(57)【要約】      （修正有）【課題】缶底の厚みを効率的に制御し缶底の耐圧強度と薄肉化とを両立させ、２ピース缶を製缶する際に缶底のしわを防止することができる軽量２ピース容器の製造方法を提供する。【解決手段】缶底中心部の板厚ｔ１と缶底端部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が０．７０以上かつ０．９５以下である２ピース缶を製造するに際して、第一絞り工程で張出し径がパンチ半径の１．１５倍以上かつ４倍以下である球頭パンチを用い、球頭状の缶底部を形成するまではブランクホルダー荷重ＦをＦ≦ＦＢＬとし、缶底を形成後はブランクホルダー荷重ＦをＦＷＬ≦Ｆ≦ＦＷＵとすることを特徴とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶底中心部の板厚ｔ１と缶底端部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が０．７０以上かつ０．９５以下である２ピース缶を製造するに際して、第一絞り工程で張出し径がパンチ半径の１．１５倍以上かつ４倍以下である球頭パンチを用い、球頭状の缶底部を形成するまではブランクホルダー荷重Ｆを
Ｆ≦ＦＢＬとし、
缶底を形成後はブランクホルダー荷重Ｆを
ＦＷＬ≦Ｆ≦ＦＷＵとすることを特徴とする軽量２ピース容器の製造方法。
但し、前記ＦＢＬ，ＦＷＬ，ＦＷＵは、下記関係式を満たすものである。
ＦＢＬ＝０．０６×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ＦＷＬ＝０．００５×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ＦＷＵ＝０．０４×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ここで、ＤＢ：ブランク外径
ＤＤ：ダイス内径
σＹ：降伏応力
σＢ：引張応力
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、飲料用のＤＩ缶に代表される軽量２ピース容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
缶体容器には缶胴部とその両側に蓋を取り付けた３ピース缶と呼ばれるものと、缶胴部と缶底部が一体となった容器に蓋を取り付けた２ピース缶と呼ばれるものがある。
２ピース缶は、絞り、再絞りを行った後、側壁をしごき加工あるいは絞りを加えながらしごき加工を行い、缶胴厚を薄くかつ缶高さを確保するような成形を行う。この方法を用いて製造した容器を軽量化する場合、しごき加工率を増加することで可能であるが、缶壁を薄くしすぎると、缶体としての強度が弱くなり実用に耐えない状態となる。現状では缶壁厚は０．０８ｍｍ程度となっており、ほぼ限界の厚みに達していると考えられる。
従って、缶の軽量化を図るためには缶底を薄くする必要がある。缶底を薄くするためには成形前のブランクを薄くすることで対応できるが、缶底を薄くしすぎると缶底の耐圧強度が不足し、やはり実用に耐えないものとなる。
【０００３】
このような状況を克服するために缶底に相当する部分に張出し加工を加えて硬化させることで缶を薄くしても耐圧強度を確保する方法が特開平７−２３２２３０号公報に開示されている。
前記特開平７−２３２２３０号公報に開示されている技術を用いた場合、缶底の厚みが減少しすぎ、素材は加工硬化はしているものの缶底の耐圧強度を十分に確保できなかった。
そこで、本発明者らは、特開２００２−２４０８１５号公報において、缶底中心部の板厚ｔ１と缶底端部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が０．７０以上かつ０．９５以下であることを特徴とする２ピース缶を発明した。
さらに、その２ピース缶の製造方法として、第一絞り工程で張出し径がパンチ半径の１．１５倍以上かつ４倍以下である球頭パンチを用いる方法を提案した。
しかし、上述の方法により、缶底の厚みを効率的に制御し缶底の耐圧強度と薄肉化を両立する２ピース缶の製缶が可能になったが、缶底にしわが発生することがあった。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２３２２３０号公報
【特許文献２】特開２００２−２４０８１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、缶底の厚みを効率的に制御し缶底の耐圧強度と薄肉化とを両立させ、２ピース缶を製缶する際に缶底のしわを防止することができる軽量２ピース容器の製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために基礎的な検討を実施した結果、ブランクホルダー荷重を適正な範囲に保つことによって、缶底のしわを防止できることを見出したものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）缶底中心部の板厚ｔ１と缶底端部の板厚ｔ２との板厚比ｔ１／ｔ２が０．７０以上かつ０．９５以下である２ピース缶を製造するに際して、第一絞り工程で張出し径がパンチ半径の１．１５倍以上かつ４倍以下である球頭パンチを用い、球頭状の缶底部を形成するまではブランクホルダー荷重Ｆを
Ｆ≦ＦＢＬとし、
缶底を形成後はブランクホルダー荷重Ｆを
ＦＷＬ≦Ｆ≦ＦＷＵとすることを特徴とする軽量２ピース容器の製造方法。
但し、前記ＦＢＬ，ＦＷＬ，ＦＷＵは、下記関係式を満たすものである。
ＦＢＬ＝０．０６×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ＦＷＬ＝０．００５×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ＦＷＵ＝０．０４×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ここで、ＤＢ：ブランク外径
ＤＤ：ダイス内径
σＹ：降伏応力
σＢ：引張応力
