JP2018103254A - ボトル缶、キャップ付きボトル缶およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャップ取付時に缶軸に平行に荷重を印加した際に、口金部が座屈することを確実に防止することが可能なボトル缶、キャップ付きボトル缶、およびその製造方法を提供する。【解決手段】缶軸を中心とする有底筒状の缶本体の胴部から上端側に向かうに従い縮径する肩部と、該肩部から上端側に向かって延びる首部と、該首部の上端側に形成された雄ネジ部および該雄ネジ部の上端側に形成されたカール部を有する口金部と、を備えたボトル缶であって、前記カール部は、前記雄ネジ部に連なり、前記缶本体の上端部を外周側に折り返すように屈曲させた屈曲領域と、該屈曲領域から前記缶軸に対して略平行に下端側に向けて延びる平坦領域と、を有し、前記屈曲領域の外面は、この屈曲領域の上端側の頂部から前記平坦領域との境界までの前記缶軸に平行な長さが１５０μｍ以上、２５０μｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、口金部にカール部が形成されたボトル缶、およびこのボトル缶にキャップが取り付けられたキャップ付きボトル缶、およびその製造方法に関するものである。

ボトル缶は、口金部において、先端部分が外周方向に折り返されたカール部が形成されている。こうしたカール部は、缶本体の上端部を外周側に折り返すように屈曲させた屈曲領域と、この屈曲領域から缶軸に対して略平行に下端側に向けて延びる平坦領域とを有している。

こうしたボトル缶にキャップを取り付けてキャップ付きボトル缶を製造する際には、内側にシール材を配した有底筒状のキャップ材をボトル缶の口金部に被せ、キャップ材の天板の周縁に対して缶軸に平行に荷重を印加して段差部を形成する（キャッピング）。これによって、ボトル缶のカール部がシール材に密着し、ボトル缶が液密に保たれる。この後、キャップ材の周壁の外面に回転工具を押し付けて、口金部に形成されている雄ネジ部の形状に倣った雌ネジ部をキャップ材に形成することで、キャップ付きボトル缶を製造する（特許文献１を参照）。
近年、こうしたボトル缶は、軽量化および製造コスト低減のため、缶体の肉厚を薄くする薄肉化が望まれている。

特開２０１６−１３７９１５号公報

しかしながら、軽量化および製造コスト低減のためにボトル缶の缶体の肉厚を薄くすると、上述したキャップ材に段差部を形成する工程において、缶軸に平行に荷重を印加した際に、薄肉化による強度不足によって、カール部が座屈しやすくなるという課題があった。一方、こうした座屈を防止するために、キャップ材に段差部を形成する工程において、缶軸に平行に印加する荷重を低減すると、カール部とシール材との密着性が低下して、ボトル缶に収容された液体が漏出する懸念がある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、キャップ取付時に缶軸に平行に荷重を印加した際に、口金部が座屈することを確実に防止することが可能なボトル缶、キャップ付きボトル缶、およびそ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、本発明のボトル缶は、缶軸を中心とする有底筒状の缶本体の胴部から上端側に向かうに従い縮径する肩部と、該肩部から上端側に向かって延びる首部と、該首部の上端側に形成された雄ネジ部および該雄ネジ部の上端側に形成されたカール部を有する口金部と、を備えたボトル缶であって、前記カール部は、前記雄ネジ部に連なり、前記缶本体の上端部を外周側に折り返すように屈曲させた屈曲領域と、該屈曲領域から前記缶軸に対して略平行に下端側に向けて延びる平坦領域と、を有し、前記屈曲領域の外面は、この屈曲領域の上端側の頂部から前記平坦領域との境界までの前記缶軸に平行な長さが１５０μｍ以上、２５０μｍ以下であることを特徴とする。

シール部材をカール部に密着させて密封性を高めるためには、平坦領域において、シール部材に対して密着している長さ（サイドシール長さ：ＳＳＬ）が重要とされている。こうしたＳＳＬを長くすることで、例えば、ボトル缶の内部を陽圧にした場合に、キャップが持ち上げられることにより、平坦領域とシール部材との密着性が高められる。

