JP7206046B2

JP7206046B2 - ボトル缶およびボトル缶の製造方法

Info

Publication number: JP7206046B2
Application number: JP2018024506A
Authority: JP
Inventors: 一実末
Original assignee: アルテミラ製缶株式会社
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2038-02-14
Also published as: JP2019137450A

Description

本発明は、ＤＩプレス工程において成形された底部と円筒部とを有する有底円筒体の円筒部の底部とは反対側部分に、ボトルネック成形工程において肩部とキャップ取付部とが成形された缶本体を有するボトル缶およびボトル缶の製造方法に関するものである。

このようなボトル缶の製造方法として、例えば特許文献１には、金属（アルミニウム合金）製の缶本体を形成する段階であって、缶本体は底部を有し、底部は側壁の下部に続いており、側壁は絞り且つ壁しごき加工されて、壁部に続いており、壁部は開口した上端に続いており、缶本体の壁部は側壁の下部より厚さが厚く形成されている缶本体を形成する段階と、壁部に複数回のネッキング加工を施して切頭円錐形部を形成する段階であって、切頭円錐形部は、缶本体の壁部よりも厚さが大きく、上部に缶本体の直径よりも小さい直径の首部を有し、首部が、上端開口近傍の円筒部に続いている、切頭円錐形部を形成する段階と、金属缶の頂部にビードを形成する段階と、クロージャをねじに固定するために、ビードの下方にて円筒部上にねじを形成する段階と、ねじの下方に環状ビードを形成する段階とを含む製造方法が記載されている。

ここで、この特許文献１には、その発明に使用する、典型的な絞り且つしごき加工した上記缶本体（ＤＩ缶）は、金属の厚さが底部断面で約０．３４ｍｍ、薄肉部で約０．１４ｍｍ、および厚肉部で約０．１９ｍｍであってもよいと記載されており、そのような缶本体は、直径が約７６．２ｍｍで、高さが５９１ｍｌ入れるために約１８７ｍｍ、または８８７ｍｌ入れるために約２１６ｍｍであってもよいとも記載されている。

また、特許文献１には、その発明に使用するための他の上記缶本体（ＤＩ缶）は、金属の厚さが底部断面で約０．２５ないし０．３８ｍｍ、薄肉部で約０．１１ないし０．１７ｍｍ、および厚肉部で約０．１７ないし０．２２ｍｍであってもよいと記載されており、そのような缶は、直径が約６３．５ないし８８．９ｍｍ、高さが約１２７ないし２５４ｍｍであってもよいとも記載されている。

特開２００６－０６２７５５号公報

ここで、この特許文献１に記載された製造方法によって製造されるボトル缶は、上述のように比較的容量の大きいものであるが、日本国内で一般的に流通している４１０ｍｌ用のアルミニウム合金製ボトル缶は、その缶本体の胴部の直径が約６６ｍｍ、缶高さが約１６４ｍｍであって、このようなボトル缶製造用に使用される底部と円筒部を有する有底円筒体（ＤＩ缶）は、元板厚および底部の厚さが約０．４００ｍｍ、円筒部のうち底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが約０．１３０ｍｍ、円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが約０．２２５ｍｍ、質量は約２１．０ｇである。

ところで、近年このようなボトル缶では、その缶本体を形成する金属材料の省資源化や材料製造の際の省エネルギー化のために缶本体の軽量化が求められており、例えば１缶当たり１ｇ軽量化できただけでも、膨大な数が市場に流通するボトル缶では大幅な省資源化や省エネルギー化、炭酸ガスの削減、あるいは缶本体のコスト削減を図ることができる。ここで、このような缶本体の軽量化を図るには、缶本体に成形される金属板の元板厚を薄くして底部やウォール部、フランジ部を薄肉化することが考えられる。

しかしながら、いたずらに金属板の元板厚を薄くしてウォール部やフランジ部を薄肉化しただけでは、このフランジ部に成形されることになるキャップ取付部（上記ビード、ねじ、環状ビード）も薄肉になってしまう。このため、キャップ取付部にキャップを取り付ける際のスレッドローラーによるネジ切りやスカートローラーによる巻き締め等の缶軸に垂直な方向からの荷重にキャップ取付部が耐えられなくなってキャップ取付部に変形や座屈を生じ、そのようなボトル缶では一旦取り外したキャップを再びキャップ取付部にねじ込んでリシールする際のリシールトルクが増大するおそれがある。

さらに、単に金属板の元板厚を薄くしただけでは、ボトル缶の製造工程における金属板からカッピングプレス工程において絞り加工により成形されたカップ状素材にＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施して有底円筒体を成形する際や、あるいはこうして成形された有底円筒体のフランジ部にボトルネック成形工程において肩部（上記切頭円錐形部）や首部、キャップ取付部（上記ビード、ねじ、環状ビード）を成形する際に、薄肉となったウォール部に座屈や変形を生じるおそれもある。

また、このようなボトル缶の製造方法においては、上述のようにＤＩプレス工程において有底円筒体の円筒部のうち底部側に薄肉部であるウォール部を成形するとともに、底部とは反対側には厚肉部であるフランジ部を成形するのに、ＤＩプレス機において複数のしごきダイスとの間で上記しごき加工を行うパンチの外表面に、有底円筒体のフランジ部と対応する位置に凹部を形成することによってフランジ部をウォール部よりも厚肉としている。

