JP2018099710A - Ｄｉ缶及びボトル缶 - Google Patents

Abstract

【課題】缶胴を軽量化しつつも、ＤＩ加工時の成形不良を抑制できるＤＩ缶及び該ＤＩ缶を基に製造されたボトル缶を提供する。【解決手段】缶胴３と缶底２とを備えた有底筒状のＤＩ缶Ｗ２であって、前記缶胴３は、前記缶胴３の開口端部４に配置されたフランジ部９と、前記フランジ部９よりも缶軸Ｃ方向に沿う前記缶底２側に配置され、前記フランジ部９よりも内径が大きいウォール部１０と、缶軸Ｃ方向に沿う前記フランジ部９と前記ウォール部１０との間に配置され、缶軸Ｃ方向に沿って前記フランジ部９から前記ウォール部１０に向かうに従い徐々に内径が大きくなるテーパー部１１と、を備え、前記テーパー部１１の缶軸Ｃ方向の長さＬが、２５〜４０ｍｍであることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、ＤＩ缶及びボトル缶に関する。

従来、例えば下記特許文献１に示されるようなボトル缶が知られている。
ボトル缶は、アルミニウム合金材料等の圧延材（板材）を打ち抜き加工して円板状のブランクとし、該ブランクにカッピング加工を施してカップ状体とし、該カップ状体にＤＩ加工（絞りしごき加工）を施して有底筒状のＤＩ缶とし、該ＤＩ缶にネッキング加工、ねじ成形加工、カール加工、スロットル加工等を施すことによりボトル状に製缶される。なお、「ＤＩ」とはＤｒａｗｉｎｇ＆Ｉｒｏｎｉｎｇの略称である。
ボトル缶には、飲料等の内容物が充填され、その開口端部にキャップが取り付けられて密封される。

ボトル缶の中間成形体（缶基体）であるＤＩ缶は、缶胴と缶底とを備えている。缶胴は円筒状をなしており、缶胴の外周面は、缶軸方向の全長にわたって一定の外径に形成されている。缶胴は、缶胴の開口端部に配置されたフランジ部と、フランジ部よりも缶軸方向に沿う缶底側に配置され、フランジ部よりも内径が大きいウォール部と、缶軸方向に沿うフランジ部とウォール部との間に配置された段部と、を備えている（下記特許文献１の図３０を参照）。つまり缶胴のフランジ部は、ウォール部に比べて肉厚が大きくされていて、これにより缶胴の開口端部における強度や成形性が確保されている。

ところで近年、ＣＯ_２排出量削減等環境保護の観点から、使用する原材料の削減による、アルミニウム缶の軽量化の要請が強くなっている。具体的には、０．１ｇ以上（約１％以上）の缶重量削減を目指した軽量缶の開発が必要とされている。一缶あたり、０．１ｇの削減でも、アルミニウム缶市場年間１８０億缶に適用できれば、大きな環境負荷低減が達成できる。

特開２００６−６２７５５号公報

従来のＤＩ缶は、下記の課題を有していた。
缶胴を軽量化するには、フランジ部の肉厚を維持したままウォール部の肉厚を薄くすることが好ましい。しかしながらこの場合、フランジ部とウォール部との間の段差（内径差）が大きくなり、ＤＩ加工時に使用されるパンチが、缶胴を成形した後にフランジ部とウォール部との間の段部に引っ掛かって抜けにくくなったり、缶胴を均一にしごき加工できなくなったりして、座屈や肉欠け（缶軸回りに均一にしごき加工できない現象）等の成形不良が生じやすくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、缶胴を軽量化しつつも、ＤＩ加工時の成形不良を抑制できるＤＩ缶及び該ＤＩ缶を基に製造されたボトル缶を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、缶胴と缶底とを備えた有底筒状のＤＩ缶であって、前記缶胴は、前記缶胴の開口端部に配置されたフランジ部と、前記フランジ部よりも缶軸方向に沿う前記缶底側に配置され、前記フランジ部よりも内径が大きいウォール部と、缶軸方向に沿う前記フランジ部と前記ウォール部との間に配置され、缶軸方向に沿って前記フランジ部から前記ウォール部に向かうに従い徐々に内径が大きくなるテーパー部と、を備え、前記テーパー部の缶軸方向の長さが、２５〜４０ｍｍであることを特徴とする。
また本発明の一態様は、上述のＤＩ缶から製缶されたボトル缶であって、前記缶胴に、缶軸方向に沿って前記缶底から前記開口端部側へ向かうに従い徐々に縮径するネック部と、前記ネック部の前記開口端部側に隣接配置され、ねじ成形部が形成された口金部と、を備えたことを特徴とする。

