(57)【要約】【課題】巻締め部の鋭いしわを低減して、健全な二重巻締め部を得る。【解決手段】缶胴フランジ部と缶蓋カール部とを巻締める方法であって、缶蓋及び缶胴を缶胴の軸心方向に挟持するとともに、内周面に第１成形溝を有する凹円弧状の巻締めレールを缶蓋の半径方向内方に向けて移動させてフランジ部とカール部とを第１成形溝内で周方向に沿って相対的に転動させながら巻き込み部を形成する巻き込み工程と、外周面に第２成形溝を有する巻締めロールを巻き込み部に半径方向内方に向けて移動させて缶蓋の周方向に相対移動しながら二重巻締め部を形成する押しつぶし工程とを有し、巻締めレールの内周面の曲率半径は缶蓋の外周面の曲率半径の４倍以下である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶胴フランジ部と缶蓋カール部とを巻締める方法であって、前記缶蓋及び前記缶胴を前記缶胴の軸心方向に挟持するとともに、内周面に第１成形溝を有する凹円弧状の巻締めレールを前記缶蓋の半径方向内方に向けて移動させて前記フランジ部と前記カール部とを前記第１成形溝内で前記巻締めレールの周方向に沿って相対的に転動させながら巻き込み部を形成する巻き込み工程と、外周面に第２成形溝を有する巻締めロールを前記巻き込み部に半径方向内方に向けて移動させて前記缶蓋の周方向に相対的に転動しながら二重巻締め部を形成する押しつぶし工程とを有し、前記巻締めレールにおける前記第１成形溝の内周面の曲率半径は前記缶蓋の外周面の曲率半径の４倍以下であることを特徴とする缶の巻締め方法。
【請求項２】
前記巻締めレールにおける前記第１成形溝の内周面の曲率半径は前記缶蓋の外周面の曲率半径の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１記載の缶の巻締め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶胴の開口端部に缶蓋の外周部を二重に巻締めして容器を密閉するための缶の巻締め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
清涼飲料等が充填される缶においては、有底円筒状の缶胴の開口端部に缶蓋の外周部が二重巻締めされている。このような缶の二重巻締め部は、予め、缶胴の開口端部に設けられたフランジ部に、缶蓋のカール部を被せた状態で、缶蓋の外方からロールを接近させ、カール部とフランジ部とを抱き合わせるように巻き込み、その巻き込み部をさらに半径方向から押しつぶすことにより加工する。缶蓋のカール部内面にはコンパウンド（密封用樹脂）が塗布されており、このコンパウンドが、巻締められた缶胴のフランジ部と缶蓋カール部との隙間に介在することで容器を密封する。
【０００３】
このような缶の巻締め方法としては、一般に、缶胴とそのフランジ部に被せた缶蓋とを缶軸方向に挟持して回転させながら、その半径方向外方から第１巻締めロールを接近させてフランジ部と缶蓋のカール部とを抱き合わせるように巻き込み（一次巻締め）、その後、第２巻締めロールを接近させて巻き込み部をさらに半径方向内方に押しつぶして巻締める（二次巻締め）ことにより、二重巻締め部を成形する。
このような巻締めロールを用いる方法の他に、特許文献１や特許文献２のような巻締め方法も提案されている。
【０００４】
特許文献１では、缶を直線状に搬送する途中で、その搬送路の側方に設けられた直線状の第１、第２、第３シーミング部に缶を転動させながら、所定量ずつの巻締めがなされるようになっている。
特許文献２では、缶をターレットで搬送しながら、ターレットの外周に搬送方向に沿って設けた円弧状のカーリングレールによって仮巻締めし、その後、通常のシーマー本体で一次巻締め、二次巻締めを連続して行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６‐９７４１６号公報
