JP7447564B2 - シームレス缶体及びシームレス缶体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シームレス缶体及びシームレス缶体の製造方法に関する。
従来、絞りしごき加工によって缶胴部などが成形される、いわゆるシームレス缶体が知られている。このシームレス缶体は、浅絞り後のしごき加工により缶胴部が薄肉化されているため、軽量性に優れている。その一方で、これらのシームレス缶体において、缶底部を薄肉化しても耐圧性能を維持又は向上させるための種々の提案が従来なされている。
例えば特許文献１や特許文献２には、缶の内圧が耐圧強度を超えたときに現れる、缶底のドーム部が反転する現象（バックリング）を防止する目的で施す、いわゆるボトムリフォーム加工が開示されている。具体的には、缶底の接地部の、缶軸に直交する径方向の内側に位置する内周壁を押圧することにより、凹部を成形するボトムリフォーム加工が開示されている。
すなわち、上記したボトムリフォーム工程では、缶底の内周壁を成形ローラ等を使用して押圧することにより凹部を成形することが一般的である。
また昨今、シームレス缶体の軽量化を図るために、絞りしごき加工を行う前の素板（ブランク）の板厚を益々薄くすることが求められている。しかしながら上記ボトムリフォーム加工を施した場合、上記の成形ローラ等が当接される押圧部の金属素材の厚みはその加工により延ばされて薄くなるため、素板（ブランク）の板厚を薄くすることに関しての限界があった。
また昨今、シームレス缶体の軽量化を図るために、絞りしごき加工を行う前の素板（ブランク）の板厚を益々薄くすることが求められている。しかしながら上記ボトムリフォーム加工を施した場合、上記の成形ローラ等が当接される押圧部の金属素材の厚みはその加工により延ばされて薄くなるため、素板（ブランク）の板厚を薄くすることに関しての限界があった。
本発明者は上記に例示した課題に鑑みて鋭意検討を繰り返した結果、優れた耐圧性能を備えるシームレス缶体及びその製造方法を提供することを可能とし、本発明に至ったものである。
本発明の一実施形態におけるシームレス缶体は、（１）筒状胴部と、前記筒状胴部の下端から連なる周状接地部と、前記周状接地部から中心軸側に向かって連なる上げ底部と、を含み、前記上げ底部の外面表面積をＡＤ、前記周状接地部を輪郭とする仮想平面の面積をＡＢ、前記仮想平面と前記上げ底部とで囲まれる空間の容積をＶ
Ｄ
、前記上げ底部を形成する金属部材の体積をＶ
Ｍ
、とそれぞれ規定したとき、１．５５≧（ＡＤ／ＡＢ）≧１．４０、且つ、２５．５≧（Ｖ
Ｄ
／Ｖ
Ｍ
）≧２２．０の関係を満たすことを特徴とする。
また、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態におけるシームレス缶体の製造方法は、（３）金属素材を、筒状胴部と、前記筒状胴部の下端から続く外周底部と、前記外周底部から開口部へ向けて第１の高さで膨出する膨出部と、を有するカップ体に成形する第１成形工程と、前記第１の高さより低い第２の高さとなるように前記膨出部を押し下げて、前記筒状胴部の下端から連なる周状接地部と、前記周状接地部から中心軸側に向かって連なる上げ底部とを形成する第２成形工程と、を含み、前記上げ底部の外面表面積をＡＤ、前記周状接地部を輪郭とする仮想平面の面積をＡＢ、前記仮想平面と前記上げ底部とで囲まれる空間の容積をＶ
Ｄ
、前記上げ底部を形成する金属部材の体積をＶ
Ｍ
、とそれぞれ規定したとき、１．５５≧（ＡＤ／ＡＢ）≧１．４０、且つ、２５．５≧（Ｖ
Ｄ
／Ｖ
Ｍ
）≧２２．０の関係を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、耐圧性能に優れた上げ底部によってバックリングの発生を防止したシームレス缶体をより少ない量の材料で得ることができる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明のシームレス缶体及びその製造方法について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の一例を示してその内容について説明するものであり、本発明を意図的に限定するものではない。
［第１実施形態］
＜シームレス缶体１＞
図１に示すように、本実施形態のシームレス缶体１は、筒状胴部１０と、この筒状胴部１０の下端から連続する外周底部２０ａを少なくとも備えた缶底部２０と、を有するシームレス缶体である。なお図示では筒状胴部１０より上方は一例としてネック・フランジ形状が描かれているが、筒状胴部１０より上方は開口部１０ａを有する公知のシームレス缶体の構造が適用できる。
＜シームレス缶体１＞
図１に示すように、本実施形態のシームレス缶体１は、筒状胴部１０と、この筒状胴部１０の下端から連続する外周底部２０ａを少なくとも備えた缶底部２０と、を有するシームレス缶体である。なお図示では筒状胴部１０より上方は一例としてネック・フランジ形状が描かれているが、筒状胴部１０より上方は開口部１０ａを有する公知のシームレス缶体の構造が適用できる。
筒状胴部１０は、シームレス缶体１の側面を構成する部位であり、後述するアルミニウムやスチールなど公知の金属板を絞りしごき加工することで形成される。この筒状胴部１０は、用途により幅はあるが例えば一例として概ね０．０７～０．４０ｍｍ程度の厚みを持つように構成されている。
本実施形態における筒状胴部１０は、後述する下端１０ｅを下端部として、上端部は図１に示すようにネックショルダー（軸方向上方に向かうに従って縮径される部位）との境界までと定義される。
