JP2019010663A - 成形ローラの摺動構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】成形ローラの取り付け鍔部に摺接する摺動部材が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足し、摺動部材の長寿命化を図ることができ、高精度で安定した成形加工を行うことが可能な成形ローラの摺動構造を提供すること。【解決手段】スピンドル軸Cに平行な中心軸を有し、前記中心軸方向に互いに離間して配置された成形鍔部78及び取り付け鍔部79を含み、前記中心軸回りに自転しかつ前記スピンドル軸C回りに公転する成形ローラ20と、前記取り付け鍔部79に前記中心軸方向の両側から摺接し、ポリエーテルエーテルケトンを主成分として形成された一対の摺動部材81、82と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図8
Description
本発明は、缶の缶底にボトムリフォーム加工を施す缶底成形装置に用いられる成形ローラの摺動構造に関する。
近年、アルミニウム缶等の缶に対する軽量化への要請があり、これには缶の厚さ(肉厚)を薄くすることが効果的である。しかしながら単純に缶の厚さを薄くすると、缶底にボトムグロースやバックリング等の変形が生じやすい。ボトムグロースとは、内容物が封入された缶の内圧の上昇等により缶底の環状凸部(リム)が変形する現象である。ボトムグロースが発生すると、缶の高さ(缶軸方向の全長)が変化して製造、出荷の不具合の原因となる。またバックリングとは、缶の内圧が耐圧強度を超えたときに、缶底のドーム部が反転してしまう現象である。
このような缶底の変形を防止する目的で、例えば下記特許文献1に示されるような、缶底成形装置によるボトムリフォーム加工(ボトムプロファイルリフォーマー加工、BPR加工)が提案されている。
缶底成形装置は、水平方向に延びる回転軸(主軸)と、該回転軸とともに回転させられるスターホイール、トップスピンドル及びボトムスピンドルと、を備えている。スターホイールの外周には、缶を保持するポケットが周方向に間隔をあけて複数形成されており、各ポケットには缶の缶胴が保持される。トップスピンドルは、缶胴の開口端部を支持するトップ支持部材を有する。ボトムスピンドルは、缶底を支持する筒状のボトム支持部材と、該ボトム支持部材内に設けられ、缶底の環状凸部の内周壁を押圧して凹部を成形する成形ローラと、を有する。
缶底成形装置は、水平方向に延びる回転軸(主軸)と、該回転軸とともに回転させられるスターホイール、トップスピンドル及びボトムスピンドルと、を備えている。スターホイールの外周には、缶を保持するポケットが周方向に間隔をあけて複数形成されており、各ポケットには缶の缶胴が保持される。トップスピンドルは、缶胴の開口端部を支持するトップ支持部材を有する。ボトムスピンドルは、缶底を支持する筒状のボトム支持部材と、該ボトム支持部材内に設けられ、缶底の環状凸部の内周壁を押圧して凹部を成形する成形ローラと、を有する。
成形ローラは、缶底の環状凸部の内周壁に押圧された状態で、缶軸(スピンドル軸)回りに回転(公転)させられながら内周壁上を転動(自転)し、これにより環状凸部には、周方向に延びる溝状の凹部が成形される。凹部が成形されることにより缶底の強度が高められて、ボトムグロースやバックリング等の変形が抑制される。
成形ローラは、スピンドル軸に平行な中心軸を有し、中心軸方向に互いに離間して配置された成形鍔部及び取り付け鍔部を備えている。成形鍔部は、缶底に凹部を成形するための成形用フランジであり、取り付け鍔部は、成形ローラをボトム支持部材内で安定して動作させるための支持用フランジである。取り付け鍔部の表面及び裏面には、リング板状をなす一対の摺動部材が該取り付け鍔部を挟むように摺接し、これによりボトム支持部材内で成形ローラが安定して公転及び自転可能である。下記特許文献1では、取り付け鍔部及び一対の摺動部材を、ボトムスピンドルのツールホルダと缶ホルダとの間で保持している。
従来の摺動部材としては、ポリイミドに炭素繊維を含むものが用いられている。しかしながら、この摺動部材は吸水性・吸油性が高く、水や油を吸って膨張する(本明細書ではこの性質を「湿膨性」と呼ぶ)。このため、運転中に摺動抵抗が増大し、発熱して異常摩耗を起こすことがある。また摺動部材が摩耗すると、炭素繊維を含む黒色の粉塵が缶底に付着して好ましくない。
そこで、摺動部材として例えばポリアセタール(POM)を使用することが考えられる。ポリアセタールは、耐摩耗性が高いため粉塵の発生が少なく(本明細書では摩耗により粉塵が発生する性質を「発塵性」と呼ぶ)、摺動性が高く、吸水性・吸油性及び湿膨性が低い。しかしながら、耐熱性が低いため、取り付け鍔部との摩擦等により温度が上昇すると反りが生じて、部材寿命に影響する。
また、摺動部材としてポリフェニレンスルファイド(PPS)を使用した場合は、耐熱性、吸水性・吸油性及び湿膨性については満足するが、摺動性や発塵性の点で問題がある。
また、摺動部材としてポリフェニレンスルファイド(PPS)を使用した場合は、耐熱性、吸水性・吸油性及び湿膨性については満足するが、摺動性や発塵性の点で問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、成形ローラの取り付け鍔部に摺接する摺動部材が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足し、摺動部材の長寿命化を図ることができ、高精度で安定した成形加工を行うことが可能な成形ローラの摺動構造を提供することを目的としている。
本発明の一態様に係る成形ローラの摺動構造は、スピンドル軸に平行な中心軸を有し、前記中心軸方向に互いに離間して配置された成形鍔部及び取り付け鍔部を含み、前記中心軸回りに自転しかつ前記スピンドル軸回りに公転する成形ローラと、前記取り付け鍔部に前記中心軸方向の両側から摺接し、ポリエーテルエーテルケトンを主成分として形成された一対の摺動部材と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、成形ローラの取り付け鍔部に中心軸方向の両側から摺接して、該成形ローラを公転及び自転可能に支持する一対の摺動部材が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を主成分として形成されている。このため摺動部材が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足する。
すなわち、PEEK材は摺動性が高いことから、一対の摺動部材は、成形ローラの取り付け鍔部を無潤滑で摺動自在に支持可能である。
また、PEEK材は耐熱性が高く、耐熱温度(連続使用温度の上限。つまり連続して使用しても劣化や溶融等により変質することのない使用温度)が例えば200℃以上であるので、摺動部材が取り付け鍔部との摩擦等により例えば80℃程度まで温度上昇したとしても、反りなどの変形や劣化・溶融等の変質は生じない。
また、PEEK材は耐摩耗性が高く粉塵が発生しないため、加工対象の缶底を汚すことがなく、食品衛生上の観点からも好ましい。
また、PEEK材は耐熱性が高く、耐熱温度(連続使用温度の上限。つまり連続して使用しても劣化や溶融等により変質することのない使用温度)が例えば200℃以上であるので、摺動部材が取り付け鍔部との摩擦等により例えば80℃程度まで温度上昇したとしても、反りなどの変形や劣化・溶融等の変質は生じない。
また、PEEK材は耐摩耗性が高く粉塵が発生しないため、加工対象の缶底を汚すことがなく、食品衛生上の観点からも好ましい。
また、PEEK材は吸水性・吸油性が低く、水や油を吸って膨張することがない。つまり湿膨性が低い。このため、装置の運転中に摺動部材の厚さが変動する(特に増大する)ことがなく、取り付け鍔部との摺動抵抗の変動が少ない。これにより、一対の摺動部材同士の間で取り付け鍔部が安定して動作し、成形ローラによる缶底へのボトムリフォーム加工の精度が良好に維持される。
以上より本発明によれば、成形ローラの取り付け鍔部に摺接する摺動部材が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足し、これにより、摺動部材の長寿命化を図ることができ、かつ高精度で安定した成形加工を行うことが可能である。
