JP2016016419A - 金属缶用フランジ形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属缶の缶胴のフランジ部を所定形状に確実に形成することができる金属缶用フランジ形成装置を提供すること。【解決手段】フランジ形成装置１は、フランジ部１３の形成時に金属缶１０の缶胴１１のネック部１２の中心軸線Ｐに対して交差する方向に配置される自転軸線Ｓを中心に回転自在なスピナー２を具備する。スピナー２は、フランジ部１３の形成時にネック部１２の内面１２ｂを保持する保持部３と、ネック部１２の開口端部１２ａを外向きに屈曲するフランジ加工部４と、を有する。さらに、保持部３は自転軸線Ｓ上に中心Ｑが存在する球面Ｕの一部から形成されている。【選択図】図９

Description

本発明は、内容物として飲料等が充填される金属缶用フランジ形成装置、金属缶の製造方法及び金属缶に関する。

内容物として例えば、アルコール（ビール、酎ハイ等）や清涼飲料（炭酸飲料等）などの飲料が充填される飲料用金属缶（飲料缶）は、缶胴、缶胴の開口を閉塞する缶蓋などを備えている。缶胴は例えば有底円筒状に形成されている。缶胴のネック部は横断面円形状に形成されており、その開口端部には缶蓋の外周縁部を巻き締めるためのフランジ部が外向きに屈曲して形成されている。

フランジ部を形成する従来の装置は、一般に、自転軸線を中心に回転自在な複数個のスピナー（「スピンナー」又は「ローラ」とも呼ばれている）を具備しており、各スピナーを缶胴のネック部の中心軸線を中心に回転（公転）させた状態のもとで各スピナーをネック部の開口端部に相対的に押し付けることにより、開口端部を外向きに屈曲させてフランジ部を形成する、即ちフランジ加工をするものである。

特開昭５８−１３４１７号公報（特許文献１）及び特開平６−２１８４６３号公報（特許文献２）に記載されたスピナーは、いわゆる「縦回転型スピナー」と呼ばれているものであり、即ちフランジ部の形成時（フランジ加工時）にその自転軸線が缶胴のネック部の中心軸線と平行に配置されるものである。

この縦回転型スピナーでは、２０６口径に多く採用されている４段ネック缶などの多段ネック缶に対してフランジ部の形成を行う場合、ネック部の剛性が高いので特に不具合は生じないが、２０２〜２０６口径で採用されることの多い無段ネック（スムースネック）缶に対してフランジ部の形成を行う場合は、ネック部の剛性が低いために横断面形状が多角形状に変形してしまう不具合が発生することが多かった。

一方、特開昭６３−３８０２０号公報（特許文献３）に記載されたスピナーは、いわゆる「横回転型スピナー」と呼ばれているものであり、即ちフランジ部の形成時にその自転軸線がネック部の中心軸線に対して垂直に交差する方向に配置されるものである。この横回転型スピナーによれば、縦回転型スピナーによる上記不具合を解消し得るという利点がある。

従来の横回転型スピナーを用いたフランジ部の形成方法について図１０及び１１を参照して以下に説明する。なお図１０において、金属缶１１０は例えば無段ネック缶であり、その缶胴１１１のネック部１１２は横断面円形状である。

同図に示した従来の横回転型スピナー１０２は、略独楽状であり、回転軸線Ｔ１を中心に回転駆動しうる回転ヘッド（図示せず）に、自転軸線Ｓ１を中心に回転自在に枢支されている。回転ヘッドの回転軸線Ｔ１は、ネック部１１２のフランジ部１１３の形成時に、ネック部１１２の中心軸線Ｐ１上に該中心軸線Ｐ１と一致して配置され、またスピナー１０２の自転軸線Ｓ１は、フランジ部１１３の形成時にネック部１１２の中心軸線Ｐ１（即ち回転ヘッドの回転軸線Ｔ１）に対して垂直に交差する方向に配置される。なお同図中のＯ１は、ネック部１１２の中心軸線Ｐ１とスピナー１０２の自転軸線Ｓ１との交点である。

