JP6877943B2 - ボトル缶の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、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、アルミニウム合金等の金属材料から絞り加工、絞りしごき加工またはインパクト成形によって造られ、かつ缶本体がキャップ取付部としてのねじ部を有する口部、テーパー状の肩部、胴部および底部から構成され、キャップを螺合して高い密封性を保持できるねじ付金属缶において、口部のねじ部下端から、半径方向に拡大するテーパー状の肩部上端周囲に、内側に滑らかに湾曲する凹部を形成するとともに、この凹部の下方の連続して外側に滑らかに湾曲する凸部を形成することが記載されている。さらに、この特許文献１では、凹部から連続する滑らかな凸部の湾曲の程度として、垂直方向すなわち缶軸に対して３５°〜６０°の傾斜角、具体的には４５°の傾斜角とするのが好ましいと記載されている。

また、例えば特許文献２には、有底筒状に形成されたアルミニウム合金等の金属製の缶体（有底円筒体）の開口部を縮径してなる口金部の上部外周にねじ部が設けられるとともに、このねじ部よりも下方にキャップ本体下部を巻き締めるための膨出部が形成されたボトル缶の製造方法であって、上記開口部を縮径して口金部を形成した後、その口金部の開口端から所定距離分だけ再び拡径して拡径部を形成し、上記ねじ部は、拡径部が形成された後、ねじを形成する部分を縮径して、その縮径された部分にねじ切り加工することによって形成され、上記膨出部は、ねじ部を形成する際に縮径されずに残った拡径部分によって形成されるボトル缶の製造方法が記載されている。この場合に、上記開口部を縮径した口金部における上記膨出部の下方には、肩部から上端側に延びる首部が形成される。

ここで、上述のような肩部の成形は、内径が徐々に小さくなる円筒状の複数の金型を、内径が大きいものから順に有底円筒体の円筒部の上端側部分に圧入して順次塑性変形させることにより、この円筒部の上端側部分のうちの下端側部分を上端側に向けて段階的に内周側に向かうように傾斜させるとともに、この傾斜した下端側部分よりも内周側を内径が小さくなる円筒状に徐々に縮径させることによって行われる。

さらに、特許文献２に記載された膨出部の成形は、こうして傾斜させられた肩部の内周側に縮径した円筒状の首部が成形された後に、この首部の内径よりも僅かに大きな外径の下端外周部を有する拡径工具を上端側から首部に挿入して拡径させ、次いでこの拡径した部分の上端側にねじ切り加工することにより、上述のようにねじ切り加工によって縮径されずに残された部分として成形される。

特開２００１−２１３４１６号公報 特許第４９０８５４４号公報

ところで、近年では、このようなボトル缶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さらなる薄肉化が強く求められており、例えばアルミニウム合金製のボトル缶の場合には、板厚が０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍ程度のアルミニウム合金よりなる金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工を施して上述のような有底円筒体を成形し、さらに肩部や首部、膨出部を成形するとともにねじ切り加工を行ってボトル缶の缶本体を製造するようなことも要求されている。

しかしながら、このように有底円筒体の薄肉化を図ったボトル缶では有底円筒体の強度は低下することになり、特許文献１に記載されているように凸部の缶軸に対する傾斜角が大きくて首部を成形する際の荷重が大きくなったり、あるいは特許文献２に記載された膨出部を成形する際の荷重が大きくなったりすると、これら首部や膨出部の成形の際に有底円筒体に座屈が生じるおそれがある。特に、有底円筒体を成形する際には、肩部や首部、膨出部やキャップ取付部を形成する有底円筒体の円筒部における上端側部分よりも、この円筒部の下端側部分の肉厚を薄くすることがあり、そのような有底円筒体では薄肉とされた胴部の下端側部分での座屈が一層顕著なものとなる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ボトル缶の缶本体に成形される金属板や有底円筒体の薄肉化を図っても、首部や膨出部の成形の際に有底円筒体に座屈が生じるのを防ぐことが可能なボトル缶の製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、第１に、缶本体の底部と一体に成形される外周部に、上記底部から上記缶本体の上端開口部に向けて順に缶軸を中心とした円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い縮径する肩部と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる首部と、キャップ取付部とが形成されたボトル缶の製造方法であって、板厚０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工と底部成形加工を施して、上記底部と、上記胴部と同外径で、前記肩部、前記首部、および前記キャップ取付部となる上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍ、かつ前記胴部となる下端側部分の厚さが前記上端側部分よりも薄い円筒部が形成された有底円筒体を成形するＤＩプレス工程と、この有底円筒体の上記上端側部分を縮径させることにより、上記肩部と、この肩部から上端側に向かうに従いさらに縮径する上記首部とを成形するボトルネック成形工程と、上記首部の上端部に上記キャップ取付部を成形するキャップ取付部成形工程とを備え、上記ボトルネック成形工程においては、上記首部において縮径する首部縮径部の上記缶軸に対する傾斜角を１８°〜２４°の範囲に成形するとともに、上記肩部の上端から上記首部縮径部の最小縮径位置までの上記缶軸に対する直径方向の外径の縮径量を０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とすることを特徴とする。

