JP4908544B2

JP4908544B2 - ボトル缶体の製造方法

Info

Publication number: JP4908544B2
Application number: JP2009094880A
Authority: JP
Inventors: 達也花房; 隆一伊藤; 正宏細井
Original assignee: Universal Can Corp
Current assignee: Altemira Can Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2009196713A

Description

この発明は、口金部にキャップが被着されるボトル缶体の製造方法に関する。

金属製の缶体を絞り加工して得られる、いわゆるボトル缶体１は、有底筒状に形成されたボトル缶体１の開口部に、図６（ａ）に示すように口金部２とその外周に形成されたねじ部３とを有する。このねじ部３には、ボトル缶体１内への飲料水等からなる製品が充填された後、キャップ５の外周がねじ部３に倣って押圧成形されることにより、キャップ５が図６（ｂ）のように被着される。キャップ５は、ボトル缶体１のねじ部３に倣ってキャップねじ部７が形成されるキャップ本体上部６と、このキャップ本体上部６の下端に、膨出部４の下面側に巻き込むように形成されるキャップ本体下部９とからなっている。

また、被着される前のキャップ５は、図６（ｃ）に示すようなキャップ材５’のような形状とされており、上部が天板によって塞がれると共に、その下部が下方に向かい真直に開口された筒状をなしている。ブリッジ部８は、円周方向に形成された複数の切り込みであるスコア８ａと、ブリッジ８ｂとが交互に配設されており、ブリッジ部８を介してキャップ本体下部９が連設されている。

キャップ５をボトル缶体１から取り外すときには、キャップ５とボトル缶体１とに相対回転方向の回転力を加える。この回転力は、ねじ部３によりキャップ５が上向きに移動するように働く。しかし、キャップ本体下部９はボトル缶体１の膨出部４に係止されているので、ブリッジ８ｂが破断しキャップ本体上部６とキャップ本体下部９が分離する。そして、キャップ本体下部９は口金部２に残され、キャップ本体上部６はボトル缶体１から離脱される。つまり、利用者がブリッジ部８を破断するようキャップ５を回すことでボトル缶体１から開栓できるようになっている。

従来、このようなねじ部３を有するボトル缶体１は、図７（ａ）に示す有底円筒状のボトル缶体１の開口部を、同図（ｂ）に示すように、一旦縮径して口金部２を形成した後、同図（ｃ）に示すように、その口金部２の開口端から所定距離分だけ再び拡径して拡径部２′を形成し、さらに同図（ｄ）に示すように、開口端から一定の距離にねじ部３を形成することでねじ部３の形成されていない拡径部分を膨出部４として残すことにより、膨出部４を形成している。

図６に示されている、ボトル缶体１に被着されているキャップ５の外径Ａは、一般に、２８ｍｍ，３３ｍｍ，３８ｍｍの三つの規格が存在している。ボトル缶体１の口金部２の外径Ｂは、キャップ５の外径Ａよりも小さく形成される。ねじ部３は、３８ｍｍの外径からなるキャップ５が被着される場合、ねじとして有効に機能する部分の巻数である有効ねじ巻数が１．５〜１．７巻程度に形成されている。

ここで、有効ねじ巻数とは、図８に示された有効ねじ部Ｘの巻数のことである。図８は、ねじ部３の上面図を簡略的に示した説明図で、Ｙ，Ｚが不完全ねじ部、Ｗが完全ねじ部で、Ｃが中心点である。ねじ部３は、山部３ａと谷部３ｂとから形成されており、口金部２の上端側に始まり側の不完全ねじ部Ｙが形成され、口金部２の基端側に終わり側の不完全ねじ部Ｚが形成されている。不完全ねじ部Ｙと不完全ねじ部Ｚとの間の完全ねじ部Ｗは、山部３ａと谷部３ｂがそれぞれ規定の外径で形成されている。不完全ねじ部Ｙは、その端点Ｙ１から完全ねじ部Ｗの始点Ｗ１まで徐々にねじ山が拡径されており、不完全ねじ部Ｚは、完全ねじ部Ｗの終点Ｗ２からその端点Ｚ２まで徐々にねじ谷が拡径される。

