WO2020158817A1 - 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

ボトル缶、ボトル缶の製造方法及びボトル缶の設計方法 Download PDF

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WO2020158817A1
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長谷川　貴志
友明 飯村
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ユニバーサル製缶株式会社
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    • B65D1/0261—Bottom construction
    • B65D1/0276—Bottom construction having a continuous contact surface, e.g. Champagne-type bottom

Definitions

  • the present invention relates to a bottle can filled with contents such as beverages, a method for manufacturing the bottle can, and a method for designing the bottle can.
  • contents such as beverages
  • a method for manufacturing the bottle can and a method for designing the bottle can.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-016367 filed on January 31, 2019 and Japanese Patent Application No. 2019-229557 filed on December 19, 2019, the contents of which are hereby incorporated by reference. Incorporate.
  • a cylindrical barrel body connected to the bottom, a reduced diameter portion that reduces in diameter from the upper end of the barrel body toward the axial upper side of the barrel body, and the reduced diameter
  • a bottle-shaped can (bottle can) provided with a neck portion provided on the can axial direction upper side of the portion, and a mouth portion provided on the can axial direction upper side of the neck portion and having a bulging portion that bulges in the radial direction.
  • a metal plate material (aluminum alloy material plate material) is subjected to a cupping process (drawing process) and a DI process (drawing and ironing process, Drawing & Ironing) to form a bottomed cylindrical can body. Then, a diameter-reduced portion is formed by subjecting the body portion of the bottomed cylindrical can body to a diameter-reducing process, and then a mouth portion having a screw portion, a curl portion and the like is formed.
  • a bottle can, for example, the bottle can described in Patent Document 1 and the bottle can described in Patent Document 2 are known.
  • a frusto-conical portion continues to a squeezed and ironed cylindrical side wall.
  • the frusto-conical section has a neck with a smaller diameter than the can body at the top.
  • the neck continues to the cylinder, and the cylinder is threaded.
  • a bead is formed above the cylindrical portion, and an annular bead is formed below the screw.
  • This bottle can has a diameter of about 76 mm and a height of about 180 mm and is designed to hold about 590 ml. Alternatively, it is also described that a diameter of approximately 51 mm to 83 mm and a height of approximately 89 mm to 254 mm may be accommodated, and approximately 207 ml to 946 ml or more may be contained.
  • the frusto-conical portion is not a straight frusto-conical neck but has a plurality of uneven steps or ribs.
  • Patent Document 2 a frusto-conical surface-shaped shoulder portion that gradually reduces in diameter with a constant inclination toward the upper end side on the body portion, and a tubular neck portion that extends further from this shoulder portion toward the upper end side, A bulging portion protruding from the upper end of the neck portion to the outer peripheral side, a cap attachment portion (mouth portion) including a screw portion and a curl portion are formed, and an outer diameter (diameter) of the body portion is 64.24 mm to 68.
  • a bottle can of 24 mm and an internal capacity of 410 ml is described.
  • the frusto-conical portion (reduced diameter portion) between the cylindrical side wall and the small-diameter cylindrical portion that forms the opening is formed in a stepped shape, which is poor in design. ..
  • the bottle can described in Patent Document 2 has a relatively smooth shoulder portion (reduced diameter portion), but since it has a truncated cone surface shape, it gives an angular impression as a whole. Further, since the connecting portion between the end portion of the shoulder portion on the upper side in the axial direction of the can and the neck portion is convex inward in the radial direction (the outer surface is concave), the radial strength of the bottle can in that portion is low. Also, the column strength of the bottle can (strength in the can axis direction) is reduced.
  • pulsation may occur when the beverage is poured out.
  • the influence of pulsation increases, so it is necessary to improve the pouring property.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can improve the radial strength of the bottle can, and the appearance of a smooth and soft impression of the reduced diameter portion between the barrel body portion and the mouth portion. It is an object of the present invention to provide a bottle can having a good pouring property even with a large capacity, a method for manufacturing the bottle can, and a method for designing the bottle can.
  • the bottle can of the present invention is formed of an aluminum alloy, and has a bottom portion; a cylindrical barrel portion connected to the upper end of the bottom portion; and a reduced diameter portion that reduces in diameter from the upper end of the barrel portion to the upper side.
  • a neck portion provided on the upper side of the reduced diameter portion; a mouth portion provided on the upper side of the neck portion and having a bulging portion and a male screw portion bulging in a radial direction;
  • a convex curved portion having a convex outer surface continuous with the upper end of the body; a concave curved portion having a concave outer surface continuous with the upper end of the convex curved portion; a lower portion having a convex outer surface continuous with the upper end of the concave curved portion A side convex portion; and an upper concave portion having a concave outer surface continuous with the upper end of the lower convex portion and the lower end of the neck portion.
  • the concave curved portion and the neck portion can be smoothly connected,
  • the design of the bottle can be improved, and the strength of the bottle can in the radial direction near the neck can be increased. Further, the column strength of the bottle can can be increased by increasing the radial strength near the neck of the bottle can.
  • the reduced diameter portion that connects the convex curved portion and the concave curved portion having a large radius of curvature is formed between the barrel portion and the mouth portion, the appearance of a smooth and soft impression is exhibited, and the design is excellent. ing. Furthermore, since the reduced diameter portion is formed smoothly, when the beverage is poured out from the mouth portion, the beverage smoothly flows on the inner peripheral surface of the reduced diameter portion, and pulsation is unlikely to occur. Particularly, in a large-capacity bottle can with a long barrel and a large height, it has good pouring properties.
  • the convex curved portion and the concave curved portion having a large radius of curvature are continuous between the large-diameter barrel portion and the small-diameter mouth portion, the lower end portion of the mouth portion can be grasped by the thumb and the index finger.
  • the concave curved portion comes into contact with the outer surface of the convex curved portion so as to follow the concave portion, and the grip feeling is excellent. For this reason, when applied to a large can having a large internal capacity, it has excellent stability when held.
  • the radius of curvature of the outer surface of the lower convex portion is preferably 2 mm or more and less than 6 mm.
  • the radius of curvature of the outer surface of the convex curved portion is 45 mm or more and 80 mm or less, and the radius of curvature of the outer surface of the concave curved portion is 85 mm or more and 115 mm or less.
  • the can height from the lower surface of the bottom portion to the upper surface of the mouth portion is 194 mm or more and 230 mm or less, and the barrel body portion height from the lower surface of the bottom portion to the upper end of the barrel body portion.
  • the upper height from the lower end of the reduced diameter portion to the upper surface of the mouth portion is 60 mm or more and 100 mm or less
  • the outer diameter of the cylindrical body portion is 64 mm or more and 68 mm or less
  • the lower end of the neck portion is The neck upper height to the upper surface of the mouth portion is 18 mm or more and 24 mm or less
  • the mouth portion height from the lower end of the mouth portion to the upper surface of the mouth portion is 15 mm or more and 20 mm or less
  • the outer diameter of the bulging portion is 35 mm. It is good that it is not less than 40 mm.
