JP2502245B2 - 容器本体側壁部分成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、容器に関し、より詳細
には容器本体側壁部分成形方法に関する。該容器の本体
は円筒形を有する１体成形の金属缶の形態をなし、円周
方向外方へ伸長する首部をなす外方へ指向された周辺フ
ランジにて終っている開放端を有している（かかる缶本
体を以下ＤＩ缶と呼ぶ）。本発明は、ＤＩ缶本体の容器
本体側壁部分成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の背景は、ＤＩ缶本体がしぼり及
び次いで多段のしごき作用にて製造される方法にある。
この２０年の間、飲料容器はしぼりとその後の多段のし
ごき工程とによって製造されている。この方法では、初
めに金属材料がコップ状にしぼられ、所定の形状及び内
径を有するように形成され、次いでこれを一連のしごき
リングへ通す。このしごき工程では側壁を薄くするだけ
で内径には変化を与えていない。

【０００３】しごきリングの断面形状は、面取り部、ラ
ンド部及び逃げ角部を含んでいる。しごき工程は面取り
部において始まりランド部において完了する。ランド部
上においてはしぼり加工は行われていない。この工程は
過酷な作業（特に熱による）を補償するため冷却／潤滑
液体下で高速度で行なっている。これらの容器は洗浄さ
れねばならずまたある場合には残留潤滑剤を除去したり
有機コーテイングによる耐腐食性能及び容器へ付加され
る装飾をよくするために化学的に処理されねばならな
い。通常コーテイングは本体がトリミングされ潤滑剤や
金属粉などを洗い落とされた後に行われている。

【０００４】しごき工程は、パンチとしごきリングのラ
ンド部との間の間隙と、金属製側壁の厚みと、の間の差
により行なわれる。この間隙は容器の側壁が薄くされる
寸法を示す。通常、有機コーテングを含まない金属がＤ
Ｉ工程における３つの異なるしごきリングを介して通
る。このときにＥＴＰ電解のＴ１からＴ５の高硬度鋼か
ら成る錫メッキ板又はＨ１９アルミニュームの容器側壁
は第１回のしごきで約２５％だけ、第２回のしごきで新
たな厚みの更に約２５％だけ、第３回の最後のしごきに
よって新たな厚みの約４０％がしごかれ、この間、金属
及びツールには潤滑冷却剤が注がれている。

【０００５】この作業では、通常の１回又は２回の別個
のしぼり作業によって形成したコップに比し、側壁長を
数倍も増大する。清浄化しかつトリミングしたＤＩ缶は
次に別の装置によって及び独立した工程によって首部及
びフランジ部を形成される。しごき加工された側壁の粒
子配列は高度な方向性を有し、このＤＩ缶は特に半径方
向に広がったフランジ部に長手方向のクラツキングを生
じがちである。この周辺フランジの目的は通常缶が充填
された後缶端部が固着される要素を提供することにあ
る。この固着は二重シームを形成するように缶端部の周
辺カバーフツクと一緒に缶本体の端部フランジを変形す
ることにより得られる。この結果、フランジのクラツク
は密封性二重シームを提供する上で問題となる。首部は
フランジ、及びその結果もし首部がなければこれよりも
小径をなす缶端部を提供し、通常この首部の半径方向深
さは二重シームが円筒形側壁の直径より小さい外径を有
するようになる。首部はまたフランジの半径方向広がり
を最小化しフランジの割れを防ぐ助けをしている。

【０００６】いわゆる“リングプル”又は“タブ”形式
の開放容易端を有するようなある種の金属蓋において
は、缶本体のフランジ上へシームされる端部は刻線開放
特性を有している。これらの開放特性はしばしば端部の
直径を決定し、最近になってタブ形式のものがその寸法
を２０２（二重シーム間が２ ２／１６吋）程度まで小
さくした。

