JPH09511182A - 絞り・しごき加工による金属−プラスチック構造の缶と、その製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、絞り・しごき加工による缶と、２枚の外側金属箔が接着されたプラスチック材料の箔を含み且つ金属の総厚に対するプラスチック材料の厚さの比が０．５を越えるような層状すなわち積層された金属−プラスチック構造体（１）から開始する、その制作プロセスに関するものである。この積層体を缶本体（５）に形成することは、まず、１または数ステップで絞り加工を行い、次に、好ましくは４回の連続パスで、しごき加工を行うことを含んでいる。缶は、特に飲料を入れることを目的としている。このプロセスの利益は、全体が金属の缶と同じくらい良好な使用特性を提供しつつ、原材料のコストが低いままであることである。

Description

【発明の詳細な説明】 絞り・しごき加工による金属−プラスチック構造の缶と、 その製造方法発明の背景 本発明は、全般的には、飲料または食料のパッケージングに利用される缶なら びにエアロゾル用容器を、絞り・しごき加工によって制作することに関するもの である。更に正確にいうと、本発明は、金属−ポリマ−金属を含むタイプ、即ち 、二枚の金属シート間にポリマ層が置かれ、そこに接着されるタイプの、新しい 改善された金属−プラスチック積層構造体に関するものである。 以後、本発明の、この新しい改善された積層材料を特定するために、特に識別 せずに金属−プラスチック−金属、金属−ポリマ−金属、或いはもっと簡単にＨ ＰＨという略記を使用する。 層状の金属−プラスチック構造を説明する多数の文書が存在している。これら の大部分は、金属−ポリマまたはポリ−金属−ポリマ構造であって、金属−ポリ マ−金属構造は珍しい。 ＭＰＭ構造体について言及しているこれらの文書はいずれも、絞り・しごき加 工による飲料用または食料用缶を作成するのに特に適した材料ならびに厚さの好 適範囲を教えていない。 １９８２年１月７日付けで公告されたＷＯ ８２／０００２０号明細書は、説 明のつもりで、その最もシンプルな形態において金属の箔またはプレートに取り 付けられたポリエチレン（ＰＥ）フィルムを含む金属−プラスチック構造を記述 している。別の実施例は、複雑なＰＥ−金属−ＰＥを形成する、１枚の金属プレ ートの両面に付着された２枚のＰＥフィルムを含んでいる。最後に第３実施例は 、ＰＥフィルムの両側に付着された２枚の金属プレートまたは箔から構成される 。低圧力のエチレンとブテン−１のもとで共重合によって得られる、使用ＰＥは 、０．９１〜０．９４の密度を有する線形低密度タイプのもの（ＬＬＤＰＥ）で ある。この願書で説明されたＬＬＤＰＥは、接着剤を使用する必要なく、直接に 金属に付着するという興味深い特性を有している。熱と圧力を同時に加えること （ヒートシール）によって、それを金属に付けるだけで間に合う。 この出願に説明されている金属基板には、鋼、錫またはクロムまたはクロム／ 酸化物または亜鉛のコーティングを備えた鋼、ニッケルで処理されたまたはされ ないアルミニウム、銅、または亜鉛が含まれる。それは化学変換処理を受けてい てもよい。 シンプルな金属−プラスチック構造体の所期の絶対的または相対的例に関する 明確な教示はないが、この公告書類は、厚さ２１０ミクロンの鋼、スズメッキ鋼 、クロム−クロム酸化物、またはアルミニウムといった、種々の金属のプレート にヒートシールされる、厚さ１００ミクロンの種々タイプのポリエチレンのフィ ルムを説明している。こうして得られた標本は、ひだ付け加工、打抜き加工、絞 り加工、壁しごき加工によって、中空な物品に形成される。コーティングの接着 性が比較され、線形低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の優質性が示されている 。 フランス特許第ＦＲ２ ６６５ ８８７号明細書（ペチニ・エンバレジ・アリ メンテア）は、ショア硬度８０未満の接着層によって一緒に結合される二層のア ルミニウムから構成されていることを特徴とする、絞り加工、絞り・しごき加工 、またはフローターンによって作られるコルクに取り付けるカプセルを説明して いる。接着層は、エチレンアクリル酸またはポリエチレン、或いは、酸の官能性 によって改質されたポリプロピレンから成り立ちうる。複合物の総厚は１２０〜 ４００ミクロンで、下記の総厚構成比を備えている： アルミニウム外側層 ２０〜５０％ 接着層 ３〜３０％ アルミニウム内側層 ４０〜６０％ Ｓｃｈｗｅｚｅｒｉｓｃｈｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ＡＧに譲渡された欧州特 許出願第ＥＰ−Ａ−０ ０４６ ４４４号明細書は、プラスチック層を、二枚の 金属層を合わせたものと同じ位の厚さにできるＭＰＭ複合積層を説明している。 深絞り性を達成するための表明要件の一つは、複合物が引き伸ばされるときに、 プラスチックコアによって生じる荷重が、それぞれの金属ストリップによって生 じるものよりも大きいようなプラスチックコア層と金属表面層とを選択すること である。この条件は、配向または伸張されたプラスチック層を利用することによ って達成される。軟または半硬アルミニウムの薄いストリップが特に適している ことも述べられている。適切なプロセスとして絞り・しごき加工は教示されてい ないものの、そのような半剛容器に便利なプロセスである伸長による深めの絞り 加工ならびに深絞り加工の教示はある。 同様なＭＰＭ構成方法は、ＢＡＳＦ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ に譲渡された欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−Ｏ ０３４ ７８１号明細書に説明され ている。