(57)【要約】【課題】内容物を充填した後、輸送中に、天板あるいは地板に付けられた開缶溝に亀裂が発生して破断し、誤って開缶してしまうことのない開缶溝付金属缶を提供する。【解決手段】天板、地板と缶胴の３部品からなり、前記天板および地板の少なくとも一方に開缶用の溝が形成されてなる金属缶に、該溝が付けられた天板あるいは地板の周から溝までの距離が、天板あるいは地板の代表長さの所定倍の範囲内にあるように開缶用の溝を付ける。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板、地板と缶胴の３部品からなり、前記天板および地板の少なくとも一方に開缶用の溝が形成されてなる金属缶であって、該溝が付けられた天板あるいは地板の周から溝までの距離が前記天板あるいは地板の代表長さの所定倍の範囲内にあることを特徴とする開缶溝付金属缶。
【請求項２】
一辺の長さがＬである天板、地板と缶胴の３部品からなり、前記天板および地板の少なくとも一方に開缶用の溝が形成されてなる金属缶であって、該溝が付けられた天板あるいは地板の前記一辺と交差する辺と溝との前記一辺の延びる方向の距離Ｘが０．１５×Ｌ〜０．３５×Ｌの範囲内にあることを特徴とする開缶溝付金属角缶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１８リットル缶や９リットル缶などの、塗料、溶剤、化学品、鉱物油動植物油、食品等の充填、保管、輸送に使用されている開缶溝を付けた金属缶（開缶溝付金属缶）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗料、溶剤、化学品、鉱物油、動植物油、食品等の充填、保管、輸送等に用いられている、１８リットル缶（ＪＩＳ  Ｚ  １６０２−１９９５）や９リットル缶などに代表される大型金属缶には、下記のような特長がある。
（１）  軽くて丈夫である。
（２）  １８リットルは、一人で持ち運びのできる最大容量なので、輸送効率がよく、取り扱いにも便利である。
（３）  防水、防湿性に優れていて完全密封が容易であり、しかも無味無臭で衛生的なので、食品の保存に適している。
（４）  気密性、ガスバリヤー性、遮光性に優れるので、光や空気、熱などの影響により内容物が変質するのを防止できる。
（５）  強度、耐振動、耐衝撃性に優れるので、流通過程での振動や衝撃による容器の損傷を生じ難い。
（６）  １８リットル缶や９リットル缶などの大型金属缶は、通常、缶の形状が直方体なので、収納スペースに隙間なくかつ安定して積層できるので、安全で保管効率がよい。また、輸送に際しても荷台のデッドスペースが少ないので、輸送コストの低減が図れ、経済的である。
（８）  使用後の金属缶は、回収し、再溶解して使うことができ、リサイクル性に優れる。
【０００３】
上記優れた特長を有する大型金属缶は、図５に示したように、缶胴１と、その上下の蓋となる天板２と地板３の３部品から構成された３ピース缶が一般的であり、缶胴の接合方法によって、溶接缶、接着缶、半田缶等に分類されている。また、天板２、地板３は、缶胴１に、図６にＡで示したように、二重巻き締めにより取り付けられる。
【０００４】
金属缶の製造は、一般に、以下の方法で行われる。まず、素材となるぶりき（ＪＩＳ  Ｇ  ３３０３）、ティンフリースチール（ＪＩＳ  Ｇ  ３３１５）、薄すずめっき鋼板あるいは亜鉛めっき鋼板などの金属板の切板あるいは帯板の表裏面あるいは片面に、必要に応じて塗装、印刷、焼付、あるいはフィルムラミネート等の処理を施した後、天板、地板および胴板に用いるために所定寸法に切断する。切断された天板および地板には、額出加工、カーリング加工等を施した後、カーリング部にライナー（シーリングコンパウンド）を充填して乾燥する。一方、切断された胴板は、円筒状に丸められ、その合わせ面を溶接法、接着法あるいは半田法のいずれかの方法で接合した後、角成形、折曲加工、額出加工等を施して角筒状に成形し、さらに、溶接法の場合には、必要に応じて溶接部に塗装による内面補修や焼付処理を施した後、縁折（フランジング）加工を施す。