JP2932006B2 - 容 器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容器に関わり、特に端壁と、その端壁の周辺
から立ち上がり縦溝付きの輪郭を形成する複数の長手方
向のフレキシブルパネルを含む側壁と、を有する金属製
缶本体に関する。さらに特定すれば、それに限るもので
はないが、ふたによって閉じられることを意図した金属
製缶本体に関するものである。

米国特許明細書第4578976号に、缶本体を支えエンボ
ス加工するマンドレル（心金）を含む缶本体エンボス加
工装置が記載され、そのマンドレルは、弾性成形部材と
係合可能な周囲に、円周方向に一定の間隔を置いて設け
られ軸線方向に伸びるリブを有し、それによって平行な
軸線方向に伸びる折り目の線が、缶本体に形成されるよ
うになっている。

我々の先行英国特許出願公開明細書第2237550号に
は、完結した縦溝を備えた縦溝付き輪郭を有する缶本体
が記載され、本発明はそのような缶本体の改良に関し、
またそれらの製造方法と製造装置に関するものである。
隣接する折り目線は、その間の軸線方向に伸びる凹形の
縦溝を画然とさせる。しかし、これら縦溝の軸線方向の
終端部は画然とせず、縦溝は完結したものでなく、即ち
それらは縦溝の軸線方向終端部および側部を画然とさせ
る閉じた周縁を有していない。

縦溝付き輪郭のデザインには、主な基準が二つある。
第１は、完全に成形された缶本体の縦溝付き領域の周縁
長が原型缶本体の円周に等しく、従ってこのような成形
は、材料の伸びや工具の損耗や容器の破損の度合が最も
少ないことである。第２は、包絡線が一定である。つま
り縦溝付き領域の最外部の点が、原型缶本体と等しい直
径の上にあることである。このことは、次のラベル貼り
や取り扱いのために重要である。

第１の態様によれば、本発明は、円筒形の缶本体に、
軸線方向に伸び外側に凹形の完結した複数の縦溝を形成
する方法を提供するものであり、その方法は、円筒形の
缶本体を内側に対応した輪郭を持つマンドレルの上に載
置するステップを含み、ここにマンドレルの輪郭は、軸
線方向に伸び外側へ凹形の完結した縦溝の全本数を備
え、その全本数は缶本体完成品の表面の縦溝の本数より
少なく、次にそのマンドレルを外側のレールと相関的に
転がして、マンドレルとレールの間に挟まれた円筒形缶
本体の部分を変形させ、縦溝を形成するステップを含
む。

第２の態様によれば、本発明は、円筒形缶本体に、軸
線方向に伸びる外側に凹形の完結した縦溝を形成する装
置を提供するものであり、その装置は、円筒形の缶本体
の最小直径より小さい最大直径を有し、缶本体完成品表
面の縦溝の本数より少ない数の軸線方向に伸び外側に凹
形の完結した縦溝の全数を含む、対応して輪郭を形成さ
れた１個のマンドレルと、１本の細長いレールと、円筒
形缶本体をマンドレルの上に載置する手段と、マンドレ
ルをレールと相関的に転がして、マンドレルとレールの
間に挟まれた円筒形缶本体の部分を変形させて縦溝を形
成する手段と、を含む。

第３の態様によれば、本発明は、端部底壁と、直立す
る半径Ｒの円筒形側壁とを含む缶本体を提供するもので
あり、側壁のある部分は、側壁のその部分に縦溝付き輪
郭を画成する軸線方向に伸びる外側に凹形の完結した複
数の縦溝をもって形成されており、それぞれの縦溝の輪
郭は、円筒形側壁の円内に位置され、半径Ｕの円の一部
で外側に凹形の断面を有し、半径Ｐの円の一部で外側に
凹形の断面を介してその円に接続され、ここに半径Ｕと
Ｒは、式Ｒ＝Ｕ＋2Pにより半径Ｒに関係があり、外側に
凸形の断面の円は、凹形の断面の円と円筒形側壁の円の
双方に接している。

