CN1051149A

CN1051149A - 容器

Info

Publication number: CN1051149A
Application number: CN90108496A
Authority: CN
Inventors: 查里斯托菲尔·帕由·莱姆思; 帕尤查尔斯·莱杜恩
Original assignee: GMB FOODCAN PLC
Current assignee: Crown Packaging UK Ltd
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1990-10-20
Publication date: 1991-05-08
Also published as: GB2237550B; HUT62520A; IE64867B1; NO177091C; HU213239B; CA2042395A1; ES2060961T3; MY107111A; ZA908045B; FI912957A0; AP9000222A0; AU631266B2; EP0425124B1; GB8923909D0; AP180A; NO912299L; FI98905B; DE69011273D1; NO177091B; IE903488A1

Abstract

一种金属罐体，包括一端壁2和一圆筒形侧壁，侧壁具有多个内凹进的柔性隆板部分6和肋12连接的上、下圆筒形部分5、7。侧壁上设置柔性隆板的优越性在于能够减小加盖罐子在加热处理中内压的变化，这是通过提供增加罐内体积变化的弹性机制来实现的。

Description

本发明涉及容器，特别是金属罐体。该罐体具有一端壁;一从端壁周边竖起的侧壁，该侧壁包括多个纵向柔性隆板。尤其是涉及用盖子封闭的金属罐、如用来盛装加工过的食品或饮料。

在罐子的制造和使用过程中，罐体承受多种应力负荷。例如，在罐体上形成突缘或将盖子以双锁边固定在突缘上的过程中，侧壁受到轴向压缩。

在处理填充了食品并加了盖子的罐子的过程中，当蒸气注入蒸馏罐时，最初食品罐子会受到一外部的超压力。迄今为至，通常的作法是绕罐子侧壁设置一些环状波纹，它们通过在罐子侧壁内对环向应力的反作用来承受大部分超压力。在罐子的端部和盖子上也会产生一些弯曲。由于所能允许的最大环向应力为材料厚度的函数，所以，减小侧壁的厚度，目前则受到对超压力要求的限制。

因此，本发明的一个目的是提供一种能减小压力差的金属罐，这是通过允许侧壁向内弯曲，从而减小罐子体积而增大罐子的内压来实现的。这比使端部和盖子弯曲的好处在于罐侧壁比两端具有更大的可弯曲面积，可以允许更大的体积变化。

当在蒸馏罐中的食品罐温度上升时，可以看到在金属罐和该罐内的产品之间存在典型的700%的膨胀率差。目前，通常的作法是装入罐中的产品数量小于罐子的体积，以便留出顶部空间。该顶部空间防止罐子受到产品体积膨胀过程中产生的静压作用，这是通过使该空间受到压缩来实现的。但是，利用该空间的缺点是罐子的装填体积减小了，而且如果该空间包含氧气的话，会导致产品变质或保护层破坏。传统的食品罐端部和盖子一般都带有同心波纹槽，以便通过使两端部隆起而允许罐子体积膨胀。这样，在处理完毕后，通过冷却，罐盖只能部分收缩，使罐内保留了部分真空区。

因此，本发明的另一个目的是允许留出最小的顶部空间，而通过侧壁的朝外弯曲来吸收产品的体积膨胀。这比端部和盖子弯曲的好处在于可允许更大的体积变化。

当罐子达到所需的彻底杀菌的热处理温度时，罐内将产生约4 1/2 个大气压的绝对压力。罐子保持在升高的温度下，直到热量充分传递到产品上。此后，将蒸馏罐冷却，同时维持典型的两个大气压的压差，直到罐子充分冷却到允许从蒸馏罐中拿出到常压环境中。在上述步骤中，内压会大大超过外压。传统的罐子通过在侧壁内产生不变的环向应力而使端部和盖子弯曲来克服该压力。

因此，本发明的又一个目的是允许侧壁向外弯曲到使隆板内局部圆周力的总和足以承受该压力，而不会产生永久变形。这种向外弯曲可使体积充分增加。

罐子在处理后，产品逐渐冷却到环境温度。这使产品和罐子产生不同的体积收缩。如果罐子是热装填的，则上述情况是严重的。在传统的罐子中，由于盖子已经膨胀且在环状波纹内产生的环向应力的反作用下仅仅部分缩回，就会在罐子内产生局部真空。

