(57)【要約】  金属容器を成形するためのダイ（１０）を製造する方法であって、金属容器を製造するための拡張用ダイ（１０）を準備するステップと、拡張用ダイの加工面（１２）の少なくとも一部分をピーニングするステップとを含む。金属容器を成形するためのダイ（３０）を製造する他の方法は、金属容器の直径を小さくするためのダイ（３０）を準備するステップと、ダイの加工面（３２）の少なくとも一部分をピーニングするステップとを含む。【選択図】  図３
2015508711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じた底部を有する金属容器を製造するための拡張用ダイであって、金属容器の直径を拡張できるように構成された加工面を有し、該加工面は、
徐々に拡張する拡張部と、
ランド部と、を含み、
前記ランド部の外径は前記ダイの最大直径であり、
前記加工面の少なくとも一部分は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、拡張用ダイ。
【請求項２】
前記ランド部の少なくとも一部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項１に記載の拡張用ダイ。
【請求項３】
前記拡張部の少なくとも一部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項１に記載の拡張用ダイ。
【請求項４】
アンダーカット部をさらに有しており、前記ランド部は、徐々に拡張する拡張部とアンダーカット部の間にある、請求項１に記載の拡張用ダイ。
【請求項５】
閉じた底部を有する金属容器を製造するためのダイであって、金属容器の直径を小さくできるように構成された加工面を有し、該加工面は、
（ｉ）ネック半径部と、
（ｉｉ）肩半径部と、
（ｉｉｉ）ランド部と、を含み、
前記ランド部の内径は前記ダイの最小径であり、
前記加工面の少なくとも一部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、ダイ。
【請求項６】
前記ランド部の少なくとも一部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項５に記載のダイ。
【請求項７】
前記ネック半径部の少なくとも一部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項５に記載のダイ。
【請求項８】
前記肩半径部の少なくとも一部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項５に記載のダイ。
【請求項９】
レリーフ部をさらに有しており、前記ランド部は前記ネック半径部とレリーフ部との間にある、請求項５に記載のダイ。
【請求項１０】
金属容器を成形するためのダイを製造する方法であって、
閉じた底部を有する金属容器を製造するための拡張用ダイを準備するステップであって、前記拡張用ダイは金属容器の直径を拡張できるように構成された加工面を有し、該加工面は、
（ｉ）徐々に拡張する拡張部と、
（ｉｉ）ランド部と、を含み、
前記ランド部の外径が前記ダイの最大直径である、拡張用ダイ準備ステップと、
前記加工面の少なくとも一部分をピーニングするステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記ランド部の少なくとも一部分がピーニングされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記拡張部の少なくとも一部分がピーニングされる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記加工面のピーニングされた部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
金属容器を成形するためのダイを製造する方法であって、
閉じた底部を有する金属容器を製造するためのダイを準備するステップであって、前記ダイは金属容器の直径を小さくできるように構成された加工面を有し、該加工面は、
（ｉ）ネック半径部と、
（ｉｉ）肩半径部と、
（ｉｉｉ）ランド部と、を含み、
前記ランド部の内径が前記ダイの最小径である、ダイ準備ステップと、