【０００７】この端部首部は運搬具が容易に係合できる
便利な手段を提供するという別の目的も有している。こ
のような運搬具は複数の容器を保持するように設計され
ておりかつ例えば厚紙又は可撓性のプラスチツク材料で
構成されている。本発明に関する種類の容器首部が係合
するような運搬具は、多数の孔を有する水平ウエブを含
んでおり、各孔の周辺が上述容器の二重端部のシーム下
方に係合しこれにより容器の全体又は一部を支持するよ
うにしている。容器本体が首部形成される場合この首部
は運搬具の孔周辺に支持され及び／又はその孔周辺に拘
束されるような寸法を有し、かつ使用者が容器を運搬具
から取出したいときまで該運搬具へ容器を鎖錠する助け
をするような形状に構成されうる。同様に縮径首部は、
缶が近接した平行関係に保持されることを可能とし容器
保持に必要な合計空間を最小化できる。更にこのような
首部付端部缶は荷積が容易なため同様な容器の底部へ積
重ねるよう設計されうるのである。

【０００８】１体成形の缶本体へ端部首部及びフランジ
を形成するために種々の方法が使用されかつ提案されて
いる。ある方法は周辺に伸長するダイスによって首部及
び／又はフランジ部を形成することを含んでいる。また
ダイスによる首部成形は支持されたＤＩ缶端部へ対して
ダイスを長手方向に移動しこのダイスの使用によって該
缶をより小さい直径に強制的に成形するために使用され
ている。他の方法は、缶本体内で天窓形状の内方部材と
協働する所定形状をなす外部回転ロールを使用して首部
及び／又はフランジを転造することを含んでいる。この
後者の方法では、缶本体は内部マンドレル又はそれと同
様のものによって剛性支持されており、内方部材は回転
ロールパイロツトであり、又は缶本体を支持しているマ
ンドレルであろう。ある方法では、これらの首部及びフ
ランジ部は伸張／収縮タイプのマンドレル即ちチヤツク
によって一体的にかつ剛着支持された缶本体に同時に形
成され、この首部及びフランジ形状はこのマンドレルと
協働する外部回転ロールによって形成される。

【０００９】別の方法ではこの缶本体はアンビルによっ
て内部支持され回転パイロツトによって前向きに支持さ
れ、首部及びフランジは所定の形状の外部回転ロールに
よって形成されており、このロールはパイロットとアン
ビルとに形成された溝内へ対して缶本体を変形し、ロー
ルを缶本体の軸線方向に移動して成形している。

【００１０】これらの全ての方法では、首部及びフラン
ジの最終形状はこれらを成形するのに使用したツール要
素の形状によって決定され、一方このツール要素（即ち
回転ロール、マンドレル、アンビル等）は首部及び／又
はフランジ部の最終形状に適合する固定作業面を剛的に
具備している。また缶本体の金属はこれらの形状に適合
するよう変形される。もし異なった形状が必要ならば別
の形状のツール要素を提供するようにツールを変更する
必要がある。

【００１１】伸張マンドレルを使用する上記方法は、特
にダブルリデュースドプレート（通常錫メツキであるが
適当に処理された（然し必ずしも別の金属がめっきされ
てはいない）例えばアルミニューム、軟鋼又は黒板な
ど）から成るより薄くかつより硬い金属より形成した缶
本体でも端部フランジや首部を十分経済的にかつ高精度
に製造できる。本発明もまたこれらのより薄くかつより
硬いダブルリデュースド材料又は硬化材料を使用するの
に特に適している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】これまでの技術におい
て使用したツールの転造成形に伴なう問題点はＤＩ缶本
体の開放端の弱化性及び相対的に支持されていない上部
側壁金属に関するものである。かかる金属は通常非常に
薄く（約０．００４吋〜０．００６吋即ち約０．１０ｍ
ｍ〜０．１５ｍｍ）、しごき加工中に高度な加工を施こ
されかつ高度な粒子配列をなしている。単に所定の形状
を有するツールを容器の内側に置き、該容器の外側へ同
様の形状のローラを付与する場合、容器が回転している
としても、しわ、割れ、曲げ、破損又は引裂き等を防止
出来るような適当な支持を該成形作業中該金属缶へ与え
ることは出来ない。うすい金属側壁開放端へのこのよう
な制御されない即ち支持されない半径方向側方力の付与
は、首部成形及びフランジ成形の間中容器の生産速度が
毎分数百以上となるような高速度で行なう作業に関し、
高テンパ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒ）（Ｈ１９，Ｔ５又
はＤＲ即ちダブルリデュースド）材料即ち記号Ｈ１９，
Ｔ５，ＤＲ等で表される硬度を持った高硬度鋼について
は特に受入れがたい。このような成形の間中金属を適切
に支持し又は完全に制御する方法はこれまで知られてお
らず、首部及びフランジ付容器の成形に関する問題が未
解決であった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明はスピンフローフ
ォーミング即ち回転流れ成形（ｓｐｉｎ ｆｌｏｗｆｏ
ｒｍｉｎｇ）による首部及びフランジ成形の際の金属破
損の問題を解消する新規な保持式マンドレル及びローラ
組合体を提供することにより上記課題を解決する。

