JPH06102465B2 - ツーピース缶用缶胴及びその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ツーピース缶用缶胴及びその製法に関するも
ので、より詳細には、落下強度、耐圧強度、耐腐食性及
び外観特性に優れたツーピース缶用缶胴に関する。本発
明はまた、比較的薄い金属素材を用いて上記ツーピース
缶用缶胴を製造する方法に関する。

（従来の技術） 金属素材をポンチとダイスとの間で絞り−再絞り加工、
或いは更にしごき加工に賦して得られる缶体は、缶胴部
及び缶胴部と缶底部との接続部に継目がなく、外観が良
好で底蓋の巻締及び継目形成などの操作が不要であり、
また缶胴側壁部が薄肉化されていて、金属素材の量が少
なくてよい等の利点を有することから、飲料缶詰等の用
途に広く使用されている。

ことようなツーピース缶は、ビール、炭酸飲料等の自生
圧力を有する内容物や、窒素充填缶詰等の用途に使用さ
れることから、耐圧性能が要求され、特に缶底部のバッ
クリングを防止するために、缶底部に上向きの立上り部
とドーム部とを設ける等、底形状に関する多くの提案が
なされている。

公開実用昭和59−41207号明細書には、内側に向かって
突出した底部を持つ缶胴であって、前記底部の立上り部
分に複数の補強用凹溝が前記缶胴の軸方向に形成されて
いることを特徴とするツーピース缶用缶胴が記載され、
この缶胴によれば内圧による立上り部分の変形が防止さ
れることも示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 近年、缶詰製品のコストを低減させるため、缶の強度等
を実質上低下させることなく、金属素材のコストを低減
させる努力が払われている。金属素材コストを低減させ
るには、厚みが小さく、しかも強度の比較的大きい素材
を用いることが有効であるが、この場合には耐圧強度や
落下強度を高めるために、ドームの高さ寸法を大きくと
る必要にせまられる。

しかしながら、厚みが小さく且つ強度の比較的大きい材
料について、ドームの高さ寸法が大きくなるようなドー
ミング加工（ドーミング加工も一種の絞り加工）を行う
と、形成されるドームにシワが発生して、外観が不良に
なるばかりでなく、前記シワの発生によって所定の落下
強度や耐圧強度が得られなくなったり、前記シワの部分
で塗膜の密着性不良による耐腐食性の低下等のトラブル
を招く。このような傾向は、ドームの高さ寸法を大きく
すればするほど顕著なものとなる。

従って本発明の目的は、落下強度、耐圧強度、耐腐食性
及び外観特性の組合せに優れた新規底形状のツーピース
缶用缶胴及びその製法を提供するにある。

本発明の他の目的は、ドーム部の高さ寸法を比較的大き
い範囲とした場合にも、ドーム部におけるシワの発生が
抑制され、その結果として缶底の外観特性及び耐腐食性
が向上し、且つ落下強度や耐圧強度の低下を有効に防止
されたツーピース缶用缶胴及びその製法を提供するにあ
る。

本発明の更に他の目的は、薄い金属板で形成されていな
がら、上記の特性を有し、しかも軽量性、経済性にも優
れているツーピース缶用缶胴及びその製法を提供するに
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、筒状胴部と、筒状胴部に連なる外周底
部と、外周底部よりも内側の立上り部と、該立上り部に
曲率変化点を介して接続されたドーム部とを備え、曲率
変化点で形成される周の径をＤ、曲率変化点で形成され
る周面からドーム部頂点の高さをＨとしたとき、H/Dの
比が0.15乃至0.5の範囲内にあり、且つ曲率変化点で形
成される周には立上り部とドーム部とに跨がるビードが
周方向に間隔をおいて多数配置されていることを特徴と
するツーピース缶用缶胴が提供される。

