專利名稱：罐殼以及雙重卷邊的罐端的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬片/鋁片罐殼和罐端的形狀和結構，罐端具有一外圍邊緣或隆起，該邊緣或隆起被雙重卷邊至金屬片或鋁片罐體的上邊緣部分。
背景技術：
這種罐端由拉制金屬片罐殼形成，例如，由授予本申請人的美國專利No.5,857,374中所公開的工具制成的罐殼。通常，成型罐殼包括一圓形中心板，該中心板延伸至一壁板，該壁板延伸至或者也形成加強肋或埋頭孔的內壁，該埋頭孔具有U型截面結構。埋頭孔通過截頭圓錐形夾頭壁連接至外圍卷曲成型的環形隆起。對于飲料容器，罐殼中心板通常設有一個E-Z開啟件，并且在罐體裝滿飲料后，罐殼的外圍卷曲隆起被雙重卷邊至罐體的上端部分。
當罐體裝滿汽水飲料或者高溫殺菌的飲料時，罐端必需具有足夠的皺折強度以承受加壓飲料，例如，至少90psi的皺折強度。在美國專利No.4,448,322中詳細描述了對“褶皺”壓力和“搖擺”壓力的這種抵抗力，其全文引用在此作為參照。還期望在不減小彎曲強度的情況下使罐端內的金屬片或鋁片重量最小化。這可以通過減小被拉制并形成罐殼的扁平金屬片的厚度或規格，和/或通過減少從金屬片上切割下來以形成罐殼的圓形毛坯的直徑實現。
已經有許多金屬片罐殼和罐端被構造和建議用于增大罐端的彎曲強度和/或在不減小彎曲強度的情況下減小罐端內金屬片的重量。例如，美國專利No.3,843,014、No.4,031,837、No.4,093,102、上述提及的No.4,448,322、No.4,790,705、No.4,808,052、No.5,046,637、No.5,527,143、No.5,685,189、No.6,065,634、No.6,089,072以及No.6,102,243公開了各種形狀和結構的罐殼和罐端，以及被建議或用于增大罐端彎曲強度和/或減小罐端內金屬的各種尺寸和結構。此外，公開的PCT申請No.WO98/34743公開了一種在上面提及的專利No.6,065,634中所公開的罐殼和罐端的變型。除了增大罐端彎曲強度/重量比之外，還期望形成罐殼以便本領域現有的用于將E-Z開啟件添加至罐殼和用于將罐殼雙重卷邊至罐體的工具所需的改進最小。雖然在上述專利中公開的一些罐殼和罐端提供一些令人滿意的結構特征，但沒有一個專利提供所有特征。
發明內容
本發明涉及一種改進的金屬片罐殼和罐端以及形成罐端的方法，其能夠提供上面提及的令人滿意的特征和優點，包括形成罐殼的毛坯直徑的顯著減小，和所得罐端的強度/重量比的顯著增大。根據本發明成型的罐殼和罐端不僅增大了罐端的彎曲強度，也使本領域中現有的用于向罐殼添加E-Z開啟件和用于將罐殼雙重卷邊至罐體的工具的改變或更改最小化。
根據本發明一個實施例，罐殼和罐端這樣成型，即隆起和埋頭孔之間的總體高度小于0.240英寸，優選小于0.230英寸，并且埋頭孔具有大致呈圓柱形的外壁和連接至彎曲板壁的內壁。一般呈截頭圓錐形的夾頭壁從埋頭孔外壁延伸至隆起內壁，并且具有一上壁部分，該上壁部分相對于罐殼中心軸線以至少16°的角度延伸，優選介于25°和30°之間。埋頭孔可具有大致呈扁平狀的底壁，該底壁以基本上小于底壁半徑寬度的小半徑與埋頭孔外壁相連，埋頭孔在其底部處的內部寬度小于板壁的半徑。
根據本發明的變型，罐殼和罐端具有一些上述結構，并且結合了大體上位于中心板水平面下面的夾頭壁下壁部分和埋頭孔外壁。埋頭孔下壁部分以相對于中心軸線小于16°的角度延伸，并且通過形成突跳的基本垂直的短上升部分和銳化半徑連接至埋頭孔上壁部分。埋頭孔的曲率半徑基本上小于彎曲板壁的曲率半徑，并且埋頭孔底部處的內部寬度也小于板壁半徑，優選小于0.030英寸。
根據下面的說明書、附圖以及附屬權利要求書，本發明的其他特征和優點將變得很清楚。
