(57)【要約】【課題】軸荷重強度の高い多面体壁を有する金属缶を提供する。【解決手段】多面体壁は、複数の前記単位パネルが前記缶胴の中心軸線と平行方向に並んだ単位パネル列が、前記缶胴の周方向に全周的に密に配列された構成で、前記単位パネルの横稜線を通る断面が多角形状となっている金属缶において、前記単位パネルの横稜線を通る断面形状を１４角以上の多角形状とし、角数の増やすことによって軸荷重強度を高める構成となっていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶胴の少なくとも一部に凸状の境界稜線によって区画された多数の単位パネルで構成される多面体壁を有し、
前記単位パネルは前記境界稜線としての斜め稜線によって区画される菱形形状で、缶胴の中心軸線を通る中心面上に位置する２つの頂点と、中心面に対して対称位置に位置する２つの頂点の計４つの頂点を有し、前記中心面に対して対称位置に位置する頂点を結ぶ谷折りの横稜線を有する構成で、
前記多面体壁は、複数の前記単位パネルが前記缶胴の中心軸線と平行方向に並んだ単位パネル列が、前記缶胴の周方向に全周的に密に配列された構成で、前記単位パネルの横稜線を通る断面が多角形状となっている金属缶において、
前記単位パネルの横稜線を通る断面形状を１４角以上の多角形状とし、角数の増やすことによって軸荷重強度を高める構成となっていることを特徴とする金属缶。
【請求項２】
前記多面体壁の単位パネルの横稜線を通る断面の角数を、２６角以下とすることを特徴とする請求項１に記載の金属缶。
【請求項３】
前記単位パネルの横稜線を通る断面形状を１４角以上の多角形状とした場合の軸荷重強度は、缶胴に多面体壁を有さない金属缶の軸荷重強度の８０％以上である請求項１又は２に記載の金属缶。
【請求項４】
前記缶胴における前記多面体壁を有していないストレート部分の延長面から頂点が軸直角方向に突出する突出量が、０．２８ｍｍ以下となるように設定されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属缶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、缶胴に複数の単位パネルによって構成される多面体壁を有する金属缶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の多面体壁を有する金属缶としては、たとえば、特許文献１に記載のようなものが知られている。
この金属缶は、缶胴の剛性を高めるために、缶胴の少なくとも一部に多面体壁を有し、多面体壁は凸条の境界稜線で菱形形状に区画された折り構造の多数の単位パネルで構成されている。この多数の単位パネルは、缶胴の中心軸線と平行方向に並んだ単位パネル列が、缶胴の周方向に全周的に密に配列された構成で、単位パネルの横稜線を通る断面は正多角形状に成形されている。
このように凹凸を付けた多面体壁を設けることにより、意匠的な特徴を持たせると共に、缶胴に加わる軸直角方向の力に対する強度を高め、容器の薄肉化が図られていた。外圧に対する強度については、単位パネルの横稜線を通る断面の角数が大きいほど強度が低くなることが分かっており、従来から１３角に設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９１５４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、金属缶について、より薄肉化する傾向にあり、薄肉化を進めると、巻締め工程で座屈変形が生じるおそれがある。そこで、本発明者等は、この多面体壁を有する金属缶の軸荷重強度について鋭意研究した結果、単位パネルの横稜線を通る断面の角数が、軸荷重強度に大きく影響するという知見を得た。軸荷重強度とは、軸圧縮荷重を加えた場合に、座屈変形が生じる座屈強度のことである。
本発明の目的は、軸荷重強度の高い多面体壁を有する金属缶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、缶胴の少なくとも一部に凸状の境界稜線によって区画された多数の単位パネルで構成される多面体壁を有し、
