特開 2019-112075 ボトル缶の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-112075(P2019-112075A)

(43)【公開日】2019年7月11日

(54)【発明の名称】ボトル缶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B65D 1/02 20060101AFI20190621BHJP

   B21D 51/26 20060101ALI20190621BHJP

   B21D 51/38 20060101ALI20190621BHJP

【ＦＩ】

   B65D1/02 200

   B21D51/26 P

   B21D51/26 X

   B21D51/38 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-245160(P2017-245160)

(22)【出願日】2017年12月21日

(71)【出願人】

【識別番号】305060154

【氏名又は名称】ユニバーサル製缶株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】実末 一

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 元彦

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 貴志

【テーマコード（参考）】

3E033

【Ｆターム（参考）】

3E033AA02

3E033BA07

3E033BA09

3E033CA02

3E033CA05

3E033DB01

3E033DD02

3E033FA01

3E033GA02

(57)【要約】

【課題】省資源化や省エネルギー化、缶本体のコスト削減を促す。
【解決手段】元板厚０．２５０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板から成形されたカップ状素材に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、底部２と円筒部とを有し、ウォール部の厚さが０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍ、フランジ部の厚さが０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍ、フランジ部とウォール部との段差が０．０９０ｍｍ以下の有底円筒体を成形し、この有底円筒体のフランジ部にボトルネック成形工程において肩部６と下端に外周側に膨出する膨出部８ｂを有するキャップ取付部８とを成形して、膨出部８ｂと肩部６との間の最小径部である谷部８ａの外径Ｄが２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍ、缶高さＨが１２９．０ｍｍ〜１３５．０ｍｍの缶本体１を有する３１０ｍｌ用のボトル缶を製造する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

元板厚０．２５０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板からカッピングプレス工程において絞り加工によりカップ状素材を成形し、
このカップ状素材に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、底部と円筒部とを有し、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍ、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍ、上記フランジ部と上記ウォール部との段差が０．０９０ｍｍ以下の有底円筒体を成形し、
この有底円筒体の上記フランジ部にボトルネック成形工程において、上記底部とは反対側に向かうに従い縮径する肩部と、下端に外周側に膨出する膨出部を有するキャップ取付部とを成形することにより、上記膨出部と上記肩部との間の最小径部である谷部の外径が２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍ、上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１２９．０ｍｍ〜１３５．０ｍｍの缶本体を有するボトル缶を製造することを特徴とするボトル缶の製造方法。

【請求項2】

元板厚０．２７０ｍｍ〜０．３２０ｍｍの金属板からカッピングプレス工程において絞り加工によりカップ状素材を成形し、
このカップ状素材に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、底部と円筒部とを有し、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍ、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍ、上記フランジ部とウォール部との段差が０．０９０ｍｍ以下の有底円筒体を成形し、
この有底円筒体の上記フランジ部にボトルネック成形工程において、上記底部とは反対側に向かうに従い縮径する肩部と、下端に外周側に膨出する膨出部を有するキャップ取付部とを成形することにより、上記膨出部と上記肩部との間の最小径部である谷部の外径が２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍ、上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１６０．０ｍｍ〜１６６．５ｍｍの缶本体を有するボトル缶を製造することを特徴とするボトル缶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＩプレス工程において成形された底部と円筒部とを有する有底円筒体の円筒部の底部とは反対側部分に、ボトルネック成形工程において肩部と首部およびキャップ取付部とが成形された缶本体を有するボトル缶の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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、金属（アルミニウム合金）製の缶本体を形成する段階であって、缶本体は底部を有し、底部は側壁の下部に続いており、側壁は絞り且つ壁しごき加工されて、壁部に続いており、壁部は開口した上端に続いており、缶本体の壁部は側壁の下部より厚さが厚く形成されている缶本体を形成する段階と、壁部に複数回のネッキング加工を施して切頭円錐形部を形成する段階であって、切頭円錐形部は、缶本体の壁部よりも厚さが大きく、上部に缶本体の直径よりも小さい直径の首部を有し、首部が、上端開口近傍の円筒部に続いている、切頭円錐形部を形成する段階と、金属缶の頂部にビードを形成する段階と、クロージャをねじに固定するために、ビードの下方にて円筒部上にねじを形成する段階と、ねじの下方に環状ビードを形成する段階とを含む製造方法が記載されている。

【0003】

ここで、この特許文献１には、その発明に使用する、典型的な絞り且つしごき加工した上記缶本体（ＤＩ缶）は、金属の厚さが底部断面で約０．３４ｍｍ、薄肉部で約０．１４ｍｍ、および厚肉部で約０．１９ｍｍであってもよいと記載されており、そのような缶本体は、直径が約７６．２ｍｍで、高さが５９１ｍｌ入れるために約１８７ｍｍ、または８８７ｍｌ入れるために約２１６ｍｍであってもよいとも記載されている。

