专利名称：罐壳以及双重卷边的罐端的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属片/铝片罐壳和罐端的形状和结构，罐端具有一外围边缘或隆起，该边缘或隆起被双重卷边至金属片或铝片罐体的上边缘部分。
背景技术：
这种罐端由拉制金属片罐壳形成，例如，由授予本申请人的美国专利No.5,857,374中所公开的工具制成的罐壳。通常，成型罐壳包括一圆形中心板，该中心板延伸至一壁板，该壁板延伸至或者也形成加强肋或埋头孔的内壁，该埋头孔具有U型截面结构。埋头孔通过截头圆锥形夹头壁连接至外围卷曲成型的环形隆起。对于饮料容器，罐壳中心板通常设有一个E-Z开启件，并且在罐体装满饮料后，罐壳的外围卷曲隆起被双重卷边至罐体的上端部分。
当罐体装满汽水饮料或者高温杀菌的饮料时，罐端必需具有足够的皱折强度以承受加压饮料，例如，至少90psi的皱折强度。在美国专利No.4,448,322中详细描述了对“褶皱”压力和“摇摆”压力的这种抵抗力，其全文引用在此作为参照。还期望在不减小弯曲强度的情况下使罐端内的金属片或铝片重量最小化。这可以通过减小被拉制并形成罐壳的扁平金属片的厚度或规格，和/或通过减少从金属片上切割下来以形成罐壳的圆形毛坯的直径实现。
已经有许多金属片罐壳和罐端被构造和建议用于增大罐端的弯曲强度和/或在不减小弯曲强度的情况下减小罐端内金属片的重量。例如，美国专利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公开了各种形状和结构的罐壳和罐端，以及被建议或用于增大罐端弯曲强度和/或减小罐端内金属的各种尺寸和结构。此外，公开的PCT申请No.WO98/34743公开了一种在上面提及的专利No.6,065,634中所公开的罐壳和罐端的变型。除了增大罐端弯曲强度/重量比之外，还期望形成罐壳以便本领域现有的用于将E-Z开启件添加至罐壳和用于将罐壳双重卷边至罐体的工具所需的改进最小。虽然在上述专利中公开的一些罐壳和罐端提供一些令人满意的结构特征，但没有一个专利提供所有特征。
发明内容
本发明涉及一种改进的金属片罐壳和罐端以及形成罐端的方法，其能够提供上面提及的令人满意的特征和优点，包括形成罐壳的毛坯直径的显著减小，和所得罐端的强度/重量比的显著增大。根据本发明成型的罐壳和罐端不仅增大了罐端的弯曲强度，也使本领域中现有的用于向罐壳添加E-Z开启件和用于将罐壳双重卷边至罐体的工具的改变或更改最小化。
根据本发明一个实施例，罐壳和罐端这样成型，即隆起和埋头孔之间的总体高度小于0.240英寸，优选小于0.230英寸，并且埋头孔具有大致呈圆柱形的外壁和连接至弯曲板壁的内壁。一般呈截头圆锥形的夹头壁从埋头孔外壁延伸至隆起内壁，并且具有一上壁部分，该上壁部分相对于罐壳中心轴线以至少16°的角度延伸，优选介于25°和30°之间。埋头孔可具有大致呈扁平状的底壁，该底壁以基本上小于底壁半径宽度的小半径与埋头孔外壁相连，埋头孔在其底部处的内部宽度小于板壁的半径。
根据本发明的变型，罐壳和罐端具有一些上述结构，并且结合了大体上位于中心板水平面下面的夹头壁下壁部分和埋头孔外壁。埋头孔下壁部分以相对于中心轴线小于16°的角度延伸，并且通过形成突跳的基本垂直的短上升部分和锐化半径连接至埋头孔上壁部分。埋头孔的曲率半径基本上小于弯曲板壁的曲率半径，并且埋头孔底部处的内部宽度也小于板壁半径，优选小于0.030英寸。
根据下面的说明书、附图以及附属权利要求书，本发明的其他特征和优点将变得很清楚。
