(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、35USC§119(e)の下、参照により全体として本明細書に組み入れられる、2014年3月25日に出願された米国特許仮出願第61/970,103号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、内部流体圧を利用して中空の金属プレフォームまたはワークピースをダイキャビティに対して拡張させて、輪郭形成された形状を有する容器を製造する、金属容器などを成形するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
飲料などに使用される金属缶は、1ピースボディであるか、一端または両端が開口し、上下端が別々の部品によって閉じられたボディである。従来の缶は概して、簡単な直立した円柱形の側壁を有する。美感、消費者アピールまたは製品識別の理由のため、より複雑な形状を缶に付与することが望ましいこともある。たとえば、通常の円柱形缶形状ではなくボトル形状の金属容器を提供すること、または、すでに利用可能な成形プラスチックまたはガラスボトルに類似した、人間工学的に成形されたボトルを提供することが望ましい場合がある。
【０００４】
従来、アルミニウム容器は、様々な異なる手法を使用して成形されてきた。一つの手法においては、段階的な一連のダイを使用して、平板または金属シートを、閉じた底を有する円柱形のプレフォームへと絞り加工、再絞り加工または成形する。次いで、プレフォームに上蓋を提供して缶を形成する、または、プレフォームを絞り加工し、ネッキングダイを使用してボトル形状へとネッキング加工する。容器の開口端をカーリング加工し、閉鎖キャップを取り付けるためのねじを切ることができる。別の手法において、プレフォームは、金属シートから、それを圧延し、溶接して両端が開口した円柱を形成し、その円柱に底を溶接し、上端を閉じる、または上端を絞り加工し、ボトル形状へとネッキング加工することによって形成される。
【０００５】
代替のアルミニウム容器成形法においては、StilesらによってWO2013040339A1（特許文献1）に記載されているように、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。衝撃押出しとは、特有の形状を有する金属容器および他の物品を製造するために利用される加工である。製品は一般に、鋼、マグネシウム、銅、アルミニウム、スズまたは鉛を含む金属スラグから製造される。容器は、密封金型の内部で、ポンチによって衝撃を加えられるコールドスラグから形成される。ポンチ衝突の力が金属スラグをポンチの周囲に変形させ、スラグ材料を、ポンチの動きの方向とは反対に、ポンチとダイ壁との間で後方に押しやる。初期プレフォーム成形物、すなわち底が閉じた円柱を作製した後、カウンタポンチイジェクタによってプレフォームをポンチから取り外す。ネッキング加工ツールまたはネッキング加工・成形ツールを使用してプレフォームを好ましい形状に成形する。また、エンボス加工ツールを使用して容器壁内に三次元構造を生成してもよい。
【０００６】
衝撃押出し容器は、エアゾール容器および他の圧力容器ならびに従来のアルミニウム飲料容器を含む。エアゾール容器および圧力容器は概して、高い強度を必要とし、従来のアルミニウム飲料容器よりも大きなゲージ厚の材料を使用する。プレフォームの上端を絞り加工、圧延またはネッキング加工してボトル形状を形成することができる。
【０００７】
上記成形法において、プレフォームは機械的手段によってネッキング加工または成形される。代替の成形法において、プレフォームは最終的な容器形状に近く、加圧流体（気体または液体）を使用して金型の中でプレフォームを拡張させる。これは概して、加圧成形または、加圧ガスが使用される場合、ブロー成形と呼ばれる。プレフォームをアルミニウム容器へとブロー成形する公知の方法の例が、2006年9月19日付の米国特許第7,107,804号（特許文献2）；2004年10月12日付の米国特許第6,802,196号（特許文献3）；および2011年7月14日付の米国特許出願公開公報2011/0167886（特許文献4）に見られる。
【０００８】
圧力ラム成形（PRF）法
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。
【０００９】
成形前のアニール
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。
【００１０】
金属ワークピースのアニールは概して、ワークピースの材料を、そのガラス転移温度よりも上かつその融点よりも下の温度まで加熱し、次いで冷ますことを含む。材料は一般に、均質な等軸粒構造を形成するために、転位の除去、材料中の粒の再編成およびその後の粒の再結晶化を可能にするための指定の滞留時間中、選択されたアニール温度に維持される。アニールは、延性を誘導し、材料を軟化させ、内部応力を緩和し、構造を均質化することによって精製し、冷間加工性を改善することができる。アニールの後、加工物を冷ましてアニール工程を停止し、粒の成長を制限しなければならない。材料が、再結晶化が完了する時点を過ぎても選択されたアニール温度に維持されると、粒の成長が起こる。粒の成長は、結果として材料の微細構造が粗化し始め、それが材料本来の強度の実質的部分を失わせるおそれがあるため、不都合である。
【００１１】
シート材料から製造されたプレフォームをアニールすると、加工硬化の影響を減らし、プレフォームをより延性にすることができる。プレフォームの絞り加工の前に出発シート材料に対し、または成形工程の前にプレフォームそのものに対し、回復アニールを実施することができる。シート材料ベースのプレフォーム中の材料を緩和する目的のための缶成形工程中のプレフォームのアニール（回復アニール）が、MoultonらによってCA2,445,582（特許文献5）に開示されている。プレフォームの成形の前のシート材料のアニールがUS7,107,804（特許文献2）に提案され、ブロー成形の前のプレフォーム材料の緩和がCA2,445,582（特許文献5）およびUS2011/0113732A1（特許文献6）に開示されている。
【００１２】
これらの方法すべてにおいて、アニールは、出発材料またはプレフォームを、たとえばアニールオーブンまたは炉中、外部的に加えられる熱に供すことによって実施される。熱（熱風など）の外部適用によるこの対流加熱は材料を緩和させるのに十分である。しかし、対流加熱によるアニールは時間を浪費し、非効率的である。理由は、供給される熱のかなりの部分が環境中に失われ、プレフォームに伝達され得ないからである。そのうえ、材料の全区域の十分なアニールを保証するために、使用される滞留時間は、多くの場合、所望の程度のアニールを達成するために理論的に求められる時間よりも長い。これは、過度なアニール、すなわちアニールされる材料中の粒の成長を招き、材料強度の漸増的損失を生じさせるおそれがある。
【００１３】
シート材料から絞り加工または再絞り加工されたプレフォームの部分的アニールのための誘導加熱の使用が、US5,058,408（特許文献7）およびUS6,349,586（特許文献8）に提案されている。誘導加熱の使用が開示されているが、シート材料のアニールは部分的にしか達成されていない。
【００１４】
衝撃押出しプレフォームのアニールがUS6,776,270（特許文献9）に提案されている。開示される容器成形法においては、複数の拡張工程を使用して、従来の拡張法では製造できない高度に輪郭形成された側壁を有するアルミニウム容器を成形する。各拡張工程の前に、後続の拡張工程中の側壁の破裂を避けるために、側壁のアニール処理を実施する。アニール処理は側壁の誘導加熱によって実施される。プレフォームを、まず部分的または完全にアニールし（0テンパーまで）、一回目の拡張に供し、再びアニールし、次いで二回目の拡張に供す。プレフォーム材料を加熱するために誘導加熱を使用する。23.7％よりも大きい拡張を可能にするためには複数の拡張工程が必要である。すべての例は、しごき絞り加工プレフォームに限定されている。衝撃押出しプレフォームは試験されていない。プレフォームを625°Fで30分間、誘導加熱することにより、しごき絞り加工プレフォームの完全なアニールが達成されている。この方法は、複数の成形工程を必要とし、したがって、PRFと関連させて使用することはできない。
【００１５】
成形前の予備加熱
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。
【００１６】
成形中にパイプ壁を厚くするためにパイププレフォームの選択された領域を誘導加熱によって予備加熱することがFreemanらによってUS5,992,197（特許文献12）に開示されている。しかし、このタイプの予備加熱は、連続的なプレフォームの使用を要し、加圧成形によるプレフォーム拡張には適用不可能である。
