JP4517799B2

JP4517799B2 - 耐圧性に優れた缶蓋

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Publication number: JP4517799B2
Application number: JP2004278472A
Authority: JP
Inventors: 克己小島; 啓久保; 雄司山崎; 浩樹岩佐; 豊文渡辺
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: JP2005119747A

Description

本発明は、飲料缶詰や食品缶詰等の容器として用いられる筒状缶容器の缶蓋に関するもので、特に、缶内部の圧力が外部の圧力よりも高い状態でも座屈が発生し難い耐圧性に優れた缶蓋に関するものである。

飲料缶詰や食品缶詰の容器として用いられる筒状缶容器には、缶蓋が缶胴に対して巻き締め等の方法で取り付けられる。缶蓋には、筒状缶容器の上端に取り付けられる上蓋と、下端に取り付けられる底蓋とがあり、缶底と缶胴が一体に成形される所謂ツーピース缶では、上蓋のみが用いられる。上蓋には、開缶機構を備えた所謂イージーオープンエンドと、開缶機構を備えていない所謂サニタリーエンドとがあり、サニタリーエンドは缶切りを用いて開缶される。底蓋にはサニタリーエンドが用いられる。また、イージーオープンエンドは、缶蓋面積の全面に近い領域が開缶されるフルオープンエンドと、缶蓋面積の一部のみが開缶されるパーシャルオープンエンドとに大別される。フルオープンエンドは主として食品缶詰に、パーシャルオープンエンドは主として飲料缶詰に用いられる。パーシャルオープンエンドには、開缶の際に指を掛けて動作させるタブが缶蓋から分離するものと缶蓋に留まるものがあり、前者がプルタブタイプ、後者がステイオンタブタイプである。

缶蓋の構造例を図７（縦断面図）に示す。缶蓋は、センターパネル部１０と、ウォール部２０と、フランジ部３０とから構成され、センターパネル部１０とウォール部２０との連結部分には環状溝５０が設けられる場合がある。さらに、センターパネル部１０のパネル面内には、パネルの剛性を確保するためにビードやエンボス等の構造（図示せず）が適宜設けられる。また、イージーオープンエンドの場合は、さらに、開缶機能を付与するためのスコア（開缶用の溝）と指を掛けてスコアを破断させるタブが設けられる。

缶内部の圧力が外部の圧力よりも高い状態になる場合には、缶蓋にはその内圧に耐え得る十分な耐圧性が求められる。例えば、陽圧缶でビールや炭酸飲料といった炭酸ガスを含有する内容物を充填した場合、或いは内容物に炭酸ガスを含まなくとも窒素などで内圧を高めた場合がこれに該当する。また、陰圧缶でも、充填密封後に加熱処理で内圧が高まる場合がこれに該当する。缶蓋の耐圧性が十分でない場合には、内圧の増加によってセンターパネル部が膨張し、ついにはセンターパネル部からウォール部にわたって缶蓋が膨れ上がる現象、すなわち座屈が生じる。このような状態になると、缶容器としての商品価値が全く失われることになる。また、イージーオープンエンドでは、座屈が生じるとスコアが破断することがあり、内容物の保持が不可能になってもはや容器としての役割を果たし得なくなる。ここで、缶蓋の耐圧性とは、内圧の増加によってセンターパネル部が膨張し、ついにはセンターパネル部からウォール部にいたって缶蓋が膨れ上がる現象、すなわち座屈が生じ難い特性であり、また、このセンターパネル部からウォール部にいたって缶蓋が膨れ上がる現象が生じる内圧が耐圧限界である。

缶蓋の耐圧性を向上させるために従来採られてきた手法には、主として以下の２つのものがある。第１の手法は、センターパネル部とウォール部の連結部に設けた環状構造部の形状を制御する手法であり、これには、環状構造部の深さを制御するもの（例えば、特許文献１参照）、さらにウォール部の角度を制御するもの（例えば、特許文献２、特許文献３参照）などがある。第２の手法は、センターパネル部内に変形容易部を設ける手法である。つまり、仮に缶蓋が膨れ上がる座屈が生じたとしても、センターパネル部内に設けた変形容易部が変形することでスコアの破断を防止するものである（例えば、特許文献４）。

