JP4206499B2

JP4206499B2 - テーパ付き容器の成形金型

Info

Publication number: JP4206499B2
Application number: JP2003391143A
Authority: JP
Inventors: 雅規竹内
Original assignee: Showa Denko Packaging Co Ltd
Current assignee: Resonac Packaging Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: JP2005153170A

Description

本発明は、テーパ付き容器の成形金型に関する。

アルミニウム箔のような金属材料よりテーパ付き容器を深絞り成形して製造する場合、容器の側壁にしわが発生するという問題がある。この問題の解決を試みたテーパ付き容器の製造装置は、下記特許文献に示されているように既に知られている。この装置において、有底テーパ付き円筒体工程で用いられる金型は、内周面にテーパを有するダイおよび外周面にテーパを有するパンチであり、ともにテーパ角度は１．５゜である。このような金型を用いて円形ブランクまたは予め成形せられた有底ストレート円筒体を深絞りして有底テーパ付き円筒体を成形しょうとすれば、容器の側壁にしわが発生するが、この装置では、その前工程に有底ストレート円筒体の高さの中程に段部を設ける金型を配置することにより、しわ発生の問題を回避している。
特開平１−１５０４１８号公報

容器側壁のしわの発生を防止する上記従来のテーパ付き容器の製造装置は、必然的に複雑な機構となっている。

本発明の目的は、テーパ付き金型のみの構造で容器側壁にしわが発生せずしかも成形材料に破断の生じないテーパ付き容器の成形金型を提供するにある。

請求項１の発明によるテーパ付き容器の成形金型は、アルミニウム箔芯層とその両面に形成せられた合成樹脂被覆層とよりなる積層シートを深絞り成形してフランジを備えたテーパ付きコップ状容器を形成するのに用いられる金型であって、パンチのＲｐ部の加工仕上げ粗度Ｒａが０．３〜３μであるとともに、ダイのテーパ角度に対してパンチのテーパ角度が０．０１〜０．５゜小さくなされているものである。

