(57)【要約】【課題】板厚が薄い素材や、また加工性に劣る素材を用いて缶を製造する場合に、フランジ割れが発生せず、十分なフランジ加工性を確保する金属缶の製造方法を提供する。【解決手段】金属缶を製造するために用いる素材は、板厚が0.165ｍｍ以下であり、かつ、全伸びが18％以下である金属板である。そして、このような金属板を用いて開口部を有する筒状の缶胴に成形した後、図１に示すように、開口端部を缶胴の内面側または外面側に折り曲げ、次いで、フランジ加工する。【選択図】図１
2008200743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚が0.165ｍｍ以下であり、かつ、全伸びが18％以下である金属板から缶体を製造するに際し、
開口部を有する筒状の缶胴に成形した後、
開口端部を缶胴の内面側または外面側に折り曲げ、
次いで、フランジ加工することを特徴とする金属缶の製造方法。
【請求項２】
開口端部を缶体の内面側または外面側に折り曲げることで形成される２重構造となる部分の長さは、開口端部の板厚の５倍以上であり、かつ、フランジ加工後のフランジ部長さの１/２以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属缶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品缶詰、飲料缶詰などに用いられる金属缶の製造方法に関するものであり、詳しくは、フランジ加工性が劣る素材を用いた際にでも、フランジ加工での割れが発生し難い金属缶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品缶詰、飲料缶詰その他の金属缶は、大別すると２種類の方法で製缶される。
1種類目は、ブランク板を絞り加工を主体とした方法で有底筒状に成形する２ピース缶である。これらには、単純な絞り加工によるものから、再絞り加工、しごき加工、ストレッチドロー加工などを組み合わせた各種の缶があり、代表的なものにはＤＲＤ缶、ＤＩ缶、薄肉化深絞り缶などがある。
2種類目は、長方形のブランク板をロールフォームした後に端部を接合して筒状に成形する３ピース缶である。これらには、接合方法により溶接缶、接着缶、半田缶などがある。近年では溶接缶が主体となっている。
そして、缶胴が成形された後、筒状缶胴の開口端部を閉塞する蓋や、あるいは底に当たる部材が装着され最終製品となる。
２ピース缶は缶胴が有底円筒であるため、開口端のみに蓋が装着される。そして、２ピース缶は、缶体としては缶胴と蓋の２つの部材で構成されるためこの名で呼ばれる。
３ピース缶は両端の開口端に蓋、底が装着される。そして、３ピース缶は、缶胴と合わせて３つの部材で構成されるためこの名で呼ばれる。
ここで、蓋あるいは底は、缶胴の端部に成形したフランジ部を介して、巻き締め加工で缶胴に装着される。フランジ部は、缶胴の開口端を缶胴の外側に延伸させることによって成形される。以下、この工程をフランジ加工と呼ぶ。尚、フランジ加工に先立ち、缶胴の開口端付近の開口径を縮径するネッキング加工が行われる場合もある。
フランジ部は缶体を蓋あるいは底によって閉塞する部分であり、これによって缶体の機密性を確保するため、フランジ部にフランジ割れまたはフランジクラックといわれる加工欠陥があることは缶体として致命的な欠陥となる。よって、缶胴にはフランジ割れが発生しない特性が必要である。
【０００３】
さて、金属缶の分野では、缶体の製造コストを低減するため、素材使用量の削減が絶えず試みられている。その一つとして、素材ブランク板の板厚をより薄くする、いわゆるゲージダウンがあり、２ピース缶、３ピース缶を問わず効果的な方法として試みられている。また、２ピース缶では、缶胴部の加工の際に板厚を積極的に薄くする加工方法（しごき加工、薄肉化深絞り加工、その併用など）が採用され、その加工度の向上が試みられている。
