JP2015515930A - 缶形成のためのガス冷却方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】缶ボディ製造機ツールパックの冷却ガスシステムが提供される。冷却ガスシステムは、圧縮ガスを用いて、パンチ及び／又はダイパックを冷却する。即ち、圧縮ガスは、パンチ及びダイパックに隣接する少なくとも１つの場所に送られる。ノズルアセンブリが、選択された場所に圧縮ガスを向ける。圧縮ガスがノズルアセンブリを通過すると、又はノズルアセンブリを通過した直後に、圧縮ガスは膨張する。知られているように、膨張するガスは、膨張する際に冷たくなる。従って、冷たいガスが、パンチの表面及びダイパックに向けられる。冷たいガスは、熱をパンチ及びダイパックから吸収することによって、加熱された構成部品を冷却する。【選択図】図３

Description

本明細書と特許請求の範囲に記載の発明は、カップ状体を形成するように構成された缶ボディ製造機のツールパック（tool pack）に関するものであり、より具体的には、缶ボディ製造機のツールパックの冷却ガスシステムに関するものである。

容器形成技術においては、例えば缶のようなツーピースの容器を形成することが知られている。当該容器では、容器の壁及び底は、ワンピースのカップ状体であり、トップクロージャ又はエンドクロージャは、それとは別個のピースである。容器が満たされた後、それら２つのピースが結合されてシールされることによって、容器が完成する。

カップは、ツールパックを有する缶ボディ製造機において形成され、これは、シート材料からカップ状体を形成するように構成されている。即ち、典型的には、カップ状体は、シート又はコイル状であって、典型的には金属のような平らな材料として出発する。ブランク、即ちディスクが、シートストックからカットされ、続いてカップへと引き延ばされる。即ち、ラム又はパンチ上に配置しながら、一連のダイを通してディスクを移動させることによって、ディスクは、底と、それに付随する側壁とを有するカップに成形される。カップは最初に、あるボディ製造機において形成され、そして別のボディ製造機に移されて細長い缶に引き延ばされてよく、単一のボディ製造機内にて、カップが形成されて、缶に引き延ばされてもよい。

缶の形成においては、カップは、追加のダイを介して引き延ばされて、選択された長さ及び壁厚に達するようにされてよい。この後、内側に延びるドームが缶の底に形成されてもよい。即ち、缶が移動して、ドーマ（domer）と係合する。ドーマは、半球形の端部を有し、この上で缶がプレスされる。この動作は、典型的には、パンチの行程の終端で起こる。ドームが形成された後、缶はパンチから取り出されて、更に処理される。

このプロセスは反復プロセスであって、従って、往復ラムが用いられる。例えば、カップが形成され、ラム上に配置されて、缶に引き延ばされると仮定すると、プロセスは、典型的には以下のステップを含む。ラムが、形成行程（forming stroke）中に前方に移動することによって、カップは、少なくとも１つのダイパックを通過する。ダイパックは、ダイリングを含んでいる。ダイリングの開口の半径は、パンチの半径よりも僅かに大きい。しかしながら、ダイリングの開口の半径は、パンチ上に配置される缶の半径よりも僅かに小さい。従って、パンチがダイリングを通って移動するにつれ、カップが変形する。より具体的には、カップが軸方向に細長くなることによって側壁が薄くなり、こうしてカップはダイリングを通過し得る。パンチとカップは、ダイパック内の１又は複数のダイリングを通過してよい。

このプロセスは、好ましくない摩擦によって熱を生じる。従って、ラム、パンチ及びダイパックは冷却される必要がある。さらに、熱が生じる前に、摩擦を軽減することが望まれる。動作中に、パンチとダイパック上へ冷却液（例えば、水、油、又は水中油型エマルジョン）を吹きかけることが知られている。水の熱伝導率によって、パンチとダイパックが冷却され、油の使用によって、摩擦が軽減される。しかしながら、このような冷却液は、好ましくない性質を有している。例えば、水中油型エマルジョンは、微生物に侵される又は硬水イオンが蓄積する結果として、時間の経過と共に劣化する。さらに、混合物が有毒な添加物を含有する場合、液体が廃棄物処理問題を引き起こす虞がある。

