JP4354867B2

JP4354867B2 - 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

Info

Publication number: JP4354867B2
Application number: JP2004132497A
Authority: JP
Inventors: 正一朗赤根
Original assignee: Takeuchi Press Industries Co Ltd
Current assignee: Takeuchi Press Industries Co Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP2005313924A

Description

本発明は、ネジキャップによって密封する形式のソフトドリンク、ビール、コーヒー類、ビールなどの飲料用アルミニウム製ボトル缶に関するもので、ネッキング加工ネジ加工によってもダメージの少ない内面塗装をした、ボトル缶としたときに漏れや腐食のおそれのないボトル缶用有底円筒体、それを用いたボトル缶、有底円筒体の製造方法並びにそのための塗装装置に関する。

飲料用に使用されているアルミニウム合金製ボトル缶は、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）により有底円筒に成形し、次いで順序に若干の前後があるも、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、有底円筒の開口部側を縮径するとともにキャップ取付け部を形成するネッキング加工工程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工程の順で行われるのが普通である。

通常アルミニウム缶のネッキング加工及びフランジ部加工は、加工度が緩やかなため、内面塗装に対する傷つき等の加工ダメージは少なく、特に特別な手段は講じていない。しかしボトル缶においてはキャップ取付部を形成するネッキング加工工程及び該キャップ取付部を螺合するためのネジ部を形成するネジ加工工程は、ＤＩ缶に比して加工度が大きいためネジ部の内面塗膜の加工ダメージが大きく、加工部の内面塗膜を予め厚くしておく必要がある。このためボトル缶ではスプレー塗装で内面塗膜を厚くするようにしていたが、単純に従来の塗装技術で塗装すると厚肉部内に発泡が発生する。発泡箇所はボトルのネジ加工によって微細な穴となり、塗膜欠陥となることが多かった。
一方、有底円筒体上端部は塗膜が厚いと、カール部に塗膜のシワが発生するため、ネジ部は通常の塗膜厚を維持したままカール部のみを薄くスプレー塗装して塗膜シワの発生を抑えることを検討した。しかし従来の手段ではカール部の内面塗膜も厚くなってしまい、カール部内に塗膜シワが発生することが避けられなかった。そのため、内容物を充填しキャッピングしてもこのシワ発生箇所から内容物が漏れ出すことがあった。また、逆に、カール部を薄くスプレー塗装すると、ネジ部も薄膜となってしまい、内面塗膜は加工ダメージを受けるため、薄くスプレー塗装することでシワの発生の防止をすることは困難であった。

ネッキング加工及びネジ加工の際のカール部の塗膜剥離を防止し、外面塗膜の割れを防止するために、ネジ部を形成する表面に予めメジウム層等を形成しておくという提案（例えば、特許文献１参照）や内面塗膜の割れ等を補修するために口部の天面または／及び口部の内面に補正内面塗料を塗装するという提案（例えば、特許文献２参照）がなされているが、前者の方法においては、予めメジウム層を形成した後に、通常の塗膜を形成するという余分の操作を必要とするものであり、後者の提案では内面塗装が行われたボトルに対し更に補正内面塗料を塗装するという二度の塗装工程を必要とするなど新たな問題がある方法である。
特開２００３−１８１５７７号公報特開２００３−０１１９７９号公報

本発明は、キャップ取付部を形成するネッキング加工工程、及び該キャップ取付部を螺合するためのネジ部を形成するネジ加工工程において、損傷を受けやすいボトル缶のネジ加工部とカール部内面のそれぞれの箇所における適正な塗装厚さの選定、該塗装層内の発泡の防止、塗装層のシワ発生の防止並びに適正な塗装厚さを達成できるボトル内面塗装装置の提供を目的とする。

本発明のアルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体は、ネッキング加工工程及びネジ加工工程を施してボトル缶を製造するためのアルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体であって、前記有底円筒体の、ネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール外側及びカール天面となる上端部内面に塗膜厚さ５０〜６０ｍｇ／ｄｍ^２の缶内面用水性塗料が塗装されており、前記有底円筒体の、ネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール内側からスカート谷部内面までの間に対応するネック部内面に塗膜厚さ７０〜９０ｍｇ／ｄｍ^２の缶内面用水性塗料が塗装されていることを特徴としている。
このような有底円筒体であって、缶内面用水性塗料の有機溶剤成分として、沸点２００〜２５０℃の有機溶剤を含む水性内面塗料を用いたものが好ましい。
本発明のボトル缶は、本発明のアルミニウム合金製ボトル缶用有底円筒体を用いて製造される。

