JP6376899B2 - 金属缶 - Google Patents

Description

この発明は、少なくとも胴部を金属製とした缶容器に関し、特に胴部を変形させる加工を施した金属缶に関するものである。

資源の有効利用や低コスト化などの要求で、金属缶を薄肉化することが求められている。特許文献１ないし３には胴部を薄肉化した缶容器が記載されている。これらの特許文献１ないし３に記載された金属缶は、ボトル型缶と称されるツーピース缶であって、絞り・しごき加工によって、口頸部を一体化した円筒状の胴部を形成し、その胴部の内部に開口している底部側から挿入した分割型（内金型）と胴部の外部に配置された外金型とによって型押し成形することで、胴部を内側に押圧して窪ませた構造になっている。このボトル型缶の胴部は、外金型によって内側に窪ませた部分がパネル壁部となっており、外金型によって成形されていない部分が連結部となっている。そのパネル壁部は、外金型によって内側に押圧されて形成されているから、連結部同士を結んだ平面（仮想面）よりも内側に窪んでいる。そしてそのボトル型缶が外圧を受けた場合、パネル壁部が内側に幾分変形することにより外圧を吸収し、胴部の一部が内側に変形してしまういわゆるパネリングが防止される、とされている。

特開２００３−２９１９６７号公報 特開２００３−３１２６６０号公報 特開２００４−５０２７０号公報

上記の各特許文献に記載されている缶胴は、絞り・しごき加工によって形成されたいわゆるツーピース缶の缶胴であり、トリミングされる以前では閉じている口頸部につながる上側の肩部は、滑らかな凸曲面に形成され、その肩部から下側につながっている胴部が円筒状をなし、その胴部の下側の部分は、缶蓋（底蓋）を巻き締めるように絞られてネック部となっている。上記のパネル壁部は、胴部の長さ方向のほぼ全長に亘って形成されている。すなわち、パネル壁部の上端部は、滑らかな凸曲面をなす肩部の下端とほぼ一致し、またパネル壁部の下端部は、ネック部にまで及んでいる。したがって、パネル壁部の上端部と下端部とでは、それぞれに隣接する部分の形状による強度が異なっている。すなわち、パネル壁部の上端部は、凸曲面の部分に連続しているのに対してパネル壁部の下端部は、胴部に屈曲部分を介してつながり、かつ絞られている部分に連続している。そのため、パネル壁部の上端側の部分と下端側の部分との外圧に対する強度が異なっている。これが要因となって、缶容器全体としての強度がパネル壁部の上下両端部のうち強度の低い部分の強度で制約されてしまう。言い換えれば、パネル壁部が外圧を受けて変形し、圧力を吸収するとしても、パネル壁部の変形がその上下いずれかの低強度の部分に及んでしまう可能性がある。

また、パネル壁部はその両側の連結部同士を結んだ平面（仮想面）よりも内側に窪むように押圧加工を受けている。このような加工によりパネル壁部には残留応力が発生して加工硬化しているから、外圧を受けた場合にパネル壁部が変形しにくく、上端部側もしくは下端部側でパネル壁部以外の部分が変形してしまう可能性がある。

さらに、複数形成されている総てのパネル壁部の変形量あるいは残留応力を均等にすることは難しい。そのため外圧を受けた場合に各パネル壁部の変形量もしくは形状が異なってしまい、缶容器としての外観がいびつになって商品として不適格になる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、外圧による変形が均等に生じてその変形が缶容器としての形状の異常になりにくい金属缶を提供することを目的とするものである。

この発明は上記の目的を達成するために、金属素材によって筒状に形成された胴部を有する金属缶において、前記胴部の軸線方向での両端部側に半径方向で外側に膨出させた環状部が形成され、前記胴部の円周方向に等間隔をあけた複数箇所で前記環状部の間に前記胴部の軸線方向に沿いかつ前記胴部の半径方向で外側に膨出させた柱状部が形成され、それらの柱状部の間の部分が前記胴部の円周方向で前記柱状部を結んだ平坦面形状のパネル部となっており、前記環状部の外周面の輪郭である円と、前記各柱状部の最外周部を結んだ仮想円との半径が等しくなるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明においては、前記柱状部の前記軸線方向に対して垂直な方向での断面形状は前記胴部の外側に向けた凸円弧状とすることができる。