有効ねじ部Ｘは、不完全ねじ部Ｙの中間の有効ねじ始点Ｘ１から、完全ねじ部Ｗすべてを含み、不完全ねじ部Ｚの中間の有効ねじ終点Ｘ２までのねじ部である。有効ねじ始点Ｘ１は、図８に示すねじ部３の上面視における、端点Ｙ１と中心点Ｃと始点Ｗ１で作られる不完全ねじ部Ｙの狭角∠αの２等分線Ｌ１と不完全ねじ部Ｙとの交点であり、有効ねじ終点Ｘ２は、終点Ｗ２と中心点Ｃと端点Ｚ２で作られる不完全ねじ部Ｚの狭角∠βの２等分線Ｌ２と不完全ねじ部Ｚの交点である。

特開２０００−１９１００６号公報

ところが、従来のボトル缶体１において、ボトル缶体１の口金部２に設けられているねじ部３の有効ねじ巻数が１．５〜１．７巻程度であると、口金部２の基端部から先端部に向かってねじが２本ある部分と、ねじが１本しかない部分とが生じ、その本数の差に伴う問題があった。即ち、上記巻数であると、ボトル缶体１にキャップ５を被着し、ボトル内を陽圧とした場合、キャップ５を押し上げる圧力が加わり、ねじが１本しかない部分ではキャップ５を締結する力が弱く、キャップ５が上方にずれてしまう。つまり、キャップ５がボトル缶体１に対して偏ってしまうので、ねじが１本の部分でブリッジ８ｂが引っ張られて破断されてしまう。いわゆる、ブリッジ切れが起こるという不具合があった。また、ネジの巻数が多い箇所では少ない箇所より、キャップ装着時にねじ部３の圧縮される量が大きくなり、このため周方向におけるシール性に不均一が生じて気密性が低下するおそれがあった。

この対策として、有効ねじ巻数を増やす事が考えられる。ところが、ボトル缶体１にキャップ５を被着する工程において、キャップ径が２８ｍｍ程度の小さい径では、９００Ｎ程度の荷重でキャップをボトルに押し付けながら巻き締めされるにすぎないが、キャップ径が３３ｍｍ以上の大きな径になると、缶内の圧力がキャップ天面を押し上げる力が強く、成形領域も大きくなるので、プレッシャーブロックで１０５０〜１２００Ｎの力でキャップをボトル缶天面に押し付けながら巻き締めが行われる。

例えば、有効ねじ巻き数を２．５〜３巻とした場合には、ねじ本数が２本の部分と３本の部分が形成されので、上述したようなキャップねじ部７の成形工程において、ねじ本数が３本の部分が２本の部分よりもより軸線方向に変形しやすくなる。すると、巻き締め中においては、ねじ形成ローラのキャップ押圧位置と完全ねじ部Ｗの始点Ｗ１との相対位置が軸線方向にずれるので、ねじ形成の不十分な箇所が生じる。また、ねじ形成時には、キャップ５の側面下端側に軸線方向上方に引き上げられる力が発生するので、ねじ本数が多いほどブリッジは切れやすくなる。したがって、ねじ３本部分が多すぎるほどブリッジ切れが発生しやすくなる。そして、巻き締め終了後においては、プレッシャーブロックが解放されると、ねじ３本部分がばねとなり、キャップを押し上げようとするので、ねじ３本側のブリッジが、２本側のブリッジより切れやすくなる。また、巻数を３巻以上とした場合、キャップの開栓トルクが上がり、かつ、開栓回転数が増えてしまい、その分だけ利用者の開栓作業に手間がかかってしまうので好ましくない。

また、ボトルの内圧によってキャップ５にブリッジ切れが発生しなかった場合であっても、キャップ５のキャップねじ部７と天面との間隔が長いと、この間が伸長してしまい、キャップ５の密着性が低下するという問題があった。また、キャップ５のキャップねじ部７と天面との間隔が狭いと、キャップ５の被着工程においてキャップ５を押し付ける荷重に耐えられず、この間に対応する口金部２において座屈が生じてしまうという問題があった。

