JP4742641B2 - 溶接缶用錫めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接缶に使用される溶接性に優れた錫めっき鋼板に関するものであり、その錫めっき鋼板の製造方法に関するものである。

食品や飲み物等を保存するための缶の製造工程は、素材となる鋼板を圧延し、さらに電気錫めっき処理と合金化処理を施して錫めっき鋼板を製造する工程と、その錫めっき鋼板を所定の寸法に切断して円筒状に加工し、端部を溶接して缶を製造する工程とに大別される。
溶接缶に使用される錫めっき鋼板（以下、溶接缶用錫めっき鋼板という）は図１に示すような構成になっており、その製造工程では、素材となる鋼板２（以下、素材鋼板という）を圧延した後、その素材鋼板２に電気錫めっき処理を施し、さらに合金化処理（いわゆるリフロー処理）を行なって、素材鋼板２の表（おもて）面2aおよび裏面2bともに錫めっき層３を形成する。こうして形成される錫めっき層３は、溶接缶用錫めっき鋼板１の両側端部で厚くなる。この現象はオーバーコートと呼ばれている。オーバーコートが発生する理由は、電気錫めっきを行なう際に、電流が素材鋼板２の両側端部に集中するからである。

このため、溶接缶用錫めっき鋼板１は、上記した電気錫めっき処理および合金化処理が施された後、図６に示すように、両側端部を切断して除去（いわゆる耳切り）して、溶接缶用錫めっき鋼板とされる。めっきままの溶接缶用錫めっき鋼板１の両側端部は、錫めっき層３の厚さが増加しているので、後述する溶接において溶接性に問題が発生しやすい。耳切りは、この溶接缶用錫めっき鋼板１の両側端部を除去する処理である。耳切りによって除去される部位４（以下、耳切り部という）の幅Ｗ₁ は、錫めっき層３の厚さや溶接缶用錫めっき鋼板１の歩留り等を考慮して設定される。

このようにして製造された溶接缶用錫めっき鋼板１は、缶の製造工程へ送給され、図２に示すように、さらに缶の寸法を合わせるため、通常Ｗ₂₁を１mm以上として除去され、複数のブランク板５に分割される。ブランク板５の幅Ｗ₂ は、缶の寸法に応じて設定される。
分割されたブランク板５は、さらに缶の寸法に応じて分割され、図３に示すように、円筒状に加工され、その端部を重ね合わせてシーム溶接される。ここで、缶胴板のシーム溶接作業で、一般的に問題になるのが、スプラッシユ（散り）の発生や、弱溶接（溶接強度不足）である。スプラッシュは、基本的には、過電流が流れるために発生し、弱溶接は、必要な電流が鋼板同士の接合面に十分に流れないために発生するものである。シーム溶接で、これら両欠陥をともに生じさせないための適正電流範囲（溶接可能範囲、以下単に「ＡＣＲ」と記す）が存在し、その範囲が大きい方が良い。

ＡＣＲが小さいと、スプラッシュ発生を防ぐために電流値を小さくすれば、弱溶接が発生しやすく、逆に弱溶接が発生しないように電流値を大きくすれば、スプラッシュが発生することになる。このため、溶接缶用鋼板には基本的にＡＣＲが大きい素材が要求される。また、従来知られているように、錫めっき鋼板の溶接性は、合金化していない金属錫の付着量が大きく影響する。

ブランク板５は溶接缶用錫めっき鋼板１と同様に図１のような構成になっており、錫めっき層３が厚い場合には、金属錫付着量も多く、低電流では錫の合金化に熱が奪われ、発熱が不足し、弱溶接が発生して、ＡＣＲが狭くなりやすい。一方、錫めっき層３が薄い場合には、金属錫付着量も少なくなりやすく、低電流で溶接できるものの、過電流となりやすく、スプラッシュが発生しやすい。

