JP2008000913A

JP2008000913A - 機能性に優れた容器用鋼板及び缶体

Info

Publication number: JP2008000913A
Application number: JP2006170200A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirano; 茂平野; Hiroshi Nishida; 浩西田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】外観性、溶接性、耐錆性、耐食性に優れた容器用鋼板およびその缶体を提供する。
【解決手段】平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶内面側に、下層から１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、または印刷インキ、並びに１〜２０μｍの有機樹脂層を付与した容器用鋼板およびその缶体。また、平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶内面側に、下層からＮｉまたはＦｅ−Ｎｉ合金としてのＮｉを１０〜１０００ｍｇ／ｍ²、Ｓｎを３００〜１５００ｍｇ／ｍ²、クロメート皮膜を金属Ｃｒとして４〜１４０ｍｇ／ｍ²、Ｚｒ皮膜を金属Ｚｒとして１〜５００ｍｇ／ｍ²の１種以上から構成される中間処理層、１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、または印刷インキ、並びに１〜２０μｍの有機樹脂層を付与した容器用鋼板およびその缶体。
【選択図】なし

Description

本発明は、容器用素材として、特に、外観性、溶接性、耐錆性、耐食性に優れた容器用鋼板及びその缶体に関するものである。

溶接缶は、ワイヤ−シ−ム溶接法により製缶され、コ−ヒ−等のレトルト飲料や食缶用途として実用に供されてきた。この種の溶接缶に使用される缶用鋼板は、特開昭６０−２０８４９４号公報（特許文献１）、特開昭６０−１３０９８号公報（特許文献２）等に記載の方法により作製出来、主にＳｎをめっきした鋼板が使用されている。これらのめっき鋼板の缶内相当側には、被溶接部を除いて塗装あるいはフィルムがラミネ−トされ、缶外面相当側には、被溶接部を除いて、塗装、印刷あるいは印刷が施されたフィルムがラミネ−トされる。被溶接部とその近傍の数ミリ幅はニスよけ部と呼ばれるが、安定した溶接性の確保と溶接熱による塗装やフィルムの焼け付きを防止する為、塗装やフィルムをラミネ−トしない。塗装やフィルムをラミネ−トした後に、１缶相当分の大きさに切出され、溶接工程、ネック−フランジ加工等の工程を経て、溶接缶が製造される。

また、溶接缶用鋼板にＳｎが使用されている理由は、３つあり、１つは高速で溶接を可能にする高速優溶接性の確保で、２つ目は、金属光沢の優れた外観性の確保、もう１つは耐食性の耐食性の確保である。
一方、ワイヤ−シ−ム溶接では、通常、交流電流が使用され、その半波で溶接ナゲットを形成させる。この溶接ナゲットの間隔は、使用する交流の周波数と溶接速度（ワイヤ−速度）に依存し、一般的には、０．８〜１ｍｍ程度に設定されている。また、使用される電流は、低過ぎると十分な溶接強度が得られず、高過ぎると過熱（オーバーヒート）による散りが発生し、内容物への鉄溶出が懸念される為、適度な電流値を設定する必要がある。

近年、溶接品位を向上させるため、ナゲット間隔を０．５ｍｍ以下に狭くする溶接方法が行われてきた。ナゲット間隔が狭くなると、過熱による散りの発生を抑制することが出来、更に、設定電流の調整巾を広げられる。しかし、ナゲット間隔が狭くなると、溶接電流が高くなるため、電極と鋼板間の発熱量が増加し、めっきされたＳｎが飛散する現象が顕著になってきた。飛散したＳｎは溶接ヘッド近傍のＺバ−やツ−ルに付着、堆積し、ある大きさになると溶接部に落下し、溶接不良が発生するようになった。Ｓｎの使用を低減あるいは全く使用しないことで、この溶接不良を改善できるが、外観や耐食性は劣化し、更に、塗装やフィルムがラミネ−トされない被溶接部近傍のニスよけ部で発錆し易くなることから、外観性、耐食性、耐錆性を確保できる容器用鋼板が求められていた。

上述した問題に対応する為、アルミ箔をラミネ−トする発明がされ、特開２０００−２５５５６６号公報（特許文献３）や特開２００２−７９６０８号公報（特許文献４）に記載されている。確かに、これらの技術を用いれば、外観性や耐食性を確保することは出来るが、被溶接部近傍のニスよけ部は発錆の問題を解決することは出来ない。また、アルミの蒸着フィルムをラミネ−トする発明もされ、特開２０００−９５２４８号公報（特許文献５）や特開昭６２−２８６７３４号公報（特許文献６）に記載されているが、光沢のある外観を出すことは出来るが、耐食性や溶接性を確保するには至っていない。
特開昭６０−２０８４９４号公報特開昭６０−１３０９８号公報特開２０００−２５５５６６号公報特開２００２−７９６０８号公報特開２０００−９５２４８号公報特開昭６２−２８６７３４号公報

