JP5319390B2 - エンボス成形方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビール、発泡酒、低アルコール飲料、緑茶等の各種飲料用容器に広く用いられている金属缶の胴部側壁に外観上の意匠性を向上させる効果を付与するためにエンボス模様を形成する方法および装置に関する。

従来、絞り加工、絞りしごき加工、ストレッチ加工されたアルミニウム製、またはスチール製のシームレス缶や、これに類似した缶の缶胴側壁にエンボス加工を施すことが広く行われている。これは、缶胴に装飾を施して購買者に対する缶の美的アピールを改善し購買意欲を高めるためであり、エンボス加工だけでなく印刷による装飾を施すことも行われている。

エンボス模様を形成するための装置として、凹部を形成した内型と凸部を形成した外型とを使用し、内型と外型とを相対的に移動させて凹部と凸部とを噛み合わせてエンボス成形するように構成された装置が知られており、このようなエンボス加工を行うための方法およびそのための金型が、例えば特許文献１に記載されている。しかしながら、特許文献１の方法では、エンボス模様が変更になった場合には、缶胴の中に入る内型と外型との両方の金型を交換する必要があり、また型替え後の型合わせが煩雑で時間を要し生産性が低下するという問題があった。

一方、表面にエンボス模様を形成し、弾力のある材質からなる円筒形の外型ロールとの間に金属缶の缶胴側壁を挟んでエンボス加工する方法およびそのための金型について特許文献２や特許文献３に記載されている。これら特許文献２や特許文献３には、外型を内側の凹凸に合わせてセットする必要がなく生産性を向上させることができる、と記載されている。

また、缶本体に、軸線方向に延びる縦溝を形成するエンボス加工装置として、完成品としての表面に形成するべき縦溝の本数より少ない数の凹形の縦溝が形成されたマンドレル（内型）と、１本の細長い弾力のあるフレキシブルレール（外型）と、マンドレルの上に円筒形の缶体を被せたマンドレルをレール上に転がす搬送機構とを備え、マンドレルに被せられた缶体がレール上を転がる間に、缶胴をマンドレルとレールの間に挟み込み、そのレールと前記縦溝とにより缶胴の側壁部分を変形させて縦溝を形成する装置が特許文献４の図９および図１０に記載されている。

特開平０４−３０００３８号公報 特表平０５−５０３８７８号公報 特開２００５−１４０４５号公報 特表平０５−５０４７２４号公報

しかしながら、内型と外型とが相互に一対一で対応するように構成されていると、外型および内型はそれぞれ同数、必要となり、金型の数を増やして生産能力を上げるためには、内側と外型との一方の数の増大に合わせて他方の数も増大させる必要があり、そのために設備が大型化するといった問題がある。またエンボス模様のデザインを変更して同じ製缶ラインで多品種少ロット生産する場合には、型替えに多くの人手と手間がかかり生産性が低下してコストが高くなるといった問題がある。

そこで、内型と外型とが一対一で対応することなく、エンボス凹部を形成した内型に対する外型を、例えば、特許文献４に記載されているように弾力のある材質からなるレール状に構成し、外型に汎用性もしくは転用性を持たせることが考えられる。しかしながら、缶胴側壁を内型と外型との間に挟み込んでエンボス模様を施す場合、特許文献２，３に開示されている加工方式、特許文献４に開示されている加工方式の何れの方式であっても、缶胴側壁の全周に亘って例えば図８に示すようなエンボス模様を連続して施すような場合には、装置を構成する部品精度（例えば、歯車のバックラッシュや組立精度などを含む）や、内型の外径寸法のバラツキ、缶胴内径のバラツキ、内型の外径と缶胴内径との差、あるいはエンボス加工中における缶胴側壁の塑性変形に伴う周長の変化などにより、エンボス成形の開始部分と終了部分との位置がズレたりすることがあって、それに伴ってエンボス成形の開始部分と終了部分との間にエンボス成形が行われないエンボス未成形部分が生じたり、あるいはエンボス成形の開始部分と終了部分とが一致せずエンボス模様が重なり合って二重に現れたりして外観性を損ねてしまうという問題がある。また、全周に亘って均一なエンボス模様が得られないことから、缶軸方向の軸荷重が均一に作用せず、耐挫屈性を低下させるといった問題がある。このようにエンボス加工を全周に亘って施す場合には、解決しなければならない課題が未だ残されているのが実情である。

また、特許文献４においては、上記の問題に加えて次のような問題がある。即ち、内型に被せた缶胴を、レール状の外型に押し付けつつ、内型と共に回転させる方法において、缶胴の側壁部の缶底部に近い所までエンボス模様を施す場合に、缶底部に近い側壁部に外型によるビード状の圧接痕が発生しやすくなるという問題が種々の実験から判明した。

