JP7272481B1 - 金属容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様性のある形状に対応することが可能であり、積み重ね状態で輸送を行う際のブロッキング現象を回避できる形状を効果的に形成できる。【解決手段】金属容器の製造方法は、開口部と側壁部と底部を有する金属容器の製造方法であって、板状金属材に対する絞り処理で有底カップを形成する工程と、有底カップをトリミング加工する工程と、有底カップに先端縮径絞りを施す工程と、カール又はフランジを有する開口部を形成する工程と、先端縮径絞りを施した箇所より底部側に縮径絞りを施して、テーパ状の輪郭を有する側壁部を形成する工程を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属容器の製造方法に関するものである。

金属容器は、主な材料がアルミやステンレスなどの金属であって、内容物を収容するための収容空間と収容空間に内容物を出し入れする開口部を有するものであり、その形態として、開口部を蓋体で密封する缶や開口部を開放させた状態のカップなどを含む。

従来、金属容器として、所謂テーパ容器が知られている。このテーパ容器の製造方法としては、ストック材料を用意し、抜き及び絞り処理によりカップを形成し、所定の高さ及び壁厚を有するカップにするために、カップに再絞り処理を施し、その後、所定の高さにカップを切り取り、カップの先端部に丸め成形を施した後、カップを絞ることで、複数の垂直壁区間を形成し、その後、複数の垂直壁区間の各々に対してダイを用いて拡径することで、テーパ状の輪郭を形成している（下記特許文献１参照）。

特開２０２１－１４２５６６号公報

前述した従来の金属容器の製造方法によると、テーパ状の輪郭を有する側壁部を形成するに際して、垂直壁区間を形成した後に拡径成形を行っているので、工程が煩雑であると共に、多様性のある形状に対応し難い問題がある。

また、テーパ状の輪郭を有する側壁部を有する金属容器は、内容物を収容する前の輸送時に、一つの容器の底部を他の容器の開口部から内側に挿入して多段に積み重ねた状態（以下、積み重ね状態）で輸送することが行われているが、輸送時の振動や衝撃によって相対的に上側の容器が下側の容器に入り込み、積み重ね状態から分離する際の引き離しを容易に行うことができなくなる現象（所謂、ブロッキング現象）が問題視されている。これに対して、従来の製造法は多様性のある形状に対応し難いことで、ブロッキング現象を回避するために有効な形状を効果的に形成し難い問題が生じる。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、多様性のある形状に対応することが可能であり、積み重ね状態で輸送を行う際のブロッキング現象を回避できる形状を効果的に形成できる金属容器の製造方法を提供すること、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、本発明による金属容器の製造方法は、以下の構成を具備するものである。
開口部と側壁部と底部を有する金属容器の製造方法であって、板状金属材に対する絞り処理で有底カップを形成する工程と、前記有底カップをトリミング加工する工程と、前記有底カップに先端縮径絞りを施す工程と、カール又はフランジを有する前記開口部を形成する工程と、前記先端縮径絞りを施した箇所より前記底部側に縮径絞りを施して、テーパ状の輪郭を有する前記側壁部を形成する工程を有することを特徴とする金属容器の製造方法。

このような特徴を有する金属容器の製造方法によると、多様性のある形状に対応することが可能であり、積み重ね状態で輸送を行う際のブロッキング現象を回避できる形状を効果的に形成することができる。

本発明の対象となる金属容器の一形態を示した外観図。 本発明の実施形態に係る金属容器の製造方法の工程を示した説明図。 側壁部形成工程の説明図（工程の処理手順を（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に示している。）。 側壁部形成工程の説明図（（ｂ１）が第１段階、（ｂ２）が第２段階を示す。）。 金属容器を積み重ね状態にした説明図。

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。

本発明の対象となる金属容器の一形態は、図１に示すように、開口部１Ａと側壁部１Ｂと底部１Ｃを有する金属容器１であり、従来使い捨てされている紙コップやプラスチックコップに代替え可能なカップ状の容器である。図１の形態例では、開口部１Ａに、外側に向けて湾曲するカール１０を設けて、開口部１Ａを開放状態で使用する例を示しているが、開口部１Ａに、蓋体の外周縁部がまき締められる湾曲状のフランジを設けて、缶容器として使用するものであってもよい。なお、本明細書等における「上」と「下」は、開口部１Ａを上にして底部１Ｃを下にした状態を前提にしている。

図１に示した金属容器１は、開口部１Ａの内径よりも底部１Ｃの外径が小さくなるように、全体的にテーパ状の輪郭を有する側壁部１Ｂを有している。これにより複数の金属容器１は、上側の金属容器１の底部１Ｃを下側の金属容器１の開口部１Ａ内に入れた積み重ね状態が可能であり、金属容器１の未使用時には、複数の金属容器１を積み重ね状態にして輸送することが可能な形状になっている。

