JPWO2013146470A1 - ねじ付きボトル缶の製造方法及び製造装置 - Google Patents

ねじ付きボトル缶の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Abstract

塗装等に損傷を与えることなくねじ成形加工できるとともに、寸法安定性が良く、再度のシール操作性も向上させる。胴部の上方に肩部3、筒状部18、テーパ部17、開口端部16を形成する中間成形体形成工程と、筒状部18を挟み込んだ中子64Aと外子64Bとによりねじ部を形成するねじ部形成工程とを有し、中間成形体形成工程では、筒状部の外径をねじ部の山径と谷径との間の中間径に形成し、ねじ部形成工程では、テーパ部の途中位置にねじ始まり部を形成するようにテーパ部から筒状部にかけてねじ部を形成するとともに、中子の右ねじ状凸部の一段目の高さをねじ始まり部から周方向に連続する90?の角度範囲で二段目以降の高さより低く形成しておき、中子及び外子を有するねじ成形ツールを中間成形体の開口端から底部に向かう方向に見て左回りに公転させながら転動させる。

Description

本発明は、キャップが螺着されるねじを有するねじ付きボトル缶の製造方法及び製造装置に関する。
本願は、2012年3月27日に出願された特願2012−71109号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
飲料等の内容物が充填される容器として、ねじ部を有する口金部にキャップが螺着されるアルミニウム合金製のボトル形状の缶(ボトル缶)が知られている。
このボトル缶は、特許文献1〜特許文献3に開示されるように、アルミニウム合金板を絞り加工及びしごき加工(DI成形)により底板部と円筒状側面部とが一体となった筒体に成形し、その開口部を縮径して肩部を形成するとともに、この肩部の上端に形成される小径の首部よりも上方部分に、ねじ成形のための拡径した筒状部を形成した後、この筒状部にねじ成形加工を施し、開口端部にカール部形成加工を施す等により製造される。
このボトル缶の製造工程において、ねじ部は、筒状部内に挿入した中子と筒状部の外側に配置した外子との間に筒状部を挟み込み、これら中子と外子を自転させながら缶の軸心回りに公転することにより形成される。ねじ部は、通常右ねじであり、この右ねじを形成するために、中子には右ねじ状凸部が形成され、外子には左ねじ状凸部が形成されている。
特許文献3には、缶の内面塗装に対し損傷を与えないで開口部を加工する方法として、ねじ成形加工する前の中間成形体において、肩部から少なくとも二段以上に絞り加工して口部を形成することにより、開口端から二段目の部位に、ねじの山部の外径と谷部の外径との中間径の外径を有する筒状部を形成しておき、この筒状部を中子と外子で挟み込んでねじ成形加工することが記載されている。
また、本出願人は、特許文献4で、複数巻形成されるねじ部のうち、開口端から一段目の山部の高さを二段目以降の山部の高さよりも低く設定することで、キャップを開栓した後に再度閉める際のトルクを低減することを提案した。
米国特許第5704240号明細書 特開平5−229545号公報 特開2002−66674号公報 特開2004−74168号公報
この種のボトル缶は、開栓した後に、再度キャップを被せてシールでき、特許文献4記載の技術により再度のシール操作の改善が図られたが、瓶容器とは異なり、金属製のボトル缶であるため、ねじ部の寸法が安定しないという問題がある。すなわち、ねじ加工時、特許文献3記載のように塗装に損傷を与えないように加工する必要がある反面、その加工が緩やかになるとスプリングバック等により、寸法がばらつき易く、再度のシール操作時のトルクが高くなる不具合が生じるという問題であり、さらなる改善が求められている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、塗装等に損傷を与えることなくねじ成形加工できるとともに、寸法安定性が良く、再度のシール操作性も向上させたねじ付きボトル缶の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
本発明者は、開栓した後の再度のシール操作について鋭意研究した結果、特許文献4記載のように、開口端から山部の一段目の高さを二段目以降の高さよりも低く設定することが、再度のシールの際にキャップを被せるときの抵抗の低減に有利であるが、その状態を確実に成形するためには、ねじ部成形のための中子と外子の転動方向を特定の方向とすることが重要であるとの結論に至った。さらに、この山部の一段目の高さを低くしたとしても、それだけでは不十分であり、再度のシール操作時に、キャップの内面側のねじ条の最下端が山部の一段目と二段目との間の谷部に案内されるまでの間に抵抗が生じないことも重要であるとの結論に至り、以下の解決手段とした。
本発明のボトル缶の製造方法は、胴部の上端から上方に向けて漸次縮径する肩部と、この肩部の上端から上方に延びる筒状の首部と、この首部の上端部を周回して外方に膨出する凸条状または内方に膨出する凹溝状の余肉部と、この余肉部の上端から上方に延びる筒状部と、該筒状部の上端から開口端部に向けて漸次縮径するテーパ部とを有する中間成形体を形成する中間成形体形成工程と、右ねじ状凸部及びこの右ねじ状凸部の下方を周回する外方に膨出した中子膨出部を有する中子と左ねじ状凸部及びこの左ねじ状凸部の下方を周回する外方に膨出した外子膨出部を有する外子とを備えるねじ成形ツールを用いて、前記中子を前記筒状部及び前記余肉部の内側に配置するとともに前記外子を前記筒状部及び前記余肉部の外側に配置し、これら中子及び外子の間に前記余肉部及び前記筒状部近傍を挟み込み、その挟み込み状態で前記ねじ成形ツールを前記筒状部の周方向に沿って前記中間成形体の開口端から底部に向けた方向に見て左回りに公転させながら転動させることにより前記中間成形体にねじ部及びこのねじ部の下部を周回して外方に膨出する顎部を形成するねじ部形成工程とを有し、前記中間成形体形成工程では、前記筒状部の外径を前記ねじ部形成工程後の前記ねじ部の山部の外径と谷部の外