JP4647207B2 - 缶シェル - Google Patents

Description

本発明は、金属薄板製またはアルミニウム製缶本体の上側エッジ部分に二重巻締めされる外周のリムすなわち頂部を備えた、金属薄板製またはアルミニウム製缶シェルと缶エンドの構造または成形に関する。このような缶エンドは、例えば本出願人に発行された特許文献１に開示された器具によって製造されたシェルのように、金属薄板製缶シェルを絞ることによって成形される。成形された缶シェルは円形の中央パネルを有する。この中央パネルはパネル壁まで延び、このパネル壁はＵ字状横断面の補強リブすなわちカウンターシンクの内壁まで延びているかまたはこの内壁を形成している。カウンターシンクは円錐台状のチャック壁によって環状頂部に接続されている。この頂部（クラウン）は外周のカールによって形成されている。飲料用容器のめに、シェルの中央パネルはＥ−Ｚ開放タブを備え、缶本体に飲料が充填された後で、シェルのカールされた外周頂部は缶本体の上側端部分に二重巻締めされる。

炭酸飲料または高温で殺菌される飲料を缶本体に充填するときには、圧力を高めた飲料に抵抗するために、缶エンドがかなりの曲げ強度（締付け強度）、例えば少なくとも９０psi の曲げ強度を有することが重要である。このような“曲げ”圧力および“ロック”圧力に対する抵抗については特許文献２に詳細に記載されている。この特許文献２の開示内容は参照によって編入される。曲げ強度を低下させずに、缶エンド内の金属薄板またはアルミニウムの重量を最小限に抑えることが望まれる。これは、缶シェルを絞り形成する平らな金属薄板の厚さを薄くすることによっておよび／または缶シェルを形成するために金属薄板から切断された円形ブランクの直径を小さくすることによって達成される。

缶エンドの曲げ強度を高めるためにおよび／または曲げ強度を低下させずに缶エンド内の金属薄板の重量を低減するために、多数の金属薄板製シェルと缶エンドが構成または提案された。例えば特許文献３，４，５と、上記特許文献２と、特許文献６，７，８，９，１０，１１，１２，１３は、缶シェルと缶エンドのいろいろな形状および構造と、缶エンドの曲げ強度を増大させるためおよび／または缶エンドの金属を減らすために提案または使用されたいろいろな寸法および形状を開示している。公開されたＰＣＴ出願である特許文献１４は、特許文献１１に開示された缶シェルと缶エンドの変形を開示している。更に、缶エンドの曲げ強度またはウェイトレシオを高めるために、高価な器具に要求される変形が最小となるように缶シェルを形成することが望まれる。この器具は、Ｅ−Ｚ開放タブを缶シェルに付加するためおよび缶シェルを缶本体に二重巻締めするためのものである。上記の特許文献に開示された幾つかの缶シェルと缶エンドは幾つかの所望な構造的特徴を有するが、どの特許文献の缶シェルと缶エンドもすべての特徴を備えていない。
米国特許第５，８５７，３７４号明細書 米国特許第４，４４８，３２２号明細書 米国特許第３，８４３，０１４号明細書 米国特許第４，０３１，８３７号明細書 米国特許第４，０９３，１０２号明細書 米国特許第４，７９０，７０５号明細書 米国特許第４，８０８，０５２号明細書 米国特許第５，０４６，６３７号明細書 米国特許第５，５２７，１４３号明細書 米国特許第５，６８５，１８９号明細書 米国特許第６，０６５，６３４号明細書 米国特許第６，０８９，０７２号明細書 米国特許第６，１０２，２４３号明細書 ＷＯ９８／３４７４３

本発明は、上記の所望な特徴と利点を有し、缶シェルを形成するためのブランク直径を非常に小さくし、得られる缶エンドの強度／重量の比を大幅に増大させる、金属薄板製シェルおよび缶エンドと、缶エンドの成形方法を改良せんとするものである。本発明に従って形成された缶シェルと缶エンドは、缶エンドの曲げ強度を増大させるだけでなく、缶シェルにＥ−Ｚ開放タブを付加し缶シェルを缶本体に二重巻締めするための既存の工具の変更または変形を最小限に抑えることができる。

