これらの及びその他のニーズは、開示されている発明によって満たされる。本発明は、選択的に形成されたシェル、選択的に形成されたシェルを用いる容器、並びにシェルを製造するツーリング及び関連した方法に関している。利点の中でも特に、シェルは選択的に引き伸ばされて薄くされて、必要な金属の量が少なくなると同時に、所望の強度が維持されることが挙げられる。
開示された発明の一態様では、シェルは容器に装着されるように構成される。シェルは、センターパネルと、周方向チャック壁(circumferential chuck wall)と、センターパネルと周方向チャック壁との間の環状カウンターシンク(countersink)と、周方向チャック壁から径方向外側へ向けて延びるカールとを備える。シェルにおける少なくとも1つの予め定めた部分の材料は、シェルおける少なくとも1つの他の部分に対して選択的に引き伸ばされて、それに対応する薄肉部がもたらされる。
シェルは、材料のブランクから形成されてよく、材料のブランクは、成形される前のベースゲージを有し、成形された後、シェルの材料は、薄肉部又はほぼ薄肉部にて厚さを有する。薄肉部又はほぼ薄肉部での材料の厚さは、ベースゲージ未満である。薄肉部は、チャック壁を含んでよい。
開示された発明の別の態様では、シェルを形成する方法が提供される。当該方法は、ツーリング間に材料を導入する工程と、センターパネル、周方向チャック壁、センターパネルと周方向チャック壁の間の環状カウンターシンク、及び、チャック壁から径方向外側へ向けて延びるカールを備えるように材料を成形する工程と、シェルにおける少なくとも1つの予め定めた部分を、シェルにおける少なくとも1つの他の部分に対して選択的に引き伸ばして、それに対応する薄肉部をもたらす工程とを含んでいる。
本発明の方法は、シェルを最終の缶エンドに変換する工程を含んでよい。当該方法はさらに、最終の缶エンドを容器本体に継ぎ合わせる(seaming)ステップを含んでよい。
開示された発明のさらなる態様では、シェルを形成するツーリングが提供される。当該ツーリングは、上側ツールアセンブリと、上側ツールアセンブリと協動する下側ツールアセンブリとを備え、これらは、これらの間に配置された材料を、センターパネル、周方向チャック壁、センターパネルと周方向チャック壁の間の環状カウンターシンク、及びチャック壁から径方向外側へ向けて延びるカールを備えるように成形する。上側ツールアセンブリ及び下側ツールアセンブリは、シェルにおける少なくとも1つの予め定めた部分の材料を、シェルにおける少なくとも1つの他の部分に対して選択的に引き伸ばすことによって、対応する薄肉部をもたらすように協動する。
説明のために、開示された発明の実施形態は、業界において「B64」エンドとして知られている缶エンド用のシェルに適用されるものとして説明される。しかしながら、それらは、勿論、B64エンド以外の既知の又は適切な代替的な任意の種類(例えば、限定されないが、飲料/ビール用缶エンド、食品用缶エンド)及び/又は構成における予め定めた部分又は領域を、適切に選択的に引き伸ばして薄くするのに用いられてもよい。
本願の図において示され、本明細書で説明される具体的な要素は単に、開示された発明の例示的な実施形態でしかなく、単に説明のためだけの非限定的な例として与えられるものであることは勿論である。従って、本明細書で開示された実施形態に関する具体的な寸法、方向及び他の物理的特性は、開示された発明の範囲に対する限定とみなされるべきでない。
本明細書で用いられる方向のフレーズ、例えば、左、右、上向き、下向き、上、下、上側、下側及びその派生語等は、図面に示される要素の方向に関するものであり、明示的に記載されない限り、特許請求の範囲に対する限定ではない。
本明細書で用いられる用語「缶」及び「容器」は、任意の既知の、又は適切な容器を指すために実質的に互換的に用いられる。容器は、物質(例えば、限定されないが、液体、食物、任意の他の適切な物質)を含むように構成されており、飲料用缶(ビール用缶及びソーダ用缶等)及び食品用缶が明示されるが、これらに限定されない。
本明細書で用いられる用語「缶エンド」は、缶と結合して缶を密閉するように構成された蓋又はクロージャ(closure)を指す。
