JP2008087821A - ボトル缶およびキャップ付ボトル缶 - Google Patents

Abstract

【課題】口金部からキャップが外れることを防止するとともに、実使用に耐えられる破断強度を具備させる。
【解決手段】缶底に、胴部４の内側へ凹むドーム部１７が形成されるとともに、該ドーム部１７の外周縁に、凹曲面部１８を介して、缶軸Ｏ方向外方に突出する環状凸部１６が形成された構成のボトル缶であって、ドーム部１７に亀裂容易部２０が形成され、該亀裂容易部２０は、缶軸Ｏから環状凸部１６の突出頂部１６ａに至る半径Ａの５９％以上８６％以下の領域Ｂに形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、缶底に、胴部の内側へ凹むドーム部が形成されるとともに、該ドーム部の外周縁に、凹曲面部を介して、缶軸方向外方に突出する環状凸部が形成され、内容物が充填されるボトル缶に関するものである。

この種のボトル缶は口金部にキャップが螺着される構成とされ、開栓した後においても再栓可能とされて持ち運びを容易にする等、その取り扱いの向上が図られている。
ところが、内容物が残った状態でキャップが再栓された場合、その後の保管状況によってはキャップ付ボトル缶の内部で内容物の２次発酵によりガスが発生し、このガスによって内圧が異常に上昇し、キャップの雌ねじ部と口金部の雄ねじ部との嵌合力以上まで内圧が上昇すると、キャップがねじ山を乗り越えて口金部から外れてしまうという問題があった。

このような問題を解決するための手段として、例えば下記特許文献１に示されるような、ドーム部の径方向中央部、または凹曲面部に亀裂容易部を形成する構成が知られている。
特開２００４−１１５０９６号公報

しかしながら、前記従来のボトル缶では、ドーム部の径方向中央部に亀裂容易部を形成すると、２次発酵に起因した缶内圧の上昇によりドーム部が缶胴の外側に向けて膨出変形（バックリング）しても、亀裂容易部が破断せず、その後の２次発酵の進行によりさらに缶内圧が上昇しても、やはり亀裂容易部が破断せず、口金部からキャップが外れるおそれがあった。一方、凹曲面部に亀裂容易部を形成すると、例えば振動や内容物の温度上昇等に起因した缶内圧の上昇によって、不用意に亀裂容易部が破断する場合があり、実使用に耐えられないおそれがある。

本発明は前記状況に鑑みてなされたもので、再栓後に缶内圧が上昇しても口金部からキャップが外れることを防止するとともに、実使用に耐えられる破断強度を備えるボトル缶およびキャップ付ボトル缶を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のボトル缶は、缶底に、胴部の内側へ凹むドーム部が形成されるとともに、該ドーム部の外周縁に、凹曲面部を介して、缶軸方向外方に突出する環状凸部が形成された構成のボトル缶であって、前記ドーム部に亀裂容易部が形成され、該亀裂容易部は、缶軸から前記環状凸部の突出頂部に至る半径の５９％以上８６％以下の領域に形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、ドーム部に亀裂容易部が形成されているので、キャップが再栓された後に缶内圧が上昇した場合において、キャップが口金部から外れる内圧に至る前で、かつドーム部がバックリングする直前、バックリングと同時、あるいはバックリングした後に、亀裂容易部を破断させて缶内圧を解放することが可能になる。すなわち、再栓後に缶内圧が上昇しても口金部からキャップが外れることを防止できるとともに、実使用に耐えられる破断強度を缶底に具備させることができる。

すなわち、亀裂容易部が缶軸から前記突出頂部に至る半径の５９％以上７５％以下の領域に形成された場合には、ドーム部がバックリングした後、口金部からキャップが外れる内圧に至る前までさらに缶内圧が上昇したとき、あるいはバックリングと同時に、亀裂容易部を破断させることが可能になる。一方、亀裂容易部が缶軸から前記突出頂部に至る半径の７５％より大きく８６％以下の領域に形成された場合には、キャップが口金部から外れる内圧に至る前で、バックリングする直前、あるいはバックリングと同時に亀裂容易部を破断させることが可能になる。

