ビード付缶

【課題】缶胴の薄肉化を図りつつ缶に要求される強度特性を向上させたビード付缶を提供する。
【解決手段】円周方向に環状の凹凸ビード２０を設けた円筒状の缶胴２と、缶胴２の上下端に設けられた缶蓋３とを備え、凹凸ビード２０は、外径部２１と内径部２２とが連続部２３を介して缶高さ方向へ交互に連続されてなり、外径部２１及び内径部２２は、缶高さ方向に対してそれぞれ略平行とされ、かつ略平坦とされた断面形状であり、さらに外径部２１と内径部２２の缶高さ方向の幅寸法が略同一とされている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料や食物等を詰めるビード付缶に関し、特に軸圧縮強度、パネリング強度、レオメーター強度等の缶に要求される強度特性を向上させる上で好適なビード付缶に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビード付缶は、食物や飲料等を詰めるための小型容器として広く用いられており、材料コスト低減や省資源化の観点からの缶胴の薄肉化が進められている。
【０００３】
しかしながら、ビード付缶には、缶の製造時、運搬時、積載時等に外力が作用するため、外力に対して缶が損傷しないだけの強度特性を確保させた上で、薄肉化を図ることが必要となる。缶の損傷原因としては、例えば、１）缶詰や飲料缶の製造時の加熱殺菌処理による内容物の膨張と収縮で缶内外に圧力差が生じる陰圧缶としての缶胴の座屈、２）缶の運搬時等に作用する缶胴側面の支圧力による缶胴の凹み、３）缶の段積み時に作用する積載荷重による缶高さ方向の圧縮軸力に対する座屈、等がある。
【０００４】
缶胴の損傷による変形が生じた場合には、缶詰や飲料缶等としての商品価値が著しく低下してしまうため、缶胴には、陰圧缶の座屈に対するパネリング強度、側面の支圧力に対するレオメーター強度、缶高さ方向の軸圧縮強度等が求められる。このため、缶胴の薄肉化を図りつつ強度特性を向上させる観点から、缶胴に対してその円周方向で互いに隣り合うように環状に凹凸ビードを形成する技術が広く知られている。
【０００５】
例えば特許文献１に開示されているビード付缶では、缶胴の所定上下両端部域から中央に移行するにつれ漸深する断面略三角形状の波形の凹凸ビードを多段に缶胴の円周方向に設けている。この特許文献１の開示技術は、成形後の缶高さに対する缶胴面の展開長さを抑えつつ、耐真空性すなわち陰圧に対するパネリング強度の向上を図ろうとするものである。
【０００６】
特許文献２に開示されている３ピース缶では、断面略三角形状の波形からなる凹凸ビードを缶胴の円周方向に設けている。この特許文献２の開示技術では、缶高さの２〜１５％の範囲内に円周方向の凹凸ビードを形成させ、レオメーター強度の向上を図ろうとするものである。
【０００７】
このようにパネリング強度やレオメーター強度を向上させる上では、凹凸ビードの凹凸高さを大きくして、円周方向に対する凹凸ビードの曲げ抵抗を高める必要があるが、凹凸高さを大きくすると、缶高さ方向の外力に対して凹凸ビードが蛇腹状に潰れやすくなり、軸圧縮強度が低下するという問題が生じる。一方で、この特性に着目し、特許文献３、４に示すように断面略三角形状の波形からなる凹凸ビードの凹凸高さを確保することで、使用済みの空き缶を缶高さ方向から蛇腹状に容易に潰し易くするという技術も開示されている。
【０００８】
図５は、従来の断面略三角形状の凹凸ビード７２を設けたビード付缶７の側面図を示している。このビード付缶７は、円筒状に構成され、円周方向に環状の凹凸ビード７２を形成した缶胴７７と、かかる缶胴７７の上下端に設けられた缶蓋７３を備え、缶胴７７と缶蓋７３は巻締７４により一体化されている。このビード付缶７は、スチール等の金属製薄板から形成されている。図中の記号Ｄは缶の直径、Ｈは缶高さ、Ｌは凹凸ビード７２の設置範囲の高さを表している。
