JP3991699B2 - 缶胴の縮径加工方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＩ缶等の缶胴の開口端部を縮径加工する縮径加工方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジュース缶、ビール缶、炭酸飲料缶、コーヒー缶等に用いられる金属缶は、主に蓋の材料使用量節減等を目的として、缶胴端部の蓋を取り付ける部分を縮径するいわゆるネックイン成形が行われている。従来、缶胴の開口端部を縮径加工する縮径加工方法には、縮径ダイを用いて行うダイネック成形方式と、成形ロールを用いて行うロールネック成形方式がある。従来のダイネック成形方式による縮径加工装置は、図４に示すように、成形される予定の缶胴端部の外径よりも小さい内径の穴部を持つ縮径ダイ３０とその穴部内に配置され縮径ガイド３１からなる縮径ダイ装置３２と、該縮径装置と同軸的に配置された缶体支持台３３を有し、縮径ダイ装置又は缶体支持台を、あるいは両方を相対的に軸方向に変位駆動可能に構成されている。縮径加工は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、缶体支持台３３に供給された缶体を縮径ダイ装置に向かって相対的に移動することによって、缶胴開口端部が縮径ダイ３０の漏斗状成形型面３４に突き当たり、漏斗状成形型面３４に沿って進むことで、その直径が次第に減少し、さらに縮径ガイド３１の外周面に接触して進み、缶胴開口先端部が縮径ダイの内周面とガイド外周面との隙間に入って進むことにより、縮小直径部２６と傾斜部２７からなるネックイン部が成形される。成形後、缶体支持台３３と縮径ダイ装置３２が相対的に離れることにより、１段の縮径加工を終了する。このような、縮径加工を缶体が所望のネックイン径に達するまで行う（図４では、３段目の縮径加工を示している）。
【０００３】
上記のようにして行われるダイネック成形方式による成形では、成形荷重が缶体の胴壁に全てかかり、肉厚の薄いＤＩ缶では座屈し易くなるため、１回当たの縮径量Ｂを大きくとるのが困難である。また、傾斜部２７の傾斜角Ａを大きくすると、円周方向に折れ曲がりが生じ易くなり、傾斜角を大きくとることができず、縮径量に対する縮径部の高さを必然的に高くしなければならない欠点がある。そして、縮径加工に際して、縮径加工部の板厚が薄い程、縮径加工部にしわが発生し不良品が生じ易いが、それを防止するために縮径加工部を部分的に肉厚にすると、その分、成形荷重が高くなり、上記のように缶胴の座屈や傾斜部の折れ曲がり現象が発生するので、しわの発生を防止し且つ縮径量を大きくするために縮径加工部の肉厚を厚くすることも制限される。一方、成形ロールネック加工方式による縮径加工は、成形ロールと缶胴内に挿入された金属ロールで缶胴を挾み込んで成形加工を行うため、最大縮径量は金属ロールがトリップ運動を行って缶胴から抜けることが可能な直径に制限を受け、縮径量を大きくとることはできない欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の縮径加工方法及び装置の欠点を解消しようとするものであり、縮径量を従来よりもはるかに大きくとることができ、また、成形荷重が缶胴に負荷されるのを減少又は無くして成形加工中における缶胴の座屈発生を防ぎ大きな縮径加工を行うことができ、且つネック部分の傾斜角を大きくして縮径加工部の高さを低くすることができ、しかも缶胴の縮径加工部の肉厚も制限を受けることなく肉厚にして大きな縮径量とすることが可能である縮径加工方法およびその装置を提供することを目的する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決する本発明の縮径加工方法は、缶胴の開口端部を縮径加工する縮径加工方法において、内部に流体を流入することにより膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿入し、少なくとも縮径加工操作を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部の缶胴内壁に押圧力を負荷して、成形圧力に対して缶胴を保持するようにしてなり、前記流体圧力保持具は、缶底内面に達する支柱に支持され、縮径加工中に該流体圧力保持具に加わる軸荷重を前記支柱を介して缶体支持台に伝達するようにしたことを特徴とするものである。前記流体圧力保持具は、上記のように構成することによって、成形荷重を支柱が受けるので缶体の座屈強度に制限を受けることなく、大きな縮径加工ができる。
【０００６】
前記流体圧力保持具は、成形荷重が主に缶胴軸方向に作用する縮径加工方法のみならず、成形荷重が主に缶胴半径方向に作用する縮径加工方法にも適用でき、何れの縮径加工方法においても成形荷重に対して缶胴を保持する機能を果たすことができる。また、縮径加工中、膨張した流体圧力保持具の下方缶内空間部に空気等の流体を供給して加圧することにより膨張した流体圧力保持具を支え、該流体圧力保持具が成形圧力により軸方向変形することを防止することができて望ましい。
