JPH0464797B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は表面外観特性に優れたアルミニウム
溶接缶、特に各種の圧印模様を形成したアルミニ
ウム溶接缶を製造する方法に関するものである。 従来の技術 ビール缶や清涼飲料缶などとして、最近では軽
量性や外観特性あるいは清潔性等の観点からアル
ミニウム缶を使用することが著しく多くなつてい
る。一方、最近では一般消費者の高級品指向やグ
ルメ指向などを考慮して、他の缶入り製品との差
別化や個性化、高級化を図ることを目的とし、缶
の胴壁に意匠的に優れた種々の圧印模様を付して
外観特性を一層向上させた缶が要望されるように
なつている。 ところで従来のアルミニウム缶としては、もつ
ぱらDI加工法（深絞り−しごき加工法）による
２ピース缶が使用されている。しかしながら２ピ
ース缶の製造にあたつてはDI加工において強度
のしごき加工を缶胴壁に与えなければならないか
ら、DI加工前の素材板（ブランク）の状態で圧
印模様加工（エンボシング）を行なつておくこと
は不可能であり、そこで圧印模様付けはDI加工
によつて有底円筒を作成した後に行なわなければ
ならない。しかしながら有底円筒に対して圧印模
様加工を行なうことは、実際上は極めて困難であ
り、そのため２ピースアルミニウム缶において胴
壁に圧印模様を付したものは未だ実現されていな
かつた。 また一方、スチール缶では、ブランクを円筒状
に湾曲させた後、電気抵抗シーム溶接や接着ある
いはハンダ付け等の方法によつて接合して円筒を
作成し、最終的に３ピース缶としたものが一般的
である。このような３ピース缶の製造において缶
胴壁に圧印模様付けを行なうには、円筒作成前の
ブランクの状態で圧印模様加工を行なつておくこ
とが考えられるが、この場合円筒作成時の接合面
が平坦ではなくなるため、接合が困難となり、仮
に接合できたとしても充分な気密性が得られない
問題があつた。また円筒作成後に圧印模様付けを
行なうことは、２ピース缶の有底円筒の場合と比
較すれば容易ではあるが、能率や経済性の点で問
題があつた。 発明が解決すべき問題点 前述のように主としてアルミニウム缶に適用さ
れている２ピース缶ではDI加工による円筒成形
前に素材板の段階で圧印模様加工を行なつておく
ことはしごき加工との関係で不可能であり、また
円筒成形後に圧印模様加工を行なうことも困難で
あり、一方スチール缶に多く適用されている３ピ
ース缶では円筒とする前の素材板の段階で圧印模
様加工を行なつておくことは円筒作成のための接
合の点で問題があり、また円筒とした後の圧印模
様加工は能率や経済性の点で問題があつた。 この発明は以上の問題を解決するためになされ
たもので、缶胴壁に圧印模様付けがなされたアル
ミニウム缶を、前述のような問題を招くことなく
容易に作成することができる方法を提供すること
を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 本発明者等は前述の問題を解決するべく鋭意実
験・研究を重ねたところ、従来の３ピース缶の製
造過程においては予め圧印模様加工を施した素材
板を円筒状に丸めて接合することは気密性の点で
不適当とされているのが常識であつたのに対し、
特に接合方法として超音波シーム溶接を適用する
ことによつて、圧印模様加工を施した素材板でも
充分な気密性をもつて接合できること、換言すれ
ば予め圧印模様加工を施しておいてもこれを超音
波シーム溶接により接合して充分な気密性を有す
る円筒を作成できることを見出し、この発明をな
すに至つたのである。 したがつてこの発明の圧印模様付アルミニウム
溶接缶の製造方法は、予め圧印模様加工を施した
アルミニウム薄板を、円筒状に湾曲させてその先
端部同士を重ね合せ、その重ね合せ部を超音波シ
ーム溶接により接合することを特徴とするもので
ある。 ここで、予め圧印模様加工を施したアルミニウ
ム薄板としては、圧印模様加工による凸部の高さ
（mm）とその凸部の面積Ｓ（mm²）とが、 ｄ／√＜1.0 を満足する範囲内にあるものを用いることが望ま
しい。 作 用 この発明のアルミニウム溶接缶製造方法におい