この発明は、口金部にキャップが被着されるボトル缶体の製造方法を提供する。

この発明は、有底筒状に形成された金属製の缶体の開口部を縮径してなる口金部の上部外周にねじ部が設けられるとともに、前記ねじ部よりも下方にキャップ本体下部を巻き締めるための膨出部が形成され、前記口金部の先端部に外側に折り曲げられて形成されたカール部が設けられたボトル缶体の製造方法であって、前記開口部を縮径して口金部を形成した後、その口金部の開口端から所定距離分だけ再び拡径して拡径部を形成し、前記ねじ部は、前記拡径部が形成された後、ねじを形成する部分を縮径し、その縮径された部分にねじ切り加工することによって形成され、前記膨出部は、前記ねじ部を形成する際に縮径されずに残った拡径部分によって形成されることを特徴とする。

本発明によれば、キャップが良好に被着されるボトル缶体を製造することができる。

この発明の一実施の形態に係るボトル缶体を示す全体図である。ボトル缶体とこれに被着されるキャップとの関係を示す説明図である。ボトル缶体にキャップを被着する説明用断面図である。ボトル缶体にキャップが被着されボトルを示す要部拡大図である。ボトル缶体の口金部の拡大部分断面図である。従来のボトル缶体とキャップとを示す説明図である。ボトル缶体の口金部にねじ部を形成する説明図である。有効ねじ部の説明図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図５はこの発明の一実施の形態に係るボトル缶体および、ボトル缶体にキャップが被着されたボトルを示す図であって、図１はボトル缶体を示す全体図、図２はボトル缶体とキャップとの関係を示す説明図、図３はボトル缶体にキャップが被着される工程の説明用断面図、図４はボトル缶体にキャップが被着されたボトルを示す要部拡大図、図５はボトル缶体の口金部の拡大部分断面図である。

この実施形態のボトル缶体１１は、炭酸飲料，果汁飲料などを入れるためのものであって、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなっており、図１のようにボトル缶体１１の上部に口金部１２が形成されている。

口金部１２の上部外周には、ねじ部１３が設けられ、そのねじ部１３より下方には膨出部１４が形成されると共に、その下に頸部１５が形成されている。ねじ部１３は、ボトル缶体１１に設けられた口金部１２が拡径されて拡径部が形成された後、ねじを形成する部分を縮径し、その縮径された部分にねじ形成機（図示せず）がねじ切り加工することによって形成され、膨出部１４は、縮径されず、さらにねじ部１３がねじ切り加工されたとき、ねじ切りされていない残りの拡径部分によって形成されている（図６（ｄ）参照）。

そして、この口金部１２に、図２のように有底円筒状に形成されたキャップ材２１が被せられたとき、そのキャップ材２１が図３に示すキャッピング装置３０によって巻締められることにより口金部１２に図４のようにキャップ２０が被着され、これによってキャップ２０が口金部１２の開口端を封止する。

キャップ材２１は、被着される前の段階では、図２に示すようにその上部が天板２２によって塞がれると共に、その下部が下方に向かい真直に開口された筒状をなしており、天板２２の内側にはライナー２３（図３，図４参照）が装着されている。キャップ材２１の下端にはブリッジ部２４を介しキャップ本体下部２５が設けられている。ブリッジ部２４は、複数のスコア２４ａと、ブリッジ２４ｂとがキャップ材２１の周方向に交互に配設されている。

この実施形態では、ボトル缶体１１の口金部１２に設けられるねじ部１３の有効ねじ巻数が２．２巻で形成されている。即ち、ねじ部１３は、口金部１２に拡径部が形成されると、ねじ形成機のねじ切りローラが、拡径されて次いで縮径された部分の周囲に沿って転動し、この拡径されて次いで縮径された部分を押圧してねじ山とねじ谷とを画成することによって形成されるが、その際、口金部１２において、図２及び図４のように、ねじ部１３として有効に機能する開始位置１３ａと終了位置１３ｂとの間の有効ねじ巻数が２．２巻となるように形成されている。

