JP4450159B2 - マンドレルの回転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、マンドレルの回転制御装置、特に缶体等の円筒物品の表面に印刷、塗装、ラベル貼着等の処理を行なう装置のマンドレルをプレスピンさせるマンドレルの回転制御装置に関する。

例えば、２ピースの円筒缶の外周面への塗装やコート、印刷、あるいはラベル貼付等の処理工程は、マンドレルに円筒缶を嵌合支持させ、回転駆動される塗装ロール、コーターロール、ブランケットロール、あるいはラベリングロール等（以下、これらを処理用回転ロールという）に円筒缶が摩擦接触することによって、それぞれの目的に応じた処理が缶体表面になされる。そのような装置において、マンドレルに支持された缶が、回転駆動している処理用回転ロールに接触する際に、両者の速度差が大きいと接触開始時の衝撃が大きくマンドレルの回転が処理用回転ロールに正確に追従せずに、正確な処理を行なうことが難しい。そのため、接触開始前にマンドレルを摩擦接触時の回転数にプレスピンすることが行われている。従来、処理用回転ロールのロール外周面にプレスピン区間と印刷等を行なう処理区間を設けて、まず処理用回転ロールのプレスピン区間がマンドレルと摩擦接触することによりプレスピンを行ない、次いで処理区間が摩擦接触することによって印刷等の処理を行っている。このような装置において、プレスピンが確実に行なわれるように、ブランケット胴の外周にマンドレルの外周に接触することでマンドレルにブランケット胴の回転を伝えるベルトを巻回したものが提案されている（特許文献１参照）。したがって、従来の方法は、処理用回転ロールが例えばブランケット胴である場合、ブランケット胴には画像が転写される部分とプレスピン用の接触部を設けなければならず、処理用回転ロールの直径を必然的に大きくしなければならない問題点があった。

また、他の方法として、例えば図４に示すように、マンドレルホイール４０の外周に等ピッチで配置されたマンドレル４１と処理用回転ロール４２との摩擦接触開始前の所定区間から摩擦接触終了時までの区間をマンドレルが通過するとき、処理用回転ロール４２と連動しているプレスピンベルト４３をマンドレル軸に摩擦接触させることにより、マンドレルをプレスピンさせることが行なわれている。上記従来の何れの方法も、プレスピンは処理用回転ローラの外周に掛け渡したベルトにより、マンドレルを強制回転させるものであり、プレスピンも処理時の回転も同一周速で回転させるものである。

特開平９−２６７４６６号公報

上記従来のこの方法は、ベルトとマンドレルの摩擦による回転のため、確実に回転させるのが難しくスリップしてマンドレルの回転が不安定であると共に、使用中にベルトの摩耗が生じてさらに回転が不安定になる等の問題点がある。処理用回転ロールとマンドレルホイール外周面近傍にベルトを配置するため、ベルトが邪魔になると共にベルト張力の調節等メンテナンスが面倒である等の問題点があった。
そこで、本発明は、従来のベルトによるプレスピン機構に代えて、回転が確実でマンドレルを安定してプレスピンできるマンドレルの回転制御方法及びその装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決する本発明のマンドレルの回転制御装置は、円筒物品を嵌合支持するマンドレルと、該マンドレルに支持される円筒物品の外周面と摩擦接触して、円筒物品表面に所定の処理を施す処理用回転ロールとの組合せからなる処理装置におけるマンドレル回転制御装置であって、マンドレルを自転可能に支持して公転させるマンドレルホイール、前記マンドレルに嵌合される円筒物品の外周面と摩擦接触可能に配置された処理用回転ロールとからなり、前記マンドレルに支持される円筒物品が少なくとも前記処理用回転ロールと摩擦接触するトラッキング区間の所定上流位置からトラッキング区間開始位置までの間は前記マンドレル軸をプレスピンさせ、前記トラッキング区間では前記処理用回転ロールとの摩擦接触でマンドレル軸が回転するようにしてなる予備回転手段を有してなり、該予備回転手段は、少なくとも前記トラッキング区間の所定上流位置からトラッキング区間開始位置までのプレスピン区間に、前記マンドレル軸の公転経路に沿って配置されたラック状固定ギアと、前記マンドレル軸に設けられた予備回転用ギアとからなり、該予備回転用ギアは、マンドレル軸に設けられたカムクラッチを介してマンドレル軸に伝動し、トラッキング区間でマンドレル軸の回転数が前記予備回転用ギアの回転数を超えると該予備回転用ギアからマンドレル軸への伝動を遮断するようにしてなることを特徴とする。