しかし、使用材料の削減のために行われる上記方法は、場合によりフランジ加工性に対して弊害を伴うことがある。
フランジ加工性は金属素材の伸びと関係が強く、一般に伸びが小さいとフランジ加工の際に割れが生じやすいことが知られている。また、素材の伸びは板厚に影響され、一般に同等の強度レベルの素材でも板厚が薄いほど伸びが小さくなる。つまり、ゲージダウンによって缶胴の板厚が薄くなることは、それ自体がフランジ加工性に関しては不利な作用を及ぼすことになる。
【０００４】
缶胴のフランジ加工性を確保する技術として、特許文献１および特許文献２には、２ピース缶である絞りしごき缶においてフランジ加工が行われる部分の板厚を缶胴部の板厚よりも厚く加工する技術が開示されている。また、特許文献３には３ピース缶においてフランジ部に当たる部分を鋼板製造段階の冷間圧延で厚くする技術が開示されている。
また、特許文献４および５には、リシール可能なボトル型の金属缶に関し、缶の開口端部の切断端部から所定の長さの部分を外側に二重以上に折り込んで開口カール部を成形する方法が開示されている。
特許文献６には金属製筒体の端部を反転させて反転部を形成し、反転部側の筒体に縮径加工を施して、反転部と筒体とが密着した開口側に縮径部と拡径したフランジを形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平７−２６７２３７号公報
【特許文献２】特開平２-３０３６３４号公報
【特許文献３】特開昭５３-９３９８２号公報
【特許文献４】特開２００４-１５４８６２号公報
【特許文献５】特開２００４-２６３０６号公報
【特許文献６】特開２００1-２４６４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２ピース缶に関する特許文献１および特許文献２の技術では、フランジ加工を行う部分の板厚を側壁よりも厚くする必要がある。この場合、しごき加工を行うためフランジ部の板厚は缶の内面側に向けて厚くする必要があり、缶胴部とフランジ部とで段差が生じる。この段差が大きくなるとパンチが抜けにくくなるため、フランジ部厚さを確保してかつ抜け性を確保するためには側壁部の板厚を一定以下に薄くすることができなくなる。
一方、２ピース缶では、缶胴を加工する際に板厚を薄くする加工方法を採用して缶体の軽量化を図っている。しかし、フランジ加工を行う部分の板厚を厚くする特許文献１および特許文献２の技術では、フランジ部の板厚を薄くできないことおよび前記段差による抜け性の劣化を理由に側壁部の板厚を一定以上に薄くすることができないことが軽量化を妨げる一つの原因と成っている。
すなわち、フランジ加工を行う部分の板厚についてもより薄くすることが望まれており、こうした薄い部分でもフランジ加工性が確保されることが求められている。
３ピース缶に関する特許文献３の技術は、鋼板製造段階における冷間圧延でフランジ部にあたる部分の板厚を厚くするが、板厚を厚くするためには複雑形状の冷間圧延ロールを用いる必要があり、このような複雑形状のロールは製造が困難である上コストが高くなり、また冷間圧延ロールで不可避なロールの磨耗によって板厚の精度を確保することが困難となる等、実際上は適用することが難しい。
【０００６】
特許文献４および５では、キャップによりリシール（再密閉）が可能なボトル型の金属缶に関し、口頸部の耐変形性、口頸部上端のカール部の切断端部（金属板が露出した切断端面）での腐食発生を防止する目的で、缶の開口端部の切断端部から所定の長さの部分を外側に二重以上に折り込んでから、フランジ加工と折り畳み加工により切断端部を巻き込むように外ま巻きのカール部を形成するような金属缶の開口カール部成形方法が開示されている。しかし、この一連の加工において、開口カール部は板が４重に巻き込まれた状態となり、この部分に材料を多く消費することから、この方法は本発明の目的である使用材料の削減にはそぐわない方法である。
【０００７】