この出願の発明者等は、選択金属に近いプラスチック延性特性を与える ために、プラスチックフィルムを金属箔と結合する前に圧延する。 種々の有用な物品に形成できる金属−プラスチック−金属構造の積層は、Ｄｏ ｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙに譲渡された欧州特許出願第ＥＰ−Ａ− ０１３４９５８号明細書に説明されている。この発明は、標準的な実験室試験で 測定される少なくとも所定レベルの引張り成形性に耐える積層の能力と、与えら れた急半径に金属破損なく曲げ加工される能力と、所定レベルの熱安定性とに関 して、詳しく定義されている。 この特許明細書は、絞り加工または絞り・しごき加工される形状に対する基準 も、絞り加工によって或いは絞り・しごき加工によって形成されるこれら積層構 造体の能力も、記載していない。説明されている実験室試験は、材料物質を薄く するように固定された外縁を維持しながら材料物質を均一に引き伸ばす二軸引張 試験の一形態である。そのような引張成形プロセスは、従来は自動車のパネルの ような浅い部品を成形する際に利用されているが、食料または飲料用缶を作成す るのには利用されていない。食料用缶を作成したり、飲料用缶を作成する初期ス テップに利用されるような従来の絞り加工プロセスは、材料物質を外縁からフロ ーするもので、厚さ低減はほとんどまたは全くない。 Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ Ｃａｎ Ｃｏｍｐａｎｙに譲渡された米国特許第３ ２９８５５９号明細書は、ケーキ焼き皿のような、従来の成形型で冷間延伸され る積層金属−プラスチック容器を説明している。説明されている金属−プラスチ ック容器の中に、ＭＰＭタイプのものが幾つかある。広範囲な金属およびプラス チックの厚さが請求されているが、これらの厚さの割合の重要性については教示 がない。ＭＰＭ構造体を扱ったこれらの例の総金属厚に対するプラスチックの割 合は、５〜９である。このＭＰＭの例の金属層は極軟またはゼロテンパーである と説明されている。絞り・しごき加工プロセスによってそのような容器を形成で きること、または、食料用缶に適した絞り加工容器が作成可能であることの指示 は皆無である。提示課題 発明者等に提示された課題は、ガス入り飲料用の缶の改善というものであった 。一般に、容量が約３３センチリットルの円筒形をなす、この缶は、内部が食品 用承認ワニスでコーティングされ、外部が内容製品の性質とメーカー名を示す１ 枚または複数枚の化粧層でコーティングされている、イージーオープン蓋によっ て密閉される。これら缶の、最も利用頻度の高い成形プロセスは、絞り・しごき 加工のプロセスである。このプロセスにより、非常に早い生産サイクルが可能と なり、それにより、このタイプの缶が並外れて世界普及できた。 当業者に既知のこのプロセスは、その名が示す通り、１回または数回の絞り加 工から成る第一シリーズと、１回または数回のしごき加工から成る第二シリーズ を含んでいる。厚さ約３００ミクロンの鋼またはアルミニウム合金の平坦な円形 ディスクから始まる。このディスクは、まず、図１ａに示される装置の助けを得 、絞り加工されて初期の浅い杯状体を形成する。最初に平坦だったディスク（１ ）が、ここでは、変形中で図示されている。それは、固定された変形ダイプレー ト（２）と加圧プレート（３）間で加圧される。ピストンによって作動されるパ ンチ（４）の降下により、事実上、厚さの減少を受けない杯状体形成ができる。 次に、指定数字が図１ａの同じ構成要素に対応している（図１ｂの）第二絞りパ スによって杯状体が形成される。 その後、この杯状体の側面は、内径が次第に減少する、全般的に数字の３で表 される一連のしごき加工リングの助けを得て、しごき加工される。図２に、これ らのしごき加工リングのうちの１個を示し、その働きを説明する。杯状体（５） は、パンチ（６）に僅かな遊びで合わせられ、パンチ（６）は杯状体（５）を、 杯状体の外径よりもその内径が小さいリング（７）の内部に通す。これにより壁 は薄くなり、相当するように引き伸ばされる。この引き伸ばし即ちしごき加工の 大きさは、杯状体の外径とリングの内径の差によって管理される。１回のしごき 加工パスで缶の最終高さに達しえなかった杯状体の変形容量については、前述の ように、同一パンチストロークで順々に連続して杯状体がパスされる３個のリン グを配設することが有用である。 上で検討されたプロセスで作られる飲料用缶の原価要素の中で、軽量であるに も関わらず、金属の原価が圧倒的部分を構成する。そこで、経済的な材料物質で あるプラスチックを金属の一部に置き換えるという考えが研究者に浮かんだ。 殆どのプラスチック材料の金属の弾性モジュールならびに弾性限界は、金属の ものよりはるかに小さいため、プラスチックを金属の代わりに代用することは、 いくつかの構造上の問題に直面する。これらの構造上の問題に加え、一般に金属 缶は、プラスチックの成形に利用されるものとかなり異なる条件下で制作される という事実に関わるプロセス上の問題があった。例えば、金属容器は普通は高速 で常温または中温で制作されるのに対し、プラスチックの挙動は、プラスチック 容器が通常は低速、高温で作成されるというようであった。 前述の研究者は、ＷＯ８２／０００２０に詳しく記述されているように、金属 箔に密着させたプラスチック層は、従来の金属成形プロセスをシンプルに変更す ることによって形成されうることを示した。このことは、成形中の金属−プラス チック構造の挙動は、プラスチックより強く厚い金属によって制御されるという 事実、ならびに、薄いプラスチック層に生じた応力はその良好な密着の結果とし て金属箔に容易に移転されるという事実によって、説明できる。 