缶蓋の製造装置および方法

【解決手段】缶蓋に切り込みを形成するための本発明による一方法において、缶蓋はプレス工具１０においてレーザ刻設を受けて所望の切り込みが形成される。レーザアブレーション工程は、好ましくは、プレス工具１０が閉鎖された状態で、３０ｍｓ未満の時間で行なわれる。この時間の間、レーザビーム２６の焦点２７は切り込み２２の所望輪郭全体を移動し、途切れのない溝状の空洞が形成される。
【効果】プレス工具１０においてレーザ刻設を利用することで、プレス工具１０およびプレスモールドの機械摩耗を最小化することが可能となり、工具の動作寿命を増大させることができる。特に、安定した高品質の缶蓋の製造が可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶の蓋、特には飲料用缶の蓋の製造装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に飲料用の缶およびその他の食料の缶も、切り込みに沿って手で簡単に引きはがして開けられるようになった蓋で上端が覆われている。この切り込みは、缶蓋の製造段階で例えばスタンプ工程によって材料を変位させることにより形成される。それぞれの切り込みには十分な強度があって、意図せずに蓋が開くことを安定して防止できるようになっている。その一方で、蓋に取り付けられたタブが持ちあげられると局所的な応力集中が生じて、蓋が引き剥がされる。切り込みは所望の破断路を形成し、それに沿って比較的小さな力で蓋を開くことができる。
【０００３】
缶蓋への切り込みの刻印（スタンピング）には、切り込みを刻印するための高精度の鋭敏なリブを有する高品質工具を必要とする。しかしながら、このリブの動作寿命には限りがある。スタンプリブは摩耗の増大と共に品質が劣化し、その結果製造される缶蓋の切り込みの品質も低下して、やがて許容仕様を外れてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、缶蓋の改良された製造方法並びにその方法を実行するための好適な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の方法、並びに請求項８に記載の刻印工具によって達成される。
【０００６】
本発明による方法は、未完成の被加工物、例えば金属シートまたは金属ストリップを２つの工具部分の間で缶蓋に変形する形成工具を提供する。工具部分の１つは固定されており、もう１つの工具部分は、例えば前後に可動となっている。好ましくは、形成工具は多段工具であって、数段階の操作によって未完成の被加工物に所要の塑性変形を施して缶蓋を形成する。被加工物（workpiece）は数工程または数段階で工具の中を移動する。工具には被加工物すなわち缶蓋を受納する少なくとも１つの領域が含まれており、そこで、輪郭に沿ってレーザビームを移動して切り込みが形成される。従って切り込みはレーザ刻設によって形成され、それは好ましくは形成工具を閉じた状態で行なわれる。
【０００７】
レーザ刻設で切り込みを形成することで、形成される缶蓋の品質、特に切り込みの品質が、それまでに製造された缶蓋の数とは無関係に均一に保たれる。切り込みを形成する刻印リブは摩耗に対して比較的敏感であるために、工具の摩耗は通常刻印リブで決まり、寿命は短い。
【０００８】
レーザ刻設で切り込みを製造することで、刻印工具で製造する場合の応力も低減される。従来の刻印工程による切り込み製造においては、下死点での高い圧力荷重を必要とするが、レーザ刻設はプレス機の荷重なしで実行される。この場合工具は、刻印時に必要な、固定壁である固定停止点に対する移動を必要としない。プレスの支持荷重およびプレスによる弾性変形が低減され、運転が円滑になる。最大荷重用をはるかに低く設計したプレス機の使用も可能となる。
【０００９】
レーザ刻設による切り込みは、好ましくは線状の刻設で行なわれ、フォーカススポットすなわちレーザビームの焦点が、缶蓋を開けるための所定の切取線の輪郭に沿って移動される。刻設に要する時間は、例えば１０〜３０ｍｓであるので、工具が停止している時間、つまり工具の２つの部分が相互に接して、工具が閉じられている時間を利用できる。
【００１０】
原則的に、レーザ刻設に必要なレーザヘッドは、通常上側ツールと呼ばれている可動ツール内に配置されてもよいし、下側ツールと呼ばれている固定ツール内に配置されてもよい。結果として、切り込みは必要であれば缶蓋の外側に形成することも可能である。あるいはまた、切り込みは缶蓋の内部に形成することもできる。後で内側表面に施すプラスチック被覆により、レーザ刻設された切り込みを埋める可能性があるが、機能そのものに対する影響はない。
【００１１】