ては、缶胴の素材として、予め第１図に示すよう
に種々の圧印模様加工を施したアルミニウム薄板
１を使用する。ここで圧印模様加工とは、エンボ
ス加工とも称されるものであつて、表面に凹凸を
形成したロールを用いて板材をロール間に通し、
ロールの凹凸模様を板に転写する塑性加工法を意
味する。この圧印模様加工により形成する圧印模
様の模様形状は特に限定しないが、平坦な基準面
３に対して突出する凸部４の高さｄ（mm）と面積
Ｓ（mm²）とが ｄ／√＜1.0 を満足する範囲内とすることが望ましい。ここ
で、凸部４の平面形状が第１図に示すように正方
形である場合は、√の値は凸部４の一片の長さ
に相当する。ｄ／√が1.0以上の場合、すなわ
ち凸部４の高さｄが凸部４の面積Ｓの平方根の値
よりも大きい場合には、後に改めて説明するよう
に板の端部同士を重ね合せて超音波シーム溶接す
る際に板の凹凸が充分に押し潰されず、溶接が困
難となることがある。なおここで圧印模様加工を
施したアルミニウム薄板の凸部４とは、２次元方
向に同一水平面で連続する面を基準面３とし、そ
の基準面３から突出する部分を指称するのであ
り、見掛け上の表側が基準面３となつて凸部４が
見掛け上の裏面側へ突出する場合もあることは勿
論である。なおまた、凸部の高さｄを含んだ見掛
けの全厚みＴの上限は特に限定しないが、通常の
圧印模様加工においては薄板の実質厚みｔの３倍
程度が上限であり、一般には実質厚みｔの２倍以
下のことが多く、Ｔが3t以下あるいは2t以下であ
ればｄ／√＜1.0の条件を満たすだけで超音波
シーム溶接を行なうことができる。 上述のような圧印模様加工を施したアルミニウ
ム薄板１をロール成形等の公知の方法によつて円
筒状に成形して、第２図に示すようにアルミニウ
ム薄板１の両端部５，６を重ね合せ、その重ね合
せ部７を超音波溶接チツプ８とアンビル（基台）
９との間に挟む。そしてチツプ８により適宜加圧
しながらそのチツプ８により水平方向の超音波振
動エネルギを与えることによつて重ね合せ部７を
固相接合し、かつチツプ８およびアンビル９に対
し重ね合せ部７をそのシーム方向へ相対的に移動
させることによつてシーム溶接がなされる。 ここで、従来一般の超音波シーム溶接の態様と
しては、溶接部の変形度が小さい単なるラツプシ
ーム溶接を行なうのが通常であつたが、この発明
の圧印模様付きアルミニウム薄板の超音波シーム
溶接においては溶接部の変形度の大きいマツシユ
シーム溶接とすることが望ましい。すなわち従来
超音波シーム溶接で通常適用されているラツプシ
ーム溶接は、第３図に示すように溶接すべきアル
ミニウム薄板２１，２２をその重ね代を大きくと
つて重ね合せ、その薄板の先端２１Ａ，２２Ａよ
りもかなり内側の部分をチツプ８およびアンビル
９の間に挟んで超音波シーム溶接するものであ
り、この場合溶接前の重ね合せた２枚の薄板の合
計厚みをt₀、溶接後の溶接部の最小厚みをt₁と
し、（t₀−t₁）／t₀で表わされる変形度は５％以下
の小さい値となり、またこの場合上側の薄板２１
のみが変形してその部分に凹み２４が形成される
のが通常である。これに対しラツプシーム溶接
は、重ね合せ部の重ね代を小さくして、重ね合せ
部の上下両薄板を全体的かつ対称的に大きな変形
度で押し潰し、平坦に近い重ね継手部を形成する
ものであつて、このようなマツシユシーム溶接は
抵抗溶接等では行なわれていたが、超音波シーム
溶接では行なわれていなかつた。しかるに本発明
者等が既に特願昭60−234808号（特開昭62−
97785号）においてマツシユシーム溶接を超音波
シーム溶接で実施することによりシーム溶接速度
の高速化を図ることを提案しており、この発明の
場合もマツシユシーム溶接を適用することによつ
て予め圧印模様加工を施したアルミニウム薄板を
溶接不良が生じることなく接合することができる
のである。 さらにこの発明の方法における超音波シーム溶
接状況を上述のようなマツシユシーム溶接の場合
について詳細に説明すると、第２図に示すように
アルミニウム薄板１の両端部５，６を重ね合せた
状態で、その重ね合せ部７の重ね代Ｌは0.5〜４
mmの範囲内が好ましく、さらにその範囲内でも
