(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦なメタルシート（150）からシェル（15）を形成する方法であり、シェルは、鏡板周縁の半径部（22）を有しカウンタシンク半径部（21）を有する環状のカウンタシンク（18）に環状の鏡板側壁（17）によって接続される中央鏡板（16）と、テーパを付けられた環状の接合部（24）の壁によって環状のクラウン（26）に接続される前記カウンタシンク（18）とを有しており、前記方法は、シートから円板を圧断することと、円板の周縁部分を把持することと、円板の中央部分に関して下向きの方向に周縁部分を移動することと、ダイ中心部（52）内に空洞（71）を形成する環状の出っ張り部分（72）に円板の中央部分（16）を鏡板パンチ（125）でプレスして中央鏡板（16）と出っ張り部分及び鏡板パンチ（125）の間の鏡板の半径部（22）の部分との動きを開始させることと、中央鏡板（16）をダイ中心部（125）および鏡板パンチ（52）と共に下向きの方向に移動して円板の中央部分を出っ張り部分（72）に巻き付けて鏡板パンチ（125）を取り囲む環状のダイ・コア・リング（95）に対して接合部の壁（24）を形成することとのステップを含んでいる方法に於いて、
前記方法は、鏡板側壁（17）を形成しダイ中心部（52）の出っ張り部分（72）の周りにシート金属を滑らせることによりカウンタシンク（18）を同期して正確に形成するためにダイ中心部（52）を上向きの方向に移動する間に、中央鏡板（16）を鏡板パンチ（125）で上向きの方向で空洞（71）内にプレスする、ステップを具備しているシェルの形成方法。
【請求項２】
クラウンおよび接合部の壁が、中央鏡板がダイ中心部内の空洞内にプレスされ、カウンタシンクがダイ中心部の出っ張り部分の周りに形成される前に形成される請求項１記載の方法。
【請求項３】
ダイ中心部の環状の出っ張り部分と鏡板パンチとの間で空洞内で鏡板の側壁が円筒形状に形成される請求項１記載の方法。
【請求項４】
鏡板の側壁の方に僅かに内側に曲げられる環状の隆起部分を有する環状の接合部の壁を形成することと、円筒型状の形状に鏡板側壁を動かすために軸方向の断面において真っ直ぐな形状に隆起部分を変形することとのステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
メタルシートの厚さを越える、ダイ中心部の出っ張り部分と鏡板パンチとの間の半径方向の隙間を0.005インチ（0.129mm）より小さくするダイ中心部の出っ張り部分と鏡板パンチでプレスするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
メタルシートの厚さを越える、ダイ中心部の出っ張り部分とダイ・コア・リングとの間の半径方向の隙間を0.005インチ（0.129mm）より小さくするダイ中心部の出っ張り部分とダイ・コア・リングでプレスするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
ダイ中心部の出っ張り部分がダイ・コア・リングの内側円筒型内に移動した時に表面ダイ・コア・リングの内側円筒型表面とダイ中心部の出っ張り部分の外側円筒型表面との間にメタルシートの厚さに０.005インチ（0.129mm）を加えた量より小さい半径方向の隙間を作る内側円筒型表面を有するダイ・コア・リングと外側円筒型表面を有するダイ中心部の出っ張り部分でプレスするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項８】
鏡板パンチがダイ中心部の出っ張り部分内に移動した時にダイ中心部の出っ張り部分の円筒型状の内側表面と鏡板パンチの外側表面との間にメタルシートの厚さに０.005インチ（0.129mm）を加えた値より小さい半径方向の隙間を作る円筒型状の内側表面を有するダイ中心部の出っ張り部分と外側表面を有する鏡板パンチでプレスするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明の出願人による米国特許第5,042,284号明細書に開示されたような、例えば金属の缶またはプラスチックの容器用の端部鏡板即ちシェルを形成する装置或いはツーリングにおいては、シェルが最小のゲージ即ち厚さを有するシートメタルまたはアルミニウムから生成されるようなツーリングを構成することが望ましい。一方、各シェルは、変形即ちゆがむすることなしに缶内の予め定められた圧力に耐えるための十分な強度を有する必要がある。さらにツーリングが、単一または多段のプレス作業でシェルの大量生産ができ、且つ、複雑な補修の作業を避けるために単一のステーションでの各シェルの形成を完了することが望ましい。一般に、端部鏡板またはシェルは、鏡板の半径部および環状の鏡板の側壁によりカウンタシンクの半径部を有するＵ型のカウンタシンクの部分に接続される円形の中央鏡板を含む。カウンタシンクの部分は、テーパのついたすなわち円錐台形の接合部の壁の部分によって、垂れ下がっている周縁のくちびる状部分に対して外方に延在する上部クラウン部分に接続される。
