JP7443753B2 - ボトル缶、ボトル缶の製造方法及びボトル缶の設計方法 - Google Patents
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Description
本発明は、飲料等の内容物が充填されるボトル缶、ボトル缶の製造方法及びボトル缶の設計方法に関する。
飲料等の内容物が充填される缶として、底部に接続される円筒状の筒胴部と、該筒胴部の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部と、前記縮径部の缶軸方向上側に設けられる首部と、前記首部の缶軸方向上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部を有する口部と、を備えたボトル形状の缶（ボトル缶）が知られている。このようなボトル缶は、金属板材（アルミニウム合金材料の板材）にカッピング工程（絞り工程）及びＤＩ工程（絞りしごき工程、Ｄｒａｗｉｎｇ ＆ Ｉｒｏｎｉｎｇ）を施すことにより、有底円筒状の缶体に形成され、その有底円筒状の缶体の胴部に縮径加工を施すことにより縮径部が形成され、その後、ねじ部、カール部等を有する口部が形成される。
このようなボトル缶として、例えば、特許文献１に記載のボトル缶や特許文献２に記載のボトル缶が知られている。
特許文献１記載のボトル缶は、絞り且つしごき加工された側壁が、切頭円錐形部に続いており、切頭円錐形部は、上部に缶本体よりも直径の小さい首部を有し、その首部が、筒胴部に続いており、その筒胴部にねじが形成され、筒胴部の上方にビードが形成され、ねじの下方に環状ビードが形成されている。このボトル缶は、直径約７６ｍｍ、高さ約１８０ｍｍで約５９０ｍｌ入るように設計される。あるいは、直径が約５１ｍｍないし８３ｍｍ、高さが約８９ｍｍないし２５４ｍｍの範囲で、大体２０７ｍｌから９４６ｍｌ以上入ってもよいとも記載されている。
また、切頭円錐形首部は、真っ直ぐな切頭円錐首ではなく、複数の凹凸段またはリブがあるのが好ましいと記載されている。
一方、特許文献２記載のボトル缶は、胴部の上に、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と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる筒状の首部と、首部の上端から外周側に張り出す膨出部、ネジ部およびカール部を備えたキャップ取付部（口部）とが形成されており、胴部の外径（直径）が、６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍで、内容量が４１０ｍｌ用のボトル缶であるとされている。
特許文献１記載のボトル缶は、絞り且つしごき加工された側壁が、切頭円錐形部に続いており、切頭円錐形部は、上部に缶本体よりも直径の小さい首部を有し、その首部が、筒胴部に続いており、その筒胴部にねじが形成され、筒胴部の上方にビードが形成され、ねじの下方に環状ビードが形成されている。このボトル缶は、直径約７６ｍｍ、高さ約１８０ｍｍで約５９０ｍｌ入るように設計される。あるいは、直径が約５１ｍｍないし８３ｍｍ、高さが約８９ｍｍないし２５４ｍｍの範囲で、大体２０７ｍｌから９４６ｍｌ以上入ってもよいとも記載されている。
また、切頭円錐形首部は、真っ直ぐな切頭円錐首ではなく、複数の凹凸段またはリブがあるのが好ましいと記載されている。
一方、特許文献２記載のボトル缶は、胴部の上に、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と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる筒状の首部と、首部の上端から外周側に張り出す膨出部、ネジ部およびカール部を備えたキャップ取付部（口部）とが形成されており、胴部の外径（直径）が、６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍで、内容量が４１０ｍｌ用のボトル缶であるとされている。
しかしながら、特許文献１記載のボトル缶では、筒胴部と、開口部を形成する小径の口部との間の縮径部分が階段状に形成されており、意匠性に劣る。特許文献２記載のボトル缶は、当該縮径部分が比較的滑らかに形成されているが、円錐台面状であるため、全体として角ばった印象を受ける。また、縮径部分の缶軸方向上側の端部と首部との接続部分が径方向内側に向けて凸となる形状であるため、当該部分におけるボトル缶の径方向の強度が低いため、ボトル缶のコラム強度が低くなる。
また、このような階段状や円錐台面状の縮径部分を有するボトル缶の場合、飲料を注ぎ出すときに脈動が生じるおそれがある。特に、内容量が多くなると、脈動の影響が大きくなるので、注ぎ性を改善する必要が生じる。
また、このような階段状や円錐台面状の縮径部分を有するボトル缶の場合、飲料を注ぎ出すときに脈動が生じるおそれがある。特に、内容量が多くなると、脈動の影響が大きくなるので、注ぎ性を改善する必要が生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ボトル缶の径方向の強度を向上でき、かつ筒胴部と口部との間の縮径部分を滑らかでかつ柔らかい印象の外観とし、大容量であっても良好な注ぎ性を有するボトル缶、ボトル缶の製造方法及びボトル缶の設計方法を提供することを目的とする。
本発明のボトル缶は、底部に接続される円筒状の筒胴部と、該筒胴部の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部と、前記縮径部の缶軸方向上側に設けられる首部と、前記首部の缶軸方向上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部及び雄ねじ部を有する口部と、を備え、アルミニウム合金により形成されるボトル缶であって、前記縮径部は、前記筒胴部の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部と、該凸湾曲部の上端から前記口部の下端にかけて凹状外面を形成する凹湾曲部とを有しており、前記凹湾曲部の缶軸方向上側の端部は、缶軸を含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部と、前記下側凸部の缶軸方向上側に連続して形成され、前記縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部と、を有し、前記上側凹部に前記首部が接続されている。
