(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶胴内で割型ユニットを拡開させることにより、缶胴の張出し成形を行う缶胴の張出し成形方法において、缶胴をボトムチャックユニットで支持し、割型部材を缶軸に対して放射斜め方向に移動させながら拡開して、缶胴の張出し成形を行うことを特徴とする割型による缶胴の張出し成形方法。
【請求項２】
外部より缶胴に軸方向圧縮による軸力を付与した状態で、缶胴の張出し成形を行う請求項１記載の缶胴の張出し成形方法。
【請求項３】
外周面が成形型面となっている複数個の割型部材からなる割型ユニットを缶胴内で拡開作動部材により拡開させることにより、缶胴の張出し成形を行う缶胴の張出し成形装置において、前記割型ユニット及び該割型ユニットを缶胴内で拡開させる前記拡開作動部材を有する割型駆動ユニットと、該割型駆動ユニットに対向して同軸的に支持され、缶胴の張出し成形時に缶胴を支持するボトムチャックユニットからなり、前記割型部材は前記ボトムチャックユニットに保持された缶胴の缶軸に対して放射斜め方向に移動するようにケーシングに保持されていることを特徴とする缶胴張出し成形装置。
【請求項４】
前記割型部材は基端部にフランジを有し、該フランジが前記ケーシングに形成された放射斜め方向に傾斜した傾斜案内面に沿って摺動可能に係合している請求項３記載の缶胴張出し成形装置。
【請求項５】
前記缶胴張出し成形装置が、成形する缶胴に外部より軸方向の圧縮力を付与する圧縮力付与手段を有するものである請求項４記載の缶胴張出し成形装置。
【請求項６】
前記割型ユニットを保持するケーシングは、回転する上部ターレットの外周部に等ピッチ間隔で設けられ、前記拡開作動部材は固定部に配置された割型駆動カムによって上下駆動され、且つ張出し成形中に缶胴を支持するボトムチャックユニットが前記上部ターレットと同期して回転する下部ターレットに前記ケーシングと対向して同軸的に等ピッチ間隔で設けられ、該ボトムチャックユニットのリフター軸が固定部に配置されたボトムチャック駆動カムによって上下駆動されるようにした請求項３〜５何れか記載の缶胴張出し成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、割型によって缶胴の一部を張出し成形する缶胴の張出し成形方法及びそれを実施するための張出し成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、缶胴部に張出し成形を行う方法として、金型である割型ユニットを缶内に挿入して缶の径方向へ移動させて成形を行う方法が行われている。そのための成形装置は、外周面が成形面となっている割型部材を放射方向に拡開可能に組立てて割型ユニットを構成し、その中心部に拡開作動部材であるテーパーコーンを押し込むことによって、割型部材が放射方向、即ち缶の径方向に移動して、缶胴内面に圧接して当接個所を型面形状に応じて膨出させることにより張出し成形を行っている。一般に張出し成形を行うと缶の高さは減少する。この缶の高さの減少量は、理想的な状態として缶胴の肉厚が減少しないと仮定すると、缶径の増大に見合う量が缶高さの減少となる。
【０００３】
しかしながら、例えば図６に示すように、割型部材５５の膨出型面がまず最初に缶胴６０の内面に当るが、この部分が当接した缶胴の当接点（図ではＡ、Ｂ、Ｃ）は缶の張出し成形が進んで缶高さが減少するに応じて缶底方向に移動する。同図（ｃ）（ｄ）は、割型部材５５に対するＡ点の移動を示し、缶胴６０の当接点Ａは矢印イで示す方向に移動する。従って、割型と缶内面との間にすべりが生じることになり、この滑りに対する摩擦抵抗は矢印ロに示すように缶の高さ減少を阻害する方向に作用する。そのため、缶高さは前記理想的な量の減少は生じないで、その分板厚の減少を生じさせる。それがクラックの発生につながり、成形性を悪する原因となっている。
【０００４】
