JP2020049527A - 成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい成形荷重で高精度の加工を長期間の間にわたって安定して行うことのできる成形装置を提供すること。【解決手段】一方向に延びる主軸を中心として周方向に配列された複数の割型ユニット１１０の各々を径方向に移動させて成形対象物に押し付けることにより成形対象物の成形を行う成形装置であって、先端部に割型部材１１１を有する複数の割型ユニット１１０の各々が、主軸方向に直交する方向に延びる回動中心軸１２５を中心に回動可能に軸支された回動アーム部材１２０と、回動中心軸１２５と平行に延びる回転中心軸１３５を中心に回転自在とされた転がり軸受け１３０とを備えた構成とされ、転がり軸受け１３０の外輪１３１が、主軸Ｍと同軸に配置され主軸方向にスライド移動可能に設けられた割型作動部材１４０に形成された傾斜面１４２に当接された構成とされる。【選択図】図１

Description

本発明は成形装置に関し、具体的には例えば、缶体のボトムリフォーム加工に好適な成形装置に関する。

例えば、飲料等が充填・密封されるシームレス缶においては、環境保全やコスト削減の観点から、缶の薄肉化が求められている。このような要請に対して、缶の成形材料である板材の厚さを薄くすることが考えられるが、板材の厚さを薄くすると、得られる缶の耐内圧強度が低下する。耐内圧強度を高めるための方法としては、例えば缶底の形状を、内側ドーム状に凹ませたドーム部を中央に設けると共に、ドーム部の周囲に缶軸下方側に環状に突出する脚部を設けた形状とすることが一般に知られている。しかしながら、このような缶形状を有するものであっても、ドーム部が下方へ突出変形してしまうなどの問題が生ずることがある。

このような問題に対して、厚さの薄い板材を用いた場合であっても、缶底の耐内圧強度を保持するために、缶底の脚部の内周壁を半径方向外側へ変形させて缶底を再加工する技術（ボトムリフォーム技術）が提案されている。
このような缶底に対する再加工技術としては、例えば、拡径部材を軸線方向に移動させてポンチ爪の先端を半径方向外方に向かって押し拡げることにより、缶底に形成された脚部に凹部を成形する方法が公知である（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開平１１−１５２１２４号公報 特開２０００−２１１６２４号公報

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載の方法においては、ポンチ爪による拡径動作は、ポンチ爪における薄肉のヒンジ部を弾性変形させることによって行われるため、ヒンジ部にかかる負荷が大きく、長期間、繰返し使用されることによってポンチ爪の可撓性が損なわれてピンチ爪を安定して動作させることが困難となるという問題がある。また、拡径部材をポンチ爪の先端に形成された傾斜面に摺動させるため、摺動部分を形成する部品の摩耗が懸念されると共に、摺動部分の摩擦抵抗によってボトムリフォーム加工（凹部形成）に必要な成形荷重が増大する、という問題もある。

本発明は、前記した問題点を解決するものであり、小さい成形荷重で高精度の加工を長期間の間にわたって安定して行うことのできる成形装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る成形装置は、複数の割型ユニットと、割型作動部材とを備え、一方向に延びる主軸を中心として周方向に配列された前記複数の割型ユニットの各々を径方向に移動させて成形対象物に押し付けることにより当該成形対象物の成形を行う成形装置であって、前記割型作動部材は、前記主軸に沿って傾斜する傾斜面を有し、前記主軸と同軸に配置され前記主軸方向にスライド移動可能に設けられ、前記割型ユニットは、成形型面を有する割型部材と、回動アーム部材と、転がり軸受けとを備え、前記回動アーム部材は、前記割型部材を先端部に有し、基端部が前記主軸方向に直交する方向に延びる回動中心軸を中心に回動可能に軸支され、前記転がり軸受けは、前記回動中心軸と平行に延びる回転中心軸を中心に回転自在となるように前記回動アーム部材に設けられ、前記転がり軸受けの外輪が前記割型作動部材の傾斜面に当接された構成とされていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る成形装置においては、割型作動部材の主軸方向のスライド移動に伴って、割型作動部材の傾斜面の作用によって回動アーム部材が回動され割型部材が径方向に移動されることとなるが、割型作動部材の傾斜面に当接する動力伝達部材が転がり軸受けであるため、割型部材の作動に際して摺動する構成部材が存在しない。このため、本請求項１に係る成形装置によれば、構成部材の摩耗や破損を回避することができると共に、成形動作時に摺動個所の摩擦抵抗に起因して成形荷重が増大することを回避することができる。従って、小さい成形荷重で高精度の加工を長期間の間にわたって安定して行うことができる。
また、割型作動部材を複数の割型部材によって画成される主軸に沿った空洞部内に位置させる必要がなく、成形装置の構造上の制約が緩和されるため、缶底に対するボトムリフォーム加工を行うものとして極めて有用なものとなる。