実用新案登録第２５４４２２２号公報特開平８−１９２８４０号公報特開２０００−１０９０６８号公報特開平５―６５１６２号公報

上記の従来技術のうち、第１の手法は、センターパネル部とウォール部の連結部に設けた環状構造部の形状を制御することによって、センターパネル部の周縁部の強度を高め、内圧の増加に伴う座屈を抑制することを狙いとしたものである。しかし、この手法による構造は、環状構造部とウォール部とがほぼ垂直に直線的に連結されているため、センターパネル部が内圧の増加によって膨張する際にセンターパネル部をウォール部で拘束することができず、耐圧限界を十分に高めることができない。

また、第２の手法は、いわば第１の手法を補う方策というべきものであって、内圧が高まった際に優先的に変形する変形容易部を中央パネル内に設置することで、内圧増加によって変形容易部でまず変形が発生するようにし、その変形によって内圧を開放することにより、それ以上の座屈、つまりセンターパネル部からウォール部にわたって缶蓋が急激に膨れ上がる現象を防ぐことを狙いとしたものである。しかし、この手法は、パーシャルオープンタイプのような蓋の一部が開く構造では効果が得られるが、スコアがセンターパネル部の外縁部の全周にわたって設けられているフルオープンタイプでは、変形容易部での変形がスコアに影響を及ぼし、スコアの破断を生じる危険性がある。

以上ように従来の技術は、缶蓋のセンターパネル部からウォール部にわたって缶蓋が膨れ上がる際の内圧、つまり耐圧限界を十分に高められるものではない。また、適用できる缶蓋もパーシャルオープンエンド或いはサニタリーエンドに限られ、先に述べたようなあらゆる缶蓋に適用できるものはなく、特にフルオープンエンドに適用できるものは皆無である。
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、内圧増加による缶蓋の座屈現象、すなわち内圧増加よってセンターパネル部が膨張し、ついにはセンターパネル部からウォール部にわたって缶蓋が膨れ上がる現象を効果的に抑制でき、しかも、フルオープンエンドタイプを含めたあらゆる種類の缶蓋に適用可能な、耐圧性に優れた缶蓋を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは種々の実験および解析を行うことで缶蓋の耐圧限界に関する検討を行った。内圧の増加に伴うセンターパネル部中央の変位を表したものが図６である。これによれば、内圧が比較的低い状態では変位の上昇は比較的緩やかである。この領域では、センターパネル部が内圧の増加にともなって缶外部に向かって膨張していく様子が判る。つまり、この領域では内圧の増加による力は、センターパネル部が膨張することによって吸収されているものと考えられる。

内圧がさらに高まると、変位が遷移的に上昇する領域が現れる。この領域では、センターパネル部とウォール部の連結部が缶外側に向かって張り出すように急激に座屈する現象が生じる。つまり、この領域では内圧の増加をセンターパネル部の膨張では吸収しきれなくなり、内圧による力がセンターパネル部とウォール部の連結部に集中的に作用することによって、この部分が座屈したものと考えられる。上記のようにセンターパネル部中央の変位が遷移的に上昇する内圧が、缶蓋の耐圧限界である。以上のことから、耐圧限界はセンターパネル部とウォール部の連結部に密接に関連していることが明らかになった。つまり、この部分の座屈を抑制することが、缶蓋の耐圧限界を高めるのに、すなわち缶蓋の耐圧性の向上に有効であるとの知見を得た。

次に、センターパネル部とウォール部の連結部の座屈について検討した。この現象が生じる際には、上述のようにセンターパネル部とウォール部の連結部が缶外側に向かって張り出すように急激に座屈する現象が生じる。この現象の初期段階を詳細に観察した結果、この座屈がセンターパネル部とウォール部の連結部の近傍において缶蓋半径方向に沿った稜線を形成して発生する微小な折れを前駆的な現象として伴うことが明らかになった。したがって、この微小な折れが起点となってその部分に力が集中し、座屈に至ると考えられた。さらに詳細に調査すると、この微小な折れはセンターパネル部の膨張による変位がある程度以上に達すると発生することが明らかになった。つまり、この折れの発生を抑制するには、センターパネル部の膨張による変位の増加を抑制することが重要であると考えられた。また、この折れは、センターパネル部とウォール部の連成部近傍において、センターパネル部の周方向での剛性を高めることで発生が抑制できることが明らかになった。

