JP2011184053A

JP2011184053A - 缶蓋

Info

Publication number: JP2011184053A
Application number: JP2010049027A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nagafune; 達矢長船
Original assignee: Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】バックリングに対する耐圧強度を高めつつ、バックリングが発生したとしても亀裂が発生しにくい構造の缶蓋を提供する。
【解決手段】センターパネル２の周縁部に環状溝５が形成され、環状溝５の内側側壁５１がセンターパネル２の周縁と接続され、環状溝５の外側側壁５２がチャックウォール３の基端部に接続されている構成の缶蓋において、材料強度が低い方向の外側側壁高さを材料強度の高い方向の外側側壁高さよりも相対的に高くなるように、外側側壁高さを周方向に変化させたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば炭酸飲料缶のような缶容器に用いられる缶蓋に関し、特に、耐圧性が高く、しかもバックリング発生時の亀裂発生を防止し得る缶蓋に関する。

従来のこの種の耐圧用の缶蓋としては、一般的に、センターパネルの周縁に、チャックウォールの立ち上がり方向とは逆に突出する環状溝が形成されたフルフォームエンドが用いられている。環状溝の内側側壁はセンターパネルの周縁と接続され、環状溝の外側側壁がチャックウォールの基端部に接続されている。

このような缶蓋のコストダウン策として、従来から、センターパネル径の縮小及びチャックウォール角度を大きくすることによって、ブランク径の縮小及び耐圧強度（バックリングが生じる最小内圧）向上によるゲージダウンを図るものが知られている（特許文献１参照）。

しかし、ブランク径を縮小するには、缶蓋を成形する金型の大部分を新規に制作する必要があるため、コストダウン効果が金型製作費用によって目減りしてしまう。

そこで、ブランク径を変更せずに済ませるために、センターパネル径の縮小による材料の余剰分によって、缶蓋のカール部頂部裏面から環状溝の底部裏面までの高さ寸法であるチャックユニットデプス（ここでは単にユニットデプスと呼ぶことにする）を大きくし、これによりバックリングに対する耐圧強度を高め、さらなるゲージダウンを図るという方法が考えられる。また環状溝の底部裏面から外側側壁のチャックウォールとの接続部までの高さを外側側壁高さと呼び、この高さもバックリングに対する耐圧強度を決定するとともに、亀裂の発生に関係する要素となっているため、その値の決定は重要である。

以上より、単にユニットデプスを大きくすると、耐圧強度は向上するが、バックリングが発生した場合には亀裂が生じるという課題が残っていた。

特許第３８０９１９０号公報

鋭意研究した結果、蓋材の材料強度には、圧延方向に対して周方向に高低があり、材料強度の低い部分でバックリングが発生し、亀裂が生じていることがわかった。

本発明は、蓋材には圧延方向で材料強度に高低があることに注目してなされたもので、材料強度の方向性を耐圧強度向上に活用することとし、その方法として、材料強度の低い部分を補強して耐圧強度の全体を嵩上げし、より薄い材料で必要な耐圧強度を実現し、さらにバックリング発生時の亀裂が生じにくい缶蓋を提供することにある。

上記に示した材料強度の方向性としては、材料強度が最も低い方向は、圧延方向に対して所定角度方向であり、材料強度の低い方向では、耐圧強度も弱くバックリングが発生し、亀裂となる。

そこで、本発明では、材料強度の弱い方向を補強して耐圧強度を上げる方法を模索した。この方法として、材料強度の低い方向の外側側壁高さを高くし、材料強度の高い圧延方向や圧延と直角の方向の外側側壁高さよりも高くした。
すなわち、本発明は、センターパネルと、該センターパネルの周縁からセンターパネルを取り囲むように立ち上がるチャックウォールと、チャックウォールの先端部から半径方向外方に延びる巻締め用のカール部と、を備え、前記センターパネルの周縁部には強化用の環状溝が形成され、該環状溝の内側側壁がセンターパネルの周縁と接続され、前記環状溝の外側側壁がチャックウォールの基端部に接続されている構成の缶蓋において、
材料強度が低い方向の外側側壁高さを材料強度の高い方向の外側側壁高さよりも相対的に高くなるように、外側側壁高さを周方向に変化させたことを特徴とする。
蓋材がアルミ合金製の場合には、材料強度の低い方向は圧延方向に対して４５°の方向である。

