JP4835246B2 - ラミネート金属帯の製造方法およびラミネート金属帯製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂フィルムを金属帯にラミネートする際の温度制御方法に関するものである。

近年、缶用材料として、鉄、アルミニウム等の金属帯表面にPET等の樹脂フィルムをラミネートしたものが広く用いられている。ラミネート方法としては、接着材を介する方法と、フィルムを熱融着する方法がある。図２に従来の熱融着型ラミネート装置を示す。

図２によれば、金属帯１は、加熱装置（誘導加熱、またはロール加熱等が用いられる）６により適正温度に加熱され、トップロール７を経て、ラミネートロール（鋼製、表面は硬質ゴムで被覆。以下、ラミロールと称する。）３の前に設置した温度計８にてラミネート前の温度が測定される。一方、フィルム２は案内ロール５を介してラミロール３まで供給される。なお、この過程でフィルム２に対して予熱が行われる場合もある。次いで、フィルム２はラミロール３で金属帯１に押し付けられ、金属帯１の保有する熱により金属帯１に融着する。その際、ラミロール３も金属帯１から熱を受けて表面温度が上昇する。そのため、表面温度制御装置４によりラミロール３は適正温度に冷却される。表面温度制御装置４としては水冷ロールが多く用いられ、水冷ロールによりラミロール３の表面温度を適正値に保つことができる。また、ラミロール３の押付力は油圧により供給される。そして、ラミネート後の皮膜の特性については、ラミロール出側に設置した計測器９にて時系列に計測される。

しかしながら、従来より、金属帯とフィルムとをラミネートする際に金属帯とフィルムとの間に気泡が残存することにより皮膜に欠陥が生じるという問題がある。これに対して、金属帯とフィルムの間に巻き込まれる気泡を低減する方法として数多く技術開示がなされてきた。

例えば、特許文献１には「雰囲気を制御したラミネート方法およびそれによるラミネート金属帯」として、樹脂フィルムを金属帯にラミネートする際の圧着開始部における雰囲気を分子量４４以下のガスとし、その濃度を５０％以上とするように制御したラミネート方法が開示されている。

また、特許文献２には「金属帯ラミネート装置」として、走行する金属帯を挟む一対のラミネートロールを備え、金属帯の両面あるいは片面に樹脂フィルムをラミネートするラミロールの後面にバックアップロールを配し、前記バックアップロールにラミネートロールの押付力を供給し且つ制御する手段を具備した金属帯のラミネート装置が開示されている。
特許第３１９０２４３号公報 特開平１１―１２９３９５号公報

しかしながら、上記特許文献には以下の問題点がある。
近年、生産性の向上に伴い、ライン速度の高速化が進むにつれ、加熱帯での処理を短時間で加熱する操業が行われるようになった。そのため、上記特許文献に記載の技術を用いても、操業開始時から定常状態となるまでの段階で鋼帯の加熱時の温度制御が不安定となり、ラミネート前温度が目標範囲を超えてしまう現象が多発し、新たな問題となっている。

本発明は、上記の事情に鑑み、操業開始から終了するまで高能率で、且つ、性能が安定したラミネート鋼板を得るために、ラミネート金属帯の温度制御方法および製造方法ならびにラミネート金属帯製造装置を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決する為に、研究を重ねた。その結果、金属帯の温度変動範囲が大きい場合にラミネート皮膜特性が劣化すること、加熱ロールの温度がオーバーシュートすることにより金属帯の温度が目標値よりも高くなることが上記原因として考えられること、そして、ラミネート前の金属帯の温度をあらたに設置した冷却装置により調整することで金属帯の温度変動を±0.8℃以内とすることが可能となり、ラミネート皮膜特性が良好となることを見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［１］樹脂フィルムを金属帯にラミネートするにあたり、ラミネート皮膜の皮膜特性を確保するために必要なラミネート前の金属帯の目標温度範囲を予め求め、次いで、ラミネート前の金属帯の温度が前記目標温度範囲となるように、冷却装置によりラミネート前の金属帯の温度を制御することを特徴とするラミネート金属帯の温度制御方法。
［２］樹脂フィルムを金属帯にラミネートするラミネート金属帯の製造方法であって、ラミネート前の金属帯を加熱し、次いで、ラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御し、次いで、金属帯に樹脂フィルムをラミネートすることを特徴とするラミネート金属帯の製造方法。
［３］前記［２］において、冷却手段により金属帯を冷却することで、ラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御することを特徴とするラミネート金属帯の製造方法。
［４］前記［３］において、ラミネート前の金属帯を加熱するために加熱帯内に設置された加熱ロールを冷却することでラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御することを特徴とするラミネート金属帯の製造方法。
［５］ラミネート前の金属帯を加熱する加熱帯と、ラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御するための冷却装置と、金属帯に樹脂フィルムをラミネートするラミネート装置を有することを特徴とするラミネート金属帯製造装置。
［６］前記［５］において、前記冷却装置は、前記加熱帯内、もしくは、前記加熱帯とラミネート装置との間に設置されることを特徴とするラミネート金属帯製造装置。
［７］前記［６］において、前記冷却装置は前記加熱帯内に設置され、かつ、前記加熱帯内の加熱ロールを冷却することを特徴とする請求項６に記載のラミネート金属帯製造装置。

