KR19990063930A - 장식 성형메탈캔을 제조하는 시스템 및 방법 - Google Patents

장식 성형메탈캔을 제조하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR19990063930A
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마크 더블유. 하트만
지브 더블유. 쇼어
제임스 제이. 탕
안톤 에이. 아슈버거
마이클 알. 고골라
윌리암 오. 어빈
랄프 제이. 트른카
리차드 오. 왈러
로버트 에이. 윙클스
리차드 마크 올란도 골딩
데이비드 에이. 하비
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크라운 코르크 앤드 실 컴퍼니 아이엔씨.
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Abstract

소비자에 대한 시각효과를 향상시키기 위하여 독특한 형상으로 메탈 캔보디(24)를 제조하는 방법은, 일실시예에 있어서, 직경이 대체로 일정한 측벽을 가지는 캔보디 블랭크(10)를 준비하고; 캔보디(24)의 원하는 최종형상에 일치하는 몰드중공을 형성하는 최소한 하나의 몰드벽(46)을 가지는 몰드유닛(38)을 준비하고; 캔보디 블랭크(10)를 몰드중공(46)내에 위치시키고; 가압유체를 몰드중공내에 공급하여 캔보디 블랭크(10)가 몰드벽(46)에 대하여 압축되어, 이로써 캔보디 블랭크(10)가 원하는 최종형상의 캔보디(24)로 되는 단계를 포함한다. 축방향의 압축을 캔보디 블랭크에 가하여 용기의 성형중에 내부응력을 저감하는 것이 바람직하다. 제2 실시예는 선택된 영역의 캔보디 블랭크를 선택된 양만큼 반경방향으로 변형하여 축을 중심으로 대칭이지만 반경방향으로 변형된 중간 캔보디를 이루고; 축방향의 구성품을 가지는 미리선택된 패턴의 기계적 변형부를 중간 캔보디상에 중첩하는 단계를 포함한다. 관련 장치 및 공정에 대하여 또한 개시한다.

Description

장식 성형메탈캔을 제조하는 시스템 및 방법
청량음료, 그 밖의 음료 및 다른 제품용의 메탈캔은 북미 및 전 세계에 걸쳐 물론 널리 사용되고 있다. 본 발명의 양수인인 필라델피아 소재 크라운 코르크 앤드 실 컴퍼니(Crown Cork & Seal Company)는 이러한 캔의 디자인 및 제조에서 세계에서 가장 규모가 큰 업체이다.
메탈캔을 제조 및 포장하는 기술분야에서, 신기술, 신소재, 및 신제조기법에 대하여 끊임없이 개발을 도모하고 있다. 이 분야의 기술개발에 박차를 가하게 하는 다른 요인으로는 원자재가격, 포장될 신규제품의 성질 및 청량음료와 같은 소비제품을 제조 및 판매하는 대기업체의 마케팅목표가 포함된다.
표준적인 원통형캔이 아닌, 제품 외형의 일부분으로 되거나, 그렇지 않으면 제품의 소스(source) 또는 성질을 나타내는 독특한 방식으로 상이하게 성형되는 메탈캔에 대하여 상당기간 관심을 보여왔다. 그러나, 발명자가 알기로는, 이러한 제품을 실제적으로 시판하는 데 필요한 만큼의 수량과 속도로 이렇게 독특한 성형캔을 제조하는 실용적인 기술은 누구에 의하여서도 아직 개발되지 않았다.
1960년대 중반 한슨(Hansson)에게 허여된 미합중국특허 제3,224,239호에는, 공기압을 사용하여 캔을 재성형하는 시스템 및 프로세스가 개시되어 있다. 이 프로세스에서는 피스톤을 사용하여 압축공기를 몰드내에 위치된 캔에 밀어넣어 압축공기가 캔의 벽을 소성적(塑性的)으로 흘러서 몰드의 형상으로 된다.
한슨의 특허에 개시된 바의 기술은, 본 발명자가 알기로는, 사출성형된 캔의 재성형은 성공하지 못하는 기술이다. 그 이유중 하나는, 캔이 변형될 때 캔의 벽에 발생된 스트레스가 파손의 유발, 예를 들면 국부적으로 얇아지고, 갈라지고 또는 쪼개지는 결점을 야기할 수 있기 때문이다. 얇아지는 위험은 캔의 벽을 두껍게 함으로써 저감될 수 있으나, 이는 성형캔의 제조가 고가로 되는 것을 피할 수 없다. 캔이 갈라지고 쪼개지는 위험은 어닐링(annealing)과 같은 프로세스에 의하여 저감될 수 있으나, 인성(靭性)이 저감되고 최종제품의 내성(耐性)이 약화된다.
이러한 목적을 위하여 현재까지 개발된 기술과 특히 비교할 때, 효율적이고, 유용하고 저가이고, 그리고 얇아지고, 갈라지고 또는 쪼개져서 성형캔이 파손되는 경향이 저감된 성형메탈캔의 개선된 제조장치 및 프로세스를 필요로 하고 있다.