前記加工面の少なくとも一部分をピーニングするステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記ランド部の少なくとも一部分がピーニングされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記肩半径部の少なくとも一部分がピーニングされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ネック半径部の少なくとも一部分がピーニングされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記加工面のピーニングされた部分の表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が１〜３０％の範囲である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の記載＞
本特許出願は、２０１２年２月１７日出願の米国仮特許出願第６１／６００，３７３号の優先権を主張し、その内容全体は引用を以て本願に記載加入されるものとする。
【背景技術】
【０００２】
容器業界では、実質的に同一形状の金属製飲料容器が大量かつ比較的経済的に生産される。容器の直径を拡張して所定形状の容器を作製したり、容器全体の直径を拡張するに際し、各金属容器を所望量拡張するのに、幾つかの異なる拡張用ダイを使用して数回の操作を行なうことがしばしば必要とされている。また、ダイは容器のネッキングおよび成形にも使用されている。また、各金属容器を所望量縮径するのに、幾つかの異なるネッキングダイを使用して数回の操作を行なうことがしばしば必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
＜発明の要旨＞
金属容器を製造するための拡張用ダイは、閉じた底部を有する金属容器の直径を拡張するように構成された加工面(work surface)を有する。加工面は徐々に拡張する拡張部とランド部とを含む。ランド部の外径はダイの最大直径である。
【０００４】
幾つかの実施形態において、拡張用ダイの加工面の一部分は、表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部の空所が塞がれた面積、つまり空所閉塞面積(closed void area)は、最大比率(maximum ratio)が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。幾つかの実施形態において、拡張用ダイのランド部の少なくとも一部分は、表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。幾つかの実施形態において、拡張用ダイの徐々に拡張する拡張部の一部分は、表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。空所閉塞面積の最大比率は、総面積と空所閉塞面積の測定値を、空所閉塞面積／総面積として算出したものである（百分率表示のために１００倍している）。
【０００５】
幾つかの実施形態において、拡張用ダイの加工面（徐々に拡張する拡張部及び／又はランド部を含む）の一部分について、空所が閉塞された容積、つまり空所閉塞容積(closed void volume)は、正規化された値が、およそ、１〜２０００ｍｍ３／ｍ２、９〜１６７４ｍｍ３／ｍ２、３３〜３８８ｍｍ３／ｍ２、１００〜３００ｍｍ３／ｍ２、１００〜２５０ｍｍ３／ｍ２、１２５〜２５０ｍｍ３／ｍ２、１５０〜２５０ｍｍ３／ｍ２、および１５５〜２３１ｍｍ３／ｍ２のうちの１つの範囲内である。空所閉塞容積の正規化値は、空所閉塞面積に深さをかけ算した値であり、表面の谷部に捕獲されることができる潤滑剤の量を定量化するものである。
【０００６】
拡張部は、ダイが容器の開口端部に挿入されたとき、容器が加工面に沿って移動するときに、容器の側壁に作用して容器の直径を徐々に半径方向に拡張させることができる寸法および形状を有する。
【０００７】
拡張用ダイにおけるランド部は、拡張用ダイの加工面の一部分で、ダイが容器を拡張しているときに、容器の一部分に接触する最大外径を有する部分である。ダイは、各々がランド部を有する複数の部分を有することができ、各ランド部は異なる外径を有することができる。外径の小さいランド部は、外径の大きいランド部よりも、容器のさらに内部に進入することができる。複数のランド部を有するダイの一例は、図１に示されている。
【０００８】
幾つかの実施形態において、拡張用ダイの加工面の初期部(initial portion)は、容器が元の直径部から拡径部へ移行する移行部を形成する形状である。幾つかの実施形態において、移行部は段付き形状又は徐々に変化する形状である。
【０００９】