  • the neck height is reduced to 3 mm or more and 5 mm or less, the cylinder body height is increased, and the upper portion height is decreased. Therefore, the can height can be reduced to 194 mm or more and 230 mm or less.
  • the stability during transportation can be improved. Since the outer diameter of the barrel portion is 64 mm or more and 68 mm or less and the reduced diameter portion is configured by the convex curved portion and the concave curved portion, the internal capacity of the bottle can can be increased.
  • the method for producing a bottle can of the present invention is a method for producing the above-mentioned bottle can, comprising a cup forming step of punching an aluminum alloy plate to form a cup; and subjecting the cup to drawing and ironing.
  • the lower convex portion and the upper concave portion continuous with the upper end of the concave curved portion are formed to form the reduced diameter portion, and A step of forming a second small cylindrical portion which is continuous with the upper end of the upper concave portion and has a diameter smaller than that of the small cylindrical portion; and a step of forming the bulged portion and the bulged portion at the upper end of the second small cylindrical portion.
  • the ease of stretching during processing differs depending on the rolling direction and the intersecting direction, so the external force during manufacturing or capping causes an elliptical shape in cross section. Tend.
  • the present invention by pressing a mold having a diameter smaller than the diameter of the small cylindrical portion against the upper end portion of the small cylindrical portion and relatively moving it, the lower convex portion and the upper concave portion are formed, The rigidity of the lower side of the bulging portion and the neck portion can be increased. As a result, deformation of the bottle can due to external force during capping can be suppressed, and the bottle can having an elliptical shape in cross section in the manufacturing process can be corrected to have a perfect circular shape in cross section.
  • the radius of curvature of the lower convex portion is reduced. It is preferable to further include a reforming step of
  • the bottle can designing method of the present invention is formed of an aluminum alloy, and has a bottom portion; a cylindrical barrel body connected to the upper end of the bottom portion; and a shrinking diameter that decreases from the upper end of the barrel body toward the upper side.
  • a method of designing a bottle can comprising: a diameter portion; a neck portion provided on the upper side of the reduced diameter portion; and a mouth portion provided on the upper side of the neck portion and having a bulging portion bulging in a radial direction and a male screw portion; is there.
  • This design method includes a can height, a barrel body height from the bottom surface of the bottom portion in the can axial direction to an upper end of the barrel barrel in the can axial direction, and a bottom end of the reduced diameter portion in the can axial direction.
  • the shape of the reduced diameter portion is set, and the lower convex portion that smoothly connects the upper end of the concave curved portion and the lower end of the neck portion and Since the shape of the upper concave portion is set, it is possible to reliably design a stable bottle can with high designability and high radial strength.
  • the radial strength of a bottle can be improved, and the reduced diameter part between a barrel part and a mouth part has a smooth and soft appearance, and even if it has a large capacity, pouring property is improved. Can be improved.
  • FIG. 1 is a front view of a bottle can 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the bottle can 1 is used as a container for storing a beverage or the like by attaching a cap (not shown) to the open end 1a.
  • the bottle can 1 is made of, for example, a sheet metal of 3000 series aluminum alloy such as JIS 3000, 3004, 3104, etc., and is a rotating body having a can axis S as an axis, as shown in FIG. Barrel body 12 connected to the upper end of the body, a reduced diameter portion 13 that reduces in diameter from the upper end of the barrel body 12 toward the upper side, a neck portion 15 provided on the upper side of the reduced diameter portion 13, and an upper end of the neck portion 15. And a mouth portion 14 having a diameter of 38 mm that is continuous with the.
  • a sheet metal of 3000 series aluminum alloy such as JIS 3000, 3004, 3104, etc.
  • the reduced diameter portion 13 has a convex curved portion 131 that is a convex outer surface from the upper end of the barrel portion 12, and a concave curved portion 132 that is a concave outer surface from the upper end of the convex curved portion 131 to the lower end of the mouth portion 14. There is.
  • the barrel portion 12, the reduced diameter portion 13, and the mouth portion 14 are arranged coaxially with each other, and in the present embodiment, a common shaft of these is referred to as a can shaft S for description.
  • a can shaft S a common shaft of these.
  • the upper side in FIG. 1 is the upper side along the can axis S
  • the lower side in FIG. 1 is the lower side along the can axis S.
  • the barrel body 12 is formed in a cylindrical shape that extends linearly in the direction along the can axis S, and its outer diameter D1 is set to 64 mm or more and 68 mm or less, for example, 66.2 mm.
  • the bottom portion 11 formed by being connected to the lower end portion of the barrel portion 12 is located on the can axis S and dome portion 111 formed so as to bulge upward (inside the barrel portion 11).
  • the heel portion 112 connects the outer peripheral edge portion of the dome portion 111 and the lower end portion of the barrel body 12.
  • the grounding portion 113 that connects the dome portion 111 and the heel portion 112 is bent and formed so as to be convex downward, and the bottle can 1 is in an upright posture (the mouth portion 14 shown in FIG. 1 faces upward). When it is placed on the placement surface so as to be in a posture), it contacts the placement surface.
  • the grounding portion 113 has an annular shape that projects downward in the bottom portion 11 and extends in the circumferential direction.
  • the diameter D2 of the ground portion 113 is set to 56 mm, for example.
  • the reduced diameter portion 13 has a curved convex curved portion 131 having a convex outer surface on the lower side and a curved concave curved portion 132 having a concave facing surface on the upper side, and these are smoothly connected.
  • the radius of curvature R2 of the outer surface of the upper concave curved portion 132 is larger than the radius of curvature R1 of the outer surface of the lower convex curved portion 131.
  • the convex curved portion 131 has a radius of curvature R1 of 45 mm or more and 80 mm or less, more preferably 50 mm or more and 70 mm or less, and the concave curved portion 132 has a radius of curvature R2 of 85 mm or more and 115 mm or less, more preferably 90 mm or more and 110 mm or less. Is.
  • the upper part of the reduced diameter part 13 is connected to the upper end of the concave curved part 132, and becomes convex outward in the radial direction in the longitudinal section including the can axis S (forms a convex outer surface).
  • a side convex portion 133 and an upper concave portion 134 which is continuous with the upper end of the lower convex portion 133 and which is concave toward the inner side in the radial direction in the vertical cross section (forming a concave outer surface) are provided.
  • the lower convex portion 133 is connected to the upper end of the concave curved portion 132.
  • the upper recess 134 continuing from the upper end of the lower protrusion 133 is connected to the lower end of the neck portion 15 having a smaller diameter than the mouth portion 14 and having a cylindrical shape. Therefore, the upper portion of the reduced diameter portion 13 has a constricted shape that is continuous with the neck portion 15. That is, the upper end of the concave curved portion 132 and the lower end of the neck portion 15 are connected by the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134.
  • the lower convex portion 133, the upper concave portion 134, and the neck portion 15 are smoothly connected.
  • the upper end of the reduced diameter portion 13 (upper end of the upper concave portion 134) and the lower end of the neck portion 15 are connected.