ところが、薄肉化によってこれらフランジ部とウォール部との段差が大きくなると、有底円筒体からのパンチの抜け性が損なわれて抜け不良を生じ、ＤＩプレス機を停止して抜け損ねた有底円筒体をパンチから取り外さなければならなくなり、ボトル缶の製造効率や歩留まりが著しく低下するおそれがある。また、この段差が大きいと、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程において成形荷重による缶軸方向の応力が段差部分に集中して、やはり座屈や変形を生じるおそれがある。

さらに、ＤＩプレス工程により成形された有底円筒体の上端部や、この有底円筒体にボトルネック成形工程において肩部および首部が成形された缶本体の上端部には、有底円筒体の高さや缶本体の缶高さを揃えるために、これらの上端部を底部から一定の高さとなるように所定のトリム代で切断するトリミングが施される。

しかしながら、元板厚を薄くした金属板において、フランジ部の厚さやウォール部の厚さのバランスをとらずにＤＩプレス工程において有底円筒体を成形しようとすると必要な高さの有底円筒体を成形することができなくなったり、たとえ成形できても、この有底円筒体からボトルネック成形工程において成形された缶本体において、その上端部に必要なトリム代を確保することができなくなり、トリム代不足によって缶本体を一定の高さとできずに不良品として処理せざるを得なくなったりする。また、このようなトリム代不足を解消するために、例えばＤＩプレス工程によって有底円筒体に成形される上記金属板の面積を大きくするにも限度がある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、缶本体の軽量化を図るために金属板の元板厚を薄くしても、リシールトルクの増大を招くようなキャップ取付部の変形や座屈を生じることの無いボトル缶を提供するとともに、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程、キャッピング工程における座屈やパンチの抜け不良、有底円筒体の高さ不足や缶本体のトリム代不足等を招くことなく有底円筒体や缶本体の成形が可能なボトル缶の製造方法を提供し、省資源化や省エネルギー化、炭酸ガスの削減、缶本体の軽量化を促すことを目的としている。

ここで、本発明の発明者は、このようなボトル缶について鋭意研究を重ねた結果、上述のように缶本体の軽量化を図るために金属板の元板厚を０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍ程度にまで薄くした場合に、キャップ取付部の上端部に、上端側に向かうに従い漸次縮径する縮径部と、この縮径部の上部を外周側に折り曲げた後に下端側に折り返してなるカール部とを備えたとき、上記縮径部の厚さが０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内であれば、ボトル缶の缶本体に飲料等を充填後にキャップを取り付けるキャッピング工程において、現行の元板厚０．４００ｍｍでのキャッピング条件のもとでキャッピングしても、キャップ取付部に座屈や変形を生じることが無いボトル缶を得ることができるという知見を得るに至った。

そこで、本発明のボトル缶は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述した目的を達成するために、底部と、この底部と一体に形成されて底部の外周縁から上端側に延びる外周部とを備えた缶本体を有して、上記外周部には上記底部から上記缶本体の上端側の開口部に向けて順に、円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い漸次縮径する肩部と、ネジ部を備えたキャップ取付部とが形成されたボトル缶であって、上記外周部は、上記底部側に薄肉部であるウォール部を備えるとともに、上記底部とは反対側に上記ウォール部よりも厚さが厚い厚肉部であるフランジ部を備え、上記肩部とキャップ取付部は上記フランジ部の範囲に形成され、上記キャップ取付部の上端部には、上記ネジ部の上端部から上端側に向かうに従い漸次縮径する縮径部と、この縮径部の上部を外周側に折り曲げた後に下端側に折り返してなるカール部とを備え、上記縮径部の厚さが０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内であり、上記カール部の外径が３２．０ｍｍ～３５．０ｍｍの範囲内であり、上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内であって、上記胴部の外径が６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内であり、上記底部の厚さが０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内であり、上記ウォール部の厚さが０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内であり、上記フランジ部とウォール部との段差が０．１１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

このような構成のボトル缶では、キャップ取付部上端の縮径部の厚さが０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内であるので、キャップ取付部のカール部やネジ部（ねじ）、膨出部（環状ビード）にも同様の厚さを確保することができるので、元板厚を上述のように薄くしても、キャッピング工程においてキャップ取付部にキャップを取り付ける際の缶軸に垂直な方向からの荷重に対してキャップ取付部に座屈や変形が生じるのを防ぐことができる。すなわち、この縮径部の厚さが０．３２５ｍｍよりも薄いと、このような座屈や変形を確実に防ぐことができなくなる一方、縮径部の厚さが０．３５５ｍｍよりも厚いと、フランジ部の厚さが厚くなるとともにウォール部の厚さも厚くなって、ボトル缶の軽量化を図ることができなくなる。さらに、元板厚を薄くした金属板から縮径部の厚さが０．３５５ｍｍよりも厚いボトル缶を製造しようとすると、上述のようにフランジ部の厚さが厚くなるのに伴い、ウォール部の厚さは薄くなり、ＤＩプレス工程において有底円筒体を成形することができなくなる。

