JP6685841B2 - 缶体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、３ピース缶等の缶体の製造方法に関する。

飲料や食品を収容する缶体は、例えば筒状に構成される缶胴と、缶胴の一方の開口を塞ぐ蓋体と、缶胴の他方の開口を塞ぐ底体と、を備えている。このような缶体において、例えば蓋体を小さくしてコストを節減するなどの理由から、缶胴の端部を胴部よりも小径となるように縮径させてネック部を形成することがある。ネック部の形状は、例えば１つ以上の段部を備える段ネックや、なだらかに縮径するスムースネックがある。スムースネックの製造方法として、例えば缶胴の軸線方向に沿って移動する金型を用いて、胴部の端部を少しずつ縮小させるダイネック方式（例えば、特許文献１参照）や、段ネックの成形後にロールで段ネックの内外面を挟み込んでスムースネック形状に成形するスピンロールネック方式が知られている。

特開平８−２４３６６６号公報

上述した缶体の製造方法では、以下の問題があった。即ち、上述のダイネック方式は、成形工程数が多くなる。一方、上述のスピンロールネック方式は、寸法安定性が低い。

そこで、本発明は、工程数が少なく寸法安定性が高い缶体の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の缶体の製造方法は次のように構成されている。

本発明の一形態にかかる缶体の製造方法は、筒状に構成された缶胴に、径が縮小する段部を有する段ネックを絞り加工により形成し、前記缶胴をエキスパンド加工することで、前記缶胴を拡径成形して胴部を形成するとともに、前記段ネックを径が次第に小さくなるスムースネックに成形する。

本発明によれば工程数が少なく寸法安定性が高い缶体の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る缶体の構成を示す説明図。 同缶体の製造方法を示す説明図。 同缶体の製造方法のダイネック工程を示す説明図。 同缶体の製造方法のエキスパンド工程を示す説明図。 同実施形態にかかるエキスパンド成形装置を示す説明図。 本発明の他の実施形態にかかる缶体の製造方法を示す説明図。 同缶体の製造方法を示す説明図。

以下、本発明の一実施形態に係る缶体１０、缶体１０の製造装置、及び缶体１０の製造方法について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る缶体１０を示す説明図である。図２及び図３は缶体１０の製造方法を、それぞれ側面視及び断面視で示す説明図である。図４は缶体１０の製造方法に用いられるエキスパンド装置の構成を示す説明図である。

図１に示すように、缶体１０は、いわゆる３ピース缶である。缶体１０は、筒状に構成された缶胴１１と、缶胴１１の一方の開口を塞ぐ缶蓋１２と、缶胴１１の他方の開口を塞ぐ缶底１３と、を備えている。缶体１０は、スチールやアルミなどの金属材料で構成される。

図１及び２に示すように、缶胴１１は、金属材料から、軸方向両端に開口を有する円筒状に構成される。缶胴１１は例えば樹脂皮膜が両面に形成された表面処理鋼板等を用いて構成される。本実施形態においては、例えば板厚が０．１２ｍｍ〜０．２１ｍｍの表面処理鋼板を用いる。

缶胴１１は、円筒状の胴部２１と、胴部２１の軸方向一方側の開口縁近傍の所定箇所が縮径されて成るスムースネック２２と、胴部２１の軸方向他方側の開口縁近傍の所定箇所において胴部２１よりも小径に構成された小径部２３と、スムースネック２２の上方に配される開口縁２６と、小径部２３の下方に配される下開口縁２７と、を有する。

なお、缶胴１１は、周方複数に分割された成形領域２０ａと、複数の成形領域２０ａの間で軸方向に沿う筋状の複数の継目領域２０ｂと、を周方向において交互に連続して一体に備える。成形領域２０ａは、後述するエキスパンド型の複数の割型５８の成形面５８Ａに当接して張出成形された部位である。継目領域２０ｂは、割型５８の隙間に対応して形成される。

胴部２１は、所定の径を有する円筒状に構成され、その軸方向の中央付近に凹凸構造としてのビード部２４を有している。胴部２１は、例えばφ５２ｍｍ〜６５ｍｍの円筒状に構成されている。