  • the height in the direction of the can axis S up to the connection position of, that is, the height H3 of the reduced diameter portion 13 is formed to be 40 mm or more and 70 mm or less.
  • the upper height H2 from the lower end of the reduced diameter portion 13 to the upper surface of the mouth portion 14 is formed to be 60 mm or more and 100 mm or less.
  • the barrel body height H1 from the lower surface of the bottom portion 11 to the upper end of the barrel body 12 is 110 mm or more and 150 mm or less.
  • the radius of curvature R3 of the outer surface of the lower convex portion 133 is 2 mm or more and less than 6 mm, more preferably 4 mm or more and less than 6 mm, and the radius of curvature R4 of the outer surface of the upper concave portion 134 is 2 mm or more and 25 mm or less.
  • the connection position between the upper end of the reduced diameter portion 13 (concave curved portion 132) and the lower end of the lower convex portion 133 is located above the curvature center C of the radius of curvature R3 of the lower convex portion 133. It is located in.
  • the lower convex portion 133 has a smaller diameter toward the upper side and has no vertical portion.
  • the common tangent line T between the upper end of the concave curved portion 132 and the lower end of the lower convex portion 133 in a cross section including the can axis S is inclined in a direction that gradually approaches the can axis S as it goes upward,
  • the inclination angle ⁇ with respect to the axis S is formed to be 2° or more and 12° or less. Therefore, the height of the lower convex portion 133 is formed small, and the height H3 of the reduced diameter portion 13 is formed correspondingly large.
  • An upper concave portion 134 having a concave outer surface is connected to an upper end of the lower convex portion 133.
  • the upper end of the upper concave portion 134 has a smaller diameter than the portion (upper end) having the smallest diameter in the lower convex portion 133.
  • the upper concave portion 134 has a smaller diameter than the minimum diameter of the lower convex portion 133.
  • the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134 are formed in a substantially S shape in a vertical cross section including the can axis S.
  • the upper portion of the reduced diameter portion 13 can be sharply constricted, and the radial strength of the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134 is increased.
  • the reduced diameter portion is formed in a truncated cone surface shape obtained by rotating a straight line about the can axis, and in a longitudinal section passing through the can axis. It's straight.
  • a bottle can having a so-called “211 diameter” cylinder body portion (outer diameter 64.24 to 68.24 mm) and a so-called “38 mm diameter” (bulging portion outer diameter 36.0 to 40.0 mm) The height of the reduced diameter portion in the can axis direction is, for example, about 25 mm.
  • the connecting portion between the barrel portion and the reduced diameter portion has a small radius of curvature, giving an angular impression as if the diameter of the bottle can suddenly changed, and the outer diameter of the bottle can is linear in the reduced diameter portion.
  • the upper end of the reduced diameter portion is connected to the mouth portion with a small diameter.
  • the reduced diameter portion 13 connected to the upper end of the barrel body 12 is a smooth curved surface obtained by rotating an arc about the can axis S (lower convex portion).
  • the curved portion 131 and the upper concave curved portion 132) are formed.
  • the radius of curvature R1 of the convex curved portion 131 and the radius of curvature R2 of the concave curved portion 132 are both significantly larger than the radius of curvature of the connecting portion between the barrel body portion and the reduced diameter portion in the conventional bottle can.
  • the diameter of the bottle can 1 changes smoothly between the portion 12 and the mouth portion 14.
  • connection position between the upper end of the concave curved portion 132 and the lower end of the lower convex portion 133 is arranged above the position of the center of curvature C of the lower convex portion 133, and the concave curved portion 132 and the lower convex portion 133 are arranged.
  • the mouth portion 14 has a bulging portion 141 which is continuous with the upper end of the neck portion 15, a male screw portion 142 which is continuous with the upper end of the bulging portion 141, and a curl portion 143 which is formed on the male screw portion 142 and forms the opening end portion 1 a.
  • the cap (not shown) is screwed into the male screw part 142 and attached so that the hem part is wound around the bulging part 141, and the liner on the inner surface of the cap is pressed against the curl part 143 to seal the bottle can 1.
  • the bulging portion 141 has a larger diameter than the neck portion 15, and its outer diameter D3 is set to 35 mm or more and 40 mm or less.
  • the mouth portion height H5 from the lower end to the upper end of the mouth portion 14 is formed to be 15 mm or more and 20 mm or less.
  • the method of manufacturing the bottle can 1 includes a cup forming step, a cylindrical body forming step, a reduced diameter tubular portion forming step, a reduced diameter portion forming step, a mouth portion forming step, and a reforming step. Below, these steps will be described in order.
  • a relatively large diameter and shallow cup 21 shown in FIG. 3A is formed by punching and drawing a thin sheet metal of JIS 3000 series aluminum alloy having a plate thickness of 0.480 mm or more and 0.520 mm or less. To do.
  • the cup 21 is subjected to drawing and ironing (DI processing) again, and the upper end is trimmed and trimmed to form a bottomed cylindrical tube having a predetermined height as shown in FIG. 3B.
  • DI processing drawing and ironing
  • a diameter reduction process (neck-in process) is performed on the opening end side of the tubular body 22 to reduce the diameter reduction tubular portion 232 that is continuous with the tubular body portion 12 as shown in FIG.
  • the small cylindrical portion 231 extending above the portion 232 is formed to form the first intermediate compact 23.
  • neck-in processing a cylindrical neck-in die is pushed downward from the open end side of the tubular body 22, and the tubular body 22 is reduced in diameter by the inner peripheral forming part of the neck-in die.
  • This is a process of forming the convex curved portion 131 and the concave curved portion 132 and forming the reduced diameter cylindrical portion 232.
  • the convex curved portion 131 and the concave curved portion 132 of the reduced diameter tubular portion 232 have a large radius of curvature and a high height and a relatively gentle inclination, so that the tubular body 22 can be easily reduced in diameter.
  • the reduced diameter cylindrical portion 232 having a relatively gentle slope with a large radius of curvature is formed, the processing area for one neck-in processing is increased. Therefore, the reduced diameter tubular portion 232 can be formed smoothly.
  • the reduced diameter tubular portion 232 is pressed by pressing a die (not shown) having a diameter smaller than the diameter of the small cylindrical portion 231 onto the upper portion of the small cylindrical portion 231 and relatively moving in the can axis S direction.
  • the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134 are formed, and the small cylindrical portion 231 is reduced in diameter to form the second small cylindrical portion 241 having a smaller diameter than the small cylindrical portion 231.
  • the aluminum alloy plate (for example, JIS 3000 series aluminum alloy plate) used as the material of the bottle can 1 has different elongations in the rolling direction and the intersecting direction, so that the external force at the time of manufacturing or capping causes the mouth portion to cross in a cross-sectional view. 14 tends to be deformed into an elliptical shape. Since the cap is wound around the bulging portion 141 formed in the mouth portion 14 and attached to the mouth portion 14, if the mouth portion 14 is deformed into an ellipse in a cross-sectional view, it may cause a loss of hermeticity.
