JP4083661B2 - 片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に缶胴用に使用される片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法に関するものである。

アルミニウム合金材を深絞りしごき加工する代表的な製品の一つとして、飲料缶が挙げられる。飲料缶には、缶胴、缶蓋、底蓋からなる３ピース缶および缶胴と底蓋が一体となった缶体と缶蓋の２つからなる２ピース缶がある。この内、２ピース缶の缶体には絞りしごき缶（ＤＩ缶：Ｄｒａｗｉｎｇ＆Ｉｒｏｎｉｎｇ成形缶）と絞り再絞り缶（ＤＲＤ缶：Ｄｒａｗ＆Ｒｅｄｒａｗ成形缶）が多く用いられ、最近は絞り後ストレッチ加工を施す薄肉化再絞り缶も開発されている。
ところで、ＤＩ缶の製造では、従来、缶体成形後に、潤滑剤の洗浄、乾燥、塗装などの諸工程を行っていたが、近年、生産性の向上や作業環境の改善を目的に、熱可塑性樹脂のフィルムを被覆したラミネート被覆材を缶体に成形して前記諸工程を省略する方法が取られるようになった。また、缶内面へのフィルムラミネート被覆は、内容物のフレーバー性向上に大変有効である。

樹脂フィルムが密着性良く被覆される缶胴用の特定の合金組成を有するアルミニウム合金板が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
しかしながら、両面にフィルムラミネートした被覆材では、成形加工した缶体は、その外観に独特のアルミニウム光沢が得られなくなる。また、既存の成形加工プレスをそのまま使用できないこともあり得るといった欠点が生ずる。
缶体の外観にアルミニウム光沢を得ようとする時、片面のみにフィルムラミネートした被覆材の適用が考えられるが、フィルムを貼らない面は、化成処理した硬い皮膜が露出することになり、それにより成形加工時に金型をかじったりして成形加工不良に陥ってしまうことになる。勿論、下地処理の化成処理を行わないと、フィルムとの良好な密着性が得られない。
化成処理としては、図４及び図５に示すような両面スプレー噴霧又は片面スプレー噴霧あるいは浸漬によるアロヂン法（りん酸−クロム酸塩系）および非クロム酸塩法（チタン酸塩系、ジルコニウム酸塩系）があり、また、塗布型（クロム、チタン、ジルコニウム酸塩系）もあるが、塗布型はフィルムとの密着性や耐食性に問題がある。

特開２０００−３０９８３９号公報

本発明は、一方の片面にのみ化成処理を行うことにより、その面のフィルムとの密着性と耐食性を高め、他方の片面は缶体外観がアルミニウム光沢性に優れ、成形加工性の良好な片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用のアルミニウム合金条の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討し、連続的なスプレー噴霧により化成処理を行うアルミニウム合金条の製造工程で、精度よく片面のみ化成処理を施すのが良いことが判明し、これらの知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、
（１）アルミニウム合金条を目的幅より２０〜６００ｍｍ広い幅で通板し、一方の片面のみに化成処理液を連続的にスプレー噴霧することにより化成処理を施し、他方の片面には水をスプレー噴霧あるいは塗布し、その後目的幅に幅切りし、化成処理面に樹脂フィルムを被覆することを特徴とする片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法、
（２）アルミニウム合金条の片面にあらかじめフィルムを貼り、フィルムを貼らない面あるいは両面に化成処理液を連続的にスプレー噴霧することにより化成処理を施した後、前記の貼り付けたフィルムを剥がし、次いで化成処理面に樹脂フィルムを被覆することを特徴とする片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法、
（３）前記化成処理を行う処理液が、クロム系、チタニウム系、ジルコニウム系から選ばれる一つの処理液であり、その化成処理による金属（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ）付着量が５〜５０ｍｇ／ｍ^２であることを特徴とする（１）又は（２）記載の片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法、および、
（４）前記化成処理を行う面とは異なる他方の片面に、アルカリエッチング、あるいはさらに酸洗処理が施され、その酸化皮膜の厚さが２０〜５００Åであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法、
を提供するものである。