本発明によればまた、金属素材を絞り加工または絞り−
しごき加工に賦して平底を有する缶胴に成形する工程
と、缶胴平底をドーミングダイと噛み合わせて底部を絞
り成形を行うことから成るツーピース缶用缶胴の成形法
において、前記ドーミングダイとして、立上り部と、該
立上り部とが曲率変化点を介して接続されたドーム部
と、該曲率変化点で形成される周に立上り部とドーム部
とに跨がるように且つ周方向に間隔をおいて多数配置さ
れた溝部とを有するドーミングダイを使用することを特
徴とする方法が提供される。

（作 用） 本発明によるツーピース缶用缶胴は、筒状胴部と、筒状
胴部に連なる外周底部と、外周底部よりも内側の立上り
部と該立上り部に曲率変化点を介して接続されたドーム
部とを備えているが曲率変化点で形成される周の径を
Ｄ、曲率変化点で形成される周面からドーム部頂点の高
さをＨとしたとき、H/Dの比が0.15乃至0.5の範囲、特に
0.17乃至0.25の範囲としたことが第一の特徴である。

添付図面第１図は、前記H/Dの比と缶の耐圧強度との関
係をプロットしたグラフであり、第２図は前記H/Dの比
と内容物充填状態（内圧6.0Kg/cm²ゲージ）でのH/Dの比
と落下強度（破壊高さ）との関係をプロットしたグラフ
である。上記第１図及び第２図から、H/Dの値を大きく
することは、耐圧強度を高めるためにも、また落下強度
を高めるためにも有効であることがわかる。

本発明において、H/Dの比の下限を前記値に定めている
のは、実用上ツーピース缶用缶胴に使用し得る最低厚み
の缶についても、6.3Kg/cm²ゲージ以上の耐圧強度を得
ようとするものであるが、H/Dの比を上記上限値よりも
大きくすることは、缶胴の内容積が減少し、容積当りの
目付量がかえって増大することによる不利がある。

ところで、缶底のH/Dの値を大きくすると、形成される
ドームにシワが発生し、缶底部の外観不良、耐腐食性低
下、落下強度等の低下が生じることは前述した。この理
由は、H/Dの値が大きくなるようなドームの絞り加工で
は、底部の金属素材が軸方向に寸法が大きくなるような
塑性流動を生じると共に、周方向の寸法が圧縮されるよ
うな塑性流動をも生じるが、この圧縮に際して座屈を生
じ、これがシワとなるためである。

本発明の缶胴では、立上り部とドーム部との間に位置す
る曲率変化点で形成される間に、立上り部とドームとに
跨がるビードを周方向に間隔をおいて多数配置すること
が第二のそして顕著な特徴である。即ち、本発明の缶胴
では、素材の圧縮によってドームにランダムに発生しよ
うとするシワが、立上り部とドーム部とに跨がりしかも
周方向に一定間隔をおいて配置された多数のビードに規
則正しく転換されているのである。このため、本発明の
缶胴では、ドームの形状及び寸法も、曲率変化点の大部
分の位置も所期のものとなっていると共に、シワの発生
が解消されていることにより、外観特性や耐腐食性も良
好で、落下強度や耐圧強度の低下も抑制されるのであ
る。

この場合、ビードを立上り部とドーム部とに跨がるよう
に設けることも極めて重要である。というのは、ビード
を立上り部のみや、ドーム部のみに設けた場合には、シ
ワの原因となる素材の圧縮を吸収する能力が殆どない
が、曲率変化点の周を跨いで立上り部とドーム部とを橋
絡するビードを設ける場合には、余分の素材がこのビー
ドに転換されて、圧縮力の緩和が有効に行われるのであ
る。また、曲率変化点の周に一定間隔で多数のビードを
配置することも極めて重要である。というのは、この配
置により、前述した圧縮力の分散・緩和が一様に行われ
るためである。

本発明において、前述したビードの形成は、缶胴平底を
ドーミングダイと噛み合わせて底部絞り成形するに際
し、前記ドーミングダイとして立上り部と、該立上り部
とが曲率変化点を介して接続されたドーム部と、該曲率
変化点で形成される周に立上り部とドーム部とに跨がる
ように且つ周方向に間隔をおいて多数配置された溝部と
を有するドーミングダイを使用することにより行われ
る。即ち、溝部に周方向に圧縮される素材が流動して、
ビードの形成とシワの発生の抑制が行われるわけであ
る。