【００１７】
表面仕上げ
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。
【００１８】
従来技術の方法および装置の少なくとも一つの欠点に対処することが1つの目的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】WO2013040339A1
【特許文献２】US7,107,804
【特許文献３】US6,802,196
【特許文献４】US2011/0167886
【特許文献５】CA2,445,582
【特許文献６】US2011/0113732A1
【特許文献７】US5,058,408
【特許文献８】US6,349,586
【特許文献９】US6,776,270
【特許文献１０】US2013/0167607A1
【特許文献１１】WO2002087802A
【特許文献１２】US5,992,197
【発明の概要】
【００２０】
スラグの衝撃押出し中、スラグ材料には著しい剪断応力が加わる。このような剪断応力は、シート材料の絞り加工、再絞り加工または後方押出し中に生じる剪断応力よりもはるかに高い。金属中の転位密度は塑性変形とともに増す。衝撃押出し中に発生する剪断応力は、シートベースのプレフォームよりも衝撃押出しプレフォームの中ではるかに高い転位密度を生じさせる。転位密度が高ければ高いほど、材料はより硬くなり、さらなる変形に対する抵抗力を増す。この効果は加工硬化と呼ばれる。本明細書の文脈に関連して、金属スラグなる用語は、円形の、規則的なまたは不規則な周囲を有する押出し可能な金属材料の平坦な、面取りされた、またはドーム状の円板を指すために使用される。衝撃押出しワークピースは、著しい加工硬化および非常に高い転位密度に供されることが知られている。そのうえ、衝撃押出しプレフォームは概して、シートベースのプレフォームよりも大きい壁厚さを有する。したがって、衝撃押出しプレフォームは、プレフォーム材料のアニールなしでさらに変形、特に拡張したとき、プレフォーム材料の局所的破損をこうむる。しかし、衝撃押出しプレフォームをアニールするために対流によって加熱することは非効率的である。過去には、誘導による加熱は複数のアニール工程を必要とし、したがって、衝撃押出しプレフォームのPRFにおける使用を非実用的にしていた。
【００２１】
ショックアニール
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。
【００２２】
本明細書の文脈におけるショックアニールとは、材料において少なくとも120℃／秒の材料温度上昇を達成するために、金属材料を急速加熱してアニールすることと定義される。急速加熱は、その金属の融点温度の65％〜98％の範囲の事前に選択した最終アニール温度を達成するために実施される。少なくとも150℃／秒または少なくとも200℃／秒、たとえば235℃／秒〜245℃／秒の温度上昇が好都合であることがわかった。事前に選択した最終アニール温度に到達するのに十分な加熱時間の後、加熱を止め、材料を冷ます。ショックアニールは、誘導加熱を使用することによって最も好都合に達成される。プレフォーム側壁表面1cm2あたり25〜100Wの電力密度の電磁場で好都合な結果が達成される。40〜90W/cm2の範囲、たとえば86W/cm2の電力密度が好都合であることがわかった。これは、10kW〜20kWの範囲、たとえば15kWの、誘導コイルへの電力入力で達成され得る。処理時間は、0.3〜約4秒の範囲、好都合には0.8〜2.5秒の範囲、たとえば2秒であり得る。
【００２３】
一つの局面において、本発明は、電磁場を発生させ、プレフォームを電磁場に曝露することによってプレフォーム材料を誘導加熱して、プレフォーム材料において少なくとも120℃／秒の温度上昇を生じさせて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、金属プレフォームをショックアニールする方法を提供する。特定の態様においては、融点温度の約90％に等しい約500〜520℃、たとえば510℃のアニール温度に約2秒で到達するために、アルミニウムプレフォーム中、220〜250℃／秒、たとえば235〜245℃／秒の温度上昇を生じさせる。
【００２４】
本明細書の文脈において、電磁場なる用語は、交流（誘導電流）を、好都合にはコイルの形状の導体に通すことによって生成される場をいう。本明細書の文脈において、金属プレフォームなる用語は、シート材料から絞り加工、再絞り加工、深絞り加工、機械加工、鋳造もしくは後方押出し工程によって形成された、またはスラグから衝撃押出しによって形成された、鋼、マグネシウム、銅、アルミニウム、スズもしくは鉛またはそれらの合金で作られたプレフォームを含む。本明細書の文脈において、アルミニウムなる用語は、実質的に純粋なアルミニウムおよびアルミニウム合金、たとえば1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000または8000シリーズ、たとえば1000シリーズまたは3000シリーズ合金、たとえば1070、1050、1100および3207合金を含む。
【００２５】
アニールされる材料中への電磁場の侵入深さは、誘導加熱のための電磁場を発生させるために使用される誘導電流の周波数によって影響される。低めの周波数が深めの侵入を提供し、高めの周波数が材料中への浅めの侵入を生じさせる。電磁場の発生に使用される交流の周波数はまた、加熱の効率に影響し、周波数と効率とは反比例する。低めの周波数は理論的には侵入および効率の両方に有益であるが、加熱効率の増大はまた、材料厚さの公差により、材料の局所的過熱の危険を高める。本発明の特定の態様においては10kHz〜600kHzの範囲の周波数を使用することができ、100kHz〜400kHzまたは200kHz〜300kHzの範囲の周波数、たとえば300kHzが、局所的過熱を減らすのに好都合である。
【００２６】
本発明者らはさらに、驚くことに、衝撃押出しプレフォームの材料中の著しい転位密度にもかかわらず、上記のようにショックアニールされた、任意で好都合に差別的にショックアニールされた領域を含む、衝撃押出しプレフォームを、PRF法による成形にうまく使用することができることを見いだした。本開示において使用される、差別的にショックアニールされた領域なる用語は、プレフォームの、アニールの程度が異なる隣接領域を指し、アニールの程度は、後続の成形中に最大の拡張または変形に供されると予想される領域が実質的に完全にアニールされる限り、部分的アニールから完全なアニールまでの範囲であることができる。本発明者らは、プレフォームの、成形中に高いひずみに供される領域だけを実質的に完全にショックアニールすることが大部分の態様の場合に十分であることを見いだした。これは、成形工程を加速し、電力消費を減らすことができる。
【００２７】
別の局面において、本発明は、材料中のプレフォーム材料を誘導的にショックアニールし、残りを誘導加熱して、材料において少なくとも120℃／秒の温度上昇を達成して、その金属の融点温度の65％〜98％の範囲のアニール温度に到達させることによって金属プレフォームを差別的にショックアニールする方法を提供する。
【００２８】
さらなる局面において、本発明は、金属スラグから衝撃押出しされ、上記のように差別的なショックアニールに供された、差別的にショックアニールされた金属プレフォームを提供する。
【００２９】
予備加熱
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。
【００３０】
さらなる局面において、本発明は、プレフォームの、後続のブロー成形中に高い変形応力に供される任意の領域を誘導的にショック予備加熱することにより、事前に差別的にショックアニールされた、または実質的に完全にショックアニールされたプレフォームを差別的に予備加熱する方法を提供する。
【００３１】
成形法
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。
【００３２】
ダイ、金型、成形ダイおよび成形金型なる用語は、本明細書全体を通して互換可能に使用され、すべて、その中でプレフォームが加圧成形に供される構造物を指す。
【００３３】
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、所望の形状の金属容器を流体加圧成形する方法であって、加圧の前に、プレフォーム材料を少なくとも一つの領域において、プレフォーム材料の残りの領域よりも低い程度に誘導加熱し、残りの領域を誘導加熱して、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235〜245℃／秒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差別的に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ダイ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方法を提供する。
