JP2007508151A - 缶の製造 - Google Patents

Abstract

缶製造用の組立体が、しごき加工ダイス（１，２）のいずれかの側に隣接して設けられた冷却剤ダイス（３，４，５，６）を備えるツールパックを有し、冷却剤を冷却剤ダイス内のキャビティに沿ってぐるりと循環させてしごき加工ダイスインサート（１２）を冷却することができるようになっている。一般に、ツールパックは、ラム（２０）、冷却剤管組立体（３０）及びラム案内組立体（６０）と関連して用いられ、これらは一緒になって、ラムをパンチノーズ（２１）を含むその全長にわたり、最大ではパンチノーズまで冷却するようにする。

Description

本発明は、缶の製造に関し、特に、いわゆる「絞り加工と壁しごき加工（単に「しごき加工」ともいう）」（ＤＷＩ）法による薄肉金属缶の製造に関する。

ＤＷＩ法では、平らで円形の金属ブランクを１つ以上の絞り加工ダイスで絞り加工して浅いカップを形成する。次に、カップを往復動ラムから延びるパンチの自由端部に取り付けた後、カップの壁を１つ以上のしごき加工ダイスに通すことにより「しごき加工」してカップの側壁を長くして缶を形成する。

しごき加工法は、カップをしごき加工ダイス中へ押し込んでダイスインサート（ダイス「ニブ」と呼ばれる場合がある）によってしごき加工する際に、カップの壁を極めて強く半径方向に圧縮することにより側壁の伸びを生じさせる。

しごき加工法に起因して生じる摩擦により、パンチ及びしごき加工ダイス中に熱が生じる。さらに、パンチとダイス組立体、即ち「ツールパック」との整列不良の結果として、パンチ及びダイスインサート周りに不均一な温度の分布が生じる場合がある。パンチのその中心位置からのずれに対応するために用いられる一手法は、いわゆる「浮動」型ダイスを用いることであり、かかる浮動型ダイスは、ダイス内に設けられたゴム製Ｏリング又はコイルばねによって支持され、かかるゴム製Ｏリング又はコイルばねは、ダイスに弾性を与えると共にこれらダイスがパンチの軸線に対して半径方向に動くことができるようにする。

ダイスインサートの温度を下げる提案の１つが、国際公開第ＷＯ０３／０３９７８０号パンフレット（セクア・マシナリイ・インコーポレイテッド（Sequa Machinery, Inc.））に開示されており（以下、この国際公開パンフレットを、セクア特許文献という場合がある）、かかるセクア特許文献では、ツールパックは、冷却流体をダイスインサートの外面とダイスケースとの間で流通させる導管を備えたしごき加工ダイスを有している。このツールパックは、冷却流体が容器表面の汚染を生じさせる恐れがあり、成形後に缶のクリーニングを必要とするツールパックの外面に冷却流体が適用されないという点において、多くの従来型ツールパックとは異なっている。これは、缶材料が冷却剤による攻撃又は損傷を受ける恐れのある被膜を有している場合に特に問題である。

それにもかかわらず、セクア特許文献のシステムでは、余剰の洗浄は不要であるが、このセクア特許文献のシステムは、他の多くの欠点を備えている。第１に、セクア特許文献のツールパックは浮動型システムであるが、ダイスは、互いに固定されていて、ダイスモジュールの個々の保守を可能にするようには半径方向に取り外すことができない。第２に、このシステムの各ダイスに用いられ、シールとしての役目を果たす数個のＯリングが設けられており、これらＯリングを当たり具合を不良にしないで正確に交換するために注意が必要である。最後に、ダイスインサート（セクア特許文献では「ニブ」）は、しごき加工中、大きな力を受けるが、冷却剤がカーバイドダイスインサートの表面の近くに流されるので、これにより、インサートは、ＤＷＩ缶の高速製造を行うには脆弱過ぎるものになる。

本発明によれば、金属容器の製造装置であって、しごき加工により容器の側壁の厚さを減少させるようになったインサートを有する少なくとも１つのダイスと、しごき加工ダイスに隣接して位置する少なくとも１つの冷却剤ダイスとを有し、少なくとも１つの冷却剤ダイスは、冷却剤を冷却剤ダイス内及びしごき加工ダイスのしごき加工インサートに隣接して循環させる内部冷却キャビティを有する装置が提供される。