また、上記成形ローラの摺動構造において、前記摺動部材は、黒鉛を含むことが好ましい。
摺動部材の主成分であるポリエーテルエーテルケトン中に黒鉛が含まれていることで、取り付け鍔部に対する摩擦抵抗のさらなる低減を図ることができる。これにより、成形加工の高速化、高精度化、及び摺動部材の長寿命化等が実現可能である。
また、上記成形ローラの摺動構造において、前記取り付け鍔部に、DLC被膜が形成されていることが好ましい。
成形ローラの取り付け鍔部にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)被膜が形成されていると、該取り付け鍔部と一対の摺動部材との間の摩擦抵抗をより低減できる。また、取り付け鍔部と摺動部材との間の良好な摺動(摺接)状態が、長期にわたり安定して維持される。
本発明の成形ローラの摺動構造によれば、成形ローラの取り付け鍔部に摺接する摺動部材が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足し、摺動部材の長寿命化を図ることができ、高精度で安定した成形加工を行うことが可能である。
以下、本発明の一実施形態に係る缶底成形装置(ボトムリフォーム装置)10、及び缶底成形装置10のボトムスピンドル17に用いられる成形ローラ20の摺動構造40について、図面を参照して説明する。なお、本発明の実施形態の説明に用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、要部となる部分を拡大、強調、抜粋して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際のものと同じであるとは限らない。
まず、本実施形態の缶底成形装置10によって成形加工が施される缶50について説明する。
図1及び図7(a)、(b)に示されるように、缶50は、缶の周壁である缶胴(ウォール)51と、缶の底壁である缶底(ボトム)52と、を備えて有底筒状をなしている。本実施形態の缶50は、アルミニウム合金材料等からなるアルミニウム缶であり、その内部には飲料等の内容物が充填され、缶胴51の開口端部に缶蓋(図示略)が巻き締められることにより密封される。つまり缶50は、いわゆる2ピース缶に用いられる缶本体である。
図1及び図7(a)、(b)に示されるように、缶50は、缶の周壁である缶胴(ウォール)51と、缶の底壁である缶底(ボトム)52と、を備えて有底筒状をなしている。本実施形態の缶50は、アルミニウム合金材料等からなるアルミニウム缶であり、その内部には飲料等の内容物が充填され、缶胴51の開口端部に缶蓋(図示略)が巻き締められることにより密封される。つまり缶50は、いわゆる2ピース缶に用いられる缶本体である。
缶胴51の中心軸及び缶底52の中心軸は、互いに同軸に配置されており、本実施形態ではこれらの共通軸を缶軸という。
また、缶軸が延在する方向(缶軸に沿う方向)を缶軸方向という。缶軸方向のうち、缶底52から缶胴51の開口端部へ向かう方向を上方といい、缶胴51の開口端部から缶底52へ向かう方向を下方という。
また、缶軸に直交する方向を径方向という。径方向のうち、缶軸に接近する向きを径方向の内側といい、缶軸から離間する向きを径方向の外側という。
また、缶軸回りに周回する方向を周方向という。
また、缶軸が延在する方向(缶軸に沿う方向)を缶軸方向という。缶軸方向のうち、缶底52から缶胴51の開口端部へ向かう方向を上方といい、缶胴51の開口端部から缶底52へ向かう方向を下方という。
また、缶軸に直交する方向を径方向という。径方向のうち、缶軸に接近する向きを径方向の内側といい、缶軸から離間する向きを径方向の外側という。
また、缶軸回りに周回する方向を周方向という。
本実施形態で用いる、缶50の例えば「凹」、「凸」、「窪む」、「突出する」等の各種形状は、特に説明しない限り、缶50の外面(缶外面。外部に露出する表面)における各種形状を表している。
また、図1及び図7(a)、(b)等に示される缶50の缶軸方向に沿う縦断面視(缶軸を含む縦断面視)において、缶50の各部形状の説明に用いる「円弧」、「曲線」、「直線」、「接線」等の線形状は、特に説明しない限り、缶50の外面における各種の線形状を表している。
また、図1及び図7(a)、(b)等に示される缶50の缶軸方向に沿う縦断面視(缶軸を含む縦断面視)において、缶50の各部形状の説明に用いる「円弧」、「曲線」、「直線」、「接線」等の線形状は、特に説明しない限り、缶50の外面における各種の線形状を表している。
缶50のうち、缶胴51における上端部は、該缶50の外部に開口する開口端部となっている。内容物は、この開口端部を通して缶50内に充填される。缶胴51の開口端部には、上方に向かうに従い縮径するネック部53が形成されている。
缶底52は、缶軸方向の上方に向けて窪むドーム部55と、ドーム部55の外周縁部に連なり、缶軸方向の下方に向けて突出するとともに、缶軸回りの周方向に沿って延びる環状凸部(リム)56と、を備えている。
環状凸部56は、缶底52において最も下方に向けて突出する接地部(ノーズ部)59と、接地部59の径方向内側に隣接する内周壁57と、接地部59の径方向外側に隣接する外周壁(チャイム部)58と、を備えている。
環状凸部56は、缶底52において最も下方に向けて突出する接地部(ノーズ部)59と、接地部59の径方向内側に隣接する内周壁57と、接地部59の径方向外側に隣接する外周壁(チャイム部)58と、を備えている。
本実施形態では、後述する缶底成形装置10によって、缶50の缶底52における内周壁57に、径方向外側へ向けて窪むとともに周方向に沿って延びる溝状の凹部60が成形される。図1に示されるように、缶50の缶軸を含む縦断面視において、凹部60は凹曲線状をなしている。
なお本実施形態では、凹部60が成形される前の缶(ワーク)を符号Wで示し、凹部60が成形された後の缶を符号50で示す。
なお本実施形態では、凹部60が成形される前の缶(ワーク)を符号Wで示し、凹部60が成形された後の缶を符号50で示す。
次に、図2〜図7に示される缶底成形装置10について説明する。
缶底成形装置10は、缶Wの缶底52の環状凸部56のうち、内周壁57及び外周壁58の少なくともいずれかを押圧することにより、図1に示されるような凹部60を成形する。本実施形態では、環状凸部56の内周壁57に対してボトムリフォーム加工を施すことにより、該内周壁57に凹部60が形成される。
缶底成形装置10は、缶Wの缶底52の環状凸部56のうち、内周壁57及び外周壁58の少なくともいずれかを押圧することにより、図1に示されるような凹部60を成形する。本実施形態では、環状凸部56の内周壁57に対してボトムリフォーム加工を施すことにより、該内周壁57に凹部60が形成される。
図2に示されるように、缶底成形装置10は、装置の基体となる装置フレーム11と、該装置フレーム11に軸受を介して支持され水平方向に延びる回転軸(主軸)12と、該回転軸12に支持され、外周にワークの缶Wを保持するポケットが複数形成されたスターホイール(ターレット)13と、回転軸12に支持され、スターホイール13の各ポケットに対応して設けられた複数の缶底成形ユニット14と、を備えている。缶底成形ユニット14の数は、スターホイール13のポケットの数と同数である。本実施形態では、スターホイール13のポケットの数が、例えば12である。
スターホイール13の各ポケットには、缶Wの缶胴51がエア吸着等により保持される。装置フレーム11に対して回転軸12がその中心軸O回りに回転させられることにより、この回転軸12に一体に設けられたスターホイール13及び缶底成形ユニット14が、回転軸12の中心軸O回りに回転させられる。
缶底成形ユニット14は、缶Wの缶胴51の開口端部を支持するトップ支持部材16を有するトップスピンドル15と、缶Wの缶底52を支持するボトム支持部材18を有するボトムスピンドル17と、を備えている。トップスピンドル15とボトムスピンドル17とは、スターホイール13のポケットを間に挟んで、互いの共通軸であるスピンドル軸C方向に離間して対向配置される。
トップスピンドル15のスピンドル軸C及びトップ支持部材16の中心軸、並びに、ボトムスピンドル17のスピンドル軸C及びボトム支持部材18の中心軸は、スターホイール13の各ポケットに保持される缶Wの缶軸に対して、同軸に配置される。スターホイール13の各ポケットに対応する各スピンドル軸Cは、回転軸12の中心軸Oに平行に、水平方向に延びている。