ここで、亀裂容易部が缶軸から前記突出頂部に至る半径の５９％より小さい領域に形成されると、缶内圧の上昇によりドーム部がバックリングしても亀裂容易部が破断せず、その後さらに缶内圧が上昇しても、やはり亀裂容易部が破断せず、口金部からキャップが外れるおそれがある。一方、亀裂容易部が缶軸から前記突出頂部に至る半径の８６％より大きい領域に形成されると、例えば振動や内容物の温度上昇等に起因した缶内圧の上昇により、不用意に亀裂容易部が破断する場合があり、実使用に耐えられないおそれがある。

前記亀裂容易部は、深さが前記ドーム部の肉厚の３０％以上７０％以下とされた凹溝であってもよい。

また、前記亀裂容易部は、中心角θが９０°以上１８０°以下の円弧形状であってもよい。

亀裂容易部が、中心角θが９０°以上の円弧形状とされることにより、缶内圧の上昇によりドーム部がバックリングする場合には確実に亀裂容易部が破断し、また、中心角θが１８０°以下の円弧形状に形成されることにより、缶内圧の上昇により亀裂容易部が破断される場合であっても、亀裂容易部が形成されていない部分に破断が進行して亀裂容易部を含む部分がドーム部から外れることが抑制される。

本発明のキャップ付ボトル缶は、ボトル缶の口金部にキャップが螺着されてなるキャップ付ボトル缶であって、前記ボトル缶が請求項１から３のいずれかに記載のボトル缶であることを特徴とする。

この発明に係るボトル缶およびキャップ付ボトル缶によれば、再栓後に缶内圧が上昇しても口金部からキャップが外れることを防止できるとともに、実使用に耐えられる破断強度を缶底に具備させることができる。

以下、本発明に係るボトル缶およびキャップ付ボトル缶の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態のキャップ付ボトル缶１は、例えばＨ１９の調質が施されたＪＩＳ３００４または３１０４のＡｌ合金により形成されたボトル缶２の口金部６にキャップ３が螺着されて内容物が密封されている。

ボトル缶２は、底部１５と、底部１５の上端部に連設され上方に延在した胴部４と、胴部４の上端部に連設され上方に向かうに従い漸次縮径された肩部５と、肩部５の上端部に連設され上方に延在した口金部６とを備え、これらの各部が連続的に一体的に形成されている。また、前記各部１５、４、５、６の横断面は円形とされるとともに、その中心軸線（以下、「缶軸」という）Ｏはこれらの各部１５、４、５、６において実質的に同一とされている。

口金部６には、キャップ３が螺着される雄ねじ部７と、雄ねじ部７の下方に形成された膨出部８と、口金部６の上端部が径方向外方へ下方に向けて折り返されて形成されたカール部９とが備えられている。なお、ボトル缶２は、前記Ａｌ合金からなる円板に絞り加工およびしごき加工を施すことにより形成される。

キャップ３は、天面部１０ａと、天面部１０ａの外周縁部から略垂下してなる周壁部１０ｂとを備え、周壁部１０ｂには、雌ねじ部１１と、雌ねじ部１１の下方に形成された破断容易部１２とが形成されている。破断容易部１２は、周壁部１０ｂの厚さ方向に貫通するスコア１２ａが周方向に所定の間隔をあけて複数形成されるとともに、スコア１２ａ同士の間にブリッジ１２ｂが形成された構成とされている。また、天面部１０ａの内面には、合成樹脂により形成された円板状のライナー１４が配設されている。

そして、ライナー１４がカール部９に密接した状態で、周壁部１０ｂの下端部が膨出部８に巻き込まれ、かつ雌ねじ部１１が雄ねじ部７に螺着されることにより、キャップ付ボトル缶１が構成されている。

底部１５には、胴部４の内側へ凹むドーム部１７が形成されるとともに、該ドーム部１７の外周縁に、凹曲面部１８を介して、缶軸Ｏ方向外方に突出する環状凸部１６が形成されている。凹曲面部１８の曲率半径は、ドーム部１７の曲率半径より小さくされている。
また、底部１５における肉厚の平均値は、胴部４の肉厚の平均値よりも大きくされている。