本発明の実施例を、添付図面を参照して次に説明す
る。

図１は、缶本体の第１実施例の縦溝の概略輪郭部分
図、 図２と図３は、缶加工前と加工中の缶輪郭を示し、 図４は、缶本体の側面図、 図５は、図４のＡ−Ａ線からＥ−Ｅ線で切り取った缶
本体の一連の輪郭部分図を示し、 図６は、マンドレル輪郭（左側）と缶本体輪郭（右
側）とを左右に分割して示す概略部分図、 図７は、缶本体の成形に用いるマンドレルの側面図、 図８は、図７のマンドレルをＸ−Ｘ線で切り取った断
面図、 図９は、缶本体成形装置の概略斜視図、 図10は、図９のマンドレルとレールの概略図、 図11は、缶本体成形用の別のマンドレルとレールの概
略図、 図12は、図11のマンドレルの斜視図、 図13は、缶本体の他の実施例の側面図、 図14は、図13のX III−X III線で切り取った断面図、 図15は、図13と図14の缶本体の縦溝の部分を示す拡大
図、 第16は、缶本体のさらに別の実施例の水平断面図であ
る。

図１から図３によれば、缶本体１の縦溝付き部分は、
半径Ｐの外側に凸形のピーク断面２と、半径Ｕの外側に
凹形の縦溝断面３とが交互に形成されて成る輪郭を有す
る。断面２と３は、それらの円周全長にわたり半径一定
であり、互いになめらかに移って行く。これは、断面２
と３の円４と５を、凸形断面と凹形断面の間の変曲点６
で互いに接するようにすれば達成される。円４は、また
円筒形側壁の円に接している。

この輪郭は、円の一部の断面から形成されているだけ
であるから、次のような解析ができる。

ラジアンによる角度の値を考察すれば、 円弧の長さBE＝RX 円弧の長さBC＝（Ｘ＋Ｙ）Ｐ 円弧の長さCD＝UY ここに、デザインのための主な要求の一つは、缶本体
の縦溝付き部分の円周長が、縦溝の形成によって変らな
いでいることである。そこで要求されるのは、 BE＝BC＋CD この式に代入すれば次の式を得る。

XR＝（Ｘ＋Ｙ）Ｐ＋BY 又は Ｘ（Ｒ−Ｐ）＝Ｙ（Ｕ＋Ｐ） ……（１） 水平方向に分解すれば、 RsinX＝Ｐ（sinX＋sinY）＋UsinY sinX（Ｒ−Ｐ）＝sinY（Ｕ＋Ｐ） ……（２） （２）を（１）で割れば、 これを解けば Ｘ＝Ｙ これを（１）に代入して Ｒ＝Ｕ＋2P ……（４） 缶本体の半径が知られていれば、縦溝付きの輪郭は、
ピークの半径Ｐと縦溝の本数選ぶことにより決定でき
る。

縦溝の半径のピーク半径に対する比率は、少なくとも
20:1が好ましい。この比率が大きければ縦溝の深さが最
大になる。縦溝の深さの利点は次のとおりである。

（ａ）ピークで形成された縦方向ビームの強度の増大、
これにより缶に外から過大な圧力が加わったとき、ビー
ムは内側に曲がるが座屈はしない。

（ｂ）パック処理した後の缶の酷使に対する抵抗力の改
善、これもビーム強度に基づく。

（ｃ）缶の内部圧力が高いとき、処理中に縦溝が永久的
に開きがちな傾向を減少する。

ピーク半径は、材料的な裂け目を生じやすい成形中や
処理中や取り扱い中の、局部的な応力集中をもたらすほ
どに小さくしてはならないことに注意を要する。典型的
には、ピーク半径の材料厚さに対する比率は5:1から20:
1の間、特に10:1にあるべきである。

これまでの適用例では、縦溝の最適な本数は、容器の
縦横比、材料の種類と熱処理、材料の厚さ、製品の種
類、製品の容器容積に対する比率、充填や処理や貯蔵の
条件、取り扱い上の必要条件、次第により決まる。