本実施形態における筒状胴部１０は、後述する下端１０ｅを下端部として、上端部は図１に示すようにネックショルダー（軸方向上方に向かうに従って縮径される部位）との境界までと定義される。
缶底部２０は、図１のとおり上記した筒状胴部１０の下端１０ｅから内側へ縮径するように連続する外周底部２０ａと、この外周底部２０ａの内側から開口部１０ａに向かって膨出する上げ底部３０とを少なくとも含んで構成されている。
なお図１からも明らかなとおり、本実施形態における外周底部２０ａと上げ底部３０は、シームレス缶体１をテーブルなどの平面上に載置した際に接地する周状接地部２０ｂを境に区分けされている。換言すれば、周状接地部２０ｂは筒状胴部１０の下端１０ｅから連なる部位であり、外周底部２０ａは筒状胴部１０と周状接地部２０ｂの間に位置する部位であるとも言える。
なお図１からも明らかなとおり、本実施形態における外周底部２０ａと上げ底部３０は、シームレス缶体１をテーブルなどの平面上に載置した際に接地する周状接地部２０ｂを境に区分けされている。換言すれば、周状接地部２０ｂは筒状胴部１０の下端１０ｅから連なる部位であり、外周底部２０ａは筒状胴部１０と周状接地部２０ｂの間に位置する部位であるとも言える。
このようにシームレス缶体１は、周状接地部２０ｂから上方に向けて凸状に形成された上げ底部３０を具備してなる。図示から明らかなとおり、本実施形態の上げ底部３０は、周状接地部２０ｂから中心軸側に向かって連なるように形成されている。なお、この上げ底部３０は、本実施形態では周状接地部２０ｂから立ち上がった後に緩やかなドーム（先に向かって凸）状のごとき形状となっているが、この形態に限られず、頂部の少なくとも一部が平板状となっていてもよい。
なお、本実施形態において、シームレス缶体１に用いられる金属素材の種類としては特に制限されない。すなわち、シームレス缶体に通常用いられる公知の金属板、例えばアルミニウム合金板や鋼板（例えばブリキ等）を使用することができる。また、金属板は少なくとも片面に公知のフィルムを積層したものや、有機樹脂を塗装したもの、化成処理を施したもの等、表面被覆を適宜施していてもよい。
また、本実施形態のシームレス缶体１は、例えば公知のフランジ加工やネッキング加工、ねじ加工等が施され、また、ビールや炭酸飲料、コーヒー、ジュース、流動食品等が内容物として収容された後に、開口部１０ａに公知の方法で蓋やキャップなどが取り付けられる。
また、本実施形態のシームレス缶体１は、例えば公知のフランジ加工やネッキング加工、ねじ加工等が施され、また、ビールや炭酸飲料、コーヒー、ジュース、流動食品等が内容物として収容された後に、開口部１０ａに公知の方法で蓋やキャップなどが取り付けられる。
＜上げ底部３０の構造的特徴＞
次に図１及び３なども参照しつつ、本実施形態における上記した上げ底部３０の構造について詳述する。
これらの図から明らかなとおり、本実施形態のシームレス缶体１における上げ底部３０は、この上げ底部３０の外面表面積をＡＤ、周状接地部２０ｂを輪郭とする仮想平面ＶＰの面積をＡＢ、とそれぞれ規定したとき、以下の式（１）で示す関係を満たしている。
１．５５≧（ＡＤ／ＡＢ）≧１．４０ ・・・（１）
次に図１及び３なども参照しつつ、本実施形態における上記した上げ底部３０の構造について詳述する。
これらの図から明らかなとおり、本実施形態のシームレス缶体１における上げ底部３０は、この上げ底部３０の外面表面積をＡＤ、周状接地部２０ｂを輪郭とする仮想平面ＶＰの面積をＡＢ、とそれぞれ規定したとき、以下の式（１）で示す関係を満たしている。
１．５５≧（ＡＤ／ＡＢ）≧１．４０ ・・・（１）
上述したとおり、近年ではいわゆる強炭酸など缶の内圧が高めとなる炭酸飲料も提供されるなど、飲料市場に投入される飲料の種類も豊富となってきている。このニーズの広範囲化に伴って、これら強炭酸やビールなどの炭酸飲料や果汁飲料などの非炭酸飲料が保存されるシームレス缶体にも優れた耐圧性能が希求されることが想定できる。シームレス缶体の耐圧性能を向上させるには板厚を単純に増加させることも考えられるが、缶自体の重量増やコスト増を招き現実的ではない。
そこで本発明者が鋭意検討した結果、本実施形態で開示する上げ底部３０は、上記（１）の関係式を満たすときに優れた耐圧性能を示せることに帰結した。すなわち、上記した（ＡＤ／ＡＢ）は、本実施形態における上げ底部３０の上方への膨出度合いをパラメータ（数値）化した概念であり、この膨出度合いとしての（ＡＤ／ＡＢ）が１．４０を超えると、製品市場において通常受け入れられる板厚と耐圧性能とのバランスが確保できる。
なお上げ底部３０の外面表面積ＡＤや仮想平面ＶＰの面積ＡＢは、公知の計算式により計算することもできるが、例えば市販の形状測定機によって容易にかつ精度よく求めることができる。本実施形態では、かような形状測定機として、株式会社東京精密製のコンターレコード（型番１６００ＤＨ）を用いて測定した。すなわち、カップの中心軸を通る平面上を移動する触針の上下動により生成した形状データをＣＡＤに移して断面形状を得て、これを元に回転体としての表面積ならびに（別途測定した板厚データを掛け合わせて）体積を十分な高精度をもって測定した。
一方でこの膨出度合いとしての（ＡＤ／ＡＢ）が１．４０未満であると、上げ底部の剛性確保が行えず、例えば板厚をより大きくせねばならずコスト増や資源の無駄使いにつながるなどの不具合が発生し得るようになってしまい、上記した板厚と耐圧性能とのバランスを確保することが困難となる。
なお膨出度合いとしての（ＡＤ／ＡＢ）の上限については、市場が要求する缶体の仕様によって種々設定できるが、例えば１．５５以下であることが好ましい。（ＡＤ／ＡＢ）＞１．５５となると、材料面積が過剰となりコストの増大または資源の無駄使いにつながるという不具合が発生し得るからである。
