JP7259892B2

JP7259892B2 - 缶体の製造方法

Info

Publication number: JP7259892B2
Application number: JP2021110705A
Authority: JP
Inventors: 健村瀬; 政臣田村; 俊幸長谷川; 友彦中村; 信宏篠島; 武志藍原; 尚也松本
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: JP2018177250A; JP2021167024A; JP7260954B2

Description

本発明は、ボトル状の缶体の製造方法に関するものである。

ボトル状の缶体は、口部にネジ成形を施したスクリューキャップ付きの容器が普及している。このようなボトル状の缶体は、アルミ合金等の素材からなる素板を円形状に打ち抜き、それを絞り加工して、有底円筒状のカップ成形体を得て、更にそれを絞り・しごき加工（ＤＩ成形）して、有底円筒状の缶体を得た後、ネッキング工程で、テーパ状に縮径した肩部と円筒状の口部（或いは首部）を成形している。その後は、口部に対して、ネジ加工が施され、必要に応じて更なるネッキング工程を経て、先端部にカール加工が施される。

前述したネッキング工程では、複数の金型（ネックイン金型）が使用され、段階的に縮径絞り加工（ネッキング加工）が施される。金型は、有底筒状の缶体の開口部内側に配置される中子部（センターリング）と、円筒状に形成されてその内側に有底筒状の缶体の開口部が挿入される外子部（絞り型或いはインサート）とを備えている。そして、有底筒状の缶体に対して缶軸に沿って前進移動する過程において、外子部の先端内周面に形成された絞り面が、有底筒状の缶体の外周面に摺接しながらこれを径方向内方に向けて押圧し、中子部の外周面が、押圧されている開口部内周面を支持することで、開口部の縮径絞り加工が行われる（下記特許文献１参照）。

また、口部及び肩部上端の強度向上を図ったねじ付金属缶とするため、口部のねじ部下端から、半径方向に徐々に拡大するテーパ状の肩部上端周囲に、少なくとも一個以上の内側に湾曲する滑らかな凹部、及び少なくとも一個以上の外側に湾曲する滑らかな凸部を形成したねじ付金属缶が提案されている（下記特許文献２参照）。

特開２００６－１５０４２６号公報特開２００１－２１３４１６号公報

従来、前述した特許文献１に例示される縮径絞り加工を行う金型における外子部先端内周面の絞り面には、曲率半径８～１０ｍｍの曲面が形成されており、これによって、成形時の皺を抑制した円滑な開口部の縮径絞り加工を可能にしている。このような金型を用いてテーパ状に縮径する肩部を成形すると、最終段階で形成される肩部と口部との繋ぎ部分（首元）には、缶軸に沿った断面で曲率半径７～８ｍｍのＲ部が形成されることになる。

このように縮径絞り加工された口部に対してネジ加工やカール加工などが施されたボトル状の缶体は、キャッピング工程で、口部のネジにブリッジ付きのキャップをロールオン成形する際に、成形条件によっては、変形耐性不足による口部の変形が生じ、ブリッジ切れが生じ易くなる不具合が確認されている。

一方、前述した特許文献２の口部及び肩部上端の強度向上を図ったねじ付金属缶は、口部の変形耐性は付与されると思われるが、テーパ状の肩部上端周囲に内側に湾曲する凹部、及び外側に湾曲する凸部を形成するため工程数の増加、押し込み量、成形荷重の増大を来たし、缶体の外面ニス、内面塗料へのダメージ、凹み、座屈等を発生する恐れがある。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、ネッキング工程で縮径絞り加工された口部にネジ加工などを施したボトル状の缶体において、ブリッジ付きのキャップを口部にロールオン成形する際、変形耐性不足による口部の変形に起因するブリッジ切れの発生を抑止することを課題としている。

また、ブリッジ付きのキャップを口部にロールオン成形するために、金属缶の口部に変形耐性を付与する際に、缶体の外面ニス、内面塗料へのダメージ、凹み、座屈等を防止する缶体の製造を行うことを課題としている。