本発明の有底円筒体の製造方法は、ネッキング加工工程及びネジ加工工程を施してボトル缶を製造するためのアルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体の製造方法であって、前記有底円筒体の、ネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール外側及びカール天面となる上端部内面に塗膜厚さ５０〜６０ｍｇ／ｄｍ ^２の缶内面用水性塗料をスプレー塗装する工程と、前記有底円筒体のネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール内側からスカート谷部内面までの間に対応するネック部内面に塗膜厚さ７０〜９０ｍｇ／ｄｍ ^２の缶内面用水性塗料をスプレー塗装する工程とを備えたことを特徴としている。
本発明のアルミニウム合金製ボトル缶用有底円筒体の内面塗装装置は、本発明の有底円筒体の内面塗装装置であって、前記有底円筒体を回転する手段と、前記有底円筒体のボトム部内面を塗装する第１のスプレーガンと、前記有底円筒体上端部内面を除く有底円筒体の内面全体を塗装する第２のスプレーガンと、前記有底円筒体の上端部内面を塗装する第３のスプレーガンとからなることを特徴としている。

今回新たにボトル缶スプレー内面塗料として、溶剤成分を工夫し、ネジ加工部の内面塗膜を厚くした状態でも発泡を防止することにより、微小な塗膜欠陥を抑制することができ、更に塗膜のシワ発生が防止できたので液漏れを確実に防止できた。
スポーツドリンク等腐食性が強い内容物をボトル缶に充填すると、内面塗膜に欠陥がある場合、５５℃２ヶ月保存試験を行うと、アルミニウムが溶出して４ｐｐｍ前後の濃度となる。今回内面塗膜に欠陥がほとんどないボトル缶ができたため、アルミの溶出が抑えられ、耐内容物適性が極めて優れていると言える。

以下図１を参照して本発明に係るボトル缶の製缶工程の１例を説明するが、他の製缶工程であっても本発明方法を適用することができる。
ボトル缶は、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）により有底円筒成形体とする。
次いで缶胴内外面の潤滑油を除去し、化成処理して化成皮膜を有底円筒成形体の内外表面に形成させた後乾燥する。その後サイズコート（１０〜３０ｍｇ／ｄｍ２）及びその焼付工程、印刷・オーバーコート（４５〜１００ｍｇ／ｄｍ２）及びその焼付工程、内面塗装及びその焼付工程、ネッキング加工工程（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・スロット成形を含む）を経て洗浄・乾燥を行い、ボトル缶製品とする。

この場合、ボトル缶はＤＩ缶に比して、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、これらの加工前に行われた塗装面は大きな変形を受けることになる。特にネジ転造駒を用いてネジ形成部を挟み込んでネジ部を成形する場合に、ネジ転造駒に挟まれて変形が行われるため、ネジ部の内面塗料が大きくダメージを受けることになる。そしてこの内面塗料が損傷した部位は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。

金属缶（ボトル缶も含む。）は、その内面に主として水性塗料をスプレー塗布して金属の腐食や溶出を防止している。該水性塗料は、樹脂成分と有機溶剤と水とからなる分散媒から成り立っている。樹脂成分としては、通常使用されているエポキシ樹脂とアクリル樹脂とフェノール樹脂が含まれものが多い。通常有機溶剤としてはｎ−ブタノール、イソブタノール、ブチルセロソルブ、ジメチルエタノールアミンが含まれるのが、ＤＩ缶用スプレー内面塗料として使用されている。

従って、通常ネジ加工及びカール加工に耐えうるように、ネジ加工部には内面塗膜を最適な膜厚に塗装する必要があるが、本発明においてはネジ加工部全体を厚く塗装するのではなく、ボトル缶ネジ加工前の缶で、有底円筒体上端部（ボトル缶ネジ加工後において、ボトル口部のカール外側及びカール天面となる部分）については塗膜シワの発生を抑えるためできるだけ薄くし、例えば４０〜７０ｍｇ／ｄｍ^２、好ましくは５０〜６０ｍｇ／ｄｍ^２の範囲の塗装を行う。一方ネック部内面（ボトル缶ネジ加工後、カール内面からカール谷部内面までの間に対応する部分）は、塗膜の加工ダメージを抑えるため厚く、例えば６０〜１００ｍｇ／ｄｍ^２、好ましくは７０〜９０ｍｇ／ｄｍ^２の範囲の塗装を行うことが必要である。

なおここでそれぞれの部分の塗膜厚さを上記の範囲と規定したが、実際のボトル缶においては、１個の缶の中でも場所により塗膜厚さのバラツキは避けられないため、上記の塗膜厚さが測定点１個が上記の範囲外になったからといって本願発明の範囲外となるものではない。上記の数値は全体として塗膜厚さがその範囲内に含まれるものを意味している。従って例えば目標値を６０ｍｇ／ｄｍ^２として塗装をすると約５０〜７０ｍｇ／ｄｍ^２位の範囲になり、一方目標値８０ｍｇ／ｄｍ^２として塗装をすると約７０〜９０ｍｇ／ｄｍ^２位の範囲の塗装が出来ることになる。