このねじ部１３の有効ねじ部は、従来例の図６で示された有効ねじ部と同様に定義され、開始位置１３ａ（図８では、有効ねじ始点Ｘ１）から終了位置１３ｂ（図８では、有効ねじ終点Ｘ２）までのねじ部とされている。また、口金部１２の外径は、従来例の図６で示された外径Ｂと同様に定義される。このようなねじ部１３を有するボトル缶体１１は、口金部１２に形成されたねじ部１３の最大外径が２８〜３８ｍｍで、かつ口金部１２の厚さが０．２５〜０．４ｍｍの大きさであり、これに１インチ当たり８山のネジピッチで有効ねじ巻数が２．２巻のねじ部１３が形成される。

従って、この口金部１２にキャップ材２１が図２のように被せられ、かつ図３のようなキャッピング装置３０によってキャップ材２１の外周にキャップねじ部２６が形成されてキャップ２０が被着されると、キャップ２０にも有効ねじ巻数が２．２巻からなるねじ部が形成されるようになっている。

また、図５に示すように、口金部１２の先端部には先端が外側に折り曲げられて形成されているカール部２７と、カール部２７から下方に向かって拡径するように形成されている傾斜部２８とが設けられている。ねじ始点Ｗ１（図８参照）は、ねじ部１３の略最大外径となる点とされ、ねじ始点Ｗ１を通過する外径をねじ山外径Ｄ１とし、カール部２７の最大外径部を通過する外径をカール部外径Ｄ２とする。また、ボトル缶体１１の上端面２９からねじ始点Ｗ１までの高さをねじ始点高さｈ、上端面２９からカール部２７の外側の最下端点Ｔ１までの高さをカール部高さＴとする。

傾斜部２８の傾斜角θは、ねじ始点Ｗ１から口金部の上方に向かう傾斜と中心軸Ｏとが形成する角度で、カール部２７の外側の最下端点Ｔ１からねじ始点Ｗ１までの傾斜部２８の平均角度が用いられる。
傾斜角θの測定は、株式会社ミツトヨ製のコントレーサーＣＤＨ−４００を用いて、前記ねじ始点Ｗ１から最下端点Ｔ１の指定区間線測定により行われた。すなわち、コントレーサーにより中心軸Ｏ方向において傾斜部２８の輪郭形状を測定し、この輪郭形状より最小２乗法を用いて直線を求め、この直線と中心軸Ｏとの角度を傾斜角θとする測定を行ったのである。
また、上述した傾斜角θとねじ始点高さｈとの間には数１に示す関係がある。

数１より、ねじ山外径Ｄ１、カール部外径Ｄ２、およびカール部高さＴを固定した時、傾斜角θを決めるとねじ始点高さｈが決められ、傾斜角θを大きくするとねじ始点高さｈが小さくなるということがわかる。これより、傾斜角θの下限値がねじ始点高さｈの上限値となり、ねじ始点高さｈの下限値が傾斜角θの上限値となることが分かる。

キャッピング装置３０は、主に図３に示すように、ボトル缶体１１に被せたキャップ材２１の天板２２を下方に押圧するプレッシャーブロック３５と、キャップ材２１を外周から口金部１２に押し付けると共に、口金部１２のねじ部１３に沿いキャップ材２１の外周を巻き締めることにより、キャップねじ部２６を形成するＲＯローラ３２と、キャップ材２１のキャップ本体下部２５を外周から膨出部１４の下部に巻き付けてピルファープルーフ部を形成するＰＰローラ３３とを備えている。

なお、プレッシャーブロック３５は、キャップ材２１の天板２２を押圧する押圧体３１を備え、付勢ばね３４を介してプレッシャーシャフト３７に連結され、キャップ２０を被着する際、口金部１２に被せたキャップ材２１の天板２２を押圧させる押し付け荷重が、口金部１２の口径の大きさに応じて変えられるようにしている。ＲＯローラ３２及びＰＰローラ３３は、支持アーム３６によりボトル缶体１１及びキャップ材２１の周囲に回転可能に構成されている。