基本的には、縦溝の本数が少ないほど処理や酷使には
好都合になるが、有効満杯容積、輪郭の形成や容器への
ラベル貼りの能力は減少する。

食用品缶の場合には、これまでの適用例では、縦溝の
最適な本数を決めるに当って別の簡易化した要素があ
る。これは、縦溝の本数は３の倍数でなければならぬと
いうことである。この理由は図３を見れば分る。外から
過大な圧力が加わると、缶の容積は弾性パネル機構によ
って減少し、半径方向内側に曲がる２本の完全な縦溝
と、効果的に弾性ヒンジを作っている凸形輪郭に対して
全面はたはたと動く半分の縦溝２本とから構成される。

３の倍数の原則と、成形、処理、ラベル貼り、強制的
酷使とを組み合わせれば、食品用缶に適用する場合の縦
溝の本数は、12,15,18,21となり、特に15と18が好まし
い。直径73mm、高さ110mmのペットフード容器には、15
本の縦溝が最適である。

従来の円周ビード形成と違って、それぞれの縦方向溝
は、次の縦溝が形成される前に一発工程で完全に形成し
なければならない。こうして缶は下記のように、マンド
レルがたった１回転するうちに成形される。

この理由は、一定の周縁長と一定の包絡線圧迫に由来
するもので、もし縦溝が十分な深さに形成されれば、余
分な材料が正しくない縦溝ピッチを生じさせるようにな
るからである。

縦溝を成形するために、外側のレールを押し付けなが
ら転がる内側のマンドレルを用いることが提案されてい
る。内側マンドレルは、缶より直径が小さくなければな
らない、何故なら、そうでないと成形した後マンドレル
から缶を取り外すことが不可能になるからである。

マンドレルは、縦溝の全数を備えていなければなら
ず、例えば缶が縦溝15本であれば、マンドレルは15より
少ない本数の縦溝の全数を備えていなければならない。
実際は、マンドレル表面の縦溝の本数の最少限度は、主
としてマンドレルの必要な剛性条件によって確定され、
縦溝15本をもった缶には、十分な剛性を与える最少限は
マンドレル表面の縦溝約６本であろう。

図４と図５は、縦溝の頂部と底部における缶輪郭の形
状を示す。これは円筒形缶表面に半卵形を投影すること
により、そしてその卵形を円周方向に横切る断面を、一
定の包絡線と一定の周縁長を有するように画成すること
により作られる。

図５の曲線DDからAAまでを考察すると、この領域のピ
ーク２の輪郭が、円筒形断面８によって中断されている
ことが理解できるであろう。この輪郭の凹形の縦溝断面
は、同じ半径Ｕであるが次第に浅くなっている。これら
の浅い縦溝断面は、17,22,30、または45本の縦溝を有す
る缶本体の中央領域に生ずるような寸法と同じである。
このようにして、縦溝のこれらの終端部領域で周縁長一
定の要求条件が維持され縦溝は完結する、即ち、縦溝は
それらの終端部と側部とを画然とさせる閉じた周縁を有
することになる。そのような完結した縦溝を形成するた
めには、マンドレル表面の縦溝もまた完結したものであ
ることが重要である。

半卵形の利点は、材料の伸びが最少で、軸線方向の許
容荷重が優れていることである。輪郭が急に変化する
と、軸方向に荷重が加わったとき、この点に高い応力集
中や損傷が起きる。