【０００９】
図６は、このビード付缶７における凹凸ビード７２の拡大断面図を示しており、図中のｓは凹凸ビードピッチ、aは凹凸ビード高さを表す。凹凸ビード７２は、断面略三角形状となるように交互に折り曲げられてなる。
【００１０】
このような凹凸ビード７２を設けたビード付缶７が陰圧を受けた場合、図７に示すように缶内外の圧力差により、外面から内面に向かい圧力Ｐ１が作用する。図７(a)は、この凹凸ビード７２を設けた缶胴７７の平断面図であり、点線は変形前の、実線は変形後の状態を示している。また、図７(b)は、圧力Ｐ１が作用した状態におけるこのビード付缶７の側面図を示している。圧力Ｐ１が作用することにより、缶胴７７が座屈し周方向に波打つように変形する。
【００１１】
この圧力Ｐ１に対し、断面略三角形状の凹凸ビード７２は、主に図８(a)に示す円周方向における凹凸ビード７２の曲げ抵抗Ｉで主に抵抗し、缶胴７７の座屈挙動により定まるパネリング強度を発揮する。この曲げ抵抗Ｉは、凹凸ビード７２の凹凸高さａを大きくすることで向上することができる。一方で、凹凸ビード７２の凹凸高さａを大きくすると、図９示す缶高さ方向Ｂの圧縮軸力Ｐ２が作用した場合に生じる、図８(b)に示す缶胴面の圧縮力ｐｂに対する偏心量（凹凸高さａに相当）が大きくなるため、凹凸ビード７２の内縁および外縁に発生する曲げモーメントＭが大きくなり、軸圧縮強度Ｐ２が低下してしまうという欠点がある。
【００１２】
また、図１０(a)、(b)は、缶のレオメーター強度の測定方法を示したものである。缶胴押し当て用チップバー（長さが４０ｍｍ，径が１０ｍｍの鉄の丸棒）１１１を設けた測定装置１１０に対して、測定用実缶１０１をセットした後、測定治具（チップバー）１１１を下方に移動させることで、缶胴１０２に応力を加える。図１０(ｃ)は、このチップバー１１１により缶胴１０２を押圧した状態を示している。図１０に示す缶胴１０２側面の支圧力によるレオメーター強度においても、パネリング強度と同様に、主に円周方向における凹凸ビード７２の曲げ抵抗Ｉで抵抗するが、略三角のビード断面形状ではレオメーター強度を向上させるには、凹凸高さを大きくする必要があるため、軸圧縮強度が低下してしまう。さらには、凹凸ビードの高さが大きいと、缶の意匠性が低下してしまうこともある。
【００１３】
また、缶胴の円周方向に設ける環状の凹凸ビードの断面形状としては、断面略三角形状以外にも、特許文献５には、缶胴に形成された凹凸ビードのうち、凸部の上底面のみに平坦な未加工胴壁部を設けた例が開示されている。しかしながら、この未加工胴壁部は、あくまで未加工の平坦部を残したに過ぎず、ビード付缶の外力に対する抵抗特性の向上を図るために意識的に設けたものではなく、成形後の缶胴に生じるスプリングパック量の低減を目的としたものである。このとき、凹部は略三角形状とされており凸部と対称でないため、凹凸ビードの円周方向の曲げに対する中立軸が、凹凸高さ方向の中央位置から大きくずれるため、円周方向に対する凹凸ビードの曲げ抵抗を確保し難いという問題がある。
【００１４】
以上のように、ビード付缶の製造時、運搬時、積載時等の作用外力に対するパネリング強度、レオメーター強度、軸圧縮強度、を高めるためには、凹凸高さに対して相反する性質を示す、円周方向に対する凹凸ビードの曲げ抵抗と、軸圧縮抵抗の双方を確実に高めることが課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】実開昭５６−３２０３９号公報
【特許文献２】特開２０００−７２１４３号公報
【特許文献３】特開２００２−２８４１５９号公報
【特許文献４】特開平０６−６４６５１号公報