罐子一般放在垂直叠放多层罐的货架上运输。一般来说，置于底层的罐子受到高达400磅力的轴向负荷。与平壁罐相比，由于上述传统罐子侧壁上具有环状波纹，该食品罐的轴向特性将降低约50%。

本发明的另一个优越特征是通过限制罐子横截面形状沿侧壁的变化率，而在轴向负荷下获得平壁罐的特性。具体地说是通过控制从隆板到圆筒部分的最大连接角度来实现的。

具有薄的柔性侧壁的罐子在运输中使用不当是容易损坏的。而从销售观点看，在陈列室中放置可能产生凹陷，所以，侧壁必须具有局部增强的特征。

在已知的用聚合材料进行瓶子吹塑的过程中，设置了膨胀隆板，因为瓶颈和盖不允许具有柔性以承受瓶子内的压力变化。在侧壁上具有膨胀隆板的塑料瓶的例子描述在欧洲专利申请NO.0279628（YOSHINO KOGYOSHO）号和英国专利申请No.2188272号中，在上述两申请中，瓶子具有支承在连接基本上为筒状部分的肩部上的颈部。该筒状部分设有多个柔性隆板，每个隆板通过柱形肋与相邻隆板连接并大约延伸半个瓶子的高度。这复杂的形状很容易通过吹塑热塑性材料获得，但对于金属罐体则很难获得，因为金属具有有限的延展性而且比较坚硬。上述现有技术的瓶子在肩部或瓶体上部具有一系列环状波纹：这“加箍”区无助于容器体积需要的膨胀，而当瓶子叠置在货架上时，则有损于支承轴向负荷所需的柱体纵向强度。

在欧洲专利申请No.0246156（The Fresh Juice公司申请）号中，一方方形截面的瓶子通过高密度聚乙烯吹塑而成。它包括由肩部支承的颈部，该肩部连接一具有平滑表面的正方形截面的上部环形体。一下部环形体通过在每一线性平面都带有一椭圆形柔性隆板的内凹主体部与上环形体连接。大批量生产的用于装加工过的食品和饮料的罐子通常都做成圆筒形因为圆形的罐端面利用双锁边比矩形罐，如用作粒状牛肉罐头筒的罐子更容易与侧壁连接，在产品的处理中，该申请中的膨胀隆板不是那种允许金属罐向内弯曲的隆板。

EP0068334（TOPPAN PRINTING CO）号申请描述了一种可包括金属箔层的圆筒形纸容器体。该圆筒形侧壁的每一端均为圆筒形部分，由多个相互通过线性折缝线连接起来的纵向隆板相连。每一隆板最初都是凸起的，而在加入内装物且内装物冷却后，该隆板被压成平的轮廓。上述纸材能允许折缝，而刚性回火的金属侧壁材料，如4号回火钢或金属压薄的侧壁则会在锐利的折缝线处破裂，而且，装填后的滚动操作也是不理想的。

英国专利703836（FRANGIA）号描述了具有和端壁为一体的侧壁的金属容器。所述侧壁包括倾斜的侧壁和大致圆筒形侧壁，还描述了其他形状的侧壁如矩形或椭圆形。在每一实例中，侧壁包括一周边突缘，一从突缘内部下垂的圆筒形部分，一从圆筒形部分下垂的主体部分，该主体部分包括许多突肋和凹槽，形成了正弦形轮廓，一第二圆筒形部分连接到端壁上。

虽然带肋的主体部分的作用并未解释，但可以确使这些肋和凹槽用来提供强度以抵抗装填后的容器堆放时施加到容器轴向的负荷。该突肋和凹槽为容器提供了强度，但相对容器壁厚来说其周向尺寸太小不能在食品处理中允许较大的弯曲。

