JP2009292480A - アルミニウム缶 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧強度が高く、内圧による缶底部の変形が少なく、かつ、成形時のシワの発生を抑制することが可能なアルミニウム缶を提供する。
【解決手段】缶胴部２１と缶底部３０とを有するアルミニウム缶であって、缶底部３０には、缶軸Ｏ方向外方に向けて突出する環状突出部３１と、缶胴部２１の一端部と環状突出部３１の径方向外方端とを接続するとともに、缶軸Ｏ方向外方側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるヒール部３４と、が設けられており、ヒール部３４は、缶軸Ｏを含む缶底部３０の断面視において、缶胴部２１に接する円弧を描く凸円弧部３５と、環状突出部３１に接する円弧を描く凹円弧部３７と、これら凸円弧部３５及び凹円弧部３７の共通接線に沿って離間する前記共通接線と凸円弧部３５及び凹円弧部３７との接点を結ぶ直線部３６とから構成されており、凹円弧部３７の曲率半径Ｒ２が、９．０ｍｍ≦Ｒ２≦１８．０ｍｍの範囲内に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミニウム及びアルミ二ウム合金からなり、内部に内容物が充填されるアルミニウム缶に関するものである。

飲料等の容器として使用される前述のアルミニウム缶としては、有底筒状をなす缶本体の開口部に缶蓋が二重巻締めされた２ピース缶や、缶本体部の開口部に形成された口金部にねじ付きキャップが被着されたねじ付缶がある。
これら２ピース缶及びねじ付缶を構成する缶本体は、円筒状をなす缶胴部と、この缶胴部の一端側に設けられた缶底部とを有している。

缶底部には、通常、缶軸方向外方に向けて突出した環状突出部と、この環状突出部の径方向内方に連なって缶軸方向内方側へと傾斜するカウンタ部と、カウンタ部に連なって缶軸方向内方に向けて概略半球状に凹むドーム部と、環状突出部の径方向外方端と缶胴部の一端とを接続するヒール部と、を有している。

ここで、ヒール部に要求される性能としては、缶を形成する際に生じる軸方向荷重Ｆに対して容易に座屈しない強度を備えていること、充填された缶を落下させた場合あるいは缶に内圧を与えた場合等に容易に変形しないこと、缶の成形時にシワ等が発生せず成形性が良好であること、缶を軸線方向に積み重ねる場合に支障を来す形状でないこと、缶胴部の表面積をむやみに減少させず、缶胴部に印刷される商標等の印刷面積の不足をもたらす形状でないこと、缶の内容積が過度に減少しないこと等、極めて多岐に渡っている。

例えば、特許文献１においては、ヒール部は、缶軸を含む前記缶底部の断面視において、缶胴部に接する円弧を描く凸円弧部と、環状突出部に接する円弧を描く凹円弧部と、これら凸円弧部及び凹円弧部の共通接線に沿って離間する共通接線と凸円弧部および凹円弧部との接点を結ぶ直線部とから構成されており、凸円弧部の曲率半径Ｒ１が２．５４ｍｍ、凹円弧部の曲率半径Ｒ２が８．１３ｍｍ、環状突出部の直径が４９ｍｍとされている。

一方、アルミニウム缶の流通過程においては、その胴部に、例えば先鋭体が接触又は衝突することにより発生する微細な孔、又は缶と缶の間に異物が挟まった状態で擦れることにより生じる微細な孔や破断等のいわゆる流通ピンホール（以下、ピンホールという。）が発生し、その内容物が漏洩する等の問題があった。缶胴部のピンホールの発生を抑える手段として、特許文献２に示すように、強度が高く板厚の薄いアルミニウム板を素材として成形したものが提案されている。
特許第２７１２７７５号公報 特開２００７−６１９０５号公報

ところで、成形金型を用いて特許文献１に記載されたヒール部を備えた缶本体を成形した場合、凹円弧部の曲率半径Ｒ２が８．１３ｍｍと小さいため、このヒール部を成形する金型によって成形素材を押さえ込むことができず、しわが発生し易いといった問題があった。特に、強度が高く薄いアルミニウム板を素材として用いた場合には、しわの発生が顕著となる。

