DE60036320T2

DE60036320T2 - Leicht zu öffnendes Dosenende und Verfahren zur Herstellung dergleichen

Info

Publication number: DE60036320T2
Application number: DE60036320T
Authority: DE
Inventors: Yoichiro Yamanaka; Reiko Sugihara; Masayoshi Kurihara; Masahisa Fujikake; Yoshinori Yomura; Yuji Yamasaki
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: DE60036320D1; EP1046589A2; EP1046589B1; EP1046589A3; US6435368B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein leicht zu öffnendes Dosenende, das für ein Dosenende einer Getränkedose und einer Nahrungsmitteldose verwendet wird, und insbesondere ein leicht zu öffnendes Dosenende aus Stahlblech, das mit Harzschichten beschichtet ist, gemäss Anspruch 1, und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäss Anspruch 2.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
Ein leicht zu öffnendes Dosenende wird weitverbreitet verwendet, um eine Dose durch Aufbrechen eines Öffnungsabschnitts, der an einem Dosenende gebildet ist, durch Hochziehen einer an das Dosenende angehefteten Lasche durch Verwendung der Finger und dergleichen zu öffnen. Der obige Öffnungsabschnitt wird an dem Dosenende der Dose gebildet, die verschiedene Getränke, wie etwa Bier, Saft, Kaffee und dergleichen, oder Nahrungsmittel enthält. Das leicht zu öffnende Dosenende wird weitgehend als ein teilweise zu öffnendes Dosenende klassifiziert, das hauptsächlich für Getränkedosen verwendet wird, und als ein vollständig zu öffnendes Dosenende, das hauptsächlich für Nahrungsmitteldosen verwendet wird. Für das teilweise zu öffnende Dosenende gibt es abzuziehende Dosenendstreifen und verbunden bleibende Dosenendstreifen.
1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der abzuziehenden Dosenendlasche zeigt.
Eine Lasche (3) ist mit dem Mittelpunkt eines zentralen Abschnittselements (11) des Dosenendes (1), das aus einem Metallblech aus Stahl oder Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt ist, durch einen Nietmechanismus (9) befestigt. Durch Hochziehen der Lasche (3) durch die Finger oder dergleichen drückt ein Arbeitsende des Streifens (3) durch Hebelwirkung einen durchbrochenen Öffnungsabschnitt (5) nieder, wo eine Einkerbung (2) in das zentrale Abschnittselement (11) eingraviert ist, so dass die Einkerbung (2) aufbricht. Durch Hochziehen der Lasche (3) kann ein Stück des durchbrochenen Öffnungsabschnitts vollständig abgetrennt werden, um das Dosenende (1) zu öffnen.
2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der verbunden bleibenden Dosenendlasche zeigt.
Ähnlich wie in 1 schreitet ein Aufbrechen fort, wenn das Arbeitsende der Lasche (3) nach dem Aufbrechen der Einkerbung (2) hochgezogen wird, und ein Teil des durchbrochenen Öffnungsabschnittsstücks wird in den Dosenkörper niedergedrückt, da es mit dem Dosenende (1) verbunden ist, wodurch es ermöglicht wird, das Dosenende (1) zu öffnen.
Andererseits wird im Fall des vollständig zu öffnenden Dosenendes die um den äusseren Umfang des Dosenendes eingravierte Einkerbung durch Hochziehen der an das Abschnittselement in der Nähe des äusseren Umfangs des Dosenendes angebrachten Lasche aufgebrochen, und ähnlich dem Dosenende mit der abzuziehenden Dosenendlasche, wird das Öffnungsabschnittsstück von dem Dosenende entfernt und das Dosenende wird geöffnet.
Wie in 3 gezeigt, wird die Einkerbung eines solchen leicht zu öffnenden Dosenendes herkömmlicherweise durch Pressbearbeitung gebildet, um einen V-förmigen Querschnitt zu bilden, indem eine solch hohe Last angelegt wird, dass die Tiefe der Einkerbung mehr als die halbe Dicke des Dosenendes (1) aufweist, indem ein Werkzeug (12) mit einem Schneidkantenvorsprung, der gemäss der Kontur eines vorbestimmten Öffnungsabschnitts gebildet ist, verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt in dem Fall, dass ein mit Harzschichten beschichtetes Stahlblech verwendet wird, das Problem auf, dass die Harzschichten der Aussenseite des Dosenendes beschädigt werden und die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert wird. Um dies zu vermeiden, wird normalerweise eine Gegenmassnahme ergriffen, um einer Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit vorzubeugen, indem nach dem Pressformen eine ergänzende Beschichtung vorgesehen wird. Jüngst gibt es ein Beispiel, dass ein Dosenende aus einer Aluminiumlegierung verwendet wird, aber es ist kostenintensiv und stellt ein Recyclingproblem dar.
