JP2004009069A

JP2004009069A - 缶巻締試験装置

Info

Publication number: JP2004009069A
Application number: JP2002162736A
Authority: JP
Inventors: Nobutake Sato; 佐藤　宣威; Taketsugu Takumi; 内匠　雄嗣
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP4021709B2

Abstract

【課題】多種多様な缶の製造における巻締加工の最適化を図ることができる缶巻締試験装置を提供する。
【解決手段】缶巻締加工の加工試験及び缶巻締装置の仕様検討等に用いられ、缶胴に缶蓋を装着した状態でチャック２２及びリフタ１２によって缶を挟持し、複数のロール３２，４２によって缶胴に缶蓋を巻締めする缶巻締試験装置１であって、チャック２２とリフタ１２とを相対的に接近離反させるサーボモータＳＭ１と、缶の軸線を中心としてチャック２２及びリフタ１２を回転させるサーボモータＳＭ２と、前記各ロール３２，４２を缶に向かって接近離反させるサーボモータＳＭ３，ＳＭ４とを備え、これらサーボモータＳＭ１〜ＳＭ４の運転を制御装置Ｃを介して個別に制御することを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、缶巻締加工のシミュレーションを行う缶巻締試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、缶蓋と缶胴とをリフタとチャックとで挟持してロールにて巻締加工を行う缶巻締装置が知られている。
ところで、上記缶巻締装置によって行われる巻締加工では、リフタ圧（リフタの缶に対する押圧力）等の加工条件が品質に大きく影響するため、生産ラインにおいてその都度調整が行われている（例えば特開平１１−７７２０３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、製造される缶が内容物と共に多種多様化する中で、これら多種類の缶の巻締品質を、生産ラインにおいて各種缶毎に調整しながら維持することは多大な手間がかかり困難であるという問題がある。
とりわけ、缶巻締装置には各種ロール等を連係させるカムが設けられ、これらカムのプロファイルを最適に設定することが極めて重要であり、このようなプロファイル等の適否を現物合わせを行わずに判断できるものが要望されている。
そこでこの発明は、様々な条件での巻締加工をシミュレーションすることができ、多種多様な缶の製造における巻締加工の最適化を図ることができる缶巻締試験装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、缶巻締加工の加工試験及び缶巻締装置の仕様検討等に用いられ、缶胴に缶蓋を装着した状態でチャック及びリフタによって缶を挟持し、複数のロールによって缶胴に缶蓋を巻締めする缶巻締試験装置であって、チャックとリフタとを相対的に接近離反させる移動手段と、缶の軸線を中心としてチャック及びリフタを回転させる駆動手段と、前記各ロールを缶に向かって接近離反させる押圧手段とを備え、これら移動手段、駆動手段及び押圧手段の運転を制御装置を介して個別に制御することを特徴とする。
上記構成によれば、リフタ及びチャックの作動と、各ロールの作動とを様々に組み合わせた加工条件でシミュレーションを行うことができ、各加工条件における缶の巻締品質を確認することが可能となる。
【０００５】
また請求項２に記載した発明は、請求項１記載の缶巻締試験装置において、チャック及びリフタによる缶に対する押圧力を測定する圧力測定手段と、チャック及びリフタによる缶の回転トルクを測定するトルク測定手段と、前記各ロールによる缶に対する負荷を測定する負荷測定手段とを備えたことを特徴とする。
上記構成によれば、上記シミュレーションにおける各荷重を測定することができ、その測定結果と比較しながら缶の巻締品質を確認することで、各加工条件に対する缶の巻締品質の検討をより正確に行うことが可能となる。また、巻締加工に関する諸々の条件を満たすべく各部品が機能しているか否かの監視が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