图1是根据本发明成型的金属片罐壳的垂直截面图；图2是图1中罐壳的局部放大截面图，示出了一个实施例的结构；图3是图2罐壳较小的局部截面图，示出了罐壳利用双重卷边夹头和第一阶段辊压机而制成罐端；图4是类似于图3的局部截面图，示出了利用夹头和第二阶段辊压机的双重卷边罐端；图5是图4中所示双重卷边罐端的局部放大截面图，具有改进的双重卷边夹头的一部分；图6是类似于图1的截面图，示出了根据本发明成型的双重卷边罐端；图7是类似于图2的局部放大截面图，示出了根据本发明的变型成型的罐壳；以及图8是类似于图5的局部放大截面图，示出了图7的罐壳双重卷边至一罐体。
具体实施例方式
图1示出了整体的罐壳10，其由金属片或铝片大体上呈圆形的毛坯形成，该毛坯的厚度优选约为0.0085英寸，并且毛坯直径约为2.705英寸。罐壳10具有一中心轴线11，并且包括一稍微隆起的中心板12，该中心板具有一延伸至弯曲板壁16的环形部分14。中心板壁部分14和板壁16可由一系列混合的弯曲壁形成，这些弯曲壁的半径分别为，R1为1.489英寸，R2为0.321英寸，R3为0.031英寸，R4为0.055英寸。弯曲板壁16的底部内径D1约为1.855英寸。
半径为R4的弯曲板壁16从加强肋或埋头孔18的内壁17延伸，该加强筋或埋头孔18具有U型截面结构，并且包括一扁平环形底壁22和一个一般呈圆柱形的外壁24，该外壁的内径D2，例如，约为1.957英寸。埋头孔18的扁平底壁22通过圆角壁26连接至内板壁16和埋头孔外壁24，每个圆角壁的内径R5均约为0.010英寸。扁平底壁22的径向宽度W优选约为0.022英寸，因此埋头孔18的内部底宽W1约为0.042英寸。
埋头孔18的外壁24通过半径为R6的弯曲壁34与大体呈截头圆锥形的夹头壁32相连，半径R6约为0.054英寸。夹头壁32这样延伸，即相对于中心轴线11或平行于罐壳中心轴线11的垂直参考线36的角度A1至少为16°。优选角度A1介于25°和30°之间，并且接近29°。夹头壁32上端与圆形隆起42的弯曲内壁38底部相连，该圆形隆起42具有卷曲外壁44。隆起42的内壁38的半径R7优选约为0.070英寸，弯曲内壁38底部处的内径D3优选约为2.039英寸，而卷曲外壁44的外径D4优选约为2.340英寸。卷曲外壁44的高度C介于0.075英寸至0.095英寸的范围内，并且优选约为0.079英寸。从卷曲外壁44底部或者夹头壁32与隆起内壁38的接合处46至埋头孔底壁22内表面的深度D介于0.108英寸至0.148英寸的范围内，优选约为0.126英寸。接合处47或半径R6的中心点距离接合处46或隆起42的卷曲外壁44底部的深度G约为0.079英寸。
图3示出了罐壳10的隆起42起被双重卷边至金属片或铝片罐体50上面的外围端部48。双重卷边操作在旋转的双重卷边圆形夹头55之间执行，该夹头55与罐壳10接合并且具有一外表面58，该外表面相对于夹头55的中心轴线以及罐壳10的公共中心轴线11稍微倾斜介于0°和10°之间的角度。优选的，表面58具有约4°的微小锥度，并且响应于第一阶段双重卷边辊压机60的径向向内运动，隆起42的内壁38接合表面58，同时罐体50和其内所装东西以及罐壳10与夹头55一起旋转。夹头55也具有一截头圆锥形表面62，该表面与罐壳10的截头圆锥形夹头壁32相匹配并且接合，夹头55向下伸出的环形凸缘部分64延伸进埋头孔18内，并具有分别与埋头孔18底壁22和外壁24接合的底表面66(图5)和圆柱形外表面68。