前記ラック状固定ギアは、前記プレスピン区間、前記トラッキング区間及びトラッキング区間下流側の一定区間にわたって配置され、トラッキング区間終了後にマンドレルの回転数が前記ラック状固定ギアと前記予備回転用ギアとの噛合いによる回転数まで低下すると、前記予備回転用ギアの回転力がマンドレル軸に伝えられ、マンドレルを前記プレスピン区間と同じ回転数でポストスピンする。

さらに、前記トラッキング区間は、マンドレルが円弧軌道から処理用回転ロールの円周面に沿う凹円弧軌道に変位し、一定区間だけ処理用回転ロールと圧接して同じ周速で回転し、前記ラック状固定ギアはマンドレルの軌道と同期して凹円弧形に変形して構成することによって、トラッキング区間を長くとることができ、処理を確実に行なうことが出来る。

本発明は、被処理物品である円筒物品及び処理の態様は特に限定されるものでないが、円筒物品としての缶体の外周面に、フィルムラベルを貼着するフィルムラベル貼着装置、印刷をする印刷装置、塗装を行なう塗装装置やコーティングを行うコータ等の処理装置のマンドレルの予備回転制御装置に好適に適用できる。

本発明によれば、処理用回転ロールがマンドレルに摩擦接触する前にマンドレルを確実に所定回転数にプレスピンさせることができるので、処理用回転ロールとの摩擦接触開始時の負荷や衝撃が少なく、マンドレルを処理用回転ロールとの摩擦接触により安定確実に回転させることができ、円筒物品に良好にフィルムラベルの貼着等の処理を施すことが出来る。また、処理用回転ロールとマンドレルとの摩擦接触中は、マンドレルの回転はプレスピン時の強制回転を解除して、専ら処理用回転ロールとマンドレルとの摩擦力のみで駆動されるので、マンドレルの回転を処理用回転ロールの回転に確実に追従させることができ、円筒物品表面と処理用回転ロール表面との強制的な滑りが生じる恐れがない。さらに、プレスピンさせるのにベルト伝動機構を使用しないので、ベルトの摩耗等による回転不良が発生する恐れもなく、メンテナンスも容易である。また、マンドレルをプレスピンさせる機構として、請求項５又は請求項６の機構を採用することによって、マンドレルをコンパクトな機構で任意の区間だけ、確実に回転駆動させることができるとともに、処理用回転ロールとマンドレルとの摩擦接触中はその連動を確実に解除することができる。