超臨界流体が、多くの金属工作作業において、冷却液の代わりに使用できることが知られている。限定されないが、超臨界ＣＯ_２などの超臨界流体には、潤滑油も注入され得る。しかしながら、超臨界流体を作製し、操作し、当てるシステムには、費用がかかる。さらに、ボディ製造機との関連では、吹きかけられた超臨界流体は、液体として、より具体的には微小滴（micro-drop）としてパンチとダイパックに当たるだろう。超臨界流体の微小滴は、ほぼ間を置かずに蒸発するので、パンチの表面とダイパックの全体にわたってほぼ均一に冷却されるというよりはむしろ、局所的に冷却されるであろう。さらに、潤滑油が使用される場合、それは、構成部品上に蓄積し、最終的に、物理的に／化学的に分解して、取り除く必要がある残留物が残ってしまう。

従って、ほぼ乾燥した冷却流体を用いて、缶ボディ製造機ツールパックを冷却するシステムが必要とされている。本明細書に開示されており、特許請求の範囲に記載の実施形態において、缶ボディ製造機ツールパック用の冷却ガスシステムは、圧縮ガスを用いてパンチ及びダイパックを冷却する。即ち、圧縮ガスは、パンチ及びダイパックに隣接する少なくとも１つの場所に送られる。ノズルアセンブリが、選択された場所に圧縮ガスを向ける。圧縮ガスがノズルを通過すると、又はノズルアセンブリを通過した直後に、圧縮ガスは膨張する。知られているように、膨張ガスは、膨張すると冷たくなる。従って、冷たいガスが、パンチの表面とダイパックに向けられる。冷たいガスは、パンチとダイパックから熱を吸収することによって、加熱された構成部品を冷却する。その後、ガスはシステムから排出されてよい。

ある実施形態において、ガスは、約１０乃至５０バーの圧力に圧縮された窒素、ＣＯ_２又は他のガスである。ガスがノズルアセンブリを通って、又はノズルアセンブリ後に膨張すると、ガスは、約−７５℃から−２００℃の温度となるであろう。別の実施形態において、ノズルアセンブリは、パンチの表面又はダイリングに対応する、円状又は渦巻き状の（例えば、螺旋状の）経路にガスを向けるように構成される。本実施形態において、ガス流は、好ましくは層流である。或いはまた、ノズルアセンブリは、乱流の経路を生じるように構成されたタービュレータを備えてよい。さらに、圧縮ガスには、液体が、限定ではないが、例えば、水、潤滑剤や水中潤滑剤型エマルジョンが注入されてよい。ある実施形態において、液体は、当てた直後に蒸発する水である。

添付の図面と併せて読むことで、以下の好ましい実施形態の記載から、本発明は理解される。
図１は、缶ボディ製造機の等角投影図である。 図２は、ツールパックの概略図である。 図３は、ノズルアセンブリの概略図である。

本明細書で用いられているように、「結合される（coupled）」とは、２つ以上の要素間の連結を意味し、連結が生じる限り、直接的であるか間接的であるかを問わない。

本明細書で用いられているように、「直接結合される（directly coupled）」とは、２つの要素が互いに直接接触していることを意味する。

本明細書で用いられているように、「固定して結合される（fixedly coupled）」又は「固定される（fixed）」とは、２つの構成部品が結合して、一体として移動すると同時に、互いに一定の向きを維持することを意味する。固定された構成部品は、直接結合していてもよいし、直接結合していなくともよい。

本明細書で用いられているように、用語「一体の（unitary）」とは、構成部品が単一のピース又はユニットとして作製されることを意味する。即ち、別々に作製されてからユニットとして１つに結合されるピースを含む構成部品は、「一体の」構成部品又はボディではない。