前記単位パネルは前記境界稜線としての斜め稜線によって区画される菱形形状で、缶胴の中心軸線を通る中心面上に位置する２つの頂点と、中心面に対して対称位置に位置する２つの頂点の計４つの頂点を有し、前記中心面に対して対称位置に位置する頂点を結ぶ谷折りの横稜線を有する構成で、
前記多面体壁は、複数の前記単位パネルが前記缶胴の中心軸線と平行方向に並んだ単位パネル列が、前記缶胴の周方向に全周的に密に配列された構成で、前記単位パネルの横稜線を通る断面が多角形状となっている金属缶において、
前記単位パネルの横稜線を通る断面形状を１４角以上の多角形状とし、角数の増やすことによって軸荷重強度を高める構成となっていることを特徴とする。
本発明は、缶胴の軸荷重強度が、缶胴の軸直角方向の強度とは逆に、単位パネルの横稜線を通る断面の角数が大きいほど強度が高くなることを見出し、１４角以上に設定して軸荷重強度の高い金属缶を実現するものである。
【０００６】
また、本発明は次のように構成することができる。
１）前記多面体壁の単位パネルの横稜線を通る断面の角数を、２６角以下とする。
２６角になると、軸荷重強度は多面体壁の無いストレート缶とほぼ同等であり、それ以上にする必要はない。
２）前記缶胴における前記多面体壁を有していないストレート部分の延長面から前記頂点が軸直角方向に突出する突出量が、０．２８ｍｍ以下となるように設定されている。
突出量が大きいと搬送中に缶同士あるいは缶とガイド壁が当たった場合に頂点が変形し易くなる。座屈は、頂点を取り囲む４つの単位パネルが窪むように形成されており、頂点が変形していると座屈が生じやすいので、突出量が小さい方が好ましい。しかし、折り構造なので頂点の突出は不可避的に生じ、角数が小さいほど、大きくなる。１４角以上であれば、突出量を小さくすることができ、可及的に座屈が生じにくい構造となる。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明によれば、単位パネルの頂点を通る軸直角方向の断面形状を１４角以上の多角形状とすることにより、軸荷重強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る１４角の金属缶を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図２は図１の単位パネルを示すもので、（Ａ）は正面から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に係る１６角の金属缶を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（Ｃ）は、２６角の金属缶の正面図である。
【図４】図４は軸荷重強度の測定方法を示す図で、（Ａ）は測定装置全体図、（Ｂ）は軸荷重強度を測定する際に用いるネック部補強ジグを示す図である。
【図５】図５は、本発明と従来の金属缶の水平断面の角数と軸荷重強度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
本発明は、単位パネルの横稜線を通る水平断面形状を１４角以上の多角形状とし、角数を増やすことによって軸荷重強度を高める構成としたものであり、図１は、１４角の例を示し、図３（Ａ），（Ｂ）には１６角の例を、図３（Ｃ）には２６角の例を示している。
以下、１４角を例にとって、金属缶の基本的な構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る１４角の金属缶を示すものである。
この金属缶１は、缶胴２１を有する有底筒状の缶本体２を備え、蓋を巻締前の空缶である。缶胴２１の少なくとも一部に多面体壁４を有している。缶本体２は、ストレートに延びる円筒形状の缶胴２１と、缶胴２１の上端の径を絞ったネック部２２と、底部２３とを有する構成で、ネック部２２上端の口部に、不図示の缶蓋が巻締められるフランジ２４が設けられている。
