JP2015214343A

JP2015214343A - 缶

Info

Publication number: JP2015214343A
Application number: JP2014096973A
Authority: JP
Inventors: 政幸武井; Masayuki Takei; 孝之南馬; Takayuki Minamiuma
Original assignee: Universal Can Corp
Current assignee: Altemira Can Co Ltd
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2034-05-08
Also published as: CN204916414U; JP6448217B2

Abstract

【課題】板厚を増加することなく、缶底部の強度向上を図る。【解決手段】缶底部３０に、缶軸Ｏ方向外方に向けて環状に突出する接地部３１と、接地部３１の外周側に設けられ缶胴部２０と接地部３１とを連結するヒール部３２と、接地部３１の内周側に設けられ缶軸Ｏ方向へと傾斜するカウンタ部３３と、カウンタ部３３に連なって缶軸Ｏ方向内方に向けて半球状に凹むドーム部３４とを備えた缶であって、缶軸Ｏを含む断面において、ドーム部３４は、曲率半径の異なる複数の曲線Ｃ１，Ｃ２を缶軸Ｏから径方向外方に向かうにつれて順に曲率半径が小さくなるように並べて連接した形状とされ、最も曲率半径が大きい径方向内方の曲線Ｃ１とその曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置Ｐ２が、缶軸Ｏから接地部３１までの径方向距離をＬとした場合に、缶軸Ｏから径方向外方に向けて０．１５Ｌ以上０．５０Ｌ以下の位置に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、内部に飲料等の内容物が充填される金属製の缶に関する。

飲料等の容器として使用される缶としては、有底筒状をなす缶の開口部に缶蓋が二重巻締めされた２ピース缶や、缶の開口部に形成された口金部にねじ付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は、円筒状をなす缶胴部の一端部に缶底部が一体に形成されている。そして、缶底部には、缶軸方向外方に向けて環状に突出する接地部と、この接地部の径方向内方（内周側）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、接地部の径方向外方端と缶胴部の一端部とを接続するヒール部とが設けられている。

このような缶底部を有する缶においては、低コスト化や軽量化の観点から缶素材の板厚を薄くすること（薄肉化）が行われているが、缶素材の板厚を単純に薄くすることは缶底部の強度低下を招くこととなる。そのため、このような薄肉化された缶においては、内容物を充填後に内圧や衝撃によってドーム部が反転して膨出、変形するバックリング等の不具合が生じやすくなる。
この点、特許文献１には、ドーム部の内側寄りの部位の半径Ｒ１に連続して、外周寄りの部位が半径Ｒ２で形成されており、半径Ｒ２の部位の断面が直線で形成される場合と比較して、強度の向上が図れることが開示されている。
また、特許文献２には、ドーム部の断面形状を曲率半径がほぼ連続的に変化する曲線で形成した薄肉缶の底部構造が開示されており、このドーム部においては、曲率の急変点がないことにより局部的な応力集中がないことが記載されている。

特開２００１‐１３９０１２号公報特許第２６４７４８５号公報

ところが、特許文献１にはドーム部の形状を２つの半径Ｒ１とＲ２とで形成した場合の一例が開示されているのみであり、特許文献２においては、ドーム部の形状について曲率半径等の具体的な寸法の記載はなく、ドーム部を構成する複数の曲線の組み合わせによっては、強度低下を引き起こし、バックリングの発生を抑えきれないことがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、板厚を増加することなく、缶底部の強度向上を図ることができる缶を提供することを目的とする。

本発明は、円筒状の缶胴部の一端部に設けられた缶底部に、缶軸方向外方に向けて環状に突出する接地部と、前記接地部の外周側に設けられ前記缶胴部と該接地部とを連結するヒール部と、前記接地部の内周側に設けられ前記缶軸方向へと傾斜するカウンタ部と、該カウンタ部に連なって前記缶軸方向内方に向けて半球状に凹むドーム部とを備えた缶であって、前記缶軸を含む断面において、前記ドーム部は、曲率半径の異なる複数の曲線を前記缶軸から径方向外方に向かうにつれて順に曲率半径が小さくなるように並べて連接した形状とされており、最も曲率半径が大きい径方向内方の曲線Ｃ１と該曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置が、前記缶軸から前記接地部までの径方向距離をＬとした場合に、前記缶軸から径方向外方に向けて０．１５Ｌ以上０．５０Ｌ以下の位置に配置されていることを特徴とする。