図１に示されるように、缶ボディ製造機１０は、往復ラム１４及びダイパック１６を有するツールパック１２を含んでいる。ラム１４は、好ましくは、細長い、略円柱体１５を含んでおり、パンチ１７が円柱体１５の末端に搭載されている。ダイパック１６は、少なくとも１つのダイリング１８を有しており、ダイリング１８には、パンチ１７を通過させる大きさにされた開口２０がある。ラム１４は、形成行程中に、少なくとも１つのダイリング１８を前へと通過し、戻り行程中に、少なくとも１つのダイリング１８を後へと通過するように構成されている。このサイクルは繰り返される。

カップ２は、可鍛性のある材料から製造され、且つ、底４６とこれに付随した側壁６とを有しており、各サイクルの開始時に、パンチ１７の前面に一時的に配置される。カップ２は、次のしごき加工（ironing）の前に、ボディ製造機１０内で再度引き延ばされてよく、カップ２は、ボディ製造機１０への挿入前に再度引き延ばされてもよい。再引延動作後、カップ２は、パンチ１７よりも僅かに大きく、且つ、少なくとも１つのダイリング１８よりも僅かに小さいような大きさにされる。この時点で、カップは、缶３として特定できる（図２）。よって、缶３を載せたパンチ１７が少なくとも１つのダイリング１８を通過すると、缶３は変形する、より具体的には、缶３は細長くなって、側壁６はより薄くなる。複数のダイリング１８がある場合には、缶３は常に、下流のダイリング１８、即ち、缶３が向かうことになっているダイリング１８よりも僅かに大きい。従って、缶３が各ダイリング１８を通過すると、缶３はより細長くなり、側壁６はより薄くなる。形成行程の終端にて、ドームが、既知の方法によって缶底部４に形成されてもよい。さらに、戻り行程の開始時に、缶３は、任意の既知の方法若しくは装置（限定されないが、ストリッパ装置等）によって、又は、圧縮ガスを缶３の内側に送ることによって、パンチ１７から取り出される。次の形成行程の開始時に、新たなカップ２が、パンチ１７の端部を覆って配置される。

缶ボディ製造機１０はさらに、冷却ガスシステム３０を含んでおり、これは、パンチ１７、ダイリング１８、及び缶３を冷却するように構成されている。冷却ガスシステム３０は、圧縮ガスシステム４０と、少なくとも１つのノズルアセンブリ５０とを含んでいる。圧縮ガスシステム４０は、圧縮ガス源４２（模式的に示す）と、圧縮ガス用管４４とを備える。圧縮ガス源４２は、好ましくは、圧縮ガスシリンダである（図示せず）。ある代替的な実施形態では、圧縮ガス源４２は、蒸発回路又は類似の装置と結合された液化ガスシリンダを含んでいる。別の代替的な実施形態では、そして、圧縮ガスが圧縮空気である典型的な場合には、圧縮ガス源４２はコンプレッサであってよい。圧縮ガス用管４４は、圧縮ガス源４２と各ノズルアセンブリ５０の双方と結合され、且つ流体連通している。各ノズルアセンブリ５０は、パンチ１７及び／又はダイリング１８に隣接して配置される。従って、圧縮ガスシステム４０は、少なくとも１つのノズルアセンブリ５０にガスを送るように構成されており、少なくとも１つのノズルアセンブリ５０は、パンチ１７及び少なくとも１つのダイリング１８の少なくとも１つに、ガスを向けるように構成されている。

ある実施形態において、複数のノズルアセンブリ５０が、パンチ１７の周りに、且つ、パンチ１７に沿って、そして、各ダイリング１８に配置される。即ち、ノズルアセンブリ５０のセットが、パンチ１７の移動経路に沿って、選択された長軸方向の位置に配置されてよい。さらに、ノズルアセンブリ５０のセットは、好ましくは、各ダイリング１８に隣接して配置される。ノズルアセンブリ５０のセットの各々は、好ましくは、パンチ１７を包囲し、又は、隣接するダイリング１８の周囲に配置される。各ノズルアセンブリ５０はほとんど同じであって、従って、以下の議論は、１つのノズルアセンブリ５０に関している。しかしながら、複数のノズルアセンブリ５０が、上述したように用いられてよいことは勿論である。

