JP2006076608A - キャッピング装置及びキャップのねじ成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャッピング工程におけるボトル缶のおねじ部の変形を最小限に抑制し、形成されたキャップ付ボトル缶の開栓トルクおよびリシールトルクの増大を抑制し、かつねじ部の座屈を防止する。
【解決手段】 おねじ部を有するボトル缶２の口金部に被せたキャップ材４に、おねじ部に対応するねじ部を成形する加工ローラ２１を有するキャッピング装置１であって、加工ローラ２１がキャップ材４に接触してからねじ部のねじ谷を成形するまでのキャップ材４を内径方向に押し込む押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲となるように制御する制御部を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボトル缶にキャップ材を被着するキャッピング装置及びキャップのねじ成形方法に係り、特に、キャップ材にねじ部を形成するのに好適な技術に関する。

近年、アルミニウム製スクリューキャップを有した、リシール可能なオールアルミニウム製飲料用ボトル缶が広く使われるようになったが、アルミニウム合金を絞りしごき加工して形成した、１ピースのボトル缶（キャップを含めると２ピースボトル缶とも言う）が主流になってきている。

このようなボトル缶１００は、図７に示すように、口金部１０１におねじ部１０７が形成された後、内部に内容物が充填され、ボトル缶１００の口金部１０１に、キャップ材１０２が被着され、ねじが形成されることでキャップ付きボトル缶とされる。ここでは、ボトル缶１００に装着前のものを「キャップ材１０２」と呼び、装着後ねじが形成されたものを「キャップ」と呼ぶ。

このようなキャップ材６は、以下のようにしてキャッピング加工がなされることで被着される。
つまり、図８に示すように、筒状のプレッシャーブロック１０３と、このプレッシャーブロック１０３の中央に軸方向に移動可能に設けられたプレッシャーブロックインサート１０４と、ＲＯローラ（加工ローラ）１０５とを備えたキャッピング装置１０６を用い、ボトル缶１００の口金部１０１に被せられたキャップ材１０２の天面部１０２ａをプレッシャーブロックインサート１０４が缶底方向に押圧して押さえる。次いで、プレッシャーブロック１０３が天面部１０２ａの外周側を缶底方向に押圧しながら所望の深さ及び径方向に絞り加工することで、ＲＯローラ１０５が口金部１０１のおねじ部１０７に沿って回転することで、キャップ材１０２の周囲にねじ部１０８が形成され、これによってキャップ材１０２が図８のように口金部１０１に被着される。

このようなキャッピング加工を用いるキャッピング装置としては、各種のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このようなキャッピング装置では、例えば、ＲＯローラ１０５がキャップ材１０２に接触してからねじ部１０８のねじ谷を成形するまでのキャップ材１０２を内径方向に押し込む押込速度は約８６ｍｍ／ｓｅｃ．となっている。
特開２００１−３０１８８９号公報

ところで、ボトル缶１００にキャップ材１０２が被せられ、プレッシャーブロック１０３でキャップ外周面に絞り加工を施すときに、プレッシャーブロック１０３が天面部１０２ａの外周側を缶底方向に押圧しながら所望の深さ及び径方向に絞り加工するため、ボトル缶１００の軸線方向への荷重が発生する。このとき、ＲＯローラ１０５によりキャップ材１０２を径方向内方へ押し込む押込速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ．以上となっているため、ＲＯローラ１０５がキャップ材１０２の外周面を押圧する際、ＲＯローラ１０５がキャップ材１０２に短時間に変形を与えることになる。これにより、ＲＯローラ１０５が形成する谷部１０９の両側に位置する山部１１０，膨出部１１１において、キャップ材１０２の内壁と山部１１０及び膨出部１１１が摩擦により、摺動できない状態となる。その結果、キャップ材１０２が変形する際に生じる軸方向の力によって、山部１１０と膨出部１１１との間が圧縮されることになる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、キャッピング工程におけるボトル缶のおねじ部の変形を最小限に抑制し、形成されたキャップ付ボトル缶の開栓トルクおよびリシールトルクの増大を抑制し、かつねじ部の座屈を防止するキャッピング装置及びキャップのねじ成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のキャッピング装置は、おねじ部を有するボトル缶の口金部に被せたキャップ材に、前記おねじ部に対応するねじ部を成形する加工ローラを有するキャッピング装置であって、前記加工ローラが前記キャップ材に接触してから前記ねじ部のねじ谷を成形するまでの前記キャップ材を内径方向に押し込む押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲となるように制御する制御部を備えることを特徴とする。

