JP5530436B2 - 絞りしごき成形缶用複合Al材、及び絞りしごき成形缶の製造方法 - Google Patents
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Description
また、金属板に樹脂を被覆した樹脂被覆金属板を素材とした絞りしごきシームレス缶も知られている。このような樹脂被覆金属板を素材とした絞りしごき成形においては、金属板では液体のクーラントを使用して金属板と工具との摩擦を低減させているのに対し、ワックス等を潤滑剤として塗布し、ドライの状態で樹脂被覆金属板の絞りしごき成形が行われている。
しかし、このようなドライ状態でのしごき加工を行うためには、樹脂被覆金属板は厳しい加工に耐えることが必要であり、例えば、特許文献1には、このようなドライ条件での絞しごき加工を目的として、板材表面の塗膜量、めっき条件、皮膜強度等を検討した塗装金属板が記載されている。
従って、本発明の主な目的は、Al板を金属板とし、缶体とした時、光輝性外観を有し、且つ缶性能として重要な、内容物保存性が良好な絞りしごき成形缶をドライで成形可能な複合Al材を提供することである。
絞りしごき成形により缶体とされる絞りしごき成形缶用複合Al材であって、
缶外面となるAl板の面に厚さ0.02〜2μmの第1の樹脂層が形成され、
缶内面となるAl板の面に厚さ1〜40μmの第2の樹脂層が形成され、
前記Al板は、表面の算術平均表面粗さ(Ra)が0.6μm以下であり、
前記第1の樹脂層は、
TMA装置を用いたペネットレーション試験において100℃で5gの荷重をかけた石英ピンの押し込み量が膜厚の20%以下であり、
室温硬さが10N/mm2以上であることを特徴とする。
(2)本発明の絞りしごき成形缶の製造方法は、
缶外面となるAl板の面に厚さ0.02〜2μmの第1の樹脂層が形成され、
缶内面となるAl板の面に厚さ1〜40μmの第2の樹脂層が形成され、
前記Al板は、表面の算術平均表面粗さ(Ra)が0.6μm以下であり、
前記第1の樹脂層は、
TMA装置を用いたペネットレーション試験において100℃で5gの荷重をかけた石英ピンの押し込み量が膜厚の20%以下であり、
室温硬さが10N/mm2以上である絞りしごき成形缶用複合Al材を、
加工後の缶外面の正反射率が6%以上となるように、
絞り加工及びしごき加工する工程を有することを特徴とする。
すなわち、本発明の絞りしごき成形缶用複合Al材は、絞りしごき加工において優れた成形性を有するとともに、光輝性及び内容物保存性を有する絞りしごき成形缶を提供できる。
また、本発明の絞りしごき成形缶用複合Al材によれば、ドライ条件下で絞りしごき成形を行った場合にも、金属粉の発生による缶内面の樹脂層の損傷により内容物保存性の顕著な低下や成形性低下等がなく、安定して絞りしごき成形缶を製造することができる。
前記第1の樹脂層20の厚みが、0.02μm未満では、成形前あるいは成形中に、樹脂で覆われていない部分、即ち金属露出部分が顕著となり、成形中に金属露出部とダイスとのこすれによって発生する金属粉が多く、発生した金属粉によって、反対側の缶内面の第2の樹脂層30の損傷が激しくなり、缶内に保存した内容物の保存性が極端に劣り好ましくない。
一方、第1の樹脂層20の厚みが2μmを超えると、複合Al材の缶外面側の正反射率の目標最低限である6%以上を達成することができず好ましくない。
また、Al素材への接着性に優れていることが望ましく、樹脂中のカルボニル基の濃度が10meq/100g樹脂以上であることが好ましい。
本発明においては、缶内面となるAl板の面には厚さ1〜40μmの第2の樹脂層30が形成されていることも、得られる絞りしごき成形缶が内容物保存容器としての機能を果たす上で重要である。