本発明のＤＩ缶及び該ＤＩ缶を基に製造されたボトル缶によれば、ＤＩ缶の缶胴におけるフランジ部とウォール部との間に、缶軸方向に沿ってフランジ部からウォール部に向かうに従い徐々に内径が大きくなるテーパー部が形成されている。そして、テーパー部の缶軸方向に沿う長さが、２５〜４０ｍｍであるので、下記の作用効果を奏する。

すなわち、テーパー部の缶軸方向の長さが２５ｍｍ以上であるので、このテーパー部の缶軸に対する傾斜が緩やかとなり、ＤＩ加工時に缶胴を絞りしごき加工したパンチが、テーパー部に引っ掛かることなく抜けやすい。また、パンチによって缶胴を均一にしごき加工しやすくなる。従って、たとえウォール部の肉厚を薄くして缶胴を軽量化しても、缶胴に座屈や肉欠け等の成形不良を生じにくくすることができる。
また、テーパー部の缶軸方向の長さが４０ｍｍ以下であるので、上述したテーパー部による作用効果を奏しつつも、薄肉とされたウォール部の缶軸方向の長さを十分に大きく確保して、缶胴の軽量化を確実に図ることができる。

以上より本発明によれば、缶胴を軽量化しつつも、ＤＩ加工時の成形不良を抑制できる。

また、上記ＤＩ缶において、前記フランジ部と前記ウォール部との肉厚差が、０．０９０ｍｍ以上であることが好ましい。

この場合、フランジ部とウォール部との肉厚差が０．０９０ｍｍ以上であるので、その分、ウォール部の肉厚を薄くして、缶の軽量化を図ることができる。なお、好ましくは、前記肉厚差は０．１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは、前記肉厚差は０．１２０ｍｍ以上である。

また、上記ＤＩ缶において、前記ウォール部の肉厚が、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

この場合、ウォール部の肉厚が０．１ｍｍ以下と確実に薄くされて、缶が軽量化される。

また、上記ＤＩ缶において、前記缶底の肉厚が、０．３１ｍｍ以下であることが好ましい。

この場合、ブランクの元板厚が維持される缶底の肉厚が０．３１ｍｍ以下と確実に薄くされて、缶を効果的に軽量化できる。

本発明のＤＩ缶及び該ＤＩ缶を基に製造されたボトル缶によれば、缶胴を軽量化しつつも、ＤＩ加工時の成形不良を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るボトル缶の一例を示す半縦断面図である。 ボトル缶の製造方法を説明するフローチャートである。 ボトル缶の製造工程における缶の形状の変化を説明する図である。 ボトル缶となる缶基体のＤＩ缶を示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るボトル缶１及びその中間成形体（缶基体）であるＤＩ缶Ｗ２について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態の説明に用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、要部となる部分を拡大、強調、抜粋して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際のものと同じであるとは限らない。