また、本発明は、第２に、缶本体の底部と一体に成形される外周部に、上記底部から上記缶本体の上端開口部に向けて順に缶軸を中心とした円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い縮径する肩部と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる首部と、キャップ取付部とが形成されたボトル缶の製造方法であって、板厚０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工と底部成形加工を施して、上記底部と、上記胴部と同外径で、前記肩部、前記首部、および前記キャップ取付部となる上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍ、かつ前記胴部となる下端側部分の厚さが前記上端側部分よりも薄い円筒部が形成された有底円筒体を成形するＤＩプレス工程と、この有底円筒体の上記上端側部分を縮径させて上記肩部と上記首部とを成形するボトルネック成形工程と、上記首部の上端部に、外周側に膨らむ膨出部を介して上記キャップ取付部を成形するキャップ取付部成形工程とを備え、上記キャップ取付部成形工程においては、上記膨出部において上記首部の上端から拡径する膨出部拡径部の上記缶軸に対する傾斜角を１８°〜２４°の範囲に成形するとともに、上記首部の上端から上記膨出部の最大膨出位置までの上記缶軸に対する直径方向の内径の拡径量を０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とすることを特徴とする。

これらのようなボトル缶の製造方法においては、首部における首部縮径部や膨出部における膨出部拡径部の缶軸に対する傾斜角が１８°〜２４°の範囲であって缶軸に対して浅い角度であり、従って金型や拡径工具を挿入することにより首部を縮径して成形するときや膨出部を拡径して成形するときの缶軸方向の荷重を小さくすることができる。また、肩部上端から首部縮径部の最小縮径位置までの缶軸に対する直径方向の外径の縮径量や首部上端から膨出部の最大膨出位置までの缶軸に対する直径方向の内径の拡径量も０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲と小さく、すなわち首部や膨出部の成形量自体が小さいので、これら首部や膨出部を成形する際に有底円筒体に作用する荷重を抑えることができる。

このため、上記構成のボトル缶の製造方法によれば、たとえカップ状素材に成形される金属板の板厚が０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍと薄く、またこのカップ状素材から成形された有底円筒体における円筒部の上端側部分の厚さも０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍと薄くて、さらに円筒部の下端側部分の厚さはこれよりも薄い場合であっても、これら首部や膨出部の成形の際の荷重によって有底円筒体に座屈が生じるのを防ぐことができる。従って、このような座屈によるボトル缶の製造歩留まりや製造効率等の低下を招くことなく、ボトル缶の缶本体の薄肉化を図ることができ、さらなる省資源化や省エネルギー化を促すことが可能となる。

ここで、首部縮径部や膨出部拡径部の缶軸に対する傾斜角が２４°を上回ると、首部を縮径したり膨出部を拡径したりするときに作用する荷重の缶軸方向の成分を十分に小さくすることができず、座屈を招くおそれがある。同様に、肩部上端から首部縮径部の最小縮径位置までの缶軸に対する直径方向の外径の縮径量や首部上端から膨出部の最大膨出位置までの缶軸に対する直径方向の内径の拡径量が２．２ｍｍを上回っても、成形荷重が大きくなって上述のように薄肉の有底円筒体では座屈を生じるおそれがある。一方、上記傾斜角が１８°を下回ったり、上記外径の縮径量や内径の拡径量が０．５ｍｍを下回ったりすると、必要な傾斜角や外径の首部や膨出部を成形できなくなるおそれがある。

