(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡径加工を要する金属容器における拡径前の円筒体（２０）の内側に配置され上記円筒体の拡径を行うエキスパンド型（１）と、
上記エキスパンド型の内側に配置された駆動軸（１１）に連結され、上記エキスパンド型の軸方向に上記駆動軸を駆動して上記エキスパンド型をその直径方向において拡径及び縮径の動作を行う駆動装置と、を備え、
上記エキスパンド型は、全体形状が略円筒形であり、その周方向に分割された円弧面を有する複数のセグメント（２）を有し、静止状態にある上記円筒体に対して上記駆動装置によって、上記円筒体の直径方向（２１）のみに沿ってそれぞれの上記セグメントを放射状に広げて上記円筒体の内周面（２０ａ）を押圧して上記円筒体の拡径を行う、
製缶用エキスパンダーであって、
上記駆動装置は、
モーター（１１０）と、ボールねじ（１２０）とを備え、
このボールねじは、
上記モーターに連結した回転シャフト（１２１）と、
この回転シャフトに係合しかつ上記エキスパンド型の上記駆動軸に連結したナットであって、上記モーターによる上記回転シャフトの回転運動を直線運動に変換して上記駆動軸を駆動し、上記エキスパンド型の拡径及び縮径を行うナット（１２２）と、を有する、
ことを特徴とする製缶用エキスパンダー。
【請求項２】
上記拡径加工を要する金属容器はペール缶であり、上記円筒体はペール缶の胴体部である、請求項１に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項３】
上記モーターの動作制御を行う制御装置（２４０）をさらに備え、この制御装置は、上記円筒体に対するエキスパンド型の拡径動作を縮径動作に比べてより長い時間で実行し、  上記モーターはサーボモーターである、請求項１又は２に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項４】
上記制御装置は、上記拡径動作における開始時点から終了時点の間に、高速から低速へ速度変更を行う少なくとも一つの動作速度変更点（Ｂ１〜Ｂ３）を有する動作制御を行う、請求項３に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項５】
上記動作速度変更点は、拡径動作終了時点における上記円筒体の拡径直径に対して９５％から９６％間のいずれかの直径に円筒体が達した時点である、請求項４に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項６】
上記駆動装置は少なくとも１台であり、上記エキスパンド型は駆動装置の台数の２以上の整数倍に対応した個数であり、複数のエキスパンド型と上記駆動装置とを相対的に移動させて各エキスパンド型にて駆動装置を共用させる移動装置（２１０）をさらに備えた、請求項１から５のいずれかに記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の製缶用エキスパンダー（１０１）と、
拡径前の円筒体を上記製缶用エキスパンダーへ搬入する円筒体搬送装置（２２０）と、
上記製缶用エキスパンダーへ搬入された上記円筒体に関して、エキスパンド型の外周面側に対する配置用進入及び拡径処理後退避を行う円筒体進退装置（２３０）と、
上記製缶用エキスパンダー、上記円筒体搬送装置、及び上記円筒体進退装置と電気的に接続され、上記円筒体の搬送、進退、並びに、エキスパンド型の拡径及び縮径の各動作を制御する制御装置（２４０）と、
を備えたことを特徴とする製缶システム。
【請求項８】
拡径加工を要する金属容器における拡径前の円筒体（２０）の内側に配置され上記円筒体の拡径を行うエキスパンド型（１）と、
上記エキスパンド型の内側に配置された駆動軸（１１）に連結され、上記エキスパンド型の軸方向に上記駆動軸を駆動して上記エキスパンド型をその直径方向において拡径及び縮径の動作を行う駆動装置と、
上記駆動装置の動作制御を行う制御装置（２４０）と、を備え、
上記エキスパンド型は、全体形状が略円筒形であり、その周方向に分割された円弧面を有する複数のセグメント（２）を有し、静止状態にある上記円筒体に対して上記駆動装置によって、上記円筒体の直径方向（２１）のみに沿ってそれぞれの上記セグメントを放射状に広げて上記円筒体の内周面（２０ａ）を押圧して上記円筒体の拡径を行う、
製缶用エキスパンダーであって、
上記駆動装置は、
サーボモーター（１１０）と、このサーボモーターと上記駆動軸との間に接続されサーボモーターによる回転運動を往復運動に変換して上記駆動軸を上記エキスパンド型の軸方向に移動させるクランク機構（５１，５２）とを有し、
上記制御装置は、上記サーボモーターの動作制御を行い、上記円筒体に対するエキスパンド型の拡径動作を縮径動作に比べてより長い時間で実行する、
ことを特徴とする製缶用エキスパンダー。
【請求項９】
上記拡径加工を要する金属容器はペール缶であり、上記円筒体はペール缶の胴体部である、請求項８に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項１０】