幾つかの実施形態において、拡張用ダイはアンダーカット部を有し、ランド部は徐々に拡張する拡張部とアンダーカット部との間にある。ランド部は、拡張用ダイによって形成される容器の最終径を設定するための寸法および形状である。一実施形態において、拡張用ダイのランド部の長さは０．１２″以上であってよい。他の実施形態において、拡張用ダイのランド部の長さは、おおよそ、０．０１０″、０．０２０″、０．０４″、０．０５″、０．０８″、０．１０″である。一実施形態において、拡張用ダイのランド部の長さは、連続半径(continous radius)の線接触から０．０１″の範囲である。拡張用ダイの幾つかの実施形態において、アンダーカット部はランド部の後に続く。拡張用ダイの幾つかの実施形態において、ランド部からアンダーカット部への移行部は一体化されている。
【００１０】
幾つかの実施形態において、アンダーカット部の少なくとも一部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は約８μｉｎから約３２μｉｎである。幾つかの実施形態において、徐々に拡張する拡張部の平均表面粗さ（Ｒａ）は約２μｉｎないし約６μｉｎである。幾つかの実施形態において、拡張用ダイのランド部の少なくとも一部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は、約８μｉｎないし３２μｉｎである。幾つかの実施形態において、ランド部の少なくとも一部分、徐々に拡張する拡張部及び／又はアンダーカット部を含む拡張用ダイの加工面の少なくとも一部分の三次元測定平均表面粗さ（Ｓａ）は、約１〜５０μｉｎ、１〜４８μｉｎ、７〜４３μｉｎ、２０〜５０μｉｎ、２０〜４５μｉｎ、２５〜４５μｉｎ、３０〜４５μｉｎ、２０〜４０μｉｎ、３０〜４０μｉｎの範囲である。
【００１１】
アンダーカット部は外径を有するアンダーカット面を含む。アンダーカット面の外径はランド部の外径より少なくとも約０．０１インチ小さく、最小径を下回ることはないので、アンダーカット面と金属容器との間の摩擦接触はゼロにはならないが低減される。アンダーカット面の外径は、拡張中に発生する可能性のある破損、割れ、しわ、および他の全ての物理的欠陥を最少にすることができる寸法に形成される。幾つかの実施形態において、アンダーカット面の直径は、ランド部の外径より約０．００７５ないし約０．０３５インチ小さい。他の実施形態において、アンダーカット面の直径は、ランド部の外径よりも約０．０１インチ、０．０２インチ、または０．０３インチ小さい。
【００１２】
幾つかの実施形態において、拡張用ダイの加工面は、金属容器の中に挿入されたとき、ランド部全体およびアンダーカット部の少なくとも一部分が金属容器内に入り、かつランド部が容器の少なくとも一部分を拡径することができる寸法に形成される。
【００１３】
他の実施形態において、金属容器の直径を小さくする縮径用ダイは、閉じた底部を有する金属容器の直径を減じるように構成された加工面を含む。加工面はネック半径部(neck radius portion)、肩半径部(shoulder radius portion)、およびランド部を含む。ランド部の内径はダイの最小径である。
【００１４】
幾つかの実施形態において、金属容器の直径を小さくするための縮径用ダイの加工面の少なくとも一部分は表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。金属容器の縮径用ダイの幾つかの実施形態において、ランド部の少なくとも一部分は表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。金属容器の縮径用ダイの幾つかの実施形態において、ネック半径部の少なくとも一部分は表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。金属容器の縮径用ダイの幾つかの実施形態において、肩半径部の少なくとも一部分は表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。
【００１５】
金属容器の直径を小さくするための縮径用ダイの幾つかの実施形態において、ネック半径部、肩半径部及び／又はランド部の一部分を含む加工面の一部分は、空所閉塞容積の正規化された値が、およそ、１〜２０００ｍｍ３／ｍ２、９〜１６７４ｍｍ３／ｍ２、３３〜３８８ｍｍ３／ｍ２、１００〜３００ｍｍ３／ｍ２、１００〜２５０ｍｍ３／ｍ２、１２５〜２５０ｍｍ３／ｍ２、１５０〜２５０ｍｍ３／ｍ２、および１５５〜２３１ｍｍ３／ｍ２のうちの１つの範囲である。
【００１６】