刻印では材料変位により切り込みが形成されるが、レーザ刻設では切り込みは材料除去により形成される。投入熱量の所定の制御と、場合によっては缶蓋のレーザ処理側またはレーザ処理の反対側への高速ガス流または高速空気流による所定の冷却とによって、材料除去の他に、切り込みに沿った材料構造を変化させることが可能である。構造変化をうまく制御して、切り込み領域の缶材料の硬度を上げて、一方で剛性を高めると共に脆性も上げて、引裂き性を向上させることができる。
【００１２】
レーザビームを好適に操作することにより、切り込みの断面形状を所望通りに形成することが可能である。好ましくは、切り込みは三角溝の断面形状を有する。好ましくは、この溝は（凹面状に）曲がった底部を有する。さらに、切り込みの側部は好ましくは、缶蓋の平坦部分への移行点において（凸面状に）丸くなった上端を有する。切り込みの断面形状へ影響を及ぼせるように、レーザビームの焦点は制御可能となっている。例えば、刻設時に焦点スポットの大きさを振動させることが可能である。また、焦点位置を変えて、例えば、レーザビームの方向に沿って振動させてもよい。また、切り込みの長手方向に対して直交する方向にレーザビームを振動させてもよい。また、切り込みの形成時に材料の除去を１回のステップで行うことも、多層材料を除去する方式で数回のステップで行うことも可能である。
【００１３】
レーザ刻設が行なわれる工具の形成ステーションは、形成される切りこみ付近で蓋材料が対応する工具の加圧面にしっかり係合されるように設計されると都合がよい。こうして、缶蓋の位置がレーザビームの方向に対して正確に固定される。従って、レーザビームは短焦点範囲で操作することが可能である。さらには、蓋を正確に配置することにより、切り込みを所望の断面形状、特に丸い側面を有する形状にすることが可能となる。特に、切り込みが缶蓋の外側へ配置される場合に、切り込みの鋭い端部が缶のユーザに対して向けられることをほぼ回避できる。
【００１４】
本発明によるプレス工具は、開缶する際に形成される切取線の輪郭に沿ってレーザのフォーカススポットを移動させる手段を有するレーザヘッドを含んでいる。レーザヘッドの操作は、プレス工具の開閉に同期される。好ましくは、レーザのフォーカススポットを所望の輪郭に沿って移動させる手段が、プレス工具が静止している時にのみに動作するように同期が選択される。特に高速移動するプレスおよびプレス工具に関しては、例えば弾性支持されたレバーまたはホールダが備えられ、それが刻設の段階で、可動プレス部分が下死点に到達する前に缶蓋に接触し、プレスのプランジャがまだ移動している内に缶蓋を固定工具部分へ係合させる。そのような構成とすることで、レーザ刻設を実行する時間を稼ぐことができる。
【００１５】
缶蓋がレーザ刻設プロセスを受ける工具の各段を開放したままにすることも可能である。この場合には、被加工物搬送機構によって缶蓋は、下側工具の受納領域内にのみ配置される。そうしてプランジャが移動を完了した時点でレーザ刻設が行なわれる。
【００１６】
レーザヘッドが可動工具部分内に配置されている場合には、レーザビームは好ましくは、プレス工具の外部に配置されたレーザ光源との接続をするミラー構成によってレーザヘッドへ案内される。ミラーで反射されたレーザビーム光路は、好ましくは工具部分の移動方向に平行である。
【００１７】
レーザヘッドが固定工具部分内に配置されている場合には、レーザビームをレーザヘッドへ導入する様々な手段が利用可能であり、特に光ファイバによる手段も利用可能である。レーザとしては、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザまたはファイバー光学レーザが利用可能である。
【００１８】
本発明の有利な実施形態の更なる詳細は、図面、発明の表示、またはサブクレームにより明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】簡略的に表示したプレス工具である。
【図２】図１のプレス工具の上側部の概略正面図である。
【図３】刻設された缶蓋の概略上面図である。
【図４】刻設工程におけるレーザヘッドと工具部分の概略図である。
【図５】缶蓋の垂直断面図である。
【図６】図５の缶蓋に切り込みを形成した後の詳細図である。
【図７】図５による缶蓋の概略上面図である。
【図８】開缶時に切り込みからできる切取線の概略図である。
【図９】缶蓋製造用の変形されたプレス工具の概略図である。
【図１０】図９に示す工具で製造された缶蓋の細部の拡大垂直断面図である。
【図１１】開缶時の図１０の蓋の断面図である。
【図１２】製造時にレーザ刻設による切り込みと反対面の溝とを有する缶蓋の製造工程を示す図である。
【図１３】図１２に製造工程を示した缶蓋が開缶のために引裂かれた図である。