図１に示した金属容器１の製造するための工程（製造方法）は、図２に示すように、先ず、コイル状に巻かれた板材を切断するなどして板状金属材を準備し（Ｓ０：板状金属材準備工程）、板状金属材を打ち抜き、絞り及び／又はしごき加工を施すことで、カップ状の中間部材（以下、有底カップ）を形成する（Ｓ１：カッピング工程）。

次に、形成された有底カップに対して、必要に応じて、再度絞り及び／又はしごき加工や底部の成形加工（Ｓ１’工程）を施した後、所定外径、所定高さ、所定板厚の有底カップに対して、先端部をトリミング加工する（Ｓ２：トリミング加工工程）。トリミング加工は、再絞り及び／又はしごき加工などによって不揃いになった有底カップの先端高さを中心軸周りに均等にカットするものであり、トリミング加工後の有底カップの先端高さは一定になる。

次に、トリミング加工された有底カップの先端部に、先端縮径絞りを施す（Ｓ３：先端縮径絞り工程）。先端部に対する縮径絞り処理は、所謂ネッキング加工であり、有底カップの先端開口を縮径して、先端に向けて漸次縮径するネッキング部ｎを形成すると共に、その後のカール又はフランジ加工の加工予定部を形成する。

先端縮径絞り工程Ｓ３の後に、有底カップの先端部（前述したカール又はフランジ成形の予定部）に、カール又はフランジを有する開口部を形成する（Ｓ４：開口部形成工程）。このように先端部にカール又はフランジを形成することで、先端開口の剛性を高めることができ、次工程での側壁部１Ｂの形成における真円度悪化を抑制することができる。

側壁部１Ｂの形成（Ｓ５：側壁部形成工程）は、先端縮径絞りを施した箇所より底部１Ｃ側に漸次縮径絞りを施して、全体的にテーパ状の輪郭を有する側壁部１Ｂを形成する。

以下に、側壁部形成工程Ｓ５の一例を詳細に説明する。先ず、図３（ａ）に示すように、先端縮径絞りの後、カール（又はフランジ）１０を有する開口部１Ａを形成した有底カップＣｐに対して、内部にインナーツール１００を配置し、有底カップＣｐの底部１Ｃ側にアウターツール２００を配置し、有底カップＣｐの底部１Ｃに対して押さえツール３００を当接させる。

インナーツール１００は、有底カップＣｐの内径より小径の円柱状ツールであり、アウターツール２００は、インナーツール１００の外周面との間で有底カップＣｐの側壁を挟んで絞り成形を行う絞り成形面２０１を内面に有すると共に、有底カップＣｐの側壁を傾斜状に成形する傾斜成形面２０２を内面に有する。アウターツール２００の傾斜成形面２０２は、インナーツール１００の中心軸１００Ｐに対して外広がりに傾斜した円錐面又は湾曲面（Ｒ面）を有する。

側壁部形成工程Ｓ５における第１段階では、図３（ａ）に示す状態から、図３（ｂ）に示すように、固定したインナーツール１００に対して、アウターツール２００を底部１Ｃから開口部１Ａに向けて図示矢印方向に移動させることで、有底カップＣｐの側壁に縮径絞り処理を施し、更に、先端縮径絞りがなされたネッキング部ｎの底部１Ｃ側にアウターツール２００の傾斜成形面２０２を当てて傾斜壁部ｔを形成する。その後、図３（ｃ）に示すように、アウターツール２００を底部１Ｃ側に戻すと、有底カップＣｐの先端側には、カール１０の底部１Ｃ側に、ネッキング部ｎと傾斜壁部ｔによる膨出部１１が形成される。

側壁部形成工程Ｓ５における次の段階を図４にて説明する。前述した説明におけるツール半径Ｔｒ１のインナーツール１００を用いた第１段階の縮径絞り処理に対して、ツール半径Ｔｒ２（Ｔｒ１＞Ｔｒ２）のインナーツール１００を用いて、第２段階の縮径絞り処理を行う。この際のアウターツール２００の絞り成形面２０１と傾斜成形面２０２の内径は、インナーツール１００のツール径に応じて設定される。

第１段階の縮径絞り処理（図４（ｂ１）参照）では、アウターツール２００の移動ストロークＳｔ１が、膨出部１１の傾斜壁部ｔを形成するために必要なストローク長であるのに対して、第２段階の縮径絞り処理（図４（ｂ２）参照）は、アウターツール２００の移動ストロークＳｔ２を第１段階の移動ストロークＳｔ１より短くして、膨出部１１における傾斜壁部ｔの底部１Ｃ側に垂直壁部ｓを形成する。