金属容器の直径を小さくするための縮径用ダイにおいて、ランド部は、容器の一部分に接触する最小内径を有する拡張用ダイの加工面の部分である。ダイは、各々がランド部を有する複数の部分を設け、各ランド部が異なる内径を有するようにすることも可能である。内径が大きなランド部は、内径が小さなランド部よりも容器の奥の方に移動することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、金属容器縮径用ダイのランド部の長さは約０．０２″から約０．０８″の間である。他の実施形態において、金属容器縮径用ダイのランド部の長さは約０．０３″ないし約０．０７″である。さらに他の実施形態において、金属容器縮径用ダイのランド部の長さは約０．０４″から約０．０６″の間である。一実施形態において、金属容器縮径用ダイのランド部の長さは約０．０４″である。一実施形態において、金属容器縮径用ダイのランド部の長さは連続半径の線接触から０．０１″までの範囲である。
【００１８】
ネック半径部はネッキングダイの一部であり、ネック部のすぐ近傍の容器の部分又はその直径がダイのランド部によって縮径された容器の部分に半径(radius)を形成する。
【００１９】
肩半径部はネッキングダイの一部であり、ネック半径部の隣接部位で縮径される容器に半径を形成する。
【００２０】
金属容器の直径を小さくするための縮径用ダイの幾つかの実施形態において、ダイはレリーフ部を有し、ランド部はネック半径部とレリーフ部の間である。金属容器の縮径用ダイの幾つかの実施形態において、ランド部とレリーフ部の間の移行部は融合されている(blended)。幾つかの実施形態において、レリーフ部の少なくとも一部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は約８μｉｎないし約３２μｉｎである。幾つかの実施形態において、肩半径部の少なくとも一部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は約２μｉｎないし約６μｉｎである。幾つかの実施形態において、ネック半径部の少なくとも一部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は約２μｉｎないし約６μｉｎである。幾つかの実施形態において、ランド部の少なくとも一部分の平均表面粗さ（Ｒａ）は約８μｉｎないし約３２μｉｎである。幾つかの実施形態において、ランド部、肩半径部、ネック半径部及び／又はレリーフ部の少なくとも一部分を含む加工面の少なくとも一部分は、三次元で測定された平均表面粗さ（Ｓａ）が約１〜５０μｉｎ、１〜４８μｉｎ、７〜４３μｉｎ、２０〜５０μｉｎ、２０〜４５μｉｎ、２５〜４５μｉｎ、３０〜４５μｉｎ、２０〜４０μｉｎ、３０〜４０μｉｎの範囲である。
【００２１】
レリーフ部の寸法は、金属容器がランド部およびノックアウトを通じてネッキング加工された後、金属容器およびネッキングダイとの摩擦接触が低減されるように設定される。それゆえ、幾つかの実施形態において、ネッキング表面のＲａとレリーフ部は、ネッキングダイの壁部とネッキングされる金属容器との間の摩擦接触の低減に寄与する。この摩擦接触の低減により、ネッキング精度が維持され、かつ、破壊発生が低減され、金属容器のストリッピングが改善される。一実施形態において、レリーフ部は、ネッキングダイの壁部の中へ、ランド部の基部から測定して少なくとも０．００５インチ進入する。レリーフ部は、ネッキング方向に沿って（ｙ軸に沿って）金属容器の頂部の長さ全体に延在して、ネッキングダイに進入することにより、ネッキング精度を維持しつつ、金属容器とネッキングダイ壁部との間の摩擦係合を低減し、破壊発生を低減する。レリーフ部は逃げ面を有し、逃げ面の内径はランド部の内径より少なくとも約０．０１インチ大きい。また、逃げ面の内径は最大径を超えないので、金属容器の側壁をネッキングする際、ネッキング精度を維持しつつ、金属容器の側壁と逃げ面との間の摩擦接触はゼロにはならないが低減される。幾つかの実施形態において、逃げ面の直径はランド部の内径よりも約０．００７５ないし約０．０３５インチ大きい。他の実施形態において、逃げ面の直径はランド部の内径より約０．０１インチ、０．０２インチ、または０．０３インチ大きい。
【００２２】
幾つかの実施形態において、加工面の寸法は、ダイが金属容器の中に挿入されたときに、ランド部全体およびレリーフ部の少なくとも一部分が容器に対して軸方向に移動し、レリーフ部の少なくとも一部分が容器の頂部を超えて移動するように作られる。
【００２３】
金属容器を製造するための拡張用ダイは、閉じた底部を有する金属容器の直径を拡張するように構成された加工面を有する。加工面は徐々に拡張する拡張部とランド部とを含む。ランド部の外径はダイの最大直径である。拡張用ダイが金属容器を拡張しているときに、加工面の少なくとも一部分は、金属容器に接触する面積と、金属容器に接触しない面積との比が、およそ、２５〜９９％、３０〜７１％、４１〜７１％、４０〜５５％、４０〜５２％、３５〜５５％、および３０〜６０％のうちの１つの範囲である。幾つかの実施形態において、この段落に記載した拡張用ダイの特徴は、上述した拡張用ダイの特徴と同じである。
