JP4469237B2

JP4469237B2 - ヘア発生を防止する製缶装置

Info

Publication number: JP4469237B2
Application number: JP2004206723A
Authority: JP
Inventors: 辰彦坂井; 浩西田; 博一横矢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: JP2006026670A

Description

本発明は、金属材料からなる基材の少なくとも片面に有機被膜層を形成された板材より缶体を成形する製缶装置及び製缶方法に関するものであり、更に詳しくは基材の少なくとも片面に有機被膜層を形成された板材を素材として一次絞り成形体（カップ）、再絞り成形缶、再絞り−しごき成形缶を製造する際に発生する塗膜ヘアやフィルムヘアを防止する製缶装置及び製缶方法に関するものである。

炭酸飲料缶、ジュース缶、コーヒー飲料缶あるいはゼリー等の固形食品缶等の食品缶詰等に用いられる、絞り成形缶（例えば特許文献１参照）、薄肉化再絞り成形缶(例えば特許文献２、３参照)、薄肉化再絞りーしごき成形缶（例えば特許文献４参照）等のシームレス缶、および缶蓋（例えば特許文献５参照）等を形成する場合に、金属層の少なくとも片面（通常は両面）に有機被膜層を形成された板材よりパンチとダイの協同によりブランクを打抜き、直ちに同じ工程で絞り加工を行って、一次絞り成形体（以下カップとよぶ）を形成してから、次工程でシームレス缶体や缶蓋を形成する方法が採用されている。

このようにして形成されたシームレス缶体や缶蓋の端縁（シームレス缶体の場合はフランジ部の端縁、缶蓋の場合はカール部の端縁）に、毛髪状の有機被膜片（以下有機被膜ヘアとよぶ：通常長さが約１０ｍｍ以上）が多数発生し易い（特許文献６参照）。この有機被膜ヘアは端縁から剥離し、缶内面に付着残留して、内容物を充填密封して缶詰となった後、異物として発見された時、無害ではあるが、不衛生物として疑われて苦情の対象となり易い。そのため全数検査により有機被膜ヘアが発見された缶はリジェクトしている。従って製品歩留まりが低下するという問題を生ずる。なお缶蓋の有機被膜ヘアは、密封の際に缶内に入るおそれがある。また、製缶の加工工程で脱落して、ツールと缶体の間に入り込み、皮膜欠陥を生じる原因となることもあり、缶体や缶蓋の品質低下の問題も引き起こす。

有機被膜ヘアの発生原因については特許文献７に記載のとおりであり、薄肉化再絞りーしごき成形缶の製造を例にとり詳細に説明されている。
ヘアの防止方法としてブランクに打抜く方法において、少なくとも板材とパンチが接触して打抜きを始める時点において、パンチと接触する有機被膜層と、パンチの切刃を通る、パンチ端面の切刃近傍周辺部の接線とのなす角度が、３〜６０度になるように設定したツールの提案（特許文献７参照）があるが、切刃が磨耗してきたり、特に有機皮膜が厚い場合や、柔らかい場合にはこれらの提案では完全にヘアが防止できないのが実情である。
また、製缶素材へのレーザ照射を提案した例として、本発明者らは溶接缶用の素材の樹脂不用部に赤外パルスレーザを照射して不用樹脂を除去する発明（特許文献８参照）を開示した。

レーザによる樹脂除去の原理は、樹脂の蒸発・気化によるものであり、従って樹脂蒸気が発生することは避けられない。樹脂蒸気がレーザ光軸上を浮遊するとレーザ光を吸収して異常な発熱反応を起こす。その結果、除去する必要のない樹脂が溶融したり、あるいは煤状に表面に付着する問題が発生する。そこで、蒸発した樹脂粒子は速やかにレーザ光軸上から除去する必要がある。しかし、除去された樹脂蒸気の粒子がカップ表面に再付着すると、臭いや表面のすべり性等に影響を与える可能性がある。特に臭いがカップに付着すると飲料缶や食料品缶には使用できないという問題がある。またすべり性等の表面性状が変化すると、後の深絞り工程で表面疵、変形が発生する可能性が高くなり歩留まりが低下する問題がある。従ってレーザ照射部で発生した樹脂蒸気を速やかに且つ鋼板表面に触れることなく除去する加工装置が必要とされる。除去する方法として、高圧のガスを加工部に直接吹き付けることが容易に考えられるが、単純なガスの吹き付けでは、飛散する蒸気が鋼板に再付着しないようなガス流の制御や完全な回収は困難である。