本明細書で用いられる用語「缶エンドシェル」は、用語「缶エンド」と実質的に互換的に用いられる。「缶エンドシェル」又は単に「シェル」は、所望の缶エンドをもたらすために、本開示のツーリングによって作用及び変換される部材である。
本明細書で用いられる用語「ツーリング」、「ツーリングアセンブリ」及び「ツールアセンブリ」は、任意の既知の、若しくは適切なツール又は構成要素であって、開示された発明に従ってシェルを形成する(例えば、限定されないが、引き伸ばす)のに用いられるツール又は構成要素を指すために実質的に互換的に用いられる。
本明細書で用いられる用語「ファスナ」は、任意の適切な連結機構又は固定機構を指し、ネジと、ボルトと、ボルト及びナット(例えば、限定されないが、ロックナット)の組合せと、ボルト、ワッシャ及びナットの組合せとが明示されるが、これらに限定されない。
本明細書で用いられる、2つ以上の部品が一緒に「結合する」という記述は、部品が直接的に一緒に連結する、又は、1若しくは複数の中間部品を介して連結することを意味する。
本明細書で用いられる用語「幾つか」は、1又は1よりも大きい整数(即ち、複数)を意味するものとする。
図1及び図2は、開示された発明における非限定的な例である1つの実施形態に従って選択的に形成された缶エンドシェル4を示している。具体的には、以下に詳細に説明されるように、シェル4の予め定めた領域の材料が、引き伸ばされることによって薄くされる一方で、シェル4の他の領域は、好ましくはベース金属厚さを維持している。本明細書に示されており、且つ説明されている例は、飲料用缶100(図1にて、仮想線で簡略形で部分的に示されている)用のシェル(例えば、限定されないが、図1乃至図3、図5及び図6Eのシェル4を参照)に関しているが、勿論、開示された発明が使用されて、既知の又は適切な代替的な任意のタイプの容器(例えば、限定されないが、食品用缶(図示せず))について、既知の又は適切な任意の缶エンドシェルの種類及び/又は構成を、引き伸ばして薄くして、さらに、引き続いて、このような容器用の最終的な缶エンドを形成して(例えば、変換して)よい。
本明細書に示されており、且つ説明される非限定的な例のシェル4は、円形のセンターパネル6を含んでいる。センターパネル6は、ほぼ円筒形のパネル壁8によって、環状カウンターシンク10と連結している。例示の環状カウンターシンク10は、略U字形の断面形状を有している。テーパー状のチャック壁12が、カウンターシンク10を頂部(crown)14と連結させており、周辺カール又は外側リップ16は、図1、図2及び図6Eにおいて示されているように、頂部14から径方向外側へ向かって延びている。
図2の非限定的な例では、シェル4のベース金属厚さは、約0.0082インチである。このベース金属厚さは、センターパネル6や外側リップ又はカール16などの領域において、ほぼ維持されるのが好ましい。センターパネル6をベース金属厚さに保つことは、リベット、スコア及びタブが、変換されたエンド(明示せず)において機能するのに役立つ。例えば、これらに限定されないが、しわの形成や、(金属を薄くすることに付随した強度の低下に起因し得る)スコアライン及び/又はリベット若しくはタブの不所望の不良などの不所望の問題は、パネル6においてベース厚さをほぼ維持することによって、ほとんど排除される。同様に、外側リップ16をベースゲージにほとんど維持することは、蓋又は缶エンド4を缶ボディ100(図1にて、仮想線で簡略形で部分的に示されている)に継ぎ合わせる継合せ能力の助けになる。この領域では、最小限の薄肉化しか起こらない、又は薄肉化が起こらないのが好ましい。当該領域は、図2において符号18によって全般的に示されている。
従って、薄肉化(例えば、限定されないが、10から20%の薄肉化)の大半は、チャック壁12において起こるのが好ましい。より具体的には、薄肉化は、頂部14とカウンターシンク10の間の領域で起こるのが好ましい。当該領域は、図2において、領域20として全般的に示されている。従って、例示として、図2の非限定的な例では、チャック壁12における材料厚さは、約0.0065インチに低減されてよい。これがかなりの低減であって、従来の缶エンドに対して著しい重量低減及びコスト節約となることは、理解されるであろう。