本発明では、凹湾曲部の上端部に上側凹部及び下側凸部が設けられているので、凹湾曲部と首部とをスムースに連結でき、ボトル缶の意匠性を向上できるとともに、当該部位におけるボトル缶の径方向の強度を高めることができる。また、ボトル缶の上記部位における径方向の強度を高めることで、ボトル缶のコラム強度も高めることができる。
また、筒胴部と口部との間に、曲率半径の大きい凸湾曲部と凹湾曲部とを連結した縮径部を形成したので、滑らかでかつ柔らかい印象の外観を呈し、意匠性に優れている。さらに、縮径部が滑らかに形成されるので、飲料を口部から注ぎ出す際に、縮径部の内周面を飲料が滑らかに流れる。このため、脈動が生じにくい。特に、筒胴部が長く、高さの大きい大容量のボトル缶において、良好な注ぎ性を有する。
さらに、ボトル缶の製造工程においては、倒立姿勢で搬送しながら内部を洗浄する工程があるが、その際の洗浄液の流出性も良好であり、内部に洗浄液が残りにくい。
加えて、径の大きい筒胴部と小径の口部との間で、曲率半径の大きい凸湾曲部と凹湾曲部とが連続して形成されているので、小径の口部の下端部を親指と人差し指とで握るように持つと、手の平の窪みに凹湾曲部から凸湾曲部の外面が倣うように接触するので、グリップ感にも優れている。このため、特に内容量の大きい大型缶に適用した場合に、持ったときの安定感に優れる。
また、筒胴部と口部との間に、曲率半径の大きい凸湾曲部と凹湾曲部とを連結した縮径部を形成したので、滑らかでかつ柔らかい印象の外観を呈し、意匠性に優れている。さらに、縮径部が滑らかに形成されるので、飲料を口部から注ぎ出す際に、縮径部の内周面を飲料が滑らかに流れる。このため、脈動が生じにくい。特に、筒胴部が長く、高さの大きい大容量のボトル缶において、良好な注ぎ性を有する。
さらに、ボトル缶の製造工程においては、倒立姿勢で搬送しながら内部を洗浄する工程があるが、その際の洗浄液の流出性も良好であり、内部に洗浄液が残りにくい。
加えて、径の大きい筒胴部と小径の口部との間で、曲率半径の大きい凸湾曲部と凹湾曲部とが連続して形成されているので、小径の口部の下端部を親指と人差し指とで握るように持つと、手の平の窪みに凹湾曲部から凸湾曲部の外面が倣うように接触するので、グリップ感にも優れている。このため、特に内容量の大きい大型缶に適用した場合に、持ったときの安定感に優れる。
本発明のボトル缶の好ましい態様としては、缶高さが１９４ｍｍ以上２３０ｍｍ以下、前記底部の缶軸方向下側の面から前記筒胴部の缶軸方向上側端までの缶胴高さが１１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、前記縮径部の缶軸方向下側端から前記口部の缶軸方向上側の面までのネック高さが６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、前記筒胴部の径が６４ｍｍ以上６８ｍｍ以下、前記首部の缶軸方向下側端から前記口部の缶軸方向上側の面までの首部高さが１８ｍｍ以上２４ｍｍ以下、前記口部の缶軸方向下側端から前記口部の缶軸方向上側の面までの口部高さが１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、前記膨出部の径が３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であるとよい。
上記態様では、首部の長さを３ｍｍ以上５ｍｍ以下と小さくするとともに、缶胴高さを大きく、かつ、ネック高さを小さくしたことから、缶高さを１９０ｍｍ以上２３０ｍｍ以下と小さくでき、缶の搬送時における安定性を向上できる。筒胴部の径を６４ｍｍ以上６８ｍｍ以下とし、縮径部を凸湾曲部及び凹湾曲部により構成したことから、ボトル缶の内容量を拡大できる。
本発明のボトル缶の製造方法は、上記ボトル缶の製造方法であって、アルミニウム合金板を打ち抜いてカップを形成するカップ形成工程と、前記カップに対して絞り加工及びしごき加工を施すことにより、円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体を缶軸方向上側に向かうに従って縮径させることにより、前記凸湾曲部及び前記凹湾曲部を有する縮径筒部と、該縮径筒部の上端部から缶軸に沿って缶軸方向上側に直線状に延びる小円筒部と、を形成する縮径筒部成形工程と、前記小円筒部の上端部に該小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、前記下側凸部及び前記上側凹部を形成して前記凸湾曲部から連続する縮径部とするとともに、前記上側凹部の上端に連続して前記小円筒部より小径の第２小円筒部を形成する縮径部形成工程と、前記第２小円筒部の上端部に前記膨出部及び前記膨出部の缶軸方向上側に雄ねじ部を形成する口部成形工程と、を備える。
ここで、ボトル缶の材料となるアルミニウム合金板は、圧延方向とその交差方向とで伸びが異なるため、製造時あるいはキャッピング時の外力で横断面視において楕円形状となる傾向がある。
これに対し、本発明では、小円筒部の上側端部を小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて相対移動させることにより、凹湾曲部の上側端に連続する下側凸部及び上側凹部を形成することで、口部の膨出部の缶軸方向下側及び首部の剛性を高めることができ、キャッピング時における外力によりボトル缶が変形することを抑制するとともに、製造過程における横断面視楕円状のボトル缶を矯正して、横断面視真円状にできる。