【００１４】さらには、薄壁のＤＩ缶に首部及びフラン
ジ部を回転流れ成形することにより上記課題を解決す
る。

【００１５】また金属缶を連続保持するための成形ロー
ラと協働する保持マンドレルにより上記課題を解決す
る。

【００１６】また、円滑な円錐形の首部を有する容器を
生産する新規な成形ローラと支持マンドレル組合体であ
って該首部が側壁の全直径から首部底部内方へかつそこ
から外方へ伸び小径の蓋を密封ダブルシールするのに適
した終端フランジで終わっているような該組合体によっ
て上記課題を解決する。

【００１７】即ち本発明は、薄壁のＤＩ缶の開放端をス
ピンフローフォーミングする新規なツールと、該ツール
を使用する方法と、該方法に該ツールを使って商業的速
度で容易に生産できる新規な容器形状と、を開示する。

【００１８】

【実施例】装置１０は外部に位置づけられたローラ１１
を含んでいる。このローラ１１はマンドレル１２へ取付
けられており、該マンドレルは前記ローラ１１との間に
配置された軸受１３によって完全回転するように支持さ
れている。これにより該ローラ１１は取付ヨーク１４に
関して自由に回動できる。図に示すようにローラ１１の
周辺突出縁は、平坦部１１ａ，先行部１１ｂ、後縁部１
１ｃを含んでいる。図からわかるようにマンドレル１２
は周辺ローラ１１の取付ハブ１１ｄよりも長い軸線長を
有しこれによりローラ１１は圧縮コイルバネ１２ａの強
制に抗してマンドレル１２に沿って自由に滑動できるよ
うになっている。該バネ１２ａは回転流動成形の間中ロ
ーラ１１へ付与される軸線方向スラストに反応するよう
にマンドレル１２周囲に設けてある。ヨーク１４は例え
ば調時カム手段などにより装置１０の軸線Ａの方へかつ
そこからはなれる方へ制御運動するよう取付けられてい
る。

【００１９】回転流れ成形によって首部が成形されかつ
フランジが成形されるＤＩ缶即ちしぼり及びしごき加工
した缶を駆動する回転装置は、缶支持体１５を有してい
る。この缶支持体１５は、歯車駆動装置１６及びその伸
長ハブ部１６ａと、該ハブ部１６ａの伸長両端部内にあ
る取付ベアリング１７と、該取付ベアリング１７が載置
している固定支持軸１８と、ＤＩ缶端部支持具１９と、
を含んでいる。ベアリング１７は軸１８と、歯車１６の
ハブ部１６ａと、の間に配置してある。軸１８は単に固
定支持体であり該軸の軸線Ａに沿って回転出来ないよう
になっている。支持具１９の先端角部１９ａは面取りさ
れている。この先端角部１９ａは初めにトリミングされ
たＤＩ缶の開放端に係合し次いで該缶を支持し、駆動歯
車１６、ハブ１６ａを介して当該缶を軸線Ａ周りに回転
する。支持具１９はまた固定軸１８に関し軸線方向に自
由に滑動するがばね２０（第１図には１つのばねのみを
示している）によって開放ＤＩ缶端部へ弾性偏倚されて
いる。これらのばね２０は圧縮コイルばねであり制御さ
れた整合位置にある孔１９ｂ内へ支承されている。駆動
カラー２１がハブ１６ａに載置されかつ歯車１６からの
駆動力により軸１８周りを回転するよう配置されてい
る。より詳細にはカラー２１はセットネジ２１ａを有し
ており、これにより該カラー２１をハブ１６ａへ取付け
歯車１６付近へ該カラーを保持している。該カラー２１
は、ばね２０を受入れこれを支持具１９へ対して伸長す
るような孔２１ｂを有している。ばね２０の他端は対応
する支持具１９の孔１９ｂに受入れられている。即ち孔
２１ｂと、先端角部１９ａの反対側の孔１９ｂとは互い
に対向し、ばね２０を担持するよう整合している。