图4和图5示出了在旋转夹头55和第二阶段双重卷边辊压机72之间完成双重卷边操作以形成双重卷边隆起70，辊压机72也径向地向内移动，同时夹头55、罐壳10以及罐体50旋转以将罐壳10转变为罐端75，罐端75有效地接和密封至罐体50的上端部48。双重卷边边缘或隆起70具有一由罐壳隆起42的内壁38形成的内壁74，并且还具有一由罐壳隆起42形成的外壁76，罐壳隆起42包括一卷曲外壁44。双重卷边隆起70的高度H2介于0.090英寸和0.110英寸之间的范围内，并且优选约为0.100英寸。罐端75位于隆起70顶部和埋头孔18底部之间的总体高度H1介于0.170英寸和0.240英寸之间的范围内，并且优选约为0.235英寸。因为罐端75除了双重卷边隆起70以外具有与罐壳10相同的横截面结构，所以在图4-图6中对于公共结构使用了相同的公共附图标记。
如图6所示，中心板12的中心部分限定形成一平面80，其大体上和夹头壁32与双重卷边隆起70的内壁74的接合处46相交。为了清楚和简化的目的，在图6中省略了E-Z开启件，因为E-Z开启件不构成本发明的一部分。
图7和图8示出了本发明另一具体实施例或变型，其包括一罐壳(图7)和一双重卷边罐端(图8)。相应地，与上面参照图1-6所描述部件相应的结构部件具有相同的附图标记，除了添加撇号。因而参照图7，罐壳10′具有一与中心轴线11相同的中心轴线，并且包括一连接至外围弯曲板壁16′的圆形中心板12′，该板壁16′连接至具有U形截面结构的埋头孔18′的倾斜内壁17′。埋头孔具有一般呈圆柱形的外壁24′，其以小于10°的角度延伸，并且与夹头壁相连，该夹头壁具有截头圆锥形上壁部分32′和稍微弯曲的下壁部分34′。壁部分32′和34′通过突跳或一般垂直的短上升部分35′相连，上升部分35′具有相对锐化的内外半径，例如，处于0.02英寸的数量级。上夹头壁部分32′通过弯曲壁37′连接至具有卷曲外壁44′的隆起42′的内部弯曲壁38′。
隆起42′的内壁38′在接合处46′与上夹头壁部分32′相连，而埋头孔18′的外壁24′在接合处47′与下夹头壁部分34′相连。从埋头孔18′底部至突跳或上升部分35′的垂直高度G1约为0.086英寸。半径R10约为0.051英寸，而下壁部分34′以约为15°的角度A3延伸。埋头孔18′的半径R9约为0.009英寸至0.011英寸。图7中所示罐壳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°据发现，罐壳10′的特殊横截面结构所提供的性能结果优于罐壳10所提供的性能结果。因此，罐壳10′的结构细节包括夹头壁上壁部分32′，其相对中心轴线的角度A2至少为16°，并且优选介于25°至30°的范围内。夹头壁下壁部分34′形成约为15°的角度A3。隆起42′的内壁38′形成优选介于5°至30°之间的范围内的角度A4，并且优选约为16°。埋头孔18′的内壁17′形成大于10°的角度A6，并且约为13°。埋头孔位于内壁17′和外壁24′之间的底部宽度W1小于0.040英寸，并且优选约为0.024英寸。弯曲内板壁16′的半径R8大体上大于埋头孔18′的宽度W1，并且约为0.049英寸。
罐壳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英寸之间的范围内，并且优选约为0.082英寸，C2介于0.120英寸和0.170英寸之间的范围内，并且优选约为0.153英寸。罐壳10′的总直径D8约为2.337英寸，而至接合处46′的直径D7约为2.036英寸。埋头孔外壁24′的内底直径D6约为1.910英寸，D7和D6间的差值W2大于埋头孔宽度W1，或者约为0.063英寸。半径R8中心的直径D9约为1.731英寸。应理解，如果需要不同直径的罐壳，则直径D6-D9可按比例地变化。中心板12′距埋头孔18′底部的高度H5介于0.070英寸至0.110英寸的范围内，并且优选约为0.078英寸。罐壳10′位于中心板12′顶部和隆起42′顶部之间的高度H6介于0.125英寸至0.185英寸的范围内，并且优选约为0.149英寸。
