缶巻き締め装置及び缶巻き締め方法
【課題】回転駆動力を缶蓋に確実に伝達して、巻き締め不良や加工トラブル等の発生を防止し、高速巻き締めを可能にする。
【解決手段】巻き締め時に缶蓋１を表面側から保持するチャック部材３３は、缶蓋１のカウンターシンク部５内に嵌合する環状突出部４３と、環状突出部４３の外周面から連続し、缶蓋１のカウンターシンク部５より上方位置の中央周壁部６の内周面に対向するテーパ状部４２と、テーパ状部４２から連続し、缶蓋１のショルダー部７の内側で巻き締めロールの押圧力を受ける台金部４１とを備え、環状突出部４３の下端部に、その外周面及び内周面の間を連結する外側凸状湾曲面４７及び内側凸状湾曲面４８が形成され、環状突出部４３がカウンターシンク部５内に嵌合されたときに、カウンターシンク部５の外側壁部１４と内側壁部１１との隙間を押し広げるように両壁部の少なくとも一部ずつにそれぞれくい込む寸法設定とされている。
【解決手段】巻き締め時に缶蓋１を表面側から保持するチャック部材３３は、缶蓋１のカウンターシンク部５内に嵌合する環状突出部４３と、環状突出部４３の外周面から連続し、缶蓋１のカウンターシンク部５より上方位置の中央周壁部６の内周面に対向するテーパ状部４２と、テーパ状部４２から連続し、缶蓋１のショルダー部７の内側で巻き締めロールの押圧力を受ける台金部４１とを備え、環状突出部４３の下端部に、その外周面及び内周面の間を連結する外側凸状湾曲面４７及び内側凸状湾曲面４８が形成され、環状突出部４３がカウンターシンク部５内に嵌合されたときに、カウンターシンク部５の外側壁部１４と内側壁部１１との隙間を押し広げるように両壁部の少なくとも一部ずつにそれぞれくい込む寸法設定とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶体に缶蓋を巻き締める装置及び巻き締め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
缶体に缶蓋を巻き締める場合、内容物を充填した缶体をリフター上に載せるとともに、その缶体のフランジ部に被せた缶蓋を上方からチャック部材によって押さえ、このチャック部材によって缶蓋を表面側から保持しながら缶蓋及び缶体を回転させ、その缶蓋外周部のカール部の外側から巻き締めロールを接近させ、このカール部と缶体のフランジ部とをチャック部材と巻き締めロールとで挟み込みながら巻き締めるようにしている。
【０００３】
このような巻き締め装置として、特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。特許文献１記載の巻き締め装置は、缶蓋を押さえるチャック部材の下端部に、缶蓋のカウンターシンク部の環状凹部内に嵌合する環状凸部が形成され、この環状凸部をカウンターシンク部の環状凹部内に嵌合した状態とし、巻き締め時には、缶蓋のカウンターシンク部から上方に連続するチャック壁の内周面までのほぼ全面をチャック部材の外周面で支持するようにしている。
また、特許文献２記載の巻き締め装置は、チャック部材の下端面には特許文献１に記載のような環状凸部はなく、したがって、チャック部材は缶蓋のカウンターシンク部内には侵入することなく、その上方位置のチャック壁にのみ接触するようになっている。この場合、缶蓋のチャック壁は鉛直方向に対して大きな傾斜角度で傾斜したテーパ面となっており、チャック部材は、このテーパ面に接触している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２６８５９号公報
【特許文献２】特許第３８０９１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような巻き締め装置において、特許文献１では環状凸部を含む外周面のほぼ全面でチャック部材の回転駆動力を缶蓋に伝達することになり、特許文献２では比較的広い面積のテーパ面で回転駆動力を伝達しており、いずれの場合も、その駆動力の伝達面において均一な接触状態が求められる。
しかしながら、近年では生産ラインの高速化が計画されてきており、これに伴い、チャック部材と缶蓋との接触状態がわずかでも不均一になると、接触不十分の場合は、スリップが生じて巻き締めが不十分になるおそれがあり、また、逆に軸方向荷重を大きくし過ぎると、缶が縦荷重に耐えられなくなり座屈が発生し易くなるという問題が顕著になってきた。
このため、より高速化に対応できる巻き締め技術の提案が求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回転駆動力を缶蓋に確実に伝達して、巻き締め不良や加工トラブル等の発生を防止し、高速巻き締めを可能にする缶巻き締め装置及び巻き締め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】
【０００７】
本発明の缶巻き締め装置は、巻き締め時に缶蓋を表面側から保持するチャック部材を備えており、該チャック部材は、前記缶蓋のカウンターシンク部内に嵌合する環状突出部と、該環状突出部の外周面から連続し、前記缶蓋のカウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面に対向するテーパ状部と、該テーパ状部から連続し、缶蓋のショルダー部の内側で巻き締めロールの押圧力を受ける台金部とを備え、前記環状突出部の下端部に、その外周面及び内周面の間を連結する外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面が形成され、これら外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面は、前記環状突出部が前記カウンターシンク部内に嵌合されたときに、該カウンターシンク部の外側壁部と内側壁部との隙間を押し広げるようにこれら外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつにそれぞれくい込む寸法設定とされていることを特徴とする。
すなわち、チャック部材の環状突出部を缶蓋のカウンターシンク部の外側壁部及び内側壁部にくい込ませた状態とするのであり、そのくい込みによってチャック部材が缶蓋を強固に保持し、その回転駆動力をくい込み部の摩擦力により確実に伝達することができる。
また、カウンターシンク部の両壁部のうち、内側壁部にチャック部材の環状突出部がくい込むことにより、カウンターシンク部の半径方向内方に配置されるパネル部が真円に矯正され、耐圧強度が向上する。
【０００８】
本発明の缶巻き締め装置において、前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面のそれぞれの最大くい込み量は、缶蓋の板厚に対して４０〜７０％であり、両くい込み量の合計が１２０％以下であるとよい。
各凸状湾曲面の最大くい込み量が４０％未満であると、巻き締め時に缶蓋に回転駆動力が適切に伝達されずにスリップが生じるおそれがあり、７０％を超えると、くい込み過ぎることから、巻き締め終了後に缶蓋をチャック部材から離れるようにリフターを下降させたときに缶蓋が離脱せずに缶体が吊り下げられる現象が生じる。したがって、最大くい込み量は缶蓋の板厚に対して４０〜７０％が好ましい。
ただし、各凸状湾曲面のくい込み量の合計が１２０％を超えると、その一方のくい込み量が７０％以下であっても、缶蓋が離脱しにくくなるので、合計で１２０％以下とするのがよい。
【０００９】
本発明の缶巻き締め装置において、前記缶蓋の前記カウンターシンク部と、前記チャック部材の前記環状突出部との縦断面形状は、これらを設計図面上で重ね合わせたときに、前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面の少なくとも一部ずつが前記カウンターシンク部の前記外側壁部及び内側壁部の表面から板厚方向に突出するとともに、前記中央周壁部の内周面と前記テーパ状部の外周面との間に隙間が形成されるとよい。
チャック部材の環状突出部が缶蓋のカウンターシンク部にくい込んだ状態でチャック部材のテーパ状部外周面と缶蓋の中央周壁部内周面との間に隙間が形成される設計であるので、環状突出部とカウンターシンク部とのくい込みを他の部分が阻害することがなく、両者を確実にくい込ませることができる。
【００１０】
