JP2008516854A

JP2008516854A - 金属缶体

Info

Publication number: JP2008516854A
Application number: JP2007536067A
Authority: JP
Inventors: フレデリック、ヨンカー
Original assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Current assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2008-05-22
Also published as: WO2006040116A3; BRPI0516505A; US20080116212A1; WO2006040116A2; EP1812184A2; CA2584196A1

Abstract

実質的に丸い円筒形環状金属壁を含んでなる缶体であって、前記壁が、合目的的に選択された厚肉輪状部分および薄肉輪状部分を有する輪状部分を含んでなり、前記壁が少なくとも部分的にビードを備えている、缶体。

Description

発明の分野

本発明は、ビード加工した、実質的に丸い円筒形環状金属壁を含んでなる缶体に関する。

発明の背景

そのような缶体は、例えばビードを備えた缶壁を開示する欧州特許第０７８０３１４号から公知であり、そこでは、ビードの幾何学的構造を規定する様々なパラメータが開示されている。特に、欧州特許第０７８０３１４号では、局所的な潰れ易さに応じて、ビード長を変えることが提案されている。

本発明の目的は、軸方向の負荷およびパネリング特性を改良することにより、缶性能を改良し、それによって、包装材料の消費を低減させることである。

軸方向負荷とは、缶の上部から底部に向けて押し付けることにより引き起こされる、缶壁に対する負荷として理解すべきである。

パネリングとは、缶壁に作用する、壁に対して実質的に平行ではない力、例えば組み立てた、封入した缶を加圧容器の中に入れた場合に缶壁に加えられる力、により引き起こされる現象として理解すべきである。

公知の缶で、パネリング強度または軸方向負荷強度をある程度増加することは一般的に可能であるが、それらのどちらかが犠牲になる。

発明の具体的説明

本発明により、壁が合目的的に選択された厚肉輪状部分および薄肉輪状部分を含んでなり、壁が少なくとも部分的にビードを備えている場合に、軸方向負荷強度および局所的パネリング強度の適切な組合せを達成できる缶体を製造することができる。

これまで、ある態様で、缶壁の強度を増加するためにビードを備える効果を使用できる程度は、そのビードが、別の態様では壁の強度を下げるために、限られている。本発明者らは、ビード加工が望ましい区域で材料の厚さを増加することにより、関連する強度の低下を補償できる（なお余りある）ことを見出した。

驚くべきことに、缶体が、厚い輪状壁部分を、好適なビード加工輪郭を有するビードとの組合せで含んでなる場合、引抜き加工および壁しごき加工（ＤＷＩ）により製造された特定の包装缶、例えば食品缶、に必要とされるような、軸方向強度およびパネリング強度の技術的に有用で、改良された組合せを達成でき、従って、より優れた缶性能および寸法を下げる可能性が得られることが分かった。

問題とする包装物の寸法および特性に応じて、無論、ビードは、水平ビード、すなわち「無限の溝」を形成し、「谷」の先端が缶体の中央線に対して直角の平面内にあるビード、一つ以上のらせんビード、または垂直ビードでよい。

ビード輪郭、特にビードの向きも、局所的な軸方向強度およびパネリング強度の増加および／または低下にそれぞれ影響を及ぼすので、この「ビードの形状および向き」のファクターも考慮して、ビード加工および「変動」厚さの効果を変化させ、最適化することができる。

引抜き加工および壁しごき加工された缶体の缶壁に厚肉輪状部分および薄肉輪状部分を設けることは、欧州特許第１２９４６２２号および米国特許第３９５１２９６号から公知である。これらの文献は、壁の座屈に対する耐性増加および真空に対する耐性改良を達成するために、少なくとも一つの一体化された補強リブを有する壁を備えた缶に関する。

好ましい実施態様では、本発明の缶体は、ＤＷＩ缶におけるように、金属缶壁が壁しごき加工されている。壁しごき加工された缶の大量生産は十分に確立されており、壁しごき加工を、輪状壁部分がより厚くなるように行うことは可能であり、ビード加工は、製缶において十分に確立された方法であることを考えると、そのような、本発明の缶体は、コスト的に非常に有利な、信頼性のある新規な包装製品を提供する。