この実施形態のボトル缶体１１は、上記のように口金部１２に設けられたねじ部１３の有効ねじ巻数が２．２巻で形成されており、これに、キャップ２０を被着するため、図２のように有底円筒状のキャップ材２１を被せた後、キャッピング装置３０を駆動し、キャッピング装置３０のプレッシャーブロック３５が図３のようにキャップ材２１をボトル缶体１１の底部方向に押し付けながら、かつＲＯローラ３２がボトル缶体１１のねじ部１３に倣うよう口金部１２の周囲に沿って回転すると、図４に示すように、キャップ材２１の外周に口金部１２のねじ部１３に対応するキャップねじ部２６が形成され、またＰＰローラ３３によってキャップ材２１のキャップ本体下部２５が膨出部１４に巻き締められ、これによってボトル缶体１１にキャップ２０が被着されることとなる。

上述したようなボトル缶体１１およびキャップ２０を用いて、耐荷重試験および漏れ試験を行った。実験は、ねじ山外径Ｄ１がφ３８，φ３３，φ２８の３通りのボトル缶体１１およびキャップ２０において、傾斜角θおよびねじ始点高さｈを変えて行われた。実験には、０．２４〜０．４ｍｍの板厚で、ねじ部１３に１インチ当り８山のピッチのねじを有効ねじ巻が数２．２巻で形成されたボトル缶体１１が用いられ、１８０〜２３０Ｎ／ｍｍ^２の引張強度を有し、板厚０．２５ｍｍで、ポリエチレンまたはポリプロピレンのライナー２３が貼着されたキャップ２０が用いられた。

耐荷重試験はボトル缶体１１の軸方向に荷重を増加させていき、１６００Ｎ未満で座屈したボトル缶体１１を不合格(×)、１６００Ｎ以上で座屈したボトル缶体１１を合格(○)と評価した。漏れ試験は、常温状態において内圧が０．１ＭＰａで充填されたボトル１０の重量を測定し、ボトル１０を３７℃の状態で１日経過させた後、常温状態で再度重量を測定して、その重量差が０．２ｍｇ以下のボトル１０を合格(○)、重量差が０．２ｍｇ以上のボトル１０を不合格(×)と評価した。実験結果を表１に示す。

表１において、ねじ始点高さｈが短くなる、つまり傾斜角θが大きくなると座屈が生じ、また、ねじ始点高さｈが長くなる、つまり傾斜角θが小さくなると漏れが生じていることが分かる。これより、総合評価として座屈も漏れも生じないねじ始点高さｈおよび傾斜角θの範囲を○と評価し、それ以外を×と評価した。総合評価が○と評価される範囲は、ねじ山外径Ｄ１がφ３８のボトル１０において、３．６ｍｍ≦ｈ≦５．６ｍｍ、３３．０°≦θ≦５５．０°、ねじ山外径Ｄ１がφ３３のボトル１０において、３．２４ｍｍ≦ｈ≦４．７４ｍｍ、３２．５°≦θ≦５４．６°、ねじ山外径Ｄ１がφ２８のボトル１０において、３．４ｍｍ≦ｈ≦５．１ｍｍ、３３．０°≦θ≦５５．０°である。

上述したように本実施の形態のボトル１１は、口金部１２に設けられたねじ部１３の有効ねじ巻数が２．２巻で形成されているので、キャップ２０の被着工程においてプレッシャーブロック３５の圧力によって、ねじ部１３の撓みは偏ることがない。これにより、キャップ２０に対する各ＲＯローラ３２の押し付け高さ位置にばらつきが生じなくなり、ねじ巻き不良を起こすことがない。また、ねじ本数が３本の部分が少ないので、キャップ２０の被着時にブリッジ切れが発生しにくい。