その後、角筒状の缶胴の上下に、前記天板、地板を重ね合わせ、フランジ部を図６に示すような形状に巻き締めして接合した後、天板には、必要に応じて、コーナー部あるいは中央部に注入口を加工し、あるいは、ハンドリングを容易にするために手環を付ける等の加工を行う。さらに、エアテスター等による漏洩試験を行い、合格した製品は、注入口のある場合、注入口どうしを向け合い、紐や針金等で複数の缶をまとめて結束する等して、空缶のままトラックなどに積んで出荷する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようにして製造された１８リットル缶や９リットル缶などの大型金属缶には、種々の内容物が充填され、その後、トラック等で輸送され、倉庫等に保管された後、必要なときに、開缶されて内容物が取り出される。この際、内容物が塗料などのように流動性の良いものでは、図５に示す注入口４のキャップを開くことで、容易に内容物を取り出すことができる。また、粘性が高く流動性の悪いものでも、注入口４を大きくすれば取り出すことは容易である。
【０００６】
しかし、内容物が食品のような固形物の場合には、キャップを大きくするだけでは、取り出すことは難しい。このような場合には、上述した天板あるいは地板と缶胴との巻締部を分解して取り出すことが考えられる。しかし、この巻締部には、缶に内容物を充填後に行う６０〜１２０℃内外の殺菌処理や加圧水蒸気を使うこともあるレトルト処理等によっても密閉状態が維持できるよう、シーリングコンパウンドが充填されているため、巻締部を分解する作業には多大な労力を必要とする他、シーリングコンパウンドが千切れて内容物中に混入する虞があるため、実際上は不可能である。
【０００７】
そこで、さらに簡便な方法として、ハンマーと鉈状の刃物を用いて、天板または地板を切り裂いて開缶する方法がとられることがある。しかし、この方法では、大きな力が必要である他、開缶した周縁部の形状が不規則になるため、内容物がりんごなどの大きな果実の場合には、取り出す際に傷を付けたり、あるいは、作業者が手を切創する等、取り出し作業が危険である等の問題がある。また、誤って巻き締め部分を損傷すると、シーリングコンパウンドの破片が内容物に混入するという問題もある。そこで、鉈状の刃物の代わりに、ロータリー式の刃をもつ缶切り機を用いることもあるが、周縁部の形状は若干規則的になるものの、開缶時に発生した切り粉が内容物に混入するという問題が残る。
【０００８】
上記した種々の問題点を解決する技術が、特許文献１や特許文献２に開示されている。これらの技術は、図５，６に示したように、天板２（または地板３）に開缶用の溝５を付けておくことにより開缶を容易にしたもので、これにより、大きな力を要することなく、短時間でかつ切粉の発生も殆どなく開缶を行うことが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】特公平３−３３５８１号公報
【特許文献２】実公平３−１３９０号公報
【００１０】
しかしながら、天板（または地板）に溝を付けることは、必然的にその部分の強度の低下を招く。従って、形成する溝の深さを決めるに当たっては、充填後の缶の落下などによる衝撃力に対しても十分な強度を確保し、誤って開缶しないような深さに設計する必要がある。しかしながら、このような設計を行った場合でも、トラックや鉄道などで長距離の輸送を行うと、溝部に亀裂が生じて開缶してしまい、内容物が漏洩するトラブルが頻発していた。この対策として、溝深さを浅くすると、今度は溝の効果が薄れ、開缶が困難になる。そのため、開缶溝を付けた金属缶は、輸送距離が限定される等、上述した特長を十分に活かせていないのが実情である。
【００１１】