本発明のボトル缶は、カール部の頂部から平坦領域との境界までの缶軸に平行な長さを１５０μｍ以上にすることで、カール部の屈曲領域と平坦領域との境界の位置を適切に保ち、こうした境界が上方に上がりすぎることによって生じるシール部材の破断を防止することができる。

また、本発明のボトル缶は、カール部の頂部から平坦領域との境界までの缶軸に平行な長さを２５０μｍ以下にすることで、ボトル缶のカール部における屈曲領域と平坦領域との境界の位置を適切に保ち、平坦領域において、シール部材に対して密着している長さを長くすることができ、シール部材のカール部への密着性を高く保ち、カール部の密封性を高めることができる。

また、平坦領域の缶軸に平行な長さを長くすることができるため、キャッピング時に印加する軸荷重（トルク）を小さくすることができ、少ない軸荷重トルクでキャップによる封止を行うことができ、ボトル缶の口金部の座屈を確実に防止することができる。

また、本発明のボトル缶は、前記屈曲領域と前記平坦領域との境界は、前記平坦領域の上端側において、前記屈曲領域の曲率半径の１０倍以上の曲率半径で屈曲が始まる部分との交点であることを特徴とする。

本発明のキャップ付きボトル缶は、前記各項記載のボトル缶と、前記カール部を覆う天板部および前記雄ネジ部を覆い、かつ雄ネジ部に螺合する雌ネジ部が形成された周壁部を有する有底筒状のキャップと、該キャップの内面側に形成され、前記カール部の前記屈曲領域および前記平坦領域に密着するシール部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明のキャップ付きボトル缶の製造方法は、前項記載のキャップ付きボトル缶の製造方法であって、前記ボトル缶に、天板および周壁を有する有底筒状のキャップ材を前記口金部に被せ、前記天板の周縁に前記缶軸に平行に荷重を印加し、段差部を備えた前記天板部を形成する段差部形成工程と、前記周壁の外面に回転工具を押し付けて、前記雄ネジ部の形状に倣った雌ネジ部を備えた周壁部を形成する雌ネジ部形成工程と、を有し、前記段差部形成工程では、前記缶軸に平行な方向に印加される荷重を９００Ｎ以下にすることを特徴とする。

本発明によれば、キャップ取付時に缶軸に平行に荷重を印加した際に、口金部が座屈することを確実に防止することが可能なボトル缶、キャップ付きボトル缶、およびその製造方法を提供することができる。

本発明のボトル缶の一実施形態を示す一部破断側面図である。 本発明のボトル缶の口金部に形成されたカール部を示す要部拡大断面図である。 従来のボトル缶の口金部に形成されたカール部を示す要部拡大断面図である。 本発明の一実施形態であるキャップ付きボトル缶の口金部を示す要部拡大断面図である。 図４のカール部とその近傍を示す要部拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態のボトル缶、キャップ付きボトル缶、およびその製造方法について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大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と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の一実施形態のボトル缶を示す一部破断側面図である。
本実施形態のボトル缶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成す缶本体１１を有する。

底部２には、缶軸Ｃ方向の内側（缶本体１１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１１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。

また、外周部３には底部２から缶本体１１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の上端から外周側に張り出す膨出部８と、雄ネジ部９と、カール部１０とが形成されている。
なお、首部７よりも上側の膨出部８、雄ネジ部９、カール部１０を含む部分が口金部１２を構成している。

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アルミニウムまたは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する。次いで、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。

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、本実施形態では元板厚が０．２８５ｍｍ〜０．３００ｍｍのＪＩＳ Ｈ ４０００におけるＡ３００４または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。

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１１の胴部５の外径と略等しい一定外径である。

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が成形される。

次いで首部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ねじ切り加工が施されて上記雄ネジ部９が形成される。次いで、雄ネジ部９よりも上端側が外周側に折り返されてカールされてからスロットル加工によって潰されてカール部１０が形成され、図１に示したようなボトル缶の缶本体１１に成形される。

こうして成形された缶本体１１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４に示すように開口部４を覆ってカール部１０から雄ネジ部９および膨出部８にかけてキャップ１１が取り付けられて封止され、出荷される。なお、缶本体１１の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。

