专利名称：用于在圆柱形容器体上形成一向外卷边的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在一圆柱形容器体上形成一向外卷边，例如凸缘的方法和装置。更具体地说，本发明涉及一种在圆柱形容器体上形成一向外弯曲或卷曲边，容器体由可变形材料，例如单层或多层纸板材料制成。
非金属容器已有广泛的商业应用。这些容器包括由塑料，纸板、或夹层结构制成的体，夹层结构例如为一或多层具有内和/或外聚合膜或箔层的纸板。典型地，与先有的金属容器相比，这些容器体更容易制造，较便宜，和/或更有利于环境。
为圆柱形式的非金属容器包括一在圆筒一或两端的分离的闭合件。在某些情况，闭合件可以是金属闭合件，通过使容器边一部分向外卷曲进入金属闭合件的金属凸缘，而将闭合件与容器体联接。另一方面，通过形成于容器体整体凸边和盖件之间的热密封，而将一可揭下的盖件直接附着在容器件上。
对于塑料容器体，在模压工序时，能容易地形成一整体顶缘或凸缘。然而，对于纸板的容器体，凸边形成步骤典型地在一与体自身成形分离的步骤中完成。
对于壁较薄的容器体，例如旋转缠绕的截锥形杯体或由薄壁热塑性材料制的杯体，已建议使用例如美国专利4，680，016中所公开具有花键表面支承件的装置，在杯上端形成一凸边。截锥形容器体被压在截锥形花键支承件上，然后将其开口端轴向压入一半圆形环槽，其最初形成一向外弯折的凸缘，然后，随着支承容器体的心轴转动，装在凸缘成形工位的一个卷边指状件卷曲向外的折叠部形成一卷曲凸缘。
对于壁较厚的纸板容器体，例如，壁厚大于大约0.015英寸，例如从0.020至0.055英寸，卷曲凸边更难于形成。通常，采用一种使金属罐形成凸缘的金属罐卷边机来形成这种卷曲边。因为厚壁的纸板容器体的壁的高强度，已采用了这种卷边装置。对于具有或没有内和/或外层薄膜和/或箔材料的多层纸板制的螺旋缠绕体来说，高的壁强薄是明显的。除了高的壁强度，这些螺旋缠绕体有准确的圆柱形状，于是，开口端的壁不向外扩张，而难于形成一卷曲边。使用分离的卷边装置在壁较厚的容器体上形成一卷曲边的分离操作，对于将部分以形的容器体送入卷边机和从中送出，要有双倍的消费和要求附加的材料处理工序。另外，使用普通的卷边装置是一种较慢的方法，并且这种卷边装置很昂贵。
本发明提供了一种简单和低成本的方法和装置，用于在圆柱形容器体上形成一弯边或卷边。本发明的方法不装置能使用厚纸板，塑料和壁厚达到和超过0.055英寸的复合层材料。本发明的卷边成形方法和装置能容易地应用于普通的容器体制造方法和装置，以致不再需要使用一单独装置进行单独的凸边成形工序。
本发明的用于在圆柱形容器体上形成一卷边的装置包括一心轴，其具有一第一圆柱形部分，用于支承可变形圆柱容器体内部、一具有一环形内腔的凸边成形模与心轴圆柱部分同轴定位并轴向隔开。环形腔有大致半圆形的截面，包括一开口和封闭的底，其向心轴外延伸，并与开口在大致横向于心轴的轴线朝心轴圆柱形部分的方向定向。心轴还包括一位于心轴圆柱形部分和凸边成形模之间的径向锥形部分。心轴的径向锥形部分在从心轴圆柱部分向凸边成形模的方向经向径外呈锥形。一轴向加压装置沿心轴在轴向推动圆柱形容器体一足够距离，沿心轴的向外呈锥形的部分对容器体的一端加压，使之进入环形模腔。便利地，心轴轴向向外的锥形部分的锥度可以高达20°，但最好从大约1°至大约10°。
在操作中，容器体位于心轴上，开口端朝向凸边成形模，其内径与心轴圆柱部分外经相同。然后，加压件与开启的或封闭的容器体另一端接合，沿固定的心轴在朝凸边成形模的方向轴向地压容器体。随着容器体开口端被压在心轴径向向外呈锥形的部分上，容器体端部向外扩展，然后，容器体伸展的端部被压入环形凸边成形腔。作用于容器体上的连续轴向压力使容器体端面沿空腔的半圆形壁向外卷曲，而在容器体上形成卷边。
虽然理论上不需要粘合，但是相信心轴向外呈锥形的部分在容器体前缘内角进行了扩展和倒角的操作。在这方面，螺旋缠绕的容器体在固定心轴上作为一连续的管子而成形，并用一穿过连续管壁径向切割的移动锯或刀片将容器体从连续管子上切下。于是，在管子端面形成一内部的圆柱形毛边。可以认为，该圆柱形毛边防碍了卷边成形工序。在本发明中，扩展操作消除或减小了毛边，和/或随着将圆柱管端面压入凸边成形环模而将毛边变成更容易向外卷曲的形式。