本請求項２に記載の構成によれば、割型作動部材を高速で動作させても、転がり軸受けと割型作動部材の傾斜面が離れることなく、割型部材を円滑に成形対象物に対して離接させることができる。

本請求項３に記載の構成によれば、転がり軸受けが回動アーム部材における屈曲部に配置されていることにより、割型作動部材における傾斜面の設計自由度が高くなり成形荷重の調整を容易に行うことができる。また、割型ユニットの配置位置に関する制限を緩和することができ、割型部材における成形型面の成形対象物に対する位置調整を容易に行うことができる。

本請求項４に記載の構成によれば、成形対象物としての缶体に対して、小さい成形荷重で高精度のボトムリフォーム加工を長期間の間にわたって安定して行うことができる。

本請求項５に記載の構成によれば、回動アーム部材の回動によって割型部材を主軸に垂直な面方向に移動させることができるので、割型部材を成形対象物に対して効率的に押し付けることができる。従って、割型部材の高さ方向の移動量が少ないので、成形型面や缶体へのダメージを少なくすることができ、缶体形成材料が成形型面に付着すること（ビルドアップ）を防止することができる。

本発明に係る成形装置の一例における要部構成を概略的に示す、主軸方向に沿った断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 成形対象物としての缶体における缶底の構成を概略的に示す図である。 図１に示す成形装置の成形動作を説明するための図である。 実測リフォーム径の測定位置を示す図である。 ボトムリフォーム加工後の缶底の構成例を概略的に示す断面図である。 本発明に係る成形装置の他の例における要部構成を概略的に示す、主軸方向に沿った断面図である。 図７におけるＡ´−Ａ´線断面図である。 図７におけるＢ´−Ｂ´線断面図である。 図７におけるＣ´−Ｃ´線断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を基に詳細に説明する。
図１は、本発明に係る成形装置の一例における要部構成を概略的に示す、主軸方向に沿った断面図である。図２Ａは、図１におけるＡ−Ａ線断面図、図２Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線断面図、図２Ｃは、図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。
本実施形態に係る成形装置は、例えば飲料などの内容物を収める缶体を成形対象物とし、缶のボトム部を成形するボトムリフォーム加工を施すために好適に用いられるものである。
成形対象物である缶体は、図３に示すように、底壁の中央を内側に凹ませたドーム部１６２およびドーム部１６２の周囲にて下側に向けて環状に突出する脚部１６３が形成された缶底１６１を具備している。
なお、缶体１６０は、２ピース缶であっても、ボトル缶であってもよい。また、缶体１６０は、スチール製でもよいし、アルミニウム製又はアルミニウム合金製でもよい。

この成形装置１００は、一方向に延びる主軸Ｍを中心として主軸方向に延びる柱状の空洞部Ｓを形成するように周方向に配列された例えば４つの割型ユニット１１０と、各々の割型ユニット１１０における割型部材１１１を径方向に移動させるための割型作動部材１４０と、缶体１６０をその缶軸が主軸Ｍと同軸上に位置されるように保持するチャック機構１５０とを備えている。

４つの割型ユニット１１０は、互いに同一の構成を有し、割型部材１１１と、回動アーム部材１２０と、転がり軸受け１３０とを備えている。

回動アーム部材１２０は、主軸方向に延びる基端部１２１と、基端部１２１の一端に連続して径方向内方に向かって延びる屈曲部１２２と、屈曲部１２２の一端に連続して主軸方向に延びる先端部１２３とを有し、基端部１２１が主軸方向に直交する方向に延びる回動中心軸１２５を中心に回動可能に軸支されている。

割型部材１１１は、回動アーム部材１２０の先端部１２３に例えばネジ止めされて一体に固定されている。
割型部材１１１の主軸方向における先端部の外周面には、径方向外方に向かって突出するポンチ部１１２が形成されている。ポンチ部１１２は、回動中心軸１２５に垂直な断面において、径方向外方に向かって凸となるように弧状に湾曲した成形型面１１３を有する。
本実施形態の成形装置においては、割型部材１１１のポンチ部１１２は、回動中心軸１２５に垂直な断面において、非成形動作時（割型作動部材１４０が待機位置にある状態）における成形型面１１３の位置が回動中心軸１２５を通り主軸Ｍと平行な直線と同一線上に位置されるように構成されている。また、本実施形態の成形装置においては、各々の割型ユニット１１０が、各々の割型部材１１１の成形型面１１３の外周縁が同一円周に沿って位置されるように構成されている。

