KR100572092B1 - 식품 캔과 같은 용기를 포장하기 위한 금속체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세로축 주위로 연장하고, 이 세로축과 수직하는 뚜껑을 갖는 상부에 제공되는 폐쇄된 금속 쉘을 포함하는 포장용 금속체에 있어서, 상기 쉘은 2n개 이상의 실질적으로 평탄한 쉘 부분을 구비하고, 상기 상부 및 상부에 인접하는 쉘의 단면은 최소 곡률 반경 R을 갖는 내부로 오목하게 구부러진 n 개의 윤곽선 부분과 n 개의 직선 윤곽선 부분을 포함하는 윤곽을 갖고, 상기 평탄한 쉘 부분은 샤프 폴드에 의해 서로 분리되며, 상기 샤프 폴드는 상기 세로축에 실질적으로 평행하며, 상기 폴드는 r≤0.4R의 최대 곡률 반경을 갖고, 상기 n은 3≤n≤6인 것을 특징으로 한다.

Description

식품 캔과 같은 용기를 포장하기 위한 금속체{METAL BODY FOR PACKAGING PURPOSES, FOR EXAMPLE A FOOD CAN}

본 발명은 세로축 주위로 연장하고, 이 세로축과 실질적으로 수직하는 뚜껑을 갖는 상부에 제공되며, 실질적으로 평탄한 쉘 부분을 2n개 포함하는 폐쇄된 금속 쉘(closed metal shell)을 포함하는 포장용 금속체에 관한 것이다.

이러한 금속체는 미국특허 제 3,563,408 호에서 예컨대 식품 캔과 같은 포장용 용기의 구성요소로서 알려져 있다.
미국특허 제 3,563,408 호에서는 원형 개구부에 각 단부에서 연결되는 중심 다면체가 개시되어 있다.

또한, 스리-피스(three-piece) 포장 용기는 베이스와 두껑을 포함한다. 투-피스 포장 용기에서는 몸체와 베이스가 하나로 존재한다.
또한 원통형이고, 뚜껑면 또는 어느 정도 돌출된 형상인 브로우 업(blow up)에 평행한 비드를 구비하는 종래의 포장 용기가 알려져 있다.

또한 내부에서 볼록하게 곡선으로되고 벽의 높이위로 연장하는 손가락 형상으로된 패널을 갖는 원통형 형상인 포장 용기가 알려져 있다.

본 발명의 목적은 종래의 원통형 모양에 벗어나는 반면 강성(stiffness)을 향상시키고 하기에서 더욱 상세하게 기술되는 장점들을 얻을 수 있는 경량의 포장 용기를 만들는 것이다.

이러한 목적을 위해 본 발명에 따른 포장용 금속체는 세로축(102) 주위로 연장하고, 상기 세로축과 실질적으로 수직하는 뚜껑(106, lid)을 갖는 상부(104, top)에 제공되는 폐쇄된 금속 쉘(100)을 포함하고, 상기 쉘은 2n개 이상의 실질적으로 평탄한 쉘 부분(110,112)을 구비하고, 상기 상부 및 상부에 인접하는 상기 쉘의 단면은 최소 곡률반경 R을 갖는 내부로 오목한 n개의 곡선 윤곽선 부분(120)과 n개의 직선 윤곽선 부분(122)을 포함하는 윤곽을 갖고, 상기 평탄한 쉘 부분은 샤프 폴드(130)에 의해 서로 분리되며, 상기 샤프 폴드는 상기 세로축에 실질적으로 평행하며, 상기 폴드는 r≤0.4R의 최대 곡률 반경을 갖고, 상기 n은 3≤n≤6인 것을 특징으로 한다. 실질적으로 평탄한 쉘 부분은 다소 볼록하거나 또는 오목한 쉘 부분을 포함하고 하나 이상의 내부방향 및/또는 외부방향으로 돌출하는 테라스(terrace)를 포함한다.

여기서 R≥15㎜이고 r≤5㎜인 것이 바람직하다.

특정 실시예에서는 평탄한 쉘 부분이 직선 윤곽선 부분(122)과 실질적으로 평행하다.