本発明は、上記の課題に鑑み、弾力のある外型プレートを配置するだけで大きな設備改造を必要とせず、また金属製の缶胴側壁に外型の圧接痕を生じさせることなく、外観性に優れ、缶胴の側壁部の全周に均一な深さのエンボス模様を成形することができ、缶胴材料の合理化（薄肉化による缶コスト低減）が可能であり、しかも多品種少ロット生産に有利で、耐久性および実用性のあるエンボス成形を可能にする方法およびエンボス成形装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、外周面にエンボス凹部を有する内型に缶体を上方から嵌挿し、その内型に被せた缶体の外側に固定して配置されるとともに弾性体を表面に有する外型に対して、内型に嵌挿された缶体の缶胴側壁を圧接させつつ転がすことにより缶胴側壁の全周にエンボス模様を形成するエンボス成形方法において、缶胴側壁に前記弾性体を接触させてから圧接力を徐々に増加させ、前記弾性体に缶胴側壁を圧接させたまま前記缶体を１回転以上回転させることにより、缶胴側壁のエンボス成形の開始領域に前記圧接力を再度作用させて缶胴全周にエンボス模様を形成する有効成形工程と、その有効成形工程に続いて前記圧接力を徐々に減少させる離反工程とを有し、前記有効成形工程において前記圧接力を二回作用させる際の第一回目の圧接力と第二回目の圧接力との何れか一方またはその両方を、重複してエンボス成形が施されない箇所に作用する前記弾性体の圧接力より弱くすることを特徴とするエンボス成形方法である。

さらに、請求項２の発明は、缶体の円筒形の缶胴内径よりも小径でエンボス凹部を外周部に有する内型と、その内型の外周側に固定されて配置された外型とを備えるとともに、これら内型と外型とが相対的に移動した際に前記内型が自転するように歯車を介して相互に連結され、前記内型に嵌挿させた缶体の缶胴を前記外型に押し付けつつ内型と外型とを相対移動させることにより缶体を内型と共に自転させて前記缶胴側壁にエンボス成形するように構成されたエンボス成形装置において、前記外型は、前記缶体が相対移動する方向において分割された複数の押圧部材で支持された帯状の弾性体を表面に有し、前記押圧部材を前記内型に対して各々進退可能に構成された圧接力調整手段が、前記押圧部材と前記外型を固定する固定部材との間に設けられ、前記押圧部材の分割面が、エンボス成形のための圧接力が二回作用させられる箇所と一回作用させられる箇所との境界位置に形成されていることを特徴とするものである。

そして、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記外型の前記押圧部材には、前記内型に対して、前記内型の上端肩部と胴部との接点から少なくとも１．５ｍｍ下方位置から上方に向かい前記ラバー材の圧接力が弱くなるように逃がし角が５°〜１０°の傾斜部が設けられていることを特徴とするエンボス成形装置である。

本発明のエンボス成形方法によれば、エンボス成形の開始部分と終了部分とを重複させるようにする。そして重複部分、所謂“二度打ち”される箇所では、エンボス成形が開始される際に作用する第一回目の圧接力と、既にエンボス成形された箇所に再度エンボス成形を施すべく作用する第二回目の圧接力のうち、何れか一方またはその両方を、二度打ちされない箇所の圧接力より弱くすることによりエンボス深さのバラツキを回避することができ、その結果、エンボス深さを缶胴側壁全周に亘って均一化でき、側壁が薄い場合でも軸方同の荷重に対する耐挫屈性を向上させ缶胴素材の合理化が有利になる（缶コスト低減）。また、一回目に成形されるエンボス模様と二回目に成形されるエンボス模様との継ぎ目で周長の変化に伴う二度打ち箇所のズレを目立たなくさせることができ、缶の外観性を向上させることができる。

また、缶胴側壁をエンボス成形する際に、弾性体の表面が圧接力により潰されてその表面の前方に大きな歪みが発生し、隆起する所謂“バルジ”と称する膨らみを発生させながら内型が公転するが、エンボス成形時の圧接力を徐々に減少させる離反工程を有しているため、バルジ圧がエンボス成形の終端部分に集中してしまうことを防止することができ、そのため弾性体の押圧部材からのはがれ等によるトラブルを防止することができる。

また、エンボス成形の終了領域で、いきなりそこで成形が終了する構成ではなく、上記のように外型の押さえを緩やかに小さくさせるため、弾性体のエッジ部でエンボス深さが局部的に深くなることもなく、エンボス模様が施された缶胴外観を良好なものにでき、外観性を損なうおそれを回避することができる。

また、本発明のエンボス成形装置によれば、外型である成形工具が、前記缶胴が相対移動する方向において分割された複数の押圧部材で支持された帯状の弾性体を表面に備えていることにより、エンボス模様を変更する時は、内型だけの交換で済み、煩雑な位置合わせ作業も不要となるので短時間で容易に型替えを行うことができる。その結果、生産性が向上するとともに多品種少ロット生産に有利となる。また、二度打ちされる箇所の圧接力を調整する場合には、分割された各押圧部材を使用することにより容易に調整することができる。

本発明に基づくエンボス成形装置の概略側面配置図である。 エンボス成形装置における缶の搬送経路を示す概略図である。 エンボス加工部（外型）を示す平面図である。 エンボス加工部（外型）を示す縦断側面図である。 押圧部材の拡大断面図である。 缶の側壁を外型に押し付けている状態を示す縦断側面図である。 本発明の缶胴周長とラバー材の逃げ量を示すグラフである。 本発明のエンボス成形装置により成形されるエンボス模様が施されたツーピース缶を示す正面図である。 エンボス成形方法での圧接力を調整していない場合と本発明の調整している場合とにおけるエンボス深さを対比して示すグラフである。

つぎに、本発明をより具体的に説明する。本発明は、エンボス加工を施すべき加工対象物を、外型に押し付けた状態で外型に沿って移動させつつ回転させることによりエンボス加工を行う方法およびその方法を実施するように構成された装置であり、その装置はその外型と、その外型に加工対象物を押し付けつつ回転させる内型とに特徴がある。そこで先ず、加工対象物を内型によって外型に押し付けつつ回転させための装置について説明する。