すなわち、第2の樹脂層30の厚みが1μm未満では、内容物保護性が劣り、液漏れが生じるようになり、好ましくない。一方、40μmを超えても内容物保護性は変わらず、経済性が劣ってくるだけで好ましくない。
缶内面側となる面のAl板表面上に形成される第2の樹脂層30は第1の樹脂層20と同様に、樹脂層自体が過酷なしごき加工を受けるので、ある程度伸びを有することが好ましく、特にASTM、D−882で測定して25℃で5%以上の破断伸びを有するものであることが好ましい。
さらに、Al素材への接着性に優れていることが望ましく、樹脂中のカルボニル基の濃度が10meq/100g樹脂以上であることが好ましい。
本発明の第2の樹脂層30に用いることができる樹脂は、これに限定されるものではないが、以下のものを挙げることができる。
このような事項を考慮して、好適に用いることが出来る樹脂として、ポリエステル、特に共重合成分としてイソフタル酸を含有するエチレンテレフタレート系ポリエステルが好ましく挙げられる。
本発明に用いるAl板10としては、従来絞りしごき缶の製造に用いられていたAl板等を使用することができるが、一般的には板厚:0.1〜0.5mmの範囲にあるAl板を用途に応じて好適に用いることができる。
またAl板は、表面の算術平均表面粗さ(Ra)が0.6μm以下であることが、光輝性の点から好ましい。すなわちRaが0.6μmを超えて粗いと、谷部の樹脂層がしごき時に巻き込まれて表面平滑性が劣るようになり、その結果、正反射率、すなわち光輝性が低下する場合があり好ましくない。
なお、Al板には、クロメート処理、燐酸クロメート処理、ジルコニウム処理のいずれかが後処理として施されていてもよい。
本発明の複合Al材は、Al板10の一方の面上に、厚さ0.02〜2.0μmの第1の樹脂層20を形成する工程、及びAl板10の他方の面に厚さ1〜40μmの第2の樹脂層30を形成する工程、により製造することができる。
また、Al板10は、第1の樹脂層20及び第2の樹脂層30との密着性を向上させる観点から、表面処理層を予め形成させておくこともできる。
表面処理としては、重クロム酸塩の水溶液中における浸漬処理、または電解処理により、Al板上にクロム水和酸化物皮膜を形成させる方法、無水クロム酸の水溶液中における電解処理により、Al板上に金属クロムとクロム水和酸化物からなる2層皮膜を形成させる方法、Al板上にポリアクリル酸やエポキシ樹脂等の有機樹脂の薄層を形成させる方法、Al板上にシランカップリング処理を施す方法等がある。
これらの表面処理は従来公知の方法で行うことができる。
塗膜の厚さは、塗工量及び塗料中の溶剤又は樹脂分の量等によって調整する他、塗工にグラビアコータを用いる場合はグラビアの目の粗さ等によっても調整することができる。
第2の樹脂層30を樹脂フィルムにより形成する場合には、第1の樹脂層20と同様、キャストフィルムの熱接着などによって貼着させるほか、塗料のコートや押出コート法により樹脂層を形成することが出来る。
すなわち、本発明の樹脂被覆金属板から打ち抜いたブランクを1段又は複数段の絞りダイスを用いてカップ状体に絞り加工する。次いで1段又は複数段のしごきダイスを用い、カップ状体の胴部の厚さよりも小さく設定したしごきダイスとパンチの間のクリアランス部分にカップ状体の胴部を強制的に押し込んで、胴部を薄肉化しながら胴高さを高めるしごき加工を施す。このようにして、比較的缶径が小さく、缶胴部高さが高く、かつ胴部の厚さが薄い絞りしごき成形缶を得ることができる。
(評価項目)
[胴部正反射率]
成形した絞り缶の缶底から高さ方向に60mmの位置から20mm幅で円周方向に胴部を切り取り、該切り取った20mm幅の胴部を缶高さ方向に8等分にして測定サンプルとした。