この発明に係る缶巻締試験装置（以下、試験装置ということがある）１は、缶の製造ラインにおいて用いられる缶巻締装置と同様の巻締加工を試験的に行うことで、巻締加工の条件及び缶巻締装置の仕様の最適化を図るためのものである。図１，２に示すように、缶巻締試験装置１は、例えば井桁状に形成されたベース部３を備えている。このベース部３上には縦壁４が立設され、縦壁４の上縁には上壁５が設けられている。また、これらベース部３、縦壁４及び上壁５によってフレーム２が形成されている。
【０００７】
フレーム２の縦壁４の前面（紙面手前側）には、上下方向に延びる一対のレール６ａを介してテーブル６が上下方向に移動可能に設けられている。
テーブル６の上下方向の移動はサーボモータＳＭ１によって行われる。具体的には、テーブル６の下部の背面側にボールネジ７ａが取り付けられており（図２参照）、このボールネジ７ａに螺合されたネジ軸７ｂを、縦壁４の前面であってネジ軸７ｂとオフセットした位置に配置されるサーボモータＳＭ１によってベルト７ｃを介して駆動させることで、テーブル６をフレーム２に対して上下方向に移動させている。
ここで、サーボモータＳＭ１は、制御装置Ｃによってその駆動を制御されている。
【０００８】
テーブル６の上部には、支持ブラケット１０ａを介してリフタアッシ１０が取り付けられている。
このリフタアッシ１０は上下方向に延びる略円柱型の外形を呈しており、リフタアッシ１０の下部であって支持ブラケット１０ａに固定されるリフタベース１１と、リフタアッシ１０の上部であってリフタべース１１に対して上下方向で移動可能に設けられるリフタ１２とを有している。
ここで、リフタアッシ１０はテーブル６を介してフレーム２に対して上下方向、つまりリフタアッシ１０の軸線Ｏ方向で移動するものである。前記サーボモータＳＭ１は、制御装置Ｃに入力されたカム曲線（プロファイル）データに基づいて駆動しており、従って、リフタアッシ１０は仮想のカムによる動作を再現することができる。
【０００９】
リフタ１２の上面部には、試験装置１稼働時に缶胴を載置するためのリフタプレート１３が設けられている。また、リフタアッシ１０内にはスプリング１２ａが内装されており、このスプリング１２ａによってリフタ１２がリフタベース１１に対して上方に付勢されている。
また、リフタ１２はリフタアッシ１０の軸線Ｏを中心として回転可能に設けられており、リフタアッシ１０から下方に延びる従動シャフト１４ａ等を介して、後述するサーボモータＳＭ２によって駆動する。ここで、従動シャフト１４ａの軸上には、リフトアッシ１０側から順に、トルクメータ（トルク測定手段）１５、クラッチ＆ブレーキ１６、従動プーリ１４が設けられている。
【００１０】
フレーム２の上壁５には、リフタアッシ１０のと対向する位置にチャックアッシ２０が設けられている。
このチャックアッシ２０は、リフタアッシ１０の軸線Ｏと同軸で延びる略棒状のチャック２２と、チャック２２を軸線Ｏを中心として回転可能に支持するチャックベース２１とを有している。
チャック２２の下端部には、リフタプレート１３と対向するように缶蓋の保持部２３が設けられており、この保持部２３は、試験装置１稼働時には上方移動したリフタプレート１３と共に缶胴及び缶蓋を押圧した状態で挟持する。また、チャック２２の上端部には、サーボモータＳＭ２によって駆動する従動プーリ２４が設けられている。
【００１１】
そして、チャックベース２１内には、チャック２２のスラスト方向の荷重を測定するロードセル（圧力測定手段）２５が内装されている。また、このロードセル２５によって測定された測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
また、フレーム２の上壁５の下面側であってチャックアッシ２０を挟んだ左右の領域には、各々ファーストロールアッシ３０及びセカンドロールアッシ４０（以下、これらをまとめて各ロールアッシ３０，４０ということがある）が設けられている。
各ロールアッシ３０，４０は、チャック２２に対して水平方向で接近離反可能に設けられており、ファーストロールアッシ３０の本体部分であるスライドブロック３１のチャック２２側の先端部には、軸線Ｏと平行に回転可能なファーストロール３２が設けられている。また、セカンドロールアッシ４０の本体部分であるスライドブロック４１のチャック２２側の先端部には、軸線Ｏと平行に回転可能なセカンドロール４２が設けられている。尚、ファーストロール３２及びセカンドロール４２（以下、これらをまとめて各ロール３２，４２ということがある）はチャック２２の保持部２３と略同一高さに位置している。