本発明によれば、高能率の製造条件下においても高精度な温度制御が可能となるため、高品質なラミネート金属帯を提供することが可能となる。また、サイクル立上げ時の温度変動が抑制可能となるので歩留まりを改善することできる。

本発明は、樹脂フィルムを金属帯にラミネートするにあたり、ラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御するための冷却手段を有することを特徴とする。これにより、ラミネート前の金属帯の温度変動範囲を±0.8℃以内に抑えられ、ラミネート皮膜特性が良好となる。

まず、本発明の完成に至った経緯について説明する。
操業開始から操業が定常化するまでの加熱帯の温度変化、ラミネート前の金属帯温度変化およびラミネート皮膜特性の関係については、従来、あまり定量的な検討が行われていなかった。そこで、本発明者らは、上記の問題を解決すべく、まず、図２で示した従来の熱融着型ラミネート装置を用いて、各種操業条件の確認を行った。その結果、以下の知見を得た。

図３は、図２で示した従来のラミネート装置を用いて厚さ0.18mm板幅1017mmの金属帯に樹脂フィルム（種類：PETフィルム（融点約230℃））を熱融着によりラミネートしラミネート金属板を製造した場合の、ラミネート前の金属板温度の目標値とラミネート前の金属帯温度の実績値との差と、ラミネート皮膜特性の関係を示した図である。なお、図３において、予め求めたラミネート皮膜の皮膜特性を確保するために必要なラミネート前の金属帯の目標温度範囲は246.7〜247.3℃であった。また、ラミネート前の金属帯温度の実績値は、図２に示す温度計８により測定した。また、ラミネート皮膜特性はラミネート皮膜の2軸配向度と、ラミネート皮膜を施した鋼帯を加工した時のフィルム削れ面積率により評価し、ラミネート皮膜の配向度の変動範囲±4０を特性良好範囲とした。
図３より、ラミネート皮膜特性を良好とするためには、金属帯の温度変動範囲を±0.8℃以内にする必要があることがわかる。

上記結果に基づき、次に、ラミネート前の金属帯の温度変動の発生要因を調べるために、図2に示す金属帯加熱装置6内の加熱ロールにおけるロール実測温度を測定し、ロール実測温度と設定温度との差と経過時間との関係について調査した。結果を図４に示す。図４より、加熱帯内に設置した加熱ロールの温度が特性確保に必要な温度制御範囲を超えてオーバーシュートしていることが明らかとなった。そして、加熱ロールの温度がオーバーシュートすることにより金属帯の温度が目標値よりも高くなり、結果として、ラミネート前の金属帯の温度を必要な温度範囲内で制御することが困難となったと考える。

そこで、金属帯加熱装置6内で発生する加熱ロールのオーバーシュート時の、金属帯の温度を目標値内に確保するための検討を行った。図１は本発明の一実施形態を示す図である。図１に示すように、金属帯加熱装置６内、金属帯加熱装置６出側、トップロール７およびラミネート前温度計８の手前にそれぞれ冷却装置（10、10a、10b、10c）を設置し、金属帯の温度を調整することが可能となっている。その結果、金属帯の温度変動を±0.8℃以内とすることが可能となった。なお、図１において、それ以外の符号は図2と同様であるため、説明を省略する。また、金属帯加熱装置６内に冷却装置を設置した場合の概略図を図５に示す。図５によれば、冷却装置は、加熱ロールと鋼帯の非接触部に冷却ノズルを設置している。