参照图8，利用大体上与上面参照图3-5所述相同的工具，罐壳10′与成型罐体50′的上端部48′被双重卷边以形成罐端75′。即，类似于夹头55的封罐机夹头(未示出)包括一类似部分64的下部，该部分伸进埋头孔18′，并且具有一与封罐机夹头55的表面58、62，以及68相应的表面，用于接合埋头孔外壁24′和夹头壁部分32′，并形成双重卷边隆起70′的内壁74′。还如图8所示，双重卷边隆起70′的内壁74′以约为4°的微小角度A5延伸，并且罐端75′的总体高度H3小于0.24英寸，并且优选约为0.235英寸。双重卷边隆起70′的高度H4处于0.100英寸的数量级，从隆起70′顶部至中心板12′顶部的高度H7大于中心板高度H5，优选约为0.148英寸。
通过形成具有上述结构和尺寸的罐壳及罐端，据发现罐端在皱折前能够承受超过110psi的罐内压力。罐端的结构以及较浅的轮廓(从而使整体高度小于0.24英寸)还能够使用于形成罐壳的圆形毛坯的直径显著减小0.040英寸多。这个减小使得用于制造罐壳的铝片或铝板的宽度显著减小，因而使形成罐端的铝的重量和成本减小，考虑到每年要生产大量罐端，这一点尤其重要。罐壳10或10′也使本领域现有的用于形成双重卷边隆起70或70′的工具的改进最小化。即，用于形成双重卷边隆起的工具唯一需要改进的是利用新型夹头代替常规或标准双重卷边夹头，该新型夹头具有截头圆锥形配合表面62和位于底部64上的一般呈圆柱形的表面68，底部64延伸进埋头孔内并接合埋头孔外壁。常规双重卷边夹头通常具有稍微倾斜的表面58，该表面相对于双重卷边夹头的中心轴线以约4°的角度延伸。
虽然在此描述的罐壳及罐端的形状以及形成罐壳和罐端的方法构成了本发明的首选实施例，但是应理解，本发明不仅限于这些精确形状的罐壳及罐端，可在不背离本发明附属权利要求书所限定的范围和精神的情况下作出改变。
权利要求
1.一种金属片罐壳，其具有一垂直中心轴线和一卷曲外围隆起，该外围隆起适于被双重卷边至成型金属片罐体的端部，所述罐壳包括一通过弯曲板壁连接至埋头孔内壁的圆形中心板，该埋头孔具有U形截面和一外壁、一截头圆锥形夹头壁，该夹头壁具有壁部分，该壁部分以相对于所述中心轴线大于16°的角度延伸，并且在第一接合处连接至所述埋头孔的所述外壁，所述隆起具有一在第二接合处连接至所述夹头壁的内壁，所述埋头孔的曲率半径基本上小于所述弯曲板壁的曲率半径，所述第一接合处位于所述中心板水平面以下并间隔开，同时所述第一接合处和所述第二接合处之间的垂直距离大于所述埋头孔内外壁之间的所述埋头孔底部的宽度，并且所述弯曲板的所述曲率半径大于所述埋头孔的所述宽度。
2.如权利要求1所述的罐壳，其特征在于，所述隆起的所述内壁和所述埋头孔的所述外壁之间的直径差实质上大于所述埋头孔的所述曲率半径。
3.如权利要求1所述的罐壳，其特征在于，所述截头圆锥形夹头壁的所述壁部分相对于所述中心轴线的角度介于25°至30°之间而延伸。
4.如权利要求1所述的罐壳，其特征在于，所述罐壳位于所述隆起和所述埋头孔之间的总体高度介于0.195英寸和0.265英寸之间。
5.如权利要求1所述的罐壳，其特征在于，所述埋头孔具有一般呈扁平状的底壁以及弯曲的内和外圆角壁，该内和外圆角壁将所述底壁连接至所述埋头孔的所述内和外壁，并且每个圆角壁的曲率半径小于所述底壁的径向宽度。
6.如权利要求1所述的罐壳，与一双重卷边夹头相结合，该卷边夹头具有一旋转轴线，该轴线与所述罐壳的所述中心轴线相同，所述卷边夹头包括一伸进所述埋头孔内的环形部分，并且具有一接合所述埋头孔的所述外壁的外表面，所述卷边夹头具有一接合所述夹头壁的截头圆锥形表面，并且所述卷边夹头具有一接合所述隆起的所述内壁的表面。