【００２０】軸１８は更に固定内方ローラ組立体２２を
担持している。この組立体２２は軸１８の偏心配置され
た端部１８ａの（軸１８の直径に対して）拡大した直径
部へ載置されている。より詳細にはこの端部１８ａは軸
線Ｂを有する円形をなし、該軸線Ｂは軸線Ａの１方へ偏
倚している。これにより該端部１８ａは軸１８の側部と
一直線をなす１側と、軸１８に関して偏倚している他側
と、を有している。端部１８ａとローラ組立体２２との
間にはベアリング２３がある。これらのベアリングはロ
ーラ組立体２２の一部をなしかつ該組立体２２が軸線Ｂ
周りを自由に回転するよう支承している。ローラ組立体
２２はまたローラスリーブ２４を有している。このロー
ラスリーブは、ベアリング２３上に支承された内面２４
ａと、ＤＩ缶の内壁の一部へ係合する外面２４ｂと、前
面２４ｃと、後面２４ｄ、とを有している。該後面２４
ｄは、カラー２１の外方へ強圧されると、支持具１９の
先端角部１９ａ、より詳細には、先端部の面へ衝合す
る。

【００２１】ローラ組立体２２は、ローラスリーブ２４
の後面２４ｄと、支持具１９と、の間に配置された内部
軸線方向ベアリング２５によって軸端部１８ａに対して
軸方向へ移動するのを制限されている。より詳細には、
保持具１９は凹み内方孔１９ｃを有し、この内方孔１９
ｃが軸線方向スラストベアリング２５を受入れる空間を
提供しこれによりばね２０の強制に応答して軸線方向外
方へ支持具１９が移動するのを制限している。最も外方
へ位置した場合に、該支持具の先端部１９ａがスリーブ
の後面２４ｄへ衝接するよう接近するがそこにはスラス
トベアリング２５が介在するのである。

【００２２】スリーブ２４の外面は、ワツシヤ形状のス
ラストブツシユ２６により保持されている。このブツシ
ユは、組立の間中、軸１８の端部１８ａ上を滑動し、該
端部１８ａの末端周囲に形成された溝１８ｂ内に配置さ
れた保持リング２７によってそこに軸線方向移動しない
よう保持される。従ってスリーブ２４は、ブツシユ２６
とベアリング２５との間に保持され、前記端部１８ａに
関するスリーブの軸線位置が固定される。ベアリング２
５は支持具１９の軸線方向外方運動に対するストツパと
して作用するが、ベアリング２５の位置は歯車１６が支
持されているハブ１６ａによって決定される。より詳細
には、ハブは前述の如くベアリング１７を有しており、
これらのベアリング１７は固定の軸１８上にあり、ハブ
１６ａは取付けカラー２１を介して右方へ、ベアリング
２５へ衝接しかつ内方にベアリング１７を支持している
端部１６ｂまで伸長している。公知の如く、ハブ１６ａ
は軸１８に関し自由に回転するが、ハブ１６ａ特にハブ
１６ａのキー溝１６ｃと支持具１９のキー溝１９ｄとの
間のキー止め関係のため支持具１９とハブ１６ａとの間
の軸線方向運動は、支持具１９がハブ１６ａと共に回転
したとしても可能である。キー溝１６ｃ、１９ｄ内のキ
ー２８はスプラインのように作用し、ばね２０の弾性に
応じて支持具１９の軸線方向外方の運動をもたらす。