【0004】

また、特許文献１には、その発明に使用するための他の上記缶本体（ＤＩ缶）は、金属の厚さが底部断面で約０．２５ないし０．３８ｍｍ、薄肉部で約０．１１ないし０．１７ｍｍ、および厚肉部で約０．１７ないし０．２２ｍｍであってもよいと記載されており、そのような缶は、直径が約６３．５ないし８８．９ｍｍ、高さが約１２７ないし２５４ｍｍであってもよいとも記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−０６２７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、この特許文献１に記載された製造方法によって製造されるボトル缶は、上述のように比較的容量の大きいものであるが、日本国内で一般的に流通している３１０ｍｌ用のアルミニウム合金製ボトル缶は、その缶本体の胴部の直径が約６６ｍｍ、缶高さが約１３２．６ｍｍであって、このようなボトル缶製造用に使用される底部と円筒部を有する有底円筒体（ＤＩ缶）は、元板厚および底部の厚さが約０．３４５ｍｍ、円筒部のうち底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが約０．１３５ｍｍ、円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが約０．２２５ｍｍ、フランジ部とウォール部との段差は約０．０９０ｍｍであり、質量は約１７．５ｇである。

【0007】

また、同じく日本国内で流通している４１０ｍｌ用のボトル缶は、缶本体の胴部の直径が約６６ｍｍ、缶高さが約１６４ｍｍであって、この４１０ｍｌ用ボトル缶製造用に使用される有底円筒体は、元板厚および底部の厚さが約０．４００ｍｍ、ウォール部の厚さが約０．１３０ｍｍ、フランジ部の厚さが約０．２２５ｍｍ、フランジ部とウォール部との段差は約０．０９５ｍｍであり、質量は約２１．０ｇである。なお、コーヒー等の飲料用のボトル缶では内容物の香りを引き立たせるために直径（おおよその数値である呼び径）が３８ｍｍのキャップに対応したキャップ取付部下端の膨出部（環状ビード）と首部との間の谷部の外径（直径）が約３５．４ｍｍのものが多いが、飲み易さを求めるためにこれよりも小径な外径（直径）が３３ｍｍのキャップに対応した谷部の外径が約３０．７ｍｍのボトル缶も流通している。

【0008】

ところで、近年このようなボトル缶では、その缶本体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軽量化が求められており、例えば１缶当たり１ｇ軽量化できただけでも、膨大な数が市場に流通するボトル缶では大幅な省資源化や省エネルギー化、あるいは缶本体のコスト削減を図ることができる。ここで、このような缶本体の軽量化を図るには、缶本体に成形される金属板の元板厚を薄くして底部やウォール部、フランジ部を薄肉化することが考えられる。

【0009】

しかしながら、いたずらに金属板の元板厚を薄くしてウォール部やフランジ部を薄肉化しただけでは、金属板からカッピングプレス工程において絞り加工により成形されたカップ状素材に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有底円筒体を成形する際や、あるいはこうして成形された有底円筒体のフランジ部にボトルネック成形工程において肩部（上記切頭円錐形部）や首部、キャップ取付部（上記ビード、ねじ、環状ビード）を成形する際に、薄肉となったウォール部の特に座屈や変形を生じるおそれがある。特に、フランジ部の厚さが薄すぎると、ボトルネック成形工程においてキャップ取付部に割れを生じるおそれもある。

【0010】

また、上述のようにＤＩプレス工程において有底円筒体の円筒部のうち底部側に薄肉部であるウォール部を成形するとともに、底部とは反対側には厚肉部であるフランジ部を成形するには、ＤＩプレス機において複数のしごきダイスとの間で上記しごき加工を行うパンチの外表面に、有底円筒体のフランジ部と対応する位置に凹部を形成することによってフランジ部をウォール部よりも厚肉としている。

【0011】

ところが、薄肉化によってこれらフランジ部とウォール部との段差が大きくなると、有底円筒体からのパンチの抜け性が損なわれて抜け不良を生じ、ＤＩプレス機を停止して抜け損ねた有底円筒体をパンチから取り外さなければならなくなり、ボトル缶の製造効率や歩留まりが著しく低下するおそれがある。また、この段差が大きいと、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程において成形荷重による缶軸方向の応力が段差部分に集中して、やはり座屈や変形を生じるおそれがある。

【0012】

さらに、ＤＩプレス工程により成形された有底円筒体の上端部や、この有底円筒体にボトルネック成形工程において肩部および首部が成形された缶本体の上端部には、有底円筒体の高さや缶本体の缶高さを揃えるために、これらの上端部を底部から一定の高さとなるように所定のトリム代で切断するトリミングが施される。

【0013】

しかしながら、元板厚を薄くした金属板において、フランジ部の厚さやウォール部の厚さのバランスをとらずにＤＩプレス工程において有底円筒体を成形すると、この有底円筒体やボトルネック成形工程において成形された缶本体において、その上端部に必要なトリム代を確保することができなくなり、トリム代不足によって有底円筒体や缶本体を一定の高さとできずに不良品として処理せざるを得なくなる。また、このようなトリム代不足を解消するために、例えばＤＩプレス工程によって有底円筒体に成形される上記金属板の面積を大きくするにも限度がある。

【0014】

さらにまた、フランジ部の厚さが薄くなりすぎると、缶本体に飲料等を充填後にキャップを取り付けるキャッピング工程において、現行の元板厚０．４００ｍｍでのキャッピング条件のもとでキャッピングした場合、キャップ取付部に変形や座屈を生じて、一旦取り外したキャップを再びキャップ取付部にねじ込んでリシールする際のリシールトルクが増大するおそれがあることが分かった。