圖1是根據本發明成型的金屬片罐殼的垂直截面圖；圖2是圖1中罐殼的局部放大截面圖，示出了一個實施例的結構；圖3是圖2罐殼較小的局部截面圖，示出了罐殼利用雙重卷邊夾頭和第一階段輥壓機而制成罐端；圖4是類似于圖3的局部截面圖，示出了利用夾頭和第二階段輥壓機的雙重卷邊罐端；圖5是圖4中所示雙重卷邊罐端的局部放大截面圖，具有改進的雙重卷邊夾頭的一部分；圖6是類似于圖1的截面圖，示出了根據本發明成型的雙重卷邊罐端；圖7是類似于圖2的局部放大截面圖，示出了根據本發明的變型成型的罐殼；以及圖8是類似于圖5的局部放大截面圖，示出了圖7的罐殼雙重卷邊至一罐體。
具體實施例方式
圖1示出了整體的罐殼10，其由金屬片或鋁片大體上呈圓形的毛坯形成，該毛坯的厚度優選約為0.0085英寸，并且毛坯直徑約為2.705英寸。罐殼10具有一中心軸線11，并且包括一稍微隆起的中心板12，該中心板具有一延伸至彎曲板壁16的環形部分14。中心板壁部分14和板壁16可由一系列混合的彎曲壁形成，這些彎曲壁的半徑分別為，R1為1.489英寸，R2為0.321英寸，R3為0.031英寸，R4為0.055英寸。彎曲板壁16的底部內徑D1約為1.855英寸。
半徑為R4的彎曲板壁16從加強肋或埋頭孔18的內壁17延伸，該加強筋或埋頭孔18具有U型截面結構，并且包括一扁平環形底壁22和一個一般呈圓柱形的外壁24，該外壁的內徑D2，例如，約為1.957英寸。埋頭孔18的扁平底壁22通過圓角壁26連接至內板壁16和埋頭孔外壁24，每個圓角壁的內徑R5均約為0.010英寸。扁平底壁22的徑向寬度W優選約為0.022英寸，因此埋頭孔18的內部底寬W1約為0.042英寸。
埋頭孔18的外壁24通過半徑為R6的彎曲壁34與大體呈截頭圓錐形的夾頭壁32相連，半徑R6約為0.054英寸。夾頭壁32這樣延伸，即相對于中心軸線11或平行于罐殼中心軸線11的垂直參考線36的角度A1至少為16°。優選角度A1介于25°和30°之間，并且接近29°。夾頭壁32上端與圓形隆起42的彎曲內壁38底部相連，該圓形隆起42具有卷曲外壁44。隆起42的內壁38的半徑R7優選約為0.070英寸，彎曲內壁38底部處的內徑D3優選約為2.039英寸，而卷曲外壁44的外徑D4優選約為2.340英寸。卷曲外壁44的高度C介于0.075英寸至0.095英寸的范圍內，并且優選約為0.079英寸。從卷曲外壁44底部或者夾頭壁32與隆起內壁38的接合處46至埋頭孔底壁22內表面的深度D介于0.108英寸至0.148英寸的范圍內，優選約為0.126英寸。接合處47或半徑R6的中心點距離接合處46或隆起42的卷曲外壁44底部的深度G約為0.079英寸。
圖3示出了罐殼10的隆起42起被雙重卷邊至金屬片或鋁片罐體50上面的外圍端部48。雙重卷邊操作在旋轉的雙重卷邊圓形夾頭55之間執行，該夾頭55與罐殼10接合并且具有一外表面58，該外表面相對于夾頭55的中心軸線以及罐殼10的公共中心軸線11稍微傾斜介于0°和10°之間的角度。優選的，表面58具有約4°的微小錐度，并且響應于第一階段雙重卷邊輥壓機60的徑向向內運動，隆起42的內壁38接合表面58，同時罐體50和其內所裝東西以及罐殼10與夾頭55一起旋轉。夾頭55也具有一截頭圓錐形表面62，該表面與罐殼10的截頭圓錐形夾頭壁32相匹配并且接合，夾頭55向下伸出的環形凸緣部分64延伸進埋頭孔18內，并具有分別與埋頭孔18底壁22和外壁24接合的底表面66(圖5)和圓柱形外表面68。