これに対し、本発明では、小円筒部の上側端部を小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて相対移動させることにより、凹湾曲部の上側端に連続する下側凸部及び上側凹部を形成することで、口部の膨出部の缶軸方向下側及び首部の剛性を高めることができ、キャッピング時における外力によりボトル缶が変形することを抑制するとともに、製造過程における横断面視楕円状のボトル缶を矯正して、横断面視真円状にできる。
本発明のボトル缶の製造方法の好ましい態様としては、前記口部成形工程後に前記下側凸部の上側端部に前記膨出部の径よりも大きい径のリフォーム用金型を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、前記下側凸部の曲率半径を小さくするリフォーム工程を備えるとよい。
上記態様では、リフォーム工程により下側凸部の曲率半径をより小さくすることで、製造工程における横断面視楕円形状のボトル缶を確実に横断面視真円状に矯正できる。また、下側凸部の曲率半径を小さくすることで、上側凹部及び下側凸部により形成される縮径部の周方向の段差を目立たなくすることができる。
本発明のボトル缶の設計方法は、底部に接続される円筒状の筒胴部と、該筒胴部の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部と、前記縮径部の缶軸方向上側に設けられる首部と、前記首部の缶軸方向上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部を有する口部と、を備え、アルミニウム合金により形成されるボトル缶の設計方法であって、缶高さ、前記底部の缶軸方向下側の面から前記筒胴部の缶軸方向上側端までの缶胴高さ、前記縮径部の缶軸方向下側端から前記口部の缶軸方向上側の面までのネック高さ、前記筒胴部の径、前記首部の缶軸方向下側端から前記口部の缶軸方向上側の面までの首部高さ、前記口部の缶軸方向下側端から前記口部の缶軸方向上側の面までの口部高さ、及び前記膨出部の径のそれぞれを設定する寸法設定ステップと、前記縮径部における前記筒胴部の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部の曲率半径と、該凸湾曲部の上端から前記口部の下端にかけて凹状外面を形成する凹湾曲部の曲率半径とを設定するとともに、前記凹湾曲部の缶軸方向上側端の位置を決定する縮径部形状設定ステップと、前記凹湾曲部の前記位置から前記首部の下端までの間を、缶軸を含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部及び前記下側凸部の缶軸方向上側に設けられ、前記縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部により連結する連結ステップと、を備える。
本発明では、ボトル缶の缶高さ等の各種寸法を設定した後、縮径部の形状を設定し、凹湾曲部の上端と首部の下端とを上側凹部及び下側凸部によりスムースに連結するので、意匠性が高く、かつ、径方向の強度の高い安定したボトル缶を確実に設計できる。
本発明によれば、ボトル缶の径方向の強度を向上でき、かつ筒胴部と口部との間の縮径部分を滑らかでかつ柔らかい印象の外観とし、大容量であっても注ぎ性を向上できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、缶の一例としてボトル缶を示している。
図１は、本発明の一実施形態に係るボトル缶の正面図である。このボトル缶１は、開口端部１ａにキャップ（図示省略）が装着されることにより、飲料等を収容する容器として
用いられる。
ボトル缶１は、例えば、ＪＩＳ３０００、３００４、３１０４等の３０００系のアルミニウム合金の薄板金属からなり、図１に示すように、底部１１に接続される筒胴部１２に、筒胴部１２の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部１３と、縮径部１３の上端に形成された口径３８ｍｍの口部１４とを備えている。縮径部１３は、筒胴部１２の上端から凸状外面となる凸湾曲部１３１と、凸湾曲部１３１の上端から口部１４の下端にかけて凹状外面となる凹湾曲部１３２とを有している。
図１に示すように、筒胴部１２及び縮径部１３、口部１４は互いに同軸に配置されており、本実施形態において、これらの共通軸を缶軸Ｓと称して説明を行う。
用いられる。
ボトル缶１は、例えば、ＪＩＳ３０００、３００４、３１０４等の３０００系のアルミニウム合金の薄板金属からなり、図１に示すように、底部１１に接続される筒胴部１２に、筒胴部１２の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部１３と、縮径部１３の上端に形成された口径３８ｍｍの口部１４とを備えている。縮径部１３は、筒胴部１２の上端から凸状外面となる凸湾曲部１３１と、凸湾曲部１３１の上端から口部１４の下端にかけて凹状外面となる凹湾曲部１３２とを有している。
図１に示すように、筒胴部１２及び縮径部１３、口部１４は互いに同軸に配置されており、本実施形態において、これらの共通軸を缶軸Ｓと称して説明を行う。
筒胴部１２は、缶軸Ｓに沿う方向に直線状に延びる円筒状に形成され、その外径Ｄ１は、６４ｍｍ以上６８ｍｍ以下に設定され、例えば６６．２ｍｍとされる。筒胴部１２の下端部には、ドーム状をなす底部１１が形成されており、底部１１は、缶軸Ｓ上に位置するとともに、上方（筒胴部１１の内部）に向けて膨出するように形成されたドーム部１１１と、ドーム部１１１の外周縁部と筒胴部１２の下端部とを接続するヒール部１１２とを備えている。また、ドーム部１１１とヒール部１１２との接続部分は、缶軸方向の下方に向けて凸となるように屈曲形成されており、ボトル缶１が正立姿勢（図１に示される、口部１４が上方を向く姿勢）となるように載置面上に載置されたときに、載置面に接する接地部１１３となっている。接地部１１３は、底部１１において最も下方に向けて突出しているとともに、周方向に沿って延びる環状をなしている。この接地部１１３の直径Ｄ２は、例えば、５６ｍｍに設定されている。
