JP6807702B2

JP6807702B2 - ボトル缶の製造方法

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Publication number: JP6807702B2
Application number: JP2016205968A
Authority: JP
Inventors: 孝太朗島田; 一実末
Original assignee: Universal Can Corp
Current assignee: Universal Can Corp
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: JP2018065183A

Description

本発明は、ボトル缶の製造方法に関するものである。

このようなボトル缶の製造方法として、例えば特許文献１には、アルミニウム合金等の金属材料から絞り加工、絞りしごき加工またはインパクト成形によって造られ、かつ缶本体がキャップ取付部としてのねじ部を有する口部、テーパー状の肩部、胴部および底部から構成され、キャップを螺合して高い密封性を保持できるねじ付金属缶において、口部のねじ部下端から、半径方向に拡大するテーパー状の肩部上端周囲に、内側に滑らかに湾曲する凹部を形成するとともに、この凹部の下方の連続して外側に滑らかに湾曲する凸部を形成することが記載されている。さらに、この特許文献１では、凹部から連続する滑らかな凸部の湾曲の程度として、垂直方向すなわち缶軸に対して３５°〜６０°の傾斜角、具体的には４５°の傾斜角とするのが好ましいと記載されている。

また、例えば特許文献２には、有底筒状に形成されたアルミニウム合金等の金属製の缶体（有底円筒体）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、この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たボトル缶の製造方法であって、上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、上記ねじ部は、拡径部が形成された後、ねじを形成する部分を縮径して、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、上記膨出部は、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ボトル缶の製造方法が記載されている。この場合に、上記開口部を縮径した口金部における上記膨出部の下方には、肩部から上端側に延びる首部が形成される。

ここで、上述のような肩部の成形は、内径が徐々に小さくなる円筒状の複数の金型を、内径が大きいものから順に有底円筒体の円筒部の上端側部分に圧入して順次塑性変形させることにより、この円筒部の上端側部分のうちの下端側部分を上端側に向けて段階的に内周側に向かうように傾斜させるとともに、この傾斜した下端側部分よりも内周側を内径が小さくなる円筒状に徐々に縮径させることによって行われる。

さらに、特許文献２に記載された膨出部の成形は、こうして傾斜させられた肩部の内周側に縮径した円筒状の首部が成形された後に、この首部の内径よりも僅かに大きな外径の下端外周部を有する拡径工具を上端側から首部に挿入して拡径させ、次いでこの拡径した部分の上端側にねじ切り加工することにより、上述のようにねじ切り加工によって縮径されずに残された部分として成形される。

特開２００１−２１３４１６号公報特許第４９０８５４４号公報

ところで、近年では、このようなボトル缶を形成する金属材料の省資源化や材料製造の際の省エネルギー化のために缶本体のさらなる薄肉化が強く求められており、例えばアルミニウム合金製のボトル缶の場合には、板厚が０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍ程度のアルミニウム合金よりなる金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工を施して上述のような有底円筒体を成形し、さらに肩部や首部、膨出部を成形するとともにねじ切り加工を行ってボトル缶の缶本体を製造するようなことも要求されている。

しかしながら、このように有底円筒体の薄肉化を図ったボトル缶では有底円筒体の強度は低下することになり、特許文献１に記載されているように凸部の缶軸に対する傾斜角が大きくて首部を成形する際の荷重が大きくなったり、あるいは特許文献２に記載された膨出部を成形する際の荷重が大きくなったりすると、首部の成形の際に有底円筒体に座屈が生じるおそれがある。特に、有底円筒体を成形する際には、肩部や首部、膨出部やキャップ取付部を形成する有底円筒体の円筒部における上端側部分よりも、この円筒部の下端側部分の肉厚を薄くすることがあり、そのような有底円筒体では薄肉とされた胴部の下端側部分での座屈が一層顕著なものとなる。また、膨出部を成形する際の荷重が大きいと膨出部に割れを生じるおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ボトル缶の缶本体に成形される金属板や有底円筒体の薄肉化を図っても、首部の成形の際に有底円筒体に座屈が生じたり、膨出部の成形の際に割れを生じたりするのを防ぐことが可能なボトル缶の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、缶本体の底部と一体に成形される外周部に、上記底部から上記缶本体の上端開口部に向けて順に缶軸を中心とした円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い縮径する肩部と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる首部と、キャップ取付部とが形成されたボトル缶の製造方法であって、金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工と底部成形加工を施して、上記底部と、上記胴部と同外径の円筒部が形成された有底円筒体を成形するＤＩプレス工程と、この有底円筒体の上端側部分を縮径させて上記肩部と上記首部とを成形するボトルネック成形工程と、上記首部の上端部に、外周側に膨らむ膨出部を介して上記キャップ取付部を成形するキャップ取付部成形工程とを備え、上記カップ状素材に成形される上記金属板は板厚０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍであって、このカップ状素材から成形される上記有底円筒体は、上記円筒部の上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍであり、上記キャップ取付部成形工程においては、上記首部から上端側の部分を複数回に分けて段階的に拡径して上記膨出部を成形する構成とされており、１回の拡径量が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内とされていることを特徴とする。

