专利名称：罐盖和将其与罐身连接的方法
技术领域：
本发明一般涉及金属容器，特别涉及金属罐。
背景技术：
铝罐主要用作零售一份份饮料的容器。铝罐的年销售量以十亿计，因此人们多年来一直改进其设计以降低成本、提高性能。还出于生态考虑进行改进以提高回收性。
可通过节省材料、减少边角料和提高生产率来降低成本。性能改进可是功能性的，例如提高密封性和承压能力。通过这类改进可使用较薄金属片材，从而直接降低材料成本。性能改进也可是人体工程学性的，例如罐盖构作成方便用手指拉拉环或供人舒适地用嘴喝饮料。
铝罐通常用预先镀有镀层的铝合金如铝合金5182制成。一般用较薄金属片材制成的罐必需能承受接近100psi的压力，工业上要求承压90psi。罐通常由其上连接一罐盖的一罐身构成。这两个部件都得符合一定规格和要求。例如，罐盖的顶面必需能与罐底底面套叠，以把罐上下叠在一起。还要求罐盖本身能上下叠在一起，便于罐盖在装到罐身上前的运输。人们一直致力于用越来越少的材料来满足这些功能性要求。
PCT国际公告No.WO96/37414说明一种金属使用量减小的罐盖设计。该罐盖包括一圆周部或“卷边”、一从该圆周卷边内部向下伸展的截头圆锥形封罐机壁、一从该封罐机壁径向向里伸展的向外凹陷环形加强筋或“埋头孔”以及受该埋头孔内部支撑的一中央板。该截头圆锥形封罐机壁相对垂直于中央板的轴线倾斜20-60°的角。该封罐机壁连接埋头孔与圆周卷边，在接缝形成过程中与形成接缝的封罐机接触。用一过程在该罐端与罐身之间形成双缝，在该过程中，用一部分为截头圆锥形、部分为圆柱形的封罐机把圆周卷边对中在罐身凸缘上。封罐机的截头圆锥形部设计成抵靠罐盖的截头圆锥形封罐机壁。罐盖上圆周卷边与罐身凸缘重叠常见量。首先抵靠一接缝形成滚轮、然后抵靠一压平滚轮转动罐盖/罐身即可在这两部件之间形成双接缝。在压平操作中，封罐机壁与圆周卷边邻接的部分抵靠封罐机的圆柱面弯曲后压平。国际公告No.WO96/37414的罐盖的用接缝与罐身连接的圆周卷边部使用公知尺寸。
国际公告No.WO96/37414的罐盖在形成接缝过程中也容易发生金属变形，无法承受较高压力。美国专利NO.6,065,634(Brifcani)公开的罐盖与国际公告No.WO96/37414相同。
另一PCT国际公告No.WO98/34743公开的一种罐盖是对国际公告No.WO96/37414罐盖的修正，该罐盖的封罐机壁由两部分构成。该罐盖包括一圆周部或“卷边”、一从该圆周卷边内部向下伸展的由两部分构成的封罐机壁、一从该封罐机壁径向向里伸展的向外凹陷环形加强筋或“埋头孔”以及受该埋头孔内部支撑的一中央板。封罐机壁的第一部分呈截头圆锥形、与卷边邻接、与垂直于中央板的轴线斜交成1-39°、一般为7-14°的角。封罐机壁的第二部分呈截头圆锥形、与加强筋邻接、与垂直于中央板的轴线斜交成30-60°、最好为40-45°的角。用一过程在该罐端与罐身之间形成双缝，在该过程中，用一包括No.WO96/37414中那样的截头圆锥形和圆柱形部、由两部分构成的封罐机把圆周卷边对中在罐身凸缘上。首先抵靠一接缝形成工具、然后抵靠一压平滚轮转动罐盖/罐身即可在这两部件之间形成双接缝。在接缝形成操作中封罐机壁的与圆周卷边邻接的第一部分变形、接触封罐机的圆柱面。
本发明概述本发明设想出改进的铝制罐盖，其用铝量减小、形成接缝时变形减小、罐盖与罐身之间的接缝得到改进。所公开罐盖一优选实施例包括一有一与该罐盖外缘的直径垂直的中心轴线的中央板、一从该中央板径向向外伸展的环形埋头孔、一从该环形埋头孔径向向外、向上伸展的弧形部、一从该弧形部径向向外、向上伸展的台阶部、一从该台阶部径向向外、向上伸展的第一过渡部、一从第一过渡部径向向外伸展的第二过渡部和一从第二过渡部径向向外伸展的圆周卷边。该优选实施例可用于一有一截头圆锥形上驱动部、一凹座部和一下驱动部的接缝形成封罐机。
附图简要说明附图作为说明书一部分包括在说明书中，用来帮助说明本发明。附图只是示意图，不必精确表示本发明各优选实施例。附图还示出本发明的制作和使用优选实施例，不应看成本发明只限于所示、所述例子。从各附图可显然看出本发明各优点和特征，附图中图1为按本发明构作的罐盖的一部分的剖面图；图2为按本发明构作的罐盖的一部分的剖面图；图3为形成双接缝前罐身上一部分罐盖的剖面图；图4为形成双接缝的第一步骤中罐身上一部分罐盖的剖面图；图5为形成双接缝的最终步骤中罐身上一部分罐盖的剖面图；图6为按本发明形成接缝前上下相叠的罐盖的剖面图；图7为本发明罐灌装饮料后上下相叠的剖面图；和图8为封罐机剖面图。