図１の装置を用いて、図３で用いた金属帯についてラミネート加工し、ラミネート金属帯を製造し、ラミネート皮膜特性を調査した。ここで、ラミネート前の金属帯の温度制御は、金属帯加熱装置６内の加熱ロールの実績温度と設定温度の差が0.5℃となった時点で金属帯加熱装置６内に設置されている冷却装置10をオンにして金属帯加熱装置６内の加熱ロールを冷却することにより行った。また、ラミネート前の金属帯の目標温度および皮膜特性の測定・評価は、図３と同様の方法である。加熱ロールを冷却した場合の金属帯加熱装置６内の温度変動を図６に示す。図６より、加熱ロールのオーバーシュートが解消されていることがわかる。また、ラミネート前の金属帯温度の目標値とラミネート前の金属帯温度の実績値との差と、ラミネート皮膜特性との関係を調査した結果を図７に示す。図７より、ラミネート前の金属帯温度の目標値とラミネート前の金属帯温度の実績値との差（温度変動範囲）が±0.8℃以内となり、ラミネート皮膜特性が良好であることがわかる。すなわち、加熱ロールのオーバーシュートが解消されたことにより、金属帯の温度を所定の範囲内に確保することが可能なり、操業開始時のラミネート皮膜特性が改善した。

以上のように、本発明者らは、走行する金属帯の片面または両面に樹脂フィルムをラミネートする際に、加熱帯内、または、加熱帯出側に冷却装置を設置することにより、ラミネート前の金属帯の温度変動が抑えられ、高速操業時においても安定したラミネート特性を有するラミネート金属帯が製造可能であることを見出し、本発明を完成させた。

以下に本発明の実施形態について説明する。本発明の金属帯のラミネート方法は、例えば図１に示すように、金属帯を加熱する金属帯加熱装置６内または、金属帯加熱装置６出側、トップロール７、あるいはラミネート前温度計８の上流側に、加熱ロールまたは金属帯を冷却する装置を配する。そして、ラミネート特性を確保するために必要なラミネート前の金属帯の温度範囲を予め求めておき、ラミネート前の金属帯の温度が目標の温度範囲となるように、前記冷却装置をオンーオフさせ、金属帯の温度を制御する。冷却装置の配置としては、図１の10、10a、10b、10cに示したような場所にそれぞれ配置しても良いし、必要な冷却量に応じて一部のみに配置してもよい。必要な冷却量については、金属帯の板厚サイズ、搬送速度、ラミネート皮膜特性に必要な温度範囲から算出する。冷却装置は、図５に示すように加熱ロールを冷却する構成のほかに、金属帯加熱装置６内を搬送中の金属帯を冷却する構成としてもよい。また、図８に示すように、金属帯に対向させて冷却ノズルを配置し金属帯を冷却してもよい。ノズルの形式については、幅方向にノズルチップを配列する方法や、スリット形状のものが挙げられるが特に規定はしない。また、冷却の媒体については通常、空気を用いるが、特に規定しない。
以下に本発明の実施例を挙げ、本発明の効果を立証する。

上記図１に示した本発明の金属帯のラミネート装置を用いて、厚さ0.184mm、幅970mmの鋼帯に樹脂フィルムを熱融着してラミネート鋼帯を製造した。その際に、ラミネート前の鋼帯の温度変化と、ラミネート皮膜特性の時間変化について調査した。本発明では、冷却ノズルを図１中の金属帯加熱装置６内の冷却装置１０の位置に設置し、図９に示すように、金属帯加熱装置６内の加熱帯ロールを冷却した。ノズルの形状としては、図１０に示すようにスリット形状のものを用い、スリット幅は５mmとした。またノズルから噴射する媒体は空気とし、噴射流速が12[m/s]となるように調整した。
また、ラミネート前の金属帯温度の目標値は２４７℃であった。また、ラミネート時の皮膜特性を目標範囲内とするためには、ラミネート前の金属帯の温度を±0.8℃以内とする必要があるため、ラミネート前の金属帯の温度が２４７．５℃となった時点で金属帯加熱装置６内に設置したノズルから空気を噴射して加熱ロールを冷却し、２４７℃の時点で冷却を停止しするという制御を行った。また、ラミネート皮膜特性は、図１中の９に設置した計測器にて皮膜の２軸配向度を測定した。

