JP2006272424A - ボトル缶の製造方法及び該方法により製造されたボトル缶 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルミ地が内容物充填後の殺菌処理で変色しない方法として化成皮膜を厚くすれば良いが、ボトル缶の場合、縮径加工による変形のため化成皮膜が破壊されカール部の内面塗膜にシワが発生する為、加工時において皮膜が破壊されず、且つボトム外面塗装が不用な方法の提供。
【解決手段】 アルミニウム板に絞り・しごき加工を施して有底円筒体を形成し、該有底円筒体の開口部近傍にネッキング加工により該開口部を密封するためのキャップを取り付けるキャップ取付用のネジ部を形成するボトル缶の製造方法において、化成処理工程をネッキング加工・ネジ加工・カール加工をした後に行うことを特徴とするボトル缶の製造方法及び該方法により製造されたアルミニウム又はアルミニウム合金製ボトル缶。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボトル缶に化成皮膜を施す際、従来ネッキング加工・ネジ加工・カール加工前の有底円筒体に行われていた化成処理工程を、これらの加工後のボトル成形工程の後に設けて、ボトム外面にのみに化成皮膜が施されることにより、当該部分の変色を防止する外面塗膜が不用となるようにした化成皮膜の形成方法および該方法により製造されたボトル缶を提供する。

アルミニウム又はアルミニウム合金［以下両者を併せて単に「アルミニウム」という。］製ボトル缶は、多くの工程においてアルミニウム缶と同様な工程により製造されている。
アルミニウム缶の製造工程は、図３に示す工程と同様であり、まず缶用アルミニウム薄板を有底筒状のカップ形状に打ち抜き、絞りしごき加工を施して有底筒状アルミＤＩ缶体を形成する。絞りしごき加工を施す際には、通常、鉱油、合成油等からなる潤滑油が付着しているので脱脂剤を用いて油分の脱脂を行うと共にエッチングして表面を清浄にする表面処理を行う。前記脱脂剤としては、アルミ表面のエッチング剤と油分を取り除く界面活性剤とを含有するものが用いられる。［例えば特許文献１、２、３および５参照］
次に、前記有底筒状アルミＤＩ缶体を化成処理剤により化成処理して内外全表面に化成処理皮膜を形成する。前記化成処理剤としてはクロム系あるいはリン酸ジルコニウム系化成処理剤が用いられる。化成液を洗浄し、乾燥し、続いて外面塗装、内面塗装、印刷、ネッキングフランジングして缶本体としている。

これに対しボトル缶では、アルミニウム合金板のドローイング・アイアニング成形（ＤＩ成形）により有底円筒体に成形し、次いで順序に若干の前後があるが、外面に塗膜との密着性を向上させるためのサイズコート処理及びその焼付工程、印刷・クリアーニスによるオーバーコート処理及びその焼付工程、さらに内面塗装及びその焼付工程を順次行った後に、有底円筒（缶胴）の開口部側を縮径するところまではアルミニウム缶とほぼ同一の工程であるが、キャップ取付け部を形成するネッキング加工（これはアルミニウム缶よりは縮径度が大きい。）及び該キャップ取付け部にキャップを螺合するためのネジ部を形成するネジ加工とキャップとの密着性を保証するカール加工は、遙かに加工度が大きいためにアルミニウム缶に比して化成皮膜の割れによる塗膜剥離の危険度は極めて大きくなっている。

このようにネッキング加工及びネジ加工を行った場合には、加工時に化成皮膜が割れてしまうという不具合の発生度が高く、更にはその後に行う洗浄工程により化成皮膜の割れ部分がより拡大することにより、塗膜剥離がより拡大するという問題があった。このような状態で内容物を充填し、キャップを螺合した場合、特に、高温なレトルト処理（高温高圧蒸気処理）やホット販売といった加熱を受けるとそのトラブルは顕著となり、化成皮膜割れによる塗膜剥離部に水分が浸入することで、塗膜剥離が更に拡大し、最終的には内容物が漏洩する恐れがある。塗膜が亀裂あるいは剥離した場合には、外観的不良となるばかりでなく、ボトル缶の耐腐食性が低下するのでオフスペックとなる危険度が大きい。

