JP4425659B2 - ボトル缶およびボトル缶の製造方法並びにキャップ付ボトル缶 - Google Patents

Description

本発明は、大径の胴部と、該胴部の上端に連結部を介して連設された肩部と、該肩部の上端部に連設され缶軸方向上方へ延在した口金部とを備えたボトル缶およびボトル缶の製造方法並びにキャップ付ボトル缶に関するものである。

近年、飲料用の容器として、開栓後にリシールできるなど取り扱い性に優れる、口金部にキャップが螺着されるボトル缶が数多く提供されている（例えば特許文献１参照）。
この種のボトル缶は、主として、金属板に絞り加工およびしごき加工を施し、胴部を有する有底筒状体を形成した後に、この有底筒状体の一方の端部にネックイン加工等を施し、前述した連結部，肩部，および口金部を形成することにより製造されている。
このように形成されたボトル缶は、前記各加工時に前記各部に作用する負荷の大きさが異なることに起因して、図６に示すように、胴部１０２と、連結部１０１，肩部１０３，および口金部との肉厚が大きく異なっているのが一般的である。この傾向は、近年、省資源化や低コスト化の観点からボトル缶の薄肉化が図られているため特に著しい。
特開２００１−２１３４１７号公報

しかしながら、前記従来では、前記肉厚の差に起因して種々の不都合が生じていた。例えば、ボトル缶は、内容物が充填される工程、口金部にキャップが螺着される工程，キャップ付ボトル缶がケース内に梱包される工程などを経た後に出荷されることになるが、これらの各工程間において、ボトル缶若しくはキャップ付ボトル缶は、搬送コンベア上で複数本が連立した状態で集合的に搬送されるのが一般的である。この場合、互いに隣合うボトル缶等の胴部１０２および連結部１０１同士が当接し合った状態で搬送されることになるので、搬送コンベアが急停止するなどして、胴部１０２および連結部１０１同士が衝突した場合には、連結部１０１から胴部１０２の連結部１０１側にかけた領域に凹みが発生する場合があった。

また、自動販売機による販売時には、キャップ付ボトル缶は、缶軸が重力の作用する方向に交差した姿勢で、自動販売機のストック部から取り出し口まで自然落下されるため、この際の衝撃力により、前述と同様の凹みがボトル缶に発生するという問題があった。

以上の問題は、有底筒状体の肉厚に対してネックイン加工時の成形荷重の大きさが大き過ぎたり、あるいは、近年の薄肉化されたボトル缶では必然的に、図６に示すように、連結部１０１が径方向外方へ膨出する、いわゆるベルネックが発生する場合に特に著しい。すなわち、ベルネックが発生すると、胴部１０２の連結部１０１側の肉厚と、連結部１０１の肉厚との差が大きくなるので、前述した凹みに対する抵抗力が著しく低下するとともに、特に、連結部１０１は、キャップ付ボトル缶において、最も径方向外方に位置するので、前述した搬送時や自動販売機による販売時に必ず当接若しくは衝突する部分になる。したがって、ボトル缶の連結部１０１から胴部１０２の連結部１０１側にかけた領域に凹みが特に発生し易くなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ボトル缶の連結部から胴部の連結部側にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができるボトル缶およびボトル缶の製造方法並びにキャップ付ボトル缶を提供することを目的とする。

前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本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、大径の胴部と、該胴部の缶軸方向上端に連結部を介して連設された肩部と、該肩部の缶軸方向上端部に連設され缶軸方向上方へ延在した口金部とを備えたボトル缶であって、前記連結部は、前記胴部の缶軸方向上端と連設され径方向外方かつ缶軸方向上方に凸とされた凸曲面部と、この凸曲面部の缶軸方向上端に連設されるとともに、缶軸方向下方かつ径方向内方に凹んだ凹曲面部と、を備え、前記凸曲面部の外表面における缶軸方向下端部分は、前記胴部の外表面を補捉した近似直線から径方向外方へ離間するように構成されていることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、前記凹曲面部の外表面のうち、この缶軸方向上端位置における接線と、前記胴部の外表面を補捉した近似直線とのなす角度θ１が、５．０°以上２４．０°以下とされ、凹曲面部の外表面のうち、凸曲面部との連結部における接線と、前記胴部の外表面を補捉した近似直線とのなす角度θ２が、２８．３°以上３４．０°以下とされていることを特徴とする。

この発明によれば、連結部が凹曲面部を備えているので、このボトル缶の搬送時や、自動販売機による販売時に、胴部から連結部にかけた領域に径方向内方に向かう力が作用した場合においても、このときの力が凹曲面部の曲面形状によって緩和されるとともに、この凹曲面部がリブとして作用することになる。したがって、連結部から胴部の連結部側にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