【００２３】ＤＩ缶は真空を有する底部でもって支承さ
れる。勿論軸線Ａに沿って回転する間中缶を保持する方
法はこれだけでなく、図は単に缶が回転するとき特定軸
線に沿ってその底部を支持する便利な方法を示したもの
である。より詳細にはチヤツク装置２９が設けてあり、
この装置２９は歯車１６と同一速度で駆動される歯車３
０を該駆動歯車１６に対して使用したと同様に有してい
る。例えばこの歯車３０はピニオン付きの駆動軸（図示
なし）により駆動される。歯車３０は中心ハブ３１を有
し、該ハブ３１は軸線方向に伸びる真空通路を有しこれ
によりその真空がそこを通り、ＤＩ缶底部を保持するよ
うにしている。ハブ３１はベアリング３２上の片持レバ
ーで支持されている。歯車３０は軸線Ａ周りを駆動され
るとき回転できる。カツプ型部材３３が歯車３０の面３
０ａへ載置され、そこからＤＩ缶の底部の方へ軸線Ａに
沿って外方へ伸長している。カツプ型部材３３はその内
方へ差込んだ端部３３ａ内にＯリング３４を有してお
り、ハブ３１からの真空を維持するためＤＩ缶底部をシ
ール出来る場所を提供している。より詳細にはこのハブ
３１は拡張フランジ３１ａを有し、ここへＤＩ缶の底部
が載りこうして該ＤＩ缶の下方側壁がＯリング３４を封
止係合するのである。

【００２４】作動に際し、ヨーク１４は、担持している
周辺ローラ１１をＤＩ缶の開放周端縁側壁へ係合させ、
そこで該缶は支持具１９とローラスリーブ２４とにより
支持され同時にＤＩ缶がハブ３１と支持具１９との間で
回転される。ローラ１１はヨーク１４の制御された運動
に応答して半径方向内方へ移動しＤＩ缶へ円錐形の首部
を形成し始める。より詳細には、このローラ１１の後縁
部１１ｃがＤＩ缶の開放端側壁へ係合し、ローラ１１を
矢印Ｃの方向へカム移動させる。このためスリーブ２４
の後端角部２４ｅが面取りされており、該角部２４ｅは
前記後端部１１ｃと協働しＤＩ缶に円錐形首部の角部を
形成する。これにより内側壁に関して適当な鈍角が得ら
れるのである。ローラ１１の半径方向内方への運動によ
るＤＩ缶の回転流動成形は、支持具１９が軸線方向に滑
動可能なローラ１１の半径方向内方端部に係合するため
軸線方向外方（右方）へばね負荷される以外は制御され
ていない。より詳細にはローラ１１の先行部１１ｂは支
持具１９の先端角部１９ａへ接し、これにより該支持具
１９は面取部２４ｅへ対するコイルばね２０の弾性力を
付与される。

【００２５】

【発明の効果】ＤＩ缶端部の首部に要求される力は、形
成される円錐形の角度を構成している後縁部１１ｃと面
取部２４ｅとの間の協働によって円錐形成端へ維持され
ることが出来る。先行部１１ｂと支持具１９の先端部１
９ａとの接触によるローラ１１の矢印Ｃ方向への運動に
対する抵抗は重要である。円錐端の形成の間中、ローラ
１１を担持しているヨーク１４の半径方向内方への運動
は同様に制御される。ローラの矢印Ｃ方向への軸線運動
と、ローラ１１及びスリーブ２４間の円錐端の成形と、
は回転流れ成形の間中容器端部へ対する力の解放なしで
完全に制御される。軸線Ａ，Ｂ間の偏倚は組立体２２の
直径が大きくなっても首付容器の取出しを可能とするた
めに設けてある。より詳細には首部を形成される容器の
該首部直径が組立体２２の直径より大きく、これにより
チヤツク装置２９からの円錐状首付ＤＩ缶の解放は、容
器を軸線Ａに関して傾けて偏心しているローラ組立体２
２の軸線に沿って滑動することにより達成される。