転がり軸受け１３０は、回動アーム部材１２０における屈曲部１２２において回動中心軸１２５と平行に延びる回転中心軸１３５によって軸支されて外輪１３１が回転中心軸１３５を中心に回転自在となるように設けられている。

割型作動部材１４０は、４つの割型ユニット１１０によって画成された空洞部Ｓにおいて、主軸Ｍと同軸に配置され主軸方向にスライド移動可能に設けられている。割型作動部材１４０を主軸方向にスライド移動させる手段は、特に限定されるものではなく、カム機構などにより構成することができる。
割型作動部材１４０は、主軸Ｍに沿って傾斜する傾斜面１４２を有するテーパ部（くさび部）１４１を備えている。この実施形態における割型作動部材１４０のテーパ部１４１は、全体が略四角錐台状であって、主軸Ｍに垂直な断面形状が略正方形状とされている。テーパ部１４１における各々の傾斜面１４２は、対応する割型ユニット１１０と対向しており、割型ユニット１１０における転がり軸受け１３０の外輪１３１がテーパ部１４１の傾斜面１４２に当接されている。

チャック機構１５０は、４つの割型ユニット１１０における割型部材１１１の周囲を囲むように主軸Ｍと同軸的に設けられた円環板状のチャックプレート１５１を備えている。
チャックプレート１５１の一端側開口部には、缶体１６０における脚部１６３を受容するザグリ孔１５２が形成されており、缶体１６０は、脚部１６３の外周面がザグリ孔１５２の周面によって支持された状態で、保持される。缶体１６０の保持方法としては、例えば、缶体１６０の開口部側から、不図示の保持部材を当てて缶体を挟持して保持する方法などが挙げられるが、吸着保持するようにしてもよい。
チャックプレート１５１には、割型ユニット１１０における転がり軸受け１３０の外輪１３１と割型作動部材１４０における傾斜面１４２との当接状態が維持されるように割型部材１１１を径方向内方に向かって押圧する付勢部材１５５が設けられている。付勢部材１５５は適宜のバネ部材により構成することができる。

以下、上記実施形態の成形装置による成形動作について説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、各々の割型ユニット１１０における割型部材１１１のポンチ部１１２が、チャック機構１５０によって保持された缶体１６０の脚部１６３の内方側空間内に位置された状態とされる。この状態において、割型作動部材１４０が主軸Ｍに沿って上方向にスライド移動されることにより、割型ユニット１１０における転がり軸受け１３０が割型作動部材１４０の傾斜面１４２の作用によって径方向外方に押圧される。これにより、回動アーム部材１２０が回動中心軸１２５を中心として回動されるため、割型部材１１１におけるポンチ部１１２が径方向外方に向かって移動されポンチ部１１２の成形型面１１３が缶体１６０の脚部１６３の内周部分に当接される。このとき、割型作動部材１４０のスライド移動に伴って、転がり軸受け１３０の外輪１３１が回転中心軸１３５を中心として回転するため、割型ユニット１１０と割型作動部材１４０との摺動部分における摩擦抵抗は可及的に小さく抑制されることとなる。

この状態からさらに割型作動部材１４０が上方向にスライド移動されると、図４（ｂ）に示すように、割型部材１１１のポンチ部１１２が缶体１６０における脚部１６３の内周部分に押し付けられ缶体１６０の缶底１６１に対するボトムリフォーム加工が周方向に均等に行われる。
実際に、図５に示すように、割型部材１１１の成形型面１１３の周方向において設定された複数の位置（Ａ〜Ｆ）の各々において、割型部材１１１が拡径された状態における実測リフォーム径を測定したところ、すべての位置Ａ〜Ｆの外径寸法が、外径設定値に対して±０．１ｍｍの範囲内の大きさであること（割型部材が周方向で均等に拡径されること）が確認された。ここに、実測リフォーム径は、主軸Ｍを挟んで互いに対向する割型部材１１１，１１１の成形型面１１３，１１３間の距離をいう。
この実施形態の成形装置１００によるボトムリフォーム加工においては、図６に示すように、缶底１６１におけるドーム部１６２と脚部１６３との連接部分に、脚部１６３の外側に向いた凹部１６５が形成される。