このような知見に基づき、缶蓋の具体的な構造について検討を重ねた結果、従来の缶蓋では全体が一連のテーパ状に構成されていたウォール部を、その高さ方向の途中に屈曲部を設けてこれを境としたパネル側ウォール部とフランジ側ウォール部とから構成するとともに、パネル側ウォール部の角度を最適化することにより、缶蓋の耐圧限界を効果的に高められることが判った。このように耐圧限界が高められるのは、センターパネル部の膨張による変位の増加をパネル側ウォール部側から拘束し、同時に、パネル側ウォール部の存在によってセンターパネル部の周方向での剛性が高まるためであると考えられる。
また、上記缶蓋の構造において、センターパネル部とウォール部（パネル部側ウォール部）との間に凹溝状又は／及び凸条状の環状構造部を設けることにより、センターパネル部の周方向での剛性がより高められ、特に高い耐圧限界が得られることが判った。

本発明このような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］缶蓋の中央部を構成するセンターパネル部と、該センターパネル部の周縁部にセンターパネル部の外側方向に向かって連成されたウォール部と、該ウォール部の周縁部にウォール部の外側方向に向かって連成されたフランジ部とを備えた缶容器用の缶蓋であって、
前記ウォール部は、高さ方向の途中に形成された屈曲部を境としたパネル側ウォール部とフランジ側ウォール部とから構成され、前記パネル側ウォール部の縦断面形状は直線状であり、且つ該パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが２７〜６３°であることを特徴とする耐圧性に優れた缶蓋。

［2］缶蓋の中央部を構成するセンターパネル部と、該センターパネル部の周縁部に、２つ以上の凹溝からなる環状構造部を介してセンターパネル部の外側方向に向かって連成されたウォール部と、該ウォール部の周縁部にウォール部の外側方向に向かって連成されたフランジ部とを備えた缶容器用の缶蓋であって、
前記ウォール部は、高さ方向の途中に形成された屈曲部を境としたパネル側ウォール部とフランジ側ウォール部とから構成され、前記パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが２０〜７０°であり、前記２つ以上の凹溝からなる環状構造部内にスコアを設けたことを特徴とする耐圧性に優れた缶蓋。

[3] 上記[1]又は[2]の缶蓋において、パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが３０〜６０°であることを特徴とする耐圧性に優れた缶蓋。
[4] 上記[1]〜[3]のいずれかの缶蓋において、フランジ側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とフランジ側ウォール部内面とのなす角θｆと、パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが、θｆ＞θpを満足することを特徴とする耐圧性に優れた缶蓋。

本発明によれば、内圧増加による缶蓋の座屈現象、すなわち内圧増加よってセンターパネル部が膨張し、ついにはセンターパネル部からウォール部にわたって缶蓋が膨れ上がる現象を効果的に抑制でき、耐圧性に優れた缶蓋とすることができる。しかも、本発明の缶蓋は従来技術が適用できなかったフルオープンエンドタイプへの適用も可能であり、このようなタイプを含むあらゆる缶種に適用可能である。したがって、本発明によれば、従来は不可能とされていたフルオープンエンドを陽圧缶に適用できる利点もある。さらに、本発明の缶蓋によれば、従来よりも板厚が薄い素材を用いることができ、缶の製造コストの低減にも寄与できる。

図１は、本発明の缶蓋の一実施形態を示す縦断面図である。
この缶蓋は、缶蓋の中央部を構成するセンターパネル部１と、このセンターパネル部１の周縁部にセンターパネル部１の外側方向（且つ上方）に向かって連成されたウォール部２と、このウォール部２の周縁部にウォール部２の外側方向に向かって連成されたフランジ部３とを備えている。また、このフランジ部３と前記ウォール部２との間には湾曲したショルダー部６が介在している。
以上のような基本構造は従来の缶蓋と同様であるが、本発明の缶蓋では、前記ウォール部２が、高さ方向の途中に形成された屈曲部４を境としたパネル側ウォール部２ａとフランジ側ウォール部２ｂとから構成されている。すなわち、ウォール部２は屈曲部４を介して高さ方向に二分され、屈曲部４（接続部）の下側がパネル側ウォール部２ａ、上側がフランジ側ウォール部２ｂに構成されている。これらパネル側ウォール部２ａ、フランジ側ウォール部２ｂは、それぞれストレートなテーパー状に構成されている。なお、前記屈曲部４（接続部）は適当な曲率を有する湾曲状に構成されていてもよい。