端部鏡板即ちシェルを生産するときに遭遇する共通の問題の１つは、小さな鏡板の半径部および小さなカウンタシンクの半径部を形成するときにシートメタルが伸びて薄くなることである。これらの領域においてシートメタルが伸びて薄くなる場合、シェルの強度は急速に減少し、シェルは使用の容認がされないという結果となる。鏡板の半径部およびカウンタシンクの半径部の辺りのシートメタルが伸びて薄くなることは、シートメタルから接合部の壁および中央鏡板を絞り加工するツーリングに起因する。
中央鏡板の側壁およびカウンタシンクは、例えば米国特許第4,715,208号明細書に開示されたように接合部の壁を絞り加工した後にも形成される。この特許明細書において、中央鏡板は、接合部の壁が形成された後にダイの中心部および鏡板のパンチと共に上方に移動される。しかしながら、この方法は、最小の厚さのシート材料で高い強度のシェルを生産するために何れも必要とされる、一様なカウンタシンクの半径部または小さな鏡板の半径部或いは最長の円筒型の鏡板の側壁を与えない。ツーリングの別の形態およびシェルを生産する方法は、米国特許第4,637,961号明細書に開示されている。この特許明細書において、接合部の壁は第１のツーリングステーションで形成され、中央鏡板、鏡板の側壁およびカウンタシンクは第２のツーリングステーションで形成される。
発明の概要
本発明は、缶および他の容器用の端部鏡板即ちシェルを効率的に生産するための改善された方法に関し、またこれは、単一のツーリングステーションで各シェルを完全に形成するために単一または多段のプレス作業での使用に適応される。本発明の方法は、各半径部の辺り、特に鏡板の半径部およびカウンタシンクの半径部の辺りのシートメタルを伸ばして薄くすることを避けることによってシェルを生産するために使用されるシートメタルの厚さ即ちゲージをかなり減少させる。さらに、本発明は、最大の強度／重量比を有するシェルを得るために、シェルの一様な寸法を正確に保持し、ほぼ円筒型の鏡板側壁および軸方向の断面における真っ直ぐな接合部の壁を得る。
上記利点および特徴は、先ず薄いメタルシートから円板を圧断して把持し、圧力を加えられている鏡板パンチとダイ中心部の環状出っ張り部分との間に押し付けられている円板の中央部分に対して円板の周縁部分を軸方向すなわち下方に移動させて、鏡板の半径部を有する中央鏡板、および周縁部分に中央鏡板を接続しているほぼ円錐台形の中間壁部分を成形する、ツーリング装置すなわちシステムによって提供される。周縁部分の内側部分は、クラウン部分を成形するダイ・コア・リング部と上部圧力スリーブとの間に把持され、周縁部分の外側部分はクラウン部分から垂れ下がっているくちびる状の部分に形成される。
中央鏡板の部分は、中間壁部分を逆方向に曲げ、それを出っ張り部分に巻き付け、内側に突出する環状の湾曲部すなわち隆起部を有する補強された接合部の壁の部分を形成するためにダイ・コア・リングのテーパをつけられた円筒型の表面にそれを摺り延ばすためにダイ・コア・リングに対して軸方向すなわち下方に移動される。ダイの中心部が底に着き、上方に移動し始めた後、圧力を加えられている鏡板パンチは、ほぼ円筒型の鏡板の側壁および一様に正確な半径部を有するカウンタシンクを形成するためにダイ中心部の出っ張り部分によって形成される空洞中に中央鏡板を押し込む。この方法は、鏡板の半径部およびカウンタシンクの半径部の辺りの金属を伸ばして薄くすることを排除する。本発明の別の特徴および利点は、以下の説明、添付図面および特許請求の範囲から明瞭にされるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によって構成され、作用されるツーリング装置またはステーションの軸方向の断面であり、
図２乃至13は、図１に示されたツーリング装置の拡大した断片部分であり、本発明のシェルを生産する段階的に進むステップを示しており、