これにより、材料強度の低い方向でのバックリングの発生は無くなり、バックリングの発生に起因する耐圧強度の低下が解消され、総じて耐圧強度が上がる。外側側壁高さを周方向に一定とする場合に比べて、耐圧強度が向上し、従来と同じ板厚でも、耐圧強度が上がり亀裂も発生し難くなるため、より薄い板厚で代用でき、材料のコストダウンが可能となる。

図１は本発明の比較例の缶蓋で、(Ａ)は概略部分断面図、(Ｂ)は外側側壁高さとユニットデプスを変えた場合の耐圧強度を示すグラフで、×は亀裂の発生を示す。図２は本発明の実施の形態で、（Ａ）は蓋の圧延方向を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の圧延方向に対して４５°方向の部分拡大断面図で外側側壁高さはｈａ、（Ｃ）は（Ａ）の圧延方向の部分拡大断面図で外側側壁高さはｈｃ、同図（Ｄ）は（Ａ）の圧延方向に対して９０°方向の部分拡大断面図で外側側壁高さはｈｂである。図３は本発明の外側側壁の周方向の高さを示した図であり、（Ａ）は外側側壁の周方向の高さ変化を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は（Ａ）の外側側壁の高さ変化の他の構成例を示す図である。図４（Ａ−１）、（Ａ−２）はシェルを成形するプレスの成形工程、（Ｂ）はカール部を成形するプレスの成形工程、（Ｃ）は外側側壁高さの変化を付与するリングダイの断面図を示している。

先ず、本発明との比較例について説明する。
図１(Ａ)は、本発明の比較例に係る缶蓋の構造で、缶蓋の部分断面を示している。ただ、本発明での実施形態も、基本的にはこの比較例の構造と同じである。この缶蓋１は、センターパネル２と、センターパネル２の周縁からセンターパネル２の一方のパネル面側にセンターパネル２を取り囲むように立ち上がるチャックウォール３と、チャックウォール３の先端部から半径方向外方に延びる巻締め用のカール部４と、を備えている。

センターパネル２の周縁部にはチャックウォール３の立ち上がり方向とは反対方向に突出する環状溝５が形成され、環状溝５の内側側壁５１がセンターパネル２の周縁と接続され、環状溝５の外側側壁５２がチャックウォール３の基端部に接続されている。内側側壁５１と外側側壁５２は円弧状に湾曲する底部５３によって連結されている。内側側壁５１及び外側側壁５２は、センターパネル２に対して直交する垂直壁によって構成されている。前記の構成で、ユニットデプスＨを大きくすることによって耐圧性向上し、外側側壁高さｈを一定の範囲内とすることで、バックリング時に発生する亀裂も防止出来るようにな
った。この比較例は外側側壁高さｈが、周方向に一定となっている。以下にその具体的な寸法例を示す。

上記比較例の缶蓋は、アルミニウム合金製の２０４径で、センターパネル径Ｄ１は、φ４８．５ｍｍで、ユニットデプスＨを、７．００ｍｍ、７．２０ｍｍ、７．４０ｍｍ、７．６０ｍｍの４種類について、外側側壁高さｈを種々変えたものについて、耐圧強度Ｐと、亀裂発生の有無について試験をした。環状溝５の底部裏面からセンターパネルの裏面までの高さであるパネルデプスｈｐは２．５ｍｍで、板厚は、０．２３５ｍｍである。その試験結果図１（Ｂ）に示す。

上記の試験結果として、ユニットデプスＨを大きくすると耐圧強度が増大し、また外側側壁高さｈを大きくしても耐圧強度が増大するが、ある高さ以上になると亀裂が発生する。以上の結果より、ユニットデプスＨを７．２〜７．６ｍｍ、外側側壁高さｈを０．９５ｍｍに設定することにより、６５０［ｋＰａ］の耐圧強度を確保でき、しかも亀裂の発生は回避できることが分かる。

次に、図２乃至図３を参照して、上記の比較例とは異なる、本発明の実施形態の特徴について説明する。
本実施の形態の缶蓋２０１もアルミニウム合金製、センターパネル２０２と、センターパネル２０２の周縁からセンターパネル２０２の一方のパネル面側にセンターパネル２０２を取り囲むように立ち上がるチャックウォール２０３と、チャックウォール２０３の先端部から半径方向外方に延びる巻締め用のカール部２０４と、を備えている。