上記制御装置は、上記拡径動作における開始時点から終了時点の間に、高速から低速へ速度変更を行う少なくとも一つの動作速度変更点（Ｂ１〜Ｂ３）を有する動作制御を行う、請求項８又は９に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項１１】
上記動作速度変更点は、拡径動作終了時点における上記円筒体の拡径直径に対して９５％から９６％間のいずれかの直径に円筒体が達した時点である、請求項１０に記載の製缶用エキスパンダー。
【請求項１２】
製缶用エキスパンダー、又はこの製缶用エキスパンダーを備えた製缶システムにて実行される製缶用エキスパンド加工方法であって、
ここで上記製缶用エキスパンダーは、拡径加工を要する金属容器における拡径前の円筒体（２０）の内側に配置され上記円筒体の拡径を行うエキスパンド型（１）と、
上記エキスパンド型の内側に配置された駆動軸（１１）に連結され、上記エキスパンド型の軸方向に上記駆動軸を駆動して上記エキスパンド型をその直径方向において拡径及び縮径の動作を行う駆動装置と、を備え、
上記エキスパンド型は、全体形状が略円筒形であり、その周方向に分割された円弧面を有する複数のセグメント（２）を有し、静止状態にある上記円筒体に対して上記駆動装置によって、上記円筒体の直径方向（２１）のみに沿ってそれぞれの上記セグメントを放射状に広げて上記円筒体の内周面（２０ａ）を押圧して上記円筒体の拡径を行う、
製缶用エキスパンダーであり、
上記製缶用エキスパンド加工方法は、
制御装置（２４０）によって上記駆動装置を制御して、上記円筒体に対する上記エキスパンド型の拡径動作を縮径動作に比べてより長い時間で実行する、
ことを特徴とする製缶用エキスパンド加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製円筒体の周面に対して当該円筒体の軸方向に沿ってテーパー加工を施すための製缶用エキスパンダー、この製缶用エキスパンダーを含む製缶システム、及び製缶用エキスパンダーにおいて実行される製缶用エキスパンド加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＪＩＳ  Ｚ  １６２０（１９９５年）に規定される「鋼製ペール」に準拠したペール缶等では、鋼製円筒体の周面に対して、当該円筒体の軸方向に沿ってテーパー加工を施したものが存在する。尚、テーパー加工が施されるペール缶の場合、その種類としては、ペール缶の軸方向における缶中央部から底部にかけて先細りに成型されたテーパータイプと、このような先細り成型を施さず地板付近のみを天板部に比して小径としたストレートタイプ（ネックインタイプを含む）とがある。
【０００３】
このようなテーパー加工の手順は、ペール缶となる薄鋼板をまず円筒形状に丸め、その周方向における薄鋼板端部の両ラップ部をマッシュシーム溶接して、拡径前の円筒体を形成する。そして、この円筒体に対して、図５に示すようなエキスパンダー１０によってテーパー加工が施される。
ここでエキスパンダー１０は、中空のエキスパンド型１と、エキスパンド型１に挿入される駆動軸１１と、エキスパンド型１の軸方向に沿って駆動軸１１を駆動する駆動装置１２とを備える。
ここでエキスパンド型１は、全体形状が略円筒形であり、その外周面が上述のテーパータイプあるいはストレートタイプに対応した形状に成型された金型に相当し、図６に示すように、その周方向１ａに沿って分割された円弧面２ａを有する複数の、一例として１６個の、セグメント２で構成される。駆動軸１１は、エキスパンド型１に係合し、かつエキスパンド型１の軸方向１ｃに沿って可動なシャフトである。駆動軸１１には、くさび状の部材１１ａを設け、一方、エキスパンド型１内には、くさび状部材１１ａと係合するテーパー部２ｂが形成されている。
【０００４】
よって、エキスパンダー１０は、駆動装置１２によって駆動軸１１をその軸方向１ｃに移動させることで、テーパー部２ｂに沿ってくさび状部材１１ａを移動させ、これによりエキスパンド型１を、図６に示す各セグメント２が閉じた状態から放射状に開いた状態に、また逆に、開いた状態から閉じた状態に、変形可能である。
【０００５】
このような構成において、閉じた状態にあるエキスパンド型１が拡径前の初期状態にある円筒体２０の内側に位置するように、エキスパンド型１及び円筒体２０を配置する。そして、上述のように、駆動軸１１を移動させて、エキスパンド型１の各セグメント２を円筒体２０の直径方向２１へ放射状に移動させてエキスパンド型１を開くことで、円筒体２０の内周面２０ａは、円筒体２０の直径方向２１へ押圧される。これにより円筒体２０の拡径が行われ、ペール缶胴体部が成型される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２０３３５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２９８８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
駆動軸１１を駆動する駆動装置１２としては、従来、機械式あるいは油圧式の各駆動装置が存在する。
