JP4456457B2 - 缶蓋用アルミニウム合金塗装板 - Google Patents

Description

本発明は、飲料缶などの缶蓋に使用される缶蓋用アルミニウム合金塗装板に関する。

従来、各種飲料缶用缶蓋は、アルミニウム合金板に塗料を塗装焼付処理し、その後曲げおよび絞り等の成形加工を施すことにより製造されている。
成形性を向上させるために、一般に成形加工前にワックスを予め塗膜表面に付着させるが、その付着させる方法からインナーワックスとアウターワックスに大別される。

インナーワックスは、塗料中にワックスを含有させておき、塗装焼付時に塗膜表面にしみ出させることにより付着させるタイプのものである。アウターワックスは、塗装焼付後にあらためて塗布するタイプのものである。現在、国内で実用化されているものには、インナーワックスのみを用いる場合、あるいはインナーワックスとアウターワックスを併用する場合の２通りがある。アウターワックスのみを使用するタイプは、現在のところほとんど実用化されていない。

インナーワックスとしては、合成炭化水素のポリエチレン、植物系のカルナウバ、動物系のラノリン、石油系ワックスのマイクロクリスタリンなどが通常用いられており、成形性や耐疵付き性など複数の要求性能を満足させるためには、それぞれ単独より複数のワックスを塗料に含有させる必要がある。

アウターワックスとしては、融点が約６０℃の石油系ワックスのパラフィンワックスが用いられる。このアウターワックスの塗布を省略してインナーワックスのみとするには、蓋の加工技術を改良する必要がある。さらに金型の構造によってはアウターワックスを省略することが難しい場合もある。そのために、国内のほとんどの缶加工メーカーでは、インナーワックスとアウターワックスの併用タイプが使用されており、インナーワックスのみのタイプの使用は少ない。

インナーワックスとアウターワックスの併用タイプとしては、下記の特許文献１に、インナーワックスとして塗膜中にラノリンを添加し、アウターワックスとしてパラフィン及びマイクロクリスタリンの少なくとも１種から構成されているものが示されている。
また、特許文献２には、インナーワックスの含有されている塗膜にアウターワックスを適正量塗布し、アウターワックスに対するインナーワックスの混合比率を３０％未満としたものが示されている。

しかしながら、インナーワックスとしてカルナウバやラノリンなどのワックスを塗料に含有させると塗膜強度および素材と塗膜の密着力が低下するために、開口時に塗膜がスコアに沿って引き裂かれないといった問題（フェザリング不良）が発生する場合がある。近年、缶から直接内容物を飲むときの飲み易さやコップへの注ぎ易さを向上させるため、飲み口を大きくした形状の蓋が製造されている。この飲み口の大きい缶では開口時のフェザリング不良が発生しやすく、素材と塗膜の密着性のこれまで以上の向上が望まれている。

このようなインナーワックス含有による不具合を解消するため、アウターワックスのみを塗布することが考えられる。特許文献３には、パラフィンワックスを塗布する例が示されている。しかし、パラフィンワックスのみよりなるアウターワックスを使用しただけでは、前記課題を解決するには不十分である。
さらに、アウターワックスとしてマイクロクリスタリンがあるが、これは非常に粘着性が高いために、金型に付着、堆積し、型離れ不良や蓋のへこみ等の原因となることがある。

特開２００２−２８３４９６号公報 特開２００４−１６０５１２号公報 特開平６−２５４４９０号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、アウターワックスの構成を工夫することで、素材と塗膜の密着力が高く、さらに、蓋成形時に発生する問題、つまり、亀裂や割れ、型離れ不良、型かじり、金型へのワックス堆積などの発生を抑制しうる缶蓋用アルミニウム合金塗装板を提供するものである。
なお、ベースとなる塗料は、環境問題から、溶剤系塗料から水性塗料に移行しつつあるが、本発明は両方の塗料に適用できる。

本発明は、アルミニウム合金板の片面または両面に水系又は溶剤系の塗料を塗装焼き付けして設けたワックス不含の塗膜上に、混合ワックスを塗布してなる缶蓋用アルミニウム合金塗装板において、
上記混合ワックスは、パラフィンとカルナウバとを含有すると共に、ポリエチレンとラノリンの１種又は２種を含有してなり、上記カルナウバの含有量は、上記混合ワックス全体の重量に対して１〜２０重量％であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板にある（請求項１）。

