(57)【要約】【課題】円形断面缶のみならず非円形断面缶も扱うことのできる、応用範囲の広いカーリング加工装置及びカーリング方法を提供する。【解決手段】カーリング加工装置１は鼓形の加工面を有するローラ状カーリング工具４０で缶Ｃの口縁をカールさせる。二次元移動装置２０が缶Ｃを支持し、ピボット支持装置３０がカーリング工具４０を支持する。缶Ｃの口縁の１箇所がカーリング工具４０に接するようＸ軸サーボモータ２２とＹ軸サーボモータ２３が二次元移動装置２０の移動制御を行う。また缶Ｃの口縁とカーリング工具４０との接触箇所において、カーリング工具４０の回転軸線が当該箇所における缶Ｃの曲率中心を指向するようにθ軸サーボモータ３７がピボット支持装置３０を角度制御する。二次元移動装置２０とピボット支持装置３０との垂直方向の相対距離はＺ軸サーボモータ３４が制御する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鼓形の加工面を有するローラ状カーリング工具で缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置において、
前記缶を二次元移動装置に取り付け、缶の口縁の１箇所が前記カーリング工具に接するようこの二次元移動装置を移動制御するとともに、前記カーリング工具をピボット支持装置に取り付け、缶の口縁とカーリング工具との接触箇所において、カーリング工具の回転軸線が当該箇所における缶の曲率中心を指向するようにこのピボット支持装置を角度制御することを特徴とするカーリング加工装置。
【請求項２】
円形、楕円形、長円形、又は隅丸多角形のいずれかの断面形状を有する缶を加工対象とすることを特徴とする請求項１に記載のカーリング加工装置。
【請求項３】
前記二次元移動装置は水平面内で移動し、前記ピボット支持装置は垂直軸まわりに回転を行い、これら二次元移動装置とピボット支持装置とは垂直方向の相対距離を制御されるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーリング加工装置。
【請求項４】
二次元移動装置に取り付けた缶の口縁に、ピボット支持装置に取り付けたローラ状カーリング工具の鼓形加工面を接触させ、この接触箇所が缶の口縁を周回するように前記二次元移動装置を移動制御するとともに、前記周回の間、前記カーリング工具の回転軸線が前記接触箇所における缶の曲率中心を指向するように前記ピボット支持装置を角度制御し、さらに、前記二次元移動装置とピボット支持装置との相対距離を制御することを特徴とするカーリング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンデンサや電池の外装缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置及びカーリング加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解コンデンサや電池などでは、金属製外装缶に内容物と蓋を挿入した後、缶の口縁をカールさせて封口・密閉を行うのが一般的である。缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置としては、次のようなものが知られている。
【０００３】
特開平５−１８２８７７号公報や特開平６−８４７２０号公報には成形型を用いて缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置が記載されている。この装置は高速生産には適するが、所期のカール形状を得るのに予備成形から仕上成形まで複数の型を用意して順次カール度を大きくする必要があり、金型費が高くつく。また成形型は１種類の缶に対応するのみであり、缶が何種類もあればその種類と同数の型セットを用意しなければならない。
【０００４】