機械式駆動装置は、駆動源としてのモーターと、該モーターによる回転運動を上述の駆動軸１１の直線運動に変換する機構部とを有する。この機構部には、フライホイール、クラッチ・ブレーキ、クランクシャフト、コネクチングロッドが備わる。このような機械式装置は、モーターでフライホイールを回転させ、乾式のクラッチ・ブレーキを介してクランクシャフトを回転させ、クランクシャフトに連結したコネクチングロッドによって駆動軸１１を直線運動させる。これによって、上述のようにエキスパンド型１の開閉を行い、ペール缶胴体部の成型がなされる。
【０００８】
一方、このような構成及び動作を有する機械式駆動装置では、以下のような問題が存在する。
即ち、機械式駆動装置では、モーター及びフライホイールは常時回転動作しており、成型動作の実行及び停止は、クラッチ・ブレーキの接続及び遮断によって行われる。約１．３秒／１缶の速度で円筒体２０の成型を行うことから、クラッチ・ブレーキ部分の動作回数は非常に多くなる。よって必然的にクラッチ・ブレーキ部分のメンテナンス作業が多くなるという問題がある。また、機構部は金属製部材で構成されていることから、騒音が大きい、設備が大きく整備費が高いという問題もある。さらには、成型動作において、例えば拡径動作を比較的緩やかに行い、拡径後のエキスパンド型１の閉動作を迅速に行う、というような成型動作速度の変更は行うことができず、成型動作に柔軟性がない。この拡径動作速度は、成型物の成型時における傷発生の有無と関係することから、成型動作に柔軟性がないことは、成型物の品質を低下させるという問題にもつながる。
【０００９】
一方の油圧式駆動装置は、油圧ポンプ及び油圧シリンダを備え、油圧ポンプで高圧の油圧を発生させ、油圧シリンダで駆動軸１１を直線運動させる。これによって、上述のようにエキスパンド型１を開き、ペール缶胴体部の成型がなされる。
このような油圧式駆動装置では、機械式駆動装置に比べると騒音及び設備に関する問題は解消される。しかしながら、ペール缶の成型の場合には約６ＧＰａの油圧力が必要である。このような高圧力のため、油圧配管及び継手部分等からの慢性的な油漏れが発生し、その作業費用も含めて油圧式駆動装置の維持管理費用が無視できないという問題がある。また、機械式駆動装置と同様に、油圧式駆動装置においても成型動作速度の変更は行うことができず、成型動作に柔軟性がないという問題もある。
【００１０】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、騒音及び設備整備費の問題を低減でき、かつ成型動作に柔軟性を有する、製缶用エキスパンダー、製缶システム、及び製缶用エキスパンド加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における製缶用エキスパンダーは、拡径加工を要する金属容器における拡径前の円筒体の内側に配置され上記円筒体の拡径を行うエキスパンド型と、
上記エキスパンド型の内側に配置された駆動軸に連結され、上記エキスパンド型の軸方向に上記駆動軸を駆動して上記エキスパンド型をその直径方向において拡径及び縮径の動作を行う駆動装置と、を備え、
上記エキスパンド型は、全体形状が略円筒形であり、その周方向に分割された円弧面を有する複数のセグメントを有し、上記駆動装置によって、上記円筒体の直径方向に沿ってそれぞれの上記セグメントを放射状に広げて上記円筒体の内周面を押圧して上記円筒体の拡径を行う、
製缶用エキスパンダーであって、
上記駆動装置は、
モーターと、ボールねじとを備え、
このボールねじは、
上記モーターに連結した回転シャフトと、
この回転シャフトに係合しかつ上記エキスパンド型の上記駆動軸に連結したナットであって、上記モーターによる上記回転シャフトの回転運動を直線運動に変換して上記駆動軸を駆動し、上記エキスパンド型の拡径及び縮径を行うナットと、を有する、
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２態様における製缶システムは、第１態様における製缶用エキスパンダーと、
拡径前の円筒体を上記製缶用エキスパンダーへ搬入する円筒体搬送装置と、
上記製缶用エキスパンダーへ搬入された上記円筒体に関して、エキスパンド型の外周面側に対する進入及び退避を行う円筒体進退装置と、
上記製缶用エキスパンダー、上記円筒体搬送装置、及び上記円筒体進退装置と電気的に接続され、上記円筒体の搬送、進退、並びに、エキスパンド型の拡径及び縮径の各動作を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第３態様における製缶用エキスパンド加工方法は、製缶用エキスパンダー又はこの製缶用エキスパンダーを備えた製缶システムにて実行される製缶用エキスパンド加工方法であって、制御装置によって、円筒体に対するエキスパンド型の拡径動作を縮径動作に比べてより長い時間で実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１態様における製缶用エキスパンダーによれば、エキスパンド型を駆動する駆動装置として、モーターとボールねじとを備えた。