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JP2018522736A - 物品をカールさせるための方法および装置 - Google Patents

物品をカールさせるための方法および装置 Download PDF

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Abstract

物品にカールを形成するための装置は、共通のヘッドに取り付けられたローラーの第1のセットを有する第1の成形具を含む。ローラーの第1のセットは第1の溝半径を有するそれぞれの溝を有する。本装置はさらに、物品を第1の成形具に装填するよう構成された第1の回転ターレットを含む。本装置はさらに、共通のヘッドに取り付けられたローラーの第2のセットを有する第2の成形具を含む。ローラーの第2のセットは、第2の溝半径を有するそれぞれの溝を有する。第2の溝半径は第1の溝半径よりも大きなものである。本装置はさらに、物品を第2の成形具に装填するよう構成された第2の回転ターレットを含む。本装置はさらに、物品を第1の回転ターレットから第2の回転ターレットへと移送するよう構成された第1の移送スターホイールを含む。

Description

本出願は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる、2015年5月4日に出願された米国仮特許出願第62/156,666号の利益および優先権を主張する。
本発明は、概して、飲料容器または缶のような物品を形成または加工する分野に関する。より具体的には、本発明は、物品にカールを形成するための装置および方法に関する。
例えば、液体製品を包装するために使用される容器は、しばしば、半径方向外向き、下向きおよび内向きのカールで上端において終端する容器本体を含む。例えば、内部加圧容器(例えば、エアロゾル容器)の場合、カールの目的は、バルブカップと、バルブカップとの接続領域をシールして強化するためのガスケッとを支持することである。
従来のカールおよびカール付与プロセスには、いくつかの欠点があることが判明している。例えば、大きな半径を有するカールを形成することは、材料がその本来の状態から外側に成形されるにつれて、材料が割れる大きな可能性をもたらす。これは、先行するネッキングまたは成形作業中に材料に圧縮力が予め加えられる場合および/または容器が容器の円筒体の軸線に沿って溶接継ぎ目を含みかつ溶接部が基材よりも硬い場合(例えばエアロゾル容器)に、特に当てはまる。
これらの欠点に対処する方法および装置を提供することが望ましいであろう。
一態様によれば、物品にカールを形成するための装置は、共通のヘッドに取り付けられたローラーの第1のセットを有する第1の成形具を備える。ローラーの第1のセットは、第1の溝半径を有するそれぞれの溝を有する。本装置は、物品を第1の成形具に装填するよう構成された第1の回転ターレットをさらに備える。本装置は、共通のヘッドに取り付けられたローラーの第2のセットを有する第2の成形具をさらに備える。ローラーの第2のセットは第2の溝半径を有するそれぞれの溝を有する。第2の溝半径は第1の溝半径よりも大きい。本装置は、物品を第2の成形具に装填するよう構成された第2の回転ターレットをさらに備える。本装置は、物品を第1の回転ターレットから第2の回転ターレットへと移送するよう構成された第1の移送スターホイールをさらに備える。
本明細書に記載された一つのプロセスによれば、物品の上端縁部にカールを形成する方法は、物品を第1の回転ターレットに供給し、物品をローラーの第1のセットを有する第1の成形具に装填することを備える。本方法はさらに、ローラーの第1のセットを使用して、物品の上端縁部にカールを形成することを備える。カールは第1の半径を有する。本方法は、カールを有する物品を第2の回転ターレットに移送し、カールを有する物品をローラーの第2のセットを有する第2の成形具に装填することをさらに備える。本方法は、カールを修正するためにローラーの第2のセットを使用することをさらに備える。修正されたカールは第2の半径を有し、第2の半径は第1の半径よりも大きい。
本発明のさらに他の態様、特徴および利点は、以下の詳細な説明から、本発明を実施するために考えられる最良の形態を含む多くの例示的な実施形態および具体例を示すことによって容易に明らかになる。本発明は、その他の異なる実施形態も可能であり、そのいくつかの詳細は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、さまざまな点で変更することができる。したがって、図面および説明は、限定ではなく、本質的に例示的であると見なされるべきである。本発明は、本発明の趣旨および範囲内に包含される全ての改変、等価物および代替物を網羅する。