【図１４】二重輪郭を有する切り込みを含む缶蓋の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、例えば一例が図３に概略的に示された缶蓋１１を製造するためのプレス工具１０を示す。プレス工具１０は、例えばプレス機のプレス台１２とプランジャ１３との間に配置される。それは、第１の部分すなわち下工具１４並びに第２の部分すなわち上工具１５から成る。プレス工具１０は好ましくは、幾つかの形成段１６、１７、１８、１９を有する多段工具である。これらの工具の段は、例えば図５と図７にそれぞれ垂直断面図と上面図を示すように、平坦な金属シートから所望の缶蓋１１を形成するために必要な、異なる形成操作を与えるためのものである。図３、５、７はそれぞれ飲料用缶の蓋の例示的実施形態であるが、またその他の缶蓋、例えば魚の缶詰用の缶も本発明によりプレス工具１１で製造することができる。
【００２１】
工具のそれぞれの段１６〜１９において、下工具１４と上工具１５に互いに補完し合うモールドが備えられ、所望の変形操作を開始するためにプランジャ１３が矢印２０で示すように下工具１４の方向へ、またはその逆の方向へ移動する間に移動する。
【００２２】
工具の段の１つ、この例では段１８は、缶蓋１１に切り込み２２を形成するためのレーザヘッド２１を備えている。切り込み２２には少なくとも１つ、好ましくは２つの切取線２３、２４があり、これらは互いに平行に延び、また部分的に曲線となっている。そしてこれらはレーザノッチとして形成される。これらは連続した一本線として１つの工程で連続的に形成することも可能であり、あるいは、交わらない端を有していて別々に形成されてもよい。切り込み２２の形成のために、図１の実施形態の上工具１５に示すように、レーザヘッド２１が備えられている。切り込み２２を形成するために、所望の輪郭に沿ってレーザビーム２６を指向させるための手段２５が設置されている。レーザビーム２６は、フォーカルスポットすなわち焦点２７上にフォーカスされ、これは缶蓋１１上に集束される。
【００２３】
図４に示すように、手段２５には１つまたは複数のミラー２８、２９があり、それぞれが軸を中心に枢動できるようになっている。それぞれのミラー２８、２９を枢動させるために、個別の制御ドライブ３０、３１が備えられている。２つのミラーの回転軸は、互いに直交している。また、固定レンズまたは可動レンズなどのビームの集束手段も備えられていてもよいが、ただし図には示されていない。
【００２４】
図４はプレス工具１０の操作段１８の断面を示す。下工具１４と上工具１８にはそれぞれ係合面３２、３３があり、プレス工具が閉じている時には、缶蓋１４がその間に固定される。少なくともレーザヘッド２１を含む工具、この実施例では上工具は、所望の切り込み２２よりも大きくて、切り込みの輪郭に倣った開口３４を含む。開口３４は、缶蓋が係合面つまりクランプ面３２、３３の間でしっかりと固定された状態で、レーザビームが缶蓋１１に投射されるようにする。
【００２５】
任意選択として下工具にも同様の開口３５が備えられてもよく、この開口は缶蓋を例えば高速液体流または高速ガス流で制御して冷却するために利用されてもよい。
【００２６】
図２はレーザビームがレーザヘッド２１へ供給される方式を概略的に示す。図示した実施例においては、ミラー光路３６が用いられており、この中には可変長の光路ストレッチ３７が含まれていて、矢印２０で示すプランジャ１３の移動方向に平行に光路が延びている。
【００２７】
個々の未完成製品、または、例えば平坦な金属シートあるいは別の予備成形品のブランクが、プレス工具１０に供給される。図示されていない搬送手段が被加工品つまり成形される缶蓋を、加工段１６、１７、１８から次の加工段１７、１８、１９等へあるリズムで移動させる。搬送リズムに従って、毎回上工具１５を下工具１４へ向かって移動させ、そしてそこから離れさせて工具１０の開閉を行う。
【００２８】
形成段１６において、例えば、ブランクが予備成形される。形成段１７において、中央リベット３８（図７参照）に当てる構造が形成され、加工段１８において切り込み２２が形成される。この目的のために、レーザビーム２６の焦点２７がミラー２８、２９を介して缶蓋１１の上に指向されて、所望の切り込みの輪郭をなぞる。好ましくは、焦点は交互に切取線２３、２４に沿って移動する。ここで形成される切り込み２２は、図示したように二重線で形成されてもよいし、または単線であってもよい。これは所望の切取線を構築する局所的な狭い溝を成す。
【００２９】
図６は正常状態における切り込み２２の２本の切取線２３、２４を示す。缶蓋の切り込み２２で囲まれた部分がオープナによって内側に押しこまれると、缶蓋１１は線２３、２４の少なくとも１つに沿って切り裂かれ、破断線３９が形成される。好ましくはこのプロセスにおいて、図８に示すように、缶蓋１１の細いストリップ４０が缶蓋の切り込み２２で囲まれた部分４１によって内側へ引き込まれる。缶の内部方向へ折れ曲がった部分４０は外側の線２３から垂れ下がり、ユーザに対して丸まった端部を形成するが、これは尖っていないのでユーザが缶から直接飲むことが可能である。切取線に沿って形成された、鋭い形状となる可能性のある引裂きまたは破断の端部４２は、缶内部に向かって延びている。