すでに述べたように、缶蓋の耐圧限界を高めるためには、内圧が増加した際のセンターパネル部１の膨張による変位の増加を抑制すること、また、センターパネル部１とウォール部２の連結部近傍において、センターパネル部１の周方向での剛性を高めることが有効である。このため本発明では、従来の缶蓋では全体が一連のテーパー状に構成されていたウォール部２を、屈曲部４を境としたパネル側ウォール部２ａとフランジ側ウォール部２ｂとで構成し、パネル側ウォール部２ａの存在によってセンターパネル部１の膨張による変位の増加が抑制され、且つセンターパネル部１の周方向での剛性が高められるようにしたものであるが、このような構造において、上記の効果を発現させるためには、パネル側ウォール部２ａの角度、すなわちパネル側ウォール部２ａの先端全周を通る仮想平面Ａとパネル側ウォール部２ａの内面とのなす角度θpを最適化することが必要である。

図２は、図１に示すようなセンターパネル部１とウォール部２間に環状構造物を有しない缶蓋と、後述する図３、図４に示すようなセンターパネル部１とウォール部２間に環状構造部を有する缶蓋について、上記角度θpと缶蓋の耐圧限界との関係を調べた結果を示している。これによれば、陽圧缶で必要な耐圧限界である６．８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上を得るためには、環状構造部を有しない缶蓋では角度θpを２７〜６３°の範囲に、一方、環状構造部を有する缶蓋では角度θpを２０〜７０°の範囲にする必要があることが判る。この現象は、角度θpが小さすぎると、主としてセンターパネル部１の膨張による変位の増加を十分に抑制することができないことが関係して耐圧限界が急激に低下し、一方、角度θpが大きすぎると、主としてセンターパネル部１の周方向での剛性を十分に高めることができないために、耐圧限界が急激に低下するためであると考えられる。
また、耐圧限界８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上を得るには、環状構造部を有しない缶蓋では角度θpを３０〜６０°の範囲に、環状構造部を有する缶蓋では角度θpを２６〜６４°の範囲にすればよく、さらに環状構造部を有する缶蓋では角度θpを３０〜６０°とすることにより、耐圧限界１０．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上が得られている。以上の理由から本発明において環状構造部を有しない缶蓋の場合には、角度θpを２７〜６３°、好ましくは３０〜６０°の範囲とする。
また、後述するように環状構造部を有する缶蓋の場合には、角度θpを２０〜７０°、好ましくは２６〜６４°、さらに好ましくは３０〜６０°の範囲とする。

上記フランジ側ウォール部２ｂの条件に関しては特に制限はないが、その先端全周を通る仮想平面Ｂとフランジ側ウォール部２ｂの内面とのなす角度θfが、上述したパネル側ウォール部２aの角度θpよりも小さい場合（θf＜θp）、つまり、フランジ側ウォール部２ｂがパネル側ウォール部２ｂに対して図１の状態とは逆側に折れ曲がったような構造の場合には、内圧の増加に伴ってパネル側ウォール部２ａがフランジ側ウォール部２ｂを押し上げ、フランジ部３に筒状缶胴に巻き締められた部分を開くような作用が加わるおそれがある。この結果、缶蓋の耐圧限界を低下させるだけでなく、耐圧限界に至る以前に蓋の密封性が損なわれるおそれがある。このため角度θf＞角度θpとすることが好ましい。
また、本発明の効果をより効果的に得るには、角度θfは特に７０〜９０°の範囲が好ましい。

また、パネル側ウォール部２ａの高さｈｐとフランジ側ウォール部２ｂの高さｈｆについても特に制限はないが、例えば、パネル側ウォール部２ａの高さｈｐが極端に小さいと、パネル側ウォール部２ａが担うセンターパネル部１の膨張抑制作用やセンターパネル部１の剛性向上等の作用が十分に発揮されず、本発明の効果が十分に期待できなくなるおそれがある。また、フランジ側ウォール部２ｂの高さｈｆが極端に小さいと、内圧の増加に伴ってパネル側ウォール部２ａがフランジ側ウォール部２ｂを押し上げる際に、フランジ部３に筒状缶胴に巻き締められた部分を開くような力が作用することを十分に抑えきれず、この結果、耐圧限界を低下させるだけでなく、耐圧限界に至る以前に蓋の密封性が損なわれるおそれがある。このため、パネル側ウォール部２ａの高さｈｐ、フランジ側ウォール部２ｂの高さｈｆはある程度の値を確保することが好ましく、概ね素材板厚の４倍程度以上とすることが好ましい。