本発明の缶体の製造方法は、以下の構成を具備することで課題を解決したものである。
ボトル状の缶体の製造方法であって、ネッキング工程によって肩部と口部を成形した後に、前記口部に縮径段差を形成する口部ネッキング工程を行い、前記口部ネッキング工程と同時に、前記肩部と前記口部の繋ぎのＲ部に対して、リフォーム成形面を押し付けることで、前記Ｒ部における缶軸方向に沿った断面での曲率半径を小さく成形するリフォーム工程を行うことを特徴とする缶体の製造方法。
加えて、工程の削減は措くとして、本発明の缶体の製造方法は、以下の構成を具備することで課題を解決したものである。
ボトル状の缶体の製造方法であって、ネッキング工程によって肩部と口部を成形した後に、前記肩部と前記口部の繋ぎのＲ部に対して、リフォーム成形面を押し付けることで、前記Ｒ部における缶軸方向に沿った断面での曲率半径を小さく成形するリフォーム工程を行うことを特徴とする缶体の製造方法。

本発明の缶体によれば、ブリッジ付きのキャップを口部にロールオン成形する際に、ブリッジ切れの発生を抑止することができる。

本発明は、ネッキング工程で縮径絞り加工された口部にネジ加工などを施したボトル状の缶体において、ブリッジ付きのキャップを口部にロールオン成形する際に生じるブリッジ切れの原因を様々に検討した結果、キャップのロールオン成形時のスカートロール荷重に対する口部の変形に原因があることを見出し、発明の完成に至った。

すなわち、従来、ネッキング工程の最終段階で成形される缶体の肩部と口部の繋ぎ曲面の状態では、キャップのロールオン成形時のスカートロール荷重で口部が楕円変形し易くなる。キャップのロールオン成形時に口部が楕円変形すると、変形した状態の長径側でキャップの側面に周方向の引張荷重が加わり、これによってブリッジ切れが生じ易くなると考えられる。このような仮説の基で、缶体の肩部と口部の繋ぎのＲ部の曲率半径ｒ１を所定の範囲（２～６ｍｍ、好ましくは、３～５ｍｍ）にリフォーム成形したところ、口部の変形耐性が高まり、ブリッジ切れの発生確率が顕著に低減することを確認した。

本発明の缶体の製造方法は、ビード部、スカート部、ネジ部、カール部の形成範囲を画定する縮径段差を形成する口部ネッキング工程と同時に、口部の変形耐性を高める缶体の肩部と口部の繋ぎのＲ部の曲率半径を小さくするリフォーム成形が行われる。このため工程数が削減され、また、押し込み量、成形荷重が低減され、缶体の外面ニス、内面塗料へのダメージ、凹み、座屈等を防止することができる。

本発明の缶体の製造方法で製造された缶体は、以下の缶体となり得る。
（缶体１）
ボトル状の缶体であって、胴部からテーパ状に縮径される肩部と該肩部から缶軸方向に沿った口部を備え、前記肩部と前記口部の繋ぎに、缶軸方向に沿った断面での曲率半径ｒ１が２～６ｍｍとなるＲ部が形成されていることを特徴とする缶体。
（缶体２）
前記曲率半径ｒ１が３～５ｍｍであることを特徴とする缶体１の缶体。
（缶体３）
前記Ｒ部の上方の口部には、順次、ビード部と、スカート部と、ネジ部と、カール部を有することを特徴とする缶体１又は２の缶体。