請求項３に係る発明は、大径の胴部と、該胴部の缶軸方向上端に連結部を介して連設された肩部と、該肩部の缶軸方向上端部に連設され缶軸方向上方へ延在した口金部とを備えたボトル缶の製造方法であって、前記連結部は、前記胴部の缶軸方向上端と連設され径方向外方かつ缶軸方向上方に凸とされた凸曲面部と、この凸曲面部の缶軸方向上端に連設されるとともに、缶軸方向下方かつ径方向内方に凹んだ凹曲面部と、を備えており、金属板に絞り加工およびしごき加工を施し、前記胴部の予成形部を有する有底筒状体を形成した後に、該有底筒状体の一方の端部にネックイン加工を施し、前記肩部の予成形部，前記連結部の予成形部および前記口金部の予成形部を形成し、その後、少なくとも前記肩部の予成形部の缶軸方向下部を缶軸方向下方かつ径方向内方に押圧して凹曲面部及び凸曲面部を形成し、前記連結部の予成形部の肉を前記胴部の予成形部の缶軸方向上部に流して肉厚を厚くするとともに、前記肩部，前記連結部および前記胴部を形成することを特徴とする。

この発明では、胴部の予成形部と連結部の予成形部と肩部の予成形部と口金部の予成形部とを備えるボトル缶体を形成した後に、前記凹曲面部を押圧成形し胴部と連結部と肩部とを形成するので、この凹曲面部の成形時に、連結部の予成形部の肉が胴部の予成形部に流れるとともに、連結部の予成形部が径方向内方に向かって移動変形することになる。
したがって、形成される連結部，肩部および口金部の肉厚と比べて薄肉となっている胴部の連結部側の肉厚を厚くすることが可能になるとともに、連結部の外径を小さくすることが可能になる。後者の場合、ネックイン加工により、連結部の予成形部が径方向外方へ膨出する、いわゆるベルネックが発生した場合でも、この膨出量が小さくなるように再成形されることになる。
さらに、このボトル缶が金属製である場合には、前記凹曲面部は、押圧成形されることにより、この凹曲面部およびその周辺部が加工硬化することになる。
以上により、連結部から胴部の連結部側にかけた領域における、径方向内方に向って作用する衝撃等の荷重に対する耐力を向上することが可能になり、この荷重による変形量の低減を図ることができる。したがって、ボトル缶の連結部から胴部の連結部側にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２記載のボトル缶の口金部にキャップが螺着されてなることを特徴とする。

本発明に係るボトル缶およびボトル缶の製造方法並びにキャップ付ボトル缶によれば、ボトル缶の連結部から胴部の連結部側にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

以下、本発明に係るボトル缶およびボトル缶の製造方法並びにキャップ付ボトル缶の一実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
図１に示すキャップ付ボトル缶１０は、ボトル缶２０とキャップ３０とを備える概略構成とされている。
ボトル缶２０は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金等の金属により形成され、大径の胴部１１と、この胴部１１の缶軸方向上端に連結部１２を介して連設され缶軸方向上方へ向うに従い漸次縮径した肩部１３（缶軸方向と、肩部１３の外表面とのなす角度は約２８°）と、この肩部１３の上端部に連設され缶軸方向上方へ延在した口金部１４とを備えている。そして、口金部１４にはキャップ３０を螺着するための雄ねじ部１４ａが形成されるとともに、この口金部１４の上端部は径方向外方へ折り曲げられて形成されたカール部１４ｂを備え、この口金部１４の上端面は開口端面１４ｃとされている。また、胴部１１の下端には図示しない底部が連設されおり、これにより、ボトル缶２０が有底筒状とされた構成となっている。

連結部１２は、胴部１１の缶軸方向上端と連設され径方向外方かつ缶軸方向上方に凸とされた凸曲面部１５と、この凸曲面部１５の缶軸方向上端と連設されるとともに、肩部１３の缶軸方向下端と連設され、缶軸方向下方かつ径方向内方に凹んだ凹曲面部１６とを備えている。これらの凸曲面部１５および凹曲面部１６はともに、周方向に延在し全周にわたって形成されている。また、肩部１３と凹曲面部１６との連結，および凸曲面部１５と胴部１１との連結、および凹曲面部１６と凸曲面部１５との連結は各々、実質的に曲面状態で連結された構成となっている。したがって、肩部１３の缶軸方向下端から胴部１１の缶軸方向上端にかけた領域は実質的に曲面状態で連続した構成となっている。