図１はその装置の全体的な構成を示しており、ここに示すエンボス成形装置１は、ツーピース缶やスリーピース缶、ツーピース缶の底部を縮径してからネジ部を成形し、そのネジ部に蓋をキャッピングするボトル型缶等を対象としてエンボス成形するように構成されている。またここに示す例は、スリーピース缶などの製造工程の途中で缶胴の外面側に施された印刷デザインに合わせてエンボス加工を行なう場合にも適用できる。以下、缶胴の外面に印刷デザインが施された製造途中の缶（例えばツーピース缶用の円筒状缶等）２を例に採って説明する。先ず缶２をインフィードターレット３を介して、メインターレット４の外縁部に円周方向に沿って等間隔に連続的に送り込み、図２に示すように、メインターレット４の回転により円周方向に間隔を置いた状態で連続的に搬送しながら、ランダムに供給された缶２の印刷デザインを位置合わせ調整範囲において位置合わせしてから、搬送経路に近接して配設されたエンボス加工部（外型）５において印刷デザインに合わせて缶２の缶胴にエンボス加工を行なった後、ディスチャージターレット６によって連続的に後の工程に送り出すものである。

図１に示すように、基台７には、上記のメインターレット４を支持しているメインシャフト８が回転自在な状態で立設されている。そのメインシャフト８の中間部分にメインターレット４の回転中心部が一体的に取り付けられており、メインシャフト８を回転駆動軸としてメインターレット４が回転するように構成されている。そのメインターレット４の外縁部には、複数本のマンドレル９がその中心軸線を上下方向に向けて、かつ円周方向に一定の間隔をあけて回転自在に支持されている。

それらのマンドレル９には、メインターレット４の上面側に突出する上部にエンボス加工用の内型９ａが一体的に装着されている。また、メインターレット４の下面側に突出する下部にギア部分９ｂが一体的に形成されており、それぞれのギア部分９ｂは、メインターレット４の回転によるマンドレル９の移動軌跡に対応する一つの大径のインナーギア１０に噛合している。なお、そのインナーギア１０は基台７の上面に取り付けられている。

また、缶２を吸着して保持するためのアッパーチャック１１が、各マンドレル９の軸線方向の上方に設けられている。さらに、缶２を回転させるためのスピニングチャック１２が、内型９ａの下方でマンドレル９を囲むように回転自在に挿着されている。そして、スピニングチャック１２をギアを介して回転駆動するためのＡＣサーボモーター１３が、マンドレル９よりも内側でメインターレット４に取り付けられている。一方、缶胴の外面に施されたマークを検出するためのＬＥＤ発光タイプのカラーマークセンサー１４が、スピニングチャック１２の上方でマンドレル９の内型９ａの最下端部近傍に配設されている。

メインターレット４の上方には、基台７から固定的に立設されたアッパーフレーム１５が、その中心部にメインシャフト８を回転自在に貫通させた状態で設置されている。そのアッパーフレーム１５の周壁の内側には、カラーマークセンサー１４の検出結果に基づいてＡＣサーボモーター１３の回転駆動を制御するためのコントロールボックス１６が、防振動ゴム１７を介してメインシャフト８に一体的に設置されている。さらに、コントロールボックス１６の中央部空間内のメインシャフト８の上端部には、回転側（メインシャフト８）にあるコントロールボックス１６と固定側にある電源とを接続するためのスリップリング１７が取り付けられている。

上記のアッパーフレーム１５の周壁外面には、前述したアッパーチャック１１を上下動させるためのアッパーチャックスライドカム１８が取り付けられている。また、各マンドレル９毎に設けられている各アッパーチャック１１は、それぞれのアッパーチャックスライドホルダー１９により水平方向で回転自在に支持されている。その各アッパーチャックスライドホルダー１９は、何れも、マンドレル９の近傍でメインターレット４上に立設されたガイドロッド２０に上下動可能に嵌挿されている。そして、各アッパーチャックスライドホルダー１９に設けられているローラー１９ａが、アッパーチャックスライドカム１８のカム溝１８ａに係合している。

したがって、メインターレット４が回転すると、その外縁部に設けられているマンドレル９がメインシャフト８を中心にして旋回する。その場合、マンドレル９の下部のギア部分９ｂが、基台７上に取り付けられているインナーギア１０と噛合しているために、マンドレル９はメインターレット４の回転によって円周方向に移動しながらメインターレット４と同期的に自転する。前工程からコンベアにより連続的に搬送されてきた各缶（缶胴の外面に印刷デザインが施された製造途中の缶体）２は、缶胴の印刷デザインの位置がランダムな状態のまま、インフィードターレット３を介して、メインターレット４と共に回転しているマンドレル９の上方に送り込まれる。

すなわち、インフィードターレット３とメインターレット４が上下に重なった受け渡し位置において、缶２はその上方に位置するアッパーチャック１１によって吸着される。その状態でアッパーチャック１１が下降することにより缶２は下方にスライドさせられ、アッパーチャック１１の下方に位置するマンドレル９に上方から嵌挿される。