본 발명은 일반적으로 소비재 포장분야, 특히 청량음료, 그 밖의 음료, 식품 및 에어로솔(aerosol)제품의 포장에 통상적으로 사용되는 철제 및 알루미늄제 캔과 같은 메탈캔에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조의 캔보디 블랭크 즉 프리폼의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형 캔보디의 측면도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형 캔보디 제조장치의 개략도이고,
도 4는 도 3에 나타낸 장치내의 몰드유닛의 제1의 상태를 나타낸 부분단면도이고,
도 5는 도 3에 나타낸 장치내의 몰드유닛의 제2의 상태를 나타낸 부분단면도이고,
도 6은 도 3에 나타낸 몰드유닛용 압력공급장치를 개략적으로 나타낸 선도(線圖)이고,
도 7은 도 3에 나타낸 장치에서 실행되는 사전압축 단계를 나타낸 선도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 실행되는 방법의 비딩(beading)단계를 나타낸 선도이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 실행되는 방법의 스피닝(spinning)단계를 나타낸 선도이고,
도 10은 본 발명의 제2 또는 제3 실시예중 어느 것의 제2 단계로서 실행될 수 있는 널링(knurling)단계를 나타낸 선도이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 이러한 목적을 위하여 현재까지 개발된 기술과 비교할 때, 효율적이고, 유용하고 저가이고, 그리고 얇아지고, 갈라지고 또는 쪼개질 수 있는 캔내의 내부스트레스에 대비한 성형메탈캔의 개선된 제조장치 및 프로세스를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 양태에 있어서, 소비자에 대한 시각효과를 향상시키기 위하여 독특한 형상으로 메탈 캔보디를 제조하는 방법은, (a) 캔보디 블랭크를 준비하고; (b) 원하는 최종형상의 캔보디에 일치하는 몰드중공을 형성하는 최소한 하나의 몰드벽을 가지는 몰드유닛을 준비하고, 몰드유닛은 하나 이상의 부분으로 구성되고, 이 부분중 최소한 하나는 동작중에 캔보디 블랭크의 축에 대체로 평행인 방향으로 다른 하나를 향하여 이동가능하고, 몰드벽은 내측 연장부 및 외측 연장부를 포함하고; (c) 캔보디 블랭크를 몰드중공내에 위치시켜 몰드벽의 내측 연장부에 캔보디 블랭크를 사전압축하고; (d) 가압유체를 몰드중공내에 공급하여 캔보디 블랭크가 몰드벽에 대하여 가압되고, 이로써 캔보디 블랭크가 원하는 최종형상의 캔보디처럼 되고, 단계 (c)에서 실행되는 사전압축으로 최종형상의 캔보디를 달성하는 데 필요한 외측 변형량은 최소로되고; (e) 단계 (d)와 대체로 동시에, 몰드부분중 최소한 하나를 축방향으로 다른 하나를 향하여 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 있어서, 소비자에 대한 시각효과를 향상시키기 위하여 독특한 형상으로 메탈 캔보디를 제조하는 방법은, (a) 캔보디 블랭크를 준비하고; (b) 캔보디 블랭크의 최소한 일부를 최소한 부분적으로 어닐링하고, 이로써 캔보디 블랭크의 어닐된 부분의 연성(軟性)이 증가되고; (c) 원하는 최종형상의 캔보디에 일치하는 몰드중공을 형성하는 최소한 하나의 몰드벽을 가지는 몰드유닛을 준비하고, 상기 몰드유닛은 하나 이상의 부분으로 구성되고, 이 부분중 최소한 하나는 동작중에 캔보디 블랭크의 축에 대체로 평행인 방향으로 다른 부분을 향하여 이동가능하고; (d) 캔보디 블랭크를 몰드중공내에 위치시키고; (e) 가압유체를 몰드중공내에 공급하여 캔보디 블랭크가 몰드벽에 대하여 가압되고, 이로써 캔보디 블랭크가 원하는 최종형상의 캔보디처럼 되고; (f) 단계(e)와 대체로 동시에, 몰드부분중 최소한 하나를 축방향으로 다른 부분을 향하여 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양태에 있어서, 소비자에 대한 시각효과를 향상시키기 위하여 독특한 형상으로 메탈 캔보디를 제조하는 장치는, 캔보디 블랭크를 제조하는 구조와; 원하는 최종형상의 캔보디에 일치하는 몰드중공을 형성하는 최소한 하나의 몰드벽을 가지는 몰드유닛으로 이루어지는 몰딩구조와, 상기 몰드벽은 내측 연장부 및 외측 연장부로 이루어지고, 몰드유닛은 하나 이상의 부분으로 구성되고, 이 부분중 최소한 하나는 동작중에 캔보디 블랭크의 축에 대체로 평행인 방향으로 다른 부분을 향하여 이동가능하고; 캔보디 블랭크를 몰드중공내에 위치시켜 캔보디 블랭크가 몰드벽의 내측 연장부에 사전압축 되게하는 위치설정구조와; 가압유체를 몰드중공내에 공급하여 캔보디 블랭크가 몰드벽에 대하여 가압되고, 이로써 캔보디 블랭크가 원하는 최종형상의 캔보디로 되고, 사전압축으로 최종형상의 캔보디를 달성하는 데 필요한 외측 변형량은 최소화되는 유체공급구조와; 몰드부분중 최소한 하나를 축방향으로 다른 부분을 향하여 이동시키는 축방향 리덕션(reduction)구조를 포함한다.
