JP2011051625A - 有底筒状体形状の缶容器本体およびそれに飲料を充填した飲料缶製品 - Google Patents

Abstract

【課題】 缶底部底部３０の薄肉化において缶底部の剛性を維持することができ、内圧上昇に伴う自立性を確実に保障することができる底部を備える缶容器本体、およびそれを用いた飲料缶製品を提供する。
【解決手段】 円筒形の側壁と、この側壁に連接して一体的に形成された底部とを有する金属材料からなる有底筒状体形状の缶容器本体であって、前記底部は、下向き外方に湾曲して突出するドーム部と、均等に角度割されたドーム部の複数の周縁箇所をさらに下向き外方に湾曲状に突出させて形成された湾曲支持脚と、を備え、前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７の条件を満たす底部を備えるように構成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、有底筒状体形状の缶容器本体、およびそれに飲料を充填した後に蓋シールさせた飲料缶製品に関し、さらに詳しくは、缶底部の形態に特徴を有し、缶底部の薄肉化においても缶底部の剛性を維持することができ、内圧上昇に伴う自立性を確実に保障することができる底部を備える缶容器本体および飲料缶製品に関する。

従来、ビール等の炭酸飲料を缶容器内に密封させたいわゆる陽圧缶の底部形状は、一般に、底部の大部分を占める中央エリアを容器の内部に入り込ませるようなドーム形状とし、底部の着座面として、ドーム形状の外周部にリング状の突起を連接して形成させた構造が採択されている。

このような従来の一般的な陽圧缶は、耐圧強度を確保するために、上記のごとく底部の中央部を容器の内部に入り込ませるようなドーム形状とされ、かつ、底部の厚さが缶の側面を構成する缶胴の厚と比べてかなり肉厚になるように設定されている

このような陽圧缶が用いられる市場規模は極めて大きく、個々の缶に使用されている金属のわずかな量の節約でも、全体を見れば極めて大きな費用削減効果が見込める。

このような観点から、特表２００２−５１５８４２号公報には、缶底壁の金属材の厚さを減らすことを主たる目的とし、外方に凸のドーム部分と、このドーム部分に形成した複数の略四角錘台形状の支持脚とを設け、これ等の支持脚を円周方向に交互に間隔をおいて配置し、ドーム部分を越えて下方に突出させてなる底壁の開示がなされている。

特表２００２−５１５８４２号公報

しかしながら、上記の先行特許文献１では、耐圧性、および容器の自立性を確保するための十分な構成の研究および開示はなされておらず、上記の先行特許文献１の開示の内容では、内圧が上昇した場合に、底中央部がわずかに膨らんだだけで容器の自立性が確保できなくなってしまうというおそれがある。

このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、缶底部の薄肉化において缶底部の剛性を維持することができ、内圧上昇に伴う自立性を確実に保障することができる底部を備える缶容器本体、およびそれを用いた飲料缶製品を提供することにある。

このような課題を解決するために、本出願に係る発明者らは、特に、脚部高さ、ドーム部分の曲率半径、および缶直径などを含む各種のパラメータについて鋭意研究した結果、金属材料、特にアルミ加工限界により脚部高さＬを大きくすることには限界があり、容器の自立性を確保させるためにはドーム部分の曲率半径と缶直径の大きさの関係が極めて重要であることを見出し、本願発明に想到したものである。

すなわち、本発明は、円筒形の側壁と、この側壁に連接して一体的に形成された底部とを有する金属材料からなる有底筒状体形状の缶容器本体であって、前記底部は、下向き外方に湾曲して突出するドーム部と、均等に角度割されたドーム部の複数の周縁箇所をさらに下向き外方に湾曲状に突出させて形成された湾曲支持脚と、を備え、前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７の条件を満たす底部を備えてなるように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．１７≦Ｒ₃／Ｄ≦１．３３の条件を満たす底部を備えてなるように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）が、５２〜９５ｍｍであるように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記湾曲支持脚の高さＬ（ｍｍ）が、前記側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．１２≦Ｌ／Ｄ≦０．１８を満たすように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記底部は、その平均肉厚ｔ（ｍｍ）が、前記側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．００３０≦ｔ／Ｄ≦０．００４５を満たすように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記湾曲支持脚の個数は、４〜８個であるように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記隣接する湾曲支持脚の間隙、および複数の湾曲支持脚によって囲まれる底部の中央部分がドーム部を構成してなるように構成される。