本実施形態では、スピンドル軸Cが延在する方向(スピンドル軸Cに沿う方向)をスピンドル軸C方向という。スピンドル軸C方向のうち、ボトムスピンドル17からトップスピンドル15へ向かう方向をスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側又は上方といい、トップスピンドル15からボトムスピンドル17へ向かう方向をスピンドル軸C方向のボトムスピンドル17側又は下方という。
また、スピンドル軸Cに直交する方向を径方向という。径方向のうち、スピンドル軸Cに接近する向きを径方向の内側といい、スピンドル軸Cから離間する向きを径方向の外側という。
また、スピンドル軸C回りに周回する方向を周方向という。
また、スピンドル軸Cに直交する方向を径方向という。径方向のうち、スピンドル軸Cに接近する向きを径方向の内側といい、スピンドル軸Cから離間する向きを径方向の外側という。
また、スピンドル軸C回りに周回する方向を周方向という。
図4及び図7(a)、(b)に示されるように、トップ支持部材16は、有頂筒状をなしており、周壁と頂壁とを備えている。トップ支持部材16は、缶Wの缶胴51の上端部(開口端部)に当接して、缶胴51の開口端部を支持可能である。具体的に、トップ支持部材16の周壁内には、缶胴51のネック部53が当接する。また図示の例では、缶胴51の開口端部内に案内部材が嵌合しており、缶胴51はその径方向内側からも支持されている。なお、上述のようにトップ支持部材16の周壁内に缶胴51のネック部53を当接させる代わりに、トップ支持部材16の頂壁に対して、缶胴51の上端開口縁を当接させてもよい。
図4及び図6(a)、(b)に示されるように、ボトム支持部材18は、有底筒状をなしており、周壁と底壁とを備えている。ボトム支持部材18は、缶Wの缶底52及び缶胴51の下端部に当接して、缶底52近傍を支持可能である。具体的に、ボトム支持部材18の周壁内には、缶胴51の下端部が嵌合する。また、ボトム支持部材18の底壁には、缶底52の接地部59及び外周壁58が当接する。ボトム支持部材18の詳しい構成については、別途後述する。
図2及び図3に示されるように、ボトムスピンドル17は、ボトム用カムフォロア19を備えている。ボトム用カムフォロア19は、装置フレーム11に一体に設けられたボトム用カム27に係合している。本実施形態の例では、ボトム用カム27が、回転軸12の径方向外側に配置されるとともに、該回転軸12の中心軸O回りに延びる円筒カムとされている。
つまり缶底成形装置10は、ボトム用カムフォロア19と、ボトム用カムフォロア19に係合するボトム用カム27と、を含むボトム用カム機構28を備えている。そして、ボトム用カム機構28は、ボトム支持部材18を缶Wに対して缶軸(スピンドル軸C)方向に往復移動させる。
具体的に、ボトム用カム機構28のボトム用カム27は、回転軸12の中心軸O回りへ向かうに従い該中心軸O方向に沿う位置が変化する所定の軌道を形成している。この軌道に沿ってボトム用カムフォロア19が案内されることにより、該ボトム用カムフォロア19はスピンドル軸C方向に沿って所定のストロークL1の範囲で往復移動する。また、ボトム用カムフォロア19に連結されたボトム支持部材18も、スピンドル軸C方向に沿って所定のストロークL1の範囲で往復移動する。
また、図2、図4及び図6(a)、(b)に示されるように、ボトムスピンドル17は、缶底52の環状凸部56に対して径方向に接近離間するとともに、内周壁57及び外周壁58の少なくともいずれかを押圧して凹部60を成形する成形ローラ20を備えている。本実施形態では成形ローラ20が、缶底52の内周壁57に対して径方向に往復移動し、内周壁57を押圧して凹部60を形成する。
本実施形態の例では、成形ローラ20が例えば超硬合金等からなる成形用金型であり、筒状をなしていて、その中心軸がスピンドル軸Cと平行に延びている。成形ローラ20は、その中心軸回りに回転自在にかつ該中心軸に直交する径方向にスライド移動自在に、ボトムスピンドル17のボトム支持部材18内に設けられている。成形ローラ20の詳しい構成、成形ローラ20の摺動構造40及びこれを含む組立ユニット70については、別途後述する。
成形ローラ20は、ボトムスピンドル17のリンク部22等を介して成形用カムフォロア21に連結されている。
図3に示されるように、成形用カムフォロア21は、装置フレーム11に一体に設けられた成形用カム29に係合している。本実施形態の例では、成形用カム29が、回転軸12の径方向外側に配置されるとともに、該回転軸12の中心軸O回りに延びる円筒カムとされている。
図3に示されるように、成形用カムフォロア21は、装置フレーム11に一体に設けられた成形用カム29に係合している。本実施形態の例では、成形用カム29が、回転軸12の径方向外側に配置されるとともに、該回転軸12の中心軸O回りに延びる円筒カムとされている。
つまり缶底成形装置10は、成形用カムフォロア21と、成形用カムフォロア21に係合する成形用カム29と、を含む成形用カム機構30を備えている。そして、成形用カム機構30は、成形ローラ20を缶Wに対して缶軸(スピンドル軸C)に直交する径方向に往復移動させる。また図示の例では、ボトム用カム27と、成形用カム29とが、1つの円筒部材に一体に形成されている。
具体的に、成形用カム機構30の成形用カム29は、回転軸12の中心軸O回りへ向かうに従い該中心軸O方向に沿う位置が変化する所定の軌道を形成している。この軌道に沿って成形用カムフォロア21が案内されることにより、該成形用カムフォロア21はスピンドル軸C方向に沿って上記ストロークL1よりも大きな所定のストロークL2の範囲で往復移動する。そして成形ローラ20は、スピンドル軸C方向に沿って所定のストロークL1の範囲で往復移動し、かつ、リンク部22の作用により、ストロークL2とストロークL1との差分(L2−L1)に応じてスピンドル軸C方向への直線運動がスピンドル軸Cに直交する径方向へのスライド移動に変換されたストロークの範囲で、径方向にも往復移動する。
これにより成形ローラ20は、ボトム支持部材18に保持された缶底52の環状凸部56の内周壁57を押圧可能である。
これにより成形ローラ20は、ボトム支持部材18に保持された缶底52の環状凸部56の内周壁57を押圧可能である。
図2及び図3に示されるように、缶底成形装置10には、回転軸12に同軸とされ、この回転軸12に対して該回転軸12の中心軸O回りに回転自在な駆動ギヤ23が設けられている。また、ボトムスピンドル17には、駆動ギヤ23に噛み合う従動ギヤ24が設けられている。駆動ギヤ23によって従動ギヤ24がスピンドル軸C回りに回転させられることにより、従動ギヤ24に連結された成形ローラ20が、ボトム支持部材18に対してスピンドル軸C回りに回転する。
図2及び図5に示されるように、トップスピンドル15は、トップ用カムフォロア25を備えている。トップ用カムフォロア25は、装置フレーム11に一体に設けられたトップ用カム31に係合している。本実施形態の例では、トップ用カム31が、回転軸12の径方向外側に配置されるとともに、該回転軸12の中心軸O回りに延びる円筒カムとされている。
つまり缶底成形装置10は、トップ用カムフォロア25と、トップ用カムフォロア25に係合するトップ用カム31と、を含むトップ用カム機構32を備えている。そして、トップ用カム機構32は、トップ支持部材16を缶Wに対して缶軸(スピンドル軸C)方向に往復移動させる。
具体的に、トップ用カム機構32のトップ用カム31は、回転軸12の中心軸O回りへ向かうに従い該中心軸O方向に沿う位置が変化する所定の軌道を形成している。この軌道に沿ってトップ用カムフォロア25が案内されることにより、トップスピンドル15は、スピンドル軸C方向に沿って所定のストロークL3の範囲で往復移動する。ただし、トップスピンドル15のうちトップ支持部材16については、ストロークL3の途中で缶Wの缶胴51の開口端部に当接され、当接した後は弾性部材26の作用(弾性変形による収縮)によりそれ以上の缶Wへ向けた前進移動が停止される。このため、図4及び図7(a)、(b)に示すトップ支持部材16のストロークL4は、上記ストロークL3よりも小さく設定される。
つまり図4及び図7(a)、(b)において、トップスピンドル15は弾性部材26を備えており、弾性部材26は、トップ支持部材16を缶Wに向けて缶軸(スピンドル軸C)方向に付勢する。