现已发现，如果侧壁设置多个控制宽度的、可弯曲的纵向凹板，每一板在突肋处与相邻的板连接，形成沟槽轮廓，则这样的金属罐体就能达到上述目的。

隆板的数目最好为3的倍数，使得罐子收缩成近似多边形（如图2b所示）。在食品罐中可采用12至24个隆板，而15个隆板则特别有用。

具有多个可弯曲的隆板的罐子可用于汽水饮料。该罐不会受到超压力，而只需提供一定的体积膨胀。在加工罐体过程中，可能会在圆筒形壁上产生小凹坑并增加罐子的轴向强度。对这种罐子来说，多达45个隆板是适用的。在装填后的罐子中，隆板在肋之间向外弯曲，但不容易看出来。

据此，本发明提供了一金属罐，它包括一端壁和一从端壁周边竖起的圆筒形侧壁。其中，圆筒形侧壁具有多个相邻且内凹进的纵向隆板，每一隆板平行于侧壁中轴线延伸，并在其两端与轴向长度小于侧壁高度的25%的圆筒形部分相连，特征在于罐体由金属板材制成，每一隆板都可弯曲，其相对中轴线的夹角为8°至30°，并在突肋处与相邻隆板连接，其中，包括突肋和内凹隆板的罐子部分的周长等于圆心在上述罐子中轴线上，而半径大致等于从罐子中轴线至向外的突肋肋顶的距离的假想圆的周长。

在一个实施例中，从罐子中轴线至外突的突肋顶点的距离等于罐子上或下圆筒形部分的半径。在这种情况下，应该知道上述罐子是由平滑圆筒形罐体制成的，隆板形成时罐体材料并不受到拉伸。

每一内凹的隆板最好终止于以处于150°至177°之间的角度K°倾斜于侧壁圆筒部的隆板部分。每一隆板的横截面可为弧形或棱柱形，向外的突肋将每一隆板和相邻隆板连接起来，围绕着罐体。

最好突肋的内半径小于圆筒部分半径的5%。小角度使隆板有较大深度。但是，如果角度太小，会使罐子破裂。

该金属罐可设置突起的环形波纹连接侧壁和端壁，该环状波纹可用来增加抗破坏性并有利于打标记、滚动运输和罐子堆放。

一直径减小的环状颈部可将上圆筒部分连到其外径小于侧壁其余部分外径的向外的突缘上。

本发明的金属罐可高度拉伸，使其从一块金属板拉出具有端壁和侧壁的形状。通过壁压薄处理，可使侧壁比端壁薄。另外，侧壁可通过矩形坯料形成圆筒，并将边缘接口焊上而构成。隆板和肋可在焊好的圆筒上形成。

本发明可以由预制的圆筒形材制造罐体，这样在成形中材料应力最小。

一般来说，食品罐充填的是在处理和冷却到环境温度时呈固态的产品。迄今为至，当顾客打开盖子时，很难将所有产品取出，因为产品被侧壁倾斜部，即环状波纹本身的部分塞住或粘住。

因此，本发明的另一优点是金属罐内的产品可充分取出，使剩余的产品最少。这是通过两种结构实现的。第一，限制罐子横截面沿侧壁的变化率，第二，当盖子打开，罐内的部分真空被释放后，允许侧壁朝外弯曲到原始形状。

已知的罐子在侧壁上有较大的平面隆板。但实践表明在输送系统中他们容易被卡住，因为罐子的宽度随罐体的朝向变化。因此，本发明的又一个目的是使卡住的危险减到最小。它是通过以下三种结构实现的。第一，侧壁的顶和底是圆筒形，使罐在后续处理机器中能准确定位;第二，侧壁上包括隆板的部分的最大半径等于圆筒形侧壁部分的半径;第三，罐子最好具有奇数个隆板，使罐宽度变化最小。

本发明另一优点是带肋的侧壁提供了更大的抗破坏力，同时允许粘贴识别产品的纸标签和热套装标签，甚至油墨装饰物。

本发明的各种实施例将参照附图描述如下。

图1是本发明第一实施例罐体的部分剖开的透视图;

图2a是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线截取的罐体的视图;

