KR102587070B1 - 캔 확장을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

제품을 확장하기 위한 확장 툴로서, 상기 확장 툴은 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 도입부와 상기 도입부에서 연장된 제1 파일럿 부를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부는 제1 직경을 갖는다. 상기 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 일반적으로 평행한 제2 파일럿 부를 더 포함한다. 상기 제2 파일럿 부는 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는다. 상기 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 제2 파일럿 부를 연결하는 성형부를 더 포함한다. 상기 성형부는 일반적으로 경사져 있다. 상기 확장 툴은 상기 제2 파일럿 부에서 상기 확장 툴의 제2 단부를 향해 연장된 확장부를 더 포함한다. 상기 확장부는 상기 제2 직경보다 더 큰 제3 직경을 갖는다.

Description

캔 확장을 위한 방법 및 장치

본원은 2015년 9월 1일자로 출원된, 미국 가출원 제62/212,748호의 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 제품 확장 메커니즘 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 음료 용기 또는 캔과 같은 제품을 확장시키는 장치 및 방법에 대한 것이다.

산업에서, 다양한 소프트 드링크 및/또는 맥주를 위한 음료 용기는 대량으로 그리고 실질적으로 동일한 형태로 상대적으로 경제적으로 생산된다. 음료 제조자들 사이에는 그들의 제품이 경쟁자들과 차별화되기 위해 독특한 구조를 가진 경제적인 용기를 가진 제품을 판매하고자 하는 욕구가 증가하고 있다.

종래의 음료 용기들은 일반적으로 알루미늄 합금 시트, 표면-처리된 강철, 또는 이들의 조합 등으로 만들어진 금속 실린더 형태이다. 금속 실린더는 통상적으로 다중 확장 반복을 거친다. 확장 반복은 용기의 본체를 확장시켜, 금속 재료가 덜 사용되도록 금속 재료를 얇게 하는데 사용된다. 이와 같이, 용기는 일반적으로 제조 비용이 저렴하다. 다중 반복은 또한 병-형태의 용기 구조와 같은, 용기의 확장된 부분을 형성하는데 사용될 수 있다.

용기를 확장시키는 종래의 방법은 일반적으로 용기의 내경보다 큰 외경을 가진 확장기 툴(tool) 또는 확장 툴을 용기 내부로 강제로 밀어넣는 단계를 포함한다. 확장은 일반적으로 확장기 툴의 크기와 형상에 의해 조절된다. 상기 확장기 툴은 확장을 수행하는 확장부가 뒤따르는, 용기를 안내하기 위한 툴의 노즈(nose)(예컨대, "파일럿(pilot)") 상에 각을 가질 수 있다. 파일럿 없는 확장은 균일하지 않은 형상을 야기할 수 있으며, 용기의 형성된 부분이 중심을 벗어나거나 및/또는 용기의 한쪽 측벽이 얇아져 분리를 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은, 확장 공정의 효율을 높이고, 공정 소요 시간을 최소화하며, 및/또는 최소 결함으로 균일한 용기를 생산하는, 음료 용기 또는 캔과 같은 제품을 확장시킬 수 있는 장치를 갖는 것이다.

하나의 관점에 따라, 제품을 확장시키는 확장 툴(expansion tool)이 개시된다. 상기 확장 툴은 상기 확장 툴의 제1 단부로부터 바깥쪽으로 연장된 도입부와 상기 도입부에서 연장된 제1 파일럿 부(pilot portion)를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부는 제1 직경을 갖는다. 상기 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 일반적으로 평행한 제2 파일럿 부를 더 포함한다. 상기 제2 파일럿 부는 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는다. 상기 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 제2 파일럿 부를 연결(bridging)하는 성형부를 더 포함한다. 상기 성형부는 일반적으로 경사져 있다. 상기 확장 툴은 상기 제2 파일럿 부에서 상기 확장 툴의 제2 단부를 향해 연장된 확장부를 더 포함한다. 상기 확장부는 상기 제2 직경보다 큰 제3 직경을 갖는다.

본원에 개시된 다른 실시예에 따라, 제품을 확장시키기 위한 확장 메커니즘이 개시된다. 상기 확장 메커니즘은 제1 확장 툴을 포함하며, 상기 제1 확장 툴은 상기 제1 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 제1 도입부와 상기 제1 도입부에서 연장된 제1 파일럿 부를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부는 제1 직경을 갖는다. 상기 제1 확장 툴은 제1 확장부를 더 포함한다. 상기 제1 확장부는 제2 직경을 갖는다. 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 크다. 상기 제1 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 제1 확장부를 연결하는 제1 랜드(land)를 더 포함한다. 상기 확장 메커니즘은 제2 확장 툴을 포함하며, 상기 제2 확장 툴은 상기 제2 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 제2 도입부와 상기 제2 도입부에서 연장된 제2 파일럿 부를 더 포함한다. 상기 제2 파일럿 부는 제3 직경을 갖는다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제2 파일럿 부에 일반적으로 평행한 제3 파일럿 부를 더 포함한다. 상기 제3 파일럿 부는 제4 직경을 갖는다. 상기 제4 직경은 상기 제3 직경보다 크다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제2 파일럿 부와 상기 제3 파일럿 부를 연결하는 성형부와 제5 직경을 가진 제2 확장부를 더 포함한다. 상기 제5 직경은 상기 제3 직경보다 크다. 상기 제2 확장부는 상기 성형부와 상기 제2 확장부를 연결하는 제2 랜드를 포함한다. 상기 제1 확장 툴의 제1 단부로부터 상기 제1 랜드까지의 축방향 거리는 일반적으로 상기 제2 확장 툴의 제1 단부에서 상기 성형부까지의 축방향 거리와 동일하다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제1 확장 툴 다음에 사용하도록 구성된다.