図６の例において、例えば外径６３．０ｍｍの缶を最大外径６６．２ｍｍまで張出し加工を行う場合、缶側壁の板厚がまったく変化しないと仮定すると、張出し加工による高さ減少量は２．０ｍｍと算出される。このような条件において金型を径方向に移動させた場合、この際に生じる摩擦力は側壁を上方に引っ張る力となるので、缶のボトム側を基準とすると、缶上部Ａ点は金型上を約１．８ｍｍ下方へ移動するが、Ｃ点は僅かに０．３ｍｍしか移動ないことになり、缶底部側は特に強い板厚減少を生じクラックが発生し易くなることが分かる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、張出し成形における上記現象への対策として、潤滑剤を使用して型面と缶胴内面との摩擦抵抗を減少させる方法、あるいは張出し成形中に缶に軸力を付与して缶高さ減少を助ける方法を先に提案した。しかし、温度変化などによる缶内面と金型の摩擦係数の変動が成形性に大きな影響を与える問題があり、これらの方法では複雑な形状や高い加工率の張出し成形では上記原因を完全に克服するに至っていない。特に、内面に熱可塑性樹脂等をコーティング又はラミネートしてある缶胴の場合は、温度上昇によって摩擦係数が大きくなり、摩擦力が増大する傾向にある。また、成形中に圧縮方向の軸力を付与する方法において、ネッキング後に張出し成形を行う場合には、付与できる軸力はネック部の強度以下でなければならないという制約がある。
【０００６】
本発明は、従来の張出し成形の上記欠点を解決するために創案されたものであって、張出し成形時に缶内面と割金型の間に生じる摩擦力が缶高さ減少を阻害することを防止して、板厚減少を抑え、より高い加工率の成形が可能とする缶の張出し成形方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を本発明の割型による缶胴の張出し成形方法は、缶胴内で割型ユニットを拡開させることにより、缶胴の張出し成形を行う缶胴の張出し成形方法において、缶胴をボトムチャックユニットで支持し、割型部材を缶軸に対して放射斜め方向に移動させながら拡開して、缶胴の張出し成形を行うことによって解決することができた。
【０００８】
前記割型部材の缶軸に対して相対的に放射斜め方向への移動は、割型部材を直接缶軸に対して放射斜め方向へ移動させる手段を採用することによって達成できる。また、上記張出し成形中の圧縮力で缶胴が座屈する場合、又は逆に圧縮力不足で十分な加工性が得られない場合は、前記割型部材による軸力付与と、外部より缶胴を軸方向に圧縮する軸力付与とを組合せることによって、さらに成形性を向上させることができる。
【０００９】
上記缶胴の張出し成形方法を実施する本発明の缶胴張出し成形装置は、外周面が成形型面となっている複数個の割型部材からなる割型ユニットを缶胴内で拡開作動部材により拡開させることにより、缶胴の張出し成形を行う缶胴の張出し成形装置において、前記割型ユニット及び該割型ユニットを缶胴内で拡開させる前記拡開作動部材を有する割型駆動ユニットと、該割型駆動ユニットに対向して同軸的に支持され、缶胴の張出し成形時に缶胴を支持するボトムチャックユニットからなり、前記割型部材は前記ボトムチャックユニットに保持された缶胴の缶軸に対して放射斜め方向に移動するようにケーシングに保持されていることを特徴とする。
【００１０】
前記割型部材を缶軸に対して放射斜め方向に移動させる手段として、例えば、前記割型部材の基端部にフランジを形成し、該フランジを前記ケーシングの放射方向に向かって傾斜した傾斜案内面に摺動可能に係合させ、前記フランジをケーシングの傾斜案内面に沿って移動させることにより、前記成形型面を缶軸に対して放射斜め方向に移動させることができる。
【００１１】
また、外部より缶胴に軸方向圧縮による軸力を付与する手段として、前記ケーシングの端部に缶胴フランジ部と係合する軸圧付与プレートがスプリングを介して軸方向に変位可能に取り付けられ、該スプリングのクッションによって成形中の缶胴に軸力を付与するようにした手段を採用することができる。さらに、他の手段として、缶胴を載置して支持する缶胴載置プレートがスプリングを介して支持され、該スプリングのクッションによって成形中の缶胴に軸力を付与する手段、さらには、前記缶胴載置プレート又は前記ケーシング側をカム等により、成形に応じて軸方向に移動させて軸力を付与する手段も採用できる。
