JP6998142B2 - ビード付き３ピース缶 - Google Patents

Description

本発明は、極薄の表面処理鋼板からなる缶胴を有する３ピース缶に関し、特に、缶胴に対して円周方向に環状にビードを設けたビード付き３ピース缶に関する。

従来、３ピース缶は、極薄の表面処理鋼板を円筒状に丸めてその両側端部を抵抗シーム溶接法により側面継目部として接合した缶胴と、底蓋と、タブが取り付けられた上蓋とを備えている（例えば、特許文献１参照）。この種の３ピース缶は、熱間充填密閉もしくは真空充填密閉などによりレトルト処理が施された負圧缶として使用されるものが多い。

近年、３ピース缶では、製缶コストを低減するために、缶胴材料となる表面処理鋼板の板厚を薄くすることが求められている。例えば、特許文献１に記載の３ピース缶は、板厚が０．１２～０．１６ｍｍの表面処理鋼板から形成され、側面継目部が抵抗シーム溶接法により接合されている極薄溶接缶胴を使用している。しかし、缶胴を薄肉化するとその剛性が低下するので、負圧缶として使用する場合には、缶胴が内方に窪む、いわゆるパネリングと称される変形が生じ易い。そこで、例えば特許文献１の缶胴には、多数のビードを環状に形成して、高いパネリング強度（軸方向に対して直交する方向の強度）を確保している。複数のビードは、マルチビードと称されており、缶の高さ方向に沿って切断した縦断面形状が凸部と凹部とを交互に配列した形状になっている。凸部は、外方に向けて突出する頂部を有する。凹部は、内方に向けて凹んだ底部を有する。複数のビードは、頂部から底部までの深さが０．１～１．０ｍｍで、かつ缶の高さ方向における凸部同士の間隔または凹部同士の間隔に相当するピッチが２～１０ｍｍで形成されている。

ところで、３ピース缶は、頂部の外径を、缶胴の外周部におけるビードが形成されていない非形成部の外径と同じかこれよりも小さな径で形成することが望ましい。というのは、凸部の頂部が非形成部よりも外方に突出すると、製造工程や輸送工程などにおいて３ピース缶を搬送する際に、缶同士がその頂部で接触または当接する。頂部で缶同士が接触した場合の接触面は小さいため、単位面積当たりの接触圧は大きくなる。このため、頂部同士が接触または衝突すると、缶胴の外面に施されている印刷された印刷面に傷を付けたり、印刷面の剥離を生じさせてしまうおそれがある。

また、ビードは、成形後に凸部の頂部が非形成部の外径を超えて突出する変形（バックリング）が生じ易い。例えばビードは、円筒状のガイド板の内周に形成された雄型と、中子になる円筒体の外周に設けられた雌型とで缶胴を挟み込み、缶胴を円筒体によって内側からガイド板に向けて押圧しながら、円筒体とガイド板とを相反する方向にそれぞれ回転させることで成形される。この種の成形によれば、成形中の凹部には、缶胴の周方向に圧縮応力が、かつ缶の高さ方向に引っ張り応力が加わる。このため、凹部に隣接する凸部には、成形後に缶の高さ方向に対して直交する缶の径方向の外方に向けて残留応力が生じて外方に突出し易い。

缶同士の接触や当接により前述した印刷面に付く傷を防止することができる負内圧缶が知られている（例えば、特許文献２参照）。この種の負内圧缶は、凸部を形成しない未加工胴壁部（略平坦部）と凹部とを缶の高さ方向に交互に配列したビードが設けられている。これにより、凹部の形成後におけるバックリングに対して未加工胴壁部の剛性が勝るため、ビードの最大外径は、ビードを形成していない非形成部の外径を超えることのない外径に維持される。

特許第３６６５９８６号公報 実開昭５６－１２５８２８号公報

特許文献１に記載の３ピース缶は、缶胴の板厚を薄くしても、マルチビードを設けているのでパネリング強度を所定の強度に維持できるが、缶の高さ方向にかかる軸圧縮荷重に対する座屈強度が低下してしまう。また、特許文献２に記載の負内圧缶では、未加工胴壁部が存在するため、ビードの最外径が非形成部の外径を超えることがないとしても、パネリング強度が低下し、あるいは必ずしも十分ではなくなるおそれがある。