【特許文献５】実開昭５６−１２５８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで本発明は、上述した課題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、缶胴の薄肉化を図りつつ、陰圧缶の座屈に対するパネリング強度、側面の支圧力に対するレオメーター強度、缶高さ方向の軸圧縮強度等の缶に要求される強度特性を向上させることが可能な断面形状の凹凸ビードを設けたビード付缶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は、上述した課題を解決するために、円周方向に環状の凹凸ビードを設けた円筒状の缶胴と、缶胴の上下端に設けられた缶蓋とを備えるビード付缶において、凹凸ビードが、外径部と内径部とが連続部を介して缶高さ方向へ交互に連続されてなり、外径部および内径部が缶高さ方向に対して略平行に略平坦とされた断面形状としたビード付缶を発明した。より好適なビード付缶とする上では、凹凸ビードの外径部と内径部の幅寸法を一致させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ビード付缶の缶胴の円周方向に設ける環状の凹凸ビードについて、外径部と内径部とを連続部を介して缶高さ方向へ交互に連続させて、その外径部および内径部が缶高さ方向に対して略平行に略平坦とされた断面形状としている。
【００１９】
この外径部および内径部に略平坦の面を設けた断面形状の凹凸ビードとすることにより、外径部および内径部に平坦面がない従来の断面略三角形状の波形の凹凸ビードに比べて、円周方向に対する凹凸ビードの曲げ抵抗を高めることができる。ここで、凹凸ビードの外径部と内径部の缶高さ方向の幅寸法を略同一とすることで、凹凸ビードの曲げ抵抗をより効率的に高めることができる。これにより、凹凸ビード高さを小さく抑えてもパネリング強度やレオメーター強度を向上させることができ、かつ、凹凸高さを抑えたることで缶高さ方向の外力に対して凹凸ビードが蛇腹状に潰れ難くなり、軸圧縮強度も向上させるが可能となる。
【００２０】
このように、パネリング強度、レオメーター強度、軸圧縮強度の全てを高めることができるため、缶に要求される強度特性を確保した上で、缶胴の薄肉化による材料コスト低減や省資源化を図ることが可能となる。さらには、缶胴の凹凸ビード高さを抑えた形状により、缶の意匠性向上にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用したビード付缶の側面図である。
【図２】本発明における凹凸ビードの拡大断面図である。
【図３】本発明を適用したビード付缶の他の側面図である。
【図４】本発明を適用したビード付缶の作用効果について説明するための図である。
【図５】従来の断面略三角形状の凹凸ビードを設けたビード付缶の側面図である。
【図６】従来の断面略三角形状の凹凸ビードの拡大断面図である。
【図７】陰圧缶の座屈に対するパネリング強度について説明するための図である。
【図８】従来の凹凸ビードの特性について説明するための図である。
【図９】圧縮軸力が作用した場合の軸圧縮強度について説明するための図である。
【図１０】レオメーター強度の測定方法について説明するための図である。
【図１１】ＦＥＭ解析結果を説明するための図である。