このようなボトル缶の製造方法においては、膨出部における拡径が複数回に分けて段階的に行われるので、個々の段階における拡径量は少なくすることができ、缶軸方向の荷重を小さくすることができる。このため、たとえカップ状素材に成形される金属板の板厚が０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍと薄く、またこのカップ状素材から成形された有底円筒体における円筒部の上端側部分の厚さも０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍと薄くて、さらに円筒部の下端側部分の厚さはこれよりも薄い場合であっても、首部の成形の際の荷重によって有底円筒体に座屈が生じたり、膨出部の成形の際の荷重によって割れが生じたりするのを防ぐことができる。従って、上記構成のボトル缶の製造方法によれば、このような座屈や割れによるボトル缶の製造歩留まりや製造効率等の低下を招くことなく、ボトル缶の缶本体の薄肉化を図ることができ、さらなる省資源化や省エネルギー化を促すことが可能となる。

なお、このようなボトル缶の缶本体に有底円筒体を経て成形される上記金属板は、ＪＩＳＨ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であることが望ましい。このベーキング後の耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２を下回ると、上述のような傾斜角や外径拡縮径量としても首部や膨出部の成形の際に有底円筒体の座屈や割れが生じるおそれがあり、また逆にベーキング後の耐力が２６５Ｎ／ｍｍ^２を上回っても、成形に必要な荷重が大きくなって荷重制御が困難となるおそれがある。

以上説明したように、本発明によれば、首部や膨出部を成形する際の有底円筒体の座屈や割れを防止することができ、このような座屈や割れによるボトル缶の製造歩留まりや製造効率等の低下を防ぎつつ、ボトル缶の缶本体のさらなる薄肉化を図って、一層の省資源化や省エネルギー化を促進することが可能となる。

本発明の一実施形態により製造されるボトル缶の一部破断側面図である。本発明の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の一実施形態におけるボトルネック成形工程において（ａ）首部が成形される前の有底円筒体を示す断面図、（ｂ）首部を成形する金型（第１の金型）を示す断面図である。本発明の一実施形態におけるボトルネック成形工程において（ａ）第１の段階の縮径を行う第１の金型の断面図、（ｂ）図（ａ）に示す第１の金型の首部成形部周辺を示す拡大断面図である。本発明の一実施形態におけるボトルネック成形工程において（ａ）第２の段階の縮径を行う第２の金型の断面図、（ｂ）図（ａ）に示す第２の金型の首部成形部周辺を示す拡大断面図である。本発明の一実施形態のボトルネック成形工程により首部が成形された有底円筒体を示す断面図である。本発明の一実施形態におけるキャップ取付部成形工程において（ａ）膨出部が成形される前の有底円筒体を示す断面図、（ｂ）膨出部を成形する拡径工具（第１の拡径工具）を示す断面図である。本発明の一実施形態におけるキャップ取付部成形工程において（ａ）第１の段階の拡径を行う第１の拡径工具の断面図、（ｂ）図（ａ）に示す第１の拡径工具の拡径部周辺を示す拡大断面図である。本発明の一実施形態におけるキャップ取付部成形工程において（ａ）第２の段階の拡径を行う第２の拡径工具の断面図、（ｂ）図（ａ）に示す第２の拡径工具の拡径部周辺を示す拡大断面図である。本発明の一実施形態のキャップ取付部成形工程により膨出部が成形された有底円筒体を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態により製造されるボトル缶の缶本体１を示すものであり、図２ないし図１０は、このような缶本体１を製造するための本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態によって製造されるボトル缶は、その缶本体１が図１に示すように、底部２と、この底部２と一体に形成されて底部２の外周縁から上端側（図１において上側）に延びる外周部３とを備えており、この上端側に向けて縮径する缶軸Ｃを中心とした概略多段の有底円筒状をなしている。