本発明者は、ドーム部におけるバックリングは、曲率が大きく変化するドーム部の径方向外方側を変形起点として生じていることを見出し、さらにドーム部を構成する各曲線の接続位置が径方向外方側に配置されている場合には変形が生じ易くなっていることを見出した。特に、曲率半径が最も大きい径方向内方の曲線Ｃ１と、その曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置がドーム部の径方向外方寄りに配置されている場合に、強度が低下して変形しやすくなっていた。
そこで、本発明においては、ドーム部を曲率半径の異なる複数の曲線を連接させた形状とすることにより、曲率の急変点をなくして局部的な応力集中を回避する効果を維持しつつ、特に径方向内方の最も曲率半径が大きい曲線Ｃ１とその曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置をドーム部の径方向内方寄り（０．５０Ｌ以下の範囲）に配置することにより、さらに落下衝撃に対する強度を向上させることとしている。これにより、本発明の缶においては、板厚を増加させることなく缶底部の強度向上を図ることができ、バックリングの発生を良好に防止することができる。
なお、曲線Ｃ１と曲線Ｃ２との接続位置が０．１５Ｌよりも小さくなると、ドーム部を複数の曲線を連接させた形状とすることにより得られる強度向上の効果を十分に発揮させることができずに、ドーム部を単一の曲線で形成した場合に近い性能となる。このため、必要な強度を得ることが難しくなる。

本発明の缶において、前記曲線Ｃ１と前記曲線Ｃ２とが接続位置において互いの接線を共通にした状態で接続されているとよい。
曲線Ｃ１と曲線Ｃ２とを共通接線を有するように滑らかに接続することで、局部的な応力集中を回避する効果をさらに高めることができる。

本発明の缶において、前記ドーム部は、２つの曲線を連接させた形状とされており、前記曲線Ｃ１の曲率半径Ｒ１が５５ｍｍ以上６２ｍｍ以下、該曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２の曲率半径Ｒ２が３３ｍｍ以上３７ｍｍ以下とされているとよい。
また、前記距離Ｌが２１．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下とされているとよい。
曲線Ｃ１の曲率半径Ｒ１と曲線Ｃ２の曲率半径Ｒ２を上記の寸法で形成することにより、ドーム部において曲率の急変点をなくすことができ、局部的な応力集中を回避することができる。また、この場合において、距離Ｌを２１．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の位置に配置することにより、曲線Ｃ１と曲線Ｃ２との接続位置を０．１５Ｌ以上０．５０Ｌ以下の位置に配置することができる。

本発明の缶において、前記ドーム部は、前記曲線Ｃ１と該曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との２つの曲線を連接させた形状とされており、前記曲線Ｃ２に連接して前記カウンタ部との間を接続する曲線Ｃ３が設けられ、前記曲線Ｃ１と前記曲線Ｃ３とが相接する曲線Ｃ２により滑らかに接続されているとよい。
これにより、ドーム部に作用する圧力を曲線Ｃ３及びカウンタ部を介して円滑に接地部に伝えることができ、缶底部の強度向上を図ることができる。

本発明によれば、ドーム部を複数の曲線を連接させた形状することにより板厚を増加させることなく缶底部の強度向上を図ることができ、バックリングの発生を良好に防止することができる。

本発明の実施形態である缶を示す側面部分断面図である。図１に示す缶の缶軸を含む断面の要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態の缶は、図１に示すように、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製の有底筒状の缶１とされる。また、この缶１は、内部に飲料等の内容物を充填した後に、開口端部に缶蓋を巻締めて装着することにより密封されるものである。