圖4和圖5示出了在旋轉夾頭55和第二階段雙重卷邊輥壓機72之間完成雙重卷邊操作以形成雙重卷邊隆起70，輥壓機72也徑向地向內移動，同時夾頭55、罐殼10以及罐體50旋轉以將罐殼10轉變為罐端75，罐端75有效地接和密封至罐體50的上端部48。雙重卷邊邊緣或隆起70具有一由罐殼隆起42的內壁38形成的內壁74，并且還具有一由罐殼隆起42形成的外壁76，罐殼隆起42包括一卷曲外壁44。雙重卷邊隆起70的高度H2介于0.090英寸和0.110英寸之間的范圍內，并且優選約為0.100英寸。罐端75位于隆起70頂部和埋頭孔18底部之間的總體高度H1介于0.170英寸和0.240英寸之間的范圍內，并且優選約為0.235英寸。因為罐端75除了雙重卷邊隆起70以外具有與罐殼10相同的橫截面結構，所以在圖4-圖6中對于公共結構使用了相同的公共附圖標記。
如圖6所示，中心板12的中心部分限定形成一平面80，其大體上和夾頭壁32與雙重卷邊隆起70的內壁74的接合處46相交。為了清楚和簡化的目的，在圖6中省略了E-Z開啟件，因為E-Z開啟件不構成本發明的一部分。
圖7和圖8示出了本發明另一具體實施例或變型，其包括一罐殼(圖7)和一雙重卷邊罐端(圖8)。相應地，與上面參照圖1-6所描述部件相應的結構部件具有相同的附圖標記，除了添加撇號。因而參照圖7，罐殼10′具有一與中心軸線11相同的中心軸線，并且包括一連接至外圍彎曲板壁16′的圓形中心板12′，該板壁16′連接至具有U形截面結構的埋頭孔18′的傾斜內壁17′。埋頭孔具有一般呈圓柱形的外壁24′，其以小于10°的角度延伸，并且與夾頭壁相連，該夾頭壁具有截頭圓錐形上壁部分32′和稍微彎曲的下壁部分34′。壁部分32′和34′通過突跳或一般垂直的短上升部分35′相連，上升部分35′具有相對銳化的內外半徑，例如，處于0.02英寸的數量級。上夾頭壁部分32′通過彎曲壁37′連接至具有卷曲外壁44′的隆起42′的內部彎曲壁38′。
隆起42′的內壁38′在接合處46′與上夾頭壁部分32′相連，而埋頭孔18′的外壁24′在接合處47′與下夾頭壁部分34′相連。從埋頭孔18′底部至突跳或上升部分35′的垂直高度G1約為0.086英寸。半徑R10約為0.051英寸，而下壁部分34′以約為15°的角度A3延伸。埋頭孔18′的半徑R9約為0.009英寸至0.011英寸。圖7中所示罐殼10′的其它近似尺寸和角度如下C1 0.082英寸W1 0.024英寸C2 0.153英寸W2 0.063英寸H5 0.078英寸D6 1.910英寸W3 0.034英寸H6 0.149英寸D7 2.036英寸A2 29°D8 2.337英寸A3 15°D9 1.731英寸A4 16°A6 13度°據發現，罐殼10′的特殊橫截面結構所提供的性能結果優于罐殼10所提供的性能結果。因此，罐殼10′的結構細節包括夾頭壁上壁部分32′，其相對中心軸線的角度A2至少為16°，并且優選介于25°至30°的范圍內。夾頭壁下壁部分34′形成約為15°的角度A3。隆起42′的內壁38′形成優選介于5°至30°之間的范圍內的角度A4，并且優選約為16°。埋頭孔18′的內壁17′形成大于10°的角度A6，并且約為13°。埋頭孔位于內壁17′和外壁24′之間的底部寬度W1小于0.040英寸，并且優選約為0.024英寸。彎曲內板壁16′的半徑R8大體上大于埋頭孔18′的寬度W1，并且約為0.049英寸。
罐殼10′的隆起42′具有一高度C1和一高度C2，C1介于0.075英寸和0.095英寸之間的范圍內，并且優選約為0.082英寸，C2介于0.120英寸和0.170英寸之間的范圍內，并且優選約為0.153英寸。罐殼10′的總直徑D8約為2.337英寸，而至接合處46′的直徑D7約為2.036英寸。埋頭孔外壁24′的內底直徑D6約為1.910英寸，D7和D6間的差值W2大于埋頭孔寬度W1，或者約為0.063英寸。半徑R8中心的直徑D9約為1.731英寸。應理解，如果需要不同直徑的罐殼，則直徑D6-D9可按比例地變化。中心板12′距埋頭孔18′底部的高度H5介于0.070英寸至0.110英寸的范圍內，并且優選約為0.078英寸。罐殼10′位于中心板12′頂部和隆起42′頂部之間的高度H6介于0.125英寸至0.185英寸的范圍內，并且優選約為0.149英寸。