なお、このようなボトル缶の缶本体に有底円筒体を経て成形される上記金属板は、ＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であることが望ましい。このベーキング後の耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２を下回ると、上述のような傾斜角や外径拡縮径量としても首部や膨出部の成形の際に有底円筒体の座屈が生じるおそれがあり、また逆にベーキング後の耐力が２６５Ｎ／ｍｍ^２を上回っても、成形に必要な荷重が大きくなって荷重制御が困難となるおそれがある。

以上説明したように、本発明によれば、首部や膨出部を成形する際の有底円筒体の座屈を防止することができ、このような座屈によるボトル缶の製造歩留まりや製造効率等の低下を防ぎつつ、ボトル缶の缶本体のさらなる薄肉化を図って、一層の省資源化や省エネルギー化を促進することが可能となる。

本発明の一実施形態により製造されるボトル缶の一部破断側面図である。 本発明の一実施形態を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるボトルネック成形工程において（ａ）首部が成形される前の有底円筒体を示す断面図、（ｂ）首部を成形する金型を示す断面図、（ｃ）図（ｂ）に示す金型の首部成形部周辺を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態のボトルネック成形工程により成形された有底円筒体を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるキャップ取付部成形工程において（ａ）膨出部が成形される前の有底円筒体を示す断面図、（ｂ）膨出部を成形する拡径工具を示す断面図、（ｃ）図（ｂ）に示す拡径工具の拡径部周辺を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態のキャップ取付部成形工程により成形された有底円筒体を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態により製造されるボトル缶の缶本体１を示すものであり、図２ないし図６は、このような缶本体１を製造するための本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態によって製造されるボトル缶は、その缶本体１が図１に示すように、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とを備えており、この上端側に向けて縮径する缶軸Ｃを中心とした概略多段の有底円筒状をなしている。

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）に突出する上記環状凸部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、下端側に上記膨出部８を備えたやはり筒状で、本実施形態ではねじ切り加工が施されたキャップ取付部９とが形成されている。

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においては、図２のフローチャートに示すように、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アルミニウム合金等の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し、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、底部２に上記ドーム部２ａと環状凸部２ｂが形成された有底円筒体（ＤＩ缶）を成形する。

ここで、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ＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲のものが用いられる。また、このカップ状素材から成形される有底円筒体には、外周部に上記缶軸Ｃを中心とした円筒部が形成され、この円筒部の外径は缶本体１の胴部５の外径と略等しい一定外径である。ただし、この円筒部は、その上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍの範囲である一方、下端側部分の厚さはこの上端側部分よりも極僅かに薄い。

このように成形された有底円筒体は、第１の洗浄工程において洗浄、乾燥され、次いで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。そして、塗装が施された有底円筒体は、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の上記上端側部分の下端側が金型によって縮径されて上記肩部６と首部７が成形され、次いで同じボトルネッカーによるキャップ取付部成形工程において首部７の上端側が拡径工具によって拡径されて上記膨出部８が形成されるとともに、この膨出部８よりもさらに上端側に上記ねじ切り加工等が施されて上記キャップ取付部９が形成され、図１に示したようなボトル缶の缶本体１に成形される。

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品工場等に搬送され、飲料品等の内容物が充填された後にキャップ取付部９に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、上記各工程の間や各工程中には、有底円筒体の上端縁を切断するトリミングや、必要に応じて底部の環状凸部２ｂの断面形状を再成形するボトムリフォームが行われる。

ここで、ボトルネッカーによるボトルネック成形工程のうち、上記肩部６の成形は、内径が徐々に小さくなる円筒状の複数の上記金型を、内径が大きいものから順に有底円筒体の円筒部の上端側部分に圧入して塑性変形させることにより、この円筒部の上端側部分のうちの下端側部分を上端側に向けて段階的に内周側に向かうように傾斜させるとともに、この傾斜した下端側部分よりも内周側を内径が小さくなる円筒状に徐々に縮径させることによって行われる。