【0015】

本発明は、このような背景の下になされたもので、缶本体の軽量化を図るために金属板の元板厚を薄くしても、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程、キャッピング工程における座屈やパンチの抜け不良、有底円筒体の高さ不足や缶本体のトリム代不足、キャップ取付部の変形や座屈等を招くことなく有底円筒体や缶本体の成形が可能で、省資源化や省エネルギー化、炭酸ガスの削減、缶本体の軽量化を促すことができるボトル缶の製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0016】

ここで、本発明の発明者は、上述した直径３３ｍｍのキャップに対応した谷部の外径（直径）が約３０．７ｍｍの３１０ｍｌ用と４１０ｍｌ用のボトル缶について鋭意研究を重ねた結果、このように缶本体の軽量化を図るために金属板の元板厚を薄くした場合に、この金属板からカッピングプレス工程において絞り加工により成形したカップ状素材にＤＩプレス工程において再絞りおよびしごき加工を施す際、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍ、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍ、上記フランジ部と上記ウォール部との段差が０．０９０ｍｍ以下の有底円筒体を成形することにより、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程、キャッピング工程における座屈や変形、パンチの抜け不良、トリム代不足を生じることなく、所定の缶高さのボトル缶の缶本体を効率的に成形することができるとの知見を得るに至った。

【0017】

そこで、本発明は、このような知見に基づき、上記課題を解決して上述した目的を達成するために、第１には３１０ｍｌ用のボトル缶を製造するボトル缶の製造方法として、元板厚０．２５０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板からカッピングプレス工程において絞り加工によりカップ状素材を成形し、このカップ状素材に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、底部と円筒部とを有し、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍ、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍ、上記フランジ部と上記ウォール部との段差が０．０９０ｍｍ以下の有底円筒体を成形し、この有底円筒体の上記フランジ部にボトルネック成形工程において、上記底部とは反対側に向かうに従い縮径する肩部と、下端に外周側に膨出する膨出部を有するキャップ取付部とを成形することにより、上記膨出部と上記肩部との間の最小径部である谷部の外径（直径）が２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍ、上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１２９．０ｍｍ〜１３５．０ｍｍの缶本体を有するボトル缶を製造することを特徴とする。なお、缶高さは１３１．６ｍｍ〜１３３．６ｍｍの範囲とされるのが好ましい。

【0018】

また、同知見に基づき、本発明は、第２に４１０ｍｌ用のボトル缶を製造するボトル缶の製造方法として、元板厚０．２７０ｍｍ〜０．３００ｍｍの金属板からカッピングプレス工程において絞り加工によりカップ状素材を成形し、このカップ状素材に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、底部と円筒部とを有し、上記円筒部の底部側の薄肉部であるウォール部の厚さが０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍ、上記円筒部の底部とは反対側の厚肉部であるフランジ部の厚さが０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍ、上記フランジ部とウォール部との段差が０．０９０ｍｍ以下の有底円筒体を成形し、この有底円筒体の上記フランジ部にボトルネック成形工程において、上記底部とは反対側に向かうに従い縮径する肩部と、下端に外周側に膨出する膨出部を有するキャップ取付部とを成形することにより、上記膨出部と上記肩部との間の最小径部である谷部の外径（直径）が２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍ、上記底部から上記キャップ取付部の上端までの缶高さが１６０．０ｍｍ〜１６６．５ｍｍの缶本体を有するボトル缶を製造することを特徴とする。なお、缶高さは１６３．０ｍｍ〜１６５．０ｍｍの範囲とされるのが好ましい。

【0019】

このような構成の第１、第２のボトル缶の製造方法においては、元板厚が０．２５０ｍｍ〜０．３００ｍｍまたは０．２７０ｍｍ〜０．３２０ｍｍと薄肉化された金属板に対して、それぞれ上記知見に基づく範囲の厚さが円筒部のウォール部およびフランジ部に与えられた有底円筒体をＤＩプレス工程において成形することにより、このＤＩプレス工程やその後のボトルネック成形工程、キャッピング工程において座屈や変形、パンチの抜け不良、トリム代不足などを生じることなく、缶高さが３１０ｍｌ用では１２９．０ｍｍ〜１３５．０ｍｍ、４１０ｍｌ用では１６０．０ｍｍ〜１６６．５ｍｍの缶本体を有するボトル缶を製造することが可能となる。

【0020】

すなわち、ウォール部の厚さが０．１００ｍｍを下回ったり、フランジ部の厚さが０．１４０ｍｍを下回ったりすると、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程において有底円筒体や缶本体に座屈や変形、割れが生じるおそれがある。また、ウォール部の厚さが０．１３０ｍｍを上回ったり、フランジ部の厚さが０．２００ｍｍを上回ったりすると、上述のような薄い元板厚の金属板から成形される有底円筒体や缶本体においては、必要な缶高さを得ることができなくなってトリム代不足を招いてしまう。

【0021】

さらに、フランジ部とウォール部との段差が０．０９０ｍｍを上回ると、ＤＩプレス工程において上述のような外表面に凹部を設けたパンチを用いた場合にパンチの抜け不良が発生してしまったり、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程において段差の部分に成形荷重による応力が集中して、やはり座屈や変形を生じてしまったりするおそれがある。なお、上記第１のボトル缶の製造方法においては、金属板の元板厚は０．２７０ｍｍ〜０．２９０ｍｍの範囲とされるのが望ましく、上記第２のボトル缶の製造方法においては、金属板の元板厚は０．２９０ｍｍ〜０．３１０ｍｍの範囲とされるのが望ましい。