その場合、前記パネル部は、前記凸円弧状の柱状部との境界位置における前記凸円弧の接線に沿った平面形状とすることができる。

この発明に係る金属缶のパネル部は、それぞれエキスパンド加工などによって膨出させられた上下の環状部および左右の柱状部によって囲まれている。また、パネル部は、平坦面形状であって、環状部や柱状部を膨出させることに伴う面方向の張力を受けるもののエキスパンド加工などによる積極的な変形荷重を受けない。したがって、外圧を受けた場合、パネル部が柱状部などの他の部分に比較して容易に変形し、外圧を吸収する。そして、そのパネル部は、柱状部が円周方向に等間隔に形成されていることにより、柱状部と同様に円周方向に等間隔に形成されているから、パネル部の外圧による変形が円周方向で均等に生じ、金属缶の全体として異常変形にならない。しかも、パネル部の周囲は、ほぼ同等にエキスパンド加工などの膨出加工を受けて形状や強度がパネル部の周囲で等しくなっている。そのため、パネル部が外圧によって変形するとしても、局部的な変形とならずにパネル部全体が元の形状もしくは外観をほぼ維持したままとなる。この点においてもいわゆる異常変形が生じることを抑制でき、ひいては実質的な強度を向上させることができる。

そして、前記環状部の外周面の輪郭である円と、前記各柱状部の最外周部を結んだ仮想円との半径が等しくなるように構成されていれば、金属缶同士を接触させた場合、パネル部と柱状部との境界部分の段差部あるいはコーナ部が相手の金属缶に引っ掛かることが回避もしくは抑制され、金属缶の搬送性が良好になる。

この発明に係る金属缶における缶胴の形状を示す正面図である。 エキスパンド加工に使用する分割型のセグメントの形状を示す断面図である。 分割型を構成するセグメントの例を示す正面図である。 パネル部が変形してない状態と加圧されてパネル部が変形した状態とにおける缶胴の輪郭形状を示す模式図である。

この発明に係る缶は、要は、胴部が金属素材によって形成された缶容器であり、缶胴の上下両端部のそれぞれに蓋が巻き締められるいわゆる３ピース缶である。特に、レトルト処理などによって外圧が加わることのある缶である。その缶胴は金属板を円筒形状に成形するとともに、互いに突き合わせた端部同士を溶接して製造される。缶胴を構成する金属素材（金属板）は溶融亜鉛メッキ鋼板、ティンフリースチール、ブリキ、クロムメッキ鋼板、アルミメッキ鋼板、ニッケルメッキ鋼板、ターンメッキ鋼板、その他の各種合金メッキ鋼板などの表面処理鋼板などの薄板鋼板であって、厚さが例えば０．１５ｍｍ以下の極薄板である。このような極薄板を使用することに伴う異常変形を抑制もしくは回避するために、外圧による変形を許容するパネル部を、缶胴にエキスパンド加工を施すことに伴って形成してある。その形状の一例を図１に示してある。

ここに示す缶胴１は、全体として筒状に形成され、その上端部および下端部は図示しない蓋を巻き締めるためのネック部２Ａ，２Ｂとされている。このネック部２Ａ，２Ｂは、後述するエキスパンド加工によって径が増大させられてもよいが、前述した金属板を円筒状に成形した際の径のままであってもよく、あるいは絞り加工によって縮径されていてもよい。

ネック部２Ａ，２Ｂに対して缶胴１の軸線方向での中心側に隣接して環状部３Ａ，３Ｂが形成されている。この環状部３Ａ，３Ｂは、缶胴１の一部をエキスパンド加工によってその半径方向で外側に膨出させた部分であり、その膨出量は、半径基準で１．１ｍｍ〜１．３ｍｍ程度もしくは缶胴１の元半径（エキスパンド加工を施す前の半径）の４％〜６％程度である。また、環状部３Ａ，３Ｂの軸線方向の寸法（幅）は、５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