図１に示されるように、ボトル缶１は有底筒状をなしており、缶の周壁である缶胴３と、缶の底壁である缶底２と、を備えている。缶胴３の中心軸及び缶底２の中心軸は、互いに同軸に配置されており、本実施形態ではこれらの共通軸を缶軸Ｃという。
また、缶軸Ｃが延在する方向（缶軸Ｃに沿う方向）を缶軸Ｃ方向という。缶軸Ｃ方向のうち、缶底２から缶胴３の開口端部４側へ向かう方向を上方といい、開口端部４から缶底２側へ向かう方向を下方という。
また、缶軸Ｃに直交する方向を径方向という。径方向のうち、缶軸Ｃに接近する向きを径方向の内側といい、缶軸Ｃから離間する向きを径方向の外側という。
また、缶軸Ｃ回りに周回する方向を周方向という。

缶胴３は、その開口端部４以外の部位に形成された胴部５と、開口端部４に形成されたネック部６及び口金部７と、を備える。
胴部５は、缶軸Ｃ方向に沿って略一定の外径とされた円筒状をなしており、缶胴３における最大径部分である。ネック部６は、胴部５の上方に隣接配置されており、缶軸Ｃ方向に沿って缶底２から開口端部４側（つまり上方）へ向かうに従い徐々に縮径して形成されている。口金部７は、ネック部６の上方に隣接配置されており、ねじ成形部８が形成されている。口金部７は、缶胴３における最小径部分である。

缶底２は、缶軸Ｃ方向に沿って缶底２から開口端部４側（上方）へ向けて窪むドーム部２ａと、ドーム部２ａの外周縁部に連なり、缶軸Ｃ方向に沿って開口端部４から缶底２側（下方）へ向けて突出するとともに周方向に延びる環状凸部（リム）２ｂと、を備える。環状凸部２ｂは、缶底２において最も下方に突出するノーズ部（接地部）と、ノーズ部の径方向の内側に位置する内周壁（インナーウォール）と、ノーズ部の径方向の外側に位置する外周壁（アウターウォール）と、を備える。

次に、ボトル缶１の製造工程の一例について説明する。
図２に示されるように、ボトル缶１は、板材打ち抜き工程Ｓ０１、カッピング工程（絞り工程）Ｓ０２、ＤＩ工程（絞りしごき工程）Ｓ０３、トリミング工程Ｓ０４、印刷・塗装（缶外面）工程Ｓ０５、塗装（缶内面）工程Ｓ０６、ネッキング工程Ｓ０７、トリミング工程Ｓ０８、ねじ成形工程Ｓ０９、カール工程Ｓ１０及びスロットル工程Ｓ１１等を経て、製缶される。

板材打ち抜き工程Ｓ０１では、アルミニウム合金材料等からなる圧延材（板材）を打ち抜き加工して、図３（ａ）に示されるような、円板状のブランクＷ０を成形する。
カッピング工程（絞り工程）Ｓ０２では、ブランクＷ０をカッピングプレスによって絞り加工（カッピング加工）して、図３（ｂ）に示されるようなカップ状体Ｗ１に成形する。

ＤＩ工程（絞りしごき工程）Ｓ０３では、ＤＩ缶製造装置によってカップ状体Ｗ１に再絞り及びしごき加工を施して、図３（ｃ）に示されるように、缶胴３と缶底２とを備えた有底円筒状のＤＩ缶Ｗ２を成形する。特に図示していないが、ＤＩ缶製造装置は、往復直線運動機構と、往復直線運動機構にラム軸等を介して接続されるパンチと、パンチが挿通される貫通孔が形成された複数のダイスと、最前端のダイスの端面に配置したカップ状体Ｗ１内に挿入され、該カップ状体Ｗ１の底壁を前記端面に押し付けて固定するカップホルダースリーブと、を備えている。
またＤＩ工程Ｓ０３において、缶底２には、ドーム部２ａと環状凸部２ｂとが成形される。

ＤＩ工程Ｓ０３を経たＤＩ缶Ｗ２は、缶胴３の開口端部４に耳が形成されていて高さが不均一であるので、トリミング工程Ｓ０４において、トリミング装置を用いて開口端部４のトリミング加工を行い、図３（ｄ）に示されるように、缶胴３の開口端部４の高さが全周にわたって均等に揃えられたＤＩ缶Ｗ２とする。