縮径部１３は、缶軸方向の下側に凸湾曲部１３１、上側に凹湾曲部１３２が形成され、これらが滑らかに接続されている。この場合、下側の凸湾曲部１３１の曲率半径Ｒ１より、上側の凹湾曲部１３２の曲率半径Ｒ２が大きく設定されている。具体的には、凸湾曲部１３１は、その外面の曲率半径Ｒ１が５０ｍｍ以上７０ｍｍ以下に形成され、凹湾曲部１３２は、その外面の曲率半径Ｒ２が９０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下に形成される。
また、凹湾曲部１３２の缶軸方向上側の端部には、缶軸Ｓを含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部１３３と、下側凸部１３３の缶軸方向上側に連続して形成され、縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部１３４とが設けられている。この下側凸部１３３は、凹湾曲部１３２の缶軸方向上側端に接続され、上側凹部１３４は、縮径部１３と口部１４との間に形成され、口部１４より小径円筒状の首部１５に接続されている。このため、凹湾曲部１３２の上端部は、くびれた形状となる。すなわち、凹湾曲部１３２の缶軸方向上側の端部と首部１５とは、下側凸部１３３及び上側凹部１３４により連結されている。
なお、これら下側凸部１３３、上側凹部１３４及び首部１５は、滑らかに接続されている。
なお、これら下側凸部１３３、上側凹部１３４及び首部１５は、滑らかに接続されている。
本実施形態において、筒胴部１２と縮径部１３の缶軸方向下側の凸湾曲部１３１との接続位置から、縮径部１３の上側の凹湾曲部１３２と首部１５との接続位置までの缶軸方向の長さＨ３は、４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下に形成される。また、縮径部１３の缶軸方向下側端（筒胴部１２と縮径部１３の缶軸方向下側の凸湾曲部１３１との接続位置）から口部１４の缶軸方向上側の面までのネック高さＨ２が６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に形成される。さらに、底部１１の缶軸方向下側の面から筒胴部１２の缶軸方向上側端までの缶胴高さＨ１が１１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に形成される。
また、下側凸部１３３の外面の曲率半径Ｒ３は４ｍｍ以上６ｍｍ未満に形成され、上側凹部１３４の外面の曲率半径Ｒ４は２ｍｍ以上２５ｍｍ以下に形成される。そして、縮径部１３の凹湾曲部１３２缶軸方向上側端と下側凸部１３３との接続位置は、図２に示すように、下側凸部１３３の曲率半径Ｒ３の曲率中心Ｃよりも缶軸方向の上方位置に配置されている。このため、凹湾曲部１３２の上記曲面の上端と上側凹部１３４との接続部における凹湾曲部１３２の接線Ｔは、缶軸Ｓの上方に向かうにしたがって漸次缶軸Ｓに接近する方向に傾斜しており、缶軸Ｓに対する傾斜角度θが２°以上１２°以下に形成されている。したがって、下側凸部１３３の缶軸方向長さが小さく形成され、その分、縮径部１３の缶軸方向長さＨ３が大きく形成される。この接線Ｔは、凹湾曲部１３２と下側凸部１３３との共通接線となる場合もある。
この下側凸部１３３の缶軸方向上側には、径方向内側に向けて凹となる上側凹部１３４が接続されており、この上側凹部１３４の缶軸方向上側端は、下側凸部１３３の径方向に突出する部位よりも缶軸方向側に位置している。これら下側凸部１３３及び上側凹部１３４は、缶軸Ｓを含む縦断面において、略Ｓ字状に形成されている。このような下側凸部１３３及び上側凹部１３４により、縮径部１３の上端部が急激にくびれさせることができ、かつ、当該部位の径方向の強度を高めている。
ところで、通常のボトル缶においては、前述した特許文献２記載のボトル缶のように、縮径部は円錐台面状に形成され、缶軸を通る縦断面ではストレートに形成される。また、この縮径部の缶軸方向の長さは、２１１径の筒胴部と３８ｍｍ口径の口部を有するボトル缶において、例えば２５ｍｍ程度に形成される。このため、筒胴部と縮径部との間は小さい曲率半径の屈曲部となってボトル缶の直径が急激に変化したように角ばった印象を与え、縮径部においてはボトル缶の外径が直線的に小さくなり、また、縮径部の上端は小さい直径で口部に接続される。
これに対して、本実施形態のボトル缶１は、筒胴部１２の上端から下側の凸湾曲部１３１、上側の凹湾曲部１３２が滑らかに接続されて縮径部１３が形成されている。しかも、凸湾曲部１３１及び凹湾曲部１３２とも曲率半径Ｒ１，Ｒ２が従来のボトル缶より相当に大きく、このため、筒胴部１２から口部１４までの間でボトル缶１の直径が滑らかに変化する。また、筒胴部１２の上端から首部１５の下端までの缶軸方向の長さＨ２、つまり縮径部１３の缶軸方向の長さＨ２が大きいので、曲率が急激に変化する部分がなく、曲率及び外径が缶軸方向の上方に向かうにしたがって全体に滑らかに変化している。
また、縮径部１３の凹湾曲部１３２の缶軸方向上側端と下側凸部１３３との接続位置が、下側凸部１３３の曲率中心Ｃの位置よりも缶軸方向上方位置に配置され、その接続部の共通接線Ｔが、缶軸Ｓの上方に向かうにしたがって漸次缶軸Ｓに接近する方向に傾斜しているので、凹湾曲部１３２の外面が首部１５に接近した位置まで連続し、下側凸部１３３の外面から凹湾曲部１３２の外面が缶軸方向下方に向かうにしたがって漸次拡径するように滑らかに連続している。
口部１４は、前述した首部１５の上に周方向に膨出部１４１が形成され、膨出部１４１の上に雄ねじ部１４２が形成され、雄ねじ部１４２の上方の開口端部１ａにカール部１４３が形成されている。そして、キャップ（図示略）が雄ねじ部１４２に螺合し、キャップの裾部が膨出部１４１に巻き込まれた状態で、キャップ内面のライナがカール部１４３に圧接して、内部を密封する。
なお、膨出部１４１の外径Ｄ３は、３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定され、口部１４の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までの口部高さＨ５は、１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に形成されている。