各環状部３Ａ，３Ｂの間に柱状部４およびパネル部５が形成されている。柱状部４は、缶胴１における前記環状部３Ａ，３Ｂの間の部分をエキスパンド加工により、缶胴１の軸線方向に沿って帯状（もしくは線状）に膨出させた部分であり、缶胴１の円周方向に一定の間隔をあけて複数、形成されている。この柱状部４は、上記の環状部３Ａ，３Ｂを形成する際に同時に形成することができ、したがって柱状部４の膨出量は環状部３Ａ，３Ｂの膨出量と同程度であり、環状部３Ａ，３Ｂの表面と柱状部４の表面とは滑らかに連続し、あるいは面一になっている。すなわち、環状部３Ａ，３Ｂの外周面の輪郭である円と、柱状部４の最外周部を結んだ仮想円との半径が同じになっている。

また、柱状部４は、４本ないし８本程度が好適である。さらに、柱状部４の幅は、缶胴１の外径および柱状部４の本数に応じて適宜に決めることができ、例えば３ｍｍ〜１０ｍｍ程度が好適である。

パネル部５は、上記の柱状部４の間の部分であって、柱状部４と同数形成されている。したがってパネル部５は、上下の環状部３Ａ，３Ｂと柱状部４とによって囲まれており、図に示す具体例では、ほぼ長方形状をなしている。このパネル部５は上記の環状部３Ａ，３Ｂおよび柱状部４を形成することに伴って形成される部分であり、より具体的には、缶胴１にエキスパンド加工を施すことによりその面に沿う方向に張力を受けて平坦形状に成形された部分である。したがって、パネル部５の表面は、缶胴１の円周方向において、隣接する柱状部４を結んだ直線に沿う平面形状になっている。上記の環状部３Ａ，３Ｂや柱状部４がエキスパンド加工を受けて残留応力や加工硬化が大きくなっているのに対して、パネル部５は引っ張りを受けている程度でそれ以上の変形荷重を受けていないので、残留応力や加工硬化は上記の環状部３Ａ，３Ｂや柱状部４よりも小さくなっている。言い換えれば、パネル部５は環状部３Ａ，３Ｂや柱状部４よりも低硬度（低剛性）である。

なお、柱状部４とパネル部５との境界部分に過度なエッジが生じることを避けるために、柱状部４の断面形状（缶胴１の軸線方向に対して垂直な平面で切断した場合の断面形状）は、缶胴１の半径方向で外側に凸となった凸円弧状であることが好ましい。そして、パネル部５は、柱状部４との境界における前記凸円弧の接線に沿う平面であることが好ましい。このようなエッジが生じない形状とするのは、過度な加工歪みが生じたり、応力集中が生じたりしないようにするためであり、このような配慮に基づく形状は、他の部分にも採用されている。例えばパネル部５の四つのコーナ部Ｒ１は、角が生じないように円弧状に形成されている。また、パネル部５と上下の環状部３Ａ，３Ｂとをつないでいる部分Ｒ２は、缶胴１の内側に窪んだ円弧状の曲面に形成されている。

ここでエキスパンド加工について説明すると、缶胴１を上述した形状に成形するエキスパンド加工は、半径方向に前後動する複数のセグメントを備えた分割型を、円筒状の缶胴用粗形材の内部に挿入し、それらのセグメントを半径方向で外側に押し開かせて行う。缶胴用粗形材は、円周方向に引っ張られて拡径する。その場合、セグメントによって押圧されている部分は、セグメントの表面形状に倣った形状に成形される。また、セグメント同士は円周方向に離隔するので、セグメントに接触していない部分は、円周方向に引っ張られて平坦面形状に成形される。