金属缶１としては、この実施形態では、一般的なアルミ合金等の絞りしごき缶で、たとえば、内容量が２５０ｍｌ〜５００ｍｌ用、５℃における缶内圧が２０〜３００［ｋＰａ］の陽圧缶に使用される金属缶で、缶胴２１の板厚は、０．０８〜０．２０［ｍｍ］、缶胴径Ｄが６０〜７０［ｍｍ］（２１１径）、缶高さＨが９０〜１７０［ｍｍ］の範囲で使用を想定している。缶胴径Ｄに対する缶高さＨの比率は、１．３〜２．６程度である。
なお、本発明は上記陽圧缶用の金属缶に限らず、陰圧缶用にも適用可能であり、また、アルミ合金等に限らず、スチール缶にも適用でき、金属缶に広く適用可能である。
【００１０】
多面体壁４は、缶胴２１の周長は変化させずに折り構造によって凹凸形状としたもので、斜め稜線５１の折り目で区画された菱形形状の多数の単位パネル５で構成されている。すなわち、所定数の単位パネル５が缶胴２１の中心軸線Ｎと平行方向（以下、単に軸方向という）に配列されてパネル列５０を構成し、このパネル列５０が缶胴２１の周方向に全周的に配列された構成となっている。互いに隣り合うパネル列５０の単位パネル５の軸方向の位相は、単位パネル５の軸方向の長さの半分だけずらして配列され、単位パネル５が軸方向及び周方向に密に配列されている。
隣り合うパネル列５０は、単位パネル５の長さの半分だけ軸方向にずれているので、周方向に一つ置きに位置するパネル列５０の単位パネル５は、軸方向に同一位相にあり、横稜線５２が、共通する頂点５３を介してつながっている。したがって、単位パネル５の横稜線５２の位置で、缶胴２１の中心軸線Ｎと軸直角方向に切断した断面は、図１（Ｂ）に示すように、正多角形状となる。
多面体壁４は、この例では、缶胴２１の軸方向中途部分に、帯状に設けられ、多面体壁４の上部及び下部領域は、凹凸の無い円筒面のストレート部２１ａ，２１ｂとなっている。
多面体壁４の軸方向長さＬと、缶高さＨとの比率（Ｌ／Ｈ）は、５０％程度となっており、底部側のストレート部２１ｂの長さは、缶高さＨに対して、１９％程度となっているが、他の比率としてもよい。
【００１１】
単位パネル５は、図２に示すように、缶胴２１の中心軸線Ｎを通る中心面Ｍ上に位置する２つの頂点５３ａ、５３ｃと、中心面Ｍに対して対称位置に位置する２つの頂点５３ｂ、５３ｄの計４つの頂点を有している。これら４つの頂点５３ａ〜５３ｄは、中心軸線Ｎを中心とする円筒面上に位置し、中心面Ｍに対して対称位置に位置する頂点５３ｂ、５３ｄを結ぶ谷折りの横稜線５２によって、図２（Ｂ）の実線で示すように、軸方向に缶胴２１の内方にくの字状に屈曲して窪んだ構成となっている。４つの頂点５３ａ〜５３ｄを通る仮想の円筒面の径は、缶胴２１の最大径となる。
また、単位パネル５の頂点５３ａ，５３ｃ間の長さｂ（以下、縦方向長さ）と、頂点５３ｂ，５３ｄ間の水平方向長さａとの縦横比（ｂ／ａ）は、図示例では１であり、１を中心に、０．８≦（ｂ／ａ）≦１．２程度に設定されるが、０．８≦（ｂ／ａ）≦２．０程度に、縦長構成としてもよい。
【００１２】
図３（Ａ），（Ｂ）に示す１６角の形態、図３（Ｃ）に示す２６角の形態については、図１の実施形態と基本的な構成は同一なので、相違点のみについて説明するものとし、同一の構成部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
相違点は、水平断面の角数が大きくなるにつれて、単位パネルの大きさが小さくなる点である。缶本体の高さ及び缶胴径及び単位パネルの縦横比は、角数が変ってもすべて同じに設定しており、また、多面体壁の軸方向長さはほぼ同じであり、単位パネルの大きさが小さくなる分だけ、単位パネルの周方向及び軸方向の数が増大する。
単位パネルの数は、１４角では、周方向に２８面、一列置きに軸方向に４面及び３面で、合計９８面であるが、１６角では、周方向に３２面、一列置きに軸方向に５面及び４面で、合計１４４面、２６角では、周方向に５２面、一列置きに軸方向に８面及び７面で、合計３９０面となっている。
軸方向のパネル列の面数については、多面体壁４の軸方向長さＬをどの程度にとるかに依存する。たとえば、缶胴径が６６．００ｍｍで、缶高さが１２２．２０の缶の場合、多面体壁４の軸方向長さＬは、１６角で６４．７０ｍｍ、２６角で６１．６０ｍｍである。
表１には、角数と軸荷重強度の関係を示している。ストレート缶とは、缶胴に多面体壁を有していない缶である。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