ビード部２４は、缶体１０の補強のためにエキスパンド成形時の割型５８の凹凸面に沿って形成され、例えば周方向に沿って延びる３本の溝２４ａを有している。

スムースネック２２は、後述するエキスパンド型の割型５８の成形面５８Ａに沿う形状であって、胴部２１の上端から最小径部２２ａに向けて、径が次第に小さくなるように傾斜または湾曲する成形面により構成される。スムースネック２２は、胴部から開口縁２６側の最小径部２２ａにかけて、傾斜角の異なる複数の傾斜部を有し、軸方向に対する最小径部２２ａ側の傾斜角が胴部２１側の傾斜角よりも大きく構成されている。具体的には、スムースネック２２は胴部２１の一端側から軸方向一端及び内方に向けて傾斜する第１の傾斜部２８と、第１の傾斜部２８よりも内方に大きく傾斜する第２の傾斜部２９と、を有する。

スムースネック２２の縮径率、すなわち胴部２１の径に対してスムースネック２２の最小径部２２ａである開口縁２６の径が縮径された比率は、１０％〜２０％であり、好ましくは１５％〜２０％程度に構成されている。

小径部２３は、胴部２１の下端から缶胴１１の下方の開口縁にかけてなだらかに縮径する湾曲面を有している。小径部２３の縮径率、すなわち胴部２１に対して小径部２３の開口縁２７の径が縮径された比率は、５％程度に構成されている。

以上のように構成された缶体１０の製造方法について、図２乃至図４を参照して説明する。缶体１０の製造方法は、胴形成工程と、段ネック形成工程と、エキスパンド工程と、組付け工程と、を備える。

胴形成工程においては、金属の板状部材を円筒状に湾曲形成し、その両端縁同士を重ね合せて溶接することで、円筒状の缶胴１１を構成する。

段ネック形成工程においては、図３に示すように、例えばダイネック方式の絞り装置４０を用いて、缶胴１１の端部の所定箇所に、径が縮小する段部３１〜３３を有する段ネック３０を、絞り加工により形成する。

絞り装置４０は、例えば、缶胴１１の内部に配された円筒状の内金型４１と、缶胴１１の外面側に配されたリング状の外金型４２と、缶胴１１とこれらの型４１，４２を相対移動させる駆動機構と、を備える。外金型４２は、段部３１〜３３と同形状に湾曲した絞り成形面４２ａを有している。

段ネック形成工程では、この絞り装置４０を用いて、内金型４１と外金型４２の間に缶胴１１を挟持し、缶胴１１を外金型の絞り成形面４２ａに押しつけるように軸方向に移動させることで、胴部２１の端縁を変形させ、１段ずつ絞り加工し、複数回の絞り加工を行うことで、複数の段部を形成する。例えば本実施形態においては、３回の絞り加工により３つの段部３１〜３３を形成する。

段ネック形成工程後の缶胴１１は、胴部２１から内方に突出する第１の段部３１と、第１の段部３１の上方にてさらに内方に突出する第２の段部３２と、第２の段部３２の上方にてさらに内方に突出する第３の段部３３と、を備える。第３の段部３３の上方の領域は再び軸方向に延びる開口縁２６を構成する。

このような段ネック３０を有する缶胴１１は、各段部３１〜３３においてそれぞれ内方に突出する。この段ネック形成工程後の缶胴１１は複数の段部３１がそれぞれ５％ずつ縮径し、３つの段部３１が連続して形成されることで段ネック３０全体として１５％の縮径率となっている。

スムースネック形成工程は、段ネック３０を有する缶胴１１をエキスパンド加工することにより、缶胴１１全体を拡径成形して所定の径を有する胴部２１を形成するとともに、段部３１を有するネック部を、径が次第に小さくなるスムースネック２２に成形する。すなわち、胴部２１を形成すると同時に、段差を無くして３つの段部３１〜３３を滑らかに連続させ、スムースネック２２を成形する。

エキスパンド工程において、例えば図５に示すエキスパンド成形装置５０を用いる。エキスパンド成形装置５０は、複数の割型５８で構成される成形型としての可動型５１と、可動型５１の移動方向を案内する案内装置と、可動型５１を駆動させる駆動装置５４と、駆動装置５４を制御する制御装置５５と、を備えている。