【特許文献２】特開２０１２‐１０１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような巻締めは、缶胴のフランジ部及び缶蓋のカール部を縮径する加工となるため、しわが生じ易い。鋭いしわ（曲率半径の小さいしわ）が発生した場合、そのしわ先端が巻締め加工中に缶胴を突き破り、内容物を漏洩させる恐れがあった。
この場合、特許文献記載のような直線状のシーミング部や円弧状のカーリングレールを用いることにより、鋭いしわを低減できる可能性があると考えられるが、いまだ適切な方法にまでは到達していない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、巻締め部の鋭いしわを低減して、健全な二重巻締め部を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の缶の巻締め方法は、缶胴フランジ部と缶蓋カール部とを巻締める方法であって、前記缶蓋及び前記缶胴を前記缶胴の軸心方向に挟持するとともに、内周面に第１成形溝を有する凹円弧状の巻締めレールを前記缶蓋の半径方向内方に向けて移動させて前記フランジ部と前記カール部とを前記第１成形溝内で前記巻締めレールの周方向に沿って相対的に転動させながら巻き込み部を形成する巻き込み工程と、外周面に第２成形溝を有する巻締めロールを前記巻き込み部に半径方向内方に向けて移動させて前記缶蓋の周方向に相対的に転動しながら二重巻締め部を形成する押しつぶし工程とを有し、前記巻締めレールにおける前記第１成形溝の内周面の曲率半径は前記缶蓋の外周面の曲率半径の４倍以下である。
【０００９】
巻締めロールによる巻締め方法の場合、ロールの外周面と缶蓋の外周面との凸円弧同士が点で接触開始するため、加工中の接触範囲が狭い。一方、本発明の巻き込み工程においては、缶蓋の外周面に凹円弧状の巻締めレールが接触するため、巻締めレールは、第１成形溝の内周面と缶蓋の外周面との接触部の前後も缶蓋の外周面に接近した状態となる。そして、その状態で缶蓋の半径方向内方に押し込んで成形することにより、その押圧成形の中心部から前後の所定範囲で巻締めレールが缶蓋に接触し、缶蓋の転動により、転動方向の前方位置から徐々に成形しながら押圧成形の中心部で巻き込み成形する。言い換えると、押圧成形の中心部の前方位置で予備成形しながら、押圧成形の中心部で巻き込み成形することになる。一方、押圧成形の中心部より後方位置においても、巻き込み部が巻締めレールの第１成形溝から徐々に離脱することになるため、巻き込み成形の反動等による不用意な移動が防止される。
そのため、缶胴のフランジ部と缶蓋のカール部とは、押圧成形の中心部までの間に徐々に変形して成形されるとともに、成形後の巻き込み部も第１成形溝内に一部が支持されるため、鋭いしわが抑制される。
この場合、巻締めレールにおける第１成形溝の内周面の曲率半径が缶蓋の外周面の曲率半径の４倍を超えると、押圧成形の中心部の前方位置での予備成形が十分でなく、缶蓋及び缶胴の変形が大きくなってしわを抑制することができない。
【００１０】
本発明の缶の巻締め方法において、前記巻締めレールにおける前記第１成形溝の内周面の曲率半径は前記缶蓋の外周面の曲率半径の１．５倍以上であるとよい。缶蓋の外周面の曲率半径の１．５倍程度であると、巻締めレールは凹円弧状よりもリング状に形成した方が取り扱い容易と考えられるが、リング状に形成した場合であっても、缶蓋と巻締めレールとの離間接近移動を円滑に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、巻締め部の鋭いしわの発生を抑制して、健全な二重巻締め部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の缶の巻締め方法を（ａ）巻き込み工程、（ｂ）押しつぶし工程の順に示す要部の縦断面図である。
