JP7103102B2 - ボトル缶、キャップ付きボトル缶、及びボトル缶の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボトル缶、キャップ付きボトル缶、及びボトル缶の製造方法に関するものである。

ボトル缶の製造は、アルミニウム製やその合金製の金属板を絞り加工としごき加工することで、有底筒状の成形体を得て、その後、開口部がネック成形加工されることで肩部や口部が形成される。更に、その口部には、ネジ成形加工が施されると共に、口部の開口端には、カール成形加工によってカール部が形成される。

このような缶体の口部に形成されるカール部は、口部に被着されるキャップのシール材との密封性などを考慮して、各種の加工形状が提案されている。

例えば、下記特許文献１に記載された従来技術は、開口部の周縁を径方向外側に折り返して形成されるカール部が、ボトル缶の缶軸方向と略平行な方向に延在した外面側壁部と、外面側壁部の上端から径方向内方に向かう外面側凸曲部と、外面側凸曲部からさらに径方向内方に向かう内面側凸曲部を備え、外面側壁部を所定長さ以上にすると共に、潰し加工によって直線状に成形される外面側壁部と外面側凸曲部との接続部を、ボトル缶の上端（口部の上端）から離間させた形状にしたものが示されている。

特開２００４－２１７３０５号公報

前述した従来技術は、カール部における外面側壁部と外面側凸曲部との接続部を、ボトル缶の上端から離間させた形状にすることで、前述した接続部をシールポイントとして、内面にライナー材が配設されたキャップが被着されたキャップ付きボトル缶の密封性を確保している。

しかしながら、この従来技術では、内容物が充填されたキャップ付きボトル缶の缶内圧力が高くなると、圧力によるキャップの浮き上がりで前述したシールポイントがライナー材から離れてしまい、缶軸方向と略平行な方向に延在した外面側壁部のみがライナー材と接触した状態になる。この際、ライナー材と外面側壁部との接触長さは、内容物の充填温度やキャッピング工程でのトップ荷重などの条件で異なる状態になるので、これらの条件によっては十分な密封性が確保できなくなる場合がある。特に、内容物充填後に加熱殺菌を行う場合には、前述した従来技術によると、殺菌中に缶内圧力が上昇することで、密封性が低下してしまう可能性があった。

また、キャップ付きボトル缶は、非炭酸飲料における缶内を陽圧として薄肉化するために、缶内のヘッドスペースに液体窒素を充填することが一般になされており、缶内のヘッドスペースが窒素で加圧状態になっている。このように内容物が充填されたキャップ付きボトル缶を振るなどして、缶内の内容物が泡立った状態になると、キャップ開栓時に泡立った内容物が缶内圧力で吹き溢れる不具合が生じ易い。前述した従来技術では、キャップ開栓直後に、缶内圧が大気開放されるので、前述した吹き溢れの問題が生じ易くなる問題があった。

これに対しては、キャップのライナー材をカール部の下方で缶軸側に回り込ませる形状（アンダーカット形状）にすることで、前述した吹き溢れの問題を軽減することが可能になる。しかしながら、このようなアンダーカット形状においてアンダーカット量を大きくすると、キャップを一旦開栓し、リシールする際に、ライナー材のアンダーカット部分が抵抗になってリシールトルクが上昇することになり、リシールを完了したと感じる時点でリシールが十分になされていないリシールの誤認が生じ易くなる問題がある。リシールの誤認は、リシールしたつもりで内容物の残るキャップ付きボトル缶を鞄の中などで寝かしてしまい、液漏れで鞄の中などを濡らしてしまう事故を起こしやすい。よって、ライナー材のアンダーカット量を最適に制御する必要があるが、アンダーカット量は内容物の充填温度、キャッピング条件等によって変動し、安定的に確保することが困難であった。