つまり図4及び図7(a)、(b)において、トップスピンドル15は弾性部材26を備えており、弾性部材26は、トップ支持部材16を缶Wに向けて缶軸(スピンドル軸C)方向に付勢する。
次に、缶底成形装置10の動作の一例について説明する。
駆動モータ(図示略)から伝達された回転駆動力により、回転軸12がその中心軸O回りに回転させられる。これに応じて、装置フレーム11のボトム用カム27及びこれに係合するボトム用カムフォロア19、並びに、装置フレーム11の成形用カム29及びこれに係合する成形用カムフォロア21の作用により、ボトムスピンドル17及びそのボトム支持部材18が、スターホイール13のポケットに保持された缶Wへ向けてスピンドル軸C方向に前進(接近)移動する。つまり、ボトムスピンドル17が、スピンドル軸C方向に沿ってトップスピンドル15側(缶軸方向の上方。以下同様)へ向けてストロークL1だけ移動する。これにより、缶Wの缶底52に対してボトム支持部材18が当接される。
駆動モータ(図示略)から伝達された回転駆動力により、回転軸12がその中心軸O回りに回転させられる。これに応じて、装置フレーム11のボトム用カム27及びこれに係合するボトム用カムフォロア19、並びに、装置フレーム11の成形用カム29及びこれに係合する成形用カムフォロア21の作用により、ボトムスピンドル17及びそのボトム支持部材18が、スターホイール13のポケットに保持された缶Wへ向けてスピンドル軸C方向に前進(接近)移動する。つまり、ボトムスピンドル17が、スピンドル軸C方向に沿ってトップスピンドル15側(缶軸方向の上方。以下同様)へ向けてストロークL1だけ移動する。これにより、缶Wの缶底52に対してボトム支持部材18が当接される。
詳しくは、ボトム支持部材18の底壁が、缶Wの缶底52の接地部59及び外周壁58に対してスピンドル軸C方向から当接し、また缶胴51のうち下端部が、ボトム支持部材18の周壁内に嵌合する。また、成形ローラ20が、缶Wの缶底52に接近配置された状態となる。具体的には、成形ローラ20の後述する成形鍔部78が、缶底52の環状凸部56の内周壁57に対して、径方向の内側から対向配置される。
また、装置フレーム11のトップ用カム31及びこれに係合するトップ用カムフォロア25の作用により、トップスピンドル15及びそのトップ支持部材16が、スターホイール13のポケットに保持された缶Wへ向けてスピンドル軸C方向に前進(接近)移動する。つまり、トップスピンドル15が、スピンドル軸C方向に沿ってボトムスピンドル17側(缶軸方向の下方。以下同様)へ向けてストロークL3だけ移動する。これにより、缶Wの缶胴51の開口端部に対してトップ支持部材16が当接される。
詳しくは、このストロークL3の途中で、トップ支持部材16の周壁内に、缶胴51の開口端部におけるネック部53が当接する。このようにトップ支持部材16が缶胴51の開口端部に当接してからは、それ以降のトップスピンドル15の前進移動量に応じて弾性部材26が弾性変形することにより、トップ支持部材16のそれ以上のスピンドル軸C方向に沿うボトムスピンドル17側へ向けた前進移動が停止される。この結果、トップ支持部材16は、スピンドル軸C方向に沿うボトムスピンドル17側へ向けて、上記ストロークL3よりも小さいストロークL4だけ移動する。
なお本実施形態において、缶底52に対してボトム支持部材18が当接させられるのと、缶胴51の開口端部に対してトップ支持部材16が当接させられるのとは、略同時である。
なお本実施形態において、缶底52に対してボトム支持部材18が当接させられるのと、缶胴51の開口端部に対してトップ支持部材16が当接させられるのとは、略同時である。
そして缶Wは、図4等に示されるように、ボトム支持部材18とトップ支持部材16とによってスピンドル軸C方向の両側から挟持される。なおこのとき、弾性部材26の復元変形力によって、缶Wは、缶軸方向(スピンドル軸C方向)に加圧(付勢)された状態で両支持部材16、18により支持されている。
次いで、成形用カムフォロア21がストロークL2とストロークL1との差分(L2−L1)に応じて、スピンドル軸C方向に沿うトップスピンドル15側へ向けて前進移動する。このとき、成形用カムフォロア21に連結されたリンク部22が、該成形用カムフォロア21のスピンドル軸C方向へ向けた直線運動を、スピンドル軸Cに直交する径方向へ向けたスライド移動に変換する。これにより、リンク部22に連結された成形ローラ20が径方向の外側へ向けて移動させられ、該成形ローラ20の成形鍔部78が缶底52の環状凸部56の内周壁57を押圧して、該内周壁57には、径方向の外側へ向けて窪む凹部60が成形される。
また、駆動ギヤ23が従動ギヤ24をスピンドル軸C回りに回転させることにより、該従動ギヤ24に連結されたリンク部22及び成形ローラ20が、スピンドル軸C回りに回転する。これにより、成形ローラ20が環状凸部56の内周壁57上を周方向に転動して(つまりスピンドル軸C回りに公転しつつ成形ローラ20の中心軸回りに自転して)、該内周壁57には周方向に沿って延びるリング状の溝である凹部60が成形される。
これ以降は上述とは逆の手順で、まず成形ローラ20が、内周壁57から径方向の内側へ向けて後退する。また、トップスピンドル15及びボトムスピンドル17が、缶Wに対してスピンドル軸C方向にそれぞれ後退(離間)移動して、トップ支持部材16及びボトム支持部材18による缶Wの支持状態が解除される。
このようにして、缶底成形装置10によって缶Wの缶底52にボトムリフォーム加工が施され、該缶底52には凹部60が形成される。凹部60が形成された缶50は、スターホイール13のポケットへのエア吸着等による保持状態が解除されることにより、該ポケットから離脱されて、缶底成形装置10の後工程へと移送される。
次に、ボトムスピンドル17のボトム支持部材18、成形ローラ20、成形ローラ20の摺動構造40及び成形ローラ20の組立ユニット70について、詳しく説明する。
図8において、ボトム支持部材18は、当該ボトム支持部材18の底壁に含まれる第1リング体71及びチャイムサポート73と、当該ボトム支持部材18の周壁に含まれるボトムサポート74と、を備えている。
第1リング体71は有頂筒状をなしており、頂壁部75と周壁部76とを有する。第1リング体71の頂壁部75の上面のうち内周部は、該内周部より径方向外側に位置する部位(内周部以外の部位)よりも上方、つまりスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側(図8における左側)へ向けて突出している。第1リング体71の頂壁部75の内周部には、缶Wの缶底52の接地部59が当接される。第1リング体71の詳しい構成については、別途後述する。
チャイムサポート73はリング状をなしている。チャイムサポート73は、第1リング体71に対して、スピンドル軸C方向のトップスピンドル15側に隣接配置されている。チャイムサポート73の下面は、第1リング体71の上面における内周部以外の部位に当接している。チャイムサポート73の内周は、第1リング体71の上面に形成された内周部と内周部以外の部位との間の段部に対して、径方向外側に嵌合している。
チャイムサポート73の内周のうち、前記段部よりもスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側に位置する部分には、前記トップスピンドル15側へ向かうに従いスピンドル軸Cに直交する径方向の外側へ向けて傾斜するテーパ面が形成されている。前記テーパ面には、缶Wの缶底52の外周壁(チャイム部)58が当接される。
チャイムサポート73の上面のうち外周部は、該外周部より径方向内側に位置する部位(外周部以外の部位)よりも下方、つまりスピンドル軸C方向のボトムスピンドル17側(図8における右側)へ向けて窪んでいる。
チャイムサポート73の上面のうち外周部は、該外周部より径方向内側に位置する部位(外周部以外の部位)よりも下方、つまりスピンドル軸C方向のボトムスピンドル17側(図8における右側)へ向けて窪んでいる。
ボトムサポート74は筒状をなしている。ボトムサポート74は、第1リング体71及びチャイムサポート73を径方向外側から囲っている。ボトムサポート74の内周面は、第1リング体71の周壁部76の外周面及びチャイムサポート73の外周面に対して、径方向外側に嵌合している。