本発明は上記の事情を背景としてなされたものであって、ビードの最外径が非形成部の外径を超えず、かつ座屈強度とパネリング強度とを共に十分な強度に確保することができるビード付き３ピース缶を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、板厚が０．１２～０．１６ｍｍの表面処理鋼板により筒状に形成された缶胴と、前記缶胴の外周面に、前記缶胴の径方向の外側に突出した凸部と前記径方向の内側に窪んだ凹部とを前記缶胴の高さ方向に沿って交互に配列して形成されたビードとを備え、前記ビードが、前記缶胴の周方向に沿って設けられており、かつ前記凸部の頂部から前記凹部の底部までの深さが０．３～０．６ｍｍで、かつ前記高さ方向における前記凸部同士の間隔または前記凹部同士の間隔に相当するピッチが４～８ｍｍで形成されているビード付き３ピース缶において、前記凸部は、前記頂部での外径が前記ビードを形成していない前記缶胴の外径と同じ径、またはそれよりも小さい径になるように形成され、かつ前記缶胴の縦断面において一つの曲率半径の曲線、または複数の曲率半径を組み合わせた曲線で形成されており、前記凹部を構成する曲線は、前記缶胴の縦断面において前記凸部を構成する曲線のうちの前記頂部の曲率半径よりも小さい曲率半径で形成されており、前記凸部と前記凹部とは、前記凸部の両端を構成する曲線の前記曲率半径と前記凹部を構成する曲線の前記曲率半径とを、所定の長さを有する共通の接線で繋いだ縦断面形状をなし、前記深さ方向での中央部で前記高さ方向に測った前記凸部の長さを前記凹部の長さで割った比率が１．２～１．８であり、前記ビードは、２ピッチ以上で形成されていることを特徴とするものである。

本発明においては、前記凸部および前記凹部を構成する曲線の曲率半径は、１～９ｍｍの範囲であってよい。

本発明によれば、凹部は、凸部を構成する曲線の曲率半径よりも小さい曲率半径で形成されている。このため、凸部の断面積は、凹部の断面積よりも大きくなる。それにより、凸部には、凹部よりも高い剛性を確保することができる。これにより、ビード成形後に生じるバックリングによっても凸部の最外径は、非形成部の外径を超えることを防止することができる。したがって、搬送時に缶同士が点または線などの極小面積の部分で当接することを防止して缶胴の印刷面の傷つきを防止することができる。

また、凸部と凹部とを、凸部の両端を構成する曲線と凹部を構成する曲線とを接線または接点で繋いだ断面形状とし、また、凸部の先端の曲線が一つの曲率半径で、または複数の曲率半径を組み合わせて形成されており、さらに、凸部同士の間隔または凹部同士の間隔に相当するピッチが２ピッチ以上で形成されている。このため、この発明によれば、凸部の剛性を凹部の剛性よりも大きくすることができるため、成形後に生じるバックリングを小さくすることができるとともに、パネリング強度および座屈強度の両方を所定の強度にそれぞれ維持することができる。

また、本発明によれば、缶胴の薄肉化によってパネリング強度の不足をビードで補償する際に、２ピッチ以上のビードにおいて、深さ方向での中央部で高さ方向に測った凸部の長さと凹部の長さとの比率を１．２～１．８に規定したから、凸部の剛性を凹部の剛性よりも大きくすることができる。したがって、凸部の頂部での外径がビードを形成していない缶胴の外径と同じ径、またはそれよりも小さい径になるように形成することができる。

さらに、本発明によれば、凸部および凹部を構成する曲線の曲率半径を１～９ｍｍの範囲に規定している。このため、本発明によれば、下限値を１ｍｍにしたから曲線の丸みが小さすぎて凹部に割れなどが生じることを防止することができる。また、上限値を９ｍｍにしたことにより、バックリングを考慮してビードの深さを深く調整しても凸部と凹部との間の接線の角度が急激に変化することを防止することができる。このため、ビードの深さを容易に調整することができる。さらにパネリング強度および座屈強度の両方を所定の強度に維持することができる。

本発明の３ピース缶の一例を示す正面図である。 ビードの要部を示す縦断面図である。 図２に示したビードを缶胴に成形する金型の一例を示す縦断面図である。 凸部と凹部との間を直線状の接線で繋いだビードの例を示す縦断面図である。 図４で説明したビードを缶胴に成形する金型の一例を示す縦断面図である。 曲率半径の異なる複数の曲線で凸部を成形したビードの例を示す縦断面図である。 図６で説明したビードを缶胴に成形する金型の一例を示す縦断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明を適用したビード付き３ピース缶の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の３ピース缶の一例を示す。図１に示すようにビード付き３ピース缶（以下、「缶」と称す）１０は、飲料を内容物とする負内圧缶（陰圧缶）であり、缶胴１１、上蓋１２、および底蓋１３を備える。

なお、缶１０としては、少なくとも缶胴１１が金属製薄板で形成された容器であればよいため、例えば金属製の２ピース缶や、金属製のリシール缶を使用してもよい。缶胴１１の素材は、スチールやアルミニウムあるいはアルミニウム合金などを使用してよい。２ピース缶は、ＤＩ缶（絞り・しごき加工によって成形した缶）であってよい。２ピース缶の場合には、底部が内方に向けて凸なるドーミング加工を施したものを使用してよい。