なお、アッパーチャック１１の上下動作は、前述したアッパーチャックスライドカム１８のカム溝１８ａ内をローラー１９ａが移動することにより行われる。すなわち、アッパーフレーム１５に固定されているアッパーチャックスライドカム１８の外周側を、アッパーチャックスライドホルダー１９がメインターレット４と共に回転すると、そのアッパーチャックスライドホルダー１９に取り付けられているローラー１９ａがカム溝１８ａ内を走行するので、カム溝１８ａの形状に追従しててローラー１９ａおよびこれが取り付けられているアッパーチャックスライドホルダー１９が旋回しつつ上下動する。

マンドレル９の内型９ａの部分に上方から嵌挿された缶２は、アッパーチャック１１とスピニングチャック１２とにより挟持され、僅かな間隔をもって内型９ａを囲むように保持される。その状態でＡＣサーボモーター１３を回転させることにより、ＡＣサーボモーター１３にギアを介して連動するスピニングチャック１２が回転する。そのスピニングチャック１２はマンドレル９およびこれと一体の内型９ａに対して相対回転できるようになっているので、缶２はマンドレル９（内型９ａ）の回転とは関係なくスピニングチャック１２の回転に連れて回転させられる。

スピニングチャック１２により回転されている缶２は、メインターレット４が回転していることによりその円周方向に移動する。その移動の過程、すなわち上述した受け渡し位置からエンボス加工部（外型）５に至るまでの搬送経路において、缶胴に施された位置決め用のマークをカラーマークセンサー１４により検出し、その検出結果に基づくコントロールボックス１６からの指令によりＡＣサーボモーター１３の回転が停止する。こうしてスピニングチャック１２の回転を停止かつ固定することにより、缶胴の印刷デザインの位置合わせが行なわれる。

缶胴の印刷デザインの位置合わせを完了した缶２は、サーボロックされたままでエンボス加工部５に送り込まれる。その結果、マンドレル９と一体になっている内型９ａとその外周側にレール状に配置されているエンボス加工部である外型５とにより缶２の缶胴が挟み込まれ、その状態でマンドレル９の回転と共に外型５に合わせて缶２が回転することによって、その缶胴の印刷デザインの位置に合わせてエンボス加工が施される。そして、エンボス加工終了時に（エンボス加工範囲の最後で）ＡＣサーボモーター１３のサーボロックが解除されてスピニングチャック１２の回転がフリーとなる。

このようにして缶胴にエンボス加工が施された缶２は、ディスチャージターレット６とメインターレット４とが上下に重なった受け渡し位置において、缶２を吸着しているアッパーチャック１１が、アッパーチャックスライドカム１８のカム溝１８ａに案内されて上昇することにより、上方にスライドされてマンドレル９から上方に引き抜かれ、ついでディスチャージターレット６に受け渡されて、後工程に送り出される。

上述したエンボス成形装置１で使用される内型９ａは、缶２の側壁に模様を付与するための凹部を外周面に有しており、例えば図３に示すようにエンボス凹部が円周方向に連続して形成されている。

また、この装置を構成する部品精度、ギア部分のバックラッシュや内型外径のバラツキ、缶胴内径のバラツキなどによる周長ズレによるエンボス未成形部分が生じないように缶胴側壁を弾性体で圧接させたまま１回転以上回転させてエンボス成形の開始部分を再成形する構成を備えている。これによってエンボス未成形部分のないエンボス模様を成形することができる。なお、エンボス成形の開始部分は、平滑なラバー材を表面に有する外型（後述する）で側壁を挟み込むため滑りやすく不安定なエンボス成形となりやすい。そのため少なくともエンボス模様が１ピッチ分重なる所まで回転させてエンボス成形するのが好ましい。

したがって、エンボス成形の開始領域には、エンボス成形の終了段階で再度圧接力が作用し、この部分（領域）に重複してエンボス成形が施される。ところが、同じ圧接カでエンボス成形を重複して施すと、周長ズレに伴う外観上の問題のほかに重複してエンボス成形された箇所のエンボス深さが他の部分より深くなることが種々の実険から明らかになった。このエンボス深さの差が僅かなものであっても、缶胴壁厚が薄い場合には、その後のネックイン加工や巻締め加工において軸方向の荷重が作用した時に応力集中して挫屈しやすくなり、缶胴素材の合理化の一つの阻害要因すなわち材料薄肉化の障害となる。そこで、本発明では、このように重複したエンボス成形のために作用させる圧接力のうち、第一回目の圧接力と第二回目の圧接力とのうちの何れか一方またはその両方の前記弾性体による圧接力を、重複してエンボス成形が施されない箇所に作用する前記弾性体の圧接力より弱くし、その結果、外観性を向上させると共に缶胴側壁の全周に亘り均一な深さのエンボス模様を形成するように構成されている。

