专利名称：具有多个支撑脚的薄壁罐的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有圆柱形侧壁和与之成整体的底壁的薄壁金属罐。一方面，它涉及一种罐，该罐的底壁具有多个独立的支撑构件。
背景技术：
目前，例如那些用于包装啤酒、软饮料和其他饮料的薄壁金属罐在美国的年生产量超过九百亿个。由于这种极其大量的生产，即使在制造这些罐时有极少量的金属节省下来也能导致成本的巨大节省。因此，将制造这种罐所用金属的初始厚度减小万分之一英寸(0.0001英寸)是有意义的。当今的技术能够生产并不破坏完整性而侧壁厚度低至0.005英寸的12盎司罐，因为从结构上而言，这种密封罐是一种圆柱形“压力罐”。也就是说，它的部分强度取决于其内所盛装的液体和气体所施加的内部压力。与此相反，传统罐的底部厚度约为0.010英寸至0.011英寸，以便承受在制造和装填操作中施加在未密封罐子上的高至200磅的轴向载荷，并且抵抗由于装运或堆叠所产生的轴向载荷或者由于40至100磅/英寸2(psig)的内部压力使密封罐引起的不希望有的变形。
金属饮料罐的大多数应用要求具有竖立稳定性、堆叠稳定性、可移动性以及对装运和处理载荷及振动的抵抗能力。
竖立稳定性是指罐在一平坦的水平面上搁置于竖直位置而不发生晃动或倾斜的能力。竖立稳定性在空的和充满的罐子的自动加工过程中以及为了使消费者方便和满意而言都是重要的。位于罐子底部的用以在一平坦水平面上支承竖立罐子的构件被称为“竖立构件”。以罐子纵轴线为中心且经过各竖立构件的假想圆的直径表示所谓“竖立直径”的一个参数。通过尽可能远离罐子纵轴线沿径向向外设置竖立构件、即通过增加竖立直径提高竖立稳定性。
堆叠稳定性是指罐在位于其下的相邻罐子的顶部上稳定搁直于竖直位置的能力。堆叠稳定性包括罐子对倾斜或晃动的抵抗性以及对相堆叠罐子之间的横向移动的抵抗性。堆叠稳定性一般是通过在上面罐子的底部轮廓上设置与位于下面罐子之盖子轮廓上的构件相互配合的构件并且通过在上面罐子的底部和下面罐子的盖子及突出部之间设置足够的间隙来实现的。
可移动性是指罐子能够通过自动的处理和输送设备而不会倾斜、卡住、夹住或其它阻碍操作的能力。例如，罐子必须能够通过输送系统中的“固定板”而不会翻倒或卡住。可移动性尤其涉及空的罐子，因为它们重量轻而减少了抗倾斜的能力，不过可移动性对于空的和充满的罐子都是必需的。已经得知，可移动性取决于竖立直径和竖立构件的轮廓，即，一般通过增加竖立直径和竖立构件的半径提高了可移动性。
对装运和处理载荷及振动的抵抗能力是指罐子承受轴向载荷的能力，该轴向载荷是由在装运过程中堆叠于其上的其它罐子和在卡车及其它配送和输送车辆中输送时产生的振动引起的。振动和轴向载荷联合在罐子的壁中产生挠曲，这最终可导致金属的疲劳裂纹。罐子的内部盖子板和内部底壁最易产生这种由挠曲产生的裂纹。因此，优选的是堆叠接合的那些罐子在上面相邻罐子的内部底壁与下面相邻罐子的内部盖子板或提升突出部之间并未接触。
为了满足罐子底部的结构要求，传统的生产方法是将罐子底部形成外部凹形，即向上的圆顶形，如果在内部压力下它向外有些凸起，则不会影响竖立稳定性，并且当处于堆叠接合状态时，它不会接触另一个罐子的内部盖子板或提升突出部。不过，这种向上的圆顶底部必须由较厚的材料形成以抵抗过度变形。另外，向上的圆顶底壁减少了罐子的内部容积，并且如果内部压力过高，它将呈现一种所谓“圆顶反向”的失效模式，因此使罐子不稳定且不能出售。
美国专利3,904,069，4,412,627和4,431,112公开了向上的圆顶形罐子底部和由内部压力引起的圆顶反向现象。然而，向上的圆顶形罐子底部在此将不作进一步描述，因为本发明将不再使用一种向上的圆顶形罐子底部并且拟用另一种方式将其替换。
美国专利3,979,009，4,037,752和5,421,480披露了对具有传统向上圆顶底壁的罐子结构的一种替换形式“可移置”底壁结构。可移置底壁结构具有在罐子未受压时提供竖立稳定性的第一竖立构件，然而当罐子内的内部压力超过一预定值时，底壁向下移动以提供代替第一构件提供竖立稳定性的第二竖立构件。这种可移置底壁结构在底壁向外移动时改变了罐子的整体高度。然而，可移置罐子底部在此将不作进一步描述，因为本发明将不再采用可移置底壁结构并且拟采用另一种方式将其替换。
本发明的一个目的是减少罐子底壁的金属厚度而不影响罐子的结构完整性。本发明的另一目的是将罐子底壁的厚度减小至小于约0.010英寸而仍能使未密封罐子承受约200磅的轴向力而不发生永久变形。本发明的还一目的是提供一种具有向外凸起的罐子，即具有向下的圆顶底壁的罐子，该圆顶底壁在受到一定范围的内部压力时尽可能减小了“增长量”或增加密封罐的总体高度。本发明的还一目的是提供一种即使当受到一定范围的内部压力时仍具有竖立稳定性、堆叠稳定性和可移动性的罐子。本发明的还一目的是提供一种具有向下的圆顶底壁的罐子，在该罐子堆叠置于其下相邻的罐子上时，它在受到一定范围的内部压力和振动时不会与下面罐子的内部盖子板或提升突出部接触。本发明的还一目的是提供一种底壁形成有初始向外凸出的机械构件的罐子。本发明的还一目的是提供一种罐子，其底壁在密封罐子受到一定范围的内部压力时并不受到机械模式的变化。
