(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形ロールによる缶胴の開口端部を縮径加工する縮径加工方法であって、内部に流体を入れることによって膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿入し、少なくとも縮径加工を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して前記弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部近傍下方の缶胴内壁に押圧力を負荷して、少なくとも１個の回転可能な成形ロールを缶胴外部から缶胴に対して缶中心軸に向かって移動することで缶胴の縮径を行い、縮径加工完了後前記流体圧力保持具の流体を流出させることにより、該流体圧力保持具の直径を縮径部内径よりも小さくし、流体圧力保持具を缶胴内部から抜き取ることからなり、前記縮径加工は缶胴を缶底保持台としわ抑え兼チャック装置で挟持して缶胴の開口端縁に軸方向の押圧力を付与しながら行ない、縮径加工初期は前記成形ロールと前記流体圧力保持具の押圧面との間で缶胴に生じる張力によりしわの発生を抑え、縮径加工の後半では前記しわ抑え兼チャック装置と前記成形ロール間で缶胴を挟み込みしわの発生を抑えることを特徴とする缶胴の縮径方法。
【請求項２】
成形ロールを缶胴の外周部に複数配置して、複数の成形ロールで缶胴の縮径加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の缶胴の縮径方法。
【請求項３】
缶胴の開口端部を成形ロールにより縮径加工する縮径加工装置において、缶胴底部外周に嵌合して缶胴を支持する缶底保持台、缶胴の開口端部に係合して前記缶胴の開口端部に係合して前記缶底保持台とで缶胴を挟み強制回転させるしわ抑え兼チャック装置を有し、前記成形ロールは縮径加工中、缶胴中心方向への変位と共に缶胴軸方向への変位の複合運動を行うようにしてなり、前記缶底保持台に支持される缶胴の開口部に向けて相対的に軸方向に移動可能に設けた支持ロッドに、内部に流体を流入することにより膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿脱可能に設け、少なくとも縮径加工操作を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部近傍下方の缶胴内壁に押圧力を負荷して、成形圧力に対して缶胴を保持し、縮径加工後は流体圧力保持具から流体を排出することにより、缶胴から抜き取ることができるようにしてなることを特徴とする缶胴の縮径加工装置。
【請求項４】
前記成形ロールを缶胴の外周部に複数配置して、複数の成形ロールで缶胴の縮径を行う請求項３に記載の缶胴の縮径加工装置。
【請求項５】
缶胴の開口端部に係合して缶底保持台とで缶胴を挟み強制回転させるしわ抑え兼チャック装置の外周面に、缶胴開口端部を押圧する押圧スリーブを軸方向に変位可能に有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の縮径加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＩ缶等の缶胴の開口端部等を縮径加工するロールネック成形における缶胴の縮径加工方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、成形ロールによる缶胴開口端部の縮径加工は、図５に模式的に示すような縮径加工装置によって行っている。従来の縮径加工装置は、回転駆動されるしわ抑え兼チャック５１、缶胴内部に挿入される金属ロール５２、缶胴載置台５３及び成形ロール５４の組み合わせからなり、しわ抑え兼チャック５１と缶胴載置台５３とで缶胴６０を挟持し、缶胴内面に接触している金属ロール５２が、成形ロール５４による半径方向押し込み力に対して缶胴の縮径加工部６１近傍下方をバックアップし縮径部以外の変形を防止して縮径加工を可能にすると共に、縮径部のしわの発生を防止している。金属ロール５２は、縮径加工後縮径部６１との干渉なく缶胴から抜け出るためには、その直径は缶胴の縮径部最小直径よりも小さくなければならず、且つ縮径加工時には成形ロールと対向する側の缶胴内面と接触していなければならない。