缶１は、図１に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金の薄板金属からなり、円筒状の缶胴部２０と、この缶胴部２０の一端部に設けられた缶底部３０とを有している。缶１は、例えば、アルミニウム合金製の板材を広口のカップ状に打ち抜いた後、さらに絞りしごき加工（ＤＩ加工）することにより有底筒状に形成されている。また、缶胴部２０には、上方に向けて漸次縮径する肩部２１が形成され、その肩部２１の上端に小径の首部２２が形成され、この首部２２の上端に径方向外方に広がるフランジ部２３が形成されている。
また、缶胴部２０の直径Ｄは、５２ｍｍ以上６７ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態においては、５８ｍｍ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）に向けて缶軸Ｏを中心とした環状に突出する接地部３１と、接地部３１の外周側に設けられ缶胴部２０と接地部３１とを連結するヒール部３２と、接地部３１の内周側に設けられ缶軸Ｏ方向へと傾斜するカウンタ部３３と、カウンタ部３３に連なって缶軸Ｏ方向内方（図１及び図２において上方）に向けて半球状に凹むドーム部３４とが設けられている。

ヒール部３２は、図２に示すように、缶軸Ｏを含む断面において内方に湾曲した形状とされており、その曲率半径Ｒ６は６ｍｍに設けられている。また、接地部３１は、その断面形状の外側の曲率半径Ｒ５が１．５ｍｍ、内側の曲率半径Ｒ４が１．２ｍｍとする曲線形状に設けられており、前述したように、缶軸Ｏを中心として環状に形成され、接地部３１の最も缶軸Ｏ方向外方に突出した接地点Ｐ１から缶軸Ｏまでの径方向距離Ｌは２３．５ｍｍに設けられている。
そして、カウンタ部３３は、そのカウンタ部３３の断面と鉛直線（缶軸Ｏと平行な直線）とのなす角度、すなわちカウンタシンク角θを３°４０′として缶軸Ｏ方向に対して僅かに傾斜して設けられており、ドーム部３４に作用する圧力を円滑に接地部３１に伝えられるようになっている。

また、ドーム部３４は、図２に示すように、缶軸Ｏを含む断面において、曲率半径の異なる２つの曲線Ｃ１，Ｃ２を缶軸Ｏから径方向外方に向かうにつれて順に曲率半径（Ｒ１，Ｒ２）が小さくなるように並べて連接した形状とされ、これら曲線Ｃ１と曲線Ｃ２との接続位置Ｐ２において互いの接線を共通にした状態に設けられている。そして、最も曲率半径が大きい径方向内方の曲線Ｃ１と、曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置Ｐ２を、缶軸Ｏから接地部３１の接地点Ｐ１までの径方向距離Ｌに対して、缶軸Ｏから径方向外方に向けて０．１５Ｌ以上０.５０Ｌ以下の位置となるように配置している。つまり、缶軸Ｏと接続位置Ｐ２との径方向距離Ａ１は、缶軸Ｏと接地点Ｐ１との径方向距離Ｌの１５％以上５０％以下の大きさとされている。

また、ドーム部３４の曲線Ｃ２とカウンタ部３３との間は、曲線Ｃ２に連接する曲線Ｃ３によって接続された形状とされ、曲線Ｃ１と曲線Ｃ３との間が、これらに相接する曲線Ｃ２により滑らかに接続されている。これにより、ドーム部３４に作用する圧力を曲線Ｃ３及びカウンタ部３３を介して円滑に接地部３１に伝えられるようになっている。
そして、これら缶底部３０を構成する各曲線の寸法は、曲線Ｃ１の曲率半径Ｒ１は５５ｍｍ以上６２ｍｍ以下、曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２の曲率半径Ｒ２は３３ｍｍ以上３７ｍｍ以下、曲線Ｃ３の曲率半径Ｒ３は２．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定されている。
このように、ドーム部３４を形成する曲線Ｃ１の曲率半径Ｒ１を５５ｍｍ以上６２ｍｍ以下、曲線Ｃ２の曲率半径Ｒ２を３３ｍｍ以上３７ｍｍ以下とすることで、ドーム部３４において曲率の急変点をなくすことができ、ドーム部３４に生じる局部的な応力集中を回避することが可能となる。また、この場合において、距離Ｌを２１．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の位置に配置することにより、曲線Ｃ１と曲線Ｃ２との接続位置を０．１５Ｌ以上０．５０Ｌ以下の位置に配置することができる。