ボトムサポート74の内周には、径方向内側へ向けて突出するとともに周方向に沿って延びる環状突起77が形成されている。環状突起77は、チャイムサポート73の上面の外周部に対して、スピンドル軸C方向のトップスピンドル15側に隣接配置されている。ボトムサポート74の内周面のうち、環状突起77よりもスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側に位置する部分には、缶Wの缶胴51の下端部が嵌合される。
ボトムサポート74の内周には、径方向内側へ向けて突出するとともに周方向に沿って延びる環状突起77が形成されている。環状突起77は、チャイムサポート73の上面の外周部に対して、スピンドル軸C方向のトップスピンドル15側に隣接配置されている。ボトムサポート74の内周面のうち、環状突起77よりもスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側に位置する部分には、缶Wの缶胴51の下端部が嵌合される。
本実施形態の例では、成形ローラ20が筒状をなしている。成形ローラ20は、スピンドル軸Cに平行な中心軸を有する。ボトム支持部材18内において成形ローラ20は、上述したリンク部22等の作用により、スピンドル軸Cに直交する径方向に移動可能である。また、このとき成形ローラ20の中心軸は、スピンドル軸C上と、スピンドル軸Cから径方向に離間した位置と、の間を移動する。図8に示される例では、成形ローラ20の中心軸がスピンドル軸C上に位置している。
成形ローラ20は、該成形ローラ20の中心軸方向(中心軸の延在する方向。中心軸に沿う方向)に互いに離間して配置された成形鍔部78及び取り付け鍔部79を有する。
成形鍔部78は、成形ローラ20のローラ本体の上端部(成形ローラ20の中心軸方向に沿うトップスピンドル15側の端部)に配置されている。成形鍔部78は、ローラ本体から成形ローラ20の中心軸に直交する径方向の外側へ向けて突出するとともに、前記中心軸回りの周方向に沿って延びる環状(フランジ状)をなしている。成形鍔部78の前記中心軸方向の厚さは、径方向外側へ向かうに従い徐々に小さくなる。成形鍔部78の径方向外側の端縁(外周縁)は、成形ローラ20の中心軸を含む縦断面視において凸曲線状をなしている。
成形鍔部78は、第1リング体71の頂壁部75よりもスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側(つまり上方)に位置しており、チャイムサポート73の前記テーパ面との間に間隔をあけて、該テーパ面に径方向内側から対向配置されている。
成形鍔部78は、成形ローラ20のローラ本体の上端部(成形ローラ20の中心軸方向に沿うトップスピンドル15側の端部)に配置されている。成形鍔部78は、ローラ本体から成形ローラ20の中心軸に直交する径方向の外側へ向けて突出するとともに、前記中心軸回りの周方向に沿って延びる環状(フランジ状)をなしている。成形鍔部78の前記中心軸方向の厚さは、径方向外側へ向かうに従い徐々に小さくなる。成形鍔部78の径方向外側の端縁(外周縁)は、成形ローラ20の中心軸を含む縦断面視において凸曲線状をなしている。
成形鍔部78は、第1リング体71の頂壁部75よりもスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側(つまり上方)に位置しており、チャイムサポート73の前記テーパ面との間に間隔をあけて、該テーパ面に径方向内側から対向配置されている。
上述した成形用カム機構30及びリンク部22等の作用により、成形ローラ20がスピンドル軸Cに直交する径方向にスライド移動することで、成形鍔部78は、チャイムサポート73の前記テーパ面及び缶底52の環状凸部56の内周壁57に対して、接近離間させられる。
図8に示すように本実施形態の例では、成形ローラ20の成形鍔部78が、チャイムサポート73の前記テーパ面から最も離間させられた状態において、成形ローラ20の中心軸とスピンドル軸Cとが同軸に配置される。
図8に示すように本実施形態の例では、成形ローラ20の成形鍔部78が、チャイムサポート73の前記テーパ面から最も離間させられた状態において、成形ローラ20の中心軸とスピンドル軸Cとが同軸に配置される。
取り付け鍔部79は、成形ローラ20のローラ本体の下端部(成形ローラ20の中心軸方向に沿うボトムスピンドル17側の端部)に配置されている。取り付け鍔部79は、ローラ本体から成形ローラ20の中心軸に直交する径方向の外側へ向けて突出するとともに、前記中心軸回りの周方向に沿って延びる環状(フランジ状)をなしている。取り付け鍔部79の前記中心軸方向の厚さは、径方向に沿って一定である。図示の例では、取り付け鍔部79の前記中心軸方向の厚さが、成形鍔部78の前記中心軸方向の厚さよりも厚くされている。また取り付け鍔部79の外径(直径)が、成形鍔部78の外径よりも大きくされている。成形ローラ20の中心軸方向を向く取り付け鍔部79の表面(上面)及び裏面(下面)は、前記中心軸に垂直な平面状をなしており、具体的には円形リング状の平面に形成されている。
取り付け鍔部79は、第1リング体71の頂壁部75よりもスピンドル軸C方向のボトムスピンドル17側(つまり下方)に位置しており、第1リング体71の周壁部76の内周面との間に間隔をあけて、該内周面に径方向内側から対向配置されている。
本実施形態では、成形ローラ20の成形鍔部78及び取り付け鍔部79を含む表面(外面)全体に、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)被膜が形成されている。
取り付け鍔部79は、第1リング体71の頂壁部75よりもスピンドル軸C方向のボトムスピンドル17側(つまり下方)に位置しており、第1リング体71の周壁部76の内周面との間に間隔をあけて、該内周面に径方向内側から対向配置されている。
本実施形態では、成形ローラ20の成形鍔部78及び取り付け鍔部79を含む表面(外面)全体に、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)被膜が形成されている。
図8において、ボトムスピンドル17は、ツールホルダ80と、該ツールホルダ80に着脱可能に設けられた成形ローラ20の組立ユニット70と、この組立ユニット70に含まれる成形ローラ20の摺動構造40と、を備えている。
ツールホルダ80は筒状をなしている。ツールホルダ80の周壁内には、リンク部22が配置される。ツールホルダ80の周壁の外周上端部には、雄ネジ部が形成されており、該雄ネジ部には、ボトムサポート74の周壁の内周下端部に形成された雌ネジ部が螺着する。
ツールホルダ80には、該ツールホルダ80とボトムサポート74とのスピンドル軸C回りの相対回転を規制するとともに、該ツールホルダ80からのボトムサポート74等の脱落を防止する脱落防止ブロック83が設けられる。
ツールホルダ80には、該ツールホルダ80とボトムサポート74とのスピンドル軸C回りの相対回転を規制するとともに、該ツールホルダ80からのボトムサポート74等の脱落を防止する脱落防止ブロック83が設けられる。
図8〜図10において、成形ローラ20の摺動構造40は、ボトム支持部材18内に設けられて自身(成形ローラ20)の中心軸回りに回転(自転)し、かつスピンドル軸C回りに回転(公転)する成形ローラ20と、取り付け鍔部79に前記中心軸方向の両側から摺接し、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を主成分として形成された一対の摺動部材81、82と、を備えている。
本実施形態では、一対の摺動部材81、82は主成分がPEEK材であり、該PEEK材中に黒鉛を含んで形成されている。つまり、摺動部材81、82は、その製造工程でPEEK素材に黒鉛を練り込み(分散し)硬化して成形された摺動材である。
摺動部材81、82のロックウェル硬度は、例えばRスケールで100以上であり、本実施形態では120である。摺動部材81、82の耐熱温度(連続使用温度の上限。つまり連続して使用しても劣化や溶融等により変質することのない使用温度)は、例えば200℃以上であり、本実施形態では250℃である。摺動部材81、82のアイゾット衝撃値(ノッチ付)は、例えば30J/m以上であり、本実施形態では35J/mである。摺動部材81、82の吸水率(23℃、水中24時間浸漬)は、例えば0.1%以下であり、本実施形態では0.06%である。また本実施形態の例では、摺動部材81、82の比重が1.45であり、線膨張係数が5.0×10−5/℃である。