また、本発明の発明者は、このような本発明のボトル缶を発明する過程で、元板厚が０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内の金属板からカッピングプレス工程において絞り加工により成形したカップ状素材にＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施す際、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．２１５ｍｍ～０．２２０ｍｍの範囲内、上記フランジ部とウォール部との段差が０．１１０ｍｍ以下の有底円筒体を成形することにより、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程、キャッピング工程における座屈やパンチの抜け不良、高さ不足やトリム代不足、キャップ取付部の変形等を生じることなく、所定の缶高さのボトル缶の缶本体を効率的に成形することができるとの知見も得るに至った。

そこで、本発明のボトル缶の製造方法は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述した目的を達成するために、元板厚が０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内の金属板からカッピングプレス工程において絞り加工によりカップ状素材を成形し、このカップ状素材にＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施して、底部と円筒部とを有し、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内であり、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．２１５ｍｍ～０．２２０ｍｍの範囲内であり、上記フランジ部とウォール部との段差が０．１１０ｍｍ以下である有底円筒体を成形し、この有底円筒体の上記フランジ部の範囲に、ボトルネック成形工程において、上端側に向かうに従い漸次縮径する肩部と、この肩部よりも上端側にネジ部を備えたキャップ取付部とを成形して缶本体を製造し、このキャップ取付部の上端部には、上記ネジ部の上端部から上端側に向かうに従い漸次縮径するとともに厚さが０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内である縮径部と、この縮径部の上部を外周側に折り曲げた後に下端側に折り返してなるカール部とを成形し、上記カール部の外径が３２．０ｍｍ～３５．０ｍｍの範囲内であり、上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内であって、上記円筒部により形成される胴部の外径が６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内である上記缶本体を有するボトル缶を製造することを特徴とする。

このような構成のボトル缶の製造方法においては、元板厚が０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内と薄肉化された金属板に対して、上記知見に基づく範囲内の厚さが円筒部のウォール部およびフランジ部に与えられた有底円筒体をＤＩプレス工程において成形することにより、このＤＩプレス工程やその後のボトルネック成形工程、あるいはキャッピング工程において座屈や変形、パンチの抜け不良、高さ不足やトリム代不足などを生じることなく、ボトル缶を製造することが可能となる。

すなわち、ウォール部の厚さが０．１１５ｍｍを下回ると、ボトルネック成形工程において缶本体に座屈が生じるおそれがある。また、フランジ部の厚さが０．２１５ｍｍを下回ると、やはり飲料等の充填後にキャッピング工程においてキャップを取り付ける際に缶本体のキャップ取付部に座屈や変形を生じるおそれがある。さらに、ウォール部の厚さが０．１３５ｍｍを上回ったり、フランジ部の厚さが０．２２０ｍｍを上回ったりすると、上述のような薄い元板厚の金属板から成形される有底円筒体や缶本体においては、必要な高さを得ることができなくなったり、トリム代不足を招いたりするおそれがある。

また、フランジ部とウォール部との段差が０．１１０ｍｍを上回ると、ＤＩプレス工程においてパンチの抜け不良が発生してしまったり、胴切れや座屈等が発生したりするおそれがある。さらにまた、ボトルネック成形工程において段差の部分に成形荷重による応力が集中して、やはり座屈や変形を生じてしまうおそれもある。なお、金属板の元板厚は０．３７０ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内であるのが望ましく、ウォール部の厚さは０．１１５ｍｍ～０．１３０ｍｍの範囲内であるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、ボトル缶の軽量化のために、その缶本体に成形される金属板の薄肉化を図っても、リシールトルクの増大を招くようなキャップ取付部の変形や座屈を生じることが無く、またＤＩプレス工程やボトルネック成形工程、キャッピング工程における有底円筒体や缶本体の座屈や変形、高さ不足やトリム代不足、パンチの抜け不良を生じること無く缶本体を成形することができ、大幅な省資源化および省エネルギー化や炭酸ガスの削減、ボトル缶の軽量化を促すことが可能となる。

本発明のボトル缶の一実施形態を示す缶本体の一部破断側面図である。図１に示す実施形態の缶本体におけるキャップ取付部の上端部を示す拡大断面図である。本発明のボトル缶の製造方法の一実施形態において、図１に示す缶本体に成形される有底円筒体の概略を示す部分断面図である。

図１および図２は本発明のボトル缶の一実施形態における缶本体１を示すものであり、図３は、この本発明のボトル缶の製造方法の一実施形態において、図１および図２に示す缶本体１に成形される有底円筒体１１の概略を示す部分断面図である。

図１に示すように、本実施形態のボトル缶の缶本体１は、底部２と、この底部２と一体に形成されて底部２の外周縁から上端側（図１において上側）に延びる外周部３とを備えた缶軸Ｃを中心とする概略多段の有底円筒状に形成されている。底部２には、缶軸Ｃ方向の内側（缶本体１の上端側）に凹む断面略円弧状のドーム部２ａが中央に形成されるとともに、このドーム部２ａの外周には缶軸Ｃ方向の外側（缶本体１の下端側）に突出する環状凸部２ｂが缶軸Ｃ回りの周方向に連続して形成されている。