径との間の中間の外径に形成し、前記ねじ成形ツールは、前記ねじ部形成工程の前記挟み込み状態において前記中子の前記右ねじ状凸部と前記外子の左ねじ状凸部の谷底との間及び前記中子の前記右ねじ状凸部の谷底と前記外子の左ねじ状凸部との間に、前記中間成形体の板厚よりも大きいクリアランスを形成するように設けられ、前記ねじ部形成工程後の前記ねじ部において、最大径部分を含む所定範囲における前記山部の隣接する前記谷部からの平均高さをhと設定するとともに、前記ねじ部の上方側において前記山部の隣接する前記谷部からの高さが0.5hとなる位置を0°のねじ始まり部、このねじ始まり部から360°の位置を二段目始まり部と設定し、前記中子の前記右ねじ状凸部において、前記ねじ部の前記二段目始まり部を形成する部分を二段目始まり形成部として、前記ねじ部形成工程では、前記ねじ始まり部における缶軸方向に沿う前記中間成形体の縦断面において前記テーパ部と前記筒状部との間の屈曲部が前記中子の前記二段目始まり形成部の前記山部とその上方の前記谷部との間に配置されるように、前記ねじ成形ツールと前記中間成形体とを配置し、前記ねじ始まり部から360°の前記二段目始まり部までの範囲において前記山部の外径が増大するように、かつ前記ねじ始まり部から90°の範囲において前記山部の隣接する前記谷部からの高さが0.5hを超えてh未満となるように前記山部を形成し、前記中間成形体の前記テーパ部の途中位置に前記ねじ始まり部を形成するとともに前記テーパ部から前記筒状部にかけてねじ部を形成する。
この製造方法によれば、ボトル缶のねじ部のねじ始まり部から360°の二段目始まり部までの範囲において山部の外径が増大するように、すなわちねじ部の一段目の高さを二段目以降の高さより低く形成しておくことにより、再度のシール時にキャップを被せるときの抵抗を小さくできる。
ただし、このねじ部に右ねじを形成する際に、中子及び外子を有するねじ成形ツールを中間成形体の開口端から底部に向かう方向に見て右回りに公転させながら転動させると、ねじ山が上方から下方へ向けて形成されるため、開口端に近い上端が自由端であることから材料が引き寄せられる。このため、十分な張力が作用しない状態で曲げ加工がされ、スプリングバックが生じて一段目の山部の高さが目標より高くなる傾向にある。
これに対して、中子及び外子を有する前記ねじ成形ツールを、前記中間成形体の開口端から底部に向かう方向に見て左回りに公転するように転動させると、ねじ形成部分の下端(底部側)が胴部に固定されているため、筒状部の下端側から開口端部に向けて素材を引き延ばすようにねじ部が成形される。つまり、中間成形体におけるねじ部の素材に十分に張力が作用した状態で曲げ加工がされ、ねじ部の形状が中子の形状に沿い易くなる。したがって、本発明の方法により、ねじ部の一段目の山部の高さを二段目以降の山部の高さより確実に低く形成できる。
さらに、本発明では、中間成形体において筒状部の下部を周回する余肉部を設けておき、ねじ成形加工時にこの余肉部を膨出する顎部に成形している。このため、顎部を形成するねじ成形ツールによって筒状部の下部が押さえられ、筒状部に対して張力を作用させやすい状態でねじ部を成形できる。また、余肉部が設けられていることにより、ねじ成形時に筒状部の下部に過大な張力が作用せず、材料破損を防止できる。
特許文献3記載の方法では、ねじ部形成前の筒状部の外径が、ねじ部の山部の外径と谷部の外径との中間径に形成され、この中間径の位置でねじ成形加工している。このため、カール部からねじ部の山部の一段目の一周分までに至るテーパ部(特にねじ始まり部の手前の部分)において、谷部の外径より大きな外径を有する未加工部が残ってしまい、この未加工部がキャップを再度シールする際の抵抗となる。
これに対して、本発明の方法では、筒状部の外径をねじ部の山部の外径と谷部の外径との中間の外径に形成しておくとともに、ねじ始まり部がテーパ部の途中位置に形成されるようにねじ成形加工することにより、ねじ始まり部の手前に未加工のテーパ部が残っても、その未加工部がねじ部の谷部の外径より大きくなることが抑制される。したがって、キャップを再度シールする際に、キャップを被せて、キャップ内側のねじ条の最下端がボトル缶のねじ始まり部と山部の二段目との間の谷部に案内されるまでの間の抵抗を小さくできる。
この場合、ねじ部形成前の筒状部を山部の外径と谷部の外径との中間の外径に形成していることから、ねじ部形成工程での加工時の塑性変形量は小さい。また、テーパ部に形成されるねじ始まり部から周方向に連続する少なくとも90°の角度範囲の領域では、山部の外径と谷部の外径との中間の外径より小さい外径の部分を加工する。この部分は不完全ねじ部である一段目のねじ成形であり、その上方の開口端部は成形されないので、加工の際に材料の流れを拘束することは少ない。
また、本発明のボトル缶の製造方法では、ねじ部の成形時に中子と外子との間に板厚よりも大きいクリアランスを設けているので、金属の流れが良好であり、塗料の剥がれや材料の破損を防止できる。
このように、本発明では、ねじ部の山部の一段目の高さを二段目以降よりも確実に低くし、かつ、ねじ始まり部の手前の部分のテーパ部の最大径を谷部の外径より大きくならないから、キャップを再度シールする際の抵抗を小さくできる。
なお、ここでは成形されたねじ部の谷部は略一定の外径を有するものとして、山部とその山部に隣接する谷部との間の半径差を山部の「高さ」と呼び、山部の外径を山径、谷部の外径を谷径という場合がある。
さらに、本発明に係る製造方法では、前記ねじ始まり部における缶軸方向に沿う縦断面において、前記中間成形体の前記テーパ部と前記筒状部との間の屈曲部が、前記中子の前記二段目始まり部の前記山部とその上方の前記谷部との間の範囲内に配置されるように、前記ねじ成形ツールと前記中間成形体を配置している。これにより、ねじ山の上方で加工されないテーパ部の最大外径を、ねじ部の谷径以下にできる。
また、本発明のねじ付きボトル缶の製造方法において、前記テーパ部は、缶軸方向に対して10°〜30°の角度であるとよい。
