JP3828033B2

JP3828033B2 - 金属製ボトル缶の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP3828033B2
Application number: JP2002089151A
Authority: JP
Inventors: 正宏細井
Original assignee: Universal Can Corp
Current assignee: Universal Can Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003290854A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金属製のボトル缶の製造方法と、その方法を実現するための製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、飲料用の缶として広く使われている金属製ボトル缶（以下、単にボトル缶と略称す）は、アルミニウムやアルミニウム合金製の金属板を絞り加工（Ｄｒａｗｉｎｇ）と、次いで行われるしごき加工（Ｉｒｏｎｉｎｇ）とによって形成される、一般にＤＩ缶と呼ばれている缶の上部に、口金部が形成されて製造されている。
【０００３】
その製造方法としては、例えば図７（ａ）に示すように金属板から有底筒状の缶基体１ａが形成され、次に同図（ｂ）に示すように缶基体１ａの上部が縮径されることにより（ネックイン加工）肩部５および口金部２が形成されたボトル形状体１ｂが形成される。その後、口金部２が一旦拡径され図７（ｃ）のように拡径部２′が形成されたボトル形状体１ｃが形成され、その拡径部２′の周囲が螺旋状に押圧されることによって同図（ｄ）のボトル形状体１ｄのようなねじ部３が形成されると共に、ねじ部３の下部に膨出部４が形成される。膨出部３は、口金部２に設けられた拡径部２′にねじ部３が形成されたとき、その拡径部２′の部分をそのまま残すことによって形成される。この場合、ボトル形状体１ｄにおいては、膨出部４より下方では直線部６を経てボトル形状体１ｄの肩部５に至る形状となっている。
【０００４】
このようにして、口金部２にねじ部３，膨出部４が形成されたボトル形状体１ｄは、さらに図示しないカール部等が形成されボトル缶とされると、その内部にその容積の合わせて３５０〜５００ｍｌ程度の内容物（飲料水）が充填される。その後、キャップ材（図示せず）がボトル缶の口金部２にかぶせられ、ボトル缶の軸方向に加重（コラム荷重）を加え、キャップ材の内側に設けられたライナをボトル缶の先端部に押し付けた状態でキャップ材を巻き締めて密封することにより、内容物の充填されたキャップ付きボトル缶が製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のボトル缶は、上述したように、ネックイン加工のみで加工された肩部５においては、図７（ｄ）のように、小さな半径ｒを有する円弧状に形成されるので、ボトル缶はその後の工程のコラム荷重により変形してしまうおそれがあり、軸方向の耐圧荷重に乏しいという問題があった。この耐圧荷重に乏しいと、キャップ材巻き締め時に加えることのできるコラム荷重が低下するので、キャップ材のライナとボトル缶の先端部との間のシール性向上にも一定の限界があった。また、肩部５の半径ｒが小さいので、ボトル缶が落下した時などに生じる凹みが目立ちやすくなり、外観上好ましくないという問題があった。また、有底円筒状の缶基体１ａに口金部２を形成した後、その口金部２にねじ部３および膨出部４が形成されると、拡径加工やネジ形成加工或いは材料の異方性によって、膨出部４の形状が一様に形成されないので、キャップの被着性や開栓性が悪いという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、肩部の耐圧荷重を大きくすることができると共に、肩部の凹みを目立ちにくくすることができ、キャップのシール性、被着性、及び開栓性の良い金属製ボトル缶の製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。