そのため、金属ロール５２は、偏心を利用したトリップ運動を行うように構成され、支持棒５５の偏心位置に設けられた偏心軸５６の先端に取り付けられ、支持棒５５が回転中心軸線Ｍを中心に回転（図５（ｃ）において、回転角αで示す）することによって、缶胴６０に挿脱時は、図５（ｂ）に示すように、図５（ｃ）において仮想線で示す挿脱位置（缶胴開口中心位置）に変位し、加工時には図５（ａ）に示すように、図５（ｃ）において実線で示す加工位置に変位できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の成形ロールによる縮径加工方法における縮径量は、トリップ運動を実現させるための機構に制限を受けるので、大きな縮径量のネック成形ができないという欠点がある。さらに、金属ロールは偏心軸に対して回転自在にベアリングで支持されるが、缶胴内に挿入するので、潤滑油が缶胴内に飛散するのを防止するためにベアリングは無給油としているため、ベアリングの寿命の観点から金属ロール径が制約されてしまい、その結果、縮径部直径も制約されるという問題がある。また、金属ロールは缶胴内面の全周とは接触してないので、成形ロールは１個に限られ、複数の成形ロールで同時に縮径加工を行うということはできず、単一ロール限度以上の成形時間の短縮化は図られない。
【０００４】
そこで、本発明は、従来の成形ロールによる縮径加工方法の上記の問題点を解決しようとするものであり、一工程当たりの縮径量を従来よりも特段に大きくとることができ、且つ成形速度を速くすることが可能で、また従来の金属ロール使用によるベアリングのような支持機構の問題も起こらないロールネック成形における缶胴の開口端部の縮径加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点を解決するため、従来の縮径加工方法及び装置における上記問題点の発生は、缶胴内に挿入される金属ロールに全て起因していることに着点をおき、従来の金属ロールに代わる圧力保持手段がないか研究した結果、流体圧力保持装置を着想し本発明に到達したものである。
【０００６】
即ち、本発明の缶胴縮径加工方法は、成形ロールによる缶胴の開口端部を縮径加工する縮径加工方法であって、内部に流体を入れることによって膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿入し、少なくとも縮径加工を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して前記弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部近傍下方の缶胴内壁に押圧力を負荷して、少なくとも１個の回転可能な成形ロールを缶胴外部から缶胴に対して缶中心軸に向かって移動することで缶胴の縮径を行い、縮径加工完了後前記流体圧力保持具の流体を流出させることにより、該流体圧力保持具の直径を縮径部内径よりも小さくし、流体圧力保持具を缶胴内部から抜き取ることからなり、前記縮径加工は缶胴を缶底保持台としわ抑え兼チャック装置で挟持して缶胴の開口端縁に軸方向の押圧力を付与しながら行ない、縮径加工初期は前記成形ロールと前記流体圧力保持具の押圧面との間で缶胴に生じる張力によりしわの発生を抑え、縮径加工の後半では前記しわ抑え兼チャック装置と前記成形ロール間で缶胴を挟み込みしわの発生を抑えることを特徴とするものである。
【０００７】
前記流体圧力保持具は、缶胴全周に膨張力を発生させるので、成形ロールを缶胴の外周部に複数配置すれば、複数の成形ロールで缶胴の縮径加工を行うことができ、縮径加工時間の短縮を図ることができる。また、缶胴開口端部が嵌合するチャック部長さを長くして、缶胴の開口端縁に軸方向の押圧力を付与しながら縮径加工を行うことによって、缶胴開口端部のみならず、缶胴開口端部から離れた中間位置でも縮径加工が可能となる。
【０００８】
缶胴の前記縮径加工方法を実施するための本発明の缶胴縮径装置は、缶胴の開口端部を成形ロールにより縮径加工する縮径加工装置において、缶胴底部外周に嵌合して缶胴を支持する缶底保持台、缶胴の開口端部に係合して前記缶胴の開口端部に係合して前記缶底保持台とで缶胴を挟み強制回転させるしわ抑え兼チャック装置を有し、前記成形ロールは縮径加工中、缶胴中心方向への変位と共に缶胴軸方向への変位の複合運動を行うようにしてなり、前記缶底保持台に支持される缶胴の開口部に向けて相対的に軸方向に移動可能に設けた支持ロッドに、内部に流体を流入することにより膨張する弾性膜を有する流体圧力保持具を缶胴内に挿脱可能に設け、少なくとも縮径加工操作を行う間、該流体圧力保持具に流体を流入して弾性膜を膨張させることにより、縮径加工部近傍下方の缶胴内壁に押圧力を負荷して、成形圧力に対して缶胴を保持し、縮径加工後は流体圧力保持具から流体を排出することにより、缶胴から抜き取ることができるようにしてなることを特徴とするものである。
