專利名稱：具有強化側壁的罐底以及制造該罐底的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種罐，例如一種用于包裝充氣飲料的金屬罐。更具體地說，本發明涉及一種罐底強度增加的罐，以及制造這種罐的裝置和方法。
通過順序地將頭道和二道卷邊輥輪施加到卷曲邊12，以便將該卷曲邊和凸緣11壓向壓頭上壁4來完成卷邊，從而產生一個標準的二重卷邊22，如圖2所示。
不幸的是，盡管在卷合的過程中壓住了壓頭2，但當卷邊輥輪的壓力釋放時，罐底的側壁14有彈回即徑向向外彈的趨勢。因而，雖然常規卷邊壓頭2的上下壁4和6形成了兩個直的、截頭圓錐形的區段，但卷合后的罐底10′的側壁14′是弧形的，具有相對大的曲率半徑R1，如圖2所示。卷合后側壁14′的彎曲性削弱了卷邊后罐底10′的強度。
最近開發出一種非標準的罐底，卷合后的側壁是由在沿周向延伸的折邊處相交的兩個直的區段形成的。這樣一種罐底在公開的PCT申請WO 96/37414中示出。這種結構是通過最初以一個據稱優選在40°-45°范圍內的大角度來形成罐底側壁而實現的。根據這一公開的PCT申請中描述的方法，卷邊壓頭具有一個以類似的大角度設置的下壁，和一個在+4°至-4°范圍內的上壁。雖然這種方法產生了一個強化的罐底，但不幸的是，在該方法中要求的大罐底側壁角并不適用于如上所述側壁角僅僅為14°的標準罐底。
因此，最好能提供一種將常規罐底與罐身卷合的方法和裝置，從而形成的卷邊的罐底具有強度增加的側壁。
本發明還包含一個用于將罐底和罐身進行卷合的壓頭，它包括(ⅰ)一個形成上壁的上部，該上壁與該中心軸線相交成約0°至-2°的角度，(ⅱ)一個形成下壁的下部，該下壁基本上是截頭圓錐形的，并與該上壁相交成一個約162°至168°范圍內的角度。
本發明還包含一個卷邊的罐，它包括(ⅰ)一個確定了一中心軸線的罐身，(ⅱ)一個與該罐身卷合的罐底，該罐底具有一個由基本上直的上下區段形成的側壁，該下區段與該中心軸線相交成約12°-15°范圍內的角度，該基本上直的上下區段相交成一個鈍角，從而形成一個將該基本上直的上下區段分開的圓折邊。
優選實施例的說明圖3和4中示出了根據本發明將一個常規罐底10卷合到一個常規罐身20上的新方法。如上所述，該罐底10一般是由金屬例如鋁制造的，并且是采用眾所周知的技術模壓形成的。該罐身20也是由一種金屬例如鋁制造的，并且也是采用眾所周知的技術在壓延-變薄拉深工藝中形成的。通常，該罐底10的截頭圓錐形側壁14在壓邊筋16和卷合板13之間延伸，與一條平行于罐身20的中心縱軸的線7成一個角度A，該角度A范圍在約12°-15°之間，優選約14°。
在卷合之前，罐身20的凸緣11位于鄰接罐底側壁14形成的卷合板13的下方。接著將一個本發明構造的并將在下面討論的卷邊壓頭42嵌入罐底10且鄰接該側壁14的地方，從而該壓頭的末端進入壓邊筋16。該卷邊壓頭42具有一個上壁44和一個下壁46，它們在一個沿圓周延伸的邊緣45處相交。
在本發明中，壓頭42的下壁46設置成與平行于罐身中心軸線的線7相交成一個角度B’，罐身的中心軸線與壓頭的中心軸線重合，而角度B’與罐底側壁14的角度A非常接近。具體地來說，該角度B’應當不小于，并且最優選稍大于角度A。因而，當罐底側壁14的角度A設置成為優選角度約14°時，壓頭下壁46的角度B’應在約14°-15°范圍內。一般來說，本發明中的壓頭下壁46的角度B’應在約A到A+1°范圍內(如上所述，由于標準罐底的側壁角度在約12°-15°范圍內，所以本發明中的壓頭42的下壁角度就在約12°-16°范圍內)。正因為在本發明中罐底和壓頭的側壁角度之間具有這種關系，因此如圖3所示，當壓頭42嵌入罐底10時，壓頭側壁的邊緣45和罐底側壁14之間的間隙很小或沒有間隙。實際上，優選當壓頭42完全嵌入壓邊筋16時，在壓頭側壁的邊緣45和罐底側壁14之間會稍微留點間隙。
在本發明中，壓頭42的上壁44是圓柱形或稍微有點負向傾斜的，設置成與中心軸線的平行線7相交成一個角度C’，處于約0°至-2°范圍內，并優選為約-1°。因而，本發明中制造的壓頭42的上、下壁44和46相交成一個鈍角D’，根據待卷合的罐底側壁14的角度A，這個鈍角D’在約162°(即180°-2°-16°)到168°(即180°-0°-12°)范圍內。如果罐底側壁14是以約14°的優選角度形成的，那么優選上、下壁44和46相交成一個約165°(即180°-1°-14°)的鈍角。明顯地，如上所述，這個角度D’小于傳統上與常規罐底10的卷邊壓頭2有關的近似173°的角度D。如圖6所示，形成在邊緣45上的優選半徑R′在約0.001-0.020英寸范圍內，并優選約0.010英寸。而且，如圖3所示，壓頭42的上壁44的長度L′大致為0.1英寸。