本発明の実施形態に係る缶体の要部を示した断面図である。肩部と口部を成形するネッキング工程を示した説明図である（（ａ）～（ｄ）は、１回の加工工程の手順を示している。）。肩部と口部を成形するネッキング工程における成形状態を示した説明図である（（ａ）が図２におけるＡ部拡大図であり、（ｂ）が図２におけるＢ部拡大図である。）。口部ネッキング工程及びリフォーム工程を示した説明図である（（ａ）は第１段階の口部ネッキング工程及びリフォーム工程、（ｂ）は第２段階の口部ネッキング工程及びリフォーム工程を示している。）。図４におけるＣ部拡大図である。口部ネッキング工程及びリフォーム工程の別実施形態を示した説明図である（（ａ）は第１段階の口部ネッキング工程及びリフォーム工程、（ｂ）は第２段階の口部ネッキング工程及びリフォーム工程を示している。）。図６におけるＤ部拡大図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る缶体１は、胴部１Ａと肩部１Ｂと口部１Ｃを有するボトル状の金属缶であり、肩部１Ｂは、胴部１Ａから縮径絞り加工でテーパ状に縮径されて成形されており、口部１Ｃは、缶軸Ｐに沿って延設され、下から順次、ビード部２、スカート部３、ネジ部４、カール部５が形成されている。肩部１Ｂは、凹みの無いテーパ状に成形されており、設定されたテーパ角度（ネックショルダー角度）θを有している。

缶体１における肩部１Ｂと口部１Ｃの繋ぎ（首元）には、Ｒ部６が形成されている。Ｒ部６は、設定された曲率半径ｒ１の曲面で肩部１Ａと口部１Ｃを繋いでおり、缶軸方向に沿った断面での曲率半径ｒ１を、２～６ｍｍ（好ましくは、３～５ｍｍ）となるように設定している。

図２によって、肩部１Ｂと口部１Ｃを成形するネッキング工程を説明する。このネッキング工程では、缶体１の開口端１Ｄに対して、その内側に金型の中子部１０を挿入し、その外側から缶体１の外周面に外子部１１を摺接させることで、縮径絞り加工を行う。

図２の（ａ）～（ｄ）は、異なる金型で複数回行われる縮径絞り加工のうちの１回の加工工程を示している。（ａ）に示すように、缶体１の開口端１Ｄを金型の外子部１１における絞り面１１Ａに対向させた状態で、中子部１０と外子部１１からなる金型を缶軸Ｐ方向に移動し、（ｂ）に示すように、中子部１０を先行して缶体１の内側に移動した状態で、外子部１１の絞り面１１Ａを缶体１の開口端１Ｄに接触させ、（ｃ），（ｄ）に示すように、更に外子部１１を缶軸Ｐ方向に移動させることで、外子部１１の絞り面１１Ａによる縮径絞り加工を行う。

この際、絞り面１１Ａは、図３（ａ）に示すように、口部１Ｃを絞り面１１Ａに沿って成形し、図２（ｄ）に示した外子部１１の移動端では、図３（ｂ）に示すように、肩部１Ｂと口部１Ｃの繋ぎ（首元）に絞り面１１Ａの曲面に近いＲ部６を形成する。この際、絞り面１１Ａの曲率半径Ｒ０が８～１０ｍｍであるとすると、肩部１Ｂと口部１Ｃとを繋ぐＲ部６の曲率半径Ｒｓは７～８ｍｍになる。

そして、複数回（例えば、２１回）の縮径絞り加工で肩部１Ｂを成形した後に、図４に示すように、第１の外子部１１（Ａ）と第２の外子部１１（Ｂ）により、肩部１Ｂの成形は行わず、口部１Ｃに対して段階的な縮径絞り加工を行う口部ネッキング工程に賦し、これによって、口部１Ｃには二段の縮径段差１Ｃ１，１Ｃ２を形成している。このように、口部１Ｃに縮径段差１Ｃ１，１Ｃ２を形成すると、段差による断面係数の向上で、側方からの圧縮荷重に対する変形耐性を高めることができる。これによっても、キャップのロールオン成形時の口部１Ｃの変形を抑止することができる。