以下、本発明を図１及び図２に示す実施形態により詳細に説明する。
図１〜３は、本発明の実施形態を示し、本実施形態は、本出願人が先に提案した缶胴の表面にラベルを貼付するフィルムラベル貼着装置（特開２００１−１７９８３０号公報）に適用した場合を示している。
図中、１はマンドレルホイールであり、回転主軸（図示してない）に半径方向に伸縮可能なマンドレル支持アーム２(図２)が所定ピッチで放射状に配置され、該マンドレル支持アーム２の先端部には、回転主軸と平行にマンドレル３のマンドレル軸５が一対の軸受６、６に回転自在に軸受されている。マンドレル軸５の基部には、予備回転用ギア７が回転自在に嵌合され、該予備回転用ギア７が後述するカム板８の外周面に形成されたラック状固定ギア１０と噛合うようになっている。マンドレル軸５の先端部が缶体３０が嵌合するマンドレル３となっており、その先端部にエア口４が開口し、該エア口がマンドレル軸を貫通して配置されたエア通路１６を介してエア制御源に連通し、バキュームにより缶体を嵌合保持し、排出時はエア圧により缶体をマンドレルから排出する。また、マンドレル支持アーム２の先端部には、マンドレル３と対向して、同軸的に缶受けポケット１１及びエアーノズル９が設けられ、図示しない缶供給ターレットから供給される缶体をポケット１１に受け、所定タイミングで缶体をエア圧によりマンドレル３に供給する。そして、マンドレル支持アーム２の両面（図１では、左右両側）にカムフォロワー１２が設けられ、該カムフォロワーがフレームに固定された両側の一対のカム板８に形成されたカム溝１３に嵌合している。

カム板８は、マンドレルホイール１を挟むように両側に配置され、主軸の回転に伴ってマンドレルホイール１、即ちマンドレル支持アーム２が回転すると、該マンドレル支持アーム２はカム溝１３に拘束され、カム溝の形状に応じて回転体の半径方向に変位しながら回転（公転）する。カム溝１３は無端状であるが完全な円形ではなく、図１に明示するように、フィルムラベル貼着区間（トラッキング区間）Ｂが、貼着ロール２０に沿うように半径方向に凹んで貼着ロールとのトラキング角度を大きくしている。それにより、フィルムラベル貼着区間を長く形成でき、高速ラインにおける確実な貼着を可能にしている。また、マンドレル支持アーム２は、その両側に設けられたカム板８のカム溝１３、１３とカムフォロワ１２、１２で構成される二重カム構造で支えているため、従来の片持ち梁形式の支持構造と比べ剛性が増し、高い貼着圧力が得られる。

カム板８、８は、前記のようにマンドレルホイールに面する側に無端状のカム溝１３が形成されていると共に、一方のカム板の上面にはマンドレル軸５に固定した予備回転用ギア７と噛合うラック状固定ギア１０が配置されている。該ラック状固定ギア１０は、マンドレルに嵌合した缶体が貼着ロール２０と摩擦接触を開始する前にマンドレル軸５を回転させることができるように、少なくとも貼着ロール２０との摩擦接触区間（トラッキング区間）の上流側所定位置から貼着ロールと摩擦接触までの範囲にわたって配置することが必要である。本実施形態では、このようにしてトラッキング区間Ｂの上流側にプレスピン区間Ａを設けると共に、前記ラック状固定ギア１０をトラッキング区間を超えてその下流側所定区間に亘っても配置することによって、ポストスピン区間Ｃを形成した。プレスピン区間Ａ及びポストスピン区間Ｃは、それぞれ約１０〜３０°の範囲が望ましく、図の実施形態では、それぞれほぼ約２０°に設定した場合を示している。

したがって、マンドレル軸５がラック状固定ギア１０が配置されている区間を通過する間、マンドレル軸に設けられた予備回転用ギア７がラック状固定ギア１０と噛合うことにより、マンドレル３が回転するが、本実施形態ではマンドレルに嵌合した缶体がフィルム貼着ロール２０と摩擦接触を開始すると、即ち、トラッキング区間に到達すると予備回転用ギア７とラック状固定ギア１０との噛み合いによるマンドレル軸５への回転力伝達を遮断して、マンドレル軸５の回転は、専ら貼着ロールとの摩擦接触による摩擦接触による貼着ロールの回転に追従するようにして、貼着時に両ロールの速度差が生じないように工夫した。その為の機構として、予備回転用ギア７とマンドレル軸５との間にカムクラッチ１５を設けてある。該カムクラッチは一方向回転クラッチであり、従動側の回転数が駆動側回転数よりも大きくなった場合、駆動側からの伝達を遮断する公知の機構が採用でき、特にその構成は限定されない。本実施形態では、ラック状固定ギア１０と予備回転用ギア７との噛合比によるマンドレル軸の回転数、即ちプレスピン回転数をトラッキング区間におけるマンドレル軸の回転数よりも若干低く設定することによって、トラッキング区間に到達するまではラック状固定ギア１０と予備回転用ギア７との噛合いにより、マンドレル３をプレスピンさせ、フィルム貼着区間では貼着ロールによる摩擦力で回転し、トラッキング区間を過ぎると再び一定区間だけ貼着時の回転数より低い回転数でポストスピンさせることにより、マンドレルの急激な速度変動による衝撃を緩和している。しかしながら、トラッキング区間通過後の強制回転は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。

