JP5080095B2 - 金属容器用口金フランジ、及びドラム缶 - Google Patents

Description

本発明は、例えばドラム缶のような金属容器の天板に設けられる口金フランジ、及び該口金フランジを有するドラム缶に関する。

天板が胴体に巻き締めされたドラム缶では、内容物等の充填及び排出のため上記天板には円孔が形成され、該円孔には閉、開栓用のプラグをネジ止めするための口金フランジが嵌め込まれ天板と溶接されている。
一方、上記ドラム缶の材料として、炭素鋼及びステンレス鋼が用いられる。炭素鋼にて製作されたドラム缶は、通常、数回の繰り返し使用の後、スクラップされるが、ステンレス鋼にて製作されたドラム缶は、耐食性に優れることから、その使用年数は、炭素鋼ドラム缶に比べて格段に長く、１０年以上にわたることも珍しくない。

このようなステンレス鋼ドラム缶における上記口金フランジは、以下に説明するような形状を有し以下のような方法にて天板に溶接されている。
図７に示すように、口金フランジ１０は、上記プラグを螺合するネジ部１１と、ステンレス鋼板製の天板１に形成した上記円孔に差し込まれる差込部１２とを有するように、例えば特許文献１に開示される方法にて成形加工される。このような口金フランジ１０は、胴体に巻き締めされる前の天板１における上記円孔に差込部１２を差し込んだ後、図８に示すように、天板１の裏側に溶接トーチをあて差込部１２と天板１とを溶融させて溶接部２０を形成し、天板１の円孔に口金フランジ１０を溶接する。
特開平１０−１０９１３０号公報

上述したような口金フランジ１０及び溶接方法では以下に説明するような問題がある。即ち、天板１の裏側からの溶接方法では、溶接部２０は、差込部１２と天板１との一部分のみが溶融した状態となる。よって、微視的には図９に示すように、口金フランジ１０と天板１との間には、必ず、両者の非溶融部分である隙間２１が存在してしまう。上述したように、ステンレス鋼製ドラム缶は、使用年数が非常に長いことから、隙間２１が残ることで、例えば口金フランジ１０に応力が繰り返し作用したときには、隙間２１が引き金となり溶接部２０に割れ欠陥２２が発生する可能性が非常に高い。よって、溶接部２０の強度、特に耐疲労性が低下するという課題がある。

上記課題を解決するために、上記隙間２１を無くすように溶接部２０を広く取る方法が考えられる。溶接部２０を大きくするためには、溶接に要する入熱を大きくする必要があるが、入熱を大きくすることで、溶接部２０がネジ部１１までおよび、ネジ部１１の変形を招き上記プラグの取り付けが不可能となるという新たな問題が発生する。

又、上記特許文献１に開示される口金フランジの作製方法は、円板をプレス加工して口金フランジを作製する方法である。よって、差込部１２に対応する部分は、上記プレス加工により形成されることから、ネジ部１１の延長上に位置せざるを得ない。よって、上記特許文献１に開示される方法にて作製される口金フランジでは、上述のように溶接部２０がネジ部１１までおよび、ネジ部１１の変形を招き上記プラグの取り付けが不可能となるという問題を生じる。

又、溶接部２０の強度低下を防止するためには、図９に符号２３にて示すように、天板１の表側からも口金フランジ１０と天板とを溶接する方法が考えられる。しかしながら、図８に示すように、口金フランジ１０の凸部１３と、天板１との間隔２４は狭く、該間隔２４に溶接トーチを配置し、口金フランジ１０の全周にわたり溶接部２３を形成することは、作業性が非常に悪く、ひいては製造コストの上昇につながるという別の問題を生じさせる。