エキスパンド成形装置５０は、複数の割型５８から構成される可動型５１を円筒状の缶胴１１内に挿入し、駆動装置５４によって各割型５８を径方向に移動させることにより、缶胴１１を張り出し成形可能に形成されている。

可動型５１は、その軸心から径方向に移動可能な複数の割型５８を備えている。可動型５１は、その軸心を中心に放射状に分割された複数の割型５８により、挿入穴５１ａを有する中空の樽型形状に形成されている。

可動型５１は、複数の割型５８が可動型５１の軸心から径方向に離間する方向に移動することで、外径が拡径し、各割型５８の外面で構成される成形面５８Ａが缶胴１１を成形する形状となるように割型５８が配置される。可動型５１は、割型５８が可動型５１の軸心から径方向に離間する方向に移動することで、割型５８間には間隙が形成される。

割型５８は、複数、例えば、本実施の形態においては１０個設けられる。複数の割型５８は、可動型５１の外周面を構成する成形面５８Ａと、可動型５１の中空部を構成し駆動装置５４のくさび軸５４ａの動きを受ける受け面５９と、を備える。１０個の割型５８が一体となり、その成形面５８Ａが円形に連続することで、可動型５１として、樽型形状の外面を構成する。

成形面５８Ａは、例えばネック部に当接するネック成形部５８ａと、胴部２１に当接する胴成形部５８ｂと、小径部２３に対向する小径部対向部５８ｃと、を軸方向に順番に備える。

ネック成形部５８ａは、所望のスムースネック２２を構成する形状であり、例えば第１の傾斜面５８ｄと第２の傾斜面５８ｅとを連続して有する。具体的には、ネック成形部５８ａは、胴成形部５８ｂの一端側から軸方向一端及び内方に向けて傾斜する第１の傾斜面５８ｄと、第１の傾斜面５８ｄよりも内方に大きく傾斜する第２の傾斜面５８ｅと、を有する。

胴成形部５８ｂは軸方向に沿う平面部５８ｆと、周方向に沿う凹凸面５８ｇとを有している。凹凸面５８ｇはエキスパンド加工の際に、胴部２１のビード部２４を構成する形状であり、例えば周方向に沿う３本の溝を有している。

小径部対向部５８ｃは、小径部２３を構成する湾曲形状であり、例えば１０個の小径部対向部５８ｃが円形に配されることで下方に凸となる椀状の湾曲面５８ｈを構成する。

割型５８は、径方向外方への移動の際に、ネック成形部５８ａが段ネック３０の内面に当接するのと同時またはそれよりも先に、胴成形部５８ｂが前記胴部２１の内面に接触するように構成されている。具体的には、例えば、移動前の初期位置におけるネック成形部５８ａと段ネック３０の内面との径方向の間隙が、胴成形部５８ｂと胴部２１の内面との径方向の間隙のよりも大きく設定されている。

受け面５９は、軸方向に沿うとともに円弧状に湾曲した面であって、複数の割型５８の受け面５９が円形に連続することで、くさび軸５４ａが挿入される挿入穴５１ａを形成する。

駆動装置５４は、くさび軸５４ａと、くさび軸５４ａを駆動する駆動手段５４ｂと、を備えている。くさび軸５４ａは、駆動手段５４ｂに接続される。

くさび軸５４ａは角錐状に構成され、軸方向及び径方向に傾斜したテーパ状の外面を有している。くさび軸５４ａは挿入穴５１ａに挿入されて軸方向に移動することで、挿入穴５１ａの受け面５９を外方に押圧して外方に移動させる。すなわち、くさび軸５４ａのテーパ状の外面によって、軸方向の力を、割型５８の径方向における移動に変換する。

駆動手段５４ｂは、くさび軸５４ａを軸心方向に移動させることが可能に形成されている。

制御装置５５は、駆動手段５４ｂを制御することで、くさび軸５４ａを、可動型５１に対して往復移動させる。

案内装置は、例えば割型５８に係合するとともに径方向に沿って配されるレール機構を備えている。案内装置は例えば割型５８の移動方向を径方向に案内するとともに、軸方向における割型５８移動を規制する。