본 발명의 제4 양태에 있어서, 소비자에 대한 시각효과를 향상시키기 위하여 독특한 형상으로 메탈 캔보디를 제조하는 장치는, 캔보디 블랭크를 제조하는 구조와; 캔보디 블랭크의 최소한 일부를 최소한 부분적으로 어닐링하고, 이로써 캔보디 블랭크의 어닐된 부분의 연성을 증가시키는 구조와; 원하는 최종형상의 캔보디에 일치하는 몰드중공을 형성하는 최소한 하나의 몰드벽을 가지는 몰드유닛으로 이루어지는 몰드구조와, 상기 몰드유닛은 하나 이상의 부분으로 구성되고, 이 부분중 최소한 하나는 동작중에 캔보디 블랭크의 축에 대체로 평행인 방향으로 다른 부분을 향하여 이동가능하고; 캔보디 블랭크를 몰드중공내에 위치시키는 위치설정구조와; 가압유체를 몰드중공내에 공급하여 캔보디 블랭크가 몰드벽에 대하여 가압되고, 이로써 캔보디 블랭크가 원하는 최종형상의 캔보디처럼 되는 유체공급구조와; 몰드부분중 최소한 하나를 축방향으로 다른 부분을 향하여 이동시키는 축방향 리덕션(reduction)구조를 포함한다.
본 발명을 특징하는 상기 및 다른 여러 가지 이점 및 신규성의 특징은 여기에 첨부되어 그 일부를 형성하는 청구범위에 특히 지적되어 있으나, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 그 사용으로 얻게되는 이점 및 목적은 그 다른 일부를 형성하는 도면, 및 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하여 개시한 첨부된 상세한 설명을 참조하여야 한다.
도면을 참조하면, 동일한 참조부호는 도면 전체에 걸쳐 대응하는 구조를 나타내고, 특히 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔보디 블랭크 즉 프리폼(pre-form)(10)은 공지된 사출성형으로 형성되는 것이 바람직한 2개의 부분으로 된 캔보디이다. 캔보디 블랭크(10)는 대체로 원통형의 측벽면(12), 저면(14), 및 네크형상의 상측부(16)를 포함한다. 또한, 원통형 측벽(12)의 상측부는 수직으로 될 수 있다.
이 기술분야에 공지된 바와 같이, 캔보디 블랭크(10)는 사출성형공정 후에 세척을 하고, 데코레이터(decorator)로 보내지기 전에 건조되어야한다. 건조공정은 전형적으로 화씨 약 250도(섭씨 약 121도)로 실행된다. 본 발명의 일양태에 있어서, 건조는 캔보디 블랭크(10)의 최소한 선택된 일부를 부분적으로 어닐하기 위하여 통상적인 온도보다 고온으로 실행된다. 도 1에는, 건조기어셈블리의 일부분인 것이 바람직하지만, 몰딩유닛 앞의 장치의 임의의 포인트일 수 있는 열원(18)을 개략적으로 나타낸다. 다음에 상세하게 설명하는 바와 같이, 캔보디 블랭크(10)는 알루미늄으로 형성되는 것이 바람직하고, 부분어닐링은 대체로 화씨 약 375도(섭씨 약 190.5도) ∼ 화씨 약 550도(섭씨 약 288도) 범위, 바람직하게는 화씨 약 450도(섭씨 약 232도) ∼ 화씨 약 500도(섭씨 약 260도) 범위, 더욱 바람직하게는 화씨 약 475도(섭씨 약 246도)로 실행하는 것이 바람직하다. 이것은 화씨 650도 이상(섭씨 약 353도)에서 행해질 수 있는 전형적인 어닐링과 대조를 이룬다. 부분어닐링의 목적은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 캔보디 블랭크(10)에 충분한 연성을 제공하여 성형캔(20)을 형성하는 것이지만, 캔보디 블랭크가 완전하게 어닐되는 경우에 비하여 인성은 더 클 수 있다.
대안으로서, 부분어닐링은 건조기 보다는 래커(lacquer) 즉 데코레이터 오븐과 같은 오븐에서 행해질 수 있다.
대안으로서, 캔보디 블랭크(10)는 알루미늄 대신에 스틸로 제조될 수 있다. 이 경우, 부분어닐링의 바람직한 온도범위는 대략 화씨 1112도(섭씨 600도) ∼ 화씨 약 1472도(섭씨 800도) 범위일 수 있다. 보다 바람직하게는, 부분어닐링은 화씨 약 1382도(섭씨 750도)로 행해질 수 있다.
