JP2018075639A

JP2018075639A - ねじ付きボトル缶の製造方法

Info

Publication number: JP2018075639A
Application number: JP2017237498A
Authority: JP
Inventors: 細井　正宏; Masahiro Hosoi; 正宏細井
Original assignee: Universal Can Corp
Current assignee: Altemira Can Co Ltd
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-05-17
Also published as: EP2692456A4; KR20140008430A; US9149856B2; JP6067090B2; JP2016041450A; US20140008320A1; EP2692456A1; EP2692456A9; KR101851422B1; US20150375888A1; CN103459060B; CN103459060A; JP2017061346A; JPWO2012133391A1; JP6261712B2; JP5857038B2; WO2012133391A1; EP2692456B1

Abstract

【課題】内面塗装に損傷を与えることなくねじ成形加工することができるとともに、再度のシール操作性も向上させたねじ付きボトル缶を提供する。
【解決手段】有底筒状体の開口部を縮径して肩部を形成するとともに、この肩部よりも上方に、ねじの山径と谷径との間の中間の外径を有する筒状部と、該筒状部の上端から開口端部に向けて漸次縮径するテーパ部とを形成しておき、筒状部内に配置される内駒と、筒状部の外方に配置される外駒とを接近させてねじを形成する際に、テーパ部の途中に内駒のねじ成形用凸部を当接させてねじ始まり部を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャップが螺着されるねじを有するねじ付きボトル缶の製造方法に関する。
本願は、２０１１年３月２８日に日本国に出願された特願２０１１−０６９４７４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容器として、雄ねじを有する口金部にキャップが螺着されるアルミニウム合金製のボトル形状の缶（ボトル缶）が知られている。
このボトル缶は、特許文献１又は特許文献２に開示されるように、アルミニウム合金板を絞り加工及びしごき加工（ＤＩ成形）により底板部と円筒状側面部とが一体となった有底円筒体に成形し、その開口部を縮径して肩部を形成するとともに、肩部よりも上方部分にねじ成形のための拡径した筒状部を形成した後、この筒状部にねじ成形加工を施し、開口端部にカール部形成加工を施す等により製造される。

また、この種のボトル缶は、開口部を縮径して加工する前の有底円筒体の内外面に塗装が施されるが、特に内面塗装に対し損傷を与えないで開口部を加工する方法として、特許文献３記載の方法がある。
この特許文献３には、ねじ成形加工する前の中間成形体において、肩部から少なくとも二段以上に絞り加工して口部を形成することにより、開口端から二段目の部位に、ねじの山径と谷径との中間径の外径を有する筒状部を形成しておき、この筒状部を内駒と外駒で挟み込んでねじ成形加工することが記載されている。

米国特許第５７０４２４０号明細書特開平５−２２９５４５号公報特開２００２−６６６７４号公報

特許文献３記載の方法によれば、ねじ成形加工前の筒状部の外径が、ねじの山径と谷径との中間径に形成されていることから、ねじ成形加工による塑性変形が小さく、塗装の損傷が低減されると期待できる。
ところで、この種のボトル缶は、開栓した後に、再度キャップを被せてシールすることができるが、この再度のシール操作がし易いものであることも求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、内面塗装に損傷を与えることなくねじ成形加工することができるとともに、再度のシール操作性も向上させたねじ付きボトル缶を提供することを目的とする。

本発明者は、開栓した後の再度のシール操作について鋭意研究した結果、キャップの内面側のねじ条の最下端がボトル缶のねじの一山目と二山目との間の谷部に円滑に螺合すれば、再度のシール操作を容易にすることができると考えた。これに対して、特許文献３記載の方法では、ねじ成形加工前の筒状部の外径が、ねじの山径と谷径との中間径に形成され、この中間径の位置でねじ成形加工していることから、カール部からねじの一山目の一周分までに至るテーパ部（特にねじ始まり部の手前の部分）において、ねじの谷径より大きな外径を有する未加工部が残ってしまい、この未加工部がキャップを再度シールする際の抵抗となっていることを見出した。
そこで、再度のシール操作を容易にするために、このカール部からねじの一山目の一周分までに至るテーパ部にねじの谷径よりも大きい部分を残さないようにねじ成形加工することが重要であるとの結論に至り、以下のような解決手段とした。

本発明のねじ付きボトル缶を製造する方法としては、有底筒状体の開口部を縮径して肩
部を形成するとともに、この肩部よりも上方に、ねじの山径と谷径との間の中間の外径を有する筒状部と、該筒状部の上端から開口端部に向けて漸次縮径するテーパ部とを形成しておき、前記筒状部内に配置される内駒と、前記筒状部の外方に配置される外駒とを接近させてねじを形成する際に、前記テーパ部の途中位置に前記内駒のねじ成形用凸部を当接させてねじ始まり部ねじを形成する。