본원에 개시된 하나의 공정에 따라서, 제품을 확장하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 상기 제품의 열린 단부 내부로 제1 확장 툴의 제1 단부를 삽입하는 단계를 포함한다. 상기 제1 확장 툴은 제1 확장부가 뒤따르는 제1 파일럿 부를 갖는다. 상기 제1 파일럿 부는 일반적으로 상기 용기의 초기 직경과 동일한 제1 지름을 갖는다. 상기 제1 확장부는 제2 직경을 갖는다. 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 크다. 상기 제1 확장부는 확장된 부분을 가진 부분적으로 확장된 용기를 형성한다. 상기 방법은 상기 부분적으로 확장된 용기의 열린 단부 내부로 제2 확장 툴의 제1 단부를 삽입하는 단계를 더 포함한다. 상기 제2 확장 툴은 제3 직경을 가진 제2 파일럿 부와 제4 직경을 가진 제3 파일럿 부를 포함한다. 상기 제4 직경은 일반적으로 상기 제2 직경과 동일하며 상기 제3 직경보다 크다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제2 및 제3 파일럿 부를 연결하는 제1 성형부를 더 포함한다. 상기 제1 성형부는 일반적으로 경사져 있다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제3 파일럿 부에서 연장된 제2 확장부를 더 포함한다. 상기 제2 확장부는 제4 직경을 갖는다. 상기 제5 직경은 상기 제2 직경보다 크다. 상기 성형부는 상기 제1 확장 툴에 의해 상기 용기의 확장된 부분에 형성된 적어도 하나의 변형부를 평활하게 한다.

본 발명의 또 다른 관점, 특성, 및 이점들은 다수의 전형적인 실시예 및 구현을 설명함으로써, 다음의 자세한 설명으로부터 용이하게 명백해진다. 본 발명은 또한 다른 및 상이한 실시예가 가능하며, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 여러 가지 세부사항은 다양한 관점에서 변형될 수 있다. 따라서, 도면 및 설명들은 본질적으로 예시로서 간주되며 제한적으로 간주되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 모든 수정, 등가물, 및 대안을 포함하는 것이다.

전형적인 실시예는 참조된 도면에 도시된다. 본원에 개시된 실시예 및 특징은 제한적이기보다 예시적인 것으로 간주된다.
도 1a는 제1 확장 툴을 사용하여 용기 상에서 수행되는 확장 동작의 측면도이다.
도 1b는 제2 확장 툴을 사용하여 도 1a의 확장 동작에 이어지는 확장 동작의 측면도이다.
도 1c는 제2 확장 툴이 용기의 내부로 더 가압된 후 도 1b의 확장 동작의 측면도이다.
도 2a-2e는 하나의 확장 공정에 따라 사용될 수 있는 확장 툴, 및 각각의 확장 툴을 활용하는 확장 공정으로 인한 용기의 측면도이다.
도 3a는 도 1b 및 1c의 제2 확장 툴의 측면 확대도이다.
도 3b는 도 1b, 1c 및 3a의 제2 확장 툴의 측면 사시도이다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 확장 툴의 측면도이다.
도 4b는 도 4a의 확장 툴의 측면 사시도이다.
도 5는 인피드 터렛(infeed turret), 성형/공정 터렛, 및 충전 또는 두 번째터렛을 포함하는 전형적인 기계 라인(machine line)의 개략도이다.
도 6은 하나의 실시예에 따른 캔 확장 장치를 가진 도 5의 기계 라인의 사시도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 캔 성형 장치를 가진 도 5의 기계 라인의 정면도이다.
본 발명은 다양한 수정 및 대안 형태가 가능하지만, 특정 실시예들은 도면에서 예시의 방식으로 도시되었으며 본원에서 자세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 개시된 특정 형태에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 것과 같이 본 발명의 사상 및 범위 내의 모든 수정, 등가물, 및 대안을 포함하는 것이다.

기존의 확장 공정 및 장치는 다수의 중요한 제한을 받는다. 특히, 예를 들어, 종래의 확장 공정에서 사용된 확장 툴은 보통 제한된 파일럿팅(piloting)을 갖는다. 충분한 파일럿팅의 부족은 보통 확장 공정 동안 제품 또는 용기의 부적당한 안내를 제공하여, 용기가 확장 툴에 대해 중심에서 벗어나게 하며, 평평하지 않은 성형, 원치않는 얇아짐(thinning) 또는 심지어 용기 재료 일부의 분할 등을 야기할 수 있다.

본 개시의 관점에 따라, 장치 및 방법은 제품(예, 용기) 확장 공정을 개선하는 것에 대해 설명된다. 본원에 개시된 실시예를 사용하여 형성된 제품은 확장 툴의 확장된 부분으로 형성된 확장된 부분을 가질 수 있다. 상기 확장된 부분은 예컨대, 제품의 확장되지 않은 부분보다 더 큰 지름을 가질 수 있다.

본원에 개시된 제품은 캔, 임의의 적합한 음식 또는 음료 용기, 단지, 병 또는 다른 적합한 제품일 수 있다. 상기 제품은 닫힌 단부와 대립하는 열린 단부 및 닫힌 단부로부터 연장된 측벽을 갖는다. 대안으로서, 제품은 양 단부가 열려있을 수 있다. 상부, 뚜껑, 또는 다른 폐쇄부는 확장 공정 이후 제품에 추가될 수 있다.

오직 예시의 목적을 위해, 하기의 설명은 용기에 사용하기 위한 확장 장치 및 방법을 설명할 것이다. 본원에 개시된 방법 및 장치가 임의의 적합한 제품과 함께 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본원에 개시된 실시예에 따라, 확장 메커니즘은 확장 툴이 일반적으로 용기 내에서 중심에 있도록 각 확장 동안, 일정한 안내(piloting), 또는 가이드하는 둘 이상의 확장 툴을 포함한다. 이와 같이, 불균일한 확장/성형, 원치 않은/불균일한 얇아짐, 분할, 부풀어오름(bulges), 및 등은 최소화될 수 있다.