以上、本発明の一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なく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ボトムリフォーム加工が行われた缶体においては、割型ユニットの数（分割数）は４つに限定されるものではなく、例えば２個〜８個とされていればよい。この理由は、割型ユニットの数が少ない場合には、成形加工中に成形型面の角が缶体に当たり続けるため成形型面や缶体へのダメージが大きくなり、一方、割型ユニットの数が多いと成形装置の構造が煩雑化するためである。
８つの割型ユニットを備えた成形装置の構成例を以下に示す。

図７は、本発明に係る成形装置の他の例における要部構成を概略的に示す、主軸方向に沿った断面図である。図８Ａは、図７におけるＡ´−Ａ´線断面図、図８Ｂは、図７におけるＢ´−Ｂ´線断面図、図８Ｃは、図７におけるＣ´−Ｃ´線断面図である。
この実施形態に係る成形装置２００は、８つの割型ユニット２１０が主軸Ｍを中心として主軸方向に延びる柱状の空洞部Ｓを形成するように周方向に配列されており、割型作動部材２４０が、主軸Ｍに垂直な断面形状が正八角形である錐台状とされていることの他は、図１に示す成形装置１００と同一の基本構成を有する。各々の割型ユニット２１０は、割型部材２１１と、回動アーム部材２２０と、転がり軸受け１３０とを備えており、転がり軸受け１３０の外輪１３１が割型作動部材２４０のテーパ部２４１における対応する傾斜面２４２に当接されている。
本実施形態の成形装置においても、各々の割型ユニット２１０は、各々の割型部材２１１におけるポンチ部２１２の成形型面２１３の外周縁が同一円周に沿って位置されるように構成されている。

また、本発明は、缶体における缶底のボトムリフォーム加工を行うものに限定されず、例えば缶胴の張り出し加工などにも適用することができる。

１００ ２００ 成形装置
１１０ ２１０ 割型ユニット
１１１ ２１１ 割型部材
１１２ ２１２ ポンチ部
１１３ ２１３ 成形型面
１２０ ２２０ 回動アーム部材
１２１ 基端部
１２２ 屈曲部
１２３ 先端部
１２５ 回動中心軸
１３０ 転がり軸受け
１３１ 外輪
１３５ 回転中心軸
１４０ ２４０ 割型作動部材
１４１ ２４１ テーパ部（くさび部）
１４２ ２４２ 傾斜面
１５０ チャック機構
１５１ チャックプレート
１５２ ザグリ孔
１５５ 付勢部材
１６０ 缶体
１６１ 缶底
１６２ ドーム部
１６３ 脚部
１６５ 凹部
Ｍ 主軸
Ｓ 空洞部

Claims (5)

1. 複数の割型ユニットと、割型作動部材とを備え、一方向に延びる主軸を中心として周方向に配列された前記複数の割型ユニットの各々を径方向に移動させて成形対象物に押し付けることにより当該成形対象物の成形を行う成形装置であって、
   前記割型作動部材は、前記主軸に沿って傾斜する傾斜面を有し、前記主軸と同軸に配置され前記主軸方向にスライド移動可能に設けられ、
   前記複数の割型ユニットの各々は、成形型面を有する割型部材と、回動アーム部材と、転がり軸受けとを備え、
   前記回動アーム部材は、前記割型部材を先端部に有し、基端部が前記主軸方向に直交する方向に延びる回動中心軸を中心に回動可能に軸支され、
   前記転がり軸受けは、前記回動中心軸と平行に延びる回転中心軸を中心に回転自在となるように前記回動アーム部材に設けられ、
   前記転がり軸受けの外輪が前記割型作動部材の傾斜面に当接されていることを特徴とする成形装置。
2. 前記転がり軸受けが前記割型作動部材に押圧状態で当接するように前記割型部材を付勢する付勢部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
3. 前記回動アーム部材は、主軸方向に延びる基端部と、当該基端部の一端に連続して径方向内方に向かって延びる屈曲部と、当該屈曲部の一端に連続して主軸方向に延びる先端部とを備えており、
   前記転がり軸受けが前記屈曲部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形装置。
4. 前記成形対象物が、中央が内側に凹んだドーム部および当該ドーム部の周囲にて下側に向けて環状に突出する脚部が形成された缶底を具備した缶体であって、
   前記割型部材における成形型面は、前記ドーム部と前記脚部との連接部分に、当該脚部の外側に向いた凹部を成形するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の成形装置。
5. 前記回動中心軸に垂直な断面において、非成形動作時における前記割型部材の成形型面の位置が前記回動中心軸を通り前記主軸と平行な直線と同一線上に位置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の成形装置。

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