JP2022016093A - 缶蓋及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板厚に関する厳密な検討を加えることで、板厚をより薄くする要求に応えながら、耐圧強度を向上させること。
【解決手段】缶蓋は、センターパネル部と、パネルウォール部と、チャックウォールラジアス部と、チャックウォール部と、カール部を有する缶蓋であって、前記センターパネル部の板厚をｔ１として、前記パネルウォール部下端の板厚をｔ２とした場合に、ｔ２＞ｔ１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、缶蓋及びその製造方法に関するものである。

飲料などが充填される金属缶は、２ピース缶の場合、有底筒状の缶胴の開口端に缶蓋を巻締めることによって内容物を密閉している。このような缶蓋は、ステイオンタブ型の開口用タブ付きのものが一般に採用されている。この缶蓋は、缶胴内に内容物を充填した後に、缶胴の開口端に巻締められるので、一般には、缶胴とは別に、積み重ね（スタック）状態で内容物の充填先に供給される。

缶蓋は、開口用タブが取り付けられるセンターパネル部を有し、その周囲側に、巻き締め機の内側ツール（シーミングチャック）の外縁突起が挿入される環状溝部を有している。また、缶蓋は、環状溝部の外周に、缶胴の開口端に巻き締められるカール部を有している（例えば、下記特許文献１参照）。

そして、このような缶蓋の構造としては、環状溝部における溝内壁部としてパネルウォール部が成形され、溝内壁部から環状溝部における溝外壁部に至る部分にチャックウォールラジアス部が成形され、溝外壁部からカール部に至る部分にチャックウォール部が成形されている。

特開２０１９－１１２１４３号公報 特開平３－２７５４４３号公報

金属缶は、材料資源の節約や軽量化のために、板厚を可能な限り薄くすることが求められているが、板厚を薄くすると、缶内圧力が上昇した場合の強度（耐圧強度）が問題になる。

缶蓋は、缶内圧力が上昇すると、センターパネル部を上方に押し上げる力が作用するので、異常に缶内圧力が上昇した場合には、環状溝部が上方に反転突出して、環状溝部とセンターパネル部が上方に角状に突出した状態になる、所謂バックリングが生じる場合がある。特に、内容物が炭酸飲料などの場合には、周囲環境などによって缶内温度が異常に上昇すると、バックリングが生じやすくなる。

これに対して、耐圧強度を高めるための缶蓋の構造は、上記特許文献１に示された従来技術のように、様々な対応策が検討されている。しかしながら、その対応策を、前述した従来技術のように、チャックウォール部に第１湾曲部と第２湾曲部を設けて、第１湾曲部の曲率半径と第２湾曲部の曲率半径の関係を規定するといった、形状設計のみ重点が置かれ、板厚に関する厳密な検討は行われてこなかった。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものであり、板厚に関する厳密な検討を加えることで、板厚をより薄くする要求に応えながら、耐圧強度の高い缶蓋を得ること、などが本発明の課題である。

このような課題を解決するために、本発明による缶蓋は、以下の構成を具備するものである。
センターパネル部と、パネルウォール部と、チャックウォールラジアス部と、チャックウォール部と、カール部を有する缶蓋であって、前記センターパネル部の板厚をｔ１として、前記パネルウォール部下端の板厚をｔ２とした場合に、ｔ２＞ｔ１であることを特徴とする缶蓋。