また、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の好ましい態様として、前記複数の湾曲支持脚により配置・構成される形態が、ぺタロイド形状であるように構成される。

本発明の飲料缶製品は、前記記載の有底筒状体形状の缶容器本体に飲料を充填した後、開口部を蓋シールすることにより形成される。

また、本発明の飲料缶製品の好ましい態様として、缶内部の圧力は６４０ｋＰａ以下であるように構成される。

また、本発明の飲料缶製品の好ましい態様として、飲料が炭酸を含む飲料であるように構成される。

本発明は、円筒形の側壁と、この側壁に連接して一体的に形成された底部とを有する金属材料からなる有底筒状体形状の缶容器本体であって、前記底部は、下向き外方に湾曲して突出するドーム部と、均等に角度割されたドーム部の複数の周縁箇所をさらに下向き外方に湾曲状に突出させて形成された湾曲支持脚と、を備え、前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７の条件を満たす底部を備えるように構成されるので、缶底部の薄肉化においても缶底部の剛性を維持することができることはもとより、当該缶容器本体に炭酸を含む飲料を充填した後に蓋シールさせた飲料缶製品の缶内部の圧力が、例えば、６４０ｋＰａに至っても、内圧上昇に伴う自立性を確実に維持することができる。

図１は、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の概略斜視図であって、底部方向から見た図面である。 図２は、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の底部の概略拡大斜視図である。 図３は、図２相当の底部の概略拡大斜視図であって、凹凸の形態イメージをラインを用いて示したものである。 図４は、缶容器本体の底部の模式的断面図であり、断面図において湾曲支持脚の断面が図面の両端に均等に現れるように、湾曲支持脚の数は、４個（あるいは、６個、８個）とした場合であり、湾曲支持脚は半径方向に均等分割した断面図として表される。容器内部が加圧される前の状態である。 図５は、飲料缶製品としての缶容器本体の底部が、加圧されることにより変形する様子を示した模式的断面図であり、湾曲支持脚の断面が両端に均等に現れるように、湾曲支持脚の数は、４個（あるいは、６個、８個）の場合であり、湾曲支持脚を半径方向に均等分割した断面図である。底部の実線が加圧前、点線が加圧後の状態である。すなわち、点線は、飲料缶製品として構成されており、加圧されている状態である（陽圧缶の状態）。

以下、本発明の有底筒状体形状の缶容器本体およびそれに飲料を充填した後に蓋シールさせた飲料缶製品について詳細に説明する。

まず、最初に有底筒状体形状の缶容器本体について説明する。

有底筒状体形状の缶容器本体の説明
図１は本発明の有底筒状体形状の缶容器本体の概略斜視図であって、底部方向から見た図面であり、図２は缶容器本体の底部の概略拡大斜視図であり、図３は図２相当の底部の概略拡大斜視図であって、凹凸の形態イメージをラインで示したものであり、図４は加圧される前の缶容器本体の底部の模式的断面図であり、湾曲支持脚の断面が両端に均等に現れるように、湾曲支持脚の数は、４個（あるいは６個、８個）の場合であり、湾曲支持脚を半径方向に均等分割した断面図であり、図５は図４に類似の図面であり、加圧されている時の缶容器本体の底部（陽圧缶の状態）が変形する様子を示す模式的断面図である。

なお、本発明でいう「下向き」あるいは「下方」とは、容器を正立載置している場合に、底に向かう方向をいう。換言すれば、容器を持ち上げている場合に、容器を底側から載置する方向として定義される。この反対方向が「上向き」あるいは「上方」である。

図１に示されるように本発明の缶容器本体１は、アルミニウムなどの金属材料からなり、円筒形の側壁２０（いわゆる、缶胴）と、この側壁２０に連接して一体的に形成された底部３０とを備える有底筒状体形状をなしている。

側壁２０の上方は、開口部１０が形成されており、缶蓋などの蓋シール材（図示していない）との密封・嵌着が可能なように首部１１が形成されている。

缶容器本体の底部３０は、図１に示されるように、下向き外方に湾曲して突出するドーム形状のドーム部３１と、均等に角度割されたドーム部の複数の周縁箇所をさらに下向き外方に湾曲状に突出させて形成された湾曲支持脚３５とを有し構成される。