图2b是与图2a相同的视图，表示了在外界超压力下侧壁的形状;

图3是本发明第二实施例罐体的部分剖开的透视图;

图4a是沿图3中Ⅳ-Ⅳ线截取的罐体的视图;

图4b是一隆板和两突肋的局部放大的剖面图;

图5是本发明第三个实施例的部分剖开的透视图;

图6是图5中罐体带有盖子的局部侧向剖视图;

图7是图1所示的带盖的罐子与环状波纹罐相比，相对体积变化的曲线图;

图8是本发明第四合实施例的部分剖开的侧视图，而图9是沿图8中X-X′线截取的罐体的视图;

在图1和图2中，用作加工过的食品容器的罐体1的第一实施例包括一环状端壁2和一从端壁2周边竖起的圆筒形侧壁3。一般是先从金属板材如0.3mm厚的马口铁板、镀铬钢板或合金铝板拉制成一杯状物。再将杯状物进行壁部压薄成直径73mm、高113mm、侧壁厚“t”0.093mm而底壁厚“T”不变仍为0.3mm的最终形状。最好突缘4和相邻的侧壁区域“m”比侧壁有更大的厚度t₁，一般为0.155mm。

在图1和图2中，可以看到罐体侧壁2包括限定罐体口部的周边突缘4，从内突缘下垂的第一圆筒形部分5，多个呈向外凹面的隆板从该第一圆筒形部分向下延伸，一低于隆板的第二圆筒形部分7和连接端壁周边的可选择的环状波纹8。端壁2包括围绕具有浅环状波纹11的中央板的支承波纹9，以允许端壁在罐体内压影响下膨胀。

图2表示了每一隆板6通过由折叠小于圆筒形部分半径“P”的5%的内半径“r”形成的细长肋12与相邻隆板连接。举例来说，如“P”约为36.5mm，则“r”小于1.83mm，但不能太小使金属侧壁冒破裂的风险。这样设置隆板和肋在罐子的中央部分形成了带沟槽的轮廓。

每一隆板6（从一肋到相邻的另一肋）占据相对侧壁3中央轴线的角度A°为24°。这样，该实施例有15块隆板。不过，A°也可为其他值，如果占据的角度范围为15°至30°之间的话，也就是说可有12至24块隆板。最好每块隆板6在其端部以平缓的曲线轮廓与圆筒形部分相接。该轮廓处的最大斜度K°为150°，但接近角度可为150°至177°。在此渐变段，圆环部的周长是不变的。由此得出曲率半径（垂直于罐轴线）在隆板的整个高度上基本不变，并等于圆筒形部分5，7的半径减两倍的肋半径，即R＝P-2r。每一圆筒形部分5、7的圆筒高度h₁、h₂小于侧壁3的高度H的25%，最好小于10%。举例来说h₁＝5mm h₂＝5mm，而罐高113mm，直径73mm。

隆板6的曲率半径由R代表且一般在20mm至100mm的范围内，使该板浅到足以弯曲的程度。在图2a中，曲率半径R约等于圆筒形部分的半径P，即36mm。

肋12和圆筒形部分5、7限定了侧壁部分，侧壁支承轴向压缩负荷。轴向压缩负荷是在罐体上加工突缘和将盖子双锁边到罐体上产生的。如图2a所示的罐子由于环状波纹8处的强度损失使其可承受传统罐子两倍的轴向负荷。隆板6限定了可弯曲的表面。在产品热处理中受到罐1的内压时，该板可以膨胀。具有15个肋12和15个隆板6的外形可避免运输中的损坏和销售中正常陈列的要求。

图2b表示了侧壁在压力锅中受到2.5个绝对大气压的外界压力时弹性变形，呈五边形的情况。从图2b可见，每第三个隆板转向向外，使其之间成对的隆板沿径向内移。超压力减小后，罐子返回图2a所示形状。图2b清楚地表明了可以承受产品在罐内的大的体积变化。应该知道最大的变形产生在隆板的轴向中点。