本実施形態の摺動部材81、82として、例えば、製品名:ケトロン(登録商標)HPV PEEK(クオドラント ポリペンコ ジャパン社)を用いることができる。
本実施形態の摺動部材81、82として、例えば、製品名:ケトロン(登録商標)HPV PEEK(クオドラント ポリペンコ ジャパン社)を用いることができる。
本実施形態の例では、摺動部材81、82がリング板状をなしている。摺動部材81、82は、スピンドル軸Cに同軸に配置されている。摺動部材81、82の内径は、成形ローラ20の取り付け鍔部79の外径よりも小さい。また摺動部材81、82の外径は、取り付け鍔部79の外径よりも大きい。
一対の摺動部材81、82同士の間において、取り付け鍔部79はスピンドル軸Cに直交する径方向及びスピンドル軸C回りの周方向(つまりスピンドル軸Cに垂直な面方向)に摺動自在であり、これにより成形ローラ20は、摺動部材81、82に対して公転及び自転可能である。
一対の摺動部材81、82同士の間において、取り付け鍔部79はスピンドル軸Cに直交する径方向及びスピンドル軸C回りの周方向(つまりスピンドル軸Cに垂直な面方向)に摺動自在であり、これにより成形ローラ20は、摺動部材81、82に対して公転及び自転可能である。
一対の摺動部材81、82のうち、第1の摺動部材81は、取り付け鍔部79のスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側(表面側。上面側)に隣接配置される。また、第2の摺動部材82は、取り付け鍔部79のスピンドル軸C方向のボトムスピンドル17側(裏面側。下面側)に隣接配置される。一対の摺動部材81、82と取り付け鍔部79との間には、極僅かな所定のクリアランスが設けられる。
本実施形態の例では、第1の摺動部材81の外径と第2の摺動部材82の外径とが、互いに同一である。また第1の摺動部材81の内径に比べて、第2の摺動部材82の内径が小さくされている。
本実施形態の例では、第1の摺動部材81の外径と第2の摺動部材82の外径とが、互いに同一である。また第1の摺動部材81の内径に比べて、第2の摺動部材82の内径が小さくされている。
成形ローラ20の組立ユニット70は、上述した成形ローラ20と、一対の摺動部材81、82と、取り付け鍔部79及び一対の摺動部材81、82を、成形ローラ20の中心軸方向の両側から挟むように配置された第1リング体71及び第2リング体72と、第1リング体71と第2リング体72とを固定する固定部と、を備えている。つまりこの組立ユニット70には、上述した成形ローラ20の摺動構造40が含まれる。
また、成形ローラ20の組立ユニット70は、成形ローラ20内に挿通され、リンク部22に連結される軸部84と、軸部84と成形ローラ20との間に介装される軸受85と、成形ローラ20及び軸受85の軸部84からの抜け出しを規制するキャップ86と、を備えている。
また、成形ローラ20の組立ユニット70は、成形ローラ20内に挿通され、リンク部22に連結される軸部84と、軸部84と成形ローラ20との間に介装される軸受85と、成形ローラ20及び軸受85の軸部84からの抜け出しを規制するキャップ86と、を備えている。
第1リング体71は上述のように有頂筒状をなし、頂壁部75と周壁部76とを備えていて、スピンドル軸Cに同軸に配置されている。第1リング体71の頂壁部75と、成形ローラ20の取り付け鍔部79との間には、第1の摺動部材81が挟持される。本実施形態の例では、頂壁部75の内径と、第1の摺動部材81の内径とが、互いに同一である。
第1リング体71の周壁部76の内周面には、第1の摺動部材81の外周面が嵌合する。つまり周壁部76は、第1の摺動部材81の径方向外側に隣接配置されている。
第1リング体71の周壁部76には、該周壁部76をスピンドル軸C方向に貫通するネジ挿通孔87が形成されている。ネジ挿通孔87は、周壁部76において周方向に互いに間隔をあけて複数形成されている。本実施形態の例では、ネジ挿通孔87が、周方向に等間隔をあけて4つ配置されている。ネジ挿通孔87のうち、第1リング体71の上面に開口する上端部の内径は、該上端部以外の部分(下面に開口する部分)の内径よりも大きくされている。ネジ挿通孔87の上端部には、後述するネジ部材(図示略)の頭部が収容され、ネジ挿通孔87の上端部以外の部分には、ネジ部材の軸部が挿通される。
第1リング体71の周壁部76には、該周壁部76をスピンドル軸C方向に貫通するネジ挿通孔87が形成されている。ネジ挿通孔87は、周壁部76において周方向に互いに間隔をあけて複数形成されている。本実施形態の例では、ネジ挿通孔87が、周方向に等間隔をあけて4つ配置されている。ネジ挿通孔87のうち、第1リング体71の上面に開口する上端部の内径は、該上端部以外の部分(下面に開口する部分)の内径よりも大きくされている。ネジ挿通孔87の上端部には、後述するネジ部材(図示略)の頭部が収容され、ネジ挿通孔87の上端部以外の部分には、ネジ部材の軸部が挿通される。
第2リング体72は有底筒状をなし、底壁部88と周壁部89とを備えていて、スピンドル軸Cに同軸に配置されている。第2リング体72の底壁部88と、成形ローラ20の取り付け鍔部79との間には、第2の摺動部材82が挟持される。本実施形態の例では、底壁部88の内径と、第2の摺動部材82の内径とが、互いに同一である。
第2リング体72の周壁部89の内周面には、第2の摺動部材82の外周面が嵌合する。つまり周壁部89は、第2の摺動部材82の径方向外側に隣接配置されている。
第2リング体72の周壁部89には、該周壁部89をスピンドル軸C方向に貫通する雌ネジ孔90が形成されている。雌ネジ孔90は、周壁部89において周方向に互いに間隔をあけて複数形成されている。本実施形態の例では、雌ネジ孔90が、周方向に等間隔をあけて4つ配置されている。
第2リング体72の周壁部89には、該周壁部89をスピンドル軸C方向に貫通する雌ネジ孔90が形成されている。雌ネジ孔90は、周壁部89において周方向に互いに間隔をあけて複数形成されている。本実施形態の例では、雌ネジ孔90が、周方向に等間隔をあけて4つ配置されている。
第2リング体72の下面のうち外周部は、該外周部より径方向内側に位置する部位(外周部以外の部位)よりも上方、つまりスピンドル軸C方向のトップスピンドル15側へ向けて窪んでいる。そして、第2リング体72の下面の外周部において下方を向く端面と、ツールホルダ80において上方を向く端面(上端面)とが、互いに当接している。また、第2リング体72の下面の外周部(の内縁)において径方向外側を向く周面と、ツールホルダ80の上端内周部とが、少なくとも周方向の一部以上で嵌合している。
また、第2リング体72の周壁部89の外周面は、ボトムサポート74の内周面に対して、径方向内側に嵌合している。
また、第2リング体72の周壁部89の外周面は、ボトムサポート74の内周面に対して、径方向内側に嵌合している。
第1リング体71の周壁部76の下面には、下方へ向けて突出する係合凸部91が形成されている。本実施形態の例では、係合凸部91が、周壁部76の下面のうち内周部に位置しているとともに、周方向の全周にわたって延びる環状をなしている。
第2リング体72の周壁部89の上面には、下方へ向けて窪む係合凹部92が形成されている。本実施形態の例では、係合凹部92が、周壁部89の上面のうち内周部に位置しているとともに、周方向の全周にわたって延びる環状をなしている。
第1リング体71の係合凸部91と第2リング体72の係合凹部92とは、互いに係合し、これにより第1リング体71と第2リング体72とは、少なくとも径方向への相対移動が規制される。
第2リング体72の周壁部89の上面には、下方へ向けて窪む係合凹部92が形成されている。本実施形態の例では、係合凹部92が、周壁部89の上面のうち内周部に位置しているとともに、周方向の全周にわたって延びる環状をなしている。
第1リング体71の係合凸部91と第2リング体72の係合凹部92とは、互いに係合し、これにより第1リング体71と第2リング体72とは、少なくとも径方向への相対移動が規制される。
第1リング体71と第2リング体72とを固定する固定部としては、第1リング体71及び第2リング体72のいずれか一方又は両方を挿通するネジ部材又はピン部材が用いられる。
本実施形態の例では、固定部がボルト等のネジ部材(図示略)である。ネジ部材は、頭部と軸部とを有し、頭部にはレンチ等の作業用工具が係止可能であり、軸部には雄ネジ部が形成される。ネジ部材は、第1リング体71のネジ挿通孔87内に挿通され、第2リング体72の雌ネジ孔90に螺着される。ネジ部材は、第1リング体71と第2リング体72とを、取り外し可能に固定する。具体的にネジ部材は、第1リング体71の周壁部76と第2リング体72の周壁部89とを、着脱可能に固定(締結)する。