例えばジルコニウム（Ｚｒ）系化成液を内外面にスプレーして、Ｚｒ系化成皮膜の下地処理を行っている場合、化成皮膜量が厚いとアルミニウム材に比して硬質なＺｒ系化成皮膜はネッキング加工・ネジ加工・カール加工によるダメージが大きく、ボトル口部のカール部の化成皮膜が割れ、内面塗膜にシワが発生する危険性が高い。シワが発生したときは内容物を充填しキャッピング後、このシワ発生箇所から内容物が漏れ出すことになるので、化成皮膜が割れ、シワの発生を防止するため、ネック部とボトム部に対するジルコニウム系化成液の噴射量を変えることにより、ネック部のＺｒ系化成皮膜の厚さをボトム部の厚さより薄くする提案［例えば引用文献４参照。］もある。

この化成処理後、印刷工程で缶胴外面は印刷、クリアー塗装を行い、内面塗装工程で内面をスプレー塗装する。また、ボトム外面は変色防止のためには皮膜厚さをＺｒ換算８ｍｇ／ｍ^２以上と厚くする必要があるが、ボトル口部のカール部の化成皮膜も厚くなってしまう。このため、ボトル缶全体の化成皮膜を薄くする必要があり、ボトル缶で印刷、クリアー塗装されていないボトム部はアルミ地が内容物充填後の殺菌処理で変色しないようにスプレー塗装が必要とされる。その後ネッキング加工とネジ加工及びカール加工が施されボトル缶本体（キャップをつけてボトル缶）とすることが行われていた。
上記のボトム外面塗装は、缶底ドーム形状の中央部に向けてスプレー塗装されるが、塗装抜け、搬送汚れ、塗料カスの付着等の不良が発生し、搬送の清掃に時間と人手を要する問題があった。

しかしスプレー塗装をしないでＺｒ系化成皮膜を形成する場合、以下のような解決しがたい問題があった。化成皮膜の厚さがＺｒ換算７ｍｇ／ｍ^２以下であると、缶胴に内容物を充填して缶蓋を固定し、熱水殺菌を行う段階で、薄い化成皮膜が露出している缶ボトム部外面が腐食し黒変する。缶内容物に雑菌繁殖の可能性があるコーヒー，ウーロン茶等の場合には、レトルト処理が必要であり、缶胴底部外面の腐食による白変を防止するためには、幾つかの異なった数値が示されているが、例えばＺｒ換算量として８〜１５ｍｇ／ｍ^２の皮膜量が必要と（特許文献６参照）とされている。
しかし、缶胴の表面にＺｒ換算８ｍｇ／ｍ^２以上の化成皮膜を形成した場合には、ネック部の絞り加工時にネック部のＺｒ系化成皮膜が凝集破壊され、その上の塗膜が剥離するため、缶胴開口部側の皮膜量はＺｒ換算８ｍｇ／ｍ^２未満に制限される。

特開平０５−１４７６５７号公報 特開平０５−２８７５８７号公報 特開平０８−０９９１３９号公報 特開平１１−０４９１７０号公報 特開２００３−０８２４７３号公報 特公平０３−０５３１７０号公報

ボトム外面のアルミ地が内容物充填後の殺菌処理で変色しない方法については化成皮膜を厚く塗布できれば解決されることが知られていたが、ボトル缶の場合、化成皮膜がレトルト処理等に対応出来る厚さを形成させたときはネジ部、カール部に加工による変形のためＺｒ系化成皮膜が破壊され、ボトル口部のカール部の内面塗膜にシワが発生する。
ボトム外面塗装によるときは、缶底ドーム形状の中央部に向けてスプレー塗装されるが、塗装抜け、搬送汚れ、塗料カスの付着等の不良が発生し、搬送の清掃に時間と人手を要する。従って、加工時においてＺｒ系化成皮膜が破壊されず、且つボトム外面塗装が不用であり、ボトム外面のアルミ地が内容物充填後の殺菌処理で変色しない方法の確立が必要であった。

本発明は、
［１］ アルミニウム又はアルミニウム合金板に絞り・しごき加工を施して有底円筒体を形成し、該有底円筒体の開口部近傍にネッキング加工により該開口部を密封するためのキャップを取り付けるキャップ取付用のネジ部を形成するボトル缶の製造方法において、化成処理工程をネッキング加工・ネジ加工・カール加工をした後に行うことを特徴とするボトル缶の製造方法、
［２］ 化成処理工程が、ネッキング加工・ネジ加工・カール加工をしたボトル缶のボトム外面にのみにジルコニウム含有量８〜２０ｍｇ／ｍ^２の皮膜を形成する化成処理を施す上記［１］に記載のボトル缶の製造方法、
［３］ 化成処理が、ネッキング加工・ネジ加工・カール加工をしたボトル缶に、リン酸ジルコニウム系化成液をスプレーしてボトル缶のボトム外面にのみ不溶性の化成皮膜を形成する上記［１］又は［２］に記載のボトル缶の製造方法、

