改进的金属罐及其制造方法 本发明根据§119(e)要求优先权，其是1996年8月2日提交的申请60/023039的分案申请。
本发明涉及金属罐，例如广泛地用于包装软饮料和其它饮料的那些罐。尤其是，本发明涉及一改进的金属罐，特别是一种新风格的，成形的罐，在给定的容器重量下与传统的金属容器相比时，其提供加强的强度特性。
金属饮料罐的价格在现今的市场上竞争非常激烈，这需要使罐以尽可能最少量的金属来制造，同时仍能提供所需的结构(完整性)特性，以防止容器的侧壁坍塌或皱褶。考虑到世界上每年都有大量的罐，因此即使少量地降低提供罐足够强度所需材料的量，也会给工业节省大量地开销。因此，正在投入很大的努力来开发具有改进的强度一重量特性的金属罐。
已提出制造两片罐体，它们带有圆周方向的、纵向的或螺旋状的加强凸肋，以给罐体壁提供附加的纵向或抗碎强度。特别是，德国公布的专利申请DE2308420(1974)公开了一种罐体的形成方法，该罐体带有螺旋状或者纵向凸肋，这种凸肋是通过一标准的拉深和平整技术获得，其中冲头被构造成产生加强凸肋的附加厚度。一类似的发明是公布的PCT申请WO83/01916、美国专利US3610018的主题，其中该专利授予了Swabson等，所述专利公开了在一钢制罐体内制造圆周方向的加强凸肋的方法，以增大钢罐的抗弯阻力。
近来，在制罐工业中对于制造所谓的“成形的”罐的可能性非常关注，其中该成形的罐是由标准的“笔直”或圆柱形状转变而构成。例如一成形的罐对于使用者可能是有吸引力的，因为其能给饮料制造商建议与众不同的玻璃或塑料瓶的设计，或者其它美观的或商贸装潢方面的特征。一成形的罐通常是由一圆柱形的金属半成品制造，其形状与尺寸非常类似于一标准的笔直或圆柱形罐体。通过许多不同的已知方法中的一种将金属半成品压制成所需的形状，其中多数采用机械或气体压力，或者它们的某些组合。对于制造成形罐的变形技术的完全了解这一点对于本发明的理解并不关键，其中这种变形技术仍在发展之中。
遗憾的是，成形过程趋向于在罐的半成品的某些局部区域产生大量的应力。此外，特别是相对于圆柱形的任何偏离，可降低罐的轴向强度。再者，当由碳酸物施加内压时，成形的罐比笔直的罐更趋向于容易向外弯曲或者产生其它变形。变形的程度、位置和类型取决于成形罐的具体构造。例如，发明人所熟悉的一种成形罐设计具有这样的一部位：其包括宽阔的向内延伸的大体上呈纵向的压入部分或凹槽，它们在压力下趋于向外推。传统的思想是通过增大罐的壁厚能够并且必须矫正此缺陷。然而，如此一来，将增大使用者投入的包装费用，使得这种罐的设计对于最终的使用者没有吸引力，其中所述的最终使用者通常是软饮料制造商或瓶子的制造者。
工业上有这样的需求：提供改进的金属罐体和其制造方法，这种罐体及制造方法能给罐体、并且尤其是成形的罐体提供附加的强度和抗变形阻力，而不会增大罐体的实质重量。
因此，本发明的一目的是提供一种改进的金属罐体及其制造方法，其能给罐体提供附加的强度和抗变形阻力，而不会增大罐体的实质重量。
为达到本发明的上述和其它目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制造一金属罐的方法，包括步骤：(a)形成一侧壁部分(12)，其具有整体地形成于其内的许多沿圆周方向延伸的凸肋，所述的凸肋给侧壁部分提供附加的环箍强度，和许多大体上纵向延伸的凸肋，由此在侧壁部分形成一加强单元的栅格；以及(b)给所述的侧壁部分装配至少一个罐端部件，以形成一金属罐。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造一非圆柱形金属罐体的方法，该方法提供一种新风格的、不规则的形状，所述的方法包括步骤：(a)形成一大体上圆筒型的侧壁部分，其具有形成整体的至少一个沿圆周方向延伸的凸肋，所述的凸肋给侧壁部分提供附加的强度；和(b)将该圆筒形侧壁部分成形为一非圆柱形的、新风格的形状，并且其中所述的凸肋设置在所述成形的侧壁部分之预料需要增大强度的部分，从而无需增大侧壁的整个壁厚就可加强所述成形的侧壁部分，防止其变形。