底部２には、缶軸Ｃ方向の内側（缶本体１の上端側）に凹む断面略円弧状のドーム部２ａが中央に形成されるとともに、このドーム部２ａの外周には缶軸Ｃ方向の外側（缶本体１の下端側）に突出する上記環状凸部２ｂが缶軸Ｃ回りの周方向に連続して形成されている。また、外周部３には底部２から缶本体１の上端側の開口部４に向けて順に、缶軸Ｃを中心とした円筒状の胴部５と、上端側に向かうに従い一定の傾斜で漸次縮径する円錐台面状の肩部６と、この肩部６からさらに上端側に向かって延びる筒状の首部７と、下端側に上記膨出部８を備えたやはり筒状で、本実施形態ではねじ切り加工が施されたキャップ取付部９とが形成されている。

このようなボトル缶を製造する本発明のボトル缶の製造方法の一実施形態においては、図２のフローチャートに示すように、まずカッピングプレス機によるカッピングプレス工程においてアルミニウム合金等の金属板を円板状に打ち抜いて絞り加工を施すことにより深さの浅いカップ状素材を製造し、このカップ状素材にＤＩプレス機によるＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施して缶軸Ｃ方向に延伸することにより、底部２に上記ドーム部２ａと環状凸部２ｂが形成された有底円筒体（ＤＩ缶）を成形する。

ここで、カッピングプレス工程においてカップ状素材に成形される金属板は、本実施形態ではＪＩＳＨ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲のものが用いられる。また、このカップ状素材から成形される有底円筒体には、外周部に上記缶軸Ｃを中心とした円筒部が形成され、この円筒部の外径は缶本体１の胴部５の外径と略等しい一定外径である。ただし、この円筒部は、その上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍの範囲である一方、下端側部分の厚さはこの上端側部分よりも極僅かに薄い。

このように成形された有底円筒体は、第１の洗浄工程において洗浄、乾燥され、次いで塗装工程において内外面に塗装が施されて焼き付けられる。そして、塗装が施された有底円筒体は、ボトルネッカーによるボトルネック成形工程において円筒部の上記上端側部分の下端側が金型によって縮径されて上記肩部６と首部７が成形され、次いでキャップ取付部成形工程において首部７の上端側が拡径工具によって拡径されて上記膨出部８が形成されるとともに、この膨出部８よりもさらに上端側に上記ねじ切り加工等が施されて上記キャップ取付部９が形成され、図１に示したようなボトル缶の缶本体１に成形される。

こうして成形された缶本体１は、第２の洗浄工程によって洗浄、乾燥された後に、検査工程においてピンホールの有無や外面の異物付着、傷、汚れ、印刷不良等が検査されて飲料工場等に搬送され、飲料等の内容物が充填された後にキャップ取付部９に図示されないキャップが取り付けられて封止され、出荷される。なお、上記各工程の間や各工程中には、有底円筒体の上端縁を切断するトリミングや、必要に応じて底部の環状凸部２ｂの断面形状を再成形するボトムリフォームが行われる。

ここで、ボトルネッカーによるボトルネック成形工程のうち、上記肩部６の成形は、内径が徐々に小さくなる円筒状の複数の上記金型を、内径が大きいものから順に有底円筒体の円筒部の上端側部分に圧入して塑性変形させることにより、この円筒部の上端側部分のうちの下端側部分を上端側に向けて段階的に内周側に向かうように傾斜させるとともに、この傾斜した下端側部分よりも内周側を内径が小さくなる円筒状に徐々に縮径させることによって行われる。

図３（ａ）に示すのは、このように上記ボトルネック成形工程において肩部６の成形が終了した有底円筒体１０Ａであり、肩部６の内周部上端側には缶軸Ｃを中心として縮径させられた円筒状部１１Ａが形成されている。そして、図３（ｂ）および図４と図５とに示すのは、この有底円筒体１０Ａの円筒状部１１Ａに首部７を成形する第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂであり、本実施形態のボトルネック成形工程においては、これら第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂをこの順に有底円筒体１０Ａの肩部６から上端側の上記円筒状部１１Ａに挿入することにより、この円筒状部１１Ａを複数回（２回）に分けて段階的に縮径して首部７を成形する。

これら第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂは缶軸Ｃと同軸となるように配置される略円筒状をなしていて、その内周部には下端側から上端側に向けて順にそれぞれ、缶軸Ｃを中心とする大径円筒部２２Ａ、２２Ｂと、内周側に向かうに従い上端側に向かうように傾斜する凹円錐台面状部２３Ａ、２３Ｂと、首部成形部２４Ａ、２４Ｂと、小径円筒部２５Ａ、２５Ｂとが形成されている。

大径円筒部２２Ａ、２２Ｂは、有底円筒体１０Ａの円筒部（缶本体１の胴部５）の外周面が嵌合可能な内径を有しており、また凹円錐台面状部２３Ａ、２３Ｂは有底円筒体１０Ａの肩部６よりも缶軸Ｃに対して大きな傾斜で内周側に向かうに従い上端側に向かうように傾斜している。これら大径円筒部２２Ａ、２２Ｂと凹円錐台面状部２３Ａ、２３Ｂの形状、寸法は第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂで同じである。