特開平６−１６８８５６号公報、特開平９−１２９５２１号公報、特開２０００−２７７３９５号公報などには鼓形の加工面を有するローラ状カーリング工具で缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置が記載されている。これらの装置によれば工具を交換することなく複数種類の缶のカーリング加工を行うことが可能であるが、ただしその缶は断面形状円形のものに限られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、円形断面缶のみならず非円形断面缶も扱うことのできる、応用範囲の広いカーリング加工装置及びカーリング加工方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、カーリング加工装置を次のように構成した。
【０００７】
（１）鼓形の加工面を有するローラ状カーリング工具で缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置において、前記缶を二次元移動装置に取り付け、缶の口縁の１箇所が前記カーリング工具に接するようこの二次元移動装置を移動制御するとともに、前記カーリング工具をピボット支持装置に取り付け、缶の口縁とカーリング工具との接触箇所において、カーリング工具の回転軸線が当該箇所における缶の曲率中心を指向するようにこのピボット支持装置を角度制御することとした。
【０００８】
この構成によれば、缶の口縁の異なる箇所が順次カーリング工具に接するよう二次元移動装置を制御し、またカーリング工具の回転軸線が接触箇所における缶の曲率中心を指向するようにピボット支持装置を制御することにより、非円形断面缶であっても連続的にカーリング加工を行うことができる。
【０００９】
（２）上記のようなカーリング加工装置において、円形、楕円形、長円形、又は隅丸多角形のいずれかの断面形状を有する缶を加工対象とすることとした。
【００１０】
この構成によれば、コーナーＲが小さすぎる缶以外は加工対象とすることができ、汎用性が高い。
【００１１】
（３）上記のようなカーリング加工装置において、前記二次元移動装置は水平面内で移動し、前記ピボット支持装置は垂直軸まわりに回転を行い、これら二次元移動装置とピボット支持装置とは垂直方向の相対距離を制御されるものであることとした。
【００１２】
この構成によれば、二次元移動装置として通常のＸ−Ｙテーブルを使用することができる。また二次元移動装置とピボット支持装置の垂直方向の相対距離を順次狭めて行くことにより、カール度を順次大きくして行くことができる。
【００１３】
また本発明では、次のようなカーリング加工方法を提案する。
【００１４】
（４）二次元移動装置に取り付けた缶の口縁に、ピボット支持装置に取り付けたローラ状カーリング工具の鼓形加工面を接触させ、この接触箇所が缶の口縁を周回するように前記二次元移動装置を移動制御するとともに、前記周回の間、前記カーリング工具の回転軸線が前記接触箇所における缶の曲率中心を指向するように前記ピボット支持装置を角度制御し、さらに、前記二次元移動装置とピボット支持装置との相対距離を制御することとした。
【００１５】
この方法によれば、缶の口縁とカーリング工具との接触箇所が缶の口縁を周回するように二次元移動装置を制御し、またカーリング工具の回転軸線が接触箇所における缶の曲率中心を指向するようにピボット支持装置を制御することにより、円形断面の缶のみならず、楕円形、長円形、又は隅丸多角形といった非円形断面缶であっても連続的にカーリング加工を行うことができる。また二次元移動装置とピボット支持装置の相対距離を制御することにより、カール度を自在に設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１４に基づき説明する。
【００１７】
図１はカーリング加工装置１の要部正面図である。カーリング加工装置１は次の構成要素を備える。すなわち図示しないフレームにより床上の適当な高さのところに水平に支持されたテーブル１０、テーブル１０の上面に垂直に立ち上がったコラム１１、テーブル１０の上に設置された二次元移動装置２０、及びコラム１１に昇降可能に支持されたピボット支持装置３０である。
【００１８】
二次元移動装置２０はＸ−Ｙテーブル２１を備える。Ｘ−Ｙテーブル２１はＸ軸サーボモータ２２及びＹ軸サーボモータ２３（図４参照）により水平面内で移動制御される。Ｘ−Ｙテーブル２１の上面にはバイスユニット２４が取り付けられている。バイスユニット２４は缶Ｃを直立状態で保持する。