缶胴１１は、板厚が０．１２～０．１６ｍｍの極薄の表面処理鋼板を円筒状に丸めてその両側端部を抵抗シーム溶接法により側面継目部として接合されて作られてよい。なお、缶胴１１の横断面における輪郭としては、円形に限らず、楕円形やオーバル形などで作られてよい。表面処理鋼板としては、例えば溶融亜鉛、電気亜鉛、亜鉛合金メッキ鋼板、ブリキ、薄錫メッキ鋼板、ティンフリースチール、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、およびその他の各種合金メッキ鋼板など、従来から缶胴１１として一般的に知られている材質のものを適宜に選択して使用できる。

缶胴１１の上下には、上端フランジ部１１ａおよび下端フランジ部１１ｂを有する。上端フランジ部１１ａおよび下端フランジ部１１ｂには、外径が次第に小さくなるようにネックイン加工（縮径加工）がそれぞれ施されている。上蓋１２には、パネル部１２ａにタブ１２ｂが取り付けられており、またパネル部１２ａの外周にカール部１２ｃを有している。上蓋１２は、カール部１２ｃが缶胴１１の上端フランジ部１１ａに、例えば二重巻締により取り付けられる。上蓋１２は、内容物を充填する前に取り付けられる。底蓋１３は、パネル部１３ａの外周にカール部１３ｂを有する。底蓋１３は、カール部１３ｂが缶胴１１の下端フランジ部１１ｂに、例えば二重巻締により取り付けられる。

二重巻締による取り付けは、巻締装置を使用する。巻締装置は、シーミングチャックおよびリフターを有する。シーミングチャックには、上蓋１２が保持される。また、リフターには、缶胴１１が載置される。巻締は、リフターを上昇させて缶胴１１の上端フランジ部１１ａを上蓋１２のカール部１２ｃに当接させる。このとき缶胴１１には、缶１０の高さ方向に沿って所定のリフター圧（軸圧縮荷重）がかかる。このため、缶胴１１には、軸圧縮荷重に抗する座屈強度に所定の強度を持たせることが必要になる。

その後は、周知のように上蓋１２のカール部１２ｃは、缶胴１１の上端フランジ部１１ａに二重巻締により取り付けられる。底蓋１３は、上蓋１２の取り付けと同じまたは同様にして下端フランジ部１１ｂに二重巻締めにより取り付けられる。このような二重巻締めによる取り付けについては、例えば特開平６－１９８３６５号公報などに示されているように、それ自体は従来公知の方法であるのでここでの詳しい説明は省略する。

底蓋１３は、内容物を充填した後に取り付けられる。底蓋１３は、上蓋１２の取り付けと同じまたは同様に二重巻締により取り付けられる。缶１０は、充填される内容物の種類に応じて、密封された缶１０の内圧が大気圧よりも低い陰圧缶や、その缶１０の内圧が大気圧より高い陽圧缶に構成される。内圧が陰圧状態になる缶１０には、缶胴１１が缶１０の径方向における内方に向けて変形させる圧力に抗するパネリング強度に所定の強度を持たせることが必要になる。

缶胴１１には、缶１０の高さ方向の中央部にビード１４が形成されている。ビード１４は、缶１０の周方向に環状に延びて設けられた凸部１５と、凸部１５と同じく環状に延びて設けられた凹部１６とを有する。凸部１５および凹部１６は、缶１０の高さ方向（缶胴１１の軸線方向）に沿って交互に連続して配列されている。ビード１４は、缶胴１１の外周面１１ｃのうち、缶１０の高さ方向における略中央部の範囲ｈに作られている。範囲ｈは、缶１０の高さ寸法に対して２～１５％の寸法の範囲としてよい。ビード１４は、缶１０の高さ方向における凸部１５同士の間隔または凹部１６同士の間隔に相当するピッチが、少なくとも２ピッチ以上になる幅に作られている。

同図に示す缶胴１１の外径Ｄ１は、ビード１４が形成されていない非形成部１８の直径を示す。ビード１４は、缶１０の製品の状態において、凸部１５の最外径Ｄ２が外径Ｄ１と同じか、または外径Ｄ１よりも小径になるように作られている。なお、上蓋１２および底蓋１３の最外径は、缶胴１１の外径Ｄ１と同じか、異なる径、つまり外径Ｄ１よりも小径あるいは大径にされてよい。

缶胴１１の外周面１１ｃには、ビード１４を挟んだ上下の範囲に、内容物を表すような印刷文字や印刷図柄がそれぞれ施される。また、ビード１４が形成されている部分を含めて缶胴１１の外周面１１ｃには、下地の色の印刷が施されている。なお、図１を含めて以下で説明する図に示したビード１４の形状は、見やすくするために実際よりも誇張して記載してある。

図２は、ビード１４の要部を示す縦断面図である。凸部１５は、缶１０の径方向における外方に最も突出する頂部１９を有する。凸部１５の縦断面における外方の輪郭を構成する曲線２０は、一つの第１曲率半径Ｒａで構成されている。凹部１６は、内方に最も窪んだ底部２１を有する。凹部１６の縦断面における外方の輪郭を構成する曲線２２は、第１曲率半径Ｒａよりも小さい第２曲率半径Ｒｂで構成されている。