図３（ａ）に示すのは、このように上記ボトルネック成形工程において肩部６の成形が終了した有底円筒体１０Ａであり、肩部６の内周部上端側には缶軸Ｃを中心として縮径させられた円筒状部１１Ａが形成されている。また、図３（ｂ）に示すのは、この有底円筒体１０Ａの円筒状部１１Ａに首部７を成形する金型２１であり、この金型２１は缶軸Ｃと同軸となる略円筒状をなしていて、その内周部には下端側から上端側に向けて順に、缶軸Ｃを中心とする大径円筒部２２と、内周側に向かうに従い上端側に向かうように傾斜する凹円錐台面状部２３と、首部成形部２４と、小径円筒部２５とが形成されている。

大径円筒部２２は、有底円筒体１０Ａの円筒部（缶本体１の胴部５）の外周面が嵌合可能な内径を有しており、また凹円錐台面状部２３は有底円筒体１０Ａの肩部６よりも缶軸Ｃに対して大きな傾斜で内周側に向かうに従い上端側に向かうように傾斜している。また、小径円筒部２５は、有底円筒体１０Ａの円筒状部１１Ａの外径よりも僅かに小さな内径を有している。

さらに、首部成形部２４は下端側から上端側に向けて順に、缶軸Ｃに沿った断面において図３（ｃ）に拡大して示すように、凹円錐台面状部２３の上端に接する凸円弧等をなす第１凸曲部２４ａと、この第１凸曲部２４ａの上端に接して缶軸Ｃに略平行に上端側に延びる短い直線状をなす円環部２４ｂと、この円環部２４ｂの上端に接して第１凸曲部２４ａよりも半径の大きな凹円弧等をなす凹曲部２４ｃと、この凹曲部２４ｃの上端に接して上端側に向かうに従い内周側に向かうように缶軸Ｃに対して傾斜した、円環部２４ｂよりも長い直線状をなす傾斜部２４ｄと、この傾斜部２４ｄの上端と小径円筒部２５の下端とに接する凸円弧等をなす第２凸曲部２４ｅとを備えている。

ここで、円環部２４ｂの内径は、肩部６の成形が終了した有底円筒体１０Ａの上記円筒状部１１Ａが嵌合可能な大きさとされている。従って、このような金型２１を、肩部６の成形終了後の有底円筒体１０Ａの上端側から図３に白抜き矢線で示すように缶軸Ｃと同軸に挿入すると、円筒状部１１Ａは上端側から円環部２４ｂの内周面に摺接しつつ凹曲部２４ｃおよび傾斜部２４ｄに沿って縮径させられる。

そして、凹円錐台面状部２３の上端位置が肩部６の上端位置と缶軸Ｃ方向に一致して金型２１がストロークエンド（下死点）に達したところで、円筒状部１１Ａの上端側部分は小径円筒部２５の内径と略等しい外径に絞り込まれて縮径されるとともに、こうして縮径した円筒状部１１Ａの下端側部分から肩部６にかけては、首部成形部２４の断面形状を略転写したような外周面の断面形状を有する上記首部７が形成される。これにより、図３（ａ）に示した有底円筒体１０Ａは、図４に示すような有底円筒体１０Ｂに成形される。

このように成形された有底円筒体１０Ｂの首部７においては、金型２１の上記円環部２４ｂにより、首部７の肩部６側に縮径される前の直径の円筒状部１１Ａが僅かに残されるとともに、その上端側に首部成形部２４の凹曲部２４ｃから傾斜部２４ｄによって、上端側に向かうに従い縮径する首部縮径部７ａが成形される。そして、この首部縮径部７ａのうち傾斜部２４ｄによって成形された上端側の円錐台面状部分の缶軸Ｃに対する傾斜角αは１８°〜２４°の範囲とされており、本実施形態では例えば２４°とされている。従って、図３（ｃ）に示す金型２１の首部成形部２４における傾斜部２４ｄの断面が缶軸Ｃに対してなす傾斜角αも１８°〜２４°の範囲とされて、本実施形態では２４°とされる。

また、肩部６の上端から首部縮径部７ａの最小縮径位置（本実施形態では、金型２１の小径円筒部２５によって縮径された円筒状部１１Ｂの位置）までの縮径量は、首部成形部２４による首部７の成形量となる。そして、この肩部６の上端から首部縮径部７ａの最小縮径位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の外径の縮径量、すなわち肩部６側に残された縮径前の円筒状部１１Ａの直径（外径）ｄ１と、首部縮径部７ａよりも上端側の縮径した円筒状部１１Ｂの直径（外径）ｄ２との差ｄ１−ｄ２は、０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とされている。従って、図３（ｃ）に示す金型２１の首部成形部２４における円環部２４ｂの直径（内径）ｄ１と小径円筒部２５の直径（内径）ｄ２との差ｄ１−ｄ２も上記縮径量と等しく、０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とされている。