发明概述为了清楚和一致性起见，在此将说明书和权利要求书中采用的一些术语加以限定。“罐子”和“容器”可交互使用。“盖子”是指一个用于或拟用于固定在其内盛装有制品的罐子本体上的封闭件。方位术语例如“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“侧面”、“水平”和“竖直”是指当以直立状态搁置于水平表面上的罐子、罐子本体和罐子端部的方位而言。然而，应当理解，罐子元件在其制造和使用过程中可以且可能采用不同的方位。“轴线”和“轴向”是指罐子本体的纵轴线，而“径向”和“径向地”是指相对于该轴线。“轮廓”是指从沿其纵向(竖直)轴线截取的截面图中所示的罐子端部或罐子本体的轮廓。“曲率半径”是关于罐子本体轮廓的曲线的。“内部压力”是指存在于罐子内腔的压力与罐子外部区域的环境压力之间的任何压力差。
本发明的金属容器包括由单一金属薄板制成的大体圆柱形的侧壁和与该侧壁成整体形成的底壁。侧壁具有纵轴线并且从底壁沿轴向向上延伸以形成一内腔和一适于由盖子封闭的容器开口端。底壁包括一个其上形成有多个支撑脚的向外凸出的圆顶部。所述脚一般彼此沿周向间隔开并且当罐子所受的内部压力小于约70磅/英寸2(psig)时向下伸出到圆顶部分以外。每个脚在其上形成有竖立构件和堆叠构件。竖立构件与容器的纵轴线沿径向间隔开且设置在脚上最下面的部位以便单独提供竖立稳定性，即在没有内部压力的情况下将容器以竖立位置支承在一平坦水平面上。堆叠构件邻近于竖立构件设置并且限定了在截面立视图中呈具有轴向堆叠表面和径向堆叠表面的外部凹入的槽。轴向堆叠表面相对于竖立构件轴向设置，径向堆叠表面相对于容器的纵轴线径向设置以便与正好位于其下的相似容器的上接合边缘相互配合，从而使堆叠构件提供堆叠稳定性，即它们以竖直和水平方位与下面容器接合来支承上面容器，从而各罐子将“堆叠起来”。在没有内部压力的情况下，堆叠构件将单独为上面容器提供堆叠支撑，即在上面容器的圆顶底壁与下面容器的内部盖子板或提升突出部之间将不接触，而且在上面容器的竖立构件与下面容器的内部盖子板之间也不接触。
当薄壁容器受到内部压力作用时，通常会发生一些尺寸上的增长。然而，本发明容器的底壁是向下的圆顶形，所以容器的内部压力使得底壁处于拉伸状态以便有效地抵抗由于这种压力导致产生的显著变形。在本发明的优选实施方案中，底壁上并未形成有任何大半径的外部凹入的机械构件，这些机械构件在容器内的内部压力作用下会产生显著变形。本发明的特殊底壁结构使得可以采用较薄厚度的金属来制造这种罐子，因此节省了相应的金属和成本。在本发明的另一个优选实施方案中，底壁的最大厚度小于约0.010英寸。
本发明的金属容器采用具有向外凸出的、即向下的圆顶轮廓。在本发明的一个优选实施方案中，其中侧壁的半径R1值为V1，在通过位于沿周向相邻的脚之间的圆顶部分区域截面立视图中，底壁的圆顶部分将由一曲率半径R2所限定，该曲率半径R2的值V2为值V1的约1.6倍至约2.2倍。在本发明的一个更优选的实施方案中，在通过位于沿周向相邻的脚之间的圆顶部分区域的截面立视图中，圆顶部分将由一曲率半径R2所限定，该曲率半径R2的值V2为值V1的约1.72倍至约1.88倍。
为了运输、贮存和展示的目的，重要的是将填充满的成品罐子可堆叠起来，即一个罐子的底表面的尺寸精确定成与正好位于其下的一个相似罐子的盖子表面相互配合，以便阻止倾斜或侧向移动并且在上面罐子的底部和下面罐子的盖子和突出部之间提供间隙。
本发明的容器具有多个形成在底壁上的支撑脚，每个脚上形成有支撑构件和堆叠构件。这些支撑脚优选形成在沿周向间隔开的位置，例如6个彼此中心角成60°的脚或5个彼此中心角成72°的脚。
按照本发明的一个方面，竖立构件相对于堆叠构件径向向内设置。在这个方面，堆叠构件设置在各脚的径向外部的表面上，并且当两个容器堆叠接合时，上面容器的竖立构件径向配合在下面容器之边缘的内侧。在这方面的一个优选实施方案中，每个支撑脚为大体多面体形，其外表面包括基本上平坦的梯形外表面、基本上平坦的内表面、连接内外表面的大体呈“S”形的下表面以及两个大体呈梯形的侧表面，其中每个侧表面具有由连续连接至底壁的局部弯曲的边缘和其它表面的自由边缘所界定的一个基本上平坦的中央区域以形成支撑脚。
按照本发明的另一个方面，竖立构件相对于竖立构件径向向外设置。在这个方面，堆叠构件设置在各脚的径向内部的表面上，并且当两个容器堆叠接合时，上面容器的竖立构件径向配合在下面容器之边缘的外侧。