その後は、インナーツール１００のツール半径を順次小さくして、第２段階以降の縮径絞り処理を繰り返すことで、図１に示すように、膨出部１１の下に、傾斜壁部ｔと垂直壁部ｓが交互に形成されたテーパ状の輪郭を有する側壁部１Ｂが形成される。この際、次段階の縮径絞り処理におけるアウターツール２００の移動ストロークを前段階の移動ストロークに近づけると、前述した垂直壁部ｓを挟まず連続して傾斜壁部ｔを形成することができる。また、第２段階以降の縮径絞り処理工程においてカール１０の内面はインナーツール１００の外面に接触するように配置する（図４（ｂ２）参照）。これは、カール１０（口部）が楕円になることを抑制するためであり、これによっても金属容器１における積み重ね時のブロッキング発生を抑制することができる。

図１に示した金属容器１は、カール１０を有する開口部１Ａの下側に膨出部１１を設けることで、積み重ね状態では、図５に示すように、上側の金属容器１（top）の側壁部１Ｂの外面における外面接触箇所Ｆ１に対して、下側の金属容器１（bottom）の開口部１Ａの内面における内面接触箇所Ｆ２が接触して積み重ねられ、一つの金属容器１においては、外面接触箇所Ｆ１と内面接触箇所Ｆ２の間に前述した膨出部１１が形成されている。

膨出部１１は、図５に示すように、一つの金属容器１において、外面接触箇所Ｆ１と内面接触箇所Ｆ２を結ぶ垂線Ｌｐと膨出部１１の外面との最大幅を掛かり幅ｆとする。また、外面接触箇所Ｆ１に向かう傾斜壁部ｔの垂線Ｌｐに対する角度を傾斜角度αとする。

前述したブロッキング現象を回避するためには、掛かり幅ｆは、０．３ｍｍ以上にすることが好ましく、更には０．８ｍｍ以上にすることが好ましい。掛かり幅ｆがこれより小さいと、膨出部１１に対して開口部１Ａが食い込みやすくなり、積み重ね状態での輸送時に振動や衝撃を受けると食い込みが大きくなって前述したブロッキング現象が生じ易くなる。

掛かり幅ｆの上限を決める要素として、掛かり幅ｆを含む膨出部１１の外径Ｒ１１がある。膨出部１１の外径Ｒ１１は、カール１０（開口部１Ａ）の外径Ｒ１０より小さくすることが好ましい。膨出部１１の外径Ｒ１１がカール１０の外径Ｒ１０より大きくなると、金属容器１を横に並べて収納する際に、カール１０から膨出部１１が横に突出する状態になることで、その突出分だけ収納スペースを大きくとることになり、収納効率が低下する。

また、ブロッキング現象を回避するには、傾斜角度αを１０°～５０°の範囲にすることが好ましい。傾斜角度αが小さくなると、前述した掛かり幅ｆを小さくした場合と同じ状況になり、また、積み重ね状態から引き離す際の摩擦抵抗が大きくなるので、ブロッキング現象が生じ易くなる。なお、掛かり幅ｆと傾斜角度αは、互いに関係のある調整因子であり、両者の条件を組み合わせることでブロッキング現象に対する回避策がより効果的になる。

また、金属容器１の積み重ね状態では、図５に示すように、上側の金属容器１（top）における開口部１Ａの上端と下側の金属容器１（bottom）における開口部１Ａの上端との距離が積み重ね高さｈｓになる。この積み重ね高さｈｓは、積み重ね状態での高さ方向の収納スペースに影響する。積み重ね高さｈｓをより小さくすることで、金属容器１を積み重ねた状態での高さ方向の収納効率が高くなる。

図１に示す金属容器１の側壁部１Ｂは、前述したように、膨出部１１を含めて垂直壁部ｓと傾斜壁部ｔが交互に形成されており、これによって、側壁部１Ｂの全体がテーパ状の輪郭になっている。そして、側壁部１Ｂの中央付近には、傾斜壁部ｔの長さが最も長い最長傾斜壁部ｔｍが形成されている。

このように側壁部１Ｂに垂直壁部ｓと傾斜壁部ｔを交互に形成することで、金属容器１を飲料用のカップとして使用する場合に、垂直壁部ｓと傾斜壁部ｔによって形成される段差が人手で把持する際の滑り止めとして機能する。また、側壁部１Ｂ中央付近の最長傾斜壁部ｔｍは、そこに表示を印刷する印刷工程を含めることで、効果的に表示スペースとして利用することができる。