これにより、従来の機械式駆動装置に比べると、フライホイール及びクラッチ・ブレーキの機構部分が不要となり騒音及び設備に関する問題は存在しない。また、油圧機構を使用しないことから、油漏れ等の発生はなく、装置の維持管理費用が高額になることもない。さらに、ボールねじの採用によって、駆動源であるモーターを電気的に制御することで、成型動作速度を容易に制御することができ、柔軟性のある成型動作が可能となる。即ち、円筒体の拡径加工では、比較的緩やかにエキスパンド型を動作させて、拡径後は急速にエキスパンド型を縮径させ、拡径後の円筒体をエキスパンド型から迅速に退避させることができる。緩やかに拡径加工を行うことで、エキスパンド型の表面に傷等が発生するのを抑えることができ、エキスパンド型の寿命を従来に比べて長くすることができる。それに伴い、加工される円筒体にも傷等の発生を低減することができ、製品の品質向上を図ることができる。さらに、拡径後は急速にエキスパンド型を縮径させることで、円筒体の加工に要する全体工程時間を従来と同じ時間内に収めることができる。
【００１５】
また、本発明の第２態様における製缶システムによれば、第１態様における製缶用エキスパンダーを備えることから、騒音及び設備整備費の問題を低減でき、かつ成型動作に柔軟性を有する製缶システムを提供することが可能となる。また、柔軟な成型動作により、エキスパンド型における傷の発生を抑えることができ、エキスパンド型の寿命を従来に比べて長くすることができる。それに伴い、加工される円筒体にも傷等の発生を低減することができ、製品の品質向上を図ることも可能となる。
【００１６】
また、本発明の第３態様における製缶用エキスパンド加工方法によれば、円筒体に対するエキスパンド型の拡径動作を縮径動作に比べてより長い時間で実行することから、エキスパンド型における傷の発生を抑えることができ、エキスパンド型の寿命を従来に比べて長くすることができる。それに伴い、加工される円筒体にも傷等の発生を低減することができ、製品の品質向上を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における製缶用エキスパンダーの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２における製缶システムの概略構成を示す図である。
【図３Ａ】実施の形態１及び実施の形態２において、制御装置が実行する製缶用エキスパンド加工方法を説明するグラフである。
【図３Ｂ】図３Ａに示す製缶用エキスパンド加工方法の変形例を説明するグラフである。
【図３Ｃ】図３Ａ及び図３Ｂに示す製缶用エキスパンド加工方法の更なる変形例を説明するグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１、２における製缶用エキスパンダーの変形例における概略構成を示す図である。
【図５】従来のエキスパンダーの構成を示す図である。
【図６】図４に示すエキスパンド型の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態である製缶用エキスパンダー、製缶システム、及び製缶用エキスパンド加工方法について、図を参照しながら以下に説明する。ここで製缶システムは、製缶用エキスパンダーを含むシステムに相当し、製缶用エキスパンド加工方法は、製缶用エキスパンダーあるいは製缶システムにおける、製缶用エキスパンダー対する拡径及び縮径の各動作方法、より詳しくは円筒体に対して実行される拡径動作方法及び製缶用エキスパンダーの縮径動作方法に相当する。
尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１９】
また、以下に説明する本発明の各実施形態では、製缶用エキスパンダー及び製缶システムにおける加工対象物として、ＪＩＳ  Ｚ  １６２０（１９９５年）に規定される「鋼製ペール」に準拠したペール缶を例に採る。しかしながら、加工対象物は、ペール缶に限定するものではなく、例えば飲料用缶等も対象に含まれる。具体的には鋼製円筒体の板厚において約０．５ｍｍまでの円筒体で、かつ円筒体長さにおいて約５００ｍｍまでの円筒体が相当する。また、円筒形状に限定されず、例えば四角筒などの多角形の筒状体も対象に含まれる。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施形態である製缶用エキスパンダー１０１の構成を図示している。この製缶用エキスパンダー１０１は、モーターの一例に相当するサーボモーター１１０と、ボールねじ１２０と、エキスパンド型１とを有する。ここでエキスパンド型１は、上で既に説明したエキスパンド型と同様の構成を有する金型であり、上述のセグメント２、テーパー部２ｂ、駆動軸１１、くさび状部材１１ａなどの構成部分を有する。よって、製缶用エキスパンダー１０１は、図５に示すエキスパンダー１０の駆動装置１２を、サーボモーター１１０及びボールねじ１２０に置き換えた構成に相当する。以下に各構成部分について説明を行う。
【００２１】