本发明的还一个实施方案是提供一种盛装流体的容器，该容器包括一个大体呈圆柱形的侧壁、一个具有多个支撑脚的底壁以及一个盖子。侧壁与底壁整体形成，具有一纵轴线且从底壁基本上向上延伸以限定容器的内腔和开口端，该开口端适于用一盖子封闭。在将流体引入内腔之后，盖子被接合在容器的开口端上形成一具有用以封闭内腔的压力紧密密封的边缘。底壁包括一向外凸出的、即向下成圆顶的圆顶部分以及在其上形成的多个支撑脚，这些支撑脚沿周向彼此间隔开并且当容器的内部压力小于约70磅/英寸2(psig)时总体向下凸出到圆顶部分之外。每个支撑脚在其上形成有其结构类似于前述实施方案中的竖立与堆叠构件的竖立构件和堆叠构件。当容器的内部压力小于约70磅/英寸2(psig)时，竖立构件单独将罐子以竖立状态支承在一平坦水平面上而堆叠构件单独将罐子以堆叠关系支承在一位于其下的类似相邻罐子之上。
当本发明的容器处于竖立状态时，容器具有自盖子上边缘的最高部分至竖立构件的最低部分轴向侧量的总体高度H。在一优选实施方案中，内腔内部压力为0磅/英寸2时的总体高度H值与内腔内部压力为70磅/英寸2时的总体高度H值之差在约0英寸至约0.04英寸的范围内。
本发明的容器优选是利用现有的冲压和拉伸设备结合一种或多种底部成形操作来形成。支撑脚可以在底部成形操作中完全形成在底壁上以便防止金属片材的断裂，如果这种构件在冲头穿过冲压和拉伸环时被加在冲头或杯座上，则可能发生上述断裂。
本发明的其它目的和优点对于本领域的那些技术人员而言将从下面的详细描述中显而易见，其中示出和描述了本发明的几个优选实施方案。正如应当理解的，本发明可以采用其它不同的实施方案，在不脱离本发明的条件下可以对其某些细节从各个明显的方面加以改变。因此，附图和描述实际上是示例性的而不是限制性的。
附图简述
图1是按照本发明的一个实施方案所构造的容器的局部剖开以示出内腔的立视图；为了清楚起见，剖开部分的容器壁厚被远远放大了；图2是示出图1或图10所示容器的底壁和支撑脚的仰视图；图3是沿图2中线3-3截取的容器下部的部分截面立视图；图4是类似于图3的另一部分截面立视图，不同之处在于示出图2所示容器的底壁与位于其下的一相邻容器呈堆叠关系；图5是沿图2中线5-5截取的容器下部的部分截面立视图；图6是自图1中线6-6沿径向向内观察的其中一个支撑脚的详细立视图；图7是下部侧壁和具有图1或图10所示容器支撑脚的底壁的局部透视图；图8是类似于图3的局部截面立视图，示出图1或图10所示容器的底壁支撑脚的构件；图9a示出沿图2中线5-5截取的底壁轮廓的比较例，一个轮廓表示未受压的容器，一个轮廓表示内部受压的容器；图9b示出沿图2中线3-3截取的壁轮廓的比较例，一个轮廓表示未受压的容器，一个轮廓表示内部受压的容器；图10是本发明另一实施方案的立视图，其一部分剖开以示出内腔；为了清楚起见，局部剖开部分的容器壁厚被远远放大了；图11是按照本发明还一个实施方案构造的容器下部的局部立视图，其一部分剖开以示出内腔；为了清楚起见，局部剖开部分的容器壁厚被远远放大了；图12是示出图11所示容器的底壁和支撑脚的仰视图；图13是沿图11中线13-13截取的容器下部的局部截面立视图；以及图14是类似于图13的另一局部截面立视图，不同之处在于示出图11所示容器的底壁与位于其下的一相邻容器呈堆叠关系。
详细描述总体参照图1-8，示出按照本发明一个实施方案的金属容器10。这种容器可以用作通常称为“两件式”罐子的其中一个部件。具体参照图1，容器10具有大体呈圆柱形的侧壁12和与该侧壁12整体形成的底壁14。侧壁12具有纵轴线16且基本上从底壁14沿轴向向上延伸以限定容器的内腔17和开口端18，该开口端18适于用盖子(未示出)封闭，当将流体(未示出)引入内腔17中后，该盖子可接合在开口端18上。应该指出，为了清晰起见，在图1剖开部分中所示侧壁12的厚度被远远放大了。尽管侧壁12最普通地构造成关于纵轴线16对称的圆柱体形状，本领域的那些技术人员应当理解其它侧壁构形也落在本发明的范围内，包括凸纹圆柱体、带有直的或螺旋槽的圆柱体、或者具有多个矩形、三角形或棱形刻面的圆柱体。底壁14包括一个向外凸出的、即向下呈圆顶的圆顶部分22和在其上形成的多个支撑脚24。参照图1和图2，支撑脚24沿以纵轴线16为中心的假想圆设置，彼此间隔开并且总体向下凸出到圆顶部分22之外。图1和图2所示实施方案具有六个沿周向彼此间隔开60°的支撑脚24，不过，对于本领域的那些技术人员而言，易于理解位于容器底部14上支撑脚24的不同数目和不同间距也落在本发明的范围之内。
