CN105121289A - 具有改进的瓶口几何形状的金属饮料容器 - Google Patents

Abstract

一种金属饮料容器可以包括一个本体部分、与所述本体部分相连的一个颈部部分、以及一个瓶口部分。该瓶口部分可以包括一个螺纹部分、一个唇缘部分、以及联接在该螺纹部分与该唇缘部分之间的一个过渡部分。该过渡部分可以包括一种向外凸起的形状。

Description

具有改进的瓶口几何形状的金属饮料容器

相关申请

本申请要求2012年2月17日提交的共同未决的美国临时申请序列号61/600,074的优先权，该申请的内容通过引用以其全部内容结合在此。

技术领域

本披露涉及金属饮料容器并且更具体地涉及但不限于金属饮料容器的瓶口部分。

背景

瓶状金属饮料容器可以包括在一端处的一个开口，这个开口被一个封闭元件例如盖子所密封。瓶盖典型地是通过机械来安装的并且在某些实例中是被扭转或按压到饮料容器上。这种扭转或按压操作总体上产生一定量的力来使盖子正确地就位。这个力可以引起该饮料容器的轴向加载并且对该饮料容器造成损坏。为了减少材料和运输成本，具有以下构型的饮料容器是所希望的：减小了材料消耗和重量同时保留了承受住所施加的荷载的能力。

概述

为了最小化或防止例如由于在加盖过程中所施加的轴向力、压缩力以及其他力损坏一个饮料容器，以下披露提供了在该饮料容器的唇缘区域下方结合一个向外凸起的弧形结构。该弧段可以基于该饮料容器的壁厚度、该饮料容器的材料、有待施加的力或荷载的量以及其他可能的因素来成形。该弧段的形状可以在半径上变化，该半径在该饮料容器的顶部处、在该唇缘下方的过渡处设置了一个角度，如果该饮料容器被形成为瓶子的话。

更具体而言，金属饮料容器的瓶口部分包括一个唇缘部分和一个螺纹部分。该瓶口部分还包括一个过渡区段。该过渡区段可以包括将该唇缘部分与该螺纹部分相连的一个向外凸起的部分。该唇缘部分可以限定一个密封表面，该密封表面密封在一个封闭元件上。该螺纹部分可以接合该封闭元件的螺纹。该向外凸起的部分可以具有在约0.125毫米与约0.75毫米之间的厚度。该向外凸起的部分可以具有在约1.0毫米与约6.0毫米之间的曲率半径。该向外凸起的部分可以具有在约1.0毫米与约5.0毫米之间的弧长。该过渡区段可以包含铝、钢或其合金。该向外凸起的部分可以被成形为使得该过渡区段可以根据饮料容器的风格和构型以及制造方法而支承在约100牛顿与约3000牛顿之间的轴向荷载，而不发生塑性变形。厚度、曲率半径以及弧长的其他尺寸也被考虑到并且可以根据材料、制造方法或其他进行改变。

一种金属饮料容器包括一个本体部分、与所述本体部分相连的一个颈部部分、以及与该颈部部分相连的一个瓶口部分。该瓶口部分包括一个唇缘部分、一个过渡区段以及接合该封闭元件的螺纹的一个螺纹部分，该唇缘部分限定了一个密封表面，该密封表面密封在一个封闭元件(例如，盖子)上。该过渡区段可以包括将该唇缘部分与该螺纹部分相连的一个向外凸起的部分。该瓶口部分可以包含铝、钢或其合金。该瓶口部分可以具有在20毫米与42毫米之间的最大直径。该向外凸起的部分可以被成形为使得该过渡区段可以支承例如在约800牛顿与约1000牛顿之间的轴向压缩荷载而不发生塑性变形。较高的荷载也是可能的，因为饮料容器的容器顶部荷载规格可以是350lbs或约1560牛顿或更高。该向外凸起的部分的形状还可以提供一定的顺性或弹性变形以便吸收一定水平的轴向力以及其他力。以此方式，该凸形部分可以抵抗永久塑性变形和屈服、并且可以允许更宽的制造公差。还考虑了更高或更低的其他轴向荷载。

金属饮料容器的一个实施例可以包括一个本体部分、与所述本体部分相连的一个颈部部分、以及一个瓶口部分。该瓶口部分可以包括一个螺纹部分、一个唇缘部分、以及联接在该螺纹部分与该唇缘部分之间的一个过渡部分。该过渡部分可以包括一种向外凸起的形状。