【図２】図１の方法で巻締められた二重巻締め部の縦断面図である。
【図３】本発明の巻締め方法に用いられる巻締め装置の例を正面視で示すモデル図である。
【図４】図３における巻締めレール、缶蓋、巻締めロールの関係を平面視したモデル図である。
【図５】シミュレーション解析における巻締めレールによる巻き込み工程のモデル図である。
【図６】シミュレーション解析における通常の第１巻締めロールによる巻き込み工程のモデル図である。
【図７】巻締めレールの半径としわの発生状況との関係を示すグラフである。
【図８】シミュレーション解析における巻締め部の断面モデル図である。
【図９】通常の第１巻締めロールと第２巻締めロールで巻締めた場合のシミュレーション解析での缶蓋のしわの様子を示す解析図である。
【図１０】シミュレーション解析で設定したしわの向き、しわの曲率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図３及び図４は、本実施形態の巻締め方法が適用される巻締め装置を示している。この巻締め装置４０は、外周部にカール部１４を備えた缶蓋１０を、缶胴２０の開口部に設けられたフランジ部２３に密着させて、フランジ部２３とカール部１４を抱き合わせるように巻締める装置である。
【００１４】
巻締め前の缶胴２０は、アルミニウム合金製板材を広口のカップ状に打ち抜いた後、さらに絞りしごき加工（ＤＩ加工）することにより形成され、外面及び内面に塗装を行った後、ストレートの有底円筒状の胴体部２１と、胴体部２１の上部を縮径して設けられるテーパ状の縮径部２１ａと、この縮径部２１ａの上端に設けられる首部２２を介して、半径方向外方に広がるフランジ部２３とが形成された形状である（図１参照）。なお、このフランジ部２３の板厚は、０．１６ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下とされる。
【００１５】
一方、巻締め前の缶蓋１０は、塗装済みアルミニウム合金製板材をプレス成形することにより形成され、中心部に設けられる缶胴２０の首部２２より小径の円形のパネル部１１と、このパネル部１１の外縁に環状溝を形成するカウンターシンク部１２を介して上方に延びて形成されるチャックウォール部１３と、このチャックウォール部１３の上端から半径方向外方に延びながら外周縁が内側にカールされたカール部１４とが形成された形状である（図１参照）。なお、カール部１４の板厚は、０．２０５ｍｍ以上０．２２５ｍｍ以下とされる。また、カール部１４の内面にはコンパウンド１５が塗布されている。
なお、以下では、缶胴２０及び缶蓋１０とも、巻締め前も巻締め後も同一の符号を付して説明する。
【００１６】
巻締め装置４０は、缶蓋１０に当接して缶胴２０に被せた缶蓋１０を上方から押さえるチャック部材４１と、缶胴２０を保持して上下移動するリフター４５と、このチャック部材４１とリフター４５との間に挟持された状態で回転させられる缶蓋１０及び缶胴２０に半径方向外方から接近して２段階で巻締め加工を行う巻締めレール５０及び巻締めロール６０とを備える。
【００１７】
チャック部材４１は、全体としてスリーブ状に形成され、下部の外周面には、巻締め時に巻締めレール５０及び巻締めロール６０から加えられる半径方向内方に向けた押圧力を缶蓋１０のチャックウォール部１３の内側で支持するウォール部４３が形成されており、そのウォール部４３の下方に、缶蓋１０のカウンターシンク部１２に嵌合する環状突出部４２が形成されている。
【００１８】