また、最近では、缶の軽量化の要請から板厚が薄くなってきている。板厚が薄い場合には、内圧が負荷された際に缶底部が広がるように変位しやすくなる。内圧負荷時の変位量（いわゆるグロース）が大きくなると、缶の搬送時や内容物を充填する際に不具合が生じるため、グロースを抑える必要がある。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、耐圧強度が高く、内圧による缶底部の変形が少なく、かつ、成形時のシワの発生を抑制することが可能なアルミニウム缶を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明に係るアルミニウム缶は、概略円筒状をなす缶胴部と、この缶胴部の一端側に一体に設けられた缶底部と、を有するアルミニウム缶であって、前記缶底部には、缶軸方向外方に向けて突出する環状突出部と、前記缶胴部の一端部と前記環状突出部の径方向外方端とを接続するとともに、缶軸方向外方側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるヒール部と、が設けられており、前記ヒール部は、缶軸を含む前記缶底部の断面視において、前記缶胴部に接する円弧を描く凸円弧部と、前記環状突出部に接する円弧を描く凹円弧部と、これら凸円弧部及び凹円弧部の共通接線に沿って離間する前記共通接線と前記凸円弧部および凹円弧部との接点を結ぶ直線部とから構成されており、前記凹円弧部の曲率半径Ｒ２が、９．０ｍｍ≦Ｒ２≦１８．０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴としている。

この構成のアルミニウム缶によれば、缶底部のヒール部が、缶軸を含む前記缶底部の断面視において、凸円弧部と直線部と凹円弧部とから構成されているので、耐圧強度が高く、かつ、内圧による缶底部の変形が少ない缶体を提供することができる。
そして、ヒール部の凹円弧部の曲率半径Ｒ２がＲ２≧９．０ｍｍとされているので、このヒール部を有する缶本体を成形金型によって成形する際に、成形素材のうち凹円弧部となる部分が成形金型に強く接触することになり、成形素材の移動が抑えられ、成形時のシワの発生を防止することが可能となる。
さらに、凹円弧部の曲率半径Ｒ２がＲ２≦１８．０ｍｍとされているので、この凹円弧部によって缶底部の形状剛性が向上し、成形素材の変形が防止され、成形時のシワの発生を抑制することができる。

ここで、前記環状突出部の突端が接地部とされ、この接地部の直径ｄが、４７．５ｍｍ≦ｄ≦４８．５ｍｍの範囲内に設定され、前記缶胴の直径Ｄが、６５．２ｍｍ≦Ｄ≦６６．８ｍｍの範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記接地部の直径ｄがｄ≦４８．５ｍｍと従来よりも小さくされているので、缶底部の耐圧強度の向上を図ることができる。また、前記接地部の直径ｄがｄ≧４７．５ｍｍとされ、缶胴の直径Ｄが６５．２ｍｍ≦Ｄ≦６６．８ｍｍの範囲内に設定されているので、環状突出部と缶胴部とを接続するヒール部の幅が必要以上に大きくならず、軸方向荷重に対する座屈強度を確保することができる。

また、前記缶胴部及び前記缶底部を構成するアルミニウム板のＡＢ耐力Ｙが、２８０Ｎ／ｍｍ^２≦Ｙ≦３０５Ｎ／ｍｍ^２の範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記缶胴部及び前記缶底部を構成するアルミニウム板のＡＢ耐力Ｙが、Ｙ≧２８０Ｎ／ｍｍ^２とされているので、缶胴部のピンホールの発生を抑えることができる。一方、アルミニウム板のＡＢ耐力Ｙが、Ｙ≦３０５Ｎ／ｍｍ^２とされているので、アルミニウム板の強度が必要以上に高くなく、成形性が確保される。
なお、ＡＢ耐力Ｙとは、アルミニウム板を熱処理（２１０℃×１０分）した後に測定された０．２％耐力のことである。

本発明によれば、耐圧強度が高く、内圧による缶底部の変形が少なく、かつ、成形時のシワの発生を抑制することが可能なアルミニウム缶を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態であるアルミニウム缶１０は、有底筒状をなす缶本体２０と、缶本体２０の上部開口部に螺着されたキャップ１１をと備えた、ねじ付き缶（いわゆるボトル缶）である。
缶本体２０は、缶胴部２１と、この缶胴部２１の缶軸Ｏ方向下端部に設けられた缶底部３０とを有している。