【0022】

さらにまた、直径３３ｍｍのキャップに対応したキャップ取付部の下端の膨出部と肩部との間の最小径部である谷部の外径（直径）が２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍの範囲である第１、第２のボトル缶の製造方法においては、特にキャッピング工程においてキャップ取付部の変形や座屈を一層確実に防止することができる。ここで、キャッピング工程において、キャップ下端部の裾巻き部（フレア）をキャッピング装置の裾巻きロールにより谷部に巻締める際に谷部が受ける径方向内側へ向けた押圧力Ｐと、これに応じた谷部の変形量（半径の変化量）△Ｒは、以下の式（１）で表すことができる。

【0023】

△Ｒ＝Ｒ^２／（ｔ×Ｅ）×Ｐ …（１）

【0024】

なお、上記式（１）のうち、Ｐは外圧（裾巻きロールから谷部が径方向内側へ向けて受ける圧力）、Ｒは谷部の外径（ただし、半径）、ｔは谷部の厚さ（肉厚）、Ｅはボトル缶の金属材料のヤング率である。上記式（１）より、外圧Ｐ、厚さｔおよびヤング率Ｅが一定の場合、谷部の変形量△Ｒは、谷部の半径Ｒの二乗に比例することがわかる。つまり、谷部の半径Ｒが小さくなれば、谷部の変形量△Ｒも、半径Ｒの二乗に比例して小さくなる（なお、実際には半径Ｒが変化すると厚さｔも僅かに変化するが、微小量であるためここでは考慮しないこととする。）。

【0025】

従って、直径３８ｍｍのキャップのキャップに対応した谷部の外径が約３５．４ｍｍのボトル缶よりも、直径３３ｍｍのキャップに対応した谷部の外径が約３０．７ｍｍのボトル缶の方が、仮に裾巻きロールから受ける押圧力が従来と同じであっても、上記式（１）によれば谷部の変形量△Ｒは約２５％低減されるので、キャップ取付部の変形が防止される。このため、本発明によれば、缶本体に成形される金属板の元板厚の薄肉化を図った場合であっても、キャッピング時の成形荷重（軸荷重や横荷重）によってキャップ取付部が変形することを確実に防止できる。

【発明の効果】

【0026】

以上説明したように、本発明によれば、ボトル缶の軽量化のために、その缶本体に成形される金属板の薄肉化を図っても、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程、キャッピング工程における有底円筒体や缶本体の座屈や変形、トリム代不足、パンチの抜け不良を生じることなく所定の缶高さの缶本体を成形することができ、大幅な省資源化および省エネルギー化やボトル缶のコスト削減を促すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１の実施形態において製造されるボトル缶の缶本体の一部破断側面図である。

【図2】図１に示す缶本体の上端部の一部破断側面図である。

【図3】図１に示す缶本体に成形される有底円筒体の部分概略断面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態において製造されるボトル缶の缶本体の一部破断側面図である。

【図5】図４に示す缶本体の上端部の一部破断側面図である。

【図6】図４に示す缶本体に成形される有底円筒体の部分概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１、図２および図４、図５は、それぞれ本発明の第１および第２の実施形態において製造されるボトル缶の缶本体１の一部破断側面図を示すものであり、図３および図６は、第１および第２の実施形態におけるボトルネック成形工程においてこれらの缶本体１に成形される有底円筒体１１の概略を示す部分断面図である。図１に示すボトル缶は容量が３１０ｍｌ用のものであり、図４に示すボトル缶は容量が４１０ｍｌ用ものである。これら図１ないし図６に示す第１および第２の実施形態における缶本体１および有底円筒体１１において、互いに共通する部分には同一の符号を配してある。

【0029】

図１および図４に示すように、本実施形態により製造されるボトル缶の缶本体１は、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および図４において上側）に延びる外周部３とを備えた缶軸Ｃを中心とする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。

【0030】

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、首部７の上端から缶本体１の内周側に凹む環状の谷部８ａ、この谷部８ａに対して外周側に張り出す膨出部８ｂ、この膨出部８ｂの上端側に順に配設されるネジ部８ｃおよびカール部８ｄを備えたキャップ取付部８とが形成されている。

【0031】

缶本体１の底部２の下端縁（環状凸部２ｂの下端縁）から外周部３の上端（カール部８ｄの上端縁）までの缶高さＨは、３１０ｍｌ用のボトル缶である第１の実施形態の缶本体１では１２９．０ｍｍ〜１３５．０ｍｍ、好ましくは１３１．６ｍｍ〜１３３．６ｍｍ、４１０ｍｌ用のボトル缶である第２の実施形態の缶本体１では１６０．０ｍｍ〜１６６．５ｍｍ、好ましくは１６３．０ｍｍ〜１６５．０ｍｍとされる。また、缶本体１の外周部３における胴部５の直径は、第１および第２の実施形態のボトル缶ともに６４．２４ｍｍ〜６８．２４ｍｍとされる。

