(57)【要約】【課題】従来の缶体は、耐圧性を向上させるために複数の補強リング（補強部材）を用いるので、材料及び製造のコストが増大するとともに、補強リングの分だけ重たくなっていた。また、単純に板厚を薄くするだけでは、プレス成形時に不具合が発生してしまう。【解決手段】本発明によるステンレス鋼製缶体は、胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄが少なくとも０．０００８の缶体において、鏡板２の板厚ｔ２／胴部１の板厚ｔ１を０．４以上かつ１以下として、鏡板２のすみ内面の半径ｒ／胴部１の内径Ｄを０．１５以上かつ０．３５以下とするとともに、鏡板２の中央内面の半径Ｒ／胴部１の内径Ｄを０．７以上かつ１．１５以下と構成した。【選択図】図１
2008285200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された胴部（１）と、
前記胴部（１）の両端に設けられプレス成形された鏡板（２）と
を備え、
前記胴部（１）及び前記鏡板（２）はフェライト系ステンレス鋼製であって、前記胴部（１）の板厚ｔ１／前記胴部（１）の内径Ｄを少なくとも０．０００８とする缶体において、前記鏡板（２）の板厚ｔ２／前記胴部（１）の板厚ｔ１を０．４以上かつ１以下として、前記鏡板（２）のすみ内面の半径ｒ／前記胴部（１）の内径Ｄを０．１５以上かつ０．３５以下とするとともに、前記鏡板（２）の中央内面の半径Ｒ／前記胴部（１）の内径Ｄを０．７以上かつ１．１５以下としたことを特徴とするステンレス鋼製缶体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状に形成された胴部と、前記胴部の両端に設けられプレス成形された鏡板とからなるステンレス鋼製缶体に関し、特に、胴部及び鏡板の形状を最適化することで、補強部材を用いずに缶体の耐圧性を向上させつつ、鏡板のプレス成形時のしわ等の不具合の発生を抑えることができ、薄肉化及び軽量化を実現できる新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道の水圧が直接かかる直圧式の缶体は、日本水道協会の型式承認基準値である水圧（正圧）１７．５ｋｇｆ／ｃｍ２（１．７５ＭＰａ）にて１分間水漏れや変形、破損がないことを満足する必要があり、一般に缶体に用いる板厚を厚くして耐圧性を確保している。そのため、現在は板厚を１．２ｍｍ以上としている。一方、直圧式でなく貯湯を目的とした缶体では、日本水道協会の型式承認基準値が３ｋｇｆ／ｃｍ２（０．３ＭＰａ）と低いため、直圧式の缶体に比べて薄肉化が可能となる。現状では、安全率を見込んで耐圧基準を０．３ＭＰａより高く設定するため、板厚を０．８ｍｍ以上としている。
【０００３】
ここで、現在の市場の動向としては缶体の軽量化が望まれており、軽量化するためには板厚をより薄くする必要がある。ところが、板厚を薄くした場合には缶体の耐圧性が低下してしまうため、耐圧性を向上させる技術として下記の特許文献１に記載されたものが挙げられる。すなわち、従来の缶体では、缶体の耐圧性を向上させるために、上下開口部を閉塞した円筒胴体の外周面に、円筒胴体の長さ方向に均等の間隔で複数の補強リングをネジで固定している。
【０００４】
【特許文献１】特許第３４３６０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の缶体では、耐圧性を向上させるために複数の補強リング（補強部材）を用いるので、材料及び製造のコストが増大するとともに、補強リングの分だけ重たくなっていた。また、単純に板厚を薄くするだけでは、缶体の耐圧性が低下するだけでなく、鏡板のプレス成形時にボディしわ（パッカリング）が生じやすくなり、このボディしわを防ぐためにしわ抑え力を大きくすると割れが生じてしまう。