なお、ドーム部１７の外面と缶軸Ｏとの交点と、環状凸部１６の突出頂部１６ａとの缶軸Ｏ方向における距離、つまりドーム部１７の凹み量は９ｍｍ〜１０．５ｍｍとされている。また、環状凸部１６の内周壁１６ｂの缶軸Ｏに対する径方向内方に向けた傾斜角度は２°〜２０°とされている。

ここで、本実施形態のボトル缶２の底部１５では、ドーム部１７の外面に亀裂容易部２０が形成されている。この亀裂容易部２０は、絞り加工およびしごき加工が施されたときのドーム部１７の肉厚（０．２５〜０．４ｍｍ）に対して薄肉となるような、例えば胴部４の内側へ凹む凹溝とされ、その深さはドーム部１７の肉厚の３０％以上７０％以下とされている。

また、亀裂容易部２０は、缶軸Ｏから環状凸部１６の突出頂部１６ａに至る半径Ａの５９％以上８６％以下の領域Ｂに形成されている。例えば、前記半径Ａは２５．４５ｍｍとされ、前記領域Ｂは缶軸Ｏからの半径が１５ｍｍ以上２２ｍｍ以下の位置とされる。さらに、亀裂容易部２０は、図３に示すように、缶軸Ｏを中心とした平面視円弧形状とされ、この円弧の両端部２０ａは互いに離間して位置されている。また、亀裂容易部２０は、図３において、缶軸Ｏを中心として実線で描かれた円弧形状と、前記実線の円弧形状に連続して二点鎖線で描かれた円弧形状の全部又は一部とから構成され、缶軸Ｏを中心とした中心角θが９０°以上１８０°以下の円弧形状に形成されている。すなわち、亀裂容易部２０を構成する円弧形状は、円弧形状を含む円の円周長の４分の１以上２分の１以下の範囲に形成され、残りの部分には亀裂容易部２０が形成されない構成とされている。

亀裂容易部２０の幅、すなわち亀裂容易部２０が延在する方向に直交する方向の大きさの最大値は０．１ｍｍ〜３．０ｍｍとされている。図示の亀裂容易部２０では、その幅方向中央部が缶軸Ｏから径方向に２０．１４ｍｍ離れた位置に位置されている。なお、亀裂容易部２０は、例えば金型をドーム部１７に押付けたり、レーザ加工若しくは切削加工を施すことにより形成される。

上述したようなキャップ付ボトル缶１は、ボトル缶２に対しキャップ３を回転させることにより、雌ねじ部１１が雄ねじ部７に案内されてキャップ３を上方に移動させるとともに、膨出部８とキャップ３の下端部との係合によりブリッジ部１２ｂが切断され、カール部９とライナー１４とが離間され開栓されるようになっている。

そして、このように開栓した後に再栓するには、口金部６にキャップ３を被せ、雌ねじ部１１と雄ねじ部７とを螺合させてライナー１４をカール部９に密着させる。このように再栓されたキャップ付ボトル缶１に内容物が残っていた場合、保管状況によっては、キャップ付ボトル缶１の内圧が異常に上昇することがある。このように再栓されたキャップ付ボトル缶１の内圧が上昇する場合として、例えば、内容物が果汁飲料や糖分の多い飲料であって室温以上の高温度下に置かれたときの２次発酵によるガスが発生する場合などがある。

そして、キャップ付ボトル缶１の内圧が異常に上昇した場合、胴部４の内側に凹むように形成されているドーム部１７が、外側に膨出するように変形するバックリングが発生する。この際、図２の二点鎖線で示すように、環状凸部１６が径方向外方に拡がりながら、缶軸Ｏ方向下方に向けて変形するとともに、ドーム部１７の前記領域Ｂの一部が他よりも缶軸Ｏ方向下方に向けて大きく膨出する屈曲部１７ａになる。