在本发明的一最佳实施例中，包括一组径向定位成形心轴的转台式成形装置装有本发明的装置。典型地，转台式成形装置也用于在与卷边端相对的容器体端部形成和连接一底板。通过在转台式成形装置中采用本发明的装置，在多工位成形工艺中，可在任何不同的工位进行凸边成形操作，最好。凸边成形作业与将容器体装在心轴的最初工序一起完成。
图1是一容器分解图，包括一螺纹缠绕的容器体，有一卷边，一粘结在卷边上的可揭下的盖，和形成于容器体另一端的底板。
图2是沿图1中2-2线的剖视图，显示了完全组装形式的容器体顶部和底部。
图3是包括本发明一最佳实施例的转台式成形装置的示意图。
图4是转台式成形装置所采用的本发明最佳装置平面图；图5是沿图4中5-5线的剖面图，显示了一装在本发明最佳装置上的容器体，容器体具有根据本发明而形成的卷边。
图6、7和8是图5所示装置部分放大图，图7和8比图6的比例更大，显示了当沿构成本发明一部分的心轴轴向压容器体时，其前缘的伸展和曲卷。
图1显示了使用按本发明制造的容器体的最佳容器的分解图。容器包括一螺旋缠绕的圆柱形体壁10，一分离的底板12，一可揭下的盖14，和一可变形的塑料盖16，用于在取下可揭开盖14之后使包装重新密封。容器体10典型地是一厚壁复合材料或纸板夹层，厚度大于大约0.020英寸。在图1所示形式中，容器体壁10典型地由一或多层纸板构成，并在图2所示的位置18包括一内膜或膜/箔衬层。内衬层通常包括一在内表面上的聚合覆盖层，用于热粘合在可揭开盖14内。
一卷边20清楚地示于图2中。卷边在位置22处提供了一表面，用于与可揭下盖14粘结，还有一外缘，用于使柔性闭合件16的突边24卡住。如图2中清楚可见，底板12装在容器体下端部，处于容器体外壁和内折卷边26之间。
容器体壁10最好由普通的螺旋缠绕工艺形成，如技术人员所公知的那样。通常，这种工艺包括在固定心轴上缠绕一或多层连续带料。在缠绕各层之前，其被涂覆以粘合材料，以确保在体壁中形成一牢固粘合。通常，对于容器式结构，最内层是薄膜或膜/箔夹层。一或多层纸板粘在该层之上。外层典型地是一薄而光滑的纸板层和/或一膜薄层。体壁的全厚通常是在大约0.015和大约0.070英寸之间，最好是在大约0.020和大约0.055英寸之间。连续的纸板和薄膜或箔带缠绕在心轴上，而形成一连续的圆柱形管，其在心轴的排出端按所需长度切成节段。
图3为一顶视图，显示了转台式成形工位，其接受予切的圆柱形容器体，然后在体上进行各种作业，而将体转变成容器。根据本发明，图3所示的转台装置被改进而包括一凸边成形装置。
在图3所示的形式中，装置包括一组相同的心轴30，其通过一转台元件32而转动，使容器体沿该装置移动至各工位。如图3所示，工位1和2接收来自容器体传送装置34的容器体10。通过一传送和装载装置34，而将圆柱形容器体10部分地压在空的心轴30上。一来自工位2的装载的心轴然后变位至位置3。在普通操作中，容器体被完全压入或填塞在位于位置3的心轴上，然后，转台变住至位置4。位置4，5，6，7和8通常用于将一底板插入容器体，并使其与容器体密封。典型地，在位置4，一加热装置36与管子内周边一部分接触，而使其加热。予热的容器体指向位置5，在该处，将一由传送系统38提供的底板插入容器体开口端。在位置6，通过加热装置40使容器底板予热。在位置7，容器体壁底部通过一折叠装置42向内折叠，并与底板粘合。在位置8，通过最终装置44，在容器体向内折叠的底部进行最后作业。在位置9，来自心轴30内的压力空气将容器从心轴上推出。
图4显示了本发明的凸边成形装置，其正用于图3所示转台成成装置的工位3。凸边成形装置包括一心轴体30，一凸边成形环模50，和一轴向加压件52，用于沿心轴体30轴向向内地压容器体10。轴向加压件52装在可移动的支承件54上，并通过一马达装置(未示)内，外移动，马达通过一杆56而连接于支承件54。