하나의 실시예에 따라, 제품을 확장시키기 위한 확장 툴은 상기 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 도입부와 상기 도입부에서 연장된 제1 파일럿 부를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부는 제1 직경을 갖는다. 상기 확장 툴은 일반적으로 상기 제1 파일럿 부와 평행한 제2 파일럿 부를 더 포함한다. 상기 제2 파일럿 부는 상기 제1 직경보다 더 큰 제2 직경을 갖는다. 상기 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 제2 파일럿 부를 연결하는 성형부를 더 포함한다. 상기 성형부는 일반적으로 경사져 있다. 상기 확장 툴은 상기 제2 파일럿 부에서 상기 확장 툴의 제2 단부를 향해 연장되는 확장 부분을 더 포함한다. 상기 확장 부분은 상기 제2 직경보다 더 큰 제3 직경을 갖는다.

도 1a-1c는 하나의 제한 없는 실시예에 따라, 용기를 확장하기 위한 방법 및 장치의 하나의 비-제한적인 예시를 나타낸다. 본원에 논의된 예시된 실시예에서, 확장 공정은 윤곽이 형성된 측벽 표면을 가진 용기를 형성하며, 상기 용기의 확장되지 않은 부분은 상기 용기의 확장된 부분보다 더 좁다.

도 1a-1c에 도시된 확장 공정은 제1 확장 툴(12)(도 1a)과 제2 확장 툴(14)(도 1b, 1c, 3a, 3b)을 포함한다. 도 3a는 도 1b, 1c의 제2 확장 툴(14)의 확대도이며 도 3b는 제2 확장 툴(14)의 사시도이다. 도 1a에 도시된 것처럼, 제1 확장 툴(12)의 제1 선두의 단부(16)는 용기(18)의 열린 단부 내부로 축방향으로 미리 정해진 거리만큼 밀어 넣어진다. 상기 제1 단부에서 시작하여, 상기 제1 확장 툴(12)은 도입부(19), 파일럿 부(20), 확장부(22), 및, 선택적으로, 릴리프 부(23, relief portion)를 포함한다. 상기 도입부(19)는 일반적으로 경사져 있으며, 일반적으로 상기 제1 확장 툴(12)의 제1 단부(16)로부터 바깥쪽으로 연장되고, 상기 용기(18)로 상기 제1 확장 툴(12)의 삽입을 용이하게 한다. 상기 파일럿 부(20)는 일반적으로 상기 용기(18)의 초기 직경(26)과 동일한 파일럿 직경(24)을 갖는다. 이와 같이, 상기 파일럿 부(20)는 일반적으로 거기에 안착되어, 용기(18)를 축방향으로 안내하며, 제1 확장 툴(12)에 대해 대체적으로 중심 위치에 유지시킨다. 상기 확장부(22)는 상기 파일럿 부(24)보다 더 큰 확장 직경(28)을 가지며 용기가 확장된 직경을 획정한다. 일반적으로 경사진 랜드(29)는 파일럿 부(20)와 확장부(22)를 연결한다. 상기 릴리프 부(23)는 상기 확장부(22)의 확장 직경(28)보다 더 작은 릴리프 직경(39)을 가질 수 있다. 상기 확장부(22)는 확장된 부분(30) 및 대체로 확장되지 않은 부분(31)을 가진 부분적으로 확장된 용기를 형성한다.

상기 제1 확장 툴(12)이 미리 정해진 거리만큼 화살표 A 방향으로 상기 용기의 내부로 삽입되면, 상기 확장부(22)는 용기의 내부 측벽과 접촉하며 이를 확장시킨다. 상기 확장부(22)의 확장 직경(28)은 용기(18)의 초기 직경(26)보다 더 크므로, 도 1a의 상기 제1 확장 작업 이후 용기(18b)의 제1 확장된 직경(도 1b의 직경(40))에 영향을 미치며 이를 형성한다.

도 1b에 도시된 것처럼, 상기 제1 확장 툴(12)의 랜드(29)는 상기 용기(18b)의 측벽에 돌출 "범프(bump)" 또는 변형부(33)를 남긴다. 상기 변형부는 일반적으로 상기 랜드(29)의 형상에 상응하는 형상을 갖는다.

도 1a의 제1 확장 공정에 이어서, 제2 확장 툴(14)의 제1 단부(32)는 도 1b에 도시된 것처럼, 용기(18b)의 열린 단부로 미리 정해진 거리로 삽입된다. 상기 제2 확장 툴(14)은 도입부(37), 제1 파일럿 직경(36)을 가진 제1 파일럿 부(34), 제2 파일럿 직경(40)을 가진 제2 파일럿 부(38), 및 상기 제1 및 제2 파일럿 부(34, 38)를 연결하는 성형부(42)를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부(34)의 제1 파일럿 직경(36)은 용기의 초기 직경(26)(및, 제1 확장 툴(12)의 파일럿 부(20)의 파일럿 직경(24)과 같이)과 일반적으로 동일할 수 있다. 상기 제1 및 제2 파일럿 부(34, 38)는 일반적으로 서로 평행하다. 상기 제2 파일럿 부(38)의 제2 파일럿 직경(40)은 제1 파일럿 부(34)의 제1 파일럿 직경(36)보다 크다. 상기 제2 파일럿 부(38)는 일반적으로 제1 확장 툴(12)의 확장부(22)와 동일한 직경(예컨대, 용기(18b)의 확장된 부분의 직경)을 가지므로, 상기 제2 파일럿 부(38)는 상기 확장부(22)에 잘 들어맞으며, 그로 인해 용기(18b)를 안내하고 이를 일반적으로 중심 위치에 유지시킨다. 상기 성형부(42)는 일반적으로 경사져 있고 상기 제1 및 제2 파일럿 부(34, 38)를 연결한다. 확장부(44)는 상기 제2 확장 툴(14)의 제2, 후방 단부(45)를 향해 상기 제2 파일럿 부(38)로부터 연장된다. 상기 확장부(44)는 상기 제2 파일럿 직경(40)보다 더 큰 확장 직경(46)을 갖는다. 상기 제2 확장 툴(14)은 또한 상기 제2 확장 툴(14)의 후방 단부(45)에 또는 그 부근에 배치된 릴리프 부(48)를 포함할 수 있다. 상기 릴리프 부(48)는 상기 확장부(44)의 확장 직경(46)보다 더 작은 릴리프 직경(49)을 가질 수 있다.

