生し、特に薄肉缶を得るためにしごき率を高めた場合破胴が生じることがある。この対処法として、第１ダイと第２ダイにおけるランド間距離以上の長さのテーパをパンチの大径部分に形成することで、側壁部の破胴を抑制できる絞りしごき加工方法が提供されている（特許文献２参照）。この場合、パンチの大径部分にテーパを形成することによって、段差部近傍の側壁部の肉厚が軸方向に（開口部に）向けて次第に増大するために、肉薄部（ショックライン）の発生を防止出来る。

特開２００６−６８７７９号公報 ＷＯ２００７−０５２３６４号公報

しかしながら、上記連設ダイを用いたしごき加工法では、フランジ形成部のしごき加工からしごき加工終了へ移行する場合もしごき量が大きく変わり、フランジ形成部の一部に肉薄部(上記と同様のショックライン)が発生する。一般的な陽圧缶の場合、該フランジ形成部は、巻締のためのネックイン加工やフランジ加工等の後加工が行われるため側壁部より肉厚になっている。上記フランジ形成部の詳細は、図８に拡大して示すように、局部的に円周方向に肉薄部Ｚが生じ、かつ当肉薄部以後の高さにおける肉厚のバラツキが大きくなってしまう現象が見られている。図９に示すグラフは、上記提案の第１ダイと第２ダイがランド間距離１０ｍｍで連設されたダイと従来のパンチによりしごき加工した缶体について缶底から高さ方向への厚みの変化を周方向に４５゜間隔、高さ方向に２．５ｍｍ間隔で測定したものである。このように缶底（ボトム）からある一定の高さ（図９の例では１６０ｍｍ）で肉厚の減少が局部的に見られ、それ以後の高さでは肉厚のバラツキが大きくなっていることがわかる。

前記フランジ形成部の肉厚が不均一になると、ネックイン加工時に図１０に示すようにしわ４５（円周方向の座屈）が発生する問題を引き起こす。この問題はフランジ形成部の肉厚を厚くすれば解決可能であるが、材料費のコスト増大を招くので、なるべく薄い肉厚でのしわ発生抑制が求められている。それを可能にするには、板厚のバラツキが少なく、より均一な厚さであることが要求される。しかし樹脂被覆シームレス缶の場合、樹脂ヘアの発生を防止するために、連設ダイを使用するしごき加工法を採用すると、どうしてもフランジ形成部に局部的な肉厚減少部が発生して不均一に薄くなる傾向があり、前述のネックイン加工時にしわが発生してフランジ加工後も残り、二重巻締が正常に行われず漏洩することがあった。上記特許文献２で提案したものは、連設ダイを使用してしごき加工する場合の側壁部の一部に肉薄部（ショックライン）が生じることを防止する対策として、パンチの大径部分にテーパを形成したものである。該テーパによって、段差部近傍の側壁部の肉厚が軸方向に（開口部に）向けて次第に増大するために、肉薄部（ショックライン）の発生を防止出来る。

上記方法を、フランジ形成部のしごき加工に適用して、パンチの小径部分にテーパを形成した場合は、フランジ形成部の肉厚が軸方向に（開口部に）向けて次第に増大するため肉薄部の発生は防止出来る。しかし、開口端の肉厚が増大し過ぎ、ネックイン加工やフランジ加工する際の成形荷重が過大になって、缶胴が座屈する等の不具合が生じること、さらに無駄なメタル量が要るため、コストアップになる。
そこで、本発明は、上記２点の問題点を解決したシームレス缶体を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意実験した結果、連設ダイによるしごき加工では第１ダイでのしごき加工に続いて第２ダイでのしごき加工が行なわれるが、上記缶胴フランジ形成部の肉厚減少の発生箇所は、第１ダイによる加工終了時における第２ダイのランドが位置する部分であることがわかった。連接ダイによるしごき加工においては、第１ダイによるしごき加工が行なわれている間、第２ダイでのしごき加工にはバックテンションが作用しており、該バックテンションが変化すると第２ダイでのしごき加工の負荷も変化するため、結果的にしごき加工後の肉厚も変化する。上記肉厚減少の発生原因は、パンチ逃げ傾斜面の頂端縁が第１ダイのランド後端に達したときにバックテンションが一時的に増大することによると考えられる。その後、第１ダイによるしごき加工はパンチ逃げ傾斜面で行われるためしごき量は急激に減り、ついにはゼロとなってしまう。これ以降は第１ダイでのしごき加工におけるバックテンションは無くなるため、第２ダイ単独でのしごき加工となるが、前述の肉厚減少発生の影響を受けて肉厚のバラツキが大きくなることを知見した。