図14および15は、図13に示された最後のシェルの拡大した断片部分であり、缶と接合される時にシェルを変形する後続するステップを示している。
好ましい実施例の説明
図面を参照すると、図13は、厚さ約.0088インチ（0.226mm）のアルミニウムから成形される拡大されたシェル15を示す。シェル15は、Ｕ型の断面構造を有する環状のカウンタシンクの部分18にほぼ円筒型の鏡板側壁部分17によって接続される円形の中央鏡板の部分16を含む。カウンタシンクの部分18は約.020"（0.514mm）の一様なカウンタシンクの半径部21（図14参照）を有し、約.013"（0.334mm）の鏡板の半径部22は中央鏡板の部分16および円筒型の鏡板側壁部分17を接続する。テーパのつけられた環状の接合部の壁の部分24は、カウンタシンクの部分18をクラウン部分26に接続し、周縁のくちびる状の部分27はクラウンの部分26から垂れ下がっている。
図１は、多段ステーションツーリング装置35の中の単一のステーション、例えば22を作り出すツーリングシステムを示す。１つのシェル15は、通常の高速の単一動作または多重動作の機械プレスの各行程中に各ステーションで生産される。ツーリングシステムすなわち装置35は、プレスベッドおよびまたはボルスタプレートおよびプレス内のラムによって支持されている上部ダイ・シュー36および下部ダイ・シュー38上に装着される。環状のブランク絞りダイ42は、１組の周縁に間隔を隔てて配置された捩子44によってライザ本体43に固定される上部フランジ部分を有し、ブランク絞りダイ42は上部圧力スリーブ46を取り巻く。スリーブ46は、ライザ本体43内に形成されるチャンバ49内に滑動可能に支持される上部ピストン部分47を有する。１組の捩子51は、上部ダイシュー36にライザ本体を固定する。内部ダイ部材すなわちダイ中心部52は、ライザ本体43の一部として形成される円筒型のダイ中心ライザ54によって上部圧力スリーブ46内に支持される。１組の捩子56はライザ54にダイ中心部52を固定し、平坦な環状のスペーサ57はダイ中心部52とライザ54との間に位置付けられる。別の環状のスペーサ58は、ブランク絞りダイ42とライザ本体43との間に配置され、上部圧力スリーブピストン47用に底部停止部材を形成する。上部ダイシュー36内の通路59は、ライザ本体43内の通路61を通ってチャンバ49に約20乃至40p.s.i.（1.406乃至2.812kg/cm2）の低圧の空気を伝える。
図２に示されるように、ブランク絞りダイ42は、円筒型の下部切断刃64および内部湾曲成形表面66を有する。上部圧力スリーブ46の下端部は輪郭を有する環状成形表面68を有し、ダイ中心部52の下端部は環状突出部すなわち出っ張り部分72によって形成される円形の凹部すなわち空洞71を有する。突出部72は、好ましくは.015"（0.386mm）乃至.020"（0.514mm）の半径部を有する湾曲底部表面を有する。さらに図１に示されるように、中心の軸に沿って延びている通気通路74がダイ中心部52とライザ54との中心部内に形成されて、ライザ本体43内の放射状の通気通路76と接続する。
環状のダイ保持器80は、円形の円筒形穴81内で下部ダイシュー38に装着され、周縁に間隔を隔てて配置された捩子83によって下部ダイ・シューに固定される。硬化された挿入物を持つ環状の切断刃のダイ84は、スペーサワッシャ86と共に周縁に間隔を隔てて配置された捩子87によって保持器80に固定され、ブランク絞りダイ42上の切断刃64とほぼ同じ直径を有する内部円筒型切断刃88（図２）を有する。環状の下部圧力スリーブ90は保持器80内での滑動運動のために支持される下部ピストン部分92（図１）を有し、スリーブ90はブランク絞りダイ42の底部表面に向い合う平坦な上端部表面91（図２）を有する。
ダイ・コア・リング95は、円筒型の表面98、内部の丸い表面99および外側の丸い表面102まで延びている内部円錐台形すなわちテーパの付けられた表面97を有する上端部分96を有する（図２）。ダイ・コア・リング95は、保持器80内に形成される円筒形穴すなわち凹部106内に受け入れられるベース部分104（図１）も有する。ベース部分104は、１組の４つの周縁に間隔を隔てて配置された捩子107によってダイ保持器80に固定される。環状のチャンバ110は、下部圧力スリーブ90のピストン部分92を受け入れるためにダイ・コア・リング95の周囲のダイ保持器80内に形成されており、約40p.s.i.（2.812kg/cm2）の低圧の空気が空気の供給ラインに接続される通路111を通ってチャンバ110に供給される。