本発明の目的は、天板あるいは地板に開缶溝が付けられた金属缶に、内容物を充填後、輸送中に、開缶溝に亀裂が生じて開缶してしまうのを防止することができる開缶溝付金属缶を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、従来技術が抱える上記問題点を解決するために、天板の破損原因について、中でも天板（あるいは地板）に発生する歪分布に着目して鋭意検討を行った。その結果、内容物を充填した缶下面（地板）に発生する静止歪の分布は、等分布荷重を受ける両端固定の梁に生ずる歪の分布と近似できること、天板（あるいは地板）に形成された溝部の破損は、輸送時の周期的な内圧変化による溝部の低サイクル疲労破壊に起因するものであり、この疲労破壊を防止するには、歪の小さい部分に溝を形成すればよいことを見出し、本発明に想到した。
【００１３】
すなわち、本発明は、天板、地板と缶胴の３部品からなり、前記天板および地板の少なくとも一方に開缶用の溝が形成されてなる金属缶であって、該溝が付けられた天板あるいは地板の周から溝までの距離が、前記天板あるいは地板の代表長さの所定倍の範囲内にあることを特徴とする開缶溝付金属缶である。
【００１４】
また、本発明は、一辺の長さがＬである天板、地板と缶胴の３部品からなり、前記天板および地板の少なくとも一方に開缶用の溝が形成されてなる金属缶であって、該溝が付けられた天板あるいは地板の前記一辺と交差する辺と溝との前記一辺の延びる方向の距離Ｘが０．１５×Ｌ〜０．３５×Ｌの範囲内にあることを特徴とする開缶溝付金属角缶である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明者らは、従来技術が抱える上記問題点を解決するために、内容物を充填した金属角缶に徐々に静的な内圧を加えていった際、缶下面（地板）の各部に発生する歪の変化を測定した。その結果、地板に発生する歪の分布は、図１に模式的に示すように、等分布荷重を受ける両端固定の梁に生ずる歪の分布と近似できること、また、両端の固定点（地板と胴板との巻締部）および地板の中央部で歪の絶対値が最も大きくなること、そしてさらに、内圧を大きくしていくとそれらの部分には塑性変形に至る大きな歪が生ずものの、すぐに破壊にまでは至らないこと等がわかった。
【００１６】
そこでさらに、１８リットルの大型金属角缶に液状の内容物を充填、密封した状態での、缶の内圧（ゲージ圧）の輸送中の変動について検討することにした。天板、地板のどちらか一方の辺の近傍に溝を付けた１８リットルの大型金属角缶に液状の内容物を充填、密封し、静止状態においた場合、缶に液状の内容物を圧力をかけて注入したときには、天板、地板のうちどちらを上にするにせよ、上にくる側の缶上面直下（缶内部側）には、正の内圧（ゲージ圧）が生じる。また、内容物を充填、密封後に、内容物が温度低下などにより収縮したときなどには、負の内圧（ゲージ圧）が生じる。ここで、この缶上面直下の内圧を、Ｐｕ（ゲージ圧）とすると、缶下面直上には、さらに内容物のヘッド圧Ｐｈ（ゲージ圧）が加わるため、合わせてＰｕ＋Ｐｈの内圧が生じる。
【００１７】
この状態で、内容物を充填した缶を輸送すると、輸送時の加減速や振動に伴って、缶の内容物も振動するため、缶上面直下および缶下面直上の内圧も変動する。例えば、振動の加速度が−Ｃ・Ｇ〜＋Ｃ・Ｇ（Ｇは重力加速度、Ｃ＞０）であるとすると、缶下面直上に作用する内圧は、−Ｃ・Ｐｈ〜＋Ｃ・Ｐｈの周期的な変動を生じる。また、缶上面直下では、内容物の上に存在する気体の有無、量などにより異なるが、０〜Ｃ・Ｐｈの内圧の変動が生じる。したがって、缶上面直下の内圧は、Ｐｕ〜Ｐｕ＋Ｃ・Ｐｈ、缶下面直上の内圧は、Ｐｕ＋（１−Ｃ）Ｐｈ〜Ｐｕ＋（１＋Ｃ）Ｐｈとなる。なお、上記Ｃの値は、輸送の方法にもよるが、一般的なトラック輸送や鉄道輸送の場合には、０．５〜０．７５の範囲となる。
【００１８】