  • the upper side of the bulging portion 141 has a relatively high rigidity because the male screw portion 142 is molded.
  • the lower side of the bulging portion 141 since the uneven shape like the male screw portion 142 is not formed, the strength in the radial direction is low. Therefore, the lower side of the bulging portion 141 (the upper portion of the neck portion 15 and the reduced diameter portion 13) of the bottle can 1 may be slightly deformed into an elliptical shape in a cross sectional view.
  • the radius of curvature of the lower convex portion 133 is reduced by further performing a reforming process on the bottle can 1 after the mouth forming process shown in FIG. To do.
  • the rigidity of the lower portion of the bulging portion 141 of the mouth portion 14 can be increased, and deformation of the bottle can 1 due to external force during capping can be suppressed.
  • the bottle can 1 is deformed into an elliptical shape in cross section in the manufacturing process, it can be corrected to have a perfect circular shape.
  • the radius of curvature R3′ of the lower convex portion 133 before reforming is 6 mm or more and 8 mm or less, and the radius of curvature R3 of the lower convex portion 133 after reforming is 2 mm or more and less than 6 mm, more preferably 4 mm or more and less than 6 mm. It Since the upper recess 134 is hardly deformed in the reforming process, the radius of curvature of the upper recess 134 before the reforming process and the radius of curvature of the upper recess 134 after the reforming process are substantially the same. As a result, the bottle can 1 having a perfect circular cross section is formed.
  • the can height H0 from the bottom surface of the grounding portion 113 of the bottle can 1 to the upper surface of the curl portion 143 is 194 mm or more and 230 mm or less.
  • the bottle can 1 can be used as a beverage can having an internal capacity of 400 ml or more and 600 ml or less.
  • the plate thickness (wall thickness) t1 of the lower portion (bottom portion 11 side) 221 is 0.125 mm or more and 0.150 mm or less, and the upper portion (opening end portion side) 222.
  • the portion 221 having the wall thickness t1 is from a position slightly above the bottom portion 11 to a position slightly below the portion to be the convex curved portion 131 of the reduced diameter portion 13 in a later step.
  • the portion 222 having the flange thickness t2 is an upper portion than a portion which becomes the convex curved portion 131 of the reduced diameter portion 13 in a later step.
  • the plate thickness of the dome portion 111 of the bottom portion 11 is the same as the original plate thickness before processing (plate thickness 0.480 mm or more and 0.520 mm or less) or slightly smaller than the original plate thickness.
  • the bottle can 1 of the present embodiment since the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134 are continuously provided at the upper end of the concave curved portion 132, the neck portion 15 can be smoothly connected from the concave curved portion 132, and the bottle can 1 can be improved in design and the strength in the radial direction of the bottle can 1 in the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134 can be increased. Further, by increasing the radial strength of the bottle can 1, the column strength of the bottle can 1 (compressive strength in the can axis S direction) can also be increased.
  • the convex curved portion 131 and the concave curved portion 132 having a large radius of curvature are continuous between the large-diameter cylindrical body portion 12 and the small-diameter mouth portion 14, the cylindrical body portion 12 and the mouth
  • the part 14 and the part 14 have a smooth and soft appearance, and are excellent in design.
  • the reduced diameter portion 13 is formed smoothly, when the beverage is poured out from the mouth portion 14, the beverage smoothly flows on the inner peripheral surface of the reduced diameter portion 13. Therefore, pulsation is unlikely to occur. Particularly, in a large-capacity bottle can having a long barrel 12 and a large can height, it has good pouring properties.
  • the outer surface of the convex curved portion 131 from the concave curved portion 132 comes into contact with the depression of the palm so that the grip feeling is excellent. There is. For this reason, when applied to a large can having a large internal capacity, it has excellent stability when held.
  • the outer diameter of the bottle can 1 changes gently. It is possible to secure a wide range from the reduced diameter portion 13 (the convex curved portion 131 and the concave curved portion 132) to the bottle can 1 excellent in design.
  • the can height H0 can be reduced to 190 mm or more and 230 mm or less. Therefore, the stability of the bottle can 1 during transportation can be improved. Further, since the outer diameter D1 of the barrel portion 12 is set to 64 mm or more and 68 mm or less and the reduced diameter portion 13 is configured by the convex curved portion 131 and the concave curved portion 132, the internal capacity of the bottle can 1 can be expanded.
  • the radius of curvature of the lower convex portion 133 in the reforming process it is possible to surely correct the oval-shaped bottle can in the manufacturing process into a perfect circular shape in the sectional view. Further, by reducing the radius of curvature of the lower convex portion 133 to 4 mm or more and less than 6 mm, it is possible to make the step of the reduced diameter portion 13 formed by the lower convex portion 133 and the upper concave portion 134 inconspicuous.
  • the bottle can 1 shown in the above embodiment is designed as follows, for example.
  • the can height H0, the barrel body height H1 from the bottom surface of the bottom portion 11 to the upper end of the barrel body portion 12, the upper height H2 from the lower end of the reduced diameter portion 13 to the upper surface of the mouth portion 14, and the barrel body portion 12 Outer diameter D1, the neck upper height H4 from the lower end of the neck 15 to the upper surface of the mouth 14, the mouth height H5 from the lower end of the mouth 14 to the upper surface of the mouth 14, and the outer diameter of the bulge 141.
  • D3 is set (dimension setting step).
  • the radius of curvature R1 of the convex curved portion 131 and the radius of curvature R2 of the concave curved portion 132 are set, and the position of the upper end of the concave curved portion 132 is determined (diameter reduction portion shape setting step).
  • the lower convex portion 133 which connects the upper end of the concave curved portion 132 and the lower end of the neck portion 15 and which forms a convex outer surface continuous with the concave curved portion 312, and the upper side of the lower convex portion 133 and the neck portion 15.
  • the shape of the upper concave portion 134 having a concave outer surface continuous with is set (connecting shape setting step).
  • the shape of the reduced diameter portion 13 is set, and the concave curved portion 132 and the neck portion 15 are smoothly connected to the upper side. Since the shapes of the concave portion 134 and the lower convex portion 133 are set, it is possible to reliably design a stable bottle can 1 having high designability and high radial strength.
  • a cylindrical body having a bottomed cylindrical shape is formed in advance, and the opening end portion thereof is molded, but the cylindrical body may also include one having no bottom portion, and after molding the reduced diameter portion, A separately formed bottom portion may be wound around the body portion of the cylindrical body.
  • the radius of curvature of the convex curved portion is 60 mm
  • the radius of curvature of the concave curved portion is 100 mm
  • a lower convex portion having a curvature radius of 5 mm and an upper concave portion having a curvature radius of 4 mm are formed at the upper end portion of the concave curved portion.
  • Comparative Example 1 On the other hand, in Comparative Example 1, the upper end of the concave curved portion 132A having a radius of curvature R5 of 100 mm is directly connected to the neck portion 15A, that is, the lower convex portion and the upper concave portion are not provided, and the bottle can 10A shown in FIG. Was used.