なお膨出度合いとしての（ＡＤ／ＡＢ）の上限については、市場が要求する缶体の仕様によって種々設定できるが、例えば１．５５以下であることが好ましい。（ＡＤ／ＡＢ）＞１．５５となると、材料面積が過剰となりコストの増大または資源の無駄使いにつながるという不具合が発生し得るからである。
さらに輸送コストなども鑑みると、本実施形態のシームレス缶体１は、耐圧性能に優れながらも軽量であることが望ましい。かような観点に基づいて本発明者が追求したところ、本実施形態で開示する上げ底部３０は、上記（２）の関係式を更に満たすときに、上記した優れた耐圧性能に加えて軽量化も実現できることに帰結した。
すなわち、上記した仮想平面ＶＰと上げ底部３０とで囲まれる空間の容積をＶＤ、上げ底部３０を形成する金属部材の体積をＶＭ、とそれぞれ規定したときに、以下の式（２）で示す関係を満たすことが望ましい。
２６．０≧（ＶＤ／ＶＭ）≧２２．０ ・・・（２）
すなわち、上記した仮想平面ＶＰと上げ底部３０とで囲まれる空間の容積をＶＤ、上げ底部３０を形成する金属部材の体積をＶＭ、とそれぞれ規定したときに、以下の式（２）で示す関係を満たすことが望ましい。
２６．０≧（ＶＤ／ＶＭ）≧２２．０ ・・・（２）
なお上記と同様に、上げ底部３０の上記した容積ＶＤや金属部材の体積ＶＭは、公知の計算式により計算することもできるが、市販の形状測定機によって容易にかつ精度よく求めることができる。本実施形態では、上記した形状測定機（株式会社東京精密製、商品名；コンターレコード、型番１６００ＤＨ）を用いて容積ＶＤと体積ＶＭの測定も行った。
なお、上記した（ＶＤ／ＶＭ）は本実施形態においては耐圧性能と軽量化および容器の内容量のバランス指標として機能しており、（ＶＤ／ＶＭ）の上限は２６以下であることが好ましい。（ＶＤ／ＶＭ）＞２６となると、耐圧性能の向上よりコスト増や内容量低下などのデメリットが発生し得るからである。
＜シームレス缶体１の製造方法＞
次に本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法について、図４～８も適宜参照しつつ説明する。
本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法としては、図１に示すような筒状胴部１０と缶底部２０とを有するシームレス缶体の製造方法であって、図４に示すとおりＳＴＥＰ１としての第１成形工程と、これに後続するＳＴＥＰとしての第２成形工程を少なくとも含む。
次に本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法について、図４～８も適宜参照しつつ説明する。
本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法としては、図１に示すような筒状胴部１０と缶底部２０とを有するシームレス缶体の製造方法であって、図４に示すとおりＳＴＥＰ１としての第１成形工程と、これに後続するＳＴＥＰとしての第２成形工程を少なくとも含む。
［第１成形工程］
本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法は、この第１成形工程において、金属素材（前駆体３）を、筒状胴部１０と、この筒状胴部１０の下端１０ｅから続く外周底部２０ａと、この外周底部２０ａから開口部へ向けて第１の高さＨｏで膨出する膨出部４と、を有するカップ体２に成形する（図５参照）。このとき、筒状胴部１０よりも内側の下端であって膨出部４との境には、暫定周状接地部２０ａ´が位置付けられている。このカップ体２は絞り・再絞り成形、絞り・しごき成形などの公知の成形加工法により成形可能である。
換言すれば、この第１成形工程では、金属素材（前駆体３）を、筒状胴部１０と、この筒状胴部１０よりも内側の下端に位置する暫定周状接地部２０ａ´と、この暫定周状接地部２０ａ´よりも内側に位置する第１の高さＨｏを有する膨出部４と、を有するカップ体２に成形しているとも言える。
本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法は、この第１成形工程において、金属素材（前駆体３）を、筒状胴部１０と、この筒状胴部１０の下端１０ｅから続く外周底部２０ａと、この外周底部２０ａから開口部へ向けて第１の高さＨｏで膨出する膨出部４と、を有するカップ体２に成形する（図５参照）。このとき、筒状胴部１０よりも内側の下端であって膨出部４との境には、暫定周状接地部２０ａ´が位置付けられている。このカップ体２は絞り・再絞り成形、絞り・しごき成形などの公知の成形加工法により成形可能である。
換言すれば、この第１成形工程では、金属素材（前駆体３）を、筒状胴部１０と、この筒状胴部１０よりも内側の下端に位置する暫定周状接地部２０ａ´と、この暫定周状接地部２０ａ´よりも内側に位置する第１の高さＨｏを有する膨出部４と、を有するカップ体２に成形しているとも言える。
なお図示のとおり、本実施形態におけるカップ体２の膨出部４は、この外周底部２０ａから内側上方に向けて延出する傾斜部Ｓと、この傾斜部Ｓの端部Ｓｅから内側のカップドーム部Ｄと、で構成されている。また、本実施形態のシームレス缶体の製造方法において、筒状胴部１０の成形方法としては、例えば特開平９－２８５８３２号公報に記載のような公知の方法を採用可能である。
より詳細に図５（ａ）～（ｃ）に例示する工程を説明する。