請求項２の発明は、請求項１記載のテーパ付き容器の成形金型において、パンチのＲｐ部の曲率半径が０．５〜１５ｍｍであるものである。

請求項３の発明は、請求項１または２記載のテーパ付き容器の成形金型において、深絞り成形が多段深絞り成形であり、金型がその最終段に用いられるものである。

パンチのＲｐ部の加工仕上げ方法としては、やすりまたはサンドブラストで磨く方法がある。一般に金型の成形材料接触部分は、成形材料が金型上を移動し易いように摩擦係数をできるだけ小さくする方が成形上有利であるとされている。しかしながら、パンチのＲｐ部は、その粗度をある程度大きくした方が、パンチ先端部において成形材料に加わる引張り力を低減でき、成形材料が破断しにくくなる。請求項１の発明において、パンチのＲｐ部の加工仕上げ粗度Ｒａを０．３〜３μに限定したのは、加工仕上げ粗度Ｒａが０．３μ未満では、表面を粗くした効果が認められず、成形材料が破断するおそれがあり、加工仕上げ粗度Ｒａが３μを超えると、成形開始時にパンチのＲｐ部の凹凸によって成形材料が破断するからである。前記範囲のなかでもより好ましい加工仕上げ粗度Ｒａは、０．５〜２μである。また、同時に、ダイのテーパ角度に対してパンチのテーパ角度を０．０１〜０．５゜小さくなるように限定したのは、容器側壁のダイのＲｄ近傍とパンチのＲｐ近傍における成形材料厚さの差に起因する容器側壁のしわ発生を防止するためである。一般に絞り成形の場合、容器側壁の厚さは高さ方向で異なり、底に近いほど薄くなる。ところが側壁にテーパを付ける場合、成形材料の円周方向に対する縮みは底に近いほど大きいので、成形中に材料が折れ込んでしわが発生しやすくなる。このしわの発生は、パンチとダイの間の空間で円周方向に縮む材料が成形の最後でパンチとダイの周面に密着するときに起こる。そこで、縮んでいく材料が最後に折れ重ならないようにパンチとダイの隙間を狭くすればよいが、この隙間を狭くしすぎると、材料が破断するおそれがある。ただし、開口部近傍では材料はほとんど縮まないので、隙間を狭くする必要はない。結局、ダイのテーパ角度に対してパンチのテーパ角度を０．０１〜０．５゜小さくすることが好ましい。ダイのテーパ角度に対して小さくするパンチのテーパ角度が０．０１゜未満であると、しわ発生の防止効果が小さくなり、ダイのテーパ角度に対して小さくするパンチのテーパ角度が０．５゜を超えると、容器側壁のダイのＲｄ近傍にしわが発生する。成形材料は、成形時パンチの先端部で固定され、パンチのＲｐ部分では絞り荷重の大部分が支えられた状態で引張り力が働き成形されていくので、パンチのＲｐ部分で成形材料は薄くなる。請求項２の発明において、パンチのＲｐ部の曲率半径を０．５〜１５ｍｍに限定したのは、パンチのＲｐ部の曲率半径が０．５ｍｍ未満では、この部分での成形材料の厚さの減少が大きく、パンチのＲｐ部の曲率半径が１５ｍｍを超えると、成形材料がパンチの先端部になじまず、所定のシャープな形状が得られなくなるおそれがあるからである。請求項１の発明による金型を用いてテーパ付きコップ状容器を成形する場合、容器の口部内径に対する深さの比が７０％以内であると１回の成形で可能であるが、７０％を超える場合はその前に一段または複数段の有底ストレート円筒体成形工程を必要とする。
アルミニウム箔芯層とその両面に形成せられた合成樹脂被覆層とよりなる積層シートを深絞り成形して形成されたフランジを備えたテーパ付きコップ状容器において、アルミニウム箔芯層の厚さは６０〜２００μが好ましく、より好ましい厚さは１００〜１４０μである。同厚さが６０μ未満では、容器の深絞り成形時に材料に破断が生じたり、フランジに凹凸が生じたりし、同厚さが２００μを超えると、アルミニウムの使用量が増えるだけで不経済である。アルミニウム箔芯層の両面に形成せられた合成樹脂被覆層の厚さは、それぞれ１〜３００μである。同厚さが１μ未満では、容器の深絞り成形時に材料に破断が生じるおそれがあり、同厚さが３００μを超えると、冷間深絞り成形が困難となって容器の生産性が悪くなる。アルミニウム箔芯層の両面に合成樹脂被覆層を形成する方法としては、アルミニウム箔に合成樹脂フィルムを接合する方法とアルミニウム箔に合成樹脂をコーティングする方法があるが、前者の場合の厚さは１０〜３００μが好ましく、より好ましくは５０〜２５０μであり、後者の場合の厚さは１〜１０μが好ましく、より好ましくは３〜８μである。また、アルミニウム箔芯層の厚さの積層シートの全厚さに対する比率は、２５〜８０％が好ましい。同比率が２５％未満では、成形性が悪く材料が破断するおそれがあり、同比率が８０％を超えると、容器の側面に折れ重なったしわが発生し易くなるからである。容器の外面側に使用される合成樹脂の具体例としては、フィルムの場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルおよびこれらの共重合体があげられ、コーティングの場合、熱硬化型アクリル樹脂およびエポキシ樹脂があげられる。また、容器の内面側に使用される合成樹脂はフランジ部分に熱封緘性が要求されるので、その具体例としては、フィルムの場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステルおよびこれらの共重合体があげられ、コーティングの場合、塩化酢酸ビニールおよび酸変性ポリオレフィンがあげられる。この容器は、主として、コーヒ、紅茶、スープ等の飲料を充填密封して販売されるものであり、購入者が熱封緘蓋を容器のフランジから剥ぎ取って内容物を飲むものであるから、容器の口部内径は５０〜１００ｍｍ、同深さは５０〜１５０ｍｍ、口部内径に対する深さの比は１：１以上が好ましい。これらの範囲以外では前記用途の容器として不適当である。フランジの巾は、カール縁を含めて熱封緘のための必要巾、保管スペースおよび飲み易さの点から３〜１０ｍｍがよい。テーパ付きコップ状容器のテーパ角度は、１〜５゜が好ましい。テーパ角度が１゜未満では、容器輸送時に複数の容器をはめ重ねたさい相互に密着しすぎて取り外しにくくなり、テーパ角度が５゜を超えると、容器周面にしわが生じる。