該測定サンプルの中央部を分光測色計(コニカミノルタ(株)製、型式:CM−3500)を用いて、全反射率と拡散反射率を測定し、下記式にて正反射率を算出した。
正反射率(%)=全反射率(%)−拡散反射率(%)
8等分のサンプルの該正反射率の平均値を小数点以下四捨五入で算出し、実施例記載の胴部正反射率とした。
本発明では、正反射率が6%以上、好ましくは10%以上あるものを実用性があると判断した。また、25%以上あれば、光輝性を得るため缶に適用されている、高価なメタリックラベルと同等以上の正反射率が得られたことになり、より好ましい。
絞りしごき成形して得た缶を胴部の中で缶底からの高さが最も低い所、即ち缶上端部の最も低い所から、さらに2mm低い所を起点に円周方向に切断して上部を除去し、缶高さを一定にした後、フランジ加工を行い、内容物(コカコーラ:登録商標)を缶高の9割りの高さまで充填し、エポキシフェノール系塗料を乾燥厚みで10μm塗装焼付けしたアルミ蓋を巻き締め、蓋面を下にして37℃と50℃の雰囲気に、各々100缶ずつ6ヶ月放置後、各々の雰囲気で液漏れした缶数を調査した。
最も良好なのは50℃雰囲気に6ヶ月放置後も液漏れ皆無だが、37℃雰囲気に6ヶ月放置後も液漏れが皆無の場合も実用性があると判断した。
上記液漏れ試験にて37℃と50℃の雰囲気に6ヶ月放置した缶の内容物を採取し、すべての缶の内容物のフレーバーを30人に調査してもらい、各々の被覆金属板種類につき1缶でもフレーバー異常を感じた人が3人以上いた場合をフレーバー異常とし、3人未満の場合は良好とした。
最も良好なのは50℃雰囲気に6ヶ月放置後もフレーバー性良好だが、37℃雰囲気に6ヶ月放置後もフレーバー性が良好な場合も実用性があると判断した。
石英ピン押し込み量(%)とは、株式会社リガク製のTMA8140Cの装置を用い、ペネットレーション法にて下記1)の試験条件にて石英ピンの押し込み試験を行い、下記条件にて測定した時の石英ピンの塗膜への押し込み深さを測定し、下記2)の方法にて石英ピン押し込み量(%)を算出した値をいう。
下記の室温硬さと同様、膜厚が薄いと測定値が樹脂層やAlの表面状態に大きく影響されるおそれや振動の影響を受けるおそれがあるので、ここでは実施例と同一の樹脂及び同様の条件にて同一のAl(板厚:0.28mm、3104合金材、Ra=0.34)上に乾燥厚みで15μmの樹脂層を形成し、乾燥及びキュアしたサンプルの樹脂層への石英ピン押し込み量を測定した。
1)押し込み量測定条件
(1)石英ピンの樹脂と接する面の形状:0.5mmφフラット
(2)石英ピンにかける荷重:5g
(3)昇温速度:10℃/分・・・室温〜100℃
(4)昇温雰囲気:大気
2)石英ピンの押し込み量(%)=100℃の温度で石英ピンが塗膜表面から内部に押し込まれた深さ(μm)/塗膜厚(μm)×100
*塗膜厚はここではすべて15μmとした。
室温硬さとは、株式会社エリオニクス製の超微小押し込み硬さ試験機ENT−1100aを用い、ISO14577−2002に準じて、ベルコビッチ圧子の押し込み深さが測定塗膜の1/10以下である条件を満たす最大荷重で樹脂層の硬さを28℃にて測定した値をいう。
膜厚が薄いと測定値が樹脂層やAlの表面状態に大きく影響される恐れや振動の影響を受ける恐れがあるので、ここでは実施例と同一の樹脂及び同様の条件にて同一のAl(板厚:0.28mm、3104合金材、Ra=0.34)上に乾燥厚みで15μmの樹脂層を形成し、乾燥及びキュアしたサンプルの樹脂層の室温硬さを測定した値とすることとする。
ベルコビッチ圧子は圧子の摩耗を示す補正長さ(Δhc)が15nm以下のものを使用する。