このような特徴を有する缶蓋は、板厚をより薄くする要求に応えながら、耐圧強度の高い缶蓋を得ることができ、缶蓋における耐圧強度の向上を達成できた。

缶蓋の部分断面を示した説明図。 缶蓋の製造工程を示した説明図。 製造工程における成形体を示した説明図（（ａ）が工程Ｓ１から工程Ｓ３によって成形される成形体、（ｂ），（ｃ）が工程Ｓ４によって成形される成形体、（ｄ）が最終的に得られる缶蓋）。 ブランク打ち抜き工程を示した説明図（（ａ）が打ち抜き前、（ｂ）が打ち抜き後）。 外周部絞り工程の説明図（（ａ）が絞り途中、（ｂ）が絞り完了）。 パネル部絞り工程の説明図（（ａ）が絞り開始時、（ｂ）が絞り完了時）。 パネル部押し下げ工程の説明図（（ａ）が押し下げ開始時、（ｂ）が押し下げ途中）。 パネル部押し下げ工程の説明図（（ａ）が押し下げ完了、（ｂ）成形物取りだし）。 パネル部絞り工程におけるしごき加工付与の例を示した説明図。 本発明の実施形態の別形状の例を示した説明図。 チャックウォール部の中間部の板厚の測定位置を示す図（（ａ）が図１０の別実施形態の測定位置を示す図、（ｂ）が実施形態の測定位置を示す図）。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図1に示すように、本発明の実施形態に係る缶蓋1は、センターパネル部１Ａと、パネルウォール部１Ｂと、チャックウォールラジアス部１Ｃと、チャックウォール部１Ｄと、カール部１Ｅを有する。センターパネル部１Ａは、缶蓋１の中央部分の略平坦状の部分であり、ステイオンタブ型の場合は、スコアや開口用タブが設けられる。

センターパネル部１Ａの外縁には湾曲部分ｒ1があり、その湾曲部分ｒ1の終端から直線状に下がった部分がパネルウォール部１Ｂになる。そして、パネルウォール部１Ｂの下に成形される湾曲部分ｒ２であって、センターパネル部１Ａの外周に成形される環状溝部Ｃｓの底を含む部分がチャックウォールラジアス部１Ｃである。また、チャックウォールラジアス部１Ｃの外側の上端から上方に延びる直線状又は一部湾曲する部分であって、前述した環状溝部Ｃｓの外壁から更にカール部１Ｅの湾曲手前までの部分が、チャックウォール部１Ｄになる。

そして、本発明の実施形態に係る缶蓋１は、センターパネル部１Ａの板厚をｔ１とし、パネルウォール部１Ｂの下端の板厚をｔ２とした場合に、ｔ２＞ｔ１になっている。センターパネル部１Ａの板厚ｔ１は、缶蓋１の成形加工前の被加工材の元板厚に近い値になっている。

パネルウォール部１Ｂの下端は、チャックウォールラジアス部１Ｃの湾曲部分ｒ２との境界部分であり、缶蓋１では、チャックウォールラジアス部１Ｃの成形加工に新規な方法を採用することによって、パネルウォール部１Ｂの下端の板厚ｔ２を板厚ｔ１より厚くし、従来の形状設計に加え、さらに耐圧強度の高い缶蓋１を得ることを可能にしている。板厚ｔ２を板厚ｔ１の１．０１倍より厚く(ｔ２＞１．０１×ｔ１)することで、更に耐圧強度の高い缶蓋１を得ることができる。

また、缶蓋１は、チャックウォールラジアス部１Ｃの板厚をｔ３とした場合に、板厚ｔ３を板厚ｔ１より厚く、好ましくは板厚ｔ１の１．０１倍より厚く（ｔ３＞１．０１×ｔ１）することで、耐圧強度の高い缶蓋１を得ることができる。

また、缶蓋１は、チャックウォール部１Ｄの中間部の板厚、すなわち図１に示すように缶蓋の実質高さを２分した位置の板厚をｔ４とした場合に、ｔ１＞ｔ４になっている。これによると、比較的耐圧強度の影響が少ないチャックウォール部１Ｄの中間部を薄肉にすることで、所定の耐圧強度を保ちながら、缶蓋１の軽量化を図ることができる。

前述した缶蓋１は、センターパネル部１Ａの外周に成形される環状溝部Ｃｓである、パネルウォール部１Ｂ、チャックウォールラジアス部１Ｃの板厚を部分的に厚くすることで、環状溝部Ｃｓやそこからカール部１Ｅに至る部分の従来の形状設計の合理化に加え、さらに耐圧強度を高めることができる。