制造金属饮料容器的一种方法可以包括形成一个本体部分、形成与该本体部分相连的一个颈部部分、并且形成与该颈部部分相连的一个瓶口部分。该瓶口部分可以如下形成：形成一个螺纹部分、形成一个唇缘部分、并且形成被联接在该螺纹部分与该唇缘部分之间的一个过渡部分。该过渡部分可以包括一种向外凸起的形状。

附图简要说明

图1是金属饮料容器的一个说明性实施例的侧视图展示；

图2至5是金属饮料容器的顶部部分的说明性实施例的截面侧视图展示；并且

图6是根据本发明原理来制造金属饮料容器的一种方法的说明性实施例的流程图。

详细说明

瓶状金属饮料容器的轴向加载可以致使该饮料容器变形。某些变形(例如，塑性变形或永久变形)可能是不希望的。然而，可以将金属饮料容器设计成承受住一定量的轴向荷载。例如，用于形成该饮料容器的金属的厚度可以影响该容器支承轴向荷载的能力(例如，总体而言，对于给定的容器设计而言，金属越厚，该容器承受轴向荷载的能力就越大)。

金属通常是按重量购买的。更厚的饮料容器可能与增大的材料和运输成本相关联。因此，可能希望的是能够承受住足以恰当放置一个封闭元件(例如，瓶盖，扭转或顶开式)的轴向荷载的、相对薄的(和/或轻重量的)金属饮料容器。

参照图1，一种金属饮料容器100可以包括如本领域常说的一个本体部分102、一个颈部部分104以及一个瓶口部分106。该瓶口部分106包括一个开口(未示出)，该开口可以用来触及该饮料容器100的内部并且可以接收一个带有螺纹110的封闭元件108以便密封该饮料容器100。还展示了该饮料容器100的一条中心线。加盖操作可以在这条中心线的大致方向上对该饮料容器110产生加载。

通过举例但非限制的方式，该饮料容器100的总高度可以是约185毫米，该瓶口部分106的总高度可以是约20毫米，该饮料容器100在其最宽处的外直径可以是约53毫米，并且该瓶口部分106在其最宽处的外直径可以是在20至42毫米的范围内。当然，也考虑到了其他尺寸和/或形状。

在图1的实例中，形成饮料容器100的金属是铝。然而，也可以使用其他合适的金属，例如钢和某些合金(例如，铝-钢合金等)。在一个实施例中，可以使用3000系列的铝。具体而言，可以使用3104系列的铝。该铝可以是经退火的或未退火的。该金属的厚度可以在该本体部分102、颈部部分104和瓶口部分106之间、或这些部分102、104和106的任何一者之内变化。作为一个实例，该颈部部分104的平均厚度可以是约0.23毫米，并且该瓶口部分106的平均厚度可以是约0.33毫米。颈部部分104在邻近于本体部分102之处的厚度可以是0.20毫米，并且颈部部分104在邻近于瓶口部分106之处的厚度可以是约0.28毫米，等等。这些厚度是说明性的并且可以使用替代性的厚度。

参照图2，图1的金属饮料容器100的瓶口部分106包括一个唇缘部分202、一个螺纹部分204、将该唇缘部分202与螺纹部分204相连的一个过渡区段206、一个防拆封珠缘208以及一个防拆封条带接收部分210。在这个实例中，该唇缘部分202包括一个卷曲部，该卷曲部限定了用于一个封闭元件的一个密封表面212。该螺纹部分204包括多个螺纹214，该封闭元件的对应螺纹可以被接收在这些螺纹上。该防拆封珠缘208在施加封闭元件的过程中接收一个防拆封条带。该防拆封条带在已经与该封闭元件分开之后搁放在该防拆封条带接收部分218上，如本领域所理解的。

示出了穿过将该唇缘部分202与螺纹部分204相连的这个过渡区段206的一条线216。从附图中清楚的是，过渡区段206是与线216对齐的。换句话说，过渡区段206是直的。

已经发现，在加盖操作过程中所施加的荷载可能致使该瓶口部分106变形。例如，在过渡区段206与螺纹部分204之间的界面处可以形成一个铰接点218。过渡区段206被示出为与水平面成一个角度θ。铰接点218与密封表面212(卷曲部)的中心线220之间的长度SL可以在约3.3mm与6.1mm的范围内。长度SL越大，过渡区段206在轴向上越强，因为变得更竖直。与轴向荷载相关联的应力可以集中在这个铰接点218处，因此在铰接点218以及这些螺纹214附近产生变形。这种变形可以导致(i)该瓶口部分106与盖子之间的密封不当和/或(ii)打开扭矩增大。另外，在该过渡区段206中包括一个弧段有助于适应并调整在制造唇缘部分202的过程中的变化，因为唇缘部分202的高度和/或形状的变化可能致使不同的轴向压缩力被施加至该唇缘部分202的不同部分上并且因此施加至该过渡区段206上。如以上解释的，可以将该瓶口部分106以及该铰接点218或过渡区段加厚以便减小在轴向荷载下变形的趋势。然而，将这些过渡区段加厚可能导致饮料容器更重并且因此更贵。