また、本発明のねじ付きボトル缶の製造方法において、前記ねじ部形成工程の後に、前記開口端部を折り返しながら丸め、さらに半径方向内方に押しつぶすことにより前記ねじ部より上方にカール部を形成するカーリング加工工程を有することが好ましい。ねじ部を下端側から開口端に向けて成形する場合、開口端の剛性が高いとねじ部の成形の妨げとなるおそれがある。このため、開口端の剛性を高めるカール部は、ねじ部を形成した後に形成することが好ましい。
本発明によれば、十分な張力を作用させてねじ部を成形するので、ねじ部の山部の一段目の高さが二段目以降の高さより大きくなることを防止できるとともに、ねじ部の一段目におけるねじ始まり部の手前のテーパ部がねじ部の谷部の外径より大きくなることを抑制できるので、再度のシール操作を容易にできる。また、ねじ成形加工時の塑性変形量も小さく、一段目の山部の加工においても成形時の材料流れの拘束が少ないので、内面塗装への損傷も抑制できる。
本発明の一実施形態におけるボトル缶の上半分を示す正面図である。 ボトル缶の製造工程の初期の段階を(a)〜(c)の順に示す断面図である。 中間成形体の成形工程を(a)〜(d)の順に示す要部の断面図である。 中間成形体の筒状部付近の正面図である。 ボトル缶製造装置を概略的に示す正面図である。 図5のA−A線に沿う矢視図である。 段付き成形体の小径部を拡径するパンチを示す断面図である。 図7に示す加工で形成された大径部を縮径するダイネッキング加工用成形ツールを示す断面図である。 ねじ成形ツールを示す断面図である。 図9のD−D線に沿う開口端から底部に向かう方向の矢視図である。 図9のE−E線に沿う底部から開口端に向かう方向の矢視図である。 カール部成形ツールを示す断面図である。 ねじ始まり形成部を左端側に配置した状態のねじ成形ツールの中子の正面図である。 中間成形体の筒状部を介してねじ成形ツールの中子と外子を配置した状態を示しており、ねじ部のねじ始まり部における缶軸方向に沿う中間成形体の縦断面図である。 中子を中間成形体の筒状部に接触させた状態を示す中間成形体の縦断面図である。 中子と外子との間に中間成形体の筒状部を挟み込んだ状態を示す中間成形体の縦断面図である。 図1に示す−45°の位置における缶軸方向に沿うボトル缶に対応する位置の中間成形体の縦断面図及びこの位置におけるねじ成形ツールを示す縦断面図である。 本発明に係る一実施形態のボトル缶とキャップとの関係を示す断面図であり、左半分がボトル缶にキャップを螺着した状態、右半分が再螺着前でボトル缶にキャップを被せた状態をそれぞれ示している。 従来のボトル缶とキャップとの関係を示す図17同様の断面図である。 実施例及び比較例に係る各ボトル缶のねじ部について、図1に示す−45°の位置に対応する缶軸方向に沿う縦断面図である。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
ボトル缶1は、アルミニウム又はアルミニウム合金の薄板金属からなり、有底円筒状の胴部2に、図1に示すように、上方に向けて漸次縮径する肩部3と、この肩部3の上端から上方に延びる筒状小径の首部4と、この首部4の上端に口金部5とが形成されている。口金部5は、外周に形成されたねじ部6と、ねじ部6より下方に形成されキャップのスカート端部を固定する顎部7と、ねじ部6より上方に形成されたカール部8とを有する。
このボトル缶1を製造するには、まず、アルミニウム板材を打ち抜いて絞り加工することにより、図2(a)に示すように比較的大径で浅いカップ10を成形した後、このカップ10に再度の絞り加工及びしごき加工(DI加工)を加えて、図2(b)に示すように所定高さの筒体11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11の底部は最終のボトル缶1としての底部形状に成形される。
次いで、図5及び図6に示すボトル缶製造装置20により、ボトル缶1を製造する。このボトル缶製造装置20について次に説明する。なお、このボトル缶製造装置20は、前述のようにして形成した筒体11を最終形状のボトル缶1に加工するためのものであり、加工の進捗に応じて缶の形状が変化していくが、以下では、この筒体11からボトル缶1に至るまでの間で缶の形状を特に限定しない場合は、有底筒状体Wとして説明する。
このボトル缶製造装置20は、複数の有底筒状体Wを保持するワーク保持部30と、これら有底筒状体Wに各種成形加工を施す複数の成形ツール42を保持するツール保持部40と、両保持部30、40を駆動する駆動部22とを備えている。有底筒状体Wを保持するワーク保持部30のワーク保持側と、成形ツール42を保持するツール保持部40のツール保持側とが対向して配置されている。
ワーク保持部30は、支持軸21に支持された円盤31におけるツール保持部40と対向する表面に、有底筒状体Wを保持する複数の保持装置32が周方向に沿う環状に配列された構成とされている。この円盤31が駆動部22によって支持軸21を中心として間欠的に回転されることにより、供給部33から供給側スターホイール34を介して供給された有底筒状体Wが保持装置32に1個ずつ保持されて円盤31の周方向に搬送される。有底筒状体Wは、円盤31による搬送中にツール保持部40の各成形ツール42によって成形された後、成形後のボトル缶1として排出側スターホイール35を介して排出部36に順次排出される。
ここで、保持装置32は、有底筒状体Wの底面に当接するパッド部37と、底部の外周面を保持可能なエアチャック等を有するリング部38とを備えており(図9参照)、有底筒状体Wの底部から胴部の缶軸方向下部にかけた部分を把持して、有底筒状体Wを保持する。なお、図5では、円盤31の全周に設けられた複数の保持装置32の一部を図示し、残りの保持装置32の図示を省略している。
また、有底筒状体Wは、供給部33にはDI成形により形成された筒体11が供給されるが、加工により順次変形され、排出部36では最終形状のボトル缶1となる。
ツール保持部40は、支持軸23に支持された円盤41におけるワーク保持部30と対向する表面に、複数の各種成形ツール42が周方向に沿う環状に配列され、駆動部22によって円盤41が支持軸23の軸方向に進退する構成とされている。支持軸23は支持軸21の内部に同軸上に設けられる。