凸曲面部１５の外表面における缶軸方向下端位置１５ａは、図２に示すように、胴部１１の外表面を捕捉した近似直線Ｌ１から径方向外方へ離間し始める部分で特定することができ、また、凹曲面部１６の外表面における缶軸方向上端位置１６ａは、肩部１３の外表面を捕捉した近似直線Ｌ２から缶軸方向下方へ離間し始める部分で特定することができる。
凹曲面部１６の外表面のうち、この缶軸方向上端位置１６ａにおける接線Ｌ３と、近似直線Ｌ１とのなす角度θ１は、５．０°以上２４．０°以下とされ、凹曲面部１６の外表面のうち、凸曲面部１５との連結部における接線Ｌ４と、近似直線Ｌ１とのなす角度θ２は、２８．３°以上３４．０°以下とされている。

凸曲面部１５の外表面のうち、近似直線Ｌ１から最も離間した部分（以下、単に「突出部」という）１５ｂが、ボトル缶２０全体の外表面のうち最も径方向外方へ突出した部分になっている。凹曲面部１６の外表面のうち、近似直線Ｌ２から最も離間した位置までの距離Ａは、１．８８ｍｍ以下、より好ましくは０．２３ｍｍ以上１．８８ｍｍ以下とされている。

胴部１１の肉厚は０．１２８ｍｍ以上０．１３０ｍｍ以下とされ、肩部１３の肉厚は０．１４０ｍｍ以上０．２５０ｍｍ以下とされている。そして、連結部１２のうち、凹曲面部１６の肉厚は肩部１３の肉厚と略同一とされ、凸曲面部１５の肉厚も胴部１１側の肉厚を除き、肩部１３と略同一若しくは若干大きくなっている。凸曲面部１５の胴部１１側の肉厚は、胴部１１に近づくに従ってこの胴部１１の肉厚に漸次近づくように薄肉になっている。

以上のように構成されたボトル缶１０の製造方法について説明する。
まず、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなる厚さが約０．４０ｍｍの金属板に絞り加工およびしごき加工を施し、胴部予成形部１１ａを有する図示しない有底筒状体を形成する。その後、この有底筒状体の開口部にネックイン加工を施して、この開口部に、連結部予成形部１２ａと肩部予成形部１３ａと図示しない口金部予成形部とを形成する。これにより、図２に２点鎖線で示すボトル缶体２０ａが形成される。
なお、このボトル缶体２０ａの連結部予成形部１２ａは、図６に示す従来のボトル缶の連結部１０１と同一の構成となっており、また、肩部予成形部１３ａは、従来のボトル缶の肩部１０３と同一の構成となっており、また、胴部予成形部１１ａは、従来のボトル缶の胴部１０２と同一の構成となっている。

本実施形態ではさらに、ボトル缶体２０ａの肩部予成形部１３ａの缶軸方向下部を、図２に示すように、缶軸方向下方かつ径方向内方に押圧して凹曲面部１６を形成し、これにより、肩部１３と，凹曲面部１６および凸曲面部１５を有する連結部１２と，胴部１１とを形成する。その後、口金部予成形部に雄ねじ部形成加工、カール部形成加工などを施し口金部１４を形成し、ボトル缶２０を形成する。
そして、このボトル缶２０に内容物等を充填した後に、口金部１４にキャップ３０を螺着することにより図１に示すキャップ付ボトル缶１０を形成する。

以上説明したように、本実施形態に係るボトル缶およびキャップ付ボトル缶によれば、連結部１２が凹曲面部１６と凸曲面部１５とを備えているので、このボトル缶２０の搬送時や、自動販売機による販売時に、連結部１２から胴部１１の缶軸方向上端部にかけた領域に径方向内方へ向かう力が作用した場合においても、この際の力が凹曲面部１６の曲面形状によって緩和されるとともに、凹曲面部１６がリブとして作用することになる。したがって、連結部１２から胴部１１の缶軸方向上端部にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