Al板(板厚:0.28mm、3104合金材、Ra=0.34)の缶内外面となる面に燐酸クロメート処理(Crとして20mg/cm2)した後、該Al板を220℃の板温まで加熱して、未延伸の東洋鋼鈑(株)製イソフタル酸/テレフタル酸共重合ポリエステルフィルム(融点=210℃、膜厚=16μm)を缶内面となる面に被覆して、冷却して第2の樹脂層30とし、缶外面となる面に表1に示す物性を有すウレタンアクリレート系UV塗料A100重量部に対して、光重合開始剤の1−ヒドロキシ−シクロヘキシルーフェニルーケトンを6重量部添加して良く混合し、さらにトルエンで希釈して低粘度化した塗料を乾燥厚みが2μmになる様に塗装した後、120℃で1分間乾燥して溶剤を除去後、アイグラフィックス株式会社製UV照射装置(型式:ECS−401GX)により、10cmの高さよりメタルハライドランプにより紫外線を1600mj/cm2照射して架橋して第1の樹脂層20とした、複合Al材を得た。
この複合Al材の両面にグラマーワックスを50mg/m2塗布後、該複合Al材を缶内面が東洋鋼鈑(株)製共重合ポリエステルフィルム被覆面になるようにして下記の成形条件でドライ雰囲気で絞りしごき成形を行い、絞りしごき成形缶を得た。
該絞りしごき缶の特性を上記評価方法にて、外面の正反射率、充填経時後の缶の液漏れ、内容物のフレーバーを評価した。その結果は表1に示す通りであり、内容物を充填して50℃で6ヶ月経時後も液漏れも無く、またフレーバーも良好であり、実用に耐えうる缶特性を示すと共に、缶胴部は高正反射率を示し、光輝性外観が得られた。
1.成形温度:成形直前のポンチの温度:55℃
2.ダイス温度:40℃
3.ブランク径:142mm
4.絞り条件:1st絞り比:1.56、2nd絞り比:1.38
5.しごきポンチ径:66mm
6.総しごき率:63%(側壁中央部)
7.製缶速度:100cpm
表1に示す様に、外面塗膜の厚みをそれぞれ0.02μm、0.3μmとして第1の樹脂層20とした他は実施例1と同様にして作成した複合Al材を、実施例1と同様にして絞りしごき成形を行い、絞りしごき成形缶を得た。
この絞りしごき成形缶の特性を実施例1と同様にして評価した結果は表1に示す通りであり、少なくとも内容物を充填して37℃で6ヶ月経時後は、いずれも液漏れも無く、またフレーバーも良好であり、実用に耐えうる缶特性を示すと共に、缶胴部は高正反射率を示し、光輝性外観が得られた。
3004合金でRaが0.13μmのAl板を用いた他は実施例3と同様にして作成した複合Al材を、実施例1と同様にして絞りしごき成形を行い、絞りしごき成形缶を得た。
この絞りしごき成形缶の特性を実施例3と同様にして評価した結果は表1に示す通りであり、内容物を充填して50℃で6ヶ月経時後も液漏れも無く、またフレーバーも良好であり、実用に耐えうる缶特性を示すと共に、缶胴部は高正反射率を示し、光輝性外観が得られた。
表1に示す様に、膜厚がそれぞれ1μm、40μmの実施例1の缶内面に使用した樹脂層と同一組成のイソフタル酸/テレフタル酸共重合ポリエステル樹脂(融点=210℃)を、缶内面となる面に、膜厚が1μmの場合は溶剤に溶解して塗装により、40μmの場合はフィルムの形態で被覆して第2の樹脂層30とした他は実施例3と同様にして得た絞りしごき成形缶の特性を実施例3と同様にして評価した結果は表1に示す通りであり、内容物を充填して50℃で6ヶ月経時後も液漏れも無く、またフレーバーも良好であり、実用に耐えうる缶特性を示すと共に、缶胴部は高正反射率を示し、光輝性外観が得られた。
缶外面となる面に、乾燥−架橋後にそれぞれ表1に示す物性を有すウレタンアクリレート系UV塗料B、ウレタンアクリレート系UV塗料C、ウレタンアクリレート系UV塗料Dの100重量部に対して、実施例1と同じ光重合開始剤を6重量部添加して良く混合し、さらにトルエンで希釈して低粘度化した塗料を乾燥厚みが0.3μmになる様に塗装して第1の樹脂層20とした他は実施例3と同様にして得た絞りしごき成形缶の特性を実施例3と同様にして評価した結果は表1に示す通りであり、内容物を充填して50℃で6ヶ月経時後も液漏れも無く、またフレーバーも良好であり、実用に耐えうる缶特性を示すと共に、缶胴部は高正反射率を示し、光輝性外観が得られた。