各ノズルアセンブリ５０は、入口カップリング５４と出口５６を有しており、流路５８を規定する本体５２を含んでいる。ノズルアセンブリの入口カップリング５４は、圧縮ガス用管４４と結合されて、流体連通している。ノズルアセンブリ流路５８は、ある実施形態では、膨張チャンバ６０である。即ち、膨張チャンバ６０の断面積は、圧縮ガス用管４４よりも大きい。この構成では、圧縮ガス用管４４を介して送られる圧縮ガスが、膨張チャンバ６０内で膨張するので、そのガスの温度が下がる。膨張チャンバ６０の大きさは、圧縮ガスの温度及び圧力、並びにガスの所望の出口温度に基づいて、選択されてよい。代替的な実施形態では、ノズルアセンブリ流路５８は、膨張チャンバ６０でない。この実施形態では、圧縮ガスは、相当に圧縮した状態でノズルアセンブリ５０を通過し、ノズルアセンブリ５０を出ると直ぐに、急速に膨張して冷たくなる。ノズルアセンブリ出口５６は、層流の、即ちスムーズな流路をガスに提供するように構成される。ノズルアセンブリ出口５６は、パンチ１７及び少なくとも１つのダイリング１８の少なくとも１つにガスを向ける。添付の概略図において、ノズルアセンブリ５０は、ダイパック１６の外部にあるように示されている。しかしながら、ノズルアセンブリ５０は、ダイパック１６を構成する要素の内部に形成されてもよい。即ち、ダイパック１６を構成する要素は、キャビティを含んでいてよく、それらキャビティは、ダイパック１６を構成する要素が組み立てられると、ノズルアセンブリ５０及び圧縮ガスシステム４０における種々の流路を形作る。

ノズルアセンブリ５０は、流れ方向アセンブリ７０を含んでよい。流れ方向アセンブリ７０は、ノズルアセンブリ本体５２に組み込まれてよく、アセンブリ本体５２から離間してもよいが、ノズルアセンブリ５０からガス流路に影響を与える位置にある。ある実施形態では、ノズルアセンブリ５０は、パンチの円柱体１９に対応した経路にガスを向けるように構成されている。即ち、ガス流路は、略円状又は渦巻き状（螺旋状）で、パンチの円柱体１９の周囲に及んでいる。同様に、ダイリング１８に近いノズルアセンブリ５０は、ダイリング５０の輪郭に対応する流路、即ち、円状又は渦巻き状の経路にガスを向けるように構成されてよい。このような流路は、流れ方向アセンブリ７０によって生じる、又はもたらされる。即ち、流れ方向アセンブリ７０は、渦巻き状のガス流路を生み出すように構成されてよく、渦巻き状のガス流路は、パンチの円柱体１９又はダイリング１８の輪郭の１つに対応する。流れ方向アセンブリ７０は、限定されないが、缶ボディ製造機１０の内部に配置されるベーン（vanes）７２であってよい。さらに、流れ方向アセンブリ７０は、乱流を生じるように構成されたタービュレータ７４であってよい。本明細書で用いられているように、「タービュレータ」は、特定の場所にて乱流のガス流を生じるように具体的に設計された構造である。乱流を生じる効果を有し得る構造である、例えば、これら限定されないが、ダイパック１６のエッジ、ダイパックのファスナヘッド等は、「タービュレータ」ではない。

圧縮ガスは、ある実施形態においては、圧縮窒素、ＣＯ_２又は他のガスであるが、任意の不燃性ガスが用いられてよい。圧縮ガスは、約１０から５０バーの圧力に圧縮されている。以下に記載されるように、圧縮ガスは、ノズルアセンブリ５０にて、ほぼ大気圧にまで膨張する。約１０から５０バーの圧力の窒素、ＣＯ_２又は他のガスが約大気圧にまで下がると、ガスの温度も下がる。従って、ガスは、ほぼ室温から始まって、約−７５℃から−２００℃の温度でノズルアセンブリ５０を出る。なお、指定された温度及び圧力の窒素、ＣＯ_２又は他のガスは、超臨界状態にはない。さらに、本明細書及び特許請求の範囲の圧縮ガスシステム４０は、ガスを超臨界状態に圧縮しない。