ビード１４の高さ、または深さＳａは、頂部１９から底部２１までの寸法で表され、０．３～０．６ｍｍである。缶１０の高さ方向における凸部１５の長さＬａは、曲線２０とビード１４の深さＳａにおける中央の深さＳｂを通る縦線Ｌｃとが交わる第１交点Ｘａおよび第２交点Ｘｂの間の長さである。缶１０の高さ方向における凹部１６の長さＬｂは、曲線２２と縦線Ｌｃと交わる第１交点Ｘａおよび第３交点Ｘｃの間の長さである。ビード１４は、座屈強度およびパネリング強度を所定の強度にそれぞれ維持するために、凸部１５の長さＬａを凹部１６の長さＬｂで割った比率（Ｌａ／Ｌｂ）が１．２～１．８になるように作られている。ビード１４のピッチＰは、凸部１５の長さＬａと凹部１６の長さＬｂとの和の長さに相当し、例えば４～８ｍｍになっている。なお、ここで説明する缶１０の寸法は、以下で説明する寸法を含めて、製品の状態での値である。

第１曲率半径Ｒａの中心Ｏａは、凸部１５の長さＬａの中央を通り、かつ缶１０の径方向に沿う第１横線ｈａ上に設定されている。第２曲率半径Ｒｂの中心Ｏｂは、凹部１６の長さＬｂの中央を通り、かつ缶１０の径方向と平行な第２横線ｈｂ上に設定されている。凸部１５および凹部１６の縦断面における外方の輪郭は、曲線２０と曲線２２とを接点１７で繋いだ形状になっている。つまり、曲線２０と曲線２２とは、同一の接点１７にて共通の接線を有する。

図３は、図２に示したビード１４を缶胴１１に成形する金型の一例を示す縦断面図である。金型は、ガイド板２５に設けられた雄型２６と、円筒体２７に設けられた雌型２８とで構成される。ビード１４は、雄型２６と雌型２８とで缶胴１１を挟み込むことにより作られる。ビード１４は、缶胴１１の周方向の位置を一面相当分だけずらしながら、周方向に分けて作っても良いし、ガイド板２５と円筒体２７を回転させて連続的に作ってもよい。なお、上記のようなビード１４の成形方法については、例えば、実開昭５６－１２５８２８号公報中に図３で示されているように、それ自体は従来公知の方法であるのでここでの詳しい説明は省略する。

雄型２６には、凹部１６を転写する雄型凸部２９が所定間隔離して複数形成されている。雌型２８には、凸部１５の曲線２０を作る雌型凸部３０が所定間隔離して複数形成されている。雄型凸部２９の先端の曲線３１は、第３曲率半径Ｒｃと、第３曲率半径Ｒｃの両側にそれぞれ繋がる第４曲率半径Ｒｄで構成されている。第３曲率半径Ｒｃは、第２横線ｈｂ上に中心Ｏｃが設定されている。第４曲率半径Ｒｄは、第３曲率半径Ｒｃよりも小さい曲率半径である。雌型凸部３０の先端の曲線３２は、第５曲率半径Ｒｅと、第５曲率半径Ｒｅの両側に繋がる第６曲率半径Ｒｆとで構成されている。第５曲率半径Ｒｅは、第１横線ｈａ上に中心Ｏｄが設定されている。第６曲率半径Ｒｆは、第５曲率半径Ｒｅよりも小さい曲率半径である。

ビード１４の深さＳａは、座屈強度およびパネリング強度に関係する。つまり、ビード１４は、深さＳａを所定の深さよりも浅くすると、缶１０の高さ方向における座屈強度が向上するのに対してパネリング強度が低下する傾向にある。このビード１４の深さＳａは、雄型２６および雌型２８のうちの一方を他方に対して押し込む量、つまり成形時の雄型２６と雌型２８とのクリアランスＴ１で管理される。このクリアランスＴ１を変えると、凸部１５と凹部１６との接点１７を通る接線３３と缶１０の高さ方向に平行な縦線３４との間の角度（接線３３の角度）θ１が変化する。接線３３は、接点１７を通る曲線２０の半径に垂直な線である。接線３３の角度θ１は、クリアランスＴ１を予め決められた基準量以下にすると相対的に緩やかな角度になりパネリング強度が低下し、また、基準量を超える量にすると相対的に急激な角度になり座屈強度が低下する。したがって、接線３３の角度θ１は、缶１０の座屈強度およびパネリング強度を決める一つの要因になる。

また、ビード１４の成形では、バックリングの問題がある。つまり、製品である缶１０においてビード１４の深さＳａに基準を設けると、加工の段階ではバックリングによる戻る量を考慮して、それ以上の深さ（Ｓａ＋α）でビード１４を成形しなければならなくなる。つまり、バックリングを考慮して型の押し込み量を多くする、つまりクリアランスＴ１を少なくすると接線３３の角度θ１が急激な角度に変化して、座屈強度を低下させるおそれがある。そこで、成形時の雄型２６と雌型２８とのクリアランスＴ１は、バックリングが小さく、かつ座屈強度が向上する接線３３の角度θ１になるように制御される。