このツール保持部40には、有底筒状体Wの開口部を縮径(ネックイン加工)するための複数の肩部ネッキング型や、縮径された開口部を一部拡径した後縮径して後述の筒状部18を形成する整形型、この筒状部18の上方にテーパ部17及び開口端部16を形成する口部ネッキング型、ねじ部6を形成するためのねじ成形ツール、カール部8を形成するためのカール部成形ツール等の、各加工段階に応じた加工を行うための成形ツール42が複数備えられている。これらの成形ツール42は、工程順に円盤41上に周方向に並んで環状に配置されている。
支持軸21の軸線を回転中心とするワーク保持部30(円盤31)の間欠的な回転停止位置は、開口部をツール保持部40側に向けた各有底筒状体Wの缶軸が各成形ツール42の中心軸にそれぞれ一致するように設定される。そして、駆動部22による円盤31の間欠的回転によって、各有底筒状体Wは次工程用の各成形ツール42に対向する位置に回転移動されて、次の段階の加工が施される。
すなわち、ツール保持部40が前進してワーク保持部30とツール保持部40とが互いに接近したときに、各成形ツール42が各工程に応じた加工を有底筒状体Wに施し、両保持部30、40が互いに離間した状態のときに各有底筒状体Wに次工程の成形ツール42が対向するようにワーク保持部30が回転移動される。このように、両保持部30、40が接近して加工を行い、離間及び回転するという動作が繰り返されることにより、有底筒状体Wに肩部3、ねじ部6等が形成されてボトル缶1が形成される。
これら各成形ツール42は、ツール保持部40がワーク保持部30に向けて図5の左方に前進した際に、ワーク保持部30に保持された各有底筒状体Wに対して各別に加工を施す。以下では、これら成形ツールについて、特定のツールを限定しない場合は、符号42を用いて説明する。
次に、このボトル缶製造装置20の細部構成を説明しながら、ボトル缶1を製造する方法について工程順に説明する。
アルミニウム合金等の薄板の絞り加工及びしごき加工(DI成形)により図2(b)に示す状態まで形成した筒体11の上部を図2(c)に示すように縮径し、図3に示す工程順に、ねじ加工する前の中間成形体を製造する。
具体的には、まず、ツール保持部40の周方向に並ぶ複数の成形ツール42を順次使用しながらダイネッキング加工により筒体11の開口部を徐々に縮径して、図2(c)及び図3(a)に示すように、肩部3及び肩部3から上方に延びる筒状の小径部12を成形し、段付き成形体13を形成する。この肩部3及び小径部12を形成するために用いられる成形ツール42は、加工前後の径が異なるだけで基本構成は同じものが複数備えられており、隣の成形ツール42に有底筒状体Wを移送しながら順次加工する。この肩部3及び小径部12を形成するための一連の成形ツール42を、肩部ネッキング型と称す。
次に、図3(b)に示すように、この小径部12について、その下端部を除き肩部3の上端より若干上方位置から再度拡径し、大径部14を形成する。この場合の成形ツール42Aは、図7に示すように先端部に拡径パンチ51を備えており、図3(a)に示す状態に縮径された小径部12の内部に圧入され、圧入された長さの範囲で小径部12を拡径して大径部14とする。この大径部14の加工により、小径部12の下端部で拡径加工されなかった部分が首部4となる。
次に、図3(c)に示すように、大径部14の下端部を除き、この下端部より上方部分を再度縮径することにより、縮径部15を形成する。この場合の加工は、図3(a)に示す場合と同様のダイネッキング加工である。
図8にそのダイネッキング加工で使用される成形ツール42Bを示す。この成形ツール42Bは、有底筒状体W(この場合は筒体11)内に挿入される内側ダイ52と、その外側に配置される外側ダイ53とを備えている。内側ダイ52の外径は、加工前の有底筒状体Wの開口部内径よりも小さく、縮径後の外径に形成されている。外側ダイ53の内周面には、加工前の有底筒状体Wの開口部を受け入れる内径のガイド面54、その開口部を縮径する絞り加工のためのテーパ面55、縮径した開口部を挿入する隙間を内側ダイ52の外周面52aとの間に形成する小径面56が、先端から順次形成されている。
そして、ワーク保持部30により保持された有底筒状体Wの開口部を外側ダイ53のガイド面54に沿って圧入すると、外側ダイ53のテーパ面55に倣うように縮径され、有底筒状体Wの開口端部が内側ダイ52の外周面52aと外側ダイ53の小径面56との間に挿入される。なお、前述の図3(a)に示す加工に用いられる成形ツール42には、図8に示す成形ツール42Bとは径が異なるが同様の構造である複数種の内側ダイと外側ダイとの組み合わせが備えられる。
そして、この縮径部15の加工により、縮径部15の下方で加工されなかった部分が余肉部9となる。この場合、縮径部15は、首部4よりも大きい外径に形成され、後述するねじ部6の谷部の外径と山部の外径との中間の外径に形成される。この縮径部15の外径は、外側ダイの小径面の内径により設定される。なお本実施形態では、首部4の上端部を周回して外方に膨出する凸条状に余肉部9を設けたが、余肉部9は内方に膨出する凹溝状に設けてもよい。
ここでは、この図3(a)に示す段付き成形体13を図3(c)に示す状態までの形状に加工して、後述の筒状部18となる縮径部15の外径をボトル缶1のねじ部6の谷部の外径と山部の外径との中間の外径に形成する成形ツール42A,42Bを整形型と称している。
次に、図3(d)に示すように、縮径部15の上半分程度を上端に向かって縮径し、縮径した開口端部16と、これに連なるテーパ部17とを形成する。この場合も図3(a)及び図3(c)と同様のダイネッキング加工であり、成形ツール42も、図8に示すものと同様の構造で径の異なる内側ダイと外側ダイとの組み合わせが用いられる。そして、この開口端部16とテーパ部17の加工により、その下方で加工されなかった部分が筒状部18となる。これにより中間成形体19が形成される。なお、この筒状部18の厚さは0.25〜0.4mmに形成される。