本発明の製造法によれば、連続的なスプレー噴霧によりアルミニウム合金条に精度よく片面にのみ化成処理を行うことにより、その面の樹脂フィルムとの密着性と耐食性を高め、他方の片面はアルミニウム光沢性に優れる片面ラミネート被覆アルミニウム合金条が得られる。これは、深絞りしごき成形加工が容易にでき、缶用として適したアルミニウム合金条である。そして、本発明の製造方法では安価に缶用アルミニウム合金条が製造でき、工業上顕著な効果を奏する。

一般に、アルミニウム合金条への片面の化成処理は、主に図５に示すような水平式あるいは垂直式で行うことになるが、ノズルからスプレー噴霧状態で処理されることになるため、化成処理液の非処理面へのボタ落ちや飛散、廻り込みのため、片面のみを精度よく処理することが非常に難しい。
そこで、本発明の化成処理工程では、アルミニウム合金条を目的幅より２０〜６００ｍｍ、好ましくは１００〜３００ｍｍ広い幅で通板し、図１又は図２に示すように、その片面のみに化成処理液をスプレー噴霧し、他方の片面（非処理面）には、水を噴霧あるいは塗布することにより化成処理を行う。あるいは、図３に示すように、あらかじめ化成処理前に、アルミニウム合金条の片面にフィルムを貼り付けておき、フィルムを貼らない面のみ又は両面に化成処理液をスプレー噴霧し、その後貼り付けたフィルムを剥がし、化成処理を行う。こうすることにより、片面のみに精度よく化成処理を施すことができる。

フィルムを貼り付けないで化成処理を行う方法では、アルミニウム合金条を目的幅より２０〜６００ｍｍ広い幅で通板するが、その幅が狭すぎると非処理面に化成液の廻り込みや飛散、ボタ落ちにより、廻り込み跡や斑点模様などが混入する恐れがあり、また、その幅が広すぎるとその除去が難しくなるとともに、不経済になる。当該合金条は、化成処理後、目的幅に幅切りされる。
また、化成処理前にあらかじめアルミニウム合金条の片面にフィルムを貼りつけておけば、必ずしも目的幅より広い幅で通板する必要はない。化成処理液のスプレー噴霧は、一方の片面あるいは両面に行っても、精度よく片面処理が可能である。当該合金条は、化成処理後フィルムを剥がし、通板幅が目的幅よりも広ければ目的幅に幅切りされることになる。

本発明で使用する化成処理液は、クロム系、チタニウム系、ジルコニウム系のもが好ましく、この中から選ばれる１つの処理液を使用するのが好ましい。
化成処理により、片面に生成する化成皮膜は、付着する金属成分（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ）量により樹脂フィルムとの密着性および耐食性が変化する。金属成分の付着量は、５〜５０ｍｇ／ｍ^２が好ましく、さらに好ましくは１０〜３５ｍｇ／ｍ^２である。付着量が少な過ぎると、十分なフィルムとの密着性が得られず、また、十分な耐食性も得られないし、また、多すぎると金属成分が凝集してアルミニウム合金材表面から剥離しやすくなり、フィルムとともに剥離する恐れがある。そのうえ、処理剤を多量に消費するので不経済でもある。

一方、他方の片面は、水を噴霧あるいは塗布することにより、もしくは、あらかじめ片面にフィルムを貼り付けておくことにより、化成処理を施さないので、アルミニウム光沢を保持させることになる。その面は、酸化皮膜の厚さを２０〜５００Åにするのが良い。酸化皮膜厚さが薄過ぎると、アルミニウム表面の潤滑性が不十分となり、成形加工性が悪化し、また、酸化皮膜厚さが厚くなり過ぎると、酸化皮膜自体が脆くなり、やはり、成形加工性が悪化することになる。酸化皮膜厚さは、好ましくは４０〜２００Åに調整すると特に成形加工性が向上する。

酸化皮膜厚さは、アルミニウム合金材の焼鈍温度やその時間、圧延温度や圧延油の状態などによって変化するが、その調整は、アルカリエッチング、あるいはさらに酸洗処理を施すことによって調整できる。アルカリエッチングは、水酸化ナトリウムを主体とする市販のアルカリ水溶液で行い、また、酸洗処理は、硝酸溶液、硫酸溶液などで行う。アルカリエッチングは、通常行われているように、ｐＨ１０〜１２のアルカリ水溶液を使用して、５０〜７０℃に加温して数秒間処理を行う。また、酸洗処理も一般に行うように、１〜５％の硝酸溶液あるいは硫酸溶液を４０〜６０℃に加温して数秒間処理を行う。
なお、酸化皮膜厚さは、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）により、酸素濃度を表面から深さ方向に線分析し、分析線のピーク値の半値幅で計算される。