次に、こうして首部７が成形された図４および図５（ａ）に示す有底円筒体１０Ｂの金型２１によって縮径された円筒状部１１Ｂには、キャップ取付部成形工程において図５（ｂ）に示すような拡径工具３１が挿入されて、首部７の上端側に膨出部８が成形される。この拡径工具３１は、外径が２段の円筒状をなしていて、下端側の小径部３２の外径は縮径した円筒状部１１Ｂの内周に嵌合可能な大きさとされるとともに、上端側の大径部３３の外径は縮径した円筒状部１１Ｂの内径よりも僅かに大きくされており、やはり缶軸Ｃと同軸に配置される。

また、これら小径部３２と大径部３３との間には、缶軸Ｃに沿った断面において図５（ｃ）に拡大して示すように、上端側に向かうに従い外周側に向けて一定の傾斜で拡径する拡径部３４が形成されている。この拡径部３４は、小径部３２とは断面凹円弧等の凹曲部３４ａを介して接するとともに、大径部３３とは凹曲部３４ａよりも半径の大きな断面凸円弧等の凸曲部３４ｂを介して接する断面直線状に形成されている。

このような拡径工具３１を、図５に白抜き矢線で示すように缶軸Ｃと同軸に縮径した円筒状部１１Ｂの内周に小径部３２を摺接しつつ挿入すると、拡径部３４から大径部３３が形成された部分によって円筒状部１１Ｂが上端側から拡径させられる。本実施形態では、こうして挿入された拡径工具３１の小径部３２の上端が首部７の首部縮径部７ａの上端から缶軸Ｃ方向に僅かに上端側に間隔をあけた位置に配設されたところで拡径工具３１はストロークエンド（下死点）に達し、首部縮径部７ａの上端側には縮径した円筒状部１１Ｂが首部７に残され、そのさらに上端側に連なるように上端側に向かうに従い拡径する膨出部８が成形されて、この膨出部８よりも上端側は大径部３３によって拡径した円筒状部１１Ｃとされる。これにより、図４および図５（ａ）に示した有底円筒体１０Ｂは、図６に示すような有底円筒体１０Ｃに成形される。

そして、このように拡径させられた膨出部８の首部７上端（本実施形態では首部７に残された縮径した円筒状部）から拡径する膨出部拡径部８ａの缶軸Ｃに対する傾斜角βは、上記傾斜角αと同じく１８°〜２４°の範囲とされていて、本実施形態では２０°とされている。従って、図５（ｃ）に示す拡径工具３１の拡径部３４が缶軸Ｃに対してなす傾斜角βも１８°〜２４°の範囲とされて、本実施形態では２０°とされる。

また、縮径した円筒状部１１Ｂである首部７の上端から膨出部８の最大膨出位置（本実施形態では図６における拡径した円筒状部１１Ｃ）までの拡径量は、拡径工具３１による膨出部８の成形量となる。そして、この首部７の上端から膨出部８の最大膨出位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の内径の拡径量、すなわち膨出部８の最大膨出位置における外周面の直径（内径）ｄ３と首部７の上端における直径（内径）ｄ４との差ｄ３−ｄ４は、上記縮径量と同じく０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とされている。従って、図５（ｃ）に示す拡径工具３１における大径部３３の直径（外径）ｄ３と小径部３２の直径（外径）ｄ４との差ｄ３−ｄ４も、０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とされる。

こうして首部７の上端側に膨出部８が形成されるとともに、この膨出部８の上端側では円筒状部１１Ｃが拡径させられた有底円筒体１０Ｃは、この拡径させられた円筒状部１１Ｃの上端側が上述のようにねじ切り加工等が施されることによりキャップ取付部９が形成されて縮径されるとともに、下端側には縮径されずに膨出部８が残される。さらに、このキャップ取付部９の開口部４にはカール部が形成されるなどして、図１に示したようなボトル缶の缶本体１に成形される。