従って、本構成において、冷却ガスシステム３０は、冷却されたガスを、パンチ１７の表面と少なくとも１つのダイリング１８と、さらにダイパック１６とに送り、且つ向けるように構成されている。冷却されたガスは、パンチ１７と少なくとも１つのダイリング１８とから熱を吸収する。さらに、本実施形態においては、冷却ガスシステム３０は乾燥している；即ち、冷却システムは、パンチ１７の表面、少なくとも１つのダイリング１８、又はカップ２に、液体を当てない。このような構成は、さらにカップ２が、乾燥潤滑剤を利用する、又は潤滑剤を利用しない（そして、湿潤潤滑剤は、カップ２に当てられない）ように構成される場合に、特に好ましい。即ち、カップ２が乾燥しており、且つ冷却ガスシステム３０が乾燥している場合、缶ボディ製造機１０は「乾燥缶ボディ製造機」であり得る。本明細書で用いられているように、「乾燥缶ボディ製造機」は、カップ２が乾燥しており、且つ冷却ガスシステム３０が乾燥している缶ボディ製造機１０である。

代替的な実施形態において、圧縮ガスシステム４０は、圧縮ガス、ノズルアセンブリ５０内のガス、又はノズルアセンブリ５０を出た後のガス中に液体を混ぜるように構成された液体システム８０を備えてもよい。液体システム８０は、液体を、パンチ１７、少なくとも１つのダイリング１８、及びカップ２の少なくとも１つに適用するように構成される。液体システム８０における液体は、水、潤滑剤、及び水中潤滑剤型エマルジョンの少なくとも１つである。従って、液体システム８０は、水、潤滑剤及び水中潤滑剤型エマルジョンの少なくとも１つを、パンチ１７、少なくとも１つのダイリング１８及びカップ２の少なくとも１つに適用するように構成される。本明細書で用いられているように、「ほとんど乾燥した缶ボディ製造機」は、カップ２及び冷却ガスシステム３０が、限られた量の液体を利用する缶ボディ製造機１０である。即ち、「限られた量の液体」とは、カップ２又は缶３当たり０．１ｍｌ以下の液体である。

本発明の具体的な実施形態が詳細に説明されたが、当業者であれば、これらの詳細に対する種々の変更や代替が、本開示の全体の教示を考慮して考え出されてよいことが理解されるであろう。従って、開示される特定の配置は、単に説明のためのものであり、添付の特許請求の範囲の完全な外延とその任意の及び全ての等価物とで与えられる本発明の範囲に関する限定ではないことが意図されている。

Claims (20)