图4中的装置清楚地示于图5。参见图5，心轴30由一心轴体支承件60构成，其支承一组外套管62，64和66。套管62有准确的圆柱体外形。套管64是一截锥形套管，其径向呈锥形，见图6、7和8，这在下面将要详细描述。套管66包括一环形凸边成形模，用于在容器体10上形成弯折的边缘20。套管62、64和66的外表面提供了一大致连续和基本平滑的外组合表面，使容器体能沿心轴平稳地轴向滑动。
在心轴体30的径向内端有一可移动的夹紧件68，其与环形底件70一起作用，而将套管62、64和66夹紧在心轴体外面。心轴体内部有一轴向定位的孔72，可从一空气入口73通入压缩空气，用于如前所述在位置9将容器体从心轴上推出。
图5也示出了一最佳的加压装置，用于沿心轴30对容器体10加压。加压装置包括一短的外圆柱形套管部分74，其尺寸能接触容器体10邻近端部的外圆周面部分。一个内圆柱形套管76有一外周面，其尺寸能支承容器体10相邻于端部的内圆周面部分。外套管74和内套管76之间的空间78与容器体10的壁厚基本相同。另外，在空间78底端，有一底壁80，其尺寸和位置能与容器体10底端面82接触。
在轴向加压操作期间，套管74、76和加压装置底壁80配合，一起接合并支承容器体的端面和外、内周边表面。这在加压作业期间防止或减少了容器体端的变形。图5中假想地显示了轴向加压件52和容器体10的接合。如假想线所示，容器体10的底周被支承，其邻近端面82的外周边部分由外套管74支承，邻近端面82的内周边部分由内支承件76支承。另外，空间78的底壁80与容器体10端面82为面对面的接触。
如虚线所示，轴向加压件52轴向向内移动至位置88，在该处，容器体端面82与加压件52接合。然后，轴向加压件向心轴轴向移动至第二位置90。这就使容器体10沿心轴体轴向运动，而在容器体上缘形成一卷边20。图5所示的轴向加压装置是本发明最佳实施例，在本发明中也可采用其他的加压装置。于是，可便利地采用平的，环形的或不同形状的加压装置，它们可被设计和布置成仅与容器体内部、外部和/或端面接合。
图6、7和8清楚地显示了卷边的成形。参照图6，节段或套管64向外呈一锥角92，其能高达20°，但根据节段64的长度和容器体10的直径，其更好是在0.5°至10°之间，并最好是在大约0.5°至大约5°之间。最好，节段64的长度和锥度应使随着容器体10沿节段64压入，容器体10向外扩展，即直径增加一个大约0.010至大约0.030英寸之间的量。
通常，节段64的锥度和长度应至少足以保证在节段64邻近环腔100的最大直径端在容器体前缘和心轴外部之间成压配合。既使在容器体外也需要压配合和伸展，以保证随容器体开始与环腔100接触，沿容器体圆周360°有基本相等的径向压力。另外，如前所述，锥形节段64对于容器体前缘也形成一倒角工具。
于是，截锥形节段64的锥度和长度将根据容器体直径和壁厚等因素而变化。例如，圆柱形节段62的直径典型地选择成稍小于容器体内径，以使容器体在圆柱形节段62上能很好地滑动配合。典型地，对于更大直径的容器体，在节段62和容器体之间要选择更大的间隙。对于更大直径的容器体，也要求锥形节段64的锥度和/或长度稍微增加，以保证在其更大的端部有一压配合。于是，由于容器体和节段62之间的配合，或适应各种其他因素，例如环腔100轮廓的变化，节段64的形状也可改变。
参照图6，容器体在箭头94所示方向沿节段64移动，并且容器体壁前端96向外扩展。另外，随着容器体壁沿轴向向外呈锥形的节段64压进，在前面切断作业中于前内侧壁角98上形成的任何毛刺可以基本去掉。
如图6所示，环形凸边成形腔10包括一闭合的底部102，和一开口部分。腔内表面是光滑的，以促进容器端部沿其轮廓滑动。腔100开口基本横向于圆柱形心轴体，并通常朝向圆柱形节段62的方向。容器体有大约0.020至大约0.055英寸之间的壁厚，腔100有大约0.060和大约0.095英寸之间的半径101。对于更大的壁厚，半径也可增加。另外，腔100的外形也可变化，下面将要描述。