缶外面となる面に、乾燥後に表1に示す物性を有すエステルウレタン系塗料Eをトルエンで希釈して低粘度化した熱可塑性塗料を塗装し、150℃で1分乾燥しただけで、架橋しないで第1の樹脂層20とした他は実施例3と同様にして得た絞りしごき成形缶の特性を実施例3と同様にして評価した結果は表1に示す通りであり、内容物を充填して50℃で6ヶ月経時後も液漏れも無く、またフレーバーも良好であり、実用に耐えうる缶特性を示すと共に、缶胴部は高正反射率を示し、光輝性外観が得られた。
表2に示す様に、外面塗膜の第1の樹脂層20の厚みをそれぞれ0.015μm、3μmとした他は実施例3と同様にして作成した複合Al材を、実施例3と同様にして絞りしごき成形を行い、絞りしごき成形缶を得た。
この絞りしごき缶の特性を実施例1と同様にして評価した結果は表2に示す通りであり、第1の樹脂層20の厚みが0.015μmの場合は内容物を充填して50℃で6ヶ月経時後に液漏れが生じ、フレーバーは37℃で6ヶ月経時後でも不良で実用に耐えられるものではなかった。また、第1の樹脂層20の厚みが3μmの場合は、正反射率が劣り、実用に耐えられるものではなかった。
缶内面となる面に、膜厚が0.8μmの実施例5と同一組成の樹脂層を塗装した他は、実施例5と同様にして得た絞りしごき成形缶の特性を実施例5と同様にして評価した結果は表2に示す通りであり、内容物を充填して37℃で6ヶ月経時後で液漏れが生じ、またフレーバーも不良で実用に耐えられるものではなかった。
表2に示す様にAl板(板厚:0.28mm、3104合金材、Ra=0.34)の缶内外面となる面に燐酸クロメート処理(Crとして20mg/cm2)したAl板の缶外面となる面に、乾燥後に非架橋で表2に示す物性を有すエステルウレタン系塗料Fをトルエンで希釈して低粘度化した熱可塑性塗料を塗装し、150℃で1分乾燥しただけで、架橋しないで第1の樹脂層20とした他は実施例1と同様にして得た絞りしごき成形缶の特性を実施例3と同様にして評価した結果は表2に示す通りであり、正反射率が劣り、光輝缶材としての実用に耐えられるものではなかった。
20 第1の樹脂層
30 第2の樹脂層
Claims (2)
- 絞りしごき成形により缶体とされる絞りしごき成形缶用複合Al材であって、
缶外面となるAl板の面に厚さ0.02〜2μmの第1の樹脂層が形成され、
缶内面となるAl板の面に厚さ1〜40μmの第2の樹脂層が形成され、
前記Al板は、表面の算術平均表面粗さ(Ra)が0.6μm以下であり、
前記第1の樹脂層は、
TMA装置を用いたペネットレーション試験において100℃で5gの荷重をかけた石英ピンの押し込み量が膜厚の20%以下であり、
室温硬さが10N/mm2以上であることを特徴とする絞りしごき成形缶用複合Al材。 - 缶外面となるAl板の面に厚さ0.02〜2μmの第1の樹脂層が形成され、
缶内面となるAl板の面に厚さ1〜40μmの第2の樹脂層が形成され、
前記Al板は、表面の算術平均表面粗さ(Ra)が0.6μm以下であり、
前記第1の樹脂層は、
TMA装置を用いたペネットレーション試験において100℃で5gの荷重をかけた石英ピンの押し込み量が膜厚の20%以下であり、
室温硬さが10N/mm2以上である絞りしごき成形缶用複合Al材を、
加工後の缶外面の正反射率が6%以上となるように、
絞り加工及びしごき加工する工程を有することを特徴とする絞りしごき成形缶の製造方法。
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