比較的薄いプラスチック層に対するこの制限は、プラスチックの役割が、一般 的には金属を腐食から保護し、比較的薄いプラスチック層がこの保護を満足する ことであるので、前述の研究では問題ではなかった。 ＷＯ ８２／０００２０では、希望があれば、積層はポリエチレンフィルムの 両側に結合された金属薄板または箔で作成してもよいとさえ述べているが、より 厚いプラスチック層が所望されたり、そのようなＭＰＭ構造で可能であることを 示していない。この特許明細書で説明されている、１００ミクロンのプラスチッ クフィルムと２枚の２１０ミクロンの金属箔を使用したＭＰＭ構造対を制作する 場合、総金属厚に対するプラスチックコアの厚さ比は、０．２４未満となる。こ れから示す通り、この低比率は、所望のコスト削減に必要なものを下回っている 。 成形時に金属が優位を占める程度の薄さのプラスチック層を利用することに加 え、前述の研究者等は２種類の方法を利用している。フランス特許第ＦＲ１４１ ４４７５号明細書と米国特許第４３９０４８９号明細書に説明されている第一の ものは、熱成形のような従来のプラスチックプロセスで利用される加熱材料から 始める成形を実施することである。 第二の方法は、プラスチックコアが成形を支配し、アルミニウムの変形はプラ スチックの変形の次に行われるようにそれぞれの材料が選択された金属−プラス チック構造体を利用して加工することである。前述のＥＰ−Ａ−Ｏ ０４６ ４ ４４では、この条件は、各金属ストリップによって生じる荷重よりも大きなプラ スチックコアによって生じる荷重に関して規定されている。これは、軟または半 硬アルミニウムストリップの利用と、延伸または伸張されたプラスチック層の利 用によって達成される。 ＥＰ−Ａ−Ｐ ０３４ ７８１号明細書では、発明者等は、与えられた金属箔 と比較してプラスチックフィルムをもっと優勢にするために、プラスチックフィ ルムを冷間圧延する。これにより、それらは幾分か強い金属箔が使えるようにな る。発明者等は金属によって生じる荷重の割合に関する自分達の結論を述べてい ないが、最終金属応力はそれ自体の試験のときの金属箔のそれに等しい、という 推測のもとに、例示されているそれぞれの層構造体についてその百分率は容易に 計算できる。この計算から、冷間圧延フィルムを利用した構造体では僅か４６． ４％の引張荷重であり、冷間圧延しない、更に層の厚い同一プラスチックフィル ムを利用した比較サンプルでは２０．８％であることが分かる。ここでも、絞り ・しごき加工による容器のことも、壁しごき加工プロセスを失敗無く受けるため の層構造の能力のことも言及されていない。 米国特許第３２９８５５９号明細書では、発明者等は冷間圧延などの延伸をプ ラスチックではなく、与えられたＭＰＭ例のそれぞれに施し、アルミニウム箔が また、極軟またはゼロテンパーであると特徴付けている。総金属厚に対するプラ スチック厚の比率は、それぞれのＭＰＭ例において少なくとも５〜１である。発 明者等は、金属が占める荷重の百分率のことを述べていないし、それを計算しう る機械的データも提供していないが、極軟アルミニウムとプラスチック−金属の 高厚さ比の組合せから、プラスチック層が成形プロセスを支配することが分かる 。 以下に示されるように、軟合金または層金属厚と比較して非常に薄いプラスチ ック層を利用することは、或る時間まで内部圧などの重大な機械的荷重に耐えな くてはならない容器の原料コストを大幅に削減するろいう本発明者等の目的に合 致しない。 現発明者等は、深絞りに耐える、更に詳しく言うと、絞り・しごき加工される 飲料および食料用缶に要求される後続のしごきステップに耐える能力という点で は、延伸されたプラスチックコアより延伸されていないプラスチックコア層の方 が好適であることも発見した。 厚さを減らし、それゆえに利用金属のコストを減らすという本発明の目的を達 成するために、発明者等は、プラスチック層は２枚の金属層の間に配置すべきで あること、また、プラスチック層は、金属−プラスチック構造で作られる容器で 達成される厚さよりも厚くなくてはならないことを発見した。更に強く更に剛直 な材料から作られた２枚の外側層の間に配置される中央層として低コストまたは 低密度な材料を利用する他タイプの機械的構造は周知である。そのような「サン ドイッチ」構造は、サンドイッチの総厚と同じ厚さの単一層の更に堅固な材料の 曲げこわさに近いものを達成することで知られている。 耐性の小さい中央材料は、構造の曲げこわさに貢献するが、それは、サンドイ ッチの引張抵抗にはかろうじて貢献する程度である。これは、２枚の外側金属層 の総厚の低減可能性を制限するものである。容器のような比較的薄い金属壁を備 えた構造体の引張抵抗は、膜強度と呼ばれる。 発明者等は、ガス入り飲料用間のような剛直な容器の底が、外側から見て、凹 形から凸形になり始める圧力は、曲げこわさと膜強度の複雑な関数に左右される ことを発見した。この圧力は、通常、ボトムバックリング圧力と呼ばれる。この ２種類の耐性の関数の形式は、凹状ドームの正確な形状と、容器の壁の底部にド ームを接続する底の部分の形状によって左右される。 ボトムバックリング圧力（Ｆ）は、単層金属の場合、厚さの関数として下記の 公式で表せる： Ｐ＝ｋｅⁿ 式中、ｋ＝材料に応じた比例定数、ｅ＝材料の厚さ、ｎ＝底部の形状に応じて１ と２の間で変動する指数である。これは、指数ｎが１に近ければバックリング圧 力は膜強度に敏感となること意味し、指数が２に近ければバックリング圧力は曲 げこわさに敏感となることを意味している。殆どの飲料用缶の底面の場合、指数 は１．２と１．９の間にある。指数が２に近くなるほど、外側金属層の任意の厚 さに必要なプラスチックの厚さが薄くなる。 