そして、口部１Ｃに二段の縮径段差１Ｃ１，１Ｃ２を形成した場合には、その後の工程で形成されるスカート部３及びビード部２を後述するリフォーム後のＲ部と下方の縮径段差１Ｃ１の間に形成し、ネジ部４を二段の縮径段差１Ｃ１，１Ｃ２の段差間、或いはスカート部３と縮径段差１Ｃ２の間に形成する。このように段差毎にビード部２・スカート部３とネジ部４を分けて形成することで、各部形成後の口部強度を高めることができる。

そして、前述した口部ネッキング工程と同時にリフォームリング１２によって、肩部１Ｂと口部１Ｃとを繋ぐＲ部６の曲率半径Ｒｓを小さくするリフォーム成形を行う。リフォーム成形は、外子部１１にリフォームリング１２を連結して、外子部１１と共にリフォームリング１２を移動して、リフォームリング１２のリフォーム成形面１２ＡをＲ部６に押し付ける。これにより、図５に示すように、リフォーム成形面１２Ａの曲率半径Ｒ０１に応じて、肩部１Ｂと口部１Ｃとの繋ぎのＲ部６の曲率半径ｒ１を小さく成形することができる。具体的には、リフォーム成形面１２Ａの曲率半径Ｒ０１を０．５～１．０ｍｍにすることで、Ｒ部６の曲率半径ｒ１を２～６ｍｍに成形することができる。Ｒ部６の最終的な曲率半径ｒ１は、リフォームリング１２の押し込み量によって適宜調整することができる。

なお、図４に示した例では、図４（ａ）に示す工程で、第１の外子部１１（Ａ）に連結したリフォームリング１２によって、第１段階のリフォーム工程を行い、図４（ｂ）に示す工程で、第２の外子部１１（Ｂ）に連結したリフォームリング１２によって、第２段階のリフォーム工程を行っている。このように、段階的にリフォーム工程を行うことで、円滑なリフォーム成形が可能になるが、図４（ａ），（ｂ）の一方にのみリフォームリング１２を連結して、１回の成形でリフォーム成形を行うこともできる。

図６及び図７は、口部ネッキング工程及びリフォーム工程の他の実施例を示している。この例では、第１の外子部１１（Ｃ）と第２の外子部１１（Ｄ）の先端内周面にリフォーム成形面１２Ａを有しており、前述したリフォームリング１２を外子部１１と一体に構成している。このリフォーム成形面１２Ａは、中子部１０の外周面に対して間隙を有している。この例でも、図７に示すように、リフォーム成形面１２Ａの曲率半径Ｒ０１は、０．５～１．０ｍｍ程度に形成される。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、２段階のリフォーム工程を行う場合には、第１の外子部１１（Ｃ）には、その内周面に口部１Ｃの縮径絞り加工を行うための絞り面が形成され、第２の外子部１１（Ｄ）には、第１段階の縮径絞りで成形された段差部１Ｃ１を逃がすように、リフォーム成形面１２Ａとは離れた位置に絞り面が形成されている。また、この例においても、２段階のリフォーム工程の１つを省いて１回の成形でリフォーム成形を行うことができる。
図６に示した第１の外子部１１（Ｃ）または第２の外子部１１（Ｄ）のどちらか一方を、絞り面のみを設けてリフォーム成形面を設けない構成にし、１回のみでリフォーム成形を行うようにしてもよい。

このように、本発明の実施形態に係る缶体１は、口部ネッキング工程と同時に肩部と口部とを繋ぐＲ部の曲率半径Ｒｓを小さくするリフォーム成形が行われるため、工程数が削減され、また、押し込み量、成形荷重が低減され、缶体１の外面ニス、内面塗料へのダメージ、凹み、座屈等が防止される。

