JP7443753B2 - ボトル缶、ボトル缶の製造方法及びボトル缶の設計方法 - Google Patents
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Description
特許文献1記載のボトル缶は、絞り且つしごき加工された側壁が、切頭円錐形部に続いており、切頭円錐形部は、上部に缶本体よりも直径の小さい首部を有し、その首部が、筒胴部に続いており、その筒胴部にねじが形成され、筒胴部の上方にビードが形成され、ねじの下方に環状ビードが形成されている。このボトル缶は、直径約76mm、高さ約180mmで約590ml入るように設計される。あるいは、直径が約51mmないし83mm、高さが約89mmないし254mmの範囲で、大体207mlから946ml以上入ってもよいとも記載されている。
また、切頭円錐形首部は、真っ直ぐな切頭円錐首ではなく、複数の凹凸段またはリブがあるのが好ましいと記載されている。
一方、特許文献2記載のボトル缶は、胴部の上に、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と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる筒状の首部と、首部の上端から外周側に張り出す膨出部、ネジ部およびカール部を備えたキャップ取付部(口部)とが形成されており、胴部の外径(直径)が、64.24mm~68.24mmで、内容量が410ml用のボトル缶であるとされている。
また、このような階段状や円錐台面状の縮径部分を有するボトル缶の場合、飲料を注ぎ出すときに脈動が生じるおそれがある。特に、内容量が多くなると、脈動の影響が大きくなるので、注ぎ性を改善する必要が生じる。
また、筒胴部と口部との間に、曲率半径の大きい凸湾曲部と凹湾曲部とを連結した縮径部を形成したので、滑らかでかつ柔らかい印象の外観を呈し、意匠性に優れている。さらに、縮径部が滑らかに形成されるので、飲料を口部から注ぎ出す際に、縮径部の内周面を飲料が滑らかに流れる。このため、脈動が生じにくい。特に、筒胴部が長く、高さの大きい大容量のボトル缶において、良好な注ぎ性を有する。
さらに、ボトル缶の製造工程においては、倒立姿勢で搬送しながら内部を洗浄する工程があるが、その際の洗浄液の流出性も良好であり、内部に洗浄液が残りにくい。
加えて、径の大きい筒胴部と小径の口部との間で、曲率半径の大きい凸湾曲部と凹湾曲部とが連続して形成されているので、小径の口部の下端部を親指と人差し指とで握るように持つと、手の平の窪みに凹湾曲部から凸湾曲部の外面が倣うように接触するので、グリップ感にも優れている。このため、特に内容量の大きい大型缶に適用した場合に、持ったときの安定感に優れる。
これに対し、本発明では、小円筒部の上側端部を小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて相対移動させることにより、凹湾曲部の上側端に連続する下側凸部及び上側凹部を形成することで、口部の膨出部の缶軸方向下側及び首部の剛性を高めることができ、キャッピング時における外力によりボトル缶が変形することを抑制するとともに、製造過程における横断面視楕円状のボトル缶を矯正して、横断面視真円状にできる。
用いられる。
ボトル缶1は、例えば、JIS3000、3004、3104等の3000系のアルミニウム合金の薄板金属からなり、図1に示すように、底部11に接続される筒胴部12に、筒胴部12の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部13と、縮径部13の上端に形成された口径38mmの口部14とを備えている。縮径部13は、筒胴部12の上端から凸状外面となる凸湾曲部131と、凸湾曲部131の上端から口部14の下端にかけて凹状外面となる凹湾曲部132とを有している。
図1に示すように、筒胴部12及び縮径部13、口部14は互いに同軸に配置されており、本実施形態において、これらの共通軸を缶軸Sと称して説明を行う。
なお、これら下側凸部133、上側凹部134及び首部15は、滑らかに接続されている。
なお、膨出部141の外径D3は、35mm以上40mm以下に設定され、口部14の缶軸方向下側端から口部14の缶軸方向上側の面までの口部高さH5は、15mm以上20mm以下に形成されている。
次に、ボトル缶1の製造方法について、図3及び4を用いて説明する。このボトル缶1の製造方法は、カップ形成工程、筒体形成工程、縮径筒部成形工程、縮径部形成工程、口部成形工程、及びリフォーム工程を備える。以下に、これら工程順に説明する。
