JP2011088188A - スチール缶のネックイン成形法 - Google Patents

Abstract

【課題】飲料・食品用途或いはエアゾール用途等に用いられているスチール缶をネックイン成形する際にしわを発生することなく成形を可能とするネックイン成形法を提供する。
【解決手段】ネッキングダイ１と中心軸を一致させて配置される柱状ダイ２とを使用し、円筒スチール缶を縮径率Rdが6％以上8％以下でネックイン成形する方法において、ネッキングダイの成形開始点３から成形終了点４までを2つの円弧で外接して繋ぎ、成形開始点側の円弧の半径R1を0.049Din≦R1≦0.062Dinとし、半径がR1の円弧の領域角θ1を56°≦θ1≦62°とするスチール缶のネックイン成形法。但し、上記Rdは下記の関係式を満たす。

ここで、Din：ネックイン成形前の缶外径 (mm)Dout：ネックイン成形後の缶外径 (mm)
【選択図】図１

Description

本発明は、スチール缶のネックイン成形法に関するものである。対象は一般に飲料・食品用途或いはエアゾール用途等に用いられているスチール缶全般であり、それらに用いられている表面処理鋼板は、板厚が通常0.15mm〜0.22mmの錫めっき鋼板（ブリキ）およびTFS(ティンフリースチール)を用いて製造された、２ピース缶或いは３ピース缶（溶接缶）である。

スチール容器用素材には、一般に錫めっき鋼板（ブリキ）およびTFS(ティンフリースチール)を用いて２ピース缶或いは３ピース缶（溶接缶）の缶胴を製造した後に、蓋の省素材化および開口部の剛性向上のため、ネックイン成形を行っている。ネックイン成形時において、次式で定義する縮径率Rdが6％以上では、しわの発生が特に問題になる。

ここで、Din：ネックイン成形前の缶外径 (mm)
Dout：ネックイン成形後の缶外径 (mm)
そこで、しわを防止するため下記特許文献1に詳述されているような多段成形法、あるいは下記特許文献2に詳述されているようなロールと液体を組み合わせた縮径法および装置が開示されている。これらの発明はしわ防止には有効であるが、前者の方法では、工程数が増えるため工具コストが嵩むと言う問題が、後者の方法では、特殊な装置を必要とする問題があった。

また、下記特許文献3では、ネッキングダイの成形開始点から成形終了点までの長さを規定する方法が述べられている。しかし、ダイのわずかな摩耗、温度変化や鋼板の微妙な板厚変化・材質変化などにより、しわが発生することがあり、安定してネックイン成形することができないという問題があった。

具体的には、成形開始点から成形終了点までの間に直線部分が存在すると、缶の先端部がその部分を通過する際に直線形状となり、圧縮変形に対する剛性が著しく低下するため、しわが発生する。

また、成形開始点側の円弧の半径R1大き過ぎると、缶の先端部が半径R1の円弧を通過する際に圧縮変形に対する剛性が確保できないため、円周方向に座屈してしわが発生する。一方、半径R1が小過ぎるとと缶の先端部が折れ曲がり、ネッキングダイと円柱ダイの隙間への導入が困難となる。

特開平6-254640号公報 特開2003-230917号公報 特開2006-247659号公報

本発明はこのような事情を鑑みてなされたもので、縮径率Rdが6％以上8％以下のネックイン成形法において、特許文献2にあるような特殊な装置を用いることなく、かつ特許文献１にあるように、多工程を要することなく、１回の成形でのしわの発生を防止し、安定して製造可能なネックイン成形法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。

ネッキングダイと該ネッキングダイと中心軸を一致させて配置される柱状ダイとを使用し、円筒スチール缶を縮径率Rdが6％以上8％以下でネックイン成形する方法において、前記ネッキングダイの成形開始点から成形終了点までを2つの円弧で外接して繋ぎ、成形開始点側の円弧の半径R1を
0.049Din≦R1≦0.062Din
とし、
半径がR1の円弧の領域角θ1を
56°≦θ1≦62°
とすることを特徴とするスチール缶のネックイン成形法。

但し、上記Rdは下記の関係式を満たすものである。

ここで、Din：ネックイン成形前の缶外径 (mm)
Dout：ネックイン成形後の缶外径 (mm)

本発明によれば、縮径率が6％以上8％以下のネックイン成形にて、しわを防止することができ産業上有用な著しい効果を奏する。

ネッキングダイ、円柱ダイ、成形開始点及び成形終了点を示す図である。 ネッキングダイの円弧R1、円弧R2及び円弧R1の領域角θ1を示す図である。 直線部を有するネッキングダイを示す図である。 缶の先端が折り曲げられてネッキングダイと円柱ダイの隙間に缶の先端を導入できない状態を示す図である。

本発明者等は、前記課題を達成するため、種々の形状のネッキングダイを用いて鋭意検討した結果、図1及び図2に示すようにネッキングダイ1の成形開始点3から成形終了点4までを2つの円弧で外接して繋ぎ、かつ成形開始点側の半径R1の円弧を
0.049Din≦R1≦0.062Din
とし、半径R1の円弧の領域角θ1を
56°≦θ1≦62°
とすることでしわが防止できることを見出した。