サーボモーター１１０は、電源装置１１１からの電力及び制御信号の供給により、加工対象物における拡径動作に見合う駆動力を発生可能な出力を有するものであり、減速機を含むものである。本実施の形態では、サーボモーター１１０を使用するが、例えばパルスモーター等の、被駆動体における位置決め制御が可能な構成を有する他のモーター類を使用することも可能である。
【００２２】
ボールねじ１２０は、加工対象物における拡径動作に要する駆動力に耐えうる構造を有するものであり、主な構成部分として、継手１１８を介してサーボモーター１１０に連結した回転シャフト１２１と、ナット１２２とを有する。ナット１２２は、回転シャフト１２１に係合し、かつエキスパンド型１の駆動軸１１に連結部材１２３を介して連結される。またナット１２２は、回り止め１２２ａを有し、回転シャフト１２１の回転に伴うナット自身の回転が防止される。このようなナット１２２は、サーボモーター１１０による回転シャフト１２１の回転運動を直線運動に変換する。よってナット１２２は、回転シャフト１２１の回転に応じてエキスパンド型１の軸方向１ｃに移動し、駆動軸１１を駆動して、その結果、エキスパンド型１の各セグメント２に対する拡径及び縮径の各動作を行う。
【００２３】
連結部材１２３は、ナット１２２に取り付けられており、ナット１２２と共に軸方向１ｃに移動する。また連結部材１２３は、駆動軸１１と接続可能な接続部１２３ａを有し、駆動軸１１との連結及び連結解除を可能とする。接続部１２３ａは、本実施の形態では駆動軸１１と係合可能な凹凸形状で構成しているが、該形状に限定されず、駆動軸１１の連結及び連結解除の機能を達成可能な形状及び機構を有することができる。
【００２４】
以上のような構成を有する製缶用エキスパンダー１０１の動作について以下に説明する。尚、初期状態として、エキスパンド型１の各セグメント２は閉じた状態にあるとする。
電源装置１１１からの電力及び制御信号の供給に従い、サーボモーター１１０は作動し、継手１１８を介して、規定の回転数にて、ボールねじ１２０の回転シャフト１２１を回転させる。回転シャフト１２１の回転に伴い、エキスパンド型１の各セグメント２を開く方向へ、ナット１２２が軸方向１ｃに沿って移動する。ナット１２２のこの移動に伴い、連結部材１２３で連結されている、エキスパンド型１における駆動軸１１が軸方向１ｃに沿って移動、図１では上昇方向に移動、する。この駆動軸１１の移動により、既に説明したように、テーパー部２ｂに沿ってくさび状部材１１ａが移動してくさび状部材１１ａとテーパー部２ｂとの係合状態が変化し、エキスパンド型１の各セグメント２は、閉じた状態から放射状に開いた状態に変化する。この開動作により、エキスパンド型１の外周面側に配置した円筒体の拡径が行われる。
【００２５】
開動作後、サーボモーター１１０の出力軸を逆回転させることで、ボールねじ１２０のナット１２２を軸方向１ｃにおいて逆向きに移動させて、エキスパンド型１の駆動軸１１を軸方向１ｃにおいて逆向きに移動、図１では下降方向に移動、させる。これにより、くさび状部材１１ａとテーパー部２ｂとの係合状態が変化し、エキスパンド型１の周囲に設けたスプリング３のバネ力により、各セグメント２は開状態から閉状態に戻る。
【００２６】
サーボモーター１１０の出力軸の回転数は、電源装置１１１から供給される制御信号によって変化させることができる。よってエキスパンド型１の上述の開、閉動作において、従来と同様に、開、閉の各動作を同じ速度にて実行することもできるが、異なる速度で実行することもできる。例えば、エキスパンド型１の拡径動作を縮径動作に比べてより長い時間で実行することができる。このような動作速度制御については追って詳しく説明する。
【００２７】
図１に示す製缶用エキスパンダー１０１では、駆動装置に相当する、サーボモーター１１０及びボールねじ１２０の構成部分が１台で、エキスパンド型１も１個である構成を示している。しかしながら、このような駆動装置とエキスパンド型とが１対１の関係に限定されず、駆動装置は少なくとも１台であり、エキスパンド型１は駆動装置の台数の整数倍に対応した個数にて、製缶用エキスパンダーを構成することもできる。複数個のエキスパンド型１を設ける場合、複数の成型形状、例えば上述したテーパータイプ及びストレートタイプ（ネックインタイプを含む）、に対応して複数種のエキスパンド型１を配置することができる。このように複数個のエキスパンド型１を設けたときには、複数のエキスパンド型１と駆動装置とを相対的に移動させて各エキスパンド型１にて駆動装置を共用させる移動装置２１０（図２）を備える。この移動装置２１０についても以下で説明する。
【００２８】
実施の形態２．
次に図２を参照して、上述した製缶用エキスパンダー１０１を備えた製缶システム２００について説明を行う。尚、当該製缶システム２００においても、加工対象物としてペール缶を例に採る。
図２に示す製缶システム２００は、製缶用エキスパンダー１０１を２台、エキスパンド型１をさらに２個加えて合計４個、上述の移動装置２１０、円筒体搬送装置２２０、円筒体進退装置２３０、及び制御装置２４０を備える。尚、当該製缶システム２００では、エキスパンド型１は、左側２個が上述したストレートタイプ（ネックインタイプを含む）用であり、右側２個が上述のテーパータイプ用のものである。
【００２９】