通常，卷合是這樣來實現的，即連續地將一系列轉動的卷邊輥輪60施加到卷曲邊12，其中一個卷邊輥輪在圖4中示出，這樣輥輪60的表面63便將該卷曲邊和凸緣11壓向壓頭42的上壁44，從而形成二重卷邊62。
通過采用本發明中的卷邊壓頭42，便形成了一個例如圖5所示的卷邊罐底10″。與例如在圖2中所示的常規卷邊罐底10的弧形側壁14′相比，本發明中卷合的罐底10″的側壁14″是分段的。如圖5所示，罐底側壁包括一個基本上直的上區段66和一個基本上直的、截頭圓錐形的下區段68。上、下區段66和68在一個沿圓周延伸的折邊或彎折69處相交。基本上直的上區段66從卷邊62延伸到折邊69，而基本上直的、截頭圓錐形的下區段68從該折邊向壓邊筋16延伸。
在本發明中卷合之后，罐底下壁68與一條平行于中心軸線的線7相交的角度A基本上保持不變，如上所述，處在約12°-15°的范圍內并優選為約14°。盡管在卷合中罐底上側壁66緊緊壓著壓頭上壁44，但卷合之后它會略微地彈回，也就是徑向地向外彈。因此，罐底上側壁66與平行于中心軸線的線7相交的角度E一般在約0°-2°的范圍內。因而，在本發明的卷邊的罐底中，如果罐底最初的側壁角度A在約12°-15°范圍內，那么上、下側壁66和68相交的鈍角F一般在約(180°-0°-A)至(180°+2°-A)的范圍內，或在約165°(即180°+0°-15°)至約170°(即180°+2°-12°)范圍內。如果罐底最初的側壁角度A為約14°時，那么最終卷邊的罐底的側壁區段所成的鈍角將會在約166°(即180°-0°-14°)至約168°(即180°+2°-14°)范圍內。
明顯地，在本發明中，卷合會引起罐底側壁14永久地彎折，從而形成一個分段的側壁，它由兩個基本上直的區段構成，而不是圖2中所示的采用慣常卷合方法形成的一體的弧形側壁。這種分段的側壁結構是通過部分地將壓頭和罐底的側壁按角度緊密配合而建立的，從而該壓頭側壁邊緣45和卷合之前的罐底側壁14之間的徑向間隙會很小或沒有。如果沒有徑向間隙的話，則卷邊輥輪60的向內徑向運動更容易使罐底側壁發生永久變形。
也正因為壓頭42的鈍角D′足夠小，從而使側壁在卷合時永久地彎折，所以分段側壁的結構容易形成。令人驚訝的是，永久彎折的實現并不受限于具有高達45°的大側壁角的非標準的罐底，而這在現有技術中卻認為是必要的。相反，在本發明中，在將一個側壁角在12°-15°范圍內的常規罐底卷合時，通過將壓頭側壁相交的鈍角D′減小至不大于約168°可以可靠地形成彎折。壓頭側壁之間的鈍角D′減小是利用壓頭下壁46的角度B′而實現的，如上所述，其非常接近或稍微大于罐底側壁14的角度A。這與現有技術中的認識相反，如上所述，現有技術指出壓頭下壁的角度應比罐底側壁的角度小幾度。
通過將壓頭42的上壁44成形為不同于常規卷邊壓頭中的正向傾斜，而是如上所述形成圓柱形的或稍微有點負向傾斜，這也有助于減小壓頭壁相交的鈍角D′。壓頭上壁為圓柱形或負向傾斜在現有技術中是不被接受的，因為一直以來都認為這樣做會難于從壓頭除去罐底。令人驚訝的是，發明者得出了這樣的結論，即通過本發明的壓頭42，罐底側壁66會在卷合之后充分地彈回，從而罐底10″容易從壓頭除去，即便壓頭上壁的角度為-2°的負錐角時也不受影響。
如圖2所示，與在慣常卷邊方法中形成的弧形罐底側壁14′相比，本發明的罐底10″具有的側壁是分段的，并至少包括兩個基本上是直的、截頭圓錐形的部分66和68，這樣它的強度就增加了，尤其是環向強度。
本發明還體現在其它具體的形式中，而不脫離其精神或本質屬性。因此，本發明要求保護的范圍應參照隨附的權利要求書而不是前面的說明書。
權利要求
1．一種將罐底與罐身進行卷合的方法，所述罐身限定了一條中心軸線，該方法包括的步驟有a)形成一個具有側壁和周緣卷合板的罐底，所述側壁是通過將一單個的基本上直的區段設置成與所述中心軸線相交成約12°-15°而形成的；b)將一個壓頭嵌入所述罐底鄰近所述側壁的地方，所述壓頭具有形成壓頭上下壁的上下部分，所述壓頭下壁基本上是截頭圓錐形的并與所述中心軸線相交成一角度B，該角度B不小于所述罐底側壁的所述基本上直的區段所設的那個角度A，所述壓頭上壁與所述中心軸線所成的角度在約0°至-2°的范圍內；以及c)將所述罐底的所述卷合板與罐身進行卷合，從而將所述罐底側壁改造為基本上直的上下區段，所述基本直的上下區段相交成一個鈍角F。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述罐底側壁基本上直的區段相交的所述鈍角F在約165°至170°的范圍內。