还已经发现，改变过渡区段的几何形状以使得它们具有凸形的形状或径向向外的轮廓(参见图3-5))提高了它们分布和承受轴向荷载而不发生塑性(或永久)变形的能力。因此，具有给定厚度并且具有凸形过渡区段的一个瓶口部分与具有相同厚度并且具有直的或凹形过渡部分的一种瓶口部分相比，可以展现出减小的、在给定轴向荷载下发生塑性变形的趋势。同样地，较薄的凸形过渡区段可以在给定的轴向荷载下展现出与较厚的直的或凹形过渡区段相同的性能。

模拟研究已显示，对于给定的金属厚度而言，凸形过渡区段相对于直的或凹形的过渡区段而言可以得到针对永久变形的改善的抵抗性。此种改善的一个原因是，直的过渡区段的基本上直线性提供了一种线性弹簧响应，而凸形的(图3)或复合曲线形状的(图4和5)过渡区段由于具有非线性形状而对于施加至该过渡区段上的荷载提供了一种非线性响应。例如，如果在具有直的或凹形的过渡区段的容器上常规地使用与加注或加盖操作相关联的800牛顿的轴向荷载，则在具有凸形过渡区段(给定了相同的金属厚度)的容器上可以常规地使用与加注或加盖操作相关联的相同或更高的轴向荷载，因为凸形过渡区段可以是顺性的而抵消一部分的荷载。包含一个向外凸起的或复合的过渡区段可以允许增大为了形成所施加的封闭件中的螺纹而使用的荷载，这可以使得在此类操作过程中螺纹的形成是更加可重复的。应理解的是，根据本发明的原理，替代性的过渡区段设计可以提供更高、并且有可能显著更高的轴向强度。

例如，凸形过渡区段可能特别适用于具有在26毫米至40毫米范围内的直径的瓶口部分。然而，这样的凸形形状可以用于具有任何合适直径的瓶口部分。

参照图3，容器的一个说明性的瓶口部分300包括一个唇缘部分302、一个螺纹部分304、将该唇缘部分302与螺纹部分304相连的一个过渡区段306、一个防拆封珠缘308以及一个防拆封条带接收部分310。在这个实例中，唇缘部分302包括一个卷曲部，该卷曲部限定了一个密封表面312，该密封表面被适配成用于密封在一个封闭元件(例如，图1的封闭元件108)上。该螺纹部分304包括多个螺纹314，例如该封闭元件108的对应螺纹可以被接收在这些螺纹上。防拆封珠缘308在施加封闭元件的过程中接收了一个防拆封条带(未示出)。该防拆封条带在已经与该封闭元件分开之后搁放在该防拆封条带接收部分310上。

相对于将该唇缘部分302与螺纹部分304相连的这个过渡区段306示出了一条直线316。从图3中清楚的是，该过渡区段306具有凸形的形状或径向向外的轮廓。即，该过渡区段306背离该容器内部向外鼓出。因此，过渡区段306的角度θ可以比图2的直的过渡区段206的角度更高。此外，由于过渡区段306包括一个弧段，因此该过渡区段306比一个为直线的过渡区段(例如图2的过渡区段206)更长。

参照图4，另一个说明性的瓶口部分400包括一个唇缘部分402、一个螺纹部分404、将该唇缘部分402与螺纹部分404相连的一个过渡区段406以及一个防拆封珠缘408。该唇缘部分402可以包括一个卷曲部，该卷曲部限定了一个密封表面410。该螺纹部分404包括多个螺纹412。在图4的实例中，防拆封珠缘408可以具有在20至42毫米范围内的直径。但也考虑到了其他直径。

相对于将该唇缘部分402与螺纹部分404相连的这个过渡区段406示出了一条直线414。如图所示，过渡区段406具有凸形的形状或径向向外的轮廓。在图4的实例中，该过渡区段可以具有在约0.125至约0.75毫米范围内的厚度、在约1.0至约6.0毫米范围内的曲率半径、以及在约1.0毫米至约5.0毫米范围内的弧长。然而，也考虑到了其他的厚度、曲率半径和弧长。