［実施例］
＜ボトル状缶体の製作＞
アルミニウム金属板を用い、絞り－しごき加工によって缶体を作成し、この缶体の開口端部から縮径絞り加工を行って、テーパ状に縮径された肩部、缶軸に沿って延設された口部を形成した。次いで、口部に二段の縮径絞り加工（口部ネッキング工程）を行って二段の縮径段差を形成すると共に、２段目の縮径絞り加工と同時に、肩部と口部の繋ぎの曲率半径ＲｓのＲ部を、それぞれ表１に示す曲率半径ｒ１のＲ部にリフォーム成形した。その後、順次、下方からビード部及びスカート部をＲ部と下方の縮径段差の間、ネジ部を二段の縮径段差間、カール部を口部の先端部に形成した。
なお、上記リフォーム成形は、各１００缶ずつ行った。

＜ボトル状缶体＞
缶胴外径：６２．２０ｍｍ、缶胴肉厚：０．１３５ｍｍ、缶体高さ：１３２．６０ｍｍ、口部外径：３３．４５ｍｍ、ネジ部の肉厚：０．３４ｍｍ、肩部上端の肉厚：０．３３ｍｍ、肩部下端の肉厚：０．２１ｍｍ、肩部のテーパ角度：２８度、肩部と口部の繋ぎの曲率半径Ｒｓ：７ｍｍ、ｒ１：表１、ｎ数：各１００缶

＜評価＞
これらのボトル状缶体について以下の評価を行った。その結果を表１に示す。
〔ブリッジ切れ〕
上述したボトル状缶体の口部のネジ部に、アルミニウム製キャップを、スカートロール荷重を１１１Ｎとしてスカート部を押圧してロールオン成形した。このときの１００缶あたりのブリッジ切れの発生（缶数）を目視で確認した。

以上の結果、リフォーム成形後のＲ部の曲率半径ｒ１は、２～６ｍｍにすることで、キャップのロールオン成形に対して、十分な変形耐性を得られることができ、ブリッジ切れの発生が抑止されることが判る。
なお、リフォーム成形後のＲ部の曲率半径ｒ１を２ｍｍ未満に成形する場合、リフォームリングのリフォーム成形面の曲率半径Ｒ０１を０．５ｍｍ未満にしなければならず、リフォーム成形時に外面ニスの疵付きや削れが懸念される。
一方、リフォーム成形後のＲ部の曲率半径ｒ１が６ｍｍを超えると、変形耐性が低下してブリッジ切れが発生する。このため、リフォーム成形後のＲ部の曲率半径ｒ１は３～５ｍｍとするのが特に好ましい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：缶体，１Ａ：胴部，１Ｂ：肩部，１Ｃ：口部，
２：ビード部，３：スカート部３，４：ネジ部，５：カール部，６：Ｒ部，
１０：中子部，１１：外子部，
１２：リフォームリング，１２Ａ：リフォーム成形面，
Ｐ：缶軸

Claims

ボトル状の缶体の製造方法であって、
ネッキング工程によって肩部と口部を成形した後に、前記口部に縮径段差を形成する口部ネッキング工程を行い、前記口部ネッキング工程と同時に前記肩部と前記口部の繋ぎのＲ部に対して、リフォーム成形面を押し付けることで、前記Ｒ部における缶軸方向に沿った断面での曲率半径を小さく成形するリフォーム工程を行うことを特徴とする缶体の製造方法。
ボトル状の缶体の製造方法であって、
ネッキング工程によって肩部と口部を成形した後に、前記肩部と前記口部の繋ぎのＲ部に対して、リフォーム成形面を押し付けることで、前記Ｒ部における缶軸方向に沿った断面での曲率半径を小さく成形するリフォーム工程を行うことを特徴とする缶体の製造方法。
前記リフォーム成形面の曲率半径Ｒ０１が０．５～１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された缶体の製造方法。
前記口部ネッキング工程において、前記口部に二段の縮径段差を形成することを特徴とする請求項１に記載された缶体の製造方法。
前記二段の縮径段差の内、前記Ｒ部と下方の縮径段差の間にスカート部及びビード部が形成され、前記縮径段差の段差間にネジ部が形成されることを特徴とする請求項４に記載された缶体の製造方法。