附图详细说明下面结合本发明制作和使用例的
本发明。附图只是示意图，不必用精确比例表示本发明实施例。在这些附图中，相同或对应部件用同一标号表示。所示所述实施例是例示性的。许多详情是公知的，因此不再示出和说明。不要求本文所示所述所有细节、部件、元件或步骤都是新颖的。尽管附图和说明书说明了本发明的许多特征和优点，但该说明只是例示性的，可在权利要求中所使用的术语的一般宽广意义充分表示的本发明原理内特别就各部件的结构、形状和大小作出改动。在说明罐盖时使用的尺寸为工具尺寸，按本发明制作的罐盖的实际尺寸可与工具尺寸稍有不同。本专利使用的词语“径向向外伸展”、“径向向里伸展”、“径向向下伸展”和“径向向上伸展”指一部分从另一部分在所指方向上伸展。但不必然意味着这些部分互相连接；所指两部分之间可有其他未示出也未说明部分。本专利在通常意义上使用“连接”一词。在本文中使用“向上”一词时，指在把一罐盖放在一平面上、拉环位于与该平面的顶面相反表面上时看到的罐盖，例如在向下看一饮料罐顶面时看到的罐盖。
在说明本发明前，本申请人注意到，由于在先美国专利申请SerialNo09/456,345(本申请为该申请的部分继续申请)所述、要求权利的罐盖的进一步发展，用来说明本发明罐盖各部分的术语已与该在先申请使用的术语不同。这些不同涉及封罐机和罐盖设计的进一步发展，特别是关于接缝形成过程中封罐机与罐盖之间的啮合点。下面详述的这些不同表明对本发明各部分的说明比原来申请精确。
在09/456,345申请中，特别见该申请的图4，封罐机44有一在形成接缝过程中用来抵靠、啮合弧形封罐机壁132的驱动面46，因此使用术语“封罐机壁”描述标为132的该部分。此外，09/456,345申请公开一从该弧形封罐机壁径向向外伸展的台阶部34、一从该台阶部径向向外伸展的过渡部36和一从该过渡部径向向外伸展的圆周卷边部38。
如下详述，本发明罐盖主要对先前称为“封罐机壁”的部分及其周围部分和形成接缝过程中封罐机的抵靠点作出进一步发展和修正。在09/456,345申请中称为封罐机壁132的罐盖部分一般与本发明中称为弧形部132的部分对应，尽管这两个弧形部的曲率半径范围不同。由于本发明封罐机144不像在先申请中封罐机44抵靠封罐机壁132那样抵靠或啮合弧形部132，因此弧形部不称为“封罐机壁”。从以下对附图的详细说明中可清楚看出本发明中封罐机的抵靠点。
本申请人注意到，09/456,345申请中的台阶部34与本文中所述台阶部134对应，这两个部分的曲率半径范围相同。09/456,345申请中的过渡部36在本发明中由一般与第一过渡部136和第二过渡部137对应的两独立部分构成。如下所述，第一过渡部136与中心轴线斜交，第二过渡部137的曲率半径范围与原来申请中的过渡部36大致相同。最后，09/456,345申请中的圆周卷边部38一般与本发明中的圆周卷边部138对应，这两个部分的曲率半径范围大致相同。
本申请人相信，以上清楚说明了用来说明本发明各部分的术语与相关申请09/456,345的不同之处。下面结合附图详细说明本发明在封罐机和罐盖设计、特别是接缝形成过程中封罐机与罐盖之间啮合点方面的发展详情。
图1为示出本发明当前优选实施例的一罐盖110的一部分的剖面图。罐盖110最好用铝金属片材制成。一般使用铝合金如铝合金5182。该金属片材的厚度一般为约0.007-0.010英寸、较好为约0.0075-0.0088英寸，最好为约0.0078-0.0083英寸。该金属片材可在至少一个表面上镀上一镀层(未示出)。该镀层通常位于金属片材的用作罐内表面的表面上。具有本文所述罐盖110那样结构和几何形状的罐盖的制作方法是公知的。
罐盖110有一中央板112。中央板112一般呈圆形，但也可呈非圆形。中央板112的直径d1可为约1.4-2.0英寸、较好为约1.6-1.8英寸、最好为约1.65-1.75英寸、再好为1.69英寸。尽管所示中央板112呈平面，但也可呈隆起状，不限于所示平面状。中央板112有一垂直于罐盖110外缘或圆周卷边部138的直径d2的中心轴线114。直径d2为约2.25-2.50英寸，最好为2.34英寸。中央板112的直径d1最好小于外缘直径d2的80％。