（発明の好適態様） 本発明によるツーピース缶用缶胴の一例の全体の構造を
示す第３図において、この缶胴１は全体として２で示す
筒状の側壁部（胴部）２と全体として３で示す缶底部３
とから成っている。側壁部２の上部には所望により絞り
込まれた１段或いは多段のネック部４を介して、缶蓋
（図示せず）との巻締のためのフランジ部５が設けられ
ている。缶胴側壁部２の側面及び側壁部２と缶底部３と
の接続部６には、一切継目がないことが理解されるべき
である。缶底部３は胴部２に連なる外周底部７と、外周
底部よりも内側の立上り部８と、立上り部に曲率変化点
９を介して接続されたドーム部10とを有している。

この缶底部の構造を拡大して示す第４図において、本発
明においては、曲率変化点で形成される周9aには、この
周9aを跨ぎ立上り部８とドーム部10とを橋絡するビード
11が周方向に間隔をおいて多数配置される。

ドーム部10は、D/Hの比が一般に0.15乃至0.5、特に0.17
乃至0.25の範囲にあることが耐圧強度及び落下強度の点
で重要であり、一方、前記ビード11は曲率変化点上にお
いて、その幅（ｄ）が1.0乃至5.0mm、特に1.5乃至3.0mm
で、ビード11の本数は８乃至36本、特に12乃至32本の範
囲内にあるのが、シワの発生を防止して、外観特性、耐
腐食性及び強度の低下防止等の見地から望ましい。ビー
ド11の高さ（ｈ）は、D/Hの比や、素材の厚み等によっ
ても相違するが、一般に0.5乃至3.0mm、特に1.0乃至2.0
mmの範囲にある。

本発明は、各種金属素材、例えば各種表面処理鋼板や、
アルミニウム等の軽金属板に適用されるが、ドーム部10
にシワの発生しやすい素材、特に厚みが0.07乃至0.25m
m、好適には0.10乃至0.20mmのものに有用であり、また
一般に引張強度が50Kg/mm²以上、特に60乃至80Kg/mm²の
素材に適用するのが望ましい。ツーピース缶用缶同のの
底部における耐圧力は、底形状によって大きく相違する
が、底形状を同一とし、その因子を除外して考慮した場
合、経験上下記式 Ｐ＝ｋ・σ・tn …（１） 式中、σは金属素材の引張強度（Kg/mm²）であり、ｔは
金属素材の厚み（mm）であり、Ｐは底の耐バックリング
圧力（Kg/mm²）であり、ｎは１乃至２の数であり、ｋは
係数（形状によって約0.4〜0.6の数）である。

で表わされる。即ち、缶底部のバックリング変形は缶底
突起部（ラジアス部）が円周方向に引張変形を受けるこ
とによるものであり、金属素材の引張強度（σ）の増大
は耐圧力の増大に有効に寄与し得ることがわかる。

第３及び４図に示す缶胴１において、側壁部２は通常の
絞り−再絞り缶のように底部３とほぼ同様の厚みを有し
ていてもよいし、曲げ伸ばしによる絞り−再絞り缶のよ
うに底部３に比して曲げ伸ばしにより薄肉化されていて
もよいし、また絞り−しごき缶のように底部３に比して
しごきにより著しく薄肉化されていてもよい。

また、外周底部７は、台錐状面のようにストレートなも
のでも、内向きに凸な曲面のものでも、外向きに凸な曲
面のものでも任意なものであってよい。外周底部７にお
ける接地部12は、側壁部２の径の50乃至95％、特に70乃
至90％の径を有することが、自立性と耐圧性及びスタッ
ク性（積重ね性）の見地から望ましい。