このように複数の湾曲支持脚３５を花弁のごとく配置・構成される形態はぺタロイド形状と呼ばれることもある。

図１〜図３において、湾曲支持脚３５の個数は５個の場合が好適例として例示されている。湾曲支持脚３５の個数は４〜８個、特に、５個が好ましい。４未満となると安定自立が困難であり安定した搬送等ができなくなり、８を越えると成形が極めて困難となる。

図４〜図５においては、湾曲支持脚３５の断面が図目の両端に均等に現れるように、湾曲支持脚の数は、４個（あるいは６個、８個）の場合が示されている。これらの図面で湾曲支持脚３５は半径方向に均等分割した断面図として描かれている。

ドーム部３１は、湾曲支持脚３５の存在により、通常のイメージとは異なり、隣接する湾曲支持脚３５同士の間隙（図１では５箇所）、および複数の湾曲支持脚３５によって囲まれる底部の中央部分（図１では中央１箇所）によって構成され、これらは一体的に連接されている。

ドーム部３１の形態は、図１を参照しつつ、かつ、図４に示される図面を見ることによってから明確に理解することができよう。すなわち、図４において、点線で示されているドーム部３１が隣接する湾曲支持脚３５同士の間隙に位置するドーム部であり、実線で示されているドーム部３１が複数の湾曲支持脚３５によって囲まれる底部の中央部分に位置するドーム部である。

本発明において特徴的なことは、底部３０におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、円筒形の側壁２０の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７の条件、より好ましくは、１．１７≦Ｒ₃／Ｄ≦１．３３の条件を満たす底部を備えるように構成していることである。Ｒ₃（ｍｍ）の基点は、図４に示される、缶の軸心Ｐ上に存在することは勿論である。

ドーム部の湾曲を規定する曲率半径Ｒ₃（ｍｍ）は、設計上、複数分割して、場所によって曲率半径Ｒ₃の値を局所的に変えることは、考え難いが、もし、ドーム部の湾曲を規定する際に、局所的に異なる２種以上の曲率半径の接合・組合せ半径を用いた場合には、本願発明に言う曲率半径Ｒ₃（ｍｍ）としては、図４における中央部Ｇ１と側壁２０に接するＧ２，Ｇ３の３点から求め直した一定の曲率半径をＲ₃として適用すればよい。

また、一般的な缶ビールの直径Ｄは６６ｍｍであり、例えば、この直径Ｄと肉厚とを考慮すれば、曲率半径Ｒ₃は、６８．７〜１１０．１ｍｍ、好ましくは７２．１〜９９．２ｍｍ、さらに好ましくは７３．０〜９７．０ｍｍ、最も好ましくは、７７．２〜８７．５ｍｍとされる。

また、円筒形の側壁２０の外径が軸方向に局所的に変化している場合には、長手方向（軸方向）に直径Ｄの分布を採り、最も多く存在しているＤ値を円筒形の側壁２０の直径Ｄ（ｍｍ）として採用すればよい。本発明において、直径Ｄ（ｍｍ）は、５２〜９５ｍｍの範囲で適用可能である。

また、本発明における湾曲支持脚３５の高さＬ（ｍｍ）（図４に示されるようにドーム部の曲率半径Ｒ₃の最外部が円筒形の側壁２０と交差する点Ｇ３から載置平面７０までの高さ方向の距離Ｌ）は、直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．１２≦Ｌ／Ｄ≦０．１８、好ましくは、Ｌ／Ｄ＝０．１５とされる。Ｌ単独で考えると、直径Ｄ＝６６ｍｍの場合、Ｌ値は、８〜１２ｍｍの範囲、好ましくは１０ｍｍとされる。アルミニウムの加工限界により、直径Ｄとの関係で湾曲支持脚３５の高さに制約が設けられる。

また、本発明における底部３０の平均肉厚ｔ（ｍｍ）は、直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．００３０≦ｔ／Ｄ≦０．００４５、好ましくは、ｔ／Ｄ＝０．００３０とされる。ｔ単独で考えると、直径Ｄ＝６６ｍｍの場合、ｔ値は、０．２０〜０．３０ｍｍ、好ましくは、０．２０〜０．２５ｍｍ、より好ましくは、０．２０〜０．２２ｍｍ、最も好ましくは０．２０ｍｍとされる。