本発明の缶蓋用アルミニウム合金塗装板は、ワックス不含の塗料を塗装焼き付けして形成した上記のワックス不含の塗膜を有している。このワックス不含の塗膜は、従来のインナーワックスを含有したタイプの塗膜に比べ、インナーワックスの存在による密着性低下要因を完全に排除することができ、密着性に優れたものとなる。

また、上記塗膜の表面に塗布するアウターワックスとしては、上記のごとく、パラフィンだけではなく上記特定量のカルナウバも必須構成要素とし、さらに、ポリエチレンとラノリンの少なくとも１種を加える。これにより、従来の構成のアウターワックスを塗布した場合よりも、上述した缶蓋成形時の不具合を解消して成形性等を向上させることができる。

ここで、上記カルナウバの含有量は、上記混合ワックス全体の重量に対して１〜２０重量％とする。カルナウバは、缶蓋成形に必要な潤滑を付与するために必須であるが、混合ワックス全体の重量に対して、１重量％未満では十分な潤滑が得られず、蓋成形時に亀裂や割れを発生させることになるので、好ましくは５重量％以上がよい。一方、２０重量％を超えると混合ワックス自体が粘着しやすくなって成形金型に付着、堆積しやすくなる。ゆえに、好ましくは１０重量％未満がより好ましい。

本発明の缶蓋用アルミニウム合金塗装板における上記塗膜に適用できる塗料としては、溶剤系塗料と水性塗料の両方がある。
溶剤系塗料としては、例えばエポキシフェノール系樹脂、塩ビオルガノゾル系樹脂、エポキシユリア系樹脂、熱硬化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂がある。
水性塗料としては、エポキシアクリル系樹脂がある。

また、上記缶蓋用アルミニウム合金塗装板の基板となるアルミニウム合金板の材料としては、開口性等の観点からＡｌ−Ｍｇ系合金が主に使用されているが、これに限らず、純アルミニウム系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金など、いかなるアルミニウム合金でもよい。

また、上記塗膜は、アルミニウム合金板の両面又は片面に形成されるが、両面に塗装した場合には、同じ種類の塗料としてもよいし、異なる種類の塗料としてもよい。いずれも缶の用途等に応じて選択される。
また、上記塗膜がアルミニウム合金板の両面に形成されている場合には、その両面、あるいは片面のいずれかに上記混合ワックスよりなるアウターワックスを塗布する。

また、上記混合ワックスにおける、必須構成要素であるカルナウバの含有量は上記の通りであるが、その他の構成要素の含有量は、次の範囲が好ましい。
ポリエチレンとラノリンの添加有無については、蓋を成形するプレスの構造や成形条件および季節の要因が影響しているため、それぞれ適正なワックス組成が異なってくる。
まず、ポリエチレンの添加理由については、蓋成形時の型かじり不良対策のためである。型かじり不良は主に蓋を加工する第一工程で発生する不良であり、蓋の端部が接触する金型にアルミ粉が凝着して、その凝着物によって、蓋の端部が削れてしまう現象である。その型かじり不良を抑制するには、材料の面と加工方法の面での対策がある。材料面での対策とは、塗膜の密着力、塗膜強度、さらに高面圧で高温な条件下での潤滑特性を向上させることであり、加工方法面での対策とは、アルミニウム塗装板を円形にせん断する内刃と外刃の芯合わせを極力精度良くする、および刃の摩耗量を厳しく管理するなどである。
しかしながら、内刃と外刃の芯合わせには限界があり、さらにコストダウンのために刃の寿命を極力長くすべく摩耗量の許容範囲を大きくしたいといった要望があるので、上記加工方法面での対策をとることが困難である。

そこで、材料面での対策の１つとして、融点が高く、硬いポリエチレンを、アウターワックスとして適量添加することが有効な手段である。より具体的には、上記ポリエチレンを含有させる場合には、その含有量は、上記混合ワックス全体の重量に対して１〜２０重量％であることが好ましい（請求項２）。ポリエチレン含有量が１重量％未満では、型かじり不良を抑えることが困難であり、２０重量％を越えると、混合ワックス自体が硬くかつもろくなり、金型にワックスが堆積しやすくなる。前記効果を得るには、５重量％以上、１０重量％未満がより好ましい。

また、上記ポリエチレンは、融点が１０５℃以上であることが好ましい（請求項８）。この場合には、上記の型かじり不良防止効果を高めることができる。ポリエチレンの融点が１０５℃未満の場合は、軟らかいため、型かじり抑制にあまり有効でない。