0.7〜1.5mmの範囲内が好ましい。また重ね合せた
アルミニウム薄板１の両端部５，６の合計実質厚
みをt₀（＝2t）、溶接後の溶接部厚みをt₁とし、 ｛（t₀−t₁）／t₀｝×100（％） で表わされる実質変形度が20〜50％という大きな
値となるように、重ね合せ部７の全体を押し潰し
ながら超音波シーム溶接して、第２図Ｂに示すよ
うなマツシユシーム形の継手部を形成することが
望ましい。 このような超音波シーム溶接によれば、圧印模
様加工を施したアルミニウム薄板、すなわち凹凸
のあるアルミニウム薄板の重ね合せ部を、気密性
を損なうことなく完全に接合することができる。
このことは本発明者等によつて新規に見出された
ことであり、その理由は未だ完全には解明されて
いないが、概ね次のように考えられる。 すなわち、超音波溶接では、重ね合せ部７の全
体を押し潰す方向、したがつて圧印模様加工によ
る凹凸を押し潰す方向へ加圧力を加えながら、水
平方向の超音波振動を与えるが、この超音波振動
によつて接合界面近傍が塑性流動を生じて接合界
面が拡大し、その接合界面で新生面（活性な面）
が生じて固相接合が行なわれる。このとき、上述
の塑性流動によつて圧印模様加工による凹凸が容
易に押し潰されて平坦な形状となり、平坦な新生
面同士が充分に密着して接合されるものと考えら
れる。 そして特に前述のように重ね合せ部７の重ね代
Ｌを0.5〜４mm、好ましくは0.7〜1.5mmの範囲内と
して20〜50％の大きな実質変形度を与えた場合、
重ね合せ部７が大きな変形度で押し潰され、かつ
重ね合せられた両端部５，６の先端５Ａ，６Ａに
おいて最も大きな変形が生じてマツシユシーム形
継手を形成するが、この際先端５Ａ，６Ａは未変
形部分による拘束を受けないため、重ね合せ部７
では両端部５，６とも横方向に容易に拡がり、圧
印模様加工による凹凸も押し潰され易くなるもの
と考えられる。 ここで、圧印模様加工を施したアルミニウム薄
板の凸部４の高さｄと面積Ｓとの関係が、既に述
べたようにｄ／√＜1.0を満足しない場合には、
薄板の腰が強過ぎて超音波シーム溶接時に圧印模
様加工による凹凸が押し潰されなくなることがあ
り、したがつてｄ／√＜1.0とすることが望ま
しい。 また超音波シーム溶接を行なうアルミニウム薄
板の重ね合せ部における重ね代が0.5mm未満では、
溶接中に溶接の進行に伴なつて重ね合せたアルミ
ニウム薄板端部同士のズレが生じ易くなり、シー
ム溶接が不可能となるおそれがある。一方重ね代
が4.0mmを超えれば、重ね合せ部の薄板先端まで
充分に変形させることができなくなり、第３図に
示した従来法の場合と同様に先端に未変形部分が
生じてその拘束により圧印模様加工による凹凸を
押し潰すことが困難となるおそれがある。したが
つて重ね代は0.5〜4.0mmの範囲内とすることが望
ましい。 また実質変形度が20％未満では横方向への拡が
りが少なくなつて凹凸を充分に押し潰すことが困
難となるおそれがある。一方実質変形度が50％を
越える場合、接合部が母材板厚より薄くなつて強
度上問題が生じることがある。したがつて実質変
形度は20〜50％の範囲内とすることが望ましい。 なお上述のように実質変形度が20〜50％となる
ように重ね代を4.0mm以下とすることのほか、例
えば溶接時の加圧力を大きくしたりあるいは超音
波振動エネルギを大きくする等の手段を併用する
ことが望ましい。 ところで前述のような重ね代を0.5〜4.0mmの範
囲内として20％以上の高変形度で超音波シーム溶
接した場合、重ね代が下限の0.5mmに近ければ、
溶接の進行とともに重ね合せたアルミニウム薄板
両端部が次第に離れる方向へずれて行き、溶接後
半で溶接が不可能となることもある。これを防止
するためには、次のＡ、Ｂ、Ｃで示すような方法
を適用することが好ましい。 Ａ：予想されるズレ量を見込み、そのズレ量に応
じて、予め溶接終端部の重ね代が溶接始端部よ
りも大きくなるように重ね合せておく。この場
合溶接始端部側に対する溶接終端部の重ね代増
加分は、通常は溶接長さ250mm当り0.5〜2.0mm
程度にすることが好ましい。 Ｂ：溶接終端部を予め別途超音波スポツト溶接等