このようなボトル缶の製造方法では、上記ボトルネック成形工程において成形される首部７の首部縮径部７ａの缶軸Ｃに対する傾斜角αや、キャップ取付部成形工程において成形される膨出部８の膨出部拡径部８ａの缶軸Ｃに対する傾斜角βが、いずれも１８°〜２４°の範囲で缶軸Ｃに対して浅い角度とされている。このため、金型２１や拡径工具３１を有底円筒体１０Ａ、１０Ｂの円筒状部１１Ａ、１１Ｂに挿入することにより該円筒状部１１Ａ、１１Ｂを縮径させたり拡径させたりして首部７や膨出部８を成形する際に有底円筒体１０Ａ、１０Ｂに作用する缶軸Ｃ方向の荷重を小さくすることができる。

また、ボトルネック成形工程における肩部６の上端から首部縮径部７ａの最小縮径位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の外径の縮径量ｄ１−ｄ２や、キャップ取付部成形工程における首部７の上端から膨出部８の最大膨出位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の内径の拡径量ｄ３−ｄ４も、いずれも０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲であって小さく、すなわち首部７や膨出部８の缶軸Ｃに対する直径方向の成形量自体が小さい。このため、やはりこれら首部７や膨出部８を成形する際に有底円筒体１０Ａ、１０Ｂに作用する荷重を抑制することができる。

従って、このようなボトル缶の製造方法によれば、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板厚が０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍと薄く、従ってこのカップ状素材からＤＩプレス工程において成形された有底円筒体における円筒部の上端側部分の厚さも０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍと薄くて、しかもこの上端側部分よりも下端側の円筒部の厚さは該上端側部分よりさらに薄くても、これらボトルネック成形工程における首部７の成形時やキャップ取付部成形工程における膨出部８の成形時に、缶軸Ｃ方向の荷重によって有底円筒体１０Ａ、１０Ｂに座屈が生じるのを防止することができる。このため、ボトル缶の製造歩留まりや製造効率を低下させることなく一層の薄肉化を図ることができ、省資源化や省エネルギー化をさらに促進することが可能となる。

ここで、首部縮径部７ａの缶軸Ｃに対する傾斜角αや膨出部拡径部８ａの缶軸Ｃに対する傾斜角βが２４°よりも大きいと、金型２１や拡径工具３１によって首部縮径部７ａや膨出部拡径部８ａを成形する際に作用する荷重の缶軸Ｃ方向の成分を十分に小さくすることができず、有底円筒体１０Ａ、１０Ｂの特に薄肉とされた円筒部下端側部分に座屈を生じるおそれがある。その一方で、これらの傾斜角α、βが１８°を下回ると金型２１の首部成形部２４における傾斜部２４ｄや拡径工具３１の拡径部３４が缶軸Ｃと平行に近くなり、首部縮径部７ａや膨出部拡径部８ａを確実かつ再現性よく安定して成形することが困難となるおそれがある。

また、肩部６の上端から首部縮径部７ａの最小縮径位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の外径の縮径量ｄ１−ｄ２や、首部７の上端から膨出部８の最大膨出位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の内径の拡径量ｄ３−ｄ４が２．２ｍｍよりも大きい場合でも、成形量自体が大きくなるために座屈を確実に防止できなくなるおそれが生じる。一方、これらの縮径量ｄ１−ｄ２や拡径量ｄ３−ｄ４が０．５ｍｍよりも小さい場合も、首部縮径部７ａや膨出部拡径部８ａを確実かつ安定的に成形することが困難となるおそれがある。

なお、本実施形態では、首部７における首部縮径部７ａと膨出部８における膨出部拡径部８ａの缶軸Ｃに対する傾斜角α、βの双方を１８°〜２４°の範囲とするとともに、肩部６の上端から首部縮径部７ａの最小縮径位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の外径の縮径量ｄ１−ｄ２と首部７の上端から膨出部８の最大膨出位置までの缶軸Ｃに対する直径方向の内径の拡径量ｄ３−ｄ４も双方が０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲となるようにされているが、傾斜角αと縮径量ｄ１−ｄ２とが上記範囲にあれば傾斜角βと拡径量ｄ３−ｄ４の少なくとも一方は上記範囲外であってもよく、また傾斜角βと拡径量ｄ３−ｄ４とが上記範囲にあれば傾斜角αと縮径量ｄ１−ｄ２の少なくとも一方は上記範囲外であってもよい。ただし、本実施形態のように双方が上記範囲にあることが勿論望ましい。