本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、ボトル缶のカール部形状を改善することで、高い缶内圧力或いは加熱殺菌時にも高い密封性を確保すること、キャップ開栓時の吹き溢れを起きにくくすること、リシールの誤認を抑止すること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
口部の開口端にカール部を設けたボトル缶であって、前記カール部は、上端湾曲部から下方に延びる外壁部を備え、前記外壁部が、前記上端湾曲部から下方に連なり外向き凸で係止部を形成する第１湾曲部と、前記第１湾曲部から下方に連なり内向き凸の第２湾曲部とを備え、前記係止部を第１の係止部とし、前記第２湾曲部の下方に外向き凸で第２の係止部を形成する第３湾曲部を備え、前記第３湾曲部が前記第２湾曲部に連接していることを特徴とするボトル缶。

このような特徴を有する本発明は、ボトル缶のカール部の外壁部に第１湾曲部と第２湾曲部を設けることで、係止部にライナー材のアンダーカットが引っ掛かる作用により、高い缶内圧力或いは加熱殺菌時にも高い密封性を確保することができる。また、第１湾曲部と第２湾曲部の間のライナー材のアンダーカットでキャップ開栓時の吹き溢れを起きにくくすることができる。また、第１湾曲部と第２湾曲部によるアンダーカット量の調整でリシールトルクの上昇を抑え、リシールの誤認を抑止することができる。

本発明の実施形態に係るボトル缶の全体構成を示した説明図である。 本発明の実施形態に係るボトル缶のカール部を示した説明図（断面図）である。 本発明の実施形態に係るキャップ付きボトル缶を示した説明図である。 本発明の他の実施形態に係るボトル缶のカール部を示した説明図（断面図）である。 本発明の他の実施形態に係るボトル缶のカール部を示した説明図（断面図）である。 カール部の成形方法の例を示した説明図（（ａ）が第１段階の成形を示し、（ｂ）が第２段階の成形を示す）である。 図６の成形を行うためのアウターツールの構成例を示した説明図（（ａ）が正面図、（ｂ）が（ａ）のＡ－Ａ断面図）である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１に示すように、ボトル缶１は、例えば、底部１Ａ、胴部１Ｂ、肩部１Ｃ、口部１Ｄを備えている。このようなボトル缶１は、アルミ合金などからなる金属板を円形状に打ち抜き、それを絞り加工して有底円筒状体を得て、それを再絞り、しごき加工して、所定肉厚の円筒状の缶を一旦得る。その後、ネックイン加工によって、円筒状の缶の開口端から所定の長さを縮径して肩部１Ｃ及び口部１Ｄが形成される。そして、口部１Ｄに、スカート部２１及びネジ部２２をスピニング加工によって形成し、次いで、ネジ部２２の上方に、上向き内側に傾斜したネックショルダー部２０がネックイン加工によって形成され、ネックショルダー部２０の上方の開口端にカール部１０が形成される。

本発明の実施形態に係るボトル缶１のカール部１０は、図２に示すような断面形状を有している。このカール部１０は、ネックショルダー部２０の上方を外側に湾曲した上端湾曲部１１を有し、更に、上端湾曲部１１から下方に延びる外壁部１２を備えている。上端湾曲部１１は、例えば、曲率半径がＲａの内側湾曲部１１Ａと曲率半径がＲｂの外側湾曲部１１Ｂとを備えている。

そして、外壁部１２は、上端湾曲部１１から下方に連なり外向き凸の第１湾曲部１２Ａ（曲率半径Ｒ１）と、第１湾曲部１２Ａから下方に連なり内向き凸の第２湾曲部１２Ｂ（曲率半径Ｒ２）とを少なくとも備えている。また、図示の例では、外壁部１２は、第１湾曲部１２Ａと第２湾曲部１２Ｂに加えて、外向き凸の第３湾曲部１２Ｃ（曲率半径Ｒ３）、外向き凸の第４湾曲部１２Ｄ（曲率半径Ｒ４）を備えている。