まず、上述した金属素材（ブランク）を用いて、公知の方法により缶胴部を形成することにより、カップ形状を有する前駆体３を準備する。
そして金属素材（前駆体３）を、筒状胴部１０と、前記筒状胴部１０の下端１０ｅから縮径するように続くカップ外周底部Ａと、このカップ外周底部Ａから内側上方に向けて第１の高さＨｏで膨出する上記した膨出部４と、を有するカップ体２に成形する。ここで傾斜部Ｓの端部Ｓｅは、カップドーム部Ｄとの接続点ともいうことができる。
まず、上述した金属素材（ブランク）を用いて、公知の方法により缶胴部を形成することにより、カップ形状を有する前駆体３を準備する。
そして金属素材（前駆体３）を、筒状胴部１０と、前記筒状胴部１０の下端１０ｅから縮径するように続くカップ外周底部Ａと、このカップ外周底部Ａから内側上方に向けて第１の高さＨｏで膨出する上記した膨出部４と、を有するカップ体２に成形する。ここで傾斜部Ｓの端部Ｓｅは、カップドーム部Ｄとの接続点ともいうことができる。
図５に示される第１成形工程は、公知のプレス工程等により筒状胴部１０が成形された前駆体３に対し、上型と下型とを用いて、分離した工程として実施することもできるし、しごき加工を行う工程に続くストローク終段で行うこともできる。
具体的な例としては、図５に示されるように、カップ形状を有する前駆体３内に位置してこれを支持する筒状のパンチ４０１と、前駆体３の外周底部を前記パンチ４０１と協動して支持するホールドダウンリング５０１と、ドーミングダイ５０２と、により上記第１成形工程が実施される。
具体的な例としては、図５に示されるように、カップ形状を有する前駆体３内に位置してこれを支持する筒状のパンチ４０１と、前駆体３の外周底部を前記パンチ４０１と協動して支持するホールドダウンリング５０１と、ドーミングダイ５０２と、により上記第１成形工程が実施される。
まず、パンチ４０１のテーパ部４０２とホールドダウンリング５０１のテーパ状支持部５０３とで前駆体３の外周底部を保持し、パンチ４０１とドーミングダイ５０２とがかみ合うように駆動して相対的に近接させて、ボトムにＨｏのカップドーム部Ｄを有するカップ体２を得ることができる。
ここで、上記第１成形工程により得られたカップ体２の形状について説明する。すなわち、カップ体２における傾斜部Ｓは、前記カップ外周底部Ａから内側上方に向けて延出するものである。
ここで、上記第１成形工程により得られたカップ体２の形状について説明する。すなわち、カップ体２における傾斜部Ｓは、前記カップ外周底部Ａから内側上方に向けて延出するものである。
すなわちカップ体２の傾斜部Ｓは、図５に示すように、Ｚ軸方向においてカップ体２の最も低い部分と、カップドーム部Ｄとの境（端部Ｓｅ）とで挟まれた曲線部分及び直線部分を言うものとする。
なお上記したカップドーム部Ｄの形状は一例であって、ドームの頂上を曲面状とせず例えば水平面状としてもよい。
なお上記したカップドーム部Ｄの形状は一例であって、ドームの頂上を曲面状とせず例えば水平面状としてもよい。
図５（ｃ）に示すように傾斜部Ｓは、垂直でもかまわないが、所定の角度θ１で傾斜させることがより好ましい。すなわち、傾斜部ＳとＺ軸のなす角度θ１については、５°～３０°であることが好ましく、第１成形工程後に内面にスプレー塗装法により塗膜を形成する場合にスプレー塗装がしやすくなるため１０°～３０°であることがより好ましい。
また、カップ外周底部Ａから傾斜部Ｓのなす角θ２における曲率半径Ｒ（図５（ｃ）参照）については単一の曲率半径の他に複数の異なる曲率半径を連ねた曲線を設定することもできる。例えば単一の曲率半径Ｒであれば、素板(ブランク)の板厚をｔ０として、Ｒ＝５×ｔ０～１５×ｔ０とすることが、第１成形工程後に内面にスプレー塗装法により塗膜を形成する場合にスプレー塗装がしやすくなるため、より好ましい。
さらに、カップ体２におけるカップドーム部Ｄの第１の高さＨｏは、後述する第２成形工程により得られるシームレス缶体１における上げ底部３０の高さＨｐよりも大きいことが好ましい。この理由としては、後述する第２成形工程においてカップ体２におけるカップドーム部Ｄを押し下げながら、傾斜部Ｓに圧縮応力を付与するためである。すなわち、カップ体２におけるカップドーム部Ｄの第１の高さＨｏを事前に大きくしておき、最終的にシームレス缶体１において好ましい上げ底部３０の高さＨｐを得るためである。
さらに、カップ体２におけるカップドーム部Ｄの第１の高さＨｏは、後述する第２成形工程により得られるシームレス缶体１における上げ底部３０の高さＨｐよりも大きいことが好ましい。この理由としては、後述する第２成形工程においてカップ体２におけるカップドーム部Ｄを押し下げながら、傾斜部Ｓに圧縮応力を付与するためである。すなわち、カップ体２におけるカップドーム部Ｄの第１の高さＨｏを事前に大きくしておき、最終的にシームレス缶体１において好ましい上げ底部３０の高さＨｐを得るためである。
［第２成形工程］
次に図６を参照しつつ、本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法のうち第２成形工程について説明する。
上記第１成形工程によって暫定周状接地部２０ａ´及び傾斜部Ｓを有するカップ体２が成形された後は、以下に詳述する第２成形工程が実施される。
次に図６を参照しつつ、本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法のうち第２成形工程について説明する。
上記第１成形工程によって暫定周状接地部２０ａ´及び傾斜部Ｓを有するカップ体２が成形された後は、以下に詳述する第２成形工程が実施される。