금속체는 예컨대 2n의 실질적으로 평탄한 쉘 부분(110,112)과 바람직하게 2n의 샤프 폴드(130, sharp fold)를 구비한다. 이 경우 금속체는 도 1에서와 같이 도시된다.

또한, 본 발명에서는 캔(101)에 압력 P_amb과 캔내부에 압력 P_can이 가해지고 여기서 ΔP=P_can-P_amb이고, P₁<ΔP<P₂인 본 발명에 따른 금속체로 이루어지는 캔을 살균소독하기 위한 열처리 방법에 있어서, P₁<<<P_{1 ref..} 및 P₂≤P_{2 ref..}인 것을 특징으로 하는 열처리 방법이 작업가능하고, 여기서 P_{1 ref..} 및 P_{2 ref..}는 종래 캔의 최소 및 최대 ΔP를 각각 나타낸다.

이것은 본 발명에 따른 금속체로 채워진 상태의 캔이 오토클레이브(autoclave)에서 열처리될 때 압력에 대하여 덜 민감하게 취급될 수 있음을 알 수 있다. 캔에 작용하는 외부 압력은 더 크게 설정되어질 수 있고 냉각시 정확하게 감소될 필요가 없어진다.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 금속체, 바람직하게는 포장용 강으로 이루어진 캔을 포함하고 채소, 과일, 애완동물사료, 생선, 육류 또는 수프와 같은 식품 또는 비탄산 음료로 채워지는 기밀 캔이 실시되어지고, 여기서 금속체의 포장용 강의 본체 재료 두께는 0.16㎜보다 작게 만들어진다. 또한 본 발명에 따른 살균 소독 가능한 캔은 0.15㎜, 0.14㎜, 0.13㎜보다 작은 심지어 0.12㎜보다 작은 두께로 제조되어 사용될 수 있다.

도면을 참고하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 사각형의 긴 캔을 도시하고;

도 2는 본 발명에 따른 사각형의 짧은 캔을 도시하고;

도 3의 아래 부분의 도면은 상부(104)에 인접한 캔의 단면도, 위 부분의 도면은 상부에서 약간 떨어진 본 발명에 따른 캔의 단면을 도시하고;

도 4는 본 발명의 캔에서 캔의 채워짐에 따라 외력에 의해 발생되는 변형을 도시하고;

도 5는 본 발명에 따른 캔을 포함하는 캔의 다양한 형상의 유연성을 도시하고;

도 6은 오토클레이브 압력과 ΔP 사이의 관계의 범위를 도시하고;

도 7은 다양한 형상의 채워진 캔에 의해 지탱되어질 수 있는 최대 오토클레이브 압력과 캔의 채워짐의 정도 사이에서의 관계를 도시한다.

도 1은 73㎜의 지름과 110㎜의 높이를 갖는 원통형 식품 캔에 대응하는 높이와 내용물을 갖는 본 발명에 따른 캔을 도시한다.

또한 캔은 도 2에 도시되는 바와 같이 높이가 적게 설계될 수 있다.

도 3에서 R은 본 발명에 따른 캔의 쉘의 상부와 곡선으로된 윤곽선 부분(120, contour line piece)의 곡률 반경(radius of curvature)을 나타내고, r은 폴드(130, fold)에서의 쉘의 곡률 반경을 나타낸다.

본 발명에 따른 캔은 도 1, 2 및 3에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 원통형 캔보다 작은 공간으로 동일한 내용물을 담을 수 있는 장점을 가지고 있고, 이러한 장점은 상점 선반 또는 체인점에서 매우 중요하다.

본 발명에 따른 캔은 약 66㎜의 폭/깊이와 110㎜의 높이를 구비하는 반면, 종래의 캔은 110㎜의 높이에서 약

73㎜의 지름을 가질 수 있다. 따라서 동일한 내용물을 채웠을 때 본 발명에 따른 캔은 한 줄로 놓았을 때 공지된 원통형 캔보다 20%작은 공간을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 캔은 포장 재료의 중량이 종래의 캔보다 작아진다. 종래의 캔의 크기에서는 50그램정도의 포장 재료가 필요했지만, 본 발명에 따른 캔에서는 포장 재료가 40그램보다도 적거나 거의 비슷한 중량이다.