さらに、その有効成形工程に続いて圧接力を徐々に減少させる離反工程を有する構成にすることにより弾性体へのダメージを減少させることができる。

より具体的に説明すると、本発明の装置では、外型５が特殊構造となっている。図３は外型５の横断平面図であり、図４は外型５の縦断側面図であって、メインターレット４が回転することに伴って旋回する缶２の旋回軌跡の外側に、その旋回軌跡に沿ってベースプレート（固定部材）２１が配置されている。そのベースプレート２１の正面すなわち缶２の旋回軌跡側の面に押圧部材２２が取り付けられている。この押圧部材２２は、缶２の旋回方向でのほぼ中央部が円弧状に窪み、その両側がほぼ平面状に形成された剛性がある程度高い板状の部材であり、その円弧状に窪んだ部分の曲率半径は、内型９ａの外周面の旋回半径とほぼ同じになっている。また、この押圧部材２２は、缶２の旋回方向で複数（図に示す例では二つ）に分割されており、各分割片２２ａ，２２ｂはベースプレート２１に個別にボルト止めされている。これらの各分割片２２ａ，２２ｂは、缶２の側壁に作用させる押圧力を調整するために、内型９ａに対して進退可能に構成されている。すなわち、圧接力調整手段が設けられており、これは図に示す例では、ベースプレート２１と分割片２２ａとの間に介在させられるシム２３である。このシム２３の厚さを調整することにより内型９ａに対する押圧部材２２ａとの距離が調整され、それに伴って缶２に第一回目に作用させる押圧力すなわち圧接力を押圧部材２２ａによる基準圧接力に対し調節できるように構成されている。

このように押圧部材２２を分割片２２ａ，２２ｂによって構成しているのは、缶２を１回転以上回転させることにより、エンボス成形の開始部分に、エンボス成形の終了段階に再度成形加工力を作用させ、一部重複させてエンボス加工を行うことに伴って、エンボス加工が一回だけ行われる箇所と、二回行われる箇所とが生じ、そのいわゆる二度打ちされる重複領域に対応して圧接力を調整できるようにするためであり、したがってその各分割片２２ａ，２２ｂの境界位置すなわち分割面は、缶２が１回転した後、再度エンボス成形が施される箇所と一回しかエンボス成形が施されない箇所との境界部分に対応するように設定されている。

また、押圧部材２２の正面は、上下方向（缶２の軸線方向）の全体に亘っては平坦でなく、図５に示すように、少なくとも上端部が後退方向に傾斜している。図５に示す例では、上下両端部に傾斜部２４ａ，２４ｂが形成されている。傾斜部２４ａは、缶２の缶底側の缶胴側壁にビード状の成形痕が生じることを回避するためのものであり、内型９ａの胴部上端部Ｍ（肩部と胴部との接点）からＬ寸法（１．５ｍｍ以上）下がった位置すなわち缶２の軸線方向での中央に寄った位置を起点ＫとしてＷ１の範囲で逃がし角度θ１が５°〜１０°で後退した面として形成するのが好ましい。その傾斜部２４ａの前記起点Ｋの下限位置は内型９ａのエンボス凹部内にラバー材２５が押し込まれる位置であれば限定されない。なお、下端部側の傾斜面２４ｂは、エンボス凹部下限位置から所定寸法Ｗ２の範囲で逃がし角度θ２が３５°未満の範囲で後退した面として形成されている。これはラバー材の下端をクランプでき、またラバー材２５に曲げによる密着不良が生じない程度のものであれば良い。

上記の押圧部材２２の正面には、図６に示すように、その全体を覆うようにラバー材２５が取り付けられている。その取り付けは、主として接着によって行われているが、上述したように傾斜面２４ａ，２４ｂに対して確実に密着させておくために、ラバー材２５の上下両端部を引っかけて傾斜面２４ａ，２４ｂに押し付けるクランプ部材２６が、押圧部材２２の上下両端部に取り付けられている。

このラバー材２５の構成について更に説明すると、ラバー材２５は、ゴム層である表層と、スポンジ層および複数の布層とから成る下層との積層構造のものである。例えば、金陽社製の型番Ｔ５６７ＷあるいはエアータックＦなどが用いられる。スポンジ層を備えたラバー材を用いるのは、缶２が外型５の正面側を移動しつつ自転しながらエンボス成形される際のショックを吸収するとともに、エンボス深さを調整する機能が発揮できるように気泡を内在させた構造となっている。スポンジ構造を大きく分類すると、気泡が独立して並んだ構造の単独気泡構造のスポンジと、気泡が互いにつながった構造の連続気泡構造のスポンジに分けられる。なお、スポンジ層が連続気泡層構造であると、圧接力を強く必要とするエンボス成形では、缶２が外型５上を転がりエンボス成形される成形の末端部において応力が集中して、バルジによる影響が大きくなり、ラバー材２５の層間剥離が生じやすく耐久性が低下するので、耐久性を重視する場合には単独気泡構造のスポンジ層を備える方が好ましい。

ラバー材２５の厚さはエンボス形状や深さ、その大きさ、缶胴の材質や壁厚によって適宜選定される。

ラバー材２５の表面粗度はＲａ０．６〜０．８であり、ラバー材２５の硬度は、エンボス深さにもよるが、ＪＩＳＫ６２５３に規定されるショア硬度で８０±１０であり、具体的にはブタジエンラバーが使用される。ラバー材２５の硬度が小さくなり過ぎるとエンボス成形の模様がシャープに現れず、エンボス部がぼやけて人目を惹きつける作用が弱くなり易い。ラバー材２５の硬度が逆に大きくなり過ぎると大きな圧接力が必要となり装置を剛性の強い構造にしなければならず設備コストがかかる。また、エンボス深さの深いものを成形することが難しくなる。

帯状のラバー材２５は、圧接力が徐々に増加する接近領域Ｌ１と、接近領域Ｌ１に続いて１缶分の周長を超えた長さまでラバー部材２５が内型９ａの凹部奥まで押し込まれる成形領域Ｌ２と、圧接力が徐々に減少する離反領域Ｌ３とを備えている。