상기 제2 파일럿 직경(40)은 일반적으로 상기 용기(18b)의 확장된 부분(30)의 직경(26)과 같다. 이와 같이, 상기 제2 파일럿 부(38)는 일반적으로 그 안에 안착되어, 상기 용기(18b)를 축방향으로 안내하며 상기 제2 확장 툴(14)에 대해 일반적으로 중심 위치에 유지시킨다. 상기 제2 확장 툴(14)은 확장 스트로크(stroke)의 마지막에서 미리 정해진 거리만큼 용기(18b)로 삽입되어 있고, 상기 제1 파일럿 부(34)는 상기 용기(18b)의 하류의 일반적으로 확장되지 않은 부분(31)과 접촉한다. 이러한 축방향 이동 동안, 상기 성형부(42)는 상기 제1 확장(도 1a 참고) 동안 형성된 변형부(33)와 접촉하게 되며, 상기 변형부(33)는 일반적으로 성형부(42)의 형상과 상응하는 경사진 형상으로 평활하게 된다. 동시에, 도 1a의 제1 확장 공정으로 초래된 확장된 부분(30)의 직경(40)보다 더 큰 확장 직경(46)을 가진 확장부(44)는 용기(18b)의 확장된 부분(30)을 더 확장시킨다.

하나의 실시예에서, 상기 제2 확장 툴(14)은 제1 확장 툴(12)과 같이 상기 용기(18c)(도 2c 참고)의 말단부(50)에 대해 일반적으로 동일한 미리 정해진 거리만큼 삽입될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 제1 확장 공구(12)의 제1 단부(16)로부터 상기 랜드(29)까지의 상기 축방향 거리는 일반적으로 상기 제2 확장 툴(14)의 제1 단부(32)로부터 상기 성형부(42)까지의 축방향 거리와 동일하므로, 앞선 확장 공정 동안 상기 제1 확장 툴(12)에 의해 형성된 변형부(38)가 평활해지는 것을 용이하게 한다.

상기 제2 확장 공구(14)가 상기 제1 확장 툴(12)보다 상기 용기(18c)의 말단부(50)에 대해 크거나 또는 작은 거리로 삽입될 수 있음이 고려된다. 이러한 실시예에서, 상기 제2 확장 툴(14)의 제1 단부(32)로부터 상기 성형부(42)까지의 축방향 거리는 상기 성형부(42)가 앞선 확장 공정에서 제1 확장 툴(12)에 의해 형성된 상기 변형부(38)와 접촉하고 이를 평활해질 수 있는 거리이어야 한다. 예를 들어, 상기 제2 확장 툴(14)이 상기 용기(18c)로 더 작은 거리로(용기의 말단부(50)로부터 더 멀리) 삽입되어야 하는 경우, 상기 성형부(42)는 상기 제2 확장 툴(14)의 제1 단부(32)로부터 더 짧은 거리에 배치되어야 한다.

전술한 바와 같이, 추후 확장 작업은 확장 툴을 활용하며, 상기 확장 툴은 앞선 확장 작업 중 형성된 확장된 용기 직경(예컨대, 도 1a의 확장 직경(28))에 맞고 원래의 파일럿 직경(예컨대, 도 1b의 제1 파일럿 직경(36))이 상기 확장 스트로크의 마지막에서 제어될 때까지 용기를 안내하는 제2 파일럿 부(예컨대, 도 1b의 제2 파일럿 부(38))를 포함한다. 본원에 개시된 상기 제2 파일럿 부는 또한 상기 확장부가 상기 제2 파일럿 부 뒤에(예컨대, 도 1a의 화살표 A와 같이, 상기 확장 툴이 용기로 삽입되는 방향에 대해) 배치되기 때문에, 이전 확장의 블렌딩(blending) 및/또는 평활화를 방지하는데 도움을 준다.

확장 작업 동안, 용기는 상기 제2 파일럿 부에 의해 위치되고 상기 제2 파일럿 부 뒤에 위치된 확장부의 형상으로 확장된다. 상기 확장 툴이 상기 확장 스트로크의 마지막에 가까울수록, 이전 확장 작업 동안 생성된 범프 또는 변형부는 성형부에 의해 평활하게 된다. 따라서, 본원에 개시된 실시예의 확장 작업 및 툴은 한 번에 두가지 작업(평활화 및 추가 확장)을 수행한다.

이는 원하는 용기 형태가 달성될 때까지 남은 확장 공정 전체에 걸쳐 반복될 수 있다. 이와 같이, 다음의 확장 작업은 블렌딩/평활화 및 확장의 공정을 반복할 수 있다.

각각의 수의 확장 툴을 활용하는 임의의 수의 확장 작업이 최종 용기의 원하는 형태를 형성하는데 사용될 수 있음이 고려된다. 선택적으로, 확장 작업의 마지막에서, 최종 확장기(도 2e의 최종 확장기(102) 참고)는 용기로 삽입되어, 이전 확장에서 초래된 임의의 원치않는 범프 또는 변형을 추가로 블렌딩하거나 평활하게 할 수 있다.