【図１２】ＦＥＭ解析結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態として、飲料や食物を詰めるためのビード付缶について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明を適用したビード付缶１の側面図である。このビード付缶１は、円筒状に構成され、円周方向に環状の凹凸ビード２０とビードのない平坦部３０を形成した缶胴２と、缶胴２の上下端に設けられた缶蓋３を備え、缶胴２と缶蓋３は巻締４により一体化されている。凹凸ビード２０と平坦部３０の缶高さ方向の比率は缶に要求される性能に応じて調整すればよく、平坦部３０を省略して凹凸ビード２０から直接的に缶蓋３に接続されるようにしてもよい。なお、図１には上下端に缶蓋３を設けた３ピース缶を例示しているが、下端の缶蓋３に対応する缶底を缶胴と一体成形し、上端のみに缶蓋３を設けた２ピース缶も本発明の対象とする。このビード付缶１を構成する材料は、スチール（ブリキ、ティンフリースチール、ステンレス等）、アルミ等の金属、樹脂、その他の素材であってもよい。なお、図中の記号Ｄは缶の直径、Ｈは缶高さ、Ｌは凹凸ビード２０の設置範囲の高さを表している。また、缶高さ方向とは、図中矢印Ａ方向を表すものとする。
【００２４】
図２は、缶胴２に設けた凹凸ビード２０の拡大断面図を示している。板厚ｔの缶胴２に設けられた凹凸ビード２０は、缶外側の外径部２１と缶内側の内径部２２とが、凹凸高さａとなるように、連続部２３を介して缶高さ方向へ交互に連続されて形成される。この外径部２１と内径部２２は折り曲げ部２４を介してそれぞれ連続部２３に連結されるが、折り曲げ部２４の折り曲げ半径は、利用する素材の材質に応じて適宜設定することができる。外径部２１の缶高さ方向Ａの幅ｆｏ、内径部２２の缶高さ方向Ａの幅ｆｉは、それぞれ曲率を持つ折り曲げ部２４をその両端に僅かに含むこととなるが、外形部２１および内径部２２は略平坦な面として、缶高さ方向に対してそれぞれ略平行に形成されている。また、この連続部２３の缶胴面への投影長さをｗとすると、外径部２１および内径部２２に対する連続部２３の交差角度はθ（＝ａｔａｎ（ａ／ｗ））で表される。なお、連続部２３は必ずしも平坦面としなくてもよく、折り曲げ部２４と一体的に円弧面の連続部２３を構成しても良い。また、外径部２１の缶高さ方向Ａの幅ｆｏ、内径部２２の缶高さ方向Ａの幅ｆｉとは略同一の寸法とされることが望ましい。
【００２５】
図３の実施例は、図１の例に対して凹凸ビード２０並びに平坦部３０の缶高さ方向Ａの比率を変えたものである。この比率は、缶高さＨに対する凹凸ビード２０の高さＬの比率として表されるものである。この図３の実施例は、レオメーター強度に着目して缶の耐力性能を強化するような場合を想定したものであるが、この場合も図２と同様の凹凸ビード２０を適用することで、ビード付缶の強度特性を高めることができる。
【００２６】
本発明では、図４に示すように、略平坦面の外径部２１及び内径部２２を設けることにより、図４(a)に示す凹凸ビード２０の曲げ抵抗Ｉを効率的に高めることができ、凹凸高さａを抑えてもパネリング強度やレオメーター強度を向上させることが可能となる。これにより、パネリング強度やレオメーター強度を確保しつつ、凹凸高さａを抑えることで、缶高さ方向Ａの外力に対して凹凸ビード２０が蛇腹状に潰れ難くなり、軸圧縮強度も向上させるが可能となる。
【００２７】
また、外径部２１の幅ｆｏ、内径部２２の幅ｆｉの各幅寸法を略同一とすることにより、凹凸ビード２０の円周方向の曲げに対する中立軸を凹凸高さ方向の中央位置に一致させることができ、凹凸ビード２０の曲げ抵抗を効率的に高めることができる。なお凹凸ビード２０の形状のその他寸法は、ビード付缶１に要求される強度特性に応じて適宜設計すればよい。
【００２８】
このように、本発明の凹凸ビード２０の形状とすることで、パネリング強度、レオメーター強度、軸圧縮強度の全てを高めることができ、缶に要求される外力に対する抵抗特性を満足させつつ、缶胴の薄肉化による材料コスト低減や省資源化を図ることが可能となる。さらには、缶胴の凹凸ビード高さを抑えることで、缶の意匠性向上にもつながる。