Zudem wird eine Anzahl von Verfahren vorgestellt, um eine Harzschichtbeschädigung zu vermeiden, die verursacht wird, wenn mit Harzschichten beschichtetes Stahlblech verwendet wird. Beispielsweise werden in den JP-OSen 6-115546 , 6-115547 und 6-115548 Verfahren zur Bildung der Einkerbung durch Verbundextrusion vorgeschlagen. Es wird berichtet, dass durch diese Verfahren keine Harzschichtbeschädigungen auftreten und eine ergänzende Beschichtung nicht erforderlich ist. Jedoch sind die Arbeitsbedingungen der Verbundextrusion und die Details der Bildung der Einkerbung nicht klar, und es ist zweifelhaft, ob die Einkerbung stabil gebildet wird. Gemäss JP-OS 8-99140 wird ein Verfahren zur Bildung der Einkerbung offenbart, das die Einkerbung durch Verwendung eines oberen und eines unteren Presswerkzeugs mit einem Schulterradius von 0,1 bis 1,0 mm gebildet wird, so dass die Dicke des dünnsten Abschnitts die Hälfte der ursprünglichen Dicke nicht übersteigen soll. Jedoch wird die Kraft zum Öffnen der Dose durch den Absolutwert der Dicke des dünnsten Abschnitts der Einkerbung sowie durch ihre Stärke bestimmt, so dass nicht notwendigerweise folgt, dass eine gute Dosenöffnungseigenschaft erhalten werden kann, sogar wenn die Dicke des dünnsten Abschnitts auf weniger als die Hälfte der ursprünglichen Dicke eingestellt werden kann.
Andererseits offenbart im Hinblick auf eine Verbesserung der Dosenöffnungseigenschaft für ein leicht zu öffnendes Dosenende beispielsweise das japanische Gebrauchsmuster 63-40439 ein Verfahren zum Verbreitern des zwischen dem zentralen Öffnungsabschnitt des Dosenendes und dem mit den Fingern zu greifenden Abschnitt der Lasche hergestellten Freiraum, durch Bilden eines ausgesparten Teils zum Einlegen der Finger in das zentrale Abschnittselement unter den mit den Fingern zu greifenden Abschnitt der Lasche, um das Einlegen der Finger und Ergreifen des mit den Fingern zu greifenden Abschnitts. Das offengelegte japanische Gebrauchsmuster 5-40133 offenbart ein Verfahren, dass die Lasche in dem Mass genietet ist, dass sie drehbar in die zu öffnende Position, in der die zentrale Achse der Lasche mit der des durchbrochenen Öffnungsabschnitts übereinstimmt, aus einer nicht zu öffnenden Position, in der die zentrale Achse der Lasche von der des durchbrochenen Öffnungsabschnitts abweicht, bewegt wird, und während die Lasche von der nicht zu öffnenden Position in die zu öffnende Position bewegt wird, wird der mit den Fingern zu greifende Abschnitt der Lasche angehoben durch auf dem zentralen Abschnittselement zwischen der Niete und dem mit den Fingern zu greifenden Abschnitt angeordnete verjüngte Vorsprünge angehoben, wodurch das Einlegen eines Fingers in den Freiraum zwischen das zentrale Abschnittselement und den mit den Fingern zu greifenden Abschnitt ebenso wie das Ergreifen des mit den Fingern zu greifenden Abschnitts mit einem Finger erleichtert wird. In beiden Fällen gibt es jedoch keinen Unterschied in der Kraft zum Hochziehen der Lasche, so dass die Dosenöffnungseigenschaft nicht in solchem Ausmass verbessert wird, dass Kinder und ältere Personen Dosen leicht öffnen könnten.
EP 0 896 929 A2 offenbart ein leicht zu öffnendes Dosenende, das ein Dosenendelement aus Stahlblech umfasst, dessen beide Seiten mit Harzschichten eines Polyesterharzes beschichtet sind, die eine Dicke in einem Bereich von 25 μm aufweisen, mit einer in wenigstens einer aus Vorderseite oder Rückseite des Dosenendelements gebildeten Einkerbung, die in der Lage ist, zum Öffnen des Dosenendes aufzubrechen, wobei die Einkerbung einen Bodenquerschnitt in Form eines Bogens mit einem Radius im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm aufweist, wobei der dünnste Abschnitt der Einkerbung eine Dicke (t) in einem Bereich von 0,025 bis 0,080 mm aufweist; wobei die Spannungsbruchkraft (P) beim Brechen des dünnsten Abschnitts der Einkerbung hauptsächlich durch Spannungsdeformation, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, im Bereich von 24,5 bis 49,0 N (2,5 bis 5,0 kg) liegt; P = t × TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0) /t0]|}n (1)mit

t₀:: Dicke (mm) des Stahlblechs;
n:: Kaltverfestigungskoeffizient einheitlicher Dehnung in einem Bereich von 40 bis 90 %; und
TS:: Zugfestigkeit (kg/mm²) des Stahlblechs (mit 1 kg/mm² = 9,8 × 10⁶ Pa).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben erwähnte Problem zu lösen. Ihr Gegenstand ist es, ein leicht zu öffnendes Dosenende aus mit Harzschichten beschichtetem Stahlblech zur Verfügung zu stellen, das keine Beschädigung der Harzschicht zum Zeitpunkt des Bildens einer Einkerbung hervorruft und Dosenöffnungseigenschaft in dem Ausmass aufweist, dass Kinder und ältere Personen es leicht öffnen können, und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen.