スピナー１０２には、フランジ部１１３の形成時にネック部１１２の内面１１２ｂを保持する略傘状の保持部１０３が形成されており、更に保持部１０３の中心部にネック部１１２の開口端部１１２ａを外向きに屈曲する略円錐台状のフランジ加工部１０４が保持部１０２と滑らかに連なって同軸に一体形成されている。

このスピナー１０２を用いたフランジ部１１３の形成方法では、スピナー１０２をネック部１１２の中心軸線Ｐ１を中心に回転（公転）させた状態のもとで、ネック部１１２をスピナー１０２に向かってスピナー１０２に対して相対的に移動させる。すると、ネック部１１２の内面１１２ｂがその内側から保持部１０３で保持されるとともにこの状態でネック部１１２の移動に伴いネック部１１２の開口端部１１２ａがフランジ加工部１０４に押し付けられて当該開口端部１１２ａがその全周に亘って外向きに屈曲される。これによりフランジ部１１３が形成される。

特開昭５８−１３４１７号公報 特開平６−２１８４６３号公報 実公昭６３−３８０２０号公報

しかるに、従来の横回転型スピナー１０２では、図１０に示すように保持部１０３は、スピナー１０２の自転軸線Ｓ１に対して少しずれた位置に中心（曲率中心）Ｑ１が存在する円Ｕ１を自転軸線Ｓ１を中心に回転させた円回転面の一部から形成されていた。したがって、同図に示すようにスピナー１０２の自転軸線断面において、保持部１０３の曲率中心Ｑ１は自転軸線Ｓ１を対称線とする線対象位置に２つ存在していた。

そのため、図１１に示すように、フランジ部１１３の形成時にネック部１１２は略波状に屈曲してしまい、その結果、形成されるフランジ部１１３の形状が安定しないし、更にはネック部１１２や缶胴１１１が変形することがあった。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、フランジ部を所定形状に確実に形成することができる金属缶用フランジ形成装置、フランジ形成装置を用いた金属缶の製造方法、及び金属缶を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［１］ 金属缶の缶胴の横断面円形状ネック部の開口端部を外向きに屈曲してフランジ部を形成する金属缶用フランジ形成装置であって、
前記フランジ部の形成時に前記ネック部の中心軸線に対して交差する方向に配置される自転軸線を中心に回転自在なスピナーを具備し、
前記スピナーは、前記フランジ部の形成時に前記ネック部の内面を保持する保持部と、前記ネック部の開口端部を外向きに屈曲するフランジ加工部と、を有するとともに、
前記保持部は、前記自転軸線上に中心が存在する球面の一部から形成されていることを特徴とする金属缶用フランジ形成装置。

［２］ 前記保持部の曲率半径は、前記フランジ部の形成終了時の位置において前記ネック部の中心軸線と前記スピナーの自転軸線との交点からフランジ部の内周縁までの距離に対して−３０％〜＋３０％の範囲に設定されている前項１記載の金属缶用フランジ形成装置。

［３］ 前記フランジ部の形成時に前記ネック部の中心軸線上に配置される回転軸線を中心に前記ネック部に対して相対的に回転駆動する回転ヘッドを具備しており、
前記スピナーの個数は複数個であり、
前記各スピナーは、前記回転ヘッドの前記回転軸線の周囲における周方向に離間した位置に設けられている前項１又は２記載の金属缶用フランジ形成装置。

［４］ 缶胴の横断面円形状ネック部の開口端部を外向きに屈曲してフランジ部を形成するフランジ形成工程を含む金属缶の製造方法において、
前記フランジ形成工程では、前項１〜３のいずれかに記載の金属缶用フランジ形成装置を用いてフランジ部を形成することを特徴とする金属缶の製造方法。

［５］ 前項４記載の金属缶の製造方法により製造されたことを特徴とする金属缶。

本発明は以下の効果を奏する。

前項［１］では、スピナーは、フランジ部の形成時にネック部の中心軸線に対して交差する方向に配置される自転軸線を中心に回転自在であり、更に、スピナーの保持部が、スピナーの自転軸線上に中心が存在する球面の一部から形成されていることにより、フランジ部の形成時に保持部がネック部の内面にその周方向に連続して当接してネック部の内面の曲率が変化しないようにネック部の内面を保持部で保持することができる。これにより、フランジ部を所定形状に確実に形成することができる。