缶胴部２１の缶軸Ｏ方向上方には、缶軸Ｏ方向上方に向かうにしたがい漸次縮径する肩部２２と、この肩部２２の缶軸Ｏ方向上端部に連設されるとともに缶軸Ｏ方向上方に延在する口金部２３と、が設けられている。口金部２３には、その外周面に雄ネジ部２５が形成されるとともに、上端部が径方向外方に折り返されたカール部２４が形成されている。 この口金部２３の外周面に形成された雄ネジ部２５にキャップ１１が螺着されている。
また、缶胴部２１の缶軸Ｏ方向下端部は、円筒状をなしており、その直径Ｄは、６５．２ｍｍ≦Ｄ≦６６．８ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｄ＝６６．０ｍｍとされている。

缶底部３０には、缶軸Ｏ方向外方（図１及び図２において下方）に向けて突出する環状突出部３１が設けられており、この環状突出部３１の突端が接地部３１Ａとされている。ここで、接地部３１Ａの外側の曲率半径Ｒ４は、１．５ｍｍ≦Ｒ４≦２．０ｍｍの範囲内に設定されており、接地部３１Ａの内側の曲率半径Ｒ５は、１．２ｍｍ≦Ｒ５≦１．７ｍｍの範囲内に設定されている。
また、環状突出部３１及び接地部３１Ａは、缶軸Ｏを中心とした円環状をなしており、接地部３１Ａの直径ｄは、４７．５ｍｍ≦ｄ≦４８．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、ｄ＝４８．０ｍｍとされている。また、缶胴部２１の下端部から接地部３１Ａまでの缶軸Ｏ方向長さＨは、８．３ｍｍ≦Ｈ≦９．３ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｈ＝８．８ｍｍとされている。

環状突出部３１の内周側には、缶軸Ｏ方向に向かって傾斜するカウンタ部３２と、このカウンタ部３２に連なって内方缶軸Ｏ方向（図１及び図２において上方）へ略半球状に凹んだドーム部３３と、が設けられている。ここで、缶軸Ｏを含む断面において、カウンタ部３２とドーム部３３とは、凹曲線によって接続されており、この凹曲線の曲率半径Ｒ３は、１．０ｍｍ＜Ｒ３＜２．２ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｒ３＝１．６ｍｍとされている。

そして、缶胴部２１の下端部と環状突出部３１の径方向外方端との間には、缶軸Ｏ方向下方側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるヒール部３４が設けられている。
このヒール部３４は、缶軸Ｏを含む断面において、缶胴部２１の下端部に接続されるとともに缶本体２０の外方側に向けて突出する円弧状をなす凸円弧部３５と、缶底部３０に設けられた環状突出部３１の径方向外方端に接続されるとともに缶本体２０の内方側に向けて凹む円弧状をなす凹円弧部３７と、これら凸円弧部３５及び凹円弧部３７の共通接線に沿って互いに離間する共通接線と凸円弧部３５及び凹円弧部３７との接点を結ぶ直線部３６と、から構成されている。

ここで、缶胴部２１の直径Ｄが、６５．２ｍｍ≦Ｄ≦６６．８ｍｍの範囲内に設され、本実施形態ではＤ＝６６．０ｍｍとされており、接地部３１Ａの直径ｄが、４７．５ｍｍ≦ｄ≦４８．５ｍｍの範囲内に設定され、本実施形態ではｄ＝４８．０ｍｍとされていることから、ヒール部３４の缶軸Ｏに直交する方向の長さＷは、８．３５ｍｍ≦Ｗ≦９．６５ｍｍの範囲内に設定され、本実施形態ではＷ＝９．０ｍｍとされている。

凸円弧部３５の曲率半径Ｒ１は、２．０ｍｍ＜Ｒ１＜３．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｒ１＝３．０ｍｍとされている。
直線部３６は、缶軸Ｏに直交する平面Ｓに対する傾斜角θが、３０°＜θ＜３５°の範囲内に設定され、本実施形態ではθ＝３３°とされるとともに、その長さＬが、２．５５ｍｍ＜Ｌ＜３．５５ｍｍの範囲内に設定され、本実施形態ではＬ＝３．０５ｍｍとされている。
そして、凹円弧部３７の曲率半径Ｒ２は、９．０ｍｍ≦Ｒ２≦１８．０ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｒ２＝１２．０ｍｍとされている。