図３に、厚さ３３０ミクロンの全体金属構造と同じバックリング圧力を達成す るために、２枚の金属層の総厚ｅ_mのの場合に要求されるプラスチック厚ｅ_pのを 示す。異なる曲線について観察されるように、膜強度が最も臨界状態となる指数 ｎ＝１．２の場合よりも、曲げこわさが最も臨界状態となる指数ｎ＝１．７の場 合のほうが、断然、プラスチックの厚さを要しない。 また、この図３では、任意の底面構成の場合、それゆえに任意の値ｎの場合、 一連のプラスチック厚ｅ_pと、それに対応する２枚の金属層の総厚ｅ_mが存在し、 それらが所要ボトムバックリング強度を与えることも分かる。例えば指数１．５ の構成の場合、あらゆる許容組合わせは、１．５で指示される曲線の各点の横軸 と縦座標に対応している。 一般的には、各曲線の左側の点は、高い金属を少なく、安いプラスチックを多 く含んでいるので、各曲線の左側の点は最も経済的な構造を示すものである。 これらの点の金属総厚に対するプラスチック厚の比率は、従来技術で実現され たものよりも高いことにも注意されたい。 絞り・しごき加工のような従来の金属成形プロセスを利用してＭＰＭ構造から 開始する容器制作は、少ない金属と多いプラスチックから構成される構造ではか なり困難であると思われていた。この予想の理由の一つは、しごき加工と同じく らいの量の絞り加工のときに、ＭＰＭ構造が引張応力を受けるということであり 、既存技術により、ＭＰＭ構造を破損するまで伸張することは全体金属構造のそ れと同じことであろうと考えられていた。この伸張では、その低モジュールの結 果、プラスチック材料は絞り・しごき加工によって誘発された引張応力の軽微一 部をサポートすることになる。破損に至るまでの伸張について広く受け入れられ ている予測を試験するために、発明者等はいくつかの構造について、外側アルミ ニウム合金の各層は１００ミクロンという一定の厚さにし、プラスチック厚を変 動させながら、単軸方向引張試験を行った。 発明者等は、図４に示すように、破損にいたるまでの伸張でプラスチック厚が 増し、最大３００ミクロンに近いプラスチック、が達成されたことを観察して驚 いた。これは１．５のＰ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）に相当する。 破損に至るまでの伸張における、この驚くべき増加の説明は、完全には明らか ではないが、破損後の標本の調査から、外側金属層のいずれかのネッキングの開 始に起因した応力の集中を拡散するというプラスチックの能力に関するものであ ることが分かった。プラスチックは、対向する外側層の表面の応力を分散し、そ れにより第一外側層のネッキングが破断に及ぶのを防ぐ。プラスチック層が、最 適値よりも厚い場合は、プラスチックは集中応力を対向外側層に少ししか移転で きないようで、２枚の金属層で連続的にネッキングが進行する。 破損に至るまでの伸張によって特徴付けられるＭＰＭ構造の靭性向上により、 従来達成されたよりもはるかに厚い相対的プラスチック厚を備えたＭＰＭ構造を 首尾良く絞り・しごき加工できるようになった。前述の通り、任意のボトムバッ クリング圧力の経済バランスは、このような厚いプラスチックでは、一層好まし いものとなる。 それぞれの金属箔の厚さが１００ミクロンで、アルミニウム合金３００３の引 張破損強度が２３９ＭＰである、図４を作成するのに使用されたものと同じ張力 標本データを利用して、発明者等は、金属箔によって生じる総荷重の部分を計算 した。百分率は、厚さ５５ミクロンのコアの場合の９９％から、厚さ４２０ミク ロンのコアの場合の８２％まで変動した。発明の概要 上記ならびに他の目的により、本発明は缶本体ならびに缶を形成するのに有用 な、これまでにない優れた金属−ポリマ−金属積層ならびに構造体を提供するも のである。積層の層の性質と厚さは、所期の金属缶の所要機械的特性、詳しく言 うと、ガス入り飲料または食料のパッケージング、ならびに、絞り・しごき加工 によって形成する手段まで、を提供するように特別に構成される。 本発明は、ＭＰＭタイプの金属−プラスチック構造の絞り・しごき加工による 、食料品または飲料水のパッケージ用金属缶の制作も、相等しく目的として含ん でいる。図面の簡単な説明 図１ａと１ｂに、従来技術により円形ディスクの２パス絞り加工を概略的に示 し； 図２に、杯状体を缶に形成するための、絞り加工済み杯状体の壁のしごき加工 を示し； 図３に、ボトムバックリング厚Ｐの等厚線、横軸となる金属ｅ_mの総厚、なら びに縦座標となる中間ポリマ層ｅ_pの厚さを示し； 図４に、それぞれの外側金属箔の厚さ１００ミクロンであるＭＰＭ構造体の、 破損に至るまでの伸張の変動を、中央ポリマ層の厚さの関数として示し、 図５ａと５ｂに、本発明によるパンチのベースの、２種類の好適形態を示し、 図６に、本発明による絞り加工の第二パスのモールド部品を示す。好適実施例の説明 缶本体は、底面と、特に飲料を収容することを意図されたタイプの金属−ポリ マ−金属の金属−プラスチック構造の底面に大してその母線が垂直をなす壁、と から構成されており、本発明の目的は、金属−プラスチック構造が、それぞれの 厚さがＭ_iとＭ_eである金属箔で内面と外面をコーティングされた厚さＰの熱可塑 性中央層を備えており、比率Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）が０．５より大きく、本体が絞り ・しごき加工におって制作され、缶の壁は缶本体が底面により薄くされるように なっていることで特徴付けられている。 上に展開された問題の同な説明の後、この比率Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）には、０．７ と２．５の間であることが好ましく、１と２の間であることが更に好ましい。 