上記テーパ付きコップ状容器は、つぎのようにして製造される。すなわち、アルミニウム箔芯層とその両面に形成せられた合成樹脂被覆層とよりなる積層シートを深絞り成形してフランジを備えたテーパ付きコップ状容器を形成するに当たり、その深絞り成形工程が、ブランクを有底ストレート円筒状に成形する有底ストレート円筒体成形工程と、この工程の後に続く有底ストレート円筒体を有底テーパ付き円筒状に成形する有底テーパ付き円筒体成形工程よりなる多段工程となされている。そして、有底ストレート円筒体成形工程は、ブランクを有底ストレート円筒状に成形する第１段の工程と、第１段の工程で得られた有底ストレート円筒体にさらに深絞りを施す１段または複数段の工程よりなる。有底テーパ付き円筒体成形工程において、円筒体に付けるテーパ角度は１〜５゜が好ましく、絞り率は80%以上が好ましい。有底テーパ付き円筒体成形工程における絞り率が８０%未満では容器の側壁に破断が生じるおそれがある。生産性の点からは、８０〜９０%がより好ましい。

本発明のテーパ付き容器の成形金型によれば、深絞り成形であっても成形時成形材料の破断がなくしかも容器側壁にしわが発生しない。

本発明をどのように実施するかを具体的に説明するために、以下に実施例を示す。

カール縁を備えたフランジを有するアルミニウム箔製テーパ付き密封用容器は、実公平６−０４７７７３号公報に示されているように、既に知られている。この容器は、その口部内径に対する深さの比が１：１未満であるため、デザートや調理済み食品の包装用にはよいが、コーヒ、紅茶、スープのような飲料の包装用としては適当でない。もっとも上記の比が１：１以上である飲料の包装用容器としては、従来から合成樹脂製容器が知られてはいる。合成樹脂製容器は、しかしながら、ガスバリヤ性および遮光性に劣るので、内容物がコーヒや紅茶のように味、香りおよび色が尊ばれる飲料では、これらを長期にわたり安定的に保持することが困難であるし、流通時に味が変わる内容物の場合には冷蔵流通に頼らなければならなかったばかりか、耐熱性にも劣るので、飲食時に加熱の必要な内容物の場合、コンビニエンス・ストアに設置されている加熱器で容器のまま加熱することができないという難点がある。これらの問題のないアルミニウム製容器でアルミニウム缶の胴体のように有底ストレート円筒状であれば、しごき成形によりその口部内径に対する深さの比を１：１以上にすることができるが、有底ストレート円筒状であると、複数個はめ合わせて輸送することができず、多くの空間を占めるという問題がある。

本発明による金型を用いて形成されるテーパ付きコップ状容器は、、密封した場合、内容物の長期保存および常温流通が可能でしかも容器のまま加熱することができかつ多数を輸送するに際しても相互にはめ合わせて嵩張らない状態になし得る飲料・食品等の密封用容器であって、図１ないし図３に示されている。

この容器Ａは、巾２．２ｍｍのカール縁１を備えた巾６．２ｍｍ（カール縁幅を含む）のフランジ２と口部に垂直断面略Ｌ形の段部３を有するものであり、厚さ１２０μのアルミニウム箔芯層４とその内面に形成せられた厚さ２００μのフィルムよりなる未延伸ポリプロピレン被覆層５とその外面に形成せられた厚さ３０μのフィルムよりなる未延伸ポリプロピレン被覆層６よりなりかつアルミニウム箔芯層４の厚さの全厚さに対する比率が、３４．３％である積層シート７を冷間多段深絞り成形することにより形成せられたものであり、容器Ａの口部内径Ｄ１が６３ｍｍ、同底部内径Ｄ２が５２ｍｍ、同深さＨが１００ｍｍであり、口部内径Ｄ１に対する深さＨの比が１：１．５８となされ、容器Ａのテーパ角度θが３゜となされてる。フランジ２の上面は、平滑面となされており、下面にシーラントよりなる熱封緘材層８を有するアルミニウム箔９製の蓋Ｂが、容器Ａに内容物を充填した後、フランジ２上面に加熱融着し得るようになっており、加熱融着した状態は、図２および図3に示されている。テーパ付きコップ状容器Ａの口部に垂直断面略Ｌ形の段部３が存在することにより、密封用容器を複数個はめ合わせて輸送するさい、内側の容器が外側の容器に深く入り込まずに取り出しやすくなるが、この段部３はなくてもよい。