流路（channel）をしごき加工ダイスそれ自体の中に設けるのではなく、冷却剤ダイスを用いることによって、冷却剤を公知のシステムの場合のようにしごき加工インサートの近くに差し向けるが、この場合、ダイスインサートを弱めることはない。また、しごき加工ダイスインサートの幅を減少させるのがよい。というのは、冷却作用は、１つ又は複数の独立冷却ダイスを用いて達成されるからである。ダイスインサートは、代表的にはカーバイドで作られる。というのは、カーバイドの熱伝導率は、しごき加工ダイスの残部の構成材料である鋼の約２倍だからである。このカーバイドインサートを本発明の装置では拡張させ、即ち、その直径を大きくして隣接の冷却キャビティとの接触面積を増大させ、それにより熱を早く除くようにするのがよい。製造のために缶の長さの所望の漸増及び高さ範囲に応じて、任意の数の冷却剤ダイスを用いるのがよい。

通常、冷却キャビティは、入口及び出口を有し、出口は、レストリクタを有する。レストリクタを出口のところに用いることにより、冷却キャビティが冷却剤で満たされたままであり、それにより可能な限り最大の冷却表面を隣接のダイスインサートに与え、熱の蓄積を可能にするドライスポットを回避するようにする背圧が生じる。

冷却剤ダイスは、デブリを除去するための真空ポートを有するのがよい。本発明の装置の出口のところ（即ち、パンチがツールパックから出るところ）の冷却剤ダイスは、その内面に沿ってぐるりと配置されていて、デブリが缶の表面上に定着するのを阻止するアレイ状に配列されたエアジェットを有するのがよい。

好ましくは、冷却キャビティは、冷却面を形成するよう隣接のダイスインサートに向かって傾斜した部分を有する。一般に、冷却剤ダイスは、しごき加工ダイスの各側に設けられ、したがって、しごき加工ダイスのダイスインサートにより、熱を隣接の冷却剤ダイスにより両側から取り除くようになっている。冷却キャビティをしごき加工ダイスインサートの方へ傾斜させることにより、冷却剤キャビティ（ランド）の作業部分は、ダイスインサートの中心の可能な限り近くに位置する。

好ましい実施形態では、冷却面をしごき加工ダイスに押し付けるよう冷却面を付勢するシステムを更に有する。例えば、冷却面は、環状ピストンから形成されたものであるのがよく、この環状ピストンは、冷却剤ダイスの本体に弾性的に取り付けられ、ピストンを作動させる付勢システムは、冷却流体圧力により構成されている。この冷却流体圧力は、冷却キャビティの出口のところに設けられたレストリクタを用いることにより得られる背圧によってもたらされるのがよい。

浮動型ダイスは、動く（「浮動する」）ためには軸方向隙間を有する必要があり、その結果、これら浮動型ダイスは、振動する場合がある。付勢システムの追加の利点は、この付勢システムが浮動型ツールパックにおいて缶の表面上に半径方向リング状マークを生じさせる場合のあるリング振動を減少させるダンパとしての役目を果たすことにある。ピストンは、冷却面を常時ダイスと完全接触状態に保つ一方で、ダイスは依然として浮動することができる。変形例として、この締め付けは、コイルばね、皿ばね、Ｏリング、ゴム製ばね、ポリウレタン等によって達成してもよい。

一般に、本装置は、一端に冷却管組立体を備えると共に他端にラムスピゴットによってラムに連結されているパンチを備えたラムと、部分的に冷却管組立体の同心状の内側管と外側管との間に形成されると共に部分的に冷却管の内側管の軸方向延長部とラムスピゴットの内部との間に形成された冷却流体入口と、パンチノーズに隣接して設けられていて、１つ以上の穴によって冷却流体入口に連結されたキャビティとを更に有し、このキャビティは、１つ以上の穴によって冷却流体出口に更に連結され、この冷却流体出口は、（ａ）パンチとラムスピゴットの外部との間に形成され、（ｂ）ラムの本体に設けられた１つ以上の穴により形成され、及び（ｃ）冷却管組立体の外側管とラムの内部との間に形成されている。

本装置は、管状組立体を更に有するのがよく、管状組立体は、ラムをそのボアに沿って案内するようになっており、管状組立体は、流体入口、流体出口及びボアの表面の周りに設けられていて、冷却流体をラムの外部に沿ってぐるりと流通させる溝を有する。かくして、この案内組立体は、又、パンチから熱を消散させるのを助けるようパンチ／ラムを外部から冷却する。これは又、ラムを一様な温度に維持し、非一様の熱の発生に起因するラムの歪みを阻止する。