また、外周部３には底部２から缶本体１の上端側の開口部４に向けて順に、缶軸Ｃを中心とした円筒状の胴部５と、上端側に向かうに従い一定の傾斜で漸次縮径する円錐台面状の肩部６と、この肩部６からさらに上端側に向かって延びる筒状の首部７と、本実施形態では首部７の上端から外周側に張り出す膨出部８ａ、ネジ部８ｂ、ネジ部８ｂの上端部から上端側に向かうに従い漸次縮径する縮径部８ｃ、および縮径部８ｃの上部を外周側に折り曲げた後に下端側に折り返してなるカール部８ｄを備えたキャップ取付部８とが形成されている。

ここで、本実施形態のボトル缶は４１０ｍｌ用のボトル缶であり、缶本体１の底部２の下端縁（環状凸部２ｂの下端縁）から外周部３の上端（カール部８ｄの上端縁）までの缶高さＨは、１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内、望ましくは１６２．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内とされる。また、缶本体１の外周部３における胴部５の外径（直径）は、６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内とされる。

このようなボトル缶を製造する本発明のボトル缶の製造方法の一実施形態では、まずカッピングプレス機によるカッピングプレス工程において、金属板を円板状に打ち抜いて絞り加工を施すことにより深さの浅いカップ状素材を製造する。このカッピングプレス工程においてカップ状素材に成形される金属板は、本実施形態では元板厚が０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内、好ましくは０．３７０ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内のアルミニウム板またはＪＩＳＨ４０００におけるＡ３００４あるいはＡ３１０４のアルミニウム合金板であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２～２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲内のものが用いられる。

次に、このカップ状素材にＤＩプレス機によるＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施して缶軸Ｃ方向に延伸することにより、外周部に上記缶軸Ｃを中心とした円筒部１２が形成されるとともに、底部２には缶本体１と同様のドーム部２ａと環状凸部２ｂが形成された、図３に示すような有底円筒体１１を成形する。この有底円筒体１１および缶本体１の底部２の厚さは、カッピングプレス工程においてカップ状素材に成形される金属板の元板厚と略等しい。従って、本実施形態のボトル缶の缶本体１における底部２の厚さも、０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内、好ましくは０．３７０ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内となる。

また、この有底円筒体１１の上記円筒部１２は、その外径（直径）が缶本体１の胴部５の外径と略等しい一定外径とされる。さらに、この円筒部１２の底部２側の部分は厚さ（肉厚）が薄くされた薄肉部であるウォール部１３とされるとともに、底部２とは反対の上端側（図３において上側）の部分は、ウォール部１３よりも厚さ（肉厚）が厚くされた厚肉部であるフランジ部１４とされている。ここで、このような厚さの異なるウォール部１３とフランジ部１４とを円筒部１２に形成するには、上述のようにＤＩプレス機において複数のしごきダイスとの間でしごき加工を行うパンチの外表面のフランジ部１４と対応する位置に、厚さの差を考慮した深さの凹部を形成しておけばよい。

これらウォール部１３およびフランジ部１４においては、その厚さがそれぞれ略一定とされるとともに、ウォール部１３とフランジ部１４との間では有底円筒体１１の上端側に向かうに従い厚さが漸次厚くなるようにされている。ただし、図３では説明のため、これらの厚さは有底円筒体１１の高さや外径に対して比率が大きく描かれている。

そして、この図３に示す有底円筒体１１においては、円筒部１２の薄肉部であるウォール部１３の厚さｔ１が０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内とされるとともに、円筒部１２のうち厚肉部であるフランジ部１４の厚さｔ２が０．２１５ｍｍ～０．２２０ｍｍの範囲内とされている。さらに、このフランジ部１４とウォール部１３との間の段差ｔ２－ｔ１は０．１１０ｍｍ以下となるようにされている。なお、この段差ｔ２－ｔ１は０．０８ｍｍ以上であることが望ましい。

このように成形された有底円筒体１１は、トリマーによるトリミング工程において円筒部１２の上端縁が所定のトリム代で切断されて高さが揃えられてから、第１の洗浄工程において洗浄、乾燥され、次に塗装工程において内外面に塗装が施されて焼き付けられる。さらに、塗装が施された有底円筒体１１は、ボトルネッカーによるボトルネック成形工程において、円筒部１２のうちフランジ部１４の範囲が縮径されて上記肩部６と首部７が成形され、次いで首部７の上端側が拡径されて膨出部８ａが形成されるとともに、この膨出部８ａよりも上端側にネジ部８ｂが形成された後、ネジ部８ｂより上端側に縮径部８ｃとカール部８ｄが形成されることにより円筒部１２（胴部５）よりも小径の上記キャップ取付部８が成形され、図１に示したようなボトル缶の缶本体１とされる。なお、このボトルネック成形工程においても、必要に応じてトリミングを行ってもよい。

こうして成形された缶本体１は、第２の洗浄工程によって洗浄、乾燥された後に、検査工程においてピンホールの有無や外面の異物付着、傷、汚れ、印刷不良等が検査されて飲料工場等に搬送され、飲料等の内容物が充填された後にキャッピング工程において図示されないキャップが取り付けられて封止され、出荷される。なお、缶本体１の上記各成形工程の間や成形工程中には、必要に応じて底部２の環状凸部２ｂの断面形状を再成形するボトムリフォームが行われてもよい。