テーパー状に構成されるパネル側ウォール２ａの縦断面形状は、パネル側ウォール部２ａが担うセンターパネル部１の膨張抑制作用を有効に発揮させるために、直線状（ストレート状）であることが望ましいが、適当な曲率をもってウォール部外側又は内側に凸状に湾曲した形状であってもよい。図５は、パネル側ウォール２ａが外側に凸状に湾曲した形状を有する本発明の缶蓋の一実施形態を示す縦断面図である。このようにパネル側ウォール２ａが湾曲状に構成される場合は、パネル側ウォール部２ａの先端全周を通る仮想平面Ａとパネル側ウォール部２ａの内面とのなす角度θpは、パネル側ウォール部２ａの高さｈｐの２分の１の高さにおけるパネル側ウォール部２ａの内面の点ｐ_１とパネル側ウォール部２ａ上端の内面の点ｐ_２とを結ぶ直線と仮想平面Ａとのなす角度とする。また、パネル側ウォール２ａが湾曲状に構成される場合の曲率半径に特に制限はないが、あまり小さすぎるとパネル側ウォール部２ａが担うセンターパネル部１の膨張抑制作用を損なうため、概ね素材板厚の４倍程度以上とすることが望ましい。

本発明の缶蓋は、図３、図４に示すようにセンターパネル部１とウォール部２（パネル側ウォール部２ａ）との間に凹溝状又は／及び凸条状の環状構造部５を形成すること、すなわち、パネル側ウォール部２ａがセンターパネル部１に対して環状構造部５を介して連成された構造とすることが好ましく、これによりセンターパネル部１の周方向での剛性が高まり、より高い耐圧限界が得られる。
環状構造部５は、１つ以上の凹溝又は凸条により構成してもよいし、また、１つ以上の凹溝と凸条とを組み合わせた構造としてもよい。
このように環状構造部５を有する缶蓋の場合には、さきに述べたように、角度θpを２０〜７０°、好ましくは２６〜６４°、さらに好ましくは３０〜６０°の範囲とする。

図３は、凹溝状の環状構造部５を設けた缶蓋の一実施形態を示すもので、この凹溝状の環状構造部５は、センターパネル部１に連成された緩い傾斜をもった内側壁部５aと、パネル側ウォール部２aの下端に略鉛直状に連成された外側壁部５ｂと、前記内側壁部５aと外側壁部５ｂ間の湾曲状の底壁部５ｃとから構成されている。
このような凹溝状の環状構造部５において、凹溝の深さｈc、幅ｄcについては特に制限はないが、例えば、凹溝の深さｈcが極端に小さい場合や、幅ｄcが極端に大きい場合には、パネルの剛性を十分に高めることができないおそれがあるため、凹溝の深さｈcは板厚の２倍程度以上、幅ｄcは板厚の２０倍程度以下とすることが好ましい。

また、環状構造部５を構成する外側壁部５ｂの外面とパネル側ウォール部２ａの外面とのなす角度θc_１、内側壁部５aの外面とセンターパネル部１の下面とがなす角度θc_２についても特に制限はないが、例えば、角度θc_１や角度θc_２が極端に小さい場合や大きい場合には、環状構造部５自体の形成が困難になるので、一般には角度θc_１は３０〜１６０°、望ましくは７０〜１６０°、角度θc_２は３０〜１６０°程度の各範囲が好ましい。
なお、図３の実施形態のその他の構成は、図１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４は、同心状の２つ凹溝５ｘ、５ｙからなる環状構造部５を有する缶蓋の一実施形態を示すもので、各凹溝５ｘ、５ｙを構成する内側壁部５aと外側壁部５ｂは、下側が缶外方に向かって下向きに傾斜しており、これにより各凹溝５ｘ、５ｙはセンターパネル部１の中心方向に向かって斜めに開口した状態に構成されている。
なお、このように環状構造部５が２つ以上の凹溝からなる場合も、凹溝５ｘ，５ｙの各深さｈc、凹溝５ｘ，５ｙの各幅ｄc、凹溝５ｘの外側壁部５ｂの外面とパネル側ウォール部２ａの外面とのなす角度θc_１、凹溝５ｙの内側壁部５aの外面とセンターパネル部１の下面とがなす角度θc_２は特別な制限はないが、先に述べた理由から図３の実施形態と同様の条件に従うことが好ましい。また、凹溝５ｘと凹溝５ｙとの間に形成される凸条部５ｚの構成も特に制限はない。