本発明の実施形によれば、缶シェルと缶エンドは、頂部とカウンターシンクの間の全高が6.296ｍｍ以下、好ましくは5.842ｍｍ以下になるように形成されている。カウンターシンクはほぼ円筒形の外壁と、湾曲したパネル壁に接続された内壁を備えている。ほぼ円錐台状のチャック壁はカウンターシンクの外壁から頂部の内壁まで延び、上側壁部分を備えている。この上側壁部分はシェルの中心軸線に対して少なくとも１６°、好ましくは２５〜３０°の角度で延びている。カウンターシンクはほぼ平らな底壁を有する。この底壁はカウンターシンク外壁に接続している。このカウンターシンク外壁は底壁の半径方向幅よりもかなり小さな半径を有する。カウンターシンクの底の内法幅は、パネル壁の半径よりも小さい。

本発明の変形に従って、缶シェルと缶エンドは幾つかの上部構造体を備えている。チャック壁の下側壁部分とカウンターシンク外壁の接続部は、中央パネルのかなり下に位置する。カウンターシンクの下側壁部分は中心軸線に対して１６°以下の角度で延び、短いほぼ垂直な立ち上がり部分とキックを形成する小さな半径によって、カウンターシンクの上側壁部分に接続されている。カウンターシンクは湾曲したパネル壁の曲率半径よりもかなり小さい曲率半径を有し、カウンターシンクの底の内法幅はパネル壁の半径よりも小さく、好ましくは0.762ｍｍ以下である。

本発明の他の特徴と効果は、次の説明、添付の図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

図１は、金属薄板またはアルミニウム製のほぼ円形のブランクから形成された一体シェル１０を示している。このブランクは好ましくは約2.159ｍｍの厚さと、約68.707ｍｍの直径を有する。シェル１０は中心軸線１１を有し、やや中高の中央パネル１２を備え、この中央パネルは湾曲したパネル壁１６まで延びる環状部分１４を備えている。中央パネル壁部分１４とパネル壁１６は複数の半径を有する滑らかに接続した一連の湾曲壁によって形成可能である。この場合、Ｒ１は37.821ｍｍ、Ｒ２は8.153ｍｍ、Ｒ３は0.762ｍｍそしてＲ４は1.397ｍｍである。湾曲パネル壁１６は約47.117ｍｍの底部内径Ｄ１を有する。

半径Ｒ４を有する湾曲パネル壁１６は補強リブすなわちカウンターシンク（補強リブ、皿穴部）１８の内壁１７から延びている。このカウンターシンクはＵ字状横断面を有し、平らな環状底壁２２とほぼ円筒状の外壁２４を備えている。この外壁の内径Ｄ２は例えば約49.708ｍｍである。カウンターシンク１８の平らな底壁２２は湾曲したコーナー壁２６によって内側パネル壁１６とカウンターシンク外壁２４に接続されている。このコーナー壁はそれぞれ約0.254ｍｍの内径Ｒ５を有する。平らな底壁２２の半径方向幅Ｗは好ましくは約5.588ｍｍであり、それによってカウンターシンク１８の内法底幅Ｗ１は約10.668ｍｍである。

カウンターシンク１８の外壁２４は約13.716ｍｍの半径Ｒ６を有する湾曲した壁３４によって、ほぼ円錐台状のチャック壁３２に接続している。このチャック壁３２は中心軸線１１または垂直基準線３６に対して少なくとも１６°の角度Ａ１をなして延びている。この垂直基準線はシェルの中心軸線１１に対して平行である。好ましくは、角度Ａ１は２５〜３０°であり、およそ２９°である。チャック壁３２の上端は、丸められた頂部（クラウン）４２の湾曲した内壁３８の底部に接続している。この頂部はカールされた外壁４４を備えている。頂部４２の内壁３８は好ましくは約1.778ｍｍの半径Ｒ７を有する。湾曲した内壁３８の底部の内径Ｄ３は約51.791ｍｍ であり、カールされた外壁４４の外径Ｄ４は約56.896ｍｍである。カールされた外壁４４の高さＣは1.905 〜2.413ｍｍであり、好ましくは約2.007ｍｍである。カールされた外壁44の底部またはチャック壁32と頂部内壁３８との接続部４６から、カウンターシンク底壁２２の内面までの深さＤは、2.743 〜3.759ｍｍであり、好ましくは約3.200ｍｍである。接続部４７または半径Ｒ６の中心は、接続部４６または頂部４２のカールされた外壁４４の底部から、約2.001ｍｍの深さＧを有する。