ここでは、この筒状部18の先端側にテーパ部17と縮径した開口端部16とを成形する成形ツールを口部ネッキング型と称している。前述の肩部ネッキング型、整形型(成形ツール42A,42B)、口部ネッキング型、及びこれらを駆動する駆動部22により、缶上部形成機構を構成する。
この一連の製造工程において、中間成形体19は、図4にも示したように、カール部8を成形するために必要な上端からの寸法分を有するストレート状に形成された開口端部16と、その開口端部16の下端から下方に向けて漸次拡径するテーパ部17と、このテーパ部17の下端に形成された筒状部18とを有している。この筒状部18はストレートの円筒状に形成され、筒状部18の下端部には筒状部18よりも外径の大きい余肉部9が設けられている。その余肉部9の下端に、縮径された首部4、首部4の下端から拡径する肩部3が連続して形成されている。
中間成形体19において、開口端部16の外径D1は、成形すべきねじ部6のねじ谷径D2よりも小さく設定される。また、筒状部18の外径D3は、ねじ山径D4と谷径D2との中間の径に設定される。例えば、ねじ山径D4が37mmで、ねじ谷径D2が36.3mmで、ねじの一段目と二段目の間隔が2.5mm〜4.5mmである場合、筒状部18の外径D3は36.5mm〜36.8mmに設定される。筒状部18と開口端部16との間を連絡するテーパ部17は、缶軸方向に対して10°〜30°の傾斜角θで、缶軸方向に沿う長さHが2.0〜6.0mmに設定される。
次に、図9〜図11に示すねじ成形ツールを用いてねじ部6を成形する。
ねじ部6を成形するねじ成形ツール42Cは、円盤31に取り付けられた第1ハウジング61と、第1ハウジング61に対して図9の矢印Bで示すように進退自在に取り付けられた第2ハウジング62とを有する。このねじ成形ツール42Cは、全体が駆動部22によって回転軸心63を中心として矢印Cで示すように回転駆動される。
第2ハウジング62は、図示しない付勢部材によって第1ハウジング61に対して先端側(図9の下方)に付勢保持されており、その内側に有底筒状体Wの筒状部18の内周面に当接される中子64Aと外周面に当接される外子64Bとを備えている。
中子64Aは、図13に示すように、略円柱状の先端部外周面に、右ねじ状のねじ部6を形成するための右ねじ状の凹凸形状(ねじ形成用凸部91及びねじ形成用凹部93)と、顎部7を形成するための中子膨出部96とを有し、軸65を中心として回転自在に支持されている。この中子64Aのねじ形成用凸部91において、ボトル缶1のねじ部6のねじ始まり部103を形成する部分をねじ始まり形成部95、ねじ部6の二段目始まり部105を形成する部分を二段目始まり形成部106と呼ぶ。なお、図14〜図16は、図1に示す矢印F方向に見てボトル缶1を成形する矢視図である。図14〜図16に示す中間成形体19は、図1に示す0°の位置における断面が示されている。
外子64Bは、図14に示すように、略円柱状の先端部外周面に、右ねじ状のねじ部6を形成するための左ねじ状の凹凸形状(ねじ形成用凸部92及びねじ形成用凹部94)と、顎部7を形成するための外子膨出部99とを有し、軸66を中心として回転自在に支持されている。
中子64Aの軸65は、ギアボックスを兼ねたブロック体67に回転自在に収容される。ブロック体67は、第2ハウジング62内を支持軸69を中心に軸65と直交する方向に揺動自在に支持されている。外子64Bの軸66は、ギアボックスを兼ねたブロック体68に回転自在に収容される。ブロック体68は、第2ハウジング62内を支持軸70を中心に軸66と直交する方向に揺動自在に支持されている。
ブロック体67の支持軸69にはギヤ71が設けられ、ブロック体68の支持軸70にはギヤ72が設けられている。ギヤ71とギヤ72とは、相互に噛み合っている。また、中子64Aの軸65にはギヤ73が設けられているとともに、外子64Bの軸66にもギヤ74が設けられおり、これらギヤ71〜74が順次噛み合っている。
具体的には、中子64Aのギヤ73、この中子64Aを収容するブロック体67内のギヤ71、他方のブロック体68内のギヤ72、そのブロック体68に収容されている外子64Bのギヤ74の順にギヤが噛み合っている。中子64Aを収容しているブロック体67内のギヤ71が駆動部22に接続されており、このギヤ(駆動ギヤ)71を駆動することにより、中子64Aと外子64Bとが同期して回転する。そして、両ブロック体67,68の各ギヤ71,72の噛み合い状態が維持されたまま、ブロック体67,68が、それぞれの支持軸69,70を中心に軸65,66と直交する方向に揺動できる。
なお、中子64Aと外子64Bとの同期した回転は、例えば、外子64Bの1回転に対して中子64Aが1回転、あるいは2回転、3回転というように、外子64Bの回転数に対して中子64Aの回転数が整数倍に設定される。
また、これら中子64A及び外子64Bは、図11で矢印で示したように、このねじ成形ツール42Cの下端側から見て、中子64Aは反時計回り(左回り)、外子64Bは時計回り(右回り)にそれぞれ回転しながら、中子64A及び外子64Bを有するねじ成形ツール42Cが第2ハウジング62により回転軸心63を中心に時計回り(右回り)に公転する。換言すると、有底筒状体Wの開口端から底部に向かう方向に見て、中子64Aは右回りに自転、外子64Bは左回りに自転、中子64A及び外子64Bを含むねじ成形ツール42Cが左回りに公転する。
これら各ギヤ71〜74及び駆動部22により、ねじツール回転機構が構成される。
また、中子64Aを支持しているブロック体67には補助ブロック体81が軸82により連結されている。この補助ブロック体81は、第2ハウジング62内に、中子64Aの軸65及び外子64Bの軸66と直交する方向に移動自在に支持されている。この補助ブロック体81の外側部に、カムローラ83が第2ハウジング62の進退方向と直交する軸85により回転自在に支持されている。また、外子64Bを支持しているブロック体68の外側部に、カムローラ84が第2ハウジング62の進退方向と直交する軸85により回転自在に支持されている。