【００３４】
なおさらなる局面において、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、所望の形状の金属容器を流体加圧成形する方法であって、加圧の前に、プレフォームの、後続の流体加圧成形中に高い変形応力に供される領域を誘導予備加熱することにより、事前にショックアニールされた、または差別的にショックアニールされたプレフォームを差別的に予備加熱する工程；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ダイの中で流体加圧成形する工程であって、プレフォームは予備加熱の前または後にダイの中に配置される、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方法を提供する。
【００３５】
加えて、本発明者らは、変化する壁厚さの領域を有するプレフォームを、各領域を個別にショック加熱（ショック予備加熱またはショックアニール）することにより、うまく誘導加熱することができることを見いだした。理由は、これが、異なる壁厚さの領域が均一な電磁場に供されたとき発生する、重大な、かつ望まれない局所温度スパイクを回避させるからである。
【００３６】
（ショックアニールまたはショック予備加熱目的の）誘導加熱に使用される電磁場の磁場強さの変動により、誘導による発熱は局所的に変動し得、それが、プレフォーム材料内の局所的温度スパイクを招くおそれがある。所望の温度を超えることを避けるために全体的磁場強さを下げることもできるが、そうすることは、加熱時間および伝導損失を増大させ、プレフォームの、加熱される領域を拡大させる。したがって、プレフォームの限られた領域だけを特定の温度まで選択的かつ均一に加熱することは困難である。しかし、本出願の発明者らは本明細書において、驚くことに、電磁場をプレフォームに対して動かすことにより、エネルギー消費をさらに減らし、プレフォームの誘導加熱を、プレフォームの、より正確に画定された、より小さな領域に限定することができることを見いだした。すなわち、プレフォームを電磁場の中で動かすことができる、または電磁場をプレフォームに沿って動かすことができる、またはその両方を実施することができる。
【００３７】
電磁場をプレフォームに対して動かすことにより、電磁場中の局所的強さの変動はもはや局所的温度スパイクを生じさせない。理由は、移動する磁場に供されるプレフォームのすべての領域がすべての電磁場の強さの変動に供されるからである。そのうえ、移動可能な電磁場は、移動中に電磁場をオン・オフ切り替えることにより、隣接領域を加熱することなく、選択された領域の局所的ショック加熱を可能にし、それが、プレフォームの差別的アニールおよび／または差別的予備加熱を可能にする。
【００３８】
プレフォーム上で電磁場を動かすことにより、プレフォームの、任意の所与のタイミングで電磁場に供される領域だけが誘導加熱され、プレフォームの他の領域は誘導加熱されないことが達成される。これは、プレフォームの任意の特定の領域に送られるエネルギーの量のはるかに正確な制御を可能にする。理由は、プレフォームの残りがヒートシンクとして働くからである。これが、プレフォームの、材料のショックアニールおよび／またはショック予備加熱が後続の成形作業、たとえば冷間成形、ロール成形またはブロー成形にとって重要である領域だけをショックアニールおよび／またはショック予備加熱することを可能にする。これは、アニールおよび／または予備加熱工程を加速し、全エネルギー消費を減らす。
【００３９】
加えて、固定電磁場によって送られるエネルギーの量は、コイル中の電流の属性によってしか制御することができないが、動く電磁場の使用は、いくつかの異なるやり方で制御を可能にする。特定の領域の加熱の速度は、コイル中の電流の属性および電磁場の移動速度によって制御することができる。したがって、電磁場を、所与の時間内にアニール温度に到達させるために必要な強さよりも強くし、電磁場を動かして、プレフォームの任意の特定の領域が電磁場に曝露される時間の量を制御することにより、選択された領域の加熱および冷却サイクルを短縮することができる。これは、はるかに速い加熱（ショックアニールまたはショック予備加熱）工程の完了を可能にする。より集中的な、および／またはより強い電磁場をより高い移動速度で使用すると、固定コイルを用いる場合よりも、所与の時間で加熱される領域をより正確に画定することができる。したがって、電磁場を動かすことにより、加熱工程の非常に正確な制御が可能である。加えて、動く電磁場の使用は複数の固定電磁場の同時使用よりも有利である。理由は、個々の領域を並行に加熱すると、個別に加熱される領域と領域との間に位置するプレフォームの領域が廃熱（伝導による）に供され、それが、プレフォームの特定の位置で発生する熱の量を正確に制御することを困難にするという欠点が生じるからである。
【００４０】
さらに別の局面において、本発明は、実質的に円柱形の側壁、開口端および閉鎖端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、金属容器を流体加圧成形するためのさらなる改善された方法を提供する。方法は、プレフォームの個々の領域を電磁場によって選択的にショックアニールする工程、およびその後、プレフォームをさらに成形する前に、同じまたは異なる電磁場をプレフォームに対して動かしてプレフォームの少なくとも一つの領域を選択的にショック予備加熱する工程を含む。
【００４１】
一つの態様において、電磁場はまた、強さが可変性である。これは、移動可能な電磁場の利点を個々の領域の可変誘導加熱の利点と組み合わせる。これは、プレフォーム中の、異なる壁厚さを有する領域を（ショックアニールまたはショック予備加熱のために）誘導加熱する場合、特に好都合である。そのうえ、一つの電磁場しか使用されない場合でも、電磁場がプレフォームに対して軸方向に動くとき電磁場の強さを変化させることにより、実質的に完全にアニールされたおよび部分的にアニールされた領域（スライス）ならびに／または予備加熱された領域（スライス）のパターンをプレフォーム中に作製することができる。
【００４２】
別の態様においては、成形電磁場を発生させる、成形誘導コイルが使用される。成形電磁場は、ショックアニールまたはショック予備加熱のために、異なるふうに加熱された領域の成形パターンをプレフォーム中に生成するために使用される。パターンは非対称であり得る。
【００４３】
さらに別の態様において、プレフォームの内側および／または外側で誘導コイルを使用することにより、異なるふうに加熱（ショックアニールまたはショック予備加熱）された領域のパターンが生成される。パターンは非対称であり得る。
【００４４】
さらに別の態様においては、プレフォームの二つ以上の軸に沿って電磁場を動かすことによって非対称な加熱パターンが達成される。
【００４５】
一つの態様において、方法はさらに、プレフォームの内面（ラッカー、粉体塗装など）およびプレフォームの外面（粉体塗装、塗料、ラベル、スプレーまたは印刷画、接着ラベル、フレックスラベルなど）の少なくとも一方にコーティングを加える工程を含む。また、プレフォームの外面にラベルを印刷することもできる。方法はまた、開口端に隣接するプレフォーム上部を冷間加工してネック部を形成する工程、および開口端に隣接するプレフォーム上縁をトリミング加工およびカーリング加工する工程をさらに含むことができる。コーティングがプレフォームの内面または外面の一つまたは複数に提供されるならば、ショック予備加熱を使用して、プレフォームの材料を、コーティングの硬化温度を超える温度または理論的にはコーティングへの熱損傷が生じ始めるであろう温度を超える温度にまで加熱することができる。そのうえ、コーティングは、その面のうちの一つだけで、予備加熱されたプレフォーム材料と接触するため、周囲条件に曝露される面ではコーティングまたはラベルのいくらかの冷却が起こり、熱損傷が起こる温度よりもいくぶん高い接触面の高温でさえ、コーティングの完全なヒートスルーを生じさせることはなく、それによって熱損傷が回避される。これは、相対的に動く電磁場が使用される場合に特に当てはまる。理由は、固定電磁場を用いる場合よりもプレフォームの局所温度をはるかに正確に制御することができ、時間的にはるかに短い熱スパイクを発生させることができるからである。アニール工程に関連して上述したように、動く電磁場により、所望の温度をより速やかに達成することができ、はるかに短い加熱および冷却サイクルを達成することができ、それは、動く電磁場を使用することにより、コーティングが予備加熱温度に曝露される時間、ひいてはコーティングへの潜在的損傷を減らすことができることを意味する。先に述べたように、動く電磁場は、コートされたプレフォームに対して電磁場または電磁場発生コイルを動かすことによって、電磁場の中でプレフォームを動かすことによって、またはその両方によって達成することができる。