下面参照图2，可以看出，底壁14的向外凸出的圆顶部分包括位于支撑脚24径向内部的中间部分22a和位于周向相邻支撑脚24之间的外部分22b。由底壁14上的支撑脚24间隔开设置所形成的圆顶底部的外部分22b的功能之一如下当容器内部受压时，一个向下的力作用在圆顶底部的中间部分22a上。必须能够抵抗这个向下的力以防止中间部分22a产生所不希望的向下移动。在本发明中，外部分22b作为在中间部分22a和侧壁12之间初始处于受拉伸状态下的结构元件而提供必需的抗力以防止中间部分22a的过度向下移动。因为外部分22b处于受拉伸状态下，因此外部分22b的截面比处于受弯曲状态下的结构元件更薄、更小。因而，采用由外部分22b所示的拉伸元件可以使底壁14由更薄的材料制成。
图3是沿图2的线3-3截取所示的容器10下部的局部截面图，该线3-3穿过圆顶部分22和一对径向相对的支撑脚24。图5示出沿图2的线5-5截取的容器10下部的另一局部截面图，该线5-5穿过位于周向相邻支撑脚24(脚的大致位置以点划线示出)之间的圆顶部分22。下面参照图3，可以看出，每个支撑脚24在其上形成有竖立构件26和堆叠构件28。竖立构件26自纵轴线16径向间隔开并且设置在脚24最下面的部位，使得当容器内部未受压时，竖立构件26单独将容器10以竖立位置支承在一平坦的水平面30(以虚线示出)上。在图3所示实施方案中，竖立构件26相对于堆叠构件28径向向内设置。堆叠构件28设置在与脚24上邻近于竖立构件26的径向外部的位置，并且在截面立视图中示出该堆叠构件28由一轴向堆叠表面34和一侧向堆叠表面36限定。下面参照图4，可以看出，轴向堆叠表面34沿轴向向上设置在距竖立构件26距离D3处，并且侧向堆叠表面36沿径向向外设置在距纵轴线16距离D4处，以便与位于其下的相邻容器40的上接合边缘38相互配合以支承处于堆叠接合的容器10。可以看出，不管是圆顶底部的中间部分22a还是容器的竖立构件26都不与位于其下的相邻容器的内部盖子板39相接触，并且为位于盖子板39上的提升突出部(未示出)留有间隙。
再次参照图3和图5，下面可描述圆顶部分22的一些附加特征。在图3和图5所示的实施方案中，容器10具有底壁14的圆顶部分22，在截面立视图中示出该圆顶部分22由比较恒定的曲率半径R2所限定，该曲率半径R2是位于径向相对支撑脚24之间的中间部分22a的曲率半径，也是位于周向相邻支撑脚24之间的外部分22b的曲率半径。在底部轮廓中采用比较恒定的曲率半径可以在容器内部受压时为容器提供高抗变形能力。
仍参照图3，在一优选实施方案中，侧壁12具有自纵轴线16径向延伸至侧壁12的侧壁半径R1，该侧壁半径R1的值为V1，圆顶部分22具有曲率半径R2，其值为V2，约为侧壁半径R1值V1的1.6至2.2倍。在一更优选的实施方案中，圆顶部分22具有曲率半径R2，其值为V2，约为侧壁半径R1值V1的1.72至1.88倍。
在本发明的还一个实施方案中，在截面立视图中，圆顶部分22由曲率半径R2限定，其值约为2.08英寸至2.86英寸。在还一个更优选的实施方案中，在截面立视图中，圆顶部分22由曲率半径R2限定，其值约为2.24英寸至2.44英寸。
因为容器10的底壁14具有向外凸出的圆顶部分22，其曲率半径R2相对于侧壁半径R1较大，且底壁14的中间部分22a和位于相邻支撑脚24之间延伸的外部分22b的曲率半径皆为R2，所以容器10具有特别是在其内部受压时良好的结构特性。由于底壁14的形状为向外凸出的压力容器形状，所以当容器10内部受压时，这种底部能抵抗所不希望有的显著的变形或增长。对于商用饮料容器，极力追求这种受压力时抵抗变形的能力。容器10的有利结构形状使得该容器能由较薄的金属板材制成，这是在金属容器工业中时常追求的一个目标。
容器10可以由例如铝或钢的较薄金属板制成。在本发明的一个实施方案中，容器10可以为12盎司的饮料容器，其由初始厚度为约0.010英寸至约0.011英寸的一片铝板制成且其主体直径约为2.6英寸。不过，本领域的那些技术人员应当理解，本发明的构思可以应用于由不同金属或金属复合材料以及具有其它不同尺寸的容器中，正如制罐领域的普通技术人员所熟知的，薄板材料通常可以采用冲压和拉伸设备以及可能采用的端部成形设备来成形。制造工艺将制造出在其大部分高度上厚度为0.0030英寸至0.0045英寸的侧壁12的容器，不过侧壁12在其开口端18的区域具有0.0070英寸至0.0075英寸的厚度以便承受在颈缩和密封操作过程中所施加的机械载荷。
下面参照图5，在本发明的一个优选实施方案中，底壁14的最大厚度42小于约0.010英寸。本领域的那些技术人员很容易理解，如果采用常规的冲压和拉伸制造方法，则底壁14的最大厚度42可能出现在圆顶部分22的中间部分22a。然而，待以改进的制造方法可使金属厚度定位在更佳位置，以致最大壁厚42可以处在除图5所示之外的其它位置而并不脱离本发明的范围。