本発明の好ましい実施態様では、少なくとも一つの、比較的浅いビードを有する、壁厚が比較的小さな輪状部分、および比較的深いビードを有する、壁厚が比較的大きい輪状部分を缶体に設け、機械的性能／金属消費の比率を増加する。

機械的性能とは、適用される必要条件を満たす、十分な軸方向負荷強度と十分なパネリング強度の両方の組合せとして理解すべきである。金属消費は、問題とする缶体製造に使用するシート金属の、および／または得られる缶体の一部を形成する材料の体積、厚さまたは重量の形態で表すことができる。

缶壁の各輪状部分における、壁厚とビード深さの組合せを局所的に最適化することにより、特定の「機械的性能」に対する包装金属消費を下げるか、または反対に、同じ金属消費で、より優れた性能を達成することができる。これによって、材料消費を少なくする直接的な利点、および運輸および環境上の観点に関する利点、例えば流通部門における輸送および循環使用すべき重量の軽減という利点が得られる。

一実施態様では、壁厚が比較的大きい輪状部分は、壁の中間区域に位置する。実質的に対称的な包装物、例えば食品缶、では、壁の中間区域が一般的にパネリングに対して最も敏感である。壁の中間区域に壁厚が比較的大きい輪状部分を設けることにより、軸方向負荷強度およびパネリング強度局所的に最適化する目的で必要とされる程度に、（より重厚な）ビード加工を施すことができる。

一実施態様では、壁厚が比較的大きい輪状部分の両側に、壁厚が比較的小さな輪状部分がある。通常の包装物、例えば公知の食品缶、では、中間区域の両側に位置する壁の上部および底部区域は、閉じた缶の蓋および底により、それぞれ支持されている。この実施態様では、本発明により、上部および底部区域は、壁の中間区域に位置する、壁厚が比較的大きい輪状部分によりさらに支持される。その結果、上部および底部区域は、本明細書で考察する缶の性能態様に関して、あまり危険ではなくなり、そこの壁厚を小さくすることができる。

ここで本発明を、行った実験および得られた結果を説明する非限定的な例で、より詳細に説明する。

本発明の効果を立証するために、２種類の引抜き加工および壁しごき加工された缶体を一連の試験で使用した。

一方の缶は、公知の標準的なΦ７３ｍｍ２ピースｈ０＝１１０ｍｍの引抜き加工および壁しごき加工された（ＤＷＩ）ビード加工された食品缶であり、他方の缶は、外観および寸法は標準的な缶と非常によく似ているが、本発明の特徴を有する缶である。

全ての缶は、引抜き加工および壁しごき加工（ＤＷＩ）およびビード加工を包含する従来の製缶方法を使用し、Ｔ５７ＣＡ標準ブリキ板から製造された。

本発明の缶体は、欧州特許第１２９４６２２号により引抜き加工および壁しごき加工し、ステップパンチを使用して「引抜き加工および壁しごき加工された変動壁厚缶」を製造した。続いて缶体の壁に、標準ビード加工機械でビードを形成した。

様々なビード輪郭に関して調査を行うために、個別のビード加工リングの組立を使用してビード加工工具を構築し、ビード輪郭およびビード区分を変化させた。

重要な点は、標準的な食品缶の必要条件に関して改良された概念を求めることである、すなわち「変動壁厚」および「壁ビード概念」を組み合わせることにより、パネリングに関して、閉鎖された缶は、缶壁全体にわたる特定の予想される、例えば１．００の最小差圧（外圧−内圧）に耐えられるべきであり、軸方向負荷強度に関して、閉鎖された缶は、上に規定する、例えば１５００Ｎの最小軸方向負荷に耐えられるべきである。下記の試験調査計画を実行した。