そこで、ＡＣＲが大きく、溶接性に優れた溶接缶用錫めっき鋼板を製造する技術が種々検討されている。
たとえば特許文献１には、素材鋼板の表面から深さ20μｍの成分とその表面の錫付着量とを規定した溶接缶用錫めっき鋼板が開示されている。特許文献１には、素材鋼板の表面から深さ20μｍの成分を所定の範囲内に調整する方法は具体的に開示されていないが、極めて高度な技術を駆使する必要があることは明白である。したがって特許文献１に開示された技術を適用すれば、溶接缶用錫めっき鋼板の製造コストが上昇するのは避けられない。

また特許文献１に開示された技術のみならず、特許文献２にも開示されている通り、素材鋼板の表面の金属錫付着量は溶接缶用錫めっき鋼板の溶接性に多大な影響を及ぼすので、金属錫付着量を所定の範囲内に調整する必要がある。そのため溶接缶用錫めっき鋼板の製造工程では、製造した溶接缶用錫めっき鋼板を缶の製造工程へ送給するに先立って金属錫付着量を測定し、その測定値が所定の範囲内を満足する溶接缶用錫めっき鋼板を缶の製造工程へ送給している。

このような溶接缶用錫めっき鋼板の製造工程における金属錫付着量の測定は、従来、片面ずつ行なわれている。
ところが図１に示すように、溶接缶用錫めっき鋼板１の錫めっき層３は、素材鋼板２のおもて面2aおよび裏面2bともに形成され、それをブランク板５に分割して端部を溶接する際には、図３に示すように素材鋼板おもて面2aに形成された錫めっき層と素材鋼板裏面2bに形成された錫めっき層が接触して溶接される。つまり従来から知られている技術では、素材鋼板２の表裏両面に形成される錫めっき層３の厚さが溶接缶用錫めっき鋼板１の溶接性に影響を及ぼすにも関わらず、片面ずつ錫めっき層３の厚さを測定して、その溶接性を判定している。したがって従来の判定方法では、判定の精度が低下し、各々の付着量が管理範囲内にあるにも関わらず、ＡＣＲが狭く、溶接性に問題がある場合があった。
特開平8-209302号公報 特開平2-80176 号公報

本発明は上記のような問題を解消し、溶接性に優れた溶接缶用錫めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、素材鋼板に電気錫めっき処理を施し、さらに合金化処理後、耳切りを施す素材鋼板の表裏両面に錫めっき層を形成した溶接缶用錫めっき鋼板の製造方法において、電気錫めっき処理にて素材鋼板と電極との中間に遮蔽板を前後進可能に配設し、電極から素材鋼板に流れる電流の一部を遮蔽板によって遮断して、電流が素材鋼板の両側端部に集中するのを防止して得た缶用錫めっき鋼板の耳切りを行なった後、両側端から１mmの位置および両側端部の１mm幅部を除く内側領域の板幅方向の少なくとも１ケ所にて試料を採取して金属錫の付着量を測定し、全ての測定位置にて表裏両面に付着した金属錫の付着量が素材鋼板１ｍ² あたり合計 1.0〜2.0 ｇの範囲内を満足する溶接缶用錫めっき鋼板を選別することを特徴とする溶接缶用錫めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、溶接性に優れた溶接缶用錫めっき鋼板を簡便な手段で安価に製造できる。

本発明の溶接缶用錫めっき鋼板は、素材鋼板を圧延した後、その素材鋼板に電気錫めっき処理を施し、さらに合金化処理を施すことによって、素材鋼板の表裏両面に錫めっき層を形成した溶接缶用錫めっき鋼板である。
すなわち図１に示すように、素材鋼板２の表（おもて）面2a（上面ともいう）および裏面2b（下面ともいう）には、いずれも錫めっき層３が形成される。本発明では、溶接缶用錫めっき鋼板の溶接性を確保するために、合金化処理を施した後の金属錫の付着量の好適範囲を規定する。そこで合金化処理条件を調整するとともに、合金化処理に先立って、予め電気錫めっき処理を施す際に、素材鋼板の搬送速度や電極に印加する電圧を調整して錫めっきの厚さを制御することによって、合金化処理を施した後の金属錫の付着量が好適範囲を満足するように調整する。