例示的な実施形態が参照図に示されている。本明細書に開示される実施形態および図面は、限定ではなく例示とみなされることが意図される。
缶と共にカール付与装置の成形具を示す断面図である。 一実施形態による成形具の正面斜視図である。 一実施形態による成形具において使用され得るローラーのセットの平面図である。 図3aのローラーのセットおよび容器の斜視側面図である。 一実施形態による缶カール付与装置を備えた機械ラインの概略図である。 さまざまなローラーを使用して成形および修正されるカールの拡大側面図である。 さまざまなローラーを使用して成形および修正されるカールの拡大側面図である。 さまざまなローラーを使用して成形および修正されるカールの拡大側面図である。 さまざまなローラーを使用して成形および修正されるカールの拡大側面図である。 本明細書に記載の方法を用いて形成され得るその他のカール形状の例を示す図である。 本明細書に記載の方法を用いて形成され得るその他のカール形状の例を示す図である。 図4の缶カール付与装置の斜視図である。 図2の成形具の斜視図である。
本発明は、さまざまな改変および代替形態が可能であるが、特定の実施形態が図面に例として示されており、これを本明細書で詳細に説明する。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されることを意図されないことを理解されたい。むしろ、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲内に含まれる全ての改変、等価物および代替物を網羅する。
既存のカール付与方法および装置は、多くの重大な制限を受ける。特に、例えば、既存の機械によって形成されたカールの幾何学的形状は、材料がその本来の状態から外側に成形加工されているときに亀裂および/または割れを起こしやすい。これは、容器が、(例えば内部加圧容器またはエアロゾル缶におけるように)基材よりも硬いシリンダーの軸線に沿った溶接継ぎ目を有する場合および/またはネッキングまたは成形作業中に圧縮力が事前に加えられる場合に、特に問題となる。
本開示の態様によれば、容器の上端縁部にカールを含む容器の完全性を改善するためのシステムおよび方法が説明される。
図1は、その上にカールを形成するための例示的な物品105を示す。物品105は、缶、適切な食品または飲料容器、ジャー、ボトルまたはその他の適切な物品であってもよい。物品105は、開放端部、反対側の閉鎖端部および閉鎖端部から延びる側壁を有する。あるいは、物品105は両端において開いていてもよい。カール付与プロセス後、物品105に、天板、蓋またはその他の閉鎖材が付加されてもよい。
例示的な目的のみのために、以下の説明では、缶105に関して使用するためのカール付与装置および方法を説明する。しかしながら、その他のタイプの物品105を使用することができると考えられる。
カール付与とは、それによって缶105の開口端部が丸みのある、平らなまたはその他の形状へと成形されるプロセスを意味する。本発明で使用することができるカール付与プロセスの一例は米国特許第7,464,573号に記載されており、これはこの引用によりその全体が本明細書中に組み込まれる。例えば図1および図2に示すように、例えば、成形ヘッドまたは成形具200は、丸い断面および/または平坦な断面を有するカールを提供することができる。成形具200は、例えば図1、図2、図3aおよび図3bに示すようなローラー210の第1のセットを含むことができる。図示された実施形態では、複数のローラー210の各々は成形具200に関して概ね同じであるが、二つ以上の異なる種類のローラーが単一の成形具において使用され得ること、および/または、成形具におけるローラーの位置が非均一であり得ること(例えば交互位置、食い違い状等)が考えられる。カール付与によって、缶105の開口縁部をその通常(初期)配向から90°よりも大きく曲げることができる。しかしながら、カール付与は、缶105の開口縁部を90°超に、90°に等しく、あるいは90°未満に曲げることを含み得る。