すなわち本実施形態におけるシームレス缶体１の製造方法は、この第２成形工程において、上記した第１の高さＨｏより低い第２の高さＨｐとなるように上記した膨出部４を押し下げて、筒状胴部１０の下端１０ｅから連なる周状接地部２０ｂと、この周状接地部２０ｂから中心軸側に向かって連なる上げ底部３０とを形成する。
換言すれば、この第２成形工程において、カップ体２に対して上記した膨出部４を押し下げることで、暫定周状接地部２０ａ´とは異なる位置に配置された周状接地部２０ｂと、第１の高さＨｏよりも低い高さＨｐを有する上げ底部３０と、を形成しているとも言える。
換言すれば、この第２成形工程において、カップ体２に対して上記した膨出部４を押し下げることで、暫定周状接地部２０ａ´とは異なる位置に配置された周状接地部２０ｂと、第１の高さＨｏよりも低い高さＨｐを有する上げ底部３０と、を形成しているとも言える。
このときの上げ底部３０の形状は、上述のとおり、外面表面積ＡＤと仮想平面ＶＰの面積ＡＢとで規定される上記式（１）を満たしている。また、このときの上げ底部３０の形状は、仮想平面ＶＰと上げ底部３０とで囲まれる空間の容積ＶＤと、上げ底部を形成する金属部材の体積をＶＭとで規定される上記式（２）を満たすことが望ましい。
より具体的に第２成形工程においては、前記カップ体２に対して、上述の第１成形工程における成形金型とは異なる金型により加工を施し、シームレス缶体１が成形される。すなわち、カップ体２を下型成形部材に当接させながら、上型成形部材を用いてカップ体２のカップドーム部Ｄに対して缶外方向（－Ｚ軸方向）に押圧力を加える。
あるいは、カップ体２を下型成形部材及び上型成形部材に当接させながら、下型成形部材を用いて＋Ｚ軸方向に押圧力を加えてもよい。
あるいは、カップ体２を下型成形部材及び上型成形部材に当接させながら、下型成形部材を用いて＋Ｚ軸方向に押圧力を加えてもよい。
より詳細には図６に示すように、カップ体２のカップ外周底部Ａをカップ外周側ホルダー６０に載せる。ドーム押し下げ工具７０が相対的に下降し、カップドーム部Ｄにドーム押し下げ工具７０の支持部７０１が接触する。ここで、カップ外周側ホルダー６０はテーパ面６０１及び溝６０２を有しており、カップ体２のカップ外周底部Ａが前記テーパ面６０１に接触した後に、ドーム押し下げ工具７０がさらに押し下げられることにより、カップ体２の傾斜部Ｓの金属が、圧縮応力を受けながら溝６０２内に案内され、押し込まれる。
そして、前記第１の高さＨｏより低い第２の高さＨｐとなるように、前記カップドーム部Ｄを押し下げる。同時に、上型成形部材（ドーム押し下げ工具７０）及び下型成形部材（カップ外周側ホルダー６０）を用いて、前記傾斜部Ｓに対して、子午線方向の圧縮応力σφならびに周方向の圧縮応力σθを作用させる。
なお図７は、本実施形態において、傾斜部Ｓが立ち上がり部２０ｄに形成される際に付与される圧縮応力を示す模式図である。すなわち、傾斜部Ｓを前記下型成形部材の溝６０２内に押し込まれる際、該傾斜部Ｓにはドーム押し下げ工具７０の押す力により子午線方向の圧縮応力σφと下型成形部材に倣おうとして径方向内側に移動することによる周方向の圧縮応力σθが同時に作用して、当該傾斜部Ｓにおける金属素材の厚みは増大する（図７における矢印方向σψ）。
なお図７は、本実施形態において、傾斜部Ｓが立ち上がり部２０ｄに形成される際に付与される圧縮応力を示す模式図である。すなわち、傾斜部Ｓを前記下型成形部材の溝６０２内に押し込まれる際、該傾斜部Ｓにはドーム押し下げ工具７０の押す力により子午線方向の圧縮応力σφと下型成形部材に倣おうとして径方向内側に移動することによる周方向の圧縮応力σθが同時に作用して、当該傾斜部Ｓにおける金属素材の厚みは増大する（図７における矢印方向σψ）。
このようにして、第２成形工程を経た後にシームレス缶体１が得られる。
成形が終了したら、ドーム押し下げ工具を相対的に上昇させ、シームレス缶体１をカップ外周側ホルダー６０から取り出せばよい。
ここで、第２成形工程後に得られるシームレス缶体１としては、上述した本実施形態におけるシームレス缶体１であることが好ましい。
すなわち、第２成形工程後に得られるシームレス缶体１としては、図１に示すように、外周底部２０ａ及び周状接地部２０ｂを有するものである。
成形が終了したら、ドーム押し下げ工具を相対的に上昇させ、シームレス缶体１をカップ外周側ホルダー６０から取り出せばよい。
ここで、第２成形工程後に得られるシームレス缶体１としては、上述した本実施形態におけるシームレス缶体１であることが好ましい。
すなわち、第２成形工程後に得られるシームレス缶体１としては、図１に示すように、外周底部２０ａ及び周状接地部２０ｂを有するものである。
なお、第２成形工程は、以下の特徴を有することがさらに好ましい。
すなわち、第２成形工程では、上述したカップ体２を第２成形工程の下型成形部材（カップ外周側ホルダー６０）に押し込むことで、傾斜部Ｓを、外周底部２０ａよりも内側に位置する周状接地部２０ｂと、前記周状接地部２０ｂよりも内側に位置する内側端部２０ｃと、前記内側端部２０ｃから上方に立ち上がる立ち上がり部２０ｄと、に形成する。
すなわち、第２成形工程では、上述したカップ体２を第２成形工程の下型成形部材（カップ外周側ホルダー６０）に押し込むことで、傾斜部Ｓを、外周底部２０ａよりも内側に位置する周状接地部２０ｂと、前記周状接地部２０ｂよりも内側に位置する内側端部２０ｃと、前記内側端部２０ｃから上方に立ち上がる立ち上がり部２０ｄと、に形成する。
さらにこの第２成形工程では、シームレス缶体１の立ち上がり部２０ｄとドーム部２０ｆとの接続点（最外端２０ｅ）の内径が、内側端部２０ｃの内径よりも大きくなるように、缶体軸の外方に向かって最外端２０ｅが凸となるリング溝を形成する。言い換えると、同図のとおり、最外端２０ｅの付近では、断面図において概ね「⊂」又は「⊃」形状となっている。