ラム案内組立体は、この両端に設けられていて、冷却流体が機械の後部に漏れ込んで工具の前部に漏れ込むのを阻止するシール装置を有するのがよい。

次に、本発明の好ましい実施形態を例示として図面を参照して説明する。
図１は、一連のしごき加工ダイス１，２及びスペーサ３，４及び５，６を有し、中央ボア７を包囲している本発明のダイスツールパック組立体の断面側面図である。しごき加工に起因する摩擦により、しごき加工ダイスの作業部分に熱が生じる。公知の冷却系統とは対照的に、この熱は、ダイスそれ自体に設けられた脆弱なインサートを介する冷却によるのではなく、スペーサによりしごき加工ダイスの両側から除かれる。この結果、ねじを取り外さないで又は流体としての冷却剤をこぼす恐れを生じさせること無く、しごき加工ダイスを容易に取り外し又は交換することができる。さらに、本発明のツールパックは、しごき加工中にパンチの通る機械のボア内に冷却剤を導入することなく冷却される。これは、缶の構成材料又は缶の被覆材料がかかる冷却剤により攻撃される場合に特に重要である。

各スペーサは、スペーサの一方の側に設けられた単一の固定入口９から冷却剤が送り込まれる冷却剤キャビティ８を有している。このキャビティは、例えば、内側ダイススペーサ及び外側ダイススペーサに設けられていて、これら部品を互いにクランプしたときに流路（channel）を形成する溝によって形成されたものであるのがよい。

水は、スペーサに沿ってぐるりと循環し、レストリクタ（制限部）１１を通って反対側の側部１０から出て共通の液溜めに至り、冷却ユニットに戻される。出口ポート１０のところにレストリクタを用いることにより、冷却キャビティが満杯のままであって、ダイスの周りに最適な冷却面を維持するようにする背圧が生じる。さらに、排出側に設けられたフローレストリクタで流量を調節することにより、流量を各ダイス周りに別々に調整することができる。これは、ダイスを種々の量で且つダイスにより行われる加工に応じて、例えば、しごき加工の程度に応じて種々の温度に冷却することができることを意味している。冷却剤をタンクに排出することにより、冷却剤が缶に接触することはない。これは、缶に被着されている被膜が冷却剤により攻撃され又は損傷を受ける場合があり、もしそうでなければ酸／アルカリリンスを必要とする場合に特に有用である。

各しごき加工ダイス１，２は、カーバイドインサート１２を有し、その作業部分１３は、インサートの中心の近くに位置している。このカーバイドインサートは、代表的には刃物鋼（tooled steel）の冷却剤スペーサの両側に接触する。スペーサに設けられた冷却剤流路は各々、しごき加工ダイスのカーバイドインサート１２に向かって傾けられていて、最適な冷却表面積が得られるようになっている。

真空システム１４が、ダスト又はデブリ（破片、くず）を缶表面から吸引除去する。かかるデブリが内部に堆積する場合、それによりしごき加工において表面に掻き傷が生じ、これは、缶が被膜、例えばポリマー被膜を有している場合に特にそうである。エアジェット１５又はナイフシステムをスペーサのうちのどれか又は全て、この実施形態では端部スペーサ６に組み込んでデブリが端部ダイス周りに集まるのを阻止するのがよい。別のエアジェット／ナイフを用いてデブリがストリッパ領域（図示せず）に集まるのを阻止するのがよい。

浮動型のものではなく固定型ツールパックを用いることにより、図１の実施形態ではシールは不要である。かかるシールを損傷又は漏れに起因して交換する必要があるとき、これらシールを当たり具合の不良を回避するよう注意して交換する必要がある。

本発明の変形例としてのダイスツールパック組立体が、図２に示されている。図２のツールパックは、コンプライアンス（柔軟さ）を得ることができるようＯリングを用いた浮動型ツールパックシステムである。このツールパックでは、レストリクタ１１により生じた背圧を用いてシリンダ１７を作動させ、このシリンダは、冷却面１８がダイスと接触状態のままであるようにする。スペーサの後側の面に設けられたシリンダ１７は、ピストンを形成する。浮動型ダイスは本来的に、動くことができるようにするために軸方向隙間を備えなければならず、それにより、振動が生じる場合があり、その結果缶の周りにリング状のマークが生じる場合がある。ピストンは、ダンパとしても働いてこれらリング状マークを生じさせる振動を減少させる。かかるダイス振動は、浮動型システムにおいてはよく見られる。