さらに、首部成形部２４Ａ、２４Ｂは下端側から上端側に向けて順に、それぞれ缶軸Ｃに沿った断面において図４（ｂ）および図５（ｂ）に拡大して示すように、凹円錐台面状部２３Ａ、２３Ｂの上端に接する凸円弧等をなす第１凸曲部２４ａと、この第１凸曲部２４ａの上端に接して缶軸Ｃに略平行に上端側に延びる直線状をなす円環部２４ｂと、この円環部２４ｂの上端に接して第１凸曲部２４ａよりも半径の大きな凹円弧等をなす凹曲部２４ｃと、この凹曲部２４ｃの上端に接して上端側に向かうに従い内周側に向かうように缶軸Ｃに対して傾斜した直線状をなす傾斜部２４ｄと、この傾斜部２４ｄの上端と小径円筒部２５Ａ、２５Ｂの下端とに接する凸円弧等をなす第２凸曲部２４ｅとを備えている。

ここで、円環部２４ｂの内径（直径）ｄ０と缶軸Ｃ方向の長さは、第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂで互いに等しくされており、円環部２４ｂの内径ｄ０は肩部６の成形が終了した有底円筒体１０Ａの上記円筒状部１１Ａが嵌合可能な大きさとされている。また、凹曲部２４ｃの断面がなす円弧等の半径および缶軸Ｃ方向の長さも、第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂで互いに等しい。従って、このような第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂを、肩部６の成形終了後の有底円筒体１０Ａの上端側から図３に白抜き矢線で示すように缶軸Ｃと同軸に挿入すると、円筒状部１１Ａは上端側から円環部２４ｂの内周面に摺接しつつ凹曲部２４ｃおよび傾斜部２４ｄに沿って縮径させられる。

そして、これら第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂにおいては、首部成形部２４Ａ、２４Ｂの傾斜部２４ｄの缶軸Ｃに対する傾斜角αは互いに等しいのに対して、第１の金型２１Ａにおける首部成形部２４Ａの傾斜部２４ｄの缶軸Ｃ方向の長さが、第２の金型２１Ｂにおける首部成形部２４Ｂの傾斜部２４ｄの缶軸Ｃ方向の長さよりも短くなるように形成されている。

これにより、第１の金型２１Ａにおける小径円筒部２５Ａの内径（直径）ｄ１は、有底円筒体１０Ａの円筒状部１１Ａの外径よりも小さく、ただし第２の金型２１Ｂにおける小径円筒部２５Ｂの内径（直径）ｄ２よりは大きくされる。なお、第２凸曲部２４ｅの断面がなす円弧等の半径および缶軸Ｃ方向の長さは、第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂで互いに等しくされている。

従って、第１の金型２１Ａにおける凹円錐台面状部２３Ａの上端位置が肩部６の上端位置と缶軸Ｃ方向に一致して第１の金型２１Ａがストロークエンド（下死点）に達したところで、円筒状部１１Ａの上端側部分は第１の金型２１Ａの小径円筒部２５Ａの内径ｄ１と略等しい外径に絞り込まれて一段縮径されるとともに、こうして縮径した円筒状部１１Ａの下端側部分から肩部６にかけては、第１の金型２１Ａの首部成形部２４Ａの断面形状を略転写したような外周面の断面形状を有する上記首部７が形成される。

次いで、第１の金型２１Ａを有底円筒体１０Ａから引き抜いて第２の金型２１Ｂを挿入すると、同様に第２の金型２１Ｂにおける凹円錐台面状部２３Ｂの上端位置が肩部６の上端位置と缶軸Ｃ方向に一致して第２の金型２１Ｂがストロークエンド（下死点）に達したところで、円筒状部１１Ａの上端側部分は第２の金型２１Ｂの小径円筒部２５Ｂの内径ｄ２と略等しい外径に絞り込まれてもう一段縮径された円筒状部１１Ｂに成形される。

さらに、こうして縮径した円筒状部１１Ｂの下端側部分から肩部６にかけては、円環部２４ｂによって肩部６側に短い円筒状部１１Ａが残されるとともに、この円筒状部１１Ａの上端側には、第２の金型２１Ｂの首部成形部２４Ｂの断面形状を略転写したような外周面の断面形状を有する上記首部縮径部７ａが形成される。これによって、図３（ａ）に示した有底円筒体１０Ａは、図６に示すような首部７を有する有底円筒体１０Ｂに成形される。