一方、ボトル缶体１１にキャップ２０が被着されると、ボトル１０内を陽圧とした場合、キャップ２０にボトル缶体１１の口金部１２の内方から押し上げる力が作用するが、前述したように、口金部１２のねじ部１３とキャップねじ部２６との有効ねじ巻数が２．２巻であって、ねじ部１３とキャップねじ部２６とが一様な力で締結されており、キャップ２０がボトル缶体１１に対し偏ることがなく、キャップ２０のブリッジ部２４が切れるおそれがない。また、開栓トルクが必要以上に上昇することもない。

その結果、この実施形態によれば、ボトル缶体１１にキャップ２０を良好に被着することができ、被着後でもキャップ２０の良好な状態を確実に維持することができ、従って、ボトル缶体１１のねじ部１３の巻数によって発生する従来の問題点を解消することができるので、ボトル１０としての信頼性を高めることができる。

また、ボトル缶体１１は、ねじ始点高さｈが３．２４ｍｍ≦ｈ≦５．６ｍｍの範囲で形成されているので、規定の内圧以下においてカール部２７とライナー２３との間で良好な密着性が得られる。つまり、内圧によってキャップ２０のキャップねじ部２６と天板２２との間が伸長するが、この伸長量はねじ始点高さｈによって決められ、ねじ始点高さｈを上記範囲にすることで漏れが発生することのない伸長量とすることができるのである。これにより、規定内圧において良好な密封性を有するボトル缶体１１を形成することができる。

また、傾斜角θが３３°≦θ≦５５°の範囲で形成されているので、キャップ２０の被着工程において、キャップ２０を押し付ける荷重に耐えられる耐荷重性を得ることができる。また、有効ねじ巻数が２．０から２．５巻になるように口金部１２が形成されているので、ボトル１０の内圧によってずれが生じることなく、キャップ２０が確実に被着されるボトル缶体１１を形成することができると共に開栓トルクの上昇を抑えることができる。

なお、図示実施形態では、ボトル缶体１１の口金部１２に形成されるねじ部１３及びキャップ２０に形成されるキャップねじ部２６の有効ねじ巻数が２．２巻で形成された例を示したが、少なくとも２．０巻以上で、かつ２．５巻以下の有効ねじ巻数であればよい。さらに、２．０〜２．３巻で形成されていれば、不完全ねじ部が軸方向に重ならず、ねじ成形が安定して行え、ねじ３本部分が少なくなるので、より好ましい。

従って、この発明においては、ボトル缶体１１の口金部１２に形成されたねじ部１３の最大外径が２８〜３８ｍｍで、かつその厚さが０．２５〜０．４ｍｍで、かつ有効ねじの巻数が２．０〜２．５巻で、好ましくは２．２〜２．３巻で形成されていれば、上述した作用効果を発揮することができる。

１０ボトル
１１ボトル缶体
１２口金部
１３ねじ部
１３ａねじ部の有効な開始位置
１３ｂねじ部の有効な終了位置
１４膨出部
２０キャップ
２１キャップ材
２２天板
２３ライナー
２４ブリッジ部
２５キャップ本体下部
２６キャップねじ部
３０キャッピング装置
３５プレッシャーブロック
３２ＲＯローラ
３３ＰＰローラ

Claims

有底筒状に形成された金属製の缶体の開口部を縮径してなる口金部の上部外周にねじ部が設けられるとともに、前記ねじ部よりも下方にキャップ本体下部を巻き締めるための膨出部が形成され、前記口金部の先端部に外側に折り曲げられて形成されたカール部が設けられたボトル缶体の製造方法であって、
前記開口部を縮径して口金部を形成した後、その口金部の開口端から所定距離分だけ再び拡径して拡径部を形成し、
前記ねじ部は、前記拡径部が形成された後、ねじを形成する部分を縮径し、その縮径された部分にねじ切り加工することによって形成され、
前記膨出部は、前記ねじ部を形成する際に縮径されずに残った拡径部分によって形成されることを特徴とするボトル缶体の製造方法。