本発明におけるキャッピング装置は、制御部により押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲にとなるように制御されていることによって、加工ローラがキャップ材に接触するときの押込力を適正な範囲に設定することができる。これにより、ねじ谷を緩やかに成形し、ねじ谷の両側のねじ山に生じる摩擦を抑制することで、ねじ部のねじ谷を形成することができる。したがって、缶の軸方向に大きな力を発生させることがないため、ボトル缶に形成されたおねじ部の座屈を防止することが可能になる。

本発明のキャップのねじ成形方法は、おねじ部を有するボトル缶の口金部に被せたキャップ材に、前記おねじ部に対応するねじ部を加工ローラにより成形するキャップのねじ成形方法であって、前記加工ローラが前記キャップ材に接触してから前記ねじ部のねじ谷を成形するまで、前記キャップ材を内径方向に５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の押込速度で押し込むことを特徴とする。

本発明におけるキャップのねじ成形方法は、加工ローラにより押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲でねじ部のねじ谷を成形するため、缶の軸方向に大きな力を発生させることがないため、ボトル缶に形成されたおねじ部の座屈を防止することが可能になる。

本発明のキャッピング装置によれば、制御部により押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲にとなるように制御されていることによって、加工ローラがキャップ材に接触するときの押込力が緩和されるため、キャップ材がおねじ部に対応して塑性変形し易くなる。さらに、ねじ部のねじ谷を形成する際に、衝撃による変形が抑制され、緩やかに加工されるので、適切な量のキャップ材がねじ谷に引っ張られ、無理な変形がされないため、ボトル缶に形成されたおねじ部の座屈を防止することが可能になる。

次に、本発明の第１実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態に係るキャッピング装置１は、図１及び図２に示すように、キャッピングヘッド２０と、プレッシャーブロック３０と、溝カム４０とを備えており、ボトル缶２の口金部３にキャップ材４が被されると、キャッピングヘッド２０によってキャップ材４を口金部３に被着するようになっている。このキャッピングヘッド２０は、図示しない駆動源によって、後述するカムフォロア２６及びコーンカム２７を介して溝カム４０の軸線Ａを中心として回転（公転）自在に取り付けられている。

ボトル缶２は、図２に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されるものであって、ＤＩ成形によって有底筒状に形成した後に、開口部を複数回ネックイン加工により縮径してテーパー部及び口金部３を形成し、この後に、口金部３を膨出成形することによりかぶら部３ａを形成し、更に口金部３におねじ部５を形成し、更に口金部３の先端部にカール部６を形成することにより、ボトル状に形成されている。

キャッピングヘッド２０は、図１に示すように、ボトル缶２の口金部３に被せたキャップ材４にねじ部７を成形するＲＯローラ（加工ローラ）２１と、このＲＯローラ２１を回転可能に支持するローラ支持機構２２とを備えている。

ＲＯローラ２１には、Ｌ字状の支持アーム２３が接続されており、この支持アーム２３に設けられた支持軸２４を中心に回動自在になっている。この支持軸２４の周囲にはコイルばね２５が装着され、このコイルばね２５の下端部は支持アーム２４側に固定され、上端部は支持ブロック（図示略）側に固定され、このコイルばね２５の付勢力によって支持アーム２３を介してＲＯローラ２１がキャップ材４の内径方向に常時付勢されるようになっている。すなわち、このコイルばね２５の弾性力を制御することにより、ＲＯローラ２１がキャップ材４にねじ部７を形成するとともにキャップ材４の下端部８を口金部の膨出部下端部に被着する際に、ボトル缶２及びキャップ材４に対してボトル缶２の中心軸と直交する方向（横方向）に印加するサイド荷重が制御される。ここで、ボトル缶２は図示しない駆動源によって自転しているため、キャップ材４の外周面に、ねじ部７のねじ谷７ａを成形可能となっている。

支持軸２４の上端部には、支持軸２４を介してカムフォロア２６が回転自在に取り付けられている。カムフォロア２６は、溝カム４０の溝４０ａに沿って上下方向に移動可能に取り付けられているコーンカム２７の周面に当接している。これにより、コーンカム２７の下端部の拡径部２７ａに当接しているときには、支持アーム２３はコイルばね２５の付勢力に抗して図３（ａ）に示す位置に保持され、コーンカム２７が下降してカムフォロア２６がコーンカム２７の傾斜部２７ａに移動したときには、支持アーム２３はコイルばね２５の付勢力によってキャップ材４の内径方向に回動するようになっている。

プレッシャーブロック３０は、キャップ材４の上部に取り付けられるとともに、上端が閉塞された筒状となっている。さらに、このプレッシャーブロック３０の内部にコイルばね３１を介してプレッシャーブロックインサート３２が装着されるようになっている。そして、このプレッシャーブロック３０をキャップ材４の上部に被せることにより、キャップ材４の天面部４ａがコイルばね１９の付勢力によりプレッシャーブロックインサート３２を介してボトル缶２の底部の方向に押圧され、キャップ４ｂがボトル缶２の口金部３に被せられた状態に保持されるものである。