参照图5，又一个说明性的瓶口部分500包括一个唇缘部分502、一个螺纹部分504、以及将该唇缘部分502与螺纹部分504相连的一个过渡区段506。该唇缘部分502包括一个卷曲部，该卷曲部限定了一个密封表面508。该螺纹部分504包括多个螺纹510。

相对于将该唇缘部分502与螺纹部分504相连的这个过渡区段506示出了一条直线512。如图所示，过渡区段506具有凸形的形状或径向向外的轮廓。另外，该复合的过渡区段可以具有背离且朝向该饮料容器的内部延伸的一个部分。

如在图3、4和5各自之间可以看出，这些过渡区段306、406和506所限定的半径可以改变。通过改变过渡区段306的半径，该过渡区段306与该螺纹部分304和唇缘部分302两者相遇之处的角度发生改变。该过渡区段306越竖直，轴向强度就越高。如图所示，图5示出了如由线512例示出的最竖直的过渡部分506，而过渡区段406和306是更水平的，如分别由线414和316进一步例示出的。过渡部分506与竖直方向的角度可以在从约10度至约45度的范围内(或与水平方向的角度在从约45度至约80度的范围内)。在建立过渡区段306的半径时，可以考虑多个因素，包括形状、刚度、长度、所施加的力、顺性等等。这样，过渡区段306的半径和长度连同瓶口部分300的厚度和材料、唇缘部分302的卷曲部形状和构型、以及瓶口部分300的其他方面可以针对该金属饮料容器的总体构型、封闭元件、唇缘位移以及制造方法进行优化。

作为优化该瓶口部分的一个实例，在下表I中呈现了多个设计选择，该表中改变了过渡区段的弧段半径和瓶口厚度。

设计选择	弧段半径	瓶口厚度	峰值力和位移
				1	1mm	0.125mm	146.8N0.37mm
2	6mm	0.125mm	189.8N0.53mm
				3	直的	0.125mm	205.6N0.61mm
4	1mm	0.500mm	196N0.43mm
				5	6mm	0.500mm	2133N0.44mm
6	直的	0.500mm	2200N0.55mm

表I：设计参数的优化

如这些结果所示，过渡区段306的弧段的半径越大，峰值力和位移就越高。这一部分是因为过渡区段306变得更竖直。类似地，瓶口厚度越厚，峰值力能力就越高，其中峰值力和位移表示的是过渡区段306发生失效或永久变形时的一个力和位移。虽然有限元分析表明，直的过渡部具有的峰值力和位移与具有一个设有半径的弧段的过渡区段相比更高，但使用直的过渡部分可能使得该过渡部分因为应力集中在铰接点处而容易发生塑性变形，如图2所述，并且在该过渡部分的瓶口厚度被减小以降低该金属饮料容器的重量和成本时更是如此。即，该过渡部分通过具有向外凸起的至少一定弧形，该过渡部分平衡了强度与顺性或弹性以便提供以下的金属饮料容器：该金属饮料容器不易受到在加盖时可能由于制造缺陷而出现的错乱情况。

参照图6，示出了根据本发明原理来制造金属饮料容器的方法60的一个说明性实施例的流程图。方法600可以在步骤602开始，在此可以形成该金属饮料容器的本体部分。该本体部分可以被形成为一个瓶子。在步骤604，可以形成该金属饮料容器的颈部部分。在形成该颈部部分的过程中，该颈部部分可以使用与该本体部分相同的材料来形成。该颈部和本体部分可以形成在单一片材或多个分开的片材上并且连接到彼此上。在步骤606处，可以形成一个瓶口部分。在形成该瓶口部分的过程中，该瓶口部分可以是与该颈部部分和本体部分相同的材料或分开的材料。如果在分开的材料上形成的话，该瓶口部分可以连接至该颈部部分上。这三个部分的材料可以具有相同或不同的组成。在形成该瓶口部分的过程中，该瓶口部分可以包括螺纹部分、唇缘部分、以及联接在该螺纹部分与该唇缘部分之间的包括向外凸起的形状的过渡部分。在一个实施例中，该过渡部分可以是一种复合形状，其中使用了凹凸形或“s”形的曲线。该过渡部分的材料厚度、形状以及该过渡部分的其他参数可以具有在此提供的这些值。