金属−プラスチック構造の実現するための有利な方法において、しごき加工前 の中央ポリマ層の厚さは１００〜５００ミクロンであり、しごき加工前の各金属 箔の厚さは２５〜１５０ミクロンである。これらの厚さは、明らかに薄くされた 後の本体壁よりも薄い。更に有利な方法において、このプラスチック層は、プラ スチックフィルムの鋳造およびブロー成形中に普通に生じた付随的な延伸以外に は本質的に延伸されていない。 中央層を構成するポリマは、次の熱可塑性材料材料のいずれかが選択される： ポリプロピレン、高および低密度ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、 ポリマは、容器内に収容される食料品または飲料に接触しておらず、回収された ポリマを使用することが可能であり、それが推奨されることに注意されたい。回 収されたポリエステルとポリプロピレンで試したが、完全に満足できる結果が得 られた。 金属は、鋼、スズメッキされたものまたはメッキされないもの、クロムか亜鉛 かニッケルでコーティングされたもの、クロム−クロム酸化物のもの、アルミニ ウムまたはアルミニウム合金のもの、またはアルミニウム合金のいずれかが好適 である。単独試験時および引張時の金属箔の破損強度は１８５ＭＰａを越えるこ とが更に好ましい。 特定材料ならびに層の厚さの選択は、開始シートを単一軸方向の張力でひっぱ るときに、荷重のほとんどが結合金属層によって生じるような選択であること好 ましい。結合金属層によって生じる荷重の百分率が、７０％以上であれば更に好 ましい。 金属箔は、別々の厚さにすることもできるし、別々の金属から構成することも できる。後に説明する理由により、缶の外面に対応する金属箔を缶の内面に対応 するものよりも厚くしたり、缶の内面に対応する箔として耐食性が高い合金を選 択し、缶の外面に対応するはくとして機械的強度が高い合金を選択することがで きる。 ポリマ中央層と箔すなわち金属箔の間に厚さ１〜２０ミクロンの適当な接着層 を介在させることが可能で、この接着層の厚さはポリマＰの総厚に含まれる。 ポリマと金属の間に介在される接着剤は、例えばポリエチレンまたはエポキシ 、或いは、エチレン酸（マイレン酸、クロトン酸等）によって従来様式で変化さ せられたポリオレフィン、アクリル酸エチレン（ＥＡＡ）、ポリエステルまたは 前述ポリマに対応するモノマのコポリマ、といった、いずれか熱硬化性ポリマで ある。 中央ポリマ層への金属箔の接着は、明らかに金属−プラスチック構造体ならび にこれら構造体から作られる缶本体の重要特性である。接着性は、剥離強度によ って測定されるが、これは所定幅の金属箔の帯を、そのポリマ支持体から剥離す るのに必要な力のことであり、従って、単位長さ当たりの力である。絞り・しご き加工缶本体を製造するための構造体は０．４ニュートン／ミリメートルを越え る剥離強度を有しているべきである。 金属−プラスチック構造体は、本発明の適用範囲から逸脱せずに、それ自体の 片面または両面にワニスまたはポリマフィルムをコーティングできる。 本発明の別の目的は、特性が前述されている本体または形から始まって用意さ れた、完成した缶に関するものである。缶本体から缶を制作するために、最初に 壁の上部を剪断することによって所定の高さまで本体をトリミングし、その後に 、上部をネッキングする。上縁部は、缶に充填した後に蓋をシーミングできるよ うに、半径の小さなカーブに巻かれるべきである。なぜなら、この小半径に従っ て金属−プラスチック構造体を曲げる動作のときに、カーブの中央から遠い方す なわち拡張されている方の金属箔は最小半径点で破損するが、他方の金属箔は損 傷しないままであったことが分かったからである。但し、この現象は、ここで説 明すると長くなりすぎてしまう理由のために、ポリマ層の無い同厚の一様な金属 では発生しない。この問題に直面し、発明者等はまず解決のための研究を行い、 次いで、拡張状態での金属箔の破損は、充填およびシーミングがなされた缶の機 械的強度には全く影響を及ぼさないという仮説を速やかに立てた。実際のところ 、心配されるのは、２枚の金属箔のうちの一方が破損した巻きフランジを備えた 缶が、蓋を分離しようとする内部圧力によって生じる引張応力に耐えられないの ではないか、という点である。しかしながら、圧力が加えられたシリンダのの軸 方向の内部応力は、軸に垂直な方向のそれの約半分である。従って、軸に垂直な 面で圧力に耐えるために、その二層の金属で、完成金属−プラスチック構造体に 十分な金属が存在すれば、残りのそのままの状態の層に、軸方向の応力に耐えう る十分な金属が含まれていることになる。この仮説は計算によってあれた。また 、縁の総厚は、一般的に、壁の最も薄い部分よりも厚く、それによって安全性に 余裕が生まれる。缶を強くするために、内側の箔よりも外側の箔を厚くし、強い 合金を選択することも可能である。最後になるが、金属箔の破損部は、缶の最終 ユーザが気付きさえしないような蓋の縁折返し蓋で覆われるので、缶の外観が影 響を受けることはない。カーブ中央から遠い方の、従って拡張状態の金属箔が半 径最小位置にて破損する上側巻き縁を有する、金属−プラスチック、金属−ポリ マ−金属の缶完成品は、本発明の第二目的を構成する。 シーミングの技術の他に、ヒートシール、接着といった他の既知技術によって 金属−プラスチック缶にカバーを取り付けることも相等しく可能である。 本発明は、次のステップを含むことを特徴とする、飲料のパッケージング用の 絞り・しごき加工缶を制作するプロセスにも相等しく関わっている： ａ） 金属層と熱可塑性ポリマ層と第二金属層を順々に含み、各金属層とポリ マ層の間に接着性のポリマ層を介在できる、金属−プラスチック構造体のストリ ップを準備すること。 ｂ） ストリップから円形ディスクを切り取ること。 