根据本发明的再一方面，提供了一种金属罐，其包括一侧壁部分，所述侧壁部分具有位于侧壁内的许多沿圆周延伸的凸肋和许多大体上纵向延伸的凸肋，所述的纵向和圆周凸肋在侧壁部分形成一加强单元的栅格，其将增大侧壁部分的强度；和被封接到所述侧壁部分上的至少一个罐端部件，从而当与具有类似重量的但不具有这种沿圆周方向延伸的凸肋的罐相比时，(本发明)所述的罐具有优越的强度特性。
在本发明的又一方面中，提供了一种金属罐体，包括：一侧壁部分，其具有形成整体地位于其内的至少一个沿圆周方向延伸的凸肋，所述的凸肋给该侧壁部分提供附加的环箍强度，并且其中所述的侧壁部分被构成为一非圆柱形的、新风格的形状，而且其中所述的凸肋设置于所述成形的侧壁部分之预料需要增大强度的部分上，以在压力下抵制变形。
还已发现生产具有从罐的内表面向内延伸的纵向凸肋的罐可提供附加的强度，因而允许进一步降低侧壁的金属量。
最后本发明的另一方面包括一金属罐，该金属罐包括一侧壁部分，其具有成形侧壁内的至少一个沿圆周方向延伸的凸肋，所述的凸肋给侧壁部分提供附加的环箍强度，并且其中所述侧壁部分被构造成一非圆筒形的、新风格的形状，而且其中所述凸肋位于成形侧壁部分的预料需要增大强度的部分处，以抵制压力下的变形；和被封接到所述侧壁部分上的至少一个罐端部件，从而形成一金属罐，在碳酸物的压力下，与没有这种加强凸肋的罐相比，其不易变形。
本发明特有的这些和各种其它优点及新颖的特征在所附的权利要求书中具体地指出，并且构成本发明的一部分。然而，为了更好地理解本发明、其优点及由其应用达到的目的，应当参照构成本发明另一部分的附图、并且参照所描述的内容，其中表示和描述了本发明的一优选实施例。
图1和1A为根据本发明第一实施例的制造一罐体的一侧壁或一成形的罐半成品的方法的示意图；
图2为沿一加强罐剖开的剖视图，其中该加强罐是按照图1所示方法制造的；
图3为一侧视图，表示用于根据本发明第二实施例的方法的拉深和平整冲头；
图4表示按照采用图3所示的拉深和平整冲头的方法制造的一罐体或半成品；和
图5表示按照本发明一优选实施例制造的一成形的金属罐体。
现参照附图，其中同样的参考标记表示全部图中相应的结构，并且首先参照图1和1A，所示出的用于一成形罐的一罐体或半成品10具有一侧壁12，该侧壁12周围绕有一标准组件14，用于拉深和平整一罐体，其细节在本技术领域是周知的。组件14包括一冲头体16和一个或多个环18，这在工业上也是公知的。虽然并非必须如此，但罐体或半成品10最好由铝制造。
按照图1、1A和2所示的本发明的一优选实施例，罐体半成品制造有至少一个加强的区域20，在所示的实施例中，该加强的区域是在罐体或半成品的侧壁12上沿圆周方向延伸的一对凸肋。可由图1看出，冲头体16的外表面24包括一对沿圆周方向延伸的槽22，其允许在拉深和平整过程中形成相应的成形凸肋26。凸肋26给罐体/半成品12的侧壁提供了附加的强度，这改善了垂直抗压强度、横向抗压强度和抵抗因内部压力造成的膨胀的强度。