【００１９】
図２の平面図に見られるように、バイスユニット２４は３個のジョー２５ａ、２５ｂ、２５ｃを有する。ジョー２５ａは平面形状Ｌ形であって、Ｘ−Ｙテーブル２１の上において位置不動である。ジョー２５ｂとジョー２５ｃはいずれも平面形状が直線状であって、互いに直角をなすように配置され、ジョー２５ｂはジョー２５ａの短辺に対向し、ジョー２５ｃはジョー２５ａの長辺に対向する。
【００２０】
ジョー２５ｂ、２５ｃは位置可変であり、Ｘ−Ｙテーブル２１の上面にＸ軸方向及びＹ軸方向に設けられた位置調節ねじ２６（図１参照）により、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に移動せしめられまた位置決めされる。図２においては紙面の上下方向がＸ軸方向となり、紙面の左右方向がＹ軸方向となる。ジョー２５ａ、２５ｂ、２５ｃのなす平面形状矩形の空間内に缶Ｃがはまり込む。ジョー２５ａの内側のコーナーは缶Ｃの移動を制御する際の座標原点となる。
【００２１】
コラム１１の側面には垂直なレール３２とこれに沿って昇降するスライダ３３からなる直線移動ユニット３１が取り付けられる。スライダ３３は図示しない送りねじに連結され、この送りねじをＺ軸サーボモータ３４が回転させることにより、上下方向の動きを与えられる。
【００２２】
スライダ３３からはブラケット３５が水平に突出し、これにピボット支持装置３０が支持される。ピボット支持装置３０の下端には垂直軸まわりに回転（θ回転）するθ軸テーブル３６が設けられている。θ軸テーブル３６はθ軸サーボモータ３７により回転せしめられる。
【００２３】
θ軸テーブル３６は鼓形の加工面を有するローラ状カーリング工具４０を回転自在に支持する。カーリング工具４０の加工面の中央部はθ回転の中心と一致する位置にある。
【００２４】
図３はカーリング工具４０の取付構造を示す部分拡大正面図で、要部を断面としたものである。カーリング工具４０は水平方向に配置されたシャフト４１の一端に固定される。シャフト４１は１対の軸受４３ａ、４３ｂにより軸受ハウジング４２に回転自在に支持される。θ軸テーブル３６から垂下したブラケット３７が軸受ハウジング４２を支持する。ブラケット３７には垂直方向にすり割り溝３８が設けられており、軸受ハウジング４２の上部をすり割り溝３８に挿入した後、ブラケット３７及び軸受ハウジング４２を水平に貫通するように２本のボルト４４ａ、４４ｂを通し、ボルト４４ａ、４４ｂを締め付けて軸受ハウジング４２を固定する。
【００２５】
ボルト４４ａ、４４ｂを通すブラケット３７側の穴は円弧状の長穴３８ａ、３８ｂとなっている。そのため、必要があるときはシャフト４１の軸線を傾斜させた状態で軸受ハウジング４２をブラケット３７に固定することができる。
【００２６】
図４は制御回路図で、モータに係る部分だけ抜き出して示したものである。５０は演算装置（いわゆるマイクロコンピュータ）を含む制御部であり、この制御部５０に、Ｘ軸サーボモータ２２、Ｙ軸サーボモータ２３、Ｚ軸サーボモータ３４、及びθ軸サーボモータ３７がそれぞれＸ軸サーボモータドライバ５１、Ｙ軸サーボモータドライバ５２、Ｚ軸サーボモータドライバ５３、及びθ軸サーボモータドライバ５４を介して接続されている。
【００２７】
次に、図５〜図１４の動作説明図を参照しつつカーリング加工装置１の動作を説明する。
【００２８】
最初に、バイスユニット２４のセッティングを行う。缶Ｃのサイズに合わせて可動側のジョー２５ｂ、２５ｃを位置決め固定した後、ジョー２５ａ、２５ｂ、２５ｃのなす平面形状矩形の空間に未加工の缶Ｃ（内容物と蓋が入っているもの）を口を上にして入れ、缶Ｃの底をＸ−Ｙテーブル２１の上面に着座させる。缶Ｃは平面形状長円形であり、長軸がＸ軸方向に一致する形で保持される。
【００２９】
用意が整ったところで図示しない操作パネルを通じ制御部５０に指令を出し、カーリング加工作業を開始させる。
【００３０】
二次元移動装置２０は、図５に見られるように、缶Ｃの一方の直線部の中央部をカーリング工具４０の鼓形加工面の中央部に一致させる。Ｚ軸サーボモータ３４はスライダ３３を下げ、カーリング工具４０にその加工面で缶Ｃの口縁を圧迫させる。カーリング工具４０の回転軸線はこの時、平面的に見て缶Ｃの直線部と直角をなす。すなわち直線部を半径無限大の円弧と考えた場合、カーリング工具４０の回転軸線はこの部分の曲率中心を指向する形になる。