Gemäss einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein leicht zu öffnendes Dosenende, umfassend ein Dosenendelement, bereit, das aus Stahlblech hergestellt ist und dessen beide Seiten mit Harzschichten beschichtet sind, wobei jede Harzschicht aus einer Schicht oder zwei oder mehr Schichten aus Polyesterharz besteht und eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 μm aufweist, mit einer Einkerbung (2), die in wenigstens einer von Frontseite oder Rückseite des Dosenendelements gebildet ist und in der Lage ist, aufzubrechen, um das Dosenende zu öffnen und einen Bodenquerschnitt in Form eines Bogens mit einem Radius im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm aufweist, wobei der dünnste Abschnitt der Einkerbung eine Dicke (t) in einem Bereich von 0,025 bis 0,080 mm aufweist; wobei die Harzschichten eine Dehnung nach Bruch von 100 % oder mehr, eine Zugfestigkeit von 9,8 × 10⁷ Pa (10 kg/mm²) oder mehr und einen Young'schen Modul von 9,8 × 10⁸ Pa (100 kg/mm²) oder mehr aufweisen, und wobei die Spannungsbruchkraft (P) beim Brechen des dünnsten Abschnitts der Einkerbung hauptsächlich durch Spannungsdeformation, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, im Bereich von 24,5 bis 49,0 N (2,5 bis 5,0 kg) liegt; P = t × TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n (1)mit

Gemäss einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines leicht zu öffnenden Dosenendes bereit, umfassend die Schritte:

(i) Bearbeiten von Stahlblech zum Bilden eines Dosenendelements (11), wobei das Stahlblech auf beiden Seiten mit Harzschichten beschichtet ist, die aus einer Schicht oder zwei oder mehr Schichten aus Polyesterharz bestehen und eine Dicke in einem Bereich von 10 bis 100 μm aufweisen; und
(ii) Bilden einer Einkerbung (2) auf dem Dosenendelement durch Pressbearbeiten unter Verwendung eines Presswerkzeugpaares, von denen wenigstens eines eine gewölbte Oberfläche mit einem Radius im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm aufweist, wobei der dünnste Abschnitt der Einkerbung eine Dicke in einem Bereich von 0,025 bis 0,080 mm aufweist;

⁷

²

⁸

²

P = t × TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n (1)

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer abzuziehenden Dosenendlasche veranschaulicht;
2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer verbunden bleibenden Dosenendlasche veranschaulicht;
3 zeigt ein Verfahren zur Bildung einer herkömmlichen Einkerbung;
4 ist eine Schnittzeichnung, die den Einkerbungsabschnitt eines leicht zu öffnenden Dosenendes veranschaulicht, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ist eine Schnittansicht, die einen Einkerbungsabschnitt eines leicht zu öffnenden Dosenendes veranschaulicht, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6A und 6B sind Draufsichten, die ein leicht zu öffnendes Dosenende veranschaulichen, das noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
7A ist eine Ansicht, die ein Testverfahren zum Aufprallbruch veranschaulicht;
7B ist eine Ansicht, die eine Richtung der Aufprallkraft gemäss 7A veranschaulicht; und
8 ist eine Ansicht, die das Auftreten von Harzschichtbeschädigungen und ihre Beziehung zwischen R und t zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
Wenn Studien zur Harzschichtbeschädigung zum Zeitpunkt der Bildung einer Einkerbung für ein leicht zu öffnendes Dosenende aus mit Harzschichten beschichtetem Stahlblech ebenso wie zur Dosenöffnungseigenschaft angestellt worden sind, hat es sich als wirksam erwiesen, dass die mechanischen Eigenschaften und die Dicke des Harzes gesteuert werden sollten, um eine Harzschichtbeschädigung zu vermeiden und die Form und Dicke der Einkerbung zu kontrollieren, um die Dosenöffnungseigenschaft zu verbessern. Nachfolgend wird dies im Detail beschrieben.
(1) Mechanische Eigenschaften der Harzschichten und deren Dicke:
Um Harzschichtbeschädigung zum Zeitpunkt des Bildens der Einkerbung zu vermeiden, besteht die Notwendigkeit, dass die Harzschichten hervorragende Bearbeitbarkeit aufweisen und in der Lage sind, der Deformation des blanken Stahlblechs anhaftend zu folgen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass die Dehnung nach Bruch gemäss der Norm ASTM-D822 100 % oder mehr oder vorzugsweise 200 % oder mehr betragen sollte, die Zugfestigkeit gemäss der obigen Norm 9,8 × 10⁷ Pa (10 kg/mm²) oder mehr betragen sollte und der Young'sche Modul gemäss der obigen Norm 0,8 × 10⁸ Pa (100 kg/mm²) oder mehr betragen sollte, und die Dicke der Harzschichten dennoch in einem Bereich von 10 bis 100 μm liegen sollte. Wenn die Dehnung nach Bruch weniger als 100 % beträgt oder die Zugfestigkeit weniger als 9,8 × 107 Pa (10 kg/mm²) beträgt, sind die Schichten zum Zeitpunkt der Bildung der Einkerbung leicht zu durchbrechen, und wenn der Young'sche Modul weniger als 9,8 × 10⁸ Pa (100 kg/mm²) beträgt, werden die Schichten leicht weggekratzt oder leicht beschädigt aufgrund von Reibung mit den Presswerkzeugen. Wenn die Dicke der Harzschichten weniger als 10 μm beträgt, sind die Schichten leicht zu durchbrechen, und wenn die Dicke 100 μm übersteigt, treten Film-Haarrisse an den Kanten des Dosenendes auf oder es resultiert eine Kostenzunahme.