ここで、上記ボトルネック成形工程においてフランジ部１４の範囲が縮径されて肩部６と首部７が成形されることにより、首部７よりも上端側のキャップ取付部８では、その厚さがフランジ部１４よりも厚くなる。そして、このキャップ取付部８の厚さは、図２に示すように上記縮径部８ｃの厚さ（縮径して傾斜する縮径部８ｃに垂直な方向の厚さ）ｔ３として、０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内とされる。なお、本実施形態のボトル缶は公称径がφ３８ｍｍのボトル缶であって、肩部６とキャップ取付部８の膨出部８ａとの間の部分の最小径（本実施形態では首部７の直径）が３３．０ｍｍ～３７．４ｍｍの範囲内、カール部８ｄの外径（直径）が３２．０ｍｍ～３５．０ｍｍの範囲内、膨出部８ａの外径（直径）が３６．０ｍｍ～４０ｍｍの範囲内とされている。

このような構成のボトル缶では、キャップ取付部８における縮径部８ｃの厚さｔ３が０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内とされているので、キャップ取付部８のカール部８ｄやネジ部８ｂ、膨出部８ａにも同様の厚さを確保することができる。このため、上記知見に基づき、後述する実施例で実証される通り、元板厚を上述のように薄くした場合でも、キャッピング工程においてキャップ取付部８にキャップを取り付ける際の缶軸に垂直な方向からの荷重に対してキャップ取付部８に座屈や変形が生じるのを防ぐことが可能となる。

すなわち、この縮径部８ｃの厚さｔ３が０．３２５ｍｍよりも薄いと、キャッピング工程におけるこのような座屈や変形を確実に防ぐことができなくなる。その一方で、縮径部８ｃの厚さｔ３が０．３５５ｍｍよりも厚いと、フランジ部１４の厚さｔ２が厚くなり、これに伴ってウォール部１３の厚さｔ１も厚くなって、ボトル缶の軽量化を図ることができなくなる。また、上述のように元板厚を薄くした金属板から縮径部ｔ３の厚さが０．３５５ｍｍよりも厚いボトル缶を製造しようとすると、上述のようにフランジ部１４の厚さｔ２が厚くなるのに伴い、ウォール部１３の厚さｔ１は薄くなるので、ＤＩプレス工程において有底円筒体１１を成形することができなくなる。

また、このようなボトル缶を製造する上記構成のボトル缶の製造方法では、元板厚が０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内の金属板から成形されて、ボトルネック成形工程で缶本体１に成形される有底円筒体１１において、円筒部１２におけるウォール部１３の厚さｔ１が０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍとされるとともに、フランジ部１４の厚さｔ２が０．２１５ｍｍ～０．２２０ｍｍとされ、さらにフランジ部１４とウォール部１３との段差ｔ２－ｔ１が０．１１０ｍｍ以下とされ、そしてボトルネック成形工程された缶本体１においてはキャップ取付部８における縮径部８ｃの厚さｔ３が０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内とされているので、同じく上記知見に基づき、後述する実施例で実証されるように有底円筒体１１や缶本体１の座屈や変形、トリム代不足、パンチの抜け不良を生じること無く缶本体１を成形することができる。

従って、有底円筒体１１に成形される金属板の元板厚を上述のように薄くしてボトル缶の軽量化を図っても、歩留まりの低下を招くことなく確実かつ効率的なボトル缶の製造を行うことができる。このため、膨大な数のボトル缶が市場に流通している現状において、大幅な省資源化および省エネルギー化、炭酸ガスの削減を可能とすることができるとともに、ボトル缶のコスト削減を促すこともできる。

ここで、有底円筒体１１において、ウォール部１３の厚さｔ１が０．１１５ｍｍを下回ると、ボトルネック成形工程において、缶本体１に座屈を生じるおそれがある。また、有底円筒体１１のフランジ部１４の厚さｔ２が０．２１５ｍｍを下回ると、飲料等が充填された後にキャッピング工程においてキャップを取り付ける際に、缶本体１にやはり座屈や変形などを生じるおそれがあり、一旦取り外したキャップを再びキャップ取付部にねじ込んでリシールする際のリシールトルクが増大するおそれがある。

さらに、ウォール部１３の厚さｔ１が０．１３５ｍｍを上回ったり、フランジ部１４の厚さｔ２が０．２２０ｍｍを上回ったりすると、上述のような薄い元板厚の金属板から必要な高さの有底円筒体１１を成形できなくなったり、たとえ成形できたとしても、そのような有底円筒体１１では、ＤＩプレス工程において必要な高さを得ることができなくなってトリム代不足を生じ、ボトルネック成形工程に送っても所定の缶高さＨの缶本体１を成形することができなくなったりしてしまう。

また、有底円筒体１１の高さ不足や缶本体１のトリム代不足を解消するために上記金属板を円板状に打ち抜く際の直径を大きくして面積を増やすことも考えられるが、限られた幅の金属板では生産性を考慮すると直径を大きくするにも限度があり、しかもそのような金属板から打ち抜いた円板から成形された有底円筒体１１においてウォール部１３の厚さｔ１が０．１３５ｍｍを上回ったり、フランジ部１４の厚さｔ２が０．２２０ｍｍを上回ったり、あるいは成形された缶本体１の縮径部８ｃの厚さｔ３が０．３５５ｍｍを上回ったりした場合には、トリム代不足が生じなくても、缶本体１の十分な軽量化を図ることができなくなるおそれもある。