【０００９】
そして、  前記成形ロールを缶胴の外周部に複数配置することによって、成形速度を速くすることができ生産性を高めることができる。また  前記成形ロールは、縮径加工中、缶胴中心方向への変位と共に缶胴軸方向への変位の複合運動を行うことによって、縮径部にしわを発生させることなく、良好に縮径加工ができて望ましい。さらに、缶胴の開口端部に係合して缶底保持台とで缶胴を挟み強制回転させるしわ抑え兼チャック装置の外周面に、缶胴開口端部を押圧する押圧スリーブを軸方向に変位可能に有するように構成することによって、開口端部から離れた位置の縮径加工も可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る縮径加工装置の原理を図１及び図２により説明する。
本発明は、従来のロールネック成形法による縮径加工装置における金属ロールに代えて、内部に流体を流入することにより膨張して缶胴内壁に押圧力を負荷しながら缶胴を保持し、流体排出状態では縮径加工後の縮径された缶胴開口部から容易に抜き取ることができる直径まで収縮する弾性膜２を有する流体圧力保持具１を採用したものである。縮径加工に際して、缶胴保持台３に保持されている缶胴６０内に挿入し、内部にエア等の気体や油等の液体等の流体を流入して弾性膜２を膨張させ、缶胴内壁に押圧力を負荷しながら缶胴を保持する。その状態で少なくとも１個の回転可能な成形ロール５が缶に対して相対的に公転しながら缶外壁から中心軸に向かって移動しながら、図１（ｂ）に示すように、軸方向に移動することにより、逐次缶の径を縮径させる。なお、図１（ｂ）において、５ａ−１、５ａ−２、５ａ−３は１個の成形ロール５ａが縮径加工時に順次変位する変位位置を模式的に示している。縮径完了後、流体圧力保持具１内部の流体を流出させることにより流体圧力保持具１の外径を図１（ａ）に示すように缶の縮径部よりも小さくし、流体圧力保持具１を缶胴内部から抜き取ることができるようにしたものである。
【００１１】
このように形成することによって、縮径部の最小直径は流体圧力保持具の膨張前の大きさに依存するため、直径が小さな保持具を選定すればその分縮径部直径も小さくでき、一工程当たりの縮径量が大きくとれる。また、流体圧力保持具１は、図１（ｂ）に示すように、缶胴全周に膨張力を発生させるため、成形ロールを缶胴円周上に複数配置でき、その分成形速度を速くすることができる。図１（ｂ）では、２個の成形ロール５ａ、５ｂを１８０°間隔で配置した場合を示している。
また、缶胴内に金属ロールを挿入した成形では、前記したように、ベアリング寿命の観点から金属ロールの径が制約されてしまい、ネック部の縮径部直径も制約されるという問題点が生じるが、流体圧力保持具はベアリングのような支持機構を持たないため、このような問題は起こらない。
【００１２】
以下、本発明の具体的実施形態について図２及び３により説明する。図２に於いて、中心線から右側部分が縮径加工開始直前の状態を示し、左側部分が縮径加工終了直後の状態を示している。
本実施形態の縮径加工装置１０は、缶胴底部外周に嵌合して缶胴を支持する缶底保持台１１、缶胴の開口端部に係合して缶底保持台１１とで缶胴を挟み強制回転させるしわ抑え兼チャック装置１２、該しわ抑え兼チャック装置１２の先端部から軸方向に突出して取り付けられそれと一体に回転する流体圧力保持装置１３、及び成形ロール１４の組み合わせからなる縮径加工ユニットが、本体ターレット１５に複数組配置されて構成されている。
【００１３】
前記しわ抑え兼チャック装置１２は、本体ターレット１５に回転自在に軸受けされ、強制回転駆動されるスピンドル１６、該スピンドルの端部に軸方向変位可能且つスピンドルと一体に回転するように支持され、先端部が缶胴開口部内に挿入し、その上端が缶胴開口端に突き当たって缶胴と係合するチャック部１７となり、その下方アール部を含む傾斜面がしわ抑え部１８となっているチャック１９、該チャックを缶底保持台方向に所定圧力で付勢してチャックに係合している缶体に軸荷重を負荷する加圧手段２０から構成されている。加圧手段２０は、本実施形態では、エアシリンダを採用してあり、本体ターレット１５にエアシリンダ本体を固定し、そのシリンダロッド２１の先端に自由回転するローラ２２を設け、該ローラをチャック１９の端部に設けたフランジ２３の上面に回転接触可能し、回転するフランジ２３〈チャック１９）を所定の圧力で押圧する構成となっている。加圧手段２０が所定圧力で作動することによって、バネ作用をし、チャック１９を介して缶胴６０を所定圧力で押圧する。