このようなボトル缶１によると、カール部１０の外壁部１２には、外向き凸の第１湾曲部１２Ａと内向き凸の第２湾曲部１２Ｂを備えることで、係止部（第１の係止部）が形成される。ここでの係止部とは、物体外表面の上部より下部が細くくびれた形態を指している。このようなカール部１０を備えるボトル缶１は、前述した係止部（第１の係止部）を備えることで、キャッピングした後、キャップのライナー材が係止部の下に入り込みアンダーカット（第１のアンダーカット）を形成し、係止部にアンダーカットが引っ掛かるように作用するので、缶内圧力が高い場合や加熱殺菌時にもキャップの浮き上がりを抑止することができ、高い密封性を確保することができる。

また、前述したアンダーカットにより、キャップ開栓直後にキャップが浮き上がってもアンダーカットと係止部との密着が確保されるので、キャップ開栓時に缶内で泡立った内容物が缶内圧力で外に吹き溢れる現象を抑止することもできる。

更に、カール部１０の外壁部１２は、第２湾曲部１２Ｂの存在によって、ライナー材のアンダーカット量を規定することができるので、リシールトルクを軽減させることができる。これによって、アンダーカットによってリシール時の抵抗が過剰に上昇するのを抑えることができ、リシールの誤認を防ぐことができる。

ここで、第１湾曲部１２Ａと第２湾曲部１２Ｂによって形成されるビード深さ（第１湾曲部１２Ａの最外部と第２湾曲部１２Ｂの最内部との差）ｔは、０．０５～０．２ｍｍ程度にすることが好ましい。ビード深さｔが０．０５ｍｍ未満であると、前述したアンダーカットの作用を得にくくなることで、加熱殺菌時の密封性の低下やキャップ開栓時の吹き溢れの問題が生じ易くなる。また、ビード深さｔが０．２ｍｍを超えると、ライナー材と第２湾曲部１２Ｂによる凹部（ビード）との間に隙間が生じ易くなり、それ以上ビード深さｔを深くしてもアンダーカットによる引っ掛かり作用が高まることがない。

このように適正なビード深さｔを得るためには、前記第１湾曲部１２Ａの曲率半径Ｒ１を０．５～３ｍｍとし、第２湾曲部１２Ｂの曲率半径Ｒ２を０．５～２ｍｍとすることが好ましい。

また、キャップ被着時のシールポイントは、上端湾曲部１１になるので、シールポイントで上端湾曲部１１がライナー材に食い込む量を適正に確保するためには、上端湾曲部１１における内側湾曲部１１Ａの曲率半径Ｒａを外側湾曲部１１Ｂの曲率半径Ｒｂより大きくし（Ｒａ＞Ｒｂ）、Ｒａを０．５～２ｍｍ、Ｒｂを０．３～０．８ｍｍにすることが好ましい。

Ｒｂが０．３ｍｍ未満になると、上端湾曲部１１のライナー材への食い込みが大きくなりすぎて、ライザー材の損傷を招き易くなり、Ｒｂが０．８ｍｍより大きくなると、上端湾曲部１１のライナー材への食い込みが小さくなって、シールポイントにおいて所望の密封性を得にくくなる。

また、上端湾曲部１１の形状は、落下衝撃時の変形耐性に影響しており、Ｒａが０．５未満になると、落下衝撃時に軸方向分力が大きくなって、カール部１０の軸方向変形が大きくなる。Ｒａが２ｍｍを超えると、上端湾曲部１１がライナー材に食い込む量が小さくなるので、シールポイントにおける所望の密封性が得にくくなると共に、ネックショルダー部２０の角度が寝てくることで、座屈強度が低下することになる。