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Bearbeitbarkeit, Nahrungsmittelhygiene, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen nehmen solche Harzschichten eine aus einem oder zwei oder mehr Polyestertypen zusammengesetzten Harzfilm an. Unter diesen ist es weiter bevorzugt, einen Film anzunehmen, der aus einem ein- oder doppelschichtigen Polyesterharz zusammengesetzt ist, weil dieser hohe Dehnung nach Bruch, hohe Zugfestigkeit und einen hohen Young'schen Modul aufweist.
Insbesondere wird auf einen linearen thermoplastischen Polyesterfilm verwiesen, der durch Polyethylenterephthalat (PET), das durch Kondensationspolymerisation einer Dicarbonsäure und eines Diols erhältlich ist, verwiesen. Als die obige Dicarbonsäure werden Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure und dergleichen einzeln oder in Mischung verwendet, und als das obige Diol werden Ethylenglykol, Butadienglykol, Decandiol und dergleichen einzeln oder in Mischung verwendet. Copolymer aus zwei oder mehr Dicarbonsäure- oder Dioltypen ebenso wie Copolymere aus anderen Monomeren, einschliesslich Diethylenglykol und andere Polymere, sind ebenfalls anwendbar. Zum Laminieren von Stahlblech gibt es Verfahren, bei denen der Film selbst thermisch gebunden wird oder durch Anwendung eines thermisch härtenden Haftstoffs auf die Oberfläche des Stahlblechs geklebt wird.
(2) Form und Dicke der Einkerbung:
Herkömmlicherweise wurde erwogen, dass das Aufbrechen der Einkerbung zum Zeitpunkt des Öffnens einer Dose durch scherende Deformation hervorgerufen wird, und auf Basis solcher Überlegungen wurde die Form der Einkerbung entworfen. Unsere jüngsten Untersuchungen haben ergeben, dass das Aufbrechen der Einkerbung nicht durch scherende Deformation, sondern hauptsächlich durch Spannungsdeformation hervorgerufen wird, und es hat sich als am wirksamsten erwiesen, dass der Absolutwert der Dicke im dünnsten Abschnitt der Einkerbung klein sein sollte, um die Öffnungskraft zu vermindern.
4 zeigt eine Schnittansicht, die einen Einkerbungsabschnitt eines leicht zu öffnenden Dosenendes veranschaulicht, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Die Dosenöffnungsform kann stabil in solch einem Ausmass vermindert werden, dass Kinder und ältere Personen in der Lage sind, die Dosen zu öffnen, indem die Einkerbung (2) mit einem bogenförmigen Querschnitt mit einem Radius (R) im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm und mit einer Dicke (t) im Bereich von 0,025 bis 0,080 mm im dünnsten Abschnitt (2a) auf der Oberfläche (1a) des Dosenendes (1), dessen beide Seiten mit Harzschichten (8) in einer Dicke (t₀) beschichtet sind, gebildet wird.
Im Fall eines Radius (R) der Einkerbung (2) von weniger als 0,10 mm wird der Spitzenradius eines Presswerkzeugs zum Bearbeiten der Einkerbung dazu getrieben, klein hergestellt zu werden, was zu einem hohen Flächendruck führt und Schwierigkeiten beim Bilden der Einkerbung (2) auf dem Dosenendelement ohne eine Harzschichtbeschädigung hervorzurufen darstellt. Wenn der Radius (R) der Einkerbung (2) 1,0 mm übersteigt, wird die Fläche des dünnen Abschnitts im Dosenende (1) gross, so dass die durchbrochene Position des Dosenöffnungsabschnitts instabil wird und die Form des Dosenöffnungsabschnitts sich verschlechtert und darüber hinaus das "Durchhängen", das ein Hängen eines Teils des durchbrochenen Abschnitts ist, gross wird. Es ist in praktischer Hinsicht schwierig, die Einkerbung (2) mit einer 1,0 mm übersteigenden Breite auf dem Dosenendabschnitt zu erzeugen, das räumlich begrenzt ist.
Wenn die Dicke (t) des dünnsten Abschnitts (2a) in der Einkerbung (2) weniger als 0,025 mm beträgt, werden nicht nur die Harzschichten zum Zeitpunkt des Bearbeitens beschädigt, sondern es ist auch zu befürchten, dass das Dosenendelement durchbrechen wird. Für den Dosenkörper mit einem solchen Dosenende besteht die Gefahr, dass der Öffnungsabschnitt durchbrochen wird, wenn er Aufprall oder ähnlichem von aussen, einschliesslich dem Herunterfallen, ausgesetzt ist. Wenn die Dicke (t) des dünnsten Abschnitts (2a) in der Einkerbung (2) 0,080 mm übersteigt, wird eine grössere Dosenöffnungskraft erforderlich.
5 ist eine Schnittansicht, die einen Einkerbungsabschnitt eines leicht zu öffnenden Dosenendes veranschaulicht, der eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Ein ähnlicher Effekt kann erhalten werden, sogar wenn die Einkerbung (2) mit einer Querschnittsform ähnlich der in 4 auf beiden Seiten der Vorderseite (2a) und der Rückseite (1b) des Dosenendes (1) gebildet wird.
Wenn die Einkerbung (2) durch Pressformen gebildet wird, tritt Kaltverfestigung im dünnsten Abschnitt auf und die Stärke nimmt zu. Das Mass der Kaltverfestigung unterscheidet sich in Übereinstimmung mit einem Verhältnis der ursprünglichen Dicke (t₀) des Stahlblechs zur Dicke (t) nach der Bearbeitung, und die Stärke des dünnsten Abschnitts wird um so grösser, je kleiner t ist.