【００１２】
チャック２２に対する各ロールアッシ３０，４０の移動は、各々サーボモータＳＭ３，ＳＭ４によって行われる。
具体的には、ファーストロールアッシ３０を例に説明すると、スライドブロック３１の上面にはボールネジ３４が取り付けられており、このボールネジ３４に螺合されたサーボモータＳＭ３の回転軸３４ａが駆動することによってファーストロールアッシ３０が移動し、チャック２２に対して接近離反する。尚、セカンドロールアッシ４０の移動機構もファーストロールアッシ３０と同様であるため、その説明は省略する。
ここで、各サーボモータＳＭ３，ＳＭ４は、制御装置Ｃに入力されたカム曲線データに基づいて駆動しており、従って、各ロールアッシ３０，４０は仮想のカムによる動作を再現することができる。
また、スライドブロック３１，４１は、各々各ロール３２，４２が取り付けられるフロントブロック３１ａ，４１ａと、ボールネジが取り付けられるリアブロック３１ｂ，４１ｂとに分割されており、これらフロントブロック３１ａ，４１ａとリアブロック３１ｂ，４１ｂとの間には、各ロール３２，４２に加わる負荷を測定するロードセル（負荷測定手段）３５，４５が内装されている。また、各ロードセル３５，４５によって測定された測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
【００１３】
図２に示すように、フレーム２の縦壁４の後面下部には、支持ブラケット４ａを介してサーボモータＳＭ２が設けられている。
このサーボモータＳＭ２には、その上方にフレーム２の上壁５を貫通して延びる駆動シャフト８が連結されており、この駆動シャフト８には、前記各従動プーリ２４，１４と同一高さとなる位置に各々駆動プーリ８ａ，８ｂが設けられている。そして、駆動プーリ８ａ，８ｂと従動プーリ２４，１４とは各々ベルト８ｃ，８ｄによって連係されている。
【００１４】
駆動プーリ８ａと従動プーリ２４との減速比と、駆動プーリ８ｂと従動プーリ１４との減速比とは同一であり、従って、チャック２２とリフタ１２とはサーボモータＳＭ２によって同一回転数で同期して駆動する。
尚、リフタ１２に駆動力を伝達する駆動プーリ８ｂは、リフタ１２及びテーブル６等と同期して上下方向に移動するものであり、駆動プーリ８ｂと駆動シャフト８とは、例えばスプライン構造により軸方向（上下方向）の移動が可能とされている。
ここで、サーボモータＳＭ２の駆動は制御装置Ｃによって制御されており、所望の回転速度及び回転トルクに設定することができる。また、サーボモータＳＭ２によるチャック２２及びリフタ１２の回転トルクは前記トルクメータ１５によって測定され、その測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
【００１５】
この実施の形態における缶巻締試験装置１は上述の構成を有しており、次にこの缶巻締試験装置１を用いて缶胴に缶蓋を巻締めする巻締加工のシミュレーション手順について説明する。
まず、試験装置１が停止した状態、つまり各サーボモータＳＭ１〜ＳＭ４が停止しリフタアッシ１０が下降し各ロールアッシ３０，４０がチャック２２から離反した状態において、リフタアッシ１０のリフタプレート１３上に缶胴を載置し、その缶胴の上に缶蓋を装着する。この時、缶胴の軸線はリフタアッシ１０の軸線Ｏと重なるように配置される。
缶胴及び缶蓋をセットした後に試験装置１を作動させると、サーボモータＳＭ１によってテーブル６と共にリフタアッシ１０が上昇を始める。この時のリフタアッシ１０の上昇量、上昇スピード及びタイミングは制御装置Ｃに入力されたカム曲線データに基づいたものとなる。
【００１６】
そして、缶蓋にチャックアッシ２０の保持部２３が接触して嵌合し、更にリフタアッシ１０が上昇することで、缶胴及び缶蓋を介したチャック２２からの反力でリフタ１２が押し下げられると共に内装されたスプリング１２ａが圧縮される。リフタアッシ１０が所定量上昇した時点で、つまりスプリング１２ａが所定量圧縮された時点で、缶胴及び缶蓋がチャック２２及びリフタ１２によって所定の押圧力をもって挟持される。この時の押圧力、つまりリフト圧は、試験装置１の作動中は常にチャックアッシ２０内のロードセル２５によって測定され、その測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