金属容器１を構成する基材の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、スチールなどを用いることができるが、アルミニウム又はアルミニウム合金又はスチールを採用することで、軽量で、光沢による外観性を有し、内容物（例えば、冷水）の温度を手で感じ易くなる、飲料用容器に適した金属容器１を得ることができる。また、金属容器１の材料としては、板状金属材がアルミニウム又はアルミニウム合金又はスチールの基材両面にＰＥＴフィルムなどの樹脂フィルムを単層又は多層コーティングしたものを用いることができる。

このような樹脂コーティングされた基材を用いた場合、図２に示した、カール又はフランジを形成する開口部形成工程Ｓ４の前工程として、カール又はフランジの加工予定箇所に局所加熱を施す工程を設けることが好ましい。局所加熱は、例えば、高周波加熱を用いて、２００℃±３０℃の目安温度でネッキング部ｎより先端側の加工予定箇所を局所的に加熱する。このような局所加熱を行うことで、基材とコーティングされた樹脂の密着力を高め、カールやフランジの加工時に樹脂フィルムが基材から剥離するのを抑止することができ、良好な仕上がりを得ることができる。

なお、金属容器１における開口部１Ａにフランジを形成する場合、フランジは、蓋体の外縁部を巻き締めるための部位になり、蓋体を巻き締めることで、金属容器１は内容物を密封する缶体になる。ここで巻き締められる蓋体は、例えば、金属製のステイオンタブ蓋を用いることができるが、他の形態の蓋体であってもよい。また、フランジに替えて、他の形態の開口部１Ａとし、それに対して、ネジ蓋等の他の形態の蓋体を取り付け取り外し自在に装着するようにしてもよい。

以上のとおり、本発明の実施形態に係る金属容器の製造方法によると、底部１Ｃ側からの縮径絞りで側壁部１Ｂを形成することで、多様性のある形状に対応することが可能であり、積み重ね状態で輸送を行う際のブロッキング現象を回避できる形状を効果的に形成することができる。

また、前述したように、板状金属材として、樹脂コーティングされた基材を用いた場合には、側壁部形成工程Ｓ５において、潤滑剤（クーラント）が不要になる。これにより、一連の工程の間又は後に、洗浄工程を設けない製造方法を実現することができる。これによって、洗浄・乾燥工程を省いた生産性の高い製造を行うことができると共に、潤滑剤の廃棄等を無くすことで環境面でも有利な製造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：金属容器，１Ａ：開口部，１Ｂ：側壁部，１Ｃ：底部，
１０：カール，１１：膨出部，
１００：インナーツール，１００Ｐ：中心軸，
２００：アウターツール，２０１：絞り成形面，２０２：傾斜成形面，
３００：押さえツール，
ｔ：傾斜壁部，ｔｍ：最長傾斜壁部，ｓ：垂直壁部，ｎ：ネッキング部，
Ｓ０：板状金属材準備工程，Ｓ１：カッピング工程，Ｓ２：トリミング加工工程，
Ｓ３：先端縮径絞り工程，Ｓ４：開口部形成工程，Ｓ５：側壁部形成工程，
Ｓｔ１，Ｓｔ２：移動ストローク，Ｔｒ１，Ｔｒ２：ツール半径，
Ｃｐ：有底カップ，Ｆ１：外面接触箇所，Ｆ２：内面接触箇所

Claims (9)

1. 開口部と側壁部と底部を有する金属容器の製造方法であって、
   板状金属材に対する絞り処理で有底カップを形成する工程と、
   前記有底カップをトリミング加工する工程と、
   前記有底カップに先端縮径絞りを施す工程と、
   カール又はフランジを有する前記開口部を形成する工程と、
   前記先端縮径絞りを施した箇所より前記底部側に縮径絞りを施して、テーパ状の輪郭を有する前記側壁部を形成する工程を有することを特徴とする金属容器の製造方法。
2. 前記縮径絞りは、前記底部側から前記開口部に向けて絞り処理を施すことを特徴とする請求項１記載に記載された金属容器の製造方法。
3. 前記縮径絞りによって、前記側壁部に傾斜壁部と垂直壁部を交互に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載された金属容器の製造方法。
4. 前記傾斜壁部の長さが最長となる最長傾斜壁部を前記側壁部の高さ中央付近に形成することを特徴とする請求項３に記載された金属容器の製造方法。
5. 前記最長傾斜壁部に対する印刷工程を含むことを特徴とする請求項４に記載された金属容器の製造方法。
6. 前記板状金属材の基材がアルミニウム又はアルミニウム合金又はスチールであることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載された金属容器の製造方法。
7. 前記板状金属材が樹脂コーティングされた基材であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載された金属容器の製造方法。
8. 前記カール又はフランジの加工予定箇所に局所加熱を施す工程を有することを特徴とする請求項７に記載された金属容器の製造方法。
9. 一連の前記工程の間又は後に、洗浄工程を設けないことを特徴とする請求項７又は８に記載された金属容器の製造方法。

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