この屈曲部１７ａと缶軸Ｏとの径方向における距離は、本実施形態では約２０．１４ｍｍとされ、本実施形態の亀裂容易部２０の形成位置と一致している。したがって、バックリングと同時か、その直前若しくは直後に亀裂容易部２０が破断し、キャップ付ボトル缶１の内部のガスが外部に排出され、その内圧が解放されることになる。

この場合、亀裂容易部２０は、その両端部２０ａ、２０ａが離間され、中心角が９０°以上の円弧形状とされているので、缶内圧の上昇によりドーム部がバックリングする場合には確実に亀裂容易部２０が破断される。また、亀裂容易部２０が、中心角が１８０°以下の円弧形状に形成されているので、亀裂容易部２０が破断される場合であっても、亀裂容易部２０が形成されていない部分に破断が進行するのが抑制され、その結果、ドーム部１７のうち亀裂容易部２０に囲まれた亀裂容易部２０を含む部分がドーム部からが脱落して外れることが抑制される。

ここで、ドーム部１７が前記膨出する過程において、亀裂容易部２０はその幅方向に拡げられてその残厚が徐々に減少することにより、亀裂が発生することになる。さらに、底部１５は胴部４より厚肉とされているので、亀裂容易部２０に発生した亀裂は、亀裂容易部２０を越えて拡がらず、この亀裂容易部２０が形成されている箇所にのみ発生する。

以上説明したように、本実施形態によるボトル缶２およびキャップ付ボトル缶１によれば、ドーム部１７の亀裂容易部２０が形成されているので、内容物が残った状態でキャップ３が再栓された後に缶内圧が上昇した場合において、キャップ３が口金部６から外れる内圧に至る前で、かつドーム部１７がバックリングする直前若しくは直後、あるいはバックリングと同時に、亀裂容易部２０を破断させて缶内圧を解放することが可能になる。すなわち、再栓後に缶内圧が上昇しても口金部６からキャップ３が外れることを防止できるとともに、実使用に耐えられる破断強度を底部１５に具備させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の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、前記実施形態では、亀裂容易部２０として、図２に示すように、縦断面視矩形状の凹溝を示したが、これに代えて、例えば縦断面視Ｖ字状、凹曲面状、あるいはドーム部１７の外面からこの凹溝の底面に向かうに従い漸次その幅が小さくされた台形状の凹溝としてもよい。

また、亀裂容易部２０として缶軸Ｏを中心とした円弧形状を示したが、中心が缶軸Ｏ以外の円弧形状としてもよく、また、円弧形状以外の形状とすることもできる。

さらに、前記実施形態では、キャップ３が口金部６から外れる内圧に至る前で、かつドーム部１７がバックリングする直前若しくは直後、あるいはバックリングと同時に、亀裂容易部２０を破断させて缶内圧を解放する構成を示したが、これに代えて、ドーム部１７がバックリングした後、口金部６からキャップ３が外れる内圧に至る前までさらに缶内圧が上昇したときに、亀裂容易部２０を破断させるようにしてもよい。

次に、以上説明した作用効果のうち、亀裂容易部２０を缶軸Ｏから環状凸部１６の突出頂部１６ａに至る半径の５９％以上８６％以下の領域Ｂに形成することにより、キャップ３が口金部６から外れる内圧に至る前で、かつドーム部１７がバックリングする直前、バックリングと同時に、あるいはバックリングした後に亀裂容易部２０を破断させて缶内圧を解放することが可能になるとともに、実使用に耐えられる破断強度を底部１５に具備させることができることについての検証を数値解析により実施した。

解析モデルとして、ドーム部１７の凹み量を９ｍｍ、ドーム部１７の肉厚を０．３６０ｍｍ、環状凸部１６の内周壁１６ｂの缶軸Ｏに対する径方向内方に向けた傾斜角度を２０°とし、亀裂容易部２０を縦断面視矩形状の凹溝を採用し、その深さを０．１８０ｍｍ（ドーム部１７の肉厚の５０％）、幅を０．５ｍｍとした底部を有するボトル缶を採用した。なお、前記半径Ａ等のその他の寸法は前記実施形態で示した数値と同一とした。