請求項１に係る発明は、金属製の有底円筒体の上部を縮径して肩部および口金部を有するボトル形状体を形成し、該ボトル形状体の口金部にねじ部および膨出部を形成してなる金属製ボトル缶の製造装置において、前記肩部を再成形する肩部再成形機構と、前記膨出部を再成形する膨出部再成形機構とを有する再成形機を備え、前記肩部再成形機構および膨出部再成形機構は、前記ボトル形状体の肩部および膨出部を外方から内方に押圧しながら周面に沿い転動する肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラを有することを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る金属製ボトル缶の製造装置によれば、再成形機によってボトル形状体の肩部および膨出部を同時に再成形するので、十分な耐圧荷重を有し、落下などにより肩部に生じる凹みを目立たず、キャップのシール性、被着性、及び開栓性の良いボトル缶を確実に効率良く形成することができる。また、肩部再成形機構の肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラがボトル形状体の肩部および膨出部の周面に沿って転動するので、肩部および膨出部を所望の形状に形成することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の金属製ボトル缶の製造装置において、前記肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラは、複数個からなることを特徴とする
【００１０】
この発明に係る金属製ボトル缶の製造装置によれば、同時に複数個の肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラがボトル形状体の肩部および膨出部の周面に沿って転動するので、ボトル形状体に複数箇所からバランスが良く加重が加えられ、歪みが生じることなく金属製ボトル缶を形成することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、金属製の有底円筒体の上部を縮径して肩部および口金部を有するボトル形状体を形成し、該ボトル形状体の口金部にねじ部および膨出部を形成してなる金属製ボトル缶の製造方法において、前記口金部に前記ねじ部および膨出部を形成した後に、前記肩部および膨出部の再成形を同時に行うことを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る金属製ボトル缶の製造方法によれば、金属製ボトル缶の肩部を再成形するので、その後の工程のコラム荷重によって変形しないような肩部を形成でき、十分な縦方向の耐圧荷重を有し、キャップとのシール性の高い金属製ボトル缶を製造することができる。また、金属製ボトル缶の肩部に受けた衝撃により生ずる凹みが目立たないように肩部を成形した金属製ボトル缶を製造することができる。また、膨出部が一様な形状で形成されるので、キャップの被着性や開栓性の良い金属製ボトル缶を製造することができる。また、膨出部の再成形と肩部の再成形とを一つの工程で行うことができるので、製造工程の効率化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図６はこの発明の一実施の形態に係る金属製ボトル缶の製造装置を示す図であって、図１は金属製ボトル缶の製造装置における再成形機を示す構成図、図２は再成形機における肩部再成形機構および膨出部再成形機構を示す図１のＡ−Ａ矢視に相当する説明図、図３は肩部再成形機構における肩部再成形ローラとボトル形状体の肩部との関係を示す要部拡大図、図４は膨出部再成形機構における膨出部再成形ローラと金属製ボトル缶の膨出部との関係を示す要部拡大図、図５は金属製ボトル缶の製造装置を示す全体説明図、図６は膨出部再成形ローラによる再成形作用を示す説明拡大図である。
【００１６】