さらにまた、フランジ部１４とウォール部１３との段差ｔ２－ｔ１が０．１１０ｍｍを上回ると、ＤＩプレス工程においてパンチの抜け不良が発生してしまい、ＤＩプレス機を停止して抜け損ねた有底円筒体１１をパンチから取り外さなければならなくなってボトル缶の製造効率や歩留まりが低下してしまう。さらに、段差ｔ２－ｔ１が大きすぎると、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程において段差の部分に成形荷重による応力が集中して有底円筒体１１や缶本体１が座屈したり変形したりするおそれもある。

なお、成形されたボトル缶の缶本体１の底部２の厚さは、上述のように元板厚と略等しくなるので、本実施形態のボトル缶においても、この底部２の厚さが０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内であり、上記ウォール部１３の厚さｔ１が０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内であり、上記フランジ部１４の厚さｔ２が０．２１５ｍｍ～０．２２０ｍｍの範囲内であり、上記フランジ部１４とウォール部１３との段差ｔ２－ｔ１が０．１１０ｍｍ以下であることが望ましい。

さらにまた、上述した４１０ｍｌ用のボトル缶としては、缶本体１の底部２からキャップ取付部８の上端までの缶高さＨが１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内であって、胴部５の外径が６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内であることが望ましく、そのようなボトル缶の製造方法としては、上記底部２からキャップ取付部８の上端までの缶高さＨが１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内であって、上記円筒部１２により形成される胴部５の外径が６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内である缶本体１を有するボトル缶を製造することが望ましい。なお、缶高さＨは１６２．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内とされるのがより望ましい。

なお、本実施形態のボトル缶の製造方法における有底円筒体１１においては、ウォール部１３の厚さｔ１が上述のように略一定とされているが、ウォール部１３のフランジ部１４側に厚さｔ１よりも厚く、フランジ部１４の厚さｔ２よりは薄い２段目のウォール部を形成するなどして、ウォール部１３を複数段に成形してもよい。このような場合のウォール部１３の厚さｔ１は、底部２側の最も薄肉となる最薄部の厚さとすればよい。

次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例では、まず図１ないし図３に示した実施形態に基づいて、金属板の元板厚、円筒部１２のフランジ部１４の厚さｔ２、ウォール部１３の厚さｔ１、段差ｔ２－ｔ１および縮径部８ｃの厚さｔ３を種々に変化させた１０種類の有底円筒体１１をＤＩプレス工程において１０００個ずつ成形してＤＩプレス機による成形性（ＤＩ成形性）を確認するとともに、このうち１００個ずつの有底円筒体１１をボトルネック成形工程において缶本体１に成形して、その際のボトルネック成形性（ＢＮ成形性）を確認し、さらにこのうち１０個の缶についてキャッピング工程においてキャッピングした後に開栓してからキャップを再びキャップ取付部８にねじ込んでリシールする際のリシールトルクを測定することによりキャッピング性を確認した。これらを実施例１～１０として、成形された缶本体１の質量とともに表１に示す。

また、これら実施例１～１０に対する比較例として、元板厚やフランジ部１４の厚さｔ２、ウォール部１３の厚さｔ１、段差ｔ２－ｔ１および縮径部８ｃの厚さｔ３を種々に変化させた６種類の有底円筒体１１を同様にＤＩプレス工程において１０００個ずつ成形してＤＩ成形性を確認するとともに、これらの有底円筒体１１のうちＤＩプレス成形によって所定の高さの有底円筒体１１を成形可能であったもの１００個をボトルネック成形工程において缶本体１に成形して、その際のＢＮ成形性を確認し、さらにそのうち１０個をキャッピング工程においてキャッピングした後に開栓してからキャップを再びキャップ取付部８にねじ込んでリシールする際のリシールトルクを測定することによりキャッピング性を確認した。これらを比較例１～６として表２に、ＤＩプレス成形可能であったものについては成形された缶本体１の質量とともに示す。

なお、これら比較例１～６のうち、比較例１～５は、金属板の元板厚は上記実施形態の範囲内であるものの、比較例１、３は円筒部１２のフランジ部１４の厚さｔ２が実施形態の範囲を下回っているものである。また、比較例２はウォール部１３の厚さｔ１が実施形態の範囲を下回るとともにフランジ部１４の厚さｔ２と段差ｔ２－ｔ１が実施形態の範囲を上回っている。さらに、比較例４、５は、ウォール部１３の厚さｔ１およびフランジ部１４の厚さｔ２がともに実施形態の範囲を上回っており、比較例６は元板厚が０．３４５ｍｍよりも薄い。なお、これら実施例１～１０および比較例１～６においてボトル缶に成形できたものの缶高さは上記実施形態の範囲内で平均１６４．０ｍｍ、胴部５の直径は同じく上記実施形態の範囲内で平均６６．２４ｍｍであった。