次に、缶蓋成形時の不具合の１つとして、冬期に成形金型にワックスが堆積するという不良が生じる場合がある。その場合はラノリンを添加することが堆積抑制に有効である。ラノリンの融点は約４０℃と他のワックスの融点よりかなり低く、成形金型の温度より低い。ゆえに、ラノリンを混合することによって、金型の表面に溶融したラノリンの薄膜が形成されて、ワックスの堆積を抑制することができる。

上記ラノリンの含有量は、上記カルナウバの含有量を１００重量％としたときに４０〜６０重量％であることが好ましい（請求項３）。４０重量％未満では金型表面に安定した薄膜を形成するには至らず、６０重量％を超えると混合ワックス自体の硬さが低下しすぎて、粘着力が増し、蓋の型離れ不良が発生する。
以上の理由から、混合ワックスにポリエチレンとラノリンのいずれかを、あるいは両方を添加するか否かは、季節やプレス構造などに合わせて判断することが最も好ましい。

また、上記パラフィンは、上記混合ワックスの主成分として含有する。したがって、その含有量は、混合ワックス全体における、上記カルナウバ、ポリエチレン、ラノリンの含有量および不可避的不純物の量を除く残部の量となる。具体的には、混合ワックス全体の重量に対して、４８重量％〜９８．６重量％の範囲となる。

また、上記塗膜の塗膜重量は、３０〜２００ｍｇ／ｄｍ²であることが好ましい（請求項４）。塗膜重量が３０ｍｇ／ｄｍ²未満の場合には、量産において、例えば幅１５００ｍｍで長さ１００００ｍのアルミニウム合金板に塗装する場合、アルミニウム合金板全面が均一な塗膜重量になるように塗装するのは難しく、内容物に対するアルミニウム合金の耐食性を十分に得られない箇所が発生するという問題がある。一方、２００ｍｇ／ｄｍ²を超える場合には、塗装焼付時間を長くする必要があり、生産性を阻害するだけでなく、アルミニウム合金板に対する塗膜の密着性が劣るという問題がある。
塗装焼付条件としては、材料温度は、２００〜３００℃、焼付時間は、１０〜６０秒とすることが好ましい。

また、上記混合ワックスの塗布量は、１０〜１５０ｍｇ／ｍ²であることが好ましい（請求項５）。混合ワックスの塗布量が１０ｍｇ／ｍ²未満の場合、塗布量が少なすぎるために、蓋成形時に潤滑不足となり、蓋に亀裂や割れが発生するおそれがある。一方、１５０ｍｇ／ｍ²を超える場合、塗布量が過剰となり、成形金型や搬送途中の接触する金属のバーなどにワックスが付着、堆積し、その堆積物が蓋に再付着するといった問題が発生するおそれがある。なお、混合ワックスの塗布面は、上記塗膜が片面のみの場合には、その片面とするが、塗膜が両面の場合には、用途等に応じてその片面でも両面でも良い。

また、上記塗膜の下地には、化成皮膜が形成されていることが好ましい（請求項６）。すなわち、上記缶蓋用アルミニウム合金塗装板の基板となるアルミニウム合金板には、上記塗膜を形成する前に、下地処理を施すことが好ましい。この場合、洗浄、エッチングのみでもよいが、量産塗装材の塗膜密着力および耐食性を安定して確保するために、化成皮膜を形成することが好ましい。化成皮膜を形成する化成処理としては、リン酸クロメート処理、その他のＺｒ系、あるいはＴｉ系の化成処理がある。

（実施例１）
本発明の実施例に係る缶蓋用アルミニウム合金塗装板につき説明する。
本例では、アルミニウム合金板の両面に塗料を塗装焼き付けして設けたワックス不含の塗膜上に、混合ワックスを塗布してなる缶蓋用アルミニウム合金塗装板を作製し、各種の試験を行った。

＜塗装板の作製＞
まず、板厚０．２５ｍｍのＡ５１８２合金板の両面にクロメート量が２０ｍｇ／ｍ²となるようにリン酸クロメート処理を施した。次いで、ワックスを含有していないエポキシアクリル系塗料を合金板の両面に塗装した後、最高到達温度２６０℃で２０秒焼き付けて、塗膜重量を５０ｍｇ／ｄｍ²とした。このような塗装板を複数枚作製した。
そして、表１に示す構成の混合ワックスを、各塗装板の両面に４０ｍｇ／ｍ²になるよう塗布して缶蓋用アルミニウム合金塗装板の試料とした（本発明の実施例としての試料Ｅ１〜Ｅ４及び比較例としての試料Ｃ１〜Ｃ６）。