本実施形態の例では、固定部がボルト等のネジ部材(図示略)である。ネジ部材は、頭部と軸部とを有し、頭部にはレンチ等の作業用工具が係止可能であり、軸部には雄ネジ部が形成される。ネジ部材は、第1リング体71のネジ挿通孔87内に挿通され、第2リング体72の雌ネジ孔90に螺着される。ネジ部材は、第1リング体71と第2リング体72とを、取り外し可能に固定する。具体的にネジ部材は、第1リング体71の周壁部76と第2リング体72の周壁部89とを、着脱可能に固定(締結)する。
ネジ部材は、第1リング体71と第2リング体72とを、周方向の複数箇所において固定する。つまりネジ部材は、第1、第2リング体71、72に周方向に互いに間隔をあけて複数設けられており、本実施形態の例では、周方向に等間隔をあけて4つ配置されている。
軸部84の中心軸は、成形ローラ20の中心軸と同軸に配置されている。軸部84の外周には、該軸部84の中心軸方向に互いに間隔をあけて一対の軸受85が設けられる。軸部84の外周における一対の軸受85同士の間には、リング状のスペーサ93が設けられる。
軸部84とリンク部(ピボットアーム)22とは、ピボットシャフト94により連結されている。ボトムスピンドル17のスピンドル軸C回りに回転させられるエキセントリックラグ95とリンク部22とは、ピボットシャフト96により連結されている。
軸部84とリンク部(ピボットアーム)22とは、ピボットシャフト94により連結されている。ボトムスピンドル17のスピンドル軸C回りに回転させられるエキセントリックラグ95とリンク部22とは、ピボットシャフト96により連結されている。
キャップ86は板状をなしており、ネジ等によって軸部84に対して着脱可能に取り付けられる。キャップ86が軸部84に取り付けられることにより、成形ローラ20、軸受85及びスペーサ93の、該軸部84から上方(スピンドル軸C方向のトップスピンドル15側)へ向けた抜け出し(離脱)が防止される。
本実施形態の例では、キャップ86が、成形ローラ20の上面に形成された窪み状のキャップ収容部97内に配置されている。これにより、キャップ86とキャップ収容部97との間にラビリンス構造が設けられていて、軸受85への塵埃等の進入や、軸受85の潤滑油等の缶底52への付着が防止されている。
本実施形態の例では、キャップ86が、成形ローラ20の上面に形成された窪み状のキャップ収容部97内に配置されている。これにより、キャップ86とキャップ収容部97との間にラビリンス構造が設けられていて、軸受85への塵埃等の進入や、軸受85の潤滑油等の缶底52への付着が防止されている。
上述の構成とされた成形ローラ20の組立ユニット70は、ボトムスピンドル17に対してユニット(アセンブリ)ごと取り付けられる。具体的には、ツールホルダ80の上端開口部に組立ユニット70(の第2リング体72)を載せ、軸部84とリンク部22とを連結する。或いは、軸部84とリンク部22とを連結した状態のまま、ツールホルダ80上に組立ユニット70を載せ、一対の軸受85のうち上方の軸受85及びキャップ86を軸部84に取り付けてもよい。
次いで、組立ユニット70(の第1リング体71)上にチャイムサポート73を載せ、ボトムサポート74を、下方へ向けてチャイムサポート73及び組立ユニット70に外挿しつつ、ツールホルダ80に螺着する。そして、ボトムサポート74をツールホルダ80に所定量ねじ込んだところで、脱落防止ブロック83をボルト等により取り付ける。
成形ローラ20の組立ユニット70をボトムスピンドル17から取り外す際には、上述とは逆の手順で、ユニットごと取り外す。
成形ローラ20の組立ユニット70をボトムスピンドル17から取り外す際には、上述とは逆の手順で、ユニットごと取り外す。
以上説明した本実施形態の成形ローラ20の摺動構造40によれば、成形ローラ20の取り付け鍔部79に中心軸方向の両側から摺接して、該成形ローラ20を公転及び自転可能に支持する一対の摺動部材81、82が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を主成分として形成されている。このため摺動部材81、82が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足する。
すなわち、PEEK材は摺動性が高いことから、一対の摺動部材81、82は、成形ローラ20の取り付け鍔部79を無潤滑で摺動自在に支持可能である。
また、PEEK材は耐熱性が高く、耐熱温度が例えば200℃以上であるので、摺動部材81、82が取り付け鍔部79との摩擦等により例えば80℃程度まで温度上昇したとしても、反りなどの変形や劣化・溶融等の変質は生じない。
また、PEEK材は耐摩耗性が高く粉塵が発生しないため、加工対象の缶底52を汚すことがなく、食品衛生上の観点からも好ましい。
また、PEEK材は耐熱性が高く、耐熱温度が例えば200℃以上であるので、摺動部材81、82が取り付け鍔部79との摩擦等により例えば80℃程度まで温度上昇したとしても、反りなどの変形や劣化・溶融等の変質は生じない。
また、PEEK材は耐摩耗性が高く粉塵が発生しないため、加工対象の缶底52を汚すことがなく、食品衛生上の観点からも好ましい。
また、PEEK材は吸水性・吸油性が低く、水や油を吸って膨張することがない。つまり湿膨性が低い。このため、装置の運転中に摺動部材81、82の厚さが変動する(特に増大する)ことがなく、取り付け鍔部79との摺動抵抗の変動が少ない。これにより、一対の摺動部材81、82同士の間で取り付け鍔部79が安定して動作し、成形ローラ20による缶底52へのボトムリフォーム加工の精度が良好に維持される。
以上より本実施形態によれば、成形ローラ20の取り付け鍔部79に摺接する摺動部材81、82が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足し、これにより、摺動部材81、82の長寿命化を図ることができ、かつ高精度で安定した成形加工を行うことが可能である。
また本実施形態では、摺動部材81、82に黒鉛が含まれている。
摺動部材81、82の主成分であるポリエーテルエーテルケトン中に黒鉛が含まれている(練り込まれ、分散されている)ことで、取り付け鍔部79に対する摩擦抵抗のさらなる低減を図ることができる。これにより、成形加工の高速化、高精度化、及び摺動部材81、82の長寿命化等が実現可能である。
摺動部材81、82の主成分であるポリエーテルエーテルケトン中に黒鉛が含まれている(練り込まれ、分散されている)ことで、取り付け鍔部79に対する摩擦抵抗のさらなる低減を図ることができる。これにより、成形加工の高速化、高精度化、及び摺動部材81、82の長寿命化等が実現可能である。
また本実施形態では、成形ローラ20の取り付け鍔部79に、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)被膜が形成されている。これにより、取り付け鍔部79と一対の摺動部材81、82との間の摩擦抵抗をより低減できる。また、取り付け鍔部79と摺動部材81、82との間の良好な摺動(摺接)状態が、長期にわたり安定して維持される。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、例えば下記に説明するように、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。
前述の実施形態では、成形ローラ20の摺動構造40が、ボトムスピンドル17のツールホルダ80に着脱可能に装着された成形ローラ20の組立ユニット70に適用された一例を挙げたが、これに限定されるものではない。前述の実施形態で説明した成形ローラ20の取り付け鍔部79及び一対の摺動部材81、82が、例えば、上記特許文献1(米国特許第5704241号明細書)のツールホルダと缶ホルダとの間で保持されていてもよい。
また、前述の実施形態では、摺動部材81、82に黒鉛が含まれるとしたが、黒鉛は含まれていなくてもよい。ただし、摺動部材81、82のPEEK材中に黒鉛が含まれる場合には、摩擦抵抗のさらなる低減を図ることができ、好ましい。