【0032】

このようなボトル缶を製造するには、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、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する。この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、第１の実施形態では元板厚が０．２５０ｍｍ〜０．３００ｍｍ、第２の実施形態では元板厚が０．２７０ｍｍ〜０．３２０ｍｍのアルミニウム板またはＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３００４あるいはＡ３１０４のアルミニウム合金板であって、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。

【0033】

次に、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、外周部に上記缶軸Ｃを中心とした円筒部１２が形成されるとともに、底部２には缶本体１と同様のドーム部２ａと環状凸部２ｂが形成された、図３および図６に示すような有底円筒体１１を成形する。この有底円筒体１１および缶本体１の底部２の厚さは、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る金属板の元板厚と略等しい。

【0034】

また、この有底円筒体１１の上記円筒部１２は、その外径（直径）が缶本体１の胴部５の外径と略等しい一定外径とされる。さらに、この円筒部１２の底部２側の部分は厚さ（肉厚）が薄くされた薄肉部であるウォール部１３とされるとともに、底部２とは反対の上端側（図３および図６において上側）の部分は、ウォール部１３よりも厚さが厚くされた厚肉部であるフランジ部１４とされている。ここで、このような厚さの異なるウォール部１３とフランジ部１４とを円筒部１２に形成するには、上述のようにＤＩプレス機において複数のしごきダイスとの間でしごき加工を行うパンチの外表面のフランジ部１４と対応する位置に、肉厚の差を考慮した深さの凹部を形成しておけばよい。

【0035】

これらウォール部１３およびフランジ部１４においては、その厚さがそれぞれ略一定とされるとともに、ウォール部１３とフランジ部１４との間では有底円筒体１１の上端側に向かうに従い厚さが漸次厚くなるようにされている。ただし、図３および図６では説明のため、これらの厚さは有底円筒体１１の高さや外径に対して比率が大きく描かれている。なお、フランジ部１４の厚さが一定とされた部分の缶軸Ｃ方向の長さは、４２ｍｍ〜６０ｍｍの範囲とされるのが望ましく、第１、第２の実施形態の有底円筒体１１ではともに約５２ｍｍとされている。

【0036】

そして、これら図３および図６に示す有底円筒体１１においては、円筒部１２の薄肉部であるウォール部１３の厚さｔ１が０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍの範囲とされるとともに、円筒部１２のうち厚肉部であるフランジ部１４の厚さｔ２が０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍの範囲とされている。さらに、このフランジ部１４とウォール部１３との間の段差ｔ２−ｔ１は０．０９０ｍｍ以下となるようにされている。なお、この段差ｔ２−ｔ１は０．０７０ｍ以下とされるのが望ましく、ただし０．０４５ｍｍ以上であることが望ましい。

【0037】

このように成形された有底円筒体１１は、トリマーによるトリミング工程において円筒部１２の上端縁が所定のトリム代で切断されて高さが揃えられてから、第１の洗浄工程において洗浄、乾燥され、次に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。さらに、塗装が施された有底円筒体１１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１２のうちフランジ部１４の範囲が縮径されて上記肩部６と首部７、および外径（直径）Ｄが２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍの範囲で直径３３ｍｍのキャップの裾巻き部（フレア）が巻締め可能なキャップ取付部８の谷部８ａが成形される。

【0038】

次いで、この谷部８ａの上端側が拡径されて膨出部８ｂが形成されるとともに、この膨出部８ｂよりも上端側にネジ部８ｃが形成された後に、ネジ部８ｃより上端側が外周側に折り返されてカールさせられてカール部８ｄが形成されることにより上記キャップ取付部８が成形され、図１および図３に示したようなボトル缶の缶本体１とされる。なお、膨出部８ｂの外径は３１．１ｍｍ〜３５．１ｍｍの範囲とされ、ネジ部８ｃの外径は３０．４ｍｍ〜３４．４ｍｍの範囲とされる。また、このボトルネック成形工程においても、必要に応じてトリミングを行ってもよい。

【0039】

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工場等に搬送され、飲料等の内容物が充填された後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、缶本体１の上記各成形工程の間や成形工程中には、必要に応じて底部２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てもよい。

【0040】

このような構成のボトル缶の製造方法では、ボトルネック成形工程で缶本体１に成形される有底円筒体１１において、円筒部１２におけるウォール部１３の厚さｔ１が０．１００ｍｍ〜０．１３０ｍｍとされるとともに、フランジ部１４の厚さｔ２が０．１４０ｍｍ〜０．２００ｍｍとされ、さらにフランジ部１４とウォール部１３との段差ｔ２−ｔ１が０．０９０ｍｍ以下とされているので、上記知見に基づき、後述する実施例で実証されるように有底円筒体１１や缶本体１の座屈や変形、トリム代不足、パンチの抜け不良を生じることなく、３１０ｍｌ用および４１０ｍｌ用それぞれのボトル缶において所定の缶高さＨの缶本体１を成形することができる。

【0041】

従って、有底円筒体１１に成形される金属板の元板厚を上述のように薄くしてボトル缶の軽量化を図っても、歩留まりの低下を招くことなく確実かつ効率的なボトル缶の製造を行うことができる。このため、膨大な数のボトル缶が市場に流通している現状において、大幅な省資源化および省エネルギー化を可能とすることができるとともに、ボトル缶のコスト削減を促すこともできる。