다음에 도 2를 참조하면, 성형캔(20)은 독특한 형상으로 되어 소비자에게 시각효과를 향상시킨다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 캔보디(20)는 저면(26) 및 표준적인 원통형 캔보디형상, 예를 들면 캔보디 블랭크(10)로부터 대략 변형된 형상의 성형측벽(22)을 포함한다. 성형측벽(22)은 리브(30) 및 그루브(32)와 같은 영역을 포함하고, 여기를 원통형상으로부터 두드러지게 변형하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 중요한 일양태에 있어서, 성형측벽(22)의 외측표면상에 원통형상을 변형하여 원하는 영역이 두드러지도록 장식을 배설한다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 옅은 색일 수 있는 제1종의 장식을 리브(30)상에 배설하는 한 편, 짙은색일 수 있는 제2종의 장식(36)을 최소한 하나의 그루브(32)내에 배설한다. 이러한 선택적인 장식을 제공하고, 성형측벽(22)의 변형부에 장식을 적절하게 나타냄으로써, 캔의 성형이나 또는 캔의 장식만으로는 얻을 수 없는 시각효과를 상승시킬 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 성형측벽(22)은 캔단부(24)에 의하여 폐쇄되는 평탄영역(28)을 또한 가지고, 여기에는 문자 또는 레이블(label)을 전통적인 이중 심(double seaming)공정으로 가할 수 있다.
바람직한 방법에 있어서, 열원(18)에 의한 부분어닐링을 건조 스테이션에서 행한 후, 캔보디 블랭크(10)를 데코레이터로 반송하고, 여기에서 캔보디 블랭크(10)의 원통형상은 여전히 그대로 두고 독특한 장식을 가한다. 다음에 상세하게 후술할 계속되는 형성단계동안 몰드형체에 장식을 표시하는 데 사용가능한 마커(marker)를 장식공정동안 또한 가할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 도 2에 나타낸 타입의 성형캔(20)을 제조하는 장치(38)를 나타낸다. 도 3, 4 및 5에서 알 수 있는 바와 같이, 장치(38)는 원하는 최종형상의 성형 캔보디(20)에 일치하는 몰드중공(42)을 형성하는 몰드벽(46)을 가지는 몰드(40)를 포함한다. 도 7의 선도에 나타낸 바와 같이, 몰드(40)는 스플릿월(split wall)타입이고, 몰드벽(46)은 직경이 도 7b에 점선으로 나타낸 캔보디 블랭크(10)의 원통형 측벽(12)의 직경 Db보다 작은 내측 연장부(48)를 포함한다. 또한, 몰드벽(46)은 직경이 캔보디 블랭크(10)의 측벽(12)의 직경 Db보다 큰 다수의 외측 연장부를 포함한다. 즉, 내측 연장부(48)는 캔보디 블랭크(10)의 원통형 측벽(12)을 도 7b에 실선으로 나타낸 위치 12'에 압축하게 되고, 한 편 캔보디 블랭크(10)의 측벽(12)은 몰드벽(46)의 외측 연장부(50)에 일치하도록 팽창되어야 한다. 바람직하기로는, 원통형 측벽의 외주길이는 이 방식으로 압축될 때 일정한 길이를 유지하고, 이로써 원통형의 압축된 측벽(12')이 캔보디 블랭크(10)의 측벽(12)의 외주와 동일길이로 된다.
도 3에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 몰드유닛(40)은 3개의 다이부(82, 46 및 84)를 가지고, 이것은 네크링(neck ring), 몰드측벽 및 베이스서포트(base support)를 각각 구성한다. 다이부는 갭, 즉 스플릿라인(86, 88)에 의하여 상호 분리된다. 매칭(matching)을 용이하게 하기 위하여, 베이스서포트 다이(84)는 2개의 부분으로 이루어지고, 중앙부(90)는 캔보디의 베이스돔(base dome)을 지지한다. 네크링(82)은 캔보디의 네크부를 간단히 지지한다. 이들 구성품이 함께 체임버 즉 몰드중공(42)을 형성하여 캔보디를 수용하고, 블로우형성 후에 원하는 최종형상의 캔보디로 가공된다. 배출구(49)가 배설되어(도 4 및 5 참조) 형성중에 포집된 공기가 배출된다.
한 쌍의 실(seal) 및 서포트링(92, 94)과 러버실링(96)을 배설하여 용기보디의 상측에지를 밀봉한다. 소형의 맨드릴(mandrel)(98)이 베이스서포트 돔(84)의 바로 위의 위치까지 실 및 서포트링(92, 94, 96)의 중앙을 관통한다. 맨드릴(98)은 중앙보어(100) 및 반경방향 통로(102)를 거쳐 중공(42)내의 캔보디의 중공에 공기를 공급한다. 또한, 장치는 상측 피스톤 및 하측 피스톤(104, 106)을 포함하고, 이것이 함께 몰드중공(42)의 캔의 양단부에 부하를 가한다. 하측 피스톤(106)은 통로(108)를 거쳐 피스톤에 공급된 가압공기공급 구조에 의하여 상향으로 이동가능하다. 마찬가지로, 상측 피스톤은 통로(110, 112)를 거쳐 피스톤에 공급된 가압공기공급 구조에 의하여 하향으로 이동가능하다. 도시한 바람직한 실시예에 있어서, 통로(110)는 맨드릴(98)의 중앙보어(100)에 연결되어 상측 피스톤과 캔중공이 공통공기공급(common air supply)을 공유한다. 공통공기공급은 공기통로(112)연결부의 피스톤(104) 및 중공과 중앙맨드릴보어(100)용으로 분배되고, 피스톤(104)내에서는 손실이 최소로되고 중공 및 피스톤에 공급된 것과 동일한 압력을 유지한다. 각 피스톤 및 중공에 공급된 공기량을 제어하는 수단을 배설하는 것이 바람직하다. 따라서, 중공압력 및 피스톤압력이 밀접하게 제어가능하다.