本実施の形態では図示するように、駆動装置に相当する、サーボモーター１１０及びボールねじ１２０の構成部分が２組で、エキスパンド型１を上述のように２種類として計４個設けている。このように異形状のエキスパンド型１を複数個ずつ設けることで、型替時間を短縮でき、かつ一度に複数缶の加工が可能であり、製造工程のスピードアップを図ることができる。
以下に各構成部分について説明する。
【００３０】
円筒体搬送装置２２０は、一列に配列された４個のエキスパンド型１の配置間隔に一致させた状態で列状に配置されたペール缶用の円筒体２０を製缶用エキスパンダー１０１の設置場所へ搬入し、また、拡径された円筒体２０を搬出する装置である。円筒体搬送装置２２０の一例としては、チェーンコンベア式の装置である。図２の形態では、円筒体搬送装置２２０は、円筒体２０を右側から左側へ搬送する。
円筒体進退装置２３０は、製缶用エキスパンダー１０１の設置場所へ搬入された円筒体２０をエキスパンド型１の外周面側へ上昇させ、かつエキスパンド型１から退避させる装置である。
制御装置２４０は、製缶用エキスパンダー１０１、実施の形態１で説明した移動装置２１０、円筒体搬送装置２２０、及び円筒体進退装置２３０と電気的に接続され、円筒体２０の搬送、進退、並びに、エキスパンド型の拡径及び縮径の各動作を制御する装置である。
【００３１】
ここで制御装置２４０は、例えばコンピュータを用いて実現でき、製缶用エキスパンダー１０１、移動装置２１０、円筒体搬送装置２２０、及び円筒体進退装置２３０をそれぞれ動作させるプログラム、このプログラムを実行するためのＣＰＵ及びメモリ等のハードウェアから構成されている。
【００３２】
以上のように構成された製缶システム２００における動作について、以下に説明する。尚、初期状態として、それぞれのエキスパンド型１の各セグメント２は閉じた状態にあるとする。また、下記の各動作は、動作制御プログラムに従い制御装置２４０によって制御され実行される。
【００３３】
まずステップ１では、エキスパンド型１の設置個数の例えば整数倍の個数が規定間隔で配列された円筒体２０を、各エキスパンド型１と同心軸上に、円筒体搬送装置２２０にて搬入する。
次のステップ２では、円筒体進退装置２３０が作動し、例えばテーパータイプ用のエキスパンド型１の個数に対応した、本実施形態では２個の円筒体２０が規定位置まで上昇し、各円筒体２０の内側に各エキスパンド型１が配置される。
【００３４】
次のステップ３では、実施の形態１にて既に説明したように、２台の製缶用エキスパンダー１０１が同時に作動して円筒体２０の拡径動作が実行され、拡径動作終了後、各エキスパンド型１の縮径動作が行われエキスパンド型１が閉じられる。
【００３５】
このようにして２個の円筒体２０について拡径加工が終了した後、ステップ４では、円筒体進退装置２３０が作動し、２個の円筒体２０を下降させて円筒体搬送装置２２０に載置する。載置後、ステップ５にて、円筒体搬送装置２２０が作動し、加工済の２個の円筒体２０は次工程側へ搬送されるとともに、上述のステップ１と同様に、未加工の新たな２個の円筒体２０が各エキスパンド型１と同心軸上に搬入される。
そして再び上述のステップ２以降の処理が開始される。例えば次動作において、図２に示す左側２個のストレートタイプのエキスパンド型１にて拡径動作を行う場合には、本実施の形態では、駆動装置に相当する、サーボモーター１１０及びボールねじ１２０の構成部分は固定されており、一列に配置されている４個のエキスパンド型１を移動装置２１０にて移動させて、左側２個の、ストレートタイプのエキスパンド型１を駆動装置と連結させる。
【００３６】
次に、ステップ３における、円筒体２０の拡径動作と、エキスパンド型１の縮径動作との速度制御について、換言すると製缶用エキスパンド加工方法について、図３Ａから図３Ｃを参照して説明する。既述したように、この製缶用エキスパンド加工方法は、制御装置２４０の制御により実行される。
既に説明したように、製缶用エキスパンダー１０１では、駆動源としてサーボモーター１１０を用い、かつボールねじ１２０を採用したことから、サーボモーター１１０の出力軸回転数を電気的に制御することができ、成型動作速度を容易に制御することが可能である。したがって、従来に比べて柔軟性のある、円筒体２０の成型動作が可能となる。この柔軟性のある成型動作により、従来技術では達成できなかった下記のような優れた効果を得ることが可能である。
【００３７】
即ち、製缶用エキスパンダー１０１における円筒体２０の拡径加工は、説明したように、エキスパンド型１が円筒体２０の内周面２０ａを直径方向２１に押し広げることでなされるが、このとき、エキスパンド型１の各セグメント２の円弧面２ａと円筒体２０の内周面２０ａとの間には擦れが発生する。よって従来から、セグメント２の円弧面２ａには傷が発生し、この傷の発生は、エキスパンド型１の寿命に関連する。また、セグメント２における傷は、新たな円筒体２０の内周面２０ａに擦り傷を形成することにもなる。さらに、各セグメント２の円弧面２ａにおける傷は、円弧面２ａと円筒体２０の内周面２０ａとの摩擦をより大きくし、擦り傷の発生を加速させる。さらにまた、円筒体２０の材料がティンフリースチールの場合には、円弧面２ａの傷が素材表面のメッキを削り、その微粒子が各セグメント２の円弧面２ａに付着することにより、擦り傷の発生を加速させてしまうという問題もある。