図６は、縦溝全体の分割断面を示し、左側がマンドレ
ルの輪郭、右側が缶の輪郭である。

使われている名称は次のとおりである。

Ｒ−缶の内径 Ｍ−マンドレルの半径 Ｐ−マンドレルと缶のピーク半径 Ｎ−缶表面の縦溝の本数 Ｔ−缶とマンドレルの表面の縦溝の本数の差 Ａ−缶の縦溝の角度の半分 Ｂ−マンドレルの縦溝の角度の半分 Ｆ−マンドレルの縦溝の一致角度の半分 Ｕ−缶の縦溝の半径 Ｖ−マンドレルの縦溝の半径 Ｄ−缶の縦溝の深さ Ｅ−マンドレルの縦溝の深さ Ｓ−缶のスプリングバック深さ Ｋ−スプリングバック係数、ここにＫ＝S/D Ｗ−縦溝幅の半分 マンドレルの半径 （５）と（６）を（７）に代入して、 缶の縦溝深さ Ｄ＝Ｒ−RcosA＋Ｕ−UcosA ……（９） （４）を（９）に代入して、 Ｄ＝Ｒ（１−cosA）＋（Ｒ−2P）（１−cosA） ＝２（Ｒ−Ｐ）（１−cosA） ……（10） マンドレルの縦溝深さ Ｅ−Ｊ＝Ｒ−RcosA−（Ｐ−PcosB）＋Ｐ−PcosF＋Ｖ−VcosF ＝Ｒ（１−cosA）＋Ｐ（cosB−cosF）＋Ｖ（１−cosF） ……（11） Ｊ＝Ｍ（１−cosB）−Ｒ（１−cosA） ……（12） （11）に（12）を加えて、 Ｅ＝Ｍ（１−cosB）＋Ｐ（cosB−cosF）＋Ｖ（１−cosF） ……（13） マンドレルの縦溝半径 実験結果から、与えられた材料の厚さと熱処理に関
し、スプリングバック深さＳは缶の縦溝深さに比例す
る。

Ｓ−KD＝Ｅ−Ｊ−Ｄ Ｅ−Ｊ＝Ｄ（Ｋ＋１） ……（14） （10）と（11）を（14）に代入して、 Ｒ（１−cosA）＋Ｐ（cosB−cosF）＋Ｖ（１−cosF） ＝２（Ｒ−Ｐ）（１−cosA）（Ｋ＋１）……（15） Ｘ軸に関して解けば、 （16）を（15）に代入して、 式17はＦを反復して解くために用いられ、それからＦ
は式16に代入されてＶを得る。

次の表は、縦溝15本の缶のための縦溝12本のマンドレ
ルをデザインするために用いられる上記の式の一例であ
る。データの第１欄は、縦溝輪郭の主要部に用いられ、
残りの欄は、半卵形の縦溝終端部輪郭の断面を確定する
ために用いられる。

図７と図８は、上記の方法によってデザインされたマ
ンドレル11を示す。マンドレルは、縦溝15本の缶本体を
成形するために縦溝12本を有する。さらにマンドレル
は、図９と図13に示すように、缶本体のロールビード
（玉縁）を形成するために底部に外側ビードを作っても
よい。

ソリッドの（中実の）内側および外側マンドレルを用
いて缶に縦方向の溝を成形する機械（例えば米国特許45
12490号）が知られている。しかし、我々は、図９と図1
0に示すような外側成形レールを押し付けながら走る内
側マンドレルを使用する方法が好ましいと思う。

この方法の利点は次のとおりである。

− 完全な機械としてただ１セットの外側工具を必要と
するだけであるから、費用、設定時間、保守を減らすこ
とができる。

− ヘッド・ピッチを小さくできるから、機械寸法が小
さくなり、機械の加工速度が増大する。

− 外側工具に駆動装置の必要がないから、機械原価が
減少する。

− ロールビードと縦溝の成形が同じ機械でできる。
（ロールビードには少なくとも２回転が必要であり、縦
溝にはきっかり１回転が必要であるから、外側マンドレ
ル型機構を使ってこれらの作業を組み合わせることは不
可能である。） この機械には、フレキシブルとソリッドの２種類の成
形レールを用いることができる。

フレキシブルな工具（図９と図10）では、レール14は
長方形断面を有し円弧状のポリウレタン製ブロックで作
られ、強固なバックプレート15に取り付けられている。
レールの円弧の長さは、完全な成形深さになるような単
一の縦溝導入部を備え、それに加えて、きっかり１回転
で成形するように設定されている。幅は縦溝の両終端部
をカバーするに十分な長さであり、厚さは成形深さの約
10倍である。ショアＡ硬度60から95の範囲、特に75から
85の範囲のポリウレタンが適当である。

この型のフレキシブルレールの利点は、製造原価が最
少であること、さらに内側工具を一線に合わせる必要が
ないことであり、こうして、摩擦駆動は内側マンドレル
に用いればよいことになる。