表面処理鋼板としては、冷間圧延鋼板を焼鈍後、二次冷
間圧延し、亜鉛メッキ、錫メッキ、ニッケルメッキ、電
解クロム酸処理、クロム酸処理等の表面処理鋼板の一種
または二種以上行ったものを用いることができる。好適
な表面処理鋼板の一例は、電解クロム酸処理鋼板であ
り、特に10乃至200mg/m²の金属クロム層と１乃至50mg/m
²（金属クロム換算）のクロム酸化物層とを備えたもの
であり、このものは塗膜密着性と耐腐食性との組合せに
優れている。表面処理鋼板の他の例は、0.5乃至11.2g/m
²の錫メッキ量を有する硬質ブリキ板である。

更に、アルミニウムメッキ、アルミニウム圧接等を施し
たアルミニウム被覆鋼板が使用できる。軽金属として
は、所謂純アルミニウム板の他にアルミニウム合金板が
使用される。耐腐食性と加工性との点で優れたアルミニ
ウム合金板は、Mn:0.2乃至1.5重量％、Mg:0.8乃至５重
量％、Zn:0.25乃至0.3重量％及びCu:0.15乃至0.25重量
％、残部がAlの組成を有するものである。

本発明で用いる金属素材には成形に先立って予め保護塗
膜を形成させておくこともできるし、また成形後に保護
塗膜を設けることもできる。

保護塗膜としては、熱硬化性及び熱可塑性樹脂から成る
任意の保護塗料：例えばフェノール−エポキシ塗料、ア
ミノ−エポキシ塗料等の変性エポキシ塗料；例えば塩化
ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル
共重合体部分ケン化物、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水
マレイン酸共重合体、エポキシ変性−、エポキシアミノ
変性−、或いはエポキシフェノール変性−ビニル樹脂塗
料等のビニルまたは変性ビニル塗料；アクリル樹脂系塗
料：スチレン−ブタジエン系共重合体等の合成ゴム系塗
料等の単独または２種以上の組合せが使用される。

これらの塗料は、エナメル或いはラッカー等の有機溶媒
溶液の形で、或いは水性分散液または水溶液の形で、ロ
ーラ塗装、スプレー塗装、浸漬塗装、静電塗装、電気泳
動塗装等の形で金属素材に施す。勿論、前記樹脂塗料が
熱硬化性の場合には、必要により塗料を焼付ける。また
絞り−しごき加工を行う場合には、加工後のカップにス
プレー塗布等の手段で、前記塗料を缶胴に施す。勿論、
加工前と加工後との二段階で塗料を施すこともできる。

これら有機塗膜は腐食防止及び加工性向上の見地から、
一般に２乃至３μm,特に３乃至20μｍの厚み（乾燥状
態）を有することが望ましい。

本発明の製造工程の一例を説明するための第５図の工程
Ａにおいて、上記金属素材20を、絞りポンチ21と絞りダ
イス22の組合せを用い、鋼板20をしわ押え23で押圧しな
から、平底24を有する缶胴25に成形する。工程Ａは勿論
絞り成形に限定されるものでなく、絞りダイス22の代わ
りに、しごきダイスを使用すると、絞りしごき加工を受
ける缶胴側壁部26が形成される。

次いで、工程Ｂにおいて、最終缶胴の外周底部７の内面
に対応する作用面27を有する筒状パンチ28及び外周底部
７の外面に対応する形状の作用面29を有する支持リング
30で缶胴の底部周辺部31を挟持しながら、筒状パンチ28
よりやや小さい外径を有する以下のドーミングダイ32と
噛み合わせる。

このドーミングダイ32の詳細を示す第６図において、ド
ーミングダイ32はドーム部10外面に対応する円弧状の作
用面33と円周状の側面34とを有しており、それらの接続
円周35にはこれを跨ぐように作用面33と側面34に切り込
まれた溝36が設けられている。この溝36は、接続円周35
に沿って一定間隔で多数設けられている。溝36の幅及び
溝の本数は、既に述べたビード11の幅（ｄ）及び溝の本
数に対応するものである。側面34における溝長ｈは一般
に1.0乃至5.0mm、特に2.0乃至3.0mmの範囲が好ましく、
一方作用面33における溝長（D₂−D₁）/2は一般に1.0乃
至10.0mm、特に2.0乃至5.0mmの範囲が望ましい。