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、補強部材を用いずに缶体の耐圧性を向上させつつ、鏡板のプレス成形時のしわ等の不具合の発生を抑えることができ、薄肉化及び軽量化を実現できるステンレス鋼製缶体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るステンレス鋼製缶体は、円筒状に形成された胴部と、前記胴部の両端に設けられプレス成形された鏡板とを備え、前記胴部及び前記鏡板はフェライト系ステンレス鋼製であって、前記胴部の板厚ｔ１／前記胴部の内径Ｄを少なくとも０．０００８とする缶体において、前記鏡板の板厚ｔ２／前記胴部の板厚ｔ１を０．４以上かつ１以下として、前記鏡板のすみ内面の半径ｒ／前記胴部の内径Ｄを０．１５以上かつ０．３５以下とするとともに、前記鏡板の中央内面の半径Ｒ／前記胴部の内径Ｄを０．７以上かつ１．１５以下とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のステンレス鋼製缶体によれば、前記胴部の板厚ｔ１／前記胴部の内径Ｄを少なくとも０．０００８とする缶体において、前記鏡板の板厚ｔ２／前記胴部の板厚ｔ１を０．４以上かつ１以下として、前記鏡板のすみ内面の半径ｒ／前記胴部の内径Ｄを０．１５以上かつ０．３５以下とするとともに、前記鏡板の中央内面の半径Ｒ／前記胴部の内径Ｄを０．７以上かつ１．１５以下としたので、補強部材を用いずに缶体の耐圧性を向上させつつ、鏡板のプレス成形時のしわ等の不具合の発生を抑えることができ、薄肉化及び軽量化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１によるステンレス鋼製缶体の形状を示す説明図である。
貯湯を目的とした缶体に作用する圧力としては正圧と負圧とがあるが、本願の発明者による検討の結果、円筒状に形成された胴部１と、この胴部１の両端に設けられた鏡板２とを有する缶体であれば、正圧は、胴部１の内径Ｄに対する鏡板２のすみ内面の半径（コーナ部の半径）ｒの比と、前記胴部１の内径Ｄに対する鏡板２の中央内面の半径Ｒとに最も影響を受け、負圧は、胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄに最も影響を受けることを見出した。
【００１０】
本実施の形態では、供試材として表１に示す成分値（残部はＦｅおよび不可避的不純物）であり、０．２％耐力３６０ＭＰａ、引張強さ５２５ＭＰａの高耐食性フェライト系ステンレス鋼を用いて、胴部１及び鏡板２の形状について検討した。なお、特性の観点から本発明に適用するフェライト系ステンレス鋼の好ましい成分範囲は下記の表２に示す範囲（残部はＦｅおよび不可避的不純物）である。胴部１は板状のステンレス鋼を円筒状に加工しその両端を互いに溶接すること等で形成され、鏡板２はプレス加工により成形される。
【００１１】
【表１】
2008285200.tif 000003
【００１２】
【表２】
2008285200.tif 000004
【００１３】
図２は、塑性変形開始負圧と胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄとの関係を示すグラフである。負圧による缶体の変形は鏡板２よりも胴部１に発生するものであるが、本願の発明者らの実験では、図２に示すように塑性変形開始負圧と前記胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄとは相関が高いことが分かり、負圧に対する耐圧性は材料が同じであれば前記胴部１の板厚ｔ１／胴部の内径Ｄが大きいほど向上する。すなわち、胴部１の板厚ｔ１を薄くした場合、耐圧性を確保するためには胴部１の内径Ｄを小形化することが有効であることがわかる。負圧の設定基準値は使用状況によって異なるが、本実施の形態では、給湯時の缶体内の減圧を考慮し、該負圧の設定基準値を負圧値０．０１８ＭＰａとして、胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄが０．０００８以上であるとした。