特許文献６では、剛性の高いフランジを有する缶体を得るため、金属製筒体の端部を反転させて反転部を形成し、該反転部側の筒体に縮径加工を施し、更に拡径してフランジ部を形成する方法が開示されている。しかし、この方法で得られるフランジ部はフランジ部から縮径部にかけた広い範囲で板が２重となっており、この部分に材料を多く消費することから、この方法は本発明の目的である使用材料の削減にはそぐわない方法である。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、ゲージダウンによる使用材料の削減の効果を最大限に享受するため、板厚が薄い素材や、また加工性に劣る素材（ゲージダウンに伴う缶体強度低下を抑制するために高強度鋼板を用いた場合）を用いた場合でも、フランジ割れが発生せず、十分なフランジ加工性を確保する金属缶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、以下の知見を得た。
課題を解決するにあたり、本発明者らは板厚が薄い、あるいは延性に劣る素材のフランジ加工性についてまず検討した。その結果、上記素材においては、開口端部形状がフランジ加工性に大きく影響し、これを改善することがフランジ割れの回避に直結するとの結論に至った。
すなわち、板厚が薄い素材や延性が劣る素材の場合、開口端部のトリムバリなどの乱れがあると、その部分が切り欠きとなってフランジ割れの起点となる。開口端部は、３ピース缶ではブランク板のスリット加工での剪断部、２ピース缶ではトリミング加工での剪断部に対応するが、いずれの場合も一定のクリアランスを介して相対する一対のカッターによって剪断される。剪断におけるカッターのクリアランスは剪断端部のバリの状態に強く影響し、一般に良好な剪断端部を得るためには板厚に対して30％以下程度のクリアランスが必要であると言われている。そのため、板厚が薄くなるほどクリアランスは小さくする必要があるが、機械的な精度にも限界があるため、ゲージダウンで板厚が薄くなった場合は必ずしも理想的なクリアランスが確保できるものではない。また、カッターの先端が磨耗していくと実質的なクリアランスが大きくなってバリも大きくなる。
また、延性に乏しい素材では、剪断端部に微小なクラックが生じやすく、これがフランジ割れの起点となることで、乏しい延性と加えてフランジ割れを誘発している
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］板厚が0.165ｍｍ以下であり、かつ、全伸びが18％以下である金属板から缶体を製造するに際し、開口部を有する筒状の缶胴に成形した後、開口端部を缶胴の内面側または外面側に折り曲げ、次いで、フランジ加工することを特徴とする金属缶の製造方法。
［２］前記［１］において、開口端部を缶体の内面側または外面側に折り曲げることで形成される２重構造となる部分の長さは、開口端部の板厚の５倍以上であり、かつ、フランジ加工後のフランジ部長さの１/２以下であることを特徴とする金属缶の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、板厚が薄い素材や、加工性に劣る素材を用いた場合においても、フランジ割れが発生しない金属缶を製造することができる。
このように、本発明の製造方法では、フランジ割れが発生せず、十分なフランジ加工性を確保することができ、ゲージダウンによる使用材料の削減の効果を最大限に享受することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、板厚が薄い素材を用いた場合や、高強度鋼板を用いた際の延性劣化などの理由からフランジ加工性が劣る素材を用いた場合にフランジ割れが発生しない缶を製造することを目的とする。そのため、缶体の開口端部をフランジ加工するにあたり、開口端部をあらかじめ缶体の内面側または外面側に折り曲げ、その後にフランジ加工することを特徴とする。従来は剪断端部がフランジ加工時に拡張されていたのに対し、本発明では上記のように折り曲げた状態の曲面部が端部となってフランジ加工されるため、剪断端部に乱れとして存在するバリやクラックがフランジ割れの起点となることがなく、これによってフランジ割れが発生し難くなるという効果が得られる。