なお、図１及び図２に示す本実施形態の缶１においては、径方向内方の曲線Ｃ１の曲率半径Ｒ１が６０ｍｍ、曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２の曲率半径Ｒ２が３５ｍｍとされ、曲線Ｃ２（ドーム部３４）に連接してカウンタ部３３との間を接続する曲線Ｃ３の曲率半径Ｒ３が２ｍｍ、その曲率半径Ｒ３の中心高さＨ３が３．２ｍｍ、缶軸Ｏと接地点Ｐ１との径方向距離Ｌが２３．５ｍｍとされている。また、これらドーム部３４から構成される缶底部３０の板厚が０．２９０ｍｍに設けられ、接地点Ｐ１からドーム部３４の最頂部までのボトム深さＨ１は１０ｍｍとされている。

このように、ドーム部３４を曲率半径の異なる曲線Ｃ１，Ｃ２を連接させた缶１においては、ドーム部３４において曲率の急変点をなくして局部的な応力集中を回避する効果を維持することができる。また、曲線Ｃ１と曲線Ｃ２とが接続位置Ｐ２において互いの接線を共通にした状態で接続され、滑らかな曲線によりドーム部３４が形成される場合には、応力集中を回避する効果をさらに高めることができる。
そして、径方向内方の最も曲率半径が大きい曲線Ｃ１とその曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置Ｐ２を、ドーム部３４の径方向内方寄り（０．５０Ｌ以下の範囲、すなわち缶軸Ｏから接地点Ｐ１までの径方向距離Ｌの５０％以下の範囲）に配置することにより、さらに落下衝撃に対する強度を向上させることができる。これにより、缶底部３０の板厚を増加させることなく強度向上を図ることができるので、バックリングの発生を良好に防止することができ、結果的に缶底部３０の薄肉化を図ることが可能となる。

なお、曲線Ｃ１と曲線Ｃ２との接続位置Ｐ２が、０．１５Ｌよりも小さく、すなわち缶軸Ｏから接地点Ｐ１までの径方向距離Ｌの１５％未満の位置になると、ドーム部３４を複数の曲線を連接させた形状とすることにより得られる強度向上の効果を十分に発揮することができずに、ドーム部を単一の曲線で形成した場合に近い性能となる。このため、必要な強度を得ることが難しくなる。

次に、本発明の効果を確認するために試験を行った。
アルミニウム合金板を用いて、下記の表１に示す寸法によって実施例１〜８及び比較例１〜３の各試料の缶を成形した。なお、各試料を成形したアルミニウム合金板の原板厚は、実施例１〜８、比較例３が０．２９０ｍｍ、比較例１が０．２７０ｍｍ、比較例２が０．３００ｍｍとされるものである。
表１に示す各符号は、図２に示す符号に対応するものである。また、各試料の缶底部以外の形状は同一に設けた。
また、実施例１〜８及び比較例１，３の試料は、ドーム部を曲率半径の異なる２つの曲線で形成したものである。一方、比較例２の試料は、ドーム部を構成する曲線を単一（同一）の曲率半径で形成したものであるので、表１では「曲率半径Ｒ１」の寸法を示し、「曲率半径Ｒ２」及び「接続位置Ｐ２」が存在しないため、「―」と記載した。
なお、実施例１〜８及び比較例１〜３の各試料において缶底部のその他の寸法については各試料ともに同一寸法で形成し、ドーム部に連接してカウンタ部との間を接続する曲線の曲率半径Ｒ３を２ｍｍ、接地部の外側の曲率半径Ｒ５を１．５ｍｍ、内側の曲率半径Ｒ４を１．２ｍｍ、ヒール部の曲率半径Ｒ６を６ｍｍとして設けた。