上記Ｒ₃／Ｄの値が、１．０４未満となると、図４に見られるドーム部最下位置Ｇ１と載置平面７０との距離Ｈが小さくなる傾向になり、この状態で、内圧が６４０ｋＰａの陽圧缶製品とした場合に、自立性が満足できなくなってしまうという不都合が生じ得る。この一方で、上記Ｒ₃／Ｄの値が、１．６７を超えると、内圧が６４０ｋＰａの陽圧缶製品とした場合に、図５に示される湾曲支持脚３５の下方方向の伸びΔＬが１ｍｍ以上となり、缶全体の高さが大きくなってしまい、工程搬送中での缶詰まりや箱詰め不良が発生するという不都合が生じ得る。

これらのＲ₃／Ｄ値の数値範囲の設定に関する、さらなる詳細については、後述の具体的実験例を参考にされたい。

なお、図４の断面図において、湾曲支持脚３５を構成する半径Ｒ₁の値は、直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．１２≦Ｒ₁／Ｄ≦０．１８の範囲とされ、Ｒ₁単独の数値としては、直径Ｄ＝６６ｍｍの場合、Ｒ₁＝８〜１２ｍｍ、好ましくは、９〜１１ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍとされる。さらに、図４の断面図において、湾曲支持脚３５から中央部分に位置するドーム部に連なる半径Ｒ₂の値は、直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．１２≦Ｒ₂／Ｄ≦０．１８の範囲とされ、Ｒ₂単独の数値としては、直径Ｄ＝６６ｍｍの場合、Ｒ₂＝８〜１２ｍｍ、好ましくは、９〜１１ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍとされる。

飲料缶製品の説明
上述してきたような特徴的な形態の底部を備える有底筒状体形状の缶容器本体に飲料を充填した後、開口部１０に蓋を被着させて、密封シールすることにより、飲料缶製品が形成される。缶の内部に貯留される飲料としては、缶内部が陽圧となるようなビール、発泡酒、いわゆる第３のビール、炭酸入り清涼飲料、炭酸入りワイン、等の炭酸系の飲料が好適例として挙げられる。

また、本発明の飲料缶製品は、缶内部の圧力が６４０ｋＰａ以下となる製品を対象することが望ましい。

以下、本発明の有底筒状体形状の缶容器に関する具体的実験例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

〔実験例Ｉ〕
有限要素法を用いたシュミレーション手法により、いわゆるぺタロイド形状の探索、並びに耐圧解析を行った。

底部の形状探索に際して、以下の形状探索の項目を満たすことを前提とした。
＜形状探索＞
・耐圧強度６４０ｋＰａを保証
・缶底の中央部および脚部の変位（内圧６４０ｋＰａの時）
中央部：底に着かない（自立性確保のため）
脚部：増分１．０ｍｍまで許容

耐圧解析の要領は以下のとおりとした。
＜耐圧解析（Ｉ） 設計パラメーター＞
底部の厚さは、０．２０ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲とした。
また、以下の形状設定要因の値は、定数とした。
・脚高さＬ（図４参照）：１０ｍｍ
・脚の膨らみＲ₁（図４参照）：１０ｍｍ
・ドーム部へと連接する脚の接合Ｒ₂（図４参照）：１０ｍｍ
・円筒形の側壁２０の直径Ｄ：６６ｍｍ

よって変数は直径Ｄに対するドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）と、その値に影響を受ける、初期（内圧なし）の底中央部高さＨ（図４参照）となる。ここでの実験では、直径Ｄが一定であるので、Ｒ₃／Ｄが定まれば、底中央部高さＨが定まることになる。

耐圧強度判定基準は、以下のとおりとした。

＜耐圧強度判定基準＞
（１）ΔＨ−ΔＬ＜Ｈ（内圧６４０ｋＰａの時）
（２）ΔＬ＜１．０ｍｍ（内圧６４０ｋＰａの時）
ただし、ΔＨは底中央部の変形量、ΔＬは脚部変形量（図５参照）
Ｈは初期（内圧なし）の底中央部高さ（図４参照）
上記（１）を満たさない場合には、自立性がなし（不適）と判断される。
上記（２）を満たさない場合には、脚伸びが大（不適）と判断される。

このような耐圧強度判定基準を基に、内圧６４０ｋＰａの時に上記（１）および（２）を満たすＲ₃／Ｄの範囲を、底部肉厚部を０．２０ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲で変えて求めた。

結果を下記表１に示した。

また、表１との関連で、底部肉厚が０．２０ｍｍの場合において、Ｒ₃／Ｄが、１．２７、０．９８、および１．７４の場合の、缶変形の度合いを示す具体的な数値、ならびに自立性および脚の伸び性についての評価結果を表２に示した。