また、本実施形態では、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てＤＩプレス工程において有底円筒体に成形される金属板として、ＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲のものが用いられており、ボトルネック成形工程やキャップ取付部成形工程における有底円筒体１０Ａ、１０Ｂの座屈を一層確実に防ぎつつ、必要以上に大きな荷重を作用させなくても成形を行うことが可能となる。

すなわち、この金属板の２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２を下回ると、上述のような傾斜角α、βや縮径量ｄ１−ｄ２、拡径量ｄ３−ｄ４としても有底円筒体１０Ａ、１０Ｂに座屈が生じ易くなるおそれがあり、逆に２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２６５Ｎ／ｍｍ^２を上回っても、成形に必要な荷重が大きくなって荷重制御が困難となり、やはり座屈を生じ易くなるおそれがある。

次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について説明する。本実施例では、ＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３１０４のアルミニウム合金であって２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２５４．８Ｎ／ｍｍ^２、板厚０．３００ｍｍの金属板からカッピングプレス工程においてカップ状素材を成形し、さらにＤＩプレス工程において有底円筒体を成形した。

次いで、この有底円筒体にボトルネック成形工程において肩部６を成形した後、首部成形部２４における傾斜部２４ｄの缶軸Ｃに対する傾斜角αが１８°〜２４°の範囲であり、縮径量ｄ１−ｄ２が０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲である、それぞれ異なる６種の金型２１を用いて首部縮径部７ａを有する首部７を成形し、その際の成形荷重を測定するとともに座屈の有無を確認した。これらを実施例１〜６とする。

また、これら実施例１〜６に対する比較例として、首部成形部２４における傾斜部２４ｄの傾斜角αは実施例１、２と同じく１８°である一方で、縮径量が２．２ｍｍよりも大きい２．６ｍｍとなる金型と、縮径量は実施例２、４、６と同じく２．２ｍｍである一方で、傾斜角αは２４°よりも大きい２６°とした金型でも、同じく肩部６を成形した有底円筒体１０Ａに首部７を成形して、その際の成形荷重を測定するとともに座屈の有無を確認した。これらを順に比較例１、２とする。

なお、ＤＩプレス工程において成形された有底円筒体は、円筒部の直径（缶本体１の胴部５の直径）が約６６ｍｍであり、この円筒部の上端側部分の厚さは実施例１〜６および比較例１、２ともに０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍの範囲であった。また、この有底円筒体にボトルネック成形工程において肩部６が成形された図３（ａ）に示した有底円筒体１０Ａは、底部２の下端から円筒部の上端までの缶軸Ｃ方向の高さが１３７ｍｍ、底部２の下端から肩部６の上端までの缶軸Ｃ方向の高さが１０５ｍｍ、肩部６の上端側に成形された縮径した円筒状部１１Ａの直径（外径）は３８ｍｍであった。

これら実施例１〜６および比較例１、２について、その上記円筒部の上端側部分の厚さｔ（ｍｍ）、傾斜角α（°）、縮径量ｄ１−ｄ２（ｍｍ）、成形荷重Ｆ（Ｎ）と評価を、次表１にまとめて示す。なお、評価は、成形荷重Ｆが１０００Ｎ未満のものを二重丸、２０００Ｎ未満のものを丸、２３００Ｎ未満のものを三角とし、２３００Ｎ以上のものをバツとした。

この表１の結果より、縮径量が２．２ｍｍよりも大きい比較例１や傾斜角αが２４°よりも大きい比較例２では、成形荷重Ｆが２４００Ｎ以上となっており、実際にボトルネッカーによって首部７を成形しているときでも有底円筒体１０Ａの円筒部に座屈が頻発した。これに対して、実施例１〜６では成形荷重Ｆが２０００Ｎ未満に抑えられていて座屈を生じることはなく、特に傾斜角αと縮径量ｄ１−ｄ２が最も小さい実施例１では成形荷重Ｆが１０００Ｎ未満の７００Ｎであって、肩部６が成形される前の有底円筒体における円筒部の上端側部分の厚さｔが最も薄い０．１８０ｍｍであっても座屈を生じることはなかった。