図７に示すように、成形領域Ｌ２とは、缶２を挟み込む圧接力の調整がされた状態で少なくとも缶２が１回転以上回転する範囲（Ｐ−Ｓ区間）である。また、接近領域Ｌ１とは、その成形領域Ｌ２の上流側に設けられた領域であって、缶２とラバー材２５が急激に当接してラバー痕が形成されないように衝突を緩和させる領域である。更に、離反領域Ｌ３とは、成形領域Ｌ２の下流側に設けられた領域であり、缶２とラバー材２５が急激に離れると、ラバー材２５のエッジに応力が集中しやすくなりラバー自体のダメージ（例えば、ささくれなど）が発生する。それを回避するため、ラバー部材２５の端部に発生する応力を集中させないように応力分散を目的として設けられた領域である。

上記の接近領域Ｌ１では、缶２が内型９ａに嵌挿されて外型５の正面側を公転移動する際に、エンボス加工を行う圧接力が徐々に増加し、またこれに続く成形領域Ｌ２では、缶胴側壁がラバー材２５と内型９ａとでしっかり挟み込まれて実質的なエンボス加工が行われることになるが、これに伴って、缶２の側壁にラバー材２５のエッジが急激に食い込むと、いわゆるラバー痕が形成され易くなるので、このような不都合を回避するために、上記の接近領域Ｌ１を設けて圧接力を徐々に増加させるようにしたのである。

ラバー材２５が取り付けられている押圧部材２２の正面には、前述したように傾斜面２４ａ，２４ｂが形成されており、これらの傾斜面２４ａ，２４ｂの間の部分が圧接面部２４ｃとされている。その圧接面部２４ｃは、前記内型９ａの凹模様が付された成形面に相当する幅に対応させ、且つ、内型９ａの胴部と肩部との接点Ｍより下がった位置を上限位置にして、前記ラバー材２５を缶２の側壁に対して押圧する部分である。特に缶底部近くまでエンボス模様を形成する時、押圧部材２２の上端部分に寸法Ｗ１の逃げを設けないと、缶底側の缶胴側壁部にビード状の成形痕が形成され、またその成形痕の深さも重複領域付近で変化するので缶の外観性を損なうことになる。このようなビード状の成形痕が発生する理由は、缶底側の缶胴側壁部の壁厚が胴部中央部分より肉厚となるため、エンボス模様が接点Ｍ近くまで形成しようとする場合には、壁厚の薄い中央部よりも強い圧接力を付与しないとエンボス模様がシャープに現れてこない。そのため缶胴側壁部に大きな圧接力をかけると内型の肩部の曲率半径ｒに沿って側壁が押し込まれたことが原因と考えられる。したがって本発明では、エンボス模様を缶底近くまで設ける場合には、このような問題を回避するため、押圧部材に所定寸法Ｗ１で逃げを設けるなどの工夫が必要となる。かかる意味から、外型５の押圧部材２２には、内型９ａに対して、内型９ａの上端肩部と胴部の接点から少なくとも１．５ｍｍ下方位置から上方に向かいラバー材２５の圧接力が弱くなるように逃がし角が５°〜１０°の傾斜部を設けるようにする。

前述したように押圧部材２２は、二つの分割片２２ａ，２２ｂによって構成されており、その一方の分割片２２ａとベースプレート２１との間にシム２３が装入されて各分割片２２ａ，２２ｂの間の分割面に段差が生じている。しかしながら、押圧部材２２の正面の全体がラバー材２５によって覆われているので、上記の段差はラバー材２５によって滑らかに連続する面となっており、したがって前述した接近領域Ｌ１と成形領域Ｌ２とは滑らかな曲面で接続された状態となっている。なお、図７ではラバーの逃げ量が階段状に変化しているように示しているが、これは模式的に示したからである。

つぎに上述したエンボス成形装置の作用すなわち本発明のエンボス成形方法を説明する。エンボス加工を施すべき缶２は、前述したように、インフィードターレット３によって内型９ａとその上方に引き上げられているアッパーチャック１１との間に送り込まれ、アッパーチャック１１がその缶底を吸着してインフィードターレット３から受け取り、ついで前記アッパーチャックスライドカム１８の作用によって、アッパーチャック１１がアッパーチャックスライドホルダー１９と共に下降することにより、缶２は内型９ａに上方から嵌挿させられ、アッパーチャック１１とスピニングチャック１２との間に挟み付けられる。

内型９ａを一体に備えているマンドレル９がメインターレット４によって保持されているので、メインターレット４が回転することにより、内型９ａおよびこれに嵌挿された缶２がメインシャフト８を中心とした円周上を旋回する。その過程で印刷デザインの位置が検出されるとともに、その検出結果に基づいてＡＣサーボモータ１３が制御され、印刷デザインの位置合わせを行うように缶２が回転させられる。なお、この印刷デザインの位置合わせの作用は、特開２００１−４７１６５号公報に記載されているのと同様である。

缶２が内型９ａあるいはマンドレル９と共に更に旋回してエンボス加工部５に至ると、先ず、前述した接近領域Ｌ１におけるラバー材２５に缶２の側壁が接触する。この時点では、内型９ａの外周面と缶２の内周面との間にクリアランスが設けられているから、缶２の側壁には圧接力は積極的に作用せず、内型９ａの中心軸に対して缶２の軸心が偏芯するように缶２が移動させられる。この工程が本発明における接近工程に相当する。