巻締めレール５０は、全体としてリング状に形成され、その内周部に、第１成形溝５１が周方向に沿って形成されている。第１成形溝５１は、その縦断面において、軸心方向の上方に配置される内周上部から連続する上側凸状湾曲面５２と、軸心方向の下方に配置される内周下部から連続する下側凸状湾曲面５３と、これらの間の凹状湾曲面５４とにより形成される。凹状湾曲面５４は、その縦断面において、複数の円弧面と一部の平面とを連続させて形成されている。また、内周上部よりも内周下部が半径方向外方に配置されている。
この巻締めレール５０の第１成形溝５１は、従来から知られている通常のロールによる巻締めで用いられている第１巻締めロールの成形溝と同じプロファイルとすることができる。
そして、この巻締めレール５０のリングの曲率半径、具体的には第１成形溝５１の凹状湾曲面５４の最深部（図１（ａ）参照）の曲率半径Ｒ１が、缶蓋１０の外周面の曲率半径Ｒ２の４倍以下に設定されている。
【００１９】
巻締めロール６０は、円筒状に形成され、その外周部に第２成形溝６１が周方向に沿って形成されている。第２成形溝６１は、その縦断面において、軸心方向の上方に配置される内周上部から連続する上側凸状湾曲面６２と、軸心方向の下方に配置される内周下部から連続する下側凸状湾曲面６３と、これらの間の凹状湾曲面６４とにより形成される。凹状湾曲面６４は、巻締めレール５０の凹状湾曲面５４よりも浅く、その内底面がフラットに近い曲率半径に形成される。また、内周上部よりも内周下部が半径方向外方に配置されている。
この巻締めロール６０の第２成形溝６１も、従来から知られている通常のロールによる巻締めで用いられている第２巻締めロールの成形溝と同じプロファイルとすることができる。
そして、この巻締めロール６０は、図４に示すように、巻締めレール５０の半径方向内側に配置されており、巻締めレール５０による缶蓋１０への押圧成形の中心部（図４にＡで示す位置）に対して、缶蓋１０の周方向に離間した位置、図示例では１８０°反対側に、巻締めロール６０の押圧成形の中心部（図４にＢで示す位置）が位置するように配置される。
【００２０】
そして、この缶胴２０のフランジ部２３に缶蓋１０のカール部１４を載置し、その上方からチャック部材４１を缶蓋１０に嵌合して、チャック部材４１とリフター４５との間で缶胴２０と缶蓋１０とを挟んだ状態とし、軸心Ｘ回りに回転する。そして、この回転している缶胴２０のフランジ部２３及び缶蓋１０のカール部１４に対して、巻締めレール５０による巻き込み工程と、巻締めロール６０による押しつぶし工程とを順に行う。
【００２１】
巻き込み工程では、図１（ａ）に示すように、半径方向外方から巻締めレール５０を接近させて、缶蓋１０のカール部１４と缶胴２０のフランジ部２３とを第１成形溝５１内に案内させ、その凹状湾曲面５４により半径方向内方に押し込み、凹状湾曲面５４の表面に沿って缶蓋１０と缶胴２０とを転動させるようにこれら缶蓋１０及び缶胴２０の回転に同期させながら巻締めレール５０を周方向に移動させる。これにより、缶蓋１０のカール部１４を缶胴２０のフランジ部２３の外方から鉤状に折り返しながら一体にカールさせ、これらを抱き合わせるようにして巻き込んでなる巻き込み部７１を形成する。
この場合、缶胴２０及び缶蓋１０は巻締めレール５０に沿って数回転（例えば７回転）転動することにより、巻き込み部７１が成形される。
【００２２】
次いで、押しつぶし工程では、リフター４５とチャック部材４１により保持されて回転する缶胴２０及び缶蓋１０の巻き込み部７１に、図１（ｂ）に示すように、巻締めロール６０を半径方向外方から接近させることにより、巻き込み部７１の外周部を巻締めロール６０の第２成形溝６１に案内して、その凹状湾曲面６４により半径方向内方に押圧してチャック部材４１のウォール部４３との間でさらに半径方向（板厚方向）に押しつぶす。
この工程においても、缶胴２０及び缶蓋１０は、巻締めロール６０に押圧されながら例えば３回転するうちに巻締める。
以上の巻き込み工程及び押しつぶし工程により、図２に示す二重巻締め部７２が形成される。
【００２３】