도 6은 피스톤 및 캔중공에 어떻게 공기를 공급하는 가를 나타내는 개략회로도이다. 도면에는, 상측 피스톤(104)과 실 및 서포트링(92, 94)을 하나의 유닛(114)으로 개략적으로 나타낸다. 또한, 베이스서포트(84, 90) 및 하측 피스톤(106)을 하나의 유닛(116)으로 나타낸다. 유닛(114, 116) 및 네크링(82)은 이동가능한 반면 몰드의 측벽다이(46)는 고정되어 있다.
회로는 2개의 압력공급부로 이루어진다. 압력공급부(118)는 상측 피스톤(104) 및 몰드중공(42)내의 캔중공에 가압공기를 공급하고, 압력공급부(120)는 하측 피스톤(106)에만 가압공기를 공급한다.
2개의 공급부 각각은, 압력조정기(122, 124), 저장조(126, 128), 송풍밸브(130, 132) 및 배기밸브(134, 136)로 이루어진다. 또한, 하측 압력공급부(120)는 유량(流量)조정기(138)를 포함한다. 선택적으로, 상측 압력공급부(118)도, 양측 공급부의 유량을 조정하는 데 필수적이라고 생각되지는 않지만, 유량조정기를 또한 포함할 수 있다. 저장조(126, 128)는 공정중에 압력공급이 심하게 떨어지는 것을 방지한다.
전형적으로, 약 30바의 고압공기가 캔중공에 주입되어 캔의 상측을 드라이브한다. 하측 피스톤(106)을 드라이브하는 공기압력은 피스톤면적에 따라 약 50바가 전형적이다. 몰드중공(42)내의 공기압력은 캔보디 블랭크를 외측으로 팽창시키는 데 필요한 힘을 제공할 뿐 아니라 캔의 네크 및 베이스에 원하지 않는 힘이 가해지게 되어 캔측벽에 종축방향의 텐션을 야기한다. 2개의 피스톤을 캔의 상측 및 하측의 드라이브에 이렇게 사용하여 캔측벽내의 이러한 텐션에 반작용하는 힘을 제공한다.
피스톤들에 공급된 공기압력은 형성중에 찢어짐(splitting) 또는 주름잡힘(wrinkling)으로 인한 캔의 파손을 방지하는 데 중요하다. 피스톤내의 압력이 매우 낮기 때문에, 캔측벽의 텐션이 피스톤압력에 의하여 충분하게 반작용되지 않는 경우 찢어짐이 발생한다. 이와 반대로, 공급된 공기압력이 그렇게 높지 않아야 리플(ripple)이 측벽에 형성된다.
이러한 이유로, 피스톤의 스트로크를 제한하는 스톱이 필요없는 것이 바람직하다. 스트로크를 제한하는 경우, 캔이 몰드벽에 대하여 충분하게 팽창된 후에야 피스톤이 스톱에 도달할 수 있다. 이렇게 되면, 캔측벽의 텐션이 피스톤압력에 의하여 균형이 중단될 수 있어서 찢어질 위험이 뒤따르게 된다. 사실상, 팽창된 캔과 몰드의 측벽과의 접합으로 피스톤이 더 이동하는 것이 방지된다.
따라서, 캔중공압력과 피스톤압력 사이의 균형이 형성사이클 내내 항상 유지되고, 이로써 중공내 및 피스톤 후측의 압력상승율은, 특히 캔벽이 형성될 때, 사이클 전체를 통하여 균형이 유지되어야 함을 주목하여야 한다. 압력상승율은 유량조정기(138) 또는 압력조정기(122, 124)를 통한 공급압력의 조정으로 제어가능하다.
몰드부재(82, 46, 84)가 서로를 향하여 이동하도록 가해진 압력에 대비하여 캔중공압력을 조정함으로써, 장치는 3가지 상이한 방식중 1가지로 동작할 수 있다. 외측 몰드부(82, 84)에 압력을 최소로 가함으로써, 장치는 캔보디상에 어떠한 힘도 가하지 않고 몰드부분이 서로를 향하여 간단하게 이동하도록 동작될 수 있다. 이것은 팽창공정중에 캔보디가 종축방향으로 수축될 때 몰드유닛(40)내의 갭(86, 88)을 저감하고, 팽창중에 캔보디의 측벽에 발생된 축방향의 인장강도를 저감하나 반드시 상쇄하는 것은 아니다. 대안으로서, 외측 몰드부분을 서로를 향하여 드라이브하는 압력을 증가함으로써, 캔보디측벽내의 축방향의 인장강도에 대체로 동일한 약간의 종축방향 즉 축방향의 힘이 캔보디에 가해지고, 이로써 이러한 스트레스의 균형을 이루고, 캔보디가 결과적으로 약하게 되거나 발생가능한 스플리팅으로부터 보호한다. 제3 모드의 동작에서는 보다 큰 압력을 제공하여 외측 몰드부분을 서로를 향하여 드라이브하여 동작중에 측벽내의 인장강도의 상쇄에 필요할 수 있는 것 보다 큰 축방향의 압축력을 캔보디에 가한다. 이러한 힘이 주름을 형성하지 않게 하기 위하여 정미(正味)압축력이 제공되는 것이 바람직한 것으로 생각된다.