［４］ アルミニウム又はアルミニウム合金板に絞り・しごき加工を施して有底円筒体を形成し、該有底円筒体の開口部近傍にネッキング加工により該開口部を密封するためのキャップを取り付けるキャップ取付用のネジ部を形成したボトル缶において、化成処理がボトム外面のみに施されたことを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金製ボトル缶、及び
［５］ ボトル缶のボトム部に、化成皮膜としてジルコニウム含有量８〜２０ｍｇ／ｍ^２の厚さであり、且つ変色防止用の外面塗膜を設けていない上記［４］に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金製ボトル缶、を開発することにより上記の課題を解決した。

本発明のボトル缶の製造方法は、従来ネッキング加工・ネジ加工・カール加工等の縮径加工をする前に行っていた化成処理工程を、これらの縮径工程の後に行うことにより、縮径操作によってもたらされる、脆くて硬質の化成皮膜の破損の生起を全く起こすことがないように、これら縮径操作を行った後に化成処理をすることでネジ部の破損のないボトル缶を製造することに成功したものである。
この結果、縮径操作における化成皮膜の破損を避けるために、化成皮膜厚さを薄くすることが必要で、このため印刷や塗装のないボトム部はレトルト処理による白化あるいは熱水または温水処理によっての黒変を避けるためにスプレー塗装工程が必要とされていたが、この工程も省略することが可能となった。
さらに、ボトム外面塗装（スプレー塗装）が不用になった。このためボトム中央部に向けてスプレー塗装されるときにおこる、装置の周辺に飛び散った塗料カスが缶に付着し外観不良となり、塗料カスによるオフスペックとなることがなくなった。

以下図１を参照して本発明に係るアルミニウムボトル缶の製造工程の１例を説明するが、有底円筒体をネッキング加工・ネジ加工・カール加工をした後に化成処理工程を行うものであれば、工程において若干の前後があっても本発明のボトル缶の製造方法を適用することができる。
アルミニウム缶は、コイル状に巻かれた潤滑油を塗布したアルミニウム板又はアルミニウム合金板から円形のブランクを打ち抜き、これをプレスなどでカップを成形し、さらにドローイング・アイアニング加工（ＤＩ加工）により有底円筒体とする。

次いで缶胴内外面の潤滑油を洗浄して除去するが、本発明では化成処理をせずに有底円筒体を乾燥する。その後有底円筒体の外面にサイズコート、印刷・オーバーコート及びその焼付工程を経て内面に塗装を行い焼き付け、硬化させた後、ネッキング工程（トリミング加工、スカート成形を含む）、ネジ加工工程、カール加工工程を行い、さらにボトル缶のボトム外面のみに化成処理を行って化成皮膜を形成し、ボトル缶本体（キャップは別工程で製造する。）とするものである。

ボトル缶は、内面塗装をした後に厳しいネッキング加工、更にネジ加工などより変形度の大きい加工が行われるため、これらの加工前に化成処理が行われると硬質の化成皮膜面は大きな変形を受けることになる。そしてこの化成皮膜が変形に伴い損傷したカール部位は、その上に塗装した内面塗膜も同様に損傷を受けるため、下面の金属部位が内容物と接触した場合、腐食したり、金属が溶出したりする危険があった。

通常アルミニウムボトル缶は、その内面に前記の特許文献１〜４に記載されているように、化成皮膜上に樹脂組成物を含む塗料を用いて塗装されているのが普通であるが、下地となる化成皮膜を熱水もしくは温水またはレトルト処理に必要な厚さを設けるときは化成皮膜の厚さが厚くなり、ネッキング加工・ネジ加工・カール加工するときに問題となる。そしてこれらの塗装は、亀裂や剥離に対する耐性を少しは改善出来るとしても完全ではなく、化成皮膜の破損により塗膜が剥離し、耐食性が著しく低下することが避けられなかった。
特にワインのような腐食性がありかつフレーバーのダメージの起き易い飲料に十分な耐食性を有する塗料は加工性が不十分であって、縮径、ネジ加工工程中に化成皮膜に亀裂や剥離が起き易い問題がある。