この知見に基づきさらに研究した結果、肉厚減少の発生するパンチ小径部分の外周面に円周溝を設けることによって、バックテンションの一時的な増大による肉厚減少を防ぐことが可能となり、その後の肉厚のバラツキも抑制できることを見出し本発明に到達したものである。

即ち、本願の請求項１の発明に係る樹脂被覆シームレス缶体は、金属板の少なくとも片面に有機樹脂を被覆した樹脂被覆金属板の少なくとも片面に有機樹脂を被覆した樹脂被覆金属板よりなる絞りカップをパンチに装着し、複数のダイを重ねた連設ダイを通過させてしごき加工してなる底部、側壁部およびフランジ形成部からなる樹脂被覆シームレス缶体であって、前記連接ダイによるしごき加工で前記フランジ形成部に局部的に生じる肉厚減少部を、前記パンチの小径部外周に形成した円周溝により補正してなり、前記フランジ形成部の周方向の偏肉量が各高さ位置での平均肉厚に対して５％以内であることを特徴とするものである。
金属板の少なくとも片面に有機樹脂を被覆してなる樹脂被覆金属板よりなる絞りカップをパンチに装着し、連設ダイを通過させるしごき加工では、単一ダイによる１工程しごき成形よりも限界しごき率を向上させる等の利点が得られるが、連設ダイを使用する関係上、フランジ形成部に局部的な肉厚減少部が発生する。この対策として、前記のように小径部分のパンチ外周面に、円周溝を形成し、該円周溝の幅や深さを適宜選ぶことにより、肉厚減少を補正することができる。前記フランジ形成部においてパンチ小径部分の円周溝位置に相当する部分を、肉厚補正域と呼ぶ。
本発明の缶体では、前記肉厚補正域の肉厚を適宜増やすことで、肉厚減少を補正して肉厚減少部をなくすことができてフランジ形成部の肉厚を略均一にしたことを特徴とするものである。
その結果本発明の缶体は、前記フランジ形成部の周方向の偏肉量が各高さ位置での平均肉厚に対して５％以内である。したがって、従来の缶体と比べてフランジ形成部の周方向肉厚が均一の缶体を得ることができ、より良好に前述のネックイン加工やフランジ加工を行なうことができる。

本発明の樹脂被覆シームレス缶体は、フランジ形成部の肉厚のバラツキが少ないため、フランジ形成部の肉厚を従来よりも厚肉にすることなくネックイン加工時のしわの発生が抑制できる。その結果、缶胴の軽量化（材料コスト低減）にも貢献することができる。

本発明の樹脂被覆シームレス缶体のしごき加工装置による樹脂被覆シームレスカップのしごき工程におけるパンチ逃げ傾斜面の頂端縁が第１ダイに到達した状態を示す要部概略断面図である。 本発明の樹脂被覆シームレス缶体のしごき加工装置による樹脂被覆シームレスカップのしごき工程における缶胴側壁部のしごき工程を示す概略断面図である。 本発明の樹脂被覆シームレス缶のしごき加工装置による樹脂被覆シームレス カップのしごき工程の終了を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂被覆シームレス缶のフランジ形成部近傍の要部 拡大断面図である。 本発明の実施例におけるしごき加工後の缶胴フランジ形成部の周方向及び高 さ方向の厚み分布を示すグラフである。 実施例におけるしごき加工後の缶胴フランジ形成部の周方向及び高さ方向の 厚み分布を示すグラフである。 従来のパンチを使用した連設ダイよる比較例におけるフランジ形成部しごき 工程を示す要部断面概略図である。 比較例に係る樹脂被覆シームレス缶のフランジ形成部近傍の要部拡大断面図 である。 比較例におけるしごき加工後の缶胴フランジ形成部の周方向及び高さ方向の 厚み分布を示すグラフである。 従来の缶胴フランジ形成部にネックイン加工した場合のしわ（円周方向の 座屈）の発生状況を示す模式図である。

図１は、図２に示す樹脂被覆シームレス缶のしごき加工装置によるしごき加工工程を示す要部拡大図である。
本発明の実施形態に係る樹脂被覆シームレス缶のしごき加工装置１は、環状のしごき加工面を有する連設ダイ２とパンチ５とを有し、図２に示すように絞り成形されたカップ２５をパンチ５に挿入して、その状態で連設ダイ２の加工面を圧接通過させることにより、しごき加工を行なうものである。