成形開始点3から成形終了点4までを2つの円弧で繋いだ理由を以下に述べる。ネッキング成形の進行に伴い、缶先端付近では円周方向の圧縮応力が増加し、座屈によりしわが発生することがある。成形開始点から成形終了点までの間に直線部分が存在すると、缶の先端部がその部分を通過する際に直線形状となり、圧縮変形に対する剛性が著しく低下するため、しわが発生することを突き止めた。従って、上述した特許文献3にあるようにネッキングダイの成形開始点から成形終了点までの長さを規定するのみではしわの発生を防止できない。図1に示すネッキングダイを用いて、ブリキを用いて作られた外径60mm、縦壁部の板厚が0.2mmの2ピース缶を図3に示すネッキングダイを用いて、ネックイン成形を行った結果、しわが発生した。ネッキングダイの成形開始点3から成形終了点4までの距離Lは4.647mmであり、特許文献3の請求範囲内(Lが4.342mm以上4.906mm以下)にあるが、直線部10があるためしわが発生した。

次に、成形開始点側の円弧の半径R1の大きさを限定した理由を以下に述べる。半径R1がDinの0.062倍より大きくなると、缶の先端部が半径R1の円弧を通過する際に圧縮変形に対する剛性が確保できないため、円周方向に座屈してしわが発生する。一方、半径R1がDinの0.049倍より小さくなると図4に示すように缶15の先端部が折れ曲がり、ネッキングダイ13と円柱ダイ14の隙間への導入が困難となるため、半径R1はDinの0.49倍以上とした。続いて、半径R1の円弧の領域角θ1を限定した理由を以下に述べる。缶の先端が半径R1の円弧の終点7を通過すると、缶の先端部は、一旦、ダイから離れ直線形状になる。

その後、缶の先端部がネッキングダイと円柱ダイの隙間に導入されると缶の先端部は半径R2の円弧に沿うように曲げられる。領域角θ1が56°より小さいと、缶の先端が半径R1の円弧の終点７を通過し、ネッキングダイと円柱ダイの隙間に入るまでに缶の先端の直線部分が長くなりしわが発生するため56°以上とした。一方、円弧R1の領域角θ1が62°より大きくなると、図4に示すように缶の先端部が折れ曲がり、ネッキングダイと円柱ダイの隙間への導入が困難となるため、領域角θ1は62°以下とした。

但し、このような形状の工具を用いても縮径率が8％を超えるとしわの防止が困難になるため、本特許の適用範囲は縮径率が8％以下とする。

ブリキおよびTFSを用いて作られた、外径60ｍｍおよび52mm、缶壁部の板厚が0.15mm〜0.21mmの3ピース缶（溶接缶）、２ピース缶を用いて表1に示す条件にてネックイン成形を行った。ブリキおよびTFS鋼板は、調質圧延を施して調質度をT2〜T5にした。なお、調質度とは、テンパー度ともいわれ、従来からブリキもしくはTFSの硬度調整後のグレードを示している。本発明ではいずれもしわが発生しなかったが、R1が0.062Dinより大きい比較例No.21、No.23、No.25及びNo.27ではしわが発生した。θ1が56°より小さい、No.22、No.24、No.26及びNo.28ではしわが発生した。R1が0.049Dinより小さいNo.29、No.31、No33及びNo.35では、ネッキングダイと円柱ダイの隙間に缶の先端部を導入できず成形ができなかった。θ1が62°より大きいNo.30、No.32、No34及びNo.36では、ネッキングダイと円柱ダイの隙間に缶の先端部を導入できず成形ができなかった。

1：ネッキングダイ
2：円柱ダイ
3：成形開始点
4：成形終了点
5：成形開始点側の円弧
6：成形終了点側の円弧
7：成形開始点側の円弧と成形終了点側の円弧の交点
8：成形開始点側の円弧
9：成形終了点側の円弧
10：直線
11：成形開始点側の円弧と直線の交点
12：成形終了点側の円弧と直線の交点
13：ネッキングダイ
14：円柱ダイ
15：缶

Claims (1)

1. ネッキングダイと該ネッキングダイと中心軸を一致させて配置される柱状ダイとを使用し、円筒スチール缶を縮径率Rdが6％以上8％以下でネックイン成形する方法において、前記ネッキングダイの成形開始点から成形終了点までを2つの円弧で外接して繋ぎ、成形開始点側の円弧の半径R1を
   0.049Din≦R1≦0.062Din
   とし、
   半径がR1の円弧の領域角θ1を
   56°≦θ1≦62°
   とすることを特徴とするスチール缶のネックイン成形法。
   但し、上記Rdは下記の関係式を満たすものである。
   

   

   ここで、Din：ネックイン成形前の缶外径 (mm)
   Dout：ネックイン成形後の缶外径 (mm)

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