【００２４】
他の実施形態において、金属容器を製造するためのダイは、閉じた底部を有する金属容器の直径を小さくするように構成された加工面を含む。加工面はネック半径部、肩半径部、およびランド部を含む。ランド部の内径はダイの最小径である。拡張用ダイが金属容器を拡張しているときに、加工面の少なくとも一部分は、金属容器に接触する面積と、金属容器に接触しない面積との比が、およそ、２５〜９９％、３０〜７１％、４１〜７１％、４０〜５５％、４０〜５２％、３５〜５５％、および３０〜６０％のうちの１つの範囲である。
【００２５】
他の実施形態は、金属容器を成形するためのダイを製造する方法であり、該方法は、閉じた底部を有する金属容器の直径を拡大するように構成された加工面を含む拡張用ダイを配備するステップと、加工面の少なくとも一部分をピーニングするステップとを含む。加工面は徐々に拡張する拡張部およびランド部を含む。ランド部の外径はダイの最大直径である。
【００２６】
幾つかの実施形態において、ランド部の少なくとも一部分はピーニングされる。幾つかの実施形態において、徐々に拡張する拡張部の少なくとも一部分はピーニングされる。
【００２７】
幾つかの実施形態において、加工面は、直径が１／１６インチ〜３／３２インチおよび１／１６インチ〜５／３２インチのうちの１つの範囲内にある精密ボールによりピーニングされる。
【００２８】
幾つかの実施形態において、加工面のピーニングされた部分は、表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。
【００２９】
幾つかの実施形態において、加工面のピーニングされた部分は、金属容器に接触する面積と、金属容器に接触しない面積との比が、およそ、２５〜９９％、３０〜７１％、４１〜７１％、４０〜５５％、４０〜５２％、３５〜５５％、および３０〜６０％のうちの１つの範囲である。幾つかの実施形態において、ピーニングされる加工面の面積の百分率は、およそ、５０〜１００％、７１〜７６％、６８〜７８％、５０〜８０％、６０〜８０％、および６０〜７０％のうちの１つである。幾つかの実施形態において、ダイ表面のピーニング中に精密ボールをスラストさせるのに用いられる空気圧は、およそ、１０〜３０ｐｓｉ、１５〜２０ｐｓｉ、１０〜２０ｐｓｉ、および１５〜３０ｐｓｉのうちの１つの範囲である。
【００３０】
他の実施形態は、金属容器を成形するためのダイを製造する方法であり、該方法は、閉じた底部を有する金属容器の直径を小さくするように構成された加工面を含む金属容器製造用ダイを配備するステップと、加工面の少なくとも一部分をピーニングするステップとを含む。加工面はネック半径部、肩半径部、およびランド部を含む。ランド部の内径はダイの最小径である。幾つかの実施形態において、ランド部の少なくとも一部分はピーニングされる。幾つかの実施形態において、肩半径部の一部分はピーニングされる。幾つかの実施形態において、ネック半径部の少なくとも一部分はピーニングされる。幾つかの実施形態において、加工面は、直径が１／１６インチ〜３／３２インチおよび１／１６インチ〜５／３２インチのうちの１つの範囲内にある精密ボールによりピーニングされる。幾つかの実施形態において、加工面のピーニングされた部分は、表面仕上げ部を有し、該表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲である。幾つかの実施形態において、加工面のピーニングされた部分は、金属容器に接触する面積と、金属容器に接触しない面積との比が、およそ、２５〜９９％、３０〜７１％、４１〜７１％、４０〜５５％、４０〜５２％、３５〜５５％、および３０〜６０％のうちの１つの範囲である。幾つかの実施形態において、ピーニングされる加工面の面積の百分率は、およそ、５０〜１００％、７１〜７６％、６８〜７８％、５０〜８０％、６０〜８０％、および６０〜７０％のうちの１つである。幾つかの実施形態において、ダイ表面のピーニング中に精密ボールにスラスト作用させるのに用いられる空気圧は、およそ、１０〜３０ｐｓｉ、１５〜２０ｐｓｉ、１０〜２０ｐｓｉ、および１５〜３０ｐｓｉのうちの１つの範囲である。
【００３１】
上記の実施形態は全て、潤滑剤を使用せずに金属容器を縮径するときまたは拡張するときに使用することができる。上記の実施形態は全て、閉じた底部を一体に有する絞りしごき加工されたアルミニウム容器、すなわち２ピース容器を含むあらゆる種類の金属容器に好適に使用されることができる。上記の実施形態の全てにおいて、金属容器を含む金属は、当該分野で既知のあらゆる金属であってよく、アルミニウムおよびスチールを挙げることができるが、これらに限定されない。金属容器はドーム部の有無を問わない。幾つかの実施形態において、金属容器は閉じた底部を有する１ピース金属容器である。幾つかの実施形態において、金属容器は複数の金属片がシーミングされて形成される。