この実施の形態の金属製ボトル缶の製造装置１０を説明する前に、この製造装置１０によって製造される金属製ボトル缶について述べる。この金属製ボトル缶（以下、単にボトル缶と略称す）は、炭酸飲料，果汁飲料などを入れるためのものであって、アルミニウム製若しくはアルミニウム合金製からなっており、前述した図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、まず有底円筒状の缶基体１ａが形成され、缶基体１ａの上部の開口側が絞り加工されることによって縮径された口金部２が形成されたボトル形状体１ｂが形成され、その口金部２が一旦拡径されることによって拡径部２′が形成されたボトル形状体１ｃが形成され、その拡径部２′の周囲にねじ部３が形成されると共に、ねじ部３の下方には残りの拡径部２′をそのまま残して膨出部４が形成され、これによって膨出部４から直線部６を経て肩部５に至るボトル形状体１ｄが形成されるようになっている。このボトル形状体１ｄが再成形されボトル形状体１ｅとされ、その後の加工工程を経ることでボトル缶が形成される。
【００１７】
そして、この実施の形態によるボトル缶の製造装置１０は、後述する縮径機、拡径機、ネジ形成機等の従来よりある機構に加えて再成形機１１を備えたことを特徴としている。
図１に示される再成形機１１は、大別すると、円筒状のヘッド支持軸１２の下部に肩部再成形機構１３が備えられると共に、膨出部再成形機構２４が備えられている。
【００１８】
肩部再成形機構１３は、図１および図２に示すように、支持ブロック１４と、支持軸１５と、支持アーム１６，肩部再成形ローラとしての第１ローラ１７とを有して構成されている。支持ブロック１４は、ヘッド支持軸１２の下部の周側部に固定されている。支持軸１５は、支持ブロック１４の周側部にその中心軸に沿って支持されている。支持軸１５の下部には水平方向に回動可能に支持アーム１６が取り付けられている。この支持アーム１６の一端にはローラ回転軸１８を介して第１ローラ１７が軸周りに回転可能に取り付けられている。
【００１９】
また、支持軸１５にはコイルばね１９が嵌装されている。このコイルばね１９は、下部１９ａが支持アーム１６の上部に設けられた係止ピン２０に引き掛けられると共に、その上部１９ｂが支持ブロック１４に引き掛けられ、そのばね力により、支持ブロック１４の中心軸、即ちボトル形状体１ｄの中心軸Ｏ方向に第１ローラ１７が接近するよう支持アーム１６を常時付勢している。
【００２０】
支持軸１５の上部にはロッド２１が垂直軸周りに回転可能に取り付けられ、そのロッド２１の一端部に枢軸２２を介してカムフォロア２３が水平方向に回転自在に取り付けられている。このカムフォロア２３は、ヘッド支持軸１２に対して昇降可能に設けられたコーンカム（図示せず）と当接されており、コーンカムが昇降することにより、径方向位置に移動する。即ち、カムフォロア２３がコーンカムにより径方向に移動されると、ロッド２１が支持軸１５を中心として水平方向に回動し、支持軸１５つまり支持アーム１６を回動させて、第１ローラ１７をボトル形状体１ｄの肩部５に対して押圧させたり離間させるようになっている。
【００２１】
第１ローラ１７は、図１に示すように、ボトル形状体１ｄの肩部５を外周から求心方向に押圧しながらボトル形状体１ｄの周囲に沿って転動することにより、ネックイン加工により形成された肩部５の半径ｒより大きな半径Ｒとなるように再成形するようになっている。
即ち、第１ローラ１７は、図３に示すように、下部がボトル形状体ｄの周面と接触可能な小径部１７ａを有すると共に、それより上方に大径部１７ｂを有している。この大径部１７ｂは、円柱状をなす小径部１７ａから上方に至るに従い次第に径が大きくなり、しかも外形が円弧状に凹んだ形状をなしており、ボトル形状体１ｄの肩部５を押圧したとき、その円弧状の凹面１７ｃに倣うように肩部５上で転動することにより、肩部５を半径Ｒの大きさからなる円弧状に再成形できるようになっている。
【００２２】
その際、第１ローラ１７は、例えば３５０〜５００ｍｌ程度の内容物が充填されるボトル缶の場合、肩部５として、例えば３０ｍｍ程度の半径Ｒを有する大きさに再成形するものであるが、３０ｍｍ以上であっても良い。そのため、第１ローラ１７は、大径部１７ｂの円弧状の凹面１７ｃが上記数値の径となる大きさに選定されている。
【００２３】