ピストンを冷却流体圧力によって作動させ、それにより冷却面を常時ダイスと接触状態に保ち、しかもダイスが依然として浮動できるようにする。この締め付けは、ばねシステムによっても得られ、このばねシステムは、コイルばね、皿ばね、“Ｏ”リング、ゴム製ばね、ポリウレタン等であるのがよい。

缶の壁をしごき加工するとき、缶をパンチで支持し、このパンチ内では、しごき加工に伴う摩擦にも起因して熱が生じる。したがって、特に、缶が熱により損傷を受ける場合のある被膜、例えばプラスチック被膜又は錫被覆鋼を有している場合、パンチ／ラムの冷却も又非常に重要である。図１のダイスツールパックに用いられるラム冷却剤系統が、図３〜図９に示されている。本発明のシステムでは、ラム組立体全体をパンチノーズ２１を含むその長さに沿ってこのパンチノーズまで冷却する。冷却流体は、パンチノーズ２１の後部、パンチの内周部及びスペーサ２３の内周部と接触状態にある。

特に図８及び図９を参照すると、ラムは、冷却剤管組立体３０を備えている。冷却剤管組立体３０は、連結箇所３３，３４のところで互いに締結される同心状の内側管３１と外側管３２を有している。この連結箇所のところに設けられたギャラリは、冷却剤、例えば冷却水及び空気を流通させることができる。

図６及び図７を参照すると、ラム２０は、ヨークスライダ４１に連結され、冷却剤管組立体３０のその端部のところに設けられたシール３６が、空気、流入水及び流出水供給源を封止する。空気は、中央の管３７を流下してパンチ５０からの缶の剥離を助ける。冷却水管組立体のパンチ側の端部のところの連結箇所３５に設けられたシール組立体は、冷却水と空気ストリップを分離する。変形例として、シールをパンチノーズに組み込んでもよい。

冷却水を直接ラムにではなくヨークスライダ４１に取り付けられたマニホルド４０を介して送り込む（図７参照）。冷却剤は、内側管３１と外側管３２との間で冷却水管組立体３０を流下する。ここから、冷却剤は、内側管３１とラムスピゴット２５の内部との間の管状キャビティ２４に流入する。図９に示すように、冷却剤は次に、穴２２を通ってパンチリテーナを越えて流れてキャビティ２６に流入する。

冷却剤は次に、スロット２７に沿ってラムスピゴット２５の外部とパンチ５０の内部との間を通って戻る。冷却剤は、穴２８を通って流れてラムの本体内へ戻り、そして冷却水管組立体の外側管３２とラムの内部との間を通ってヨークスライダ４１のマニホルド４０に戻る。

上記において用い且つ図面を参照して用いた「穴」、「キャビティ」、「溝」という用語は、本発明を何ら限定するものではなく、単に区別するためにのみ用いられていることは注目されるべきである。

単一の冷却水管組立体及びパンチ５０が取り付けられたラムスピゴット２５の外周部に切断形成された流路を用いることにより、入口ポートと出口ポートを連結するためにパンチの内部にキャビティを設ける必要はない。ラムスピゴットの中央部分又は幾つかの部分を削減して流体がパンチの内面に接触するための広いチャンバを形成することにより、冷却が一段と助長される。ラムスピゴットの健全性は、先行技術のシステムで用いられた半径方向あけられた穴が回避されるので、本発明の組立体では向上している。かかる先行技術のシステムの穴は、応力集中を生じさせ、ラム表面の亀裂が１つの穴から次の穴に半径方向に延びた場合、ラムの時期尚早な破損を引き起こす場合がある。

パンチ／ラムの内部を冷却すると共に、ラムは又、図１０のラム案内組立体６０により外部が冷却される。この組立体は、熱をパンチから消散させ、ラムを一様な温度に維持するのを助ける。ラムに一様でない熱が生じた場合、これにより、ラムの歪みが生じる場合がある。ラム案内組立体６０は、かかる温度差が生じるのを阻止する。