前述した缶蓋１は、センターパネル部１Ａの外周に成形される環状溝部Ｃｓである、パネルウォール部１Ｂ、チャックウォールラジアス部１Ｃの板厚を被加工材の元板厚（センターパネル部１Ａの板厚ｔ１）より厚くすることができるので、被加工材の元板厚を可能な限り薄くすることが可能になり、材料資源の節約や軽量化を効果的に実現することができる。

以下に、缶蓋１の製造方法を説明する。缶蓋１の製造工程は、図２に示すように、ブランク打ち抜き工程Ｓ１、外周部絞り工程Ｓ２、パネル部絞り工程Ｓ３、パネル部押し下げ工程Ｓ４を有する。

これらの工程では、工程Ｓ１から工程Ｓ３によって、図３（ａ）に示した成形体Ｍ１が成形され、工程Ｓ４において、成形体Ｍ１に対してパネル部ｐ（センターパネル部１Ａに加工される被加工部）を押し下げる加工を行うことで、図３（ｂ）,（ｃ）に示した成形体Ｍ２，Ｍ３が成形され、最終的に図３（ｄ）に示す缶蓋１を得る。

各工程を具体的に説明する。各工程には、加工ツールとして、図４～図８に示す上ツールＵと下ツールＬが使用される。上ツールＵは、内側ツールＵ１と外側ツールＵ２を備えており、下ツールＬは、固定内側ツールＬ１と可動内側ツールＬ２と可動外側ツールＬ３と固定外側ツールＬ４を備えている。

ブランク打ち抜き工程Ｓ１では、図４（ａ）に示すように、上ツールＵと下ツールＬの間に被加工材Ｍが挿入され、図４（ｂ）に示すように、上ツールＵが降下することで、外側ツールＵ２の加工面ａと固定外側ツールＬ４の加工面ｂによる打ち抜きで、円盤状の成形体Ｍ０１が成形される。

外周部絞り工程Ｓ２では、更に、上ツールＵが降下することで、図５（ａ）に示すように、外側ツールＵ２の下面ｃと可動外側ツールＬ３の上面ｄで成形体Ｍ０２の外周部を挟んで、成形体Ｍ０２の外周部に対して、可動内側ツールＬ２の加工面ｅによる絞り加工がなされる。更に、上ツールＵが降下することで、図５（ｂ）に示すように、外側ツールＵ２の下面ｃが可動外側ツールＬ３を押し下げることで、外側ツールＵ２の加工面ｆと可動内側ツールＬ２の加工面ｇとによって、成形体Ｍ０３に対する絞り加工が進行する。

パネル部絞り工程Ｓ３では、図６（ａ）に示すように、更に上ツールＵが降下して、外側ツールＵ２の加工面ｈと可動内側ツールＬ２の加工面ｅとが成形体Ｍ０４の外周部を挟み、成形体Ｍ０４のパネル部ｐが固定内側ツールＬ１の上面に当たるので、パネル部ｐの絞り加工がなされる。また、この状態で、図６（ｂ）に示すように、更に上ツールＵが降下して、成形体Ｍ０５の外周部を挟みながら、可動内側ツールＬ２を押し下げ、同時に内側ツールＵ１の下面と固定内側ツールＬ１の上面がパネル部ｐを挟むことで、パネル部ｐの絞り加工が進行する。

そして、パネル部押し下げ工程Ｓ４では、図７（ａ）に示すように、成形体Ｍ０６の外周部を加工面ｅと加工面ｈが挟んだ状態で、可動内側ツールＬ２が外側ツールＵ２を押し上げることで、図７（ｂ）に示すように、成形体Ｍ０６のパネル部ｐが外周部に対して相対的に押し下げられ、成形体Ｍ０７が成形される。