參照圖8，利用大體上與上面參照圖3-5所述相同的工具，罐殼10′與成型罐體50′的上端部48′被雙重卷邊以形成罐端75′。即，類似于夾頭55的封罐機夾頭(未示出)包括一類似部分64的下部，該部分伸進埋頭孔18′，并且具有一與封罐機夾頭55的表面58、62，以及68相應的表面，用于接合埋頭孔外壁24′和夾頭壁部分32′，并形成雙重卷邊隆起70′的內壁74′。還如圖8所示，雙重卷邊隆起70′的內壁74′以約為4°的微小角度A5延伸，并且罐端75′的總體高度H3小于0.24英寸，并且優選約為0.235英寸。雙重卷邊隆起70′的高度H4處于0.100英寸的數量級，從隆起70′頂部至中心板12′頂部的高度H7大于中心板高度H5，優選約為0.148英寸。
通過形成具有上述結構和尺寸的罐殼及罐端，據發現罐端在皺折前能夠承受超過110psi的罐內壓力。罐端的結構以及較淺的輪廓(從而使整體高度小于0.24英寸)還能夠使用于形成罐殼的圓形毛坯的直徑顯著減小0.040英寸多。這個減小使得用于制造罐殼的鋁片或鋁板的寬度顯著減小，因而使形成罐端的鋁的重量和成本減小，考慮到每年要生產大量罐端，這一點尤其重要。罐殼10或10′也使本領域現有的用于形成雙重卷邊隆起70或70′的工具的改進最小化。即，用于形成雙重卷邊隆起的工具唯一需要改進的是利用新型夾頭代替常規或標準雙重卷邊夾頭，該新型夾頭具有截頭圓錐形配合表面62和位于底部64上的一般呈圓柱形的表面68，底部64延伸進埋頭孔內并接合埋頭孔外壁。常規雙重卷邊夾頭通常具有稍微傾斜的表面58，該表面相對于雙重卷邊夾頭的中心軸線以約4°的角度延伸。
雖然在此描述的罐殼及罐端的形狀以及形成罐殼和罐端的方法構成了本發明的首選實施例，但是應理解，本發明不僅限于這些精確形狀的罐殼及罐端，可在不背離本發明附屬權利要求書所限定的范圍和精神的情況下作出改變。
權利要求
1.一種金屬片罐殼，其具有一垂直中心軸線和一卷曲外圍隆起，該外圍隆起適于被雙重卷邊至成型金屬片罐體的端部，所述罐殼包括一通過彎曲板壁連接至埋頭孔內壁的圓形中心板，該埋頭孔具有U形截面和一外壁、一截頭圓錐形夾頭壁，該夾頭壁具有壁部分，該壁部分以相對于所述中心軸線大于16°的角度延伸，并且在第一接合處連接至所述埋頭孔的所述外壁，所述隆起具有一在第二接合處連接至所述夾頭壁的內壁，所述埋頭孔的曲率半徑基本上小于所述彎曲板壁的曲率半徑，所述第一接合處位于所述中心板水平面以下并間隔開，同時所述第一接合處和所述第二接合處之間的垂直距離大于所述埋頭孔內外壁之間的所述埋頭孔底部的寬度，并且所述彎曲板的所述曲率半徑大于所述埋頭孔的所述寬度。
2.如權利要求1所述的罐殼，其特征在于，所述隆起的所述內壁和所述埋頭孔的所述外壁之間的直徑差實質上大于所述埋頭孔的所述曲率半徑。
3.如權利要求1所述的罐殼，其特征在于，所述截頭圓錐形夾頭壁的所述壁部分相對于所述中心軸線的角度介于25°至30°之間而延伸。
4.如權利要求1所述的罐殼，其特征在于，所述罐殼位于所述隆起和所述埋頭孔之間的總體高度介于0.195英寸和0.265英寸之間。
5.如權利要求1所述的罐殼，其特征在于，所述埋頭孔具有一般呈扁平狀的底壁以及彎曲的內和外圓角壁，該內和外圓角壁將所述底壁連接至所述埋頭孔的所述內和外壁，并且每個圓角壁的曲率半徑小于所述底壁的徑向寬度。
6.如權利要求1所述的罐殼，與一雙重卷邊夾頭相結合，該卷邊夾頭具有一旋轉軸線，該軸線與所述罐殼的所述中心軸線相同，所述卷邊夾頭包括一伸進所述埋頭孔內的環形部分，并且具有一接合所述埋頭孔的所述外壁的外表面，所述卷邊夾頭具有一接合所述夾頭壁的截頭圓錐形表面，并且所述卷邊夾頭具有一接合所述隆起的所述內壁的表面。