また、本実施形態のように２つ以上の凹溝からなる環状構造部５内にスコア（図示せず）を設けることにより、スコア近傍の変形が抑制され、陽圧缶への適用が可能となる。環状構造部５内でスコアを設ける位置に特に制限はないが、凹溝５ｘの底壁部５ｃと凸条部５ｚの頂部との間に設けることが特に好ましい。
なお、図４の実施形態のその他の構成は、図１、図３の実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
また、本発明の缶蓋では環状構造部５を凸条状に形成してもよく、この凸条状の環状構造部とは、図３、図４に示す凹溝とは反対側に、つまりセンターパネル部１の上面側に膨出するようにして形成された構造部のことである。
なお、図３、図４に示すような環状構造部５を有する缶蓋の場合でも、パネル側ウォール２ａの縦断面形状を図５に示すような湾曲状に構成してもよい。

本発明の缶蓋は、先に述べたような各種の缶蓋のいずれにも適用することができるが、その構造に応じて適用するのに適した缶蓋がある。例えば、図１に示したような環状構造部を有しない構造のものは、特にサニタリーエンドに適している。本発明により耐圧限界が高まるので、陽圧缶、陰圧缶を問わず適用することができる。また、上述したように本発明の缶蓋は、板厚を薄くしても耐圧限界の低下を招かない板厚設定が可能であるので、コスト的なメリットも期待できる。また、従来のカウンターシンクなど環状溝を設けていたものに較べて、素材の使用量が少なくて済むので、単なる板厚低減以上のコストメリットも期待できる。また、図１のような環状構造部を有しない構造において、センターパネル部１に開缶用のスコアを設け、イージーオープンとして用いることもできるのは言うまでもない。

一方、図３、図４に示すような環状構造部を有する構造のものは、特にイージーオープンエンドに適している。イージーオープンエンドは開缶機構としてセンターパネル部に開缶用のスコアが設けられているため、耐圧限界に関してはサニタリーエンド以上に高い値が必要であるが、本発明の缶蓋ではそのような高い耐圧限界が得られる。特に、図４に示すような２つ以上の凹溝からなる環状構造物を有するものは耐圧限界が特に高くなるので、イージーオープンエンドの板厚を低減することも可能になる。

また、従来のフルオープンエンドで不可能であった陽圧缶への適用も、本発明の缶蓋では可能となる。フルオープンエンドは、センターパネル部の周延部に沿って開缶用のスコアが形成されるため、内圧の増加によるセンターパネル部の変形と、それに続く座屈の発生でスコアが破断し、内容物の漏洩等が起き易い。このため従来のフルオープンエンドでは、炭酸ガスを含有した飲料等で求められる７ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の高い内圧への適用、つまり陽圧缶への適用が不可能であり、陽圧缶用の缶蓋としては従来技術で述べたパーシャルオープン用の缶蓋しか存在しなかった。これに対して環状構造部を備えた本発明の缶蓋は、特に高い耐圧限界を確保できるため、フルオープンエンドの陽圧缶を実現することができる。

本発明の缶蓋は金属板を素材とするが、金属板としては、一般に鋼板またはアルミ合金板が用いられる。また、後述する機械特性や板厚の低減化の観点からは、特に鋼板を用いることが好ましい。
また、金属板の板厚は、耐圧限界の観点からは厚い方が望ましいが、耐圧限界には金属板の機械特性も関係するため、板厚は機械特性との関係において適切な範囲で選択される。本発明の缶蓋は耐圧限界が高いので、従来の缶蓋用素材よりも機械特性が低いものを用いても、耐圧限界の低下を招かない選択が可能である。板厚についても同様であり、従来の缶蓋用素材よりも板厚の薄いものを用いても耐圧限界の低下を招かない選択が可能である。板厚の低減化は素材使用重量の低減につながり、コスト的なメリットも期待できる。
以上の観点から、鋼板の場合には、板厚が０．１７５ｍｍ〜０．３８０ｍｍ、降伏強度が２６０ＭＰａ〜６３０ＭＰａ程度のものを用いるが望ましい。