１ 缶本体
２ 底部
３ 外周部
４ 開口部
５ 胴部
６ 肩部
７ 首部
７ａ 首部縮径部
８ 膨出部
８ａ 膨出部拡径部
９ キャップ取付部
１０Ａ〜１０Ｃ 有底円筒体
１１Ａ〜１１Ｃ 円筒状部
２１ 金型
２４ 首部成形部
２４ｄ 傾斜部
３１ 拡径工具
３４ 拡径部
Ｃ 缶軸
α 首部縮径部７ａの缶軸Ｃに対する傾斜角
β 膨出部拡径部８ａの缶軸Ｃに対する傾斜角
ｄ１ 肩部６の上端の缶軸Ｃに対する直径方向の外径（縮径前の円筒状部１１Ａの直径）
ｄ２ 首部縮径部７ａの最小縮径位置の缶軸Ｃに対する直径方向の外径（縮径した円筒状部１１Ｂの直径）
ｄ３ 膨出部８の最大膨出位置の缶軸Ｃに対する直径方向の内径（拡径した円筒状部１１Ｃの直径）
ｄ４ 首部７の上端の缶軸Ｃに対する直径方向の内径（拡径前の円筒状部１１Ｂの直径）

Claims (3)

1. 缶本体の底部と一体に成形される外周部に、上記底部から上記缶本体の上端開口部に向けて順に缶軸を中心とした円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い縮径する肩部と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる首部と、キャップ取付部とが形成されたボトル缶の製造方法であって、
   板厚０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工と底部成形加工を施して、上記底部と、上記胴部と同外径で、前記肩部、前記首部、および前記キャップ取付部となる上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍ、かつ前記胴部となる下端側部分の厚さが前記上端側部分よりも薄い円筒部が形成された有底円筒体を成形するＤＩプレス工程と、
   この有底円筒体の上記上端側部分を縮径させることにより、上記肩部と、この肩部から上端側に向かうに従いさらに縮径する上記首部とを成形するボトルネック成形工程と、
   上記首部の上端部に上記キャップ取付部を成形するキャップ取付部成形工程とを備え、
   上記ボトルネック成形工程においては、上記首部において縮径する首部縮径部の上記缶軸に対する傾斜角を１８°〜２４°の範囲に成形するとともに、上記肩部の上端から上記首部縮径部の最小縮径位置までの上記缶軸に対する直径方向の外径の縮径量を０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とすることを特徴とするボトル缶の製造方法。
2. 缶本体の底部と一体に成形される外周部に、上記底部から上記缶本体の上端開口部に向けて順に缶軸を中心とした円筒状の胴部と、上端側に向かうに従い縮径する肩部と、この肩部からさらに上端側に向かって延びる首部と、キャップ取付部とが形成されたボトル缶の製造方法であって、
   板厚０．２３０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板から絞り加工により成形されたカップ状素材に再絞りおよびしごき加工と底部成形加工を施して、上記底部と、上記胴部と同外径で、前記肩部、前記首部、および前記キャップ取付部となる上端側部分の厚さが０．１８０ｍｍ〜０．２２５ｍｍ、かつ前記胴部となる下端側部分の厚さが前記上端側部分よりも薄い円筒部が形成された有底円筒体を成形するＤＩプレス工程と、
   この有底円筒体の上記上端側部分を縮径させて上記肩部と上記首部とを成形するボトルネック成形工程と、
   上記首部の上端部に、外周側に膨らむ膨出部を介して上記キャップ取付部を成形するキャップ取付部成形工程とを備え、
   上記キャップ取付部成形工程においては、上記膨出部において上記首部の上端から拡径する膨出部拡径部の上記缶軸に対する傾斜角を１８°〜２４°の範囲に成形するとともに、上記首部の上端から上記膨出部の最大膨出位置までの上記缶軸に対する直径方向の内径の拡径量を０．５ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲とすることを特徴とするボトル缶の製造方法。
3. 上記金属板は、ＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３００４またはＡ３１０４のアルミニウム合金であって、２０５℃×２０分ベーキング後の０．２％耐力が２３５Ｎ／ｍｍ^２〜２６５Ｎ／ｍｍ^２の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボトル缶の製造方法。

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