확장 및 블렌딩 작업의 비율은 마무리된 용기의 원하는 형태에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 상기 용기는 평활화(또는 다중 평활화 공정)가 가해지기 전 다중 확장 작업(이로 인해 다중 변형부 또는 범프를 생성하는)이 가해질 수 있다.

하나의 실시예에 따라서, 제품을 확장하기 위한 확장 메커니즘은 제1 확장 툴 및 제2 확장 툴을 포함한다. 제1 확장 툴은 상기 제1 확장 툴의 제1 단부로부터 바깥쪽으로 연장된 제1 도입부와 상기 제1 도입부에서 연장된 제1 파일럿 부를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부는 제1 직경을 갖는다. 상기 제1 확장 툴은 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가진 제1 확장부를 더 포함한다. 상기 제1 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 제1 확장부를 연결하는 제1 랜드를 더 포함한다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제2 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 제2 도입부와 상기 제2 도입부에서 연장된 제2 파일럿 부를 포함한다. 상기 제2 파일럿 부는 제3 직경을 갖는다. 상기 제2 확장 툴은 일반적으로 상기 제2 파일럿 부에 평행한 제3 파일럿 부를 더 포함한다. 상기 제3 파일럿 부는 상기 제3 직경보다 더 큰 제4 직경을 갖는다. 상기 제2 확장 툴은 상기 제2 파일럿 부와 상기 제3 파일럿 부를 이어주는 성형부와 제5 직경을 가진 제2 확장부를 더 포함한다. 상기 제5 직경은 상기 제3 직경보다 크다. 상기 제2 확장 툴은 상기 성형부와 제2 확장부를 연결하는 제2 랜드를 더 포함한다. 상기 제1 확장 툴의 제1 단부로부터 상기 제1 랜드까지의 축방향 거리는 일반적으로 상기 제2 확장 툴의 제1 단부로부터 상기 성형부까지의 축방향 거리와 같으며, 상기 제2 확장 툴은 상기 제1 확장 툴에 이어서 사용되도록 구성된다.

도 1a-1c에 도시된 공정은 결과적인 용기(예컨대, 도 2e의 용기(18e))의 원하는 형태를 얻기 위해 다른 또는 추가 확장 툴(도 2a-2e 참고)로 반복될 수 있다. 도 2a-2e는 대표적인 확장 툴과 하나의 실시예에 따라 그 안에 상기 확장 툴을 삽입함으로써 야기된 각각의 확장된 용기를 나타낸다. 도 2a를 참고하면, 예를 들어, 예컨대, 제1 이동 스타휠(202, star wheel)로부터 확장(성형) 터렛(210)(도 5 참고)으로 전달되기 전과 같은, 확장 전 초기의 원통 또는 용기(18a)가 도시된다. 도 2b에서, 상기 제1 확장 툴(12)이 도 2a의 초기 용기(18a)로 삽입되고 그로부터 제거되는 동안 상기 용기(18b)는 도 1a의 제1 확장 툴(12)을 이용하는 확장 공정을 겪는다. 마찬가지로, 도 2c는 도 1b-1c의 제2 확장 툴(14)과, 상기 제2 확장 툴(14)이 도 2b의 용기(18b)로 삽입되고 빼내지는 동안 상기 제2 확장(도 1c 참고)으로 야기된 용기(18c)(도 1c 참고)를 나타낸다. 도 2d는 선택적인 차후의 제3 확장 툴(106)과, 상기 제3 확장 툴(106)이 도 2c의 용기(18c)에 삽입되고 빼내지는 동안 제3 확장(미도시)으로 야기된 용기(18d)를 나타낸다. 최종 확장 툴(102)은 용기(18d)로 삽입되어 이전 확장으로 초래된 어떤 원치않는 범프 또는 변형부를 추가로 블렌딩하거나 또는 평활하게 할 수 있으며, 이로써 원하는 형상을 가진 최종 용기(18e)를 생성한다.

도 2a-2e의 도시된 실시예에 나타낸 것과 같이, 각각의 확장 툴(12, 14, 106)의 확장부(22, 44, 120)의 직경은 이전의 확장 작업에서 사용된 직경보다 더 커서 상기 용기는 점진적이고, 단계적으로 확장되며, 이로써 상기 용기 재료에 최소의 응력이 가해지게 된다. 달리 말하면, 각각의 확장 작업의 각각의 확장 툴은 일반적으로 이전의 확장 툴에 의해 형성된 용기를 더 확장시키고 형성하도록 기능한다. 임의의 수의 확장 툴/확장 작업은 확장 공정 동안 원하는 용기 형태를 형성하기 위해 사용될 수 있다.

그 중에서도, 제2 및 제3 확장 툴(14, 106)은 서로에 대해 그리고 상기 용기의 주 측벽에 대해 실질적으로 평행한 제1 파일럿 부(34, 112)와 제2 파일럿 부(38, 138)를 포함한다. 상기 제1 파일럿 부(34, 112)는 상기 용기(18a)의 초기 직경(26)과 같은(예컨대, 최종 용기(18e)의 확장되지 않은 부분(114)) 동일한 직경을 가지므로, 상기 제1 파일럿 부(34, 112)가 상기 용기 내로 삽입될 때, 상기 확장 스트로크의 말단 부근에서 상기 용기를 안내하지만, 추가로 확장하지는 않는다. 상기 제2 파일럿 부(38, 138)는 일반적으로 이전 확장 툴에 의한 이전의 공정 단계 동안 형성된 확장된 부분(30)과 같은 동일한 직경을 갖는다. 이와 같이, 상기 용기는 상기 확장 공정 전반에 걸쳐 일반적으로 중심의 위치에서 유지된다.