溝カム４０は、図１に示すように、円板形状を有するとともに、側面に溝４０ａが形成されている。
コーンカム２７は、一端が溝カム４０の溝４０ａに係合されており、溝４０ａに沿って溝カム４０の側面を移動するようになっている。このコーンカム２７は、溝４０ａを１周（３６０度）するのに、2秒の時間を要している。
コーンカム２７及びカムフォロア２６とキャップ材４及びＲＯローラ２１との関係は、図３に示すように、カムフォロア２６が拡径部２７ａに当接しているとき、図３（ａ）に示すように、ＲＯローラ２１は鎖線で示すＡ点に位置し、カムフォロア２６が傾斜部２７ｂに進むにつれて、図３（ｂ）に示すように、ＲＯローラ２６はキャップ材４のＢ点（キャップ材４の側面）からＣ点（ねじ部７のねじ谷７ａ）までキャップ材４を内径方向へ押し込みねじ部７を形成するようになっている。さらに、カムフォロア２７が傾斜部２６の上方に移動すると、コイルばね２５の付勢力により、図３（ｃ）に示すように、ＲＯローラ２１はＣ点に位置するようになっている。

ＲＯローラ２１がキャップ材４に接触してからねじ部７のねじ谷７ａを成形するまでのキャップ材４を内径方向に押し込む押込速度Ｖは、以下のように導かれる。
押込速度Ｖは、カムフォロア２６と支持アーム２３とのレバー比がＬ２：Ｌ１に設定されているので、カムフォロア２６の支持軸２４を支点として速度Ｖ１で回転すると、

で表される。
カムフォロア２６の速度Ｖ１は、コーンカム２７を備えたキャッピングヘッド２０が溝カム４０の溝４０ａ回りに回転して生じる溝カム４０の軸線Ａに沿う方向の速度Ｖ２により、

と表すことができる。ここで、θ１はＲＯローラ２１がキャップ材４にねじ部７のねじ谷７ａを成形し始める瞬間の、コーンカム２７の軸線Ｂに対する傾斜部２７ｂの傾斜角度である。
また、速度Ｖ２は、キャッピングヘッド２０の溝カム４０の溝４０ａに対する周方向相対速度Ｖ３（溝カム４０の半径Ｒ＊角速度ω）と、ＲＯローラ２１がキャップ材４にねじ部７のねじ谷７ａを成形し始める瞬間の溝カム４０の溝４０ａの周方向となす角度θ２とから、

で表される。
ここで、ω＝２πｎで表され、ｎは、キャッピングヘッド２０の溝カム４０に対する毎秒回転数である。これにより、相対速度Ｖ３は、

で表される。ここで、（１）に、（２）、（３）、（４）を代入すると、押込速度Ｖは、

となる。
コーンカム２７の軸線Ｂに対する傾斜部２７ｂの傾斜角度θ１は、図３（ｂ）に示すように、１９度となっている。また、図４（ａ）に示すように、例えば、ＲＯローラ２１がキャップ材４に接触する前の溝カム４０の公転角度が１３８度の状態から、ＲＯローラ２１がキャップ材４に接触した公転角度が１３９度の状態になったとき、例えば、上記パラメータは、Ｒ：１ｍ，n：０．５，Ｌ１／Ｌ２：０．５，θ１：１９°，θ２：５°であるため、押込速度Vは、４７．３ｍｍ／ｓｅｃ．となり５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．を満たしている。

次に、以上の構成からなる本実施形態のキャッピング装置１を用いて、ボトル缶２にキャップ材４を被着し、ねじ谷７ａを形成しキャップ４ｂとする成形方法について説明する。
まず、ボトル缶２の口金部３にキャップ材４を被せ、プレッシャーブロック３０をキャップ材４の上部に被せ、コイルばね３１の付勢力によってプレッシャーブロックインサート３２を介してキャップ材４の天面部４ａをボトル缶２の底部の方向に押し込む。

そして、キャッピングヘッド２０を溝４０ａに沿って移動させると、コーンカム２７が下降し、コーンカム２７の拡径部２７ａに位置していたカムフォロア２６が傾斜部２７ｂに移動する。これにより、支持アーム２３がコイルばね２５の付勢力によってキャップ材４の内径方向に回動させられ、ＲＯローラ２１がキャップ材４の周面に、押込速度４７．３ｍｍ／ｓｅｃ．で押し付けられる。

そして、ＲＯローラ２１の回転により、ＲＯローラ２１を口金部３のねじ部５に沿って回転さる。これにより、キャップ材４に口金部３のねじ部５に対応したねじ部７が成形され、口金部３にリシール可能なキャップ４が被着される。