図９に、フレキシブル外側レールを採用した装置を示
す。この装置では、回転タレット10が軸（図示してな
い）上のタレットにそれぞれ回転自在に取り付けられた
多数のマンドレル11を備えている。缶本体はマンドレル
上に送られ、最初にカム作動の保持手段12によって位置
決めされる。タレットが回転するにつれて、缶本体はロ
ールビード成形レール13に係合する。マンドレルの軸
は、マンドレルとその上の缶本体がレール13に沿って転
がるように駆動される。缶本体にロールビードを形成す
るためのこの種の装置は周知であるので詳しくは述べな
い。ロールビードの成形が終ると、缶は、マンドレルが
フレキシブルレール14に沿って転がるにつれて缶本体を
マンドレルに押し付けて変形させるフレキシブルレール
14に係合する。縦溝が形成された後、缶は周知の方法で
装置から取り外される。

図10によれば、弾力のあるレールが、マンドレルの作
用によって局部的に変形させられることが理解できる。

ソリッドの金属製成形レールを用いた別の装置を、図
11と図12に示す。この装置では、マンドレル112は金属
製成形レール142と協調作用する。

ソリッドの外側工具は、フレキシブル工具用と同じ工
具デザイン情報を用いており、相違点は、レール142が
縦溝を備え、内側マンドレル112がピークの輪郭を備え
ていることである。缶が工具の間に決して挟まれないか
ら、材料の損傷が最少である。

フレキシブル工具同様に、マンドレル表面の縦溝は完
全なもので、即ち、図12に示すように終端部も側部も画
然とした閉じた周縁を有していることに注意を要する。

ソリッドの工具は、フレキシブル工具より耐用寿命が
非常に長いが、成形深さと周速とのきわめて正確なマッ
チングが必要である。

図13から図15は、円筒形缶本体の別の実施例を示し、
ここでは隣接の縦溝が円筒形平らな壁の断面80によって
隔てられている。図14と図15から特に分るように、缶本
体の縦溝付き領域の輪郭は、図５のＡからＤに示した輪
郭に似かよっている。凹形断面３の半径Ｕと、凹形断面
を円筒形平らな壁断面80に接続する凸形断面２の半径Ｐ
は、図１から図５の実施例と同じである。けれども縦溝
が浅くなるほど円周上の長さは小さくなり、相違点は平
らな円筒形断面80によって形成されている。実際には、
図１から図５の実施例のピークが、平らな円筒形断面80
により中断されている。図13から図15に示す実施例で
は、縦溝は等間隔で等寸法である。そのような缶では、
平らな円筒形断面の周上長さは、縦溝の周上長さの30
％、中には60％に達するものがある。図16に示す別の実
施例では、図13から図15と同様の円筒形缶本体が、３本
目ごとに縦溝を抜いてあり、そのため大きな平らな円筒
形断面800が多数形成されている。図16の実施例の一変
形では、図示してないが、小さな平らな円筒形断面が抜
いてあり、そのためその領域の縦溝は、図１から図５の
実施例のように、凸形ピークを介して直接互いにつなが
っている。

図13から図16の実施例は、図１から図５の実施例と同
様の、つぶれたり再び膨らむ機構と軸線方向の性能を提
供する。しかし、縦溝がより浅い結果として膨脹能力が
減っている。一方、図13から図16の実施例は、ラベル貼
りに関して好都合である。ラベルを切り離し積み重ねた
ラベル貼り機内のラベルをつまみ上げやすく、縦溝が比
較的浅いから、縦溝上のラベルのたるみを最少限に抑え
られる。

図13から図16の実施例の輪郭は、式Ｒ＝Ｕ＋2Rを満た
し、成形工具の輪郭に対応した変更が必要であることを
除き、図１から図５の実施例と同じ方法で形成すること
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−73361（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−183916（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭８−7662（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21D 51/26