また、表１との関連で、底部肉厚が０．２５ｍｍの場合において、Ｒ₃／Ｄが、１．２７、０．９８、および１．７４の場合の、缶変形の度合いを示す具体的な数値、ならびに自立性および脚の伸び性についての評価結果を表３に示した。

また、表１との関連で、底部肉厚が０．３０ｍｍの場合において、Ｒ₃／Ｄが、１．２７、０．９８、および１．７４の場合の、缶変形の度合いを示す具体的な数値、ならびに自立性および脚の伸び性についての評価結果を表４に示した。

〔実験例ＩＩ〕
上記実験例Ｉに準じて、缶の直径Ｄを５２ｍｍ〜９５ｍｍの範囲で変動させて、この直径Ｄとの関係で、本発明の効果が確認できる他のパラメータの範囲を定めるシュミレーション実験を行なった。

その結果、下記の関係式による条件、すなわち、
１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７
０．００３０≦ｔ／Ｄ≦０．００４５
０．１２≦Ｌ／Ｄ≦０．１８
０．１２≦Ｒ₁／Ｄ≦０．１８
０．１２≦Ｒ₂／Ｄ≦０．１８
の範囲で、本発明の効果が発現することが実験的に確認された。

以上の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、円筒形の側壁と、この側壁に連接して一体的に形成された底部とを有する金属材料からなる有底筒状体形状の缶容器本体であって、前記底部は、下向き外方に湾曲して突出するドーム部と、均等に角度割されたドーム部の複数の周縁箇所をさらに下向き外方に湾曲状に突出させて形成された湾曲支持脚と、を備え、前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７の条件を満たす底部を備えるように構成されるので、缶底部の薄肉化においても缶底部の剛性を維持することができることはもとより、当該缶容器本体に炭酸を含む飲料を充填した後に蓋シールさせた飲料缶製品の缶内部の圧力が、例えば、６４０ｋＰａに至っても、内圧上昇に伴う自立性を確実に維持することができる。

１…缶容器本体
１０…開口部
２０…円筒形の側壁
３０…底部
３１…ドーム部
３５…湾曲支持脚

Claims (11)

1. 円筒形の側壁と、この側壁に連接して一体的に形成された底部と、を有する金属材料からなる有底筒状体形状の缶容器本体であって、
   前記底部は、下向き外方に湾曲して突出するドーム部と、均等に角度割されたドーム部の複数の周縁箇所をさらに下向き外方に湾曲状に突出させて形成された湾曲支持脚と、を備え、
   前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．０４≦Ｒ₃／Ｄ≦１．６７の条件を満たす底部を備えることを特徴とする有底筒状体形状の缶容器本体。
2. 前記底部におけるドーム部の湾曲を規定する曲率半径をＲ₃（ｍｍ）とした場合に、前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、１．１７≦Ｒ₃／Ｄ≦１．３３の条件を満たす底部を備えることを特徴とする有底筒状体形状の缶容器本体。
3. 前記円筒形の側壁の直径Ｄ（ｍｍ）が、５２〜９５ｍｍである請求項１または請求項２に記載の有底筒状体形状の缶容器本体。
4. 前記湾曲支持脚の高さＬ（ｍｍ）が、前記側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．１２≦Ｌ／Ｄ≦０．１８を満たす請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の有底筒状体形状の缶容器本体。
5. 前記底部は、その平均肉厚ｔ（ｍｍ）が、前記側壁の直径Ｄ（ｍｍ）との関係で、０．００３０≦ｔ／Ｄ≦０．００４５を満たす請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の有底筒状体形状の缶容器本体。
6. 前記湾曲支持脚の個数は、４〜８個である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の有底筒状体形状の缶容器本体。
7. 前記隣接する湾曲支持脚の間隙、および複数の湾曲支持脚によって囲まれる底部の中央部分がドーム部を構成してなる請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の有底筒状体形状の缶容器本体。
8. 前記複数の湾曲支持脚により配置・構成される形態がぺタロイド形状である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の有底筒状体形状の缶容器本体。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の有底筒状体形状の缶容器本体に飲料を充填した後、開口部を蓋シールすることにより形成される飲料缶製品。
10. 缶内部の圧力が６４０ｋＰａ以下である請求項９に記載の飲料缶製品。
11. 飲料が炭酸を含む飲料である請求項１０に記載の飲料缶製品。

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