この巻締め方法においては、一般的なロールによる巻締め方法では第１巻締めロールによって行っていた巻き込み工程を巻締めレール５０によって行っており、この巻締めレール５０の内周面に沿って形成した第１成形溝５１の内面で加工する。この第１成形溝５１は、缶蓋１０の外周面の凸円弧面に対して、巻締めレール５０の内周面に沿う凹円弧状に形成されているため、第１成形溝５１の内周面と缶蓋１０の外周面との接触開始部の前後も缶蓋１０の外周面に接近した状態となる。そして、その状態で缶蓋１０を半径方向内方に押圧して成形することにより、その押圧成形の中心部（缶蓋１０の軸心Ｃ１と巻締めレール５０の中心Ｃ２とを結ぶ線の延長線上における缶蓋１０と巻締めレール５０との接触部；図４の場合であると点Ａ）より所定距離前方位置から缶蓋１０のカール部１４及び缶胴２０のフランジ部２３が巻締めレール５０の第１成形溝５１内に案内され、この第１成形溝５１によって徐々に予備成形されながら、押圧成形の中心部Ａで巻き込み成形される。また、押圧成形の中心部より後方位置においても、巻き込み部７１は巻締めレール５０による支持が瞬時に失われることはなく、第１成形溝５１から徐々に離脱される。
【００２４】
従来の一般的なロールによる巻締めの場合、第１巻締めロールが缶蓋に接近して半径方向外方から押圧すると、缶蓋及び缶胴は、周方向の一部分に変形が集中し、その前後での支持がないため、その成形部分の周方向の前後位置が成形に追従しにくく、その結果、しわが生じやすい。
【００２５】
本実施形態の巻締め方法では、押圧成形の中心部Ａの前後の所定範囲内で巻締めレール５０が缶蓋１０に接触あるいは接近した状態となり、このため、変形が局部に集中することを抑制して、その前後でも缶蓋１０を支持することができ、特に、成形の中心部Ａより前方位置で予備成形しながら巻き込み成形するので、鋭いしわの発生を効果的に低減することができる。
この場合、巻締めレール５０における第１成形溝５１の内周面の曲率半径Ｒ１を缶蓋１０の外周面の曲率半径Ｒ２の４倍以下としたことにより、押圧成形の中心部Ａの前方での予備成形の長さ及び後方での支持の長さを十分に確保することができ、鋭いしわの発生を確実に低減することができる。この巻締めレール５０における第１成形溝５１の内周面の曲率半径は小さい方が予備成形の長さ及び押圧成形部より後方での支持の長さを大きくすることができて良いが、内側に缶蓋１０が配置されるので、缶蓋１０の曲率半径Ｒ２の１倍を超えた曲率半径とする必要がある。この巻締めレール５０における第１成形溝５１の内周面の曲率半径Ｒ１は、好ましくは、缶蓋１０の外周面の曲率半径Ｒ２の１．５倍以上４倍以下が良い。１．５倍以上あれば、缶蓋１０と巻締めレール５０との離間接近移動も円滑に行うことができる。
【００２６】
そして、次の押しつぶし工程においては、従来と同様、巻き込み部７１を半径方向外方から巻締めロール６０の第２成形溝６１により押圧し、巻き込み部７１を押しつぶすようにして二重巻締め部７２を形成する。この押しつぶし工程では、すでに巻き込み部７１が成形された後であるので、変形量も少なく、したがって、鋭いしわも生じにくい。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、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。
例えば、実施形態では巻締めレール５０をリング状に形成したが、リングとして繋がっていない凹円弧状に形成してもよい。
また、図４では、巻締めレール５０の半径方向内側に巻締めロール６０を配置しているが、巻締めロール６０を巻締めレール５０の内側に配置せずに、これらを横に並べて、巻き込み工程と押しつぶし工程とを連続的に行う構成としてもよい。図４に示すように、巻締めレール５０の半径方向内側に巻締めロール６０を配置する場合は、第１成形溝５１の内周面の曲率半径Ｒ１は缶蓋１０の曲率半径Ｒ２の２倍以上あるとよい。