一方、膨出部再成形機構２４は、肩部再成形機構１３と基本的には同様であり、支持アーム１６の一端にローラ回転軸１８を介し、膨出部再成形ローラとしての第２ローラ２５が軸周りに回転可能に取り付けられている。なお、図１において、膨出部再成形機構２４において、肩部再成形機構１３の各部と同一部分には同一符号を付している。
この第２ローラ２５は、図１に示すように、ボトル形状体１ｄに膨出部が形成された後、その膨出部を再成形するためのものである。
【００２４】
更に、第１ローラ１７と第２ローラ２５とは、例えば図２に示すように、ヘッド支持軸１２の軸線周りに、即ち、ボトル形状体１ｄの軸線Ｏを中心とする円周上に３個ずつ配置され、しかも互いに一個置きで略等間隔に配置されている。つまり、再成形機１１は、回動自在な三つの第１ローラ１７および回動自在な三つの第２ローラ２５を肩部５および膨出部４の外周面に同時に圧接して転動させることができる。
【００２５】
また、第２ローラ２５は、図４に示すように、軸線方向一端側（図４の下側）の外周に膨出部再成形部２５ａを有し、軸線方向他端側（図４の上側）の外周に膨出部再成形部２５ａより大外径とならない逃がし部２５ｂを有している。膨出部再成形部２５ａは、下側に向かって徐々に大径となるテーパ状となり、このテーパの略中央部の傾斜面の断面の輪郭が直線部２６となっている。この直線部２６が、例えば水平線２７との成す角が４８度で形成されている。膨出部再成形部２５ａは、このテーパ面をボトル形状体１ｄの膨出部４の下面側に当接することで膨出部４を再成形する。
【００２６】
また、逃がし部２５ｂは、テーパ面に連続し、膨出部再成形部２５ａより大外径とならないように形成されている。即ち、膨出部再成形部２５ａと同一外径又は膨出部再成形部２５ａより小外径で形成されている。このような逃がし部２５ｂを第２ローラ２５に設けておくことで、特に精度の要求される膨出部４の下部を再成形したときに生じる歪みが、膨出部再成形部２５ａから逃がし部２５ｂへと逃がされることになり、再成形後のスプリングバックによる膨出部４の下部の歪みが防止されることになる。このように、再成形機１１によってボトル形状体１ｄが再成形されボトル形状体１ｅが形成される。
【００２７】
他方、ボトル缶の製造装置１０は、図５に示すように、水平方向の駆動軸を中心に回動する円筒状の保持筒６３を本体フレーム６２に備えている。保持筒６３は、缶基体１ａを水平方向に収容して保持する複数の収容部６７を円周方向に備えている。この保持筒６３は、図示しない駆動部によって図５の反時計回りに回転する。本体フレーム６２には、保持筒６３の外周に、その外周の一部が重なるようにして、水平軸回りで回転する供給手段６８を備えている。供給手段６８には、供給ガイド６８ａによって供給された缶基体１ａを保持する把持部６９を円周方向に複数備えている。供給手段６８は、保持筒６３と同期して回転することにより、把持部６９に供給された缶基体１ａを、保持筒６３の収容部６７に順次供給できるようになっている。
【００２８】
また、製造装置１０は、供給手段６８の近傍に、排出手段７１を備えている。排出手段７１は、保持筒６３の外周に、その外周の一部が重なるようにして、水平軸回りで回転する。排出手段７１は、保持筒６３より排出されたボトル缶を保持する把持部７３を、円周方向に複数備え、把持部７３に排出されたボトル缶を、後工程へと順次供給するようになっている。
【００２９】
この製造装置１０には、保持筒６３の円周方向に沿って縮径機７５，拡径機７７，ネジ形成機７９，カール加工機８１，スロット加工機８３等を、保持筒６３の回転方向上流側から下流側に向けて順次配設している。縮径機７５は、複数の絞り型を段階的に使用することで、有底円筒状の缶基体１ａの開口側を縮径加工して口金部２を形成する（図７参照）。拡径機７７は、ボトル形状体１ｂの形成された口金部２を開口端から所定距離で拡径加工して拡径部２′を形成する（図７参照）。ネジ形成機７９は、拡径部２′の周囲に開口端から一定の距離でねじ部３を形成すると共に、ねじ部３の形成されない残りの拡径部分を膨出部４として残す加工を行いボトル形状体１ｄを形成する。
【００３０】
一方、上記した再成形機１１は、ネジ形成機７９の加工工程下流側に配設される。従って、再成形機１１は、ネジ形成機７９によるねじ部３および膨出部４の形成完了の後のボトル形状体１ｄに対して再成形を行い、ボトル形状体１ｅを形成するようになっている。