캔을 형성하기 위하여, 송풍밸브(130, 132)를 먼저 개방한다. 피스톤 및 중공압력 사이를 더 잘 매치하기 위하여 필요하다면 송풍밸브의 개방시간 사이에 짧게 지체할 수 있지만, 이 균형을 유지하기 위하여 1회 서키트용의 압력상승율을 보다 높게할 필요가 있게된다. 또한, 지체는 형성시에 압력균형은 유지하면서, 상이한 길이의 파이프를 보정하는 데 사용될 수 있다. 상측 공급부(118)는, 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 피스톤(104)에 가능한 한 가깝게 피스톤(104) 및 중공용으로 갈라지게 된다.
장치는, 최소한 각 피스톤이 그 최대 이동거리에 도달할 때 캔이 완전하게 재형성되고 갭(86, 88)은 그 단부가 폐쇄되지 않도록 디자인한다. 갭을 폐쇄하게 되면 완전 팽창이 발생하기 전에 피스톤의 운동을 제한하는 바와 동일방식으로 측벽내의 과다한 텐션 때문에 캔이 갈라질 수 있다. 그러나, 최종갭은 스플릿라인의 예리한 에지를 제거하면 이 문제를 해소할 수 있더라도, 측벽상의 임의의 표지가 너무 뚜렷하게 되기 때문에 과다하여서는 되지 않는다.
성형작업이 종료되면, 공기는 밸브(134, 136)를 통하여 배출된다. 실제 형성공정 내내 배기밸브가 폐쇄되어 있음은 명백하다. 중공압력(종축방향 텐션)의 균형을 잡기 위하여 피스톤에 의하여 가해진 압축력이 캔의 축방향의 강도보다 클 수가 있어서, 이로써 균일하지 않은 배기로 인하여 캔이 찌그러들기 때문에 공급부 양자 모두가 동시에 배출되는 것이 중요하다.
도 4에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 캔보디 블랭크(10)는 몰드중공(42)내에 위치되어, 전술한 바와 같이, 그 내부공간이 밀봉되어 가압유체의 소스와 연통되는 것이 바람직하다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 중공(42)은 캔보디 블랭크(10)가 그 안에 삽입될 때 약간 압축되도록 디자인된다. 이것은 몰드어셈블리부재를 도 4에 스플릿되어 나타낸 절반부(52, 54)내에 형성하여 캔보디 블랭크(10)의 공압식 팽창 전에 캔보디 블랭크 주위에서 폐쇄가능하도록 실행되는 것이 바람직하다.
몰드절반부(52, 54)가 원통형 측벽(12)주위를 폐쇄하기 때문에, 이로써 몰드벽(46)의 내측 연장부(48)가 원통형 측벽(12)을 도 7에 나타낸 Rin만큼의 거리로 압축 즉 사전압축한다. 몰드를 폐쇄하여 밀봉하고, 캔보디 블랭크(10)가 몰드벽(46)에 대하여 압축되도록 가압유체를 몰드중공(46)내에 공급한 후, 캔보디 블랭크(10)가 원하는 최종형상의 성형캔(20)처럼 된다. 성형측벽(22)의 상태를 도 5에서의 단계 후에 나타낸다. 이 단계에서, 캔보디 블랭크(10)의 원통형 측벽(12)은 도 7의 선도에 나타낸 바와 같이 Rout만큼 팽창된다.
몰드절반부(52, 54)의 폐쇄로 일어나는 사전압축은 캔보디 블랭크(10)의 측벽(12)을 거리 Rin만큼 즉 약 0.1 내지 1.5 mm의 범위내로 반경방향 내측으로 편향되도록 행하는 것이 바람직하다. 이 거리 Rin은 0.5 내지 약 0.75 mm의 범위내가 더욱 바람직하다. 원통형 측벽(12)이 반경방향 외측으로 확장되어 성형측벽(22)의 최말단부를 형성하는 거리 Rout은 약 0.1 내지 5.0 mm의 범위가 바람직하다. 거리 Rout의 가장 바람직한 범위는 약 0.5 내지 3.0 mm이고, 더욱 바람직하게는 약 2 mm이다.
팽창단계 전의 원통형 측벽(12)의 사전압축으로 얻는 이점을 이해하기 위하여, 특정량의 어닐링 즉 부분어닐링이, 특히 알루미늄 캔보디의 경우, 팽창단계에 필요한 연성을 얻는 데 유용할 수 있다. 그러나, 어닐링이 완전하면 할수록, 성형캔(20)은 최종적으로 덜 강하고 단단하지 않게 된다. 최종성형캔(20)상에 중첩된 패턴의 가장 안쪽과 가장 바깥쪽 부분사이를 나타내는 차이부를 얻기 위하여 사전압축을 사용함으로써, 원하는 패턴을 달성하는 데 필요한 실제적인 반경방향 팽창량이 저감된다. 따라서, 캔보디 블랭크(10)에 가할 필요가 있는 어닐링량은 또한 저감된다. 사전압축단계에서 원하는 패턴이 어닐링 및 이에 따른 강도 손실을 최소화 하면서 성형캔(20)상에 중첩되고, 따라서 캔보디 블랭크(10)의 원통형 측벽(12)은 이러한 타입의 공정용으로 가능한 한 얇게 형성된다.