图1和图2所示的罐子是通过将金属坯料深拉成平滑的圆筒体。然后以最小的材料延伸在罐体上形成隆板6和肋12。

图3和图4表示了本发明罐体的第二实施例，其中，隆板被改成棱柱形并设置了另一种端壁22。

在图3和图4中，罐体具有一圆形端壁22和从端壁周边竖起的圆筒形侧壁23。

侧壁23具有一朝外的突缘24，第一圆筒形部分25从突缘内下垂，多个圆底的“棱形”隆板26设置在罐体周围，每一隆板通过细长肋27与相邻隆板连接。每一肋27都朝外突并包括一通过斜表面29相连接的弧形突表面，表面29连接“棱形”隆板26的中央弧形脊部（见图4a和图4b）。

在图4b中可以看到，棱形隆板26在横截面上包括由弧形脊部28相连的一对倾斜平表面29。隆板2b的两侧与肋27相连。肋具有内半径r₁，在本例中，它约等于在每一隆板26中央的弧形脊部的半径r₂。每一板通过斜表面部分31与下圆筒形部分30连接。表面部分31以一浅角度接近相邻的圆筒形部分25、30。如图1所示实施例那样，斜表面31和圆筒形部分25、30之间的角度最好在150°至177°之间（如图3所示，这些角度可表达为突起斜面和水平面之间角度K⁰ ₁和K⁰ ₂，为60°至87°之间）。如上所述，分别由h₁和h₂代表的圆筒形部分25、30的高度不超过总罐高H的25%。

端壁22包括由外突弧形截面的支承波纹33围绕的平中央板32。如果需要的话，罐体可通过拉伸由金属板制成的杯状物，然后将杯状物侧壁压薄制成更高的罐子来形成。但是图3所示的成形的罐子可通过深度拉伸制成，使侧壁和底部具有大致相同的厚度。肋27和隆板26在随后的加工中形成，该加工中对罐子材料不产生进一步拉伸。

如果罐子的侧壁被压薄的话，平中央板32和支承波纹33的厚度就比侧壁厚而且相当硬，这样罐子就得靠隆板的26的柔性来承受食品热处理中或液体的灭菌处理中产品的体积变化。

图5表明了本发明食品罐体41的第三个实施例，它具有图1所示实施例的侧壁特征和图3中的端壁特征，其中相同部件采用与前述图中相同的标号表示，无需进一步描述。

但是，图5中表示的罐体41具有支承在圆筒形颈部43上的朝外的突缘42，而颈部43支承在从上圆筒形部分5向内收缩的肩部44上。图6表明了通过双锁边46连接上罐端盖45后的图5中的肩部、颈部和突缘。上述肩部、颈部和突缘的设置方式优点在于：

（a）罐端部的尺寸更小;

（b）双锁边的圆周不超出侧壁、不会产生超出传送机或称为“BUSSE”包装的危险;

（C）双锁边的周围不超出侧壁，使罐子可沿直线滚动。

图7是对图1所示罐子施加变化的内压得出的曲线图。在图7中，标出了罐子体积随内压和外压之差变化的值。比较表明本发明罐子的曲线（a）和仅靠罐底和/或罐盖的传统膨胀板的曲线（b），显然带有本发明隆板的侧壁可允许增大的产品体积变化。在传统的罐子中，体积膨胀是靠罐底和罐盖的隆起来产生的。当受到外部超压力时，传统罐子只能产生很小的收缩，而本发明罐子则可产生很大的体积收缩。

当采用本发明罐子装加工过的食品时，它允许减小顶部空间（气隙），避免了由夹带的氧气产生的氧化变质。

上面描述了具有弧形（图2）和棱形（图4）横截面的侧壁隆板的本发明，应该知道其他柔性隆板表面如半椭圆形也可采用。另外，除上面描述的连接隆板端部和相邻的圆筒形部分的弧形表面（图2）和倾斜表面（图4），也可采用浅复合曲面。