本実施形態に係るキャッピング装置１及びキャップのねじ成形方法によれば、押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲にとなるように制御されているため、ＲＯローラ２１がキャップ材４に接触するときの押込力を適正な範囲に設定することができる。これにより、ねじ部７のねじ谷７ａを形成する際に、ねじ谷７ａを緩やかに成形し、ねじ谷７ａの両側のねじ山に生じる摩擦を抑制することで、ボトル缶２に形成されたおねじ部５の座屈を防止することが可能になる。

以上説明した作用効果についての検証試験を実施した。この試験は、段部形成工程後、おねじ部形成工程に入る前に、キャップ天板部１０ａに作用させる缶軸方向下方に向けた押圧力を種々変えてキャップ付ボトル缶を形成し、このキャップ付ボトル缶を開栓後、リシールしたときに要したトルクを測定して評価した。段部形成工程時の前記押圧力は、８００Ｎ，９００Ｎ，１０００Ｎ，１１００Ｎ，１２００Ｎ，１３００Ｎのそれぞれの場合における、速度Ｖは、９０ｍｍ／ｓｅｃ．，７０ｍｍ／ｓｅｃ．，５０ｍｍ／ｓｅｃ．，３０ｍｍ／ｓｅｃ．，１０ｍｍ／ｓｅｃ．，５ｍｍ／ｓｅｃ．のときのキャップのリシールトルクの試験結果を図５に示す。また、それぞれの速度において、上述したサイド荷重が３．６Ｎｍ及び３．８Ｎｍのときで試験を行った。この試験結果から、押込速度を３０ｍｍ／ｓｅｃ．とすることにより、押圧力が１３００Ｎであるときでも、トルクの最大値が２０Ｎｃｍ以上とならないことが分かった。すなわち、比較的強い押圧力であってもリシールするときに要するトルクが小さくて済むため、良品のボトル缶が増加することになる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、傾斜部２７ｂのコーンカム２７の軸線Ｂに対する傾斜角度を１９度としたが、これに限るものではなく、押込速度Ｖが５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲であれば良く、押込速度Ｖを遅くするために、例えば、図６に示すように傾斜部２７ｂのコーンカム２７の軸線Ｂに対する傾斜角度を３度としても良い。また、制御部として傾斜部２７ｂを設けたが、これに代えて、上記パラメータである溝カム４０の半径（Ｒ），キャッピングヘッド２０の溝カム４０に対する毎秒回転数（n），レバー比（Ｌ１／Ｌ２），コーンカム２７の軸線Ｂに対する傾斜部２７ｂの傾斜角度（θ１），溝４０ａの周方向となす角度（θ２）を変えることにより押込速度Vを変えることも可能である。
また、ＲＯローラ２１により、キャップ材４にねじ部７のねじ谷７ａを成形させる方法として、コーンカム２７及び溝カム４０を用いたが、これに代えて、他のアクチュエータを用いても良い。

本発明の一実施形態に係るキャッピングヘッドの全体を示す概略図である。 図１のボトル缶に被せられたキャップ材にプレッシャーブロックが降下した状態を示す要部拡大図である。 図１のコーンカムとカムフォロアとの接触状態を示す平面図である。 図１のキャップ材とＲＯローラとの接触状態を示す平面図である。 本発明によりキャッピング装置を用いて成形したキャップのリシールの試験結果を示す説明図である。 図１のコーンカムとカムフォロアとの接触状態の他の例を示す平面図である。 ボトル缶の口金部にキャップが被着された状態を示す説明図である。 ボトル缶の口金部にキャッピング装置によってキャップを被着するときの説明図である。

符号の説明

１ キャッピング装置
２ ボトル缶
３ 口金部
４ キャップ材
５ おねじ部
７ ねじ部
７ａ ねじ谷
２１ ＲＯローラ（加工ローラ）
２７ｂ 傾斜部（制御部）

Claims (2)

1. おねじ部を有するボトル缶の口金部に被せたキャップ材に、前記おねじ部に対応するねじ部を成形する加工ローラを有するキャッピング装置であって、
   前記加工ローラが前記キャップ材に接触してから前記ねじ部のねじ谷を成形するまでの前記キャップ材を内径方向に押し込む押込速度が５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の範囲となるように制御する制御部を備えることを特徴とするキャッピング装置。
2. おねじ部を有するボトル缶の口金部に被せたキャップ材に、前記おねじ部に対応するねじ部を加工ローラにより成形するキャップのねじ成形方法であって、
   前記加工ローラが前記キャップ材に接触してから前記ねじ部のねじ谷を成形するまで、前記キャップ材を内径方向に５≦V＜５０ｍｍ／ｓｅｃ．の押込速度で押し込むことを特徴とするキャップのねじ成形方法。
   
   

Images