［第２実施形態］
図４は、ビード３６の別の実施形態を示す断面図である。図４に示すビード３６は、縦断面形状の外方の輪郭が凸部１５と凹部１６との間に共通の接線３７を有する形状になっている。なお、図４では、図２で説明したと同じまたは同様なものには同符号を付与してここでの詳しい説明を省略する。

図５は、図４で説明したビード３６を缶胴１１に成形する金型の一例を示す。図５に示すようにビード３６を成形する際に、雄型２６および雌型２８のクリアランスＴ２は、図３で説明したクリアランスＴ１よりも少ないクリアランスで成形することができる。つまり、図５の実施形態では、型の押し込み量を図３で説明した実施形態よりも多くして、接線３３の角度θ２が、図３で説明した接線３３の角度θ１よりも大きい角度になっている。これにより、雌型凸部３０と凸部１５の内面との接点３８と、雄型凸部２９と凹部１６の外面との接点３９とが缶１０の径方向における相反する方向に引っ張られることで、凸部１５と凹部１６との間に直線状の接線３７が作られる。なお、図５では、図３で説明したと同じまたは同様なものには同符号を付与してここでの詳しい説明を省略する。

［第３実施形態］
図６は、ビード４０の他の例を示す断面図である。図６に示すようにビード４０を構成する凸部４５は、縦断面の輪郭が複数の曲線で形成されている。複数の曲線は、第１曲率半径Ｒａの曲線２０と、曲線２０の両側にそれぞれ接続される第７曲率半径Ｒｇの二つの曲線４１とで構成される。第１曲率半径Ｒａは、凹部１６を構成する第２曲率半径Ｒｂおよび第７曲率半径Ｒｇよりも大きな曲率半径になっている。第１曲率半径Ｒａの中心Ｏａは、第１横線ｈａ上に設定されている。同図において第１曲率半径Ｒａの上方に繋がる第７曲率半径Ｒｇの中心Ｏｅは、第１横線ｈａから缶１０の高さ方向の上方に所定量ずれ、かつ第１横線ｈａに平行な横線Ｌｄ上に設定されている。第１曲率半径Ｒａの下方に繋がる第７曲率半径Ｒｇの中心Ｏｆは、第１横線ｈａから缶１０の高さ方向の下方にずれ、かつ第１横線ｈａに平行な横線Ｌｅ上に設定されている。ビード４０の縦断面における外方の輪郭は、曲線４１と曲線２２とを互いに共通する接点１７で繋いだ形状になっている。なお、図６で説明したビード４０は、曲線４１と曲線２０との間を共通の接線で繋いだ断面形状に作ってもよい。また、縦断面における凸部４５の外方の輪郭を、曲線２０の曲率半径よりも曲線４１の曲率半径を大きくして作ってもよい。

図７は、図６で説明したビード４０を缶胴１１に成形する金型の一例を示す。図７に示すように凸部４５を成形する雌型凸部４２は、縦断面の外方の輪郭形状が複数の曲線で構成されている。複数の曲線は、第５曲率半径Ｒｅの曲線３２、曲線３２の両側にそれぞれ接続される第８曲率半径Ｒｈの曲線４３、および曲線４３の両側にそれぞれ接続される第６曲率半径Ｒｆの曲線４４とで構成される。第５曲率半径Ｒｅは、凹部１６を転写する雄型凸部２９の第３曲率半径Ｒｃよりも大きく、かつ第８曲率半径Ｒｈよりも大きな径になっている。第５曲率半径Ｒｅは、中心Ｏｄが第１横線ｈａ上に設定されている。なお、第５曲率半径Ｒｅの中心Ｏｄは、第１横線ｈａ上に設定されていれば、第１曲率半径Ｒａの中心Ｏａとは異なる位置に設定されてよい。

第８曲率半径Ｒｈは、第６曲率半径Ｒｆよりも大きな径になっている。二つの曲線４３は、第１横線ｈａに対して対称の位置に形成されている。同図において第５曲率半径Ｒｅに対して上方に接続される第８曲率半径Ｒｈの中心Ｏｇは、第１横線ｈａから缶１０の上方にずれ、かつ第１横線ｈａに平行な横線Ｌｆ上に設定されている。下方に接続される第８曲率半径Ｒｈの中心Ｏｈは、第１横線ｈａから缶１０の下方にずれ、かつ第１横線ｈａに平行な横線Ｌｇ上に設定されている。前述したように雄型２６と雌型２８とのクリアランスＴ３は、バックリングが小さく、かつ座屈強度が向上する接線３３の角度θ３になるように制御される。接線３３の角度θ３を管理することで、パネリング強度と座屈強度とを共に十分な強度に確保することができる。また、クリアランスＴ３を、例えば基準値よりも多くすると凸部１５と凹部１６との間を接点で繋いだ縦断面形状に、また基準値よりも少なくすると凸部１５と凹部１６との間を直線状の接線で繋いだ縦断面形状に作ることができる。この実施形態の缶１０によれば、凸部１５を複合の曲線２０とその両側に接続される二つの曲線４１とで構成し、曲線２０と曲線４１との曲率半径を異ならせたから、凸部１５の剛性を凹部１６の剛性よりも強くすることができ、よって、バックリングによる変形を小さくすることができる。なお、図７では、図３で説明したと同じまたは同様なものには同符号を付与してここでの詳しい説明を省略する。