これらカムローラ83,84は、それぞれ第2ハウジング62内面のカム面86,87に接触している。カムローラ83,84は、駆動部22による第1ハウジング61と第2ハウジング62との相対位置の変化に応じて、第2ハウジング62の径方向に移動する。これらカムローラ83,84が第2ハウジング62内面のカム面86,87によって図10の矢印で示すように第2ハウジング62の内方に押込まれたときに、中子64Aと外子64Bとが接近して互いの外周面の凹凸間に有底筒状体Wの筒状部18の壁を挟み込み変形させることができる。
これらカムローラ83,84、第2ハウジング62のカム面86,87、駆動部22により、ねじツール挟持機構が構成される。そして、前述したねじツール回転機構及びこのねじツール挟持機構により、ねじ部形成機構が構成される。
また、第2ハウジング62の先端には、有底筒状体Wの胴部2に沿う円筒面88aを有するリング部材88が回転自在に設けられる。一方、ワーク保持部30側には、ストッパ部材89が設けられる。有底筒状体Wに対してツール保持部40(ねじ成形ツール42C)が前進した際に、ストッパ部材89にリング部材88が当接することにより、第2ハウジング62の最前進位置が有底筒状体Wに対して一定になる。
次に、このねじ成形ツール42Cの中子64Aと外子64Bの細部構成、及びこのねじ成形ツール42Cを用いて中間成形体19の筒状部18にねじ部6を形成する工程の詳細について説明する。
これら中子64A及び外子64Bの外周面には、図13及び図14に示すように、中間成形体19の筒状部18に右ねじ状のねじ部6を形成するためのねじ形成用凸部91,92及びねじ形成用凹部93,94が螺旋状に、かつ互いに対応する形状でそれぞれに形成されている。これら中子64A及び外子64Bが前述したように相互に接近して、中子膨出部96と外子膨出部99との間に余肉部9を挟み込むとともに、互いの凹凸部間に中間成形体19の筒状部18を挟み込み、中間成形体19の軸心回りに回転することにより、筒状部18にねじ部6が形成されるとともに、余肉部9が顎部7に成形される。中子64Aのねじ形成用凸部91は右ねじ状に形成され(以下、右ねじ状凸部91という)、外子64Bのねじ形成用凸部92は左ねじ状に形成される(以下、左ねじ状凸部92という)。
ここで、ねじ部形成工程後のねじ部6において、最大径部分を含む所定範囲における山部101の隣接する谷部104からの平均高さをhと設定するとともに、ねじ部6の上方側において山部101の隣接する谷部104からの高さが0.5hとなる位置を0°のねじ始まり部103、このねじ始まり部103から360°の位置を二段目始まり部105と設定する。
なお、ここでは、ボトル缶1のねじ部6において、谷部104は略一定の外径を有しており、山部101とその山部101に隣接する谷部104との間の半径差を山部101の「高さ」と呼んでいる。
このため、図13及び図14に示すように、中子64Aのねじ始まり形成部95(一点鎖線Kで示した位置)から360°の範囲はねじ部6の山部101の外径が増大するように、かつねじ始まり形成部95から90°の範囲は山部101の隣接する谷部104からの高さが0.5hを超えてh未満となるように、中子64Aの右ねじ状凸部91が形成されている。このため、図13に示すように、中子64Aのねじ始まり形成部95は、二段目始まり形成部106(一点鎖線Lで示した位置)よりも高さがΔh低く形成されている。
ねじ始まり部103について説明する。ボトル缶1のねじ部6には、図1に示すように、その山部101の隣接する谷部104からの高さが所定の寸法hになるまで漸次大きくなる不完全ねじ部102が存在する。ねじ始まり部103は、その不完全ねじ部102において、山部101の高さが0.5hとなる部分をいう。中子64Aにおけるねじ始まり形成部95は、ねじ部6のねじ始まり部103に対応する部分である。同様に、ねじ部6の二段目始まり部105に対応する中子64Aの部分を、中子64Aの二段目始まり形成部106と呼ぶ。
なお、ねじ成形加工は、必ずしもねじ始まり部103から始まるとは限らず、任意の位置から加工される。
図14は、筒状部18の壁を介して中子64Aと外子64Bとが対峙した状態を示している。図15は、中子64Aと外子64Bとが接近して筒状部18をテーパ部17の途中から挟み込み始めた状態を示している。また、便宜上、図14においては中子64Aは正面視したものを示すとともに、外子64Bは半分を正面視して示し、残り半分の図示を省略した。図15、図16、図17においては、中子64A、外子64Bとも外形線のみ示した。図17は、図1に示す−45°の位置における中間成形体19の断面を示している。
このねじ始まり形成部95から周方向に連続する90°までの角度範囲においては、図14に示すように、中間成形体19の筒状部18とテーパ部17との間の屈曲部Jが、右ねじ状凸部91の二段目Lとその上の谷部Mとの間の範囲内に配置されている。図14に示す例では、ほぼ谷部Mの位置に屈曲部Jが配置されている。この図14に示す状態から中子64A及び外子64Bが接近して、筒状部18を挟み込んでねじ成形加工がなされると、例えば図1に示す−45°の位置では、最も上方に形成された山部101の上部に残るテーパ部17の最大外径はねじ谷径D2と等しいか、それより小さくなる。
このねじ成形加工は、図16に示すように中子64A及び外子64Bにより筒状部18を挟み込んだ状態から、中子64A及び外子64Bを自転させながら中間成形体19の周方向に公転させることにより行われる。具体的には、図10,図11及び図16に矢印で示したように中子64A及び外子64Bが回転(自転及び公転)する。
開口端部16から底部に向かう方向に見て、中子64Aは右回り、外子64Bは左回りに自転させ、これら中子64A及び外子64Bを含むねじ成形ツール42Cを左回りに公転させる回転方向としたことにより、ねじ部6は筒状部18の下端側から開口端部16に向けて素材を引き延ばすように成形される。このとき、筒状部18下方の余肉部9が中子64Aの中子膨出部96と外子64Bの外子膨出部99とによって挟まれて支持されているため、筒状部18に十分に張力が作用した状態で曲げ加工がされ、成形されるねじ部6の形状が中子64Aの右ねじ状凸部91の形状に沿い易くなる。