以上のように構成されたエキスパンド成形装置５０は、制御装置５５の制御によって駆動手段５４ｂを駆動することで、くさび軸５４ａを挿入孔に挿入する。くさび軸５４ａが次第に上方に移動すると、くさび軸５４ａの外面によって受け面５９が押圧されることで、複数の割型５８が案内装置に案内されて外方へ移動する。

割型５８が所定位置に至ると、まず胴成形部５８ｂが胴部２１の内面に当接する。そして胴部２１の内面を外方に押圧することで、胴部２１を外方に膨出するように成形する。例えば拡径率は４％〜１５％程度である。

このとき、胴成形部５８ｂに形成された凹凸面５８ｇによって、胴部２１に複数の溝２４ａを有するビード部２４が同時に形成される。また、胴部２１への当接と同時かそれよりも後に、ネック成形部５８ａが段ネック３０の内面に当接する。そして、ネック成形部５８ａによって段ネック３０の内面を外方に押圧することで、段ネック３０をネック成形部５８ａの成形面５８Ａの形状に沿って外方に湾曲するように膨出成形する。すなわち、段部３１が複数形成されていた段ネック３０は、内方に突出する複数の段差が緩やかに連続して次第に縮径するスムースネック２２となる。

さらに組付け工程として、缶胴１１の両端の開口縁２６、２７を外方に折曲形成してフランジを形成し、上端のフランジにステイオンタブ式の缶蓋１２を、下端のフランジに缶底１３を、それぞれ巻締め固定することで、缶体１０が完成する。

本実施形態にかかる缶体１０の製造方法は、以下の効果を奏する。すなわち、絞り加工によって段部３１を有する段ネック３０を形成した後、エキスパンド加工により缶胴１１を膨出加工する工程で、段部３１をスムースネック２２にすることができる。したがって、工程数が少なく、かつ皺ができにくい。

ここで、例えばダイネック方式などで絞りを形成する場合には、皺の発生を防止するために１度の絞り加工での縮径率を低く抑える必要がある。このため、ネック部全体での縮径率が大きい場合には絞り加工の回数を増やす必要がある。一方、上記実施形態にかかる缶体１０の製造方法によれば、エキスパンド加工の前に段ネック形成工程で段ネック３０を形成してから、エキスパンド加工で胴部２１を大径にすることで、胴部２１とスムースネック２２の最小径部２２ａとの比率である縮径率を稼ぐことができる。また、これに加え、同じエキスパンド加工において段部３１をスムースネック２２に成形できるため、工程数の増加を抑制できる。したがって、工程数が少なく寸法安定性が高い缶体の製造方法を提供することが可能となる。

また、上記実施形態にかかる缶体１０の製造方法によれば、胴部２１を拡径するエキスパンド加工にてビード部２４も形成することが可能であるため、処理効率が良く、工程数及び製造コストを低減できる。

また、上記実施形態にかかる缶体１０の製造方法によれば、エキスパンド加工の前段階に段ネック３０形成用の絞り装置４０を設けるだけで、工程数が少なく寸法安定性の高い缶体１０の製造方法を実現することができる。

ここで、例えば本実施形態にかかる缶胴１１は、胴部２１における径が５０ｍｍ、最小径部２２ａである上端の開口縁の径は４３ｍｍとすれば、例えばネック部全体での縮径率は１４％程度となる。一般に、板厚０．１５程度でφ５０程度の場合、一回の絞り工程において形状不良無く形成できる縮径率は５％程度である。本実施形態においては３段階に分けて絞り加工を行い、さらにエキスパンド工程にて胴部２１を拡径することでも縮径率をかせぐことができるため、２０％程度の縮径率を少ない工程で実現でき、さらに皺などの形状不良の発生を抑制できる。

上記実施形態にかかる缶体１０の製造方法において、エキスパンド工程における可動型５１の形状は胴部２１がネック部と同時またはそれよりも先に型に当接する工程としたことで、缶体１０に加えられた径方向の力により、缶体１０の浮き上がりを防止することができ、高精度の成形が可能となる。また、缶体１０を保持するための機構を簡略化することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば上述した第実施形態において、段ネック形成工程として、３段階の段部３１〜３３を形成する例を示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として図６及び図７に示す缶体１０の製造方法においては、ダイネック方式で１つの段部３１を有する段ネック３０Ａを形成し、段ネック３０Ａを有する缶胴１１Ａをエキスパンド加工によって拡径することで、スムースネック２２Ａを形成する。