図３は、金属薄板またはアルミニウムの缶本体５０の上側外周端部分４８に二重巻締めされるシェル１０の頂部４２を示している。二重巻締作業は回転二重巻締円形チャック５５と二重巻締ローラの間で行われる。このチャックはシェル１０に係合する。チャックの外面５８はチャック５５の中心軸線とシェル１０の共通中心軸線１１に対して０〜１０°の角度でやや傾斜している。外面５８は好ましくは約４°だけ傾斜しており、缶本体５０とその内容物とシェル１０がチャック５５によって回転またはスピンニング加工される間、第１段階二重巻締ローラ６０の半径方向内側への運動に応じて外面５８は頂部４２の内壁に係合する。チャック５５は円錐台状の面６２を備えている。この面はシェル１０の円錐台状のチャック壁３２に接触して係合する。下方に突出するチャック５５の環状唇部分６４はカウンターシンク１８内に延び、底面６６と円筒状外面６８を有する（図５）。この底面と外面はそれぞれ、カウンターシンク１８の底壁２２と外壁２４に係合する。

図４，５は、回転チャック５５と第２段階二重巻締ローラ７２との間に二重巻締頂部７０を形成するための二重巻締作業の完了を示している。チャック５５とシェル１０と缶本体５０が、シェル１０を缶エンド７５に移行させるためにスピニング加工される間、第２段階二重巻締ローラは半径方向内側に移動する。缶エンドは缶本体５０の上端部分４８に積極的に取付けられてシールされる。二重巻締めされたリムまたは頂部７０はシェル頂部４２の内壁３８によって形成された内壁７４と、カールされた外壁４４を含むシェル頂部４２によって形成された外壁７６を備えている。二重巻締めされた頂部７０は2.286 〜2.794ｍｍ、好ましくは約2.540ｍｍの高さＨ２を有する。缶エンド７５の全高Ｈ１は頂部７０の頂点とカウンターシンク１８の底との間の長さであり、4.318 〜6.096ｍｍ、好ましくは約5.969ｍｍである。缶エンド７５が二重巻締めされた頂部７０を除いて、シェル１０と同じ横断面形状を有するので、同じ構造体については図４〜６において同じ参照符号が用いられている。

図６から明らかなように、中央パネル１２の中央部分は平面８０を形成している。この平面はほぼチャック壁３２と二重巻締めされた頂部７０の内壁７４との接続個所と交差している。Ｅ−Ｚ開放タブは、明瞭にかつ簡単にするために図６では省略されている。というのは、Ｅ−Ｚ開放タブが本発明の一部を形成していないからである。

図７，８は、缶シェル（図７）と二重巻締めされた缶エンド（図８）を備えた、本発明の他の実施の形態または変形を示している。構造的な要素は図１〜６に関連して説明した要素に一致しており、ダッシュをつけた同じ参照符号で示してある。図７において、缶シェル１０′は軸線１１と同じ中心軸線を有し、外周湾曲パネル壁１６′に接続された円形中央パネル１２′を備えている。この外周湾曲パネル壁はＵ字状横断面形状のカウンターシンク１８′の傾斜した内壁１７′に接続している。カウンターシンクはほぼ円筒状の外壁２４′’’’を備えている。この外壁は１０°よりも小さな角度で延び、円錐台状上側壁部分３２′とやや湾曲した下側壁部分３４′を有するチャック壁に接続している。壁部分３２′，３４′はキック部分またはほぼ垂直で短い立ち上がり部分３５′によって接続されている。この立ち上がり部分は比較的に小さな内側と外側の半径、例えば0.508ｍｍのオーダーの半径を有する。上側チャック壁部分３２′は湾曲した壁３７′によって、湾曲した外壁４４′を有する頂部４２′の湾曲した内壁３８′に接続されている。

頂部４２′の内壁３８′は接続部４６′で上側チャック壁部分３２′に接続し、カウンターシンク１８′の外壁２４′は接続部４７′で下側チャック壁部分３４′に接続している。カウンターシンク１８′の底からキック部分または立ち上がり部分３４′までの垂直方向高さＧ１は約2.184ｍｍである。半径Ｒ１０は約1.295ｍｍであり、下側壁部分３４′は約１５°の角度Ａ３で延びている。カウンターシンク１８′は約0.229 〜0.279ｍｍの半径Ｒ９を有する。図７に示したシェルの他のおおよその寸法と角度は次の通りである。