さらに、図2(及び本願に添付の全ての図)に示された特定のシェルのタイプ及び/又は構成及び/又は寸法は、単に説明のためだけに与えられており、開示された発明の範囲に対する限定でないことは勿論である。即ち、開示された発明の範囲から逸脱することなく、既知の又は適切なシェル又はエッジの任意のタイプ及び/又は構成について、ベースゲージの既知の又は適切な代替的な任意の薄肉化が、シェル(例えば、限定されないが、符号4)の付加的な及び/又は代替的な領域において実施されてよい。
さらに、開示された発明は、材料の薄肉化と、それに付随した、材料の全体の量及び重量の低減とを達成するが、エッジ製品を形成するために供給されるストック材料に関連した材料処理費用の増加を招かない。例えば、限定されないが、材料のベースゲージ(即ち厚さ)を低減するためにストック材料の処理(例えば、ローリング)を増やすと、不所望なことに、材料の初期費用が相対的にかなり増大する。開示された発明は、所望の薄肉化及び低減を達成する上に、さらに、より一般的な、従ってあまり高価でないベースゲージを有するストック材料を用いるものである。
図3乃至図5は、開示された発明における非限定的な例示である1つの実施形態に基づいた、シェル材料を引き伸ばして薄くする種々のツーリング200を示す。具体的には、選択的な成形(例えば、引伸し及び薄肉化)は、ツーリングの正確な幾何形状、配置及び相互作用によって達成される。非限定的な一実施形態によれば、プロセスは、ベース金属厚さ又はゲージを有する材料のブランク(例えば、限定されないが、図6Aのブランク2参照)を、ツーリングアセンブリ200の構成要素間に導入することから始まる。
図3は、プレス400と結合した、複数ステーションツーリングアセンブリ200における単一のステーション300を示している。例えば、限定されないが、開示された発明の複数ステーションツーリングアセンブリ200は、従来の高速シングルアクション又はダブルアクション機械プレス400に結合しており、当該プレス400の各ストローク中に、各ステーション300にて、通常1つのシェル4が製造される。ツーリングアセンブリ200は、対向する上側ツールアセンブリ202及び下側ツールアセンブリ204を含んでおり、これらは協動して金属(例えば、限定されないが、図6Aの金属ブランク2を参照)を成形し(例えば、限定されないが、引き伸ばし、薄くし、曲げて)、開示された発明に基づいた所望のシェル(例えば、限定されないが、図1乃至図3、図5及び図6Eのシェル4を参照)が得られる。
より具体的には、上側ツールアセンブリ202及び下側ツールアセンブリ204は、上側ダイシュー206及び下側ダイシュー208と夫々結合しており、これらは、プレス400の内部で、プレスベッド及び/又はボルスタープレート(bolster plate)と、ラムとによって、一般に知られた方法で支持されている。環状の抜き絞りダイ(blank and draw die)210は、上側フランジ部212を含んでおり、これは、リテーナ又はライザ(riser)本体214と幾つかのファスナ216とによって結合されている。抜き絞りダイ210は、上側加圧スリーブ218を囲んでいる。即ち、抜き絞りダイ210は、上側加圧スリーブ218に近く、そして上側加圧スリーブ218から径方向外側に位置している。内側ダイ部材又はダイセンター220は、上側加圧スリーブ218内で、ダイセンターライザ222によって支持されている。抜き絞りダイ210は、内側に湾曲した成形面224(図4及び図5)を含んでいる。上側加圧スリーブ218の下側端部は、輪郭をなぞる(contoured)環状の成形面226(図4及び図5)を含んでいる。