本発明の缶巻き締め方法は、缶体のフランジ部に被せた缶蓋のカウンターシンク部にチャック部材の環状突出部を嵌合して該缶蓋を表面側から保持しつつ回転させ、巻き締めロールを缶蓋の半径方向外方位置から半径方向内方に移動することにより、缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込みながら巻き締める巻き締め方法において、前記缶蓋のカウンターシンク部に前記チャック部材の環状突出部を嵌合する際に、前記カウンターシンク部における外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつに前記環状突出部の外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面がくい込むとともに、前記カウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面と前記環状突出部より上方位置のテーパ状部の外周面との間に隙間を形成した状態とし、その後、前記巻き締めロールと前記チャック部材との間で前記缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チャック部材の環状突出部が缶蓋のカウンターシンク部にくい込むので、チャック部材の回転駆動力をカウンターシンク部から確実に缶蓋に伝達することができ、巻き締め不良や缶体の座屈等の不具合の発生を防止して、高速巻き締めに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る缶巻き締め装置の第１実施形態におけるチャック部材の缶蓋への嵌合状態を示す要部の縦断面図である。
【図２】図１における環状突出部とカウンターシンク部との嵌合部分を拡大して示した縦断面図である。
【図３】図１におけるチャック部材の缶蓋へのくい込み始めの状態を示す縦断面図である。
【図４】図１に示すチャック部材の嵌合状態から巻き締められた後の状態を示す縦断面図である。
【図５】第１実施形態の缶巻き締め装置における一組の巻き締めユニットを概略的に示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る缶巻き締め装置及び缶巻き締め方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
まず、第１実施形態の缶巻き締め装置に適用される缶蓋について説明しておくと、この缶蓋１は、図１及び図２に示すように、その中央部分に配置される円板状をなすパネル部２と、パネル部２の外周部のコーナー部３を介して連続し下方に向けた環状凹部４を形成するカウンターシンク部５と、カウンターシンク部５の外周縁から上方に向けてほぼ拡径しながら延在する中央周壁部６と、中央周壁部６の外周縁から連なるショルダー部７と、ショルダー部７に連続するカール部８とから構成されている。
【００１４】
カウンターシンク部５では、コーナー部３に連なる内側壁部１１が鉛直下方に向かうに従ってわずかに拡径するように延びており、その内側壁部１１の下縁から内側湾曲部１２及びその外側に外側湾曲部１３が連続している。これら湾曲部１２，１３は、カウンターシンク部５の底部を半分ずつ形成するように、内側湾曲部１２は、下方かつ半径方向内方に向けて凸となる形状とされ、外側湾曲部１３は、下方かつ半径方向外方に向けて凸となる形状とされている。そして、その外側湾曲部１３から上方に向けて若干拡径しながら外側壁部１４が延びており、これら内側壁部１１、内側湾曲部１２、外側湾曲部１３、外側壁部１４によってカウンターシンク部５が構成されている。
この場合、内側湾曲部１２及び外側湾曲部１３とも、その内周面はほぼ同じ曲率半径ｒに形成されており、例えばｒ＝０．１５〜０．６０ｍｍに設定される。また、公称径が２０４（缶体に巻き締めた後の二重巻き締め部の外径が５６．５〜５６．７ｍｍ、巻き締め前の缶蓋１のカール部８の最外径が６２．０〜６２．４ｍｍ）の場合、外側湾曲部１３の曲率中心位置の直径は４８．７２〜４９．７２ｍｍとされる。また、内側壁部１１及び外側壁部１４が下方に向かうにしたがって徐々に接近するように傾斜していることにより、環状凹部４は、下方に向かうにしたがって徐々に幅が狭くなっている。
【００１５】
中央周壁部６は、カウンターシンク部５の外側壁部１４の上端縁に連続し内側に向けて凸となるように湾曲した第１湾曲部１５と、第１湾曲部１５の上端縁に連続し外側に向けて凸となるように湾曲した第２湾曲部１６とからなる形状とされており、これら第１湾曲部１５及び第２湾曲部１６の連続形状により、全体としては上方に向けて拡径する形状とされている。
ショルダー部７は、中央周壁部６の第２湾曲部１６の上端縁（外周縁）に連続し、上方に向けて凸となるように湾曲しながら拡径して半径方向外方に延びている。この場合、中央周壁部６の第２湾曲部１６は、その内面を斜め上方に向けた状態に湾曲していることから、全体としては下方から上方に向かうにしたがって漸次拡径する形状とされており、この第２湾曲部１６に連続するショルダー部７も下方から上方に向けて拡径している。
そして、カール部８は、ショルダー部７の外周縁に連続して半径方向外方に延在し、その外周縁部を下方かつ半径方向内方に向けて折り返してなる形状とされている。
【００１６】
一方、この缶蓋１が巻き締められる缶体２１は、有底筒状の缶胴２２から縮径したネック部２３の上端に、屈曲部２４を介して外向きのフランジ部２５が連続して形成された形状とされている。
そして、この缶体２1に缶蓋１が被せられると、缶体２１の屈曲部２４に缶蓋１のショルダー部７における外面側の凹面が対向するように配置され、フランジ部２５の上面にショルダー部７からカール部８にかけた裏面が対向して配置される。
【００１７】
この缶体２１と缶蓋１とを巻き締めるための装置は次のように構成される。
この缶巻き締め装置３１は、図示略の巻き締め機本体のターレットに、図５に示すように、缶体２１を載置して上下移動及び回転駆動されるリフター３２と、缶体２１に被せた缶蓋１を上方から押さえながら缶蓋１の表面側に配置されるチャック部材３３と、このチャック部材３３とリフター３２との間に挟持された状態で回転させられる缶体２１及び缶蓋１に半径方向外方位置から接近して巻き締め加工を行う複数の巻き締めロール３４，３５との組み合わせからなる巻き締めユニットがターレットの周方向に間隔を開けて複数組設けられている。そして、これらリフター３２、チャック部材３３及び巻き締めロール３４，３５は、巻き締め機本体のターレットの旋回により、周方向に移動しつつリフター３２とチャック部材３３との間に缶体２１及び缶蓋１を受け入れてこれらを挟持した状態とし、巻き締めロール３４，３５で巻き締めるようになっている。図５にはリフター３２、チャック部材３３及び巻き締めロール３４，３５からなる巻き締めユニットを一組のみ示している。
【００１８】
リフター３２は、缶体２１が載置されるリフタープレート３６、及びこのリフタープレート３６を上方に付勢するスプリング等を保持したホルダー部３７が備えられており、巻き締め機本体のターレットとともに旋回することにより、巻き締め機本体に固定状態のリング状カム（図示略）に沿って移動しながら矢印Ｂで示すように上下移動し、矢印Ｃで示すように自身の軸心Ｘ回りに回転駆動させられる構成である。
巻き締めロール３４，３５は、外周面に成型面が形成され、チャック部材３３に対して矢印Ｅ，Ｆで示すように離間接近するとともに、自身の軸心Ｙの回りに回転自在に支持されており、リフター３２とチャック部材３３との間に挟持されて回転している缶体２１のフランジ部２５上の缶蓋１のカール部８に半径方向外方位置から順番に接近して成形しながら巻き締めるようになっている。つまり、カール部８に第１の巻き締めロール３４が接近して缶蓋１のカール部８を缶体２１のフランジ部２５に巻き込みながら巻き締めた後巻き締め部から離間し、次に第２の巻き締めロール３５が接近して再び巻き締め成形を行い、最終的に図４に示すように二重巻き締め部５２とする。
【００１９】
チャック部材３３は、リフター３２と同一の軸心Ｘ上に配置され、全体としてスリーブ状に形成されるとともに、その下部に、巻き締め時に巻き締めロール３４，３５から加えられる半径方向内方に向けた押圧力を缶蓋１のショルダー部７の内側で支持する台金部４１が半径方向外方に向けて形成され、その台金部４１から下方に、缶蓋１の中央周壁部６の内周面に対向する湾曲したテーパ状部４２が連続して延在し、そのテーパ状部４２の下方に、カウンターシンク部５内に嵌合する環状突出部４３が形成されている。テーパ状部４２は、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面と対向する凸状湾曲面４４と、第１湾曲部１５の内周面と対向する凹状湾曲面４５とを連続させた形状とされ、これら凸状湾曲面４４及び凹状湾曲面４５の連続形状により、全体としては上方から下方に向けて漸次縮径する形状とされている。