一実施形態では、缶105は、機械ライン411の一部であり得る供給トラックまたは先行プロセスターレットのいずれかから、第1の連続的に回転するターレット(例えば図4のターレット410a)に供給されてもよい。図4は、一実施形態による缶カール付与プロセスの第1の連続的に回転する成形ターレット410aに缶105を移送するターレットスターホイール402aを示している。第1の回転ターレット410aが、缶105がその中の第1の成形ステーションに挿入された状態で回転している間に、缶105は、共通ヘッド(例えばヘッド212)に搭載されたローラー(例えばローラー210)の第1のセットを有する第1の成形具(例えば図2の成形具200)内に装填される。缶105は、例えばプッシュラム等を用いて成形具内に装填されてもよい。本明細書に記載のローラーのセットは一つ以上のローラーを含むことができる。以下に詳細に図示説明するように、ローラーのセットのそれぞれは、延在部分および溝を有するそれぞれのパイロットを含む。溝は、例えば図5a〜5dに示されるように、概して凹状であり、溝半径を有する。
したがって、ローラーの第1のセットは、第1の溝半径を有するそれぞれの第1の溝を含む。ローラーの第1のセットは、缶105の端部に第1のカール半径を有する予備的な第1のカールを形成するために使用される。カール半径は、一般に、容器105のストレート側壁105A(図1参照)から、ストレート側壁105Aとカールの外側部分との間で水平に測定された中点まで測定される(例えば以下の図5a〜5d参照)。
第1のカールが形成された後、缶105は第1の成形具から引き抜かれる。次に、缶105は、第1の回転ターレット410aから、移送スターホイール402b(図4参照)を介して、第2の回転ターレット410bへと移送される。第2の回転ターレット410bが、缶105がその第2の成形ステーションに挿入された状態で回転している間、共通ヘッドに搭載されたローラーの第2のセットを有する第2の成形具内に缶105が装填される。ローラーの第2のセットは、ローラーの第1のセットの第1の溝半径よりも大きな溝半径を有する、それぞれの第2の凹状溝を有する。ローラーの第2のセット(およびその第2の溝)は、ローラーの第1のセットによって形成された第1のカールを、第1のカールの第1のカール半径よりも大きな第2のカール半径を有する第2の修正されたカールへと修正するために使用される。本明細書で説明するように、より小さな半径を有する第1のカールを形成し、続いて後続のプロセスステップを用いてカール半径を広げることによって、僅かな材料しか変位させられテンション状態に置かれないので、容器105に亀裂が入ったり割れたりすることはほとんど生じない。第2のカールを形成した後、缶は続いて第2の成形具から引き抜かれ、そして図4に矢印で示す方向に、第2の回転ターレット410bから別のプロセスターレット(図示せず)または排出トラックすなわちスターホイール402cへと移送されてもよい。
本開示によって物品にカールを形成するための多段階プロセスの一例が図5a〜5dに示されている。図5aを参照すると、第1の回転ターレット(例えば図4のターレット410a)内に配置された缶105は、一つ以上のローラー502の第1のセット(その一部が図5aに示される)を有する第1の成形具内に装填される。ローラー502の第1のセットは第1の溝半径R1Gを有する。第1の溝半径R1Gは約0.01ないし約0.04インチの範囲にあってもよい。結果として生じる第1のカール504は、缶材料が外側に移動して内側に押し込まれるときに、僅かな缶材料しか変位させられず、しかも僅かなテンションしか発生せず、これによって缶材料の亀裂や割れの可能性が減少するように、最終的なカール半径RFC(図5d参照)よりも小さな第1のカール半径R1Cを有する。
結果として生じる缶105は、続いて、第1の成形具から引き抜かれ、そして第1のスターホイール402bを介して第2の回転ターレット410bへと移送され、そこで、缶105は第2の成形ステーション内に、続いてローラー512の第2のセット(その一部が図5bに示される)を有する第2の成形具内に装填される。ローラー512の第2のセットは、図5bに示すように、第1の溝半径R1Gよりも大きな第2の溝半径R2Gを有する。図5bは、ローラー512の第2のセットによる修正前の缶105および第1のカール504を示している。ローラー512の第2のセットが缶105に、より具体的には第1のカール504に使用されると、第1のカール504は、図5cに示すように、第2の修正されたカール506へと修正される。