そして、図８（ａ）に示すように、前述したパネル部ｐの相対的な押し下げを更に進行させると、成形体Ｍ０８のパネル部ｐと外周部の間のチャックウォールラジアス部１Ｃに加工される被加工部が、固定内側ツールＵ２と可動内側ツールＬ２の間に設けられる溝部ｊに押し込まれる。これによって、パネルウォーム部１Ｂやチャックウォールラジアス部１Ｃが成形される。更に、パネル部ｐの相対的な押し下げで、加工面ｅと加工面ｈに挟まれた外周部にカール部１Ｅが成形される。また、内側ツールＵ１の下面と固定内側ツールＬ１の上面で挟まれたパネル部ｐに、センターパネル部１Ａが成形される。その後は、図８（ｂ）に示すように、上ツールＵと下ツールＬを開放して、缶蓋１の成形物を取り出す。
その後、図示しないが、缶蓋１の成形物の最外周部を公知の方法により巻締に適する形状にカールさせてその内面部分にシーリングコンパウンドを塗布し、また用途に応じてパネル部にリベット加工、スコア加工、タブのかしめ、等の工程を加えて缶蓋は完成する。

前述した製造工程によると、センターパネル部１Ａに加工される被加工部であるパネル部ｐを押し下げることで、チャックウォールラジアス部１Ｃに加工される被加工部が溝部ｊに押し込まれて、パネルウォール部１Ｂやチャックウォールラジアス部１Ｃが成形されるので、パネルウォール部１Ｂやチャックウォールラジアス部１Ｃには、加工ツールの加工面が直接当たること無く成形加工がなされる。また、パネル部ｐの押し下げで、パネルウォール部１Ｂやチャックウォールラジアス部１Ｃに加工される被加工部には、板厚方向に直交する方向の圧縮応力が加わることになるので、板厚が上昇するような塑性変形がなされる。

また、加工ツールとして、図９に示すように、固定内側ツールＬ１０にしごき加工用凸部ｋ１を設けた金型を用いる。そして、上ツールＵの外側ツールＵ２の内側加工面ｋ２としごき加工用凸部ｋ１との間で成形体をしごくことで、前述したパネル部絞り工程Ｓ３において、チャックウォール部１Ｄの中間部にしごき加工を付与することができる。このように、チャックウォール部１Ｄの一部（特に中央部）にしごき加工を付与すると、チャックウォール部１Ｄの一部の板厚を薄くすることができる。これによって、材料資源の節約や軽量化の要求に応えながら、効果的に缶蓋１の耐圧強度を高めることができる。
なお、前述した製造工程はブランクの打ち抜きから缶蓋１の成形物までを一つの上下金型内において１回のストロークで行う方法であるが、これらの一連の工程を別個の金型を用いて複数の段階で行うことも可能である。特に、パネル部押し下げ工程Ｓ４におけるパネル部ｐの押し下げによる板厚方向に直交する方向の圧縮応力の作用は、図８（ａ）に描かれる状態すなわち被加工部が溝部ｊの底に押し込まれた状態において最大になるため、パネル押し下げを複数の段階に分けてその都度、溝底部をそなえた金型でパネル押し下げを行うことで板厚を増加させる範囲をより広く持たせる制御が可能になる。

［実施例］
被加工材Ｍとして、板厚０．２６ｍｍのＡｌ合金（Ａ５１８２―Ｈ１９）に外面塗料を１５ｍｇ／ｄｍ²と内面塗料を１００ｍｇ／ｄｍ²塗布したコイルコート材を用い、前述した製造工程で缶蓋１を成形し、各部の板厚を測定した例を下記表１に示す。なお、ｔ５はパネルウォール部１Bの上端の板厚である。ここでは、実施例１が、固定内側ツールL1の外径φｈ=５１．５８、実施例２が、φｈ＝５２．１８、実施例３が、φｈ＝５１．５８ｍｍで、チャックウォール部１Ｄの中間部に約７％のしごき率でしごき加工を施し、それ以外は実施例１と同様に成形したものである。