有底円筒体上端部の塗膜が４０ｍｇ／ｄｍ^２より薄いときは、ピンホールが出来やすいだけでなく、ネジ加工及びカール加工の際に塗膜の破損が出来やすいので好ましくない。一方塗膜厚さが７０ｍｇ／ｄｍ^２を超える厚さであるときは、塗膜にシワが発生しやすくこれが原因で漏れがおきることになるので避けるべきである。
一方、有底円筒体ネック部内面の塗膜厚さが６０ｍｇ／ｄｍ^２を下回るときはネジ加工によりダメージを受けて塗膜が破れ金属面が露出する危険が大きくなるので避けるべきである。しかし１００ｍｇ／ｄｍ^２を超える厚さであるときには塗膜厚さが過剰であって効果がないばかりか、コストアップ、発泡がおきやすくなる。

該塗膜は、塗装後乾燥・ベーキングを通常同時に進行させて塗膜を焼き付ける。しかし前記の様に塗膜厚さを調整しても、ベーキングの際に塗膜中に発泡する危険が多い。塗膜が厚くなると一層その危険は高くなる。そして一旦発泡塗膜が出来ると塗膜欠陥となり、金属が露出して溶出してくるので液漏れの可能性が高くなり、その製品は不合格になるので絶対にそれを避けることが必要となる。

ＤＩ缶用水性内面塗料は樹脂成分と水と有機溶剤成分から成り立っている。樹脂成分はエポキシ樹脂とアクリル樹脂とフェノール樹脂が含まれる。通常溶剤成分はｎ-ブタノール、イソブタノール、ブチルセロソルブ、ジメチルエタノールアミンが含まれるのが一般的なＤＩ缶用スプレー内面塗料となっている。
しかしネジ加工工程においても塗膜にダメージを受けないように厚めの塗膜としたため、発泡がおきやすくなった。
このため新たにボトル缶用スプレー内面塗料として、ネジ加工部内面塗膜を厚くしたとき、高沸点溶剤を使用するに際しての溶剤沸点及び最適な添加量をテストすることより、焼き付け工程での発泡を抑える工夫をした。
前記ＤＩ缶用水性内面塗料を、有機溶剤の種類及び添加量をコントロールとしたとき、水性内面塗料の有機溶剤成分と発泡の状態をテストした。内面塗膜は１００ｍｇ／ｄｍ^２となるようにスプレー塗装した時の結果を表１に示す。

ＭＰＧ：プロピレングリコールモノメチルエーテル（ｂｐ；１４６℃）
ＩＰＡ：イソプロピルアルコール（ｂｐ；８２．４℃）
ｉ-ＢＣ：エチレングリコールモノイソブチルエーテル（ｂｐ；１５７℃）
ｉ-ＢＤＧ：ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル(ｂｐ；２１０℃）
ＢＤＧ：ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ｂｐ；２３０℃）
◎：発泡無し、〇：微小な発泡少し有り、△：微小な発泡多い、×：大きな発泡多い
発泡防止に有効な溶剤は、沸点として２００〜２５０℃、好ましくは２１０〜２３０℃の有機溶剤、例えばＢＤＧもしくはｉ−ＢＤＧを挙げることが出来る。添加量は塗料全体に対し０．５〜５重量％、好ましくは１〜３重量％である。

従来、ＤＩ缶用水性内面塗料をスプレー塗装するために、スプレーノズル付きスプレーガンとを１〜３台使用し、缶内面を区分けしてできるだけ均一に塗装するのが一般的なＤＩ缶用スプレー塗装となっている。

本発明においては、有底円筒体ネック部内面がネジ加工及びカール加工に耐えうるように内面塗膜を最適な膜厚に塗装する必要があるが、ボトル缶内面全体を厚くするのではなく、ボトル缶ネジ加工前の段階で有底円筒体上端部（ボトル缶ネジ加工後において、ボトル口部のカール外側及びカール天面となる部分）については塗膜シワの発生を抑えるためできるだけ薄くし、ネック部内面（ボトル缶ネジ加工後、カール内面からカール谷部内面までの間に対応する部分）は塗膜の加工ダメージを抑えるため厚くして、区分けをして塗装するために塗装方法を工夫した。