  • the shapes of the bottle can 1 of Example 1 and the bottle can 10A of Comparative Example 1 were the same except that the shape of the lower end of the neck portion 15A was different.
  • Example 1 The sample of Example 1 was manufactured by the method shown in the above-described embodiment, and the sample of Comparative Example 1 was manufactured by the method in which the diameter reducing portion forming step and the reforming step were not performed.
  • Example 1 the column strength of each sample of Example 1 and Comparative Example 1 was measured.
  • the column strength was determined by bringing a flat plate into contact with the upper surface (opening end) of the mouth of a bottle can and compressing it axially at a speed of 5 mm/min using a Shimadzu tester (model number AG-50kNG). The load when buckling started was measured. The results are shown in Table 1. Each shows the average value of 10 cans.
  • the bottle can of Example 1 had a high column strength of 1800N.
  • the column strength is increased and the deformation during capping can be suppressed by providing the lower convex portion and the upper concave portion having high radial strength in the first embodiment.
  • Comparative Example 1 was formed without passing through the reduced-diameter portion forming step and the reforming step, and did not have the lower convex portion and the upper concave portion. Therefore, the radial strength of the lower convex portion and the upper concave portion was increased. could not be increased and the column strength was low.
  • Example 2 After forming a bottomed cylinder with a wall thickness of 0.130 mm and a flange thickness of 0.220 mm using an aluminum alloy material with an H16 3104 after-baking proof strength of 215 Mpa to 235 Mpa with a base plate thickness of 0.46 mm, the outer diameter of the barrel A bottle can having a diameter of 66.24 mm and an outer diameter of the bulging portion of 38.0 mm was molded.
  • a cylinder body height H1, a reduced diameter portion height H3, a radius of curvature R1 of a convex curved portion and a radius of curvature R2 of a concave curved portion, and a plurality of samples with or without a lower convex portion and an upper concave portion are formed and molded.
  • the property was evaluated and the column strength (Column Strength) was measured.
  • the column strength was measured by the same method as in Example 1 and Comparative Example 1 described above.
  • the radius of curvature R1 is 45 mm or more and 80 mm or less and the radius of curvature R2 is 85 mm or more and 115 mm or less, the column strength is sufficiently high at 1800N. There were no pleats and molding marks, and the moldability was good.
  • the inclination angle ⁇ of the common tangent line T between the lower convex portion and the convex curved portion in Samples 1 to 4 was 4 to 6°.
  • Sample No. 5 which has neither a lower convex portion nor an upper concave portion and has a small radius of curvature R1 and R2, has low column strength and pleats were recognized. Molding marks were observed in sample 6 having a large radius of curvature R2 without a lower convex portion and an upper concave portion. Sample 7 having no lower convex portion and upper concave portion and a small radius of curvature R2 had low column strength and pleats were recognized.
  • the strength of the bottle can in the radial direction can be improved, and the reduced diameter portion between the barrel and mouth has a smooth and soft appearance, and the pouring performance can be improved even with a large capacity.

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Abstract

ボトル缶の径方向の強度を向上でき、筒胴部と口部との間の縮径部を滑らかでかつ柔らかい印象の外観とし、注ぎ性を向上できるボトル缶を提供する。　アルミニウム合金により形成され、底部と；前記底部の上端に接続される円筒状の筒胴部と；前記筒胴部の上端から上側に向かうに従って縮径する縮径部と；前記縮径部の上側に設けられる首部と；前記首部の上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部及び雄ねじ部を有する口部と；備え、前記縮径部は、前記筒胴部の上端に連続する凸状外面をなす凸湾曲部と；前記凸湾曲部の上端に連続する凹状外面をなす凹湾曲部と；前記凹湾曲部の上端に連続する凸状外面をなす下側凸部と；前記下側凸部の上端および前記首部の下端に連続する凹状外面をなす上側凹部と；を備えるボトル缶。

Description

ボトル缶、ボトル缶の製造方法及びボトル缶の設計方法
　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。本願は、２０１９年１月３１日に出願された特願２０１９－０１６３６７号、および２０１９年１２月１９日に出願された特願２０１９－２２９５５７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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、前記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においては、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記載のボトル缶においては、絞り且つしごき加工された円筒状の側壁に、切頭円錐形部が続いている。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ている。首部は円筒部に続いており、円筒部にねじが形成されている。円筒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。
　特許文献２には、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用のボトル缶が記載されている。
特開２００６－０６２７５５号公報 特開２０１８－１３１２６１号公報
　特許文献１記載のボトル缶では、円筒状の側壁と開口部を形成する小径の円筒部との間の切頭円錐形部（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、肩部（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、肩部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（外面が凹状）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く、ボトル缶のコラム強度（缶軸方向の強度）も低くなる。
　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。