【００１４】
尚、実用上、胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄを０．００２５より大きくすると、板厚ｔ１が増大し缶体のコストアップにつながる。また、胴部１の内径Ｄを小さくすると貯湯容量が減り、湯の使用中に湯切れを起こすことが懸念されるため、本願発明が意図する胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄは０．００２５以下である。また、本願発明は薄肉化を目的としているので、本願発明が意図する胴部１の板厚ｔ１は０．４ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の値である。
【００１５】
次に、図３は正圧での塑性変形開始圧力と鏡板２のすみ内面の半径ｒ／胴部１の内径Ｄとの関係を示すグラフであり、図４は正圧での塑性変形開始圧力と鏡板２の中央内面の半径Ｒ／胴部１の内径Ｄとの関係を示すグラフである。図に示すように、ｒ／Ｄ及びＲ／Ｄが０．５のときに塑性変形開始圧力が最大となる。つまり、正圧に対する耐圧性を向上させるためには、鏡板２の中央内面の半径Ｒ及び鏡板２のすみ内面の半径ｒが胴部１の内径Ｄ／２と同じである半球状の鏡板が最適である。しかしながら、鏡板の成形は絞り加工であり、ブランクの円周方向に圧縮力が作用するため、プレス加工初期にブランクがパンチとダイに接触しないオーバーハング部の面積が最も広い半球状の鏡板２は、パンチやダイに拘束されていないオーバーハング部にボディしわが最も生じやすい形状である。そのため該鏡板２の板厚ｔ２を薄くするほど、ボディしわ（パッカリング）が生じやすくなるとともに、このボディしわを防ぐためにしわ抑え力を大きくすると割れが生じてしまう。尚、鏡板２の中央内面の半径Ｒを大きくすると、プレス成形性（ボディしわの抑制性）が向上するとともに内容量も多くなるが、耐圧性が低下することが分かった。また、鏡板２のすみ内面の半径ｒを小さくしても、プレス成形性が向上するとともに内容量も多くなるが、耐圧性が低下していく。
【００１６】
以下、鏡板２の形状についての具体的な実験結果を示す。
実験１．
図５は、図１の鏡板２のプレス成形時の状態を示す図である。図６は、実験１の条件において缶体の耐圧性及び鏡板２のプレス成形性が正常な範囲を示す説明図である。実験１では、供試材として板厚０．４ｍｍの前記フェライト系ステンレス鋼を用いるとともに、鏡板２のプレス加工においてはブランク径５００ｍｍ、パンチ径Ｄ３００ｍｍ、ダイＲ（Ｒｄ）＝４ｍｍとするとともに、しわ抑え力（ＢＨＦ）は周知のジーベルの半理論式に基づき設定し、絞り高さ１７０ｍｍまでプレス加工した。鏡板２のパンチ中央部のＲは１５０〜３６０ｍｍ（Ｒ／Ｄ＝０．５〜１．２）の範囲で変化させ、パンチ肩部のｒは３０〜１５０ｍｍ（ｒ／Ｄ＝０．１〜０．５）と変化させたものを組み合わせて鏡板２のプレス成形を行った。図６に示すように、前記鏡板２のすみ内面の半径ｒ／前記胴部１の内径Ｄを０．３５よりも大きくした場合、及び前記鏡板２の中央内面の半径Ｒ／前記胴部１の内径Ｄを０．７よりも小さくした場合には、プレス成形時にボディしわが発生した。
【００１７】
また、ボディしわが発生しなかった場合に、該鏡板２と同じ板厚の胴部１を溶接にて接合し、高さＬ１２００ｍｍの缶体として耐圧試験を行った。尚、正圧の基準値は安全率を見込んで０．６ＭＰａ（日本水道協会の型式承認基準値は０．３ＭＰａ）とし、水漏れや著しい変形及び破壊がないものを合格とした。この耐圧試験では、図６に示すように、前記鏡板２のすみ内面の半径ｒ／前記胴部１の内径Ｄを０．１５よりも小さくした場合、及び前記鏡板２の中央内面の半径Ｒ／前記胴部１の内径Ｄを１．１５よりも大きくした場合に、鏡板に不均一な変形が発生した。
【００１８】
実験２．