【００１２】
また、前記割型ユニットを保持するケーシングを、回転する上部ターレットの外周部に等ピッチ間隔で設け、前記拡開作動部材はターレットが回転することにより固定部に配置された割型駆動カムによって上下駆動し、且つ張出し成形中に缶胴を支持するボトムチャックユニットは前記上部ターレットと同期して回転駆動する下部ターレットに前記ケーシングと対向して同軸的に等ピッチ間隔で設け、該ボトムチャックユニットのリフター軸が固定部に配置されたボトムチャック駆動カムによって上下駆動するように構成することによって、張出し成形ユニットを多ヘッドに設けることができ高速成形が可能となり望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による缶張出し成形方法の一実施形態の概念を示し、金型を構成する割型ユニット４０は複数個の割型部材４１に分割され、張出し成形時に該割型ユニット４０を缶胴６０内に挿入して、拡開して割型部材４１の外周面に形成した成形型面４２で押して膨出させることにより張出し成形を行なうが、その際、各割型部材４１は缶の径方向（ｘ方向）に移動すると共に、缶のボトム方向（ｙ方向）にも移動、即ち矢印４３に示すように放射斜め方向に移動するよう構成されている。これにより、缶内面と成形型面４２の間に生じる摩擦力は、矢印４４で示すように缶高さ減少を助長する軸力（圧縮力）となってクラックにつながる板厚減少を抑え、より高い加工率の成形が可能となる。また、この圧縮力は缶胴側壁に直接作用するため、ネッキング量の大きい缶においてもネック部の座屈を生じる恐れがない。なお、矢印４５は割型ユニットに対するＡ点の移動方向を示している。
【００１４】
一例として、前述した図６に示す従来の方法による場合と同様に、図１に示すように外径６３．０ｍｍの缶６０を最大外径６６．２ｍｍまで張出し加工を行う場合、割型部材４１の径方向の移動量ｘ＝１．６ｍｍに対して、例えば軸方向の移動量ｙ＝２．０ｍｍを与えるように、割型部材を放射斜め方向に拡開させるとＡ点は割型部材上を上方に移動する。また、缶胴中央部Ｂや下部Ｃ点も割型部材上を上方に移動するため、摩擦力は側壁全体を圧縮する軸力として作用し、板厚減少を抑制しながら加工を行うことができる。その場合、図１の成形前の状態を示す（ａ）と成形後の状態を示す（ｂ）とを比較して分かるように、従来の張出し成形方法の場合とは逆に、張出し位置Ａ、Ｂ、Ｃのうち缶のボトムに近い程、缶胴の軸方向移動量が大きくなっていることが分かる。そのことは、張出し成形でクラックが発生し易い底部付近の板厚減少を防ぐと共に、座屈の発生を防ぐ効果がある。
【００１５】
さらに、缶と割型部材の成形型面との摩擦係数が変化すると缶胴に作用する軸力も変化するが、本発明の方法によれば、摩擦係数が高い場合(周方向の滑りが阻害されクラックが生じ易い条件)では軸力が大きくなり、逆に摩擦係数が低い場合(軸力による側壁の座屈が発生し易い条件)では軸力は小さくなるという特徴を持つ。これにより、温度条件や潤滑条件の変化による成形性の悪化を防ぐことが可能となり、安定した加工を行うことができる。
【００１６】
また、最終的に得ようとする形状や、缶胴の板厚、材質等によっては、上記方法で得られる圧縮力で缶胴が座屈する場合、逆に割型部材の放射斜め方向への移動による加わる軸力だけでは圧縮不足の場合には、上記方法と外部からの軸力付与方式とを組み合わせた方が有効である。図２は、その場合の成形装置の一実施形態を示す要部概略図である。図２において、４６は割型部材であり、張出し成形時に図１に示すものと同様に矢印４７で示すように放射斜め方向に移動する。４８は缶胴を支持するボトムチャックプレート、４９は成形中缶胴の先端部に係合する軸力付与プレートであり、割型部材４６を支持しているケーシング５０との間にスプリング５１を介して支持されている。成形するとき缶胴はボトムチャックプレート４８と軸力付与プレート４９との間にスプリング５１を所定量だけクッションされた状態で挾持して成形を開始する。従って、この状態では缶胴６０にスプリング５１のクッションに対するバネ圧が圧縮力となって作用している。