【００３１】
次に、上記のように構成したボトル缶の製造装置１０の動作を、ボトル缶の製造方法の手順と共に説明する。
【００３２】
ボトル缶の製造装置１０は、前工程によって有底円筒状に形成された缶基体１ａが、供給ガイド６８ａに供給されると、その缶基体１ａを供給手段６８の把持部６９に、順次把持させる。供給手段６８は、把持部６９が保持筒６３の収容部６７に一致した時に、把持部６９の缶基体１ａを収容部６７内へと挿入する。この動作が繰り返されることで、保持筒６３の収容部６７に順次缶基体１ａが供給されて行く。
【００３３】
保持筒６３が回転することにより、収容部６７に保持した缶基体１ａが縮径機７５に到達すると、縮径機７５は、円筒状の缶基体１ａの開口側を縮径する加工（所謂ネックイン加工）を行うことで、口金部２が形成されたボトル形状体１ｂが形成される。この縮径加工は、油付け，絞り，トリミング等が複数回繰返されることで実施される。
【００３４】
保持筒６３が回転することにより、縮径加工の完了したボトル形状体１ｂが拡径機７７に到達すると、拡径機７７は、一旦縮径された口金部２を再び拡径することで拡径部２′が形成される。この際、拡径加工は、図６に示す口金部２の開口端から所定距離を拡径するに際し、膨出部４の形成位置より再成形代Δｈを見込んだ分、所定距離より深い位置Ｈまで拡径を行う。
【００３５】
拡径加工の施されたボトル形状体１ｃは、次いでネジ形成機７９に到達する。ネジ形成機７９は、口金部２の開口端から一定の距離で拡径部にねじ部３を成形すると共にねじ部３の形成されない拡径部を膨出部４として残す加工を行う。
【００３６】
ねじ部３、膨出部４の形成されたボトル形状体１ｄが再成形機１１に到達すると、再成形機１１は、ネジ形成機７９によって既に形成された膨出部４を三つの第２ローラ２５で外周から押圧して転動させることで、再成形代Δｈを潰して所定の位置ｈとなるように膨出部４を再成形する。
このとき同時に、三つの第１ローラ１７がボトル形状体１ｄの肩部５を外方から内方に押圧しながら転動することで、肩部５を所望の半径Ｒの大きさに再成形し、ボトル形状体１ｅを形成する。
これにより、ボトル形状体１ｅには、図３に示すように、ネックイン加工により形成された半径ｒの肩部５が半径Ｒの大きさを有する円弧状に形成され、かつ膨出部４が所定の位置ｈに所望の形状で形成されることとなる。
【００３７】
この膨出部４および肩部５の再成形が完了すると、ボトル形状体１ｅは、カール加工機８１に到達することで、口金部２の開口端が外方向に折り曲げられ、次いでスロット加工機８３に到達することで、この折り曲げ部（カール部）を潰してボトル形状体１ｅのネックイン加工、ねじ部・膨出部形成工程が終了し、ボトル缶が形成される。
【００３８】
このように、上記のボトル缶の製造方法によれば、所定の外周形状を有する第２ローラ２５を膨出部４の外周面に転動させて膨出部４を再成形すると同時に、第１ローラ１７により肩部５をも再成形するので、一度の加工工程で再成形することができる。そして、キャップを装着する工程において、キャップ材がかぶせられたボトル缶に加えられる軸方向の荷重（コラム荷重）に対し、十分な縦方向の耐圧荷重を有し、キャップとのシール性の高いボトル缶を製造することができる。また、ボトル缶が落下した場合に肩部５に生じる凹みを目立たなくすることができる。
【００３９】
また、前述のように、膨出部４を再成形することにより、円周方向の任意な位置の断面形状が均一となる膨出部４を、所定の位置ｈに形成することができる。これにより、キャップの開口周縁を所望の折り曲げ量・折り曲げ角度で膨出部４へ均一に巻き締めることが可能になり、キャップの被着性や開栓性を良くすることができる。
【００４０】
また、三個の第１ローラ１７および三個の第２ローラ２５により３方向から荷重をかけて肩部５および膨出部４を再成形するので、荷重バランス良く加工することができ、歪のないボトル缶を形成することができる。
【００４１】