【００１７】
次に、サーボモータＳＭ２によってリフト１２及びチャック２２が同期して回転を始める。この時のリフト１２及びチャック２２の回転スピード及び回転トルクは制御装置Ｃによって予め設定された値となる。
この状態で、缶胴及び缶蓋は所定の押圧力で挟持されながら、リフタ１２の軸線Ｏ、つまり缶胴の軸線を中心として自転している。この時の缶胴及び缶蓋の自転トルクは、試験装置１の作動中は常に前記トルクメータ１５によって測定され、その測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
【００１８】
次に、回転する缶胴及び缶蓋に対して、サーボモータＳＭ３によってファーストロールアッシ３０が接近し、缶蓋の周縁部分にファーストロール３２を圧接触させる。
そして、回転する缶蓋との摩擦によってファーストロール３２が同期して回転しながら、缶蓋の周縁が缶胴の開口周縁を巻き込むように予備巻締加工がなされていく。この時のファーストロールアッシ３０の移動量、移動スピード及びタイミングは制御装置Ｃに入力されたカム曲線データに基づいたものとなる。
この時のファーストローラ３２に加わる負荷、つまり缶に加わるローラ負荷は、ロードセル３５によって測定され、その測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
【００１９】
ファーストロール３２による予備巻締加工が終盤に差しかかると、サーボモータＳＭ４によってセカンドロールアッシ４０が接近し、缶蓋の周縁にセカンドロール４２を圧接触させる。
そして、ファーストロール３２と同様に缶と同期して回転しながら本巻締加工を行っていく。この時の缶に加わる負荷もロードセル４５によって測定され、その測定値の情報は制御装置Ｃに入力される。
【００２０】
各ロール３２，４２が最前進した状態での停留回転を経て、各ロール３２，４２による巻締加工が終了すると、缶胴に缶蓋が巻締めされた缶が完成する。巻締加工が終了し、各ロール３２，４２が缶から離反した後に缶の自転が停止すると、リフタアッシ１０が下降して挟持力が解かれ、試験装置１が作動前の状態に戻った時点で巻締加工のシミュレーションが終了する。
【００２１】
上記シミュレーションによって、試験装置１の所定の加工条件、つまり制御装置Ｃに予め入力されていた各サーボモータＳＭ１〜ＳＭ４の作動データに対する缶の巻締品質を確認することが可能となる。
ここで、制御装置Ｃに予め入力されていた作動データとは、リフタアッシ１０の上昇量、上昇スピード及びタイミングと、リフト１２及びチャック２２の回転スピード、回転トルク及び回転方向と、各ロールアッシ３０，４０の移動量、移動スピード及びタイミングとを示しており、実際に生産ラインで用いられる缶巻締装置の作動データ全般に相当する。
つまり、この試験装置１では、各サーボモータＳＭ１〜ＳＭ４によって巻締加工に係わる全ての作動を行うことができるため、個々の作動を細かく正確に設定できると共に、その設定を自在に変更することができる。従って、例えば缶が１回転する間にロールが缶に１ｍｍ接近する場合と３回転する間に１ｍｍ接近する場合とでは巻締品質がどう異なるか、また、停留回転が１回転の場合と３回転の場合とではどうか等、様々な加工条件における缶の巻締品質を確認することが可能となり、多種多様な缶への汎用性も含めて巻締加工及び巻締装置の最適化を図ることができる。
【００２２】
また、上記シミュレーションにおける各荷重の測定値の情報は制御装置Ｃに入力されており、例えば図３に示すように、各荷重の値を縦軸に、加工時間を横軸に設けたグラフに一括表示する等により各荷重の測定結果を確認することができる。ここで、前記各荷重とは、リフト圧（Ｎ）、缶の自転トルク（Ｎ・ｍ）、ロール負荷（Ｎ）の３種類を指している。
ここで、図３におけるリフト圧の荷重曲線Ｐは、リフトアッシ１０の軸線Ｏに沿う方向の荷重をリフト１２が下方に押し下げる力を正として表示されている。また、ロール負荷の荷重曲線ＦＺ１，ＦＺ２は、各ロール３２，４２の移動方向の荷重を各ロール３２，４２が缶を押圧する力を正として表示されている。