表１に示すように、実施例１は、板厚ｔ２が板厚ｔ１の１．０１倍より厚くなっており、実施例２は、板厚ｔ２と板厚ｔ３が板厚ｔ１の１．０１倍より厚くなっている。また、実施例３は、板厚ｔ４をしごき加工により薄くして、その分パネルウォール１Ｂやチャックウォールラジアス部１Ｃに加工される被加工部の金属部分が多く充てることができる。結果としてパネル部ｐの押し下げによる板厚方向に直交する方向の圧縮応力の作用によって板厚ｔ２，ｔ３をさらに厚くすることができる。このような板厚の調整で、特許文献２にある従来法によって行った比較例と比べて、耐圧強度を高くすることができた。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る缶蓋１は、板厚をより薄くする要求に応えながら、耐圧強度の高い缶蓋１を得ることができ、缶蓋１における耐圧強度の向が図れるようになる。この缶蓋１が缶胴に巻締められた缶詰は、高い耐圧強度を確保しながら、内容物重量に対して金属缶の重量を軽量化することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。例えば、特許文献１に表される図１０のような断面形状の缶蓋１において本発明の組み合わせて行うことも可能である。

図１１はチャックウォール部の中間部の板厚の測定位置を示す図であり、（ａ）は図１０の別実施形態の測定位置を示す図、そして、（ｂ）は実施形態の測定位置を示す図である。
（ａ）と（ｂ）のどちらの場合も、缶蓋１は、チャックウォール部１Ｄの中間部の板厚、すなわち、缶蓋の実質高さを２分した位置の板厚をｔ４とした場合に、ｔ１＞ｔ４になっている。別実施形態においても、比較的耐圧強度の影響が少ないチャックウォール部１Ｄの中間部を薄肉にすることで、所定の耐圧強度を保ちながら、缶蓋１の軽量化を図ることができる。
なお、図１１（ａ）の別実施形態および（ｂ）の実施形態は、図１０の缶蓋１の部分および図１の缶蓋１の部分を、缶胴に巻き締めた後の部分断面をそれぞれ示している。巻き締める前の図１０および図１と、巻き締めた後の図１１の各状態を比較しても、缶蓋１の巻き締め前後の実質高さの変化は見られないことから、（ａ）別実施形態と（ｂ）実施形態の板厚ｔ４は、ほぼ同じ位置となっている。

１：缶蓋，１Ａ：センターパネル部，１Ｂ：パネルウォール部，
１Ｃ：チェックウォールラジアス部，１Ｄ：チャックウォール部，
１Ｅ：カール部，Ｕ：上ツール，Ｌ：下ツール，ｐ：パネル部

Claims (7)

1. センターパネル部と、パネルウォール部と、チャックウォールラジアス部と、チャックウォール部と、カール部を有する缶蓋であって、
   前記センターパネル部の板厚をｔ１として、前記パネルウォール部下端の板厚をｔ２とした場合に、
   ｔ２＞ｔ１
   であることを特徴とする缶蓋。
2. 前記センターパネル部の板厚をｔ１として、前記パネルウォール部下端の板厚をｔ２とした場合に、
   ｔ２＞１．０１×ｔ１
   であることを特徴とする請求項１記載の缶蓋。
3. 前記チャックウォールラジアス部の板厚をｔ３とした場合に、
   ｔ３＞１．０１×ｔ１
   であることを特徴とする請求項１又は２記載の缶蓋。
4. 前記チャックウォール部の中間部の板厚をｔ４とした場合に、
   ｔ１＞ｔ４
   であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の缶蓋。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載された缶蓋を用いた缶詰。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載された缶蓋の製造方法であって、
   前記センターパネル部に加工される被加工部を相対的に押し下げることで、前記チャックウォールラジアス部が成形されることを特徴とする缶蓋の製造方法。
7. 前記チャックウォール部の一部にしごき加工が付与されていることを特徴とする請求項６記載の缶蓋の製造方法。

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