次いで、ＤＩ缶Ｗ２を洗浄して油分等を除去した後に、表面処理を施して乾燥し、ＤＩ缶Ｗ２の外面の印刷及び塗装を行い（印刷・塗装（缶外面）工程Ｓ０５）、ＤＩ缶Ｗ２の内面の塗装を行う（塗装（缶内面）工程Ｓ０６）ことにより、図３（ｅ）に示されるようなＤＩ缶Ｗ２とする。

このＤＩ缶Ｗ２を、ボトル缶製造装置に移送する。ボトル缶製造装置では、複数種類のダイ加工ツール（ネッキング成形金型）を用いて、缶胴３の開口端部４及びその近傍に段階的にダイ加工（ネッキング加工）を施すことにより、ネック部６及び口金部７を成形する（ネッキング工程Ｓ０７）。また必要に応じて、複数種類のダイ加工同士の間に、トリミング加工ツールを用いて、高さが不揃いとなった開口端部４のトリミング加工を行う（トリミング工程Ｓ０８）。これにより、図３（ｆ）に示されるように、缶胴３にネック部６及び口金部７を有するボトル缶Ｗ３が成形される。

次いで、缶胴３の口金部７に、ねじ成形加工ツールを用いてねじ成形加工を施す（ねじ成形工程Ｓ０９）。また口金部７に、カール加工ツールを用いてカール加工を施し（カール工程Ｓ１０）、スロットル加工ツール（カールかしめ加工ツール）を用いてスロットル加工（スロットル工程Ｓ１１）を施す。
これにより、図３（ｇ）に示されるようなボトル缶１が製缶される。ボトル缶１には、スロットル工程Ｓ１１よりも後工程において飲料等の内容物が充填され、口金部７にキャップが取り付けられて密封される。

次に、本実施形態のボトル缶１の中間成形体（缶基体）であるＤＩ缶Ｗ２について説明する。
図４に示されるように、ＤＩ缶Ｗ２は、缶胴３と缶底２とを備えており、有底筒状をなしている。缶胴３は円筒状をなしており、缶胴３の外周面は、缶軸Ｃ方向の全長にわたって一定の外径に形成されている。

缶胴３は、該缶胴３の開口端部４に配置されたフランジ部９と、フランジ部９よりも缶軸Ｃ方向に沿う缶底２側（つまり下方）に配置され、フランジ部９よりも内径が大きいウォール部１０と、缶軸Ｃ方向に沿うフランジ部９とウォール部１０との間に配置され、缶軸Ｃ方向に沿ってフランジ部９からウォール部１０に向かうに従い徐々に内径が大きくなるテーパー部１１と、を備えている。
このＤＩ缶Ｗ２が、ボトル缶製造装置によってボトル缶１に製缶されるときに、フランジ部９がネック部６及び口金部７に成形され、ウォール部１０及びテーパー部１１が胴部５とされる。

図４において、フランジ部９の肉厚（厚さ）Ｆは、缶軸Ｃ方向に沿って一定とされている。ウォール部１０の肉厚Ｗは、フランジ部９の肉厚Ｆよりも小さくされており、缶軸Ｃ方向に沿って一定である（ただし缶底２に接続する下端部を除く）。なお、本実施形態でいう「肉厚が一定」とは、最大肉厚と最少肉厚との差が０．０２０ｍｍ以下であることを指し、さらに好ましくは、前記差が０．０１０ｍｍ以下であるとよい。テーパー部１１の肉厚は、缶軸Ｃ方向に沿ってフランジ部９からウォール部１０に向かうに従い徐々に小さくされている。

そして、テーパー部１１の缶軸Ｃ方向に沿う長さＬが、２５〜４０ｍｍである。
また、フランジ部９の肉厚Ｆとウォール部１０の肉厚Ｗとの差、つまりフランジ部９とウォール部１０との肉厚差（Ｆ−Ｗ）が、０．０９０ｍｍ以上である。本実施形態の例では、この肉厚差（Ｆ−Ｗ）が０．１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは、０．１２０ｍｍ以上である。
また、ウォール部１０の肉厚Ｗは、０．１ｍｍ以下である。
また、缶底２の肉厚Ｂは、０．３１ｍｍ以下である。缶底２の肉厚Ｂは、ブランクＷ０の板厚（元板厚）と略同一である。