【０００７】
また、上記縮径加工方法を実施するための本発明の縮径加工装置は、缶胴の開口端部を縮径加工工具により縮径加工する縮径加工装置において、缶胴支持台に支持される缶胴の開口部に向けて相対的に軸方向に移動可能に設けた駆動ロッドに、内部に流体を流入することにより膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿入且つ抜取り可能に設け、少なくとも縮径加工操作を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部の缶胴内壁に押圧力を負荷して、成形圧力に対して缶胴を保持し、縮径加工後は流体圧力保持具から流体を排出することにより、缶胴から抜き取ることができるようにしてなり、前記流体圧力保持具は、缶底内面に達する支柱に連結され、縮径加工中に該流体圧力保持具に加わる軸荷重を前記支柱を介して缶体支持台に伝達するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
前記縮径加工は、縮径ダイにより缶胴端部を縮径加工する縮径加工のみならず、成形ロールにより缶胴端部を縮径加工する縮径加工にも適用可能である。また、前記駆動ロッドに、前記流体圧力保持具に流体を給排出する第１ノズルと、膨張した流体圧力保持具の下方缶内空間部に加圧流体を供給する第２ノズルを有するノズルボディを設けて、流体圧力保持具の下方缶内空間部に加圧流体を供給するようにするのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１及び図２に示す実施形態により詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る縮径加工装置による縮径加工時の要部断面を示し、図２は縮径加工工程を示している。本実施形態の縮径加工装置１は、縮径ダイ装置２と、縮径加工時に缶体内部に挿入して缶胴内壁に押圧力を負荷する流体圧力保持装置３、縮径ダイ装置と対抗して缶体の底部を支持する缶体支持台５とから構成され、縮径ダイ装置２と缶体支持台５の何れか一方が又は両方が駆動されて、縮径ダイ装置と缶体支持台が対向して相対的に軸方向に変位できるようになっている。本実施形態では、説明の便宜上縮径ダイが上下駆動するとして説明する。
【００１０】
縮径ダイ装置２は、円筒状のダイ装置本体６の端部に、内周面が縮径加工する缶開口端のネックイン形状に対応する漏斗状成形型面７となっている縮径ダイ８が設けられ、その内部に缶胴端部が入る隙間を介して円筒状の成形ガイド９が設けられている。ダイ装置本体６は、図示しない駆動手段により上下動する可動フレーム１０に固定され、可動フレームの駆動によりに缶体支持台５に載置されている缶体２５に向けて上下駆動される。
【００１１】
流体圧力保持装置３は、縮径ダイ装置本体６及びそれに固定されている成形ガイド９を貫通して軸方向に上下駆動に設けられた中空の駆動ロッド１１、該駆動ロッドの下端に固定されたノズルボディ１２、該ノズルボディの下部外周に設けられた弾性膜体よりなるタイヤチューブ状の流体圧力保持具１３、及び該流体保持具に負荷される軸方向荷重を缶底に伝えるための支柱１４とから構成されている。ノズルボディ１２には、前記流体圧力保持具１３に加圧用エアを給排気するための第１ノズル１６と、缶内に挿入された流体圧力保持具１３下方の缶内空間部にエアを供給するための第２ノズル１７を有し、且つそれらのノズルに通じる第１流路１８及び第２流路１９が上方に延びて駆動ロッドの貫通孔２０に面して形成され、それぞれに該貫通孔２０を通って配管された第１ホース２１及び第２ホース２２が固定されている。第１ホース及び第２ホースは、それぞれ図示しないエア供給ポンプに連結され、途中に圧力調整弁、レギュレーター等が設けられ、縮径加工中流体圧力保持具１３の内圧及び缶内の圧力を所定圧力に維持するように制御される。また、第１ホースの管路には、縮径加工後流体圧力保持具が瞬時に収縮するように、適宜開放弁を設けるか又は吸引ポンプが連結されている。前記支柱１４は、縮径加工する缶体の高さに応じて長さの異なるものと交換できるように、ノズルボディ１２に着脱可能に設けられている。
【００１２】
次に、以上のように形成された本実施形態の縮径加工装置での、缶の縮径加工方法を図２により説明する。