発明者らは、これらの知見をもとに、輸送中に発生する溝部の亀裂と缶の内圧の変動との関係について詳細な検討を行った。その結果、輸送中に溝部に生じる亀裂は、輸送中の振動が原因で生じる周期的な内圧の変化が、金属缶の上面あるいは下面に位置する溝部に作用し、同部を構成する金属板に作用する歪（引張応力による）が変動することに伴う低サイクル疲労破壊であり、これを防止するには、溝部に作用する歪（引張応力による）を小さくすればよいこと、そのためには、歪の小さい部分に溝を付ければよいことを見出した。図２は、低サイクル荷重の作用による歪の振幅と破壊に至るまでの歪の繰り返し回数についての関係を模式的に示したものである。この図から、歪の振幅が大きいと、歪の繰り返し回数が少なくても破壊に至ること、逆に、歪の振幅を小さくしても、歪の繰り返し回数が増えると破壊に至る。この作用により溝部は破断に至る。
【００１９】
等分布荷重を受ける両端固定の梁では、曲げによりその表層に生ずる歪（絶対値）は、図１に示したように、梁が固定された両端および中央部で最大となり、両端からそれぞれ辺の長さの略１／４（正確には０．２１１）の位置で０となる。このことから、四辺の長さが等しい天板、地板をもつ開缶溝付金属角缶の場合、溝を付ける位置を各辺から一辺の長さの１／４内外とすれば、輸送時の周期的な内圧変化が生じても、大きな歪の変動は生じないため、低サイクル疲労破壊を起こし難くなると考えられる。
【００２０】
この考えに基き、さらに検討を進めた結果、天板（地板）は、胴板に対して厳密な固定条件ではないこと、天板または地板を構成する金属板は薄いため、梁に生ずる歪と異なり、その表層に歪が過度に集中することはないこと等から、溝部に作用する曲げ歪は必ずしも正確に０にする必要まではなく、溝を付けるのに好適な位置にはある程度の範囲があることがわかった。そして、さらに詳細に検討した結果、天板、地板の一辺の長さをＬとしたときに、図３に示したように、溝を付ける位置、即ち各辺（巻締部）から溝までの距離Ｘを、０．１５×Ｌ〜０．３５×Ｌの範囲とすれば、曲げ歪は十分に０に近くでき、低サイクル疲労破壊に至るのを防止できることがわかった。なお、多くの場合、金属角缶の天板、地板は正確な正方形ではなく、４隅が丸くなっているが、ここでいう一辺の長さＬは、辺の直線部分を仮想的に外挿していったときに幾何学的にできる交点間の距離に相当する。このＬを実際に測定するには、四隅が丸くなっている天板、地板がすっぽり丁度はまる木枠を作製し、その内周の一辺の長さを測定する等すればよい。
【００２１】
なお、本発明の金属角缶は、天板、地板の一辺の長さＬが２００ｍｍ以上のものであることが好ましい。一辺の長さＬが２００ｍｍ未満の角缶では、発生する歪そのものが小さいため、低サイクル疲労破壊による溝部の亀裂発生は問題とならないレベルだからである。また、上記説明では、角缶形状について説明したが、本発明は、上述した低サイクル疲労破壊の発生メカニズムから考えれば、天板、地板を有する缶であれば、直方体の角缶の場合、短辺、長辺からそれぞれ長辺、短辺の０．１５〜０．３５倍の距離の範囲に溝を付けるようにしたり、角缶以外の円柱状のような金属缶であっても、円周から中心に向かって直径Ｄの所定の距離の範囲に溝を付けるようにすることで、適用することができる。ここにおいて、正方形の一辺や直方体の短辺、長辺、円柱の直径等を総称して代表長さと呼ぶことにする。そして、その所定倍は、天板あるいは地板の形状に応じて材料力学的な理論的な検討および実際の試験により見出せばよい。ここに紹介した直方体や円柱状以外の形状であっても同様である。
【００２２】
また、本発明の金属缶は、板厚０．３５ｍｍ以下の金属板を用いて製造されたものに適用するのが好ましい。板厚が０．３５ｍｍを超える金属板から製造された金属缶の場合には、一度だけしか使用しない開缶溝付金属缶に厚い金属板を使用するのは経済的でないという理由のほか、溝が形成されたとしても残厚が大きいので、低サイクル疲労破壊が起こり難いからである。また、本発明の金属缶としては、ぶりき、ティンフリースチール、薄すずめっき鋼板、亜鉛めっき鋼板あるいはアルミニウム板等を用いて製造されたものが好ましく適合する。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）  板厚０．３２ｍｍのぶりき（ＪＩＳ  Ｇ  ３３０３、ＳＰＴＥ  Ｔ−３）を素材とし、一辺の長さＬが２２０ｍｍの四隅の丸い略正方形の天板、地板と、高さ３００ｍｍの胴部からなる３ピースの角缶を製造した。