上記冷間多段深絞り成形は、円形ブランクを有底ストレート円筒状に成形する第１段の工程(図４)と、第１段の工程で得られた第１有底ストレート円筒体Ａ１にさらに深絞りを施し、口部を狭めかつ深さを深くして第２有底ストレート円筒体Ａ２を得る第２段の工程(図５)を含む有底ストレート円筒体成形工程と、この工程の後に続く第２有底ストレート円筒体Ａ２を有底テーパ付き円筒状に成形してテーパ角度は３゜の有底テーパ付き円筒体Ａ３を得る第３段の有底テーパ付き円筒体成形工程(図６)よりなる３段工程となされており、その絞り率は８５％である。各段における成形は、別々のプレス機で行われ、材料の歩留まり上、第１段の工程では多数個取りの金型が用いられる。第１段の工程で得られた深さの浅い第１有底ストレート円筒体Ａ１は、つぎの第２段の工程のプレス機へ搬送される。第２段の工程で得られた深さの深い第２有底ストレート円筒体Ａ２は、つぎの第３段の工程のプレス機へ搬送される。なお、フランジ２のカール縁１は、多段深絞り成形後形成せられる。

上記有底ストレート円筒体成形工程の第１段の工程では、図７に示されているような成形金型１０が用いられる。図７において、１１は内周面がストレートなダイ、１２は外周面がストレートなパンチ、１３はパンチ台、１４はブランクホルダーである。同第２段の工程は、図示されていないが、第２有底ストレート円筒体Ａ２が得られるように、図７に示されている成形金型１０の寸法が変えられただけのものである。上記有底テーパ付き円筒体成形工程では、図８に示されているような本発明による成形金型１５が用いられる。図８において、１６は内周面にテーパを有するダイ、１７は外周面にテーパを有するパンチ、１８はパンチ台、１９はブランクホルダーである。

成形金型１５において、パンチ１７のＲｐ部の加工仕上げ粗度Ｒａは１μとなされており、ダイ１６のテーパ角度θ１が３．０゜であるに対してパンチ１７のテーパ角度θ２は２．８゜であって０．２゜小さくなされている。また、パンチのＲｐ部の曲率半径は３ｍｍである
下記表１に、本発明の実施例と比較例とをあげ、容器側壁の成形状態の観察評価結果を示した。

本発明による金型を用いて成形せられたテーパ付きコップ状容器の半截断面図である。下面に熱封緘材層を有するアルミニウム箔製の蓋により密封された状態を示す図１の容器の斜視図である。図２のIII−III線にそう部分拡大断面図である。多段深絞り成形の第１段の工程で得られた第１有底ストレート円筒体の正面図である。第２段の工程で得られた第２有底ストレート円筒体の正面図である。第３段の工程で得られた有底テーパ付き円筒体の正面図である。第１段の工程で用いられる成形金型の正面図である。第３段の工程で用いられる成形金型の正面図である。第３段の工程における成形途上の成形金型の拡大部分断面図である。

符号の説明

２フランジ
４アルミニウム箔芯層
５、６未延伸ポリプロピレン被覆層(合成樹脂被覆層)
７積層シート
Ａ容器
１５金型
RａパンチのRｐの加工仕上げ粗度
θ１ダイのテーパ角度
θ２パンチのテーパ角度

Claims

アルミニウム箔芯層とその両面に形成せられた合成樹脂被覆層とよりなる積層シートを深絞り成形してフランジを備えたテーパ付きコップ状容器を成形するのに用いられる金型であって、パンチのＲｐ部の加工仕上げ粗度Ｒａが０．３〜３μであるとともに、ダイのテーパ角度に対してパンチのテーパ角度が０．０１〜０．５゜小さくなされているテーパ付き容器の成形金型。
パンチのＲｐ部の曲率半径が０．５〜１５ｍｍである請求項１記載のテーパ付き容器の成形金型。
深絞り成形が多段深絞り成形であり、金型がその最終段に用いられるものである請求項１または２記載のテーパ付き容器の成形金型。