캔에서의 압력(P_can)과 주위 압력(P_amb) 사이의 차이(ΔP) 때문에, 본 발명에 따른 (채워진)캔은 종래의 캔이상으로 변형되어질 수 있고, 내용물은 캔의 함몰없이 높은 외부 압력(마이너스 ΔP)하에서도 캔을 지지할 수 있는데, 이것은 하기에 기술되는 바와 같은 많은 장점을 제공한다. 또한 높은 내부 압력의 경우에도 본 발명에 따른 캔의 유연성은 압력의 차이를 보상할 수 있다. 이것은 종래의 살균 방법만으로 충분한 효과를 가질 수 있다.

살균 공정동안 캔내의 압력은 온도변화의 결과로 변화된다. 캔내의 압력 변화는 캔이 파괴되거나 자체적으로 함몰되는 것을 방지하기 위하여 캔의 주위의 압력에 의해 보상되어진다. 일반적으로 살균 공정 동안 이러한 주위 압력(오토클레이브 압력)이 제어되어진다.

만일 캔내의 온도 및 압력이 주위의 온도 및 압력의 저하에 빠르게 추종할 수 없다면, 캔은 영구적으로 변형되거나 또는 바깥방향으로 함몰될 것이다. 이때 가장 일반적인 변형은 뚜껑이 외부로 돌출되는 것이다.

캔이 내부로 함몰되는 것은 캔내에서 온도 및 압력이 저하되거나 오토클레이브에서 압력이 높을 때 발생된다. 그때 기존의 라운드형, 통상의 리브로 보강된 식품 캔은 3, 4, 5 또는 그 이상의 면에서 내부로 함몰된다.

냉각 공정 동안 캔이 외부로 변형(파괴)될 위험이 캔이 내부로 변형(내부 함몰)으로 변화된다. 이것은 냉각동안 기존 캔의 주위 압력이 점차적으로 감소되어 진다는 것을 의미한다.

그러나 실질적으로 주위 압력을 제어하는 것이 어렵다는 것이 입증되었다.

이것은 캔의 가열/냉각속도의 차이 때문에, 국부적인 상태, 위치 및 방향에 따라 캔내의 압력의 차이가 존재하기 때문이다. 현재 함몰은 캔의 높은 기계적 강도에 의해 극복될 수 있다. 예를 들면, 기존의 ψ73×110㎜의 식품 캔은 영구적인 변형없이 P_{1 ref..}=-1.2bar 에서 P₂=1.75bar 까지의 압력 차이(ΔP)를 극복할 수 있어야 한다. ΔP에 대한 작동 범위는 P_{1 ref..}에서 P_{2 ref..}까지 확장되는 경우에 있어서, 여기서 ΔP < P_{1 ref..}이면 기존 캔은 내부로 함몰되고, ΔP > P_{2 ref..}이면 파괴가 일어난다.

본 발명에 따른 캔에서는 캔의 압력차이와 팽창 체적 사이의 관계가 종래의 식품 캔보다도 더욱 많은 유연성을 갖는다. 이것은 많은 장점을 갖는다.

첫째로, 캔이 소정의 최대의 헤드 공간을 남기면서 채워지면 캔이 내부로 함몰되는 위험이 없어진다. 종래의 캔에서는 ΔP > P₁인 경우에는 캔의 벽이 내부로 함몰되는 위험이 존재하였다.