【００３１】
続いて二次元移動装置２０を、缶Ｃの口縁とカーリング工具４０との接触箇所が缶Ｃの口縁を周回するように移動制御する。二次元移動装置２０は最初、図６に見られるように、円弧部の始点ががカーリング工具４０にさしかかるところまで、缶ＣをＸ軸方向に直線的に移動させる。缶Ｃの口縁が相対移動するにつれカーリング工具４０は従動回転し、その接する缶Ｃの口縁をカールさせて行く。図中の太い実線は缶Ｃの中心の軌跡を表す。
【００３２】
円弧部に入ると、今度はＸ軸サーボモータ２２だけでなくＹ軸サーボモータ２３も動作し、円弧部がその輪郭どおりカーリング工具４０の下を通るように缶Ｃを移動させる。これと同時にθ軸サーボモータ３７が動作し、円弧部がカーリング工具４０を通過する間中、カーリング工具４０の回転軸線が常に円弧部の曲率中心を指向するよう、θ軸テーブル３６の角度を変えて行く。図７から図９までがこの動きを表す。
【００３３】
図９はカーリング工具４０が円弧部の終点に達し、直線部の始点にさしかかったところである。二次元移動装置２０はこの後、もう一方の円弧部の始点まで、図１０のように缶ＣをＸ軸方向に直線的に移動させる。
【００３４】
もう一方の円弧部では、再びＸ軸サーボモータ２２とＹ軸サーボモータ２３が協調動作し、円弧部がその輪郭どおりカーリング工具４０の下を通るように缶Ｃを移動させる。θ軸サーボモータ３７も動作し、カーリング工具４０の回転軸線が円弧部の曲率中心を指向するよう、θ軸テーブル３６の角度を変えて行く。図１１から図１３までがこの動きを表す。
【００３５】
カーリング工具４０が直線部に入った後、二次元移動装置２０は缶ＣをＸ軸方向に直線的に移動させ、カーリング工具４０が図１４の位置、すなわちカーリング作業の原点位置に来るようにする。これによりカーリング工具４０と缶Ｃとの接触箇所は缶Ｃの口縁を１周分周回したことになる。なお直線部分においても円弧部分においても缶Ｃの口縁とカーリング工具４０との相対速度（周速）が一定になるよう二次元移動装置２０を制御する。
【００３６】
缶Ｃの口縁はカールしたものの、まだ所期の形状は得られていない。そこで、Ｚ軸サーボモータ３４を駆動してカーリング工具４０をもう一段下げ、さらに１周させる。このようにして所期のカール形状が得られるまで、缶Ｃとカーリング工具４０を何周か相対移動させる。カーリング工具４０のＺ軸方向の押し込み量と周回数は缶Ｃの形状、寸法、材質、肉厚などにより異なるので、予め実験により最適値を求め、プログラミングしておく。
【００３７】
上記構成によれば、交換の必要のないカーリング工具４０はピボット支持装置３０に取り付けたままにしておける一方、加工対象である缶Ｃは二次元移動装置２０に簡単に載せ替えることができ、カーリング加工作業を合理的に進めることができる。缶Ｃのハンドリングの自動化も容易に行える。
【００３８】
カーリング加工装置１は、缶Ｃの断面形状が円形、楕円形、長円形、又は隅丸多角形のいずれかであれば加工対象とすることができる。隅丸多角形とは、四角形、三角形、六角形のような多角形の角を丸くした形状である。その丸みがカーリング工具４０を受け入れられる曲率でありさえすればよい。
【００３９】
円形、楕円形、長円形、及び隅丸多角形は缶の断面形状として通常考えられるものであり、このような断面形状の缶が加工対象となることを想定して二次元移動装置２０の基本的な制御プログラムを用意しておけば、加工対象である缶の仕様が明らかになった時点での制御プログラム設計を容易かつ速やかに進めることができる。
【００４０】
上記形状カテゴリーに入らない断面形状の缶は加工対象にならない、ということではない。例えば自由曲線を連続させたような断面形状の缶であっても、各部の曲率がカーリング工具４０を受け入れられる大きさであるという条件を満たすかぎり、加工対象とできる。上記形状カテゴリー以外の断面形状の缶の場合、二次元移動装置２０の制御プログラムのみをその都度設計すれば良い。
【００４１】