従来、回転ロールや割型を用いて上記したようなリング溝を形成するリフォーム成形方法（ボトムリフォーム加工）が存在した。しかしながら従来の方法では、加工部位が薄くなりやすく十分に深い溝を形成することが困難であった。
これに対して本実施形態で示した方法によればリング溝部の板厚は薄くならず逆に厚くなる傾向が生じ、且つ無理なく深い溝が形成できる。
従来、回転ロールや割型を用いて上記したようなリング溝を形成するリフォーム成形方法（ボトムリフォーム加工）が存在した。しかしながら従来の方法では、加工部位が薄くなりやすく十分に深い溝を形成することが困難であった。
これに対して本実施形態で示した方法によればリング溝部の板厚は薄くならず逆に厚くなる傾向が生じ、且つ無理なく深い溝が形成できる。
本実施形態のシームレス缶体の製造方法において、第１成形工程と第２成形工程との間で、カップ体２のカップ外周底部Ａの上部の形状や長さに変化は与えられない。
すなわち、カップ体２をカップ外周側ホルダー６０に載せた際に、カップ体２のカップ外周底部Ａとカップ外周側ホルダー６０のテーパ面６０１とが接触する面の、Ｚ軸方向において最も低い点をＴ点とする。このＴ点は、ドーム押し下げ工具７０の下降及びカップドーム部Ｄの押し下げに伴って、位置は変化しない。（図６参照）
すなわち、カップ体２をカップ外周側ホルダー６０に載せた際に、カップ体２のカップ外周底部Ａとカップ外周側ホルダー６０のテーパ面６０１とが接触する面の、Ｚ軸方向において最も低い点をＴ点とする。このＴ点は、ドーム押し下げ工具７０の下降及びカップドーム部Ｄの押し下げに伴って、位置は変化しない。（図６参照）
一方で、第２成形工程により、カップ体２の傾斜部Ｓであった部分は、シームレス缶体１の外周底部２０ａの一部と周状接地部２０ｂと内側端部２０ｃと立ち上がり部２０ｄとに成形される（図２なども適宜参照）。すなわちカップ体２の傾斜部Ｓは、カップ外周側ホルダー６０の溝６０２に最終的には大半が入り込む。
なおこの第２成形工程において、カップ体２と上下金型との間の接触には著しい摺動がない。そのため、カップ体２の金属表面の損傷を生じることはなく、もとより潤滑剤を使用する必要はない。
なおこの第２成形工程において、カップ体２と上下金型との間の接触には著しい摺動がない。そのため、カップ体２の金属表面の損傷を生じることはなく、もとより潤滑剤を使用する必要はない。
また、素板（ブランク）の板厚ｔ０としては、通常シームレス缶体を製造される場合の板厚であればよく、用途により概ねｔ０＝０．１５ｍｍ～０．４ｍｍ程度の厚さの金属板を打ち抜いて素板（ブランク）として使用することができるが、上記厚みに限定されるものではない。
［表面被覆処理工程］
素板として、表面に有機被覆を持たない金属板を用いた場合には、図４に示すとおり、本実施形態のシームレス缶体の製造方法においては、上記した第１成形工程と第２成形工程との間に、カップ体２の少なくとも内面に対して表面被覆処理を行う内面処理工程（ＳＴＥＰ２）をさらに有することが好ましい。かような表面被覆処理としては、シームレス缶体１の内面側に用いられる公知の塗膜などの塗装が挙げられる。
素板として、表面に有機被覆を持たない金属板を用いた場合には、図４に示すとおり、本実施形態のシームレス缶体の製造方法においては、上記した第１成形工程と第２成形工程との間に、カップ体２の少なくとも内面に対して表面被覆処理を行う内面処理工程（ＳＴＥＰ２）をさらに有することが好ましい。かような表面被覆処理としては、シームレス缶体１の内面側に用いられる公知の塗膜などの塗装が挙げられる。
また、さらに外面側においては、第１成形工程以降の搬送性や耐食性を確保する目的で、カップ体２の最下端曲率部を中心として、カップ外周底部Ａから傾斜部Ｓにかけての範囲の部分に有機被膜４０ａ及び４０ｂ（図８参照）を施すことができる。
すなわち本実施形態では、少なくとも第１成形工程および第２成形工程といった形で２工程以上の成形加工を行うため、これら成形工程間とそれ以降の搬送時にシームレス缶体の底部が擦れることが想定される。これに対し、例えば上記した有機被膜４０を第１成形工程と第２成形工程の間で付与することで、暫定周状接地部２０ａ´と周状接地部２０ｂとにそれぞれ有機被膜４０ａおよび４０ｂが形成される（図８参照）ことになる。
すなわち本実施形態では、少なくとも第１成形工程および第２成形工程といった形で２工程以上の成形加工を行うため、これら成形工程間とそれ以降の搬送時にシームレス缶体の底部が擦れることが想定される。これに対し、例えば上記した有機被膜４０を第１成形工程と第２成形工程の間で付与することで、暫定周状接地部２０ａ´と周状接地部２０ｂとにそれぞれ有機被膜４０ａおよび４０ｂが形成される（図８参照）ことになる。
図９に、カップ外周底部Ａから傾斜部Ｓにかけての範囲の部分に有機被膜４０を塗布可能な塗布装置の一例を示す。同図に示すように、カップ体２は搬送機構ＴＭによって水平移動されるときに、収容容器ＳＣ内に貯留された塗膜液ＬＱ（有機被膜４０となる液体）を塗布用ローラーＲ１及びＲ２によってカップ体２の底部へ塗布することができる。ローラーＲ２の表面には適度な弾性を有するゴム材を用いているためカップ外周底部Ａから傾斜部Ｓにかけての範囲の部分に確実に塗布することができる。
なお上記した塗布装置は一例であって、例えば公知のロボットハンドラなどでカップ体２の底部へ塗膜液ＬＱをスプレー塗布するなど公知の手法を適用してもよい。