【0042】

ここで、上記有底円筒体１１において、ウォール部１３の厚さｔ１が０．１００ｍｍを下回ると、ＤＩプレス工程において有底円筒体１１に座屈や変形を生じるおそれがある。また、有底円筒体１１のフランジ部１４の厚さｔ２が０．１４０ｍｍを下回ると、ボトルネック成形工程において肩部６や首部７、キャップ取付部８を成形する際や、キャッピング工程においてキャップを巻締めして取り付ける際に、缶本体１にやはり座屈や変形、割れなどを生じるおそれがある。なお、フランジ部１４の厚さが一定とされた部分の缶軸Ｃ方向の長さが４２ｍｍを下回った場合にも、ボトルネック成形工程において肩部６を成形する際やキャッピング工程において肩部６に座屈や変形を生じるおそれがある。

【0043】

さらに、ウォール部１３の厚さｔ１が０．１００ｍｍを上回ったり、フランジ部１４の厚さｔ２が０．２００ｍｍを上回ったりすると、上述のような薄い元板厚の金属板から成形される有底円筒体１１では、ＤＩプレス工程において必要な高さを得ることができなくなってトリム代不足を生じ、ボトルネック成形工程に送っても所定の缶高さＨの缶本体１を成形することができなくなってしまう。また、フランジ部１４の厚さｔ２が０．２００ｍｍを上回った場合には、トリム代不足が生じなくてもボトルネック成形工程における成形荷重が増大するおそれもある。

【0044】

さらにまた、フランジ部１４とウォール部１３との段差ｔ２−ｔ１が０．０９０ｍｍを上回ると、ＤＩプレス工程において上述のような外表面に凹部を設けたパンチを用いた場合にパンチの抜け不良が発生してしまい、ＤＩプレス機を停止して抜け損ねた有底円筒体１１をパンチから取り外さなければならなくなってボトル缶の製造効率や歩留まりが低下してしまう。さらに、段差ｔ２−ｔ１が大きすぎると、ＤＩプレス工程やボトルネック成形工程において段差の部分に成形荷重による応力が集中して有底円筒体１１や缶本体１が座屈したり変形したりするおそれもある。

【0045】

しかも、直径３３ｍｍのキャップに対応したキャップ取付部８の下端の膨出部８ｂと肩部６との間の最小径部である谷部８ａの外径（直径）Ｄが２８．７ｍｍ〜３２．７ｍｍの範囲である本実施形態のボトル缶の製造方法においては、直径３８ｍｍのキャップに対応したボトル缶の製造方法に比べ、特にキャッピング工程においてキャップ取付部８の変形や座屈を一層確実に防止することができる。すなわち、キャッピング工程において、キャップ下端部の裾巻き部をキャッピング装置の裾巻きロールにより、首部７とキャップ取付部８の膨出部８ｂとの間の谷部８ａに巻締める際に谷部８ａが受ける径方向内側へ向けた押圧力Ｐと、これに応じた谷部８ａの変形量（半径の変化量）△Ｒは、以下の式（１）で表すことができる。

【0046】

△Ｒ＝Ｒ^２／（ｔ×Ｅ）×Ｐ …（１）

【0047】

なお、上記式（１）のうち、Ｐは外圧（裾巻きロールから谷部８ａが径方向内側へ向けて受ける圧力）、Ｒは谷部８ａの外径（ただし、半径）、ｔは谷部８ａにおける缶本体１の厚さ（肉厚）、Ｅは缶本体１の金属材料のヤング率である。このため、上記式（１）より、外圧Ｐ、厚さｔおよびヤング率Ｅが一定の場合、谷部８ａの変形量△Ｒは、谷部８ａの半径Ｒの二乗に比例することが分かる。従って、谷部８ａの半径Ｒが小さくなれば、谷部８ａの変形量△Ｒも、半径Ｒの二乗に比例して小さくなる（なお、実際には半径Ｒが変化すると厚さｔも僅かに変化するが、微小量であるためここでは考慮しないこととする。）。

【0048】

従って、直径３８ｍｍのキャップに対応した谷部の外径が約３５．４ｍｍのボトル缶よりも、直径３３ｍｍのキャップに対応した谷部８ａの外径Ｄが約３０．７ｍｍの本実施形態のボトル缶の方が、裾巻きロールから受ける押圧力が従来と同じ場合に、上記式（１）によれば谷部８ａの変形量△Ｒは約２５％低減され、キャップ取付部８の変形を確実に防止することができる。このため、上述のように缶本体１に成形される金属板の元板厚の薄肉化を図った場合であっても、キャッピング時の成形荷重（軸荷重や横荷重）によってキャップ取付部８が変形することを確実に防止できる。

【0049】

なお、本実施形態の有底円筒体１１においては、ウォール部１３の厚さｔ１が上述のように略一定とされているが、ウォール部１３のフランジ部１４側に厚さｔ１よりも厚く、フランジ部１４の厚さｔ２よりは薄い２段目のウォール部を形成するなどして、ウォール部１３を複数段に成形してもよい。このような場合のウォール部１３の厚さｔ１は、底部２側の最も薄肉となる最薄部の厚さとすればよい。