金属饮料容器的一个必要特征在于它必须具有竖立稳定性，即当将其置于一平坦水平面上时它必须处于稳定的竖立位置，并且即使当其受到大范围的内部压力时它也必须保持稳定。下面参照图3，示出本发明容器10的下部以竖立位置搁置于一平坦水平面30(以虚线示出)上。罐子10仅通过位于各支撑脚24最下部的竖立构件26支承在平坦的水平面30上。在按照本发明构造的金属容器10中，当容器的内部压力低于约70磅/英寸2时，垂直于纵轴线16且切于底壁14之圆顶部分22的最下点形成的第一平面44轴向位于第二平面48的上方，该第二平面48垂直于纵轴线16且穿过竖立构件26形成。这种结构使得竖立构件26总是位于罐子底部14的最下面的部位，以便能够在正常的贮存和使用状态下、即内部压力低于70磅/英寸2时为容器10提供竖立稳定性。
下面总体参照6、7和8，描述了容器10之支撑脚24的附加特征。首先参照图7，在一个优选实施方案中，容器10的每个支撑脚24为大体多面体形，其外表面包括一个基本上平面的梯形外表面50、一个基本上平坦的内表面56、一个下表面62以及两个大体呈梯形的侧表面70。图6和图7示出外表面50的梯形形状。下面参照图8，示出穿过支撑脚24的一个局部截面立视图。图8包括纵轴线16、与纵轴线16平行的第一直线16′以及也与纵轴线16平行的第二直线16″。外表面50自底壁14的第一区域52下垂延伸距离D1至位于底壁下方的第二区域54，其相对于纵轴线16(在此由直线16′表示)大体向内成第一角度A1。内表面56自底壁14的第三区域58下垂延伸距离D2至位于底壁下方的第四区域60，其相对于纵轴线16(在此由直线16″表示)大体向外成第二角度A2。第三区域58位于第一区域52的径向内部，第四区域60位于第二区域54的径向内部和轴向下部。仍参照图8，当沿穿过纵轴线16的平面截得的截面立视图观察时，下表面62限定一双曲形的大体呈“S”形的轮廓，它具有上端66和下端68。上端66在第二区域54连续地连接至外表面50，下端68在第四区域60连续地连接至内表面56。下表面62的上部分，即最接近上端66的外部凹入部分形成具有轴向堆叠表面34和侧向堆叠表面36的堆叠构件28。下表面62的下部分，即最接近下端68的向外凸出部分形成竖立构件26。本领域的那些技术人员应当理解，下表面62的轮廓可以包括不同半径的线段，并且只要该表面能提供在将容器堆叠接合在下面的相邻容器上且容器内部压力小于70磅/英寸2时为容器分别单独提供竖立稳定性和堆叠稳定性的竖立构件26和堆叠构件28，就仍落在本发明的范围之内。不过，为了提供令人满意的可移动性，竖立构件26的曲率半径R3(图8清楚示出)不应小于约0.025英寸。在一个优选实施方案中，竖立构件26的曲率半径R3约为0.05英寸至约0.085英寸。
下面参照图7，每个侧表面70都具有由至少四个局部弯曲的边缘74、76、78和80所界定的一个基本上平坦的中间区域72。第一局部弯曲的边缘74连续地连接至位于第一区域52和第三区域58之间的底壁14。第二局部弯曲的边缘76连续地连接至外表面50的侧边缘77。第三局部弯曲的边缘78连续地连接至内表面56的侧边缘79。第四局部弯曲的边缘80连续地连接至下表面62的侧边缘82。前述表面50、56、62和70通过这种方式的连接形成一大体多面体形的支撑脚24，它类似一倒置的四面棱锥，该棱锥具有带外部凹槽的斜截锥顶。尽管堆叠构件28的轮廓可包括一些外部凹入的部分，这些部分的曲率半径与底壁14的其它半径、例如圆顶部分22的曲率半径R2相比是很小的。堆叠构件28上各部分的较小半径导致比较刚性的机械特性，它能在容器受压时更好地抵抗轴向载荷和有效的显著增长。
再次参照图8，在本发明的一个优选实施方案中，外表面50相对于纵轴线16以约0°至约45°的第一角度A1自底壁14下垂延伸，内表面56相对于纵轴线16以约30°至约85°的第二角度A2自底壁14下垂延伸。这些参数可适用于主体直径约为2.6英寸的罐子中。在一个更优选的实施方案中，外壁50相对于纵轴线16以约10°至约21°的第一角度A1自底壁14下垂延伸，内壁56相对于纵轴线16以约60°至约79°的第二角度A2自底壁14下垂延伸。
在本发明的还一个优选实施方案中，由距离D1所表示的外表面50的长度在约0.37英寸至约0.53英寸的范围内，由第二距离D2所表示的内表面56的长度在约0.30英寸至约0.72英寸的范围内。在本发明的一个更优选的实施方案中，第一距离D1在约0.42英寸至约0.48英寸的范围内，第二距离D2在约0.35英寸至约0.48英寸的范围内。
下面参照图6，在本发明一个更优选的实施方案中，梯形外表面50具有与底壁14(未示出)的第一区域52相邻的上边缘84。上边缘84具有的第一长度W1在约0.80英寸至约0.90英寸的范围内。梯形外表面50还具有与底壁14下方的第二区域54相邻的下边缘86。在这个实施方案中，下边缘86的第二长度W2在约0.25英寸至约0.32英寸的范围内。