また、環状突出部４３をカウンターシンク部５に嵌合させた状態においては、台金部４１からテーパ状部４２の凸状湾曲面４４及び凹状湾曲面４５までの外面は、図１に示すように缶蓋１の対応するショルダー部７、中央周壁部６の両湾曲部１６，１５の内面との間にわずかに隙間が形成されるようになっており、この部分に隙間を形成した状態で、環状突出部４３の先端部がカウンターシンク部５の外側壁部１４及び内側壁部１１にくい込む寸法設定とされている。
【００２０】
この環状突出部４３の先端部は、図２に拡大して示したように、ほぼストレートの筒状部４６の下端面が、筒状部４６の外周面から連続して下方かつ半径方向外方に向けて凸となる外側凸状湾曲面４７及び筒状部４６の内周面から連続して下方かつ半径方向内方に向けて凸となる内側凸状湾曲面４８が中央で連結状態とされた形状とされている。この場合、外側凸状湾曲面４７の外周面の曲率半径Ｒ１の方が内側凸状湾曲面４８の外周面の曲率半径Ｒ２よりもわずかに大きく設定されている。例えばＲ１＝０．４２〜０．６２ｍｍ、Ｒ２＝０．２８〜０．４８ｍｍとされる。
そして、その筒状部４６の内径は、カウンターシンク部５の内側壁部１１の外周面における下端縁の外径、つまり内側壁部１１の最大外径よりも小さく形成され、また、筒状部４６の外径は、カウンターシンク部５の外側壁部１４の最小内径よりも大きく形成されている。このため、筒状部４６がカウンターシンク部５に嵌合したときに、内側凸状湾曲面４８から筒状部４６の下端部の内周面までの部分が、カウンターシンク部５の内側壁部１１の下端部から内側湾曲部１２の外周面にくい込み、また、外側凸状湾曲面４７から筒状部４６の下端部の外周面までの部分が、カウンターシンク部５の外側壁部１４の下端部から外側湾曲部１３の内周面にくい込むようになっている。
【００２１】
なお、このチャック部材３３は、その上部が巻き締め機本体のターレットに回転自在に支持されているとともに、ターレットの旋回に伴い、巻き締め機本体のラックにピニオンギヤが係合して図５の矢印Ｇで示すように回転駆動されるようになっている。また、チャック部材３３の内側には、缶蓋１のパネル部２を押さえる回転自在なノックアウトパッド５１がチャック部材３３に対して上下移動可能に設けられている。
【００２２】
このように構成された缶巻き締め装置３１によって缶体２１に缶蓋１を巻き締める場合、ターレットによって旋回される各リフター３２に順次缶体２１が供給されるとともに、そのリフター３２に載置された状態の缶体２１のフランジ部２５の上に缶蓋１が１枚ずつ供給された後、これら缶体２１と缶蓋１とがリフター３２とチャック部材３３との間で挟持された状態で回転させられ、巻き締めロール３４，３５による巻き締め加工が行われた後、ターレットから排出される。
【００２３】
この一連の巻き締め作業において、リフター３２とチャック部材３３との間に缶体２１及び缶蓋１を挟持する際には、缶体２１に被せられた缶蓋１の上方にチャック部材３３が配置されている状態から、まずチャック部材３３の内側のノックアウトパッド５１が下降して缶蓋１のパネル部２を押さえることにより、缶体２１と缶蓋１とをリフター３２とチャック部材３３の軸心上に位置決め固定する。
【００２４】
次に、リフター３２が上昇して、缶蓋１のカウンターシンク部５にチャック部材３３の環状突出部４３を嵌合する。このとき、図３に示すように、環状突出部４３は、その下端部の内側凸状湾曲面４８の内周面又は外側凸状湾曲面４７の外周面のいずれか又はその両方がカウンターシンク部５の内側壁部１１の外周面又は外側壁部１４の内周面にまず接触する。
そして、リフター３２が上昇するにしたがって、図３の鎖線で示すように環状突出部４３の内側凸状湾曲面４８の内周面及び外側凸状湾曲面４７の外周面がカウンターシンク部５の内側壁部１１及び外側壁部１４に徐々にくい込み（図３には、便宜上、缶蓋１に対してチャック部材３３の環状突出部４３を変位させた状態として示している）、最も上方位置まで達すると、図１及び図２に示すように、環状突出部４３の内側凸状湾曲面４８から筒状部４６の下端部内周面までの部分が、カウンターシンク部５の内側湾曲部１２から内側壁部１１の下端部までの部分に外側からくい込み、また、外側凸状湾曲面４７から筒状部４６の下端部外周面までの部分がカウンターシンク部５の外側湾曲部１３から外側壁部１４の下端部までの部分に内側からくい込んだ状態とされる。
【００２５】
このようにして、缶蓋１のカウンターシンク部５にチャック部材３３の環状突出部４３がくい込んだ状態で嵌合すると、チャック部材３３からの回転駆動力を受けて缶蓋１が缶体２１とともに回転し、まず巻き締めロール３４が接近して缶蓋１のカール部８を缶体２１のフランジ部２５に巻き込みながら巻き締めた後巻き締め部から離間し、次に巻き締めロール３５が接近して再び巻き締め成形を行い、最終的に図４に示すように二重巻き締め部５２を形成する。なお、前述したように、缶蓋１の中央周壁部６からショルダー部７の内周面は、チャック部材３３が缶蓋１に嵌合した図１に示す状態では、チャック部材３３のテーパ状部４２から台金部４１までの外周面との間に隙間が形成されていたが、巻き締めロール３４，３５がチャック部材３３に接近して巻き締めるときには、巻き締めロール３４，３５によって外側から半径方向内方に押圧力を受けるために、少なくとも、テーパ状部４２の凸状湾曲面４４と缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とが接触し、その凸状湾曲面４４を支点として第２湾曲部１６がさらに折り曲げられるようにしながら台金部４１と巻き締めロール３４，３５との間で缶蓋１と缶体２１とが巻き締められる。
図４には、順番に接近する両巻き締めロール３４，３５のうち、最終成形を行う第２巻き締めロール３５が示されている。
以上のようにして缶蓋１のカール部８と缶体２１のフランジ部２５とにより二重巻き締め部５２を形成した後、カウンターシンク部５に嵌合していたチャック部材３３を缶蓋１から離すために、リフター３２とノックアウトパッド５１とを同調させながら下降させ、チャック部材３３から缶蓋１が完全に離れ、ノックアウトパッド５１を上昇させた後、巻き締め機のターレットから缶を排出する。
【００２６】
図２は、缶蓋１のカウンターシンク部５とチャック部材３３の環状突出部４３とを設計図面上で重ね合わせた状態を示しており（図１、図３、図４も同様）、そのくい込み部分をハッチングして示している。環状突出部４３のくい込み量は、最も大きい部分のくい込み量（缶蓋の内表面からの深さ）につき内側壁部１１に対するくい込み量をＤｉ、外側壁部１４に対するくい込み量をＤｏとすると、缶蓋１の板厚が０．２０５〜０．２３５ｍｍに対して４０〜７０％とされ、両くい込み量Ｄｉ，Ｄｏともほぼ同じであるのが好ましい。このくい込み量Ｄｉ，Ｄｏが４０％未満であると、巻き締めに必要な回転駆動力が缶蓋１に伝達されないため、缶蓋１に回転方向のトルクが得られず、７０％を超えると、巻き締め終了後にチャック部材３３が缶蓋１から抜けにくくなる。また、両くい込み量Ｄｉ，Ｄｏの合計が１２０％を超えると、その一方が７０％以下であったとしても巻き締め終了後に缶蓋１が離脱しにくくなるので、１２０％以下とするのがよい。
【００２７】
また、くい込み部分の高さＨは、カウンターシンク部５の内面を形成する環状凹部４の最深部から例えば１．５ｍｍ以内の範囲、好ましくは１ｍｍとされる。したがって、環状突出部４３における筒状部４６の上端は環状突出部４３の下端から１．５ｍｍの高さ以上必要である。
また、このくい込み状態において、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３のテーパ状部４２の凸状湾曲面４４との間の隙間Ａ（図１参照）は０．０２〜０．１０ｍｍとされる。この隙間Ａが０．０２ｍｍ未満であると、軸荷重が加わったときに、チャック部材３３の環状突出部４３がカウンターシンク部５にくい込むよりも先に、凸状湾曲面４４が缶蓋１に接触してしまい、その結果、必要なくい込み量が得られずに巻き締め時にスリップが生じるおそれがあり、また、０．１０ｍｍを超えると、巻き締め不十分となって缶蓋１にしわが生じ易い。
【００２８】
次に、環状突出部４３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏ、及び缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４との間の隙間Ａについて、巻き締めへの影響を実験した結果を表１及び表２に示す。以下の説明でも、便宜のため、上記実施形態で使用した符号を付して説明する。