図７は、実験２の条件において缶体の耐圧性及び鏡板２のプレス成形性が正常な範囲を示す説明図である。実験２では、供試材として鏡板および胴部ともに板厚０．５ｍｍの前記フェライト系ステンレス鋼を用いるとともに、鏡板２のプレス加工においてはブランク径１０００ｍｍ、パンチ径Ｄ６００ｍｍ、ダイＲ（Ｒｄ）＝４ｍｍ、しわ抑え力は周知のジーベルの半理論式に基づき設定し、絞り高さ３００ｍｍまでプレス加工した。鏡板２のパンチ中央部のＲは３００〜７２０ｍｍ（Ｒ／Ｄ＝０．５〜１．２）の範囲で変化させ、パンチ肩部のｒは６０〜３００ｍｍ（ｒ／Ｄ＝０．１〜０．５）と変化させたものを組み合わせて鏡板２のプレス成形を行った。図７に示すように、この条件でも実験１と同様に、前記鏡板２のすみ内面の半径ｒ／前記胴部１の内径Ｄを０．３５よりも大きくした場合、及び前記鏡板２の中央内面の半径Ｒ／前記胴部１の内径Ｄを０．７よりも小さくした場合には、プレス成形時にボディしわが発生した。
【００１９】
また、ボディしわが発生しなかった場合に、実験１と同様に耐圧試験を行った。図７に示すように、この耐圧試験でも実験１と同様に、前記鏡板２のすみ内面の半径ｒ／前記胴部１の内径Ｄを０．１５よりも小さくした場合、及び前記鏡板２の中央内面の半径Ｒ／前記胴部１の内径Ｄを１．１５よりも大きくした場合には、鏡板に不均一な変形が発生した。
【００２０】
実験１，２では、胴部１と鏡板２とは同じ板厚の前記フェライト系ステンレス鋼を用いた場合で説明したが、負圧の基準値に合わせて胴部１の板厚ｔ１を厚くする場合には、鏡板２の板厚ｔ２は、胴部１と板厚を変えてもよい。鏡板２の板厚ｔ２を胴部１の板厚ｔ１より薄い板厚に変えたとしても前述した鏡板の最適な形状は変わらない。これは前述したように負圧は鏡板２ではなく胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄに影響されるためである。鏡板２を胴部１よりも薄くする場合、薄くしすぎると、プレス成形時ボディしわや割れが生じやすく耐圧性も下がるため、前記鏡板の板厚ｔ２／前記胴部の板厚ｔ１が０．４以上かつ１以下となる程度とする。
【００２１】
従って、胴部１の板厚ｔ１／胴部１の内径Ｄが少なくとも０．０００８の缶体において、鏡板２の板厚ｔ２／胴部１の板厚ｔ１を０．４以上かつ１以下として、鏡板２のすみ内面の半径ｒ／胴部１の内径Ｄを０．１５以上かつ０．３５以下とするとともに、鏡板２の中央内面の半径Ｒ／胴部１の内径Ｄを０．７以上かつ１．１５以下とすることで、補強部材を用いずに缶体の耐圧性を向上させつつプレス成形時の不具合の発生を抑えることができ、薄肉化及び軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１によるステンレス鋼製缶体の形状を示す説明図である。
【図２】塑性変化開始負圧と胴部の板厚ｔ１／胴部の内径Ｄとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は正圧での塑性変形開始圧力と鏡板のすみ内面の半径ｒ／胴部１の内径Ｄとの関係を示すグラフである。
【図４】正圧での塑性変形開始圧力と鏡板の中央内面の半径Ｒ／胴部１の内径Ｄとの関係を示すグラフである。
【図５】図１の鏡板２のプレス成形時の状態を示す図である。
【図６】実験１の条件において缶体の耐圧性及び鏡板２のプレス成形性が正常な範囲を示す説明図である。
【図７】実験２の条件において缶体の耐圧性及び鏡板２のプレス成形性が正常な範囲を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  胴部、２  鏡板
【図１】
2008285200.tif 000005
【図２】
2008285200.tif 000006
【図３】
2008285200.tif 000007
【図４】
2008285200.tif 000008
【図５】
2008285200.tif 000009
【図６】
2008285200.tif 000010
【図７】
2008285200.tif 000011