さらに、缶蓋１０と缶胴２０を缶軸方向に挟持して回転させながら、巻締めレール５０及び巻締めロール６０を半径方向に接近させたが、巻き込み工程においては、巻締めレール５０を固定し、その内周部の第１成形溝５１に沿って缶蓋１０と缶胴２０とを転動させるようにしてもよい。
【実施例】
【００２８】
本実施形態の巻締め方法による効果確認のために行ったシミュレーション結果について説明する。
巻締め対象として公称径２０４（缶蓋のカール部の外径６２．１５ｍｍ）の缶蓋と缶胴を用いた。缶胴のフランジ部の板厚は０．１８０ｍｍ、缶蓋のカール部の板厚は０．２１５ｍｍとした。
巻締めレールとして、その内周面の曲率半径が缶蓋のカール部の１．５倍〜５倍までの間で複数用意し、それぞれ巻き込み工程を施した。比較のために、巻き込み工程を通常の第１巻締めロールで行ったもの、直線状の巻締めレールで行ったものも作製した。
図５は巻締めレールによる巻き込み工程のモデル図、図６は通常の第１巻締めロールによる巻き込み工程のモデル図である。ただし、図５では、便宜上、缶が見えるように、レールの一部を切断して除去した状態で表示している。
シミュレーションは、市販の汎用のＣＡＥソフトＡｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔを用いて行った。解析では曲げやしわを精度良く再現するためにシェル要素を用いて缶胴、缶蓋をモデル化した。その際、シェル要素だけでは巻締めレールや巻締めロールとの接触位置が不正確となるため、膜要素を缶胴、缶蓋の板厚位置に配置し、膜要素をシェル要素と結合させ、缶胴、缶蓋それぞれが１枚の板として振る舞うように設定した（図８参照：ただし、図８〜図１０では通常の第１巻締めロールを示している）。
通常の第１巻締めロールで解析を行った際に生じるしわの様子を図９に示す。このようにして得られたしわを定量的に評価するため曲率を用いた（図１０参照）。半径方向内方に向けて生じるしわ（内向きのしわ）を（ｐ＞０）、半径方向外方に向けて生じるしわ（外向きのしわ）を（ｐ＜０）とし、しわの曲率は缶蓋先端の全節点について調査した。
【００２９】
シミュレーションの解析結果を図７に示す。図７は、通常の第１巻締めロールを用いて巻締めた場合、及び、巻締めレールを用いて巻締めた場合で、巻締めレールが直線状である場合、巻締めレールの第１成形溝の曲率半径が缶蓋の外周面の曲率半径の８．０倍、４．０倍、２．０倍、１．５倍（図７中、巻締めレールの後の数値が缶蓋の径に対する倍数を示す）のそれぞれについて、しわの曲率の変化を横軸とし、縦軸に頻度（全節点中の個数）を示した。曲率の変化が大きくなった部位はしわが発生したことを示し、曲率の変化が「０」ということはしわがなかったことを示す。曲率の変化が「−０．０５」〜「＋０．０５」の範囲であれば、しわの発生はなかったとみなして良い。
図７に示すように、巻締めレールの曲率半径が缶蓋の１．５倍以上４倍以下であればしわの発生は認められなかった。
【符号の説明】
【００３０】
１０  缶蓋
２０  缶胴
１１  パネル部
１２  カウンターシンク部
１３  チャックウォール部
１４  カール部
１５  コンパウンド
２１  胴体部
２１ａ  縮径部
２２  首部
２３  フランジ部
４０  巻締め装置
４１  チャック部材
４２  環状突出部
４３  ウォール部
４５  リフター
５０  巻締めレール
５１  第１成形溝
５２，６２  上側凸状湾曲面
５３，６３  下側凸状湾曲面
５４，６４  凹状湾曲面
６０  巻締めロール
６１  第２成形溝
７１  巻き込み部
７２  二重巻締め部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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