試験ブランク厚さ缶壁厚さビード輪郭
（ｍｍ）中間群のビード数上部底部群のビード数
Ａ０．２７変動９５
Ｂ０．２７変動７６
Ｃ０．２７変動５７
Ｄ０．２７変動７６
Ｅ０．２７変動７６
Ｆ ^１０．２７一様１９
Ｇ ^２０．２７変動１９
Ｈ０．２６変動７６
表１試験
^１Ｆは、工業的製缶設備で製造した現状技術水準による缶体を表す。
^２Ｇは、実験室製缶装置を使用して製造した、変動壁厚を有するＦの複製である。

本発明の缶では、壁のより厚い輪状部分が中間のビード群と一致するように製造され、缶壁に沿って走るビードが、缶壁の上部、中間および底部区域に位置する３つの群にそれぞれ分割されている、図４参照。

各ビード加工群は、図４に示すように、特定のビード深さ、例えば試験Ｂでは、上部および底部群（６ビード）はそれぞれ０．２８ｍｍおよび０．２６ｍｍ、中間群（７ビード）は０．３７ｍｍ、を有する。

得られたパネリングおよび軸方向負荷強度を下記の表２に示す。

試験軸方向負荷パネリングビード群（ビード数）平均深さ
平均（ｋＮ）平均（バール）（ｍｍ）上部−中間−底部
Ａ１．９６１．２５ (5)0.24 (9)0.37 (5)0.25
Ｂ２．０４１．２１ (6)0.28 (7)0.37 (6)0.26
Ｃ２．０８１．１６ (7)0.20 (5)0.35 (7)0.24
Ｄ１．９９１．２３ (6)0.24 (7)0.40 (6)0.24
Ｅ２．２１１．２２ (6)0.22 (7)0.37 (6)0.22
Ｆ１．８３１．４１ (19)0.45
Ｇ１．６０１．３２ (19)0.42
Ｈ２．２２１．３４ (6)0.16 (7)0.42 (6)0.25

試験製造の際に１００００個を超える大量の缶を製造した。その結果、この新規な、本発明の缶体は、包装用鋼寸法を０．２７ｍｍから０．２６ｍｍに下げることができ、得られた本発明の缶体は、なお缶強度の必要条件に適合していることが立証され、これは、著しい改良である。

寸法を下げた包装用鋼から製造された缶体（試験Ｈ）の軸方向負荷強度およびパネリング強度、すなわち軸方向負荷２．２２ｋＮおよびパネリング強度１．３４バール、は、最も厳しい必要条件にも容易に適合する。結果は十分に再現性があり、試験製造全体にわたって一貫していた。

試験製造Ｂ、ＤおよびＥは、満足できる結果を生み、軸方向およびパネリング特性の著しい増加が、本発明の変動壁厚および変動ビード深さを有する食品缶で達成されたことを示している。

このため、問題とする包装鋼の寸法を、例えば０．２５５ｍｍ以下にまで下げることができる。

図１は、特に、公知の缶体の左半分を、縦方向部分でビード加工していない状態で図式的に示す。試験製造Ｆによる平均缶体に関して、ｈ＝１ｍｍの位置における壁は厚さが１５９μｍ、ｈ＝５ｍｍでは厚さが１６０μｍ、ｈ＝５０ｍｍにおける壁の中間に近いところでは材料の厚さが１２２μｍであり、缶の底部はｈ０＝１１０ｍｍに位置する。

図２は、特に本発明の缶体の左半分を縦方向部分でビード加工していない状態で図式的に示す。試験製造Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇによる平均缶体は、ｈ＝１ｍｍで厚さが１４０μｍ、ｈ１＝２８ｍｍにおける上部区域では厚さが１１３μｍ、ｈ２＝５４ｍｍにおける中間区域では厚さが１３８μｍであり、ｈ３＝７６ｍｍにおける底部区域では厚さが１０６μｍであり、缶の底部はｈ０＝１１０ｍｍに位置する。