以上説明した本実施形態に係るＤＩ缶Ｗ２及び該ＤＩ缶Ｗ２を基に製造されたボトル缶１によれば、ＤＩ缶Ｗ２の缶胴３におけるフランジ部９とウォール部１０との間に、缶軸Ｃ方向に沿ってフランジ部９からウォール部１０に向かうに従い徐々に内径が大きくなるテーパー部１１が形成されている。そして、テーパー部１１の缶軸Ｃ方向に沿う長さＬが、２５〜４０ｍｍであるので、下記の作用効果を奏する。

すなわち、テーパー部１１の缶軸Ｃ方向の長さＬが２５ｍｍ以上であるので、このテーパー部１１の缶軸Ｃに対する傾斜が緩やかとなり、ＤＩ加工時に缶胴３を絞りしごき加工したパンチが、テーパー部１１に引っ掛かることなく抜けやすい。また、パンチによって缶胴３を均一にしごき加工しやすくなる。従って、たとえウォール部１０の肉厚Ｗを薄くして缶胴３を軽量化しても、缶胴３に座屈や肉欠け等の成形不良を生じにくくすることができる。
また、テーパー部１１の缶軸Ｃ方向の長さＬが４０ｍｍ以下であるので、上述したテーパー部１１による作用効果を奏しつつも、薄肉とされたウォール部１０の缶軸Ｃ方向の長さを十分に大きく確保して、缶胴３の軽量化を確実に図ることができる。

以上より本実施形態によれば、缶胴３を軽量化しつつも、ＤＩ加工時の成形不良を抑制できる。

また本実施形態では、ＤＩ缶Ｗ２のフランジ部９とウォール部１０との肉厚差（Ｆ−Ｗ）が、０．０９０ｍｍ以上であるので、その分、ウォール部１０の肉厚Ｗを薄くして、缶の軽量化を図ることができる。なお、好ましくは、前記肉厚差（Ｆ−Ｗ）は０．１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは、前記肉厚差（Ｆ−Ｗ）は０．１２０ｍｍ以上である。

また本実施形態では、ウォール部１０の肉厚Ｗが、０．１ｍｍ以下であるので、ウォール部１０を確実に薄肉化でき、缶が軽量化される。
また、ブランクＷ０の元板厚が維持される缶底２の肉厚Ｂが、０．３１ｍｍ以下と確実に薄くされていて、缶を効果的に軽量化できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、下記に説明するように、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。

前述の実施形態では、ＤＩ缶Ｗ２のフランジ部９とウォール部１０との肉厚差（Ｆ−Ｗ）が０．０９０ｍｍ以上であるとしたが、これに限定されるものではなく、肉厚差（Ｆ−Ｗ）は０．０９０ｍｍ未満であってもよい。
また、ウォール部１０の肉厚Ｗが０．１ｍｍ以下であるとしたが、肉厚Ｗは０．１ｍｍより大きくてもよい。
また、缶底２の肉厚Ｂが０．３１ｍｍ以下であるとしたが、肉厚Ｂは０．３１ｍｍより大きくてもよい。

また、ボトル缶１の製造工程の中にボトムリフォーム工程が含まれていてもよい。ボトムリフォーム工程では、例えば成形ローラやポンチ爪等を用い、缶底２の環状凸部２ｂの内周壁及び外周壁の少なくともいずれかを押圧して、環状凸部２ｂに径方向に窪む凹部を成形する。ボトムリフォーム工程にて缶底２に凹部が形成されることにより、缶の耐圧強度（バルジ強度）が高まり、ボトムグロースやバックリングを効果的に抑制することができる。また耐圧強度が高められるため、缶の材料の選定幅（選択の自由度）が広がる。