本実施形態のマンドレル回転制御装置は、以上のように構成され、次のように作動する。
貼着ロール２０の表面には、特開２００１−１７９８３０号公報に開示されているように、フィルムラベル吸着面２１を有し、缶体の胴部外周面に貼着するフィルムラベルが吸着保持され、所定の回転速度で定速回転する。一方、マンドレルホイール１も、貼着ロール２０と同期して定速回転するが、マンドレルホイール１のマンドレル支持アーム２に支持されたマンドレル３は、フリーの状態であり、プレスピン区間Ａに到達する前の上流側で、缶受けポケット１１から供給される缶体３０を外嵌合して、エア通路１６からのバキュームにより缶体３０を、マンドレルと一体に回転するように保持している。この状態でマンドレルホイール１が回転して、マンドレル３がラック状固定ギアが配置されている個所に到達するとマンドレル軸に設けられている予備回転用ギア７がラック状固定ギア１０に噛合いながら公転することによって、回転力がカムクラッチ１５を介してマンドレル軸５に伝わり、マンドレル３がプレスピンを始める。この状態では、マンドレル３、即ち缶体の回転数は予備回転用ギア７とラック状固定ギア１０との噛合い比によって規定され、任意に設定可能である。本実施形態では、貼着ロールとの摩擦接触での回転数よりも若干低い回転数に設定してある。プレスピンの回転数は、トラッキング区間での処理回転数の９０〜１００％、望ましくは９５〜９９％の範囲が望ましい。プレスピンの回転数が処理回転数の９０％以下では、プレスピンの効果が低く、また１００％を超えると処理開始時に強制的に減速されることになり、缶体表面と貼着ロール表面との間に強い摩擦力が働き不都合を生じる。また、１００％であるとプレスピンと処理回転の駆動機構の切替代えが困難であるので、９９％以下９５％以上が望ましい。

マンドレル３は、プレスピン区間Ａで所定の回転数を歯車機構によって与えられて、トラッキング区間Ｂに到着すると、缶体３０に貼着ロール２０が摩擦接触することにより回転力を受け、貼着ロール面と缶体外周面が等速回転する。それにより、マンドレル軸はプレスピン時よりも高い回転数で回転することにより、カムクラッチとピニオン軸との連結が外れ、ラック状固定ギアと予備回転用ギアとの噛合いによる回転力伝達が遮蔽され、マンドレルは専ら貼着ロールとの摩擦接触でのみ作動し、貼着ロールに正確に追従して回転する。それにより、貼着ロールの外周面に吸着保持しているフィルムラベルを缶体の外周面に正確に貼着することができる。

トラッキング区間を過ぎると、マンドレルに嵌合している缶体と貼着ロール２０との摩擦接触が解け、マンドレルの回転数がラック状固定ギアと予備回転用ギアとの噛合いによる回転数まで低下すると、再びカムクラッチが作動し、予備回転用ギアの回転力がマンドレル軸に伝えられ、プレスピンの場合と同じ回転数でマンドレルがポストスピンを始める。それにより、フィルムラベルを貼着された缶体が直ぐに回転を停止することなく、一定区間だけ処理速度よりも低い回転数で回転を続けるので、貼着ロールが離れる時の衝撃もなく、良好にフィルムラベルの貼着を行なうことが出来る。