本発明は上述したような問題点を解決するためになされたもので、口金フランジと天板との溶接部の強度低下を防止し、かつ口金フランジへのプラグの取り付けに支障を生じず、溶接作業性も良い、金属容器用口金フランジ、及び該口金フランジを有するドラム缶を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における金属容器用口金フランジは、筒状の台座部の内周面にプラグを螺合するネジ部を有し、金属容器の天板に形成された開口に溶接される金属容器用口金フランジであって、
当該口金フランジの軸方向に沿って上記台座部より突出し、上記金属容器の外側となる上記天板の表側より上記開口に嵌合され、かつ上記天板の表側に裏波を形成する上記天板の裏側からの溶接により上記天板とともに溶融される嵌合部であり、嵌合部内面と、嵌合部外面と、嵌合部厚さとを有する嵌合部を備え、
上記嵌合部内面は、上記ネジ部の谷を形成する谷半径に対して遙かに大きい内面半径であって、当該嵌合部を上記台座部の上記外面に近接させて上記裏波を形成可能とする距離でかつ上記溶接による上記ネジ部の変形を防止する裏波形成変形防止距離を上記谷半径に加えた内面半径を有し、
上記嵌合部厚さは、上記台座部の上記外面に対して僅かに小さい寸法を有する上記嵌合部外面及び上記嵌合部内面にて形成される厚さであり、上記天板の裏側における溶接ビードを滑らかにしかつ上記裏波を形成させる厚さにてなり、
上記台座部の外面は、上記嵌合部外面に対して距離を介して形成され、上記距離は、上記天板の表側に上記裏波を形成させ該裏波と台座部外面とを融着可能とする長さである、
ことを特徴とする。

又、上記台座部は、当該台座部と上記嵌合部との境界近傍における当該台座部の外面に、上記裏波に応力集中形状の発生を防止する応力集中回避用部をさらに有することもできる。

又、上記応力集中回避用部は、上記外面と上記天板とを鋭角な角度にて交差させる断面を有するように構成することもできる。

又、本発明の第２態様におけるドラム缶は、上記第１態様における口金フランジと、
上記金属容器用口金フランジが溶接された天板と、
上記天板及び地板が巻き締められる胴体部と、
を備えたことを特徴とする。

上記第２態様において、上記天板には、上記天板に形成された開口を含む部分を当該ドラム缶の内側から外側に向かい突出させてなり、上記開口に溶接された上記口金フランジの溶接部に作用する応力を軽減する溶接保護部を形成することができる。

上記第１態様の金属容器用口金フランジ及び上記第２態様のドラム缶によれば、口金フランジにおける嵌合部は、上記嵌合部内面及び上記嵌合部厚さを有することから、天板の開口に差し込まれた嵌合部に対して天板の裏側からの溶接によって、天板の表側まで天板及び嵌合部を溶融することができ天板の表側には溶接の裏波を形成することができる。よって、口金フランジと天板との間に隙間は存在せず、上記隙間に起因して溶接部に割れ欠陥が生じることはない。したがって、溶接部の強度を維持することができる。又、嵌合部は、ネジ部に対して裏波形成変形防止距離にて離れていることから、溶接の熱によるネジ部の変形を防止でき、口金フランジへのプラグの取り付けに支障が生じることはない。さらに、裏波を形成可能であることから、スペース的に困難である天板の表側からの溶接を行う必要はなく、溶接作業性も良好である。

さらに、台座部の外面に応力集中回避用部を設けることで、上記裏波に応力集中形状の発生を防止できる。よって、さらに溶接部の強度を維持することができる。

本発明の実施形態である金属容器用口金フランジ、及び該口金フランジを有するドラム缶について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

又、以下に説明する実施形態では、口金フランジが取り付けられる金属容器としてドラム缶を例に採るが、ドラム缶に限定するものではなく、側面板に形成した開口に口金フランジが差し込まれて溶接されるような金属製の容器であればよい。又、上記ドラム缶は、ステンレス鋼製のものを例に採るが、これに限定するものではない。

図１は、上記実施形態における金属容器用口金フランジ１０１の一例を示している。該口金フランジ１０１は、ステンレス鋼の棒材を切削加工したり、あるいはステンレス鋼の鍛造又は鋳造さらにはその後の切削加工により製作され、製作後、図５に示すように、同じくステンレス鋼製の天板１の開口３に溶接される。本実施形態では、上記溶接は、ＴＩＧ、ＭＩＧ等のアーク溶接で溶着金属を用いて行うが、これに限定するものではなく、溶着金属を用いずに天板１及び口金フランジ１０１を溶融して行っても良い。口金フランジ１０１を溶接した天板１は、同様にステンレス鋼にて製作され、金属容器の一例であるドラム缶５の胴体部２に巻き締めされ、取り付けられる。

口金フランジ１０１について詳しく説明する。口金フランジ１０１は、大別して、筒状であって内周面にネジ部１１１を有する台座部１１０と、当該口金フランジ１０１の軸方向１０１ａに沿って台座部１１０より突出し台座部１１０と一体的に形成される嵌合部１２０とを備える。尚、ネジ部１１１には、不図示のプラグが螺合可能である。