なお、このように段階的に縮径させられて成形される首部７の１段当たりの缶軸Ｃに対する直径方向の縮径量、すなわち図４に示す第１の金型２１Ａの円環部２４ｂの内径（直径）ｄ０と小径円筒部２５Ａの内径（直径）ｄ１との差ｄ０−ｄ１と、この第１の金型２１Ａの小径円筒部２５Ａの内径（直径）ｄ１と図５に示す第２の金型２１Ｂの小径円筒部２５Ｂの内径（直径）ｄ２との差ｄ１−ｄ２は、それぞれ０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲とされるのが望ましい。また、これら第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂの首部成形部２４Ａ、２４Ｂにおける傾斜部２４ｄが缶軸Ｃに対してなす傾斜角αは１８°〜２５°の範囲とされるのが望ましい。

次に、こうして首部７が成形された図６および図７（ａ）に示す有底円筒体１０Ｂの第２の金型２１Ｂによって縮径された円筒状部１１Ｂには、キャップ取付部成形工程において図７（ｂ）および図８と図と９に示すような第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂが挿入されて首部７よりも上端側の部分が拡径され、膨出部８が成形される。

そして、本実施形態では、このキャップ取付部成形工程においても、図８に示すような第１の拡径工具３１Ａと図９に示すような第２の拡径工具３１Ｂとをこの順に上記円筒状部１１Ｂに挿入することによって、この円筒状部１１Ｂを複数回（２回）に分けて段階的に拡径して膨出部８を成形する。

これら第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂは、外径が２段の略円筒状をなしていて、やはり缶軸Ｃと同軸に配置され、下端側の小径部３２Ａ、３２Ｂの外径（直径）Ｄ０は互いに等しく、ボトルネック成形工程において縮径した円筒状部１１Ｂの内周に嵌合可能な大きさとされるとともに、上端側の大径部３３Ａ、３３Ｂの外径Ｄ１、Ｄ２は小径部３２Ａ、３２Ｂの外径Ｄ０よりも大きくされている。

また、これら小径部３２Ａ、３２Ｂと大径部３３Ａ、３３Ｂとの間には、缶軸Ｃに沿った断面において図８（ｂ）および図９（ｂ）に拡大して示すように、上端側に向かうに従い外周側に向けて互いに等しい一定の傾斜角βで拡径する拡径部３４Ａ、３４Ｂが形成されている。これらの拡径部３４Ａ、３４Ｂは、小径部３２Ａ、３２Ｂとは断面凹円弧等の凹曲部３４ａを介して接するとともに、大径部３３Ａ、３３Ｂとは凹曲部３４ａよりも半径の大きな断面凸円弧等の凸曲部３４ｂを介して接する断面直線状に形成されている。

そして、本実施形態でも、これらの拡径部３４Ａ、３４Ｂの缶軸Ｃ方向の長さが、第２の拡径工具３１Ｂにおいて第１の拡径工具３１Ａよりも長くされており、これにより第２の拡径工具３１Ｂの大径部３３Ｂの外径（直径）Ｄ２は、第１の拡径工具３１Ａの大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１よりも大きくされている。なお、凹曲部３４ａと凸曲部３４ｂの断面がなす円弧の半径と缶軸Ｃ方向の長さは、第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂ同士で互いに等しくされている。

このような第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂのうち、まず第１の拡径工具３１Ａから図７に白抜き矢線で示すように缶軸Ｃと同軸に縮径した円筒状部１１Ｂの内周に小径部３２Ａを摺接しつつ挿入すると、拡径部３４Ａから大径部３３Ａが形成された部分によって円筒状部１１Ｂが上端側から拡径させられる。

本実施形態では、こうして挿入された小径部３２Ａの上端が首部７の首部縮径部７ａの上端から缶軸Ｃ方向に僅かに上端側に間隔をあけた位置に配設されたところで第１の拡径工具３１Ａはストロークエンド（下死点）に達する。このとき、首部縮径部７ａの上端側には縮径した円筒状部１１Ｂが首部７に残され、そのさらに上端側に連なるように上端側に向かうに従い拡径する膨出部拡径部８ａが拡径部３４Ａによって成形されて、この膨出部拡径部８ａよりも上端側は大径部３３Ａの外径Ｄ１と略等しい内径の円筒状に成形される。

次に、第１の拡径工具３１Ａを引き抜いて第２の拡径工具３１Ｂを小径部３２Ｂから円筒状部１１Ｂの内周に挿入すると、拡径部３４Ｂから大径部３３Ｂによって円筒状部１１Ｂの上端側がもう一段拡径させられる。そして、こうして挿入された小径部３２Ｂの上端の位置が、第１の拡径工具３１Ａのストロークエンドにおける小径部３２Ａの上端位置と缶軸Ｃ方向に等しい位置まで挿入されたところで、第２の拡径工具３１Ｂはストロークエンド（下死点）に達する。