図３で、水平軸から最も遠く離れた、ｈを示す波線（黒）は、試験製造Ｆによる缶体の外側輪郭を示す。水平軸は、図１に示すようにｈ（ｍｍ）を表す。垂直軸（寸法尺度は示していない）は、局所的な缶の半径を表し、波線より上の区域は缶体の外側に位置する。

図３で、他の線（灰色）は厚さの輪郭を表す。やはり、水平軸は、図１に示すようにｈ（ｍｍ）を表す。ここでは、垂直軸（寸法尺度は示していない）は、局所的な材料厚さを表す。

図３に図式的に示すように、公知のビード加工した缶は、缶壁の高さの大部分にわたって一定の材料厚さ、およびそのビード加工した区域全体にわたって、ｈ＝約１８ｍｍからｈ＝約８７ｍｍまでの一定のビード輪郭を有する。

図４では、線が図３と同じ特徴を表すが、ここでは本発明に典型的な缶体、例えば試験製造Ｅによる缶体、に関して示す。

図４で分かるように、好ましい実施態様では、本発明の缶体は段差のついた壁厚（変動壁厚）とビード群の組合せを有する。壁厚、例えばｈ＝１５ｍｍからｈ＝３５ｍｍでは１１０μｍのオーダー、ｈ＝４５ｍｍからｈ＝６０ｍｍでは１４０μｍのオーダー、およびｈ＝７０ｍｍからｈ＜１１０ｍｍでは１１０μｍのオーダーにある。それぞれの輪状の、薄い、および厚い壁部分は、ビード深さが小さい、または大きいビードを有するビード群と一致している。

ｈが１８ｍｍ〜３８ｍｍ、およびｈが６８ｍｍ〜８８ｍｍである、上部および底部区域に位置するビードに関して、ビード深さは例えば０．２５ｍｍのオーダーにあり、ｈが３８ｍｍ〜６８ｍｍである中間区域に位置するビードに関しては、ビード深さは例えば０．４０ｍｍのオーダーにある。

本発明により、それが最も望ましい場合、問題とする缶の種類で、中間高さ区域でパネリング強度を増加することができるが、局所的な材料厚さが大きいために、軸方向強度がさらに与えられるので、軸方向強度を過度に損なうことはない。

無論、底部構造、製造方法および蓋の取り付けに関する様々な缶形状に対して、様々な厚さおよびビード輪郭を使用することができ、そこから得られる「変動厚さ」および「変動ビード輪郭」（例えば「変動ビード深さ」）の組合せ効果を状況に応じて最適化し、使用する特定の包装材料、例えば包装鋼（ブリキ板）またはアルミニウムシート、重合体被覆した鋼またはアルミニウムシート、特定の包装種類、例えば２ピースＤＷＩ包装、および目的、例えば保存食品用の熱処理可能な包装物を実現すること、を考慮して、製品性能と製造努力の理想的なバランスを見出すことができる。

ビード加工していない状態にある公知の缶体の様々な箇所における壁厚を図式的に示す。ビード加工していない状態にある本発明の缶体の様々な箇所における壁厚を図式的に示す。公知の缶ビード輪郭および缶壁厚輪郭を示す。本発明の缶ビード輪郭および缶壁厚輪郭を示す。

Claims

実質的に丸い円筒形環状金属壁を含んでなる缶体であって、前記壁が、合目的的に選択された厚肉輪状部分および薄肉輪状部分を含んでなり、前記壁が少なくとも部分的にビードを備えている、缶体。
前記缶壁が壁しごき加工されている、請求項１に記載の缶体。
前記金属壁が、少なくとも一つの、比較的浅いビードを有する、壁厚が比較的小さな輪状部分と、比較的深いビードを有する、壁厚が比較的大きい輪状部分とを缶体に設け、機械的性能／金属消費の比率を最適化する、請求項２に記載の缶体。
前記壁厚が比較的大きい輪状部分が、前記壁の中間区域に位置する、請求項３に記載の缶体。
前記壁厚が比較的大きい輪状部分の両側に、壁厚が比較的小さな輪状部分がある、請求項３または４に記載の缶体。