ローラー512の第2のセットに接触する、修正されたカール506の上端514に近い第2のカール半径R2Cは第2の溝半径R2Gにほぼ一致するように広がり、一方、修正されたカール506の底部516に近い第1のカール半径R1Cは、当該領域には僅かなテンションしか加えられないので、概ね剛体のままであり、それゆえ、概ね、その初めに成形された状態(図5a参照)のままである。しかしながら、ある実施形態では、修正されたカール506の底部516に近いカール半径もまた、図5bおよび図5cに示されるプロセスの間に修正されてもよい(例えば図5aの最初に成形された状態から僅かに広がる)ことに留意されたい。しかしながら、一般に、修正されたカール506の底部516に近い第1のカール半径R1Cは、修正されたカール506の上端514の近くの第2のカール半径R2Cよりも小さい。
続いて、得られた缶が第2の成形ステーションから引き抜かれる。修正されたカール506が最終的なカールの所望の/指定された寸法に合致する場合、缶105は排出スターホイールへと移送されてもよい。しかしながら、カールのさらなる修正が望まれる場合には、缶は、第3のスターホイール(例えばスターホイール402c)を介して第3の成形ステーション内へと第3の回転プロセスターレット(図示せず)へ移送されてもよい。次いで、缶は、ローラー522の第3のセットを有する第3の成形具内に装填されてもよい。図4および図5a〜5dの図示される実施形態では、第3の成形具は最終成形具である。しかしながら、適切な数のプロセスターレットおよび成形具が使用可能であると考えられる。
ローラー522の第3のセットは、所望の/指定された寸法へと最終的なカール526を成形する最終的な溝半径RFGを有する。最終的な溝半径RFGは第1の溝半径R1Gよりも大きい。例示された実施形態のようないくつかの実施形態では、溝半径は缶がプロセスラインを下降するように移動するにつれて増大する。このようにして、缶材料に加えられるテンションを最小限に抑えることができる。なぜなら、僅かな材料しかプロセスの各段階の間に変位させられず、この結果、缶材料には亀裂および/または割れがほとんど生じないからである。ローラーの第3のセット(またはローラーの最終セットなどのプロセスラインのさらに下流のローラーのセット)の溝半径は複数の半径を有していてもよいと考えられる。例えば、溝半径は、最終的なカールが所望の/指定された寸法に適合するように、より大きな半径およびより小さな半径の組み合わせ、一つ以上の直線部分、その組み合わせ等を有していてもよい。
ローラー522の第3のセットが缶に、より具体的には修正されたカール506に使用されるとき、ローラー522の第3のセットに接触する、結果として生じる最終的なカール526の上端付近の最終的なカール半径RFCは、ローラー522の第3のセットの最終的な溝半径RFG内に概ね合致するように広がる。図5bおよび図5cに関して先に説明したように、最終的なカール526の底部516に近い第1のカール半径R1Cは、最終的なカール526の上端514に近い最終的なカール半径RFCよりも小さいままである。
図示された実施形態に示されたカールの形状は概して円形または楕円形であるが、例えば図6aおよび図6bに示されるように、その他の形状も成形可能であると考えられる。このように、本明細書で使用される「半径」という用語は、対応する様式で、非円形または非楕円形の幾何学的形状に依然として適用されてもよく、例えば、容器105のストレート側壁105Aと、容器105のストレート側壁105Aとカールの外側部分との間の中点との間の距離として相応に測定されるであろう。
本発明はこれに限定されるものではないが、本発明の実施形態は、例えば図7に示すように、カール付与機械がモジュール700として構成されるようなものである。缶カール付与モジュールを使用することにより、必要とされる多くの缶カール付与段階を提供すると共に、必要に応じて付加/除去することができる、フランジ加工、ネッキング、トリミング、拡張、ねじ切りおよび/またはリフォーミング/リプロファイリングといった追加的段階の付加を可能とするために、機械ライン411を組み合わせ/交換することが可能となる。
一実施形態では、ターレットスターホイール402,410は、タイミングプレートを介して駆動軸に接続される二つのセグメントから構成されてもよい。これらのタイミングプレートは、ターレットスターホイールとそれぞれの移送スターホイールとの間の滑らかで連続的で偶発事象を伴わない缶の移送が行えるように、ターレット駆動軸に対するその角度回転位置が調整され、続いて、その上に搭載されたターレットスターホイールの二つのセグメントがその両側のスターホイールに対して位置決めされ/速度が調整される程度まで固定されることを可能とする様式で、それぞれのターレット駆動軸に対して別個に調整可能である。