【００１２】
前記のように、フランジ加工において割れが発生しやすいのは、ゲージダウンにより板厚を薄くした素材や延性の乏しい素材などを缶胴に用いた場合である。このような素材を缶胴の素材として用いて２ピース缶、３ピース缶でフランジ加工と割れについて詳細な検討を行ったところ、フランジ加工で割れが発生しやすいのは、特に開口端部での板厚が0.165ｍｍ以下で、かつ、開口端部から缶体周方向に採取した試験片を引張試験した際の全伸びが18％以下の場合であることがわかった。
以上により、本発明では、板厚が0.165ｍｍ以下であり、かつ、全伸びが18％以下である金属板を缶胴素材の対象とし、このような素材を缶体の開口端部に用いる缶に対して本発明の製造方法を適用することとする。
なお、本発明において、全伸びは、ＪＩＳ-13号Ｂ試験片を用いて評価する。また、本発明に適用する素材としては、鋼板あるいはアルミを用いることができる。
【００１３】
図1は、本発明の缶の製造方法の一実施形態を示す図である。図1−ａは本発明の開口端部２を缶胴１の外面側に折り曲げ、蓋あるいは底３を巻き締める状態を示したものである。図１−ｂは、本発明の開口端部２を缶胴１の内面側に折り曲げ、蓋あるいは底３を巻き締める状態を示したものである。このように、本発明では、開口端部２を折り曲げる方向は、缶体の内面側あるいは外面側の両者が可能で、フランジ加工での割れはいずれにおいても防止することができる。
【００１４】
また、上記において、開口端部２を缶胴１の内面側または外面側に折り曲げることで形成される２重構造となる部分の長さ４は、開口端部２の板厚の５倍以上であり、かつ、フランジ加工後のフランジ部長さ５の１/２（５０％）以下であることが好ましい。なお、前記２重構造となる部分の長さ４およびフランジ部長さ５については、図２に示す通りである。
２重構造とした部分の長さが、缶体の開口端部での板厚の５倍より下回るの場合、フランジ加工の際の拡張作用が折り曲げた後の剪断端部に影響し、折り曲げた後でも剪断端部で割れが発生する場合がある。
また、２重構造とした部分の長さが、フランジ加工後のフランジ部長さの１/２より大きいと、折り曲げ部に要する素材の使用量が増加して素材使用量の削減という本発明の背景にある目的に対して相反することになるので、必要以上に長くすることは得策ではない。さらに、２重構造とした部分の長さがフランジ部長さの1/2より大きいと、フランジ加工する際の加工荷重が過剰となり、フランジ加工の際に缶体にかかる荷重が増加し、缶体に損傷を及ぼす可能性がある。
【００１５】
次いで、缶の製造方法について説明する。
２ピース缶の場合は、円形のブランク板を絞り加工を主体とした方法で有底筒状に成形する。成形は絞り加工によるものから、再絞り加工、しごき加工、ストレッチドロー加工などを組み合わせて行う。
３ピース缶の場合は、長方形のブランク板をロールフォームした後に端部を接合して筒状に成形する。接合方法には溶接、接着、半田によって行う。
開口端部の折り曲げは、開口端部を、缶胴の中心軸に対して傾斜させた後、更に傾斜部を缶胴中心軸と並行になるまで曲げる方法、あるいは、開口端部を、先端から順次曲率を持って半円状に曲げ、半円状に曲がった部分を更に進展させる方法で行うことができる。
これらの方法には、開口端部を上記加工に適した剛体金型に押し当てるダイ方式と、回転工具も用いるスピン方式とを採用することができる。
この際、開口端部を缶体の外面側方向に折り曲げる方法を採用する場合と、開口端部を缶体の内面側方向に折り曲げる方法を採用することができる。特に、内面側に折り曲げる方法は、開口端部には拡張の作用が及ばないため、フランジ割れに関しては特に優れた方法となる。