ところが図４に示すように、電気錫めっき設備に配設される電極７は、素材鋼板２より大きいので、電極７から素材鋼板２に流れる電流９が、素材鋼板２の両側端部に集中する。そこで電極７と素材鋼板２との中間に遮蔽板８を前後進可能に配設し、素材鋼板２の両側端部に集中する電流を遮断する。その結果、素材鋼板２の幅方向全域にわたって均一な電流を流すことができる。なお図４には素材鋼板２の上面2a側のみ示す。素材鋼板２の下面2b側は図示を省略するが、図４と同様に遮蔽板８を用いて電流の一部を遮蔽することによって、素材鋼板２の幅方向全域にわたって均一な電流を流すことができる。また、素材鋼板２の搬送速度や電極に印加する電圧を調整して錫めっきの厚さを制御する代わりに、遮蔽板８を用いることによって、素材鋼板２の幅方向全域にわたって流す電流を調整して錫めっきの厚さを制御することもできる。

このようにして素材鋼板２の上下両面の幅方向全域にわたって、均一な厚さの錫めっきを形成することができ、さらに合金化処理を施すことによって、金属錫の付着量が均一に分布した溶接缶用錫めっき鋼板を得ることができる。本発明の溶接缶用錫めっき鋼板の上面2aにおける金属錫の付着量の分布の例を図５に示す。金属錫の付着量は、ＪＩＳ規格G3303 の附属書１に準拠して測定する。下面2bにおける金属錫の付着量は図示を省略するが、図５と同様の分布を示すことは言うまでもない。

図４中の矢印Ａは、遮蔽板８の移動方向を示す。つまり遮蔽板８は、矢印Ａの方向に前後進できるように配設される。その結果、素材鋼板２の寸法が変更された場合にも、素材鋼板２の両側端部に集中する電流を遮断することができる。
本発明を適用することによって金属錫の付着量は、図５に示すように素材鋼板２の幅方向のほぼ全域にわたって、均一に分布する。ただし両側端部（幅Ｗ₁ ）では金属錫の付着量が急激に増加している。これは、電気錫めっき処理を行なう際に、図４に示すような遮蔽板８を使用しても、一部の電流が素材鋼板２の両側端部に集中するのを防止できないからである。ただし、その金属錫が多量に付着した部位の幅は10mm程度以下に抑えられ、この金属錫の付着量が急激に増加した両側端部の部位（幅Ｗ₁ ）は、図６に示すように耳切り（除去）され、溶接缶用錫めっき鋼板１として缶の製造工程へ送給される。このような耳切りを行なった溶接缶用錫めっき鋼板１の金属錫の付着量は、素材鋼板２の幅方向全域にわたって概ね均一に分布するが、缶の製造工程でもさらに通常幅方向両側端部で各々１mm以上が除去される。

したがって溶接缶用錫めっき鋼板の製造工程において、金属錫の付着量を規定する必要があるのは、溶接缶用錫めっき鋼板として缶の製造工程へ送給された後に切除される部分（幅Ｗ₂₁）を除く内側の領域である。
このようにして缶の製造工程において除去される部分（幅Ｗ₂₁）を除く内側の領域における金属錫の付着量は、素材鋼板２の単位面積（＝１ｍ² ）あたり、表裏両面（上下両面）に付着した金属錫の測定値が表裏両面の合計で1.0〜2.0 ｇの範囲内を満足する必要がある。なお金属錫の付着量は、ＪＩＳ規格G3303 の附属書１に準拠して測定する。

ここで、従来金属錫の付着量は、前述のように表（おもて）面，裏面での付着量を各々別個に管理していた。しかしながら、発明者らの検討では、各面が管理値の範囲内にある場合でも、溶接性が問題となる場合があり、この点を検討した結果、金属錫の付着量を表裏合計の値で管理することにより、溶接性を正確に評価でき、溶接性に優れる溶接缶用錫めっき鋼板を製造できることが判明した。