従って、第１の拡径工具３１Ａによって成形された膨出部拡径部８ａはさらに上端側に向かうに従い拡径するように延長されるとともに、この膨出部拡径部８ａよりも上端側は大径部３３Ｂの外径Ｄ２と略等しい内径の円筒状部１１Ｃに成形される。これにより、図６および図７（ａ）に示した有底円筒体１０Ｂは、図１０に示すような有底円筒体１０Ｃに成形される。

なお、このように段階的に拡径させられて成形される膨出部８の１段当たりの缶軸Ｃに対する直径方向の拡径量、すなわち図８に示す第１の拡径工具３１Ａの小径部３２Ａの外径（直径）Ｄ０と大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１との差Ｄ１−Ｄ０と、この第１の拡径工具３１Ａの大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１と図９に示す第２の拡径工具３１Ｂの大径部３３Ｂの外径（直径）Ｄ２との差Ｄ２−Ｄ１は、それぞれ０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲とされるのが望ましい。また、これら第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂの拡径部３４Ａ、３４Ｂが缶軸Ｃに対してなす傾斜角βは１５°〜３５°の範囲とされるのが望ましい。

こうして首部７の上端側に膨出部８が形成されるとともに、この膨出部８の上端側に拡径させられた円筒状部１１Ｃが成形された有底円筒体１０Ｃは、この拡径させられた円筒状部１１Ｃの上端側が上述のようにねじ切り加工等が施されることによりキャップ取付部９が形成されて縮径されるとともに、下端側には縮径されずに膨出部８が残される。さらに、このキャップ取付部９の開口部４にはカール部が形成されるなどして、図１に示したようなボトル缶の缶本体１に成形される。

このようなボトル缶の製造方法においては、有底円筒体１０Ａ、１０Ｂにおける円筒状部１１Ａ、１１Ｂの首部７の縮径や膨出部８の拡径が複数回に分けて段階的に行われるので、個々の段階における縮径量や拡径量は少なくすることができる。このため、特に首部７が上端側に向かうに従い縮径する首部縮径部７ａや膨出部８が上端側に向かうに従い拡径する膨出部拡径部８ａを有している場合に、有底円筒体１０Ａ、１０Ｂに缶軸Ｃ方向に作用する荷重を軽減することができる。

従って、本実施形態のように、カップ状素材に成形される金属板の板厚が０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍと薄く、またこのカップ状素材からＤＩプレス工程を経て成形された有底円筒体における円筒状部の上端側部分の厚さも０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍと薄くて、さらにこの円筒部の下端側部分の厚さはこれよりも薄い場合であっても、首部７の成形の際の荷重によって有底円筒体１０Ａ、１０Ｂに座屈が生じるのを防ぐことができる。また、膨出部８を成形する際の荷重によって円筒状部１１Ｃに割れが生じるのも防ぐことができる。このため、上記構成のボトル缶の製造方法によれば、このような座屈や割れによるボトル缶の製造歩留まりや製造効率等の低下を招くことなく、ボトル缶の缶本体１のさらなる薄肉化を図ることができるので、より一層の省資源化や省エネルギー化を促すことが可能となる。

なお、このようなボトル缶の缶本体に有底円筒体を経て成形される上記金属板は、ＪＩＳＨ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であることが望ましい。この２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２を下回ると、上述のように縮径や拡径を複数回に分けて段階的に行っても首部７や膨出部８の成形の際に有底円筒体１０Ａ、１０Ｂの座屈や割れが生じるおそれがあり、また逆に２６５Ｎ／ｍｍ^２を上回っても、成形に必要な荷重が大きくなって荷重制御が困難となり、やはり座屈や割れを生じ易くなるおそれがある。

また、本実施形態では、首部７の縮径および膨出部８の拡径をそれぞれ２回に分けて段階的に行っているが、３回以上の回数で段階的に行ってもよい。ただし、これら縮径や拡径を行うときの回数が多くなりすぎると製造効率が損なわれるので、段階的に行う場合の回数は３回以下とされるのが望ましい。

さらに、各段階の縮径量や拡径量の差が大きすぎると、大きな縮径量または拡径量の成形の際の座屈を確実に防ぐことができなくなるおそれがあるので、これら各段階の縮径量や拡径量は上述した範囲内にあるのが望ましく、互いに等しい縮径量や拡径量であるのがより望ましい。なお、首部７の縮径量や膨出部８の拡径量によっては、縮径と拡径の一方だけを複数回に分けて段階的に行い、他方は１回の縮径や拡径だけで成形するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について説明する。本実施例では、ＪＩＳＨ４０００におけるＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２５４．８Ｎ／ｍｍ^２、板厚０．３００ｍｍの金属板からカッピングプレス工程においてカップ状素材を成形し、さらにＤＩプレス工程において底部と円筒部とを有する有底円筒体を成形した。