尚、フランジ加工の前に開口端部付近を縮径するネッキング加工が行われる場合があるが、本発明の効果はその場合でも有効である。
【実施例１】
【００１６】
冷間圧延後、焼鈍によりテンパー度T２とした板厚0.1mm、全伸び１４％の錫鍍金鋼板（錫付着量２．８ｇ/ｍ２）を用い、缶胴の内径が54ｍｍの円筒状缶胴を溶接法で作製した。
次いで、缶胴の開口端部を缶胴の外面側および内面側に、板厚の重なり部分の幅が０．６ｍｍとなるように折り曲げた。なお、比較例として、折り曲げを行わない缶胴も作製した。
次いで、これらを曲率半径２．０ｍｍのダイフランジャーで、フランジ幅２．３ｍｍまでフランジ加工した。なお、折り曲げて２重構造となる部分の長さは、缶体開口端部の板厚に対して６倍、フランジ加工後のフランジ部長さに対して２６％であった。
以上の結果、折り曲げを行わない比較例ではフランジ割れが発生したのに対し、折りまげを行った本発明例ではフランジ割れが発生せず、良好はフランジ加工性を示した。
【実施例２】
【００１７】
冷間圧延後、焼鈍を行わずに製造した板厚0.1mm、全伸び２％の錫鍍金鋼板（錫付着量２．８ｇ/ｍ２）を用い、缶胴の内径が54ｍｍの円筒状缶胴を溶接法で作製した。
次いで、缶胴の開口端部を缶胴の外面側および内面側に、板厚の重なり部分の幅が０．８ｍｍとなるように折り曲げた。なお、比較例として折り曲げを行わない缶胴も作製した。
次いで、これらを曲率半径２．０ｍｍのダイフランジャーで、フランジ幅２．３ｍｍまでフランジ加工した。なお、折り曲げて２重構造となる部分の長さは、缶体開口端部の板厚に対して８倍、フランジ加工後のフランジ部長さに対して３４％であった。
以上の結果、折り曲げを行わない比較例ではフランジ割れが発生したのに対し、折りまげを行った本発明例ではフランジ割れが発生せず、良好はフランジ加工性を示した。
【実施例３】
【００１８】
冷間圧延後、焼鈍によりテンパー度T4とした板厚0.22mm、全伸び３５％の錫鍍金鋼板（錫付着量２．８ｇ/ｍ２）を用い、缶胴の内径が54ｍｍの有底円筒状缶胴を絞り加工、しごき加工によるＤＩ缶として作製した。この際、加工後の缶胴部板厚を缶胴の全域にわたり同一の０．０７５ｍｍとした。加工後の全伸びは１％であった。
そして、缶胴の上端部をトリミングにより剪断して開口端部とした後、開口端部を缶胴の外面側および内面側に、板厚の重なり部分の幅が１．０ｍｍとなるように折り曲げた。なお、比較例として、折り曲げを行わない缶胴も作製した。
次いで、これらを曲率半径２．０ｍｍのダイフランジャーで、フランジ幅２．３ｍｍまでフランジ加工した。なお、折り曲げて２重構造となる部分の長さは、缶体開口端部の板厚に対して１３倍、フランジ加工後のフランジ部長さに対して４３％であった。
以上の結果、折り曲げを行わない比較例ではフランジ割れが発生したのに対し、折りまげを行った本発明例ではフランジ割れが発生せず、良好はフランジ加工性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、板厚が薄い、あるいは延性に乏しい素材に対し、フランジ加工のように加工端部が拡張される加工（伸びフランジ加工）を行う場合において、加工に伴う割れが発生し難い缶の製造方法を提供するものである。よって、特に食品缶詰、飲料缶詰に用いる缶体に限らず、前記特徴に合致する素材、加工方法に適用することが有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の缶の製造方法の一実施形態を示す図である。
【図２】図１において、２重構造となる部分の長さおよびフランジ部長さを示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  缶胴
２  開口端部
３  蓋あるいは底
４  折り曲げて２重構造とした部分の長さ
５  フランジ部長さ
【図１】
2008200743.tif 000003
【図２】
2008200743.tif 000004