3．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述卷合步驟包括改造所述罐底側壁，從而形成一個將所述基本上直的上下區段分開的、沿圓周延伸的折邊。
4．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓頭上下壁相交于一個半徑為約0.001-0.020英寸的邊緣處。
5．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述罐底還包括一個圓壓邊筋，所述罐底的所述側壁在所述圓壓邊筋和所述周緣卷合板之間延伸。
6．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓頭上下壁在一個邊緣處相交，其中將所述壓頭嵌入所述罐底鄰近所述罐底側壁處的步驟包括嵌入所述壓頭，從而在所述壓頭壁邊緣和所述罐底側壁之間基本上沒有間隙。
7．如權利要求6所述的方法，其特征在于，將所述壓頭嵌入所述罐底鄰近所述罐底側壁處的步驟包括嵌入所述壓頭，從而在所述壓頭壁邊緣和所述罐底側壁之間有一間隙。
8．一種用在將罐底和一罐身進行卷合的壓頭，所述壓頭確定有一根中心軸線，所述罐底具有的一個側壁與所述中心軸線相交成約12°-15°的角度A，其特征在于，所述壓頭包括a)一個形成上壁的上部，所述上壁與所述中心軸線相交成約0°至-2°的角度；和b)一個形成下壁的下部，所述下壁基本上是截頭圓錐形的，并與所述上壁相交成一個約162°至168°的角度D′，而與所述中心軸線相交成一個不大于約16°的角度B′。
9．如權利要求8所述的壓頭，其特征在于，所述壓頭上下壁在一個邊緣處相交，所述邊緣形成一個約0.001至0.020英寸的半徑。
10．一種用在將罐底和罐身進行卷合的壓頭，所述壓頭確定有一根中心軸線，所述罐底具有的一個側壁與所述中心軸線相交成一個角度A，其特征在于，所述壓頭包括a)一個形成上壁的上部，所述上壁與所述中心軸線相交的角度C不是正角；和b)一個形成下壁的下部，所述下壁基本上是截頭圓錐形的，并與所述中心軸線相交成一個角度B，該角度B不小于所述罐底側壁的所述角度A，并且不大于約16°。
11．如權利要求10所述的壓頭，其特征在于，所述上壁的所述角度C處約0°至-2°的范圍內。
12．一種罐，其特征在于，它包括a)確定有一根中心軸線的罐身；和b)罐底，所述罐底具有一個周向邊緣，形成與所述罐身相關的卷邊，以便將罐底與罐身連接在一起，所述罐底具有一個由基本上直的上下區段形成的側壁，所述基本上直的下區段是截頭圓錐形的，并與所述中心軸線相交成約12°-15°的角度A，所述基本上直的上下區段相交成一個鈍角F，從而形成一個將所述基本上直的上下區段分開的、沿圓周延伸的折邊。
13．如權利要求12所述的罐，其特征在于，所述鈍角F處在約165°-170°的范圍內。
14．如權利要求12所述的罐，其特征在于，所述罐底還包括一個沿圓周延伸的壓邊筋，所述罐底的所述側壁在所述卷邊和所述壓邊筋之間延伸，所述側壁的基本上直的上區段在所述卷邊和所述折邊之間延伸，所述側壁的基本上直的下區段在所述折邊和所述壓邊筋之間延伸。
全文摘要
一種將罐底與罐身進行卷合的方法和裝置,以及由此制造的罐。該罐底具有一個形成的角度在約12°—15°范圍內的側壁。一個卷邊壓頭(41)嵌入該罐底鄰近其側壁的地方。該卷邊壓頭(41)具有上下壁。該上壁基本上是圓柱形的或稍有點負向傾斜。該下壁所設的角度非常接近該罐底側壁的角度,從而上下壓頭側壁相交成一個約162°—168°的鈍角。一個采用這樣的壓頭進行卷邊的罐具有一個分段的、彎折的側壁,該側壁包括基本上直的上下區段,該上下區段相交于一個沿圓周延伸的折邊并形成一個鈍角。
文檔編號B21D51/38GK1314831SQ99810142
公開日2001年9月26日 申請日期1999年8月19日 優先權日1998年8月26日
發明者布賴恩·菲爾茲, 勞埃德·威爾遜 申請人:皇冠旋塞及密封技術公司