突肋和柔性隆板的形状是通过折叠成形产生的，加工中必须注意使局部拉伸减到最小。这样可以减少破裂，使表面光洁，同时将罐子圆整成形，使罐子有更均匀的表面重量分布。

图8表示了本发明罐子的第四个实施例。其中，它包括突缘52从突缘内下垂的颈部53、从颈部向外倾斜的肩部54、连接肩部和隆板部分56的短圆筒形部分55，连接隆板下端的下圆筒形部分57和连接下圆筒形部分的底壁58。成形的底壁是典型的啤酒或饮料罐底形状。它具有外截头圆锥环59、一支承波纹60、一内截头圆锥壁61和由其支承的中央突板62。本实施例的罐子适于装汽水饮料。该罐子不受外部超压力作用，不需要象食品罐那样能向内收缩。如图8所示，侧壁的隆板部分56具有30块隆板63，每块都在肋64处与相邻隆板连接。每块隆板63占据相对罐子中轴线12°角。所以共有30块隆板。每一隆板曲面的凹面半径约为31mm，大致等于上、下圆筒形部分55、57的半径32mm。

图8所示为30块隆板。具有24至45块隆板的罐子特别适用于装啤酒或汽水饮料，以满足堆放和运输要求。

图8和图9所示罐子的优越性在于：通过采用典型的24至45条垂直肋，将薄壁的罐体侧壁分成小块隆板，使罐体侧壁对在隆板和突肋成形加工之前或之后的制造和处理过程中产生的微小损伤，受到的影响不大。即使设置多达45块隆板，仍然可以使罐体侧壁不受拉伸。该隆板仍然深到足以产生所需的膨胀能力。

通过上述结构，可增加罐子的轴向负荷强度，或者在不降低强度的条件下，可使罐体侧壁重量更轻。

图8和图9所示的饮料罐有30个突肋，铝质壁厚0.1mm。在这些罐子中，颈部53和肩部55的厚度为0.15mm，底59厚度为0.3mm。50个罐子的平均轴向破坏强度为317磅力。而50个具有相同厚度的平滑壁的罐子的强度为273磅力，在厚度为0.109mm时，强度为325磅力。

本发明以装食品和饮料的小罐为例进行了描述，当然还可应用于更大的罐子如A10型（150mm直径×180mm高）和桶型容器。

应该知道，罐子可由各种金属板制成，如马口铁，各种铬/氧化铬的镀铬钢。金属板材可预涂漆，也可采用层压金属板以及聚合物薄膜。适用的薄膜包括聚乙烯、对苯二甲酸酯、聚丙烯或尼龙。

Claims

1、一种罐体包括一端壁和一从该端壁周边竖起的圆筒形侧壁，其中，圆筒形侧壁具有多个相邻且内凹进的纵向隆板，每一隆板平行于侧壁中轴线延伸，并在其两端与轴向长度小于侧壁高度的25%的圆筒形部分相连，特征在于罐体由金属板材制成，每一隆板都可弯曲，其相对中轴线的夹角为8°至30°，并在突肋处与相邻隆板连接，其中，包括突肋和内凹隆板的罐子部分的周长等于圆心在罐子中轴线上，而半径大致等于从罐子中轴线至向外的突肋肋顶的距离的假想圆的周长。

2、按照权利要求1的罐体，其中，从罐子中轴线至外突的突肋顶点的距离等于罐子上或下圆筒形部分的半径。

3、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，每一内凹的隆板终止于以处于150°至177°之间的角度K°倾斜于侧壁圆筒形部分的隆板部分。

4、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，每一内凹隆板在垂直于罐子轴线的平面上的横截面形状为棱柱形或弧形。

5、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，突肋的内曲率半径小于圆筒形部分曲率半径的5%。

6、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，突起的环形波纹连接侧壁和端壁。

7、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，一直径减小的环状颈部将上圆筒部分连到向外的突缘上。

8、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，端壁和侧壁由单块金属板材拉伸成形。

9、按照权利要求8的罐体，其中，侧壁薄于端壁。

10、按照前述任意一项权利要求的罐体，其中，隆板的数目为12至24个，它特别用来装加工过的食品。

11、按照权利要求10的罐体，其中，隆板的数目为15个。

12、按照权利要求1至9之一的罐体，其中，隆板的数目为24至45个，它特别用来装汽水饮料。