图7和8显示了容器体前端96进入环腔100。如图7所示，随着容器体前缘96沿腔内面移动，其逐渐径向向外翻卷。如图8所示，容器体10的连续轴向运动将容器体前缘96沿腔100内面压入，并迫使前缘向外翻卷直至前缘与容器体壁外表面接触，由此形成卷边20。于是，可以理解，可通过沿一圆柱形心轴并沿一向外呈锥形的节段在轴向压容器体，使前缘最后进入半圆形腔，而在一单一工序中使卷边成形。不需要单独的装边或弯边操作来形成卷边。另外，因为卷边仅与腔100的光滑内面接触，减少了在凸边上形成任何表面缺陷的可能性。
对于技术人员来说，本发明显然可以有各种变化和变型。例如，在图4和5所示的心轴上，其外形和腔成形件由三个单独的套管节段62，64和66形成，它们相配合形成一基本连续的光滑外表面。这能使外径更大或更小的套管可装在单一的心轴芯体60上。另外，不同长度的套管也可用于更长或更短的容器体。然而，很清楚，也可采用具有所需外形的单一心轴，而不必使用附加的套管件。同样，也可采用装在心轴芯体上的单一套管。在这种情况，套管节段62、64和66可制成为一单一元件。另一方面，可采用少数节段制出图5所示的心轴外形。
图5所示心轴包括不同的端面部分，对于上游装置插入底板是特别有用的。显然，在使用不同的心轴系统插入底板的情况下，可采用不同的心轴端部结构。同样，图5所示的中央供气孔72可有任选的特性。
显然，本发明的装置能用于除图3所示径向容器成形装置之外的结构中。于是，若干心轴线性布置的多工位容器成形装置也能应用本发明的装置。另外，当容器底板与容器体为一体或在一单独作业中装上时，本发明装置也能作为一种单独装置而使用。
如前所述，本发明特别适用于有较大壁厚的螺旋缠绕纸板容器体。然而，本发明的装置和方法显然也能便利地用于其他可变形容器体，包括塑料或类似材料制成的体。同样，该装置也特别适用于由旋转缠绕或类似工艺制成的纸板体。
前面参照最佳实施例对本发明作了描述。然而，可以有许多变化和变型，都在本发明范围之中。
权利要求
1.一种用于在可变形圆柱容器体上形成一向外卷边的装置，容器体有一开口端和一第二端，该装置包括一心轴，具有一第一圆柱形部分，用于支承可变形圆柱形容器体内部的至少一个部分；一凸边成形模，具有一与心轴圆柱形部分同轴定位并与其轴向间隔的环形腔，环形腔有一大致半圆形截面，并有一开口和一封闭的底部，其从心轴径向向外延伸，并与开口大致横向于心轴轴线在朝向心轴圆柱形部分的方向定向；所述心轴有一第二径向锥形部分，位于所述圆柱形部分和所述凸边成形模之间，径向锥形部分从心轴圆柱形部分朝凸边成形模的方向径向向外呈锥形。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述心轴的径向锥形部分有高达大约20度的锥度。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述心轴的径向锥形部分有大约1-5度之间的锥度。
4.如权利要求1所述的装置，其中，还包括一轴向加压装置，用于将圆柱形容器体在从所述心轴第一圆柱形部分朝第二径向锥形部分的方向压入。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述轴向加压装置包括一个装置，用于与所述容器体第二端在其端面并绕相邻于该端面的内外周面部分相接合。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述心轴包括一心轴体支承件，和至少一个装在所述支承件上的圆周外套管，其形成了所述心轴的第一和第二部分，以及所述的凸边成形模。
7.如权利要求6所述的装置，其中，包括一组套管，其装在所述心轴体支承件上，并形成了所述心轴的第一和第二部分，以及所述的凸边成形模。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述心轴的第二径向锥形部分具有一长度和锥度，足以使所述圆柱形容器体的开口端直径扩展大约0.010至0.030英寸之间的量。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述心轴装在一可转动的转台上。