図２はそのセグメント１０の一例を示す断面図であり、（Ａ）は前述したパネル部５に対応する部分の断面形状を示し、（Ｂ）は柱状部４に対応する部分の断面形状を示している。（Ａ）に示す部分では、前述した環状部３Ａ，３Ｂの断面形状に同形状の凸部１１Ａ，１１Ｂが上下の二箇所に設けられている。これら凸部１１Ａ，１１Ｂの間の部分が窪んでおり、パネル部相当部１２となっている。このパネル部相当部１２は、セグメント１０が半径方向で外側に移動してエキスパンド加工を行う際に缶胴用粗形材もしくは缶胴１の内面に接触しない程度、もしくは接触しても缶胴１に荷重をかけない程度に窪んでいる。これに対して（Ｂ）に示す部分では、上記の上下の凸部１１Ａ，１１Ｂの間の部分がこれら凸部１１Ａ，１１Ｂを結んだ状態に突出していて柱状部相当部１３となっている。したがって、この柱状部相当部１３の長さは、成形するべき柱状部４の長さと上下の環状部３Ａ，３Ｂの幅（軸線方向での長さ）を加算した長さになっている。なお、セグメント１０の上下両端部は、前述したネック部２Ａ，２Ｂに対応する部分であって、前記凸部１１Ａ，１１Ｂよりも後退した面を形成している。

なお、缶胴１の内部に挿入する分割型の構成として、以下の二種類が可能である。図３の（Ａ）に示す例は、主としてパネル部５およびその上下の環状部３Ａ，３Ｂの一部を成形するための第１セグメント１０Ａと、主として柱状部４およびその上下の環状部３Ａ，３Ｂの一部を成形する第２セグメント１０Ｂとを使用する分割型である。このような構成では、各セグメント１０Ａ，１０Ｂの分割面の位置がパネル部５の四つの角に連続した位置になる。そのため、エキスパンド加工した場合の環状部３Ａ，３Ｂのうちパネル部５の角部に連続した部分に、上記の分割面によるわずかな相対的な凹部もしくは平坦部が生じる。

（Ｂ）に示す例は、パネル部５の幅方向での左半分とこれに連続する柱状部４の右半分、ならびにこれらに連続する上下の環状部３Ａ，３Ｂの一部を成形するための第４セグメント１０Ｃと、パネル部５の幅方向での右半分とこれに連続する柱状部４の左半分、ならびにこれらに連続する上下の環状部３Ａ，３Ｂの一部を成形するための第５セグメント１０Ｄとを使用する分割型である。このような構成では、各セグメント１０Ｃ，１０Ｄの分割面の位置がパネル部５の幅方向での中央部になる。そのため、エキスパンド加工した場合の上記の分割面によるわずかな相対的な凹部もしくは平坦部は、パネル部５の幅方向での中央部かつその上下のそれぞれ一箇所にとどまる。

上述した缶胴１は上下の開口端部に蓋（図示せず）が巻き締められて金属缶とされる。充填される内容物によっては内圧が外気より低圧の負圧になり、またレトルト処理される場合には外部から加圧されることがある。このようにして外圧が掛かった場合、前述したパネル部５の強度がその周囲の環状部３Ａ，３Ｂや柱状部４の強度より小さいから、パネル部５が環状部３Ａ，３Ｂや柱状部４に優先して、缶胴１の内部に向けて変形する。図４に内容物充填前で外圧の掛かっていない変形前の缶胴１の輪郭形状Ｓ１と、高温の内容物が充填され、蓋を巻き締めして密封した後、内圧が負圧（陰圧）になった場合の缶胴１の輪郭形状Ｓ２と、密封後の金属缶をレトルト処理した後加圧冷却することで変形した場合の缶胴１の輪郭形状Ｓ３とを示してある。内圧が低くなって実質的に加圧した状態になったり、レトルト処理時に積極的に加圧したりした場合、パネル部５は缶胴１の内側に窪むように変形し、柱状部４や環状部３Ａ，３Ｂは加工硬化などによって強度もしくは剛性が高くなっているから殆ど変形しない。そして、パネル部５は、柱状部４の最外周端を結んだ仮想円に対して内側に窪んだ形状になっている。そのため、外圧を受けてパネル部５が変形したとしても、その変形はパネル部５のいわゆる窪み量がわずかに増大する程度の変形になるから、缶胴１もしくは金属缶の全体としての形状（外形形状）の異常と認識される変形にならない。特に、柱状部４は、軸線方向に対して垂直な方向での断面形状が缶胴１の外側に向けた凸円弧状となるように構成することにより、缶胴１に加えられる外圧に対する柱状部４の強度もしくは剛性をさらに高めることができる。