下面参照图10，本发明的另一个实施方案提供一种用于盛装加压流体或产生压力的流体的容器110。容器110包括一个大体圆柱形的侧壁112、具有多个支撑脚24的底壁14以及盖子120。侧壁112与底壁14整体形成、具有纵轴线16且基本上自底壁14向上延伸以限定容器的内腔117和上端118，该上端118适于用盖子120封闭。注意到，图10中剖开部分所示的侧壁112的厚度为了清晰起见被放大了。在将流体119引入内腔117之后将盖子120接合在容器110的上端118，由此形成封闭内腔117的压力紧密密封。底壁14包括一向外凸出、即向下呈圆顶的圆顶部分22以及多个在其上形成的支撑脚24。容器110的底部在所有重要方面类似于前述图1中容器10的底部，所以图2-8也适用于容器110。因此，如图2所示，容器110的支撑脚24沿周向彼此间隔开并且总体向下凸出到圆顶部分22之外。在每个支撑脚上形成有竖立构件26和堆叠构件28。竖立构件26与纵轴线116沿径向间隔开并且设置在脚24上最下面的部位，以便当容器110内部受压低于约70磅/英寸2时能单独将容器110以竖立位置支承在一平坦水平面上。下面参照图3、4和5，堆叠构件28相邻于竖立构件26设置，并且在截面立视图中。它由轴向堆叠表面34和径向堆叠表面36所限定。图4清楚示出，轴向堆叠表面34相对于竖立构件26轴向设置，径向堆叠表面36相对于纵轴线116径向设置，以便与下面的相邻容器40的上接合边缘38相互配合，从而当容器110的内部压力低于约70磅/英寸2时能单独支承堆叠接合的容器110。
参照图3，为了确保在正常的贮存状态下竖立构件26能单独为容器110提供竖立稳定性，底壁14构造成使得当容器的内部压力低于70磅/英寸2时垂直于纵轴线116且与底壁14之圆顶部分22的最下点46相切形成的第一平面44沿轴向位于第二平面48的上方，该第二平面48垂直于纵轴线116且穿过轴向堆叠表面34形成。
此外，底壁14的结构使得容器能在其内部受压时抵抗轴向载荷和所不希望有的变形。
下面参照图9a和9b，示出容器110下部的一组局部截面立视图，说明两种状态下的容器底部轮廓的差别，一种状态为容器110的内部未受到压力，另一种状态为容器110的内部压力高至约120磅/英寸2。图9a示出沿图2中线5-5截取的、即位于周向相邻支撑脚24之间的底部轮廓比较例。图9b示出沿图2中线3-3截取的、即穿过支撑脚24的底部轮廓的比较例。
因此，在图9a中，第一底部轮廓124是当容器110未受内部压力作用时罐子底部14的轮廓，第二底壁轮廓126(以虚线示出)是当内腔117受到约120磅/英寸2的压力时底壁14的轮廓。同样，在图9b中，第三底部轮廓128是当容器的内部压力为0磅/英寸2时穿过支撑脚24的底壁14的轮廓，第四底部轮廓130(以虚线示出)是当容器110之内腔117受到约120磅/英寸2的压力时穿过支撑脚24的底壁14的轮廓。仍参照图9a和9b，当容器110的内部压力为0磅/英寸2时，底壁14的最下点46(以46′示出)位于相对于盖子边缘上最高点(未示出)的第一轴向位置132。当容器110的内部受到120磅/英寸2的压力时，最低点(现以46″示出)占据相对于盖子边缘上最高点的第二轴向位置134。在一个优选实施方案中，第一轴向位置132和第二轴向位置134之间的轴向距离G1约为0.050英寸至0.070英寸。
下面仅参照图9b，当容器110内部受到的压力为0磅/英寸2时，支撑脚24上的竖立构件26位于相对于盖子边缘上最高点的第三轴向位置136。当容器110的内部受到的压力约为120磅/英寸2时，竖立构件26位于相对于盖子边缘上所述最高点的第四轴向位置138。在本发明的另一个优选实施方案中，第三位置136和第四轴向位置138之间的轴向距离G2为约0.01英寸至约0.02英寸。
再次参照图10，在本发明的还一个实施方案中，容器110具有自第一平面140至第二平面48沿轴向测量的总体高度H，该第一平面140垂直于纵轴线116且穿过边缘122的最上点形成，该第二平面48垂直于纵轴线116且穿过竖立构件26形成。在本发明的一个优选实施方案中，当容器110内部压力为0磅/英寸2时其总体高度H的第一个值与当容器110之内腔117受到100磅/英寸2的压力时其总体高度H的第二个值之间的差在约0.01英寸至约0.04英寸的范围内。
总体参照图11-14，示出按照本发明另一实施方案的金属容器150的下部。下面参照图11，容器150具有与前述实施方案的容器10和110相同的总体设计，它包括一个大体呈圆柱形的侧壁152、一个与该侧壁整体形成的底壁154。侧壁152具有纵轴线156且自底壁154向上延伸以限定一内腔157和一开口端(未示出)，该开口端可如前述实施方案中那样用盖子密封。还应指出，如图1和图10所示那样，图11剖开部分所示侧壁152的厚度为了清晰起见被放大了。底壁154包括一向外凸出的圆顶部分162以及在其上形成的多个支撑脚164。