また、本実施形態に係るボトル缶の製造方法によれば、ボトル缶体２０ａを形成した後に凹曲面部１６を形成するので、この際、連結部予成形部１２ａの肉が胴部予成形部１１ａの缶軸方向上部に流れるとともに、連結部予成形部１２ａが径方向内方に向かって移動変形することになる。
したがって、連結部予成形部１２ａ，および肩部予成形部１３ａの肉厚と比べて薄肉となっている、胴部予成形部１１ａの缶軸方向上端部における肉厚を厚くすることが可能になるとともに、形成する連結部１２の外径を連結部予成形部１２ａの外径より小さくすることが可能になる。後者の場合、ボトル缶体２０ａ形成時に、連結部予成形部１２ａが径方向外方へ膨出する、いわゆるベルネックが発生した場合に、この膨出量が小さくなるように再成形されることになる。
さらに、このボトル缶がアルミニウム若しくはアルミニウム合金等からなる金属製である場合には、凹曲面部１６は、押圧成形されることにより、この凹曲面部１６およびその周辺部が加工硬化することになる。
以上により、連結部１２から胴部１１の缶軸方向上端部にかけた領域に径方向内方に向って作用する衝撃等の荷重に対する耐力を向上させることが可能になるとともに、この荷重による変形量の低減を図ることができる。したがって、ボトル缶２０の連結部１２から胴部１１の缶軸方向上端部にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

次に、本実施形態のボトル缶２０について、前述した効果の検証試験を実施した。実施例として図１および図２に示したボトル缶２０（距離Ａは０．９４ｍｍ、角度θ１は１３．０°、角度θ２は２９．０°とした）を用い、比較例として、図２に示すボトル缶体２０ａに口金部１４を形成した従来のボトル缶を用いた。そして、これらのボトル缶をそれぞれ１４個形成した。なお、これらの缶の容量は３１０ｍｌ用のものを採用した。

試験方法は、内容物を充填し、かつ内圧を約０．０９８ＭＰａに保持したボトル缶をそれぞれ、約１００ｃｍの高さ位置から傾斜角度約１５°の傾斜面上を缶軸回りに回転させながら自然落下させ、この缶が高さ位置０ｃｍの位置に到達したときに、この缶の連結部１２，１０１（１２ａ）およびその周辺部に、予め配置しておいた、胴部１１，１０２（１１ａ）と略同径の合成樹脂からなる円筒状体の外周面に衝突させた。
そして、この際に、連結部１２，１０１（１２ａ）およびその周辺部に発生した凹み面積を測定した。ここで、凹み面積は、発生した凹みを側面視したときの周方向長さの最大値と缶軸方向長さの最大値とを乗じた値に基づいて算出した。なお、この試験は室温下で実施した。
以上の試験を、１４個の前述した各ボトル缶全てについて実施した。

結果を図３に示す。
この図から、従来のボトル缶の凹み面積の平均値が１７０ｍｍ^２であるのに対し、ボトル缶２０の凹み面積の平均値が１２７ｍｍ^２であることが確認でき、ボトル缶２０では従来のボトル缶に対して約２５％凹み面積を低減できることが確認できた。
すなわち、本実施形態によるボトル缶およびボトル缶の製造方法並びにキャップ付ボトル缶の前述した効果について実証することができた。

次に、本実施形態のボトル缶２０について座屈強度を測定した。
実施例として、図１および図２に示したボトル缶２０において、距離Ａ、角度θ１、および角度θ２を異ならせた８種類のボトル缶２０を形成し、また比較例１として図２に示すボトル缶体２０ａに口金部１４を形成した従来のボトル缶を形成し、比較例２として図１および図２に示すボトル缶２０において、距離Ａ、角度θ１、および角度θ２を前述した範囲外のボトル缶を形成した。そして、これらの１０種類のボトル缶を各種類について１０個形成した。なお、これらの缶の容量は３１０ｍｌ用のものを採用した。

そして、これらのボトル缶に缶軸方向下方に向う圧縮力をかけ、これらのボトル缶が座屈するときの荷重を測定し、前記各種類のボトル缶それぞれについて、座屈強度の平均値を算出した。なお一般に、ボトル缶に内容物を充填する際や、口金部にキャップを螺着する際に作用する圧縮力に、ボトル缶が十分耐え得る座屈強度として１８００Ｎ以上必要であることが知られている。

結果を図４に示す。
この結果から、実施例では座屈強度が１８００Ｎ以上であることが確認でき、したがって、前述した凹み発生抑制効果を有する構成であるにもかかわらず、必要十分な座屈強度を有するボトル缶を提供できることが確認できた。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、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、前記実施形態においては、凹曲面部１６をボトル缶体２０ａの肩部予成形部１３ａの缶軸方向下部に形成した構成を示したが、例えば図５に示すように、肩部予成形部１３ａの缶軸方向下部から胴部予成形部１１ａの缶軸方向上部にかけた領域に凹曲面部２６を形成してもよい。この場合においても、連結部予成形部１２ａの肉が、形成される胴部１１の缶軸方向上部に流れるとともに、連結部予成形部１２ａが径方向内方に向かって移動変形することになる。したがって、形成される胴部１１の缶軸方向上部をこの下部と比べて肉厚に形成することが可能になるとともに、形成する連結部２２の外径を連結部予成形部１２ａの外径より小さくすることが可能になる。