金属板には、耐食性などの観点から必要に応じて各種表面処理（金属めっき、化成処理、塗装やフィルムラミネートなどの有機樹脂被覆、およびそれらの組み合わせ）が施される場合がある。金属板に対するこれら表面処理は、缶蓋の耐圧限界には影響を及ぼさないので、適宜任意の表面処理を施すことができる。一方、金属板の表面特性は表面の潤滑性に影響を及ぼし、潤滑性は加工性に影響を及ぼすため、加工の観点から表面処理が選択される場合もある。種々の表面処理の中では、耐食性、内容物の保存性（フレーバーなど）、環境ホルモン対策、潤滑性などの観点で、フィルムラミネートが望ましい。

本発明の缶蓋は、上記金属板を素材として金型を用いてプレス加工することにより製造される。プレス加工の具体的工程は任意である。
図１の実施形態のように環状構造部を有しない缶蓋を得る場合の加工例としては、プレス加工で用いるパンチの形状をパネル側ウォール部、フランジ側ウォール部の形状と同様の外形としてプレス加工を行う方法、あるいは、パンチ肩形状が曲率半径を持つものを用いて初期のプレス加工を行い、その後にパネル側ウォール部、フランジ側ウォール部の形状と同様な形状の金型に押し付けることで成形する方法等が適用できる。

また、図３、図４の実施形態のように環状構造部を有する缶蓋を得る加工例としては、環状構造部の外形をなす凸型、凹型で環状構造部を成形する方法に上述したプレス加工方法を組み合わせる方法、あるいは、初期にウォール部を階段状にプレス加工した後、この階段状のウォール部を押しつぶしてパネル側ウォール部、フランジ側ウォール部、環状構造部を成形する方法等が適用できる。
また、必要に応じてセンターパネル部に各種形状のエンボス加工、ビード加工、ディンプル加工等を施すことができる。これらの加工によって設けられるセンターパネル部内の構造は、センターパネル部の剛性の調整や、後述するような缶蓋を各種のイージーオープンエンドに用いる場合の開缶性に影響するので、目的に応じて適宜採用される。

本発明の缶蓋を各種のイージーオープンエンドに適用する場合には、上記のようなセンターパネル部内の構造が必要に応じて採用されるとともに、開缶機構に必要なスコア加工、リベット加工などが施され、また開缶時に指を掛けるタブが装着される。特に、表面処理にフィルムラミネートを採用した際には、スコア加工はフィルム損傷のないＵ型形状のスコア加工が望ましい。これにより、必要に応じて行われるスコア加工部の補修塗装を省略することができる。

本発明の缶蓋を加工後に熱処理することは、特に素材として鋼板を用いる場合は歪み時効硬化が期待できる点で望ましい方法の一つである。熱処理条件に特別な制限はないが、一般的には１５０〜２５０℃で２〜２０分程度の条件が望ましい。この熱処理を、フィルムの応力緩和、塗装や印刷の焼付け乾燥等の処理を兼ねて行ってもよい。
本発明の缶蓋は、筒状缶胴（缶体）に対して固定されることにより缶容器の一部を構成する。缶胴は主として金属を素材とし、絞り加工を経て成形されたもの（例えば、ＤＩ缶、ＤＲＤ缶、絞りしごき缶、薄肉化絞り・しごき缶等のいわゆる絞り缶等）や、金属板を各種方法で接合したもの（例えば、溶接缶、接着缶、半田缶等）などを用いる。缶蓋の缶胴への固定は、通常は巻締め加工により行われる。

素材として板厚０．２５ｍｍ、降伏強度４００ＭＰａの冷延鋼板を用い、図１に示すような構造を有する缶蓋であって、フランジ側ウォール部２ｂの上端の半径を６５ｍｍ、フランジ部３の上端からセンターパネル部１の上面までの距離を３．５ｍｍ、パネル側ウォール部２ａの上端からセンターパネル部１の上面までの距離を１．５ｍｍ、角度θfを８４°とし、角度θpを種々変えたＮｏ．１〜１５の缶蓋を作製した。