センターパネル２０２の周縁部にはチャックウォール２０３の立ち上がり方向とは反対方向に突出する環状溝２０５が形成され、環状溝２０５の内側側壁２５１がセンターパネル２０２の周縁と接続され、環状溝２０５の外側側壁２５２がチャックウォール２０３の基端部に接続されている。内側側壁２５１と外側側壁２５２は円弧状に湾曲する底壁２５３によって連結されている。内側側壁２５１及び外側側壁２５２は、センターパネル２０２に対して直交する垂直壁によって構成されている。

本実施の形態では、材料強度が低い方向の外側側壁高さを材料強度の高い方向の外側側壁高さよりも相対的に高くなるように、外側側壁高さを周方向に変化させたものである。アルミ合金製の場合には、材料強度の低い方向は圧延方向に対して４５°の方向である。
図２(Ａ)において、センターパネル２０２の中心Ｏを通り圧延方向Ｒに延ばした線を基準線Ｎとし、基準線Ｎに対して反時計回り方向および時計回り方向に４５°傾斜する傾斜線をＱ１、Ｑ２、基準線Ｎと直交する直交線をＭとすると、傾斜線Ｑ１，Ｑ２との交点Ａ１、Ａ２、Ａ３，Ａ４における外側側壁高さをｈａ、直交線Ｍとの交点Ｂ１、Ｂ２における外側側壁高さをｈｂ、基準線Ｎとの交点Ｃ１，Ｃ２における外側側壁高さをｈｃとすると、ｈａ＞ｈｂ＞ｈｃとなるように設定している。
外側側壁２５２の基準線Ｎとの交点Ｃ１，Ｃ２の位相角０°、１８０°とすると、傾斜線Ｑ１，Ｑ２の交点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の位相角は４５°、１３５°、２２５°、３１５°、直交線Ｍとの交点Ｂ１，Ｂ２の位相角は９０°、２７０°である。

図３(Ａ)は、この外側側壁高さの周方向の変化を、位相角を横軸にとって模式的に示したグラフである。
すなわち、Ａ１、Ａ２，Ａ３，Ａ４を山の頂部、Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２を谷の底部とするように連続的に変化する形状となっている。この図では、山の頂部Ａ１、Ａ２，Ａ３，Ａ４及び谷の底部Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２は、所定角度だけ一定にした平らな構成となっており、中間領域は、上方に凸形状から途中で凹形状に変曲するようななだらかな曲線状に変化している。
もっとも、頂部及び谷部は平らである必要はなく、図３(Ｂ)に示すように、各位相角の位置の一点で最大値あるいは最小値となるように変化するようになっていてもよい。

また、圧延方向に対して４５°の方向の外側側壁高さｈａが最も大きければよく、図３(Ｄ)に示すように、圧延方向の外側側壁高さｈｃと圧延方向と直交方向の外側側壁高さｈｂが同じでもよい。すなわち、ｈａ＞ｈｂ＝ｈｃの関係としてもよい。
また、特に図示しないが、中間強度領域Ｂ１、Ｂ２外側側壁高さｈｂが高強度領域Ｃ１、Ｃ２の外側側壁高さｈｃより低くてもよい。すなわち、ｈａ＞ｈｃ＞ｈｂの関係としてもよく、要するに、もっとも強度の弱い圧延方向に対して４５°方向の４点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の外側側壁高さが最も高くなっていればよい。

なお、蓋径、ユニットデプスＨ、環状溝の外側側壁の外径、チャックウォール先端のラジアス部の曲率半径は、周方向に一定であり、外側側壁高さが変化する分だけチャックウォール角度αが変化する。
すなわち、外側側壁高さｈａが高い圧延方向と４５°の方向の点Ａ１、Ａ２，Ａ３、Ａ４では、チャックウォール角度αは大きくなり、外側側壁高さが低い圧延方向の点Ｃ１，Ｃ２ではチャックウォール角度は小さくなり、外側側壁高さが中間的な圧延方向と直交方向の点Ｂ１、Ｂ２ではチャックウォール角度αは中間的な角度となる。
チャックウォール２０３の基端部と外側側壁の接続部２０３ａの曲率半径は、特に同じである必要はない。