次に、得られた試料について、それぞれ次の項目について評価した。
＜蓋成形性＞
シェル金型およびコンバージョン金型を用いて、各試料について１００枚ずつ蓋を成形して、成形部分に全く疵が発生しなかった場合を○、蓋１００枚のうち１枚でも疵や亀裂が発生した場合を×とした。

＜型離れ＞
蓋成形性の評価で、蓋すべてが成形直後に金型から落下した場合を◎、わずかにタイミングが遅れて落下した場合を○、落下しなかった場合を×とした。

＜型かじり＞
厳しい潤滑条件である垂直面圧１０００ＭＰａ、金型温度８０℃、材料温度１５℃、滑り速度１ｍ／ｓの条件で、各試料にＳＫＤ１１のロール状の金型を擦り付け、摩擦係数を測定するとともに、塗膜表面を観察した。塗膜剥離がなく摩擦係数が０．１未満の場合を◎、塗膜剥離がなく摩擦係数が０．１以上の場合を○、塗膜が剥離した場合を×として、型かじりの判定とした。

＜ワックス堆積＞
能力５トンの汎用縦型プレスにコンバージョンのデボス金型上下を取り付け、１万回プレス試験して、金型に堆積したワックス量を調査した。冬期を想定した試験では金型および材料の温度を３０℃とし、夏期を想定した試験では金型および材料の温度を６０℃とした。そして、１万回プレス試験後の金型にほとんどワックスが堆積しない場合を◎、ワックスは金型に堆積するがデボスの加工深さが変化しない場合を○、ワックスが金型に堆積してデボスの加工深さが変化した場合を×とした。

＜フェザリング試験＞
蓋各１０枚を手で開口して、スコアに沿って内面塗膜が引き裂かれているかを観察し、スコアの開口面から残っている内面塗膜の幅が０．５ｍｍ未満の場合を○、０．５〜１．０ｍｍの場合を△、１．０ｍｍを超える場合を×とした。

上記評価の結果、表１に示すごとく、試料Ｅ１〜試料Ｅ４については、いずれの材料も問題なく蓋成形できた。
ラノリンを混合した試料Ｅ２と試料Ｅ４は型離れのタイミングがやや遅れたが、生産上問題ないレベルと推定した。
ポリエチレンを混合しなかった試料Ｅ３と試料Ｅ４において、型かじりがわずかに発生しやすい傾向にあったが、加工面での対策を厳守することにより、問題ないと判断した。
さらに、ラノリンを混合していない試料Ｅ１と試料Ｅ３は冬期を想定した堆積評価でやや堆積しやすい傾向にあったが、生産上問題ないレベルと考えた。

試料Ｃ１はポリエチレンとラノリンの両方とも含有していないために、そして試料Ｃ２はカルナウバの混合比率が少ないために、潤滑不足により、蓋に亀裂あるいは割れが発生し、型かじりの評価でも悪かった。そのため他の試験は実施しなかった。
試料Ｃ３は蓋成形できたが、型離れ不良が発生し、さらに、型かじり評価で塗膜が剥離した。
試料Ｃ４〜試料Ｃ６については、ポリエチレン、カルナウバ、あるいはラノリンの混合比率が高すぎて、型離れ、冬期ワックス堆積、あるいは夏期ワックス堆積が発生した。

Claims (7)

1. アルミニウム合金板の片面または両面に水系又は溶剤系の塗料を塗装焼き付けして設けたワックス不含の塗膜上に、混合ワックスを塗布してなる缶蓋用アルミニウム合金塗装板において、
   上記混合ワックスは、パラフィンとカルナウバとを含有すると共に、ポリエチレンとラノリンの１種又は２種を含有してなり、上記カルナウバの含有量は、上記混合ワックス全体の重量に対して１〜２０重量％であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
2. 請求項１において、上記ポリエチレンの含有量は、上記混合ワックス全体の重量に対して１〜２０重量％であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
3. 請求項１又は２において、上記ラノリンの含有量は、上記カルナウバの含有量を１００重量％としたときに４０〜６０重量％であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記塗膜の塗膜重量は、３０〜２００ｍｇ／ｄｍ²であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記混合ワックスの塗布量は、１０〜１５０ｍｇ／ｍ²であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、上記塗膜の下地には、化成皮膜が形成されていることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、上記ポリエチレンは、融点が１０５℃以上であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金塗装板。