기존 캔의 벽이 함몰되는 것을 방지하기 위해서는 예컨대 ψ73×110㎜의 식품 캔에 대하여 0.16㎜ 이상의 두께의 재료가 사용되었고, 원주 주변에 놓여지는 비드에 의해 증가되는 캔의 굽힘 강성을 가질 수 있었다. 팽창가능한 캔은 팽창할 수 있어서, 높은 외부 압력은 캔의 내용물에 의해 지탱될 수 있고 캔의 측벽이 외부 압력을 지탱하지 않는다. 본 발명에 따른 캔은 매우 높은 외부 압력을 극복할 수 있다. 본 발명에 따른 캔에서는 내부 함몰로부터 캔 벽을 보호하기 위하여 캔 벽의 강성(두께, 비드)이 필요하지 않다. 결과적으로 이 캔의 사용 범위는 매우 커진다. 실질적으로 이것은 오토클레이브의 압력 제어를 매우 쉽게 얻을 수 있음을 의미한다. 오토클레이브내의 압력이 캔내의 압력보다 높은 이상 아무런 문제도 발생하지 않는다.

도 4에서는 몇몇의 실험 결과가 주어지는데, 여기서 본 발명에 따른 캔은 한 쌍의 저울위에서 80℃의 물로 상부까지 가득 채워지고, 헤드룸(headroom)을 생성하기 위해서 2.5%, 5% 및 10%물이 각각 제거되어진다. 이러한 방법으로 90%, 95% 및 97.5%의 범위로 채워진 캔은 밀폐되어지고 챔버 압력에서 실내온도를 냉각시킨 후 변형 거동에 대해 실험한다.

도 4에서는 캔의 측벽의 변형을 수직으로 나타내고, 외부 압력을 바(bar)로서 수평으로 나타내고, 채워짐의 변위를 퍼센트로서 후방으로 나타낸다. 테스트 동안 0.5바(0.5 ... 3 bar)의 단계로 증가되는 높은 외부 압력과 대기압(0bar)을 교대로 인가했다. 이것으로 95%이상으로 채워지는 높은 범위가 낮은 범위로 채워지는 것보다 영구적인 변형이 현저히 적다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 캔에서는 외부 하중의 대부분이 내용물에 의해 지탱되므로, 캔 자체에 대한 요구조건이 적어진다.

캔은 잠재적인 팽창성이 크기 때문에, 캔내에서 헤드룸이 감소되어질 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 캔이 더 많은 식품을 수용할 수 있고, 산소로 인한 부패의 위험을 줄일 수 있다.

세째로, 캔의 축방향 강도를 증가시키는 비드를 캔 벽에 수평으로 배치할 필요가 없어진다. 축방향 강도는 플랜징 및 밀폐공정과 운송동안에 캔의 손상을 방지하기 위하여 필요하다. 이것은 또한 제품 설계에 많은 장점을 가지는데, 예를들면 라벨 또는 인쇄가 매우 쉽게 될 수 있고 더욱 매력적인 외형을 제공할 수 있다. 마지막으로 캔 벽을 더욱 얇은 재료로 사용할 수 있다.

도 5, 6 및 도 7에서는 상이한 형상을 갖는 캔의 다양한 특성이 다이어그램으로 설명되어진다. 도면번호 "1"로 나타나는 선-점으로 혼합된 선은 약 ψ73㎜의 지름과 110㎜의 높이를 갖는 종래의 캔의 특성을 설명하고 있다. 도면번호 "2"로 나타나는 실선은 높이는 유사하지만 도 3에 도시되는 바와 같은 곡률 반경 R을 갖는 곡면형 코너와 약 66㎜의 폭과 깊이를 갖는 사각형 단면의 캔의 특성을 설명하고 있다. 도면번호 "3"으로 나타나는 점선은 높이는 유사하지만 도 3의 위부분에 도시되는 바와 같이 평탄한 코너를 가지면서 약 66㎜의 깊이와 폭을 갖는 사각형 단면의 캔의 특성을 설명하고 있다.

도 5는 이러한 캔의 유연성을 설명하고 있다. 수평축을 따라 캔에 작용하는 압력 변화가 바(bar)로서 도시되어지고 수직축을 따라 체적 %의 상대적인 변화가 도시되어진다. 모든 캔은 밀폐되어지나 속은 비어 있다. 평탄한 코너(3)를 갖는 캔은 향상된 파괴 성능과 높은 유연성을 겸하여 구비하고 있음을 명백하게 알 수 있다.