また、前記テーパ部は、缶軸方向に対して１０°〜３０°の角度であるとよい。

本発明の製造方法によれば、筒状部の外径をねじの山径と谷径との中間の外径に形成しておき、ねじ始まり部がテーパ部の途中位置に形成されるようにねじ成形加工することにより、ねじ始まり部の手前に未加工のテーパ部が残っても、その未加工部がねじの谷径より大きくなることが抑制される。したがって、キャップを再度シールする際に、キャップを被せて、キャップ内側のねじ条の最下端がボトル缶のねじ始まり部と次の山部との間の谷部までに案内されるまでの間の抵抗を小さくすることができる。

また、ねじ成形加工前の筒状部をねじ山径と谷径との中間の外径に形成していることから、加工時の塑性変形量は小さいものとなる。この場合、テーパ部を加工するねじ始まり部から一周分では山径と谷径との中間の外径より小さい外径の部分を加工することになるが、一山目のねじ成形であり、その上方の開口端部は成形されないので、加工の際に材料の流れを拘束することは少ない。

なお、ねじは、その山部の高さが所定の寸法になるまでの間に不完全ねじ部が存在するが、ねじ始まり部は、その山部の高さの半分程度の高さを有する部分をいうものとする。また、山部の高さは、山部とその山部に隣接する谷部との間の半径方向寸法の最大値の平均値をいい、山径は山部の外径、谷径は谷部の外径をいう。

本発明によれば、ねじ始まり部の手前のテーパ部がねじの谷径より大きくなることが抑制されるので、キャップを再度シールする際に、キャップを被せて、キャップ内側のねじ条の最下端がボトル缶のねじ始まり部と次の山部との間の谷部に案内されるまでの間の抵抗を小さくすることができ、再度のシール操作を容易にすることができる。また、ねじ成形加工時の塑性変形量も小さく、一山目のねじにおいても成形時の材料流れの拘束が少ないので、内面塗装への損傷も抑制することができる。

本発明の一実施形態において製造途中の中間成形体を示す筒状部付近の正面図である。図１のボトル缶の中間成形体の成形工程を（ａ）〜（ｄ）の順に示す要部の断面図である。開口部を拡径するパンチを示す断面図である。開口部を縮径するダイネッキング用成形ツールを示す断面図である。図１のボトル缶の中間成形体にねじ成形加工を施している状態を示しており、（ａ）が内駒及び外駒をボトル缶の内外に配置した状態を示すねじ始まり部に相当する位置の縦断面図、（ｂ）は内駒及び外駒でボトル缶を挟み込んだねじ成形加工中の状態を示す（ａ）と同じ位置の縦断面図である。図５に対してねじ始まり部よりも手前の部分に相当する位置の図５同様の縦断面図である。一実施形態のボトル缶を示す口金部付近の正面図である。一実施形態のボトル缶とキャップとの関係を示す断面図であり、左半分がボトル缶にキャップを螺着した状態、右半分が螺着前でボトル缶にキャップを被せた状態をそれぞれ示している。従来のボトル缶とキャップとの関係を示す図８同様の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
ボトル缶１は、アルミニウム又はアルミニウム合金の薄板金属からなり、有底円筒状の缶胴部（図示略）に、図７に示すように、上方に向けて漸次縮径する肩部２が形成され、その肩部２の上端に小径の首部３が形成され、この首部３の上端に口金部４が形成され、その口金部４の外周にねじ５が形成され、ねじ５より下方にキャップのスカート端部を固定する顎部６が形成され、ねじ５より上方にカール部７が形成されたものである。