この組立体６０は、この両端に設けられていて、冷却流体が機械の後部に漏れ込んで工具の前部に漏れ込むのを阻止するシール装置６１を有している。流体は、矢印で指示するように位置６２のところで圧力下で送り込まれる。この流体は次に、２つのブッシュに沿い且つ螺旋溝６３に沿って両方向に流れてラム２０を潤滑すると共に冷却する。冷却剤は、ブッシュとシールパック６１との間のキャビティ６４内へ流れ出る。この冷却剤は次に、ハウジングに設けられたスロット及び穴を経てラム案内組立体から出て、そして逆止弁６５を通って機械の収集液溜めに戻り、ここからチラーユニットに戻される。逆止弁６５は、組立体が流体で満杯のままであるようにすると共にラムが完全に覆われるようにする。

ラムが完全に戻っているとき、ラムに装着されたパンチの端部は、図面上の位置６６のところの前側シールパックの端部と面一をなす。

ダイスツールパックの第１の実施形態の断面側面図である。 ダイスツールパックの第２の実施形態の断面側面図である。 ラム冷却剤系統の断面側面図である。 ラム冷却剤系統の断面側面図である。 ラム冷却剤系統の断面側面図である。 ラム冷却剤系統の断面側面図である。 ラム冷却剤系統の断面側面図である。 冷却剤管組立体の断面側面図である。 図３のラムの拡大断面側面図である。 ラム案内組立体の断面側面図である。

Claims (11)

1. 金属容器の製造装置であって、
   しごき加工により前記容器の側壁の厚さを減少させるようになったインサート（１２）を有する少なくとも１つのダイス（１，２）と、
   前記しごき加工ダイスに隣接して位置する少なくとも１つの冷却剤ダイス（３，４，５，６）とを有し、前記少なくとも１つの冷却剤ダイスは、冷却剤を前記冷却剤ダイス内及び前記しごき加工ダイス（１，２）の前記しごき加工インサート（１２）に隣接して循環させる内部冷却キャビティ（８）を有する、装置。
2. 前記冷却キャビティは、入口（９）及び出口（１０）を有し、前記出口は、レストリクタ（１１）を有する、請求項１記載の装置。
3. 前記冷却剤ダイス（３，４，５，６）は、デブリを除去するための真空ポート（１４）を有する、請求項１又は２記載の装置。
4. 出口冷却剤ダイス（６）は、その内面に沿って配置され、デブリが前記缶の前記表面上に定着するのを阻止するエアジェット（１５）の列を有する、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の装置。
5. 前記冷却キャビティ（８）は、冷却面を形成するよう隣接の前記ダイスインサート（１２）に向かって傾斜した部分を有する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の装置。
6. 前記冷却面（１８）を前記しごき加工ダイスに押し付けるよう前記冷却面（１８）を付勢するシステムを更に有する、請求項５記載の装置。
7. 前記冷却面（１８）は、環状ピストン（１７）から形成され、該環状ピストンは、前記冷却剤ダイスの本体に弾性的に取り付けられ、前記ピストンを作動させる前記付勢システムは、冷却流体圧力により構成されている、請求項６記載の装置。
8. 一端に冷却管組立体（３０）を備えると共に他端にパンチ（５０）を備えたラム（２０）を更に有し、前記パンチは、ラムスピゴット（２５）によって前記ラムに連結されている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の装置。
9. 冷却流体入口が、部分的に前記冷却管組立体（３０）の同心状の内側管（３１）と外側管（３２）との間に形成されると共に部分的に前記冷却管の前記内側管（３１）の軸方向延長部と前記ラムスピゴット（２５）の内部との間に形成されている、請求項８記載の装置。
10. パンチノーズ（２１）に隣接して設けられていて、１つ以上の穴（２２）によって前記冷却流体入口に連結されたキャビティ（２６）を更に有し、該キャビティ（２６）は、１つ以上の穴（２８）によって冷却流体出口に更に連結され、該冷却流体出口は、（ａ）前記パンチと前記ラムスピゴットの外部との間に形成され、（ｂ）前記ラムの本体に設けられた１つ以上の穴により形成され、及び（ｃ）前記冷却管組立体（３０）の前記外側管（３２）と前記ラム（２０）の内部との間に形成されている、請求項９記載の装置。
11. 管状組立体（６０）を更に有し、該管状組立体は、前記ラム（２０）をそのボアに沿って案内するようになっており、前記管状組立体は、流体入口（６２）、流体出口及び前記ボアの表面の周りに設けられていて、冷却流体を前記ラム（２０）の外部に沿ってぐるりと流通させる溝（６３）を有する、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の装置。

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