一由从一弧形底部124径向向外伸展的相间的一内壁120和一外壁128构成的环形埋头孔116环绕该中央板。内壁和外壁120、128一般是平的，可互相平行并平行于中心轴线114，但其中一壁或两壁可张开一约达15°的角。环形埋头孔116从中央板112沿内壁120顶边径向向下伸展。从内壁120径向向里伸向中央板112的连接弧118的曲率半径r1为约0.013-0.017英寸、较好为约0.014-0.016英寸、最好为约0.01475-0.01525英寸、再好为0.015英寸。底部124最好有一曲率半径r2。曲率半径r2为约0.030-0.060英寸、较好为约0.035-0.05英寸、最好为约0.038英寸。曲率半径r2的圆心位于罐盖110型面下方。环形埋头孔116的高度h1为约0.03-0.115英寸、更好为约0.05-0.095英寸、最好为约0.06-0.085英寸。环形埋头孔116的底部124也可形成有从一平直部径向向外伸展的不同内外半径。
外壁128包括第二封罐机抵靠部228，该第二封罐机抵靠部为形成接缝操作过程中封罐机与罐盖110内部两抵靠点之一。一弧形部132从外壁128经一连接弧130径向向外伸展，连接弧的曲率半径r4为约0.03-0.07英寸、较好为约0.035-0.06英寸、最好为约0.0375-0.05英寸、再好为约0.04英寸。曲率半径r4的圆心位于罐盖110形面下方。所示弧形部132的曲率半径r5为约0.100-0.300英寸、较好为约0.160-0.220英寸、最好为约0.180-0.200英寸。在本发明中，曲率半径r5为0.0187英寸。曲率半径r5的圆心位于罐盖110形面下方。弧形部132构作成一通过弧形部132在连接弧130终端处的最内端和弧形部132在台阶部134始端处的最外端的直线与中央板112的中心轴线114成一锐角。该锐角为约20-80°、较好为约35-65°、最好为约45-55°。在本发明中，该锐角为约50°。
台阶部134从弧形部132径向向外伸展。台阶部134最好呈弧形，其曲率半径r6为约0.02-0.06英寸、较好为约0.025-0.055英寸、最好为约0.03-0.05英寸、再好为约0.035-0.045英寸。在本发明中，曲率半径r6为0.040英寸。曲率半径r6的圆心位于罐盖110形面上方。
第一过渡部136从台阶部134径向向上并稍稍向外伸展。第一过渡部136与中央板112中心轴线114成一角a1。角a1为约4-12°、较好为约5-7°、最好为约6°。如图3所示，角a1应稍大于封罐机144驱动面146与中央板112中心轴线114的交角a2。角a1与角a2之差不大于约4°并至少为约0.5°、较好为至少约1°并不大于约3°、最好为约2°。为便于在形成接缝后从封罐机144上取下罐，角a2最好至少为约2°，但最好不大于约8°。在本发明中，角a2为约4°。
第二过渡部137从第一过渡部136径向向外伸展。第二过渡部137的曲率半径r7为约0.04-0.09英寸、更好为约0.045-0.08英寸、最好为约0.05-0.065英寸。圆周卷边部138从第二过渡部137径向向外伸展。圆周卷边部138的高度h2为约0.04-0.09英寸、较好为约0.0475-0.0825英寸、最好为约0.065-0.0825英寸、再好为约0.075-0.0825英寸。在本发明中，高度h2为0.078英寸。
图2示出在本发明中第一过渡部136和第二过渡部137的总高度h6为约0.105英寸。该高度稍大于所制成双接缝的高度，在本发明中，该双接缝的高度为约0.096-0.100英寸。小接缝罐的双接缝的高度为约0.068-0.080英寸，第一过渡部136和第二过渡部137的高度h6约为0.082英寸。微接缝罐的双接缝的高度为约0.050-0.055英寸，第一过渡部136和第二过渡部137的高度h6约为0.060英寸。较高高度h6在双接缝底部提供一产生所成接缝高压脊的区域，从而使最终接缝密封，防止泄漏。