この接近工程において、缶２が外型５の正面側を更に移動すると、ラバー材２５の表面と内型９ａとが徐々に接近し、ついには缶２の側壁がラバー材２５と内型９ａとの間に挟み込まれる。次第に缶２の側壁に作用する圧接力が増大する。これは、前述した図７におけるＯ点からＰ点に至る過程である。こうして缶２の側壁に対し実質的にエンボス成形が開始される。

そして、缶２は接近領域Ｌ１から成形領域Ｌ２に移る。この成形領域Ｌ２の前段部分では、シム２３によって位置調整を行っている一方の分割片２２ａに相当する領域であり、この領域Ｌ２の前段部分におけるラバー材２５は、領域Ｌ２の後段部分に対して相対的にわずか後退している。すなわち、缶２に作用する圧接力が相対的に小さくなっている。これは図７におけるＰ点からＱ点に至る過程である。

内型９ａに嵌挿させれている缶２は、内型９ａと一体のギヤ部９ｂがインナーギヤ１０に噛み合ってメインターレット４と共に旋回することにより内型９ａが回転するので、内型９ａと共に回転する。すなわち、缶２はラバー材２５の正面に押し付けられた状態のラバー材２５上を移動するとともに自転し、ラバー材２５の正面で転がりつつ移動する。こうしてエンボス加工が進行し、前述した各分割片２２ａ，２２ｂの境界部分に至る。各分割片２２ａ，２２ｂ自体の境界部分には段差があるとしても、この境界部分もラバー材２５によって覆われ、滑らかに連続した曲面となっているので、支障なくエンボス加工が継続される。そして、それ以降の圧接力は、ラバー材２５の表面の曲率半径が缶２の外周面の旋回半径とほぼ一致していることにより一定に維持される。これは、図７におけるＱ点からＲ点に至る過程である。

成形領域Ｌ２の後段部分ではこのようにして一定の圧接力でラバー材２５が内型９ａの凹部に押し込まれてエンボス成形が進行する。その圧接力は、前記分割片２２ａがシム２３によって、缶２の旋回軌跡に遠ざけられているので、成形領域Ｌ２の前段部分よりも圧接力は相対的に大きくなっている。そして、成形領域Ｌ２の最終段階では、エンボス成形の開始時に既に圧接力が作用した箇所に再度圧接力を付与してエンボス加工を施すことになる。いわゆる二度打ちする。これは、図７におけるＲ点からＳ点に至る過程である。その場合、二度打ちする箇所に対する前記前段部分での圧接力は、その部分における前記一方の分割片２２ａが分割片２２ｂに対して相対的に後退させられて保持され、二度打ちしない箇所における缶２の側壁に対する圧接力より低い状態でエンボス成形がなされている。したがって、後段部分で再度圧接力を付与してエンボス加工が行われる部分において、缶２の素材に大きな伸びは生じないことにより、エンボス深さが重複成形された領域だけ深くなるようなことはなく、その結果、エンボス加工の深さが全体で不均一になるなどの事態を未然に防止することができる。言い換えれば、いわゆる二度打ちする箇所でも、エンボス深さを均一にすることができる。このような接近領域Ｌ１と成形領域Ｌ２におけるエンボス加工の工程が本発明における有効成形工程に相当する。

そして、缶２が成形領域Ｌ２を通過して離反領域Ｌ３に至ると、外型５の圧接面部２４ｃが缶２の外周面の旋回軌跡から次第に離れるので、缶２の側壁に作用する圧接力が次第に低下し、最終的には、缶２がラバー材２５の表面から離れて圧接力が作用しなくなる。すなわち、実質的なエンボス加工が終了する。これは、図７におけるＳ点からＴ点に至る過程である。このようにエンボス加工の終了段階では、ラバー材２５に掛かる荷重が徐々に低下するので、圧接力が急激にゼロになることがなく、成形領域Ｌ２の最終段階で発生しやすいラバー材２５の応力集中を回避することができる。この離反領域Ｌ３での加工が本発明における離反工程に相当する。

ここで、この発明の方法でエンボス加工を行った場合の測定結果と、圧接力を加工開始から終了に至る全行程で一定に維持した比較例についての測定結果とを示す。対象とする缶２は、缶胴の外径が６６．１ｍｍ、最小壁厚０．１０５ｍｍのアルミニウム合金製の絞りしごき加工した３５０ｍｌ缶であり、缶胴側壁にミラーボールタイプのエンボス深さ０．３ｍｍのエンボス模様を施した。その外観を図８に示してあり、エンボス模様は４×３３面であり、エンボス凹部の深さ０．５ｍｍの内型を用いて、重複角度を３２．７°としてエンボス成形を行った。エンボス深さの測定結果を図９に示してある。本発明例についての測定結果を図９に符号Ａで示してあり、エンボス深さは、全周に亘ってほぼ０．３ｍｍになっており、均一な深さであることが確認できた。これに対して圧接力を全工程均一に維持した比較例についての測定結果を図９に符号Ｂで示してあり、いわゆる二度打ちされる箇所（特に成形開始点Ｐから点Ｑまでの箇所）のエンボス深さが目標する０．３ｍｍより深くなり、最も深い箇所は約２６％増の約０．３８ｍｍとなり、継ぎ目で二度打ちの痕跡が強く残り缶２の外観が損なわれるものであった。