結果を図４に示す。この図において、菱形のプロットはバックリングが発生したときの缶内圧値（バルジ強度）を示し、四角形のプロットは亀裂容易部２０に亀裂が生じたときの缶内圧値（破断強度）を示す。また、各々のプロットの近辺に記載された数値は缶内圧値を示す。

この結果、亀裂容易部２０が缶軸Ｏから突出頂部１６ａに至る半径Ａの５９％（缶軸Ｏからドーム部１７の径方向に１５ｍｍ離間した位置）以上７５％（缶軸Ｏからドーム部１７の径方向に１９ｍｍ離間した位置）以下の領域に形成された場合には、ドーム部１７がバックリングした後、口金部６からキャップ３が外れる内圧（８００ｋＰａ以上）に至る前までさらに缶内圧が上昇したとき、あるいはバックリングと同時に、亀裂容易部２０が破断し、一方、亀裂容易部２０が缶軸Ｏから突出頂部１６ａに至る半径の７５％より大きく８６％（缶軸Ｏからドーム部１７の径方向に２２ｍｍ離間した位置）以下の領域に形成された場合には、バックリングする直前、あるいはバックリングと同時に亀裂容易部２０が破断することが確認された。

ここで、亀裂容易部２０が缶軸Ｏから突出頂部１６ａに至る半径の５９％より小さい領域に形成されると、缶内圧の上昇によりドーム部１７がバックリングしても亀裂容易部２０が破断せず、その後さらに缶内圧が上昇しても、やはり亀裂容易部２０が破断せず、口金部６からキャップ３が外れるおそれがある。一方、亀裂容易部２０が缶軸Ｏから突出頂部１６ａに至る半径Ａの８６％より大きい領域に形成されると、例えば振動や内容物の温度上昇等に起因した缶内圧の上昇により、不用意に亀裂容易部２０が破断する場合があり、実使用に耐えられないおそれがある。

以上より、缶軸Ｏからドーム部１７の径方向に１５ｍｍ以上２２ｍｍ以下離れた領域、言い換えると、缶軸Ｏから突出頂部１６ａに至る半径の５９％以上８６％以下の領域Ｂに亀裂容易部２０を形成することにより、キャップ３が再栓された後に缶内圧が上昇した場合において、キャップ３が口金部６から外れる内圧（８００ｋＰａ以上）に至る前で、かつドーム部１７がバックリングする直前、バックリングと同時、あるいはバックリングした後に、亀裂容易部２０を破断させて缶内圧を解放することが可能になり、再栓後に缶内圧が上昇しても口金部６からキャップ３が外れることを防止できるとともに、実使用に耐えられる破断強度（５５０ｋＰａ以上）を具備させることができることが確認された。

ここで、以上説明した作用効果についての検証試験を実施した。この試験を実施するにあたり、以下の表１に示す実施例１、２および比較例１、２の４種類のボトル缶を準備して検証した。
この検証試験で用いたボトル缶２は、実施例１、２および比較例１、２に関して、缶軸Ｏから環状凸部１６の突出頂部１６ａに至る半径Ａが２５．４ｍｍ、ドーム部１７の凹み量を９.０ｍｍ、ドーム部１７の肉厚が０．３６ｍｍに形成されている。