次に、前述した缶本体２０の製造方法について説明する。
まず、成形素材として板厚が０．２５〜０．２７ｍｍのアルミニウム板を準備する。ここで、本実施形態では、アルミニウム板として、ＡＢ耐力Ｙが２８０Ｎ／ｍｍ^２≦Ｙ≦３０５Ｎ／ｍｍ^２の範囲内とされたアルミニウム合金板を用いている。なお、ＡＢ耐力Ｙとは、アルミニウム板を熱処理（２１０℃×１０分）した後に測定された０．２％耐力のことである。

この成形素材を、成形金型のダイの上に載置し、成形パンチをダイの成形孔に挿入することによって、成形パンチの外周部に沿うように成形素材が変形され、ヒール部３４及び環状突出部３１を有する缶底部３０が成形される。
このようにして缶底部３０が成形された缶素体に対して、ＤＩ加工によって缶胴部２１を形成するとともに、ネッキング加工によって缶胴部２１の上端に肩部２２及び口金部２３を成形することによって、缶本体２０が成形される。

こうして成形された缶本体２０には、その表面に塗装等の表面処理が施された後に、内部に内容物が充填されるとともに、口金部２３にキャップ１１が被着されて、本実施形態でアルミニウム缶１０が製出される。

このような構成とされた本実施形態であるアルミニウム缶１０によれば、缶底部３０のヒール部３４の凹円弧部３７の曲率半径Ｒ２がＲ２≧９．０ｍｍとされているので、成形素材のうち凹円弧部３７となる部分が成形パンチの外周面に強く接触することになり、成形素材の移動が抑えられ、成形時に発生するシワを抑制することができる。
さらに、凹円弧部３７の曲率半径Ｒ２がＲ２≦１８．０ｍｍとされているので、この凹円弧部３７によって缶底部３０の形状剛性が向上し、成形素材の変形が防止され、成形時のシワの発生を確実に抑制することができる。

また、缶軸Ｏを含む缶底部３０の断面視において、缶底部３０のヒール部３４が凸円弧部３５と直線部３６と凹円弧部３７とから構成されているので、耐圧強度が高く、かつ、内圧による缶底部３０の変形（グロース）が少ない。
さらに、接地部３１Ａの直径ｄがｄ≦４８．０ｍｍと従来よりも小さくされているので、缶底部３０の耐圧強度の向上を図ることができる。また、接地部３１Ａの直径ｄがｄ≧４８．０ｍｍとされ、缶胴の直径Ｄが６５．２ｍｍ≦Ｄ≦６６．８ｍｍの範囲内に設定されているので、環状突出部３１と缶胴部２１とを接続するヒール部３４の幅が必要以上に大きくならず、軸方向荷重に対する座屈強度を確保することができる。

また、缶胴部２１及び缶底部３０を構成するアルミニウム板のＡＢ耐力Ｙが、Ｙ≧２８０Ｎ／ｍｍ^２とされているので、缶胴部２１のピンホールの発生を抑えることができる。ウォール厚は０．１００〜０．１１５ｍｍとすることが好ましい。また、元板厚（缶底部２１の厚さ）を０．２５〜０．２７ｍｍとすることによって缶本体２０の軽量化を図ることができる。一方、アルミニウム板のＡＢ耐力Ｙが、Ｙ≦３０５Ｎ／ｍｍ^２とされているので、アルミニウム板の強度が必要以上に高くなく、成形性が確保される。

また、缶胴部２１の下端部から接地部３１Ａまでの缶軸Ｏ方向長さＨが８．３ｍｍ≦Ｈ≦９．３ｍｍの範囲内に設定され、本実施形態ではＨ＝８．８ｍｍとされているので、缶胴部２１の缶軸Ｏ方向長さが十分確保され、缶胴部２１外周面の印刷可能領域が大きく制限されることがないとともに、缶軸Ｏ方向における耐圧強度の向上を図ることができる。

また、直線部３６の缶軸Ｏに直交する平面Ｓに対する傾斜角θが３０°＜θ＜３５°の範囲内に設定され、本実施形態ではθ＝３３°とされているので、缶軸Ｏ方向における直線部３６の肉厚が確保され、軸方向荷重に対するヒール部３４の座屈強度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
すなわち、ヒール部が、凸円弧部と凹円弧部と直線部とから構成され、凹円弧部の曲率半径Ｒ２が、９．０ｍｍ≦Ｒ２≦１８．０ｍｍの範囲内に設定されていればよく、例えば、凸円弧部の曲率半径Ｒ１、接地部の直径ｄ、缶胴部の直径Ｄ、直線部長さＬ、傾斜角θ等の寸法や形状は、本実施形態に制限されることはなく、缶本体に要求される特性に応じて適宜変更可能である。
また、ボトル缶を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、例えば図３に示すように、缶胴部１２１と缶底部１３０とを備えた缶本体１２０の開口部に設けられたフランジ部１１１に、缶蓋が巻締められて構成される２ピース缶であってもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った比較実験について説明する。
実施例１−４、比較例１については、同一強度、板厚のアルミニウム板を用いて缶底部を成形し、凹円弧部の曲率半径を変更した。
実施例１、５−７は、凹円弧部の曲率半径を同一とし、アルミニウム板のＡＢ耐力及び板厚を変更した。
比較例２−８については、現状、流通しているアルミニウム缶の形状を模擬したものである。