なお、この発明は上述した具体例に限定されるものではない。すなわち、エンボス部の有効成形領域の成形始点から缶胴へのエンボス成形が重複する領域（二度打ちされる領域）では、エンボス成形が重複しない成形領域の圧接力よりも弱くさせる圧接力調整手段として、本例では分割された押圧部材をシムの厚さを変えて内型方向に移動させてエンボス成形の圧接力を特定領域において調整可能なものにしたが、押圧部材を移動させることができる構成のものであれば、特に移動方向は限定されるものではない。例えば、ラバー材を接着支持する押圧部材の支持面の曲率半径を複数の曲率半径で構成し、領域ごとに曲率半径を異ならせるようにし移動させても良い。

また、本例では、二度打ちされる領域Ｌ１を含む領域Ｌ２の前段部分（Ｏ−Ｑ区間）の圧接カを二度打ちしない完全成形領域（Ｑ−Ｒ区間）に対する圧接力より弱い状態に設定しているが、これに限定されず、二度打ちされる領域Ｌ２の後段部分（Ｒ−Ｓ区間）の圧接カを二度打ちしない圧接カよリ弱い状態に設定しても良い。また、前段部分と後段部分との両方の圧接カを二度打ちしない箇所に対する圧接カより弱い状態に設定しても良いし、また前段部分の圧接カを更に分割調整するようにしても良い。即ち、エンボス形状、深さ、幅、成形位置、成形速度、ラバー硬度、缶胴の材質、壁厚などに応じて二度打ちされる一回目と二回目との塑性変形のバランスを見て全周均一なエンボス深さになるように領域毎に圧接カは適宜決定されるようにする。

また、本例では、缶胴外径６６．１ｍｍの缶胴側壁の全面にエンボス模様（４×３３面エンボス、深さ０．３ｍｍ）を成形するミラーボールタイプ缶の例を示したが、これに限定されず、エンボス深さは０．５ｍｍ程度まで成形可能である。

また、本例では、重複してエンボス加工を行う領域（エンボス模様が１ピッチ分重なる領域）に相当するラップ角度を３２．７°にしているが、本発明ではこれに限定されず、少なくとも缶体を１回転以上回転させてエンボス成形の開始領域に再度圧接力を作用させられる角度以上であればよく缶胴内径と内型の外径との比（施されるエンボス模様の数と内型のエンボス凹部の数との比）から適宜決定される。

１…エンボス加工装置、 ２…缶、 ３…インフィードターレット、 ４…メインターレット、 ５…エンボス加工部（外型）、 ９…マンドレル、 ９ａ…内型、 １０…インナーギア、 １１…アッパーチャック、 ２１…ベースプレート、 ２２…押圧部材、 ２２ａ，２２ｂ…分割片、 ２３…シム、 ２４ａ，２４ｂ…傾斜部、２４ｃ…圧接面部、 ２５…ラバー材、 ２６…クランプ部材、 Ｌ１…接近領域、 Ｌ２…成形領域、 Ｌ３…離反領域。

Claims (3)

1. 外周面にエンボス凹部を有する内型に缶体を上方から嵌挿し、その内型に被せた缶体の外側に固定して配置されるとともに弾性体を表面に有する外型に対して、内型に嵌挿された缶体の缶胴側壁を圧接させつつ転がすことにより缶胴側壁の全周にエンボス模様を形成するエンボス成形方法において、
   缶胴側壁に前記弾性体を接触させてから圧接力を徐々に増加させ、前記弾性体に缶胴側壁を圧接させたまま前記缶体を１回転以上回転させることにより、缶胴側壁のエンボス成形の開始領域に前記圧接力を再度作用させて缶胴全周にエンボス模様を形成する有効成形工程と、その有効成形工程に続いて前記圧接力を徐々に減少させる離反工程とを有し、
   前記有効成形工程において前記圧接力を二回作用させる際の第一回目の圧接力と第二回目の圧接力との何れか一方またはその両方を、重複してエンボス成形が施されない箇所に作用する前記弾性体の圧接力より弱くすることを特徴とするエンボス成形方法。
2. 缶体の円筒形の缶胴内径よりも小径でエンボス凹部を外周部に有する内型と、その内型の外周側に固定されて配置された外型とを備えるとともに、これら内型と外型とが相対的に移動した際に前記内型が自転するように歯車を介して相互に連結され、前記内型に嵌挿させた缶体の缶胴を前記外型に押し付けつつ内型と外型とを相対移動させることにより缶体を内型と共に自転させて前記缶胴側壁にエンボス成形するように構成されたエンボス成形装置において、
   前記外型は、前記缶体が相対移動する方向において分割された複数の押圧部材で支持された帯状の弾性体を表面に有し、
   前記押圧部材を前記内型に対して各々進退可能に構成された圧接力調整手段が、前記押圧部材と前記外型を固定する固定部材との間に設けられ、
   前記押圧部材の分割面が、エンボス成形のための圧接力が二回作用させられる箇所と一回作用される箇所との境界位置に形成されている
   ことを特徴とするエンボス成形装置。
3. 前記外型の前記押圧部材には、前記内型に対して、前記内型の上端肩部と胴部の接点から少なくとも１．５ｍｍ下方位置から上方に向かい前記ラバー材の圧接力が弱くなるように逃がし角が５°〜１０°の傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のエンボス成形装置。

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