7.一種金屬片罐殼，其具有一垂直中心軸線和一卷曲外圍隆起，該外圍隆起適于被雙重卷邊至成型金屬片罐體的端部，所述罐殼包括一通過彎曲板壁連接至埋頭孔內壁的圓形中心板，該埋頭孔具有一外壁和U形截面結構、一個一般呈截頭圓錐形的夾頭壁，該夾頭壁從所述埋頭孔的所述外壁延伸并且具有以相對于所述中心軸線的角度至少為16°延伸的傾斜上壁部分，所述夾頭壁具有一傾斜下壁部分，該下壁部分在基本上位于所述中心板水平面下面的接合處連接至所述埋頭孔的所述外壁，所述隆起具有一連接至所述夾頭壁的所述上壁部分的內壁，所述埋頭孔的曲率半徑基本上小于所述彎曲板壁的曲率半徑，并且所述埋頭孔內和外壁之間的所述埋頭孔底部的寬度小于所述板壁的所述曲率半徑并且小于0.040英寸。
8.如權利要求7所述的罐殼，其特征在于，所述隆起的所述內壁與所述埋頭孔的所述外壁之間的直徑差大于所述埋頭孔的所述寬度。
9.如權利要求7所述的罐殼，其特征在于，所述夾頭壁的所述上壁部分以相對于所述中心軸線至少25°的角度延伸。
10.如權利要求7所述的罐殼，其特征在于，大致垂直的短上升壁部分將所述夾頭壁的所述上和下壁部分連接在一起。
11.如權利要求7所述的罐殼，其特征在于，所述夾頭壁的所述傾斜下壁部分以這樣的角度延伸，即該角度小于所述上壁部分相對于所述中心軸線的角度。
12.如權利要求7所述的罐殼，其特征在于，所述埋頭孔的所述內壁的所述角度這樣傾斜，該角度介于所述夾頭壁的所述傾斜下壁部分的角度和所述夾頭壁的所述傾斜上壁部分的角度之間。
13.如權利要求7所述的罐殼，其特征在于，所述夾頭壁在第一接合處與所述隆起的所述內壁相連，而在第二接合處與所述埋頭孔的所述外壁相連，并且第一接合處和第二接合處之間的軸向距離基本上大于所述埋頭孔的所述寬度。
14.一種金屬片罐殼，其具有一垂直中心軸和一卷曲外圍隆起，該外圍隆起適于被雙重卷邊至成型金屬片罐體的端部，所述罐殼包括一圓形中心板，該圓形中心板通過一彎曲板壁連接至一埋頭孔的內壁，該埋頭孔具有U型截面，一般呈截頭圓錐形的夾頭壁包括一相對于所述中心軸線以大于16°的角度延伸的上壁部分，并且具有在第一接合處連接至所述埋頭孔的外壁的傾斜下壁部分，所述隆起具有一內壁，該內壁在第二接合處連接至所述夾頭壁的所述上壁部分，所述埋頭孔的曲率半徑基本上小于所述彎曲板壁的曲率半徑，所述第一接合處位于所述中心板水平面下面并間隔開，并且從所述中心板至所述埋頭孔底部的軸向距離小于從所述中心板至所述隆起頂部的軸向距離。
15.如權利要求14所述的罐殼，其特征在于，所述隆起的所述內壁與所述埋頭孔的所述外壁之間的直徑差大于所述埋頭孔的所述寬度。
16.如權利要求14所述的罐殼，其特征在于，所述夾頭壁的所述上壁部分以相對于所述中心軸線至少25°的角度延伸。
17.如權利要求14所述的罐殼，其特征在于，所述彎曲板壁的曲率半徑大體上大于所述埋頭孔的所述寬度。
全文摘要
一種拉制鋁罐殼，其具有一外圍隆起，該外圍隆起與鋁罐體端部雙重卷邊以提供具有大致呈扁平狀的中心板的罐端，該中心板通過彎曲板壁連接至截面呈U型的環形埋頭孔的內壁。埋頭孔具有大致呈圓柱形的外壁，并且內部寬度小于所述板壁半徑。埋頭孔的外壁在位于中心板下面的接合處與截頭圓錐形夾頭壁的下壁部分相連，而夾頭壁的上壁部分以與中心軸線的角度至少為16°而延伸至隆起的內壁部分。在一個實施例中，夾頭壁具有連接壁部分的大致垂直的中間短上升部分，而埋頭孔的內底寬度小于0.040英寸。
文檔編號B21D51/30GK1524049SQ02813549
公開日2004年8月25日 申請日期2002年7月1日 優先權日2001年7月3日
發明者R·彼得·施托德, R 彼得 施托德 申請人:容器開發有限公司