製缶工程において、絞りしごき加工（ＤＩ加工）され開口端部を所定高さに切断された缶体２５は、縮径加工ステーションに供給され１乃至複数回の縮径加工を行う。縮径加工装置には、縮径量に応じて直径の異なる漏斗状成形型面７を有する縮径ダイ８及び成形ガイド９を有する縮径ダイ装置２が、縮径加工の段数に応じて複数配置されている。図２は、２段目の縮径加工を行っている状態を示しているが、その方法は各段とも同様である。図２において、（ａ）は縮径ダイ装置２及び流体圧力保持装置３がホームポジションにある状態を示している。この状態では流体圧力保持具１３にはエアは供給されなく、図１（ｂ）に拡大して示すように収縮した状態にあり、その外周径が缶体の開口径よりも特段に小さく、流体圧力保持装置３が下降することにより、缶体内に容易に挿入できる。この状態で缶体支持台５に缶体２５が供給されると、縮径ダイ装置２と共に流体圧力保持装置３が下降し、支柱１４の下端部１５が缶体２５の底面に当たるとそれらの下降が停止し、同図（ｂ）に示す工程に移る。なお、支柱１４の下端があたる個所の缶底面は、図示のように缶支持台面に支持されている状態にあり、支柱が当たっても変形することはない。
なお、本実施形態では、缶胴の底部がほぼ平面からなる形状を例示して説明しているが、他の底部形状を持つ缶胴であれば缶体支持台５、支柱の下端部１５の形状を缶体の底部形状に適合するように、例えば図３（ａ）（ｂ）に示すように、缶体支持台５'、５''及び支柱の下端部１５'、１５''で示す形状に適宜変更すればよい。
【００１３】
次いで第１ホースから第１ノズル１６を介して流体圧力保持具３にエアが供給されて、流体圧力保持具１３が膨張して、図２（ｂ）に示すように、缶体の縮径加工部及びその下部の缶体内周面に押圧力を負荷して縮径加工中缶体を保持する。流体圧力保持具１３は、縮径加工中縮径加工圧に対抗する所定の内圧を維持するように、供給エアが制御される。流体圧力保持具が膨張して所定内圧に達した状態で第２ホースにエアが供給され、第２ノズル１７を介して缶内にエアを供給して、縮径加工中に縮径加工圧力が負荷されたときに流体圧力保持具が下方になびくのを防止するために、缶内を加工圧に対抗する所定圧に維持する。
【００１４】
この状態で、縮径ダイ装置２が下降してくると、缶体の開口端部が縮径ダイの漏斗状の成形型面７に当たり、さらに下降することによって開口端部が成形型面に沿って進むことで成形型面７により縮径方向の荷重を受けて直径が減少し、引き続き成形ガイド９の外周面に沿って移動し、成形ガイド９と縮径ダイとの隙間に入り、開口端部が所定径に縮径加工される。この縮径加工中、縮径ダイ８の加工圧により缶体に軸荷重が負荷されると共に、縮径加工する傾斜部分には、内方に折曲方向の分力が作用する。しかしながら、本実施形態では、流体圧力保持具が膨張して縮径加工部の缶胴内壁に押圧力を負荷してバックアップしているので、縮径ダイからの成形力は缶胴加工部を介して流体圧力保持具で受け、さらに支柱１５を介して缶底に伝えるので、缶胴に加わる軸荷重は僅かである。流体圧力保持具は弾性膜で形成されているので、エアを供給することによって缶胴の形状に対応して膨張することができ、縮径加工部内壁との間に隙間が生じることなく、均一に押圧力を負荷することができる。
【００１５】
また、本実施形態では、流体圧力保持具下部の缶内空間部にも加圧エアを供給して缶内を陽圧にしているので、縮径加工中に加工圧で弾性膜が下方になびくことがなく、流体圧力保持具が確実に缶胴をバックアップできる。そのため、縮径加工部に負荷される成形荷重が缶胴に軸荷重として作用する割合が少なく、座屈を起し難くい。したがって、成形部分の板厚を厚くして、１工程の縮径量をより大きく設定でき、工程数を削減できると共にしわの発生を抑えることができる。また、ネック部の傾斜角を大きくすることができるので、縮径加工部の高さを低くして大きな縮径量を得ることができ、缶の高さを極力低くすることができる。
【００１６】
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、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、前記流体圧力保持具に供給される流体はエアに限らず、油等の液体又はその他の流体であってもよい。また、前記実施形態では支柱を設け、さらに流体圧力保持具下方の缶内空間部にエアを供給して縮径加工中缶内を加圧するようにしたが、望ましくはないが必ずしも前記両方の手段を採用する必要はなく、どちらか一方の手段のみを採用するか、あるいは両方の手段を採用しなくても可能である。支柱を設けない場合は、流体圧力保持具に作用する加工圧は、該流体圧力保持具を取り付け支持しているノズルボディを介して駆動ロッドに伝達されることになる。
【００１７】