【００１７】
この状態で張出し成形を行うことにより、缶胴は割型部材４６によって成形面に直接圧縮力を受け、且つスプリング５１による上下端側からの圧縮力を受けながら張出し成形が行われることになる。座屈が発生し易い条件下においては、割型部材４６の移動量ｙを缶高さ減少量以下に設定すると良い。例えば、ｙを缶高さ減少量の１／２以下に設定すると、割型ユニットの軸方向への移動による圧縮力は缶胴の中央から下部のみに作用する。このとき、缶上部の成形性はスプリング５１により付与される軸力によって与えられる。割型部材による軸力を付与しないで、バネ圧等による外部からの軸力のみを与えた場合は、凹凸が連続するような形状では成形の進行に伴って割型ユニットとの接触面積が増加すると固定側には軸力が作用し難くなる。この点、本発明による場合は、缶のボトム側は割型ユニットの移動による軸力、缶上部側は外部からの軸力が作用するので、座屈し易い缶であっても高い加工率の成形が可能となる。
【００１８】
【実施例】
図３〜図５は本発明に係る缶胴張出し成形装置の一実施例を示している。
本実施例の缶胴張出し成形装置は、上部ターレット１に支持された割型駆動ユニット２と、下部ターレット３（図４）に前記割型駆動ユニットに対向して同軸的に支持されたボトムチャックユニット５とからなり、一対の割型駆動ユニット２とボトムチャックユニットで１成形ヘッドを構成し、該成形ヘッドが上部ターレット１及び下部ターレット３に等ピッチで複数個配置されている（図では、１ヘッドのみ示されている）。割型駆動ユニット２は、上部ターレット１に固定された円筒部材６の下端に固定されたケーシング１１、該ケーシングに拡開及び軸方向に変位可能に組立支持された割型部材１０からなる割型ユニット７、該割型ユニット７のテーパー状の中央空間部に押し込み可能に変位するように設けられたテーパーコーン部９を有する拡開作動部材８とからなっている。
【００１９】
各割型部材１０は、拡開可能に円筒状に組立られ、外周部が缶胴の成形型面１２をなし、内周部が中央部にテーパーコーン部９が圧入できる軸方向の空間部１３を形成すべく、テーパーコーン部のテーパー傾斜角と同じ傾斜のテーパー内周面１４となっている。そして、その上端部にはフランジ１５が形成され、該フランジの上下両側に、ケーシング１１に形成された平行な傾斜案内面１６、１７に沿って摺動する同角度の傾斜面を有する摺動片１８、１９が固定されている。傾斜案内面１６、１７の角度（以下、該角度を割型部材送り角θと称する）によって割型ユニットが拡開するに際して、割型部材の軸方向の変位量が規定されるので、張出し成形度（加工率）に応じて最適な軸方向変位を得るように、所望の角度に選定される。なお、２０は割型部材を常に閉じる方向に付勢しているスプリングであり、フランジ端部とケーシング内周面との間に、前記傾斜案内面とほぼ同角度に傾斜して設けられている。
【００２０】
２１は、外部軸力付与機構を構成するために、ケーシング１１の下端部の凹部空間内に設けられた環状の軸圧付与プレートであり、成形する缶の上端（フランジ）が当接するフランジ係合部２２を有し、所定のバネ圧を有するスプリング２３によって図において下方方向に付勢され、その下端縁が凹部空間に突出している支持凸条２４に係合することによって下方位置が規制されている。なお、本実施例では、割型部材を放射斜め方向に変位させると共に、外部より所定の軸力を付加しながら張出し成形を行うことができるように、外部軸力付与機構を設けたが、外部より軸力を付与する必要がない場合は、外部軸力付与機構は省いて良い。また、上記例ではフランジに別体の摺動片を固定してあるが、フランジ自体が直接傾斜案内面１６、１７摺動するように、傾斜形状に形成しても良い。
【００２１】
拡開作動部材８のステム２５は上部ターレットの円筒部材６を貫通して上方に突出して、その上端部には装置本体の固定部に設けられた割型駆動カム２７に嵌合するカムフォロワー２６が設けられ、ターレットが回転することによって、割型駆動カム２７により拡開作動部材８が上下動するようになっている。
【００２２】