嵌合部１２０は、ドラム缶５の外側となる天板１の表側１ａより開口３に嵌合され、さらに図２に示すように、天板１の表側１ａに裏波１５１を形成する天板１の裏側１ｂからの溶接によって、天板１とともに溶融される部分である。尚、図２に示す溶接部１５０は、溶接状態の一例を模式的に図示したものであり、溶接状態は図示するものに限定されない。但し、裏波１５１は必ず形成され、かつ溶接部１５０がネジ部１１１まで及ぶことはない。
このような嵌合部１２０は、嵌合部内面１２１と、嵌合部外面１２２と、嵌合部内面１２１及び嵌合部外面１２２にて形成される嵌合部厚さ１２３とを有する。

嵌合部内面１２１は、台座部１１０の上記ネジ部１１１の谷を形成する谷半径１１１ａに対して遙かに大きい嵌合部内面半径１２１ａにて形成される内周面である。上記嵌合部内面半径１２１ａは、谷半径１１１ａに裏波形成変形防止距離１２４を加えてなる半径である。上記裏波形成変形防止距離１２４は、嵌合部１２０を台座部１１０の外面１１２に近接させて、つまり嵌合部外面１２２と台座部外面１１２との距離１２５を極力小さくして、天板１の表側１ａに裏波１５１を形成可能としかつ溶接によるネジ部１１１の変形を防止する距離である。

裏波形成変形防止距離１２４を設けて上記距離１２５を極力小さくしたことは、天板１の裏側１ｂから溶接を行っても表側１ａに裏波１５１を形成可能とし、さらに該裏波１５１と台座部１１０の外面１１２とを融着可能とする。よって、天板１の裏側１ｂからの１回の溶接により、天板１と、口金フランジ１０１の台座部１１０及び嵌合部１２０との接触部分を完全に溶着させることができ、かつ溶接がネジ部１１１に悪影響を与えるのを防止することができる。

尚、距離１２５は、台座部１１０と嵌合部１２０との段差に相当する寸法であり、該段差は、嵌合部１２０を開口３に差し込むときに、台座部１１０を天板１に当接させて差し込み動作を停止させる作用をする。よって、距離１２５は、上記作用を果たす最小の寸法でよく、必要以上に大きくすることは裏波１５１の形成を困難とし好ましくない。

嵌合部外面１２２は、台座部外面１１２に対して僅かに小さい寸法を有する側面である。尚、本実施形態では、台座部外面１１２は円周面にて形成され、嵌合部外面１２２も円周面にて形成されるが、台座部外面１１２及び嵌合部外面１２２の形状は、円周面に限定されるものではなく、例えば多角形にてなる平面であってもよい。

嵌合部厚さ１２３は、天板１の裏側１ｂにおける溶接ビード１５２を凹凸の無い滑らかな状態とし、かつ溶接の入熱を良好にして裏波１５１の形成を可能にする厚さである。尚、出願人の検討によれば、嵌合部厚さ１２３が規定の厚さを超えるときには、材料を無駄に浪費するとともに、溶接ビード１５２に突起部が発生したり、良好な裏波１５１が形成できない等の支障が生じる。一方、嵌合部厚さ１２３が薄すぎても良好な溶接ビード１５２が形成されない等の支障が生じる。

一つの実施例として、嵌合部厚さ１２３は２．５ｍｍであり、裏波形成変形防止距離１２４は約１．５ｍｍであり、距離１２５は約１ｍｍである。

尚、仮に、円板をプレス加工して口金フランジを作製する場合、嵌合部１２０に対応する部分は、上記プレス加工により形成されることから、ネジ部１１１の延長上に位置せざるを得ない。よって、上記プレス加工では、本実施形態における上述の嵌合部１２０のように、嵌合部１２０をネジ部１１１から離して裏波形成変形防止距離１２４及び嵌合部厚さ１２３を調整して、口金フランジ１０１を作製することはできない。

さらに本実施形態では、台座部１１０の外面１１２の全周囲に応力集中回避用部１１３を形成している。応力集中回避用部１１３は、台座部１１０と嵌合部１２０との境界１１４の近傍にて外面１１２に形成され、裏波１５１に応力集中形状の発生を防止する機能を有する。上記応力集中形状とは、例えばアンダーカットのような凹形状であり、その部分に応力が集中してしまうような形状が該当する。