なお、膨出部１４１の外径Ｄ３は、３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定され、口部１４の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までの口部高さＨ５は、１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に形成されている。
［ボトル缶の製造方法］
次に、ボトル缶１の製造方法について、図３及び４を用いて説明する。このボトル缶１の製造方法は、カップ形成工程、筒体形成工程、縮径筒部成形工程、縮径部形成工程、口部成形工程、及びリフォーム工程を備える。以下に、これら工程順に説明する。
次に、ボトル缶１の製造方法について、図３及び４を用いて説明する。このボトル缶１の製造方法は、カップ形成工程、筒体形成工程、縮径筒部成形工程、縮径部形成工程、口部成形工程、及びリフォーム工程を備える。以下に、これら工程順に説明する。
（カップ形成工程）
このボトル缶１を製造するには、図３に示すように、まず、板厚０．４８０ｍｍ以上０．５２０ｍｍ以下のＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金の薄板金属の板材を打ち抜いて絞り加工することにより、図３（ａ）に示す比較的大径で浅いカップ２１を成形する。
（筒体形成工程）
その後、このカップ２１に再度の絞り加工及びしごき加工（ＤＩ加工）を加えて、図３（ｂ）に示すように所定高さの有底円筒状の筒体２２を成形し、その上端をトリミングにより切り揃える。このＤＩ加工により、筒体２２の底部は最終のボトル缶１としての底部１１の形状に成形される。
このボトル缶１を製造するには、図３に示すように、まず、板厚０．４８０ｍｍ以上０．５２０ｍｍ以下のＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金の薄板金属の板材を打ち抜いて絞り加工することにより、図３（ａ）に示す比較的大径で浅いカップ２１を成形する。
（筒体形成工程）
その後、このカップ２１に再度の絞り加工及びしごき加工（ＤＩ加工）を加えて、図３（ｂ）に示すように所定高さの有底円筒状の筒体２２を成形し、その上端をトリミングにより切り揃える。このＤＩ加工により、筒体２２の底部は最終のボトル缶１としての底部１１の形状に成形される。
（縮径筒部成形工程）
次いで、筒体２２の開口端部側を縮径加工（ネックイン加工）することにより、図３（ｃ）に示すように筒胴部１２に連続する縮径筒部２３２を形成するとともに、縮径筒部２３２の上方で缶軸Ｏ方向に延びる小円筒部２３１を有する中間成形体２３を形成する。
この縮径加工（ネックイン加工）は、円筒状のネックイン金型を筒体２２の開口端側から缶軸方向に押し込んで、ネックイン金型の内周成形部によって筒体２２を縮径して、縮径筒部２３２を形成する加工であるが、本実施形態のボトル缶１においては、縮径筒部２３２が曲率半径の大きい凸湾曲部１３１と凹湾曲部１３２とが連続して形成された形状であり、かつ縮径筒部２３２（縮径部１３）の長さＨ２が長いので、缶軸方向に対して比較的緩やかな傾斜に形成されている。このため、縮径加工が容易である。
次いで、筒体２２の開口端部側を縮径加工（ネックイン加工）することにより、図３（ｃ）に示すように筒胴部１２に連続する縮径筒部２３２を形成するとともに、縮径筒部２３２の上方で缶軸Ｏ方向に延びる小円筒部２３１を有する中間成形体２３を形成する。
この縮径加工（ネックイン加工）は、円筒状のネックイン金型を筒体２２の開口端側から缶軸方向に押し込んで、ネックイン金型の内周成形部によって筒体２２を縮径して、縮径筒部２３２を形成する加工であるが、本実施形態のボトル缶１においては、縮径筒部２３２が曲率半径の大きい凸湾曲部１３１と凹湾曲部１３２とが連続して形成された形状であり、かつ縮径筒部２３２（縮径部１３）の長さＨ２が長いので、缶軸方向に対して比較的緩やかな傾斜に形成されている。このため、縮径加工が容易である。
従来のボトル缶であると、縮径部を加工するのにネックイン金型の内周成形部の径を順次小さくしながら複数回の加工が必要であり、その複数回の加工によって縮径部が階段状に形成されるおそれがある。これを避けるためには、一回の加工面積を小さくして、加工回数を多くする対策が必要である。
これに対して、本実施形態のボトル缶１の場合は、縮径部１３が滑らかな湾曲部１３１，１３２が連続して比較的緩やかな傾斜に形成されているので、ネックイン加工時の一回の加工面積を大きくすることができ、縮径部１３を滑らかに形成することができる。
これに対して、本実施形態のボトル缶１の場合は、縮径部１３が滑らかな湾曲部１３１，１３２が連続して比較的緩やかな傾斜に形成されているので、ネックイン加工時の一回の加工面積を大きくすることができ、縮径部１３を滑らかに形成することができる。
（縮径部形成工程）
縮径部形成工程では、小円筒部２３１の上側端部を小円筒部２３１の径よりも小さい径の金型（図示省略）を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、縮径筒部２３２の凹湾曲部１３２の上側端に連続する下側凸部２４３及び上側凹部２４４を形成し、図３（ｄ）に示す中間成形体２４を形成する。この縮径部形成工程では、下側凸部２４３及び上側凹部２４４を形成する他、小円筒部２３１を縮径することにより、小円筒部２３１より小径の第２小円筒部２４１とする。
縮径部形成工程では、小円筒部２３１の上側端部を小円筒部２３１の径よりも小さい径の金型（図示省略）を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、縮径筒部２３２の凹湾曲部１３２の上側端に連続する下側凸部２４３及び上側凹部２４４を形成し、図３（ｄ）に示す中間成形体２４を形成する。この縮径部形成工程では、下側凸部２４３及び上側凹部２４４を形成する他、小円筒部２３１を縮径することにより、小円筒部２３１より小径の第２小円筒部２４１とする。
（口部成形工程）
次いで、中間成形体２４の第２小円筒部２４１を再度拡径及び縮径した後、首部１５を形成した後、膨出部１４１、雄ねじ部１４２、カール部１４３を形成することにより、図３（ｅ）に示す中間成形体２５が形成される。