本発明においては、絞り加工は、所望の形状及び所望の
高さ／径比率となるまで、ポンチ及びダイスの径を段々
小さくしながら、数次にわたって絞り加工を行う。

この際、下記式 で定義される絞り比を、一段の絞り加工で1.20乃至2.1
0、特に、1.30乃至1.90となるように、また全体として
の絞り比を、1.50乃至3.00、特に1.80乃至2.70となるよ
うに行うことが望ましい。

また側壁部にしごき加工を行う場合には、下記式 で定義されるしごき率が一段で10乃至50％、特に15乃至
45％、及び全体として40乃至80％、特に45乃至75％とな
るように行うのがよい。

成形後のカップ体は、トリミングを行った後、必要に応
じ、それ自体公知の脱脂操作、例えば湯洗浄、溶剤洗
浄、フロンガス洗浄等に付した後、以後の製缶操作に付
する。

（発明の効果） 本発明によれば、深いドーミングダイ加工を行う場合に
不可避的に発生しようとするシワを立上り部とドーム部
とに跨がる規則正しいビードに転換したことにより、底
部の外観特性及び耐腐食性を顕著に向上させ、落下強度
や耐圧強度の低下を抑制することができた。また、厚み
の小さい素材を使用することが可能となり、素材のコス
ト低減及び軽量化も可能となった。

（実施例） 実施例１ 板厚0.18mmのティンフリースチール（引張強さ約63Kgf/
mm²;DR−９）に予め両面に熱硬化性樹脂塗料を塗装焼付
けした素材を直径187mmの円板に打ち抜き、常法に従い
絞りポンチと絞りダイスとの間で、絞り再絞りを行い内
径65.95mmの平底のコップ状に成形した。

次いでこのコップ状成形物を底形状成形工具（第５図
Ｂ）を用いて缶底部の成形を行った。この時のドーミン
グダイの諸寸法は円周状側面の外径が（Ｄ）が49.7mm、
ドーム部の球面曲率半径（Ｒ）が32mm、溝の本数が16
本、溝の幅（ｄ）が5.0mm、ドーム部における溝長（Ｄ
−Ｄ′）/2が6mm、側面における溝長（ｈ）が2.0mmであ
る。

以上の条件下で成形した缶底部の形状は、H/Dの比が0.2
0であり、曲率変化点でのビード幅が5mm、ビード高さが
約1mmの規則正しいビードが16本滑らかに形成された。

その缶体を用いて表１のような評価を行った結果、表１
に示すように外観、耐圧強度、落下強度、耐腐食性に優
れた缶体が得られた。

＜評 価＞ し わ：外観により判定 耐圧強度：缶体内に静的に液体（水）を送り込みバッ
クリング圧力を測定する。

落下強度：内圧が6.0Kg/cm²になるように充填巻締し
た缶を、缶底を下向きに自由落下させ落下時にドームが
外側に突出する最小落下高さを求める。

耐腐食性：コーラ（炭酸飲料）を充填巻締し37℃の保
存条件下で長期保存（３ケ月乃至６ケ月）し、缶底部の
腐食状態の有無を観察する。

実施例２ 底成形工具のドーミングダイの溝の本数を20本、溝の寸
法として、幅（ｄ）が3mm、ドーム部の溝長（Ｄ−
Ｄ′）/2が6mm、側面における溝長（ｈ）が2mmであるド
ーミングダイを用いる以外は実施例１と同様の方法によ
り缶底部成形を行った。