ここで、ＤＩ成形性の評価は、成形しようとした１０００個の有底円筒体１１のうちすべてが座屈や変形、胴切れ、パンチの抜け不良等を生じることなくＤＩプレス成形できていた場合を丸印とし、１０００個中１個までに座屈や変形、胴切れ等が生じてＤＩプレス機が１回停止した場合を三角印とし、ＤＩプレス機が２回以上停止した場合をバツ印とした。

また、ＢＮ成形性の評価は、ＤＩプレス工程において所定の寸法通りに成形できた有底円筒体１１のうち１００個に、ボトルネック成形工程において肩部６および首部７と、膨出部８ａ、ネジ部８ｂ、縮径部８ｃおよびカール部８ｄからなるキャップ取付部８を成形し、これらを目視で観察して、すべてが座屈等を生じることなく所定の寸法通りにボトルネック成形できた場合を丸印とし、１個までに座屈等が生じていた場合を三角印、２個以上に座屈や変形等が生じていた場合をバツ印とした。なお、ＤＩプレス工程においてトリム代不足が発生した場合は、缶高さＨが足りなくなるためボトルネック成形は行わなかった。

さらに、ボトルネック成形工程において座屈等を生じることなく成形された１０個の缶本体１に、キャッピング工程においてキャップ取付部８に天板部と周壁部を有する有底筒状のキャップ成形体を被せて、株式会社ＣＳＩジャパン製のキャッパーにより、１０００Ｎの缶軸Ｃ方向の垂直荷重（トッププレッシャー）を加えることによって天板部外周を絞り加工して段部を成形するとともに、ロールセット径４５．３ｍｍ、スレッドローラートルク３．８Ｎ・ｍでスレッドローラーにより周壁部の天板部側に缶軸Ｃに対する径方向内周側に荷重を与えてネジ部８ｂに倣うように雌ネジ部を成形し、さらに同じくロールセット径４５．３ｍｍ、スカートローラートルク３．０Ｎ・ｍでスカートローラーにより周壁部の天板部とは反対側の裾部に缶軸Ｃに対する径方向内周側に荷重を与えて膨出部８ａの下端部に巻き締め（裾締め）した。

ここで、スレッドローラートルクおよびスカートローラートルクとは、それぞれスレッドローラーがキャップ成形体に雌ネジ部を成形する際に周壁部に与える荷重の大きさ、およびスカートローラーがキャップ成形体の裾部を膨出部８ａの下端部に巻き締める際に裾部に与える荷重の大きさの代用値であり、すなわち各ローラーを缶軸Ｃに対する径方向内周側に押し付けるための駆動アームのトルク値のことを示す。また、ロールセット径とは、これらのローラーが缶軸Ｃから最も離れた初期の設定位置にあるときの向かい合うローラーの径方向内周側の縁部同士の距離（缶軸Ｃを中心として対向するローラーの内周縁に内接する円の直径）であり、このロールセット径とスレッドローラートルクおよびスカートローラートルクから雌ネジ部成形時と裾巻き時の各ローラーの先端荷重を計算することができる。

そして、キャッピング性については、こうしてキャッピング工程においてキャップ成形体から成形されてキャップ取付部８に取り付けられたキャップを一旦開栓してから再びキャップ取付部８にねじ込んでリシールする際のリシールトルクを測定し、このリシールトルクが２０Ｎ・ｃｍ以上となるものが０缶であった場合を丸印、１缶であった場合を三角印、２缶以上であった場合をバツ印とした。キャッピング工程における成形荷重によってキャップ取付部８に座屈や変形が生じると、缶本体１のネジ部８ｂとキャップの雌ネジ部との摩擦抵抗が増大し、リシールトルクも増大することになる。

このうち、まず表２の比較例１～６のうち比較例６では、元板厚が０．３４５ｍｍよりも薄かったためＤＩプレス工程において所定の高さの有底円筒体１１を１個も成形することができなかった。また、比較例４、５においても、元板厚は０．３４５ｍｍよりも厚かったが、ウォール部１３の厚さｔ１およびフランジ部１４の厚さｔ２がともに実施形態の範囲を上回っていたため、やはり所定の高さの有底円筒体１１を１個も成形することができなかった。このため、これら比較例４～６についてはＤＩ成形性、ＢＮ成形性、キャッピング性の評価を行うことはできず、質量も測定しなかった。また、比較例６についてはウォール部１３の厚さｔ１およびフランジ部１４の厚さｔ２も測定できなかった。

また、表２の比較例１～３では、キャッピング性までは評価できたものの、このうち比較例１、３では、元板厚が現行の０．４００ｍｍよりも薄く、フランジ部１４の厚さｔ２も実施形態の範囲より薄く、これに伴い縮径部８ｃの厚さｔ３も実施形態の範囲よりも薄かったため、キャッピング工程においてキャップ取付部８に座屈や変形が生じ、キャッピング性が損なわれていた。また、比較例２では、ウォール部１３の厚さｔ１が実施形態の範囲よりも薄いとともにフランジ部１４の厚さｔ２は実施形態の範囲よりも厚く、従って段差ｔ２－ｔ１も実施形態の範囲より大きいため、ＤＩプレス工程においてパンチの抜け不良が多発したり、段差部分への成形荷重による応力の集中によって座屈や変形が生じたりして、ＤＩ成形性やＢＮ成形性が損なわれる結果となった。