次いで、中間成形体２４の第２小円筒部２４１を再度拡径及び縮径した後、首部１５を形成した後、膨出部１４１、雄ねじ部１４２、カール部１４３を形成することにより、図３（ｅ）に示す中間成形体２５が形成される。
（リフォーム工程）
従来、ボトル缶１の材料となるアルミニウム合金板（例えば、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金板）は、圧延方向とその交差方向とで伸びが異なるため、製造時あるいはキャッピング時の外力で横断面視において楕円形状となる傾向がある。この点、口部１４に形成された膨出部１４１は、キャップのスカート部（図示省略）が巻き込まれる部分であり、この部分が横断面視において楕円に変形していると密閉性を損なう原因となる。このため、膨出部１４１の上側に雄ねじ部１４２が成形されていて剛性が高められている。一方、膨出部１４１の缶軸方向下側の部位（首部１５と凹湾曲部１３２との間の部位）には、雄ねじ部１４２のような凹凸形状が成形されていないため、径方向の強度が低い。このため、上記中間成形体２４は、横断面視において若干楕円形状に形成される場合がある。
従来、ボトル缶１の材料となるアルミニウム合金板（例えば、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金板）は、圧延方向とその交差方向とで伸びが異なるため、製造時あるいはキャッピング時の外力で横断面視において楕円形状となる傾向がある。この点、口部１４に形成された膨出部１４１は、キャップのスカート部（図示省略）が巻き込まれる部分であり、この部分が横断面視において楕円に変形していると密閉性を損なう原因となる。このため、膨出部１４１の上側に雄ねじ部１４２が成形されていて剛性が高められている。一方、膨出部１４１の缶軸方向下側の部位（首部１５と凹湾曲部１３２との間の部位）には、雄ねじ部１４２のような凹凸形状が成形されていないため、径方向の強度が低い。このため、上記中間成形体２４は、横断面視において若干楕円形状に形成される場合がある。
これに対して、本実施形態のボトル缶１の場合は、小円筒部２３１に対して縮径部形成工程により、下側凸部２４３及び上側凹部２４４を形成し、口部形成工程後にリフォーム工程を施すことにより、下側凸部２４３の曲率半径を小さくすることにより、上側凹部１３４及び下側凸部１３３とする。これにより、口部１４の膨出部１４１の缶軸方向下側及び首部１５の剛性を高めることができ、キャッピング時における外力によりボトル缶１が変形することを抑制するとともに、製造過程における横断面視楕円形状の中間成形体２５を矯正して真円形状とする。具体的には、図４に示すように、中間成形体２５の縮径筒部２３２の上側端部（下側凸部２４３）に口部１４の膨出部１４１の径よりも大きい径のリフォーム用金型５０を押し付けて缶軸方向に相対移動させる。これにより、図２の破線で示した下側凸部２４３がリフォーム用金型５０に押圧されて曲率半径のより小さい下側凸部１３３となり、縮径部１３となる。なお、リフォーム前の下側凸部２４３の曲率半径Ｒ３´は、６ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、リフォーム後の下側凸部１３３の曲率半径Ｒ３は、４ｍｍ以上６ｍｍ未満とされる。また、上側凹部２４４については、リフォーム工程において変形することがほとんどないので、リフォーム工程前の上側凹部２４４の曲率半径とリフォーム工程後の上側凹部１３４との曲率半径とは略同じである。これにより、横断面視真円形状のボトル缶１が形成される。
なお、上述した縮径部以外の部分も含めて諸寸法について説明しておくと、ボトル缶１の接地部１１３の底面からカール部１４３の上面までの高さ（ボトル缶１の高さ）Ｈ０は１９４ｍｍ以上２３０ｍｍ以下である。内容量としては、４００ｍｌ以上６００ｍｌ以下の飲料缶として利用することができる。図３（ｂ）に示すＤＩ缶において、筒体２２の底部１１側の板厚（ウォール厚）ｔ１が０．１２５ｍｍ以上０．１５０ｍｍ以下に形成され、開口端部側の板厚（フランジ厚ｔ２）が０．２１０ｍｍ以上０．２４０ｍｍ以下に形成される。この場合、ウォール厚ｔ１の部分２２１は、筒胴部１２の底部１１よりも若干缶軸方向上方位置から、後の工程で縮径部１３の凸湾曲部１３１となる部分よりも若干缶軸方向下方位置までであり、フランジ厚ｔ２の部分２２２は、後の工程で縮径部１３の凸湾曲部１３１となる部分よりも缶軸方向上方部分である。なお、底部１１のドーム部１１１の板厚は、板厚０．４８０ｍｍ以上０．５２０ｍｍ以下の元板厚と同じ、あるいは元板厚より若干薄くなる。
本実施形態のボトル缶１では、凹湾曲部１３２の上端部に上側凹部１３４及び下側凸部１３３が設けられているので、凹湾曲部１３２と首部１５とをスムースに連結でき、ボトル缶１の意匠性を向上できるとともに、当該部位におけるボトル缶１の径方向の強度を高めることができる。また、ボトル缶１の上記部位の径方向の強度を高めることで、ボトル缶１のコラム強度も高めることができる。
また、ボトル缶１は、上記のような外観形状であるため、径の大きい筒胴部１２と小径の口部１４との間で、曲率半径の大きい凸湾曲部１３１と凹湾曲部１３２とが連続して形成されているので、筒胴部１２と口部１４との間が滑らかでかつ柔らかい印象の外観を呈し、意匠性に優れている。
また、縮径部１３が滑らかに形成されるので、飲料を口部１４から注ぎ出す際に、縮径部１３の内周面を飲料が滑らかに流れる。このため、脈動が生じにくい。特に、筒胴部１２が長く、高さの大きい大容量のボトル缶において、良好な注ぎ性を有する。
また、ボトル缶１の製造工程においては、倒立姿勢（開口端部１ａを缶軸方向下方に向けた姿勢）で搬送しながら内部を洗浄する工程があるが、その際の洗浄液の流出性も良好であり、内部に洗浄液が残りにくい。
また、縮径部１３が滑らかに形成されるので、飲料を口部１４から注ぎ出す際に、縮径部１３の内周面を飲料が滑らかに流れる。このため、脈動が生じにくい。特に、筒胴部１２が長く、高さの大きい大容量のボトル缶において、良好な注ぎ性を有する。