上記実施形態の構成によれば、二次元移動装置２０が缶Ｃとカーリング工具４０の相対移動を司り、ピボット支持装置３０が缶Ｃとカーリング工具４０の角度変化を司る。このように変位と変角を機能分担したことにより、非円形断面の缶を滑らかな動きでカーリング加工することが可能となった。この間の事情を図１５〜図１９の助けを借りつつ説明する。
【００４２】
図１５〜図１９は作用対比用の動作説明図である。ここには缶Ｃとカーリング工具４０の一方を位置不動且つ角度不動に保持し、他方に変位と変角の両方を与えてカーリング加工を行うものが示されている。例えばカーリング工具４０を移動も角度変化もしないように固定位置に支持し、缶ＣをＸ−Ｙテーブル上のθ軸テーブル（もしくはθ軸テーブル上のＸ−Ｙテーブル）に保持させたものがこれに相当する。
【００４３】
図１５の位置からカーリング工具４０に対する相対移動を開始した缶Ｃは、図１６に示すように、円弧部の始点までＸ軸方向に直線的に移動する。ここまでは本発明の実施形態と同じである。
【００４４】
円弧部では、缶Ｃはカーリング工具４０の回転軸線が円弧の曲率中心を指向することになるように傾きをとりつつ、円弧部の輪郭が順次カーリング工具４０の下を通るよう相対移動を行わねばならない。この二通りの動きが合成され、缶Ｃの中心の軌跡は図１７のようになる。すなわちこれまでのＸ軸方向の動きとは逆のＸ軸方向運動成分が生じ、軌跡は鋭角をなすように変化する。このような動きをさせようと思えば、二次元移動装置２０は衝撃を免れない。
【００４５】
この後缶Ｃは図１８及び図１９に示すように円弧を描き続け、円弧を描き終わったところで再びＸ軸方向に直線的に移動する。もう一方の円弧部に入れば前と同じようにそれまでＸ軸方向の動きと逆のＸ軸方向運動成分が生じ、軌跡は鋭角をなすように変化する。これにより、二次元移動装置２０に再び衝撃が発生する。
【００４６】
このように、缶Ｃとカーリング工具４０の一方だけに変位と変角の両方を与えることとすると、移動機構に不可避的に衝撃が発生し、到底実用に耐えるところとはならない。また変位装置（Ｘ−Ｙテーブル）と変角装置（θ軸テーブル）のどちらを基礎とするかにかかわらず、基礎となる方は他方を載せて動くという使命に耐える大型且つ強力なものでなければならず、装置全体が大型化し、コストも上昇する。
【００４７】
本発明では、二次元移動装置２０に缶Ｃを取り付け、ピボット支持装置３０にカーリング工具４０を取り付けたが、この関係を逆転し、ピボット支持装置３０に缶Ｃを取り付け、二次元移動装置２０にカーリング工具４０を取り付ける構成としてもカーリング加工は可能である。
【００４８】
以上本発明の一実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の改変を加えて実施することができる。例えば、二次元移動装置２０に缶Ｃのハンドリング装置を組み合わせ、未加工の缶Ｃ及び加工済みの缶Ｃを自動的にバイスユニット２４に入れたり、そこから取り出したりするようにすることができる。またバイスユニット２４の開閉を電動で行うようにすることもできる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は次のような効果を奏するものである。
【００５０】
（１）鼓形の加工面を有するローラ状カーリング工具で缶の口縁をカールさせるカーリング加工装置において、前記缶を二次元移動装置に取り付け、缶の口縁の１箇所が前記カーリング工具に接するようこの二次元移動装置を移動制御するとともに、前記カーリング工具をピボット支持装置に取り付け、缶の口縁とカーリング工具との接触箇所において、カーリング工具の回転軸線が当該箇所における缶の曲率中心を指向するようにこのピボット支持装置を角度制御することとしたから、缶の口縁の異なる箇所が順次カーリング工具に接するよう二次元移動装置を制御し、またカーリング工具の回転軸線が接触箇所における缶の曲率中心を指向するようにピボット支持装置を制御することにより、非円形断面缶であっても連続的にカーリング加工を行うことができる。
【００５１】