一方、比較例では、金属帯加熱装置６内に設置した冷却ノズルを用いない条件にてラミネート鋼帯を製造し、ラミネート前の金属帯の温度変化と、ラミネート皮膜特性の時間変化を確認した。

以上により得られた結果を図11、図１２に示す。なお、図１１は本発明例および比較例における、ラミネート前の金属帯の温度の時間変化を示す図であり、図１２は本発明例および比較例における、ラミネート皮膜特性の時間変化を示す図である。図１１、図１２より、本発明例の場合は、時間変化に伴いラミネート前温度、皮膜特性ともに大きく変動することなく、目標の範囲内に確保可能となり、安定したラミネート鋼板の製造が可能となった。一方、比較例の場合、時間の経過とともにラミネート前の温度変動が発生し、それに伴い皮膜特性が目標範囲から外れてしまった。

本発明のラミネート金属帯は高品質であるため、缶用材料として非常に有用である。

本発明の一実施形態を示す図である。 従来の熱融着型ラミネート装置を示す図である。 ラミネート前の金属帯温度の目標値とラミネート前の金属帯温度の実績値との差と、ラミネート皮膜特性との関係を示す図である。 ロール実測温度と設定温度との差と経過時間との関係を示す図である。 本発明における金属帯加熱装置内に冷却装置を設置した場合の概略図である。 本発明における加熱ロールを冷却した場合の金属帯加熱装置内の温度変動を示す図である。 本発明のラミネート前の金属帯温度の目標値とラミネート前の金属帯温度の実績値との差と、ラミネート皮膜特性との関係を示す図である。 本発明の冷却ノズルを配置を示す図である。 本発明における金属帯加熱装置内に冷却装置を設置した場合の概略図である。 本発明の冷却ノズルのスリット形状を示す上面図である。 ラミネート前の金属帯温度の時間変化を示す図である。（実施例１） ラミネート皮膜特性の時間変化を示す図である。（実施例１）

符号の説明

１ 金属帯
２ 樹脂フィルム
３ ラミロール
４ 表面温度制御装置
５ 案内ロール
６ 金属帯加熱装置
７ トップロール
８ ラミネート前温度計
９ ラミネート皮膜特性計測器
１０ 冷却装置
１１ 加熱ロール
１２ 冷却ノズル
１３ 冷却ノズルヘッダー
１４ 冷却ノズルスリット部

Claims (3)

1. 樹脂フィルムを金属帯にラミネートするラミネート金属帯の製造方法であって、
   樹脂フィルムを金属帯にラミネートするにあたり、
   ラミネート皮膜の配向度の変動範囲が±4０以内となるような被膜特性を確保するために必要なラミネート前の金属帯の目標温度範囲を予め求め、
   次いで、ラミネート前の金属帯を加熱後、
   以下のような冷却方法により、ラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御して、金属帯の前記目標温度範囲に対する温度変動を±0.8℃以内とし、
   次いで、金属帯に樹脂フィルムをラミネートする
   ことを特徴とするラミネート金属帯の製造方法。
   金属帯加熱装置を通過後トップロール通過前の金属帯を冷却し、次いで、前記トップロール通過後ラミロール通過前の金属帯を冷却するとともに、前記金属帯加熱装置内に設置された加熱ロールおよび前記トップロールを冷却する冷却方法
2. ラミネート前の金属帯を加熱する金属帯加熱装置と、
   ラミネート前の金属帯の温度を所望の温度範囲となるように制御し、ラミネート皮膜の配向度の変動範囲が±4０以内となるように、金属帯の前記目標温度範囲に対する温度変動を±0.8℃以内とするための以下の位置にそれぞれ設置される４つの冷却装置と、
   金属帯に樹脂フィルムをラミネートするラミネート装置を有することを特徴とするラミネート金属帯製造装置。
   ・金属帯加熱装置内
   ・金属帯加熱装置出側
   ・トップロール
   ・ラミネート前温度計の手前
3. 前記金属帯加熱装置内に設置される冷却装置は、前記金属帯加熱装置内の加熱ロールを冷却することを特徴とする請求項２に記載のラミネート金属帯製造装置。

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