表１は、環状突出部４３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏと嵌合トルク及びチャック抜け不良との関係を実験した結果を示している。缶蓋１には公称径２０４（巻き締め後の二重巻き締め部の外径が５６．５〜５６．７ｍｍ）のものを使用した。板厚は０．２２ｍｍである。使用した缶蓋１とチャック部材３３との設計上の形状を設計図面上で重ね合わせて該当部分を測定した。缶蓋１のカウンターシンク部５の内側湾曲部１２及び外側湾曲部１３の内面の曲率半径ｒは０．４ｍｍ、チャック部材３３の環状突出部４３における外側凸状湾曲面４７の外面の曲率半径Ｒ１は０．５２ｍｍ、内側凸状湾曲面４８の外面の曲率半径Ｒ２は０．３８ｍｍであり、内側湾曲部１２の曲率中心位置及び外側凸状湾曲面４７の曲率中心位置が異なる複数種類の組み合わせとすることにより、くい込み量Ｄｉ，Ｄｏを変化させた。巻き締め速度としては、２０００缶／分に相当する速度とした。
嵌合トルクは、缶体２１の底面とリフター３２との間にトルクレンチを引っ掛ける治具を挟んだ状態として巻き締め、第２巻き締めロール３５が最も接近した位置で巻き締めロール３５を離し、トルクレンチで回転方向のトルクを測定した。表中の数値は、測定した２０缶中の平均値を示している。その平均値が２．５Ｎ・ｍ以上で個々の値が１．８Ｎ・ｍ以上を合格（○）とした。チャック抜け不良とは、巻き締め終了後にチャック部材３３から缶が自然離脱（落下）しなかったものを示している。２０缶巻き締め、チャック抜け不良が生じた缶数を示している。チャック抜け不良が生じないものが合格（○）である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表２は、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４との間の隙間（クリアランス）Ａと、嵌合トルク及び落下強度との関係を実験した結果を示している。缶蓋には公称径が２０４、板厚が０．２２ｍｍのものを使用し、いずれも、環状突出部４３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏをともに５０％とし、表１の場合と同様、２０００缶／分に相当する巻き締め速度とした。表中のＡ寸法は、実験に使用した缶蓋１とチャック部材３３との設計上の形状を設計図面上で重ね合わせて該当部分を測定した数値であり、−（マイナス）寸法及び０ｍｍは、缶蓋１のカウンターシンク部５にチャック部材３３の環状突出部４３が嵌合した状態において、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４とが接触することを意味している。
嵌合トルクについては、表１の測定方法と同じである。表中の数値は、測定した２０缶中の最小値を示している。落下漏れは、水を充填し、炭酸水又は窒素充填で内圧をかけた状態で巻き締めた缶を８０ｃｍの高さから缶蓋を下に向けた倒立姿勢で鉄板の上に２０缶落下し、漏えいが生じた缶数を測定した。漏えい缶が生じないものが合格（○）である。
【００３１】
【表２】
【００３２】
また、缶蓋１の耐圧強度について次のように測定した。缶蓋１を缶体２１に巻締め、炭酸水によって内圧を加え、缶蓋のカウンターシンク部の付近が外方に隆起するように反転座屈が生じたときの内圧を測定し、これを耐圧強度とした。缶蓋には公称径２０４で、実施例としては前述したくい込み量Ｄｉ，Ｄｏがともに４０％のものを使用し、比較例として、比較例１は全くくい込みがないもの、比較例２は外側壁部に対するくい込み量Ｄｏが０％のもの、比較例３は内側壁部に対するくい込み量Ｄｉが０％のものを使用した。
その結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
これらの実験結果から明らかなように、チャック部材３３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏをそれぞれ缶蓋１の板厚の４０〜７０％、かつＤｉ，Ｄｏの合計を１２０％以下とすることにより、適切な嵌合トルクで缶蓋１を回転することができるとともに、巻き締め後のチャック抜け不良も生じなかった。また、そのときの缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４との間の隙間（クリアランス）Ａが０．０２〜０．１０ｍｍの範囲である場合に、適切な嵌合トルクを缶蓋１に伝達することができるとともに、落下試験での漏れも生じなかった。耐圧強度も従来のもの（比較例１〜比較例３）より向上することがわかる。
なお、くい込み量Ｄｉ，Ｄｏが適正範囲で巻き締められた缶の缶蓋には、カウンターシンク部５の該当部分に、チャック部材３３がくい込んだ跡が確認された。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、缶蓋の中央周壁部及びチャック部材のテーパ状部は、実施形態では二つの湾曲部の連続形状からなる構成としたが、一つの湾曲部や、ほぼストレート状のテーパ面等によって構成してもよい。
また、缶の公称径が２０４のものに適用したが、２０２（二重巻き締め部の外径が５３．６〜５４．４ｍｍ、巻き締め前の缶蓋のカール部の最外径が５９．２〜５９．６ｍｍ）又は２０６（二重巻き締め部の外径が５９．２〜５９．４ｍｍ、巻き締め前の缶蓋のカール部の最外径が６４．５〜６４．９ｍｍ）のものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 缶蓋
２ パネル部
３ コーナー部
４ 環状凹部
５ カウンターシンク部
６ 中央周壁部
７ ショルダー部
８ カール部
１１ 内側壁部
１２ 内側湾曲部
１３ 外側湾曲部
１４ 外側壁部
１５ 第１湾曲部
１６ 第２湾曲部
２１ 缶体
２２ 缶胴
２３ ネック部
２４ 屈曲部
２５ フランジ部
３１ 巻き締め装置
３２ リフター
３３ チャック部材
３４，３５ 巻き締めロール
４１ 台金部
４２ テーパ状部
４３ 環状突出部
４４ 凸状湾曲面
４５ 凹状湾曲面
４６ 筒状部
４７ 外側凸状湾曲面
４８ 内側凸状湾曲面
５１ ノックアウトパッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶体に缶蓋を巻き締める装置及び巻き締め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
缶体に缶蓋を巻き締める場合、内容物を充填した缶体をリフター上に載せるとともに、その缶体のフランジ部に被せた缶蓋を上方からチャック部材によって押さえ、このチャック部材によって缶蓋を表面側から保持しながら缶蓋及び缶体を回転させ、その缶蓋外周部のカール部の外側から巻き締めロールを接近させ、このカール部と缶体のフランジ部とをチャック部材と巻き締めロールとで挟み込みながら巻き締めるようにしている。
【０００３】
このような巻き締め装置として、特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。特許文献１記載の巻き締め装置は、缶蓋を押さえるチャック部材の下端部に、缶蓋のカウンターシンク部の環状凹部内に嵌合する環状凸部が形成され、この環状凸部をカウンターシンク部の環状凹部内に嵌合した状態とし、巻き締め時には、缶蓋のカウンターシンク部から上方に連続するチャック壁の内周面までのほぼ全面をチャック部材の外周面で支持するようにしている。
また、特許文献２記載の巻き締め装置は、チャック部材の下端面には特許文献１に記載のような環状凸部はなく、したがって、チャック部材は缶蓋のカウンターシンク部内には侵入することなく、その上方位置のチャック壁にのみ接触するようになっている。この場合、缶蓋のチャック壁は鉛直方向に対して大きな傾斜角度で傾斜したテーパ面となっており、チャック部材は、このテーパ面に接触している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２６８５９号公報
【特許文献２】特許第３８０９１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような巻き締め装置において、特許文献１では環状凸部を含む外周面のほぼ全面でチャック部材の回転駆動力を缶蓋に伝達することになり、特許文献２では比較的広い面積のテーパ面で回転駆動力を伝達しており、いずれの場合も、その駆動力の伝達面において均一な接触状態が求められる。
しかしながら、近年では生産ラインの高速化が計画されてきており、これに伴い、チャック部材と缶蓋との接触状態がわずかでも不均一になると、接触不十分の場合は、スリップが生じて巻き締めが不十分になるおそれがあり、また、逆に軸方向荷重を大きくし過ぎると、缶が縦荷重に耐えられなくなり座屈が発生し易くなるという問題が顕著になってきた。