なお上記した塗布装置は一例であって、例えば公知のロボットハンドラなどでカップ体２の底部へ塗膜液ＬＱをスプレー塗布するなど公知の手法を適用してもよい。
なお上記ＳＴＥＰ２としての表面被覆処理工程の他に、第１成形工程と第２成形工程との間に、カップ体２に対して、適宜公知の洗浄工程、印刷工程、筒状胴部への形状付与加工、あるいは第２成形工程を行うのに支障がない範囲でのネックイン（口絞り）加工等が実施されてもよい。
以上説明した本実施形態のシームレス缶体１およびその製造方法によれば、優れた耐圧性能を有するシームレス缶体を実現でき、軽量化及び缶底の耐圧強度の要求を高い次元で両立することが可能となる。
上記した手法に基づいて実施した実験例を図１０も参照しながら以下に示す。しかしながら、本発明は以下の実験例に何ら限定されるものではない。
まず金属素材（前駆体３）として板厚が０．２００ｍｍ、０．２０５ｍｍ、０．２１５ｍｍ、０．２２５ｍｍ、０．２４０ｍｍ、０．２４５ｍｍ、０．２５０ｍｍのアルミニウム合金板（ＪＩＳ Ｈ ４０００ Ａ３１０４－Ｈ１９材）を準備し、上記第１成形工程、表面処理工程および第２成形工程を行って、内容積３５０ｍＬで缶径が２１１Ｄ（外径φ６６．０ｍｍ）の後に述べる実験例１～１９のように缶底の仕様の異なる絞りしごき缶（ＤＩ缶）すなわちシームレス缶体１を製造した。
まず金属素材（前駆体３）として板厚が０．２００ｍｍ、０．２０５ｍｍ、０．２１５ｍｍ、０．２２５ｍｍ、０．２４０ｍｍ、０．２４５ｍｍ、０．２５０ｍｍのアルミニウム合金板（ＪＩＳ Ｈ ４０００ Ａ３１０４－Ｈ１９材）を準備し、上記第１成形工程、表面処理工程および第２成形工程を行って、内容積３５０ｍＬで缶径が２１１Ｄ（外径φ６６．０ｍｍ）の後に述べる実験例１～１９のように缶底の仕様の異なる絞りしごき缶（ＤＩ缶）すなわちシームレス缶体１を製造した。
得られた各種のシームレス缶体１および市販品２種に対し、上記した形状測定機（株式会社東京精密製、商品名；コンターレコード、型番１６００ＤＨ）を用いて缶体の中心線を通る外面側の輪郭を測定し、得られた形状データをＣＡＤに移して、上記した外面表面積ＡＤ、周状接地部２０ｂを輪郭とする仮想平面の面積ＡＢ、仮想平面ＶＰと上げ底部３０とで囲まれる空間の容積ＶＤ、及び上げ底部３０を形成する金属部材（本例ではアルミニウム合金）の体積ＶＭを含む各種パラメータを算出した。
また、このようにして得られたシームレス缶体１に対し、耐圧性能試験を実施した。耐圧強度は、缶の開口部を孔付き板で密封し、この孔よりパイプを通して加圧水を缶内に送入することにより行なった。耐圧（バックリング圧）評価は、炭酸飲料用に適用可能な耐圧として０．６８６ＭＰａを超えるものを「○」とし、これ以下のものを「×」と評価した。
缶製造に要する材料を節減する意図から、缶底部の材料使用量として上げ底部のメタル体積ＶＭに着目し、６１５ｍｍ３を下回るものを「○」と評価し、これ以上のものを「×」と評価した。
缶製造に要する材料を節減する意図から、缶底部の材料使用量として上げ底部のメタル体積ＶＭに着目し、６１５ｍｍ３を下回るものを「○」と評価し、これ以上のものを「×」と評価した。
上げ底部３０の容積ＶＤが過大になることによる容器内容量が減少してしまう不利益を評価するために、上げ底部３０の容積ＶＤに着目し、１７０００ｍｍ３（＝１７ｍl）を下回るものを「○」と評価し、これ以上のものを「×」と評価した。なお本実験例のシームレス缶体１の内容量は一例として３５０ｍｌを想定しており、１７ｍｌはその約５％にあたる。
これらの評価結果“耐圧性能”、“材料使用量”、“容量減少”が全て「○」となるものに総合評価を「○」とし、ひとつでも「×」の評価があるものを総合評価「×」とした。
表１に実験例１～１９のシームレス缶体１及び市販品２種の仕様（測定値、算出値）ならびに評価結果をまとめて示した。
これらの評価結果“耐圧性能”、“材料使用量”、“容量減少”が全て「○」となるものに総合評価を「○」とし、ひとつでも「×」の評価があるものを総合評価「×」とした。
表１に実験例１～１９のシームレス缶体１及び市販品２種の仕様（測定値、算出値）ならびに評価結果をまとめて示した。
実験例１は、本発明の成形方法による基本的仕様として挙げるもので、現時点で市販されている缶径２１１Ｄ(約６６ｍｍ)の市販品と比較して、接地径はほぼ同じで、素材板厚０．２２５ｍｍは著しく薄肉であるにもかかわらず総合評価は「○」となった。このように実験例１では、缶底の性能およびコスト面が共に極めて優れていることが示されている。
実験例２～５は、上記した実験例１より上げ底部３０の高さＨｐを増やす変更を行ったものである。図１０に示す最外端２０ｅの内径φｄＲや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏ（図５（ｃ）参照）も適宜増やして成形した。
実験例２～５は、上記した実験例１より上げ底部３０の高さＨｐを増やす変更を行ったものである。図１０に示す最外端２０ｅの内径φｄＲや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏ（図５（ｃ）参照）も適宜増やして成形した。
実験例６～８は、実験例１より素材板厚を減少させる変更を行ったものである。
実験例９～１１は、実験例１より素材板厚を増加させる変更を行ったものである。
実験例１２～１５は、実験例１より最外端２０ｅの内径φｄＲを減少させる変更を行ったものである。上げ底部３０の高さＨｐや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏも適宜減少させて成形した。
実験例９～１１は、実験例１より素材板厚を増加させる変更を行ったものである。