その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及びなお書き等で説明した各構成（構成要素）を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例１〜４として、前述した実施形態のＤＩ缶Ｗ２をカップ状体Ｗ１からＤＩ成形した。つまり、実施例１〜４のＤＩ缶Ｗ２は、テーパー部１１の缶軸Ｃ方向の長さＬが２５〜４０ｍｍである。また、従来の比較例として、前述の実施形態のＤＩ缶Ｗ２を基本形状としつつも、テーパー部１１の缶軸Ｃ方向の長さＬが２０ｍｍであるものをカップ状体Ｗ１からＤＩ成形した。各ＤＩ缶Ｗ２におけるテーパー部１１の長さＬ、缶底２の厚さＢ、フランジ部９の厚さＦ、ウォール部１０の厚さＷ、及び肉厚差（Ｆ−Ｗ）については、下記表１の通りである。

そして、各ＤＩ缶Ｗ２の仕様にてＤＩ成形を行い、成形性（成形不良の有無）について評価した。なお、評価の基準は下記の通りとした。
・「良好」…ＤＩ成形した１００缶あたりに、缶胴３に座屈や肉欠け等の成形不良が見受けられるものが、０缶であった場合。
・「不良」…ＤＩ成形した１００缶あたりに、缶胴３に座屈や肉欠け等の成形不良が見受けられるものが、１缶以上あった場合。

表１の結果より、本発明の実施例１〜４においては、ＤＩ成形の評価がすべて「良好」となり、加工後のＤＩ缶Ｗ２に座屈や肉欠け等の成形不良が生じなかった。一方、比較例は、加工後のＤＩ缶Ｗ２に座屈や肉欠け等の成形不良が見受けられ、ＤＩ成形の評価が「不良」であった。

本発明のＤＩ缶及び該ＤＩ缶を基に製造されたボトル缶によれば、缶胴を軽量化しつつも、ＤＩ加工時の成形不良を抑制できる。従って、産業上の利用可能性を有する。

１ ボトル缶
２ 缶底
３ 缶胴
４ 開口端部
６ ネック部
７ 口金部
８ ねじ成形部
９ フランジ部
１０ ウォール部
１１ テーパー部
Ｂ 缶底の肉厚
Ｃ 缶軸
Ｆ フランジ部の肉厚
Ｌ テーパー部の缶軸方向の長さ
Ｗ ウォール部の肉厚
Ｗ２ ＤＩ缶

Claims (5)

1. 缶胴と缶底とを備えた有底筒状のＤＩ缶であって、
   前記缶胴は、
   前記缶胴の開口端部に配置されたフランジ部と、
   前記フランジ部よりも缶軸方向に沿う前記缶底側に配置され、前記フランジ部よりも内径が大きいウォール部と、
   缶軸方向に沿う前記フランジ部と前記ウォール部との間に配置され、缶軸方向に沿って前記フランジ部から前記ウォール部に向かうに従い徐々に内径が大きくなるテーパー部と、を備え、
   前記テーパー部の缶軸方向の長さが、２５〜４０ｍｍであることを特徴とするＤＩ缶。
2. 請求項１に記載のＤＩ缶であって、
   前記フランジ部と前記ウォール部との肉厚差が、０．０９０ｍｍ以上であることを特徴とするＤＩ缶。
3. 請求項１又は２に記載のＤＩ缶であって、
   前記ウォール部の肉厚が、０．１ｍｍ以下であることを特徴とするＤＩ缶。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のＤＩ缶であって、
   前記缶底の肉厚が、０．３１ｍｍ以下であることを特徴とするＤＩ缶。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＤＩ缶から製缶されたボトル缶であって、
   前記缶胴に、
   缶軸方向に沿って前記缶底から前記開口端部側へ向かうに従い徐々に縮径するネック部と、
   前記ネック部の前記開口端部側に隣接配置され、ねじ成形部が形成された口金部と、を備えたことを特徴とするボトル缶。

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