このため、より高速化に対応できる巻き締め技術の提案が求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回転駆動力を缶蓋に確実に伝達して、巻き締め不良や加工トラブル等の発生を防止し、高速巻き締めを可能にする缶巻き締め装置及び巻き締め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】
【０００７】
本発明の缶巻き締め装置は、巻き締め時に缶蓋を表面側から保持するチャック部材を備えており、該チャック部材は、前記缶蓋のカウンターシンク部内に嵌合する環状突出部と、該環状突出部の外周面から連続し、前記缶蓋のカウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面に対向するテーパ状部と、該テーパ状部から連続し、缶蓋のショルダー部の内側で巻き締めロールの押圧力を受ける台金部とを備え、前記環状突出部の下端部に、その外周面及び内周面の間を連結する外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面が形成され、これら外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面は、前記環状突出部が前記カウンターシンク部内に嵌合されたときに、該カウンターシンク部の外側壁部と内側壁部との隙間を押し広げるようにこれら外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつにそれぞれくい込む寸法設定とされていることを特徴とする。
すなわち、チャック部材の環状突出部を缶蓋のカウンターシンク部の外側壁部及び内側壁部にくい込ませた状態とするのであり、そのくい込みによってチャック部材が缶蓋を強固に保持し、その回転駆動力をくい込み部の摩擦力により確実に伝達することができる。
また、カウンターシンク部の両壁部のうち、内側壁部にチャック部材の環状突出部がくい込むことにより、カウンターシンク部の半径方向内方に配置されるパネル部が真円に矯正され、耐圧強度が向上する。
【０００８】
本発明の缶巻き締め装置において、前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面のそれぞれの最大くい込み量は、缶蓋の板厚に対して４０〜７０％であり、両くい込み量の合計が１２０％以下であるとよい。
各凸状湾曲面の最大くい込み量が４０％未満であると、巻き締め時に缶蓋に回転駆動力が適切に伝達されずにスリップが生じるおそれがあり、７０％を超えると、くい込み過ぎることから、巻き締め終了後に缶蓋をチャック部材から離れるようにリフターを下降させたときに缶蓋が離脱せずに缶体が吊り下げられる現象が生じる。したがって、最大くい込み量は缶蓋の板厚に対して４０〜７０％が好ましい。
ただし、各凸状湾曲面のくい込み量の合計が１２０％を超えると、その一方のくい込み量が７０％以下であっても、缶蓋が離脱しにくくなるので、合計で１２０％以下とするのがよい。
【０００９】
本発明の缶巻き締め装置において、前記缶蓋の前記カウンターシンク部と、前記チャック部材の前記環状突出部との縦断面形状は、これらを設計図面上で重ね合わせたときに、前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面の少なくとも一部ずつが前記カウンターシンク部の前記外側壁部及び内側壁部の表面から板厚方向に突出するとともに、前記中央周壁部の内周面と前記テーパ状部の外周面との間に隙間が形成されるとよい。
チャック部材の環状突出部が缶蓋のカウンターシンク部にくい込んだ状態でチャック部材のテーパ状部外周面と缶蓋の中央周壁部内周面との間に隙間が形成される設計であるので、環状突出部とカウンターシンク部とのくい込みを他の部分が阻害することがなく、両者を確実にくい込ませることができる。
【００１０】
本発明の缶巻き締め方法は、缶体のフランジ部に被せた缶蓋のカウンターシンク部にチャック部材の環状突出部を嵌合して該缶蓋を表面側から保持しつつ回転させ、巻き締めロールを缶蓋の半径方向外方位置から半径方向内方に移動することにより、缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込みながら巻き締める巻き締め方法において、前記缶蓋のカウンターシンク部に前記チャック部材の環状突出部を嵌合する際に、前記カウンターシンク部における外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつに前記環状突出部の外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面がくい込むとともに、前記カウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面と前記環状突出部より上方位置のテーパ状部の外周面との間に隙間を形成した状態とし、その後、前記巻き締めロールと前記チャック部材との間で前記缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、チャック部材の環状突出部が缶蓋のカウンターシンク部にくい込むので、チャック部材の回転駆動力をカウンターシンク部から確実に缶蓋に伝達することができ、巻き締め不良や缶体の座屈等の不具合の発生を防止して、高速巻き締めに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る缶巻き締め装置の第１実施形態におけるチャック部材の缶蓋への嵌合状態を示す要部の縦断面図である。
【図２】図１における環状突出部とカウンターシンク部との嵌合部分を拡大して示した縦断面図である。
【図３】図１におけるチャック部材の缶蓋へのくい込み始めの状態を示す縦断面図である。
【図４】図１に示すチャック部材の嵌合状態から巻き締められた後の状態を示す縦断面図である。
【図５】第１実施形態の缶巻き締め装置における一組の巻き締めユニットを概略的に示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る缶巻き締め装置及び缶巻き締め方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。
まず、第１実施形態の缶巻き締め装置に適用される缶蓋について説明しておくと、この缶蓋１は、図１及び図２に示すように、その中央部分に配置される円板状をなすパネル部２と、パネル部２の外周部のコーナー部３を介して連続し下方に向けた環状凹部４を形成するカウンターシンク部５と、カウンターシンク部５の外周縁から上方に向けてほぼ拡径しながら延在する中央周壁部６と、中央周壁部６の外周縁から連なるショルダー部７と、ショルダー部７に連続するカール部８とから構成されている。
【００１４】
カウンターシンク部５では、コーナー部３に連なる内側壁部１１が鉛直下方に向かうに従ってわずかに拡径するように延びており、その内側壁部１１の下縁から内側湾曲部１２及びその外側に外側湾曲部１３が連続している。これら湾曲部１２，１３は、カウンターシンク部５の底部を半分ずつ形成するように、内側湾曲部１２は、下方かつ半径方向内方に向けて凸となる形状とされ、外側湾曲部１３は、下方かつ半径方向外方に向けて凸となる形状とされている。そして、その外側湾曲部１３から上方に向けて若干拡径しながら外側壁部１４が延びており、これら内側壁部１１、内側湾曲部１２、外側湾曲部１３、外側壁部１４によってカウンターシンク部５が構成されている。
この場合、内側湾曲部１２及び外側湾曲部１３とも、その内周面はほぼ同じ曲率半径ｒに形成されており、例えばｒ＝０．１５〜０．６０ｍｍに設定される。また、公称径が２０４（缶体に巻き締めた後の二重巻き締め部の外径が５６．５〜５６．７ｍｍ、巻き締め前の缶蓋１のカール部８の最外径が６２．０〜６２．４ｍｍ）の場合、外側湾曲部１３の曲率中心位置の直径は４８．７２〜４９．７２ｍｍとされる。また、内側壁部１１及び外側壁部１４が下方に向かうにしたがって徐々に接近するように傾斜していることにより、環状凹部４は、下方に向かうにしたがって徐々に幅が狭くなっている。
【００１５】
中央周壁部６は、カウンターシンク部５の外側壁部１４の上端縁に連続し内側に向けて凸となるように湾曲した第１湾曲部１５と、第１湾曲部１５の上端縁に連続し外側に向けて凸となるように湾曲した第２湾曲部１６とからなる形状とされており、これら第１湾曲部１５及び第２湾曲部１６の連続形状により、全体としては上方に向けて拡径する形状とされている。
ショルダー部７は、中央周壁部６の第２湾曲部１６の上端縁（外周縁）に連続し、上方に向けて凸となるように湾曲しながら拡径して半径方向外方に延びている。この場合、中央周壁部６の第２湾曲部１６は、その内面を斜め上方に向けた状態に湾曲していることから、全体としては下方から上方に向かうにしたがって漸次拡径する形状とされており、この第２湾曲部１６に連続するショルダー部７も下方から上方に向けて拡径している。