また、ボトル缶１の製造工程においては、倒立姿勢（開口端部１ａを缶軸方向下方に向けた姿勢）で搬送しながら内部を洗浄する工程があるが、その際の洗浄液の流出性も良好であり、内部に洗浄液が残りにくい。
さらに、小径の口部１４の下端部を親指と人差し指とで握るように持つと、手の平の窪みに凹湾曲部１３２から凸湾曲部１３１の外面が倣うように接触するので、グリップ感にも優れている。このため、特に内容量の大きい大型缶に適用した場合に、持ったときの安定感に優れる。
また、筒胴部１２から凸湾曲部１３１及び凹湾曲部１３２にかけて、外径が急激に変化する部分がなく、緩やかに変化しているので、ボトル缶１の外面の印刷面も筒胴部１２から縮径部１３にかけて広い範囲で確保することができ、意匠性に優れたボトル缶１を提供することができる。
また、筒胴部１２から凸湾曲部１３１及び凹湾曲部１３２にかけて、外径が急激に変化する部分がなく、緩やかに変化しているので、ボトル缶１の外面の印刷面も筒胴部１２から縮径部１３にかけて広い範囲で確保することができ、意匠性に優れたボトル缶１を提供することができる。
また、首部の長さを３ｍｍ以上５ｍｍ以下と小さくするとともに、缶胴高さＨ１を大きく、かつ、ネック高さＨ２を小さくしたことから、缶高さＨ０を１９０ｍｍ以上２３０ｍｍ以下と小さくでき、缶の搬送時における安定性を向上できる。また、筒胴部の外径Ｄ１を６４ｍｍ以上６８ｍｍ以下とし、縮径部１３を凸湾曲部１３１及び凹湾曲部１３２により構成したことから、ボトル缶１の内容量を拡大できる。
さらに、リフォーム工程により下側凸部２４３の曲率半径を小さくして下側凸部１３３とすることで、製造工程における横断面視楕円形状のボトル缶を確実に横断面視真円状に矯正できる。また、下側凸部１３３の曲率半径を４ｍｍ以上６ｍｍ未満と小さくすることで、下側凸部１３３及び上側凹部１３４により形成される縮径部１３の周方向の段差を目立たなくすることができる。
上記実施形態に示したボトル缶１は、例えば、以下のようにして設計される。
まず、缶高さＨ０、底部１１の缶軸方向下側の面から筒胴部１２の缶軸方向上側端までの缶胴高さＨ１、縮径部１３の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までのネック高さＨ２、筒胴部１２の外径Ｄ１、首部１５の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までの首部高さＨ４、口部１４の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までの口部高さＨ５、及び膨出部１４１の外径Ｄ３のそれぞれを設定する（寸法設定ステップ）。次に、縮径部１３における筒胴部１２の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部１３１の曲率半径Ｒ１と、該凸湾曲部１３１の上端から口部１４の下端にかけて凹状外面を形成する凹湾曲部１３２の曲率半径Ｒ２とを設定するとともに、凹湾曲部１３２の缶軸方向上側端の位置を決定する（縮径部形状設定ステップ）。最後に、凹湾曲部１３２の上記位置から首部１５の下端までの間を、缶軸Ｓを含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部１３３及び下側凸部１３３の缶軸方向上側に設けられ、縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部１３４により連結する（連結ステップ）。
まず、缶高さＨ０、底部１１の缶軸方向下側の面から筒胴部１２の缶軸方向上側端までの缶胴高さＨ１、縮径部１３の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までのネック高さＨ２、筒胴部１２の外径Ｄ１、首部１５の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までの首部高さＨ４、口部１４の缶軸方向下側端から口部１４の缶軸方向上側の面までの口部高さＨ５、及び膨出部１４１の外径Ｄ３のそれぞれを設定する（寸法設定ステップ）。次に、縮径部１３における筒胴部１２の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部１３１の曲率半径Ｒ１と、該凸湾曲部１３１の上端から口部１４の下端にかけて凹状外面を形成する凹湾曲部１３２の曲率半径Ｒ２とを設定するとともに、凹湾曲部１３２の缶軸方向上側端の位置を決定する（縮径部形状設定ステップ）。最後に、凹湾曲部１３２の上記位置から首部１５の下端までの間を、缶軸Ｓを含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部１３３及び下側凸部１３３の缶軸方向上側に設けられ、縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部１３４により連結する（連結ステップ）。
上記ボトル缶１の設計方法では、ボトル缶１の缶高さ等の各種寸法を設定した後、縮径部１３の形状を設定し、凹湾曲部１３２の上端と首部１５の下端とを上側凹部１３４及び下側凸部１３３によりスムースに連結するので、意匠性が高く、かつ、径方向の強度の高い安定したボトル缶１を確実に設計できる。
なお、本発明は上記各実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、ボトル缶として、予め有底円筒状の筒体を形成して、その開口端部を成形したが、筒体は底部を有していないものも含むものとし、縮径部を成形した後に、筒体の胴部に、別に形成した底部を巻き締め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実証する。プレス成形前の板厚が０．５０５ｍｍのＪＩＳ３００４のアルミニウム材を用い、ウォール厚が０．１３５ｍｍ、フランジ厚が０．２２５ｍｍのＤＩ缶を成形した後、円筒状胴部の外径が６６．２４ｍｍ、口部の膨出部外径が３８．０ｍｍ、全体高さが２０３ｍｍのボトル缶を成形した。