본 발명의 일실시예로서, 몰드벽은 다공성재료로 형성될 수 있어서, 캔보디 블랭크의 측벽과 몰드벽 사이에 갇힌 공기가 동작중에 배출되지만, 배출구는 여전히 필요하다. 이러한 재료중 하나는 다공성스틸로서, 이것은 스웨덴의 AGA사(Leydig 소재)에서 시판하고 있는 재료이다.
품질 모니터 및 제어를 위하여, 몰드중공(46)내의 유체압력을 도 5에 개략적으로 나타낸 압력모니터(69)구조에 의하여 팽창공정중 및 공정완료후에 모니터한다. 압력모니터(69)는 종래의 구조를 가진다. 캔보디가 팽창공정 동안 누출이 생기거나 또는 캔의 상측플랜지 또는 네크의 불균일로 인하여 가스프로브(gas probe)와의 밀봉이 양호하지 않은 경우, 몰드중공내의 압력이 다른 경우에서 보다 몰드체임버(46)내에서 더 빠르게 하강한다. 압력모니터(69)가 이를 감지하여, 캔보디에 결함이 생길 것 같다는 사실을 조작자에게 알려준다.
스틸캔의 경우에, 몰드체임버내의 압력을 충분하게 높게하여 캔보디를, 예를 들어 다수의 외주 리브가 용기상에 형성된 비딩타입(beading-type) 패턴으로 형성가능하다.
소비자에 대한 시각효과를 향상시키기 위하여 독특한 형상으로 메탈 캔보디를 제조하는 제2의 방법 및 장치를 도 7 및 도 9에 나타내고, 제3의 실시예를 도 8 및 도 9에 나타낸다. 제2 및 제3의 실시예 모두에 있어서, 독특하게 형성된 메탈 캔보디는 도 1에 나타낸 캔보디(10)와 같은 측벽(12)의 직경이 대체로 일정한 캔보디 블랭크를 준비한 후, 선택된 영역의 캔보디 블랭크(10)는 선택된 양으로 반경반향으로 변형되지만 그 액세스(access)를 중심으로 대칭인 중간 캔보디(74)를 성취하고, 그후 사전 선택된 패턴의 기계적 변형부를 중간 캔보디(74)상에 중첩하여 제조한다. 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 이 기술분야에 잘 알려져 있는 타입의 비딩장치(62)는 앤빌(anvil)(66) 및 비딩툴(beading tool)(64)을 포함한다. 비딩장치(62)는 캔보디 블랭크(10)를 반경방향으로 변형하여 도 9에 나타낸 반경방향으로 변형된 중간 캔보디(74)로 만드는 데 사용된다. 중간 캔보디(74)는, 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 축방향의 구성품을 가지는 변형부를 그 위에 가지지 않고, 캔보디(74)의 액세스를 중심으로 대체로 원통형이다. 널링툴(knurling tool)(76)을 사용하여 사전 선택된 패턴의 기계적 변형부, 이 경우 리브 및 그루브를 중간 캔보디상에 중첩하고, 이로써 도 2에 나타낸 타입의 성형캔(20)의 제조를 가능하게 한다.
도 8 및 9에 나타낸 제3의 실시예에 있어서, 스피닝유닛(spinning unit)(68)은 캔보디 블랭크(10)의 원통형 측벽(12)을 중간 캔보디(74)로 반경방향으로 변형하는 데 사용된다. 스피닝유닛(68)은, 이 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 맨드릴(70) 및 이 맨드릴(70)에 대향하는 성형롤러(72)를 포함한다. 이 공정 후에, 도 9에 나타낸 널링단계를 이렇게 형성된 중간 캔보디(74)상에 전술한 바와 동일한 방식으로 행하는 것이 바람직하다.
도 9에 나타낸 널링단계 대신에, 도 7 또는 도 8에 나타낸 방법 어느 것에 의하여 제조된 중간 캔보디(74)는 도 3-5에 나타낸 타입의 공압식 팽창다이 즉 몰드유닛(40)에 위치가능하다. 중간 캔보디(74)는 전술한 바와 동일한 방식으로 팽창되어 성형캔(20)을 달성한다.