表１は、本発明を適用した缶１０により奏する効果を説明するための検証結果を示す。本発明者などが行った検証では、表１に示すように、前述した凹凸範囲比率を１．２～１．８の範囲で０．２ずつ変化させたＮｏ．１～Ｎｏ．４の缶１０をそれぞれ３缶ずつ作り、各缶１０におけるパネリング強度、および座屈強度を測定した。また、各缶１０について頂部１９の外径が非形成部１８の外径を超えているか否かを調べ、一つでも頂部１９の外径が非形成部１８の外径を超えている場合を「凸部ビード外径の飛び出し」の欄に「×」で記載した。凹凸範囲比率は、凸部１５の長さＬａに対する凹部１６の長さＬｂの比率である。表１には、パネリング強度、および座屈強度の平均値をそれぞれ記載している。

検証で使用した缶１０は、板厚が０．１５ｍｍの表面処理鋼板を直径がφ５３ｍｍ、高さが１０４ｍｍの円筒状に丸めて、その両側端部を溶接により接合して作った缶胴１１を使用した。ビード１４は、缶胴１１の略中央部に成形した。ビード１４は、１ピッチを５．２ｍｍとし、２．５ピッチ分の幅で形成している。ビード１４の深さは、０．５５ｍｍとした。ビード１４の形状は、図２で説明したと同じ形状、つまり凸部１５と凹部１６との間を接点１７で繋いだ縦断面形状に、かつ凸部１５を縦断面にて一つの第１曲率半径Ｒａの曲線２０で作った形状になっている。

検証では、凹凸範囲比率になるように、先端Ｒｂ形状（凹）（ｍｍ）および先端Ｒａ形状（凸）（ｍｍ）を変えている。先端Ｒｂ形状（凹）（ｍｍ）は、凹部１６を構成する曲線２２の第２曲率半径Ｒｂをミリメートルで示す。先端Ｒａ形状（凸）（ｍｍ）は、凸部１５を構成する曲線２０の第１曲率半径Ｒａをミリメートルで示す。なお、凹凸範囲比率は、１．２～１．８ｍｍの範囲で０．２ずつ変化させたものを準備し、適宜、先端Ｒａ形状と先端Ｒｂ形状との半径の寸法をそれぞれ設定して、ビード１４を形成した後に、輪郭形状測定機（コントレーサー）を用いて表面形状を写し取り、深さの１／２に線を引いて、実測で距離の比率を算出して確認を行った。

パネリング強度は、外圧に対する缶胴１１の座屈強度をメガパスカルで表す値である。パネリング強度の測定は、例えば缶１０を加圧チャンバーの内部に設置し、加圧チャンバーの内部の加圧を、空気導入バルブを介してチャンバーに０．０１６Ｍｐａ／ｓで加圧空気を導入することで行った。チャンバーの内部における圧力の確認は、圧力ゲージ、圧力センサ、その検出信号を増幅するアンプ、検出信号の表示、データ処理などを行う信号処理装置を介して行った。パネリング強度は、座屈に伴う圧力変化点の圧力とした。一般的に、加熱殺菌処理による圧力変化に対して、パネリング強度は、缶１０に対して０．０１６Ｍｐａ以上を有すればよいとされている。なお、パネリング強度の検証は、製造によるバラツキを考慮する必要がある。そこで、製造による標準偏差（σ）を０．０１ＭＰａとすると、正規分布における平均値μを「０．１６」、標準偏差σを「０．０１」としたときにパネリング強度は、「μ＋４σ」の値、つまり０．２ＭＰａ以上であれば強度の点で満足するとともに、製造上でのバラツキに関する問題が起きないと考える。

座屈強度（Ｎ）は、缶胴１１の高さ方向に対する強度をニュートンで表す値である。座屈強度の測定は、室温で缶１０に軸圧縮荷重を圧縮試験機で負荷し、缶１０が座屈するときの荷重（Ｎ）を測定した。圧縮試験機は、例えば最大圧縮荷重が２９４１９９（Ｎ）（３０，０００Ｋｇｆ)、下部クロスヘッド昇降速度が４５０ｍｍ／ｍｉｎ、下部クロスヘッド・テーブル間最大距離が８００ｍｍ、圧盤の大きさ（径、上下部とも）１００ｍｍの仕様となっている。一般的に、座屈強度は、缶１０に対して１４７０（Ｎ）以上を有すればよいとされている。なお、座屈強度の検証は、製造によるバラツキを考慮する必要がある。そこで、製造による標準偏差（σ）を６０（Ｎ）とすると、正規分布における平均値μを「１４７０」、標準偏差σを「６０」としたときにパネリング強度は、「μ＋４σ」の値、つまり１７１０ＭＰａを超える値であれば強度の点で満足するとともに、製造上でのバラツキに関する問題が起きないと考える。