円形の鏡板パンチ125（図１）は、ダイ・コア・リング95内に位置されており、１組の捩子129によって鏡板パンチピストン128に固定される。鏡板パンチピストン128は、ダイ・コア・リング95内での軸方向運動のために支持されており、ピストン128の下端部はピストン内にチャンバ131を形成するためにプレート130によって閉じられている。400p.s.i.（28.124kg/cm2）程度の高圧の空気は、下部ダイシュー38内の横方向に延びている通路133を通ってピストン128の下のチャンバ132に供給される。低圧の空気の供給通路134は、下部ダイ・シュー38内で、ダイ保持器80およびダイ・コア・リング95のベースピストン104を通って、鏡板パンチ125のピストン138内のチャンバ131に延在する。
図２を参照すると、鏡板パンチ125は、約.013"（0.334mm）またはそれより小さい小さな鏡板の半径部を有する周縁の表面139まで延在する円形の平坦な上部表面138を有する。鏡板パンチ125は、１組の３つの周囲に間隔を隔てて配置され、軸方向に延びている空気通路142（図１）、および鏡板パンチピストン128内のチャンバ131内に延びる中央の空気通路143を有する。
連続的にシェル15を成形するツーリングシステムすなわち装置35の動作は、図２乃至13に関連して説明される。図１および２に示されるように、約.0088"（0.226mm）の厚さのアルミニウムの連続的なストリップすなわちシート150は、切断刃のダイ84を横切って、ストリッパプレート152の下のストックプレート151に供給される。上部ダイシュー36が下方に移動するとき、噛み合う剪断刃64および88（図２）は、円形のディスク155（図３）を圧断する。ブランク絞りダイ42が下方に移動し続けるとき、円板155の周縁部分157はブランク絞りダイ42と下部圧力スリーブ90の端部の上部表面91との間に閉じ込められる。上部圧力スリーブ46がブランク絞りダイ42と共に下方に移動するとき（図２）、円板155の環状の中間部分159は鏡板パンチ125の周縁端部表面139に巻き付き始める。下部圧力スリーブ90より低い空気圧力は、図３乃至５に示されたように、円板155の周縁部分157に対する予め定められた押し付け即ち把持圧力を生じ、その圧力は周縁部分157がブランク絞りダイ42と下部圧力スリーブ90との間で半径方向で内方に滑動することを可能にするように選択されている。
ブランク絞りダイ42および上部圧力スリーブ46が下方に移動し続けるとき（図４）、円板155の中間部分159の内側部分は円錐台形部分162に成形され、その部分162は、中央部鏡板16が鏡板パンチの上部に形成されるように鏡板パンチ125の僅かに丸くなった縁部139に巻き付き始める。鏡板パンチ125の円筒型の外側の表面とダイ中心部52の出っ張り部分72の内側の円筒型の表面との間の金属の厚さに.005"（0.129mm）より小さく、約.001"（0.026mm）乃至.002"（0.051mm）を加えた小さい隙間の結果として、鏡板16は空洞71中に更には入らない。
ダイ中心部52および鏡板パンチがブランク絞りダイ42と共に更に下方に移動するとき（図５乃至９）、材料はダイ中心部52の下方に突出する出っ張り部分72に巻き付き、ダイ・コア・リング95のテーパの付けられた壁表面97を下方に滑動し、シェル部分15のクラウン26、くちびる状の部分27および接合部の壁24を形成するために上部圧力スリーブ46とダイ・コア・リング95との間、およびブランクと絞りダイ42とダイ・コア・リング95との間を滑動する。
図９にも示されたように、ダイ中心部52の一層の下方移動、および出っ張り部分72の円筒型の外側の表面とダイ・コア・リング95の内側の円筒型の表面98との間の.005"（0.129mm）より小さく、.001"（0.026mm）乃至.002"（0.051mm）を金属の厚さに加えた量である小さい隙間の結果として、接合部の壁24は、更に下方に延在して、ダイ中心部52および鏡板パンチ125がそれらの近接した位置で底に着くときに接合部の壁内に環状の湾曲部すなわち隆起部171を形成するためにテーパの付けられた部分24と協同する円筒型部分170を形成する。図10乃至13を参照すると、上部ダイ・シュー36およびダイ中心部52が反転し、上方に移動するとき、円筒型部分170を形成する金属はダイ中心部52の出っ張り部分72の周りを巻き、鏡板パンチ125上の上方圧力は、中央鏡板16がダイ中心部52の底部表面に係合するまで空洞71内で上方に中央鏡板を動かす。金属がダイ中心部52の出っ張り部分72の周りを巻くとき、ほぼ垂直な、すなわち円筒型の鏡板側壁17は鏡板パンチ125の外側表面とダイ中心部出っ張り部分72の内側表面との間に形成される。図13に見られるように、鏡板側壁17およびカウンタシンク18が形成された後、接合部の壁24は内側に突出する環状の湾曲部すなわち隆起部171をまだ持っている。