参见图2，可通过一传统的双缝卷边型连接方式在罐体上固定一罐端部件30，由罐体/半成品12的侧壁制造一加强的罐28，其中罐端部件30具有一端板32。将罐端部件30连接到罐体上的方法在工业上是公知的。
现参照图3和4，示于图1的冲头和拉深平整组件14可具体替换为如图3所示的一冲头36，其除了具有沿圆周方向的槽22(在图3的实施例中为3个)外，还具有许多纵向槽38。采用冲头36制造的一罐体/半成品40示于图4。由图4可看出，罐体/半成品40包括一相应数目的沿圆周方向的加强凸肋26、和纵向加强凸肋42。纵向凸肋42将加强容器的垂直抗压阻力，这在其它设计理由中对于防止在双缝卷边操作时因施加轴向压缩应力而造成的变形是必须的。凸肋42、26相互作用并构成许多加强单元44，其组合的效果实质上可将罐体/半成品40的刚度加强到这样的一程度：罐体/半成品40的强度-重量比超过了类似成形的和类似重量的圆筒性罐体构造所可能的值。具有加强单元44的侧壁的这种结构，除了增大强度-重量比外，还增大罐壁体的抗刺穿阻力，从而允许进一步的轻量化；否则是不可能的，因为担心易于刺穿。
所示的一成形的金属罐体46将被认为是主要的软饮料制造商所专有的设计。这种特别的成形罐设计包括许多向内延伸的纵向分布的槽62，其没有加强部分，在压力下易于向外弯曲，从而使得这种设计基本上不可用，除非罐体的壁厚增大到这样的一程度：该程度将使得罐体对于潜在的使用者在经济上无吸引力。但是，通过采用本发明，该区域被足够地加强而基本上没有增大罐体的重量。这是通过在成形侧壁的一些部位上颇为策略地设置加强的区域48、50和52达到的，其中这些部位是预料需要加强的环箍强度的部位，以便不致于在压力下变形。事实上，加强区域48、50和52是对应于根据图1所示或者图4所示的本发明实施例形成的圆周凸肋26的区域。在罐体扩展延伸为成形的金属罐体46后，槽22分别转变为凸肋54、56和58。具体由42所示的纵向加强凸肋也可用来加强成形的金属罐体46，并且呈现为纵向凸肋62，其被颇为策略地成形和设置在罐体46的潜在薄弱部位。圆周凸肋54、56、58与纵向凸肋60一起确定许多加强单元64，正如在图4的实施例所示的半成品/罐体40的情形中，其实质上增大了成形金属罐体46的强度。在形成后，成形的金属罐体46可采用等同于图2所示的一方法装配成一加强的罐。
还已发现，可仅通过附加纵向凸肋62来改善某些直壁和成形罐的设计。最好是，凸肋62被设置成从罐体46的内表面向内延伸，从而使其外表面看起来光滑并可随后成形。但是应当理解，可通过在外表面上设置凸肋来取得某些美学效果，因此这些实施例也在本发明的范围之内。
业已发现，仅采用纵向凸肋就可增大罐的强度，特别是抵抗轴向负荷的能力。无论罐具有笔直的圆筒形壁还是有起伏的壁。均可获得这些优点。
因为上述凸肋增加了强度，因此可降低侧壁的金属量。向内伸出的凸肋最好位于侧壁的薄的区域以上，其中这些薄的区域实质上比凸肋本身宽。
但是，一重要的特征仍然在于：可选择地配置这些凸肋，以增大在最大应力区域处罐的强度。
获得上述优点所需的加强凸肋的厚度将取决于罐体本身具体的形状与应用、以及罐的壁厚。但是，作为一例子，对于具有图5所示形状的一罐，最好具有大约0.0041英寸的一基本壁厚，而对于垂直和圆周凸肋来说，在需要加强的位置再增加大约0.001～0.002英寸的壁厚。这使得在加强凸肋的位置的总壁厚为大约0.005～0.006英寸。
然而应当理解，虽然在上述描述中给出了本发明的各种特征与优点，同时还给出了本发明的结构与功能的细节，但该公开只是示例性的，在所附权利要求书表述的广义术语所给出的整个范围确定的本发明的原则下，可进行细节变化，尤其是部件的形状、尺寸和布置。