【００３２】
表面仕上げ部は、空所閉塞面積の最大比率が、およそ、１％〜３０％、４％〜２６％、１０％〜２６％、１０％〜２０％、１０％〜１５％、および１２％〜１５％のうちの１つの範囲であり、これらは本明細書において「テクスチャー面」と称するものとする。空所容積と空所閉塞容積は、文献「Surface Characterisation in Forming Processes by Functional 3D Parameters」、S.Weidel、U.Engel、Int.J.Adv.Manuf.Technol.(2007)33:130-136)」に記載されたWinSam（Windows（登録商標）用の表面解析モジュール）によって特性化される。この文献は引用を以て本願へ記載加入されるものとする。
【００３３】
一実施形態において、テクスチャー面は、精密ボールベアリングによるピーニングにより、ネッキングダイおよび拡張用ダイの上に、平滑であるがディンプルのあるテクスチャーが形成される。ピーニングは、ダイよりも高硬度の精密ボールによるスラスト作用により、ツール表面にディンプルを形成するものである。仕上げ面の設計は、ボールの大きさおよび硬度、ブラスト工程の速度、ダイに対する繰返し打撃回数に依存する。この仕様を達成するには、精密ボールの直径誤差は約１％以下である。
【００３４】
ツール表面は、平滑であるが平坦ではないので、過度の残屑(debris)発生またはツール摩耗を生じることなく、摩擦を低減することができる。摩擦の低減は、ダイと金属容器との接触面積の低減による。接触面積は、文献「Surface Characterisation in Forming Processes by Functional 3D Parameters」、S.Weidel、U.Engel、Int.J.Adv.Manuf.Technol.(2007)33:130-136)」に記載されたWinSam（Windows用の表面解析モジュール）によって特性化される。この文献は引用を以て本願へ記載加入されるものとする。摩擦低減により、容器を損傷することなく、拡張用ダイまたはネッキングダイの１回のストロークで金属容器をより大幅に拡張するかまたは縮径することができる。損傷は、金属容器のしわ、割れ、ルダリング(ludering)、破損の他、金属容器の外見を損なうあらゆるものを含む。
【００３５】
本発明の幾つかの実施形態では、三次元表面パラメータを用いてテクスチャー面のトポグラフィを観察し、ツールとワークピースとの接触面積を最小化することを目的とする。
【００３６】
幾つかの実施形態において、拡張用ダイまたはネッキングダイにテクスチャー面を使用することにより摩擦が低減されるため、容器を損傷することなく拡張ダイまたはネッキングダイの１回のストロークによる金属成形の範囲が最大化される。これにより、金属成形ステップの回数が低減され、スクラップの量が低減される。また、最終製品の寸法仕様を充足させるのに必要な出発重量(startign weight)が低減される。また、金属容器を成形するときに潤滑剤を使用しなくてもよい。幾つかの実施形態において、精密ボールによってピーニングしたダイは、ポリッシュ仕上げのダイよりも欠陥の無い金属容器をより確実に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】２つのランド部を有する拡張用ダイの断面図を示す。
【００３８】
【図２】図１の拡張用ダイの部分断面図を示す。
【００３９】
【図３】金属容器を直径を小さくするための縮径ダイの断面を示す。
【００４０】
【図４】メタルフローの方向を示す。
【００４１】
【図５】上述の如くピーニングされた後のネッキングダイの加工面の一部分の内径を示す。
【００４２】
【図６】図５に示したネッキングダイの加工面の一部分の内径の小視野画像を含む。
【００４３】
【図７】研磨面の表面トポグラフィーを示す。
【００４４】
【図８】図５〜図７に示されるピーニングされた表面および研磨された表面の両表方におけるトランスバース方向(transverse)の平均表面粗さＲａを示すチャート図である。
【００４５】
【図９】拡張用ダイのピーニングされた加工面の表面トポグラフィーを示す。
【００４６】
【図１０】図９に示された表面トポグラフィーを示しており、線形状が凹み部(indentations)の深さおよび高さを示している。
【００４７】
【図１１】図９および図１０に示されるピーニングされた加工面の負荷面積曲線(bearing area curve)を示す。
【００４８】