図3を参照し続けると、環状のダイリテーナ230は、下側ダイシュー208にカウンターボア232内で結合している。環状のカットエッジダイ234は、適切なファスナ236によってダイリテーナ230と結合している。環状の下側加圧スリーブ240は、ダイリテーナ230内に、移動用の下側ピストン部242を含んでいる。下側加圧スリーブ240はさらに、ほぼ平坦な表面を有する上側端部244を含んでおり、これは、前述した抜き絞りダイ210の下側端部に対向する。カットエッジダイ234は、図示されたように、下側加圧スリーブ240の近くに、そして下側加圧スリーブ240の上側端部244から径方向外側に位置する。ダイコアリング250は、下側加圧スリーブ240内に配置されており、図4及び図5において最も良く示されているように、上側加圧スリーブ218の下側端部又は成形面224と対向する上側端部252を含んでいる。上側端部252は、テーパー状の表面254と、丸みを帯びた内側表面256と、丸みを帯びた外側表面258とを含んでいる(全て図4及び図5において示される)。円形のパネルパンチ260は、ダイコアリング250内にて、前述したダイセンター220と対向して配置される。パネルパンチ260は、円形のほぼ平坦な上側表面262を含んでおり、周縁に丸みを帯びた表面264を有している。図4及び図5において最も良く示されているように、周縁の窪み部266は、丸みを帯びた表面264から下向きに延びている。
従って、前述した、上側ツールアセンブリ202及び下側ツールアセンブリ204のツールは協動して、シェル4における予め定められた、選択された領域を形成し、特に引き伸ばして薄くする。これは、図6A乃至図6Eに関連して、より詳細に説明されている。これらの図は、開示された発明の非限定的な一実施形態に基づいて、引き伸ばされて薄くされたシェル4を形成するための方法とそれに関連した形成ステージとを示している。
図6Aは、前述のツーリング200(図3乃至図5)を用いてブランク2が与えられる第1形成ステップを示す。より具体的には、抜き絞りダイ210と環状カットエッジダイ234の個々のカットエッジが協動して、例えば材料のウェブ又はシートから、ブランク2を切り取る(例えば、打ち抜く)。図6Bに示す第2ステップでは、ツーリング200は、協動して第1曲げを行う、つまり、図示したように、ブランク2の周縁端部を下向きに曲げる。次に、図6Cに示す形成ステップにおいて、ブランク2の外側部分はさらに、図示したように成形される。これは、抜き絞りダイ210の丸みを帯びた内側表面224が、ダイコアリング250の上側端部252と協動することによって、さらには、上側加圧スリーブ218の成形面226がダイコアリング250の上側端部252と協動することによって、達成される。
開示された発明における前述した非限定的な実施形態に基づいた、引伸ばし及び薄肉化はさらに、図4及び図6Dにおいて示された第4形成ステップで説明且つ理解されるであろう。具体的には、図4は、ダウンストローク後のツーリング200を示しており、図示されたツールの全ては、矢印500の方向に、図示した位置へと下向きに移動している。即ち、抜き絞りダイ210と下側加圧スリーブ240は、矢印500の方向に下向きに移動しており、外側リップ又はカール16がさらに形成されている。また、上側加圧スリーブ218は、矢印500の方向に下向きに移動しており、図示したように、上側加圧スリーブ218の成形面226は、ダイコアリング250の上側端部252と協動して、頂部14をさらに形成している。ダイセンター220は、これもまた矢印500の方向に下向きに移動して、ブランク2の金属をチャック壁12の領域において引き伸ばす。これは、ダイセンター220の下方端部のほぼ平坦な表面が、ダイセンター220と、パネルパンチ260のほぼ平坦な上側表面262との間にて材料をクランプするからである。ダイセンター220及びパネルパンチ260は双方とも、矢印500の方向に下向きに移動して、チャック壁12の領域において金属を引き伸ばして薄くする。これは、それが、ダイコアリング250のテーパー状の表面254と協動するからである。従って、第4形成ステップでは、ブランク2の材料は、チャック壁12となる領域においては引き伸ばされて薄くなるが、外側リップ又はカール領域16、後にパネル6に成形される領域(図5及び図6E)、或いは、後に環状カウンターシンク10に成形される下側領域(図5及び図6E)が、引き伸ばされて薄くなることはほとんどない。これらの領域は、先に上で説明したように、ほぼベースゲージ金属厚さのままである。