前項［２］では、スピナーの保持部の曲率半径が所定範囲に設定されていることにより、フランジ部をより一層確実に所定形状に形成することができる。

前項［３］では、複数個のスピナーによってフランジ部を形成することができ、これによりフランジ部の形成を効率良く行うことができる。

前項［４］では、前項［１］〜［３］に記載の効果と同様の効果を奏する。

前項［５］では、金属缶の製造時において前項［１］〜［３］に記載の効果と同様の効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る金属缶用フランジ形成装置を用いて金属缶の缶胴のネック部の開口端部にフランジ部を形成する前の状態を示す断面図である。 図２は、図１の状態における同フランジ形成装置のスピナーと缶胴のネック部とを示す拡大断面図である。 図３は、フランジ部の形成開始時の状態を示す断面図である。 図４Ａは、図３の状態における斜視図である。 図４Ｂは、図３の状態における正面図である。 図５は、同３の状態におけるスピナーと缶胴のネック部との拡大断面図である。 図６は、図５中のＸ−Ｘ線断面図である。 図７は、スピナーと缶胴のネック部とをフランジ部の形成途中の状態で示す拡大断面図である。 図８は、フランジ部の形成終了時の状態を示す断面図である。 図９は、図８の状態におけるスピナーと缶胴のネック部との拡大断面図である。 図１０は、従来の金属缶用フランジ加工装置のスピナーと金属缶の缶胴のネック部とを示す拡大断面図である。 図１１は、図１０中のＸ１−Ｘ１線断面図である。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１において、１０は金属缶である。金属缶１０は例えば２ピース缶であり、有底円筒状の缶胴１１と、缶胴１１の開口を閉塞する缶蓋（図示せず）とを具備している。本実施形態では、金属缶１０は例えばアルミニウム（その合金を含む）製であり、缶胴１１はＤＩ（Drawing and Ironing）成形により製造されたものである。また、缶胴１１のネック部１２は絞り加工が施されており、その横断面形状は円形状である。ネック部１２の中心軸線Ｐは缶胴１１の中心軸線と一致している。金属缶１０の内部には、内容物として例えば、アルコール（ビール、酎ハイ等）や清涼飲料（炭酸飲料等）などの飲料が充填される。

金属缶１０のネック部１２の寸法及び形状は限定されるものではないが、特に、金属缶１０が２０２〜２０６口径の無段ネック缶のようにネック部の剛性が低い缶において本発明は極めて有効であり、ネック部１２の横断面形状が多角形状になるように変形してしまうという上述した縦回転型スピナーによる不具合を解消することができる。本実施形態では、金属缶１０は例えば２０４口径の無段ネック（スムースネック）缶である。なお２０４口径とは、缶蓋を巻締めた後の巻締め部の外径がおよそ２インチ＋（０４／１６）インチであり、所謂呼称径であることを意味している。

本実施形態に係る金属缶用フランジ形成装置１は、図８及び９に示すように、金属缶１０の缶胴１１のネック部１２の開口端部１２ａをその全周に亘って外向きに屈曲してフランジ部１３を形成する（即ちフランジ加工をする）ものであり、図１に示すように、回転ヘッド６、複数個のスピナー２などを具備している。

回転ヘッド６は、その回転シャフト６ａの回転軸線Ｔを中心にネック部１２に対して相対的に回転駆動しうるように構成されている。さらに、回転軸線Ｔは、フランジ部１３の形成時にネック部１２の中心軸線Ｐ上に該中心軸線Ｐと一致して配置される。

図４Ａに示すように、スピナー２の個数は例えば３個であり、その形状は略独楽状である。そして、各スピナー２は、回転ヘッド６の回転軸線Ｔの周囲における周方向に等間隔に離間した位置に、スピナー２の自転軸線Ｓを中心に回転自在（詳述するとフリー回転可能）に環状ボールベアリング７ａ、７ｂ（図３参照）を介して枢支されている。

なお、図２、４Ａ、４Ｂ、５〜７及び９では、スピナー２の形状、フランジ部１３の形成時におけるスピナー２の位置などを理解し易くするため、回転ヘッド６は図示省略されている。