図２は、ボトル缶の口金部に形成されたカール部を示す要部拡大断面図である。
図２に示すように、カール部１０は、雄ネジ部９（図１を参照）に連なり、缶本体１１の上端部を外周側に折り返すように屈曲させた屈曲領域１０Ａと、この屈曲領域１０Ａから缶軸Ｃ（図１を参照）に対して略平行に、缶本体１１の下端側（図１において下側）に向けて延びる平坦領域１０Ｂとを有している。

こうしたカール部１０の屈曲領域１０Ａの外面は、その頂部Ｔ１から平坦領域１０Ｂとの境界（缶本体１１の外面における屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界）Ｅ１までの缶軸Ｃに平行な長さが１５０μｍ以上、２５０μｍ以下となるように形成されている。

例えば、カール部１０の屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１は、平坦領域１０Ｂの外面の上端側において、屈曲領域１０Ａの外面を成す円Ｒ１の曲率半径ｒ１の１０倍以上の曲率半径で屈曲が始まる部分との交点とされている。図２のＲ２に示す円弧は、円Ｒ１の１０倍の曲率半径の円の一部を示している。平坦領域１０Ｂの断面形状は、屈曲領域１０Ａの曲率半径の１０倍以上の曲率半径のほぼ直線に近い円弧や、缶軸Ｃに平行な直線、あるいはこれら両方で構成された、缶軸Ｃに略平行な領域である。

一例として、図２に示すカール部１０は、屈曲領域１０Ａの外面の曲率半径ｒ１＝０．５４ｍｍである。そして、屈曲領域１０Ａの外面の頂部Ｔ１から、屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの外面における境界Ｅ１までの缶軸Ｃに平行な長さＬ１＝２００μｍである。

一方、図３に示す、缶本体の肉厚が本実施形態よりも厚い従来のボトル缶１００におけるカール部１０１は、屈曲領域１０１Ａの外面の曲率半径ｒ２＝０．６５ｍｍである。そして、屈曲領域１０１Ａの外面の頂部Ｔ２から、屈曲領域１０１Ａと平坦領域１０１Ｂとの外面における境界Ｅ２までの缶軸Ｃに平行な長さＬ２＝３２０μｍである。

このように、本実施形態のボトル缶１は、カール部１０における屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１の位置が、従来のボトル缶１００の境界Ｅ２の位置と比較して、上端側に上がっており、その分だけ、平坦領域１０Ｂの缶軸Ｃに平行な長さが長くなっている。こうした平坦領域１０Ｂの缶軸Ｃに平行な長さを長くすることで、後述するシール部材との密着性が高められる。

図４は、本発明の一実施形態であるキャップ付きボトル缶の口金部を示す要部拡大断面図である。また、図５は、図４のカール部とその近傍を示す要部拡大断面図である。
本発明の一実施形態であるキャップ付きボトル缶２０は、図１、２に示したボトル缶１と、このボトル缶１の口金部１２に係着されたキャップ２１とからなる。

キャップ２１は、缶本体１１のカール部１０を覆う天板部２２と、雄ネジ部９を覆う周壁部２３とが一体に形成されてなる。周壁部２３には、雄ネジ部９に螺合する雌ネジ部２４が形成されている。こうした缶本体１１に形成された雄ネジ部９と、キャップ２１に形成された雌ネジ部２４によって、キャップ２１の開栓後も、キャップの再開閉（リシール）が自在にされる。

天板部２２の周縁には、段差部２５が形成されている。また、キャップ２１の内面２１ａとカール部１０との間には、シール部材（シーリングライナー）２６が挟持されている。このシール部材２６は、ボトル缶１の内部に飲料等の液体を収容して、口金部１２をキャップ２１で覆った際に、カール部１０とキャップ２１の内面２１ａとの隙間を塞ぎ、液体の漏出を防止する。

段差部２５は、キャッピング装置のプレッシャーブロックによって天板部２２が押圧されることで形成される。これにより、カール部１０を構成する屈曲領域１０Ａから平坦領域１０Ｂに渡ってシール部材２６が密着する。

シール部材をカール部に密着させて密封性を高めるためには、平坦領域１０Ｂにおいて、シール部材２６に対して密着している長さ（サイドシール長さ：ＳＳＬ）が重要とされている。こうしたＳＳＬを長くすることで、例えば、ボトル缶１の内部を陽圧にした場合に、キャップ２１が持ち上げられることにより、平坦領域１０Ｂとシール部材２６との密着性が高められる。