次いで、この有底円筒体にボトルネック成形工程において肩部６を形成して図３（ａ）に示すような円筒状部１１Ａを有する有底円筒体１０Ａを成形した後、この円筒状部１１Ａに第１、第２の２つの金型２１Ａ、２１Ｂによって２回の縮径を行い、図６に示す有底円筒体１０Ｂのような首部縮径部７ａを有する首部７を成形した。

なお、これら第１、第２の金型２１Ａ、２１Ｂにおいて、首部成形部２４Ａ、２４Ｂにおける傾斜部２４ｄの缶軸Ｃに対する傾斜角αはともに２０°であり、第１の金型２１Ａの円環部２４ｂの内径（直径）ｄ０と小径円筒部２５Ａの内径（直径）ｄ１との差ｄ０−ｄ１は１．１ｍｍ、この第１の金型２１Ａの小径円筒部２５Ａの内径（直径）ｄ１との第２の金型２１Ｂの小径円筒部２５Ｂの内径（直径）ｄ２の差ｄ１−ｄ２も同じく１．１ｍｍであって、円筒状部１１Ａの外径（直径）の総縮径量は２．２ｍｍであった。これを実施例１とする。

また、この実施例１に対する比較例として、円環部２４ｂの内径（直径）ｄ０と小径円筒部２５Ｂの内径（直径）ｄ２との差ｄ０−ｄ２が上記総縮径量と等しい２．２ｍｍとなる第２の金型２１Ｂを単一で用いて、１回の縮径により有底円筒体１０Ａの円筒状部１１Ａの外径（直径）を２．２ｍｍ縮径して首部７を成形した。これを比較例１とする。そして、これら実施例１と比較例１とによる首部７の成形の際の成形荷重を測定するとともに、１００個の有底円筒体１０Ａに首部７を成形したときに座屈が生じた有底円筒体１０Ａの数を確認した。この結果を、縮径量とともに表１に示す。

なお、ＤＩプレス工程において成形された有底円筒体は、円筒部の直径（缶本体１の胴部５の直径）が約６６ｍｍであり、この円筒部の上端側部分の厚さは実施例１および比較例１ともに０．２００ｍｍであった。また、この有底円筒体にボトルネック成形工程において肩部６が成形された図３（ａ）に示した有底円筒体１０Ａは、底部２の下端から円筒部の上端までの缶軸Ｃ方向の高さが１３７ｍｍ、底部２の下端から肩部６の上端までの缶軸Ｃ方向の高さが１０５ｍｍ、肩部６の上端側に成形された縮径した円筒状部１１Ａの外径（直径）は３８ｍｍであった。

この表１の結果より、首部７の成形を１回で行う比較例１では、成形荷重が２１００Ｎと大きく、これに伴い１００個の有底円筒体１０Ａ中で座屈する有底円筒体１０Ａが１５個と多く、ボトルネッカーによって首部７を成形する際に頻繁に装置の停止を余儀なくされることが分かる。これに対して、首部７の成形を２回に分けて行う実施例１では、１回当たりの成形荷重は比較例１よりも大幅に小さくて有底円筒体１０Ａへの負荷が小さく、座屈する有底円筒体１０Ａも０個であったことから、ボトルネッカーによる首部７の成形を円滑かつ効率的に行うことができるとともに、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

次に、こうして首部７が成形された図６に示すような有底円筒体１０Ｂの円筒状部１１Ｂに、この首部７から上端側の部分を複数回に分けて段階的に拡径することによって膨出部８を成形した。このとき、まず実施例２として、上記実施形態と同様に第１、第２の２つの拡径工具３１Ａ、３１Ｂによって２回の拡径を行い、さらに実施例３として、第１ないし第３の３つの拡径工具によって３回の拡径を行い、実施例２と等しい拡径量で拡径する膨出部８を成形した。

なお、これら第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂおよび第３の拡径工具における拡径部３４Ａ、３４Ｂが缶軸Ｃに対してなす傾斜角βは２０°であり、実施例２における第１の拡径工具３１Ａの小径部３２Ａの外径（直径）Ｄ０と大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１との差Ｄ１−Ｄ０と、第１の拡径工具３１Ａの大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１と第２の拡径工具３１Ｂの大径部３３Ｂの外径（直径）Ｄ２との差Ｄ２−Ｄ１は、それぞれ１．０ｍｍであって、総拡径量は２．０ｍｍであった。