第5及び最終シェル形成ステップでは、シェル4の形成が完了する。具体的には、(図4のダウンストロークに関して先に図示且つ説明された同じツーリング200を示している)図5に図示されているように、ツーリング200の一部は、図5において矢印600の方向に上向きに移動して、シェル4のパネル6が形成される。具体的には、抜き絞りダイ210、ダイセンター220、下側加圧スリーブ240、並びにパネルパンチ260は全て、矢印600の方向に上向きに移動する一方で、上側加圧スリーブ218は、この時点で矢印500の方向に下向きに移動するのを止めており、シェル4にする圧力が保持されている。これにより、外側リップ又はカール16が、ダイコアリング250の丸みを帯びた外側表面258にてさらに形成されるだけでなく、頂部14が、上側加圧スリーブ218の成形面226とダイコアリング250の上側端部252との間にてさらに形成される。チャック壁12の所望の最終形状は、上側加圧スリーブ218と、ダイコアリング250の表面254、256との相互作用によってもたらされる。パネル6は、パネルパンチ260のほぼ平坦な上側表面262と、ダイセンター220との相互作用によって形成される。これは、これらの構成要素の双方が、これらの間に、パネル6となるブランク2の金属が配置された(例えば、クランプされた)状態で、矢印600の方向に上向きに移動するからである。この移動により、円筒状のパネル壁8とカウンターシンク10の形成も促進される。具体的には、パネルパンチ260が上向きに移動し、そして上側加圧スリーブ218が下向きに移動すると、環状のカウンターシンク10は、パネルパンチ260の周縁の窪み部266内にて形成される。従って、パネルパンチ260の辺縁の丸みを帯びた表面264と金属とが協動することで、円筒状のパネル壁8が形成される。
従って、開示された発明は、ブランク2又はシェル4の材料が具体的に引き伸ばされることも薄くされることもない従来のシェル形成方法及びツーリングと著しく異なっていることが理解されるであろう。即ち、例示したシェル4のパネル6、カウンターシンク10及び外側リップ又はカール16部(図1乃至図3、図5及び図6E)が引き伸ばされない、又はごく僅かしか引き伸ばされない一方で、カウンターシンク10と頂部14との間の領域20(図2)は、形成プロセス中に、特に図5及び図6Dに図示した第4形成ステップにおいて、引き伸ばされて薄くされる。
5つの形成ステージが図6A乃至図6Eにおいて図示されているが、任意の数及び/又は順序で既知の又は適切な代替的な形成ステージが実行されて、開示された発明に従って材料を適切に選択的に引き伸ばして薄くしてよいことは勿論である。さらに、材料の移動(例えば滑動)、流れ又は薄肉化に逆らう程十分に、材料における幾つかの領域を固定するが、材料のその他の予め定めた領域を引き伸ばして薄くする既知の又は適切な任意の機構が用いられてよいが、開示された発明の範囲から逸脱しないこととすることは勿論である。そして、本明細書に示され、且つ説明されたシェル(例えば、限定されないが、符号4)の領域以外のシェルの代替的又は付加的な領域が、適切に引き伸ばされて薄くされてよく、開示された発明は、全く異なるタイプ及び/又は構成であるシェル(図示せず)を引き伸ばすのに適用されてよい。
このように、開示された発明は、シェル4(図1乃至図3、図5及び図6E)の予め定めた領域(例えば、限定されないが、図2の領域20参照)を選択的に引き伸ばして薄くするためのツーリング200(図3乃至図5)及び方法を提供することによって、材料及びコストの相対的に顕著な節約を実現することが理解されるであろう。
開示された発明の特定の実施形態が詳細に記載されたが、当業者であれば、これらの詳細に対する種々の改良及び変形が、本開示の全体の教示を考慮して開発され得ることが理解されるであろう。従って、本開示の特定の配置は、単に説明のためのものであって、添付の特許請求の範囲の完全な広さとその任意の及び全ての等価物とで与えられ得る開示された発明の範囲に関する限定ではない。