ボトムチャックユニット５は、図４に示すように、下部ターレット３の円筒部材３０を上下動自在に貫通しているボトムチャック軸３１を有し、該ボトムチャック軸３１の頂部には缶を載置するボトムチャックプレート３２が固定され、下端部にはボトムチャック駆動カム３３に係合するカムフォロワ３４が設けられている。ボトムチャック駆動カム３３は装置本体の固定部に固定され、ターレットが回転することによって、カム山の高さに応じてボトムチャック軸３１が上下駆動される。ボトムチャックプレート３２にはバキューム孔３５が形成され、ボトムチャック軸３１に形成されたバキューム路３６を介して図示しないバキューム源に連結され、ボトムチャックプレートに載置された缶を容易に動かないように吸引保持する。
【００２３】
本実施例の張出し成形装置は以上のように構成され、次のようにして張出し成形を行う。
図示しない缶胴供給ターレットによりボトムチャックプレート３２上に缶胴が供給されるとバキュームにより缶底部を吸引して保持し、ターレットの回転により次第にボトムチャックプレートが上昇することによって、図３、図５に示すように、上方に位置している割型部材１０が缶胴内に入り込み、且つ缶胴のフランジが軸圧付与プレート２１に当り、所定量クッションさせた状態に保持される。この状態で、缶胴にはスプリング２３のクッションによる軸圧が付与されることになる。この状態を保持してターレットが回転を続けることにより、割型駆動カム２７により次第に拡開作動部材が割型の中央空間部に押し込まれ、そのテーパー面で割型部材１０を拡開する。それにより、その際各割型部材は、ケーシングの傾斜案内面１６、１７と摺動片１８、１９との摺動案内により、所定の割型部材送り角θで放射斜め方向に変位しながら、成形型面１２が缶胴内周面に当り、前記した作用により缶胴の張出し成形を行う。
【００２４】
前記スプリング２３は、張出し成形によって缶高さが減少する寸法と同じ寸法だけクッションするように、そのバネ圧を調整することによって、缶胴は張出し成形開始時には所定の荷重で加圧されて軸力が作用するが、張出し成形の進行に伴って缶胴が膨出して缶高が減少すると、それに応じてバネ圧が低下するので次第に缶胴に作用する軸力は減少し、張出し加工が完了した時点では、所定以下又は略無荷重状態となる。
【００２５】
以上、本発明の実施例について説明したが本発明は上記実施例に限るものでなく、種々の設計変更が可能である。例えば割型ユニットが斜めに移動しながら拡開する拡開手段として、テーパーコーン、及びフランジとケーシング傾斜面との係合に限らず、例えば電磁式とカムを組合せる等種々の手段を採用することができる。また、上記実施例では、割型ユニットを放射方向斜めに移動して張出し成形を行ったが、前記割型部材は缶軸に対して放射方向に移動するようにケーシングに保持し、缶胴を支持するボトムチャックを、前記割型部材の放射方向への移動と同期して缶胴フランジ側ヘ移動させるボトムチャック移動手段を備えることにより、張出し成形中に割型が放射方向斜めに移動する上記実施例の場合と同様な効果が得られる。その場合、ボトムチャック移動手段として、例えば前記実施例における缶軸方向への割型移動量と同量ボトムチャックが移動するように、ボトムチャック駆動カム３３のカム形状を設計することにより、容易に得ることができる。この場合の特徴として、例えば軸方向の移動量＝缶高さ減少量としたときにはスプリングによる軸力は成形中一定の荷重となる。
【００２６】
【実験例】
本発明に係る張出し成形方法の効果を確認するために、上記実施例装置により次のように条件を変えて張出し成形を行って、成形結果の良品の割合を調べた。また、比較のために従来の方法及び装置により同種の供試缶にも張出し成形を行って観察した。その結果を表１に示す。
供試缶
材質          ：スチール
製缶法        ：絞り・しごき加工
缶胴板厚      ：０．１００ｍｍ
ネック部板厚  ：０．１４０ｍｍ
その他        ：ネッキング後に張出し加工
【００２７】
【表１】
0003997579.tif 000002
なお、軸力はすべて約２００kgf
【００２８】