表裏両面の金属錫の付着量が合計 1.0ｇ／ｍ² 未満では、低電流で溶接できるものの、過電流となりやすく、スプラッシュが発生しやすい。一方、金属錫の付着量が合計 2.0ｇ／ｍ² を超えると、低電流では錫の合金化に熱が奪われ、発熱が不足し、弱溶接が発生しやすい。特にスプラッシュが発生すると、溶接部における錫めっき層３の防錆効果が劣化し、缶内に収容される食品や飲み物等が変質，腐敗するおそれがある。

合金化処理を施した溶接缶用錫めっき鋼板１の両側の缶の製造工程での除去部（幅Ｗ₂₁）を除く内側の領域における金属錫の付着量が、素材鋼板２の単位面積（＝１ｍ² ）あたり、表裏両面で合計 1.0〜2.0 ｇの範囲内を満足すれば、缶の製造工程において弱溶接やスプラッシュの発生を防止し、良好な溶接性を確保できる。したがって、溶接缶用錫めっき鋼板１表裏両面の金属錫の付着量を測定することによって、溶接缶用錫めっき鋼板１の溶接性を判定することが可能である。

金属錫の付着量の測定は、合金化処理を施した溶接缶用錫めっき鋼板１の各測定位置の表裏両面から試料（測定領域：幅１mm，長さ10mm）を採取して、ＪＩＳ規格G3303 の附属書１に準拠して行なう。金属錫の付着量の測定位置（すなわち試験片を採取する位置）は、缶の製造工程での除去部（幅Ｗ₂₁）を除く内側の領域における板幅方向に３ケ所以上とし、各測定位置においてそれぞれ表裏両面に付着した金属錫の付着量を測定する。次いで、各測定位置における表（おもて）面に付着した金属錫の付着量と裏面に付着した金属錫の付着量との１対をなす測定値を合算して合計値（以下、両面付着量という）を算出する。各測定位置における両面付着量のいずれもが 1.0〜2.0 ｇ／ｍ² の範囲内を満足すれば良好な溶接性が確保でると判定し、各測定位置における両面付着量のいずれかが 1.0〜2.0 ｇ／ｍ² の範囲を外れた場合はスプラッシュや弱溶接が発生しやすいと判定する。

溶接性の判定精度は、金属錫の付着量の測定位置が多いほど向上する。しかし試料が増加すれば、測定に要する費用や時間が増大する。したがって溶接性判定のコスト削減および能率向上の観点から、金属錫の付着量の測定位置は少ない方が好ましい。図５に示すように、合金化処理を行ない、耳切り部（幅Ｗ₁ ）を除いた後の内側の領域では、金属錫の付着量は均一に分布するので、金属錫の付着量の測定位置は板幅方向の中央と両側耳切り部の近傍（合計３ケ所）で金属錫の付着量を測定すれば、十分な判定精度を維持できる。既に説明した通り、本発明の溶接缶用錫めっき鋼板では、缶の製造工程において除去部として１mm以上除去されるため、溶接缶用錫めっき鋼板の両側端から１mmの位置および板幅方向の中央（合計３ケ所）で、上下両面に付着した金属錫の付着量を測定するのが好ましい。

素材鋼板（ DT5CA相当：厚さ0.2mm ，幅843mm ）に対して金属錫付着量の目標範囲を片面あたり 0.6〜1.2 ｇ／ｍ² として両面に電気錫めっき処理および合金化処理を施した後、幅両側から各々10mmづつ耳切りし、溶接缶用錫めっき鋼板を製造した。電気錫めっき処理では、図４に示すように遮蔽板８を使用して、電流９が素材鋼板２の両側端部に集中するのを防止するとともに、素材鋼板２の搬送速度を調整して、金属錫の付着量が目標範囲を満足するように制御した。ここで一部について、合金化処理を施した溶接缶用錫めっき鋼板の表裏両面に付着した金属錫の付着量が合計 1.0〜2.0 ｇ／ｍ² の範囲内を満足するように設定した。