【００３０】
切り込み２２をレーザアブレーション工程によって作製すると、缶蓋１１の材料は構造変化を受ける可能性があり、結果として材料の硬化およびある程度の脆化をもたらす。これが、缶蓋を開けるために望ましい場合には、ビームのフォーカシングと、レーザ処理時間と、レーザビーム誘導すなわちフォーカルポイント２７の移動速度と、そして場合によっては缶蓋１１への追加的な冷却とにより、このプロセスパラメータを調節することが可能である。缶蓋の材料は切り込み２２の領域で加熱して硬化させることが可能である。
【００３１】
図９はプレス工具１０の変更実施形態を示す。このプレス工具１０においては、レーザヘッド２１は下工具１４に配置されている。作業段１８は上工具に剛直に形成されているか、あるいは図９に模式的に示すように、弾性支持された工具ホルダ４３を介して形成されている。これは、プレス工具１０が完全に閉じる前に、下工具１４上、または下工具１４の上に配置された缶蓋上に据えられ、その後ばね手段４４によって上工具上に支持される。工具ホルダが缶蓋の上に据えられるとすぐに、缶蓋は安定して静止し、レーザヘッド２１が所望のレーザ刻設を実行可能となるり、すなわち切り込み２２の形成が可能となる。このために利用可能な時間は、工具ホルダ４３用の可動支持体によって、プレス工具が完全に閉じている実閉鎖時間よりも長くなる。このようにして、比較的大きな切り込み２２を形成しなければならない場合でも、缶蓋のレーザ加工を高速動作プレスにおいても行うことが可能となる。また、作業段１８において、上工具を省略してもよく、そうすると、工具が停止している限りは、２つの移動ステップの間の作業時間をすべてレーザ加工に利用することが可能となる。
【００３２】
切り込み２２が下工具１４に配置されたレーザヘッドで切られる場合には、切り込み２２は、後で缶の内部に面することになる、蓋の内側に形成される。これは図１０に示されている。図１１は開缶時の缶蓋１１の領域を示す。ここでも、部分４０が領域４１に隣接する線のところで引裂いて開けられる。形成される破断線３９は鋭い端部を有する可能性があるが、缶の内側に向かって下方向に折曲げられるので、ユーザを傷つける危険性はない。
【００３３】
図１２に示すように、レーザビーム２６による切り込み２２の製造と、缶蓋１１の反対面での溝４５の刻印とを組み合わせることも可能である。ここで工具部分１４、１５の１つ、例えば上工具１５に、切り込みの輪郭に倣った刻印リブ４６が備えられている。ただし、この刻印リブは、以前に述べた切り込み製造用のものとは異なっており、エッジが緩やかであってむしろ軽く丸まっている。その結果、この刻印リブの摩耗は無視できるほど小さい。それでもこれによって材料が変位して窪み４５が形成される。これは必要があれば蓋１１の材料の局所的な固化をもたらす。その上、窪み４５は、図１３に示すように、鋭利な破断端４２を缶蓋１１の外側表面から離すようにする。このことは、破断線が二重線ではなく単線である場合に重要である。
【００３４】
更なる方法の改善も可能である。例えば、切り込み２２形成用のレーザアブレーション法は、エッジの丸い切り込みを形成するように制御することも可能である。このために、所望の輪郭の長手方向に沿って動かすことに加えて、図１４の矢印４７に示すような横方向にもレーザビームを動かすことができる。これに加えて、あるいはこれとは別に、ビーム焦点を変化させる方法を利用してもよく、例えば、アブレーション行程中にレーザビームの焦点の２つの異なる値の間を高速かつコンスタントに振動または変化させてもよい。この手段及びその他の、例えば特に焦点距離の短い対物レンズを利用するような手段を用いて、後で破断端となった時にもユーザに面する上側は鋭利でないエッジとなる、切り込みを提供することも可能である。
【００３５】
缶蓋１１に切り込み２２を形成するための本発明による一方法において、缶蓋１１はプレス工具１０においてレーザ刻設を受けて所望の切り込み２２が形成される。レーザアブレーション工程は、好ましくは、プレス工具１０が閉鎖された状態で、３０ｍｓ未満の時間で行なわれる。この時間の間、レーザビーム２６の焦点２７は切り込み２２の所望輪郭全体を移動し、好ましくは途切れのない溝状の窪みが形成される。
【００３６】
プレス工具中でレーザ刻設を利用することで、プレス工具およびプレスモールドの機械摩耗を最小化することが可能となり、工具寿命を延ばすことができる。特に、一貫して高品質の缶蓋の製造が可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１０プレス工具