虽然以上描述了多个示例性实施例，但是不意味着这些实施例描述了所有可能的形式。在本说明书中使用的术语是描述性而非限制性的术语，并且应理解的是，在不背离本发明的范围的情况下可以进行多种改变。如之前描述的，可以将不同实施例的特征进行组合以便形成本发明的可能没有明确描述或阐释出的额外实施例。虽然各个实施例被描述为相对于其他实施例或现有技术就一个或多个所希望的特性而言提供了优点或者是优选的，但是本领域普通技术人员意识到了，可以对一个或多个特征或特性作出让步以实现所希望的总体系统属性，这取决于具体的应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于：成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、组装方便性等等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不及其他实施例或现有技术实现方式令人满意的那些实施例并非位于本披露的范围之外、并且对于特定的应用可能是所希望的。

此外，这些附图不一定是按比例；一些特征可能被夸大或最小化以便示出特定部件的细节。因此，在此披露的具体的结构性和功能性细节不得被解释为是限制性的、而是仅作为用于教导本领域技术人员来多方面地采用本发明原理的代表性基础。本领域普通技术人员将理解的是，参照任一附图所展示和描述的不同特征可以与在一个或多个其他附图中展示的特征进行组合以产生没有被明确展示或描述出的多个实施例。所展示的特征的组合提供了用于典型应用的多个代表性实施例。然而，与本披露的传授内容一致的这些特征的不同组合和修改可以是特定的应用或实现方式所希望的。

之前的详细说明是针对用于实施本发明的少量实施例并且不旨在进行范围上的限制。本领域技术人员可以设想到在本文详细描述的领域之外的其他领域内用于实施本发明原理的方法和变体。

Claims (22)

1.一种金属饮料容器，包括：

一个本体部分；

与所述本体部分相连的一个颈部部分；以及

一个瓶口部分，该瓶口部分包括：

一个螺纹部分；

一个唇缘部分；以及

联接在所述螺纹部分与所述唇缘部分之间的一个过渡部分，所述过渡部分包括一种向外凸起的形状。

2.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述本体部分、颈部部分和瓶口部分包含铝。

3.根据权利要求2所述的金属饮料容器，其中该铝是3000系列的铝。

4.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中该向外凸起的形状具有在约1mm与约6mm之间的半径。

5.根据权利要求4所述的金属饮料容器，其中所述瓶口部分具有在约0.125mm与约0.600mm之间的厚度。

6.根据权利要求4所述的金属饮料容器，其中所述瓶口部分具有约0.33mm的厚度。

7.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述过渡部分具有的长度比一个具有直线的瓶口部分更长。

8.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述过渡部分被配置成用于支撑在1250N与约1750N之间的轴向荷载。

9.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述唇缘部分具有基本上圆形的形状。

10.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述过渡部分相对于水平方向具有在约45度与约80度之间的角度。

11.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述过渡部分是一条复合曲线。

12.根据权利要求1所述的金属饮料容器，其中所述过渡部分由于具有非线性的形状而对于荷载具有一种非线性响应。

13.一种用于制造金属饮料容器的方法，所述方法包括：

形成一个本体部分；

形成与该本体部分相连的一个颈部部分；并且

形成与该颈部部分相连的一个瓶口部分，该瓶口部分是如下形成的：

形成一个螺纹部分；

形成一个唇缘部分；并且

形成被联接在该螺纹部分与该唇缘部分之间的一个过渡部分，该过渡部分包括一种向外凸起的形状。

14.根据权利要求13所述的方法，其中形成该本体部分、颈部部分和瓶口部分包括由铝形成该本体部分、颈部部分和瓶口部分。

15.根据权利要求14所述的方法，其中由铝形成该本体部分、颈部部分和瓶口部分包括使用3000系列的铝来形成该本体部分、颈部部分和瓶口部分。

16.根据权利要求15所述的方法，其中形成该过渡部分包括将该过渡部分形成为具有该向外凸起的形状，该形状具有在约1mm与约6mm之间的半径。

17.根据权利要求16所述的方法，其中形成该瓶口部分包括将该瓶口部分形成为具有在约0.125mm与约0.600mm之间的厚度。

18.根据权利要求16所述的方法，其中形成该瓶口部分包括将该瓶口部分形成为具有约0.33mm的厚度。

19.根据权利要求13所述的方法，其中形成该过渡部分包括将该过渡部分形成为具有比一个为直线的瓶口部分更长的长度。

20.根据权利要求13所述的方法，其中形成该过渡部分包括将该过渡部分形成为具有一种构型以支撑在约1250N与1750N之间的轴向荷载。

21.根据权利要求13所述的方法，其中形成该唇缘部分包括将该唇缘部分形成为具有基本上圆形的形状。

22.根据权利要求13所述的方法，其中形成该过渡部分包括将该过渡部分形成为相对于水平方向具有在约45度与约80度之间的角度。