そして、カール部８は、ショルダー部７の外周縁に連続して半径方向外方に延在し、その外周縁部を下方かつ半径方向内方に向けて折り返してなる形状とされている。
【００１６】
一方、この缶蓋１が巻き締められる缶体２１は、有底筒状の缶胴２２から縮径したネック部２３の上端に、屈曲部２４を介して外向きのフランジ部２５が連続して形成された形状とされている。
そして、この缶体２1に缶蓋１が被せられると、缶体２１の屈曲部２４に缶蓋１のショルダー部７における外面側の凹面が対向するように配置され、フランジ部２５の上面にショルダー部７からカール部８にかけた裏面が対向して配置される。
【００１７】
この缶体２１と缶蓋１とを巻き締めるための装置は次のように構成される。
この缶巻き締め装置３１は、図示略の巻き締め機本体のターレットに、図５に示すように、缶体２１を載置して上下移動及び回転駆動されるリフター３２と、缶体２１に被せた缶蓋１を上方から押さえながら缶蓋１の表面側に配置されるチャック部材３３と、このチャック部材３３とリフター３２との間に挟持された状態で回転させられる缶体２１及び缶蓋１に半径方向外方位置から接近して巻き締め加工を行う複数の巻き締めロール３４，３５との組み合わせからなる巻き締めユニットがターレットの周方向に間隔を開けて複数組設けられている。そして、これらリフター３２、チャック部材３３及び巻き締めロール３４，３５は、巻き締め機本体のターレットの旋回により、周方向に移動しつつリフター３２とチャック部材３３との間に缶体２１及び缶蓋１を受け入れてこれらを挟持した状態とし、巻き締めロール３４，３５で巻き締めるようになっている。図５にはリフター３２、チャック部材３３及び巻き締めロール３４，３５からなる巻き締めユニットを一組のみ示している。
【００１８】
リフター３２は、缶体２１が載置されるリフタープレート３６、及びこのリフタープレート３６を上方に付勢するスプリング等を保持したホルダー部３７が備えられており、巻き締め機本体のターレットとともに旋回することにより、巻き締め機本体に固定状態のリング状カム（図示略）に沿って移動しながら矢印Ｂで示すように上下移動し、矢印Ｃで示すように自身の軸心Ｘ回りに回転駆動させられる構成である。
巻き締めロール３４，３５は、外周面に成型面が形成され、チャック部材３３に対して矢印Ｅ，Ｆで示すように離間接近するとともに、自身の軸心Ｙの回りに回転自在に支持されており、リフター３２とチャック部材３３との間に挟持されて回転している缶体２１のフランジ部２５上の缶蓋１のカール部８に半径方向外方位置から順番に接近して成形しながら巻き締めるようになっている。つまり、カール部８に第１の巻き締めロール３４が接近して缶蓋１のカール部８を缶体２１のフランジ部２５に巻き込みながら巻き締めた後巻き締め部から離間し、次に第２の巻き締めロール３５が接近して再び巻き締め成形を行い、最終的に図４に示すように二重巻き締め部５２とする。
【００１９】
チャック部材３３は、リフター３２と同一の軸心Ｘ上に配置され、全体としてスリーブ状に形成されるとともに、その下部に、巻き締め時に巻き締めロール３４，３５から加えられる半径方向内方に向けた押圧力を缶蓋１のショルダー部７の内側で支持する台金部４１が半径方向外方に向けて形成され、その台金部４１から下方に、缶蓋１の中央周壁部６の内周面に対向する湾曲したテーパ状部４２が連続して延在し、そのテーパ状部４２の下方に、カウンターシンク部５内に嵌合する環状突出部４３が形成されている。テーパ状部４２は、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面と対向する凸状湾曲面４４と、第１湾曲部１５の内周面と対向する凹状湾曲面４５とを連続させた形状とされ、これら凸状湾曲面４４及び凹状湾曲面４５の連続形状により、全体としては上方から下方に向けて漸次縮径する形状とされている。
また、環状突出部４３をカウンターシンク部５に嵌合させた状態においては、台金部４１からテーパ状部４２の凸状湾曲面４４及び凹状湾曲面４５までの外面は、図１に示すように缶蓋１の対応するショルダー部７、中央周壁部６の両湾曲部１６，１５の内面との間にわずかに隙間が形成されるようになっており、この部分に隙間を形成した状態で、環状突出部４３の先端部がカウンターシンク部５の外側壁部１４及び内側壁部１１にくい込む寸法設定とされている。
【００２０】
この環状突出部４３の先端部は、図２に拡大して示したように、ほぼストレートの筒状部４６の下端面が、筒状部４６の外周面から連続して下方かつ半径方向外方に向けて凸となる外側凸状湾曲面４７及び筒状部４６の内周面から連続して下方かつ半径方向内方に向けて凸となる内側凸状湾曲面４８が中央で連結状態とされた形状とされている。この場合、外側凸状湾曲面４７の外周面の曲率半径Ｒ１の方が内側凸状湾曲面４８の外周面の曲率半径Ｒ２よりもわずかに大きく設定されている。例えばＲ１＝０．４２〜０．６２ｍｍ、Ｒ２＝０．２８〜０．４８ｍｍとされる。
そして、その筒状部４６の内径は、カウンターシンク部５の内側壁部１１の外周面における下端縁の外径、つまり内側壁部１１の最大外径よりも小さく形成され、また、筒状部４６の外径は、カウンターシンク部５の外側壁部１４の最小内径よりも大きく形成されている。このため、筒状部４６がカウンターシンク部５に嵌合したときに、内側凸状湾曲面４８から筒状部４６の下端部の内周面までの部分が、カウンターシンク部５の内側壁部１１の下端部から内側湾曲部１２の外周面にくい込み、また、外側凸状湾曲面４７から筒状部４６の下端部の外周面までの部分が、カウンターシンク部５の外側壁部１４の下端部から外側湾曲部１３の内周面にくい込むようになっている。
【００２１】
なお、このチャック部材３３は、その上部が巻き締め機本体のターレットに回転自在に支持されているとともに、ターレットの旋回に伴い、巻き締め機本体のラックにピニオンギヤが係合して図５の矢印Ｇで示すように回転駆動されるようになっている。また、チャック部材３３の内側には、缶蓋１のパネル部２を押さえる回転自在なノックアウトパッド５１がチャック部材３３に対して上下移動可能に設けられている。
【００２２】
このように構成された缶巻き締め装置３１によって缶体２１に缶蓋１を巻き締める場合、ターレットによって旋回される各リフター３２に順次缶体２１が供給されるとともに、そのリフター３２に載置された状態の缶体２１のフランジ部２５の上に缶蓋１が１枚ずつ供給された後、これら缶体２１と缶蓋１とがリフター３２とチャック部材３３との間で挟持された状態で回転させられ、巻き締めロール３４，３５による巻き締め加工が行われた後、ターレットから排出される。
【００２３】
この一連の巻き締め作業において、リフター３２とチャック部材３３との間に缶体２１及び缶蓋１を挟持する際には、缶体２１に被せられた缶蓋１の上方にチャック部材３３が配置されている状態から、まずチャック部材３３の内側のノックアウトパッド５１が下降して缶蓋１のパネル部２を押さえることにより、缶体２１と缶蓋１とをリフター３２とチャック部材３３の軸心上に位置決め固定する。
【００２４】
次に、リフター３２が上昇して、缶蓋１のカウンターシンク部５にチャック部材３３の環状突出部４３を嵌合する。このとき、図３に示すように、環状突出部４３は、その下端部の内側凸状湾曲面４８の内周面又は外側凸状湾曲面４７の外周面のいずれか又はその両方がカウンターシンク部５の内側壁部１１の外周面又は外側壁部１４の内周面にまず接触する。
そして、リフター３２が上昇するにしたがって、図３の鎖線で示すように環状突出部４３の内側凸状湾曲面４８の内周面及び外側凸状湾曲面４７の外周面がカウンターシンク部５の内側壁部１１及び外側壁部１４に徐々にくい込み（図３には、便宜上、缶蓋１に対してチャック部材３３の環状突出部４３を変位させた状態として示している）、最も上方位置まで達すると、図１及び図２に示すように、環状突出部４３の内側凸状湾曲面４８から筒状部４６の下端部内周面までの部分が、カウンターシンク部５の内側湾曲部１２から内側壁部１１の下端部までの部分に外側からくい込み、また、外側凸状湾曲面４７から筒状部４６の下端部外周面までの部分がカウンターシンク部５の外側湾曲部１３から外側壁部１４の下端部までの部分に内側からくい込んだ状態とされる。
【００２５】