前述したように、中子64Aの右ねじ状凸部91は、ねじ始まり形成部95から周方向に連続した90°の角度範囲内においては、一段目Kの高さが二段目Lの高さよりΔh低く形成されている(図13)。中子64Aの右ねじ状凸部91の形状に沿って、ねじ部6もねじ始まり部103から周方向に連続した90°の角度範囲内では、山部101の一段目の高さが二段目以降の高さよりも低い形状に形成される。
一方、図17はねじ始まり形成部95及びねじ始まり部103よりも手前の位置の縦断面を示している。言い換えれば、右ねじ状凸部91の二段目始まり形成部106の手前の位置の縦断面である。この図17の断面において、一点鎖線の位置は、一段目(ねじ始まり形成部95から360°巻回して二段目になる手前の右ねじ状凸部91、図1における−45°の位置)がP、その上の谷部になる手前の位置をQとする。
図17に示すように、ねじ始まり形成部95よりも手前の位置においても、筒状部18のテーパ部17の途中の位置からねじ成形加工されることにより、ねじ部6の山部101の一段目の位置(一周分近く巻回した位置)の上方のテーパ部17の最大径はねじ谷径D2と等しいか、それより小さくなる。
なお、このねじ部6の加工の際に、ねじ部6の下方に設けられた凸条状または凹溝状(本実施形態では凸条状)の余肉部9も同時に仕上げ整形されて、顎部7となる。
このようにしてねじ成形加工した後、開口端部16をさらに縮径し、この縮径した開口端部16に対してカーリング加工してカール部8を形成することにより、ボトル缶1が製造される。このカール部8を形成するための成形ツール42Dは、図12に示すように、有底筒状体Wの開口端部16を折り返しながら丸める丸め型97と、丸めた後の開口端部を半径方向内方に押しつぶす押しつぶし型98とを有しており、それぞれロール状に形成され、有底筒状体Wの周囲を回転しながら成形する。この場合、ねじ成形加工した後にカーリング加工を行うので、開口端部16の剛性が低い状態でねじ成形できる。
一方、このボトル缶1に被せられるキャップ111は、円形の天板部112と円筒状のスカート部113とを有している。このキャップ111は、ボトル缶1の口金部5に被せた後、キャッピングロールによってスカート部113を口金部5のねじ部6及び顎部7に倣うように成形することにより、スカート部113にねじ条114が形成されるとともに口金部5に螺着した状態となる。また、スカート部113の下端部115を顎部7に巻き込むことにより、図18の左半分に示したようにキャップ111とボトル缶1とは螺着状態に固定される。このようにしてキャップ111が口金部5のねじ部6に螺着されるので、キャップ111のねじ条114の内径は口金部5のねじ谷径D2に合わせられる。
前述したように、ねじ成形工程においては、ねじ部6の山部101の一段目の高さは二段目以降より低く形成されるが、カーリング加工及びこのキャッピング時に缶軸方向に圧縮荷重がかかるため、山部101の一段目の高さはねじ成形工程直後より大きくなる。このボトル缶の製造方法では、カーリング加工及びこのキャッピングによる山部101の高さの変化分を予め低くした寸法設定でねじ成形することにより、その後の圧縮荷重による高さの増大が生じたとしても、山部101の一段目の高さが二段目以降の高さより大きくなることを抑制している。
次に、キャップ111を開栓した後、再度シールする場合について説明する。
図18の左半分に示した螺着状態からキャップ111を緩めるように回転すると、スカート部113に形成されていたスリット116の部分で下端部115とその上部との間が破断して、下端部115が帯状に顎部7に残され、キャップ111の上部を口金部5から外すことができる。
次に、その外したキャップ111を再度シールするため口金部5に被せると、図18の右半分に示すように、キャップ111の内周面のねじ条114の最下端が口金部5のテーパ部17上を滑りながら下降する。ボトル缶1のねじ始まり部103より周方向に連続した90°の角度範囲内においては、ねじ成形時にねじ部6の山部101の一段目の高さを二段目以降より低くして、カーリング加工やキャッピング時の圧縮荷重が作用しても、二段目以降の高さより大きくならないように設定されている。したがって、この範囲内でキャップ111のねじ条114の最下端が山部101の一段目の上面に当接した際には、この一段目の山部101を乗り越えるときの抵抗が小さい。したがって、山部101の一段目と二段目との間の谷部104に、ねじ条114の最下端を容易に配置させることができる。
また、ねじ始まり部103から90°の角度範囲以外の部分でキャップ111のねじ条114の最下端がボトル缶1のねじ部6に当接した場合、キャップ111を右に回転させることにより、ねじ条114の最下端を山部101の一段目の上面を伝って、その下方の谷部104の入り口まで案内する。
前述したように、テーパ部17は、その最大外径がねじ谷径D2と同じか、それより小さい寸法に形成されているので、キャップ111の内周面のねじ条114は、テーパ部17による抵抗を受けることが少なく、山部101の一段目の上面までスムーズに到達し、その後、一段目の下方の谷部104の入り口まで簡単に案内できる。
このようにしてキャップ111のねじ条114の最下端をボトル缶1のねじ部6における山部101の一段目と二段目との間の谷部104に案内した後、キャップ111を回転することにより、谷部104に沿ってねじ条114の最下端を進入させてねじ込むことができる。
因みに、従来のボトル缶では、図19に示すように、ボトル缶のねじ部の山部121の一段目の上方のテーパ部122にねじ谷径D2よりも大きい部分が残るので、キャップ111を再度シールする際に、ねじ谷径D2より大きい部分へのキャップ111のねじ条114の接触度合が大きく、ねじを閉め込むときの抵抗が大きいため、再度のシール操作がし難いものとなっていた。
ここで、本発明に係る実施例及び比較例を示す。実施例のねじ付きボトル缶は、上述した実施形態と同じく、ねじ成形工程において開口端から底部に向けた方向に見てねじ成形ツールを左回りに公転させながら成形して得られたものである。一方、比較例のねじ付きボトル缶は、実施例のボトル缶を成形したのと同じねじ成形ツールを実施例とは逆方向に公転させながら成形して得られたものである。