Wenn der wirksame Zug σ ist und die wirksame Spannung ε ist, ergibt sich der folgende Ausdruck: α = K × εn (2)
Unter der Annahme, dass n den Kaltverfestigungskoeffizienten im Bereich von 40 bis 90 % einheitlicher Dehnung des für das Dosenende verwendeten Stahlblechs ausdrückt und die Zugfestigkeit TS kgf/mm² (wobei 1 kgf/mm² = 9,8 × 10⁶ Pa ist) ist, wird TS durch TS = K × nⁿ/exp (n) gegeben, so dass K durch K = TS × {exp(n)/nn} (3)ausgedrückt wird.
Die in Richtung der Dicke auftretende Spannung beim Bilden der Einkerbung wird durch εt ausgedrückt, das durch εt = In[1 + (t – t0)/t0] (4)gegeben ist.
ε, das die wirksame Spannung im dünnsten Abschnitt der Einkerbung ist, wird als ebene Spannung angenommen und durch die folgende Gleichung ausgedrückt: ε = 2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]| (5)
Anhand der Gleichungen (2), (3) und (5) wird der effektive Zug im dünnsten Abschnitt durch σ = TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n (6)ausgedrückt.
Die Spannungsbruchkraft (P) beim Brechen des dünnsten Abschnitts der Einkerbung, hauptsächlich durch Spannungsdeformation, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: P = σ × t (7)so dass P = t × TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n (1)
Folglich kann die Dosenöffnungskraft vermindert werden, je kleiner P ist, aber wenn die Dicke (t) des dünnsten Abschnitts in einem Bereich von 0,025 bis 0,080 mm, wie oben beschrieben, liegt, kann eine herausragendere Dosenöffnungseigenschaft erhalten werden, wenn P als 49 N (5,0 kg) nicht überschreitend gegeben ist.
Wenn Stahlblech mit einem TS von 40 kg/mm² oder niedriger verwendet wird, gibt es ferner einen Fall, in dem der Öffnungsabschnitt aufgebrochen wird, wenn ein Aufprall von der Aussenseite, einschliesslich eines Herunterfallens des Dosenkörpers, zu dem Zeitpunkt auftritt, zu dem P 24,5 N (2,5 kg) oder niedriger wird. Unter diesen Umständen ist es wünschenswert, dass P 24,5 N (2,5 kg) oder mehr beträgt.
Solche leicht zu öffnenden Dosen gemäss der vorliegenden Erfindung treffen auf die in 1 veranschaulichten abzuziehenden Dosenendlaschen ebenso wie auf die in 2 veranschaulichten, dort verbleibenden Dosenendlaschen zu.
Die Dosenöffnungskraft kann durch Anwenden des Dosenendes gemäss der vorliegenden Erfindung auf das Dosenende (1) in solch eine Weise wesentlich vermindert werden, dass, wie in 6A gezeigt, die Lasche (3) um die Laschenbefestigung (4) auf dem Dosenende (1) drehbar sein sollte, die Position der Laschenbefestigung vom Mittelpunkt des Dosenendes (1) zur gegenüberliegenden Seite des durchbrochenen Öffnungsabschnitts (5) durch die vorbestimmte Länge verschoben wird und darüber hinaus die Länge der Laschenbefestigung (4) der Lasche (3) zu dem mit den Fingern zu greifenden Abschnitt länger sein sollte als herkömmlich, um die erzeugte Kraft am Angriffspunkt gross zu machen, und dass, wie in 6B gezeigt, der Kantenabschnitt der hochzuziehenden Seite der Lasche (3) ausserhalb des äusseren Umfangs des Dosenendes (1) angeordnet sein sollte, wenn die Lasche (3) in die Position gedreht wird, in der das Dosenende zu öffnen ist.
Das leicht zu öffnende Dosenende, wie oben beschrieben, gemäss der vorliegenden Erfindung kann durch solche Verfahren hergestellt werden, dass der Dosenendabschnitt unter Verwendung von Stahlblech, dessen beide Seiten mit Harzschichten beschichtet sind, die aus einem oder zwei oder mehr Polyesterharztypen zusammengesetzt sind und eine Dehnung nach Bruch von 100 % oder mehr, eine Zugfestigkeit von 9,8 × 10⁷ Pa (10 kg/mm²) oder mehr, einen Young'schen Modul von 9,8 × 10⁸ Pa (100 kg/mm²) oder mehr und eine Dicke von 10 bis 100 μm aufweisen, bearbeitet wird und anschliessend auf dem gleichen Dosenendelement die Einkerbung durch Pressbearbeitung so gebildet wird, dass eine Dicke von 0,025 bis 0,080 mm am dünnsten Abschnitt unter Verwendung eines Presswerkzeugpaares, von dem wenigstens eines eine gewölbte Oberfläche mit einem Radius im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm aufweist, gebildet wird, die notwendig ist, um eine Einkerbung mit einem bogenförmigen Querschnitt mit einem Radius von 0,10 bis 1,0 mm zu bilden.
Bei diesem Herstellungsverfahren kann es ferner möglich sein, das leicht zu öffnende Dosenende mit einer herausragenderen Dosenöffnungseigenschaft herzustellen, wenn P, wie durch die oben beschriebene Gleichung (1) ausgedrückt, so eingestellt wird, dass es in einem Bereich von 24,5 bis 49,0 N (2,5 bis 5,0 kg) liegt.