以上の実験結果から明らかなように、割型部材を径方向にのみ移動させて張出し成形を行う従来例の場合は、外部軸力を付与すると、張出し率３．５％までは不良品を発生させずに、張出し成形ができたが、従来例５に示すように、張出し率４．０％の張出し成形を行うと、良品の割合は僅かに２０％でしかなかった。これに対し、本発明の方法では、割型部材送り角度３０°の場合、張出し率４．０％までは不良品は全く発生せず、４．５％となると良品の割合は５０％であった（実施例２）。そして割型部材送り角度を５０°にすると、張出し率５．０％まで不良品を全く発生させることなく、張出し成形ができた。この実験により、本発明の方法が従来と比べて特段に優れていることが確認された。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の張出し成形方法及び装置によれば、張出し成形時に缶内面と割型部材の間に生じる摩擦力は、缶高さ減少を助長する圧縮力となってクラックにつながる板厚減少を抑え、より高い加工率の成形が可能となる。また、この圧縮力は缶胴側壁に直接作用するため、ネッキング量の大きい缶においてもネツク部に座屈を生じることはない。また、本発明の張出し成形装置は、割型部材を拡開作動中に斜め方向に移動するように案内部材を設けるだけ、又は割型部材は従来と同様に缶胴径方向に移動し、缶胴支持するボトムチャックプレートを適当なカム手段等で缶胴軸方向に移動させるだけで達成できるから、複雑な構造を必要とすることなく、容易に得ることができる。
【００３０】
さらに、外部よりさらに軸方向の圧縮力付を付与する圧縮力付与手段を設けて、前記割型部材による軸力付与と、外部より缶胴を軸方向に圧縮する軸力付与とを組合せることによって、さらに成形性を向上させることができる。例えば、割型部材の軸方向への移動量と、外部より缶胴に軸方向圧縮による軸力を、成形条件に応じて任意に設定することによって、より複雑な形状や座屈を発生し易い缶の良好な張出し成形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る缶胴の張出し成形方法の概念図であり、（ａ）は張出し成形開始の状態、（ｂ）は張出し成形終了後の状態を示し、（ｃ）（ｄ）は（ａ）（ｂ）における作用説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る缶胴の張出し成形方法の概念図であり、（ａ）は張出し成形開始の状態、（ｂ）は張出し成形終了後の状態を示している。
【図３】本発明の実施例に係る缶胴張出し成形装置の要部断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る缶胴張出し成形装置のボトムチャックユニット部の断面図である。
【図５】図３の要部拡大図である。
【図６】従来の缶胴の張出し成形方法の概念図であり、（ａ）は張出し成形開始の状態、（ｂ）は張出し成形終了後の状態を示し、（ｃ）（ｄ）は（ａ）（ｂ）における作用説明図である。
【符号の説明】
１  上部ターレット                ２  割型駆動ユニット
３  下部ターレット                ５  ボトムチャックユニット
７、４０  割型ユニット            ８  拡開作動部材
１０、４１、４６  割型部材        １１  ケーシング
１２、４２  成形型面              １５  フランジ
１６、１７  傾斜案内面            １８、１９  摺動片
２１、４９  軸圧付与プレート      ２３、５１  スプリング
２７  割型駆動カム                ３１  ボトムチャック軸
３２  ボトムチャックプレート      ３３  ボトムチャック駆動カム
【図１】
0003997579.tif 000003
【図２】
0003997579.tif 000004
【図３】
0003997579.tif 000005
【図４】
0003997579.tif 000006
【図５】
0003997579.tif 000007
【図６】
0003997579.tif 000008