【実施例】

【0050】

次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例では、図１ないし図３および図４ないし図６に示した第１、第２の実施形態に基づいて、金属板の元板厚、有底円筒体１１の円筒部１２のフランジ部１４の厚さｔ２、ウォール部１３の厚さｔ１および段差ｔ２−ｔ１を種々に変化させた２３種類の有底円筒体１１をＤＩプレス工程において１０００個ずつ成形してＤＩプレス機による成形性（ＤＩ成形性）を確認するとともに、このうち１００個ずつの有底円筒体１１をボトルネック成形工程において缶本体１に成形して、その際のボトルネック成形性（ＢＮ成形性）を確認し、さらにこのうち１０個の缶についてキャッピング工程において実際に直径３３ｍｍのキャップをキャッピングした後に開栓してからキャップを再びキャップ取付部にねじ込んでリシールする際のリシールトルクを測定することによりキャッピング性を確認した。これらを、第１の実施形態に基づくものについては実施例１〜２３として表１に、また第２の実施形態に基づくものについては実施例３１〜５２として表３に、それぞれ成形された缶本体１の質量とともに示す。

【0051】

また、これら実施例１〜２３および実施例３１〜５２に対する比較例として、元板厚やフランジ部１４の厚さｔ２、ウォール部１３の厚さｔ１および段差ｔ２−ｔ１を種々に変化させた、実施例１〜２３および実施例３１〜５２に対してそれぞれ１５種類の有底円筒体１１を、同様にＤＩプレス工程において１０００個ずつ成形してＤＩ成形性を確認するとともに、これらの有底円筒体１１のうちＤＩプレス成形によって所定の高さの有底円筒体１１を成形可能であったもの１００個をボトルネック成形工程において缶本体１に成形して、その際のＢＮ成形性を確認し、さらにそのうち１０個をキャッピング工程においてキャッピングした後に開栓してからキャップを再びキャップ取付部にねじ込んでリシールする際のリシールトルクを測定することによりキャッピング性を確認した。これらを、実施例１〜２３に対しては比較例１〜１５として表２に、また実施例３１〜５２に対しては比較例３１〜４５として表４に、ＤＩプレス成形およびボトルネック成形可能であったものの成形された缶本体１の質量とともに示す。

【0052】

なお、実施例１〜２３および比較例１〜１５において、ボトル缶に成形できたものの缶高さは第１の実施形態の範囲内で平均１３２．６ｍｍ、胴部５の直径は同じく第１の実施形態の範囲内で平均６６．２４ｍｍであった。また、実施例３１〜５２および比較例３１〜４５においては、ボトル缶に成形できたものの缶高さは第２の実施形態の範囲内で平均１６４．０ｍｍ、胴部５の直径は同じく第２の実施形態の範囲内で平均６６．２４ｍｍであった。さらに、これら実施例１〜２３および比較例１〜１５と、実施例３１〜５２および比較例３１〜４５においては、キャップ取付部８の谷部８ａの外径（直径）Ｄは平均で３０．７ｍｍであり、ボトル缶の缶本体１に成形される前の有底円筒体１１においてフランジ部１４の厚さが一定とされた部分の缶軸Ｃ方向の長さは、いずれも約５２ｍｍであった。

【0053】

ここで、ＤＩ成形性の評価は、成形しようとした１０００個の有底円筒体１１のうちすべてが座屈や変形、胴切れ、パンチの抜け不良等を生じることなくＤＩプレス成形できていた場合を丸印とし、１０００個中１個までに座屈や変形、胴切れ等が生じてＤＩプレス機が１回停止した場合を三角印とし、ＤＩプレス機が２回以上停止した場合をバツ印とした。

【0054】

また、ＢＮ成形性の評価は、ＤＩプレス工程において所定の寸法通りに成形できた有底円筒体１１のうち１００個に、ボトルネック成形工程において肩部６、首部７と、谷部８ａ、膨出部８ｂ、ネジ部８ｃおよびカール部８ｄからなるキャップ取付部８を成形し、これらを目視で観察して、すべてが座屈等を生じることなく所定の寸法通りにボトルネック成形できた場合を丸印とし、１個までに座屈等が生じていた場合を三角印、２個以上に座屈や変形等が生じていた場合をバツ印とした。

【0055】

さらに、ボトルネック成形工程において座屈等を生じることなく成形された１０個の缶本体１に、キャッピング工程においてキャップ取付部８に天板部と周壁部を有する直径３３ｍｍの有底筒状のキャップ成形体を被せて、株式会社ＣＳＩジャパン製のキャッパーにより、８５０Ｎの缶軸Ｃ方向の垂直荷重（トッププレッシャー）を加えることによって天板部外周を絞り加工して段部を成形するとともに、ロールセット径３９．０ｍｍ、スレッドローラートルク３．６Ｎ・ｍでスレッドローラーにより周壁部の天板部側に缶軸Ｃに対する径方向内周側に荷重を与えてネジ部８ｃに倣うように雌ネジ部を成形し、さらに同じくロールセット径３９．０ｍｍ、スカートローラートルク２．８Ｎ・ｍでスカートローラーにより周壁部の天板部とは反対側の裾巻き部に缶軸Ｃに対する径方向内周側に荷重を与えて膨出部８ｂ下端の谷部８ａに巻き締め（裾締め）した。なお、これらのキャッピング条件は、現行の元板厚が約０．３４５ｍｍのアルミニウム合金板材から製造される３１０ｍｌ用のアルミニウム合金製ボトル缶へのキャッピング条件や、同じく現行の元板厚が約０．４００ｍｍのアルミニウム合金板材から製造される４１０ｍｌ用のアルミニウム合金製ボトル缶へのキャッピング条件を見直したものである。