そして、図示の例のように、カール部１０の外壁部１２が、第３湾曲部１２Ｃと第４湾曲部１２Ｄを有するものでは、第３湾曲部１２Ｃの最外部の下方に係止部（第２の係止部）が形成されることになるので、キャップのライナー材を第２の係止部まで被せて第２のアンダーカットを形成することで、前述したような高い内圧時の密封性をより高めることができると共に、キャップ開栓時の吹き溢れをより確実に抑止することができる。また、第１のアンダーカットと第２のアンダーカットを併設させて密封性を高めることで、両方のアンダーカット量を抑えることできるので、リシール時の抵抗を少なくすることができ、リシールの誤認をより確実に防止することができる。尚、第３湾曲部１２Ｃと第４湾曲部１２Ｄはそれぞれ相違する曲率半径Ｒ、或いは１つの曲率半径Ｒで形成しても良く、第３湾曲部１２Ｃの曲率半径Ｒ３と第４湾曲部１２Ｄの曲率半径Ｒ４を０．３～２ｍｍとするのが前述した第１のアンダーカットと同様に、第２のアンダーカットの作用を得る点で好ましい。

図３は、キャップ付きボトル缶を示している。キャップ付きボトル缶は、ボトル缶１の口部１Ｄにキャップ２を巻締めた状態で備えている。キャップ２は、天板部の内側にライナー材３を備えている。図示の例では、ボトル缶１のカール部１０が外壁部１２に第１湾曲部１２Ａと第２湾曲部１２Ｂと第３湾曲部１２Ｃと第４湾曲部１２Ｄを備えており、巻締められたキャップ２のライナー材３が、第１湾曲部１２Ａと第２湾曲部１２Ｂと第３湾曲部１２Ｃと第４湾曲部１２Ｄを覆うように被着されている。

図４は、カール部１０の他の実施形態を示している。この例では、外壁部１２における第２湾曲部１２Ｂと第３湾曲部１２Ｃの間に平面部１２Ｆを備えている。この例においても、第１湾曲部１２Ａから第２湾曲部１２Ｂに至る部分に第１の係止部が形成され、平面部１２Ｆの下方から第３湾曲部１２Ｃにおいて、第２の係止部が形成されている。このような平面部１２Ｆを設けることでも、ライナー材のアンダーカット量を調整して、リシールトルクの上昇を抑えることができる。

図５は、カール部１０の更に異なる実施形態を示している。この例では、外壁部１２の下端内側エッジ１２Ｐがネックショルダー部２０に線接触しており、外壁部１２の下端面１２Ｅとネックショルダー部２０との間に開いた角度θｔが設けられている。この角度θｔは、例えば、１０°から７０°の角度が設定されている。

このような例によると、前述した内向き凸の第２湾曲部１２Ｂによるビードによって、カール部１０の横圧縮剛性が高められていることによって、カール部１０の落下衝撃による変形耐性を高めることができる。また、外壁部１２の下端内側エッジ１２Ｐをネックショルダー部２０に接触させ、外壁部１２の下端面１２Ｅとネックショルダー部２０との間に開いた角度θｔを設けることにより、落下衝撃が加わった際にカール部１０が外側に倒れるように変形し易くなり、ライナー材との密着を維持できる。なお、外壁部１２の下端内側エッジ１２Ｐとネックショルダー部２０の接触は線接触が好ましい。これによって、内容物充填及びキャッピング後に転倒落下した場合の密封性維持効果を高めることができる。

図６及び図７によって、ボトル缶の製造工程におけるカール部の成形方法を説明する。カール部１０は、缶体の開口端にスピニング加工によるカール形状の１次加工を行った後、図６（ａ），（ｂ）に示すカール部のリフォーム成形によって形成される。このリフォーム成形は缶内側にインナーツール３０を配置し、缶外側に配置したアウターツール４０をカール部１０に押し当てることで、カール部１０の上端湾曲部１１と外壁部１２を所望の形状に成形する。