実験例１２～１５は、実験例１より最外端２０ｅの内径φｄＲを減少させる変更を行ったものである。上げ底部３０の高さＨｐや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏも適宜減少させて成形した。
実験例１６は、実験例１より最外端２０ｅの内径φｄＲを増加させる変更を行ったものである。上げ底部３０の高さＨｐや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏも適宜増やして成形した。
実験例１７、１８は、実験例１６より最外端２０ｅの内径φｄＲをさらに増加させる変更を行うためにドーム球面半径ｒＤ（図１０参照）を４０ｍｍにやや大きくしたものである。上げ底部３０の高さＨｐや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏも適宜変更して成形した。
実験例１７、１８は、実験例１６より最外端２０ｅの内径φｄＲをさらに増加させる変更を行うためにドーム球面半径ｒＤ（図１０参照）を４０ｍｍにやや大きくしたものである。上げ底部３０の高さＨｐや内側端部２０ｃの最内径φｄｅは変わらないように、予めそれぞれ第１の高さＨｏも適宜変更して成形した。
実験例１９は、実験例４より素材板厚を０．２１５ｍｍに減少させる変更を行ったものである。
２種類の市販品は、現時点において市場に流通しているものの中で、内容物は炭酸ガスを含み、底部にロールによる所謂リフォーム成形が施されており、且つ比較的薄肉で軽量と思しきものを選定し、これを測定、評価したものである。
以上の実験例の評価結果で、総合評価が「○」となるものはいずれも、（ＡＤ／ＡＢ）の値と（ＶＤ／ＶＭ）の値は共に本発明の請求項に規定される数値の範囲内であった。一方で総合評価が「×」となるものは、いずれも（ＡＤ／ＡＢ）の値と（ＶＤ／ＶＭ）の値は共に本発明の請求項に規定される数値の範囲外であった。
２種類の市販品は、現時点において市場に流通しているものの中で、内容物は炭酸ガスを含み、底部にロールによる所謂リフォーム成形が施されており、且つ比較的薄肉で軽量と思しきものを選定し、これを測定、評価したものである。
以上の実験例の評価結果で、総合評価が「○」となるものはいずれも、（ＡＤ／ＡＢ）の値と（ＶＤ／ＶＭ）の値は共に本発明の請求項に規定される数値の範囲内であった。一方で総合評価が「×」となるものは、いずれも（ＡＤ／ＡＢ）の値と（ＶＤ／ＶＭ）の値は共に本発明の請求項に規定される数値の範囲外であった。
以上で示した実験例などでは缶径が全て６６ｍｍにおいて行われていたが、（ＡＤ／ＡＢ）の値と（ＶＤ／ＶＭ）の値は共に無次元数であり、耐圧性能、コスト面の評価は缶の大きさに関わらず相似則が成り立つ。すなわち、本発明は、上記した缶径が６６ｍｍであるものに限られず、種々の缶径において本発明の規定する数値範囲を実施でき、かような場合にも上記で示した作用効果と同様の作用効果を奏する。
以上説明した実施形態は本発明の趣旨を具現化した一例であり、本発明の上記趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えてもよい。さらには本発明の上記趣旨を逸脱しない範囲で実施形態で示したシームレス缶体に対して公知の構造を追加してもよい。
本発明は、優れた耐圧性能が要求される容器に対して適用可能であり、特に飲料や薬品などの液体を貯蔵可能な缶体に利用することができる。
１ シームレス缶体
２ カップ体
３ 前駆体
４ 膨出部
１０ 筒状胴部
２０ 缶底部
６０ 下型成形部材（カップ外周側ホルダー）
７０ 上型成形部材（ドーム押し下げ工具）
Ｄ カップドーム部
Ｓ 傾斜部
Ｈｐ 上げ底部３０の高さ（第２の高さ）
Ｈｏ 膨出部４の高さ（第１の高さ）
２ カップ体
３ 前駆体
４ 膨出部
１０ 筒状胴部
２０ 缶底部
６０ 下型成形部材（カップ外周側ホルダー）
７０ 上型成形部材（ドーム押し下げ工具）
Ｄ カップドーム部
Ｓ 傾斜部
Ｈｐ 上げ底部３０の高さ（第２の高さ）
Ｈｏ 膨出部４の高さ（第１の高さ）
Claims (2)
- 筒状胴部と、
前記筒状胴部の下端から連なる周状接地部と、
前記周状接地部から中心軸側に向かって連なる上げ底部と、を含み、
前記上げ底部の外面表面積をＡＤ、前記周状接地部を輪郭とする仮想平面の面積をＡＢ、前記仮想平面と前記上げ底部とで囲まれる空間の容積をＶ Ｄ 、前記上げ底部を形成する金属部材の体積をＶ Ｍ 、とそれぞれ規定したとき、
１．５５≧（ＡＤ／ＡＢ）≧１．４０、且つ、
２５．５≧（Ｖ Ｄ ／Ｖ Ｍ ）≧２２．０
の関係を満たすことを特徴とするシームレス缶。 - 金属素材を、筒状胴部と、前記筒状胴部の下端から続く外周底部と、前記外周底部から開口部へ向けて第１の高さで膨出する膨出部と、を有するカップ体に成形する第１成形工程と、
前記第１の高さより低い第２の高さとなるように前記膨出部を押し下げて、前記筒状胴部の下端から連なる周状接地部と、前記周状接地部から中心軸側に向かって連なる上げ底部とを形成する第２成形工程と、を含み、
前記上げ底部の外面表面積をＡＤ、前記周状接地部を輪郭とする仮想平面の面積をＡＢ、前記仮想平面と前記上げ底部とで囲まれる空間の容積をＶ Ｄ 、前記上げ底部を形成する金属部材の体積をＶ Ｍ 、とそれぞれ規定したとき、
１．５５≧（ＡＤ／ＡＢ）≧１．４０、且つ、
２５．５≧（Ｖ Ｄ ／Ｖ Ｍ ）≧２２．０
の関係を満たす、ことを特徴とするシームレス缶体の製造方法。
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