このボトル缶１を製造するには、アルミニウム合金等の薄板を絞り加工及びしごき加工（ＤＩ成形）により成形した有底円筒体の開口部を縮径して肩部２を形成し、その後、肩部２よりも上方部分にねじ成形のための拡径した筒状部１１を形成する。
図２により具体的に説明する。同図（ａ）に示すように、有底円筒体の開口部を縮径して肩部２を形成するとともに、肩部２より上方に筒状の縮径部１７を形成する。この縮径加工はいわゆるダイネッキング加工であり、径の異なる成形ツールを順次使用しながら加工することにより、開口部を徐々に縮径して、図２（ａ）に示す肩部２及び縮径部１７を形成する。
そして、同図（ｂ）に示すように、この縮径部１７について、その下端部を除き肩部２の上端より若干上方位置から再度拡径し、大径部１８とする。この大径部１８の加工を行う装置は、図３に示すように、ワーク保持部（図示略）に保持された有底円筒体Ｗの開口部（縮径部１７）に缶軸方向に沿って挿入される拡径パンチ５１を備えている。そして、この拡径パンチ５１が有底円筒部Ｗの縮径部１７に挿入されることにより大径部１８が形成され、この大径部１８の加工により、縮径部１７の下端部で拡径加工されなかった部分が首部３となる。
次に、図２（ｃ）に示すように、大径部１８の下端部を除き、この下端部より上方部分を再度縮径することにより、小径部１９を形成する。この加工は、いわゆるダイネッキング加工であり、その成形ツールは、図４に示すように、ワーク保持部（図示略）に保持された有底円筒体Ｗの開口部（大径部１８）に缶軸方向に沿って挿入される内側ダイ５２と、その外側に配置される外側ダイ５３とを備えている。内側ダイ５２の外径は加工前の有底円筒体Ｗの開口部（大径部１８）の内径よりも小さく、縮径後の外径に形成され、外側ダイ５３の内周面は、加工前の有底円筒体Ｗの開口部（大径部１８）を受け入れる内径のガイド面５４、その開口部を縮径する絞り加工のためのテーパ面５５、内側ダイ５２の外周面との間で縮径した開口部を挿入する隙間を形成する小径面５６が先端から順次形成されている。そして、有底円筒体Ｗの開口部（大径部１８）を外側ダイ５３のガイド面５４に沿って圧入することにより、テーパ面５５に倣うように縮径され、開口端部が内側ダイ５２の外周面５２ａと外側ダイ５３の小径面５６との間に挿入され、小径部１９に加工される。前述の図２（ａ）に示す加工も、この図４に示すものと径は異なるが、同様の構造の複数種の内側ダイと外側ダイとの組み合わせのものが用いられる。
この小径部１９の加工により、小径部１９の下方で加工されなかった部分が拡径部１５となる。この場合、小径部１９は、首部３よりも大きい外径に形成され、後述するねじ５の谷径と山径との中間の外径に形成される。
次に、同図（ｄ）に示すように、小径部１９の上半分程度を上端に向かって徐々に縮径し、その縮径した開口端部１３と、これに連なるテーパ部１４とを形成する。この加工も図４と同様のダイネッキング加工のための成形ツールが用いられる。この開口端部１３とテーパ部１４の加工により、その下方で加工されなかった部分が筒状部１１となる。これにより中間成形体１２が形成される。なお、この筒状部１１の厚さは０．２５〜０．４ｍｍに形成される。
そして、この中間成形体１２において、筒状部１１にねじ５を成形した後、開口端部１３をさらに縮径し、その縮径した部分にカール部７を成形することにより、ボトル缶１が製造される。

この製造工程において、中間成形体１２は、図１にも示したように、開口端部１３が上端からカール部７を成形するために必要な寸法分をストレート状に形成され、その開口端部１３の下端から下方に向けて漸次拡径するテーパ部１４が形成され、このテーパ部１４の下端に筒状部１１が形成されている。この筒状部１１は、下端部を除く大部分がストレートの円筒状に形成され、筒状部１１の下端部は、その上部よりも外径の大きい拡径部１５とされ、その拡径部１５の下端に、縮径された首部３、首部３の下端から拡径する肩部２が連続して形成された形状とされている。

この場合、開口端部１３の外径Ｄ１は、成形すべきねじ谷径Ｄ２よりも小さく、また、筒状部１１の外径Ｄ３は、その下端部の拡径部１５を除き、ねじ山径Ｄ４と谷径Ｄ２との中間の径に設定される。例えば、ねじ山径Ｄ４が３７ｍｍで、ねじ谷径Ｄ２が３６．３ｍｍで、ねじの一山目と二山目の間隔が２．５ｍｍ〜４．５ｍｍである場合、筒状部１１の拡径部１５を除く外径Ｄ３は３６．５ｍｍ〜３６．８ｍｍに設定される。また、これら筒状部１１と開口端部１３との間を連絡するテーパ部１４は、缶軸方向に対して１０°〜３０°の傾斜角θで、缶軸方向に沿う長さＨが２．０〜６．０ｍｍに設定される。