【００４６】
好ましい態様においては、コートされたプレフォーム中に異なるふうに予備加熱された領域のパターンを生成するための成形電磁場を生成する成形誘導コイルが使用される。パターンは非対称であり得る。
【００４７】
さらに別の態様においては、コートされたプレフォームの内側および／または外側で誘導コイルを使用することにより、コートされたプレフォーム中に異なるふうに予備加熱された領域のパターンが生成される。パターンは非対称であり得る。
【００４８】
成形ダイ
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。
【００４９】
別の局面において、本発明は、金属容器をブロー成形する方法において使用するための成形ダイであって、容器が成形される形状を画定するダイキャビティを有し、金属よりも低い熱伝導率を有する材料、たとえば断熱材および／または電気絶縁材で主にできている成形ダイを提供する。一つの態様において、ダイは、硬質プラスチック材料、たとえばフェノール樹脂または他の熱硬化性プラスチック材料でできている。
【００５０】
成形容器
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。
【００５１】
一つの態様において、拡張された側壁は、第一の直径よりも20〜45％大きい第二の直径を有する。
【００５２】
別の態様において、レリーフ形体は5〜10％の相対高さを有し、縁は0.3〜3mmの曲げ半径を有する。
【００５３】
さらなる態様において、ブロー成形容器は、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。
【００５４】
さらに別の態様において、ブロー成形容器は、容器の縦軸に対して非対称な全体成形形状を有する。
[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1cm2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/cm2〜約90W/cm2である、本発明1006の方法。
[本発明1008]
電力密度が約86W/cm2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/cm2〜約60W/cm2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/cm2〜約40W/cm2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/cm2〜約40W/cm2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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本発明が容易に理解され得るよう、本発明の例示的態様が実例として添付図面に示されている。
【００５６】
【図１】本発明のショックアニール法のための、固定マンドレルおよび可動誘導コイルを含む工具設備の略図である。
【図２】プレフォームがマンドレルに配置され、誘導コイルが、プレフォームの閉鎖端に隣接する第一の領域を通過する、図1の工具設備を示す。
【図３】プレフォームがマンドレルに配置され、誘導コイルが、十分に給電されることなく第二の領域を通過する、図1の工具設備を示す。
【図４】プレフォームがマンドレルに配置され、誘導コイルが第三の領域を通過する、図1の工具設備を示す。
【図５】プレフォームがマンドレルに配置され、誘導コイルが、プレフォームの開口端に隣接する第四の領域を通過する、図1の工具設備を示す。
【図６】本発明の圧力ラム成形法のための工具設備の略図である。
【図７】プレフォームが中に挿入されている、図6の工具設備の略図である。
【図８】プレフォームが挿入され、予備加熱の前に誘導コイルがプレフォームの閉鎖端に配置されている、図6の工具設備の略図である。
【図９】プレフォームが挿入され、予備加熱されており、誘導コイルがプレフォームの開口端に配置されている、図6の工具設備の略図である。
【図１０】プレフォームが密閉金型の中にある、加圧流体を充填する前の、図6の工具設備の略図である。
【図１１】プレフォームが完全に拡張されて金型キャビティの形状に合致した、図10の成形設備の略図である。
【図１２】金属プレフォームの衝撃押出しに使用するための、一つの傾斜縁部を有する円板の形状の中実なアルミニウムスラグの側面図である。
【図１３】図6〜11に概略的に示す工程に使用される、開口端、側壁および閉鎖端を有する実質的に中空の円柱である、図12のスラグから製造された衝撃押出しプレフォームの部分的軸断面図である。
【図１４】上縁をトリミング加工し、アニールし、内／外部をコーティングし、上部をネッキング加工し、上縁をカールオーバーさせた後の、図13のプレフォームの側面図である。
【図１５】プレフォームのブロー成形が完了し、上ネック部が冷間加工されて、不正開封防止キャップを受けるためのねじおよびビードが形成された後の、基本的な対称な全体形状を画定する側壁を有する本発明の成形容器の側面図である。
【図１６】三次元レリーフ形体を有する、より達成しにくい非対称な全体形状を画定する側壁を有する本発明の成形容器の側面図である。
【図１７】図16中に指定された細部Aの断面図である。
【図１８】図16中に指定された細部Bの断面図である。
【図１９】図16中に指定された細部Cの断面図である。
【図２０】図16のD-D線から見た断面図である。
【００５７】
本発明およびその利点のさらなる詳細が、以下に含まれる詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
例示的態様の詳細な説明
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。
【００５９】
金属スラグから衝撃押出しによって製造される衝撃押出しプレフォームは公知である。しかし、圧力成形工程、たとえばラム成形工程における衝撃押出しプレフォームの使用は、US2011/0113732A1に示唆されてはいるが、困難すぎて達成できないことがわかっている。
【００６０】
本発明者らは本明細書において、驚くことに、加圧成形工程、特にプレフォームのすべての拡張が一回の成形工程で達成される圧力ラム成形工程における衝撃押出しプレフォームの使用を、プレフォームを加圧成形によって拡張させる前にショックアニールする場合に、実際に達成することができることを見いだした。そのうえ、本発明者らは、プレフォームを差別的にショックアニールする方法を開発した。本発明のショックアニール法および差別的ショックアニール工程の例示的態様は、以下、図1〜5を参照しながらさらに詳細に説明される。
【００６１】
本発明者らはまた、プレフォームの、少なくとも加圧成形中に高い拡張に供される領域を予備加熱するための、加圧成形前のプレフォームの予備加熱、特に差別的予備加熱が、以前には達成不可能であった、成形容器における三次元レリーフ構造の作製を可能にすることを見いだした。本発明の差別的予備加熱工程の例示的態様は、以下、図7〜10を参照しながらさらに詳細に説明される。
【００６２】
加圧拡張の前のショックアニールされたプレフォームの誘導予備加熱を含む本発明の改変PRF法の例示的態様は、以下、図6〜11を参照しながらさらに詳細に説明される。
【００６３】
本発明の改変PRF法の試験中、本発明者らはさらに、金属の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する材料で少なくとも部分的にできた成形ダイの使用が、本発明の改変PRF法における使用にとって好都合であることを見いだした。たとえば、非導電性でもある材料でできた成形ダイまたは成形金型は、プレフォームを金型中で吊り下げた状態で誘導予備加熱するときの使用にとって好都合である。本発明の成形ダイまたは金型の例示的態様は、以下、図6を参照しながらさらに詳細に説明される。
【００６４】
本発明の改変PRF法は、以前には達成不可能であった、衝撃押出しプレフォームからの、形状および三次元レリーフ構造を有する成形金属容器の製造を可能にする。本発明の例示的な成形容器は、以下、図12〜20を参照しながらさらに詳細に説明される。
【００６５】
ショックアニール
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。
【００６６】