도 2a-2e의 실시예에서, 각각의 확장 툴(12, 14, 106, 102)은 상기 용기(18)로 동일한 축방향 거리만큼 삽입된다. 이와 같이, 도 2b-2d에 도시된 것처럼, 상기 제2 및 제3 확장 툴(14, 106)의 확장부(44, 120) 및 랜드(41, 128)는 이전 확장 툴(12, 14)에 비해 상기 확장 툴(14, 106)의 전방 단부(32, 136)에서 더 멀리에 위치된다. 따라서, 각 확장 툴(14, 106)의 성형부(42, 140)는 이전 확장 툴(12, 14)보다 전방 단부(32, 126)에서 더 멀리 위치된다. 이와 같이, 이전 확장 툴(12, 14)에 의해 형성된 범프 또는 변형부(33, 144)는 다음의 확장 툴(14, 106)의 성형부(42, 140)에 접촉되어 평활해질 수 있으며, (상기 이전의 확장 툴(12, 14)보다 더 큰 직경을 가진)상기 다음의 확장 툴(14, 106)의 확장부(44, 120)는 상기 용기의 원하는 부분을 확장시키기 위해 계속될 수 있다.

본원에 개시된 실시예는 종래의 확장 공정 및 장치 이상의 다양한 이점들을 제공한다. 예를 들어, 종래의 확장 공정 및 장치에서, 추후의 확장 툴의 파일럿 부는 상기 파일럿 부가 확장되지 않은 용기의 내부와 접촉될 때까지 앞서 부분적으로 확장된 용기에 어떤 혜택도 제공하지 않는다. 본원에 개시된 실시예에서, 다른 한편, 확장부 바로 전에 배치된 제2 파일럿 부는 상기 용기의 일정한 파일럿 및 안내를 위해 제공하는 것이므로 상기 용기는 확장 작업 동안 확장 툴에 대해 중심을 벗어나게 배치되지 않는다. 따라서, 개선된 동일 중심성(concentricity)은 확장 작업 간에 달성되고, 특히, 성형 공정이 일반적으로 용기의 전체 길이에 걸쳐(또는 용기의 상부를 통해 또는 상부 부근에 가능한 가깝게) 수행되는 깊숙한 성형에 대해 달성된다. 이와 같이, 상기 용기 측면 재료는 바람직하지 않게 얇아지거나 또는 두꺼워질 가능성이 적으며, 재료의 결함 또는 분리를 줄일 수 있다. 더욱이, 상기 확장된 용기의 결과 표면은 일반적으로 더 매끈하고 더 적은 (만약 있다면) 시각적인 결함을 포함한다. 본원에 개시된 실시예는 또한, 용기 재료에 응력을 덜 가하는 더 큰 확장 비율을 허용할 수 있는, 더 큰 최종 직경에 비해 작은 직경을 가진 확장부를 사용하는 능력을 제공한다.

도 4a, 4b는 다른 실시예에 따른 이중-랜드 확장 툴(200)을 도시한다. 도 4a, 4b상기 이중-랜드 확장 툴(200)은 일반적으로 전술한 것과 유사하다. 그러나, 상기 이중-랜드 확장 툴(200)은 제1 확장부(158)의 직경(156)보다 큰 직경(154)을 가진 제2 확장부(152)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 상기 이중-랜드 확장 툴(200)은 후방/비-선두를 향해 상기 제1 확장부(158)에서 연장된 릴리프 부(160)와, 상기 확장 툴(200)의 제2 단부(162) 및 상기 릴리프 부(160)와 제2 확장부(152)를 연결하는 경사진 랜드부(164)를 포함한다. 상기 이중-랜드 확장 툴(200)은 본질적으로 하나로 결합된 두 개의 확장 툴로서 기능한다. 이와 같이, 상기 이중-랜드 확장 툴(200)은 단일 성형 공정(둘이 아닌)을 이용하여 더 빠른 확장 속도를 제공할 수 있다. 본원에 개시된 상기 실시예에 따른 상기 확장 툴이 임의의 적합한 수의 확장부를 가질 수 있는 것으로 고려된다. 상기 용기가 확장 작업 전, 그 사이, 및/또는 이후에 임의의 적절한 수의 다른 작업을 겪을 수 있다는 것이 더 고려된다.

본원에 개시된 제품은 임의의 수의 단계를 통해 처리될 수 있으며, 그 중 하나 이상은 직경 확장 단계일 수 있다. 모든 공정/성형 단계가 완료되면, 상기 제품은 기계로부터 배출된다. 본원에 개시된 확장 메커니즘은 재순환 기계 라인 또는 다른 타입의 기계 라인과 같은 기계 라인의 일부분일 수 있다.

확장 메커니즘은 별개의 기계일 수 있으며, 또는 확장 메커니즘은 기계 라인에서의 하나의 기계일 수 있다. 본원에 개시된 실시예와 사용될 수 있는 기계의 하나의 예시는 미국 특허 제7,963,139호에 개시되며, 그 전체가 참조로써 이곳에 포함된다. 예를 들어, 도 5의 기계 라인(250)을 참고하면, 제품 또는 용기는 터렛/스타 휠에서 스테이션을 채우기 위해 제1 기계로 먼저 공급된다. 각각의 스타 휠(star wheel)은 가공 또는 이송을 위해 제품을 보유하기 위한 임의의 수의 스테이션을 가질 수 있다. 예를 들어, 스타 휠은 6개, 8개, 또는 10개 제품을 각각 보유하기 위해 6개, 8개, 또는 10개의 스테이션을 가질 수 있다. 상기 스타 휠이 임의의 적합한 수의 스테이션에 대해 하나의 스테이션을 가질 수 있다는 것이 인지될 것이다.