【００１４】
流体圧力保持装置１３は、スピンドル１６の先端に固定されたノズルボディ２６、該ノズルボディ２６に取り付けられ内部に流体を流入することにより膨張するタイヤチューブ状の弾性膜２７からなる流体圧力保持具２８から構成されている。ノズルボデイ２６の内部には、前記流体圧力保持具に加圧用流体を給排出するための流路３０が形成され、その先端がノズル３１となって流体圧力保持具の内面に開口するように形成されている。流路３０の基端にはスピンドル１６を貫通する配管３２が設けられ、その基端部は図示しない給排気装置に連通している。配管３２の途中に圧力調整弁、レギュレーター等が設けられ、縮径加工中流体圧力保持具１３の内圧を所定圧力に維持するように制御される。
【００１５】
成形ロール１４は、公転及び軸方向に変位するレバー３５の先端部に回転自在に軸受けされ、該レバー３５が図示しないカムにより、公転中に缶胴ネック部に向けて缶胴軸心方向に変位すると共に軸方向に変位する複合運動を行うことにより、強制回転している缶胴ネック部と回転接触しながら押し込むことにより縮径加工を行う。
【００１６】
次に、以上のように形成された本実施形態の縮径加工装置での、缶胴の縮径加工方法を説明する。なお、以下の実施形態では、説明の便宜上図２及び図３に示す図面の天地を上下方向として説明しているが、必ずしも図示のように縦型でなく缶胴が横方向になる横型であってもよい。
製缶工程において、絞りしごき加工（ＤＩ加工）され開口端部を所定高さに切断された缶体２５は、縮径加工装置の缶底保持台１１に供給される。この状態でしわ抑え兼チャック装置１２及び缶底保持台１１が互いに接近するように相対的に軸方向に移動し、缶開口部先端がチャック１９のチャック部１７の係止面に突き当たることにより、缶体はチャック１９と缶底保持台１１とで所定圧力で挟持される。そのとき、チャック１９の中心部下方に突出している流体圧力保持装置１３の流体圧力保持具１３には流体は供給されてなく、収縮している状態にあるので、流体圧力保持具１３はチャック１９と缶底保持台１１の相対移動により、自然に缶胴内に挿入され、図２において中心線より右側部分に示すような状態となり、縮径加工の開始状態に設定される。この状態でチャック１９は、強制回転しているので、チャック１９と缶底保持台１１に挟持されている缶体も一体に回転して、自転しながら公転する。
【００１７】
次いで、流体圧力保持具２８に流体を供給して、弾性膜２７を膨張させて縮径加工部近傍下方の缶胴内壁に所定の押圧力を負荷するように、流体圧力保持具に供給する流量を制御する。この状態で成形ロール１４がカム作用により、缶胴の半径方向に移動し、缶胴の開口端部付近を押し込み始める。缶胴の縮径加工中、成形ロール１４は、図３にＰ１〜Ｐ４と模式的に示すように、半径方向への移動と共に軸方向（缶胴ボトム側から開口端側方向に相対移動）にも移動して、縮径加工を行う。縮径量は、成形ロールの半径方向の移動量に依存し、半径方向移動量が大きければ、縮径量が大きくなる。縮径加工中、縮径加工初期は、成形ロールのボトム側成形面１４１と流体圧力工具の押圧面との間で缶胴に張力が作用することにより、しわの発生を防ぎながら縮径加工がなされ、縮径加工の後半ではチャクのしわ抑え部１８と成形ロールのトリム側成形面１４２とで挟み込むことによってしわの発生を抑える。
【００１８】
縮径加工が終了すると、流体圧力保持具２８から流体を排出することによって、膨張していた弾性膜２７が再び収縮し、缶胴縮径量が最大となっている最小直径部よりも小径となり、流体圧力保持具２８がチャック１９と共に図において上方に移動することによって、缶体から抜き取ることができ、自由状態となった缶体は次工程に排出される。
【００１９】
図４は、本発明に係る他の実施形態の缶胴の縮径装置である。本実施形態は、深チャックを用いた場合の縮径装置の実施形態である。前記実施形態と同様な部分は同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
缶胴の縮径加工が缶胴開口端部近傍で行われ、チャック部との係合が短くてすむ場合は、縮径部に働く張力による缶胴端部から縮径部への金属流れの抵抗が少なくスムーズに縮径加工ができるが、チャック部との係合が長い状態で縮径加工を行う場合は、金属流れの抵抗が大きくなり缶胴に亀裂が発生する場合があり、スムーズな縮径加工が困難となる。それを解消するために、本実施形態では、該チャックの外周面に缶胴開口端部に係合して缶胴を軸方向に押圧する押圧スリーブ４２を軸方向に変位可能に設けた。