　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、アルミニウム合金により形成され、底部と；前記底部の上端に接続される円筒状の筒胴部と；前記筒胴部の上端から上側に向かうに従って縮径する縮径部と；前記縮径部の上側に設けられる首部と；前記首部の上側に設けられ、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、前記筒胴部の上端に連続する凸状外面をなす凸湾曲部と；前記凸湾曲部の上端に連続する凹状外面をなす凹湾曲部と；前記凹湾曲部の上端に連続する凸状外面をなす下側凸部と；前記下側凸部の上端および前記首部の下端に連続する凹状外面をなす上側凹部と；を備える。
　本発明では、凹湾曲部の上端（縮径部の上端）と首部の下端とを接続する下側凸部および上側凹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、首部近傍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、ボトル缶の首部近傍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、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するので、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し、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、前記下側凸部の外面の曲率半径は、２ｍｍ以上６ｍｍ未満であるとよい。
　本発明のボトル缶の好ましい態様としては、前記凸湾曲部の外面の曲率半径が４５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、前記凹湾曲部の外面の曲率半径が８５ｍｍ以上１１５ｍｍ以下であるとよい。
　本発明のボトル缶の好ましい態様としては、前記底部の下面から前記口部の上面までの缶高さが１９４ｍｍ以上２３０ｍｍ以下、前記底部の前記下面から前記筒胴部の上端までの筒胴部高さが１１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、前記縮径部の下端から前記口部の前記上面までの上部高さが６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、前記筒胴部の外径が６４ｍｍ以上６８ｍｍ以下、前記首部の下端から前記口部の前記上面までの首部上高さが１８ｍｍ以上２４ｍｍ以下、前記口部の下端から前記口部の前記上面までの口部高さが１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、前記膨出部の外径が３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であるとよい。
　上記態様では、首部高さを３ｍｍ以上５ｍｍ以下と小さくするとともに、筒胴部高さを大きく、かつ、上部高さを小さくしたことから、缶高さを１９４ｍｍ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。筒胴部の外径を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、上記ボトル缶を製造する方法であって、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成形工程と；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成形工程と；前記筒体を前記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、前記縮径筒部の上端に連続して上方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前記小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて前記缶軸方向に相対移動させることにより、前記凹湾曲部の上端に連続する前記下側凸部及び前記上側凹部を形成して前記縮径部を形成するとともに、前記上側凹部の上端に連続し、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成形工程と；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前記缶軸方向上側に前記雄ねじ部を形成する口部成形工程と；を備える。
　ボトル缶の材料となるアルミニウム合金板が圧延材である場合、圧延方向とその交差方向とで加工時の伸び易さが異なるため、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、小円筒部の上端部に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、下側凸部及び上側凹部を形成することで、口部の膨出部の下側及び首部の剛性を高めることができる。これにより、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、前記下側凸部の上部にリフォーム用金型を押し付けて前記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さらに備えるとよい。
　上記態様では、リフォーム工程により下側凸部を再度加工するので、キャップの密閉性に影響するボトル缶の形状を確実に矯正できる。
　本発明のボトル缶の設計方法は、アルミニウム合金により形成され、底部と；前記底部の上端に接続される円筒状の筒胴部と；前記筒胴部の上端から上側に向かうに従って縮径する縮径部と；前記縮径部の上側に設けられる首部と；前記首部の上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部および雄ねじ部を有する口部と；を備えるボトル缶の設計方法である。
　この設計方法は、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筒胴部高さ、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上部高さ、前記筒胴部の外径、前記首部の下端から前記口部の缶上面までの首部上高さ、前記口部の下端から前記口部の上面までの口部高さ、及び前記膨出部の外径のそれぞれを設定する寸法設定ステップと、前記縮径部において前記筒胴部の前記上端に連続して凸状外面を形成する凸湾曲部の曲率半径と；前記凸湾曲部の前記上端から前記口部の前記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、前記凹湾曲部の上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上端と前記首部の下端との間を連結する、前記凹湾曲部に連続する凸状外面をなす下側凸部と、前記下側凸部の上側および前記首部に連続する凹状外面をなす上側凹部と、の形状を設定する連結形状設定ステップと、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の間をスムースに連結する下側凸部および上側凹部の形状を設定するので、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。
本発明の一実施形態に係るボトル缶の半分を断面にした正面図である。 図１のボトル缶の要部の拡大図である。 ボトル缶の製造時の形状の変遷を順に示す図である。 ボトル缶の製造時のリフォーム工程を示す図である。 本発明の比較例にかかるボトル缶の要部の拡大図である。
　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。
　図１は、本発明の一実施形態に係るボトル缶１の正面図である。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、缶軸Ｓを軸とする回転体であり、底部１１と、底部１１の上端に接続される筒胴部１２と、筒胴部１２の上端から上側に向かうに従って縮径する縮径部１３と、縮径部１３の上側に設けられた首部１５と、首部１５の上端に連続する口径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。以下、図１における上方を缶軸Ｓに沿う上方、図１における下方を缶軸Ｓに沿う下方とする。
　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、例えば６６．２ｍｍに設定される。筒胴部１２の下端部に接続して形成された底部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。
　ドーム部１１１とヒール部１１２とを接続する接地部１１３は、下方に向けて凸となるように屈曲形成され、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。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、下側に凸状外面をなす曲面状の凸湾曲部１３１、上側に凹状対面をなす曲面状の凹湾曲部１３２を有し、これらが滑らかに接続されている。下側の凸湾曲部１３１の外面の曲率半径Ｒ１より、上側の凹湾曲部１３２の外面の曲率半径Ｒ２が大きい。具体的には、凸湾曲部１３１は曲率半径Ｒ１が４５ｍｍ以上８０ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であり、凹湾曲部１３２は曲率半径Ｒ２が８５ｍｍ以上１１５ｍｍ以下、より好ましくは９０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下である。
　図２に示すように、縮径部１３の上部において、凹湾曲部１３２の上端に接続され、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（凸状外面をなす）下側凸部１３３と、下側凸部１３３の上端に連続し、縦断面において径方向内側に向けて凹となる（凹状外面をなす）上側凹部１３４とが設けられている。
　下側凸部１３３は凹湾曲部１３２の上端に接続されている。下側凸部１３３の上端に連続する上側凹部１３４は、口部１４より小径円筒状の首部１５の下端に接続されている。このため、縮径部１３の上部は、首部１５に連なるくびれた形状となる。すなわち、凹湾曲部１３２の上端と首部１５の下端とは、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。
　本実施形態において、筒胴部１２の上端と縮径部１３下端（凸湾曲部１３１の下端）との接続位置から、縮径部１３の上端（上側凹部１３４の上端）と首部１５の下端との接続位置までの缶軸Ｓ方向の高さすなわち縮径部１３の高さＨ３は、４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下に形成される。
　縮径部１３の下端から口部１４の上面までの上部高さＨ２は、６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に形成される。底部１１の下面から筒胴部１２の上端までの筒胴部高さＨ１は、１１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に形成される。