アルミニウム合金条の合金の種類については特にこだわるものではないが、缶胴材の場合は、深絞りしごき成形加工性と成形後の強度に優れる３０００系合金が好ましい。特に、３０００系合金においては含有するＭｇ、Ｍｎ、Ｃｕの含有量は、それぞれ０．８〜１．５ｗｔ％、０．２〜１．５ｗｔ％、０．１〜０．５ｗｔ％が好ましい。前記元素の含有量が下限未満では、いずれも十分な強度が得られず、また、上限を超えると、Ｍｇ、Ｍｎはいずれも強度が高くなり過ぎて、しごき成形やストレッチ加工などの成形加工性が低下することになり、Ｃｕは耐食性が低下することになる。
また、前記合金に、ＴｉあるいはＢの合金元素を含有させることにより、鋳造組織が微細化して成形加工性がさらに向上することになる。望ましい含有量は、Ｔｉが０．００１〜０．０５ｗｔ％、Ｂが０．０００１〜０．０５ｗｔ％である。

本発明のラミネート被覆するフィルムは、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系フィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系フィルム、ナイロンなどのポリアミド系フィルムなどの通常使用されるフィルムが用いられる。これらフィルムは、熱圧着またはプライマーを介した接着などにより被覆される。また、樹脂を押し出してフィルム層を形成するダイコートと呼ばれる方法により被覆される場合もある。

以下に、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。
Ａ３００４合金（Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｍｇ−１．２ｗｔ％Ｍｎ−０．１５ｗｔ％Ｃｕ）をＤＣ鋳造法により鋳造し、均質化処理後熱間圧延を行い、連続焼鈍炉で焼鈍処理した後、冷間圧延して板厚を０．３０ｍｍとし、一部、連続焼鈍炉あるいはバッチ焼鈍炉にて仕上焼鈍を行った。そのアルミニウム合金から表１に示す通板幅を持つ各アルミニウム合金条を得、それを市販のアルカリ脱脂剤（一例として、日本ペイント（株）製、商品名「サーフクリーナーＥＣ３７０」）にて６０〜８０℃、２〜１０秒の脱脂処理後、エッチング剤（一例として、日本ペイント（株）製、商品名「サーフクリーナー４２０Ｎ２」）にて６０〜７０℃、３〜２０秒のエッチング処理を行い、一部希硝酸を用いて酸洗処理を行い、水洗後、図に示す方法で、市販のクロム系化成処理剤（一例として、日本ペイント（株）製、商品名「アルサーフ４０１／４５」）にて３０〜６０℃、３〜３０秒の化成処理を片面（Ａ面）に行った。チタニウム系、ジルコニウム系の化成処理剤についても同様な処理を行った。化成処理の種類、その際の金属（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ）付着量、他方の片面（Ｂ面）の酸化皮膜厚さを表１に示す。なお、最終的なＢ面の酸化皮膜厚さは、仕上焼鈍温度、時間あるいは脱脂・エッチング、酸洗処理時間で調整した。
例えば、例Ｎｏ．１では、アルミニウム合金条の目的幅１２００ｍｍに対し、通板幅１３００ｍｍの余尺幅１００ｍｍで通板を行い、脱脂・エッチング処理後、図１（ａ）に示すように片面（Ａ面）をクロム系の化成液噴霧により付着Ｃｒ量１５ｍｇ／ｍ^２の処理を行い、もう一方の片面（Ｂ面）は水噴霧のみを行い、最終的な酸化皮膜厚さは４０Åであった。また、例Ｎｏ．７では、脱脂・アルカリエッチング処理後、希硝酸洗処理を行い、その後、図１（ａ）のように化成処理液と水噴霧を行った。