表１に示すようにＮｏ．１～Ｎｏ．４の缶１０については、要求されるパネリング強度と座屈強度とを共に確保していることが分かった。また、凸部ビード外径の飛び出しについては、いずれも飛び出しは無く、頂部１９の外径Ｄ２が非形成部１８の外径Ｄ１と同じ径か、これよりも小径であった。

比較例１の缶１０は、凹凸範囲比率が「１．１」、凹部１６の曲線２２を構成する第２曲率半径Ｒｂが３ｍｍ、凸部１５の曲線２０を構成する第１曲率半径Ｒａが３．４ｍｍになるようにビード１４を作ったものであり、他の形状についてはＮｏ．１～Ｎｏ．４の缶１０と同じ形状である。比較例１の缶１０を検証すると、パネリング強度、および座屈強度は良好であるのに対し、頂部１９の外径Ｄ２が非形成部１８の外径Ｄ１を超えるものがあった。このため、採用不可とした。

比較例２の缶１０は、凹凸範囲比率が「１．９」になるように、つまり凹部１６の曲線２２を構成する第２曲率半径Ｒｂを１．０ｍｍ、凸部１５の曲線２０を構成する第１曲率半径Ｒａを５．２ｍｍになるようにビード１４を作ったものであり、他の形状についてはＮｏ．１～Ｎｏ．４の缶１０と同じ形状である。比較例２の缶１０を検証すると、第２曲率半径ＲｂがＮｏ．４の缶１０の第２曲率半径Ｒｂよりも小さいため、凹部１６に筋状の痕跡が残った。このため、比較例２の缶１０は、外観の品質を損なう結果になった。また、筋状の痕跡は、割れに繋がるおそれがある。さらに、第２曲率半径Ｒｂを転写する雄型凸部２９側は先端形状が細くなり、ビード成形機でジャムが発生した場合には雄型凸部２９に欠損が生じるおそれがある。また、比較例２の缶１０は、パネリング強度について確保できるのに対し、座屈強度については必要とされる下限値を下回るおそれがある。このため、凹凸範囲比率を「１．９」にした比較例２の缶１０に対しては、使用限界を過ぎていると判断した。なお、凸部１５と凹部１６との間に直線状の接線３７を繋げた形状のビード３６を形成した缶１０でも表１の検証で説明したと同じまたは同様な効果が得られた。

表２は、図６で説明したビード１４、つまり凸部４５を複合の曲線で構成したビード１４が作られた缶１０により奏する効果を説明するための検証結果を示す。本発明者などが行った検証では、表２に示すように、凹凸範囲比率を１．２～１．８の範囲で０．２ずつ変化させたＮｏ．５～Ｎｏ．８の缶１０をそれぞれ３缶ずつ作り、各缶１０におけるパネリング強度、および座屈強度を測定した。また、各缶１０について頂部１９の外径が非形成部１８の外径を超えているか否かを調べ、一つでも頂部１９の外径が非形成部１８の外径を超えている場合を「凸部ビード外径の飛び出し」の欄に「×」で記載した。凹凸範囲比率は、表１の検証で説明したと同じように、実測で凸部１５の長さＬａと凹部１６の長さＬｂとの距離の比率を算出して確認を行った。また、表２にはパネリング強度、および座屈強度の平均値をそれぞれ記載している。

検証で使用した缶１０は、表１の検証で説明したように板厚が０．１５ｍｍの表面処理鋼板を直径がφ５３ｍｍ、高さが１０４ｍｍの円筒状に丸めて、その両側端部を溶接により接合して作った缶胴１１を使用した。ビード１４は、１ピッチを５．２ｍｍとし、２．５ピッチ分の幅で缶胴１１の略中央部に形成している。ビード１４の深さＳａは、０．５５ｍｍとした。凸部１５の先端形状は、図６で説明したと同じ形状、つまり曲線２０と二つの曲線４１とで構成された形状に作られ、また、ビード１４は、凸部４５と凹部１６との間を接点１７で繋いだ縦断面形状で作っている。

検証では、凹凸範囲比率になるように、先端Ｒｂ形状（凹）（ｍｍ）および先端Ｒａ形状（凸）（ｍｍ）を変えている。先端Ｒｂ形状（凹）（ｍｍ）は、凹部１６を構成する曲線２２の第２曲率半径Ｒｂをミリメートルで示す。先端Ｒａ形状（凸）（ｍｍ）は、凸部４５を構成する曲線２０の第１曲率半径Ｒａ、および曲線２０の両側に繋がる二つの曲線４１を構成する第７曲率半径Ｒｇをそれぞれミリメートルで示す。