7.一种金属片罐壳，其具有一垂直中心轴线和一卷曲外围隆起，该外围隆起适于被双重卷边至成型金属片罐体的端部，所述罐壳包括一通过弯曲板壁连接至埋头孔内壁的圆形中心板，该埋头孔具有一外壁和U形截面结构、一个一般呈截头圆锥形的夹头壁，该夹头壁从所述埋头孔的所述外壁延伸并且具有以相对于所述中心轴线的角度至少为16°延伸的倾斜上壁部分，所述夹头壁具有一倾斜下壁部分，该下壁部分在基本上位于所述中心板水平面下面的接合处连接至所述埋头孔的所述外壁，所述隆起具有一连接至所述夹头壁的所述上壁部分的内壁，所述埋头孔的曲率半径基本上小于所述弯曲板壁的曲率半径，并且所述埋头孔内和外壁之间的所述埋头孔底部的宽度小于所述板壁的所述曲率半径并且小于0.040英寸。
8.如权利要求7所述的罐壳，其特征在于，所述隆起的所述内壁与所述埋头孔的所述外壁之间的直径差大于所述埋头孔的所述宽度。
9.如权利要求7所述的罐壳，其特征在于，所述夹头壁的所述上壁部分以相对于所述中心轴线至少25°的角度延伸。
10.如权利要求7所述的罐壳，其特征在于，大致垂直的短上升壁部分将所述夹头壁的所述上和下壁部分连接在一起。
11.如权利要求7所述的罐壳，其特征在于，所述夹头壁的所述倾斜下壁部分以这样的角度延伸，即该角度小于所述上壁部分相对于所述中心轴线的角度。
12.如权利要求7所述的罐壳，其特征在于，所述埋头孔的所述内壁的所述角度这样倾斜，该角度介于所述夹头壁的所述倾斜下壁部分的角度和所述夹头壁的所述倾斜上壁部分的角度之间。
13.如权利要求7所述的罐壳，其特征在于，所述夹头壁在第一接合处与所述隆起的所述内壁相连，而在第二接合处与所述埋头孔的所述外壁相连，并且第一接合处和第二接合处之间的轴向距离基本上大于所述埋头孔的所述宽度。
14.一种金属片罐壳，其具有一垂直中心轴和一卷曲外围隆起，该外围隆起适于被双重卷边至成型金属片罐体的端部，所述罐壳包括一圆形中心板，该圆形中心板通过一弯曲板壁连接至一埋头孔的内壁，该埋头孔具有U型截面，一般呈截头圆锥形的夹头壁包括一相对于所述中心轴线以大于16°的角度延伸的上壁部分，并且具有在第一接合处连接至所述埋头孔的外壁的倾斜下壁部分，所述隆起具有一内壁，该内壁在第二接合处连接至所述夹头壁的所述上壁部分，所述埋头孔的曲率半径基本上小于所述弯曲板壁的曲率半径，所述第一接合处位于所述中心板水平面下面并间隔开，并且从所述中心板至所述埋头孔底部的轴向距离小于从所述中心板至所述隆起顶部的轴向距离。
15.如权利要求14所述的罐壳，其特征在于，所述隆起的所述内壁与所述埋头孔的所述外壁之间的直径差大于所述埋头孔的所述宽度。
16.如权利要求14所述的罐壳，其特征在于，所述夹头壁的所述上壁部分以相对于所述中心轴线至少25°的角度延伸。
17.如权利要求14所述的罐壳，其特征在于，所述弯曲板壁的曲率半径大体上大于所述埋头孔的所述宽度。
全文摘要
一种拉制铝罐壳，其具有一外围隆起，该外围隆起与铝罐体端部双重卷边以提供具有大致呈扁平状的中心板的罐端，该中心板通过弯曲板壁连接至截面呈U型的环形埋头孔的内壁。埋头孔具有大致呈圆柱形的外壁，并且内部宽度小于所述板壁半径。埋头孔的外壁在位于中心板下面的接合处与截头圆锥形夹头壁的下壁部分相连，而夹头壁的上壁部分以与中心轴线的角度至少为16°而延伸至隆起的内壁部分。在一个实施例中，夹头壁具有连接壁部分的大致垂直的中间短上升部分，而埋头孔的内底宽度小于0.040英寸。
文档编号B21D51/30GK1524049SQ02813549
公开日2004年8月25日 申请日期2002年7月1日 优先权日2001年7月3日
发明者R·彼得·施托德, R 彼得 施托德 申请人:容器开发有限公司