また、実施例３における第１の拡径工具３１Ａの小径部３２Ａの外径（直径）Ｄ０と大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１との差Ｄ１−Ｄ０と、第１の拡径工具３１Ａの大径部３３Ａの外径（直径）Ｄ１と第２の拡径工具３１Ｂの大径部３３Ｂの外径（直径）Ｄ２との差Ｄ２−Ｄ１はそれぞれ０．７ｍｍであり、第３の拡径工具の大径部の外径（直径）と第２の拡径工具３１Ｂの大径部３３Ｂの外径（直径）Ｄ２との差は０．６ｍｍで、総拡径量を２．０ｍｍとした。

さらに、これら実施例２、３に対する比較例２として、やはり実施例２、３と等しい総拡径量の膨出部８の成形を、実施例２の第２の拡径工具３１Ｂと同じ単一の拡径工具による１回の拡径によって行い、その際の成形荷重を測定するとともに、１００個の有底円筒体１０Ｂに膨出部８を成形したときに割れが生じた有底円筒体１０Ｂの数を確認した。この結果を、個々の拡径工具による拡径量とともに表２に示す。

従って、この表２の結果からも、膨出部８の成形を１回で行う比較例２では、成形荷重が１８００Ｎと大きく、これに伴い１００個の有底円筒体１０Ｂ中で割れが生じた有底円筒体１０Ｂも１３個と多くて、ボトルネッカーによる成形する際に頻繁な停止を余儀なくされる。これに対して、膨出部８の成形を複数回に分けて段階的に行う実施例２、３では、１回当たりの成形荷重は比較例２よりも小さく、特に３回で行う実施例３では成形荷重が大幅に小さく、またいずれも割れが生じた有底円筒体１０Ｂが０個であったことから、ボトルネッカーによる製造効率や製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

１缶本体
２底部
３外周部
４開口部
５胴部
６肩部
７首部
７ａ首部縮径部
８膨出部
８ａ膨出部拡径部
９キャップ取付部
１０Ａ〜１０Ｃ有底円筒体
１１Ａ〜１１Ｃ円筒状部
２１Ａ第１の金型
２１Ｂ第２の金型
２４Ａ、２４Ｂ首部成形部
２４ｄ傾斜部
３１Ａ第１の拡径工具
３１Ｂ第２の拡径工具
３４Ａ、３４Ｂ拡径部
Ｃ缶軸
α 首部縮径部７ａの缶軸Ｃに対する傾斜角
β 膨出部拡径部８ａの缶軸Ｃに対する傾斜角
ｄ０円環部２４ｂの内径（縮径前の円筒状部１１Ａの直径）
ｄ１第１の金型２１Ａにおける小径円筒部２５Ａの内径（第１の金型２１Ａによって縮径した円筒状部１１Ａの直径）
ｄ２第２の金型２１Ｂにおける小径円筒部２５Ｂの内径（第２の金型２１Ｂによって縮径した円筒状部１１Ａの直径）
Ｄ０第１、第２の拡径工具３１Ａ、３１Ｂの小径部３２Ａ、３２Ｂの外径（拡径前の円筒状部１１Ｂの内径）
Ｄ１第１の拡径工具３１Ａの大径部３３Ａの外径（第１の拡径工具３１Ａによって拡径した円筒状部１１Ｂの内径）
Ｄ２第２の拡径工具３１Ｂの大径部３３Ｂの外径（第２の拡径工具３１Ｂによって拡径した円筒状部１１Ｂの内径）

Claims

缶本体の底部と一体に成形される外周部に、上記底部から上記缶本体の上端開口部に向けて順に缶軸を中心とした円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い縮径する肩部と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる首部と、キャップ取付部とが形成されたボトル缶の製造方法であって、
金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工と底部成形加工を施して、上記底部と、上記胴部と同外径の円筒部が形成された有底円筒体を成形するＤＩプレス工程と、
この有底円筒体の上端側部分を縮径させて上記肩部と上記首部とを成形するボトルネック成形工程と、
上記首部の上端部に、外周側に膨らむ膨出部を介して上記キャップ取付部を成形するキャップ取付部成形工程とを備え、
上記カップ状素材に成形される上記金属板は板厚０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍであって、このカップ状素材から成形される上記有底円筒体は、上記円筒部の上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍであり、
上記キャップ取付部成形工程においては、上記首部から上端側の部分を複数回に分けて段階的に拡径して上記膨出部を成形する構成とされており、１回の拡径量が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内とされていることを特徴とするボトル缶の製造方法。
上記金属板は、ＪＩＳＨ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のボトル缶の製造方法。