このようにして、缶蓋１のカウンターシンク部５にチャック部材３３の環状突出部４３がくい込んだ状態で嵌合すると、チャック部材３３からの回転駆動力を受けて缶蓋１が缶体２１とともに回転し、まず巻き締めロール３４が接近して缶蓋１のカール部８を缶体２１のフランジ部２５に巻き込みながら巻き締めた後巻き締め部から離間し、次に巻き締めロール３５が接近して再び巻き締め成形を行い、最終的に図４に示すように二重巻き締め部５２を形成する。なお、前述したように、缶蓋１の中央周壁部６からショルダー部７の内周面は、チャック部材３３が缶蓋１に嵌合した図１に示す状態では、チャック部材３３のテーパ状部４２から台金部４１までの外周面との間に隙間が形成されていたが、巻き締めロール３４，３５がチャック部材３３に接近して巻き締めるときには、巻き締めロール３４，３５によって外側から半径方向内方に押圧力を受けるために、少なくとも、テーパ状部４２の凸状湾曲面４４と缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とが接触し、その凸状湾曲面４４を支点として第２湾曲部１６がさらに折り曲げられるようにしながら台金部４１と巻き締めロール３４，３５との間で缶蓋１と缶体２１とが巻き締められる。
図４には、順番に接近する両巻き締めロール３４，３５のうち、最終成形を行う第２巻き締めロール３５が示されている。
以上のようにして缶蓋１のカール部８と缶体２１のフランジ部２５とにより二重巻き締め部５２を形成した後、カウンターシンク部５に嵌合していたチャック部材３３を缶蓋１から離すために、リフター３２とノックアウトパッド５１とを同調させながら下降させ、チャック部材３３から缶蓋１が完全に離れ、ノックアウトパッド５１を上昇させた後、巻き締め機のターレットから缶を排出する。
【００２６】
図２は、缶蓋１のカウンターシンク部５とチャック部材３３の環状突出部４３とを設計図面上で重ね合わせた状態を示しており（図１、図３、図４も同様）、そのくい込み部分をハッチングして示している。環状突出部４３のくい込み量は、最も大きい部分のくい込み量（缶蓋の内表面からの深さ）につき内側壁部１１に対するくい込み量をＤｉ、外側壁部１４に対するくい込み量をＤｏとすると、缶蓋１の板厚が０．２０５〜０．２３５ｍｍに対して４０〜７０％とされ、両くい込み量Ｄｉ，Ｄｏともほぼ同じであるのが好ましい。このくい込み量Ｄｉ，Ｄｏが４０％未満であると、巻き締めに必要な回転駆動力が缶蓋１に伝達されないため、缶蓋１に回転方向のトルクが得られず、７０％を超えると、巻き締め終了後にチャック部材３３が缶蓋１から抜けにくくなる。また、両くい込み量Ｄｉ，Ｄｏの合計が１２０％を超えると、その一方が７０％以下であったとしても巻き締め終了後に缶蓋１が離脱しにくくなるので、１２０％以下とするのがよい。
【００２７】
また、くい込み部分の高さＨは、カウンターシンク部５の内面を形成する環状凹部４の最深部から例えば１．５ｍｍ以内の範囲、好ましくは１ｍｍとされる。したがって、環状突出部４３における筒状部４６の上端は環状突出部４３の下端から１．５ｍｍの高さ以上必要である。
また、このくい込み状態において、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３のテーパ状部４２の凸状湾曲面４４との間の隙間Ａ（図１参照）は０．０２〜０．１０ｍｍとされる。この隙間Ａが０．０２ｍｍ未満であると、軸荷重が加わったときに、チャック部材３３の環状突出部４３がカウンターシンク部５にくい込むよりも先に、凸状湾曲面４４が缶蓋１に接触してしまい、その結果、必要なくい込み量が得られずに巻き締め時にスリップが生じるおそれがあり、また、０．１０ｍｍを超えると、巻き締め不十分となって缶蓋１にしわが生じ易い。
【００２８】
次に、環状突出部４３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏ、及び缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４との間の隙間Ａについて、巻き締めへの影響を実験した結果を表１及び表２に示す。以下の説明でも、便宜のため、上記実施形態で使用した符号を付して説明する。
表１は、環状突出部４３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏと嵌合トルク及びチャック抜け不良との関係を実験した結果を示している。缶蓋１には公称径２０４（巻き締め後の二重巻き締め部の外径が５６．５〜５６．７ｍｍ）のものを使用した。板厚は０．２２ｍｍである。使用した缶蓋１とチャック部材３３との設計上の形状を設計図面上で重ね合わせて該当部分を測定した。缶蓋１のカウンターシンク部５の内側湾曲部１２及び外側湾曲部１３の内面の曲率半径ｒは０．４ｍｍ、チャック部材３３の環状突出部４３における外側凸状湾曲面４７の外面の曲率半径Ｒ１は０．５２ｍｍ、内側凸状湾曲面４８の外面の曲率半径Ｒ２は０．３８ｍｍであり、内側湾曲部１２の曲率中心位置及び外側凸状湾曲面４７の曲率中心位置が異なる複数種類の組み合わせとすることにより、くい込み量Ｄｉ，Ｄｏを変化させた。巻き締め速度としては、２０００缶／分に相当する速度とした。
嵌合トルクは、缶体２１の底面とリフター３２との間にトルクレンチを引っ掛ける治具を挟んだ状態として巻き締め、第２巻き締めロール３５が最も接近した位置で巻き締めロール３５を離し、トルクレンチで回転方向のトルクを測定した。表中の数値は、測定した２０缶中の平均値を示している。その平均値が２．５Ｎ・ｍ以上で個々の値が１．８Ｎ・ｍ以上を合格（○）とした。チャック抜け不良とは、巻き締め終了後にチャック部材３３から缶が自然離脱（落下）しなかったものを示している。２０缶巻き締め、チャック抜け不良が生じた缶数を示している。チャック抜け不良が生じないものが合格（○）である。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表２は、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４との間の隙間（クリアランス）Ａと、嵌合トルク及び落下強度との関係を実験した結果を示している。缶蓋には公称径が２０４、板厚が０．２２ｍｍのものを使用し、いずれも、環状突出部４３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏをともに５０％とし、表１の場合と同様、２０００缶／分に相当する巻き締め速度とした。表中のＡ寸法は、実験に使用した缶蓋１とチャック部材３３との設計上の形状を設計図面上で重ね合わせて該当部分を測定した数値であり、−（マイナス）寸法及び０ｍｍは、缶蓋１のカウンターシンク部５にチャック部材３３の環状突出部４３が嵌合した状態において、缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４とが接触することを意味している。
嵌合トルクについては、表１の測定方法と同じである。表中の数値は、測定した２０缶中の最小値を示している。落下漏れは、水を充填し、炭酸水又は窒素充填で内圧をかけた状態で巻き締めた缶を８０ｃｍの高さから缶蓋を下に向けた倒立姿勢で鉄板の上に２０缶落下し、漏えいが生じた缶数を測定した。漏えい缶が生じないものが合格（○）である。
【００３１】
【表２】
【００３２】
また、缶蓋１の耐圧強度について次のように測定した。缶蓋１を缶体２１に巻締め、炭酸水によって内圧を加え、缶蓋のカウンターシンク部の付近が外方に隆起するように反転座屈が生じたときの内圧を測定し、これを耐圧強度とした。缶蓋には公称径２０４で、実施例としては前述したくい込み量Ｄｉ，Ｄｏがともに４０％のものを使用し、比較例として、比較例１は全くくい込みがないもの、比較例２は外側壁部に対するくい込み量Ｄｏが０％のもの、比較例３は内側壁部に対するくい込み量Ｄｉが０％のものを使用した。
その結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
これらの実験結果から明らかなように、チャック部材３３の缶蓋１へのくい込み量Ｄｉ，Ｄｏをそれぞれ缶蓋１の板厚の４０〜７０％、かつＤｉ，Ｄｏの合計を１２０％以下とすることにより、適切な嵌合トルクで缶蓋１を回転することができるとともに、巻き締め後のチャック抜け不良も生じなかった。また、そのときの缶蓋１の第２湾曲部１６の内周面とチャック部材３３の凸状湾曲面４４との間の隙間（クリアランス）Ａが０．０２〜０．１０ｍｍの範囲である場合に、適切な嵌合トルクを缶蓋１に伝達することができるとともに、落下試験での漏れも生じなかった。耐圧強度も従来のもの（比較例１〜比較例３）より向上することがわかる。
なお、くい込み量Ｄｉ，Ｄｏが適正範囲で巻き締められた缶の缶蓋には、カウンターシンク部５の該当部分に、チャック部材３３がくい込んだ跡が確認された。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、缶蓋の中央周壁部及びチャック部材のテーパ状部は、実施形態では二つの湾曲部の連続形状からなる構成としたが、一つの湾曲部や、ほぼストレート状のテーパ面等によって構成してもよい。