【図１２】ピーニングされた加工面を有する拡張用ダイが金属容器に配置され金属容器の拡張中に拡張容器が作用する成形荷重の量を示す。
【００４９】
【図１３】ピーニングされた加工面を有する拡張用ダイの成形エネルギーを示す。
【００５０】
【図１４】ピーニングされていない表面における表面負荷面積と摩擦によるエネルギーとの関係を示す。
【００５１】
【図１５】ピーニングされた表面における表面負荷面積と摩擦によるエネルギーとの関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１および図２は、例示的な拡張用ダイ１０を示している。加工面１２は、徐々に拡張する拡張部１４とランド部１６を含んでいる。アンダーカット部１８も示されている。
【００５３】
図３は、金属容器の直径を小さくするように構成された加工面３２を有する例示的ダイ３０を示している。加工面は、ネック半径部３４、肩半径部３６、およびランド部３８を有する。レリーフ部４０も示されている。
【００５４】
一実施例において、ネッキングダイの加工面を、直径０．０９３″、クラス１０００のボールによりピーニングした。ボールの品質は、ダスト発生またはボールの割れを最小化するのに充分な精度である。ピーニングされたネッキングダイの分析は次のとおりである。
・ネッキングダイの内径は直角ランスを用いて加工した。
・ネッキングダイの内径のレプリカは一方の端部で採取した。
・トポグラフィおよび粗さのデータはレプリカより得た。
・ダイ表面の真のトポグラフィを表示するために、レプリカから得た全てのトポグラフィ画像を反転させた、
＜定義＞
・Ｓｃｉはコアの流体保持指標(fluid retention index)であり、Ｓｃｉ＞１は、良好な流体保持性を示す。
・Ｓｖｉは谷部の流体保持指標であり、０＜Ｓｖｉ＜０．２であり、Ｓｃｉ値が高いほど、谷部面積の流体保持性が良好であることを示す。
・Ｖｃｌは、空所閉塞容積であり、流体を捕獲するのに利用可能な表面における空所容量を示している。
・Ｖｏｐは、空所が塞がれていない容積であり、流体を脱出させることができる表面の空所容積を示している。
＜器具＞
・トポグラフィ‐ＮａｎｏＦｏｃｕｓ  μＳｕｒｆＩ
・２０倍対物レンズを用いて０．８ｍｍ×０．８ｍｍの視野（ＦＯＶ）を得る。
・大視野（ＬＦＯＶ）トポグラフィ５．５ｍｍ×２．１５ｍｍ
【００５５】
図４は、以下のトポグラフィ画像に関連づけられたメタルフローの方向を示している。
【００５６】
図５は、上述の通りピーニングされた後のネッキングダイの加工面の一部分の内径を示している。
【００５７】
図６は、図５に示されたネッキングダイの加工面の一部分の内径の小視野画像を含んでいる。
【００５８】
ピーニング後のネッキングダイの加工面の表面特性は次の通りであった。Ｓａ  ａｖｇ＝１８．８μｉｎ；Ｓｃｉ  ａｖｇ＝１．６３；Ｓｖｉ  ａｖｇ＝０．１１；Ｖｃｌ  ａｖｇ＝７２．２ｍｍ３／ｍ２；Ｖｏｐ  ａｖｇ＝１９６５ｍｍ３／ｍ２
【００５９】
図７は、研磨され、ピーニングされていない表面を示す。図７に示された表面の表面特性は次の通りであった。Ｓａ  ａｖｇ＝２０．５μｉｎ；Ｓｃｉ  ａｖｇ＝１．２４；Ｓｖｉ  ａｖｇ＝０．１６；Ｖｃｌ  ａｖｇ＝４６．６ｍｍ３／ｍ２；Ｖｏｐ  ａｖｇ＝２６４０ｍｍ３／ｍ２
【００６０】
図８は、ピーニングされた表面と研磨された表面の両方におけるトランスバース方向の平均表面粗さＲａを示すチャート図である。
＜結論＞
・ピーニングされた表面の空所閉塞容積は、同様なＲａ値を有する研磨された表面の略２倍であった。
・流体保持パラメータＳｃｉとＳｖｉは両方とも、ピーニングされたネッキングダイの表面の方が、研磨された表面よりも遙かに良好な流体保持性を有したことを示している。
・空所閉塞容積Ｖｃｌパラメータと空所が開放された容積Ｖｏｐパラメータもまた、ネッキングダイのピーニングされた表面の方が流体保持性に優れることを示している。
・これは、ピーニングされた表面の方が研磨された表面より遙かに良好なトライボロジー性能を有することを示している。
【００６１】
他の実施例において、拡張用ダイのピーニングは、０．１５７５″（４ｍｍ）のクラス１０００のボールを用いて行なった。
【００６２】
図９および図１０は、ピーニング後の加工面の一部分の表面トポグラフィを示している。図１１は、加工面のピーニングされた部分の負荷面積曲線を示している。
【００６３】
他の実施例において、幾つかの拡張用ダイの加工面はピーニングによって変化されており、変化された加工面による摩擦に対する作用を、重切削した後軽くポリッシュしたダイ表面における摩擦と比較した。重旋削後軽くポリッシュした表面はテクスチャーを有しておらず、Ｒａ値は８ないし１０μｉｎである。なお、他のファクターは全て一定にした（プリフォーム、ツール形状、エアストリッピング不使用、潤滑剤不使用）。各表面とも１０個のサンプルを採取した。「Ｂボール」は直径１／１６インチの精密ボールである。「Ｃボール」は直径３／３２インチの精密ボールである。