なお、縮径部８ｃの厚さｔ３が０．３５５ｍｍを上回る比較例のボトル缶も製造しようとしたが、そのためにはフランジ部１４の厚さｔ２も厚くしなければならず、実施形態のように限られた範囲の元板厚の金属板からそのような有底円筒体１１を成形しようとすると、段差ｔ２－ｔ１が大きくなりすぎてＤＩプレス工程においてパンチが抜けなくなったり、胴切れを生じたりして、比較例６と同様に有底円筒体１１を製造することはできなかった。

このような比較例１～６に対して、実施例１～１０では、ＤＩプレス工程においては座屈や変形、パンチの抜け不良やトリム代不足を生じることなく、１０００個すべての有底円筒体１１を所定の寸法に成形することができた。

また、ＢＮ成形性についても、実施例１～１０では、１００個すべての有底円筒体１１をボトル缶の缶本体１に成形することが可能であった。

さらには、キャッピング性についても、実施例３、５、７、９、１０を除いて、リシールトルクが２０Ｎ・ｃｍ以上となる缶本体１は０缶であり、実施例３、５、７、９、１０でも１缶だけであった。これら実施例３、５、７、９、１０では、フランジ部１４の厚さｔ２が０．２１５ｍｍであり、キャップ取付部８の縮径部８ｃの厚さｔ３も０．３２５ｍｍまたは０．３３５ｍｍであって、いずれも実施形態の範囲の下限値または下限値に近い厚さであったため、フランジ部１４から成形されるキャップ取付部８にキャッピング工程おける成形荷重によって座屈や変形が生じたためである。

そして、４１０ｍｌ用のボトル缶である実施例１～１０では、缶本体１の質量が従来の２１．０ｇに対して２０．０ｇ～１８．２ｇと、いずれも１ｇ以上の軽量化を可能とすることができた。これは、１つ１つのボトル缶では微々たるものであるが、膨大な数のボトル缶が市場に流通することを考慮すると、大幅な省資源化、省エネルギー化が図られることを意味する。なお、質量はボトルネック成形できた缶本体１の平均値である。

１缶本体
２底部
２ａドーム部
２ｂ環状凸部
３外周部
４開口部
５胴部
６肩部
７首部
８キャップ取付部
８ａ膨出部
８ｂネジ部
８ｃ縮径部
８ｄカール部
１１有底円筒体
１２円筒部
１３ウォール部
１４フランジ部
Ｃ缶軸
Ｈ缶高さ
ｔ１ウォール部１３の厚さ
ｔ２フランジ部１４の厚さ
ｔ３縮径部８ｃの厚さ

Claims

底部と、この底部と一体に形成されて底部の外周縁から上端側に延びる外周部とを備えた缶本体を有して、上記外周部には上記底部から上記缶本体の上端側の開口部に向けて順に、円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い漸次縮径する肩部と、ネジ部を備えたキャップ取付部とが形成されたボトル缶であって、
上記外周部は、上記底部側に薄肉部であるウォール部を備えるとともに、上記底部とは反対側に上記ウォール部よりも厚さが厚い厚肉部であるフランジ部を備え、上記肩部とキャップ取付部は上記フランジ部の範囲に形成され、
上記キャップ取付部の上端部には、上記ネジ部の上端部から上端側に向かうに従い漸次縮径する縮径部と、この縮径部の上部を外周側に折り曲げた後に下端側に折り返してなるカール部とを備え、上記縮径部の厚さが０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内であり、上記カール部の外径が３２．０ｍｍ～３５．０ｍｍの範囲内であり、
上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内であって、上記胴部の外径が６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内であり、
上記底部の厚さが０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内であり、上記ウォール部の厚さが０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内であり、上記フランジ部とウォール部との段差が０．１１０ｍｍ以下であることを特徴とするボトル缶。
元板厚が０．３４５ｍｍ～０．３８５ｍｍの範囲内の金属板からカッピングプレス工程において絞り加工によりカップ状素材を成形し、
このカップ状素材にＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施して、底部と円筒部とを有し、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１１５ｍｍ～０．１３５ｍｍの範囲内であり、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．２１５ｍｍ～０．２２０ｍｍの範囲内であり、上記フランジ部とウォール部との段差が０．１１０ｍｍ以下である有底円筒体を成形し、
この有底円筒体の上記フランジ部の範囲に、ボトルネック成形工程において、上端側に向かうに従い漸次縮径する肩部と、この肩部よりも上端側にネジ部を備えたキャップ取付部とを成形して缶本体を製造し、
このキャップ取付部の上端部には、上記ネジ部の上端部から上端側に向かうに従い漸次縮径するとともに厚さが０．３２５ｍｍ～０．３５５ｍｍの範囲内である縮径部と、この縮径部の上部を外周側に折り曲げた後に下端側に折り返してなるカール部とを成形し、上記カール部の外径が３２．０ｍｍ～３５．０ｍｍの範囲内であり、
上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１６０．０ｍｍ～１６６．５ｍｍの範囲内であって、上記円筒部により形成される胴部の外径が６４．２４ｍｍ～６８．２４ｍｍの範囲内である上記缶本体を有するボトル缶を製造することを特徴とするボトル缶の製造方法。