その結果、表１に示すように外観、耐圧強度、落下強
度、耐腐食性に優れた缶体が得られた。

実施例３ 素板厚0.28mmのアルミニウム合金板（A3004H19相当、引
張強さ約32Kg/mm²）を径125mmの円板に打ち抜き、常法
に従い、絞りポンチと絞りダイとの間で、絞り・再絞り
を行い、内径66.95mmのコップ状に成形した後、次いで
しごきポンチ及びダイスにより三次にわたるしごき加工
に付した後、実施例１と同様なドーミングダイと支持リ
ングを作用させ缶底部成形を行った。

その結果、表１に示すような外観、耐圧強度、落下強度
に優れた、缶体が得られた。更に、この缶体にそれ自体
公知の脱脂洗浄操作及び表面化成処理を行った後、熱硬
化性樹脂塗料を内面側にスプレー塗装したところ、缶底
部に形成されたビード部の塗装性は何等問題なく、均一
な塗装面が得られた。更に耐腐食性の試験を行った結
果、表１に示すように何等異常は認められなかった。

比較例１ ドーム球面半径が49mmで溝なしのドーミングダイを用
い、H/dを0.13に変更した以外は、実施例１と同様の方
法により缶底部成形を行った。その結果、表１に示す評
価となり、外観、耐腐食性は良好であったが、落下強度
が著しく低かった。

比較例２ 溝なしのドーミングダイを用いる以外は実施例１と同様
の方法で缶底部成形を行った。その結果、表１に示す評
価となり、中央ドーム部に放射状の多数のシワが発生
し、底部の外観を損ねた。また耐腐食性試験の結果、缶
内面底部のしわの発生箇所に多数の腐食部位が観察さ
れ、耐腐食性の低下が見られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、H/Dと缶の耐圧強度との関係を示す図、 第２図は、H/Dと落下強度との関係を示す図、 第３図は、本発明によるツーピース缶用缶胴の全体の構
造の一例を示す図、 第４図は、缶底部の構造を示す拡大断面図、 第５図（Ａ）は、本発明のツーピース缶用缶胴の製造工
程の一例を示す図、 第５図（Ｂ）は、底形状成形工具の一例を示す図、 第６図は本発明におけるドーミングダイの一例を示す図
である。 引照数字１は缶胴、２は側壁部、３は缶底部、４はネッ
ク部、５はフランジ部、６は側壁部と缶底部との接続
部、７は外周底部、８は立上り部、９は曲率変化点、9a
は曲率変化点で形成される周、10はドーム部、11はビー
ド、12は突起部分、20は金属素材、21は絞りポンチ、22
は絞りダイス、23はしわ押え、24は平底、25及び26は缶
胴側壁部、28は筒状ポンチ、29は支持リング作用面、30
は支持リング、31はコップ状成形物、32はドーミングダ
イ、33はドーム部曲面、34はドーミングダイ円周、35は
曲率変化点、36は溝をそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状胴部と、筒状胴部に連なる外周底部
   と、外周底部よりも内側の立上り部と、該立上り部に曲
   率変化点を介して接続されたドーム部とを備え、曲率変
   化点で形成される周の径をＤ、曲率変化点で形成される
   周面からドーム部頂点の高さをＨとしたとき、H/Dの比
   が0.15乃至0.5の範囲内にあり、且つ曲率変化点で形成
   される周には立上り部とドーム部とに跨がるビードが周
   方向に間隔をおいて多数配置されていることを特徴とす
   るツーピース缶用缶胴。
2. 【請求項２】金属素材を絞り加工または絞り−しごき加
   工に賦して平底を有する缶胴に成形する工程と、缶胴平
   底をドーミングダイと噛み合わせて底部を絞り成形を行
   うことから成るツーピース缶用缶胴の成形法において、 前記ドーミングダイとして、立上り部と、該立上り部と
   が曲率変化点を介して接続されたドーム部と、該曲率変
   化点で形成される周に立上り部とドーム部とに跨がるよ
   うに且つ周方向に間隔をおいて多数配置された溝部とを
   有するドーミングダイを使用することを特徴とする方
   法。