この際、リフォーム成形の第１段階では、図６（ａ）に示すように、缶軸に沿った平坦面４１を有するアウターツール４０（４０Ａ）をカール部１０に押し当てて、第１段階の成形を行い、リフォーム成形の第２段階では、図６（ｂ）に示すように、突起部４２を有するアウターツール４０（４０Ｂ）をカール部１０に押し当てて、上端湾曲部１１の曲率半径を整えると共に、外壁部１２における第１湾曲部１２Ａと第２湾曲部１２Ｂ（更には第３湾曲部１２Ｃと第４湾曲部１２Ｄ）を成形する。

図７は、アウターツール４０の具体例を示している。アウターツール４０は、缶軸と平行な回転軸Ｏｓの周りに回転する。１回転のうちで、第１の角度θ１の範囲（例えば、θ１＝１２０°）で図６（ａ）に示した第１段階の成形を行い、それに続く第２の角度θ２の範囲（例えば、θ２＝１２０°）で図６（ｂ）に示した第２段階の成形を行う。このようなアウターツール４０を用いることで、ビードの位置を位置決めすること無く、効率的にカール部１０の成形加工を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：ボトル缶，１Ａ：底部，１Ｂ：胴部，１Ｃ：肩部，１Ｄ：口部，
１０：カール部，
１１：上端湾曲部，１１Ａ：内側湾曲部，１１Ｂ：外側湾曲部，
１２：外壁部，１２Ａ：第１湾曲部，１２Ｂ：第２湾曲部，
１２Ｃ：第３湾曲部，１２Ｄ：第４湾曲部，１２Ｅ：下端面，
１２Ｆ：平面部，１２Ｐ：下端内側エッジ，
２０：ネックショルダー部，２１：スカート部，２２：ネジ部，
３０：インナーツール，４０（４０Ａ，４０Ｂ）：アウターツール，
４１：平坦面，４２：突起部

Claims (9)

1. 口部の開口端のネジ部上方にカール部を設けたボトル缶であって、
   前記カール部は、上端湾曲部から下方に延びる外壁部を備え、
   前記外壁部が、
   前記上端湾曲部から下方に連なり外向き凸でライナー材を係止する係止部を形成する第１湾曲部と、前記第１湾曲部から下方に連なり内向き凸の第２湾曲部とを備え、前記係止部を第１の係止部とし、前記第２湾曲部の下方に外向き凸で第２の係止部を形成する第３湾曲部を備え、
   前記第３湾曲部が前記第２湾曲部に連接していることを特徴とするボトル缶。
2. 前記第１湾曲部と前記第２湾曲部によって形成されるビード深さが、０．０５～０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のボトル缶。
3. 前記第１湾曲部の曲率半径が０．５～３ｍｍであり、前記第２湾曲部の曲率半径が０．５～２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のボトル缶。
4. 前記上端湾曲部は、内側湾曲部と外側湾曲部を有し、前記内側湾曲部の曲率半径が前記外側湾曲部の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のボトル缶。
5. 前記内側湾曲部の曲率半径が０．５～２ｍｍであり、前記外側湾曲部の曲率半径が０．３～０．８ｍｍであることを特徴とする請求項４記載のボトル缶。
6. 前記外壁部の下端面とネックショルダー部との間に開いた角度が設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のボトル缶。
7. 前記外壁部の下端内側エッジが前記ネックショルダー部に接触していることを特徴とする請求項６記載のボトル缶。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載のボトル缶における前記係止部をライナー材が覆うようにアンダーカットを形成する、ライナー材を備えるキャップが巻締められたキャップ付きボトル缶。
9. 請求項１～７のいずれか１項記載のボトル缶の製造方法であって、
   缶軸と平行な回転軸の周りに回転するアウターツールをカール部に押し当てて、前記カール部のリフォーム成形を行い、
   前記アウターツールは、１回転のうちで、第１の角度θ１の範囲で平坦面を押し当てて第１段階の成形を行い、それに続く第２の角度θ２の範囲で缶軸に直交する方向に突起する突起部を押し当てて第２段階の成形を行うことを特徴とするボトル缶の製造方法。

Images