比較例１のボトル缶２は、亀裂容易部２０として、缶軸から径方向に１５ｍｍ（突出頂部に至る半径の５９％に相当）離れた位置に、中心角が８０°の円弧形状とされ、深さが０．１０８ｍｍ（ドーム部の肉厚の３０％に相当）、縦断面視矩形状の幅を０．５ｍｍとした底部を有する凹溝を形成し、ボトル缶２の内圧を８００ｋＰａまで上昇させた。
実施例１のボトル缶２は、亀裂容易部２０として、缶軸から径方向に１５ｍｍ（突出頂部に至る半径の５９％に相当）離れた位置に、中心角が９０°の円弧形状とされ、深さが０．１０８ｍｍ（ドーム部の肉厚の３０％に相当）、縦断面視矩形状の幅を０．５ｍｍとした底部を有する凹溝を形成し、ボトル缶２の内圧を８００ｋＰａまで上昇させた。
実施例２のボトル缶２は、亀裂容易部２０として、缶軸から径方向に２２ｍｍ（突出頂部に至る半径の８６％に相当）離れた位置に、中心角が１８０°の円弧形状とされ、深さが０．１０８ｍｍ（ドーム部の肉厚の７０％に相当）、縦断面視矩形状の幅を０．５ｍｍとした底部を有する凹溝を形成し、ボトル缶２の内圧を８００ｋＰａまで上昇させた。
比較例２のボトル缶２は、亀裂容易部２０として、缶軸から径方向に２２ｍｍ（突出頂部に至る半径の８６％に相当）離れた位置に、中心角が２００°の円弧形状とされ、深さが０．１０８ｍｍ（ドーム部の肉厚の７０％に相当）、縦断面視矩形状の幅を０．５ｍｍとした底部を有する凹溝を形成し、ボトル缶２の内圧を８００ｋＰａまで上昇させた。

それぞれの実施例、比較例について、上記条件下において、亀裂容易部２０が破断されるかについての評価１と、破断された亀裂容易部２０が進展することにより亀裂容易部２０が形成されていない部分までが破断されて亀裂容易部２０を含む部分が底部１５から外れないかについての評価２について評価した。
評価１では、亀裂容易部２０が破断された場合が○、破断されなかった場合が×により示されている。
また、評価２では、亀裂容易部２０を含む部分が底部から外れなかった場合が○、外れた場合が×として示されている。
なお、評価１、評価２ともに良好な場合の総合評価が、○で示されている。

表 １
中心角 判定１ 判定２ 総合評価
比較例１ ８０° × ○ ×
実施例１ ９０° ○ ○ ○
実施例２ １８０° ○ ○ ○
比較例２ ２００° ○ × ×

以上のことから、円弧形状の亀裂容易部２０について、中心角が９０°以上１８０°以下の場合が良好であることが確認された。

再栓後に缶内圧が上昇しても口金部からキャップが外れることを防止するとともに、実使用に耐えられる破断強度を備えるボトル缶およびキャップ付ボトル缶を提供することができる。

本発明に係るキャップ付ボトル缶の一実施形態として示した一部破断縦断面図である。 図１に示すボトル缶の底部を示す拡大縦断面図、およびバックリングしたときの底部の形状を示す拡大縦断面図である。 図１に示すボトル缶の底面図である。 本発明に係るボトル缶およびキャップ付ボトル缶の作用効果を検証した試験結果を示す図である。

符号の説明

１ キャップ付ボトル缶
２ ボトル缶
３ キャップ
４ 胴部
６ 口金部
１５ 底部（缶底）
１６ 環状凸部
１６ａ 突出頂部
１７ ドーム部
１８ 凹曲面部
２０ 亀裂容易部
Ａ 缶軸から突出頂部に至る半径
Ｂ 領域
Ｏ 缶軸
θ 中心角

Claims (4)

1. 缶底に、胴部の内側へ凹むドーム部が形成されるとともに、該ドーム部の外周縁に、凹曲面部を介して、缶軸方向外方に突出する環状凸部が形成された構成のボトル缶であって、
   前記ドーム部に亀裂容易部が形成され、該亀裂容易部は、缶軸から前記環状凸部の突出頂部に至る半径の５９％以上８６％以下の領域に形成されていることを特徴とするボトル缶。
2. 請求項１記載のボトル缶において、
   前記亀裂容易部は、深さが前記ドーム部の肉厚の３０％以上７０％以下とされた凹溝であることを特徴とするボトル缶。
3. 請求項１又は請求項２に記載のボトル缶において、
   前記亀裂容易部は、中心角θが９０°以上１８０°以下の円弧形状とされていることを特徴とするボトル缶。
4. ボトル缶の口金部にキャップが螺着されてなるキャップ付ボトル缶であって、
   前記ボトル缶が請求項１から３のいずれかに記載のボトル缶であることを特徴とするキャップ付ボトル缶。

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