【００３８】
一方、各セグメント２の円弧面２ａにおける傷の発生を防止する手法としては、円筒体２０の内周面２０ａに潤滑剤を塗布する、合成樹脂塗装を行う、及び、缶材を選択する等の手法がある。しかしながらこれらの手法は、顧客側の要求によっては採用できない場合もあり、出願人のような缶製造者側の意向で任意的に採用できる事項ではない。
【００３９】
また、各セグメント２の円弧面２ａにおける傷の発生を低減させるため、セグメント２の材質の改良、例えばハードクロムメッキ、テフロン（登録商標）処理、窒化処理、及び、チタン処理等の少なくとも一つを行うことで、各セグメント２の円弧面２ａの滑り性及び耐摩耗性の向上を図っている。しかしながら、未だ満足する結果が得られるには至っていない。
【００４０】
このような状況下において、出願人は、円筒体の拡径動作速度とエキスパンド型１の寿命との間には関連性があることを見出した。
尚、円筒体２０の加工に要する全体工程時間、図３Ａに示す「Ｔ」時間、を考慮しなければ、従来の機械式及び油圧式の各駆動装置を用いた拡径動作であっても拡径動作に要する時間を長く取れば、上述の傷発生を抑えることは可能である。しかしながら、上述のステップ１から５の説明からも明らかなように、製缶効率上、上記「Ｔ」時間を無視することは非現実的であり、上記「Ｔ」時間は可能な限り短くする必要がある。
即ち、本実施形態における製缶用エキスパンド加工方法では、最長でも従来と同じ「Ｔ」時間を確保しながら、円筒体２０の拡径加工動作では比較的緩やかにエキスパンド型１の拡径動作を行うことで、エキスパンド型の各セグメント２の円弧面２ａに傷等が発生するのを抑える。その結果、エキスパンド型の寿命を従来に比べて長くすることができ、それに伴い、加工される円筒体２０にも傷等の発生を低減することができ、製品の品質向上を図ることができることにもつながる。
【００４１】
図３Ａを参照してさらに詳しく説明する。図３Ａにおいて、Ｘ軸は作業時間を、Ｙ軸は円筒体２０の拡径寸法を示し、「Ｔ」は上述のように拡径及び縮径に要する全体工程時間であり、「ａ」は円筒体２０の拡径動作における最大寸法を示す。尚、「ａ」は、製品時での円筒体２０の拡径寸法、本実施形態ではφ２８６ｍｍ、に相当する。本来、エキスパンド型１の拡径寸法をＹ軸に取るべきであるが、円筒体２０の使用材料によれば円筒体２０の拡径寸法と見なしても問題はない。但し、いわゆるスプリングバックが生じるような材料を用いる場合には、円筒体の拡径寸法としてスプリングバック量を考慮して拡径動作を行えば良い。また、図３Ａにおける原点位置は、円筒体２０の拡径開始時点に対応し、例えばペール缶の場合では円筒体２０の直径でφ２７２ｍｍである。
【００４２】
図３Ａには、従来の機械式及び油圧式の各駆動装置を用いた拡径及び縮径動作２５５を点線で示している。図示するように、従来の拡径及び縮径動作２５５では、従来の機械式及び油圧式のいずれの駆動装置においても、円筒体２０の拡径開始時点から最大寸法「ａ」（「Ａ１」点）に至るまでの拡径動作、及び、「Ａ１」時点からエキスパンド型１の縮径終了に至るまでの縮径動作において、エキスパンド型１の拡径及び縮径の速度は同じであり、等速である。よって、エキスパンド型１の拡径に要する時間「ｔ１」と、縮径に要する時間「ｔ２」とは同一時間である。また、時間ｔ１と時間ｔ２とを加えた時間が円筒体２０の加工に要する「Ｔ」時間である。
【００４３】
これに対して、本実施形態における製缶用エキスパンド加工方法は、図３Ａに実線で示す拡径及び縮径動作２５１に従い実行される。ここで、「Ａ２」は、上述の「Ａ１」と同様に、拡径により円筒体２０が最大寸法「ａ」に到達する時点であり、「Ｂ１」は、動作速度変更点である。この動作速度変更点Ｂ１は、円筒体２０の拡径開始時点からＡ２点までの間にあり、エキスパンド型１の拡径動作速度を変更させる点である。即ち、動作速度変更点Ｂ１は、エキスパンド型１の拡径動作速度を高速から低速へ切り替える点である。また、円筒体２０の拡径開始時点から、動作速度変更点Ｂ１を通りＡ２点に至るまでの時間ｔ３がエキスパンド型１の拡径動作に要する時間となる。
【００４４】
ここで動作速度変更点Ｂ１は、円筒体２０の拡径動作において、セグメント２の円弧面２ａに際立った傷が発生し始める時点であり、出願人が見出したポイントである。よって「動作速度変更点」は「傷発生開始点」と読み替えることも可能である。また、傷の発生は、拡径動作において円筒体２０が弾性変形域から塑性変形域に移行する時点から生じることも見出した。よって動作速度変更点Ｂ１は、円筒体２０が弾性変形域から塑性変形域に移行する点とも言える。具体的には、動作速度変更点Ｂ１は、拡径動作終了時（つまり上記「Ａ２」点）における円筒体２０の拡径された直径（つまり上記最大寸法「ａ」）に対して９５％から９６％間のいずれかの直径に達する時点が相当する。
したがって、特に、動作速度変更点Ｂ１からＡ２点に至るまでのエキスパンド型１の拡径動作速度を、従来における拡径動作速度よりも遅くなるように制御することで、セグメント２の円弧面２ａにおける傷の発生、ひいては円筒体２０の内周面２０ａにおける傷の発生を、従来に比べて抑えることが可能となる。