上記軸荷重強度の測定は、サンプルとして、次の５種類のアルミ缶を用意して測定した。
（サンプル１）角数：１１角、パネルの水平方向長さａ（πＤ／ｎ）：１８．８４ｍｍ、多面体壁の缶高さとの比率（Ｌ／Ｈ）：５４．０％（６５．９４／１２２．２０）、軸方向のパネル数：３及び３
ここで、ｎは角数、Ｄは缶胴径、Ｌは多面体壁の軸方向長さ、Ｈは缶高さである。単位パネル５の縦横比（ｂ／ａ）は１であり、Ｌは、（軸方向のパネル数）×（パネルの縦方向長さｂ）に等しい。隣り合うパネル列は半位相ずつずれているので、ここで、軸方向のパネル数は、３．５として計算した。また、多面体壁の缶高さとの比率（Ｌ／Ｈ）については、少数点２桁目を四捨五入して小数点一桁とした。以下同様である。
（サンプル２）角数：１３角、パネルの水平方向長さａ（πＤ／ｎ）：１５．９４ｍｍ、多面体壁の缶高さとの比率（Ｌ／Ｈ）：５２．２％（６３．７７／１２２．２０）、軸方向のパネル数：４及び３、Ｌは、（多い方のパネル数（４））×（パネルの縦方向長さｂ）である。
（サンプル３）角数：１６角、パネルの水平方向長さａ（πＤ／ｎ）：１２．９５ｍｍ、多多面体壁の缶高さとの比率（Ｌ／Ｈ）：５３％（６４．７６／１２２．２０）、軸方向のパネル数：５及び４、Ｌは、（多い方のパネル数（５））×（パネルの縦方向長さｂ）である。
（サンプル４）角数：２６角、パネルの水平方向長さａ（πＤ／ｎ）：７．９７ｍｍ、多面体壁の缶高さとの比率（Ｌ／Ｈ）：５２．２％（６３．７７／１２２．２０）、軸方向のパネル数：８及び７、Ｌは、（多い方のパネル数（８））×（パネルの縦方向長さｂ）である。
（サンプル５）多面体壁無し。
それぞれのサンプル缶は、３５０ｍｌ用の飲料缶に用いられる缶で、その寸法は、次の通りである。
・缶胴の板厚：０．１０７ｍｍ
・缶胴径（Ｄ）：６６．００ｍｍ（２１１径）
・缶高さ（Ｈ）：１２２．２０ｍｍ
缶胴の板厚は、多面体壁の位置での板厚である。また、缶胴径はストレート部の外径である。
次に軸荷重強度の測定方法について説明する。
軸荷重強度の測定装置には「株式会社島津製作所」製、オートグラフ（型番：ＡＧ−２０００Ｄ）を用いた。まず、金属缶１のフランジ２５側が上向きになるように測定装置６の受圧テーブル６１に置き、図４（Ｂ）に示す様に、金属缶１の開口部にネック部補強ジグ６２を載せる。次に、図４（Ａ）に示すように、試験装置にて、金属缶１に載せたネック部補強ジグ６２に１０ｍｍ／ｍｉｎの圧縮速度で圧縮荷重を加え、横軸に圧縮量、縦軸
に圧縮荷重のグラフを出力する。座屈が発生すると圧縮荷重が低下するので、グラフの最大値を読み取り、その値を軸荷重強度とする。測定数量は１２缶以上とし、その平均値を求める。
【００１５】
表１に示す通り、軸荷重強度は、１１角では９２３Ｎ、１３角では１１７３Ｎ、１６角では１４５８Ｎ、２６角では１５８２Ｎ、多面体壁の無いストレート缶の場合は、１５９５Ｎであった。
基本的に、軸方向の圧縮荷重は主として斜め稜線５１で支えられるので、角数が増えると、斜め稜線５１の数も多くなり、軸圧縮荷重が分散されて軸荷重強度が高まるものと思量される。
図５は、表１の軸荷重強度のデータを、角数を横軸に、軸荷重強度を縦軸に取ったグラフである。
このグラフからすると、軸荷重強度の増加の程度は、１１角から１３角の間の勾配に対して、１６角から２６角の間の勾配が緩やかになっている。ストレート缶に対する各角数の軸荷重強度の比率を見ると、１６角から２６角では、９１％から９９％と、１角当たり０．８％の増分であるのに対して、１１角から１３角では、５８％から７４％と、１角当たり１６％の増分で、１６角から２６角の間の変化率に対して大きく変化している。
特に、１３角では、ストレート缶に対して７３．５％程度であるのに対して、１６角では９０％を超えており、１４角では、１１角から１３角の増分（１角当たり８％）を考慮すると、８２パーセントと、ほぼ８０％に達する。
この結果に示すように、本実施形態によれば、水平断面を１４角以上に設定することにより、ストレート缶の８０％程度以上の軸荷重強度を確保することができる。また、１６角以上に設定すれば、ストレート缶の９０％程度以上の軸荷重強度を確保することができる。