各スピナー２の自転軸線Ｓは、図２に示すように、回転ヘッド６の回転軸線Ｔに対して垂直に交差する方向に配置されており、これにより、フランジ部１３の形成時において各スピナー２の自転軸線Ｓがネック部１２の中心軸線Ｐに対して垂直に交差する方向に配置されるようになっている（図９参照）。

スピナー２は、保持部３、フランジ加工部４などを一体に有している。

保持部３は、図５、７及び９に示すように、フランジ部１３の形成時にネック部１２の内面１２ｂを保持するものであり、略傘状に形成されている。フランジ加工部４は、ネック部１２の開口端部１２ａを外向きに屈曲するものであり、保持部３の中心部に保持部３と滑らかに連なるように略円錐台状に外向きに突出して保持部３と同軸に一体形成されている。

さらに、保持部３は、図２に示すように、スピナー２の自転軸線Ｓ（詳述すると、自転軸線Ｓの延長線）上に中心（曲率中心）Ｑが存在する球面Ｕの一部から形成されており、すなわち単一の曲率中心Ｑ及び曲率半径Ｒを有する曲面から形成されている。

保持部３の曲率半径Ｒは、図９に示すように、フランジ部１３の形成終了時の位置においてネック部１２の中心軸線Ｐとスピナー２の自転軸線Ｓとの交点Ｏからフランジ部１３の内周縁１３ａまでの距離Ｌに対して−３０％〜＋３０％の範囲に設定されていることが望ましく、更に距離Ｌに対して−２０％〜＋２０％の範囲に設定されていることが望ましく、特に距離Ｌと等しいこと即ちＲ＝Ｌであることが望ましい。

次に、本実施形態のフランジ形成装置１を用いたフランジ部１３の形成方法について以下に説明する。

図１及び２に示すように、フランジ形成装置１の回転ヘッド６は、缶胴１１に対して例えば上側に離間して配置されている。この回転ヘッド６をその回転軸線Ｔが缶胴１１のネック部１２の中心軸線Ｐ上に中心軸線Ｐと一致するように配置し、この状態で回転ヘッド６をその回転軸線Ｔ（即ちネック部１２の中心軸線Ｐ）を中心にネック部１２に対して相対的に回転駆動させる。その回転数は例えば２００〜１０００回転／ｍｉｎである。これにより、各スピナー２が回転ヘッド６の回転軸線Ｔ（ネック部１２の中心軸線Ｐ）を中心に回転（公転）する。そして、ネック部１２をスピナー２に向かって中心軸線Ｐに沿ってスピナー２に対して相対的に上昇移動させる。

すると、図３〜６に示すように、各スピナー２の保持部３にネック部１２（詳述するとネック部１２の開口端部１２ａ）の内面１２ｂが同時に当接する。これにより、各スピナー２がその自転軸線Ｓを中心に回転（自転）しながら回転ヘッド６の回転軸線Ｔ（ネック部１２の中心軸線Ｐ）を中心にネック部１２の開口端部１２ａに沿って周方向に回転（公転）する。

さらに、こうして各スピナー２の保持部３にネック部１２の内面１２ｂが当接することで、ネック部１２の内面１２ｂの曲率が変化しないようにネック部１２（詳述するとネック部１２の開口端部１２ａ）の内面１２ｂがその内側から各スピナー２の保持部３で保持される。このとき、保持部３は上述したようにスピナー２の自転軸線Ｓ上に中心Ｑが存在する球面Ｕの一部から形成されているので、図６に示すように、保持部３はネック部１２の内面１２ｂにその周方向に連続して当接するとともにこの状態でネック部１２の内面１２ｂを保持している。

ネック部１２の上昇移動に伴いネック部１２の開口端部１２ａが各スピナー２のフランジ加工部４に押し付けられ、これにより図７に示すように当該開口端部１２ａがその全周に亘って外向きに屈曲されていく。そして最終的に、図８及び９に示すようにネック部１２の開口端部１２ａに所定形状のフランジ部１３が形成される。