供給スターホイール、排出スターホイールおよび/または移送スターホイール402,410は、吸引を使用して缶105を適所に保持するように構成されてもよい。スターホイール402,410は、適切なマニホールドを介して、真空源(負の空気圧)と流体連通するチャネル部分に形成された真空ポートを有することができる。真空が真空ポートに供給され、そして吸引にさらされる缶105の表面積は、各缶105が移送スターホイールの回転軸線の下を通過するとき、缶105が安定して適所で保持される程度まで増大させられる。
例えば、図7に示すように、成形回転ターレット410は、缶105のストレート側壁105Aにおける位置決めスターホイール410Sと、缶105の開口端部における成形(カール付与)具200(図1および図2参照)とを備えることができる。位置決めスターホイール410Sは、缶105の適切なカール付与(成形)を可能にするために、缶105が成形具200と向きを合わせられ整列させられた状態を維持するのを助ける。
成形具(ヘッド)200は、例えば図8に示すように、共通のヘッド212に取り付けられた複数の独立したローラーを備えることができる。これらのローラーはベアリング240(図1参照)に搭載され、自由に回転する。ローラー210は、各ローラー201が独立して、すなわち成形具200の他のローラー210とは別個に回転することができるように独立している。さらに、ローラー210の各セットにおける各ローラーは、残りのローラーおよび/または缶105のネック105Nに対するローラーの角度を変更するために、調整、交換、変更あるいは再位置決めされてもよい。
成形具200は缶105と同軸である。成形具200は、ローラー120が缶105の開口の周囲を回るように移動させられるよう缶105に対して回転する。図示の実施形態では示されていないが、成形具200はローラーの複数のセットを有することができる。ローラーの一つのセットはカール108の内側部分を形成するような形状とされてもよく、ローラーの別のセットはカール108の外側部分を形成するような形状とされてもよい。
缶105は、缶105の開口縁部がローラーの溝に隣接して配置されるように、例えばプッシュラムアセンブリによって移動させられる。缶105がローラーに対して整列させられると、ローラー210は缶105のネック105Nの反対側で回転し、これによってネック105Nの縁部をカール108へと変化させる。プロセスのこの瞬間の間、ターレット210は缶105と共に連続的に移動し、そして缶105は成形具200内へと、したがってカール108を形成するための回転ローラー間へと軸方向に移動している。
カールを形成する方法を機械ラインプロセスに関して本明細書では説明したが、本方法はまた、その他の(例えば非機械ライン)プロセスにも適用可能であると考えられる。
本発明は、さまざまな改変および代替形態が可能であるが、その特定の実施形態および方法が、図面に例として示され、本明細書で詳細に説明されている。しかしながら、開示された特定の形態または方法に本発明を限定することは意図されておらず、むしろ、本発明の趣旨および範囲に包含される全ての改変、均等物および代替物を網羅することが意図であることを理解されたい。
105 缶、物品、容器
105A ストレート側壁
105N ネック
108 カール
120 ローラー
200 成形具(ヘッド)
201 ローラー
210 ローラー
212 ヘッド
240 ベアリング
402 移送スターホイール(ターレットスターホイール)
402a ターレットスターホイール
402b スターホイール
402b スターホイール
402c スターホイール
410 移送スターホイール(ターレットスターホイール)
410a 第1の回転ターレット
410b 第2の回転ターレット
410S 位置決めスターホイール
411 機械ライン
502 ローラー
504 第1のカール
506 修正されたカール
506 カール
512 ローラー
514 上端
516 底部
522 ローラー
526 最終的なカール
700 モジュール

Claims (14)

  1. 物品にカールを形成するための装置であって、前記装置は、