このように工具を交換することなく複数種類の缶を、断面形状にかかわらずカーリング加工できる他、変位と変角を機能分担したことにより、非円形断面の缶を滑らかな動きでカーリング加工することが可能となった。しかも、変位装置と変角装置のいずれか一方を他の一方に搭載し、缶とカーリング工具のどちらか一方に変位と変角を同時に生じさせようとした場合、基礎となる方は他方を載せて動くという使命に耐える大型且つ強力なものでなければならず、装置全体が大型化し、コストも上昇する。ところが本発明のように変位装置は変位装置、変角装置は変角装置で独立させることとすれば、他方を支えるような大型且つ強力なものは不要であり、コスト安に構成できる。設計製作も容易である。
【００５２】
（２）上記のようなカーリング加工装置において、円形、楕円形、長円形、又は隅丸多角形のいずれかの断面形状を有する缶を加工対象とすることとしたから、コーナーＲが小さすぎる缶以外は加工対象とすることができ、汎用性が高い。
【００５３】
（３）上記のようなカーリング加工装置において、前記二次元移動装置は水平面内で移動し、前記ピボット支持装置は垂直軸まわりに回転を行い、これら二次元移動装置とピボット支持装置とは垂直方向の相対距離を制御されるものであることとしたから、二次元移動装置として通常のＸ−Ｙテーブルを使用することができる。また二次元移動装置とピボット支持装置の垂直方向の相対距離を順次狭めて行くことにより、カール度を順次大きくして行くことができる。これにより、加工対象とする缶の範囲が広い汎用的なカーリング加工装置を比較的安価に提供することができる。
【００５４】
（４）缶の口縁のカーリング加工を行うにあたり、二次元移動装置に取り付けた缶の口縁に、ピボット支持装置に取り付けたローラ状カーリング工具の鼓形加工面を接触させ、この接触箇所が缶の口縁を周回するように前記二次元移動装置を移動制御するとともに、前記周回の間、前記カーリング工具の回転軸線が前記接触箇所における缶の曲率中心を指向するように前記ピボット支持装置を角度制御することにより、円形断面の缶のみならず、楕円形、長円形、又は隅丸多角形といった非円形断面缶であっても連続的にカーリング加工を行うことができる。さらに、前記二次元移動装置とピボット支持装置との相対距離を制御することにより、カール度を自在に設定し、缶の材質に合わせたカーリング加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明カーリング加工装置の一実施形態を示す部分正面図
【図２】バイスユニットの機能を説明する平面図
【図３】カーリング工具の取付構造を示す要部を断面した部分拡大正面図
【図４】制御回路図
【図５】第１の動作説明図
【図６】第２の動作説明図
【図７】第３の動作説明図
【図８】第４の動作説明図
【図９】第５の動作説明図
【図１０】第６の動作説明図
【図１１】第７の動作説明図
【図１２】第８の動作説明図
【図１３】第９の動作説明図
【図１４】第１０の動作説明図
【図１５】作用対比用の第１の動作説明図
【図１６】作用対比用の第２の動作説明図
【図１７】作用対比用の第３の動作説明図
【図１８】作用対比用の第４の動作説明図
【図１９】作用対比用の第５の動作説明図
【符号の説明】
Ｃ　　缶
１　　カーリング加工装置
２０　二次元移動装置
２２　Ｘ軸サーボモータ
２３　Ｙ軸サーボモータ
２４　バイスユニット
３０　ピボット支持装置
３４　Ｚ軸サーボモータ
３７　θ軸サーボモータ
４０　カーリング工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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】
2004074247.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004074247.tif 000015
【図１４】
2004074247.tif 000016
【図１５】
2004074247.tif 000017
【図１６】
2004074247.tif 000018
【図１７】
2004074247.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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