次に、この中間成形体１２に対してねじ５を成形するための装置について説明すると、ねじ成形装置は、中間成形体１２の筒状部１１の内周面に当接される内駒２１と、外周面に当接される外駒２２とを有している。これら内駒２１及び外駒２２は、図１及び図５に示すように、その外周面にねじ５を形成するためのねじ形成用凸部２３，２４及びねじ形成用凹部２５，２６が螺旋状に、かつ互いに対応する形状でそれぞれに形成されており、これら内駒２１及び外駒２２がそれぞれ半径方向に移動することにより、互いの凹凸部間に中間成形体１２の筒状部１１を挟み込み、中間成形体１２の軸心回りに回転することにより、筒状部１１にねじ５が形成される構成である。なお、このとき、ねじ５の下方に配置される顎部６も同時に加工される。

この内駒２１と外駒２２とによるねじ成形について図５及び図６により詳述する。
予め、ねじ５の形状について説明しておくと、ねじ５は、図７に示すように、その山部３１の高さが所定の寸法になるまでの間に高さが漸次大きくなる不完全ねじ部３２が存在し、ねじ始まり部３３は、その不完全ねじ部３２において、山部３１の高さの半分程度の高さを有する部分をいうものとする。また、山部３１の高さは、山部３１とその山部３１に隣接する谷部３４との間の半径方向寸法の最大値の平均値をいい、ねじ山径は山部３１の外径、ねじ谷径は谷部３４の外径をいう。
なお、ねじ成形加工は、必ずしもねじ始まり部３３から始まるとは限らず、任意の位置から加工される。

図５は、ねじ成形加工後にねじ始まり部３３となる位置に相当する部分の縦断面を示しており、（ａ）が中間成形体１２の筒状部１１の内側に内駒２１が挿入され、筒状部１１の半径方向外方に外駒２２が配置され、相互に対峙した状態を示し、（ｂ）が内駒２１と外駒２２とが接近して筒状部１１をテーパ部１４の途中から挟み込んだ状態を示している。また、便宜上、図５（ａ）においては内駒と外駒の半分ずつを正面視したもの、残り半分を外形線のみ示したが、（ｂ）においては内駒、外駒とも外形線のみ示した。後述の図６においては（ａ）（ｂ）とも内駒、外駒の外形のみ示している。
また、この断面において、一点鎖線の位置は、ねじの一山目（この図５の断面位置ではねじ始まり部３３であり不完全ねじ部３２となる）がＡ、その下の谷部がＢ、ねじの二山目がＣとする。

このねじ始まり部３３の位置においては、図５（ａ）に示すように、筒状部１１とテーパ部１４との間の屈曲部１６が、二山目Ｃとその上の谷部Ｂとの間の範囲内に配置されている。図示例では、ほぼ二山目Ｃの稜線の位置に屈曲部１６が配置されている。この屈曲部１６は、０．６ｍｍ〜１０ｍｍの曲率半径とするのが好ましい。曲率半径が０．６ｍｍより小さいと、図２（ｄ）に示す縮径加工時の荷重が大きくなり、口金部４が座屈するおそれがある。また、ねじ成形時の荷重も大きくなる。曲率半径が１０ｍｍより大きくなると、テーパ部１４が長くなり、ねじ成形時に内駒２１による張り出し量が大きくなり、内面塗装を損傷するおそれがある。
この図５（ａ）に示す状態から両駒２１，２２が接近して、筒状部１１を挟み込んでねじ成形加工がなされると、図５（ｂ）に示すように、一山目の位置Ａの上方部分に残るテーパ部１４の最大外径はねじ谷径Ｄ２と等しいか、それより小さくなる。

一方、図６はねじ始まり部３３よりも手前の位置の縦断面を示している。言い換えれば、一山目が一周分近く巻回して二山目になる手前の位置の縦断面である。
この図６においても、図５と同様に、（ａ）が中間成形体１２の筒状部１１の内側に内駒２１が挿入され、筒状部１１の半径方向外方に外駒２２が配置され、相互に対峙した状態、（ｂ）が内駒２１と外駒２２とが接近して筒状部１１をテーパ部１４の途中から挟み込んだ状態をそれぞれ示している。また、この図６の断面において、一点鎖線の位置は、ねじの一山目（一周分近く巻回して二山目になる手前のねじ山）がＡ´、その上の谷部になる手前の位置をＢ´とする。
このねじ始まり部３３よりも手前の位置においても、筒状部１１のテーパ部１４の途中の位置からねじ成形加工されることにより、図６（ｂ）に示すように、一山目の位置（一周分近く巻回した位置）Ａ´の上方のテーパ部１４の最大径はねじ谷径Ｄ２と等しいか、それより小さくなっている。