以上、本発明を２ピース缶体の外周面にフィルムラベルを貼着する装置に適用した場合の一実施形態を示したが、本発明のマンドレルの回転制御方法及びその装置は、上記実施形態に限らず、円筒物品の外周面に、例えば印刷をする印刷装置、塗装を行なう塗装装置やコーティングを行うコータ等の処理装置、そして円筒物品は缶に限らず、各種の円筒物品、例えば有底又は無底の金属管、紙管、合成樹脂管をマンドレルに嵌合してその表面に各種の処理を行なう場合に適用できる。

本発明に係るマンドレルの回転制御装置をフィルムラベル貼着装置に適用した場合の実施形態の概略を示す要部概略図である。 その要部側面断面概略図である。 その作動を示す要部正面概略図である。 従来のマンドレルのプレスピン機構を示す概略図である。

符号の説明

１ マンドレルホイール ２ マンドレル支持アーム
３ マンドレル ５ マンドレル軸
７ 予備回転用ギア ８ カム板
１０ ラック状固定ギア １１ 缶受けポケット
１２ カムフォロワー １３ カム溝
１５ カムクラッチ ２０ 貼着ロール
２１ フィルムラベル吸着面

Claims (4)

1. 円筒物品を嵌合支持するマンドレルと、該マンドレルに支持される円筒物品の外周面と摩擦接触して、円筒物品表面に所定の処理を施す処理用回転ロールとの組合せからなる処理装置におけるマンドレル回転制御装置であって、マンドレルを自転可能に支持して公転させるマンドレルホイール、前記マンドレルに嵌合される円筒物品の外周面と摩擦接触可能に配置された処理用回転ロールとからなり、前記マンドレルに支持される円筒物品が少なくとも前記処理用回転ロールと摩擦接触するトラッキング区間の所定上流位置からトラッキング区間開始位置までの間は前記マンドレル軸をプレスピンさせ、前記トラッキング区間では前記処理用回転ロールとの摩擦接触でマンドレル軸が回転するようにしてなる予備回転手段を有してなり、該予備回転手段は、少なくとも前記トラッキング区間の所定上流位置からトラッキング区間開始位置までのプレスピン区間に、前記マンドレル軸の公転経路に沿って配置されたラック状固定ギアと、前記マンドレル軸に設けられた予備回転用ギアとからなり、該予備回転用ギアは、マンドレル軸に設けられたカムクラッチを介してマンドレル軸に伝動し、トラッキング区間でマンドレル軸の回転数が前記予備回転用ギアの回転数を超えると該予備回転用ギアからマンドレル軸への伝動を遮断するようにしてなることを特徴とするマンドレル回転制御装置。
2. 前記ラック状固定ギアが、前記プレスピン区間、前記トラッキング区間及びトラッキング区間下流側の一定区間にわたって配置され、トラッキング区間終了後にマンドレルの回転数が前記ラック状固定ギアと前記予備回転用ギアとの噛合いによる回転数まで低下すると、前記予備回転用ギアの回転力がマンドレル軸に伝えられ、マンドレルを前記プレスピン区間と同じ回転数でポストスピンさせる請求項１に記載のマンドレル回転制御装置。
3. 前記トラッキング区間は、マンドレルが円弧軌道から処理用回転ロールの円周面に沿う凹円弧軌道に変位し、一定区間だけ処理用回転ロールと圧接して同じ周速で回転し、前記ラック状固定ギアはマンドレルの軌道と同期して凹円弧形に変形している請求項１又は２に記載のマンドレル回転制御装置。
4. 前記円筒物品が缶体であり、前記処理用回転ロールが、缶体の外周面に、フィルムラベルを貼着するフィルムラベル貼着ロール、印刷をする転写ロール、塗装又はコーティングを行なうコーティングローラの何れかである請求項２〜３の何れかに記載のマンドレル回転制御装置。

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