ｃ） ２回のパスのそれぞれは、母線が曲率半径５〜１０ミリメートルでベー スに結合される円形ベースを有する円筒状パンチを用いて行われることが好まし く、また、第二パスは水平に対する固定プラテンの入射角が１０°〜７０°で行 われることが好ましい、連続する２パスでディスクを杯状体となるように絞り加 工すること。 ｄ） キャリブレーションと呼ばれる最初のもので壁の厚さを２〜２５％まで 減らす４個の一連のしごき加工用リングによって得られことが好ましい、杯状体 の壁をしごき加工すること。 本発明のステップａの金属−プラスチック構造体目標は、種々の周知方法によ って準備される。最も広く使用されているのは、直接共押出し、熱シーリング、 および高周波接着である。最後の二方法は、プラスチックフィルムと金属ストリ ップが連続的に送られるラインで実践されることが好ましい。 直接共押出しは、切れ目なく広げられて、外側層を構成する２枚の金属層間に 、両側に２枚の接着剤の薄層が施される中央ポリマ層を押し出すことである。こ のようにして得られた複合製品は、ローラの間を通されて異なる層間が付着され る。この技術は、熱可塑性接着剤の場合にのみ適用されることは明らかである。 熱接着は、両面に接着層、ここではやはり熱可塑性物質、がコーティングされ た中央層またはポリマを含むポリマの複合ストリップから開始して、このストリ ップを２枚の金属箔の間に導入することである。熱接着は、こうして得られた複 合製品を、ポリマコアと金属箔の間の接着を保証するように十分に接着層を溶融 または少なくとも軟化するのに足りる温度まで加熱された２本の間を通すことに よってよって保証される。 最後に、高周波による接着は、周知方法により２枚の金属箔の内面に熱硬化性 接着剤をコーティングし、ローラの助けをかりて、一方の側と他方の側からこれ らの薄を中央ポリマ層に貼付けることである。 缶の成形は、一般的に、図１に表されるような装置を利用して、連続的な１回 または複数回の絞り加工パスから成るステップｃに関わる。特定ケースのＭＰＭ タイプの金属−プラスチック構造体に動作条件に合わせるために、発明者等は、 クラックや皺や剥離を生ずることのなく確実に構造体を絞り加工するときに一緒 に作用する、或る特定なパンチベース形状と、ダイプレート全体形状を、優先さ せることにした。 概ね回転シリンダの形状をなすパンチは、本発明の好適方法のいずれかにより 、半径５〜１０ｍｍの円弧によってパンチのベースにその母線が結合される軸方 向断面を提示する。この結合は、パンチの回転軸にその中央がくる第二円弧の部 分から見て、直接にまたは仲介材によりパンチのベースに施される。図５ａと５ ｂは、前述の２種類の変更態様を示すものである。 図５ａは最もシンプルな形状の実施例である。パンチ９は、軸を徹断面で示さ れており、軸１０の周りを回転するシリンダの形状となっている。母線１１は、 ５〜１０ｍｍの範囲内にある（例えば直径８５ｍｍのパンチの場合は８ｍｍ）半 径Ｒ１の円弧によってベースに結合されている。この円弧は、円環面の部分の回 転によって生じる。 図５ｂに、もう少し複雑な発展形状を示す。母線は、中心がパンチの軸に合っ ている第二円弧に正接される５〜１０ｍｍの半径Ｒ１の第一円弧１４によってベ ースに結合されえいる。円弧鵜（１５）は球状のドームを生じ、円弧（１４）は 円環面の一部を形成する。一例として、Ｒ１は約６ｍｍで、Ｒ２は約２５０ｍｍ にすることができる。 前述のパンチの特定形状と共働する、本発明の他の好適方法は、詳しく言うと 、第二絞りパスで利用されるダイプレートの入口の形状である。通常、絞り用の ダイプレートは、前述のように平坦な円形ディスクから開始する第一絞りパスを 示す図１ａに概略図示されているような形状を有している。図６に、開始材料が ディスクではなく、第一パスのときに既に引き延ばされた形状である、本発明に よる後続絞りパスを示す。杯状体（２４）は、絞りプロセスの途中であり、上部 （２５）に一致するその初期直径は、プロセス中に、パンチ（２７）とダイプレ ート（２８）の間の空間で定められる最終径（２６）に向かって小さくなってい る。これにつれて、壁の高さは、一般的な言葉の意味でいうアイロン掛けするこ となく即ち、厚さが大幅に減ることなく高くなる。開始杯状体の内部に内部加圧 プレート（２９）が配置される。 発明者等は、パンチの軸に垂直な水平面と共に差込コーンの母線が形成される 角度が、ＭＰＭタイプの金属−プラスチック構造体を絞り加工するのに臨界的な 角度であることを発見した。この角度は１０°〜７０°、好ましくは約６０°で あるべきである。 缶の成形は、対応して壁を薄くすることにより壁を伸張させるしごき加工工程 である。この工程は、図２に概略的に示されている。 出願人は、クラックや剥離のような欠陥を生じることなく、ＭＰＭディスクか ら絞り加工された杯状体の壁を、好ましくは特に欧州特許出願第ＥＰ０４０２０ ０６号で一般的に実践されている３回のパスではなくて、４回の連続しごき加工 パスで処理されることによって、しごき加工できることを発見した。更に好適に は、これらの連続パスの最初のものは、厚さの割合を２〜２５％に減らすシンプ ルなキャリブレーションパスにする。 本発明の種々のステップである特定のケースに関する、説明の後の例。例１ 厚さ３００ミクロンのポリプロピレンのストリップは、その両側に、マイレン 酸改質ポリプロピレンフィルムから成る厚さ１０ミクロンの接着剤をコーティン グされている。２枚の接着材フィルムは、２本のロールの間を通すことによって 常温でフィルムに付けられている。こうして得られた複合ストリップは、それぞ れボビンから巻き出されて、接着剤が溶けるように２００°Ｃの温度でオーブン を通して予熱処理が施された、厚さ１００ミクロンのアルミニウム合金３００３ 、「アルミニウム協会」の規格によるマンガン合金の２枚の箔の間に連続的に導 入される。