各支撑脚164沿周向间隔开并且总体向下凸出到圆顶部分162之外。如前述实施方案中所述，支撑脚164在其上形成有竖立构件166和堆叠构件168，它们能够在容器内部受到低于约70磅/英寸2的压力时分别单独提供竖立稳定性和堆叠稳定性。不过，这个实施方案与前述实施方案的不同之处在于竖立构件166设置在堆叠构件168的径向外部。
如图13和14清楚示出，竖立构件166设置在脚164上最下面的部位，堆叠构件168设置在相邻于竖立构件166的径向向内的部位。在截面立视图中，堆叠构件168由轴向堆叠表面176和侧向堆叠表面178限定。下面参照图14，可以看出轴向堆叠表面176设置在竖立构件166轴向向上距离D5处，侧向堆叠表面178设置在纵轴线156径向向外距离D6处以便与下面的相邻容器182的上接合边缘180相互配合，从而支承堆叠接合的容器150。容器150的其它细节类似于前述实施方案中的那些细节，不同之处在于竖立构件166和堆叠构件168的位置互换所需的变化，这些必需的变化可在审查图11-14的基础上来理解。
尽管已描述和示出了本发明的优选实施方案，应当理解，本发明并不限于此，而是可以在下述权利要求的范围内以其它各种方式实现。
权利要求
1.一种金属容器，它包括由单独一片金属薄板制成的一个大体呈圆柱形的侧壁和与该侧壁成整体形成的底壁；所述侧壁具有纵轴线并且基本上从所述底壁沿轴向向上延伸以限定容器的内腔和开口端，该开口端适于用一接合到该开口端上的盖子封闭；所述底壁包括一向外凸出的圆顶部分和在其上形成的多个独立支撑脚，所述脚彼此沿周向间隔开并且在内腔中没有内部压力的情况下总体向下凸出到所述圆顶部分之外；每个所述脚在其上形成有竖立构件和堆叠构件；所述竖立构件与所述纵轴线径向间隔开并且设置在所述脚上最下面的部位，在内腔中没有内部压力的情况下单独将容器以竖立状态支承在一平坦水平面上；所述堆叠构件邻近于所述竖立构件设置，并且在截面立视图中，它限定了轴向堆叠表面和侧向堆叠表面；以及所述轴向堆叠表面相对于所述竖立构件沿轴向设置，所述侧向堆叠表面相对于所述纵轴线沿径向设置，以便与下面的相邻容器的上接合边缘相互配合，从而在内腔中没有内部压力的情况下所述堆叠构件单独支承所述容器堆叠接合。
2.权利要求1的金属容器，其特征在于，所述侧壁具有侧壁半径R1，其值为V1；在通过位于所述各脚之间的圆顶部分区域的截面立视图中，所述圆顶部分是由曲率半径R2所限定的，该曲率半径R2的值V2约为侧壁半径R1之值V1的1.6至2.2倍。
3.权利要求2的金属容器，其特征在于，在通过位于所述各脚之间的圆顶部分区域的截面立视图中，所述圆顶部分是由曲率半径R2所限定的，该曲率半径R2的值V2约为侧壁半径R1之值V1的1.72至1.88倍。
4.权利要求1的金属容器，其特征在于，在通过位于所述各脚之间的圆顶部分区域的截面立视图中，所述圆顶部分是由曲率半径R2所限定的，该曲率半径R2的值V2为约2.08英寸至约2.86英寸。
5.权利要求4的金属容器，其特征在于，在通过位于所述各脚之间的圆顶部分区域的截面立视图中，所述圆顶部分是由曲率半径R2所限定的，该曲率半径R2的值V2为约2.24英寸至约2.44英寸。
6.权利要求1的金属容器，其特征在于，在截面立视图中，所述竖立构件是由其值不小于约0.025英寸的曲率半径R3限定的。
7.权利要求6的金属容器，其特征在于，所述竖立构件是由其值为约0.05英寸至约0.085英寸的曲率半径R3限定的。
8.权利要求1的金属容器，其特征在于，所述底壁的最大厚度小于约0.010英寸。
9.权利要求1的金属容器，其特征在于，所述竖立构件相对于所述堆叠构件设置在径向内部。
10.权利要求9的金属容器，其特征在于，每个所述支撑脚为大体多面体形，其外表面包括一基本上平坦的梯形外表面，它自所述底壁的第一区域相对于所述纵轴线大体向内以第一角度A1下垂延伸第一距离D1至位于所述底壁下方的第二区域；一基本上平坦的内表面，它自所述底壁的第三区域相对于所述纵轴线大体向外以第二角度A2下垂延伸第二距离D2至位于所述底壁下方的第四区域，所述第三区域设置在所述第一区域的径向内部，所述第四区域设置在所述第二区域的径向内部和轴向下部；一下表面，在沿穿过纵轴线的平面截得的截面立视图中，该下表面限定了一个具有上端和下端的大体呈“S”形的轮廓，所述上端在所述第二区域连续地连接至所述外表面，所述下端在所述第四区域连续地连接至所述内表面，以便形成所述竖立构件和所述堆叠构件；以及两个大体呈梯形的侧表面，每个所述侧表面具有由至少四个局部弯曲的边缘所界定的一个基本上平坦的中间区域，并且具有在所述第一区域和所述第三区域之间连续地连接至所述底壁的第一个所述局部弯曲边缘、连续地连接至所述外表面一个边缘的第二个所述局部弯曲边缘、连续地连接至所述内表面一个边缘的第三个所述局部弯曲边缘、以及连续地连接至所述下表面一个边缘的第四个所述局部弯曲边缘。