次に、本実施の形態の缶蓋の作用について説明する。
外側側壁高さを高くすると、バックリングに対する耐圧性が向上するが、ある範囲を超えると、缶蓋がバックリングしたときに亀裂が生じる。亀裂が生じるのは、飲み口を付ける前の缶蓋のシェルの場合、材料強度が低い方向で、圧延方向に対して４５°方向で発生することが分かった。
そこで、本発明は、材料強度が高い方向（圧延方向に対して０°）におけるカウンターウォール下方の外側側壁高さｈｃを、亀裂が生じない範囲で長くしておき、材料強度が低い圧延方向に対して４５°の方向の外側側壁高さｈａをそれよりも長くすることで、耐圧性を高めたものである。

材料強度の弱い方向の外側側壁高さｈａを材料強度の高い方向の外側側壁高さｈｃより高くしておかないと、材料強度の弱い部分Ａ１〜Ａ４からバックリングが始まって亀裂が生じてしまう。すなわち、材料強度が高い方向（Ｃ１，Ｃ２）からバックリングが生じるようにしている。
これにより材料強度の低い圧延４５°方向でのバックリングの発生は無くなり、バックリングの発生に起因する耐圧強度の低下が解消され、総じて耐圧強度が上がる。比較例の外側側壁高さを周方向に一定とする方法に比べて、耐圧強度が向上した分、従来と同じ板厚でも、耐圧強度が上がり亀裂も発生し難くなるため、より薄い板厚で代用できるから、材料のコストダウンが可能となる。

本発明の実施例として、アルミ合金製の２０４径用の缶蓋を用意し、板厚を０．２０ｍｍセンターパネル径Ｄ１を４５．３ｍｍ、ユニットデプスＨが７．５ｍｍで、材料強度の低い方向の外側側壁高さｈａを１．４ｍｍ、材料強度の高い方向の外側側壁高さｈｂとｈｃを０．９ｍｍ、とした。
比較例として、外側側壁高さｈを０．９ｍｍ一定とした場合の耐圧強度を比較した。
実施例・・・ｈａ＝１．４ｍｍ、ｈｂ＝ｈｃ＝０．９ｍｍの場合の耐圧強度は、７００ＫＰａ、
比較例・・・ｈ＝０．９ｍｍ一定の場合の耐圧強度は、６６０ＫＰａ、
であり、約５％の耐圧強度の向上が認められた。バックリングは、材料強度の高い部分Ｃ
１、Ｃ２あるいはＢ１、Ｂ２で発生しているが、亀裂の発生は無かった。

具体的な寸法はこれ限定されるものではなく、従来の実施の形態の寸法関係を適用し、ユニットデプスＨを少なくとも７ｍｍ〜７．６ｍｍとした構成で、環状溝３０５の外側側壁高さｈについて、材料強度の高い外側側壁高さｈｃを０．９５ｍｍ以内とし、材料強度の中間的な部分の外側側壁高さｈｂ，材料強度の低い外側側壁高さｈａを、ｈｃより大きくなるようにしてもよい。
また、逆に、材料強度の低い外側側壁高さｈａを０．９５ｍｍ以内とし、材料強度の高い外側側壁高さｈｃを、ｈａより小さくなるようにしてもよい。
このようにすれば、仮に大きく変形し、外側側壁の高強度の部分Ｃ１，Ｃ２だけでなく低強度の部分Ａ１〜Ａ４まで、バックリングが生じたとしても、低強度の部分の亀裂の発生を防止することができ、内容物の流出を防止することができる。

［成形方法］
本実施の形態のように、外側側壁高さが周方向に異なる缶蓋の成形方法は、次のような方法が考えられる。
１）缶蓋のシェル成形時に成形する（シェル成形）
２）缶蓋のシェル成形後にリフォームする
２−１）シェルプレス内の別工程で成形（カール工程等）
２−２）別途リフォーム用のプレスで成形
２−３）コンバージョンプレス内で成形
ただし、２−２）、２−３）は、シェルの圧延方向と工具方向を合わせる必要があるため、板材が圧延方向に流れてくるシェル成形段階の、１）または２−１）の方法が望ましい。

図４には、缶蓋のスコアやリベット成形前のシェルを成形するプレスの成形工程を示している。
図４（Ａ−１），（Ａ−２）は、シェルを成形するプレスの１ストロークの成形工程を示すもので、図４（Ａ−１）は行き工程で、シェルの大部分を成形し、図４（Ａ−２）が返り工程で底部のみを成形する。
すなわち、図４（Ａ−１）に示すように、ポンチカッター２１によってアルミ合金製の金属板２０から円形ブランクを打ち抜き、このブランクをリングダイ２２及びコアポンチ２３により絞り、シーミングパネル対応部２４、チャックウォール対応部２５、垂直の外側側壁対応部２６及び中央パネル対応部２７を有する端壁プリフォーム２８を成形する。さらに、図４(Ａ−２)に示すように、コアポンチ２３と円筒状コアダイ３２で中央パネル対応部２７を挟んだ状態で上昇させて、垂直の内側側壁１３ａ、底壁部１３ｂ及び外側側壁１３ｃを有する環状溝１３を成形する。