このボトル缶1を製造するには、図3に示すように、まず、板厚0.480mm以上0.520mm以下のJIS3000系のアルミニウム合金の薄板金属の板材を打ち抜いて絞り加工することにより、図3(a)に示す比較的大径で浅いカップ21を成形する。
(筒体形成工程)
その後、このカップ21に再度の絞り加工及びしごき加工(DI加工)を加えて、図3(b)に示すように所定高さの有底円筒状の筒体22を成形し、その上端をトリミングにより切り揃える。このDI加工により、筒体22の底部は最終のボトル缶1としての底部11の形状に成形される。
次いで、筒体22の開口端部側を縮径加工(ネックイン加工)することにより、図3(c)に示すように筒胴部12に連続する縮径筒部232を形成するとともに、縮径筒部232の上方で缶軸O方向に延びる小円筒部231を有する中間成形体23を形成する。
この縮径加工(ネックイン加工)は、円筒状のネックイン金型を筒体22の開口端側から缶軸方向に押し込んで、ネックイン金型の内周成形部によって筒体22を縮径して、縮径筒部232を形成する加工であるが、本実施形態のボトル缶1においては、縮径筒部232が曲率半径の大きい凸湾曲部131と凹湾曲部132とが連続して形成された形状であり、かつ縮径筒部232(縮径部13)の長さH2が長いので、缶軸方向に対して比較的緩やかな傾斜に形成されている。このため、縮径加工が容易である。
これに対して、本実施形態のボトル缶1の場合は、縮径部13が滑らかな湾曲部131,132が連続して比較的緩やかな傾斜に形成されているので、ネックイン加工時の一回の加工面積を大きくすることができ、縮径部13を滑らかに形成することができる。
縮径部形成工程では、小円筒部231の上側端部を小円筒部231の径よりも小さい径の金型(図示省略)を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、縮径筒部232の凹湾曲部132の上側端に連続する下側凸部243及び上側凹部244を形成し、図3(d)に示す中間成形体24を形成する。この縮径部形成工程では、下側凸部243及び上側凹部244を形成する他、小円筒部231を縮径することにより、小円筒部231より小径の第2小円筒部241とする。
次いで、中間成形体24の第2小円筒部241を再度拡径及び縮径した後、首部15を形成した後、膨出部141、雄ねじ部142、カール部143を形成することにより、図3(e)に示す中間成形体25が形成される。
従来、ボトル缶1の材料となるアルミニウム合金板(例えば、JIS3000系のアルミニウム合金板)は、圧延方向とその交差方向とで伸びが異なるため、製造時あるいはキャッピング時の外力で横断面視において楕円形状となる傾向がある。この点、口部14に形成された膨出部141は、キャップのスカート部(図示省略)が巻き込まれる部分であり、この部分が横断面視において楕円に変形していると密閉性を損なう原因となる。このため、膨出部141の上側に雄ねじ部142が成形されていて剛性が高められている。一方、膨出部141の缶軸方向下側の部位(首部15と凹湾曲部132との間の部位)には、雄ねじ部142のような凹凸形状が成形されていないため、径方向の強度が低い。このため、上記中間成形体24は、横断面視において若干楕円形状に形成される場合がある。
また、縮径部13が滑らかに形成されるので、飲料を口部14から注ぎ出す際に、縮径部13の内周面を飲料が滑らかに流れる。このため、脈動が生じにくい。特に、筒胴部12が長く、高さの大きい大容量のボトル缶において、良好な注ぎ性を有する。
また、ボトル缶1の製造工程においては、倒立姿勢(開口端部1aを缶軸方向下方に向けた姿勢)で搬送しながら内部を洗浄する工程があるが、その際の洗浄液の流出性も良好であり、内部に洗浄液が残りにくい。
また、筒胴部12から凸湾曲部131及び凹湾曲部132にかけて、外径が急激に変化する部分がなく、緩やかに変化しているので、ボトル缶1の外面の印刷面も筒胴部12から縮径部13にかけて広い範囲で確保することができ、意匠性に優れたボトル缶1を提供することができる。