图3示出罐盖110置于罐身140上、特别是置于罐身140凸缘142上。凸缘142的半径稍小于第二过渡部半径r7。由于凸缘半径与第二过渡部半径非常接近，因此罐盖很容易在罐身上对中以形成接缝。罐身颈部内径d3为约2.051-2.065英寸，其目标直径为约2.058英寸。罐身140受一底板145(未示出)的支撑，该底板与封罐机144一起装配成可围绕轴线114转动。封罐机144包括一与台阶部134表面配合、啮合的上驱动面146。如图8所示，上驱动面146由一有一角度a2的截头圆锥形上部146a和其半径与半径为r6的台阶部134啮合的一弧形下部146b构成。封罐机144还包括一与环形埋头孔116的第二封罐机抵靠部228配合、啮合的下驱动面148。封罐机144的凹陷部232伸展在驱动面146与148之间而不抵靠罐盖110的弧形部132或使其变形。图3所示凹陷部232与弧形部132之间的间隙并不重要，不以实际比例示出。此外，第一过渡部136与中央板112中心轴线114所成的约6°的角a1配上封罐机的两驱动点，台阶部134和第二封罐机抵靠部228，使封罐机144与罐盖110对得更齐。封罐机144与底板145(未示出)之间的限定夹力在封罐机144与台阶部134和第二封罐机抵靠部228之间生成的摩擦力足以转动罐盖110和罐身140。由于封罐机144在两点台阶部134和第二封罐机抵靠部228上驱动罐盖，因此在接缝形成过程中防止罐盖打滑的夹力减小到约70-140磅。由于夹力的这一减小，罐身侧壁在接缝形成过程中遭损坏的可能性降低。封罐机144驱动面146与中央板112中心轴线114成一约为4°的角a2。由于这一角度，在接缝形成后可从封罐机144上取下罐。
图4示出在罐盖110与罐身140之间形成双接缝的初始阶段。滚轮150抵靠圆周卷边部138，封罐机144施加对中力。封罐机144使用上驱动面146和下驱动面148驱动罐盖110和罐身140转动，所产生的卷起、挤压作用把第二过渡部137、圆周卷边部138和凸缘142变形成中间圆周接缝152。台阶部134抵靠上驱动面146支撑第二过渡部137，圆周卷边部138抵靠滚轮150引导卷边变形。请注意，第一过渡部136在接缝形成过程中因其角度与封罐机144上驱动面146的角度几乎相同而很少移动。当滚轮150向圆周卷边部138加压时，第二过渡部137压靠封罐机144，进一步提高对罐盖110的驱动。因此积极支撑和引导一起用来稳定、可靠地生成中间圆周接缝152。
图5示出在罐盖110与罐身140之间形成双接缝的最终阶段。此时，滚轮160压靠受封罐机144支撑的中间圆周接缝152。封罐机144驱动罐盖110和罐身140转动，使得滚轮160的压力把中间圆周接缝152压平到封罐机144顶部148上，生成双接缝154。封罐机144项部148有一拉拨角，便于在该操作后取下罐盖110。
图6示出如何把多个罐盖110a和110b叠在一起以便于运输、包装和供给一接缝形成机器。圆周卷边部138a的底面抵靠在相邻罐盖110b圆周卷边部138b顶部上。罐盖110a被支撑并且与罐盖110b分开一高度h3，该高度h3足以容纳一拉环(未示出)的厚度。如此，可更紧凑和高效地运输罐盖110，更便于把罐盖装在自动进料料斗中以进行接缝制作的机械操作。
图7示出如何把按本发明封装的饮料罐164a叠放在一相同饮料罐164b上。加强筋166a抵靠在双接缝154b上。
图8详细示出图3所示封罐机144上驱动面146的截头圆锥形上部146a和弧形下部146b。
以上所示所述实施例为例示性的。许多细节是公知的，因此许多这些细节既不示出也不说明。不要求本文所示所述所有细节、部件、元件或步骤都是新颖的。尽管附图和说明书说明了本发明的许多特征和优点，但该说明只是例示性的，可在权利要求中所使用的术语的一般宽广意义充分表示的本发明原理内特别就各部件的结构、形状和大小作出改动。
上述具体实施例的限制性说明和附图并不指出如何算对该专利侵权，而是提供如何使用和制作本发明的至少一种解释。本发明的范围和专利保护范围由如下权利要求限定。
权利要求
1.用于一罐身的一罐盖，包括一有一垂直于所述罐盖外缘的直径的中心轴线的中央板；一从所述中央板径向向外伸展的环形埋头孔部；一从所述环形埋头孔径向向外伸展的弧形部，该弧形部的半径不大于0.5英寸，其圆心在罐盖表面下方，其中，一通过所述弧形部两端的直线与中央板所述中心轴线之间的夹角为约20-80°；一从所述弧形部径向向外伸展的台阶部，该台阶部的半径至少为0.010英寸，其圆心在罐盖表面上方；从所述台阶部径向向外伸展的第一过渡部，第一过渡部一般呈截头圆锥形，与所述中心轴线相交成一至少为约4°、但不大于约12°的角。从所述第一过渡部径向向外伸展的第二过渡部，该第二过渡部的半径至少为0.020英寸，其圆心位于罐盖表面下方；以及一从第二过渡部径向向外伸展的圆周卷边部。