表２に示すようにＮｏ．５～Ｎｏ．８の缶１０については、要求されるパネリング強度と座屈強度とを共に確保していることが分かった。また、凸部ビード外径の飛び出しについては、いずれも飛び出しは無く、頂部１９の外径Ｄ２が非形成部１８の外径Ｄ１と同じ径か、これよりも小径であった。

比較例３の缶１０は、凹凸範囲比率が「１．１」、凹部１６の曲線２２を構成する第２曲率半径Ｒｂが２．８ｍｍ、凸部４５を構成する曲線２０の第１曲率半径Ｒａが３．７ｍｍ、曲線４１の第３曲率半径Ｒｃが２．２ｍｍになるようにビード１４を作ったものであり、他の形状についてはＮｏ．５～Ｎｏ．８の缶１０と同じ形状である。検証すると、パネリング強度、および座屈強度は良好であるのに対し、頂部１９の外径Ｄ２が非形成部１８の外径Ｄ１を超えるものがあった。このため、採用不可とした。

比較例４の缶１０は、凹凸範囲比率が「１．９」、凹部１６の曲線２２を構成する第２曲率半径Ｒｂが１．２ｍｍ、凸部４５を構成する曲線２０の第１曲率半径Ｒａが８ｍｍ、曲線４１を構成する第３曲率半径Ｒｃが４．１ｍｍになるようにビード１４を作ったものであり、他の形状についてはＮｏ．５～Ｎｏ．８の缶１０と同じ形状である。検証すると、座屈強度が低下しており、必要とされる下限値を平均値で下回っている。このため、凹凸範囲比率を「１．９」にした比較例４の缶１０に対しては、凹凸範囲比率の限界を過ぎていると判断した。なお、凸部４５と凹部１６との間に共通の接線３７を繋げた形状のビード１４を形成した缶１０でも表２の検証で説明したと同じまたは同様な効果が得られた。

本発明では、凸部１５，４５および凹部１６を構成する曲線２０，２２，４１の曲率半径Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｇを、１～９ｍｍの範囲に規定している。下限値を１ｍｍに規定する理由は、曲線の丸みが小さすぎて凹部１６に割れなどが生じることを防止することができる。また、上限値を９ｍｍに規定すると、バックリングを考慮してビード１４の深さＳａを深く調整しても、凸部１５，４５と凹部１６との間の接線３３の角度θ１，θ２，θ３が急激な角度に変化することを防止することができる。このため、パネリング強度および座屈強度の両方を所定の強度に確保することができる。

以上、上記で説明した各実施例は本発明の例示であり、ある実施例に特有の構造および機能は他の実施例にも適用できる。また、本発明は、上述した各実施例に限定されないのであって、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

１０…缶、 １１…缶胴、 １２…上蓋、 １３…底蓋、 １４，３６，４０…ビード、 １５，４５…凸部、 １６…凹部、 １７…接点、 １９…頂部、 ２１…底部、 ２０…（凸部の）曲線、 ２２…（凹部の）曲線、 ３７…接線。

Claims (2)

1. 板厚が０．１２～０．１６ｍｍの表面処理鋼板により筒状に形成された缶胴と、前記缶胴の外周面に、前記缶胴の径方向の外側に突出した凸部と前記径方向の内側に窪んだ凹部とを前記缶胴の高さ方向に沿って交互に配列して形成されたビードとを備え、前記ビードが、前記缶胴の周方向に沿って設けられており、かつ前記凸部の頂部から前記凹部の底部までの深さが０．３～０．６ｍｍで、かつ前記高さ方向における前記凸部同士の間隔または前記凹部同士の間隔に相当するピッチが４～８ｍｍで形成されているビード付き３ピース缶において、
   前記凸部は、前記頂部での外径が前記ビードを形成していない前記缶胴の外径と同じ径、またはそれよりも小さい径になるように形成され、かつ前記缶胴の縦断面において一つの曲率半径の曲線、または複数の曲率半径を組み合わせた曲線で形成されており、前記凹部を構成する曲線は、前記缶胴の縦断面において前記凸部を構成する曲線のうちの前記頂部の曲率半径よりも小さい曲率半径で形成されており、前記凸部と前記凹部とは、前記凸部の両端を構成する曲線の前記曲率半径と前記凹部を構成する曲線の前記曲率半径とを、所定の長さを有する共通の接線で繋いだ縦断面形状をなし、前記深さ方向での中央部で前記高さ方向に測った前記凸部の長さを前記凹部の長さで割った比率が１．２～１．８であり、前記ビードは、２ピッチ以上で形成されていることを特徴とするビード付き３ピース缶。
2. 前記凸部および前記凹部を構成する曲線の曲率半径は、１～９ｍｍの範囲である
   ことを特徴とする請求項１に記載のビード付き３ピース缶。

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