まず、缶高さH0、底部11の缶軸方向下側の面から筒胴部12の缶軸方向上側端までの缶胴高さH1、縮径部13の缶軸方向下側端から口部14の缶軸方向上側の面までのネック高さH2、筒胴部12の外径D1、首部15の缶軸方向下側端から口部14の缶軸方向上側の面までの首部高さH4、口部14の缶軸方向下側端から口部14の缶軸方向上側の面までの口部高さH5、及び膨出部141の外径D3のそれぞれを設定する(寸法設定ステップ)。次に、縮径部13における筒胴部12の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部131の曲率半径R1と、該凸湾曲部131の上端から口部14の下端にかけて凹状外面を形成する凹湾曲部132の曲率半径R2とを設定するとともに、凹湾曲部132の缶軸方向上側端の位置を決定する(縮径部形状設定ステップ)。最後に、凹湾曲部132の上記位置から首部15の下端までの間を、缶軸Sを含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部133及び下側凸部133の缶軸方向上側に設けられ、縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部134により連結する(連結ステップ)。
実施例1では、凸湾曲部の曲率半径を60mm、凹湾曲部の曲率半径を100mmとし、この凹湾曲部の上端部に曲率半径5mmの下側凸部と曲率半径4mmの上側凹部が形成されたボトル缶を成形した。一方、比較例1では、図5に示すボトル缶10Aを用い、曲率半径100mmの凹湾曲部132Aの上端が首部15に直接接続されているものを用いた。この首部の下端部の形状が異なる以外、実施例1及び比較例1の形状は同一とした。
なお、実施例1の試料は、上記実施形態に示した方法で10缶製造し、比較例1の試料は、縮径部形成工程及びリフォーム工程を実施しない方法で10缶製造した。
そして、実施例1及び比較例1の試料のコラム強度を測定した。
コラム強度は、ボトルの口金部上端(開口部)に平板を当接させ、島津製作所製の試験機(型番AG-50kNG)を用いて、5mm/minの速度で軸方向に圧縮して、座屈が開始された時の荷重を測定した。
その結果を表1に示す。いずれも10缶ずつ測定し、その平均値を示している。
これに対して比較例1は、縮径部形成工程及びリフォーム工程を経ないで形成したために、下側凸部及び上側凹部を有していないため、これらが形成された部位の径方向の強度を高めることができなかったため、コラム強度が低かった。
11 底部
111 ドーム部
112 ヒール部
113 接地部
12 筒胴部
13 縮径部
131 凸湾曲部
132 凹湾曲部
133 下側凸部
134 上側凹部
14 口部
141 膨出部
142 雄ねじ部
143 カール部
15 首部
21 カップ
22 23 24 25 中間成形体
231 小円筒部
232 縮径筒部
241 第2小円筒部
243 下側凸部
244 上側凹部
Claims (1)
- 底部に接続される円筒状の筒胴部と、該筒胴部の上端から缶軸方向上側に向かうに従って縮径する縮径部と、前記縮径部の缶軸方向上側に設けられる首部と、前記首部の缶軸方向上側に設けられ、径方向に膨出する膨出部及び雄ねじ部を有する口部と、を備え、
前記縮径部は、前記筒胴部の上端から凸状外面を形成する凸湾曲部と、該凸湾曲部の上端から凹状外面を形成する凹湾曲部と、前記凹湾曲部の缶軸方向上側端に接続され缶軸を含む縦断面において径方向外側に向けて凸となる下側凸部と、前記下側凸部の缶軸方向上側に連続して形成され、前記縦断面において径方向内側に向けて凹となる上側凹部と、を有し、
前記上側凹部に前記首部が接続されており、
さらに前記凹湾曲部と前記下側凸部との接続部における接線は、前記缶軸に対する傾斜角度が2°以上12°以下に形成されている、アルミニウム合金からなるボトル缶の製造方法であって、
アルミニウム合金板を打ち抜いてカップを形成するカップ形成工程と、前記カップに対して絞り加工及びしごき加工を施すことにより、円筒状の筒体を形成する筒体形成工程と、前記筒体を缶軸方向上側に向かうに従って縮径させることにより、前記凸湾曲部及び前記凹湾曲部を有する縮径筒部と、該縮径筒部の上端部から缶軸に沿って缶軸方向上側に直線状に延びる小円筒部と、を形成する縮径筒部成形工程と、前記小円筒部の上端部に該小円筒部の径よりも小さい径の金型を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、前記下側凸部及び前記上側凹部を形成して前記凸湾曲部から連続する縮径部とするとともに、前記上側凹部の上端に連続して前記小円筒部より小径の第2小円筒部を形成する縮径部形成工程と、前記第2小円筒部の上端部に前記膨出部及び前記膨出部の缶軸方向上側に雄ねじ部を形成する口部成形工程と、前記口部成形工程後に前記下側凸部の上側端部に前記膨出部の径よりも大きい径のリフォーム用金型を押し付けて缶軸方向に相対移動させることにより、前記下側凸部の曲率半径を小さくするリフォーム工程とを備えることを特徴とするボトル缶の製造方法。
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