材料となるアルミ板の搬送方向はアルミコイルの巻き方向であり、この搬送方向が圧延方向となるので、この搬送方向に対してリングダイの方向を決めればよい。

リングダイ２２は、リング形状で、内周には、内周垂直壁２２１と、内周垂直壁の上端から上方に徐々に拡径する方向に傾斜する傾斜壁２２２とを有しており、図４（Ｃ）に示すように、リングダイ２２の内周垂直壁２２１の上縁を、図３（Ａ）に示されたような外側側壁高さの高さ変化に対応して周方向に変化させる。
すなわち、低強度領域に対応する部位について、リングダイ２２の底面から内周垂直壁２２１の上端までの内周垂直壁高さＬａを、高強度部領域や中間強度領域に対応する部位の内周垂直壁高さＬｃより高くしたものである。図では高強度領域に対応する内周垂直壁高さＬｃを例示しているが、中間強度領域に対応する内周垂直壁高さも同様である。尚、ここでのＬａとＬｃの差は、図２（Ｂ）と（Ｄ）の、外側側壁高さｈａとｈｃの差に等し
くなる。

このように内周垂直壁高さが周方向に変化しているので、傾斜壁２２２についての角度も変化してくる。以上の角度変化の内容は、図１の（Ａ）の角度αが、外側側壁高さｈが変わると角度αも変化することと同等である。

次に、図４（Ｂ）に示すように、環状ダイ３０に、端壁プリフォーム２８のチャックウォール対応部２５及びシーミングパネル対応部２４の端部を載置した後、リングポンチ３１によってカール部１７を形成し、缶蓋シェル１０が作成される。

このようにすれば、現状のダイセットのうち、リングダイを交換するだけでよく、コストの増大を可及的に小さくすることができる。
なお、本実施の形態では、アルミニウム合金に限らず、圧延方向に対する方向性で材料強度で差のある錫メッキ鋼板、ティンフリースチール等、種々の蓋材が適用可能である。材料強度の弱い方向は材料に応じて設定される。
上記各実施の形態では、缶蓋が円形の場合について説明したが、缶蓋が円形に限るものではなく、楕円形、角丸の四角形等の他の形状でもよい。

１缶蓋
２センターパネル
３チャックウォール
４カール部
５環状溝
５１内側側壁部
５２外側側壁部
５３底部
２１ポンチカッター
２２リングダイ
２２１内周垂直壁
２２２内周傾斜壁
２３コアポンチ
２４シーミングパネル対応部
２５チャックウォール対応部
２６外側垂直壁対応部
２７中央パネル対応部
２８端壁プリフォーム
３０環状ダイ
３１リングポンチ
３２円筒状コアダイ
２０１缶蓋
２０２センターパネル
２０３チャックウォール
２０４カール部
２０５環状溝
２５１内側側壁
２５２外側側壁
２５３底部
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４圧延方向に対して４５°方向の部位
Ｂ１、Ｂ２圧延方向に対して直交方向の部位
Ｃ１、Ｃ２圧延方向の部位
Ｈユニットデプス
Ｎ基準線
Ｍ直交線
Ｑ１、Ｑ２傾斜線
Ｏ中心
Ｒ圧延方向

Claims

センターパネルと、該センターパネルの周縁からセンターパネルを取り囲むように立ち上がるチャックウォールと、チャックウォールの先端部から半径方向外方に延びる巻締め用のカール部と、を備え、前記センターパネルの周縁部には強化用の環状溝が形成され、該環状溝の内側側壁がセンターパネルの周縁と接続され、前記環状溝の外側側壁がチャックウォールの基端部に接続されている構成の缶蓋において、
材料強度が低い方向の外側側壁高さを材料強度の高い方向の外側側壁高さよりも相対的に高くなるように、外側側壁高さを周方向に変化させたことを特徴とする缶蓋。
蓋材はアルミ合金製で、材料強度の低い方向は圧延方向に対して４５°の方向である請求項１に記載の缶蓋。