【００４５】
また、図示からも明らかなように、本実施形態における製缶用エキスパンド加工方法では、拡径動作に要する時間ｔ３は、従来の拡径動作に要する時間ｔ２よりも長くなる。
一方、このように本実施形態における製缶用エキスパンド加工方法では円筒体２０の拡径加工動作速度を従来に比べて遅くした分、Ａ２点からの、エキスパンド型１の縮径動作速度を従来に比べて速くすることで、円筒体２０の加工に要する「Ｔ」時間を従来と同一時間内に収めている。Ａ２点から、エキスパンド型１の縮径終了に至るまでの時間は「ｔ４」であり、図示からも明らかなように、時間ｔ４は従来の時間ｔ２に比べて短い。
【００４６】
繰り返しになるが、このような製缶用エキスパンド加工方法は、例えばサーボモーター等によるモーターにてエキスパンド型１の拡径及び縮径の各動作を行うように構成したことで可能になる。よって、例えばサーボモーターのような、被駆動体における位置決め制御が可能な構成を有する他のモーター類を使用して、本実施形態における製缶用エキスパンド加工方法を採用することで、エキスパンド型１を駆動する駆動軸１１の昇降を行う機構としては、本実施形態におけるボールねじ１２０を用いた機構に限らず、従来のクランクシャフトを用いた機構でも良い。ここで、クランクシャフトを用いる構成では、従来のフライホイール及びクラッチ・ブレーキは不要となり、図４に示すように、上記モーターの出力軸を直接クランクシャフト５１に接続し、クランクシャフトに連結したコネクチングロッド５２によって駆動軸１１を直線運動させる構成となる。
【００４７】
また、動作速度変更点Ｂ１は、図３Ａに示すようなポイントに限定するものではない。つまり、図３Ｂに示す「Ｂ２」あるいは「Ｂ３」に示すようなポイントを動作速度変更点に設定することもできる。ここで動作速度変更点Ｂ２は、従来の拡径動作速度上に設定した場合であり、動作速度変更点Ｂ３は、従来の拡径動作速度よりも速い速度上に設定した場合である。いずれの場合でも、動作速度変更点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３からＡ２点に至るまでのエキスパンド型１の拡径動作速度（「第２拡径動作速度」と記す）は、円筒体２０の拡径開始時点から動作速度変更点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に至るまでのエキスパンド型１の拡径動作速度（「第１拡径動作速度」と記す）よりも遅く、また、従来の拡径及び縮径動作２５５における一様な速度よりも遅い。
【００４８】
さらにまた、図３Ａ及び図３Ｂでは、第２拡径動作速度は等速であるが、等速に限定されずに、一例として図３Ｃに示すように、複数の速度変更点Ｃ（Ｃ１からＣ３）を設けても良い。あるいはまた、第２拡径動作速度は、図３Ｃに示すような階段状の速度変化ではなく、曲線状の速度変化としてもよい。
以上の説明から、本実施形態における製缶用エキスパンド加工方法では、円筒体２０に対して拡径を開始した時点から拡径が終了するＡ２点に至るまでの間において、エキスパンド型１の拡径動作速度を変更する少なくとも一つの変更点が備わる。
【００４９】
また、以上説明した実施の形態１及び実施の形態２における製缶用エキスパンダー１０１において、以下のような変更を加えることも可能である。
即ち、製缶用エキスパンダー１０１に備わるボールねじ１２０には、円筒体２０の拡径動作に要する負荷が作用する。よってボールねじ１２０部分に、塵埃等が侵入すると摩擦が大きくなり、例えば発熱等の現象が生じ、ボールねじ１２０の寿命に影響が生じることも懸念される。
そこで、ボールねじ１２０への塵埃等の侵入を防止するように、例えば防塵具等をボールねじ１２０部分に取り付けても良い。また、発熱に対応して、冷却構造あるいは冷却装置をボールねじ１２０部分に取り付けあるいは設置してもよい。
【００５０】
また、各実施の形態において説明した内容を組み合わせた構成を採ることも可能であり、また、異なる実施の形態に示される構成部分同士を組み合わせることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、鋼製円筒体の周面に対して当該円筒体の軸方向に沿ってテーパー加工を施すための製缶用エキスパンダー、この製缶用エキスパンダーを含む製缶システム、及び製缶用エキスパンダーにおいて実行される製缶用エキスパンド加工方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１…エキスパンド型、２…セグメント、１１…駆動軸、２０…円筒体、
１０１…製缶用エキスパンダー。１１０…サーボモーター、１２０…ボールねじ、
１２１…回転シャフト、１２２…ナット、
２００…製缶システム、２１０…移動装置、２２０…円筒体搬送装置、
２３０…円筒体進退装置、２４０…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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