図20に、図1に示す−45°の位置における実施例及び比較例に係るねじ付きボトル缶のねじ部近傍の外形を示す。ねじ成形ツールを左回りに公転させることによりねじ部を胴部側から開口端へ向けて成形した実施例のボトル缶(実線で示す形状)では、一段目の山部が二段目よりも低く形成された。これに対して、ねじ成形ツールを右回りに公転させることによりねじ部を開口端から胴部側へ向けて成形した比較例のボトル缶(点線で示す形状)では、一段目の山部が二段目よりも高く形成された。
これら実施例及び比較例に係るボトル缶の口金部にキャップをねじ込む際の抵抗値についても比較した。日本電産シンポ株式会社製デジタルトルクメータに各ボトル缶を保持した状態でキャップを再度シールする際のリシールトルク(キャップを口金部に被せてシール操作する際にキャップの天面のライナーがボトル缶のカール部天面に接触するまでに生じた抵抗値)を測定したところ、実施例のボトル缶では0.2N・cmであったが、比較例のボトル缶では8.7N・cmであった。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
塗装等に損傷を与えることなくねじ成形加工できるとともに、寸法安定性が良く、再度のシール操作性も向上させたねじ付きボトル缶の製造方法及び製造装置を提供できる。
1 ボトル缶
2 胴部
3 肩部
4 首部
5 口金部
6 ねじ部
7 顎部
8 カール部
9 余肉部
13 段付き成形体
14 大径部
15 縮径部
16 開口端部
17 テーパ部
18 筒状部
19 中間成形体
20 ボトル缶製造装置
22 駆動部
30 ワーク保持部
32 保持装置
40 ツール保持部
42,42A〜42D 成形ツール
51 拡径パンチ
52 内側ダイ
53 外側ダイ
61 第1ハウジング
62 第2ハウジング
64A 中子
64B 外子
67,68 ブロック体
71〜74 ギヤ
81 補助ブロック体
83,84 カムローラ
86,87 カム面
91 右ねじ状凸部(ねじ形成用凸部)
92 左ねじ状凸部(ねじ形成用凸部)
93,94 ねじ形成用凹部
95 ねじ始まり形成部
96 中子膨出部
97 丸め型
98 押しつぶし型
99 外子膨出部
101 山部
102 不完全ねじ部
103 ねじ始まり部
104 谷部
105 (ねじ部の)二段目始まり部
106 (中子の)二段目始まり形成部
111 キャップ
112 天板部
113 スカート部
114 ねじ条
115 下端部
116 スリット
W 有底筒状体
h 山部の平均高さ

Claims (3)

  1. 胴部の上端から上方に向けて漸次縮径する肩部と、この肩部の上端から上方に延びる筒状の首部と、この首部の上端部を周回して外方に膨出する凸条状または内方に膨出する凹溝状の余肉部と、この余肉部の上端から上方に延びる筒状部と、該筒状部の上端から開口端部に向けて漸次縮径するテーパ部とを有する中間成形体を形成する中間成形体形成工程と、
    右ねじ状凸部及びこの右ねじ状凸部の下方を周回する外方に膨出した中子膨出部を有する中子と左ねじ状凸部及びこの左ねじ状凸部の下方を周回する外方に膨出した外子膨出部を有する外子とを備えるねじ成形ツールを用いて、前記中子を前記筒状部及び前記余肉部の内側に配置するとともに前記外子を前記筒状部及び前記余肉部の外側に配置し、これら中子及び外子の間に前記余肉部及び前記筒状部近傍を挟み込み、その挟み込み状態で前記ねじ成形ツールを前記筒状部の周方向に沿って前記中間成形体の開口端から底部に向けた方向に見て左回りに公転させながら転動させることにより前記中間成形体にねじ部及びこのねじ部の下部を周回して外方に膨出する顎部を形成するねじ部形成工程と
    を有し、
    前記中間成形体形成工程では、前記筒状部の外径を前記ねじ部形成工程後の前記ねじ部の山部の外径と谷部の外径との間の中間の外径に形成し、
    前記ねじ成形ツールは、前記ねじ部形成工程の前記挟み込み状態において前記中子の前記右ねじ状凸部と前記外子の左ねじ状凸部の谷底との間及び前記中子の前記右ねじ状凸部の谷底と前記外子の左ねじ状凸部との間に、前記中間成形体の板厚よりも大きいクリアランスを形成するように設けられ、
    前記ねじ部形成工程後の前記ねじ部において、最大径部分を含む所定範囲における前記山部の隣接する前記谷部からの平均高さをhと設定するとともに、前記ねじ部の上方側において前記山部の隣接する前記谷部からの高さが0.5hとなる位置を0°のねじ始まり部、このねじ始まり部から360°の位置を二段目始まり部と設定し、
    前記中子の前記右ねじ状凸部において、前記ねじ部の前記二段目始まり部を形成する部分を二段目始まり形成部として、
    前記ねじ部形成工程では、前記ねじ始まり部における缶軸方向に沿う前記中間成形体の縦断面において前記テーパ部と前記筒状部との間の屈曲部が前記中子の前記二段目始まり形成部の山部とその上方の谷部との間に配置されるように、前記ねじ成形ツールと前記中間成形体とを配置し、
    前記ねじ始まり部から360°の前記二段目始まり部までの範囲において前記山部の外径が増大するように、かつ前記ねじ始まり部から90°の範囲において前記山部の隣接する前記谷部からの高さが0.5hを超えてh未満となるように前記山部を形成し、
    前記中間成形体の前記テーパ部の途中位置に前記ねじ始まり部を形成するとともに前記テーパ部から前記筒状部にかけてねじ部を形成する
    ことを特徴とするねじ付きボトル缶の製造方法。
  2. 前記テーパ部は、缶軸方向に対して10°〜30°の角度であることを特徴とする請求項1記載のねじ付きボトル缶の製造方法。
  3. 前記ねじ部形成工程の後に、前記開口端部を折り返しながら丸め、さらに半径方向内方に押しつぶすことにより前記ねじ部より上方にカール部を形成するカーリング加工工程を有することを特徴とする請求項1に記載のねじ付きボトル缶の製造方法。
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