一方、２６角になると、軸荷重強度はストレート缶とほぼ同等となり、これ以上の角数としても軸荷重強度の増大という観点では意味が無く、また、加工性も悪くなるので、２６角以下が好ましい。
このように、本願発明によれば、板厚を薄肉にしたとしても、単位パネル５の頂点５３を通る軸直角方向の断面形状を１４角以上の多角形状とすることにより、軸荷重強度を高めることができる。また、所定の軸荷重強度を得るために、水平断面の角数を増やすことによって、板厚を薄肉化することが可能となる。
【００１６】
［多面体壁４の角数と頂点のストレート部に対する突出量の関係］
次に、図２を用いて、頂点５３のストレート部からの突出量について説明する。なお、図２では、単位パネル５の上下左右の頂点５３を区別する意味で、符号５３に添字ａ〜ｄを付しているが、以下の説明では、特に区別する必要が無いので、基本的に添字を省略して説明するものとする。
座屈は、頂点５３を取り囲む４つの単位パネル５が、頂点５３を中心にしてまとめて窪むように発生する。この頂点５３は、加工性を考慮して面取り形状となっているが、水平断面の多角形の頂点に位置するために、多面体壁の上下に位置するストレート部２１ａ，２１ｂに対して、不可避的に外側に突出している。図中、二点鎖線Ｓは、ストレート部２１ａ，２１ｂの延長線である。頂点５３が突出していると、たとえば、搬送中に空缶同士、あるいはガイド壁に突出部が当たって微小変形する可能性があり、座屈変形を助長する。
そのため、突出量δは可及的に小さくすることが好ましい。
表２は、多面体壁の水平断面の角数に対して、ストレート部２１ａ，２１ｂに対する突出量δを示している。表２において、最外径は頂点５３を通る円筒面の径であり、面取りを含めて計算値で求め、１３角、１６角、２６角については、実測値を求めて誤差を検証している。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
表２に示すように、突出量δは、１３角で、０．３３ｍｍと最大で、角数が増えるにつれて徐々に小さくなり、２６角では０．０９ｍｍとなっている。ストレート部２１ａ，２１ｂの径は６６．００ｍｍである。突出量δは、（最外径―ストレート部の径）／２である。計算値に対して実際の寸法を実測したところ、誤さは、最外径で±０．０４ｍｍであり、片側の突出量では、±０．０２ｍｍであった。
このように、角数が増えるほど、突出量は小さくなるので、１４角以上に設定しておけば、現行１３角よりも小さく、最大（０．２８±０．０２）ｍｍ程度に押さえられ、搬送中に缶同士が仮りに当たったとしても、ストレート部２１ａ，２１ｂで衝突の衝撃が吸収することができる。したがって、頂点５３付近での変形を防止することができ、軸方向荷重の低下を可及的に小さくすることができる。
なお、表１、表２のデータ、図５のグラフは、具体例では、アルミ系の金属缶で、缶胴の板厚が０．１０７ｍｍ、缶胴径（Ｄ）が６６．００ｍｍ、缶高さが１２２．２０ｍｍのものについて、角数を１４角以上に設定して軸荷重強度を高める点について説明したが、本発明は、これらの寸法の金属缶に限定されるものではなく、他の板厚、缶胴径、缶高さの一定の組み合わせの金属缶において、同様に角数を１４角以上に設定することにより、軸荷重強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００１９】
１    金属缶、
２    缶本体
２１    缶胴、２２    ネック部、２３    底部、２４    フランジ
４    多面体壁
５    単位パネル
５１    斜め稜線、５２    横稜線、５３（５３ａ〜５３ｄ）    頂点
５０  パネル列
６    測定装置
６１    受圧テーブル、６２    ネック部補強ジグ
Ｍ        中心面
Ｎ        中心軸線
δ    突出量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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