本発明の一実施形態であるキャップ付きボトル缶２０では、ボトル缶１のカール部１０の頂部Ｔ１から屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１までの缶軸Ｃに平行な長さを１５０μｍ以上にすることで、屈曲領域１０Ａと平坦領域との境界の位置を適切に保ち、こうした境界が上方に上がりすぎることによって生じるシール部材の破断を防止してカール部１０への密着性を高く保つことができる。

また、キャップ付きボトル缶２０は、ボトル缶１のカール部１０の頂部Ｔ１から屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１までの缶軸Ｃに平行な長さを２５０μｍ以下にすることで、ボトル缶１のカール部１０における屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１の位置を、従来のボトル缶よりも上端側に上げることができる。これにより、シール部材２６が安定して接することができる平坦領域１０Ｂの缶軸Ｃに平行な長さを長くすることができ、シール部材２６のカール部１０への密着性を高く保つことができる。

本発明の一実施形態のキャップ付きボトル缶の製造方法として、キャップ２１をボトル缶１の缶本体１１に取り付ける際には、缶本体１１と同じくアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる円板状の天板と円筒状の周壁とを一体に備えた有底円筒状のキャップ素材が、その開口部を下向きにして缶本体１の開口部４を塞ぐようにカール部１０から雄ネジ部９および膨出部８にかけて被せられる。なお、天板の内面側には、予めシール部材２６が配置されている。

そして、例えば、キャッピング装置のプレッシャーブロックによってキャップ素材の天板がカール部１０に押圧されて絞り成形され、天板の周縁に段差部２５を形成する。こうして、段差部２５を有する天板部２２が得られる（段差部形成工程）。こうした段差部形成工程によって、予め天板の内面側に配されたシール部材２６が、カール部１０の屈曲領域１０Ａから平坦領域１０Ｂにかけて密着する。この時、プレッシャーブロックによる缶軸に平行な方向に印加される荷重は、９００Ｎ以下に設定される。

従来の段差部形成工程におけるプレッシャーブロックによる荷重は、１０００Ｎ以上であったが、本発明のキャップ付きボトル缶の製造方法では、プレッシャーブロックによる缶軸に平行な方向に印加される荷重を、従来よりも低い９００Ｎ以下にすることによって、ボトル缶１の口金部１２の座屈を確実に防止することができる。

一方で、段差部形成工程におけるプレッシャーブロックによる荷重を低くすることにより、カール部に対するシール部材の密着力が低下する懸念があるが、本発明のキャップ付きボトル缶２０では、ボトル缶１のカール部１０の頂部Ｔ１から屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１までの缶軸Ｃに平行な長さを２５０μｍ以下にすることで、ボトル缶１のカール部１０における屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界Ｅ１の位置を、従来のボトル缶よりも上端側に上げることができる。
これによって、ボトル缶２０のカール部１０における屈曲領域１０Ａと平坦領域１０Ｂとの境界の位置を適切に保ち、平坦領域１０Ｂにおいて、シール部材２６に対して密着している長さを長くすることができ、カール部の密封性を高めることができる。これにより例えば、プレッシャーブロックによる缶軸に平行な方向に印加される荷重を従来よりも低い９００Ｎ以下にしても、シール部材２６のカール部１０への密着性が低下することがない。

こうした段差部形成工程とともに、ネジ加工ロールなどの回転工具が周壁に押し付けられて雄ネジ部９に倣うようにネジ加工が施されることにより内周に雌ネジ部２４が形成されるとともに、裾巻きロールによって周壁の下端縁が膨出部８に巻締め加工された周壁部２３が形成される（雌ネジ部形成工程）。
以上の工程を経て、本発明の一実施形態のキャップ付きボトル缶２０が製造される。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

以下、本発明の効果を検証した検証例を述べる。
表１に示す条件の実施例（本発明例）１，２、および比較例（従来例）１，２，３について、落下漏れ試験、およびリシールトルク試験を行った。
表１において、Ｗ（μｍ）は、缶本体のカール部における板厚である。また、Ｌ（μｍ）は、屈曲領域の外面の頂部から、屈曲領域と平坦領域との外面における境界までの缶軸に平行な長さである。また、ＴＰ（Ｎ）は、段差部形成工程におけるプレッシャーブロックによる荷重である。更に、ＳＳＬ（ｍｍ）は、肩絞り加工で変形したシール部材（ライナー）の外周部が口金部の外側に密着する長さである。