以上により、図５に示す形態においても、連結部２２から胴部１１の缶軸方向上端部にかけた領域における、径方向内方に向って作用する衝撃等の荷重に対する耐力を向上させることが可能になるとともに、この荷重による変形量の低減を図ることができる。したがって、連結部２２から胴部１１の缶軸方向上端部にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

また、凹曲面部１６，２６は、全周にわたって延在した構成に限らず、断続的に連設された構成であってもよい。
さらに、肩部１３および肩部予成形部１３ａとして、断面視で直線状に延在した構成を示したが、曲面状に湾曲した構成にも適用可能であり、また、ボトル缶の底部として、金属板に絞り加工およびしごき加工を施すことにより、胴部予成形部１１ａと一体的に形成された構成の他、底蓋を巻締めることにより形成された構成にも適用可能である。

ボトル缶の連結部から胴部の連結部側にかけた領域に凹みが発生することを抑制することができる。

本発明に係る第１実施形態において、キャップ付ボトル缶を示す一部断面側面図である。 図１に示すボトル缶の一部拡大断面図である。 図１，図２に示すボトル缶および従来のボトル缶について、連結部から胴部の連結部側にかけた領域における、凹み発生抑制に係る評価試験結果を示す図である。 図１，図２に示すボトル缶および従来のボトル缶について、座屈強度の測定結果を示す図である。 本発明に係る第２実施形態において、ボトル缶を示す一部拡大断面図である。 本発明に係る従来例において、ボトル缶を示す一部拡大断面図である。

符号の説明

１０ キャップ付ボトル缶
１１ 胴部
１１ａ 胴部の予成形部
１２，２２ 連結部
１２ａ 連結部の予成形部
１３ 肩部
１３ａ 肩部の予成形部
１４ 口金部
１６，２６ 凹曲面部
２０ ボトル缶

Claims (4)

1. 大径の胴部と、該胴部の缶軸方向上端に連結部を介して連設された肩部と、該肩部の缶軸方向上端部に連設され缶軸方向上方へ延在した口金部とを備えたボトル缶であって、
   前記連結部は、前記胴部の缶軸方向上端と連設され径方向外方かつ缶軸方向上方に凸とされた凸曲面部と、この凸曲面部の缶軸方向上端に連設されるとともに、缶軸方向下方かつ径方向内方に凹んだ凹曲面部と、を備え、
   前記凸曲面部の外表面における缶軸方向下端部分は、前記胴部の外表面を補捉した近似直線から径方向外方へ離間するように構成されていることを特徴とするボトル缶。
2. 前記凹曲面部の外表面のうち、この缶軸方向上端位置における接線と、前記胴部の外表面を補捉した近似直線とのなす角度θ１が、５．０°以上２４．０°以下とされ、
   凹曲面部の外表面のうち、凸曲面部との連結部における接線と、前記胴部の外表面を補捉した近似直線とのなす角度θ２が、２８．３°以上３４．０°以下とされていることを特徴とする請求項１に記載のボトル缶。
3. 大径の胴部と、該胴部の缶軸方向上端に連結部を介して連設された肩部と、該肩部の缶軸方向上端部に連設され缶軸方向上方へ延在した口金部とを備えたボトル缶の製造方法であって、
   前記連結部は、前記胴部の缶軸方向上端と連設され径方向外方かつ缶軸方向上方に凸とされた凸曲面部と、この凸曲面部の缶軸方向上端に連設されるとともに、缶軸方向下方かつ径方向内方に凹んだ凹曲面部と、を備えており、
   金属板に絞り加工およびしごき加工を施し、前記胴部の予成形部を有する有底筒状体を形成した後に、該有底筒状体の一方の端部にネックイン加工を施し、前記肩部の予成形部，前記連結部の予成形部および前記口金部の予成形部を形成し、
   その後、少なくとも前記肩部の予成形部の缶軸方向下部を缶軸方向下方かつ径方向内方に押圧して凹曲面部及び凸曲面部を形成し、前記連結部の予成形部の肉を前記胴部の予成形部の缶軸方向上部に流して肉厚を厚くするとともに、前記肩部，前記連結部および前記胴部を形成することを特徴とするボトル缶の製造方法。
4. 請求項１または請求項２記載のボトル缶の口金部にキャップが螺着されてなることを特徴とするキャップ付ボトル缶。

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