2.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，一通过所述弧形部两端的直线与中央板所述中心轴线之间的夹角为约35-65°。
3.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，一通过所述弧形部两端的直线与中央板所述中心轴线之间的夹角为约45-55°。
4.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述圆周卷边部的高度为约0.04-0.09英寸。
5.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述中央板呈平面状。
6.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述中央板呈弧形。
7.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述中央板的直径为约1.4-2.0英寸。
8.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述环形埋头孔的高度为约0.030-0.115英寸。
9.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述弧形部的曲率半径为约0.1-0.3英寸，所述半径的圆心位于所述罐盖的表面下方。
10.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述台阶部的曲率半径为约0.020-0.060英寸，所述半径的圆心位于所述罐盖的表面上方。
11.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述第一过渡部与所述中心轴线斜交成约5-7°的角。
12.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述第一过渡部与所述中心轴线斜交成约6°的角。
13.按权利要求1所述的罐盖，其特征在于，所述圆周卷边部的曲率半径为约0.02-0.06英寸，所述半径的圆心位于所述罐盖的表面上方。
14.一种形成一连接一罐身与一罐盖的双接缝的方法，该罐盖包括一有一垂直于所述罐盖外缘的直径的中心轴线的中央板；一从所述中央板径向向外伸展的环形埋头孔部；一从所述环形埋头孔径向向外伸展的弧形部，其中，一通过所述弧形部两端的直线与中央板所述中心轴线之间的夹角为约20-80°；一从所述弧形部径向向外伸展的台阶部；从所述台阶部径向向外伸展的第一过渡部；从第一过渡部径向向外伸展到一圆周卷边的第二过渡部，该罐身有一凸缘，该方法包括下列步骤把该罐身支撑在一底板上；把罐盖放置在罐身上，使得第二过渡部抵靠在罐身凸缘上；提供一有一下部、一凹陷部和一上部的封罐机，该封罐机的上部有一截头圆锥形部和一抵靠罐盖台阶部的驱动面，封罐机的凹陷部在接缝形成过程中不使所述罐盖的所述弧形部变形，封罐机的下部当封罐机与罐盖啮合时在一封罐机抵靠部上抵靠所述环形埋头孔的一表面；啮合罐盖与封罐机；使用封罐机转动该罐和罐盖组件；把圆周卷边和罐身凸缘轧制在一起，形成一中间圆周接缝；以及把中间圆周接缝压靠封罐机上部，形成双接缝。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，所述封罐机所述上部的所述截头圆锥形部与所述中心轴线斜交成一4°的角。
16.按权利要求14所述的方法，其特征在于，所述封罐机所述上部的所述截头圆锥形部与所述中心轴线斜交成一大于2°的角，所述角不大于3°小于所述罐盖的所述第一过渡部与所述中央板的所述中心轴线所成的角。
全文摘要
所公开罐盖的一优选实施例包括一有一垂直于该罐盖的外缘或圆周卷边部的直径的中心轴线的中央板；一环绕该中央板的环形埋头孔部；一从该环形埋头孔径向向外伸展的弧形部；一从该弧形部径向向上、向外伸展的台阶部；从该台阶部径向向外伸展的第一过渡部；从第一过渡部径向向外、向上伸展的第二过渡部；以及一从第二过渡部向外伸展的圆周卷边部。
文档编号B21D51/30GK1476359SQ01819548
公开日2004年2月18日 申请日期2001年11月9日 优先权日2000年11月28日
发明者C·G·奈纳, J·雷德, C G 奈纳 申请人:金属容器有限公司