上記で得られた各アルミニウム合金条の化成処理面の上にポリエチレンテレフタレート系フィルムを２５０℃で熱圧着してラミネート被覆アルミニウム合金条材を作成した。
上記ラミネート被覆材を被覆面が内面側になるようにＤＩ（Ｄｒａｗｉｎｇ＆Ｉｒｏｎｉｎｇ）成形を行い、内径６６ｍｍ、側壁厚さ１００μｍ、側壁先端部厚さ１５０μｍの缶体に成形した。
諸特性については、下記のように評価した。
（１）ＤＩ成形時の破胴発生数
それぞれ１０００個ＤＩ成形し、その時に発生した破胴個数を数える。
（２）フランジ成形性
缶体上端をトリミングした後、４段ネッキング加工を行い、その開口部の割れの状況をを観察した（◎：全くなし、○：ほとんどなし、△：少しあり、×：明確にあり）
（３）耐食性
円筒深絞り成形品をＣｕ^２＋を１０ｐｐｍ含む水道水中に４週間浸漬後、発生した孔食の深さを測定して評価した（○：５０μｍ未満、×：５０μｍ以上）。
（４）密着性
円筒深絞り成形品を１２０℃の熱水に３０分間浸漬し、評価した（○：フィルムの剥がれが全くなし、△：わずかに剥がれあり、×：剥がれあり）。
（５）アルミニウム光沢
円筒深絞り加工後の非被覆面を評価した（○：光沢良好、×：光沢なし）。
（６）廻り込み（付き廻り）跡
ＤＩ成形後の外面の廻り込み跡や斑点模様を観察した（○：良好、△：見られる、×：目立つ）。
（７）コスト
製造コストを評価した（○：低い、△：やゝ高い、×：高い）。

評価の結果を表１に示す。
表１から明らかなように、本発明例のＮｏ．１〜９は、ＤＩ成形による破胴発生数も全くなく、いずれの他項目も良好であり、また、酸化皮膜厚さが４０〜２００ÅであるＮｏ．１〜５およびＮｏ．７〜８は、フランジ成形性が特に良好であった。
これに対し、比較例Ｎｏ．１０〜１２は、余尺幅が少ない、あるいは非処理面への水噴霧・塗布を行っていない、あるいはフィルム貼りをしていないため、付き廻り跡が見られた。Ｎｏ．１３は、余尺幅が大きく、不経済である。比較例のＮｏ．１４は、塗布型のクロム系処理であるため、余尺幅が０でも付き廻り跡が良好であるが、フィルムとの密着性が悪く、耐食性、成形加工性も悪い。Ｎｏ．１５は、両面の化成処理であるため、かじりが発生し、成形加工性が特に悪く、Ｎｏ．１６は、両面とも化成処理を行っていないため、密着性も耐食性も悪く、成形加工性も悪い。

本発明の片面化成処理を行う実施態様の概略図で、（ａ）は水平式、（ｂ）は垂直式である。 本発明の片面化成処理を行う他の実施態様の概略図で、（ａ）は水平式、（ｂ）は垂直式である。 本発明の片面化成処理を行うもう１つの実施態様の概略図で、（ａ）は水平式、（ｂ）は垂直式である。 従来の両面噴霧型化成処理法の概略図で、（ａ）は水平式、（ｂ）は垂直式である。 従来の片面噴霧型化成処理法の概略図で、（ａ）は水平式、（ｂ）は垂直式である。

Claims (4)

1. アルミニウム合金条を目的幅より２０〜６００ｍｍ広い幅で通板し、一方の片面のみに化成処理液を連続的にスプレー噴霧することにより化成処理を施し、他方の片面には水をスプレー噴霧あるいは塗布し、その後目的幅に幅切りし、化成処理面に樹脂フィルムを被覆することを特徴とする片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法。
2. アルミニウム合金条の片面にあらかじめフィルムを貼り、フィルムを貼らない面あるいは両面に化成処理液を連続的にスプレー噴霧することにより化成処理を施した後、前記の貼り付けたフィルムを剥がし、次いで化成処理面に樹脂フィルムを被覆することを特徴とする片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法。
3. 前記化成処理を行う処理液が、クロム系、チタニウム系、ジルコニウム系から選ばれる一つの処理液であり、その化成処理による金属（Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ）付着量が５〜５０ｍｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１又は２記載の片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法。
4. 前記化成処理を行う面とは異なる他方の片面に、アルカリエッチング、あるいはさらに酸洗処理が施され、その酸化皮膜の厚さが２０〜５００Åであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の片面ラミネート被覆深絞りしごき缶用アルミニウム合金条の製造方法。
   
   

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