このような応力集中回避用部１１３は、天板１に対して、台座部１１０の外面１１２又は外面１１２の延長線を９０度未満の鋭角な角度にて交差させるための部分であり、例えばくさび形の断面にてなる部分である。ここでくさび形の先端は、台座部１１０の外側を向いている。本実施形態では、一例として、上記境界１１４の近傍に、半円形にてなる凹部１１３ａを外面１１２に形成することで、くさび形の断面にてなる応力集中回避用部１１３を形成している。尚、上記近傍とは、図１に示すように、応力集中回避用部１１３の端部と天板１とが近接している状態であり、又、裏波１５１に応力集中形状を発生させることなく裏波１５１を滑らかに形成させるような位置関係を意味する。例えば図１に示す、上記端部と天板１との間の距離１１５は、本実施形態の一例として、約０．５〜約１ｍｍとしている。又、距離１１５は、０ｍｍでも良い。

上述のように応力集中回避用部１１３は、例えばくさび形の断面にてなり、台座部１１０の外面１１２又は外面１１２の延長線は９０度未満の鋭角な角度にて天板１と交差することから、裏波１５１は、応力集中回避用部１１３を介して台座部１１０の外面１１２と滑らかにつながることができる。よって、裏波１５１部分に、例えば凹形状の上記応力集中形状が発生するのを防止することができる。したがって、応力集中回避用部１１３は、溶接部１５０における割れ欠陥等の発生を防止することができ、溶接部１５０の強度を維持することができる。

尚、応力集中回避用部１１３は、図１に示すような半円形状の凹部１１３ａによって形成されることに限定されない。例えば図３に示すように、上記境界１１４の近傍に形成した傾斜部１１３ｂによっても形成することができる。又、凹部１１３ａ及び傾斜部１１３ｂは、ともに円弧面を有するが、応力集中回避用部１１３の表面を円弧面に限定するものではなく、上述のように応力集中回避用部１１３を形成する表面又はその延長線が９０度未満の鋭角な角度にて天板１と交差するような面であればよい。

一方、上述の効果を奏することから応力集中回避用部１１３を設けるのが好ましいが、溶接条件の調整等により裏波１５１の形成及び状態を良好にすることで、上記応力集中形状の発生を防止することは可能である。したがって、台座部１１０への応力集中回避用部１１３の形成は任意である。よって、図４に示すように、台座部１１０に応力集中回避用部１１３を形成しなくてもよい。

上述したように、本実施形態の口金フランジ１０１によれば、天板１の開口３に差し込まれた嵌合部１２０に対して天板１の裏側１ｂからの溶接によって、天板１の表側１ａまで天板１及び嵌合部１２０を溶融することができ天板１の表側１ａには溶接の裏波１５１を形成することができる。よって、溶接後において、口金フランジ１０１と天板１との間に隙間は存在せず、該隙間に起因して溶接部１５０に割れ欠陥が生じることはない。したがって、溶接部１５０の強度を維持することができる。

口金フランジ１０１が溶接される開口３の周りの天板１は、通常、平坦な状態のままであり、該状態において、溶接された口金フランジ１０１に局所的に荷重が繰り返し作用したときであっても、上述のような強固な溶接状態により、溶接部１５０の強度維持は確保される。
一方、さらに、溶接部１５０の強度維持を向上させるため、図６に示すように、天板１の開口３の周りには、溶接保護部１６０を形成することもできる。溶接保護部１６０は、例えばプレス加工により、天板１の開口３の周りをドラム缶５の内側から外側に向けて突出させた部分であり、屈曲部１６１を有する。尚、図６において屈曲部１６１は、直角に折り曲げられているが、折り曲げ角度は、直角に限定するものではない。このような溶接保護部１６０を設けることで、溶接された口金フランジ１０１に対して局所的に荷重が作用したときには、溶接保護部１６０、特に屈曲部１６１は、その力を緩衝するように機能する。具体的には溶接保護部１６０、特に屈曲部１６１は、弾性部材のように弾性変形可能であり、上記荷重による応力が直接に口金フランジ１０１のみに作用するのを防止することができる。したがって、溶接部１５０に作用する応力は軽減される。このように、溶接保護部１６０は、口金フランジ１０１と天板１との溶接部１５０の強度低下を防止する。