Wenn ein flüssiges oder festes Schmiermittel zum Pressbearbeiten der Einkerbung verwendet wird, kann die zwischen den Presswerkzeugen und dem Harz auftretende Reibungskraft klein gehalten werden und die im Harz erzeugten Scherkräfte werden klein, so dass ein Ablösen des Harzes mit Bestimmtheit vermieden werden kann, was wünschenswert ist.
Das für das leicht zu öffnende Dosenende gemäss der vorliegenden Erfindung zu verwendende Stahlblech ist in seiner Spezifikation nicht sonderlich beschränkt, aber beim Bilden des Nietenmechanismus zum Befestigen der Lasche ist es wünschenswerter, dass der Kaltverfestigungskoeffizient (n) des Stahlblechs 0,15 oder mehr unter einheitlicher Dehnung in einem Bereich von 40 bis 90 % beträgt. Zur Sicherstellung der Korrosionsbeständigkeit ebenso wie der Anhaftung der Harzschichten können verschiedene Beschichtungs- oder chemische Behandlungen auf der Frontseite oder der Rückseite oder auf beiden Seiten des Stahlblechs durchgeführt werden.
Zur Vermeidung einer Harzschichtbeschädigung ist es wünschenswert, den Flächendruck beim Bearbeiten der Einkerbung klein zu halten, und zu diesem Zweck ist es wünschenswert, den Ausdruck TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n ≤ 70zu erfüllen.
BEISPIEL 1
Ein Dosenendelement wurde hergestellt durch Verwendung eines zinnfreien Stahlblechs mit einer Dicke (t₀) von 0,25 mm und einer Zugfestigkeit (TS) von 4,3 × 10⁸ Pa (44 kg/mm²), auf dem eine Chrommetallschicht von 120 mg/m² durch Chromatbehandlung und anschliessend mit Chromoxidhydrat von 15 mg/m² gebildet wurde, das zu Chrommetall reduziert wurde, und dann auf Vorder- und Rückseite mit einem Harzfilm aus Polyethylenterephthalat, gerichtetem Polypropylen (OPP), gerichtetem Nylon (ON), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und Polyvinylalkohol (PVA) laminiert wurde, die in Tabelle A und Tabelle B gezeigt werden. Gemäss den Bearbeitungsbedingungen, die in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt sind, wird ein leicht zu öffnendes Dosenende mit einer Lasche vom dort verbleibenden Typ durch Pressbearbeitung gefertigt und an einem Dosenkörper befestigt, die sich auf Proben Nrn. 1 bis 44 beziehen. Die Proben Nrn. 1 bis 20 beziehen sich auf den Dosenkörper mit den leicht zu öffnenden Dosenenden gemäss der vorliegenden Erfindung, in denen die Eigenschaften der Harzschichten (Typen, Dehnung nach Bruch: Elr, Zugfestigkeit: TSr, Young'scher Modul: Er, Dicke: tr), der Radius (R) des Bodenquerschnitts der Einkerbung und die Dicke im dünnsten Abschnitt (t) innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Die Proben Nrn. 21 bis 43 beziehen sich auf die Dosenkörper mit den leicht zu öffnenden Dosenenden, in denen wenigstens eine Bedingung der Eigenschaften der Harzschichten, des Radius (R) des Bodenquerschnitts der Einkerbung und der Dicke des dünnsten Abschnitts (t) ausserhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt. In beiden Fällen ist Pressbearbeitung unter Verwendung von Schmiermittel oder ohne Verwendung von Schmiermittel durchgeführt worden. Anhand der hergestellten Proben Nrn. 1 bis 43 wurden durch Anwendung der folgenden Verfahren Untersuchungen zur Dosenöffnungseigenschaft, Vorliegen von Harzschichtbeschädigung, Harzschichtablösung und Aufprallbruch angestellt.
Dosenöffnungseigenschaft:
Dies wurde durch den Pop-Wert [N(kg)] bewertet, der eine Anfangskraft ist, durch die ein Öffnungsabschnitt der Einkerbung sich zu öffnen beginnt, wenn eine Lasche des Dosenendes durch eine bestimmte Kraft hochgezogen wird. Wenn der Pop-Wert nicht über 21,6 N (2,4 kg) liegt, kann gesagt werden, dass das Dosenende eine hervorragende Dosenöffnungseigenschaft aufweist, die gleich dem auf dem Markt befindlichen, leicht zu öffnenden Dosenende aus Aluminiumlegierung ist.
Harzschichtbeschädigung:
Durch Durchführung eines Korrosionsbeständigkeitstests für den Dosenkörper wurde eine Bewertung vorgenommen, ob Flecken auf der Einkerbung auf der Frontseite und der Rückseite des Dosenendes und in ihrer Nähe auftreten (x) oder nicht (O). O zeigt insgesamt kein Auftreten von Flecken auf der Vorderseite und der Rückseite und x zeigt den anderen Fall.
Harzschichtablösung:
Die Bewertung wurde durch Beobachtung des Querschnitts vorgenommen, ob Harzschichtablösung auftritt (x) oder nicht (O).
Aufprallbruch:
Die Bewertung wurde vorgenommen, ob Aufprallbruch auftritt (x) oder nicht (O), wenn die Aufprallkraft in der durch einen Pfeil in 7B gezeigten Richtung auf das Dosenende (1) einwirkt, nachdem ein Dosenkörper (6) aus einer Höhe von 1 m auf einen Betonboden fallen gelassen wurde, wobei das Dosenende (1) nach unten wies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt.