10.一种用于从一组容器体形成容器的装置，容器体各有一开口端和一第二端，所述装置包括一组装在一可转动转台上的径向定位的成形心轴，各心轴包括一个第一圆柱形部分，用于支承一个圆柱形容器体的内部；一个凸边成形模，具有与心轴圆柱形部分同轴定位开与其轴向隔开的环腔，环腔具有大致半圆形截面，并包括一开口和一封闭底部，其从心轴径向向外延伸，并与开口大致横向于心轴轴线在朝向心轴圆柱形部分的方向定向；一径向锥形部分，位于所述圆柱形部分和凸边成形模之间，径向锥形部分在从心轴圆柱形部分朝凸边成形模的方向径向向外呈锥形。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述转台可转位，使所述心轴转动对准一组工位，而在所述容器体上进行一组予定的作业。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述予定工位的一包括一轴向加压装置，用于沿在所述予定工位上的心轴对圆柱形容器体轴向加压。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述轴向加压装置包括一装置，用于绕容器体端面和相邻于该端面的内外周面部分而与所述容器体第二端部接合。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述心轴的第二径向锥形部分具有高达大约20°的锥度。
15.如权利要求13所述的装置，其中，所述心轴的第二径向锥形部分具有大约1-5度之间的锥度。
16.一种用于在一圆柱形容器体上形成一向外卷边的方法，容器体有至少一个开口端和一第二端，该方法包括将所述圆柱形容器体的开口端同轴地放在心轴第一圆柱形部分上，该部分外径与圆柱形容器体内径大致相等；沿所述心轴的第一圆柱形部分和第二径向向外锥形部分对所述容器体开口端轴向加压，而使所述容器体开口端向外扩展；将所述容器体扩展的开口端压入大致半圆形截面的环腔，环腔有一开口和闭封的底部，其从心轴径向向外延伸，并与开口大致横向于心轴轴线在朝向心轴圆柱形部分的方向定向，使所述容器体扩展的开口端向外卷曲，在所述容器体上形成向外的卷边。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述圆柱形容器体包括至少一个纸板层，并且具有大于大约0.015英寸的壁厚。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述圆柱形容器体还包括一内膜或膜/箔层。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述圆柱形容器体是一螺旋缠绕容器体。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述容器体具有大于大约0.02英寸的壁厚。
21.如权利要求17所述的方法，其中，在所述将容器体沿心轴压入的工序期间，包括将所述容器体第二端绕其端面和邻近端面的内外周面的至少一部分支承的步骤。
22.如权利要求17所述的方法，其中，所述心轴的第二径向锥形部分的锥度足以使所述容器体开口直径扩展大约0.010至大约0.030英寸的量。
23.如权利要求17所述的方法，其中，所述容器体在所述开口端内周边有一圆柱形毛边。
24.如权利要求17所述的方法，其中，所述容器体是一旋转缠绕容器体。
25.如权利要求16所述的方法，其中，所述容器体由塑料材料构成。
全文摘要
在圆柱形容器体上形成向外卷边的方法和装置，包括一心轴，其圆柱形部分并与其同轴和轴向隔开的凸边成型环腔，环腔有大致半圆形截面，有一开口和一封闭底部，其向心轴外延伸，心轴有一位于圆柱部分和凸边成型模之间的径向锥部，其在朝凸边成型模的方向径向向外呈锥形。一轴向加压装置沿心轴向凸边成型模对圆柱容器体轴向加压，使开口端压入环腔和向外卷曲之前扩展。
文档编号B21D51/26GK1098033SQ9410618
公开日1995年2月1日 申请日期1994年5月24日 优先权日1993年5月25日
发明者约翰·E·培根, 威廉·C·苏斯基 申请人:索诺科产品有限公司