하나의 실시예에 따라, 확장 공정은 미국 특허 제7,963,139호에 개시된 것처럼, 연속으로 회전하는 터렛으로 제품을 공급하는 단계를 포함한다. 상기 제품은 성형 스테이션으로 적재되고, 확장 툴은 상기 제품의 열린 단부로 삽입된다. 상기 확장 툴은 빼내지고, 상기 제품은 다른 터렛, 배출 트랙, 또는 다른 장치로 이송된다. 상기에서 자세하게 설명된 것처럼, 확장 툴의 일부분은 상기 제품의 적어도 일부분의 직경보다 더 큰 직경을 갖는다.

도 6 및 7은 용기(예컨대, 캔) 확장 장치 및 성형 장치의 대표적인 실시예를 도시한다. 도 6은 일반적으로 네킹 장치(200, necking apparatus)를 도시하며, 도 7은 일반적으로 쉐이핑 장치(300, shaping apparatus)를 나타낸다(각각 미국 특허 제7,963,139호 및 미국 특허출원 공개번호 제2015/0082849호에서, 더 자세하게 설명되며, 둘 모두 본원에 참조로 포함된다). 캔(205)은, 하나의 실시예에 따라, 기계 라인(250)(도 5 참고)의 일부일 수 있는 인피드 트랙(infeed track) 또는 이전의 공정 터렛(202)으로부터 연속으로 회전하는 터렛(210)으로 공급된다. 도 5는 캔 확장 공정의 연속으로 회전하는 터렛 스타 휠(210)로 캔(205)이 통과하는 인피드 터렛 스타 휠(202)이 도시된다. 상기 터렛(210)이 성형 스테이션으로 적재된 캔(205)을 가지고 회전하는 동안, 현재의(초기의) 캔 직경보다 더 큰 직경을 포함하는 확장 툴(230)(예컨대, 도 2c, 2d의 확장 툴(14, 16))은 상기 캔(205)으로 삽입되고 빼내질 것이다. 상기 캔(205)은 이후 도 5의 화살표로 도시된 방향으로, 터렛(210)으로부터 다른 공정 터렛(204) 또는 배출 트랙으로 이송된다.

도 5를 다시 참고하면, 하나의 실시예에 따른 장치는 인피드 진공 이송 휠(202), 성형 터렛(210), 및 배출 진공 이송 휠(204)을 포함한다. 인피드 및 배출 진공 이송 휠(202, 204) 모두는 디자인 및 기능에서 유사하다. 상기 인피드 휠(202)은 상기 캔(205)을 상기 성형 터렛(210)으로 적재하며 상기 배출 휠(204)은 상기 캔(205)을 상기 성형 터렛(210)으로부터 내린다.

상기 캔(205)은, 언급될 것처럼 공기압 차 또는 "흡입"을 이용하여 상기 제1 이송 스타 휠 상에 제 위치에 유지될 수 있다.

상기 캔은 이후 상기 제1 이송 스타 휠로부터 제1 터렛 스타 휠로 전달되고 상기 캔 확장 기계 상의 캔 확장 성형 공정으로 들어간다. 본 발명은 그렇게 한정되지 않지만, 본 발명의 실시예는 모듈로서 구성된 확장 기계를 포함할 수 있다. 캔 확장 모듈의 사용은 기계 라인(250)이 조립되고/변경되어 필요한 만큼 많은 캔 확장 단계를 제공하며, 원하는 만큼 추가/제거될 수 있는, 플랜징(flanging), 네킹(necking), 트리밍(trimming), 컬링(curling), 스레딩(threading), 및/또는 베이스 리포밍(base reforming)/리프로파일링(reprofiling)과 같은, 추가 단계의 추가를 허용한다.

본 발명은 다양한 수정 및 대체 형상이 가능하지만, 본 발명의 특정 실시예 및 방법은 도면에서 예시의 방법으로 도시되었으며 본원에 자세하게 설명된다. 그러나, 개시된 특정 형태 또는 방법으로 본 발명을 한정하려는 것은 아니며, 반대로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범주 내에서 모든 수정, 등가물 및 대안들을 포함하려는 것을 이해해야 한다.

Claims (18)