得られた溶接缶用錫めっき鋼板の両側端から１mmの位置および板幅方向の中央で試料を採取し、上下両面に付着した金属錫の付着量を測定した。各測定位置における上面の付着量と下面の付着量の１対をなす測定値を合算して両面付着量を算出した。こうして求めた３ケの両面付着量が３ケ所とも 1.0〜2.0 ｇ／ｍ² の範囲内を満足する溶接缶用錫めっき鋼板を選別した。これを発明例とする。

一方、発明例以外の、両面付着量が 1.0〜2.0 ｇ／ｍ² の範囲を外れる溶接缶用錫めっき鋼板は、比較例として区分した。
発明例と比較例の溶接缶用錫めっき鋼板を缶の製造工程へ送給し、図２に示すように、幅Ｗ₂₁＝１mmの除去を行ない、かつ幅Ｗ₂ ＝120mm のブランク板５に分割した。さらにブランク板５を長さ210mm に切断して円筒状に加工し、その端部を重ね合わせて溶接を行なった。

溶接は、銅ワイヤー型電気抵抗加熱シーム溶接機（商用機）を用いて下記の条件にて行ない、ＡＣＲを求めた。
缶型 ； 350ｇ飲料缶胴
銅ワイヤー直径； 1.3mm
通板速度 ； 120ｍ／分
溶接圧力 ； 392Ｎ（40 kgf）
周波数 ； 700Hz
溶接ラップ代 ； 0.5mm
ここでＡＣＲを求めるにあたり、上限電流値はスプラッシュが発生しない電流値とした。また、下限電流値は弱溶接が発生しない電流値をピール溶接強度で評価し、すなわち溶接部の一端に切り込みを入れ、溶接部を缶胴から引き剥がすピールテストにより、溶接部の全長が引きちぎれるものが強度が十分と判定、引き剥がしの途中で接合面が剥離する場合を強度不十分（弱溶接）と判定して、下限電流値を求めた。このようにして求めた上限電流値と下限電流値の差を溶接可能範囲ＡＣＲとした。

発明例では全幅にわたり、缶の製造上、問題のない良好なＡＣＲを確保できた。発明例は、両面付着量が 1.0〜2.0 ｇ／ｍ² の範囲を外れる比較例のＡＣＲを超えるＡＣＲを確保することができた。

溶接缶用錫めっき鋼板を模式的に示す断面図である。 溶接缶用錫めっき鋼板の缶の製造工程における除去部とブランク板を模式的に示す斜視図である。 ブランク板を円筒状に加工した例を模式的に示す断面図である。 電気錫めっきにおける電極と素材鋼板の配置の例を模式的に示す断面図である。 金属錫の付着量の分布を示すグラフである。 溶接缶用錫めっき鋼板の製造における耳切り部を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１ 溶接缶用錫めっき鋼板
２ 素材鋼板
2a 素材鋼板表面
2b 素材鋼板裏面
３ 錫めっき層
４ 耳切り部
５ ブランク板
51 缶の製造工程での除去部
６ 溶接部
７ 電極
８ 遮蔽板
９ 電流

Claims (1)

1. 素材鋼板に電気錫めっき処理を施し、さらに合金化処理後、耳切りを施す前記素材鋼板の表裏両面に錫めっき層を形成した溶接缶用錫めっき鋼板の製造方法において、前記電気錫めっき処理にて前記素材鋼板と電極との中間に遮蔽板を前後進可能に配設し、前記電極から前記素材鋼板に流れる電流の一部を前記遮蔽板によって遮断して、前記電流が前記素材鋼板の両側端部に集中するのを防止して得た溶接缶用錫めっき鋼板の前記耳切りを行なった後、両側端から１mmの位置および該両側端部の１mm幅部を除く内側領域の板幅方向の少なくとも１ケ所にて試料を採取して金属錫の付着量を測定し、全ての測定位置にて表裏両面に付着した前記金属錫の付着量が前記素材鋼板１ｍ² あたり合計 1.0〜2.0 ｇの範囲内を満足する溶接缶用錫めっき鋼板を選別することを特徴とする溶接缶用錫めっき鋼板の製造方法。

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