ＤＩ缶用水性内面塗料をスプレー塗装するために、スプレーノズル付きスプレーガンを１〜３台使用し、缶内面を区分けして塗装するのが一般的なＤＩ缶用スプレー塗装となっている。
本発明においては、ネジ加工及びカール加工に耐えうるように、内面塗膜を最適な膜厚に塗装する必要があるが、ネジ加工部を全体に厚くするのではなく、ボトル缶ネジ加工前の缶で、円筒体上端部については塗膜シワの発生を抑えるためできるだけ薄くし、ネック部内面は塗膜の加工ダメージを抑えるため厚くして、区分けをして塗装するために塗装方法を工夫した。

図４に内面スプレー塗装時の側面図を示す。
ネッキング加工及びネジ加工前の有底円筒体を回転する手段及び該有底円筒体に、第１のスプレーガンで有底円筒体内部のボトム部を、第２のスプレーガンで有底円筒体上端部内面を除く有底円筒体内面全体を、第３のスプレーガンで有底円筒体の上端部およびネック部（ボトル缶ネジ加工後、ボトル口部のカール外側及びカール天面となる部分およびカール内面からスカート谷部内面までの間に対応する部分）内面を塗装する３機のスプレーガンからなるアルミニウム合金製ボトル缶用有底円筒体の内面塗装装置を開発することにより、アルミニウム溶出量、ＥＲＶ値（塗膜欠陥の検査方法）、洩れ発生率を大幅に改善することが出来た。

この改良水性内面塗料で図１のスプレーガンの設定でボトル缶を作成し、市販のスポーツドリンクを充填し保存試験結果を行い２ヶ月後の保存試験結果を表２に示す。

アルミ溶出量：缶壁から内容物に溶け出したアルミの量
ＥＲＶ値：容器内に１％の食塩水を満たして液と缶との間に電圧をかけ、塗膜欠陥を検査する方法

本発明は飲料用アルミニウム製ボトル缶において、ネッキング加工ネジ加工によって、損傷を受けやすいボトル缶のネジ加工部とカール部内面のそれぞれの箇所における適正な塗装厚さの選定、該塗装層内の発泡の防止、更に塗膜のシワの発生が防止でき並びに適正な塗装厚さダメージの少ない内面塗装をした、漏れや腐食のおそれのないボトル缶用有底円筒体、それを用いたボトル缶、有底円筒体の製造方法並びにそのための塗装装置を提供する。さらにボトル缶スプレー内面塗料として、溶剤成分を工夫し、ネジ加工部の内面塗膜を厚くした状態でも発泡を防止することにより、微小な塗膜欠陥を抑制することができるボトル缶スプレー内面塗料も開発した。

ボトル缶の製缶工程の１例。ボトル缶の正面図。ボトル缶各部の名称。内面塗装用装置の断面図。

符号の説明

１容器本体
２ネック部
３カール部
４ネジ部
１１有底円筒体
１２第１スプレーガン
１３第２スプレーガン
１４第３スプレーガン

Claims

ネッキング加工工程及びネジ加工工程を施してボトル缶を製造するためのアルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体であって、
前記有底円筒体の、ネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール外側及びカール天面となる上端部内面に塗膜厚さ５０〜６０ｍｇ／ｄｍ^２の缶内面用水性塗料が塗装されており、
前記有底円筒体の、ネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール内側からスカート谷部内面までの間に対応するネック部内面に塗膜厚さ７０〜９０ｍｇ／ｄｍ^２の缶内面用水性塗料が塗装されている、アルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体。
缶内面用水性塗料の有機溶剤成分として、沸点２００〜２５０℃の有機溶剤を含む水性内面塗料を用いた請求項１に記載のアルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体。
請求項１または２に記載のアルミニウム合金製ボトル缶用有底円筒体を用いて製造したボトル缶。
ネッキング加工工程及びネジ加工工程を施してボトル缶を製造するためのアルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体の製造方法であって、
前記有底円筒体の、ネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール外側及びカール天面となる上端部内面に塗膜厚さ５０〜６０ｍｇ／ｄｍ^２の缶内面用水性塗料をスプレー塗装する工程と、
前記有底円筒体のネジ加工工程を施した後にボトル口部のカール内側からスカート谷部内面までの間に対応するネック部内面に塗膜厚さ７０〜９０ｍｇ／ｄｍ^２の缶内面用水性塗料をスプレー塗装する工程とを備えた、アルミニウム合金製ボトル缶用の有底円筒体の製造方法。
本願請求項１記載の有底円筒体の内面塗装装置であって、
前記有底円筒体を回転する手段と、
前記有底円筒体のボトム部内面を塗装する第１のスプレーガンと、
前記有底円筒体上端部内面を除く有底円筒体の内面全体を塗装する第２のスプレーガンと、
前記有底円筒体の上端部およびネック部内面を塗装する第３のスプレーガンとからなるアルミニウム合金製ボトル缶用有底円筒体の内面塗装装置。