また、缶の公称径が２０４のものに適用したが、２０２（二重巻き締め部の外径が５３．６〜５４．４ｍｍ、巻き締め前の缶蓋のカール部の最外径が５９．２〜５９．６ｍｍ）又は２０６（二重巻き締め部の外径が５９．２〜５９．４ｍｍ、巻き締め前の缶蓋のカール部の最外径が６４．５〜６４．９ｍｍ）のものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 缶蓋
２ パネル部
３ コーナー部
４ 環状凹部
５ カウンターシンク部
６ 中央周壁部
７ ショルダー部
８ カール部
１１ 内側壁部
１２ 内側湾曲部
１３ 外側湾曲部
１４ 外側壁部
１５ 第１湾曲部
１６ 第２湾曲部
２１ 缶体
２２ 缶胴
２３ ネック部
２４ 屈曲部
２５ フランジ部
３１ 巻き締め装置
３２ リフター
３３ チャック部材
３４，３５ 巻き締めロール
４１ 台金部
４２ テーパ状部
４３ 環状突出部
４４ 凸状湾曲面
４５ 凹状湾曲面
４６ 筒状部
４７ 外側凸状湾曲面
４８ 内側凸状湾曲面
５１ ノックアウトパッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き締め時に缶蓋を表面側から保持するチャック部材を備えており、該チャック部材は、前記缶蓋のカウンターシンク部内に嵌合する環状突出部と、該環状突出部の外周面から連続し、前記缶蓋のカウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面に対向するテーパ状部と、該テーパ状部から連続し、缶蓋のショルダー部の内側で巻き締めロールの押圧力を受ける台金部とを備え、前記環状突出部の下端部に、その外周面及び内周面の間を連結する外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面が形成され、これら外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面は、前記環状突出部が前記カウンターシンク部内に嵌合されたときに、該カウンターシンク部の外側壁部と内側壁部との隙間を押し広げるようにこれら外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつにそれぞれくい込む寸法設定とされていることを特徴とする缶巻き締め装置。
【請求項２】
前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面のそれぞれの最大くい込み量は、缶蓋の板厚に対して４０〜７０％であり、両くい込み量の合計が１２０％以下であることを特徴とする請求項１記載の缶巻き締め装置。
【請求項３】
前記缶蓋の前記カウンターシンク部と、前記チャック部材の前記環状突出部との縦断面形状は、これらを設計図面上で重ね合わせたときに、前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面の少なくとも一部ずつが前記カウンターシンク部の前記外側壁部及び内側壁部の表面から板厚方向に突出するとともに、前記中央周壁部の内周面と前記テーパ状部の外周面との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の缶巻き締め装置。
【請求項４】
缶体のフランジ部に被せた缶蓋のカウンターシンク部にチャック部材の環状突出部を嵌合して該缶蓋を表面側から保持しつつ回転させ、巻き締めロールを缶蓋の半径方向外方位置から半径方向内方に移動することにより、缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込みながら巻き締める巻き締め方法において、前記缶蓋のカウンターシンク部に前記チャック部材の環状突出部を嵌合する際に、前記カウンターシンク部における外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつに前記環状突出部の外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面がくい込むとともに、前記カウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面と前記環状突出部より上方位置のテーパ状部の外周面との間に隙間を形成した状態とし、その後、前記巻き締めロールと前記チャック部材との間で前記缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込むことを特徴とする缶巻き締め方法。
【請求項１】
巻き締め時に缶蓋を表面側から保持するチャック部材を備えており、該チャック部材は、前記缶蓋のカウンターシンク部内に嵌合する環状突出部と、該環状突出部の外周面から連続し、前記缶蓋のカウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面に対向するテーパ状部と、該テーパ状部から連続し、缶蓋のショルダー部の内側で巻き締めロールの押圧力を受ける台金部とを備え、前記環状突出部の下端部に、その外周面及び内周面の間を連結する外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面が形成され、これら外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面は、前記環状突出部が前記カウンターシンク部内に嵌合されたときに、該カウンターシンク部の外側壁部と内側壁部との隙間を押し広げるようにこれら外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつにそれぞれくい込む寸法設定とされていることを特徴とする缶巻き締め装置。
【請求項２】
前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面のそれぞれの最大くい込み量は、缶蓋の板厚に対して４０〜７０％であり、両くい込み量の合計が１２０％以下であることを特徴とする請求項１記載の缶巻き締め装置。
【請求項３】
前記缶蓋の前記カウンターシンク部と、前記チャック部材の前記環状突出部との縦断面形状は、これらを設計図面上で重ね合わせたときに、前記外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面の少なくとも一部ずつが前記カウンターシンク部の前記外側壁部及び内側壁部の表面から板厚方向に突出するとともに、前記中央周壁部の内周面と前記テーパ状部の外周面との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の缶巻き締め装置。
【請求項４】
缶体のフランジ部に被せた缶蓋のカウンターシンク部にチャック部材の環状突出部を嵌合して該缶蓋を表面側から保持しつつ回転させ、巻き締めロールを缶蓋の半径方向外方位置から半径方向内方に移動することにより、缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込みながら巻き締める巻き締め方法において、前記缶蓋のカウンターシンク部に前記チャック部材の環状突出部を嵌合する際に、前記カウンターシンク部における外側壁部及び内側壁部の少なくとも一部ずつに前記環状突出部の外側凸状湾曲面及び内側凸状湾曲面がくい込むとともに、前記カウンターシンク部より上方位置の中央周壁部の内周面と前記環状突出部より上方位置のテーパ状部の外周面との間に隙間を形成した状態とし、その後、前記巻き締めロールと前記チャック部材との間で前記缶体のフランジ部と缶蓋とを挟み込むことを特徴とする缶巻き締め方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５５９１６（Ｐ２０１２−５５９１６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９８７４（Ｐ２０１０−１９９８７４）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（３０５０６０１５４）ユニバーサル製缶株式会社 (219)
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（３０５０６０１５４）ユニバーサル製缶株式会社 (219)
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
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