本発明においては、従来しぼり・しごき成形の直後に行われていた（図３参照）化成皮膜の形成を、図１に示すように、ネッキング加工・ネジ加工・カール加工工程より後の工程に行うことにより、ネジ部やカ−ル部における化成皮膜の破損に基づく塗膜剥離を確実に防止すると共に、化成皮膜の形成が必要であるボトル缶のボトム外面だけにこれらの加工工程後に化成処理をすることにより解決した。ネジ部やカール部の耐食性は化成皮膜を設けることなく、接着性の良い樹脂を含有する塗料を用いれば十分であることが確認出来た。

内面塗料は、作業環境汚染の少ない水性系のエポキシ／アクリル／フェノール系樹脂組成物が好ましい。アルミ素地との密着性向上の面からは、フェノール樹脂を塗料樹脂中３〜１０重量％添加した方が好ましい。フェノール樹脂が３重量％以下であると密着性が劣り、１０重量％以上であると加工性が劣る。一般的にフェノール樹脂は、ビスフェノールＡとホルマリンを反応させたものが缶用塗料として使用される。
また、ネッキング・フランジ成形の加工性向上の面から、平均分子量が３００００〜６５０００のフェノキシ樹脂と平均分子量が８０００〜３００００のエポキシ樹脂を混合したエポキシ樹脂（Ａ）が好ましい。フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂中１０〜４０重量％の含有量が好ましい。
一般的にアクリル樹脂（Ａ）とエポキシ樹脂（Ｂ）は、（Ａ）／（Ｂ）＝１２／８８〜３５／６５の範囲で形成されるエポキシアクリル共重合体を使用する。

化成皮膜形成には、従来行われていたと同様な処理工程ライン（図２参照）を用い、クロメート、Ｚｒ系などの化成液としては、塗膜が形成されていないボトル缶のボトム外面が熱水もしくは温水処理またはレトルト処理等により変色せず、耐食性を向上出来るものであればその種類は問わない。該目的に好ましいものとしてはフルオロジルコニウム酸アンモニウム−リン酸系のＺｒ系化成液を挙げることができる。

化成皮膜の厚さとしては８ｍｇ／ｍ^２以上、好ましくは１１ｍｇ／ｍ^２以上で黒変はおきない。また化成皮膜の厚さが好ましくは１４〜１６ｍｇ／ｍ^２であるときはレトルト処理による白化を防止出来る。化成皮膜の厚さが８ｍｇ／ｍ^２より薄いときは、化成皮膜上にクリア塗装がないので黒変がおきる。化成皮膜が厚いときには黒変の問題はないが、化成液使用量の増加になるので耐黒変には１６ｍｇ／ｍ^２以下、好ましくは１５ｍｇ／ｍ^２以下になるように耐レトルト白化には２０ｍｇ／ｍ^２以下，好ましくは１８ｍｇ／ｍ^２以下になるように化成液の組成濃度や時間、処理温度を調整する。例えば耐黒変には、化成液温度４０℃、Ｚｒ濃度３０ｐｐｍであれば、化成処理時間約１３〜２０秒程度となる。耐レトルト白化には化成処理時間１３〜２０秒程度と同等な皮膜をつけるためには、化成液温度４５℃、Ｚｒ濃度４０ｐｐｍの条件が必要となる。

化成処理は、例えば図２に示すような装置を用いて行うことが出来る。即ちこの装置を、ボトルネジ加工、カール加工の工程と該工程の後に設けられる潤滑油を洗浄する工程の間に設ける。あるいは化成皮膜処理と潤滑油洗浄の順序は逆でも良い。
ベルトコンベア（２）のボトル缶肩部を保持する穴に、ボトル缶（１）を１缶づつ入れてボトル缶を倒立させ、倒立の状態でＺｒ化成液を化成液噴射器（３）を用いてボトル缶のボトム部外面のみにスプレーして、Ｚｒ化成皮膜の下地処理を行う。その後工水（４）で水洗し、さらにイオン交換水（７）で水洗し、ボトル缶を乾燥させる。

化成処理は化学反応であるため、化成皮膜の厚さを制御するには反応時間、化成処理温度、濃度の調整が必要である。化成液噴射器は処理温度、濃度を調節し、ノズル数を処理時間により必要数設けて行う。
続いて工水により洗浄した後、脱イオン水で洗浄し、完全に化成液を洗浄した後乾燥してボトル缶本体とする。