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に詳細に説明する。
発明者らは、しわの発生について調査した結果、しわは缶底を形成する段階で発生することを突き止めた。
さらに、このしわを防止する方法について鋭意検討した結果、ブランクホルダー荷重を次式で示す下限値ＦＢＬより大きくすることで防止できることを見出した。
ＦＢＬ＝０．０６×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
ここで、ＤＢ：ブランク外径
ＤＤ：ダイス内径
σＹ：降伏応力
σＢ：引張応力
缶底成型時の上限は特に規定しないが、下限値より過度に大きな荷重を加えることはエネルギー面から無駄であり、かつ破断する場合もあるので、ＦＢＬの１．５倍程度を上限とすることが好ましい。
【０００８】
缶底成型後の缶側壁成型時において、ブランクホルダー荷重をＦＢＬ以上に保ったまま成形を行うと、破断に至る。そこで、本発明においては、缶底成型後の缶側壁成型時においては、ブランクホルダー荷重を次式で示す上限値ＦＷＵ以下とする。
ＦＷＵ＝０．０４×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
また、ブランクホルダー荷重が小さ過ぎると、フランジ部でしわが発生するため、次式で示す下限値ＦＷＬ以上とする。
ＦＷＬ＝０．００５×π×（ＤＢ２−ＤＤ２）／４×（σＹ＋σＢ）／２
次に本発明の特徴である、缶底中心部の板厚と缶底端部の板厚との比を規定した理由について述べる。２ピース缶の重要な特徴のひとつとして容器内部が高圧力になった際にも容器が変形しないことが重要となるが、この際最も変形し易いのが缶底部である。容器内部の圧力が上昇した際、圧力がある値に達すると缶底部が変形するが、この臨界圧力は通常、耐圧強度と呼ばれる。この耐圧強度には缶底部の板厚が、特に缶底の胴部に近い部分の板厚が影響する。
従って、缶底部の板厚を薄肉化して容器重量を低減させるためには缶底中心部に近い部分のみを薄肉化し、胴部に近い部分はあまり薄肉化させないことが重要となる。また、缶胴部に近い領域の薄肉化を抑え缶底中心部のみを薄肉化していった際に缶底中心部を極端に薄肉化すると、この部分の強度が低くなりすぎ、やはり耐圧強度が確保できないという状況におちいる。
なお、この耐圧強度は内容物により基準が異なる。
【０００９】
本発明者らは、この点に関して詳細に検討した結果、缶底部分の板厚分布を、図１に示す缶底中心部の板厚をｔ１とし、缶底端部の板厚をｔ２とした時に、この板厚の比ｔ１／ｔ２が、０．７０未満になると缶底中心部の強度が弱くなりすぎることを見出した。
また、缶重量低減の効果を得るためにはこの板厚比ｔ１／ｔ２を０．９５以下にする必要がある。つまり、板厚比ｔ１／ｔ２を０．７０以上かつ０．９５以下とする。
また上記効果をより発揮させるためにはｔ１／ｔ２を０．８０以上０．９２以下とすることが好ましい。なお、缶端部の板厚とは缶底の缶胴壁から缶底中心部に向かい０．５〜１．０ｍｍの部分の平均板厚と定義する。
【００１０】
次に、その成形方法について述べる。
ＤＩ成形法により２ピース容器を製造するには、通常２段階の絞り加工によるカップ成形が行われる。このカップ成形では通常フラット底の円筒パンチが用いられるが、この第一段目の工程でフラットではなく球頭とすることで缶底を薄肉化することができる。ここで、球頭を半球とすると缶底部の板厚が薄くなりすぎる。
この点に関して検討した結果、図２に示すような張り出し半径Ｒ１がパンチ半径ＲＰの１．１５倍以上かつ４倍以下である球頭パンチを用いることで本発明の形状が得られることがわかった。
また、張出し半径Ｒ１は一定値である必要はなく本発明範囲の径が連続していても何の問題もない。
なお、パンチ張出し部とパンチ壁との肩ＲであるＲ２は本発明では特に規定しないが、通常用いられる肩Ｒであれば問題ない。
本発明はＤＩ缶だけでなくストレッチドローと組み合わせた製造法による容器にも適用可能である。
本発明では、通常の缶用鋼板を用いることで十分な効果が得られるが、その際、素材の表面処理あるいは表面の樹脂付け等は特に規定する必要はなく、どのようなものに対しても適用でき、十分な効果が得られる。
【００１１】
【実施例】
通常のＳｎメッキ鋼板を用い、表１に示す形状のパンチでカップ第一成形を行いその後は通常の工程でＤＩ成形を行った。
素材としては、Ｙｓ４００ＭＰａ、Ｔｓ４７０ＭＰａの鋼Ａおよび、Ｙｓ２００ＭＰａ、Ｔｓ２２０ＭＰａの鋼Ｂを用いた。鋼Ａ，鋼Ｂ共に板厚は０．１９ｍｍである。表１にはその際の缶底部の板厚比および耐圧強度も示す。
なお、前述のように、必要耐圧強度は内容物により異なるが、ここでは６．５Ｋｇｆ／ｃｍ２を基準としこれ以上のものを合格とし、これ未満のものを不合格とした。
表１の番号１から番号６は本発明条件の範囲内のものであり、しわ、および破断を生じることなく耐圧強度を満足しかつ軽量化も実現することができた。
一方、番号７、９は缶底成型時のブランクホルダー荷重が本発明の範囲外にあり、しわが発生した。番号８，１０は缶側壁成型時のブランクホルダー荷重が本発明範囲外であるため破断した。番号１１は、耐圧強度は満足できているものの缶底中心部と缶底端部の板厚比が本発明の範囲外にあり殆ど軽量化できておらず、番号１２は、板厚比は本発明範囲内にあり軽量化できているものの耐圧強度が不足しており、どちらも本発明範囲外である。
【表１】
2004314084.tif 000002
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、缶底の厚みを効率的に制御し缶底の耐圧強度と薄肉化とを両立させ、製缶する際に缶底のしわを生じることなく軽量２ピース容器を効率的に得ることができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における成形後の缶形状の断面図である。
【図２】本発明に用いるパンチの形状を示す図である。
【図１】
2004314084.tif 000003
【図２】
2004314084.tif 000004