実施例１では、凸湾曲部の曲率半径を６０ｍｍ、凹湾曲部の曲率半径を１００ｍｍとし、この凹湾曲部の上端部に曲率半径５ｍｍの下側凸部と曲率半径４ｍｍの上側凹部が形成されたボトル缶を成形した。一方、比較例１では、図５に示すボトル缶１０Ａを用い、曲率半径１００ｍｍの凹湾曲部１３２Ａの上端が首部１５に直接接続されているものを用いた。この首部の下端部の形状が異なる以外、実施例１及び比較例１の形状は同一とした。
なお、実施例１の試料は、上記実施形態に示した方法で１０缶製造し、比較例１の試料は、縮径部形成工程及びリフォーム工程を実施しない方法で１０缶製造した。
そして、実施例１及び比較例１の試料のコラム強度を測定した。
コラム強度は、ボトルの口金部上端（開口部）に平板を当接させ、島津製作所製の試験機（型番ＡＧ-５０ｋＮＧ）を用いて、５ｍｍ／ｍｉｎの速度で軸方向に圧縮して、座屈が開始された時の荷重を測定した。
その結果を表１に示す。いずれも１０缶ずつ測定し、その平均値を示している。
実施例１では、凸湾曲部の曲率半径を６０ｍｍ、凹湾曲部の曲率半径を１００ｍｍとし、この凹湾曲部の上端部に曲率半径５ｍｍの下側凸部と曲率半径４ｍｍの上側凹部が形成されたボトル缶を成形した。一方、比較例１では、図５に示すボトル缶１０Ａを用い、曲率半径１００ｍｍの凹湾曲部１３２Ａの上端が首部１５に直接接続されているものを用いた。この首部の下端部の形状が異なる以外、実施例１及び比較例１の形状は同一とした。
なお、実施例１の試料は、上記実施形態に示した方法で１０缶製造し、比較例１の試料は、縮径部形成工程及びリフォーム工程を実施しない方法で１０缶製造した。
そして、実施例１及び比較例１の試料のコラム強度を測定した。
コラム強度は、ボトルの口金部上端（開口部）に平板を当接させ、島津製作所製の試験機（型番ＡＧ-５０ｋＮＧ）を用いて、５ｍｍ／ｍｉｎの速度で軸方向に圧縮して、座屈が開始された時の荷重を測定した。
その結果を表１に示す。いずれも１０缶ずつ測定し、その平均値を示している。
表１により明らかなように、実施例１のボトル缶は、コラム強度が例えば１８００Ｎと高い。これにより、下側凸部及び上側凹部を形成することにより、これらが形成された部位の径方向の強度が高まることで、上記コラム強度が高まり、キャッピング時等における変形を抑制できることがわかる。
これに対して比較例１は、縮径部形成工程及びリフォーム工程を経ないで形成したために、下側凸部及び上側凹部を有していないため、これらが形成された部位の径方向の強度を高めることができなかったため、コラム強度が低かった。
これに対して比較例１は、縮径部形成工程及びリフォーム工程を経ないで形成したために、下側凸部及び上側凹部を有していないため、これらが形成された部位の径方向の強度を高めることができなかったため、コラム強度が低かった。
１ ボトル缶
１１ 底部
１１１ ドーム部
１１２ ヒール部
１１３ 接地部
１２ 筒胴部
１３ 縮径部
１３１ 凸湾曲部
１３２ 凹湾曲部
１３３ 下側凸部
１３４ 上側凹部
１４ 口部
１４１ 膨出部
１４２ 雄ねじ部
１４３ カール部
１５ 首部
２１ カップ
２２ ２３ ２４ ２５ 中間成形体
２３１ 小円筒部
２３２ 縮径筒部
２４１ 第２小円筒部
２４３ 下側凸部
２４４ 上側凹部
１１ 底部
１１１ ドーム部
１１２ ヒール部
１１３ 接地部
１２ 筒胴部
１３ 縮径部
１３１ 凸湾曲部
１３２ 凹湾曲部
１３３ 下側凸部
１３４ 上側凹部
１４ 口部
１４１ 膨出部
１４２ 雄ねじ部
１４３ カール部
１５ 首部
２１ カップ
２２ ２３ ２４ ２５ 中間成形体
２３１ 小円筒部
２３２ 縮径筒部
２４１ 第２小円筒部
２４３ 下側凸部
２４４ 上側凹部
Claims (1)
- 底部に接続される円筒状の筒胴部と、該筒胴部の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部と、前記縮径部の缶軸方向上側に設けられる首部と、前記首部の缶軸方向上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部及び雄ねじ部を有する口部と、を備え、
前記縮径部は、前記筒胴部の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部と、該凸湾曲部の上端から凹状外面を形成する凹湾曲部と、前記凹湾曲部の缶軸方向上側端に接続され缶軸を含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部と、前記下側凸部の缶軸方向上側に連続して形成され、前記縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部と、を有し、
前記上側凹部に前記首部が接続されており、
さらに前記凹湾曲部と前記下側凸部との接続部における接線は、前記缶軸に対する傾斜角度が２°以上１２°以下に形成されている、アルミニウム合金からなるボトル缶の製造方法であって、
アルミニウム合金板を打ち抜いてカップを形成するカップ形成工程と、前記カップに対して絞り加工及びしごき加工を施すことにより、円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体を缶軸方向上側に向かうに従って縮径させることにより、前記凸湾曲部及び前記凹湾曲部を有する縮径筒部と、該縮径筒部の上端部から缶軸に沿って缶軸方向上側に直線状に延びる小円筒部と、を形成する縮径筒部成形工程と、前記小円筒部の上端部に該小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、前記下側凸部及び前記上側凹部を形成して前記凸湾曲部から連続する縮径部とするとともに、前記上側凹部の上端に連続して前記小円筒部より小径の第２小円筒部を形成する縮径部形成工程と、前記第２小円筒部の上端部に前記膨出部及び前記膨出部の缶軸方向上側に雄ねじ部を形成する口部成形工程と、前記口部成形工程後に前記下側凸部の上側端部に前記膨出部の径よりも大きい径のリフォーム用金型を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、前記下側凸部の曲率半径を小さくするリフォーム工程とを備えることを特徴とするボトル缶の製造方法。
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