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒形の缶本体に軸線方向に伸び、その終
   端部と側部を画成する閉じた周縁を有する外側に凹形の
   完結した複数の縦溝を成形する方法において、円筒形の
   缶本体を内側輪郭を備えたマンドレル上に載置するステ
   ップと、マンドレルを外側レールと相関的に転がし、そ
   れによってマンドレルとレールの間に挟まれた円筒形缶
   本体の部分を変形させて縦溝を形成するステップと、を
   含み、マンドレルの輪郭は、軸線方向に伸びその終端部
   と側部を画成する閉じた周縁を有する外側に凹形の完結
   した整数個の縦溝を含み、その数は完成した缶本体の表
   面の縦溝の本数より少ないことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】外側レールがエラストマーのブロックを備
   えている請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】外側レールが輪郭付けられた金属製レール
   であり、内側マンドレルが外側に凸形の断面を缶本体に
   形成するように輪郭付けられ、レールが外側に凹形の断
   面を缶本体に形成するように輪郭付けられている請求項
   １記載の方法。
4. 【請求項４】マンドレルの輪郭と、輪郭が形成されてい
   るレールの輪郭がここに定めた式 により計算され、ここにおいて、 Ｒ−缶の内径 Ｐ−マンドレルと缶のピーク半径 Ａ−缶の縦溝の角度の半分 Ｂ−マンドレルの縦溝の角度の半分 Ｆ−マンドレルの縦溝の一致角度の半分 Ｖ−マンドレルの縦溝の半径 Ｖ−マンドレルの縦溝の半径 である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】円筒形の缶本体に軸線方向に伸びその終端
   部と側部を画成する閉じた周縁を有する外側に凹形の完
   結した複数の縦溝を成形する装置において、円筒形の缶
   本体の最小直径よりも小さい最大直径を有し、完成した
   缶本体表面の縦溝の本数より少ない数の軸線方向に伸
   び、その終端部と側部を画成する閉じた周縁を有する外
   側に凹形の完結した複数個の縦溝を含み、対応して輪郭
   を形成されたマンドレルと、細長いレールと、円筒形の
   缶本体をマンドレルの上に載置する手段と、マンドレル
   をレールと相関的に転がして、マンドレルとレールとの
   間に挟まれた円筒形の缶本体の部分を変形させて縦溝を
   形成する手段と、を含むことを特徴とする装置。
6. 【請求項６】細長いレールは弾力があり、エラストマー
   のブロックを備えている請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】外側レールが輪郭付けられた金属製レール
   であり、内側マンドレルが外側に凸形の断面を缶本体に
   形成するように輪郭付けられ、レールが外側に凹形の断
   面を缶本体に形成するように輪郭付けられている請求項
   ５記載の装置。
8. 【請求項８】マンドレルの輪郭と、輪郭が形成されてい
   るレールの輪郭が、ここに定めた式 により計算され、ここにおいて、 Ｒ−缶の内径 Ｐ−マンドレルと缶のピーク半径 Ａ−缶の縦溝の角度の半分 Ｂ−マンドレルの縦溝の角度の半分 Ｆ−マンドレルの縦溝の一致角度の半分 Ｖ−マンドレルの縦溝の半径 Ｖ−マンドレルの縦溝の半径 である請求項５記載の装置。
9. 【請求項９】端部底壁と直立する半径Ｒの円筒形側壁と
   を含む缶本体において、側壁のある部分は側壁のその部
   分に縦溝付き輪郭を画成する軸線方向に伸び、その終端
   部と側部を画成する閉じた周縁を有する外側に凹形の完
   結した複数の縦溝をもって形成され、それぞれの縦溝輪
   郭は、円筒形側壁の円内に位置され半径Ｕの円の一部で
   外側に凹形の断面を含み、半径Ｐの円の一部で外側に凸
   形の断面を介してその円に接続され、ここに半径ＵとＰ
   は、式Ｒ＝Ｕ＋2Pにより半径Ｒに関係があり、外側に凸
   形の断面の円は、凹形の断面の円と円筒形側壁の円の双
   方に接していることを特徴とする缶本体。
10. 【請求項１０】それぞれの縦溝は、交互に形成される外
    側に凹形の半径Ｕの縦溝と外側に凸形の半径Ｐのピーク
    とを含む輪郭を備えるように、隣接する縦溝に直接接続
    されている請求項９記載の缶本体。
11. 【請求項１１】少なくともいくつかの隣接縦溝が、円筒
    形の平らな壁断面によって隔てられている請求項９記載
    の缶本体。