そして、これら各試料を用いて、「耐圧強度」と「落下強度」を評価した。
「耐圧強度」及び「落下強度」は、いずれも各試料の缶を水圧式バックリングテスター（株式会社テクノネット製）に接地部から９５ｍｍの位置で固定し、水圧により昇圧スピード３３ｋＰａ／ｓで缶内圧を上昇させ、ドーム部が反転する（バックリングする）までの最高到達圧を評価したものである。
そして、「耐圧強度」については、各試料の缶胴部を固定する一方で、缶底部については固定しない状態で測定を行い、その際の最高到達圧が７５０ｋＰａ以上であったものを良「○」とし、それ以外のものを否「×」として評価した。一方、「落下強度」は、缶底部に鉄板を当接させ、接地部の伸びを拘束した状態で測定を行い、その際の最高到達圧が９００ｋＰａ以上であったものを良「○」とし、それ以外のものを否「×」として評価した。
なお、「耐圧強度」の評価では、その測定において缶底部の接地部が拘束されていないため、カウンタ部が伸びるボトムグロースが生じる。また、「落下強度」には、本試験の評価方法とは異なり、充填缶の缶底部を下にして所定高さから鉄板上に垂直に落下させて、缶底部のバックリングの程度や、そのバックリングの発生缶数により評価を行う方法があるが、この「落下強度」の評価では、ボトムグロースが生じ難い状態となっている。このため、本試験の「落下強度」の評価においては、缶底部の接地部を鉄板に当接させて拘束し、ボトムグロースが生じ難い状態で缶内圧を昇圧することにより、充填缶による落下試験の代用試験とした。
これらの評価結果を表２に示す。

表２の結果からわかるように、ドーム部の接続位置Ｐ２の距離Ｌに対する比率が１５％以上５０％以下とされる実施例１〜８の試料については、「耐圧強度」と「落下強度」の双方について良好な結果が得られた。
一方、接続位置Ｐ２が距離Ｌに対して５０％を超えた位置とされる比較例１と、単一曲線でドーム部を形成した比較例２、接続位置Ｐ２が距離Ｌに対して１５％未満とされる比較例３については、「落下強度」を満足することができなかった。

なお、本発明は上記実施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、上記実施形態においては、開口端部に缶蓋が巻締めされるタイプの缶について説明を行ったが、本発明の缶はこのタイプの缶に限定されるものではなく、有底筒状をなす缶の開口端に口金部が形成され、その口金部に雄ねじ部が設けられたねじ付缶にも適用可能である。

１缶
２０缶胴部
２１肩部
２２首部
２３フランジ部
３０缶底部
３１接地部
３２ヒール部
３３カウンタ部
３４ドーム部

Claims

円筒状の缶胴部の一端部に設けられた缶底部に、缶軸方向外方に向けて環状に突出する接地部と、前記接地部の外周側に設けられ前記缶胴部と該接地部とを連結するヒール部と、前記接地部の内周側に設けられ前記缶軸方向へと傾斜するカウンタ部と、該カウンタ部に連なって前記缶軸方向内方に向けて半球状に凹むドーム部とを備えた缶であって、
前記缶軸を含む断面において、
前記ドーム部は、曲率半径の異なる複数の曲線を前記缶軸から径方向外方に向かうにつれて順に曲率半径が小さくなるように並べて連接した形状とされており、
最も曲率半径が大きい径方向内方の曲線Ｃ１と該曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２との接続位置が、前記缶軸から前記接地部までの径方向距離をＬとした場合に、前記缶軸から径方向外方に向けて０．１５Ｌ以上０．５０Ｌ以下の位置に配置されていることを特徴とする缶。
前記曲線Ｃ１と前記曲線Ｃ２とが接続位置において互いの接線を共通にした状態で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の缶。
前記ドーム部は、２つの曲線を連接させた形状とされており、前記曲線Ｃ１の曲率半径Ｒ１が５５ｍｍ以上６２ｍｍ以下、該曲線Ｃ１に連接する曲線Ｃ２の曲率半径Ｒ２が３３ｍｍ以上３７ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の缶。
前記距離Ｌが２１．５ｍｍ以上２５ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項３に記載の缶。
前記曲線Ｃ２に連接して前記カウンタ部との間を接続する曲線Ｃ３が設けられ、前記曲線Ｃ１と前記曲線Ｃ３とが相接する曲線Ｃ２により滑らかに接続されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の缶。