1. 缶ボディ製造機ツールパックの冷却ガスシステムにおいて、
   缶ボディ製造機ツールパックは、往復ラム及びダイパックを有しており、
   ダイパックは、パンチを通過させるような大きさにされた開口を有する少なくとも１つのダイリングを有しており、
   往復パンチは、形成行程中に、その末端にある金属カップと共に、ダイパックを軸方向に通過するように構成されており、
   カップは、ダイリングを通過する間に缶に成形され、
   往復ラムが、戻り行程中にダイリングを通って反対方向に移動する際に、缶はパンチから取り外され、
   冷却ガスシステムは、
   少なくとも１つのノズルアセンブリにガスを送るように構成された圧縮ガスシステムと、
   ダイリングに隣接して配置されており、パンチ及び少なくとも１つのダイリングの少なくとも１つにガスを向けるように構成された少なくとも１つのノズルアセンブリと、
   を備えている冷却ガスシステム。
2. 圧縮ガスシステムは、少なくとも１つのノズルアセンブリに圧縮ガスを送るように構成されており、
   圧縮ガスは、少なくとも１つのノズルアセンブリを通過すると膨張する、請求項１に記載の冷却ガスシステム。
3. 圧縮ガスシステムは、約１０から５０バーの圧力にて、ノズルアセンブリに圧縮ガスを送る、請求項２に記載の冷却ガスシステム。
4. ノズルアセンブリは、パンチ及び少なくとも１つのダイリングの少なくとも１つに、約−７５から−２００℃の温度でガスを向ける、請求項２に記載の冷却ガスシステム。
5. パンチは、略円柱体を有しており、
   少なくとも１つのノズルアセンブリは、パンチの円柱体に対応する経路にガスを向けるように構成されている、請求項２に記載の冷却ガスシステム。
6. 少なくとも１つのノズルアセンブリは、ダイリングの輪郭に対応する経路にガスを向けるように構成されている、請求項２に記載の冷却ガスシステム。
7. 少なくとも１つのノズルアセンブリは、ガスを層流にして向けるように構成されている、請求項２に記載の冷却ガスシステム。
8. 少なくとも１つのノズルアセンブリは、流れ方向アセンブリを備えている、請求項２に記載の冷却ガスシステム。
9. 流れ方向アセンブリは、渦巻き状のガス流路を生じるように構成されており、
   渦巻き状のガス流路は、パンチの円柱体又はダイリングの輪郭の１つに対応する、請求項８に記載の冷却ガスシステム。
10. 流れ方向アセンブリは、タービュレータである、請求項８に記載の冷却ガスシステム。
11. 圧縮ガスシステムは、ガスを超臨界状態に圧縮しない、請求項１に記載の冷却ガスシステム。
12. 圧縮ガスシステムは、液体システムを備えており、
    液体システムは、パンチ、少なくとも１つのダイリング、及びカップ又は缶の少なくとも１つに液体を当てるように構成されている、請求項１に記載の冷却ガスシステム。
13. 液体システムは、水、潤滑剤、及び水中潤滑剤型エマルジョンの少なくとも１つを当てるに構成されている、請求項１２に記載の冷却ガスシステム。
14. パンチを通過させるような大きさにされた開口を有する少なくとも１つのダイリングを有するダイパックと、
    往復ラムと、
    往復ラム上に搭載されるパンチであって、往復ラムは、パンチはダイパックを通って往復運動するように配置されているパンチと、
    圧縮ガスシステム及び少なくとも１つのノズルアセンブリを含む冷却ガスシステムと、
    を備えており、
    圧縮ガスシステムは、少なくとも１つのノズルアセンブリにガスを送るように構成され、
    少なくとも１つのノズルアセンブリは、ダイリングに隣接して配置され、パンチ及び少なくとも１つのダイリングの少なくとも１つにガスを向けるように構成されている缶ボディ製造機。
15. 圧縮ガスシステムは、少なくとも１つのノズルアセンブリに圧縮ガスを送るように構成されており、
    圧縮ガスは、少なくとも１つのノズルアセンブリを通過すると膨張する、請求項１４に記載の缶ボディ製造機。
16. パンチは、略円柱体を有しており、
    少なくとも１つのノズルアセンブリは、パンチの円柱体に対応する経路にガスを向けるように構成されている、請求項１５に記載の缶ボディ製造機。
17. 少なくとも１つのノズルアセンブリは、ダイリングの輪郭に対応する経路にガスを向けるように構成されている、請求項１５に記載の缶ボディ製造機。
18. 圧縮ガスシステムは、ガスを超臨界状態に圧縮しない、請求項１４に記載の缶ボディ製造機。
19. 圧縮ガスシステムは、液体システムを備えており、
    液体システムは、パンチ、少なくとも１つのダイリング、及びカップ又は缶の少なくとも１つに液体を当てるように構成されている、請求項１４に記載の缶ボディ製造機。
20. 液体システムは、水、潤滑剤、及び水中潤滑剤型エマルジョンの少なくとも１つを当てるように構成されている、請求項１９に記載の缶ボディ製造機。

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