なお、この実施の形態においては、三個の第１ローラ１７と三個の第２ローラ２５とが互いに違いに配設された例を示したが、第１，第２ローラ１７，２５の個数は、三個以上でもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、再成形機によってボトル形状体の肩部および膨出部が再成形されるので、耐圧荷重が高く、肩部に生じる凹みを目立たなくでき、キャップの被着性や開栓性の良い金属製ボトル缶を確実に効率良く形成することができる。また、肩部再成形機構のローラおよび膨出部再成形ローラがボトル形状体の肩部および膨出部の周面に沿って転動するので、肩部および膨出部を所望の形状に形成することができる。
【００４３】
請求項２に係る発明によれば、複数個の肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラがボトル形状体の肩部および膨出部の周面に沿って転動するので、ボトル形状体に複数箇所からバランス良く加重加えることができ、歪みが生じることなく金属製ボトル缶を形成することができる。
【００４４】
請求項３に係る発明によれば、金属製ボトル缶の肩部を再形成して製造するので、金属製ボトル缶の軸方向に加えられる加重に対して、十分な縦方向の耐圧荷重を有し、キャップとのシール性の高い金属製ボトル缶を製造することができる。また、金属製ボトル缶の肩部に衝撃が加えられた場合に生じる凹みが目立たない金属製ボトル缶を製造することができる。また、膨出部が一様な形状で形成されるので、キャップの被着性や開栓性の良い金属製ボトル缶を製造することができる。そして、この最成形工程は膨出部の再成形と肩部の再成形とを一つの工程で行うことができるので、製造工程の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る金属製ボトル缶の製造装置を示す図であって、金属製ボトル缶の製造装置における再成形機を示す構成図である。
【図２】再成形機における肩部再成形機構および膨出部再成形機構を示す図１のＡ−Ａ矢視に相当する説明図である。
【図３】肩部再成形機構における肩部再成形ローラと金属製ボトル缶のボトル形状体１ｅの肩部との関係を示す要部拡大図である。
【図４】膨出部再成形機構における膨出部再成形ローラと金属製ボトル缶の膨出部との関係を示す要部拡大図である。
【図５】金属製ボトル缶の製造装置を示す全体説明図である。
【図６】膨出部再成形ローラによる再成形作用を示す説明拡大図である。
【図７】従来の金属製ボトル缶の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ缶基体
１ｂ〜１ｅボトル形状体
２口金部
２′ 拡径部
３ねじ部
４膨出部
５肩部
６直線部
１０製造装置
１１再成形機
１３肩部再成形機構
１４膨出部再成形機構
１７第１ローラ（肩部再成形ローラ）
１７ａ小径部
１７ｂ大径部
１７ｃ円弧状の凹面
２５第２ローラ（膨出部再成形ローラ）
７５縮径機
７７拡径機
７９ネジ形成機

Claims

金属製の有底円筒体の上部を縮径して肩部および口金部を有するボトル形状体を形成し、該ボトル形状体の口金部にねじ部および膨出部を形成してなる金属製ボトル缶の製造装置において、
前記肩部を再成形する肩部再成形機構と、前記膨出部を再成形する膨出部再成形機構とを有する再成形機を備え、
前記肩部再成形機構および膨出部再成形機構は、前記ボトル形状体の肩部および膨出部を外方から内方に押圧しながら周面に沿い転動する肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラを有することを特徴とする金属製ボトル缶の製造装置。
請求項１記載の金属製ボトル缶の製造装置において、
前記肩部再成形ローラおよび膨出部再成形ローラは、複数個からなることを特徴とする金属製ボトル缶の製造装置。
金属製の有底円筒体の上部を縮径して肩部および口金部を有するボトル形状体を形成し、該ボトル形状体の口金部にねじ部および膨出部を形成してなる金属製ボトル缶の製造方法において、
請求項１又は請求項２に記載された金属製ボトル缶の製造装置により、
前記口金部に前記ねじ部および膨出部を形成した後に、前記肩部および膨出部の再成形を同時に行うことを特徴とする金属製ボトル缶の製造方法。