尚、ＦＸ１はファーストロール３２の缶の軸線方向の荷重曲線を示し、ＦＹ１はファーストロール３２の缶の接線方向の荷重曲線を示す。また、Ｔは缶の自転トルク曲線を示す。
【００２３】
この測定結果と比較しながら、実際に成型された缶の巻締品質を確認することで、試験装置１の所定の加工条件に対する缶の巻締品質の検討をより正確に行うことが可能となる。
例えば、シミュレーションで缶の巻締不良や成形不良等が発生した場合、それらの原因を各測定結果に基づいて検討することができる。具体的には、成形不良が発生した場合に缶の自転トルクＴが不足していれば、缶がリフタプレート１３上でスリップしている可能性があるため、缶胴の挫屈荷重を考慮しつつリフタアッシ１０内のスプリング１２ａのイニシャル変更やプリロード調整を行って、リフト圧Ｐを高める等の検討を行うことができる。
また、巻締加工に関する諸々の条件を満たすべく各部品が機能しているか否かの監視が可能となり、成型不良等が缶の不良であるのか、各ロール３２，４２やリフタ１２の作動不良であるのかも判断できる。従って、多種多様な缶への汎用性も含めて巻締加工及び巻締装置の一層の最適化を図ることができる。
【００２４】
尚、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、リフタアッシ１０及び各ロールアッシ３０，４０の移動機構は一例であり、ボールネジのような直動式ではなくリンク等を用いた揺動式としても良い。また、リフタアッシ１０を上昇させることでチャックアッシ２０と共に缶を挟持しているが、チャックアッシ２０を下降させて缶を挟持する構成としても良い。
また、チャック２２及びリフタ１２を同期回転させているが、クラッチ＆ブレーキ１６を利用して非同期回転させることも可能である。この時、チャックアッシ２０と従動プーリ２４との間にもクラッチ＆ブレーキ１６を設けることで、チャック２２とリフタ１２との自転トルクの組み合わせを任意に設定できるようにしても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、様々に組み合わせた加工条件でシミュレーションを行うことができ、各加工条件における缶の巻締品質を確認することが可能となるため、多種多様な缶への汎用性も含めて巻締加工及び巻締装置の最適化を図ることができる効果がある。
【００２６】
また、請求項２に記載した発明によれば、巻締加工時の各荷重を測定することができ、その測定結果と比較しながら缶の巻締品質を確認することで、各加工条件に対する缶の巻締品質の検討をより正確に行うことが可能となると共に、巻締加工に関する諸々の条件を満たすべく各部品が機能しているか否かの監視が可能となるため、多種多様な缶への汎用性も含めて巻締加工及び巻締装置の一層の最適化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の缶巻締試験装置の正面図である。
【図２】図２の側面図である。
【図３】この発明の実施の形態の缶巻締装置における測定結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　缶巻締試験装置
１２　リフタ
２２　チャック
３２　ファーストロール
４２　セカンドロール
１５　トルクメータ（トルク測定手段）
２５　ロードセル（圧力測定手段）
３５，４５　ロードセル（負荷測定手段）
ＳＭ１　サーボモータ（移動手段）
ＳＭ２　サーボモータ（駆動手段）
ＳＭ３，ＳＭ４　サーボモータ（押圧手段）
Ｃ　制御装置

Claims

缶巻締加工の加工試験及び缶巻締装置の仕様検討等に用いられ、缶胴に缶蓋を装着した状態でチャック及びリフタによって缶を挟持し、複数のロールによって缶胴に缶蓋を巻締めする缶巻締試験装置であって、
チャックとリフタとを相対的に接近離反させる移動手段と、缶の軸線を中心としてチャック及びリフタを回転させる駆動手段と、前記各ロールを缶に向かって接近離反させる押圧手段とを備え、これら移動手段、駆動手段及び押圧手段の運転を制御装置を介して個別に制御することを特徴とする缶巻締試験装置。
チャック及びリフタによる缶に対する押圧力を測定する圧力測定手段と、チャック及びリフタによる缶の回転トルクを測定するトルク測定手段と、前記各ロールによる缶に対する負荷を測定する負荷測定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の缶巻締試験装置。