Ｃ１ 2.083 ｍｍ Ｗ１ 0.610 ｍｍ
Ｃ２ 3.886 ｍｍ Ｗ２ 1.600 ｍｍ Ｈ５ 1.981 ｍｍ
Ｄ６ 48.514 ｍｍ Ｗ３ 0.864 ｍｍ Ｈ６ 3.785 ｍｍ
Ｄ７ 51.714 ｍｍ Ａ２ 29°
Ｄ８ 59.360 ｍｍ Ａ３ 15°
Ｄ９ 43.967 ｍｍ Ａ４ 16°
Ａ６ 13°
缶シェル１０′の特別な横断面形状は、缶シェル１０の性能よりも良い性能を生じることが判った。缶シェル１０′の詳細な形状は、中心軸線に対して少なくとも１６°、好ましくは２５〜３０°の角度Ａ２を有するチャック壁上側壁部分３２′を備えている。チャック壁の下側壁部分３４′は約１５°の角度Ａ３を有する。頂部４２の内壁３８′は５〜３０°、好ましくは約１６°の角度Ａ４をなしている。カウンターシンク１８′の内壁１７′は１０°よりも大きく、好ましくは１３°の角度Ａ６をなしている。内壁１７′と外壁２４′の間の底におけるカウンターシンクの幅Ｗ１は1.016ｍｍよりも小さく、好ましくは約0.610ｍｍである。湾曲した内側パネル壁１６′の半径Ｒ８はカウンターシンク１８′の幅Ｗ１よりも大きく、好ましくは約1.245ｍｍである。

シェル１０′の頂部４２′は、3.048 〜4.318ｍｍ、好ましくは約2.083ｍｍの高さＣ１と、3.048 〜4.318ｍｍ、好ましくは約3.886ｍｍの高さＣ２を有する。シェル１０′の全直径Ｄ８は約59.360ｍｍであり、接続部４６′の直径Ｄ７は約51.714ｍｍである。カウンターシンク外壁２４′の底部内径Ｄ６は約48.514ｍｍであり、Ｄ７とＤ６の差Ｗ２はカウンターシンク幅Ｗ１よりも大きいかまたは約1.600ｍｍである。半径Ｒ８の中心の直径Ｄ９は約43.968ｍｍである。もし、異なる直径のシェルが所望される場合には、直径Ｄ６〜Ｄ９はそれに比例して変化する。カウンターシンク１８′の底部からの中央パネル１２′の高さＨ５は1.778 〜2.794ｍｍ、好ましくは約1.981ｍｍである。中央パネル１２′の頂点と頂部４２′の頂点の間のシェル１０′の高さＨ６は、3.175 〜4.699ｍｍ、好ましくは約3.874ｍｍである。

図８において、シェル１０′は成形された缶本体５０′の上端部分４８′と共に二重巻締めされている。この場合、缶エンド７５′を形成するために、図３〜５に関連して説明した器具とほぼ同じ器具が使用される。チャック５５に似た巻締チャック（図示していない）は、カウンターシンク１８′内に突出する、部分６４に似た下側部分と、巻締チャック５５の面５８，６２，６８に対応する面を備えている。この面は、カウンターシンク壁２４′とチャック壁部分３２′に係合し、二重巻締めされた頂部７０′の内壁７４′を形成する。図８に示すように、二重巻締めされた頂部７０′の内壁７４′は約４°の小さな角度Ａ５をなして延び、缶エンド７５′の全高Ｈ３は6.096ｍｍよりも低く、好ましくは約5.969ｍｍである。二重巻締めされた頂部７０′の高さＨ４は2.540ｍｍのオーダーであり、頂部７０′の頂点から中央パネル１２′の頂点までの高さＨ７は中央パネルの高さＨ５よりも大きく、好ましくは約3.759ｍｍである。

上記の形状および寸法を有するシェルと缶エンドを形成することにより、缶エンドは、曲がる前に110psi以上の缶内圧力に耐えることが判った。6.096ｍｍよりも小さな全高を生じる缶エンドの形状と比較的に浅い断面により、シェルを形成するために使用される円形ブランクの直径が1.016ｍｍ以上大幅に低減される。この低減はシェルを製造するために使用されるアルミニウムシートまたはウェッブの幅を大幅に狭くすることになる。それによって、缶エンドを形成するためのアルミニウムの重量とコストが低減される。これは年を追って製造される多量の缶エンドの観点から特に重要である。シェル１０または１０′は二重巻締めされた頂部７０，７０′を形成するための器具に要求される変形を最小にする。すなわち、二重巻締めされた頂部を形成するための器具の変形は、慣用または標準の二重巻締チャックを、底部分６４に円錐台の係合面６２とほぼ円筒状の面６８を有する新しいチャックと交換することである。この底部分はカウンターシンク内に延び、カウンターシンク外壁に係合する。慣用の二重巻締チャックは二重巻締チャックの中心軸線に対して約４°の角度をなして延びるやや傾斜した面５８を有する。