また、レーザ加工装置において、溶融物が周囲に飛散することを防止するために、被加工物に向かってシールドガスを供給し、加工部以外をマスクで覆いながらレーザ光を照射することにより発生する物質を吸引するノズル体を具備するレーザ加工装置が特許文献９に開示されている。しかし、特許文献９に開示された発明はノズルの周囲に吸引路を設けたものであり、飲料缶や食料品缶に使用する缶端部となる金属板の切断部近傍にレーザを円周状に照射することについては何も記載されていない。
特公昭６０−１１５７６号公報特開平３−１５５４１９号公報特開平４−３２４８２６号公報特開平７−２７５９６１号公報特公平３−５８８１４号公報特開昭５８−１６８４８号公報特開２０００−１６７６２５号公報特開平７−２９０２５８号公報特開平８−１９２２８９号公報

本発明の課題は、基材の少なくとも片面に有機被膜層を形成された板材を素材として、カップ成形、再絞り成形缶、再絞りしごき成形缶を製造する際に発生する塗膜ヘアやフィルムヘアを防止するため、レーザ照射によりヘアの素になる樹脂層の一部を蒸発気化して除去する装置及び製缶方法において、特に、気化した樹脂蒸気が板材表面に再付着することを防止して、樹脂蒸気に起因する臭いや表面性状の変化が発生しない製缶装置及び製缶方法を提供することにある。

（１）少なくとも片面を樹脂被膜で被覆された金属板を円形状に切断して円盤にし、該円盤を用いて、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する、樹脂ヘア発生を防止する製缶装置であって、前記金属板の切断する円盤の中心軸上の起点から前記切断する円盤の円周の円環状の切断部近傍に、レーザビームを走査しつつ照射して、前記樹脂被膜を蒸発させるレーザ照射手段と、前記金属板の円環状の切断部近傍の内側の領域を覆うマスクと、前記金属板の円環状の切断部近傍より外側の領域を覆い、且つ、前記金属板の円環の切断部近傍のレーザ照射部から発生する樹脂蒸気を吸引・排出するガス排出口を有するガス吸引・排出室と、を備え、前記マスクとガス吸引・排出室とが固定されていることを特徴とする樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
（２）前記レーザ照射手段は、レーザビームを円周上を走査する回転ミラーと、前記回転ミラーを固定する回転円筒体とを備え、前記回転円筒体の下部にはベアリングを介して前記円環状の切断部近傍の内側の領域を覆うマスクが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
（３）前記レーザ照射手段は、互いに直交する方向に振動してレーザビームを円周上を走査する２枚の振動ミラー若しくはレーザビームを円周上を走査する回転ミラーと、走査されるレーザビームを集光するｆθレンズと、集光するレーザビームを透過させるレーザ透過窓とを備え、前記レーザ透過窓は前記ガス・排出室の上部に固定され、かつ、前記レーザ透過窓に接続した軸を介して前記円環状の切断部近傍より内側の領域を覆うマスクの中央部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
（４）前記レーザ照射手段は、互いに直交する方向に振動してレーザビームを円周上を走査する２枚の振動ミラー若しくはレーザビームを円周上を走査する回転ミラーと、走査されるレーザビームを集光するｆθレンズとを備え、前記ｆθはレンズ前記ガス・排出室の上部に固定され、かつ、前記ｆθレンズに接続した軸を介して前記円環状の切断部近傍より内側の領域を覆うマスクの中央部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
（５）少なくとも片面を樹脂被膜で被覆された金属板を円形状に切断して円盤にし、該円盤を用いて、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する、樹脂ヘア発生を防止する製缶方法において、前記切断する前に、前記金属板の切断する円盤の中心軸上の起点から前記切断する円盤の円周の円環状の切断部近傍に、レーザビームを走査しつつ照射して、前記樹脂被膜を蒸発させるのに際して、前記レーザビームの照射時に、前記金属板の円環状の切断部近傍の内側の領域をマスクで覆い、かつ、前記金属板の円環状の切断部近傍より外側の領域を覆い、且つ、前記金属板のレーザ照射部から発生する樹脂蒸気を吸引、排出するガス排出口を有するガス吸引・排出室を用い、その後に、前記金属板を円盤状に切断し、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する方法であって、前記マスクとガス吸引・排出室とが固定されていることを特徴とする樹脂ヘア発生を防止する製缶方法。

本発明により、樹脂被覆金属板の製缶装置において、レーザ照射によるヘアの素となる樹脂除去が可能であることはもとより、樹脂の蒸気が鋼板表面に再付着することを極力防止できるため、缶の臭い等の問題を引き起こすことのない安定した製缶が実施できる。

以下実施例を用いて本発明を説明する。
図１はカップ素材となる鋼板６を円盤状にブランク（切断）する前に、前記切断部近傍７の内部をマスク（図示しない、後述）で覆い、円盤に切断する切断部近傍７にレーザを照射し、ヘアの素になる樹脂を除去する場合の説明図である。図１において、図示されないレーザ装置から出力されたレーザビーム１は集光レンズ２により集光され、ミラー支持円筒３内を通過して回転ミラー（レーザを反射する装置）４で放射状に反射される。レーザビームの照射により平板上に円環状の樹脂除去部７を形成する。