また、本発明は必ずしもダイネック加工方式の場合にかぎらず、ロールネック加工方式等他の方式による縮径加工にも適用できる。また、縮径加工する缶体もＤＩ缶に限らず、その他の２ピース缶や３ピース缶の縮径加工にも適用可能である。さらに、本発明の流体圧力保持装置による缶胴の縮径加工は、流体圧力保持装置が膨張した状態で缶胴の変形に順応にして、常に缶胴内壁に密着して缶胴に均一荷重を負荷して缶胴を保持できるので、缶胴の縮径加工は必ずしもネックイン加工に限らず、缶胴中間部での縮径加工にも適用でき、また縮径加工は直径方向への均一な縮径加工に限らず、缶胴の部分的又は不均一な凹部変形による縮径加工にも適用できる。したがって、請求項１及び請求項６に記載の発明は、以上の縮径加工を含む缶胴の縮径加工方法又は縮径加工装置である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、缶胴の縮径加工圧を伸縮可能な流体圧力保持具で受けるので、縮径量を従来よりもはるかに大きくとることができる。特に、ダイネック方式による縮径加工装置においては、成形力が缶胴の軸方向に負荷されるのを減少又は無くすることができるので、成形加工中に缶胴が座屈する恐れがなく、成形部分の板厚を厚くして１工程の縮径量をより大きく設定でき、工程数を削減できる。また、ネック部の傾斜角を大きくとることができるので、傾斜部の高さを低くすることができ、全体として缶高を削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る縮径加工装置による縮径加工時の状態での要部断面を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る縮径加工装置による縮径加工工程を示す模式図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実施形態に係る縮径加工装置の缶体支持台と支柱の下端部の形状を示す要部断面図である。
【図４】従来のダイネック成形方式による縮径加工工程を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 縮径加工装置 ２ 縮径ダイ装置
３ 流体圧力保持装置 ５、５'、５'' 缶体支持台
６ ダイ装置本体 ７ 漏斗状成形型面
８ 縮径ダイ ９ 成形ガイド
１０ 可動フレーム １１ 駆動ロッド
１２ ノズルボディ １３ 流体圧力保持具
１４ 支柱 １６ 第１ノズル
１７ 第２ノズル ２５ 缶体
２６ 最小直径部 ２７ 傾斜部

Claims (10)

1. 缶胴の開口端部を縮径加工する縮径加工方法において、内部に流体を流入することにより膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿入し、少なくとも縮径加工操作を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部の缶胴内壁に押圧力を負荷して、成形圧力に対して缶胴を保持するようにしてなり、前記流体圧力保持具は、缶底内面に達する支柱に支持され、縮径加工中に該流体圧力保持具に加わる軸荷重を前記支柱を介して缶体支持台に伝達するようにしたことを特徴とする缶胴の縮径加工方法。
2. 前記流体圧力保持具が、主に缶胴軸方向に作用する成形荷重に対して缶胴を保持する請求項１に記載の縮径加工方法。
3. 前記縮径加工が、縮径ダイにより缶胴端部を縮径加工する縮径加工方法である請求項１又は２に記載の縮径加工方法。
4. 前記流体圧力保持具が、主に缶胴半径方向に作用する成形荷重に対して缶胴を保持する請求項１に記載の縮径加工方法。
5. 前記縮径加工が、成形ロールにより缶胴端部を縮径加工する縮径加工方法である請求項１又は４に記載の縮径加工方法。
6. 縮径加工中、膨張した前記流体圧力保持具の下方缶内空間部に加圧流体を供給して前記流体圧力保持具を支え、該流体圧力保持具が成形圧力により軸方向に変形することを防止するようにした請求項１〜５何れかに記載の縮径加工方法。
7. 缶胴の開口端部を縮径加工工具により縮径加工する縮径加工装置において、缶胴支持台に支持される缶胴の開口部に向けて相対的に軸方向に移動可能に設けた駆動ロッドに、内部に流体を流入することにより膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿入且つ抜取り可能に設け、少なくとも縮径加工操作を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部の缶胴内壁に押圧力を負荷して、成形圧力に対して缶胴を保持し、縮径加工後は流体圧力保持具から流体を排出することにより、缶胴から抜き取ることができるようにしてなり、前記流体圧力保持具は、缶底内面に達する支柱に連結され、縮径加工中に該流体圧力保持具に加わる軸荷重を前記支柱を介して缶体支持台に伝達するようにしたことを特徴とする缶胴の縮径加工装置。
8. 前記縮径加工工具が縮径ダイである請求項７に記載の縮径加工装置。
9. 前記縮径加工工具が成形ロールである請求項７に記載の縮径加工装置。
10. 前記駆動ロッドに、前記流体圧力保持具に流体を給排出する第１ノズルと、膨張した流体圧力保持具の下方缶内空間部に加圧流体を供給する第２ノズルを有するノズルボディを設けてなる請求項７〜９の何れかに記載の縮径加工装置。

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