（実施例１〜３）
ＤＩ加工（しぼり・しごき加工）した有底円筒体の付着油を脱脂し、印刷工程で缶胴側面は印刷、クリアー塗装を行い、内面塗装工程で内面をスプレー塗装したが有底円筒体のボトム外面塗装は行わなかった。該有底円筒体をネッキング加工とネジ加工及びカール加工を行い、ボトル缶本体に成形した。
次いで、図２に示すような化成処理装置を用いて化成処理を行った。
使用した化成液の組成は、フルオロジルコニウム酸アンモニウムとふっ化水素酸とリン酸からなるＺｒ系化成液（実施例はＺｒ濃度３０ｐｐｍ、リン酸濃度４０ｐｐｍ；ふっ化水素濃度１７１ｐｐｍ、硝酸濃度５２ｐｐｍからなる化成液）であり、化成液濃度および処理温度を変えて、ボトル缶のボトム外面に不溶性のリン酸ジルコニウム（Ｚｒ換算）皮膜厚さが７ｍｇ／ｍ^２、９ｍｇ／ｍ^２及び１７ｍｇ／ｍ^２のサンプルを得た。これは続いてネッキング加工・ネジ加工・カール加工工程で使用した潤滑油を洗浄し、乾燥することにより、製品のボトル缶本体とした。
これらのボトル缶本体各４８個を、ボトム外面に付着する塗料カス、沸水処理後のボトル缶外面の黒変状況、外面化成皮膜の密着性およびレトルト処理後のボトル缶外面の白化状況についてテストした。結果を表１に示す。

（比較例１）
図３に示す従来のボトル缶製造工程により、ネジ加工前に化成処理をし、ボトム部にクリア塗装を行ってボトル缶本体を製造した。この４８缶について上記実施例と同様にテストした。結果を表１に示す。

従来法に比して、化成処理工程をネッキング加工・ネジ加工・カール加工をした後に行うことおよび化成皮膜厚さは若干厚くする必要はあるが、この結果加工時における塗膜割れは全く顧慮する必要がなく、レトルト処理などを行っても白化はおこらず、熱水処理を行っても黒変は起こらないのみならず、塗料カスの付着の問題など完全に解消した。さらにボトム外面塗装工程を全く省略できるので、コストダウンに大きな力となる。

本発明のボトル缶製造工程のフローシート。 本発明の化成処理工程に使用する装置の概念図。 従来のボトル缶製造工程のフローシート。

符号の説明

１ ボトル缶
２ ベルトコンベア
３ 化成液噴射器
４ 工水
５ 化成液循環ポンプ
６ 化成槽
７ リンス槽
８ ブロワー

Claims (5)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金板に絞り・しごき加工を施して有底円筒体を形成し、該有底円筒体の開口部近傍にネッキング加工により該開口部を密封するためのキャップを取り付けるキャップ取付用のネジ部を形成するボトル缶の製造方法において、化成処理工程をネッキング加工・ネジ加工・カール加工をした後に行うことを特徴とするボトル缶の製造方法。
2. 化成処理工程が、ネッキング加工・ネジ加工・カール加工をしたボトル缶のボトム外面にのみにジルコニウム含有量８〜２０ｍｇ／ｍ^２の皮膜を形成する化成処理を施す請求項１に記載のボトル缶の製造方法。
3. 化成処理が、ネッキング加工・ネジ加工・カール加工をしたボトル缶に、リン酸ジルコニウム系化成液をスプレーしてボトル缶のボトム外面にのみ不溶性の化成皮膜を形成する請求項１又は２に記載のボトル缶の製造方法。
4. アルミニウム又はアルミニウム合金板に絞り・しごき加工を施して有底円筒体を形成し、該有底円筒体の開口部近傍にネッキング加工により該開口部を密封するためのキャップを取り付けるキャップ取付用のネジ部を形成したボトル缶において、化成処理がボトム外面のみに施されたことを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金製ボトル缶。
5. ボトル缶のボトム部に、化成皮膜としてジルコニウム含有量８〜２０ｍｇ／ｍ^２の厚さであり、且つ変色防止用の外面塗膜を設けていない請求項４に記載のアルミニウム又はアルミニウム合金製ボトル缶。
   

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