　下側凸部１３３の外面の曲率半径Ｒ３は２ｍｍ以上６ｍｍ未満、より好ましくは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。縮径部１３（凹湾曲部１３２）の上端と下側凸部１３３の下端との接続位置は、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よりも上方位置に配置されている。換言すると、下側凸部１３３は上方ほど小径となっており、鉛直な部分はない。
　このため、缶軸Ｓを含む断面における凹湾曲部１３２の上端と下側凸部１３３の下端の共通接線Ｔは、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は２°以上１２°以下に形成されている。したがって、下側凸部１３３の高さが小さく形成され、その分、縮径部１３の高さＨ３が大きく形成される。
　下側凸部１３３の上端には、凹状外面をなす上側凹部１３４が接続されている。上側凹部１３４の上端は、下側凸部１３３において最も小径である部位（上端）よりも小径である。換言すると、上側凹部１３４は下側凸部１３３の最小径よりも小径である。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の上部を急激にくびれさせることができ、下側凸部１３３及び上側凹部１３４の径方向の強度を高めている。
　従来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、縮径部は缶軸を中心として直線を回転させて得られる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である。いわゆる「２１１径」の筒胴部（外径６４．２４～６８．２４ｍｍ）といわゆる「３８ｍｍ口径」（膨出部の外径３６．０～４０．０ｍｍ）の口部を有するボトル缶において、縮径部の缶軸方向の高さは、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接続部は曲率半径が小さく、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、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では、筒胴部１２の上端に接続する縮径部１３は、缶軸Ｓを中心として円弧を回転させて得られる滑らかな曲面（下側の凸湾曲部１３１および上側の凹湾曲部１３２）で形成されている。しかも、凸湾曲部１３１の曲率半径Ｒ１及び凹湾曲部１３２の曲率半径Ｒ２はともに従来のボトル缶における筒胴部と縮径部との接続部の曲率半径より相当に大きく、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、つまり縮径部１３の高さＨ３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Ｓ方向に全体に滑らかに変化している。
　また、凹湾曲部１３２の上端と下側凸部１３３の下端との接続位置が、下側凸部１３３の曲率中心Ｃの位置よりも上方に配置され、凹湾曲部１３２と下側凸部１３３との接続部における共通接線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。したがって、凹湾曲部１３２および下側凸部１３３の外面は、鉛直な部分がなく上方に向かって縮径する形状である。
　口部１４は、首部１５の上端に連続する膨出部１４１と、膨出部１４１の上端に連続する雄ねじ部１４２と、雄ねじ部１４２の上部に形成されて開口端部１ａをなすカール部１４３とを備える。キャップ（図示略）は、雄ねじ部１４２に螺合するとともに裾部を膨出部１４１に巻き込むように取り付けられ、キャップ内面のライナがカール部１４３に圧接して、ボトル缶１を密封する。
　膨出部１４１は首部１５よりも大径であり、その外径Ｄ３は３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定される。口部１４の下端から上端までの口部高さ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、カップ成形工程、筒体成形工程、縮径筒部成形工程、縮径部成形工程、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。
（カップ成形工程）
　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）部に示す比較的大径で浅いカップ２１を成形する。
（筒体成形工程）
　その後、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、上端部をトリミングにより切り揃えることにより、図３（ｂ）部に示すように所定高さの有底円筒状の筒体２２を成形する。このＤＩ加工により、筒体２２の底部は最終のボトル缶１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）部に示すように筒胴部１２に連続する縮径筒部２３２と、縮径筒部２３２の上方に延びる小円筒部２３１とを形成して、第１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の開口端側から下方に押し込んで、ネックイン金型の内周成形部によって筒体２２を縮径して凸湾曲部１３１および凹湾曲部１３２を形成し、縮径筒部２３２を形成する加工である。縮径筒部２３２の凸湾曲部１３１と凹湾曲部１３２は曲率半径および高さが大きく、傾斜が比較的緩やかであるため、筒体２２に対する縮径加工が容易である。
　従来のボトル缶の製造工程においては、ネックイン金型の内周成形部の径を漸次小さくしながら複数回の縮径加工が必要であり、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、曲率半径の大きい比較的緩やかな傾斜を有する縮径筒部２３２を形成するので、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、縮径筒部２３２を滑らかに形成することができる。
（縮径部成形工程）
　縮径部成形工程では、小円筒部２３１の上部を小円筒部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Ｓ方向に相対移動させることにより、縮径筒部２３２の上端部を成形して、凸湾曲部１３１と凹湾曲部１３２の上端に連続する下側凸部１３３，上側凹部１３４を形成し、図３（ｄ）部に示す第２中間成形体２４を形成する。
　この縮径部成形工程では、下側凸部１３３及び上側凹部１３４を形成するとともに、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を形成する。
（口部成形工程）
　次いで、第２中間成形体２４の第２小円筒部２４１を再度拡径及び縮径して、首部１５を形成した後に口部１４（膨出部１４１、雄ねじ部１４２およびカール部１４３）を形成することにより、図３（ｅ）部に示すボトル缶１を形成する。
　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、横断面視において口部１４が楕円形状に変形しやすい傾向がある。キャップは口部１４に形成された膨出部１４１に巻き込まれて口部１４に取り付けられるので、口部１４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。
　膨出部１４１の上側は、雄ねじ部１４２が成形されていることにより剛性が比較的高い。一方、膨出部１４１の下側は、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、ボトル缶１における膨出部１４１の下側（首部１５や縮径部１３の上部）は、横断面視において若干楕円形状に変形される場合がある。
　そこで本実施形態のボトル缶１の場合は、図３（ｅ）部に示す口部成形工程後のボトル缶１に対してさらにリフォーム工程を施すことにより、下側凸部１３３の曲率半径を小さくする。
　下側凸部１３３の曲率半径を小さくすることにより、口部１４の膨出部１４１の下側の部分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、製造過程においてボトル缶１が横断面視楕円形状に変形しても、矯正して真円形状とできる。
（リフォーム工程）
　具体的には、図２および４に示すように、ボトル缶１の縮径部１３の上部（下側凸部１３３）に、リフォーム用金型５０を押し付けて、ボトル缶１とリフォーム用金型５０とを缶軸Ｓ方向に相対移動させる。これにより、図２の二点鎖線で示した形状の下側凸部１３３がリフォーム用金型５０に押圧されて変形し、曲率半径のより小さい実線で示した形状となる。
　リフォーム前の下側凸部１３３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、２ｍｍ以上６ｍｍ未満、より好ましくは４ｍｍ以上６ｍｍ未満とされる。上側凹部１３４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１３４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。
　ここで、上述した縮径部１３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の上面までの缶高さＨ０は１９４ｍｍ以上２３０ｍｍ以下である。ボトル缶１は、内容量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）部に示す筒体２２において、下部（底部１１側）の部分２２１の板厚（ウォール厚）ｔ１が０．１２５ｍｍ以上０．１５０ｍｍ以下、上部（開口端部側）の部分２２２の板厚（フランジ厚ｔ２）が０．２１０ｍｍ以上０．２４０ｍｍ以下である。この場合、ウォール厚ｔ１の部分２２１は、底部１１よりも若干上方位置から、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下方位置までである。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となる部分よりも上方部分である。なお、底部１１のドーム部１１１の板厚は、加工前の元板厚と同じ（板厚０．４８０ｍｍ以上０．５２０ｍｍ以下）、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の上端に連続して下側凸部１３３および上側凹部１３４が設けられているので、凹湾曲部１３２から首部１５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、下側凸部１３３および上側凹部１３４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の径方向の強度を高めることで、ボトル缶１のコラム強度（缶軸Ｓ方向の圧縮強度）も高めることができる。