評価項目としては、耐圧強度、座屈強度、シワの発生、グロース、突刺強度、ウォール厚を評価した。
なお、突刺強度の測定では、成形されたアルミニウム缶の缶胴部のうち缶軸方向に環状突出部（接地部）から上方に６０ｍｍ離れた位置の外面に、曲率半径０．５ｍｍの押圧子を缶胴部の径方向内方に向かって２５ｍｍ／ｍｉｎで移動させて、缶の胴部に穴があいたときの押圧力の大きさを測定し、それを突刺強度とした。
評価結果を表１に示す。

凹円弧部の曲率半径が８．５ｍｍと本発明の範囲から外れた比較例１では、シワの発生が認められた。一方、凹円弧部の曲率半径が本発明の範囲内である実施例１−４では、シワの発生は認められなかった。
また、実施例１、５−７を比較すると、アルミニウム板のＡＢ耐力を上げることによって耐圧強度、座屈強度が向上することが確認された。また、板厚を薄くすることで耐圧強度、座屈強度が低下することが確認された。

比較例２、３では、ＡＢ耐力が低く板厚が厚いアルミニウム板を用いているが、耐圧強度、座屈強度が比較的低い。
比較例４−６では、凹円弧部の曲率半径が小さくされており、成形時のシワの発生が顕著である。
比較例７、８では、凹円弧部の曲率半径が大きくされており、耐圧試験時の缶底部の変形（グロース）が顕著であった。

以上のことから、本発明によれば、耐圧強度が高く、内圧による缶底部の変形が少なく、かつ、成形時のシワの発生を抑制することが可能なアルミニウム缶を提供可能であることが確認された。

本発明の実施形態であるアルミニウム缶を示す側面部分断面図である。 図１に示すアルミニウム缶の缶軸を含む断面の一部拡大図である。 本発明の他の実施形態であるアルミニウム缶を示す側面部分断面図である。

符号の説明

１０ アルミニウム缶
２０、１２０ 缶本体
２１、１２１ 缶胴部
３０、１３０ 缶底部
３１、１３１ 環状突出部
３１Ａ、１３１Ａ 接地部
３４、１３４ ヒール部
３５ 凸円弧部
３６ 直線部
３７ 凹円弧部

Claims (3)

1. 概略円筒状をなす缶胴部と、この缶胴部の一端側に一体に設けられた缶底部と、を有するアルミニウム缶であって、
   前記缶底部には、缶軸方向外方に向けて突出する環状突出部と、前記缶胴部の一端部と前記環状突出部の径方向外方端とを接続するとともに、缶軸方向外方側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるヒール部と、が設けられており、
   前記ヒール部は、缶軸を含む前記缶底部の断面視において、前記缶胴部に接する円弧を描く凸円弧部と、前記環状突出部に接する円弧を描く凹円弧部と、これら凸円弧部及び凹円弧部の共通接線に沿って離間する前記共通接線と前記凸円弧部および凹円弧部との接点を結ぶ直線部とから構成されており、
   前記凹円弧部の曲率半径Ｒ２が、９．０ｍｍ≦Ｒ２≦１８．０ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とするアルミニウム缶。
2. 前記環状突出部の突端が接地部とされ、この接地部の直径ｄが、４７．５ｍｍ≦ｄ≦４８．５ｍｍの範囲内に設定され、前記缶胴部の直径Ｄが、６５．２ｍｍ≦Ｄ≦６６．８ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム缶。
3. 前記缶胴部及び前記缶底部を構成するアルミニウムのＡＢ耐力Ｙが、２８０Ｎ／ｍｍ^２≦Ｙ≦３０５Ｎ／ｍｍ^２の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム缶。

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