上述の缶シェルと缶エンドの形状と、シェルと缶エンドを形成する方法は、本発明の好ましい実施の形態を構成しているがしかし、理解されるように、本発明は缶シェルと缶エンドのこれらの形状に制限されない。すなわち、特許請求の範囲に定めた本発明の範囲と精神から逸脱せずに、変更することができる。

本発明に従って形成された金属薄板製缶シェルの垂直断面図である。 実施の形態の形状を示す、図１の缶シェルの部分拡大断面図である。 二重巻締チャックおよび第１段階ローラと共に缶エンドになる缶シェルを示す、図２の缶シェルの部分縮小断面図である。 チャックおよび第２段階ローラと共に二重巻締めされた缶エンドを示す、図３と同様な部分断面図である。 変形された二重巻締チャックの一部と共に、図４に示した二重巻締めされた缶エンドを示す部分拡大断面図である。 本発明に従って形成された二重巻締めされた缶エンドを示す、図１と同様な断面図である。 本発明の変形に従って成形された缶シェルを示す、図２と同様な部分拡大断面図である。 缶本体に二重巻締めされた図７の缶シェルを示す、図５と同様な部分拡大断面図である。

Claims (5)

1. カールされた外周の頂部（４２’）が成形された金属薄板製缶本体（５０）の端部分に二重巻締めされる、垂直な中心軸線（１１’）を有する金属薄板製缶シェル（１０’）において、
   シェルが円形の中央パネル（１２’）を備え、
   この中央パネルがパネル壁（１６’）によって、外壁（２４’）とＵ字状横断面形状を有するカウンターシンク（１８’）の内壁（１７’）に接続され、
   チャック壁が前記カウンターシンクの前記外壁から延びており、かつ上側壁部分（３２’）と下側壁部分（３４’）とを有し、
   前記チャック壁の前記下側壁部分が、前記中央パネル（１２’）のレベルの下方に配置された接続部（４７’）で、前記カウンターシンクの前記外壁に接続され、
   前記チャック壁の前記上側壁部分（３２’）と前記下側壁部分（３４’）との間に、ほぼ垂直で短い立ち上がり部分（３５’）を備え、
   前記頂部（４２’）が、接続部（４６’）で前記チャック壁の前記上側壁部分（３２’）に接続された内壁（３８’）を備え、
   前記カウンターシンクの前記内壁と外壁の間の前記カウンターシンクの底部における前記カウンターシンクの半径方向の幅（Ｗ１）が、前記中央パネルの直径（Ｄ９）と、前記パネル壁（１６’）と前記カウンターシンク（１８’）の前記内壁（１７’）との接続部との間の前記パネル壁の半径方向幅（Ｗ４）よりも狭く、
   前記頂部の内壁の前記接続部（４６’）と前記カウンターシンクの底部における前記カウンターシンクの前記外壁（２４’）との間の半径の差（Ｗ２）が、前記カウンターシンクの前記半径方向幅（Ｗ１）よりも大きいことを特徴とする缶シェル。
2. 前記チャック壁の前記上側壁部分が、前記中心軸線に対して少なくとも２５°の角度（Ａ２）を規定する軸方向横断面で相対している端点（３５’，４６’）を有することを特徴とする請求項１記載の缶シェル。
3. 前記チャック壁の前記下側壁部分（３４’）が、前記中心軸線に対して１５°の角度（Ａ３）で延びていることを特徴とする請求項１記載の缶シェル。
4. 前記チャック壁の前記上側壁部分（３２’）が、前記チャック壁の前記下側壁部分の相対している端点（３５’，４７’）により規定された角度（Ａ３）よりも大きい角度（Ａ２）を規定している、軸方向横断面で相対している端点（３５’，４６’）を有することを特徴とする請求項１記載の缶シェル。
5. 前記頂部と前記カウンターシンクの間の前記シェルの全高（Ｃ１＋Ｃ２）が、４．８２６〜６．７３１ｍｍであり、前記中央パネルのトップと前記頂部のトップの間の高さ（Ｈ６）が、前記中央パネル（１２’）の底部と前記カウンターシンク（１８’）の底部の間の高さ（Ｈ５）よりも高いことを特徴とする請求項１記載の缶シェル。

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