こうして得られたＭＰＭ構造体は、次に、約４０００Ｋｐａの圧力を 加えるローラの間を通される。この構造体から開始して、直径１４０ｍｍの円形 ディスクが切り取られる。これらのディスクは、次に、図５ａに示されたものに 類似のＲ１＝８ｍｍのパンチの助けを得て、連続する２回のパスで絞り加工され ている。第二絞り加工パスでは、角度αが６０°のダイプレートが使用されてい る。第一パスにより、外径８６ｍｍ、高さ３５ｍｍの杯状体が得られる。第二パ スにより、外径６７ｍｍ、高さ５６ｍｍの杯状体が得られる。パンチによって動 かされる円筒形の杯状体は、最後に、順次直径が小さくなる一連の４個のリング を含むツールを通され、直径６６ｍｍで高さ１３０ｍｍの飲料用缶の杯状体が得 られる。それぞれの壁厚減少を初期厚に対する百分率で表すと、２０％、５０％ 、５２％、５７％になる。これらの杯状体を注意深く検査したが、金属またはプ ラスチックのクラックの兆候は認められなかった。金属とプラスチックの間の剥 離も観察されなかった。例２ 複合ＭＰＭストリップは、例１と同じ３００３合金で、厚さが８０ミクロンの ２枚の箔の間に、厚さ２５０ミクロンのポリプロピレンと、その両側の厚さ１０ ミクロンのマレイン酸改質ポリプロピレンの接着材層から成るコアを共押出しす ることによって作成される。接着は、４０００Ｋｐａの圧力を加えながら２００ °Ｃに加熱した２本のローラの間を通すことによって達成されている。既に例１ と同じ条件下で軟種類かの飲料用ボトル杯状体を製造した。これら杯状体を検査 したが、金属またはプラスチックのクラックは全く認められなかった。また、金 属とプラスチックの間の剥離も観察されなかった。例３ ＭＰＭ複合ストリップは、同一条件下で、例２と同じ成分を利用して共押出し されたが、コアにこれと同じＭＰＭ構造体から制作された缶から回収されたポリ プロピレンを使用して作成された。使用済みの缶からのポリプロピレンの回収で は、ポリマから接着剤を分離できなかったが、得られた構造体は優れた品質で、 クラックも剥離も認められなかった。例１と同じ条件下で飲料用缶杯状体を製造 した。これら杯状体を検査したが、金属またはプラスチックのクラックは全く認 められなかった。金属とプラスチックの間の剥離も観察されなかった。例４ 図２のものと同じ工程条件下で、厚さ８０ミクロンの３００３合金箔、厚さ１ ０ミクロンのアモルファス・ポリエチレン・テレフタレートの接着剤層、厚さ２ ００ミクロンのポリエチレン・テレフタレート層、厚さ１０ミクロンの別のアモ ルファス・ポリエチレン・テレフタレート層、最後に厚さ８０ミクロンの別の３ ００３合金箔の順から成るＭＰＭ構造体を制作した。これらの杯状体を検査した が、金属またはプラスチックのクラックは全く認められなかった。また、金属と プラスチックの間の剥離は観察されなかった。例５ 例５は、使用するポリエチレン・テレフタレートが使用済みのプラスチックボ トルから回収されたものである点が比較相違点である、例４と同じ杯状体の制作 に関するものである。洗浄および乾燥後、これらのボトルは粉にされ、押出成形 機のフィードホッパに投入された。構造体にも、絞り・しごき加工によって得ら れた杯状体にも、品質上の問題は観察されなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ｍ_i−Ｐ−Ｍ_eタイプの積層構造を備える、底面ならびに直立する側面を備 える絞り・しごき加工缶であって、Ｍ_iとＭ_eは各々内側および外側金属箔層であ り、Ｐは本質的に非配向ポリマ単層であり、厚さ比Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）は０．５を 越え、側面の厚さは底面の厚さよりも薄く、缶本体の底面では、ポリマ層Ｐの厚 さは１００及至５００ミクロンであり、各金属層Ｍ_iとＭ_eの厚さは２５及至１５ ０ミクロンである、前記缶本体。 ２． 比Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）は、０．７及至２．５であることを特徴とする、請 求の範囲１に記載の缶本体。 ３． 比Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）は、１．０及至２．０であることを特徴とする、請 求の範囲２に記載の缶本体。 ４． 飲料を入れることを意図された、請求の範囲１に記載の缶本体。 ５． 積層構造体のプラスチック層に体する金属層の剥離強度は、０．４Ｎ／ ｍｍを上回ることを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 ６． Ｍ_iとＭ_eは、各々、鋼、スズメッキ鋼、クロムまたは亜鉛またはニッケ ルでコーティングされた鋼、クロム−クロム酸化物でコーティングされたアルミ ニウム、アルミニウム合金の中から別々に選択される金属箔であることを特徴と する、請求の範囲１に記載の缶本体。 ７． 金属箔Ｍ_iとＭ_eは、アルミニウム合金で作られていることを特徴とする 、請求の範囲５に記載の缶本体。 ８． ポリマ層Ｐは、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチ レン、ポリエステル、およびナイロンから成るグループから選択された熱可塑性 ポリマを含むことを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 ９． ポリマー層Ｐは回収ポリマを含むことを特徴とする、請求の範囲１に記 載の缶本体。 １０． ポリウレタンとエポキシ接着剤をベースとする熱硬化性ポリマ接着剤 から選択され、厚さ１及至２０ミクロンで中央ポリマ層Ｐと各金属箔層Ｍ_iとＭ_e の間に挟まれ、その厚さがポリマＰの総厚に含まれる接着剤層を更に備えた ことを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 １１． エチレン不飽和カルボン酸から派生したポリマ、オレフィンとエチレ ン不飽和カルボン酸ポリウレタンから派生したコポリマ、ポリエステルから構成 されるグループから選択され、厚さが１ミクロンと２０ミクロンの間であって、 中央ポリマ層Ｐと各金属箔層Ｍ_iとＭ_eの間に挟まれ、その厚さがポリマＰの総厚 に含まれる接着剤層を更に備えたことを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本 体。 １２． 金属箔層Ｍ_iとＭ_eは、Ｍ_iが優れた耐食性を備えた金属箔であり、外 側箔層Ｍ_eは優れた機械的強度を備えているような、別々の物質であることを特 徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 １３． 側面部は、金属箔層Ｍ_iが広がり、曲率半径が最小の場所で破損する 上側巻き領域を含むことを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 １４． 缶本体の外面を形成している金属箔Ｍ_eは、缶本体の内側を形成して いる箔層Ｍ_iより厚いことを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 １５． 缶本体の金属含有量を低減するための方法であって、 Ｍ_iとＭ_eは各々内側および外側金属箔層であり、Ｐは中央ポリマ層であり、厚 さ比Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）が０．５を越えるＭ_i−Ｐ−Ｍ_e積層シートを提供するステ ップと、 シートからディスクを切り取るステップと、 少なくとも１回の絞り加工パスでディスクを絞り加工して杯状体を形成するス テップと、 少なくとも１回のしごき加工パスで、絞り加工後の杯状体を、底面部分と、底 面部分よりも総厚が薄い直立側面部分とを備えた直立側面とを含む缶本体を形成 するステップ、とを備えた、前記方法。 １６． 比Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）は、０．７及至２．５であることを特徴とする、 請求の範囲１５に記載の方法。 １７． 比Ｐ／（Ｍ_i＋Ｍ_e）は、１．０及至２．０であることを特徴とする、 請求の範囲１５に記載の方法。 １８． 絞り加工ステップは、複数回の絞り加工パスを含むことを特徴とする 、請求の範囲１５に記載の方法。 １９． 積層シートにおいて、ポリマ層Ｐの厚さは１００及至５００ミクロン であり、各金属層Ｍ_iとＭ_eの厚さは２５及至１５０ミクロンであることを特徴と する、請求の範囲１５に記載の方法。 ２０． 積層シートＭ_i−Ｐ−Ｍ_eは、厚さ１及至２０ミクロンで中央ポリマ層 Ｐと各金属箔層Ｍ_iとＭ_eの間に挟まれ、その厚さがポリマＰの総厚に含まれる接 着剤層を更に備えたことを特徴とする、請求の範囲１５に記載の方法。 ２１． 積層において、ポリマ層Ｐは、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン 、低密度ポリエチレン、ポリエステル、およびポリアミドより成るグループから 選択された熱可塑性ポリマであることを特徴とする、請求の範囲１５に記載の方 法。 ２２． 接着剤は、ポリウレタンエポキシベースの接着剤からされる熱可塑性 ポリマであることを特徴とする、請求の範囲１５に記載の方法。 ２３．接着剤は、エチレン不飽和カルボン酸、ポリエチレンとポリプロピレン から選択される酸無水物、オレフィンとアクリル酸のコポリマ、ポリエステルと ポリエステルのコポリマから選択された熱可塑性ポリマであることを特徴とする 、請求の範囲２０に記載の方法。 ２４．金属箔Ｍ_iとＭ_eは、各々、鋼、クロムまたはスズメッキ鋼、アルミニウ ム、アルミニウム合金の箔の中から別々に選択される金属箔であることを特徴と する、請求の範囲１５に記載の方法。 ２５． 本体の側面の外側の金属箔Ｍ_eは、缶本体の側面の内側の箔層Ｍ_iより 薄いことを特徴とする、請求の範囲１５に記載の方法。 ２６． 絞り加工ステップにおいて、母線が５及至１０ｍｍの曲率半径によっ て底面に混合される円形底面を備えた円筒形パンチを利用して少なくとも２回の 絞り加工パスを行い、第２パスは、ダイプレートと水平の入角度が１０°及至７ ０°で行われることを特徴とする、請求の範囲１５に記載の方法。 ２７． 絞り・しごき加工缶本体において、円弧は、パンチの母線を、中心が パンチの軸に合わせられた第二円弧のベースマージに連結することを特徴とする 、請求の範囲１５に記載の方法。 ２８． 前記しごき加工ステップにおいて、絞り加工済みの杯状体のしごき加 工は、４個の連続しごき加工リングの助けを得て達成され、その第一リングは、 杯状体をキャリブレーションするだけ、即ち、杯状体の壁厚をわずか２及至２５ ％低減するだけ、であることを特徴とする、請求の範囲１５に記載の方法。 ２９． 金属箔Ｍ_iとＭ_eの少なくとも一方は、引張り破損強度が１８５ＭＰａ より大きい物質の箔であることを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 ３０． 荷重のほとんどは、側面が単一軸方向に伸張されるときに複合金属層 Ｍ_iとＭ_eによって生じることことを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 ３１． 金属箔Ｍ_iとＭ_eの少なくとも一方は、引張り破損強度が２１０ＭＰａ より大きい物質の箔であることを特徴とする、請求の範囲１に記載の缶本体。 ３２． ポリマ層Ｐ、は本質的に非配向であることを特徴とする、請求の範囲 １に記載の缶本体。