【実施例１】
【００２９】
本発明を適用したビード付缶１により奏する効果を説明するために、表１に示す缶直径１５３.８ｍｍ×缶高さ１６９.７ｍｍの缶（Ｎｏ.１Ａ、１Ｂ）のパネリング強度Ｐ１および軸圧縮強度Ｐ２、表２に示す缶直径５２.０ｍｍ×缶高さ１０４.０ｍｍの缶（Ｎｏ.２Ａ、２Ｂ）のレオメーター強度をＦＥＭ解析により検証し、従来の略三角形状の凹凸ビードを設けた缶（Ｎｏ.１Ａ、２Ａ）と本発明の凹凸ビードを設けた缶（Ｎｏ.１Ｂ、２Ｂ）の耐力性能を比較した。
【００３０】
表中の各記号は、缶直径：Ｄ、缶高さ：Ｈ、ビード設置範囲の高さ：Ｌ、板厚：ｔ、凹凸ビード２０の高さ：ａ、凹凸ビードピッチ：ｓ、外径部２１の幅：ｆｏ、内径部２２の幅：ｆｉ、連続部２３の缶胴面への投影面積：ｗ、外径部２１および内径部２２に対して連続部２３がなす角度：θ、材料降伏点：ＹＰを表す。なお、比較例（Ｎｏ.１Ａ、２Ａ）は、外径部２１、内径部２２のない略三角形状の凹凸ビードであるため、表中のｆｏ、ｆｉの値はゼロとなっている。ビード付缶の構成素材としてはスチールを想定し、ヤング率：205000Ｎ／ｍｍ^２、ポアソン比：0.3の物性値を用い、有限要素法プログラムにより、座屈挙動を考慮した弾塑性大変形解析を行い、図１１〜１２に示す解析結果を得た。
【００３１】
図１１（ａ）はＮｏ.１ＡおよびＮｏ.１Ｂのパネリング強度に関する解析結果を示し、図の縦軸がパネリング荷重Ｐ１、図の横軸が荷重Ｐ１方向の缶胴の凹み量を表す。図１１（ｂ）はＮｏ.１ＡおよびＮｏ.１Ｂの軸圧縮強度に関する解析結果を示し、図の縦軸が軸圧縮荷重Ｐ２、図の横軸が荷重Ｐ２方向の缶高さ方向の縮み量を表す。図１２はＮｏ.２ＡおよびＮｏ.２Ｂのレオメーター強度に関する解析結果を示し、図の縦軸がレオメーター荷重Ｐ３、図の横軸が荷重Ｐ３方向の缶胴の凹み量を表す。各図から求めた最大耐力値（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）と耐力比（Ｐ１比、Ｐ２比、Ｐ３比）を表１〜２に併せて示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
表１および図１１（ａ）〜（ｂ）から、断面略三角形状とした従来のビード付缶と比べ、本発明を適用したビード付缶１では、缶胴の板厚を約１０％薄肉化しても、同等のパネリング強度および軸圧縮強度を確保できることを確認した。
【００３５】
また、表２および図１２から、断面略三角形状とした従来のビード付缶と比べ、本発明を適用したビード付缶１では、同じ缶胴の厚みとすると、レオメーター強度を１．４倍に向上できることを確認した。この結果は、同等のレオメーター強度を確保するならば、缶胴の薄肉化が図れることを意味する。
【００３６】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００３７】
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１ビード付缶
２缶胴
３缶蓋
４巻締
２０凹凸ビード
２１外径部
２２内径部
２３連続部
２４折り曲げ部
３０平坦部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に環状の凹凸ビードを設けた円筒状の缶胴と、上記缶胴の上下端に設けられた缶蓋とを備えるビード付缶において、
上記凹凸ビードは、外径部と内径部とが連続部を介して缶高さ方向へ交互に連続されてなり、
上記外径部及び上記内径部は、缶高さ方向に対してそれぞれ略平行とされ、かつ略平坦とされた断面形状であることを特徴とするビード付缶。
【請求項２】
上記外径部と上記内径部の缶高さ方向の幅寸法を略同一としたことを特徴とする請求項１に記載のビード付缶。

【図１】