該装置におけるパンチ５は、図２と図３にその要部が模式的に示されているように、缶胴側壁部をしごき加工する大径部分５ａ、ネックインやフランジ加工等の後加工を施すフランジ形成部をしごき加工する小径部分５ｃを有し、大径部分５ａと小径部分５ｃは繋ぎ傾斜面５ｂを介して連結されている。小径部分５ｃはさらにパンチ逃げ傾斜面５ｄを介してロッド６に連結されている。したがって、大径部分５ａでのしごき加工では缶胴の肉厚は薄くなり、小径部分５ｃでのしごき加工ではパンチ外径が減少した分ダイの加工面とのクリアランスが大きくなりしごき量が減少し缶胴の肉厚が厚くなる。さらに、缶胴開口端部を、パンチ逃げ傾斜面５ｄに移動してしごき加工を続けると、しごき量は漸減し、ついにはゼロになることで、缶胴開口端部での樹脂ヘアの発生を防ぐことができる。このような構造のパンチにおいて、本発明では前記小径部分５ｃのハッチングで示す位置に後述する円周溝７が形成されていることを特徴としている。

一方、連設ダイ２は、第１ダイ１０と第２ダイ１１とが連設されてなり、それぞれのダイはアプローチ部１０ａ、１１ａとランド部１０ｂ、１１ｂ及び逃げ部１０ｃ、１１ｃを有する形状に形成されている。第１ダイ１０で前段のしごき加工を行ない、次いで第２ダイ１１で後段のしごき加工を行なうように、第２ダイのランド部内径は第１ダイのランド部内径よりも小さく、内径差の分だけ第２ダイによりさらにしごき加工がなされるが、第１ダイ１０と第２ダイ１１を連設することにより、後段の第２ダイによるしごき加工に際して、第１ダイにより発生する軸方向の成形応力をバックテンションとして有効に利用している。これにより単一ダイによる１工程しごき成形よりも、第１ダイと第２ダイからなる連設ダイによる１工程しごき成形の方が、限界しごき率は向上する効果がある。なお、連設とは第１ダイと第２ダイとがパンチのしごき加工を行なう部分に同時に挿入された状態で連なって設けられていることを意味し、第１ダイと第２ダイは別体で構成することが望ましいが、一体に構成することあるいは、スペーサを介在して２つのダイを設置することも可能である。

第１ダイ１０と第２ダイ１１のランド部１０ｂ、１１ｂ間のランド間距離は、缶胴の材質、肉厚及び大きさ等によって適正値は異なり、必ずしも一様でないが、第１ダイのしごき加工部によるバックテンションの有効利用による限界しごき率の向上等の見地からは、第１ダイおよび第２ダイのランド間距離Ｌは短いほうが有効であり、ランド間距離Ｌは４０ｍｍ以下とすることが好ましい。好ましくは、３〜４０ｍｍの範囲にあることが望ましい。

以上のような連設ダイ２と組み合わせて使用されるパンチ５の小径部分５ｃの外周面には、前述したように微小深さの円周溝７が形成されている。該円周溝７は、前記フランジ形成部をしごき加工する際に局部的に発生する肉厚減少を抑制するためのものであり、本実施形態では、最深部がランド部７ｂとなり、その両壁が傾斜面７ａ、７ｃとなっているが、必ずしもそのような形状に限らず曲率が連続的に変化する断面円弧に形成する等任意の形状に形成することが可能である。

円周溝７は、第１ダイ１０のランド部後端１０ｄから、第２ダイ１１のランド中心までの距離ｔ_１とした場合、パンチの逃げ傾斜面５ｄの頂端縁９から、前記距離ｔ_１に略等しい距離に円周溝７の中心を形成するのが望ましい。

円周溝７の大きさは、第２ダイによるしごき加工に際して、バックテンションの一時的な増大に伴い第２ダイでのしごき量が増し、結果発生する缶胴の肉厚減少を防げる大きさであればよく、第２ダイのランド幅及び、ランドとパンチ小径部分とのクリアランスにもよるが、その全体幅ｓは５〜１５ｍｍの範囲がよい。また、円周溝の深さｈは、微小深さであり１〜１０μｍの範囲が望ましい。円周溝の幅ｓが小さく、特に深さが上記範囲より浅すぎると、第２ダイで発生する肉厚減少を防止することができない。逆に円周溝の幅ｓが大きくあるいは深さｈが深すぎると、その部分のしごき加工量が減少し過ぎて逆に肉厚が厚くなり、フランジ形成部の厚さが不均一となる。このような観点から上記範囲が望ましい。