このようにしてねじ成形加工した後、開口端部１３をさらに縮径し、その縮径した開口端部１３に対してカーリング加工してカール部７を形成することにより、ボトル缶１が製造される。
このボトル缶１に被せられるキャップ４１は、円形の天板部４２と円筒状のスカート部４３とを有しており、ボトル缶１の口金部４に被せた後、キャッピングロールによってキャップ４１のスカート部４３を口金部４のねじ５に倣うように成形することにより、スカート部４３にねじ条４４が形成されるとともに口金部４に螺着した状態となり、スカート部４３の下端部４５を顎部６に巻き込むことにより、図８の左半分に示したようにキャップ４１とボトル缶１とは螺着状態に固定される。このようにしてキャップ４１が口金部４のねじ５に螺着されるので、キャップ４１のねじ条４４の内径は口金部４のねじ谷径Ｄ２に合わせられることになる。なお、このキャップに関しては、各部位を示す際に、ねじ形成前とねじ形成後とで同じ符号を用いて説明する。

次に、キャップ４１を開栓した後、再度シールする場合について説明する。
図８の左半分に示した螺着状態からキャップ４１を緩めるように回転すると、スカート部４３に形成されていたスリット４６の部分から下端部４５とその上部との間が破断して、下端部が帯状に顎部６に残され、その上部を口金部４から外すことができる。

次に、その外したキャップ４１を再度シールするため口金部４に被せると、図８の右半分に示すように、キャップ４１の内周面のねじ条４４の最下端が口金部４のテーパ部１４上を滑りながら下降してねじ５の一山目の上面に当接する。このとき、キャップ４１を右に回転させることにより、ねじ条４４の最下端が一山目の上面を伝って、その下方の谷部３４の入り口まで案内される。

前述したように、テーパ部１４は、その最大外径がねじ谷径Ｄ２と同じか、それより小さい寸法に形成されているので、キャップ４１の内周面のねじ条４４は、テーパ部１４による抵抗を受けることが少なく、一山目の上面までスムーズに到達し、その後、一山目の下方の谷部３４の入り口まで簡単に案内することができる。そして、キャップ４１を回転することにより、その谷部３４にねじ条４４の最下端を進入させてねじ込むことができる。

因みに、従来のボトル缶について図９により説明すると、従来のボトル缶では、一山目の上方のテーパ部５１にねじ谷径よりも大きい部分５２が残るので、キャップ４１を再度シールする際に、そのねじ谷径より大きい部分５２へのキャップ４１のねじ条４４の接触度合が大きく、ねじを閉め込むときの抵抗が大きいため、再度のシール操作がし難いものとなっていた。
日本電産シンポ株式会社製デジタルトルクメータにボトル缶を保持した状態でキャップを再度シールする際のリシールトルク（キャップを口金部に被せてシール操作する際にキャップの天面のライナーがボトル缶のカール部天面に接触するまでに生じた抵抗値）を測定したところ、本発明の実施形態のボトル缶では０．２Ｎ・ｃｍであったが、従来のボトル缶では８．７Ｎ・ｃｍであった。
このように、本発明の製造方法により製造されたボトル缶１は、ねじ５の一山目の上方のテーパ部１４がねじ谷径Ｄ２と同じか、ねじ谷径Ｄ２よりも小さく形成されているので、再度のシール操作を容易にすることができる。

なお、本発明は前記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。

本発明のねじ付きボトル缶は、コーヒー飲料等の各種飲料を充填し、キャップのリシールが容易なボトル缶として広く適用できる。

１ボトル缶
２肩部
３首部
４口金部
５ねじ
６顎部
７カール部
１１筒状部
１２中間成形体
１３開口端部
１４テーパ部
１５拡径部
１６屈曲部
２１内駒
２２外駒
２３，２４ねじ形成用凸部
２５，２６ねじ形成用凹部
３１山部
３２不完全ねじ部
３３ねじ始まり部
３４谷部
４１キャップ
４２天板部
４３スカート部
４４ねじ条
４５下端部
４６スリット

Claims

有底筒状体の開口部を縮径して肩部を形成するとともに、この肩部よりも上方に、ねじの山径と谷径との間の中間の外径を有する筒状部と、該筒状部の上端から開口端部に向けて漸次縮径するテーパ部とを形成しておき、前記筒状部内に配置される内駒と、前記筒状部の外方に配置される外駒とを接近させてねじを形成する際に、前記テーパ部の途中に前記内駒のねじ成形用凸部を当接させてねじ始まり部を形成することを特徴とするねじ付きボトル缶の製造方法。