In den Proben Nrn. 1 bis 20 mit den leicht zu öffnenden Dosenenden gemäss der vorliegenden Erfindung weist jede Dose einen niedrigen Pop-Wert auf, der 21,6 N (2,4 kg) nicht übersteigt, was eine hervorragende Dosenöffnungseigenschaft zur Verfügung stellt, und eine Harzschichtbeschädigung, Harzschichtablösung und Aufprallbruch traten nicht auf. Ferner kann eine gute Öffnungsform erreicht werden.
In den Proben Nrn. 21 bis 29, die mit den Eigenschaften der Harzschichten ausserhalb des Umfangs liegen, und in den Proben Nrn. 30 bis 34, in denen R kleiner ist als der Umfang der vorliegenden Erfindung, treten in jedem Fall Harzschichtbeschädigung und Harzschichtablösung auf. In den Proben Nrn. 30 und 33, in denen t kleiner ist als der Umfang der vorliegenden Erfindung, tritt Aufprallbruch auf. In der Probe Nr. 35, in der R kleiner ist als der Umfang der vorliegenden Erfindung und t grösser ist als gemäss der vorliegenden Erfindung, ist der Pop-Wert 27,4 N (2,8 kg), was zu einer minderen Dosenöffnungseigenschaft führt.
In den Proben Nrn. 36 bis 39 und 41, in denen t kleiner ist als der Umfang der vorliegenden Erfindung, treten in jedem Fall Harzschichtbeschädigung, Harzschichtablösung und Aufprallbruch auf. In den Proben Nrn. 40 und 42, in denen t grösser ist las der Umfang der vorliegenden Erfindung, ist der Pop-Wert 27,4 N (2,8 kg) oder höher und die Dosenöffnungseigenschaft ist minderwertig.
In den Proben Nrn. 41 und 43, in denen t kleiner ist als der Umfang der vorliegenden Erfindung, tritt Aufprallbruch auf. In den Proben Nrn. 21 bis 23, in denen R grösser ist als der Umfang der vorliegenden Erfindung, kann hingegen eine gute Öffnungsform nicht erreicht werden.
BEISPIEL 2
Ein Dosenendelement wurde durch Verwendung eines zinnfreien Stahlblechs mit einer Dicke (t₀) von 0,25 mm und einer Zugfestigkeit (TS) von 4,3 × 108 Pa (44 kg/mm²) hergestellt, auf dem eine Chrommetallschicht von 120 mg/m² gebildet wurde, und anschliessend zu Chrommetall reduziertes Chromoxidhydrat von 15 mg/m² gebildet wurde und dann auf Vorder- und Rückseite mit PET (Elr: 200 %, TSr: 2,25 × 10⁸ Pa [23 kg/mm²), Er: 2,94 × 10⁹ Pa (300 kg/mm²), tr: 25 μm] laminiert. Unter Verwendung eines Presswerkzeugpaares mit einer gewölbten Oberfläche auf einer Seite und einer flachen Form auf der anderen Seite wurde ein leicht zu öffnendes Dosenende mit einer Lasche vom daran verbleibenden Typ durch Pressbearbeitung hergestellt, indem der Spitzenradius (R) auf der einen Seite der Presswerkzeuge (der Radius des Bodenquerschnitts der Einkerbung) und die dünnste Dicke (t) der Einkerbung verändert wurden, wodurch untersucht wurde, ob eine Harzschichtbeschädigung auftritt oder nicht.
8 zeigt das Auftreten von Harzschichtbeschädigung und deren Relation zu R und t.
Wenn der Radius (R) des Bodenquerschnitts der Einkerbung im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm und die Dicke des dünnsten Abschnitts (t) im Bereich von 0,025 bis 0,080 mm liegt, zeigt sich, dass Harzschichtbeschädigung nicht auftritt.