上記しごき加工方法は、ブリキなどの各種めっき鋼板や表面処理鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板やアルミニウム合金板などの金属板の両面にポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂からなる有機樹脂を被覆した金属板や、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなる塗料を塗布した塗装金属板や上記有機樹脂中に顔料、フィラーなどが配合されている有機樹脂被覆金属板を絞りしごき加工する場合に特に有効である。有機樹脂フィルムの厚みとして５〜１００μｍが望ましい。本発明に適用する樹脂フィルムは単層フィルムまたは２層以上の複層フィルムのいずれも適用可能であり、熱可塑性樹脂、特にポリエステル樹脂からなるフィルムであることが好ましい。

樹脂フィルムの厚さは単層フィルムの場合は５〜１００μｍであることが好ましく、１０〜４０μｍであることがより好ましい。厚さが５μｍ未満の場合は表面処理鋼板に積層する作業が著しく困難になり、また絞り加工やしごき加工を施した後の樹脂層に欠陥を生じやすく、缶に成形して内容物を充填した際に、腐食成分に対する耐透過性も十分ではない。厚さを増加させると耐透過性は十分となるが、１００μｍを越える厚さにすることは経済的に不利となる。複層フィルムの場合は成形加工性や、耐透過性、あるいは内容物のフレーバーに与える影響などの観点から各層の厚さの比率は変動するが、総厚みが５〜６０μｍとなるように、各層の厚さを調整する。

［実施例］
使用したしごき加工装置：
図１〜図３に示すしごき加工装置において、連設ダイとして第１ダイ１０のランド部幅１．０ｍｍ、第２ダイ１１のランド幅１．０ｍｍ、第１ダイのランド部終端と第２ダイ１１のランド中心間の距離ｔ_１（ランド間距離＋第２ダイのランド幅の半分）が１０．５ｍｍに設定して使用した。また、パンチは、円周溝７の大きさが全体幅ｓを９ｍｍ、最深平坦部幅ｗを２ｍｍ、最深部深さｈを５μｍとし、該円周溝の位置を、パンチ逃げ傾斜面の頂端縁９から円周溝中心までの距離が１０．５ｍｍとなるように設定した。
供試カップ：
内面側となる部分に厚さ２８μｍのポリエステルフィルムを、外側面となる部分に厚さ１６μｍのポリエステルフィルムを被覆した板厚０．２５４ｍｍの樹脂被覆鋼板から、直径１６５ｍｍの円形ブランクを得、該ブランクをカッピング・プレスで絞り加工して口径９１ｍｍのカップを得た。該カップを本加工装置のパンチに嵌装して再絞り加工後、上記連設ダイによりしごき加工して、容量５００ｍｌのシームレス缶を得るように口径６６ｍｍ、胴部本体側壁部板厚０．０９５ｍｍ、フランジ形成部板厚０．１７２ｍｍを目標にしごき加工を行なった。しごき加工装置の製缶速度は２００ｃｐｍの連続成形であった。

得られた缶体の側壁部からフランジ形成部に至る要部の板厚断面図を図４に示す。表１は、図４における位置３１でトリミングを行って缶高１６８．０ｍｍになった缶体を、缶底から１５０ｍｍの位置から高さ方向に２．５ｍｍ間隔で、周方向に８等分した位置で缶胴の厚さをそれぞれ測定して、缶胴の厚みの分布を調べたデータである。そして、図５はその結果をグラフにより示したものである。また、図６に前記各２．５ｍｍ間隔での全周における缶胴板厚の平均値の変化を実線で示している。

［比較例］
比較例として、図７に示すようにパンチ２０の小径部分に円周溝が形成されていない以外は、前記実施例と同様な条件のしごき加工装置及び供試カップを使用して、同様な条件でしごき加工を行なった。そして、得られた缶胴の厚みを実施例と同様に測定して、厚みの分布を調べた。その結果を表２および図９に示す。また、図６に、実施例と共に、缶底から１５０ｍｍの高さから２．５ｍｍ間隔で測定した全周における缶胴板厚の平均値の変化を破線で示している。