【００２６】こうして本発明方法は高硬度材料の素材か
ら成る金属容器の側壁開放端を、非支持状態にて高速加
工することに成功した。この方法によれば高硬度材料容
器にしわ、割れ、曲げ、破損、引裂などを発生させずに
所望の加工を迅速に施こすことができる。

【００２７】ここには特定の装置を図示し記述したが、
当業者は、駆動機構チヤツク、更には偏心ローラ組立体
などについて変形をなしうるものであり、それらも前記
請求の範囲に属するであろう。即ち本発明はここに記述
の特定の形状又は構造的配置でなく金属成形ツールの制
御にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の精神によって構成した缶の首部フラン
ジ成形ツールの傾面図である。

【符号の説明】

１０：装置、１１：ローラ、１１ａ：平坦部、１１ｂ：
先行部、１１ｃ：後縁部、１１ｄ：取付ハブ、１２：マ
ンドレル、１２ａ：圧縮バネ、１３：軸受、１４：取付
ヨーク、１５：缶支持体、１６：駆動装置、１６ａ：伸
長ハブ部、１１ｂ：端部、１６ｃ：溝、１７：ベアリン
グ、１８：固定支持軸、１８ａ：端部、１８ｂ：溝、１
９：ＤＩ缶端部支持具、１９ａ：先端角部、１１ｂ：
孔、１９ｃ：内方孔、１９ｄ：キー溝、２０：ばね、２
１：駆動カラー、２１ａ：セットネジ、２１ｂ：孔、２
２：ローラ組立体、２３：ベアリング、２４：ローラス
リーブ、２４ａ：内面、２４ｂ：外面、２４ｃ：前面、
２４ｄ：後面、２４ｅ：面取部、２５：ベアリング、２
６：ブツシユ、２７：保持リング、２８：キー、２９：
チヤツク装置、３０：歯車、３０ａ：ベアリング、３
１：中心ハブ、３１ａ：拡張フランジ、３２：ベアリン
グ、３３：カツプ型部材、３４：Ｏリング。

フロントページの続き (72)発明者 ローレンス・サルバトル・マッチェロン アメリカ合衆国メリーランド州セバー ナ・パーク，フランウィル・コート 186 (56)参考文献 特開 昭53−53490（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの開放端を有する回転容
   器本体の側壁部分であって該容器本体の開放端に関して
   最内方部分を有する側壁部分を成形する成形方法におい
   て、 外方ローラ１１の後縁部１１ｃと内方スリーブ部材２４
   の面取部２４ｅとの間に、前記成形されるべき側壁の前
   記最内方部分を実質的に挟み込むこと、 前記外方ローラ１１と前記スリーブ部材２４と内方支持
   具１９との間にて前記回転容器本体の前記側壁部分を成
   形すること、 外方ローラ１１の後縁部１１ｃと内方スリーブ部材２４
   の面取部２４ｅとの間において、実質的に前記成形工程
   の間中、前記側壁部分の少なくとも第１の部分を挟み込
   むこと、 から成り、これらの工程が、前記側壁部分の内方部分
   を、前記最内方部分から該容器本体の前記開放端の方へ
   向かって軸線方向に進行するように前記外方ロ−ラ１１
   によって、内側に強制することにより行われている容器
   本体側壁部分成形方法。
2. 【請求項２】 外方ローラ１１の先行部１１ｂと支持具
   １９の角部１９ａとの間において、実質的に前記成形工
   程の最終段階の間中、前記側壁部分の少なくとも第２の
   部分であって前記側壁部分の前記第１の部分よりも前記
   容器本体の前記開放端に接近している第２の部分を挟み
   込むこと、 を更に有している請求項１の容器本体側壁部分成形方
   法。
3. 【請求項３】 前記容器本体の前記開放端に関して最外
   方部分から前記外方ローラ１１により前記側壁部分の外
   方部分を半径方向内方に強制することを更に有している
   請求項２の容器本体側壁部分成形方法。