　また、ボトル缶１は、径の大きい筒胴部１２と小径の口部１４との間に、曲率半径の大きい凸湾曲部１３１と凹湾曲部１３２とが連続するので、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が長く缶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（凸湾曲部１３１及び凹湾曲部１３２）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１５の高さを３ｍｍ以上５ｍｍ以下と小さくするとともに、筒胴部高さＨ１を大きく、かつ、上部高さ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、ボトル缶１の搬送時における安定性を向上できる。また、筒胴部１２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１３３の曲率半径を小さくすることで、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の下面から筒胴部１２の上端までの筒胴部高さＨ１、縮径部１３の下端から口部１４の上面までの上部高さＨ２、筒胴部１２の外径Ｄ１、首部１５の下端から口部１４の上面までの首部上高さＨ４、口部１４の下端から口部１４の上面までの口部高さ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、凸湾曲部１３１の曲率半径Ｒ１と、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の上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の上端と首部１５の下端との間を連結する、凹湾曲部３１２に連続する凸状外面をなす下側凸部１３３と、下側凸部１３３の上側および首部１５に連続する凹状外面をなす上側凹部１３４との形状を設定する（連結形状設定ステップ）。
　上述した設計方法によれば、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と首部１５とをスムースに連結するように上側凹部１３４及び下側凸部１３３の形状を設定するので、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、本発明の効果について実証する。プレス成形前の板厚が０．５０５ｍｍのＨ１６　３１０４　アフターベーク耐力２１５Ｍｐａ～２３５Ｍｐａのアルミニウム合金材を用い、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）
　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。
（比較例１）
　一方、比較例１では、曲率半径Ｒ５が１００ｍｍの凹湾曲部１３２Ａの上端が首部１５Ａに直接接続されている、つまり下側凸部および上側凹部が設けられていない、図５に示すボトル缶１０Ａを用いた。この首部１５Ａの下端部の形状が異なる以外、実施例１のボトル缶１及び比較例１のボトル缶１０Ａの形状は同一とした。
　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の試料は縮径部成形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の各試料のコラム強度を測定した。コラム強度は、ボトル缶の口部上面（開口端部）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、座屈が開始し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缶の平均値を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例１のボトル缶は、コラム強度が１８００Ｎと高かった。これにより、実施例１では径方向の強度が高い下側凸部及び上側凹部を備えることで、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、縮径部成形工程及びリフォーム工程を経ないで形成し、下側凸部及び上側凹部を有していないため、下側凸部及び上側凹部の径方向の強度を高めることができず、コラム強度が低かった。
（実施例２）
　元板厚０．４６ｍｍのＨ１６　３１０４　アフターベーク耐力２１５Ｍｐａ～２３５Ｍｐａのアルミニウム合金材を用いて、ウォール厚０．１３０ｍｍ、フランジ厚０．２２０ｍｍの有底筒体を成形した後、筒胴部の外径６６．２４ｍｍ、膨出部の外径３８．０ｍｍのボトル缶を成形した。筒胴部高さＨ１、縮径部の高さＨ３、凸湾曲部の曲率半径Ｒ１と凹湾曲部の曲率半径Ｒ２、下側凸部および上側凹部の有無の異なる複数のサンプルを作成し、成形性の評価およびコラム強度（Ｃｏｌｕｍｎ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の測定を行った。
　コラム強度については、上述した実施例１および比較例１と同じ方法で測定した。
　成形性については、缶の軸方向に延びる縦じわ（プリーツ）および縮径部に形成される輪状の成形痕（圧痕）の有無を目視により確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、下側凸部および上側凹部を有し、曲率半径Ｒ１が４５ｍｍ以上８０ｍｍ以下かつ曲率半径Ｒ２が８５ｍｍ以上１１５ｍｍ以下であるサンプル１～４では、コラム強度が十分高い１８００Ｎであり、プリーツや成形痕が認められず成形性も良好であった。なお、サンプル１～４における下側凸部と凸湾曲部との共通接線Ｔの傾斜角度θは４～６°であった。
　下側凸部および上側凹部がなく、曲率半径Ｒ１，Ｒ２がいずれも小さいサンプル５は、コラム強度が低く、プリーツが認められた。下側凸部および上側凹部がなく、曲率半径Ｒ２が大きいサンプル６は、成形痕が認められた。下側凸部および上側凹部がなく、曲率半径Ｒ２が小さいサンプル７は、コラム強度が低く、プリーツが認められた。
　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。
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　筒体
２３　２４　中間成形体
２３１　小円筒部
２３２　縮径筒部
２４１　第２小円筒部

Claims (7)

  1. 　ボトル缶であって、
    　アルミニウム合金により形成され、
    　底部と；前記底部の上端に接続される円筒状の筒胴部と；前記筒胴部の上端から上側に向かうに従って縮径する縮径部と；前記縮径部の上側に設けられる首部と；前記首部の上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部及び雄ねじ部を有する口部と；備え、
    　前記縮径部は、前記筒胴部の上端に連続する凸状外面をなす凸湾曲部と；前記凸湾曲部の上端に連続する凹状外面をなす凹湾曲部と；前記凹湾曲部の上端に連続する凸状外面をなす下側凸部と；前記下側凸部の上端および前記首部の下端に連続する凹状外面をなす上側凹部と；を備える
    ことを特徴とするボトル缶。
  2. 請求項１に記載のボトル缶であって、
    前記下側凸部の外面の曲率半径は２ｍｍ以上６ｍｍ未満であるボトル缶。
  3. 　請求項１または２のボトル缶であって、前記凸湾曲部の外面の曲率半径が４５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、前記凹湾曲部の外面の曲率半径が８５ｍｍ以上１１５ｍｍ以下であるボトル缶。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載のボトル缶であって、
    　前記底部の下面から前記口部の上面までの缶高さが１９４ｍｍ以上２３０ｍｍ以下、
    　前記底部の前記下面から前記筒胴部の上端までの筒胴部高さが１１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、
    　前記縮径部の下端から前記口部の前記上面までの上部高さが６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、
    　前記筒胴部の外径が６４ｍｍ以上６８ｍｍ以下、
    　前記首部の下端から前記口部の前記上面までの首部上高さが１８ｍｍ以上２４ｍｍ以下、
    　前記口部の下端から前記口部の前記上面までの口部高さが１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下、
    　前記膨出部の外径が３５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることを特徴とするボトル缶。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載のボトル缶を製造する方法であって、
    　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成形工程と；
    　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成形工程と；
    　前記筒体を前記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、前記縮径筒部の上端に連続して情報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前記小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて前記缶軸方向に相対移動させることにより、前記凹湾曲部の上端に連続する前記下側凸部及び前記上側凹部を形成して前記縮径部を形成するとともに、前記上側凹部の上端に連続し、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成形工程と；
    　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前記缶軸方向上側に前記雄ねじ部を形成する口部成形工程と；
    を備えることを特徴とするボトル缶の製造方法。
  6. 　請求項５に記載のボトル缶の製造方法であって、
    前記下側凸部の上部にリフォーム用金型を押し付けて前記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さらに備えることを特徴とするボトル缶の製造方法。
  7. 　アルミニウム合金により形成され、底部と；前記底部の上端に接続される円筒状の筒胴部と；前記筒胴部の上端から上側に向かうに従って縮径する縮径部と；前記縮径部の上側に設けられる首部と；前記首部の上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部および雄ねじ部を有する口部と；を備えるボトル缶の設計方法であって、
    　前記底部の底面から前記口部の上面までの缶高さ；前記底部の下面から前記筒胴部の上端までの筒胴部高さ；前記縮径部の下端から前記口部の上面までの上部高さ；前記筒胴部の外径；前記首部の下端から前記口部の前記上面までの首部上高さ；前記口部の下端から前記口部の上面までの口部高さ；及び前記膨出部の外径；のそれぞれを設定する寸法設定ステップと、
    　前記縮径部において前記筒胴部の前記上端に連続して凸状外面を形成する凸湾曲部の曲率半径と；前記凸湾曲部の前記上端から前記口部の前記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、前記凹湾曲部の上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上端と前記首部の下端との間を連結する、前記凹湾曲部に連続する凸状外面をなす下側凸部と、前記下側凸部の上側および前記首部に連続する凹状外面をなす上側凹部と、の形状を設定する連結形状設定ステップと、
    を備えることを特徴とするボトル缶の設計方法。
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