また、同様の素材を用い、図３に示すような構造を有する缶蓋であって、フランジ側ウォール部２ｂの上端の半径を６５ｍｍ、フランジ部３の上端からセンターパネル部１の上面までの距離を３．５ｍｍ、パネル側ウォール部２ａの上端からセンターパネル部１の上面までの距離を１．５ｍｍ、角度θfを８４°、環状構造部５の凹溝の深さｈcを１．２ｍｍ、同じく幅ｄcを２．１ｍｍ、角度θc_１を９０°、角度θc_２を１２０°とし、角度θpを種々変えたＮｏ．１６〜３０の缶蓋を作製した。

作製した缶蓋を円筒状缶容器に巻き締めによって固定し、缶内部に空気を送り込むことによって加圧して耐圧限界の評価を行を行った。耐圧限界は、缶蓋が缶内部の空気圧によって缶外部に向かって急激に変形（座屈）する内圧、すなわち図５に示した缶中央部の内圧増加に伴う変移が急激に増加する内圧とした。
その結果を表１及び表２に示す。これによれば、角度θpが本発明範囲を下回る比較例は、主としてセンターパネル部の膨張による変位の増加を十分に抑制することができないために、耐圧限界が極めて低い。一方、角度θpが本発明範囲を超える比較例は、主としてセンターパネル部の周方向での剛性が不十分であるために、これも耐圧限界が極めて低い。これに対して本発明例では、陽圧缶にも適用できる耐圧限界６．８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上が得られている。また、角度θpを３０〜６０°の範囲とすることにより、環状構造部を設けない本発明例では耐圧限界８．０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上が、また、環状構造部を設けた本発明例では耐圧限界１０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上が、それぞれ得られている。

本発明の缶蓋の一実施形態を示す縦断面図パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpと耐圧限界の関係を示すグラフ本発明の缶蓋の他の実施形態を示す縦断面図本発明の缶蓋の他の実施形態を示す縦断面図本発明の缶蓋の他の実施形態を示す縦断面図缶内の内圧の増加に伴うセンターパネル部中央の変位を示す説明図従来の代表的な缶蓋を示す縦断面図

符号の説明

１… センターパネル部
２… ウォール部
２ａ…パネル側ウォール部
２ｂ…フランジ側ウォール部
３… フランジ部
４… 屈曲部
５… 環状構造部
５ａ…内側壁部
５ｂ…外側壁部
５ｃ…底壁部
５ｘ…凹溝部
５ｙ…凹溝部
６… ショルダー部

Claims

缶蓋の中央部を構成するセンターパネル部と、該センターパネル部の周縁部にセンターパネル部の外側方向に向かって連成されたウォール部と、該ウォール部の周縁部にウォール部の外側方向に向かって連成されたフランジ部とを備えた缶容器用の缶蓋であって、
前記ウォール部は、高さ方向の途中に形成された屈曲部を境としたパネル側ウォール部とフランジ側ウォール部とから構成され、前記パネル側ウォール部の縦断面形状は直線状であり、且つ該パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが２７〜６３°であることを特徴とする耐圧性に優れた缶蓋。
缶蓋の中央部を構成するセンターパネル部と、該センターパネル部の周縁部に、２つ以上の凹溝からなる環状構造部を介してセンターパネル部の外側方向に向かって連成されたウォール部と、該ウォール部の周縁部にウォール部の外側方向に向かって連成されたフランジ部とを備えた缶容器用の缶蓋であって、
前記ウォール部は、高さ方向の途中に形成された屈曲部を境としたパネル側ウォール部とフランジ側ウォール部とから構成され、前記パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが２０〜７０°であり、前記２つ以上の凹溝からなる環状構造部内にスコアを設けたことを特徴とする耐圧性に優れた缶蓋。
パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが３０〜６０°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐圧性に優れた缶蓋。
フランジ側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とフランジ側ウォール部内面とのなす角θｆと、パネル側ウォール部の先端全周を通る仮想平面とパネル側ウォール部内面とのなす角度θpが、θｆ＞θpを満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐圧性に優れた缶蓋。