（落下漏れ試験）
評価缶数をそれぞれ１０缶とした。レトルト処理後１日放置したキャップ付きボトル缶を、３０ｃｍの高さから１０°傾斜した鉄板上に倒立（垂直）姿勢で落下させた後、正置にして１日放置する。落下前後の内圧を測定し、３０ｋＰａ以上低下した場合を漏れが発生したと判定し、１缶でも漏れが発生した場合を不合格「×」とし、漏れが発生しなかった場合を合格「○」とした。

（リシールトルク）
評価缶数をそれぞれ１０缶とした。キャップ付きボトル缶を一度開栓した後、元の位置よりも手前に３０°まで戻してリシールしたときに要した最大トルクを測定し、その最大トルクが１０Ｎ・ｃｍ以上の缶が１缶でもある場合を不合格「×」とし、１０缶すべて最大トルクが１０Ｎ・ｃｍ未満であった場合を合格「○」とした。

表１に示す結果によれば、Ｌを１５０μｍ以上、２５０μｍ以下、ＴＰを９００Ｎ以下にすることによって、落下漏れ試験およびリシールトルクの両方において、良好な結果が得られた。
一方、ＴＰを１０００Ｎとした比較例１では、口金部のうち、雄ネジ部が座屈し、リシールに必要なトルクが大きくなり過ぎていた。また、Ｌを３２４にした比較例２では、ＳＳＬが短くなり過ぎて、シール部材の密着性が不十分となり液漏れが生じた。更に、Ｌを１２０にした比較例３では、カール部が鋭角に近くなり、シール部材が切断されて密着性が不十分となり液漏れが生じた。

１ ボトル缶
９ 雄ネジ部
１０ カール部
１０Ａ 屈曲領域
１０Ｂ 平坦領域
１２ 口金部
２１ キャップ
２２ 天板部
２３ 周壁部
Ｃ 缶軸

Claims (4)

1. 缶軸を中心とする有底筒状の缶本体の胴部から上端側に向かうに従い縮径する肩部と、該肩部から上端側に向かって延びる首部と、該首部の上端側に形成された雄ネジ部および該雄ネジ部の上端側に形成されたカール部を有する口金部と、を備えたボトル缶であって、
   前記カール部は、前記雄ネジ部に連なり、前記缶本体の上端部を外周側に折り返すように屈曲させた屈曲領域と、該屈曲領域から前記缶軸に対して略平行に下端側に向けて延びる平坦領域と、を有し、
   前記屈曲領域の外面は、この屈曲領域の上端側の頂部から前記平坦領域との境界までの前記缶軸に平行な長さが１５０μｍ以上、２５０μｍ以下であることを特徴とするボトル缶。
2. 前記屈曲領域と前記平坦領域との境界は、前記平坦領域の上端側において、前記屈曲領域の曲率半径の１０倍以上の曲率半径で屈曲が始まる部分との交点であることを特徴とする請求項１記載のボトル缶。
3. 請求項１または２に記載のボトル缶と、前記カール部を覆う天板部および前記雄ネジ部を覆い雄ネジ部に螺合する雌ネジ部が形成された周壁部を有する有底筒状のキャップと、該キャップの内面側に形成され、前記カール部の前記屈曲領域および前記平坦領域に密着するシール部材と、を備えたことを特徴とするキャップ付きボトル缶。
4. 請求項３記載のキャップ付きボトル缶の製造方法であって、
   前記ボトル缶に、天板および周壁を有する有底筒状のキャップ材を前記口金部に被せ、前記天板の周縁に前記缶軸に平行に荷重を印加し、段差部を備えた前記天板部を形成する段差部形成工程と、前記周壁の外面に回転工具を押し付けて、前記雄ネジ部の形状に倣った雌ネジ部を備えた周壁部を形成する雌ネジ部形成工程と、を有し、
   前記段差部形成工程では、前記缶軸に平行な方向に印加される荷重を９００Ｎ以下にすることを特徴とするキャップ付きボトル缶の製造方法。

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