【００２０】
押圧スリーブ４２の上部には、押圧負荷用フランジ４３が固定され、該押圧負荷用フランジ４３とスピンドル１６に固定されたフランジ４５との間に所定のバネ圧を有するスプリング４６を設けて、押圧スリーブを所定の押圧力で押圧している。なお、図中４７は、スプリング４６を案内するネジロッドであり、スプリング４６の上端が係合しているナット４９の位置を調節することにより、押圧力を調整することができる。
【００２１】
本実施形態の缶胴の縮径装置は、以上のように構成され、図示のように、チャック４０のチャック部を缶胴開口部から深く挿入して、開口端縁から離れた深い位置で縮径加工する場合でも、その開口端縁をしわ抑え圧力よりも強い押圧力を付与することにより、縮径加工時のしわ抑え部での張力に対する金属流れの抵抗が少なく、スムーズに縮径加工ができる。したがって、本実施形態によれば、缶胴開口端部の縮径加工のみならず、缶胴中間部での縮径加工ができ、中間部に凹部を有する異形の缶胴を成形することが可能である。また、縮径量の大きい縮径も良好にできる。
【００２２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、前記流体圧力保持具に供給される流体は水に限らず、その他の油、空気、ガス等の流体であってもよい。また、前記図２及び図４に示す実施形態では、成形ロールは１個しか設けられてないが、図１（ｂ）に示すように、複数の成形ロールを配置することもできる。そして、縮径装置のユニットは、必ずしも公転するターレットに複数設ける場合に限らず、固定位置に単一ユニットを設けたものでもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の縮径加工方法及び装置によれば、トリップ運動を必要とする金属ロールによる規制を受けないので、小さな圧力流体保持具を選択することによって、一工程当たりの縮径量を従来よりも特段に大きくとることができる。また、本発明では、ベアリングのような支持機構を用いない流体保持具を採用しているので、従来のものと違ってベアリング寿命の観点から縮径部直径が制約されることもなく、任意量の縮径加工が可能である。
【００２４】
また、流体圧力保持具は、缶胴全周に膨張力を発生させるので、成形ロールを缶胴の外周部に複数配置することができ、同時に複数の成形ロールで缶胴の縮径加工を行って、縮径加工時間の短縮を図ることができる。また、缶胴開口端部が嵌合するチャック部長さを長くして、缶胴の開口端縁に軸方向の押圧力を付与しながら縮径加工を行うことによって、缶胴開口端部のみならず、缶胴開口端部から離れた中間位置でも良好に縮径加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る縮径加工方法の原理を示す模式図であり、（ａ）は流体圧力保持具の挿脱時の状態、（ｂ）は加工時の状態を示す。
【図２】本発明の実施形態に係る縮径加工装置の要部断面図である。
【図３】縮径加工時の成形ロールの変位状態を示す模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る縮径加工装置の要部断面図である。
【図５】従来の縮径加工装置による縮径加工方法の原理を示す模式図であり、（ａ）は加工時の状態、（ｂ）は縮径加工後に金属ロールが縮径加工部から抜ける時の状態を示す。
【符号の説明】
１、２８  流体圧力保持具              ２、２７  弾性膜
３、１１  缶胴保持台                  ５、１４  成形ロール
１０  縮径加工装置                      １２  しわ抑え兼チャック装置
１３  流体圧力保持装置                  １６  スピンドル
１７、４１  チャック部                  １８  しわ抑え部
１９、４０  チャック                    ２０  加圧手段
２６  ノズルボディ                      ２７  弾性膜
３１  ノズル                            ３２  配管
４２  押圧スリーブ                      ４６  スプリング
【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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