上記天板には、開缶用の溝を、深さ０．１６ｍｍ（残厚０．１６ｍｍ）で、図３の太い実線のように、巻き締め部に沿って全周に付けた。この際、溝を付ける位置を、辺（巻締部）からの距離Ｘが０〜０．４５Ｌまで０．０５Ｌ（約１０ｍｍ）ピッチで変化するようにした。これらの角缶には、高さ２９０ｍｍ位置まで水を充填し、缶上面直下には空気層を設け、この部分の内圧がゲージ圧で１００Ｐａとなるよう調整した。このような缶を、各溝の位置ごとに１００缶ずつ準備し、これらをトラックに積載し、１０００ｋｍの長距離輸送を行い、輸送後の天板の溝部に亀裂の発生した比率を調査した。
【００２４】
（実施例２）  板厚０．２４ｍｍのティンフリースチール（ＪＩＳ  Ｇ  ３３１５、ＳＰＴＦＳ  Ｔ−２）を素材とし、長辺の長さＬが２００ｍｍ、短辺の長さｌが１００ｍｍの四隅の丸い略長方形の天板、地板と、高さ２５０ｍｍの胴部からなる３ピースの直方体の缶を製造した。上記天板には、開缶用の溝を、深さ０．１４ｍｍ（残厚０．１０ｍｍ）で、図３の太い実線のように、巻き締め部に沿って全周に付けた。この際、溝を付ける位置を、短辺（巻締部）からの距離Ｘが長辺の０〜０．４５Ｌまで０．０５Ｌ（約１０ｍｍ）ピッチで変化するようにした。これらの角缶には、高さ２５０ｍｍ位置まで水を充填し、缶上面直下には空気層を設け、この部分の内圧がゲージ圧で０Ｐａとなるよう調整した。このような缶を、各溝の位置ごとに１００缶ずつ準備し、これらをトラックに積載し、１０００ｋｍの長距離輸送を行い、輸送後の天板の溝部に亀裂の発生した比率を調査した。
【００２５】
上記実施例１および実施例２において、亀裂の発生した比率を調査した結果を図４に示した。この図から、溝を付けた位置を、問題としている辺と交差する辺からの問題としている辺の延びる方向の距離Ｘが０．１５×Ｌ〜０．３５×Ｌの範囲内に収まる位置に設けることにより、輸送中の溝部の破断により誤って開缶してしまうのを確実に防止できることがわかる。
【００２６】
以上の実施例では、金属板の材質が、ＪＩＳ  Ｇ  ３３０３のＳＰＴＥ（ぶりき）や、ＪＩＳ  Ｇ  ３３１５のＳＰＴＦＳ（ティンフリースチール）の場合について述べているが、本発明は、それらの鋼を素材とする厚さ０．３５ｍｍ以下、天板、地板の一辺の長さが２００ｍｍ以上、高さ２５０ｍｍ以上の角缶に好ましく適用できる。しかしながら、本発明は、これらの素材に限らず、アルミニウムその他の金属缶にも適用でき、さらに、角缶以外の形状の金属缶にも適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、開缶用の溝を付ける位置を適正範囲にすることにより、開缶溝付金属缶の輸送中の溝部の亀裂発生、破断により誤って開缶してしまうのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】等分布荷重（内圧）を受ける地板の変形を模式的に示す図である。
【図２】歪の振幅と破壊に至るまでの歪の繰り返し回数との関係を模式的に示すグラフである。
【図３】溝を付けるのに適正な位置を模式的に示す図である。
【図４】溝を付けた位置の各辺からの距離と亀裂の発生した比率との関係を示すグラフである。
【図５】開缶溝付金属缶の一例の斜視図である。
【図６】図５に示したＤ−Ｄの矢視断面図である。
【符号の説明】
１．缶胴
２．天板
３．地板
４．注入口
５．開缶溝
６．辺（巻締部）
７．溝を付けるのに適正な範囲
Ｐ．内圧
Ｌ．天板（地板）の一辺の長さ
Ｘ．天板（地板）の各辺から開缶溝までの距離
【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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【図６】
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