    共通のヘッドに取り付けられたローラーの第1のセットを有する第1の成形具であって、前記ローラーの第1のセットは第1の溝半径を有するそれぞれの溝を有する、第1の成形具と、
    前記物品を前記第1の成形具に装填するよう構成された第1の回転ターレットと、
    共通のヘッドに取り付けられたローラーの第2のセットを有する第2の成形具であって、前記ローラーの第2のセットは第2の溝半径を有するそれぞれの溝を有し、前記第2の溝半径は前記第1の溝半径よりも大きなものである、第2の成形具と、
    前記物品を前記第2の成形具に装填するよう構成された第2の回転ターレットと、
    前記物品を前記第1の回転ターレットから前記第2の回転ターレットへと移送するよう構成された第1の移送スターホイールと
    を備える装置。
  2. 前記ローラーの第1のセットは一つ以上のローラーを備え、かつ、前記ローラーの第2のセットは一つ以上のローラーを備える、請求項1に記載の装置。
  3. 共通のヘッドに取り付けられたローラーの第3のセットを有する第3の成形具であって、前記ローラーの第3のセットは第3の溝半径を有するそれぞれの溝を有し、前記第3の溝半径は前記第1の溝半径よりも大きなものである、第3の成形具と、
    前記物品を前記第3の成形具に装填するよう構成された第3の回転ターレットと、
    前記物品を前記第2の回転ターレットから前記第3の回転ターレットへと移送するよう構成された第2の移送スターホイールと、をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  4. 前記物品はエアロゾル缶である、請求項1に記載の装置。
  5. 前記第1および第2の回転ターレットは連続的に回転する、請求項1に記載の装置。
  6. 前記ローラーの第1のセットは前記物品の上端縁部にカールを形成するよう構成され、かつ、前記ローラーの第2のセットは、前記ローラーの第1のセットによって形成されたカールを修正するよう構成される、請求項1に記載の装置。
  7. 前記ローラーの第1のセットによって形成されたカールは第1のカール半径を有し、かつ、前記ローラーの第2のセットによって形成された修正されたカールは、前記第1のカール半径よりも大きな第2のカール半径を有する、請求項6に記載の装置。
  8. 物品の上端縁部にカールを形成する方法であって、前記方法は、
    物品を第1の回転ターレットに供給するステップと、
    ローラーの第1のセットを有する第1の成形具に前記物品を装填するステップと、
    前記ローラーの第1のセットを使用して前記物品の上端縁部にカールを形成するステップであって、前記カールは第1の半径を有するものであるステップと、
    前記カールを有する前記物品を第2の回転ターレットに移送するステップと、
    前記カールを有する前記物品を、ローラーの第2のセットを有する第2の成形具に装填するステップと、
    前記ローラーの第2のセットを使用して前記カールを修正するステップであって、修正されたカールは第2の半径を有し、前記第2の半径は前記第1の半径よりも大きなものであるステップと
    を備える、方法。
  9. 前記ローラーの第1のセットが一つ以上のローラーを備え、かつ、前記ローラーの第2のセットが一つ以上のローラーを備える、請求項8に記載の方法。
  10. 前記物品がエアロゾル缶である、請求項8に記載の方法。
  11. 前記第1および第2の回転ターレットは連続的に回転する、請求項8に記載の方法。
  12. 前記物品の移送は移送スターホイールによって行われる、請求項8に記載の方法。
  13. 前記ローラーの第1のセットは前記カールを形成するために使用されるそれぞれの第1の溝を有し、かつ、前記ローラーの第2のセットは前記カールを修正するために使用されるそれぞれの第2の溝を有し、前記第2の溝は第1の溝よりも大きな溝半径を有する、請求項8に記載の方法。
  14. 修正されたカールを有する前記物品を第3の回転ターレットへと移送するステップと、
    修正されたカールを有する前記物品を、ローラーの第3のセットを有する第3の成形具に装填するステップと、
    前記ローラーの第3のセットを使用して前記カールをさらに修正するステップであって、さらに修正されたカールは第3の半径を有し、前記第3の半径は前記第1および第2の半径よりも大きなものであるステップと
    をさらに備える、請求項8に記載の方法。
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