１１缶蓋
１２プレス台
１３プレスプランジャ
１４下工具
１５上工具
１６〜１９工具段
２０矢印
２１レーザヘッド
２２切り込み
２３線
２４線
２５手段
２６レーザビーム
２７焦点
２８第１のミラー
２９第２のミラー
３０第１の制御ドライブ
３１第２の制御ドライブ
３２クランプ（係合）面
３３クランプ（係合）面
３４上工具の開口
３５下工具の開口
３６ミラーを利用したビーム光路
３７ビーム進行光路
３８リベット
３９切取線
４０部分
４１領域
４２引裂き端
４３工具ホルダ
４４（ばね手段）弾性手段
４５溝
４６刻印リブ
４７矢印
４８上側

【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料用缶蓋（１１）の製造方法であって、
前記方法は、変形工具（１０）によって実行される缶蓋（１１）の少なくとも１つの塑性変形ステップを含み、
前記変形工具（１０）は、前記缶蓋（１１）の変形を実行するための、少なくとも１つが可動の２つの工具部分（１４、１５）を含み、
前記変形工具（１０）において、前記缶蓋（１１）を開ける時の前記缶蓋（１１）の所望の切取線（３９）の輪郭に沿って延伸する切り込み（２２）が、レーザビーム（２６）を用いて前記缶蓋に形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記切り込み（２２）は、前記所望の切り込み輪郭に沿って移動するレーザビーム（２６）による線状の刻設として形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記切り込み（２２）として丸みのある側面を有する溝が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記切り込み（２２）は前記蓋（１１）の外側面（４８）上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記切り込み（２２）は前記蓋（１１）の内側面上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記蓋の外側面（４８）上に、溝状の窪み（４６）が刻印されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記切取線（３９）を形成するために、２つの切り込み（２３、２４）が横に間隔をあけて延びるように設けられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
引裂いて開けることができる缶蓋（１１）の製造用のプレス工具であって、
シート状の金属ブランクから缶蓋（１１）を１回又は数回の操作で形成する、雄雌型のモールドを備える第１の工具部分（１４）と第２の工具部分（１５）と、
前記工具部分（１４、１５）の１つに配置され、前記缶蓋（１１）上にレーザ焦点（２７）を形成するように設定された、レーザヘッド（２１）と、
前記缶蓋（１１）を開ける際に形成される切取線（２２）の輪郭に沿って前記レーザ焦点（２７）を移動させるための手段（２５）と、
を備えるプレス工具。
【請求項９】
前記レーザ焦点を移動させる手段が、駆動手段（３１）により可動となっている少なくとも１つのミラー（２９）を備えることを特徴とする、請求項８に記載のプレス工具。
【請求項１０】
前記レーザヘッド（２１）は、プレス操作時に固定されている前記第１の工具部分（１５）内に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載のプレス工具。
【請求項１１】
前記レーザヘッド（２１）は、前記プレス工具（１０）の外部に配置されたレーザにミラー光路（３６）を介して接続されていることを特徴とする、請求項８に記載のプレス工具。
【請求項１２】
前記レーザヘッド（２１）は被加工物（１１）の変形のために可動となっている前記第２の工具部分に配置され、かつ前記ミラー光路（３６）は前記第２の工具部分（１５）の移動方向（２０）に平行に延在していることを特徴とする、請求項１１に記載のプレス工具。
【請求項１３】
前記プレス工具（１０）は幾つかのプレス段（１６、１７、１８）を含む多段工具であることを特徴とする、請求項８に記載のプレス工具。
【請求項１４】
前記レーザヘッド（２１）は、前記多段工具（１０）の内の変形操作に関与しない１つの段（１８）内に配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のプレス工具。
【請求項１５】
前記レーザヘッド（２１）は、多段工具形式の前記プレス工具（１０）内の変形操作にも関与している１つの段（１８）に配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のプレス工具。

【図１】