上記表２及び図６、９のグラフに示すように、比較例では缶胴１６０ｍｍの高さで局部的に薄肉化し、その後の高さでは周方向の肉厚のバラツキが大きくなっていることがわかる。これに対し、実施例の缶体では、上記表１及び図５、図６のグラフに示すように、フランジ形成部（ボトムから１５５〜１６８ｍｍの範囲）における１６０ｍｍの高さでの肉厚減少部はなく、その後の肉厚に多少バラツキはあるが、比較例と比べて厚みのバラツキを抑制することができた。また、実施例と比較例におけるフランジ形成部（トリミング端から１３ｍｍの範囲）における周方向の偏肉量（最大肉厚−最小肉厚）は、実施例では０．００４〜０．００７ｍｍ、平均０．００６ｍｍであった。そして、各高さごとの周方向の最大偏肉量は、高さ１６２．５ｍｍの位置で平均値に対して４．１％であり、５％の範囲内であった。また、フランジ形成部の高さ方向の肉厚平均値は、図６のグラフに明示されているように０．１７１３ｍｍであり、最大厚さが０．１７１６ｍｍで最小厚さが０．１７０８ｍｍ（ボトムから１６０ｍｍの高さ位置）であり、軸方向偏肉量は０．０００８ｍｍであり、その高さ位置での周方向平均厚みの０．５％、即ち１％以内であり、殆どバラツキがなく、特に最大肉薄となるボトムから１６０ｍｍの位置での肉薄が殆ど解消されていることが分かる。

これに対して、比較例の缶体では、周方向の偏肉量は、０．００４〜０．０１６ｍｍ、平均０．０１０ｍｍであり、各高さ位置における周方向平均厚みに対する最大偏肉量は、０．０１６ｍｍであり、周方向平均肉厚に対して９．３％であった。一方、高さ方向の肉厚のバラツキは大きく、フランジ形成部の平均肉厚０．１６９５ｍｍに対して、最大厚さが０．１７１８ｍｍ、最小厚さが０．１６６４ｍｍと高さ１６０．０ｍｍでの厚みが極端に薄くなっており、軸方向偏肉量は０．００５４ｍｍであり、軸方向平均肉厚に対して３．２％と拡大している。以上のことより、実施例は偏肉量が周方向及び軸方向（高さ方向）とも比較例と比較して、顕著に偏肉量が少なくなっており、本発明の缶体の優位性が確認された。

以上のように、本発明の缶体によればフランジ形成部の肉厚のバラツキ及び偏肉量を効果的に軽減できることが確認された。即ち、本発明の缶体によれば、従来の連接ダイとパンチによるしごき加工で生じる肉厚減少部は発生せずに、該部が肉厚補正域となりフランジ形成部の肉厚を均一厚さにすることが可能となる。その結果、後加工で該部をネックイン加工やフランジ加工してもしわの生じない缶体を得ることができた。

本発明の樹脂被覆シームレス缶体の加工法は、フランジ形成部のしごき加工において、フランジ形成部が部分的に肉厚減少することを防ぐと共に肉厚のバラツキを抑え、その後のネックイン加工やフランジ加工等を良好に行なうことができ、かつ樹脂ヘアも発生しないため、各種スチール製やアルミニウム製の樹脂被覆シームレス缶の製造へ好適に利用できる。そして、得られた本発明の缶体は、省資源・環境保全性に優れ、かつ密封性に優れているので、種々の内容物に適用でき、産業上の利用可能性が高い。

１ しごき加工装置
２ 連設ダイ
５ａ 大径部分
５ｂ 繋ぎ傾斜面
５ｃ 小径部分
５ｄ 逃げ傾斜面
６ ロッド
７ 円周溝
９ 頂端縁
１０ 第１ダイ
１１ 第２ダイ
２０ パンチ
２５ カップ
３０ フランジ形成部しごき加工終了位置
３１ トリミング位置

Claims (1)

1. 金属板の少なくとも片面に有機樹脂を被覆した樹脂被覆金属板よりなる絞りカップをパンチに装着し、複数のダイを重ねた連設ダイを通過させてしごき加工してなる底部、側壁部およびフランジ形成部からなる樹脂被覆シームレス缶体であって、
   前記連接ダイによるしごき加工で前記フランジ形成部に局部的に生じる肉厚減少部を、前記パンチの小径部外周に形成した円周溝により補正してなり、
   前記フランジ形成部の周方向の偏肉量が各高さ位置での平均肉厚に対して５％以内であることを特徴とする樹脂被覆シームレス缶体。

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