理論的には、アニール温度が高ければ高いほど、および／または滞留時間が長ければ長いほど、プレフォーム材料のアニールはより完全かつ均一になる。しかし、使用されるアニール温度が融点に近ければ近いほど、プレフォーム材料の軟化によるプレフォームの変形の危険は高くなる。加えて、必ずしもプレフォームの変形を生じさせないアニール温度でさえ、長い滞留時間がプレフォームの反りおよび／またはプレフォーム材料の結晶構造中の粒の成長を生じさせ、材料強度の損失を招くおそれがある。変形した、もしくは反ったプレフォーム、または材料強度が低下したプレフォームは、後続のプレフォーム成形、特にブロー成形に使用するには望ましくない。
【００６７】
本発明者らは本明細書において、変形および反りの有害作用を受けることなく、従来から使用されているよりも有意に高いアニール温度の使用を可能にする好都合なアニール法を見いだした。本発明者らはまた、この方法により、従来の完全アニール法を用いる場合よりも積極的なプレフォームの成形が可能になることを見いだした。本発明のアニール法は、数秒内の非常に短い時間で所望のアニール温度に到達させるための、プレフォーム材料のショック加熱に基づき、同時に、該所望のアニール温度は従来から使用されている温度よりも高い。本出願を通してショックアニールと呼ばれるこのアニール法は、所望のアニール温度に到達するまで少なくとも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、たとえば235℃／秒のプレフォーム材料の温度上昇を達成するためのプレフォーム材料の加熱を必要とする。そのような急激な温度上昇は、非常に短い時間でアニール温度に到達させるため、プレフォームの望まれない変形または反りを生じさせることなく、材料の融点温度の65〜98％の範囲、たとえば約90％のアニール温度の使用を可能にする。
【００６８】
この理論によって拘束されることを意図しないが、実質的に完全なアニールおよび最大限の延性を達成するのに最も重要な要因は、工程中に到達する最高アニール温度であると思われる。そのうえ、材料を非常に短い期間だけショックアニールすることにより、プレフォーム材料の結晶構造の粒の完全な再編成が最小限の粒の成長とともに達成され、それにより、粒の成長から生じる材料強度の損失が最小限になると思われる。別の理論において、アニールの程度は、プレフォーム材料中に伝達される全エネルギー量に依存し、ショックアニールのように高いエネルギー流を短期間だけ使用することは、有意に短い滞留時間で実質的に完全なアニールに必要な全エネルギー量の伝達を可能にして、材料変形または反りおよび粒の成長を最小限にする。したがって、ショックアニールの利点は、簡単な短時間の高温アニールにより、プレフォーム材料に関して高い延性値および材料強度の最小限の損失が達成されることである。加えて、いわゆるショックアニールは、製品の部品変形または反りをほとんどまたは全く生じさせず、不合格率を下げ、プレフォームをくせ取りするための任意の加工を不要にする。加えて、ショックアニール処理は、金属プレフォームの誘導加熱によって最も経済的に達成することができる。
【００６９】
本発明者らはまた、所望の温度上昇および最終的なショックアニール温度を達成するために必要な全エネルギー量およびエネルギー密度がプレフォームの質量および誘導加熱工程の効率に依存することを見いだした。そして、工程効率は、コイルの抵抗とプレフォームの抵抗との比率および電磁場を発生させるために使用される電流の周波数に依存する。缶抵抗が高ければ高いほど、効率は高くなる。使用される周波数は、プレフォーム材料中への電磁場の侵入深さに影響する。
【００７０】
理論的に、低めの周波数は材料中への深めの侵入を提供し、周波数が高ければ高いほど、効率は低くなる。したがって、最高の効率、ひいては最も急勾配の温度上昇を達成するために、可能な最低周波数を使用することが理論的に好ましいであろう。しかし、プレフォーム中の任意の所与の位置で達成される温度上昇はまた、その位置におけるプレフォーム材料の厚さにも依存し、材料厚さのばらつきが局所的な温度のばらつきを招くおそれがある。このようなばらつきは、使用されるエネルギー密度が高ければ高いほど、また、工程の効率が高ければ高いほど、より顕著になると予想され、制御不可能な温度スパイクへと増幅されるおそれがあり、プレフォーム材料の局所的燃焼または融解を招く。
【００７１】
周波数および壁厚さの効果を試験するために、様々な壁厚さのプレフォームを、一定のエネルギー密度かつ可変性の周波数の電磁場に曝露した。周波数、侵入深さおよび効率の間に認められる相関は、以下の表に示す結果から明らかである。
【００７２】
【表１】
0006586157.tif 000002
【００７３】
記載された結果から明らかであるように、壁厚さ、周波数および効率は、理論的に予想されたように相関し、侵入深さは壁厚さを超えた。しかし、効率に対する壁厚さの影響は、100kHzで大きく低下し、200kHzでは実質的に消失した。これは、理論的に実用的な周波数よりも高い周波数を使用することにより、材料厚さの公差による局所的温度スパイク（このスパイクは、高めのエネルギー密度で強調される）の危険を著しく減らすことができることを意味する。本発明の方法には、所与の質量、抵抗および壁厚さのプレフォームにおける局所的燃焼または融解の危険を最小限にするように電力入力（電力密度）と周波数との間で入念なバランスが取られる限り、10kHz〜600kHzの周波数を使用することができる。しかし、高めの周波数における加熱工程効率に対する壁厚さの影響の減少により、100kHz〜400kHzの周波数範囲が実用的であることがわかった。そのうえ、材料密度および厚さの公差は、シートから絞り加工されたプレフォームよりも衝撃押出しプレフォームにおいて高く、衝撃押出しプレフォームに好都合であることがわかった周波数は、絞り加工プレフォームの場合の周波数よりも高い。衝撃押出しプレフォームでは、200kHz〜300kHzの周波数範囲が実用的であることがわかった。壁厚さ0.013インチ〜0.018インチ（0.330mm〜0.457mm）の衝撃押出しプレフォームの場合には、300kHzの周波数が最も実用的であることがわかった。
【００７４】
特に、高い転位密度を有する衝撃押出しプレフォームが使用される場合、ネッキング加工および／または加圧成形中に金属プレフォームの材料にかかるひずみが、加工硬化プレフォームの成形性を超えることがある。衝撃押出しプレフォームの加圧成形は概して、プレフォームの最初の直径（初期または出発直径）の3％を超えて拡張すると、材料破損を招く。したがって、改善された成形性および拡張性のために、本発明の一つの態様の金属プレフォームは、衝撃押出しの後、かつ任意のさらなる成形工程の前に、ショックアニールに供される。
【００７５】
加工硬化プレフォームのアニールはプレフォームをより延性にする。本発明者らは、プレフォームをオーブン中で加熱する、またはプレフォームを誘導加熱によって部分的にアニールする従来のアニール法が、衝撃押出しプレフォーム中のプレフォーム材料の高い拡張性および変形性を達成するのには不十分であることを見いだした。本発明者らはさらに、任意の成形または拡張の前のプレフォームのショックアニールがプレフォームの拡張性および変形性を最大限にすることを見いだした。本明細書において、ショックアニールとは、材料において少なくとも120℃／秒の温度上昇を達成して、その金属の融点温度の65％〜98％の範囲のアニール温度に到達させるために、金属材料を加熱してアニールさせることと定義される。少なくとも150℃／秒、たとえば少なくとも200℃／秒または235℃／秒、最大で250℃／秒の温度上昇が好都合であることがわかった。事前に選択した最終アニール温度に到達させるのに十分な加熱時間の後、加熱を止め、材料を冷ます。本発明者らは、10kW〜20kWの範囲の電力入力およびプレフォーム材料1cm2あたり25〜100Wの電力密度の誘導加熱を0.3〜約4秒の範囲の処理時間（滞留時間）で使用することにより、ショックアニールが最も好都合に達成されることを見いだした。そのうえ、誘導場を発生させるために使用される誘導電流の周波数により、アニールされる材料中への誘導場の侵入深さおよび誘導加熱工程の効率を制御し得る。本発明者らは、低めの周波数が深めの侵入および高めの効率を提供し、高めの周波数が浅めの侵入および低めの効率を提供することを見いだした。10kHz〜600kHzの範囲の周波数を使用することができ、200kHz〜400kHzの範囲の周波数が好都合であり、300kHzの周波数が侵入深さと効率との好都合なバランスを提供することがわかった。
【００７６】
ショックアニールはまた、シート材料から作られたプレフォームのアニールに使用することができる。以下の表2は、US5,058,408、US6,349,586およびUS5,776,270に開示されているような従来法を使用する部分的または完全なアニールの、プレフォームの拡張性に対する予想される効果を本発明のショックアニールとの比較で示す。従来技術の方法でアニールされたプレフォームの20％PRF拡張時に予想される結果が、本発明にしたがってショックアニールされ、PRF設備中で少なくとも25％拡張された衝撃押出しアルミニウムプレフォーム（直径38mm）で達成された結果と比較されている。入力電力は、全電力入力およびコイル直径に基づいて計算されたものである。材料破損とは、微小穿孔、眼に見える穿孔、または側壁の拡張領域における曲げ半径5mm以下での応力亀裂の存在をいう。