また、この発明に係る上記の缶胴１を有する金属缶であれば、外圧を受けて最初に変形するパネル部５の周囲の全体が、共にエキスパンド加工を受けて同等に加工硬化しており、しかもパネル部５に対する相対的な凸形状になっている。そのため、パネル部５の周囲には強度もしくは剛性が局部的に変化している箇所がないので、パネル部５の一部が極端に変形するなど、金属缶の外観を損なう異常な変形が生じない。さらに、複数形成されている各パネル部５の形状や強度もしくは剛性が同じになっているから、外圧を受けた場合に、各パネル部５がほぼ均等に変形し、金属缶の外観の異常の要因となる変形が回避もしくは抑制される。そして、各パネル部５が外圧を受けて窪むように変形するので、金属缶の内容積の減少に伴って内圧が高くなる。すなわち、外圧に対抗する圧力上昇が生じるので、変形荷重が相対的に低下し、金属缶の見かけ上の強度を増大させることができる。なお、この発明に係る金属缶では、上記のパネル部５が平坦面形状でその厚さ方向に変形しやすいので、内容物を充填した状態で内圧が低くなる陰圧缶として構成した場合、缶を開けて内圧が高くなるとパネル部５が元の形状に膨らむ。そのようなパネル部５の膨らみが需用者の手に伝わるので、需用者の新たな興味を惹起できる可能性がある。

前述したようにこの発明に係る缶胴１は、柱状部４が缶胴１の円周方向に等間隔に形成されているとしても、それらの柱状部４の膨出量を環状部３Ａ，３Ｂの膨出量と同じにすることができる。言い換えれば、各柱状部４の最外周端を結んだ円が、環状部３Ａ，３Ｂの外周形状である円と同じになるように構成することができる。このような構成とすれば、金属缶を起立させた状態で互いに接触させた場合、金属缶同士は環状部３Ａ，３Ｂの外周面あるいは柱状部４の先端面（外周端部）で互いに接触する。すなわち、柱状部４とパネル部５との境界部分におけるいわゆる段差部もしくはコーナ部が、相手の金属缶における柱状部４とパネル部５との境界部分におけるいわゆる段差部もしくはコーナ部に引っ掛かることが回避される。そのため、この発明に係る金属缶もしくはその中間製品であれば、多数個を起立状態で互いに接触させつつ搬送する場合に転倒や滞留などの搬送異常が生じにくく、搬送性を良好に維持することができる。

１…缶胴、 ２Ａ，２Ｂ…ネック部、 ３Ａ，３Ｂ…環状部、 ４…柱状部、 ５…パネル部、 １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…セグメント、 １１Ａ，１１Ｂ…凸部、 １２…パネル部相当部、 １３…柱状部相当部、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…輪郭形状。

Claims (3)

1. 金属素材によって筒状に形成された胴部を有する金属缶において、
   前記胴部の軸線方向での両端部側に半径方向で外側に膨出させた環状部が形成され、
   前記胴部の円周方向に等間隔をあけた複数箇所で前記環状部の間に前記胴部の軸線方向に沿いかつ前記胴部の半径方向で外側に膨出させた柱状部が形成され、
   それらの柱状部の間の部分が前記胴部の円周方向で前記柱状部を結んだ平坦面形状のパネル部となっており、
   前記環状部の外周面の輪郭である円と、前記各柱状部の最外周部を結んだ仮想円との半径が等しくなるように構成されている
   ことを特徴とする金属缶。
2. 前記柱状部の前記軸線方向に対して垂直な方向での断面形状が、前記胴部の外側に向けた凸円弧状となっていることを特徴とする請求項１に記載の金属缶。
3. 前記パネル部は、前記凸円弧状の柱状部との境界位置における前記凸円弧の接線に沿った平面形状とされていることを特徴する請求項２に記載の金属缶。

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