また、スムースネック２２及びネック成形部５８ａの形状も上述の第１実施形態に限られるものではない。上記第１実施形態において、例えば複数段階で傾斜するスムースネック２２を例示したが、これに限られるものではなく、例えば他の実施形態として図６及び図７に示される缶胴１１Ａは、胴部２１の上部から最小径部２２ａに向けて次第に縮径する湾曲面を有するスムースネック２２Ａを備える。この場合にあっても上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、上記実施形態においてはテーパ状の外面を有するくさび軸５４ａを、上方が縮径するテーパ状の挿入穴５１ａに挿入する例を示したがこれに限られるものではない。例えば挿入穴５１ａの内面を円筒状に構成してもよい。この場合にも上記実施形態と同様の効果が得られる。また、エキスパンド加工時にくさび軸５４ａの移動に伴って、段部３１が上方に押圧されて缶胴１１が浮き上がることを確実に防止するために、缶体１０の上部に缶体１０を保持する保持装置を設けてもよい。また、エキスパンド加工は、金型を用いたものだけでなく、圧力を用いて拡径するバルジ加工等の製缶技術の一般的な拡径技術であればよい。

また傾斜角度などの寸法条件も上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更可能である。
また、上述した例では、缶胴１１は、溶接部を備える所謂溶接缶である構成を説明したが、これに限定されない。
この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。

１０…缶体、１１…缶胴、１２…缶蓋、１３…缶底、２０ａ…成形領域、２０ｂ…継目領域、２１…胴部、２２…スムースネック、２２ａ…最小径部、２３…小径部、２４…ビード部、２４ａ…溝、２６…開口縁、２７…開口縁、２８…第１の傾斜部、２９…第２の傾斜部、３０…段ネック、３１〜３３…段部、４０…絞り装置、４１…内金型、４２…外金型、５０…エキスパンド成形装置、５１…可動型、５１ａ…挿入穴、５４…駆動装置、５４ａ…くさび軸、５４ｂ…駆動手段、５５…制御装置、５８…割型、５８ａ…ネック成形部、５８ｂ…胴成形部、５８ｃ…小径部対向部、５８ｄ…第１の傾斜面、５８ｅ…第２の傾斜面、５８ｇ…凹凸面、５８ｈ…湾曲面、５９…受け面。

Claims (6)

1. 筒状に構成された缶胴に、径が縮小する段部を有する段ネックを絞り加工により形成し、
   前記缶胴をエキスパンド加工することで、前記缶胴を拡径成形して胴部を形成するとともに、前記段ネックを径が次第に小さくなるスムースネックに成形する、缶体の製造方法。
2. 複数回の前記絞り加工により複数の前記段部を形成し、
   前記エキスパンド加工により複数の前記段部を滑らかに傾斜または湾曲するように連続させ、前記スムースネックを形成する、請求項１記載の缶体の製造方法。
3. 前記スムースネックは、軸方向の一方に向けて径が小さくなるように湾曲また傾斜する成形面を有する、請求項１記載の缶体の製造方法。
4. 前記エキスパンド加工において、一端側が内方に向かうように傾斜または湾曲し前記段ネック部の内面に当接するネック成形部と、前記ネック成形部の他端側に配され前記胴部の内面に当接する胴成形部と、を有するとともに、周方向に配列される、複数の割型を、前記缶胴内において径方向外方へ移動させることで、前記缶胴を外方に膨出させ、
   前記移動の際には、前記ネック成形部が前記段ネックの内面に当接するのと同時またはそれよりも先に、前記胴成形部が前記胴部の内面に当接する、請求項２記載の缶体の製造方法。
5. 前記スムースネックは、前記胴部から最小径部にかけて傾斜角の異なる複数の傾斜部を有し、前記最小径部側の傾斜角が前記胴部側の傾斜角よりも大きい、請求項１記載の缶体の製造方法。
6. 前記エキスパンド加工において、前記缶胴を拡径成形して胴部を形成する際に、成形型に形成された凹凸面に対応する凹凸構造を前記胴部に形成する、請求項１記載の缶体の製造方法。