により仮付けしておく。 Ｃ：被溶接物であるアルミニウム薄板両端部を、
溶接部の幅方向両側においてそれぞれ50Kg以上
の荷重でクランプしておく。 ここで、これらの方法Ａ〜Ｃは、いずれかを単
独で適用しても良いが、２以上を併用すれば一層
確実にズレを防止することができる。 なお以上のような超音波シーム溶接によつて得
られた円筒を実際に飲料缶や食料缶等に適用する
にあたつては、その円筒に対し底板および蓋板の
取付けを行なうが、その取付方法としては従来の
３ピース缶の製造と同様の手段を適用すれば良
い。 なおまた、この発明で対象とするアルミニウム
としては、純アルミニウムのみならず、アルミニ
ウム合金をも含むことは勿論である。さらに、こ
の発明で対象とするアルミニウム薄板の厚みは、
要は超音波シーム溶接可能な程度であれば特に限
定しないが、通常は1.0mm以下であれば適用可能
であり、そのうちでも特に0.5mm以下のものにこ
の発明の方法を好適に適用できる。 実施例 供試材としてJIS 5052−H38剤の厚さ0.23mm、
長さ120mm、幅200mmのアルミニウム合金薄板を用
い、この薄板を、不規則な凹凸模様を表面に形成
したロール間に通板して、圧印模様を形成した。
なおこの圧印模様加工後の板の凸部の高さｄ（mm）
と凸部の面積Ｓ（mm）との関係は、ｄ／√値が
最大でも1.0未満であつた。 このような薄板を円筒状に丸めて、その両端部
を重ね代Ｌ＝１mmにて重ね合せ、溶接機として出
力1200wの超音波シーム溶接機を用いてシーム溶
接を行ない、溶接性を調べた。ここで、溶接性は
カラーチエツク液を外表面に塗布し、24時間後に
この液が裏面に浸出しているか否かで判定した。
その結果を第１表に示す。 なお比較例として、前記同様に圧印模様加工を
施した同材質、同寸法の円筒を電気抵抗シーム溶
接もしくは接着により作成し、これらについても
前記同様に溶接性もしくは接着性を調べた。

【表】 第１表に示すように、従来の電気抵抗シーム溶
接や接着を用いた比較例の場合は、圧印模様加工
を施したアルミニウム薄板の接合部にモレが発生
し、充分な気密性を得ることができなかつたのに
対し、この発明の方法による場合は接合部にモレ
が発生せず、充分な気密性を確保することができ
た。 発明の効果 前述の実施例からも明らかなように、この発明
の方法によれば、超音波シーム溶接を適用するこ
とによつて、予め圧印模様加工を施したアルミニ
ウム合金薄板を丸めてその両端部に接合する際に
充分な気密性をもつて接合することが可能とな
り、したがつてこの発明の方法により缶胴面に圧
印模様を有するアルミニウム溶接缶を特に大幅な
コスト上昇や製造能率の低下を招くことなく容易
に得ることがてきるようになり、したがつて表面
外観特性の優れたアルミニウム溶接缶を実際的に
提供することが可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法で使用する圧印模様加
工を施したアルミニウム薄板の一例を示す斜視断
面図、第２図Ａ，Ｂはこの発明の方法における超
音波シーム溶接を説明するための図で、そのＡは
溶接前の状況を示す略解的な断面図、Ｂ溶接後の
状況を示す略解的な断面図である。第３図は従来
の一般的な超音波シーム溶接を説明するための図
で、そのＡは溶接前の状況を示す略解的な断面
図、Ｂは溶接後の状況を示す略解的な断面図であ
る。 １……圧印模様加工を施したアルミニウム薄
板、４……突部、７……重ね合せ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め圧印模様加工を施したアルミニウム薄板
   を、円筒状に湾曲させてその先端部同士を重ね合
   せ、その重ね合せ部を超音波シーム溶接により接
   合することを特徴とする圧印模様付アルミニウム
   溶接缶の製造方法。 ２ 前記圧印模様加工を施したアルミニウム薄板
   として、圧印模様加工による凸部の高さｄ（mm）
   とその凸部の面積Ｓ（mm²）とが、 ｄ／√＜1.0 を満足する範囲内にあるものを用いる特許請求の
   範囲第１項記載の圧印模様付アルミニウム溶接缶
   の製造方法。