図２はレーザ照射装置として振動ミラー１４とｆθレンズ１６を用いる場合の例である。ｆθレンズ１６は振動ミラー１４等によって走査されたレーザビーム１が同一平面上に集光点を持つように設計されたレンズである。図２においてレーザビーム１は２枚の振動ミラー１４により反射される。振動ミラーは図示されないガルバノメータモータで振動する。各ミラーは互いに直交する方向に振動することで反射ビームを円環状にスキャンする。スキャンされたビームはｆθレンズ１６で集光され、鋼板６に照射される。レーザ光を吸収した樹脂は瞬時に蒸発気化して、円盤状に切断する切断部近傍７の外側を覆うガス吸引・排出室（図示しない、後述）により蒸発した樹脂被覆の一部またはほぼすべてが除去され、円環状の樹脂除去部７を形成する。

本発明者らは、平坦な鋼板上に円環状の樹脂除去を行う方法において、特に製缶後に食品や飲料に直接接触する円環内部（円盤）表面に蒸発樹脂の粒子が完全に接触しない装置を検討した。その結果、レーザビームを放射状に照射する装置の中心にマスク装置を具備し、レーザ照射中に円盤上を覆うと同時に、円盤状に切断する切断部近傍の外側を覆う吸引・排出室を設けて、発生した樹脂蒸気を速やかに排出する装置の発明に至った。

図３は本発明の第１の実施例である。レーザビーム１は図示されないレーザ装置から出力され、レンズ２で緩やかに集光された後、円筒体３に固定された回転ミラー４により中心軸１３から、レーザ通過穴８を通り、鋼板へ放射状に照射される。その結果、円環状に樹脂が蒸発除去される。回転ミラー４は円筒体３に固定され、円筒体３はベアリング５を介して固定され、図示されないモータで回転する。円筒体３は空洞であり、ガス導入口１０から導入される高圧ガスは円筒体３のレーザ通過穴８を通して噴射される。加工により発生した樹脂蒸気は円盤状に切断する切断部近傍７の外側を覆うガス吸引・排出室９より吸引され、排出口１１から排出される。排出口は図示されない真空ポンプ等のガス排出装置に接続される。

回転円筒体３の下部にはベアリング５を介して固定された円形のマスク１２が備えられる。このマスクは切断部近傍７の内部を覆うことにより、レーザ除去したい部位以外を樹脂蒸気と接触させない機能と除去する部位のみをレーザ光に露出させる機能を併せ持つ。レーザ除去加工後、ガス吸引・排出室９で十分樹脂蒸気を排出した後、マスク１２を移動させれば、蒸気した樹脂が平板表面に再付着することを確実に防止できる。

本実施例ではガス導入口１０を設け、ガスを積極的に導入しているが、ガス排出装置の吸引能力だけでも蒸発した樹脂の再付着を防止することが可能である。
また本発明において、鋼板に照射されたレーザビームの一部は反射する。この反射光が乱反射して反射ミラーやレンズに損傷を与える可能性があるため、マスク１２とガス吸引・排出ノズルはレーザ光を反射させない素材、例えば表面に黒アルマイト処理したアルミ材、あるいは黒色ペイント等が適当である。

図４は本発明の第２の実施例である。本発明の装置では図示されるようにガス吸引・排出室９にレーザ光を透過し、且つ密閉性のあるレーザ透過窓１５を備えている。レーザ透過窓は、レーザとして例えばＣＯ_２レーザを用いる場合は素材としてＺｎＳｅを用いて表面に無反射コーティングを施したもの、ＹＡＧレーザを用いる場合は石英ガラスに無反射コーティングを施したものが適当である。レーザビームは振動ミラー１４で円環状に走査され、ｆθレンズ１６で集光された後、レーザ透過窓１５を透過して切断部近傍７に照射される。レーザ照射装置が独立した構造となるため、レーザ照射装置は特に限られず、図１に示す回転ミラー法や、図２で示したｆθレンズを用いる方法等、レーザビームを円環状に照射する方法ならばすべて用いることができる。

本発明では、ガス排出装置の吸引能力だけでも蒸発した樹脂の除去と再付着を防止することが可能である。しかし、ガス吸引・排出室９内に何らかの方法でレーザ加工部にガスを吹き付けて、樹脂蒸気を速やかに加工部から除去するとともに、ガスの排出効率を高めることが好ましい。例えば図４に示すようにガス導入口１０を設けてガスをレーザ照射部に吹き付ける方法、あるいは図５に示すようにガス吸引・排出室９を鋼板６とで完全に密閉するのではなく隙間１７を設けて、外部からガスが加工部を通ってガス吸引・排出室９内に吸引され、樹脂蒸気とともに排出する方法がある。