【００７７】
【表２】
0006586157.tif 000003
【００７８】
本発明者らはさらに、驚くことに、衝撃押出しプレフォームの材料中の著しい転位密度にもかかわらず、差別的にショックアニールされた領域を含む衝撃押出しプレフォーム（すべての領域が実質的に完全にアニールされているわけではない）を、PRF法による成形にうまく使用することができることを見いだした。本開示において使用される、差別的にショックアニールされた部分なる用語は、プレフォームの、アニールの程度が異なる隣接領域を指し、アニールの程度は、下流での加圧成形中に最大の拡張または変形に供される領域が実質的に完全にアニールされる限り、部分的アニールから実質的に完全なアニールまでの範囲であることができる。本発明者らは、プレフォームの、成形中に高いひずみに供される領域だけを実質的に完全にショックアニールすることが十分である（プレフォームの残りの領域が少なくとも70％アニールされる限り）ことを見いだした。理由は、プレフォームのいくつかの領域、たとえば閉じた下端の領域は、概ね最終的な成形サイズに製造することができるからである。これは、成形工程を加速し、電力消費を減らし得る。また、加圧成形中に伸長される材料の量を減らす最終形状の選択が、プレフォームの、より高い延性を要する、ひいては完全なショックアニールを要する領域を減らす。可動電磁場を誘導加熱に使用することにより、エネルギーコストおよび製造サイクル時間をさらに減らし得る。
【００７９】
例示的態様において、プレフォームは、プレフォーム中に電流を誘導するためにプレフォーム材料1cm2あたり約25W〜約100W、好都合には約40W〜約90W、たとえば86Wのエネルギー密度の電磁場を発生させ、プレフォームの第一の領域を、第一の領域のショックアニールを達成するのに十分な時間、電磁場に選択的に曝露し、その後、プレフォームの残りの領域を、同じ滞留時間、同じ電磁場に選択的に曝露して、プレフォーム全体を実質的に完全なアニール状態までショックアニールすることによってアニールされる。また、プレフォームの異なる領域ごとに異なるエネルギー密度の電磁場を使用して、またはすべての領域に同じエネルギー密度を使用し、ただし、滞留時間を変更して、異なる区域のショックアニールを70〜100％アニール状態で達成することも可能である。プレフォームの個々の領域は、一つの誘導コイルを使用して順次に曝露することもできるし、セグメント化されたコイルを使用して同時に曝露することもできる。一つのコイルが使用されるならば、電磁場とプレフォームとの間の相対的な動きは、コイルをプレフォームに対して動かすこと、またはプレフォームをコイルに対して動かすこと、またはその両方によって達成される。
【００８０】
プレフォームの一つまたは複数の領域を選択的に電磁場に曝露するための例示的な設備が図1に示されている。この設備は、ベース60、たとえば垂直に立った位置でベースに取り付けられたマンドレル62、誘導加熱器マウント64、および誘導コイル70を含む誘導加熱器66を含む。コイル70を含む誘導加熱器66は、コイル70がマンドレル62と同軸になり、マウント64の上部の装填位置Aと、完全に下げた位置B（破線で示す）との間で移動可能であるようにマウント64に取り付けられている。
【００８１】
プレフォームの異なる領域の順次曝露を、以下、図2〜5を参照しながら説明する。図2は、マンドレル62上に配置されたプレフォーム18を示し、その閉鎖端20がマンドレル62のドーム形上端63（図1を参照）に載り、開口端22が下を向き、重力がプレフォームをマンドレル上に保持するようになっている。マンドレルおよび誘導加熱器マウントが垂直以外の向きに向けられ、プレフォームが重力以外の手段によって、たとえば真空圧によってマンドレル上に保持される配置を使用することもできる。上端、開口端および開いた上端なる用語は、本明細書を通して互換可能に使用され、すべてプレフォームの開口端を指し、下端、閉鎖端および閉じた下端なる用語は、本明細書を通して互換可能に使用され、すべてプレフォームの閉鎖端を指す。
【００８２】
説明される例示的方法においては、参照しやすくするためだけに、プレフォームは、軸に沿った横方向の区域（領域）A-C、C-D、D-E、E-FおよびF-Bに分割される。これらの区域は、プレフォームの閉鎖端（A-C）、底部に隣接する側壁の下端（C-D）、側壁の下寄り中間区域（D-E）、側壁の上寄り中間区域（E-F）およびプレフォームのネック部（F-B）を表し得る。誘導加熱器66を位置Aから位置Bまで動かすことにより、プレフォームの各区域を個々に、かつそれぞれ隣接する部分と順次に誘導加熱することができる。図示する例において、側壁の下端は、完全に励磁されたコイル70を区域C〜D上で動かすことによってアニールされ（図2）、側壁の下寄り中間区域は、部分的に励磁されたコイル70（破線によって示す）を区域D〜E上で動かすことによって少なめに加熱され（図3）、上寄り中間区域は、完全に励磁されたコイル70を区域E〜F上で動かすことによってアニールされ（図4）、プレフォームのネック部は、弱く励磁されたコイル70を区域F〜B上で素速く動かすことによって最小限にアニールされる、または全くアニールされない（図5）。各区域において達成されるアニール温度は、コイル70を流れる電流の大きさおよび周波数、コイル70の巻線のサイズ、直径および数、プレフォームとコイル70の間隔、コイルとプレフォームとの間の抵抗比、ならびに各区域中での誘導加熱器66の前進速度に依存する。コイル70のこれらの構造的特徴のすべてが、コイルによって生成される電磁場のエネルギー密度に影響を及ぼす。図示する例においては、25〜100W/cm2、たとえば約86W/cm2のエネルギー密度の電磁場を発生させることができるコイルを使用した。コイルへの電力入力は10〜20kW、たとえば15kWであった。プレフォーム18とコイル70の間隔、コイルのサイズおよび巻線の数はすべて電磁場密度に影響し、概して固定される。しかし、残りのパラメータそれぞれは、各区域内のプレフォームの領域で達成される最終アニール温度を制御し、各領域中の温度上昇速度を制御するように独立的に制御することができる。したがって、各領域を別個の温度で加熱することができる。たとえば、ネッキング加工中にプレフォームのネック部が著しく圧縮されるならば、ネック部を実質的に完全にアニールし、ネック部全体を525℃のアニール温度まで加熱することが望ましいこともある。
【００８３】
誘導加熱器は、プレフォーム18中に電磁場を誘導するための少なくとも一つの誘導コイル70、たとえばソレノイドコイルを含み得る。誘導コイルは、複数のコイル部材（図示せず）または図1〜5に概略的に示すような複数の巻線を有する連続コイル部材を含むことができる。誘導コイルは、高めの電流が印加されるときコイルの冷却を可能にするための中空管であってもよい。例示的態様において、誘導コイルは、1/4インチ正方形銅管材で形成され、コイルの内径は、すべての場合でプレフォームから1mmの最小間隔を生じるように調節される。適当な誘導コイルは市販されている（Fairview Coil Fabrication (FCF)、Scottsville, NY)。概して、コイルは、プレフォームの、誘導電流が誘導される領域全体で均一に電磁場を発生させるように成形され、サイズ決めされている。
【００８４】
誘導コイルは、導線または導電管接続部を含む様々な装置によって電源に電気的に接続されることができる。管接続部は、誘導コイルを形成する銅管材の延長部によって形成することができる。例示的態様において、電源は、電流、たとえば300kHzで約380Vの交流を提供する。電流は、誘導コイルを通して伝導され、プレフォーム内で電磁場を誘導する。プレフォーム中で到達するアニール温度は、電源によって供給される電力をモニタすることによって測定することができる。アニールされる材料中の誘導電磁場の侵入深さおよび効率は、誘導電流の周波数によって制御することができる。低めの周波数は高めの効率で深めの侵入を提供し、高めの周波数は浅めの侵入で低めの効率を提供する。10kHz〜600kHzの範囲の周波数を使用することができ、200kHz〜400kHzの範囲の周波数が好都合である。例示的態様においては、侵入深さと効率との良好なバランスを提供する300kHzの周波数を使用した。
【００８５】
誘導コイル巻線が管状であり、冷却流体を循環させるための通路を画定するとき、コイルは、一つまたは複数のホース、パイプ、管または他の導管によって冷却材供給源に接続されることができる。冷却流体を冷却材供給源から誘導コイルに通し、冷却材供給源に戻す循環のためのポンプを提供することができる。これは、冷却流体をコイルに通して循環させることによってコイルの過熱を防ぐことができるため、高めのエネルギー密度の電磁場を誘導する高めの電流の使用を可能にする。