1. 제품을 확장하기 위한 확장 툴로서,
   상기 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 도입부;
   상기 도입부에서 연장되고, 제1 직경을 가진 제1 파일럿 부;
   상기 제1 파일럿 부와 평행하고, 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가진 제2 파일럿 부;
   상기 제1 파일럿 부와 제2 파일럿 부를 연결하며, 경사져 있는 성형부; 및
   상기 제2 파일럿 부에서 상기 확장 툴의 제2 단부를 향해 연장되고, 상기 제2 직경보다 큰 제3 직경을 가진 확장부;를 포함하며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부에 대향되는, 제품을 확장하기 위한 확장 툴.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 확장부에서 연장된 릴리프 부를 더 포함하는, 제품을 확장하기 위한 확장 툴.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 확장 툴은 윤곽이 형성된 외부 표면을 형성하도록 제품을 확장하기 위한 것인, 제품을 확장하기 위한 확장 툴.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 도입부는 경사져 있는, 제품을 확장하기 위한 확장 툴.
5. 제품을 확장하기 위한 확장 메커니즘으로서,
   상기 확장 메커니즘은 제1 확장 툴 및 제2 확장 툴을 포함하며,
   상기 제1 확장 툴은,
   상기 제1 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 제1 도입부;
   상기 제1 도입부에서 연장되고, 제1 직경을 가진 제1 파일럿 부;
   상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가진 제1 확장부; 및
   상기 제1 파일럿부와 상기 제1 확장부를 연결하고, 상기 제품의 측벽에 변형부를 형성하도록 구성되는 제1 랜드;를 포함하고,
   상기 제1 확장 툴 다음에 사용되도록 구성된 상기 제2 확장 툴은,
   상기 제2 확장 툴의 제1 단부에서 바깥쪽으로 연장된 제2 도입부;
   상기 제2 도입부에서 연장되고, 제3 직경을 가지며, 상기 제3 직경은 상기 제1 직경과 동일한, 제2 파일럿 부;
   상기 제2 파일럿부와 평행하고, 상기 제2 직경과 동일한 제4 직경을 가진 제3 파일럿 부;
   상기 제2 파일럿 부와 상기 제3 파일럿 부를 연결하는 성형부;
   상기 제3 직경보다 큰 제5 직경을 가진 제2 확장부; 및
   상기 제3 파일럿 부와 제2 확장부를 연결하는 제2 랜드;를 포함하며,
   상기 제1 확장 툴의 제1 단부로부터 상기 제1 랜드까지의 축방향 거리는 상기 제2 확장 툴의 제1 단부로부터 상기 성형부까지의 축방향 거리와 동일하여 상기 성형부가 제1 확장 툴의 제1 랜드에 의해 형성된 변형부와 접촉하여 평활하게 하도록 구성되는, 제품을 확장하기 위한 확장 메커니즘.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 직경은 상기 제품의 초기 직경과 동일한, 제품을 확장하기 위한 확장 메커니즘.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 및 제2 도입부는 경사져 있는, 제품을 확장하기 위한 확장 메커니즘.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 성형부는 경사져 있는, 제품을 확장하기 위한 확장 메커니즘.
9. 제품을 확장하는 방법에 있어서,
   상기 제품의 열린 단부 내부로 제1 확장 툴의 제1 단부를 삽입하는 단계로서, 상기 제1 확장 툴은 제1 확장부가 뒤따르는 제1 파일럿 부를 가지며, 상기 제1 파일럿 부는 상기 제품의 초기 직경과 동일한 제1 직경을 가지고, 상기 제1 확장부는 제2 직경을 가지며, 상기 제2 직경은 상기 제1 직경보다 크고, 상기 제1 확장부는 확장된 부분을 가진 부분적으로 확장된 제품을 형성하고, 상기 제1 확장부는 제품의 확장된 부분에 적어도 하나의 변형부를 형성하는, 단계; 및
   상기 부분적으로 확장된 제품의 열린 단부 내부로 제2 확장 툴의 제1 단부를 삽입하는 단계로서, 상기 제2 확장 툴은 제3 직경을 가진 제2 파일럿 부, 제4 직경을 가진 제3 파일럿 부와, 상기 제2 및 제3 파일럿 부를 연결하는 제1 성형부, 및 상기 제3 파일럿 부에서 연장된 제2 확장부를 포함하며, 상기 제4 직경은 제2 직경과 동일하고 상기 제3 직경보다 크며, 상기 제1 성형부는 경사져 있고, 상기 제2 확장부는 제5 직경을 가지며, 상기 제5 직경은 상기 제2 직경보다 크고, 상기 성형부는 상기 제품의 확장된 부분에 형성된 적어도 하나의 변형부를 평활하게 하는, 단계;를 포함하는, 제품을 확장하는 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 확장 툴은 상기 제1 파일럿 부와 상기 제1 확장부를 연결하는 랜드를 포함하며, 상기 적어도 하나의 변형부는 상기 랜드와 같은 형상을 가지는, 제품을 확장하는 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 확장 툴 및 상기 제2 확장 툴은 상기 제품으로 같은 거리가 삽입되는, 제품을 확장하는 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 확장 툴의 제1 단부에서 상기 랜드까지의 거리는 상기 제2 확장 툴의 제1 단부에서 상기 제1 성형부까지의 거리와 같은, 제품을 확장하는 방법.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 확장부는 제품의 확장된 부분에 제2 적어도 하나의 변형부를 형성하며, 상기 방법은, 상기 제2 확장 툴을 삽입한 이후, 상기 제품의 열린 단부 내부로 제3 확장 툴의 제1 단부를 삽입하는 단계로서, 상기 제3 확장 툴은 제6 직경을 가진 제4 파일럿 부, 제7 직경을 가진 제5 파일럿 부, 상기 제4 및 제5 파일럿 부를 연결하는 제2 성형부, 및 상기 제5 파일럿 부에서 연장된 제3 확장부를 포함하며, 상기 제7 직경은 상기 제5 직경과 동일하며 상기 제6 직경보다 크고, 상기 제2 성형부는 경사져 있으며, 상기 제3 확장부는 상기 제7 직경보다 큰 제8 직경을 가지고, 상기 성형부는 상기 제2 적어도 하나의 변형부를 평활하게 하는, 단계를 더 포함하는, 제품을 확장하는 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 확장 툴은 상기 제3 파일럿 부와 상기 확장부를 연결하는 제2 랜드를 포함하며, 상기 제2 적어도 하나의 변형부는 상기 제2 랜드와 같은 형상을 갖는, 제품을 확장하는 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 확장 툴 및 상기 제3 확장 툴은 상기 제품 내부로 같은 거리 삽입되는, 제품을 확장하는 방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 확장 툴의 제1 단부와 상기 제2 랜드 사이의 거리는 상기 제3 확장 툴의 제1 단부와 상기 제2 성형부 사이의 거리는 같은, 제품을 확장하는 방법.
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 직경보다 큰 제4 직경을 가진 제2 확장부;
    상기 확장부에서 연장되고, 상기 제3 직경보다 작은 제5 직경을 가진 경사진 릴리프 부;
    상기 릴리프 부와 제2 확장부를 연결하는 경사진 랜드; 및
    상기 제2 확장부에서 연장되고 상기 제4 직경보다 작은 제6 직경을 가진 제2 경사진 릴리프 부;를 더 포함하는, 제품을 확장하기 위한 확장 툴.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 릴리프 부는 확장 툴의 제2 단부에 위치되는, 제품을 확장하기 위한 확장 툴.