図６は本発明の第３の実施例であり、前記実施例２の応用形態に相当する。本実施例ではレーザ照射装置として振動ミラー１４とｆθレンズ１６を用いる装置である。この装置ではレーザ透過窓をｆθレンズ１６で兼用することで装置の簡略化が可能であり、レーザ透過窓が少ない分、僅かであるが窓で生じるレーザパワー損失を減らすことも可能である。
ガスの供給については実施例２と同様にガス導入口１０を設けるか、あるいはガス吸引・排出室９を鋼板６とに隙間１７を設けることが好ましい。

切断前の平板に回転ミラーを用いてレーザを照射して不要樹脂を除去する方法の説明である。切断前の平板に振動ミラーとｆθレンズを用いてレーザを照射して不要樹脂を除去する方法の説明である。本発明の第１の例を示す図である。本発明の第２の例の一形態を示す図である。本発明の第２の例の一形態を示す図である。本発明の第３の例を示す図である。

符号の説明

１レーザビーム
２集光レンズ
３ミラー支持円筒
４回転ミラー（レーザを反射する装置）
５ベアリング
６樹脂を皮膜した鋼板
７レーザ照射部（円盤に切断する切断部近傍、樹脂除去部）
８レーザ透過穴
９ガス吸引・排出室
１０ガス導入口
１１ガス排出口
１２マスク
１３円環状のレーザ照射における中心軸
１４振動ミラー
１５レーザ透過窓
１６ｆθレンズ
１７ガス吸引・排出室と鋼板との隙間

Claims

少なくとも片面を樹脂被膜で被覆された金属板を円形状に切断して円盤にし、該円盤を用いて、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する、樹脂ヘア発生を防止する製缶装置であって、
前記金属板の切断する円盤の中心軸上の起点から前記切断する円盤の円周の円環状の切断部近傍に、レーザビームを走査しつつ照射して、前記樹脂被膜を蒸発させるレーザ照射手段と、
前記金属板の円環状の切断部近傍より内側の領域を覆うマスクと、
前記金属板の円環状の切断部近傍より外側の領域を覆い、且つ、前記金属板の円環の切断部近傍のレーザ照射部から発生する樹脂蒸気を吸引・排出するガス排出口を有するガス吸引・排出室と、を備え、
前記マスクとガス吸引・排出室とが固定されていることを特徴とする樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
前記レーザ照射手段は、レーザビームを円周上を走査する回転ミラーと、前記回転ミラーを固定する回転円筒体とを備え、前記回転円筒体の下部にはベアリングを介して前記円環状の切断部近傍より内側の領域を覆うマスクが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
前記レーザ照射手段は、互いに直交する方向に振動してレーザビームを円周上を走査する２枚の振動ミラー若しくはレーザビームを円周上を走査する回転ミラーと、走査されるレーザビームを集光するｆθレンズと、集光するレーザビームを透過させるレーザ透過窓とを備え、前記レーザ透過窓は前記ガス・排出室の上部に固定され、かつ、前記レーザ透過窓に接続した軸を介して前記円環状の切断部近傍より内側の領域を覆うマスクの中央部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
前記レーザ照射手段は、互いに直交する方向に振動してレーザビームを円周上を走査する２枚の振動ミラー若しくはレーザビームを円周上を走査する回転ミラーと、走査されるレーザビームを集光するｆθレンズとを備え、前記ｆθはレンズ前記ガス・排出室の上部に固定され、かつ、前記ｆθレンズに接続した軸を介して前記円環状の切断部近傍より内側の領域を覆うマスクの中央部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂ヘア発生を防止する製缶装置。
少なくとも片面を樹脂被膜で被覆された金属板を円形状に切断して円盤にし、該円盤を用いて、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する、樹脂ヘア発生を防止する製缶方法において、
前記切断する前に、
前記金属板の切断する円盤の中心軸上の起点から前記切断する円盤の円周の円環状の切断部近傍に、レーザビームを走査しつつ照射して、前記樹脂被膜を蒸発させるのに際して、
前記レーザビームの照射時に、前記金属板の円環状の切断部近傍より内側の領域をマスクで覆い、
かつ、前記金属板の円環状の切断部近傍より外側の領域を覆い、且つ、前記金属板のレーザ照射部から発生する樹脂蒸気を吸引、排出するガス排出口を有するガス吸引・排出室を用い、
その後に、前記金属板を円盤状に切断し、カップ成形、絞りしごき成形を行い金属容器を製造する方法であって、
前記マスクとガス吸引・排出室とが固定されていることを特徴とする樹脂ヘア発生を防止する製缶方法。