11.权利要求10的金属容器，其特征在于，所述第一角度A1为相对于所述纵轴线成约0°至约45°，所述第二角度A2相对于所述纵轴线成约30°至约85°。
12.权利要求11的金属容器，其特征在于，所述第一角度A1为相对于所述纵轴线成约10°至约21°，所述第二角度A2相对于所述纵轴线成约60°至约79°。
13.权利要求10的金属容器，其特征在于，所述第一距离D1为约0.37英寸至约0.53英寸，所述第二距离D2为约0.30英寸至约0.72英寸。
14.权利要求13的金属容器，其特征在于，所述第一距离D1为约0.42英寸至约0.48英寸，所述第二距离D2为约0.35英寸至约0.48英寸。
15.权利要求14的金属容器，其特征在于，所述梯形外表面具有相邻于所述底壁之所述第一区域的上边缘，该上边缘的第一长度W1为约0.80英寸至约0.90英寸，所述梯形外表面还具有相邻于所述底壁下方之所述第二区域的下边缘，该下边缘的第二长度W2为约0.25英寸至约0.32英寸。
16.权利要求1的金属容器，其特征在于，所述竖立构件设置在所述堆叠构件的径向外部。
17.一种用于盛装加压流体或产生压力之流体的金属容器，它包括一大体呈圆柱形的侧壁，一具有多个支撑脚的底壁以及一个盖子；所述侧壁与所述底壁整体形成、具有一纵轴线并且从该底壁基本上向上延伸以限定容器的内腔和一开口端，所述开口端适于用上述盖子封闭；在将流体引入所述内腔中之后将所述盖子接合在容器的所述开口端上，由此形成具有封闭内腔的压力紧密密封的边缘；所述底壁包括一向外凸出的圆顶部分和在其上形成的多个支撑脚，所述脚彼此沿周向间隔开并且当容器的内部压力低于70磅/英寸2时总体向下凸出到所述圆顶部分之外；每个所述脚在其上形成有竖立构件和堆叠构件；所述竖立构件与所述纵轴线径向间隔开并且设置在所述脚上的最下面部位，以便当所述容器的内部压力低于约70磅/英寸2时单独支承容器以竖立状态位于一平坦水平面上；所述堆叠构件相邻于所述竖立构件设置，并且在截面立视图中，它限定了轴向堆叠表面和侧向堆叠表面；以及所述轴向堆叠表面相对于所述竖立构件沿轴向定位，所述侧向堆叠表面相对于所述纵轴线沿径向定位，以便与下面的相邻容器的上接合边缘相互配合，从而当所述容器的内部压力低于约70磅/英寸2时，所述堆叠构件单独支承所述容器堆叠接合。
18.权利要求17的金属容器，其特征在于，当所述容器的内部压力低于约70磅/英寸2时，垂直于所述纵轴线且与所述底壁之圆顶部分最下点相切形成的第一平面沿轴向位于第二平面的上方，该第二平面垂直于所述纵轴线且穿过所述轴向堆叠表面形成。
19.权利要求17的金属容器，其特征在于，当所述容器的内部压力为0磅/英寸2时，所述圆顶部分的最下点位于相对于所述盖子边缘上最高点的第一轴向位置，当所述容器的内部压力为100磅/英寸2时，所述圆顶部分的最下点位于相对于所述盖子边缘上最高点的第二轴向位置；并且位于所述第一轴向位置和第二轴向位置之间的轴向距离G1为约0.05英寸至约0.07英寸。
20.权利要求17的金属容器，其特征在于，当所述容器的内部压力为0磅/英寸2时，所述支撑脚上的竖立构件位于相对于所述盖子边缘上最高点的第三轴向位置，当所述容器的内部压力为100磅/英寸2时，所述支撑脚上的竖立构件位于相对于所述盖子边缘上最高点的第四轴向位置；并且位于所述第三轴向位置和第四轴向位置之间的轴向距离G2为约0.01英寸至约0.02英寸。
21.权利要求17的容器，其特征在于，所述容器具有自第一平面至第二平面沿轴向测量的总体高度H，该第一平面垂直于所述纵轴线并且穿过所述边缘的最上部分形成，该第二平面垂直于所述纵轴线并且穿过所述第一支承构件形成；并且当所述内腔内部压力为0磅/英寸2时的所述容器总体高度H的第一值与当所述内腔内部压力为70磅/英寸2时的所述容器总体高度H的第二值之差为约0英寸至约0.04英寸。
全文摘要
一种用于盛装流体的金属容器(10),它具有底壁(14),该底壁具有一个向外凸出的圆顶部分(22)和在其上形成的多个支撑脚(24)。各支撑脚(24)彼此沿周向间隔开且总体向下凸出到圆顶部分(22)之外。各支撑脚(24)在其上形成有竖立构件(26)和堆叠构件(28)。竖立构件(26)与容器的纵轴线(16)径向间隔开并且设置在脚上的最下面部位,以便单独将容器以竖立状态支承于一平坦水平面上。堆叠构件(28)相邻于竖立构件(26)设置,并且在截面立视图中,它限定了轴向堆叠表面(34)和径向堆叠表面(36)。
文档编号B65D1/22GK1229392SQ97195756
公开日1999年9月22日 申请日期1997年4月18日 优先权日1996年5月1日
发明者D·J·维曼, D·H·亨克尔曼 申请人:安休舍-布希公司