尚、溶接保護部１６０は、天板１の開口３の周りをドラム缶５の外側から内側に向けて凹ませて形成してもよいが、凹んだ部分に塵埃や液体等が貯留する可能性があること、ドラム缶の内容物の排出時に、ドラム缶内に内容物が残留してしまう可能性があること等の理由から、上述のようにドラム缶５の内側から外側に向けて突出させて形成するのが好ましい。

本発明は、例えばドラム缶のような金属容器の天板に設けられる口金フランジ、及び該口金フランジを有するドラム缶に適用可能である。

本発明の実施形態である口金フランジの断面図である。 図１に示す口金フランジを天板に溶接した状態における口金フランジ部分の断面図である。 図１に示す口金フランジの変形例を示す図である。 図１に示す口金フランジの別の変形例を示す図である。 図１に示す口金フランジが設けられるドラム缶を示す斜視図である。 図１に示す口金フランジが設けられる天板における溶接保護部を示す図である。 従来の口金フランジを示す断面図である。 図７に示す従来の口金フランジを天板に溶接した状態における口金フランジ部分の断面図である。 従来の口金フランジにおける問題点を説明するための図である。

符号の説明

１…天板、１ａ…表側、１ｂ…裏側、２…胴体部、３…開口、５…ドラム缶、
１０１…口金フランジ、１０１ａ…軸方向、１１０…台座部、１１１…ネジ部、
１１１ａ…谷半径、１１２…外面、１１３…応力集中回避用部、１１４…境界、
１２０…嵌合部、１２１…嵌合部内面、１２２…嵌合部外面、１２３…嵌合部厚さ、
１２４…裏波形成変形防止距離、１５１…裏波。

Claims (6)

1. 筒状の台座部（１１０）の内周面にプラグを螺合するネジ部（１１１）を有し、金属容器（５）の天板（１）に形成された開口（３）に溶接される金属容器用口金フランジであって、
   当該口金フランジの軸方向（１０１ａ）に沿って上記台座部より突出し、上記金属容器の外側となる上記天板の表側（１ａ）より上記開口に嵌合され、かつ上記天板の表側に裏波（１５１）を形成する上記天板の裏側（１ｂ）からの溶接により上記天板とともに溶融される嵌合部であり、嵌合部内面（１２１）と、嵌合部外面（１２２）と、嵌合部厚さ（１２３）とを有する嵌合部（１２０）を備え、
   上記嵌合部内面は、上記ネジ部の谷を形成する谷半径（１１１ａ）に対して遙かに大きい内面半径であって、当該嵌合部を上記台座部の上記外面に近接させて上記裏波を形成可能とする距離でかつ上記溶接による上記ネジ部の変形を防止する裏波形成変形防止距離（１２４）を上記谷半径に加えた内面半径を有し、
   上記嵌合部厚さは、上記台座部の上記外面に対して僅かに小さい寸法を有する上記嵌合部外面及び上記嵌合部内面にて形成される厚さであり、上記天板の裏側における溶接ビードを滑らかにしかつ上記裏波を形成させる厚さにてなり、
   上記台座部の外面（１１２）は、上記嵌合部外面に対して距離（１２５）を介して形成され、上記距離は、上記天板の表側に上記裏波を形成させ該裏波と台座部外面とを融着可能とする長さである、
   ことを特徴とする金属容器用口金フランジ。
2. 上記台座部は、当該台座部と上記嵌合部との境界（１１４）近傍における当該台座部の外面（１１２）に、上記裏波に応力集中形状の発生を防止する応力集中回避用部（１１３）をさらに有する、請求項１記載の金属容器用口金フランジ。
3. 上記応力集中回避用部は、上記外面と上記天板とを鋭角な角度にて交差させる断面を有する、請求項２記載の金属容器用口金フランジ。
4. 上記金属容器はドラム缶であり、上記天板及び当該口金フランジはステンレス鋼製である、請求項１から３のいずれかに記載の金属容器用口金フランジ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の金属容器用口金フランジ（１０１）と、
   上記金属容器用口金フランジが溶接された天板（１）と、
   上記天板及び地板が巻き締められる胴体部（２）と、
   を備えたことを特徴とするドラム缶。
6. 上記天板には、上記天板に形成された開口（３）を含む部分を当該ドラム缶の内側から外側に向かい突出させてなり、上記開口に溶接された上記口金フランジの溶接部（１５０）に作用する応力を軽減する溶接保護部（１６０）を形成した、請求項５記載のドラム缶。

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