전술한 제2 및 제3의 방법에 있어서, 캔보디 블랭크(10)는 건조공정중에 열원(18)에 의하여 부분적으로 어닐되는 것이 바람직하지만, 제1의 바람직한 실시예에서 보다는 적게 어닐되는 것이 바람직하다. 바람직하기로는, 전술한 제2 및 제3의 방법용 어닐링은 화씨 약 375도(섭씨 약 190도) 내지 화씨 약 425도(섭씨 약 218도)범위내의 온도로 행한다. 따라서 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 방법은 전술한 실시예에 대하여 설명한 것 보다 어닐링이 덜 필요하고, 이것은 보다 강한 성형캔(20)이 소정의 중량 또는 벽 두께로 가능하거나 또는 성형캔(20)의 중량은 제1 방법에 의하여 제조된 것보다 저감될 수 있다는 의미이다. 그러나, 제2 및 제3의 방법의 단점은 기계적으로 보다 복잡하고, 캔의 마모가 보다 심하게 되고, 추가의 기계적 공정 및 취급으로 인하여 손상 및 장식훼손이 가능하다는 것이다.
그러나, 본 발명의 여러 가지 특징 및 이점을 본 발명의 구조 및 기능의 상세와 함께 전술한 설명에 개시하였으나, 본 개시는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 원리를 일탈하지 않고 청구범위에 광범위한 일반적인 의미의 용어로 정의한 바와 같이 여러 가지로 변경, 특히 부품의 형상, 크기 및 배열이 가능할 수 있다. 또한, 예를 들면, 캔보디 블랭크(10)는 드로-리드로 프로세스(draw-redraw process), 드로-틴-리드로 프로세스(draw-thin-redraw process)와 같은 다른 프로세스, 혹은 3부분 용접 또는 시멘트처리 제조 프로세스에 의하여 형성될 수 있다.

Claims (17)

  1. 용기 블랭크를 3개의 부분을 가지는 몰드에 의하여 형성된 체임버내에 위치시키고;
    가압유체를 중공용기의 내부중공내에 공급하여 용기를 몰드의 내면상으로 반경방향 외측으로 팽창시키고;
    몰드부분중 2개의 부분을 제3의 부분을 향하여, 상기 부분들이 몰드체임버내로 개방된 갭에 의하여 상호 이격되어 있는 제1 위치로부터, 상기 몰드부분 사이의 갭이 몰드체임버내로 개방된 상태에서 그 크기가 저감되어 있는 제2 위치로 이동시키는
    것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형방법.
  2. 제1항에 있어서, 갭을 용기의 최대 팽창지점에 위치시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용기의 최소한 일단부에 부하를 가하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형방법.
  4. 제3항에 있어서, 가압유체에 의하여 용기의 내부상에 가해진 힘과 용기의 단부 즉 단부들에 가해진 부하를 균형을 이루는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 부분들은 성형중인 용기의 측벽상에 정미압축력을 가하는 데 충분한 힘으로 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부분들은 성형중인 용기의 측벽상의 힘을 균형을 이루는 데 충분한 힘으로 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형방법.
  7. 용기를 수용하는 체임버를 형성하는 3개의 부분을 가지는 몰드와;
    가압유체를 중공용기의 내부중공에 공급하여 용기를 몰드의 내면상으로 반경방향 외측으로 팽창시키는 수단과;
    몰드부분중 2개의 부분을 제3의 부분을 향하여, 상기 부분들이 몰드체임버내로 개방된 갭에 의하여 상호 이격되어 있는 제1 위치로부터, 상기 몰드부분들 사이의 갭이 몰드체임버내로 개방된 상태에서 그 크기가 저감되어 있는 제2 위치로 이동시키는 수단과
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  8. 제7항에 있어서, 몰드내의 갭은 용기의 최대 팽창지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 부하를 가하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  10. 제9항에 있어서, 부하를 가하는 수단은 최소한 하나의 피스톤으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  11. 제10항에 있어서, 피스톤은 유체압력에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  12. 제11항에 있어서, 가압유체는 독자적으로나 또는 피스톤 즉 피스톤들과 용기중공의 임의의 결합체로 공급되는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  13. 제12항에 있어서, 하나의 가압유체라인이 피스톤 즉 피스톤들중 하나 및 중공에 공급되고, 피스톤에 인접하거나 또는 그 안에서 분기되는 중공용기의 재성형장치.
  14. 제7항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 팽창된 용기와 몰드벽의 접합으로 로딩수단이 더 이동하는 것이 방지되고, 이로써 로딩수단은 용기가 완전하게 재성형되기 전에는 그 이동한계에 도달하지 않는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 부분들이 성형중의 용기의 측벽상에 정미압축력을 가하는 데 충분한 힘으로 함께 이동하도록 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  16. 제7항에 있어서, 상기 이동수단은 상기 부분들이 성형중의 용기의 측벽상의 힘을 균형을 이루는 데 충분한 힘으로 이동하도록 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 중공용기의 재성형장치.
  17. 용기 블랭크를 몰드체임버내로 개방된 갭에 의하여 상호 이격된 3개의 부분을 가지는 몰드에 의하여 형성된 체임버내에 위치시키고. 이들 각각의 위치는 확장영역중 하나의 최대 팽창지점이나, 또는 대체적으로 그 지점이고;
    가압유체를 중공용기의 내부중공에 공급하여 용기를 몰드의 내면상으로 반경방향 외측으로 팽창시키고;
    몰드부분중 2개를 캔이 팽창될 때 제3의 부분을 향하여 이동시키는
    것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2개의 캔을 2개 이상의 확장영역을 가지는 형상으로 재성형하는 방법.
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