シェル15が完成され（図13）、上部ダイシュー36が上方に移動した後は、シェル15はブランク絞りダイ42内に摩擦によって保持される。シェル15は、上部圧力スリーブ46の下方移動および通路74および76による排気によってダイ中心部52から解放される。上部ダイシュー36は上方に移動される間、圧縮空気の射出は、シェル15が上部圧力スリーブ46の底部表面68に保持されるように空気通路142および143から上方に向けられる。ブランク絞りダイ42が予め定められた高さに達し、鏡板パンチピストン128がダイ・コア・リング125内の上方移動を停止するとき、上部圧力スリーブ46およびシェル15は開始位置へ下方に移動され、シェル15は、圧縮空気源に接続されるノズル（図示されていない）からの空気の射出による誘導シュート175（図１）への横への放出すなわち取り出しが自由になるように通気通路74によって解放される。
図14および15を参照すると、シェル15が接合機によって１片のアルミニウム缶のネック部分すなわち上端部分180に取り付けられるとき、垂れ下がっている環状の出っ張り部分184を有する接合部182は、接合部部分184が接合部の壁24の内側に突出する湾曲部すなわち隆起部171に係合するようにシェル15と係合される。接合部部分184は、接合部の壁24が軸方向の断面においてほぼ真っ直ぐとなるように（図15）隆起部171上に外方向放射状に圧力を加え、鏡板側壁17は、シェル15に対する最大の強度／重量比を得るためにほぼ垂直すなわち円筒型の形状（図15）になる。
図面および上記説明から、本発明の方法および装置が所望な特徴および利点を提供することは明瞭である。１つの利点として、本発明のツーリング装置は、各シェルが何等顕著にシート材料を薄くすることなしに単一のツーリングステーションで完全に形成される単一動作のプレスにおける使用に適応される。その方法および装置は、シェルのさらに経済的な生産を行うために最も薄いゲージの材料から最も強力なシェルの生産を提供する。つまり、この方法は、シェルの強度を高めると同時にシートメタルの厚さを顕著に減少させ、シェルをゆがめる即ち変形することなしに容器内の顕著な圧力に耐えることを可能にする。
特に、鏡板の半径部22およびカウンタシンクの半径部21は、ダイ中心部52および鏡板パンチの上方移動する間、出っ張り部分72の周り、および出っ張り部分と近接して間隔のあけられた鏡板パンチとの間に材料を巻くことによって最小にされることができる。これらの最小の半径部を作り出す能力は、円筒型の鏡板の側壁17の軸方向の長さを増し、それによってゆがみに対するシェル15の強度を増す。さらに、この方法で出っ張り部分72の周りの鏡板の側壁17およびカウンタシンク18を作り出すことは、正確で一様なカウンタシンクの半径部を与え、鏡板の半径部およびカウンタシンクの半径部の辺りの薄いシートメタルを伸ばして薄くすることを避けるので、薄いゲージのシートメタルが使用できるようになる。
上述されたように、出っ張り部分72とダイ・コア・リング95の薄い円筒型の表面98との間の金属の厚さを僅かに越える小さな隙間は、接合部の壁24内に内部湾曲部すなわち隆起部171を生成するためにある。これは、図14および15に示されるように、接合部の壁を補強し、接合中の続く動作によって垂直すなわち円筒型の構造に鏡板側壁17を変化させることを可能にする。
ここに記載された方法および装置の形態は本発明の好ましい実施例を構成するが、本発明が説明された明確な方法および装置の形態には限定されず、変更が特許請求の範囲に規定されたような本発明の技術的な範囲から逸脱することなしに行われることができることは理解されるべきである。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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