BEISPIEL 3
Ein Dosenendelement wurde unter Verwendung von zinnfreiem Stahlblech mit einer Dicke (t₀) von 0,20 bis 30 mm und einer Zugfestigkeit (TS) von 2,84 × 10⁸ bis 5,49 × 10⁸ Pa (29 bis 56 kg/mm²) hergestellt, das mit einer Chrommetallschicht von 100 bis 120 mg/m² durch Chromatbehandlung und anschliessend mit zu Chrommetall reduziertem Chromoxidhydrat von 14 bis 18 mg/m² gebildet wurde, und dann auf die Vorder- und Rückseite mit einem Harzfilm aus PET, OPP und ON, wie in Tabelle 3 gezeigt, laminiert wurde. Unter Verwendung eines Presswerkzeugpaares, deren beide Seiten gewölbte Oberflächen mit einem Spitzenradius (R) von 0,10 bis 1,0 mm aufwiesen, oder einem Werkzeugpaar, deren eine Seite eine Oberfläche vom gewölbten Typ mit einem Spitzenradius (R) von 0,10 bis 1,0 mm und deren andere Seite eine Oberfläche vom flachen Typ aufwies, wurde ein leicht zu öffnendes Dosenende vom Typ einer darauf verbleibenden Lasche durch Pressbearbeitung hergestellt. Solche Dosenenden wurden an Dosenkörpern befestigt, um die Proben Nrn. 1 bis 17 herzustellen. Pressbearbeitung wurde sowohl unter Verwendung eines Schmiermittels als auch ohne Verwendung eines Schmiermittels durchgeführt. Die hergestellten Proben Nrn. 1 bis 17 wurden gemäss den oben beschriebenen Verfahren im Hinblick auf Dosenöffnungseigenschaft und Auftreten von Harzschichtbeschädigung, Harzschichtablösung und Aufprallbruch untersucht.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
Die Proben Nrn. 1 bis 17 weisen ein leicht zu öffnendes Dosenende auf, deren Eigenschaften der Harzschichten, des Radius (R) des Bodenquerschnitts der Einkerbung und der Dicke des dünnsten Abschnitts (t) innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, so dass sie hervorragende Dosenöffnungseigenschaft aufweisen und keine Harzschichtbeschädigung und Harzschichtablösung auftritt. Insbesondere werden in den Proben Nrn. 1 bis 13 mit einem P-Wert, wie in der obigen Gleichung (1) ausgedrückt, der 49,0 N (5,0 kg) nicht übersteigt, einem Pop-Wert, der nicht mehr als 11,8 N (1,2 kg) beträgt, und hervorragende Dosenöffnungseigenschaft bereitgestellt. In den Proben Nrn. 1 bis 5, die unter Verwendung von Stahlblech mit einer 3,92 × 10⁸ Pa (40 kg/mm²) nicht übersteigenden Zugfestigkeit hergestellt wurden, trat Aufprallbruch auf, da der P-Wert weniger als 24,5 N (2,5 kg) beträgt.

Claims

Leicht zu öffnendes Dosenende (1) umfassend ein Dosenendelement (11), das aus Stahlblech hergestellt ist und dessen beide Seiten mit Harzschichten beschichtet sind, wobei jede Harzschicht aus einer Schicht oder zwei oder mehr Schichten aus Polyesterharz besteht und eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 μm aufweist, mit einer Einkerbung (2), die in wenigstens einer von Frontseite oder Rückseite des Dosenendelements gebildet ist und in der Lage ist, aufzubrechen, um das Dosenende zu öffnen und einen Bodenquerschnitt in Form eines Bogens mit einem Radius im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm aufweist, wobei der dünnste Abschnitt der Einkerbung eine Dicke t in einem Bereich von 0,025 bis 0,080 mm aufweist; wobei die Harzschichten eine Dehnung nach Bruch von 100 % oder mehr, eine Zugfestigkeit von 9,8 × 10⁷ Pa (10 kg/mm²) oder mehr und einen Young'schen Modul von 9,8 × 10⁸ Pa (100 kg/mm²) oder mehr aufweisen, und wobei die Spannungsbruchkraft P beim Brechen des dünnsten Abschnitts der Einkerbung hauptsächlich durch Spannungsdeformation, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, im Bereich von 24,5 bis 49,0 N (2,5 bis 5,0 kg) liegt; P = t × TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n (1)mit t₀: Dicke (mm) des Stahlblechs; n: Kaltverfestigungskoeffizient einheitlicher Dehnung in einem Bereich von 40 bis 90 %; und TS: Zugfestigkeit (kg/mm²) des Stahlblechs (mit 1 kg/mm² = 9,8 × 10⁶ Pa).
Verfahren zur Herstellung eines leicht zu öffnenden Dosenendes (1) umfassend die Schritte: (i) Bearbeiten von Stahlblech zum Bilden eines Dosenendelements (11), wobei das Stahlblech auf beiden Seiten mit Harzschichten beschichtet ist, die aus einer Schicht oder zwei oder mehr Schichten aus Polyesterharz bestehen und eine Dicke in einem Bereich von 10 bis 100 μm aufweisen; und (ii) Bilden einer Einkerbung (2) auf dem Dosenendelement durch Preßbearbeiten unter Verwendung eines Preßwerkzeugpaares, von denen wenigstens eines eine gewölbte Oberfläche mit einem Radius im Bereich von 0,10 bis 1,0 mm aufweist, wobei der dünnste Abschnitt der Einkerbung eine Dicke in einem Bereich von 0,025 bis 0,080 mm aufweist; wobei die Harzschichten eine Dehnung nach Bruch von 100 % oder mehr, eine Zugfestigkeit von 9,8 × 10⁷ Pa (10 kg/mm² ) oder mehr und einen Young'schen Modul von 9,8 × 10⁸ Pa (100 kg/mm²) oder mehr aufweisen, und wobei die Spannungsbruchkraft P beim Brechen des dünnsten Abschnitts der Einkerbung hauptsächlich durch Spannungsdeformation, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, im Bereich von 24,5 bis 49,0 N (2,5 bis 5,0 kg) liegt; P = t × TS × {exp(n)/nn} × {2 × 3–1/2 × |In[1 + (t – t0)/t0]|}n (1)mit t₀: Dicke (mm) des Stahlblechs; n: Kaltverfestigungskoeffizient einheitlicher Dehnung in einem Bereich von 40 bis 90 %; und TS: Zugfestigkeit (kg/mm²) des Stahlblechs (mit 1 kg/mm² = 9,8 × 10⁶ Pa).
Verfahren zur Herstellung eines leicht zu öffnenden Dosenendes (1) gemäß Anspruch 2, wobei ein flüssiges oder festes Schmiermittel zum Preßbearbeiten der Einkerbung verwendet wird.