本実施形態のフランジ形成装置１を用いて金属缶１０を製造する場合には、缶胴１１のネック部１２の開口端部１２ａを外向きに屈曲してフランジ部１３を形成する工程（即ちフランジ形成工程）を、上述したフランジ部１３の形成方法により行い、次いで、常法に従って缶胴１１内に内容物として例えば飲料を充填したのち缶蓋の外周縁部をフランジ部１３で巻き締める。これにより、内部に飲料が充填された金属缶１０が得られる。

本実施形態によれば、図６に示すように、フランジ部１３の形成時において各スピナー２の保持部３はネック部１２の内面１２ｂにその周方向に連続して当接してネック部１２の内面１２ｂの曲率が変化しないようにネック部１２の内面１２ｂを保持している。これにより、フランジ部１３を所定形状に確実に形成することができるし、更にはフランジ部１３の形成時にネック部１２や缶胴１１が変形するのを確実に抑制することができる。

さらに、スピナー２の保持部３の曲率半径Ｒが距離Ｌに対して−３０％〜＋３０％の範囲に設定されることにより、フランジ部１３をより一層確実に所定形状に形成することができる。

さらに、３個のスピナー２によってフランジ部１３を形成することができ、これによりフランジ部１３の形成を効率良く行うことができる。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々に変更可能である。

また本発明では、スピナー２の自転軸線Ｓは、本実施形態のように回転ヘッド６の回転軸線Ｔ（即ちネック部１２の中心軸線Ｐ）に対して垂直に交差する方向に配置されていることが特に望ましいが、これに限定されず、回転ヘッド６の回転軸線Ｔ（ネック部１２の中心軸線Ｐ）に対して交差する方向（例えば斜めに交差する方向）に配置されていれば良い。

本発明は、内容物として飲料等が充填される金属缶用フランジ形成装置、金属缶の製造方法及び金属缶に利用可能である。

１：金属缶用フランジ形成装置
２：スピナー
３：保持部
４：フランジ加工部
６：回転ヘッド
１０：金属缶
１１：缶胴
１２：ネック部
１２ａ：ネック部の開口端部
１２ｂ：ネック部の内面
１３：フランジ部
Ｓ：スピナーの自転軸線
Ｑ：保持部の曲率中心
Ｔ：回転ヘッドの回転軸線
Ｐ：ネック部の中心軸線
Ｏ：ＰとＳとの交点

Claims (5)

1. 金属缶の缶胴の横断面円形状ネック部の開口端部を外向きに屈曲してフランジ部を形成する金属缶用フランジ形成装置であって、
   前記フランジ部の形成時に前記ネック部の中心軸線に対して交差する方向に配置される自転軸線を中心に回転自在なスピナーを具備し、
   前記スピナーは、前記フランジ部の形成時に前記ネック部の内面を保持する保持部と、前記ネック部の開口端部を外向きに屈曲するフランジ加工部と、を有するとともに、
   前記保持部は、前記自転軸線上に中心が存在する球面の一部から形成されていることを特徴とする金属缶用フランジ形成装置。
2. 前記保持部の曲率半径は、前記フランジ部の形成終了時の位置において前記ネック部の中心軸線と前記スピナーの自転軸線との交点からフランジ部の内周縁までの距離に対して−３０％〜＋３０％の範囲に設定されている請求項１記載の金属缶用フランジ形成装置。
3. 前記フランジ部の形成時に前記ネック部の中心軸線上に配置される回転軸線を中心に前記ネック部に対して相対的に回転駆動する回転ヘッドを具備しており、
   前記スピナーの個数は複数個であり、
   前記各スピナーは、前記回転ヘッドの前記回転軸線の周囲における周方向に離間した位置に設けられている請求項１又は２記載の金属缶用フランジ形成装置。
4. 缶胴の横断面円形状ネック部の開口端部を外向きに屈曲してフランジ部を形成するフランジ形成工程を含む金属缶の製造方法において、
   前記フランジ形成工程では、請求項１〜３のいずれかに記載の金属缶用フランジ形成装置を用いてフランジ部を形成することを特徴とする金属缶の製造方法。
5. 請求項４記載の金属缶の製造方法により製造されたことを特徴とする金属缶。

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