【００８６】
成形法
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。
【００８７】
プレフォームのネッキング加工は、加圧成形工程中、アニール後かつ加圧成形前の任意のタイミングで、または加圧成形後、実施され得る。完全な成形経路のためのいくつかの選択肢があり、適切な選択は、使用される金属シートまたはスラグの成形性によって決まる。プレフォームは、ゲージ厚0.25mm〜1.5mmの範囲のアルミニウムシートまたは図12に示すような円板形の金属スラグ30から製造することができ、該金属スラグ30は、円形の棒材から円板をソーカットすることによって、または製錬加工によって形成され、アニールおよび表面処理される。プレフォームは、シート材からたとえば絞り・再絞り（再絞り）加工、後方押出し加工によって、またはスラグから衝撃押出しによって作ることができる、端部が閉じた円柱である。プレフォームの直径は概して、所望の容器製品の最小直径と最大直径との間であるが、成形ダイを閉じたときのプレフォームのしわ寄りまたは折りたたみが回避される限り、わずかに大きめのプレフォーム直径を使用することもできる。
【００８８】
プレフォームはアルミニウムプレフォームであり得る。本発明の方法はまた、他の材料、たとえば鋼、スズ、鉛、銅もしくはマグネシウムまたはそれらの合金から容器を成形するために使用することもできる。アルミニウムプレフォームのショックアニールに関して本明細書に記載された目標アニール温度は、他の金属のショックアニールの場合には調節されなければならないが、少なくとも120℃／秒の温度上昇を達成することによるショックアニールの主要概念は、誘導加熱したときのそれぞれの材料の特定の性質および挙動を考慮しながら、他のタイプの金属プレフォームにも適用可能であることが当業者によって理解されるであろう。たとえば、鋼は磁性であり、より高い電気抵抗率を有し、したがって、より速く加熱することができる。しかし、同じ理由のため、鋼は、側壁中の深いところよりもその表面でより速く加熱する。したがって、相対的に厚い側壁を有する鋼プレフォーム中では表皮効果が生じ得る。しかし、これらの効果は公知であり、当業者は、様々な材料のプレフォームで本発明のショックアニール法を実行するための条件を正しく選択することができるであろう。
【００８９】
衝撃押出しプレフォームが図2に示されている。概して1000または3000シリーズ合金から選択される厚さ12mm、直径（第一の直径）38mmのアルミニウムスラグ30を使用してプレフォームを作製した。スラグを、従来のやり方で環状ダイと円柱形ポンチ（図示せず）との間で衝撃押出しして、実質的に円柱形の側壁19、開口した上端22および外向き凹状、平坦または外向き凸状の閉じた下端20を有する中空プレフォーム18を製造する。衝撃押出しは不規則な上縁を残す。開口した上端に隣接するプレフォーム縁の上部をトリミング加工して四角い上縁を製造する。トリミング加工および必要ならばブラッシングの後、たとえば苛性洗浄によってプレフォームから潤滑剤または切削油を洗い落とす。従来のトリミング加工法、ブラッシング法および洗浄法を使用することができる。
【００９０】
食品包装に使用するための成形容器は、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場合がある。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。内部および／または外部コーティングは概して加圧成形の前に塗布される。理由は、複雑な形状の成形容器へとブロー成形された後では、それらの塗布は、簡単な円柱形のプレフォームに塗布する場合よりも困難であるからである。しかし、ブロー成形前のプレフォームの予備加熱がそうであるのと同じく、ブロー成形中のプレフォーム材料の過度なひずみまたは伸長はそのようなコーティングを損傷するおそれがある。
【００９１】
開口端に隣接するプレフォーム上部を冷間加工してネック部23を形成することによって得られる、ネッキング加工されたプレフォームが図14に示されている。プレフォームのネッキング加工のためには様々な従来の成形作業を使用することができる。プレフォームは概して一連のダイに供され、それらのダイがプレフォーム材料を完成型の肩形状へと徐々に絞り加工する。この工程は当業者には周知であり、本明細書の中でさらに詳細に説明する必要はない。注ぎ口を従来のやり方でカラー24へとロール成形することができる。開口端に隣接するプレフォーム上端をトリミング加工し、ネッキング加工し、カーリング加工すると、図14に見られるプレフォームの部分的に完成した上部が製造される。
【００９２】
好ましくは一つまたは複数の表面コーティングがアニール後かつ加圧成形前に塗布され、プレフォームの内面および／またはプレフォームの外面で硬化させられる。コーティングのタイプは、このタイプの容器のための任意のタイプの公知のコーティング、たとえば下塗りもしくはプライマ塗装、製品ラベルの印刷コーティング、粉体塗装、ラッカー、透明な保護用ワニス上塗り、粘着ラベル、フレックスラベルなどを含み得る。
【００９３】
図5〜11に概略的に示すように、圧力ラム成形法は、ボトル形を画定する輪郭を有するキャビティ11を有する割型10、容器の底に望まれる輪郭（たとえば、成形容器の底に凹状ドーム形を付与する凸状ドーム形の輪郭12a）を有するラム12、およびラムに取り付けられるシャフト14を含む基本的な工具設備を使用する。製造しやすさのために、ダイは、好ましくは、ボトル形が軸に沿って垂直になる状態で向けられる。ダイ中のプレフォームの密封は、プレフォームを逆さまに向けることによって支援される。ダイも同じく、ボトル形が逆さまの状態で向けられる。割型の二つの半部分は、図15に示すような対称なボトルの製造の場合には鏡像であり得るし、図16に示すような非対称なボトルの製造の場合には異なり得る（図5〜11に示すように）。加圧成形中、二つのダイ半部分10a、10bは押し合わされ、ダイキャビティ11によって画定されるボトル形の縦軸を含む平面で突き合う。加圧成形前のプレフォームの予備加熱が望まれるならば、プレフォーム18上で軸方向に動かすことができるコイル50が基本的な工具設備に含められる。好都合に、コイル50は、以下に説明するように、プレフォームが開放ダイ10中で吊り下げられているときプレフォーム18に沿って動かすことができるようなやり方で構成され、取り付けられる。コイル50が密閉ダイ10の外側でプレフォームと同軸に動くようなやり方で構成され、取り付けられる代替態様もまた可能である。
【００９４】
図6に示すように、プレフォームは、ダイキャビティ11中、ラム12の下に配置され、内部加圧を可能にするための概略的に示される圧力管継手16を開口端11aに有する。開口端11aにおいて、ダイキャビティ11の最小直径はプレフォーム18の外径に等しい。加圧はまた、他のタイプの圧力管継手によって達成することもできる。
【００９５】
流体加圧成形工程は、図9に示すようにプレフォーム18の周囲でダイまたは金型11を閉じる工程、およびプレフォーム18をダイキャビティ11の壁に向けて外向きに拡張させるように圧力下の流体を中空プレフォーム18の内部に導入する工程を含む。プレフォーム18の拡張は、図10に示すようにプレフォームの壁がダイ壁にぴったり当たるまで続く。これが、拡張されたプレフォーム18の形状および横寸法をキャビティ11の形状および横寸法に合致させて、プレフォームが所望の形状を帯びるようにする。
【００９６】
プレフォームの加圧のためには圧縮性または非圧縮性流体を使用することができる。液体が使用されるならば、成形作業をその液体の沸点未満の温度に抑えるよう注意を払わなければならない。ひとたび所望の形状が達成されたならば、加圧流体圧を解除し、割型を開放し、図4aまたは4b（使用されたダイの形状に依存する）に示すような成形容器をダイから取り出す。
【００９７】
図示する例示的態様において、プレフォーム18は、成形されるボトル形状のネック部の外径に等しい外径を有する、閉じた下端20および開口した上端22を有する中空の円柱形アルミニウムワークピースである。シャフト14の動きおよび内部加圧の速度は、成形作業のひずみを最小限にし、容器の所望の形状を製造するようなものである。ネック部および側壁の形体は主に、内部圧によるプレフォームの拡張の結果として生じ、底の形状は主に、シャフトおよびラム12の動きならびにプレフォーム閉鎖端20に面するラム面の輪郭によって決まる。
【００９８】
プレフォーム加圧とシャフトおよびラムの前進との同期化が、供給される内部圧の影響下でのプレフォームの軸方向伸長を制限する。プレフォームが拡張されるとき、その軸方向長さは減少する。プレフォームの拡張中にラムを前進させることにより、側壁からのプレフォームの閉鎖端の分離を防ぐ。そのうえ、プレフォームが最終的な拡張形状に近づくとき、シャフト14の前進は、ラムをプレフォームの閉鎖端に押し当て続けて、プレフォームの閉鎖端をラムの形状に合致するまで変形させる。