도 6은 오토클레이브내의 다양한 압력 상태하에서의 캔의 파괴를 설명하고 있고, 여기서 수평축은 오토클레이브내의 절대 압력을 바(bar)로서 나타내고 있다. 모든 캔은 캔 내용물의 5%의 프리 헤드 공간까지 채워진다. 수직축을 따라 캔 몸체에서의 압력 차이 ΔP(=P_can+P_amb)를 나타낸다. 도면번호 1a, 2a 및 3a를 갖는 수평선은 원통형 캔, 곡면형 코너를 갖는 사각형 캔 및 평탄한 코너를 갖는 사각형 캔의 강도를 각각 설명한다. 종래의 ψ73×110㎜의 캔(1)은 오토클레이브 절대 압력을 갖는 거의 선형인 ΔP를 도시한다. 라인(1, 1a)의 교차점(x)에서 캔은 파괴되고 파열되어진다. 유사하게 라인(2, 2a)의 교차점과 라인(3, 3a)의 교차점에서 곡선형 코너를 갖는 사각형 캔과 평탄한 코너를 갖는 사각형 캔이 파괴되고 파열되어진다. 원통형 캔의 경우에는 오토클레이브 압력이 내부 캔의 압력과 오토클레이브 압력 사이의 높은 압력 차이를 초래하게 한다. 압력 차이(ΔP)는 캔 벽에 의해 완전히 지탱되어진다. 대조적으로 그 관계는 비원형 캔에서 매우 비선형이 된다. 캔에서 체적 변화가 일어나기 때문에, 오토클레이브 압력은 캔 몸체의 강성에 의해 부분적으로 지탱되어지고, 헤드 공간에서 증가되는 압력에 의해 부분적으로 지탱되어진다. 상술한 평탄한 코너를 갖는 캔은 현존하는 원형 및 비원형의 캔보다 높은 오토클레이브 압력에 저항할 수 있다고 결론내릴 수 있다. 따라서, 캔 몸체에 대해 얇은 재료를 사용할 수 있다.

도 7은 %로 표시한 상이한 헤드공간을 갖는 캔에 의해 지탱될 수 있는 최대 오토클레이브 압력(bar)을 수직축을 따라 나타내고 있다. 실제로 많이 사용되고 있는 2%와 15% 사이의 헤드공간에서 평탄한 코너를 갖는 캔은 매우 높은 오토클레이브 압력에 저항함을 알 수 있다. 또한, 평탄한 코너를 갖는 캔의 파열은 일어나기 힘들다고 결론내릴 수 있다.

Claims (9)

1. 세로축 주위로 연장하고, 상기 세로축과 수직하는 뚜껑을 갖는 상부에 제공되는 폐쇄된 금속 쉘을 포함하는 포장용 금속체에 있어서,

   상기 쉘은 2n개 이상의 평탄한 쉘 부분을 구비하고, 상기 상부 및 상부에 인접하는 상기 쉘의 단면은 최소 곡률반경 R을 갖는 내부로 오목한 n개의 곡선 윤곽선 부분과 n개의 직선 윤곽선 부분을 포함하는 윤곽을 갖고, 상기 평탄한 쉘 부분은 샤프 폴드에 의해 서로 분리되며, 상기 샤프 폴드는 상기 세로축에 평행하며, 상기 폴드는 r≤0.4R의 최대 곡률반경을 갖고, 상기 n은 3≤n≤6인 것을 특징으로 하는 포장용 금속체.
2. 제 1 항에 있어서,

   R≥15㎜인 것을 특징으로 하는 포장용 금속체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   r≤5㎜인 것을 특징으로 하는 포장용 금속체.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 평탄한 쉘 부분은 직선 윤곽선 부분과 평행한 것을 특징으로 하는 포장용 금속체.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 포장용 금속체로 이루어지고, 채소, 과일, 애완동물사료, 생선, 육류 또는 수프 중 어느 하나의 식품 또는 비탄산 음료로 채워지는 것을 특징으로 하는 기밀 캔.
6. 강으로 이루어진 제 5 항에 따른 기밀 캔에 있어서, 포장용 강의 본체 재료 두께는 0.16㎜보다 작은 것을 특징으로 하는 기밀 캔.
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