【0056】

ここで、スレッドローラートルクおよびスカートローラートルクとは、それぞれスレッドローラーがキャップ成形体に雌ネジ部を成形する際に周壁部に与える荷重の大きさ、およびスカートローラーがキャップ成形体の裾巻き部を膨出部８ｂ下端の谷部８ａに巻き締める際に裾巻き部に与える荷重の大きさの代用値であり、すなわち各ローラーを缶軸Ｃに対する径方向内周側に押し付けるための駆動アームのトルク値のことを示す。また、ロールセット径とは、これらのローラーが缶軸Ｃから最も離れた初期の設定位置にあるときの向かい合うローラーの径方向内周側の縁部同士の距離（缶軸Ｃを中心として対向するローラーの内周縁に内接する円の直径）であり、このロールセット径とスレッドローラートルクおよびスカートローラートルクから雌ネジ部成形時と裾巻き時の各ローラーの先端荷重を計算することができる。

【0057】

そして、キャッピング性については、こうしてキャッピング工程においてキャップ成形体から成形されてキャップ取付部８に取り付けられたキャップを一旦開栓してから再びキャップ取付部８にねじ込んでリシールする際のリシールトルクを測定し、このリシールトルクが２０Ｎ・ｃｍ以上となるものが０缶であった場合を丸印、１缶であった場合を三角印、２缶以上であった場合をバツ印とした。キャッピング工程における成形荷重によってキャップ取付部８に座屈や変形が生じると、缶本体１のネジ部８ｃとキャップの雌ネジ部との摩擦抵抗が増大し、リシールトルクも増大することになる。

【0058】

【表1】

【0059】

【表2】

【0060】

【表3】

【0061】

【表4】

【0062】

このうち、まず表２の比較例１および表４の比較例３１においては、ＤＩ成形性、ＢＮ成形性、キャッピング性ともに良好ではあったものの、元板厚が厚いため実施例１〜２３および実施例３１〜５２に比べて質量が大きく、十分な軽量化が図られてはいなかった。また、比較例２〜５および比較例３２〜３５では、段差ｔ２−ｔ１が大きすぎたためにパンチの抜け不良が発生し、ＤＩプレス機が頻繁に停止して安定したＤＩプレス成形を行うことができなかった。さらに、このうち比較例４、５と比較例６〜１０、および比較例３４、３５と比較例３６〜４０では、ウォール部１３の厚さｔ１が薄すぎたため、ボトルネック成形工程においてウォール部１３に座屈を生じたものが多かった。さらに、比較例１１〜１５および比較例４１〜４５では、フランジ部１４の厚さｔ２が薄かったため、キャップ取付部８に座屈や変形が生じたものが多く、リシールトルクが増大してキャッピング性が損なわれる結果となった。

【0063】

このような比較例１〜１５および比較例３１〜４５に対して、実施例１〜２３および実施例３１〜５２では、ＤＩプレス工程においては、すべてで座屈や変形、パンチの抜け不良を生じることなく、１０００個すべての有底円筒体１１を所定の寸法に成形することができた。また、ＢＮ成形性についても、ウォール部１３の厚さｔ１が０．１００ｍｍであった実施例７、１１、１５、１９および実施例３６、４０、４４、４８において１００個中１個に座屈が認められたものの、これら以外には座屈を確認したものはなかった。さらに、キャッピング性についても、フランジ部１４の厚さｔ２が０．１４０ｍｍである実施例２０〜２３および実施例４９〜５２において、リシールトルクが２０Ｎ・ｃｍ以上となった缶本体１は１缶だけであり、これら以外ではリシールトルクの増大は認められなかった。

【0064】

そして、３１０ｍｌ用のボトル缶である実施例１〜２３では缶本体１の質量が従来の１７．５ｇに対して１６．０ｇ〜１３．５ｇ、４１０ｍｌ用のボトル缶である実施例３１〜５２でも缶本体１の質量が従来の２１．０ｇに対して１９．０ｇ〜１６．５ｇと、いずれも１．５ｇ以上の軽量化を可能とすることができた。これは、１つ１つのボトル缶では微々たるものであるが、膨大な数のボトル缶が市場に流通することを考慮すると、大幅な省資源化、省エネルギー化が図られることを意味する。なお、質量はボトルネック成形できた缶本体１の平均値である。

【符号の説明】

【0065】

１ 缶本体
２ 底部
２ａ ドーム部
２ｂ 環状凸部
３ 外周部
４ 開口部
５ 胴部
６ 肩部
７ 首部
８ キャップ取付部
８ａ 谷部
８ｂ 膨出部
８ｃ ネジ部
８ｄ カール部
１１ 有底円筒体
１２ 円筒部
１３ ウォール部
１４ フランジ部
Ｃ 缶軸
Ｄ 谷部８ａの外径（直径）
Ｈ 缶高さ
ｔ１ ウォール部１３の厚さ
ｔ２ フランジ部１４の厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】