【００９９】
ブロー成形の前に、プレフォームを、金型の中の装填位置（図7および8に示すような）で、または金型の外の外部誘導加熱器（図示せず）中で、予備加熱することができる。
【０１００】
予備加熱
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。
【０１０１】
第二の態様において、方法は、プレフォームの側壁の選択された領域を誘導コイル50によって予備加熱温度まで加熱することによって予備加熱する工程を含む。誘導コイル50、たとえば誘導コイルによって生成される電磁場および電磁場によって誘導されるプレフォーム中の電流が、材料を、たとえば輻射加熱器より速く、より少ないエネルギーで加熱する。さらに、誘導加熱器は、選択された領域だけを加熱し、側壁の残りの領域および閉鎖端の残りの領域を予備加熱温度未満に維持するように指示されることができる。当然、プレフォームのアルミニウム材料の熱伝導率のせいで、予備加熱領域と残りの領域との間に温度勾配が生じる。予備加熱工程はまた、プレフォームに対して外部に配置された第一の誘導加熱器およびプレフォームに対して内部に配置された第二の誘導加熱器によって実施することもできる。誘導加熱器の小さなサイズが、容器プレフォームの内部へのアクセスを可能にする。誘導加熱はまた、任意のコーティングをより短い期間だけ熱に曝露し、それにより、加圧成形中のコーティングへの熱損傷の危険性を減らす。アニール工程に関連して上述した主要な構造の誘導加熱器を予備加熱工程に使用することができる。
【０１０２】
本発明の予備加熱工程の第二の態様においては、コートされたプレフォームが誘導加熱に供されてプレフォームにおいて少なくとも120℃／秒の温度上昇を達成する、プレフォーム18のショック予備加熱を使用することができる。ショック予備加熱を使用するとき、プレフォーム材料を、100〜300℃の範囲の予備加熱温度で4秒未満の処理時間の間、加熱することができる。別の態様においては、プレフォームを、100〜200℃の範囲の予備加熱温度で0.1〜2秒の処理時間の間、ショック予備加熱することができる。食品用容器に塗布される従来のコーティングは温度許容限界を有し、それを超えると、概して100〜200℃の範囲でコーティングへの熱損傷が起こる。したがって、ブロー成形中のプレフォームの予備加熱は概して、コーティングの温度許容限界未満の温度に制限される。しかし、ショック予備加熱が使用されるとき、プレフォーム材料は、許容限界を50％超える温度にまで加熱されることができ、これは加圧成形工程にとって非常に好都合である。理由は、予備加熱温度が高ければ高いほど、プレフォーム材料はより延性になり、材料は材料破損の前により多くの拡張に耐えるようになるからである。温度が温度許容限界を超えるにもかかわらず、概して短い処理時間およびコーティングの概して低い熱伝導率、ならびに通常は周囲温度またはそれに近い温度にある周囲空気との接触によるコーティングの冷却により、コーティングへの損傷は最小限であるか、回避される。本発明の方法のこの例示的態様においては、2秒未満の処理時間を選択した。例示的方法においてショック予備加熱に使用される電磁場のエネルギー密度は、ショックアニール工程に関連して上述したように選択した。
【０１０３】
本発明のプレフォームの予備加熱の第二の態様において、以下、図7および8を参照しながら説明するように、プレフォーム18は、開放ダイ10内に配置されている間、ダイキャビティ11内に囲まれる前に予備加熱される。例示的工程において、プレフォーム18は、プレフォーム18中に電流を誘導するためのコイル50によって電磁場を発生させ、プレフォームの第一および第二の領域18a、18bを電磁場に選択的に曝露して第一および第二の領域それぞれをアニール温度まで誘導加熱することによって予備加熱される。第一および第二の領域18a、18bは、好ましくは、電磁場をプレフォーム18に対して動かすことによって曝露される。これは、プレフォームを電磁場中で動かすことによって、図7および8に示すように電磁場を動かすこと（電磁場を発生させるコイル50をプレフォーム18の上またはプレフォームの中に動かす）によって（図示せず）、またはプレフォームおよび電磁場の両方を動かすことによって（図示せず）達成される。一つの態様において、第一および第二の領域は、プレフォーム18の第一および第二の横方向区域である。
【０１０４】
図3のプレフォーム形状からそれぞれ図15および16に示す形状の完全に成形された缶40、40aまで進めるためには、図9に示すように、ダイまたは金型10を閉じてプレフォームを包囲し、プレフォームの開口した上端を封止する。プレフォームを加圧流体（気体または液体）で充填し、上記のように、ラム12を、ラム12の凸部12aの中心点12b（図5〜7）だけがプレフォームの閉鎖端20と係合する（図7）、図6、8および9に示す装填位置52から、ラム12の凸部12a全体がプレフォーム18の閉鎖端20と係合し（図10を参照）、閉鎖端を完成品容器40a、40bのための凹状の底へと成形する成形位置54へと動かす。
【０１０５】
例示的工程においては60バール以下の成形圧が使用され、20バールを超える任意の圧力が十分であることがわかった。内部圧と金型ベースの移動とが合わさって、プレフォームの側壁の選択され、アニールされた領域を半径方向外側に拡張させて金型の内側面と係合させる。プレフォーム閉鎖端もまた、外向き凹形状、平坦形状または凸形状から、金型ベースに合致する外向き凹形状へと成形される。
【０１０６】
プレフォーム閉鎖端の内面に対する成形圧によって発生する、プレフォームの閉鎖端とラム12の中心点12bとの間の接触力は、概して、プレフォームの拡張中にダイ中で閉鎖端を側方に動かないようにするのに十分である。しかし、いくつかの例において、プレフォーム内の流体圧は、プレフォーム閉鎖端の側方への動きを阻止するのに十分な接触力を生じるのに不十分である場合がある。そのような状況において、プレフォームには、ラム12、たとえば中心点12上の対応する位置合わせ用突出部と係合するための位置合わせ用へこみ部を閉鎖端の外面に設けることができる。
【０１０７】
成形容器
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。
【０１０８】
本発明のショックアニール工程および必要に応じて本発明のショック予備加熱工程を使用することにより、以前には達成不可能であった表面レリーフ構造を有する成形金属容器を金属プレフォームから製造することができる。ショックアニール工程とショック予備加熱工程とを併用すると、容器側壁が一回の拡張工程に供されて第一の直径の25〜45％の最大全体拡張まで拡張された成形金属容器を得ることができる。本発明の成形金属容器は、相対高さ5〜10％の一つまたは複数のレリーフ形体および曲げ半径0.3〜3mmの一つまたは複数の縁を有することができる。レリーフ形体は、側壁からの突出部であることもできるし、側壁中のへこみ部であることもできる。また、突出部とへこみ部とが直接隣接する成形容器を製造することもできる。容器の全体形状は、容器の縦軸に対して対称であることもできるし、縦軸に対して非対称であることもできる。図15に示すように、ブロー成形が完了し、容器が金型から取り出された後、ネック部の上部にねじを形成し、ネック部の上縁にカールオーバーさせたビードを形成することができる。
【０１０９】
成形ダイ
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。
【実施例】
【０１１０】
プレフォーム
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。
【０１１１】
アニール
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。
【０１１２】
コーティングおよびネッキング加工
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。
【０１１３】
予備加熱
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。
【０１１４】
成形
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。
【０１１５】
上記詳細な説明は、本発明者らによって現在考慮されている特定の好ましい態様に関するが、本発明は、その広い局面において、本明細書に記載される要素の機械的および機能的等価物を含むことが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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