また、前述の実施形態では、缶底成形装置10が、2ピース缶の缶本体に用いられる缶Wの缶底52に対して、凹部60を成形するものであるとしたが、これに限定されるものではない。缶底成形装置10は、例えば、ボトルネッカー(ボトル缶製造装置)によって缶胴の開口端部にネッキング加工やねじ加工が施されたボトル缶の缶底に対して、凹部60を成形するものであってもよい。或いは、ボトル缶の製造過程で作製されるDI(Drawing&Ironing)缶の缶底に対して、凹部60を成形するものであってもよい。なおDI缶とは、前述の実施形態で説明した缶Wの缶胴51の開口端部に、ネック部53が形成されていない缶体(つまり缶胴51の外径が、缶底52との接続部分から開口端部にわたって一定とされた缶体)である。
その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及びなお書き等で説明した各構成(構成要素)を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
〔摺動部材の材質による各種性能確認〕
成形ローラの摺動構造に用いる一対の摺動部材として、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を主成分としたものを本発明の実施例とし、それ以外の樹脂材料を主成分としたものを比較例として、各種性能確認を行った。
具体的には、実施例1、2及び比較例1〜3として、下記材質の摺動部材を用意した。
・実施例1…PEEKを主成分とし、黒鉛を含むもの。
・実施例2…PEEKを主成分としたもの。
・比較例1…ポリイミドを主成分とし、炭素繊維を含むもの。
・比較例2…ポリアセタールを主成分としたもの。
・比較例3…ポリフェニレンスルファイド(PPS)を主成分としたもの。
成形ローラの摺動構造に用いる一対の摺動部材として、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を主成分としたものを本発明の実施例とし、それ以外の樹脂材料を主成分としたものを比較例として、各種性能確認を行った。
具体的には、実施例1、2及び比較例1〜3として、下記材質の摺動部材を用意した。
・実施例1…PEEKを主成分とし、黒鉛を含むもの。
・実施例2…PEEKを主成分としたもの。
・比較例1…ポリイミドを主成分とし、炭素繊維を含むもの。
・比較例2…ポリアセタールを主成分としたもの。
・比較例3…ポリフェニレンスルファイド(PPS)を主成分としたもの。
上記各種の摺動部材を成形ローラの摺動構造に用い、缶底成形装置により缶の缶底へのボトムリフォーム加工を24時間実施し、摺動部材の各種性能(硬度、発塵性、摺動性、吸水・吸油性、湿膨性)について評価を行った。また、摺動部材の部材寿命について確認を行った。
結果を下記表1に示す。なお、各種性能の評価基準は、下記の通りとした。
<硬度>
A:摺動部材として適正かつ十分な硬度を有し、成形ローラの公転及び自転姿勢が安定している。
B:摺動部材として適正な硬度を有し、成形ローラの公転及び自転姿勢に概ね影響がない。
C:摺動部材として硬度が不足しており、成形ローラの公転及び自転姿勢がぐらつく。
<発塵性>
A:摩耗による粉塵の発生が無い。
B:摩耗により粉塵が少し発生している。
C:摩耗により粉塵が多く発生している。
<摺動性>
A:滑りがよく良好。
B:若干の摩擦抵抗が感じられる。
C:明らかな摩擦抵抗があり、摩擦による発熱がある。
<吸水・吸油性>
A:目視にて吸水・吸油が確認できない。
B:目視にて吸水・吸油が僅かに確認できる。
C:目視にて吸水・吸油が明らかに確認できる。
<湿膨性>
A:吸水・吸油がなく厚さが増大していない。
B:吸水・吸油により厚さが増大したが0.05mm未満である。
C:吸水・吸油により厚さが0.05mm以上増大した。
結果を下記表1に示す。なお、各種性能の評価基準は、下記の通りとした。
<硬度>
A:摺動部材として適正かつ十分な硬度を有し、成形ローラの公転及び自転姿勢が安定している。
B:摺動部材として適正な硬度を有し、成形ローラの公転及び自転姿勢に概ね影響がない。
C:摺動部材として硬度が不足しており、成形ローラの公転及び自転姿勢がぐらつく。
<発塵性>
A:摩耗による粉塵の発生が無い。
B:摩耗により粉塵が少し発生している。
C:摩耗により粉塵が多く発生している。
<摺動性>
A:滑りがよく良好。
B:若干の摩擦抵抗が感じられる。
C:明らかな摩擦抵抗があり、摩擦による発熱がある。
<吸水・吸油性>
A:目視にて吸水・吸油が確認できない。
B:目視にて吸水・吸油が僅かに確認できる。
C:目視にて吸水・吸油が明らかに確認できる。
<湿膨性>
A:吸水・吸油がなく厚さが増大していない。
B:吸水・吸油により厚さが増大したが0.05mm未満である。
C:吸水・吸油により厚さが0.05mm以上増大した。
表1の結果より、本発明の実施例1、2は、摺動部材の硬度、発塵性、摺動性、吸水・吸油性、湿膨性のすべての評価がA又はBであり、良好な結果が得られた。耐熱温度も250℃と高いことから、摺動部材と取り付け鍔部との摩擦熱によっては、反りなどの変形や劣化・溶融等の変質は生じなかった。部材の寿命については、3ヶ月以上であった。
特に実施例1の評価はすべてAであり、かつ部材寿命は6ヶ月以上と優れた結果が得られた。
特に実施例1の評価はすべてAであり、かつ部材寿命は6ヶ月以上と優れた結果が得られた。
一方、比較例1は、発塵性の評価がCであり、黒色の粉塵が缶底に付着していた。また、吸水・吸油性、湿膨性の評価もCであり、吸水・吸油により摺動部材の厚さが増加していることが確認された。
また比較例2は、摺動部材の硬度、発塵性、摺動性、吸水・吸油性、湿膨性の評価がA又はBではあるものの、耐熱温度が80℃と低く、このため摺動部材に反りが生じて、部材寿命が1ヶ月と短かった。
また比較例3は、発塵性、摺動性の評価がCであり、部材寿命も僅か1日であった。
また比較例2は、摺動部材の硬度、発塵性、摺動性、吸水・吸油性、湿膨性の評価がA又はBではあるものの、耐熱温度が80℃と低く、このため摺動部材に反りが生じて、部材寿命が1ヶ月と短かった。
また比較例3は、発塵性、摺動性の評価がCであり、部材寿命も僅か1日であった。
本発明の成形ローラの摺動構造によれば、成形ローラの取り付け鍔部に摺接する摺動部材が、摺動性、耐熱性、発塵性(耐摩耗性)、吸水・吸油性及び湿膨性を満足し、摺動部材の長寿命化を図ることができ、高精度で安定した成形加工を行うことが可能である。従って、産業上の利用可能性を有する。
10 缶底成形装置(ボトムリフォーム装置)
17 ボトムスピンドル
18 ボトム支持部材
20 成形ローラ
40 成形ローラの摺動構造
78 成形鍔部
79 取り付け鍔部
81 第1の摺動部材(摺動部材)
82 第2の摺動部材(摺動部材)
C スピンドル軸(缶軸)
17 ボトムスピンドル
18 ボトム支持部材
20 成形ローラ
40 成形ローラの摺動構造
78 成形鍔部
79 取り付け鍔部
81 第1の摺動部材(摺動部材)
82 第2の摺動部材(摺動部材)
C スピンドル軸(缶軸)
Claims (3)
- スピンドル軸に平行な中心軸を有し、前記中心軸方向に互いに離間して配置された成形鍔部及び取り付け鍔部を含み、前記中心軸回りに自転しかつ前記スピンドル軸回りに公転する成形ローラと、
前記取り付け鍔部に前記中心軸方向の両側から摺接し、ポリエーテルエーテルケトンを主成分として形成された一対の摺動部材と、を備えた成形ローラの摺動構造。 - 請求項1に記載の成形ローラの摺動構造であって、
前記摺動部材は、黒鉛を含む成形ローラの摺動構造。 - 請求項1又は2に記載の成形ローラの摺動構造であって、
前記取り付け鍔部に、DLC被膜が形成されている成形ローラの摺動構造。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113878057A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-04 | 广州荣鑫容器有限公司 | 一种易拉罐的高强度罐底结构的成型机构 |
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-
2017
- 2017-06-30 JP JP2017128964A patent/JP2019010663A/ja active Pending
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