【表１】
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【００６４】
摩擦がツール表面によって変化するのは成形エネルギーの変化から明らかであった。トータル成形エネルギーの計算は、荷重対変位データに基づいて、数値積分法を用いて行なった。
【００６５】
ツールの表面の特徴付けは、Ｓａ（表面粗さの３Ｄパラメータ）、Ｖｃｌ（空所閉塞容積の正規化値）、αｃｌｍ（空所閉塞面積の最大比（／測定面積トータル））、および各表面仕上げ部に対する接触面積（百分率）によって行なった。
【００６６】
歪みエネルギーの計算は、所与のツールおよびプリフォームサンプル形状を使用し、有限要素解析により行ない、摩擦無し状態の成形エネルギーを求めた。摩擦データの集計は、成形エネルギートータルから歪みエネルギーを差し引くことによって行ない、摩擦によるエネルギー値を求めた。
【００６７】
結果は、摩擦エネルギーの変化百分率で示しており、各表面の特徴は接触面積百分率で表している。
【００６８】
図１２は、金属容器に配置された拡張用ダイの成形荷重量を示している。図１３は成形エネルギーを示している。図１４は、ピーニングされていない表面について、摩擦によるエネルギーと表面負荷面積との関係を示している。図１５は、ピーニングされた表面について、摩擦によるエネルギーと表面負荷面積との関係を示している。
【表２】
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＊標準偏差計算では、成形エネルギーデータから白丸の外れ値(outlier)を除外する。
・重切削及び軽ポリッシュしたツール表面にＣボール仕上げを行なうと、成形エネルギーは、潤滑剤を用いずに、１５−１９％低減されることを示した。
・直径が小さいボール（Ｂボール）を用いると、潤滑剤を用いずに、４−１０％低減されることを示した。
・Ｂボールによる前記表面にＣボールで再ピーニングすると、成形エネルギーに統計学的な変化は生じなかった。
【００６９】
本明細書において、「頂部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｍ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下側（ｕｎｄｅｒ）」、「上側（ｏｖｅｒ）」等の用語は、製造または成形ステップまたは工程中の金属容器の向きに関係なく、仕上げられた金属容器が平らな面上にあるときの位置に関するものである。仕上げられた金属容器とは、それが最終消費者によって使用されるまで、追加の成形ステップを受けない金属容器のことである。幾つかの実施形態において、容器の頂部は開口を有する。
【００７０】
本発明について、その特定態様に関して詳細に説明したが、他の態様も可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神および範囲は、この明細書に含まれる態様に限定されるものではない。
【００７１】
特許請求の範囲、要約書、および図面を含む本明細書に開示した全ての特徴、および開示した方法またはプロセスの全てのステップは、そのような特徴及び／又はステップの少なくとも幾つかが相互に矛盾する組合せを除き、あらゆる組合せが可能である。特許請求の範囲、要約書、および図面を含む本明細書に開示した各特徴は、明示的に指定していない限り、同一、均等、または同様の目的に適う代替的特徴に置き換えることができる。したがって、明示的に指定していない限り、開示された各特徴は、均等または同様な包括的特徴の単なる一例に過ぎない。
【００７２】
請求項中に、特定の機能を実行するための手段または特定の機能を実行するためのステップを明示的に記述していない請求項のいかなる要素も、米国特許法第１１２条に規定される「手段またはステップ」条項として解釈されるべきではない。
【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８】
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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５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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