本発明者らは、上記問題点を解決できる方法として、ニスよけ部を除くことなく、鋼板の全面をアルミ箔で被覆し、しかも、安定した溶接性や溶接によるフィルムの焼け付きを防止できる方法を発明した。アルミ箔と鋼板との接合には接着剤が用いられるが、接着剤は有機樹脂の為、電導性が低く溶接性が確保されなかった。また、溶接時にアルミ箔をラミネートした鋼板を４０〜６０ｄａＮの圧力で挟み込み、ある程度、接着剤層を破壊し、電導性を向上させる事が出来るが、実用的には、不十分であった。しかし、鋼板表面の粗度の山が本来、電導性の低い接着剤層を破壊し、電導性を発揮する効果を見出し、安定した溶接性や焼け付を防止する事を知見した。更に、適正な粗度に適度なめっき層を組合せる事により、より安定した溶接性や焼け付け防止効果を発揮する事を知見し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、
（１）平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶内面側に、下層から１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与した容器用鋼板。
（２）平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶外面側に、下層から１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、印刷インキ層、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与した容器用鋼板。
（３）平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶内面側に、下層からＮｉまたはＦｅ−Ｎｉ合金としてのＮｉを１０〜１０００ｍｇ／ｍ²、Ｓｎを３００〜１５００ｍｇ／ｍ²、クロメ−ト皮膜を金属Ｃｒとして４〜１４０ｍｇ／ｍ²、Ｚｒ皮膜を金属Ｚｒとして１〜５００ｍｇ／ｍ²の１種以上から構成される中間処理層、１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与した容器用鋼板。
（４）平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶外面側に、下層からＮｉまたはＦｅ−Ｎｉ合金としてのＮｉを１０〜１０００ｍｇ／ｍ²、Ｓｎを３００〜１５００ｍｇ／ｍ²、クロメ−ト皮膜を金属Ｃｒとして４〜１４０ｍｇ／ｍ²、Ｚｒ皮膜を金属Ｚｒとして１〜５００ｍｇ／ｍ²の１種以上から構成される中間処理層、１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、印刷インキ層、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与した容器用鋼板。
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１記載の容器用鋼板を用いて得られた缶体にある。

以上のべたように、本発明により製造された容器用鋼板及び缶体は優れた外観性、溶接性、耐錆性、耐食性を有することが明らかになった。

以下に、本発明の作用である外観性、溶接性、耐錆性、耐食性に優れた容器用鋼板及びその缶体について詳細に説明する。
本発明で用いられる鋼板は、通常の鋼片製造工程から熱間圧延、酸先、冷間圧延、焼鈍、調質圧延等の工程を経て製造される。その中で、本発明内容である鋼板表面に付与される粗度、すなわち、平均中心粗さ（Ｒａ）は、冷間圧延や調質圧延の圧下率やロ−ル粗度を制御することで、Ｒａを制御出来るが、工業的には調質圧延によって、Ｒａを制御する事が望ましい。

鋼板に付与されるＲａが大きくなると、その上層の接着剤層を破壊する効果が大きくなり、電導性が徐々に増加し、Ｒａが０．１５μｍ以上で溶接性が発揮される。Ｒａが大きくなると溶接性の向上効果も増加するが、余りＲａが大きくなりすぎると、表面粗度の谷部が大きくなり過ぎ、アルミ箔をラミネ−トする際に剥離の原因となる大きな気泡が発生し、十分な密着性が得られない。従って、Ｒａは０．１５〜０．５μｍにする必要がある。

この鋼板に下層から１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、１〜２０μｍの有機樹脂層の３層で構成されるアルミ箔がラミネ−トされる。この３層で構成されるアルミ箔の製法については特に規制しない。例えば、アルミ箔の片面に接着剤層をもう片面に有機樹脂層をコ−ティングするなど公知の方法を用いればよい。アルミ箔の接着剤層が薄いと十分な接着能力が発揮できない為、その厚みは１μｍ以上必要である。また、厚くなるとラミネ−ト作業性が劣化するので工業的に不利益となる為、２０μｍ以下にする必要がある。

アルミ箔はバリヤ−性と金属性の光沢外観を発揮効果がある。その厚みが１μｍを下回るとバリヤ−性と光沢外観が十分に発揮されない。また、厚みが１００μｍを超えると経済的に不利益を被る為、アルミ箔の厚みは１〜１００μｍにする必要がある。
最表層の有機樹脂層は、アルミ箔の腐食や疵付き防止の為に付与する。その厚みが１μｍを下回るとアルミ層の腐食や疵付き防止が十分に発揮されない。また、厚みが２０μｍを超えると経済的に不利益を被る為、アルミ層の厚みは１〜２０μｍにする必要がある。

更に、上記のアルミ箔の接着剤層と鋼板の間に、ＮｉまたはＦｅ−Ｎｉ合金としてのＮｉを１０〜１０００ｍｇ／ｍ²、Ｓｎを３００〜１５００ｍｇ／ｍ²、クロメ−ト皮膜を金属Ｃｒとして４〜１４０ｍｇ／ｍ²、Ｚｒ皮膜を金属Ｚｒとして１〜５００ｍｇ／ｍ²の１種以上から構成される事を特徴とする中間処理層を設けることにより、より一層の、溶接性、密着性、耐食性を得る事が出来る。

Ｎｉは耐食性と溶接性を向上させる効果がある。Ｎｉ量が少ないと耐食性と溶接性の向上効果が実用上十分に得られないため、Ｎｉ量は１０ｍｇ／ｍ²以上にする必要がある。Ｎｉ量の増加に応じて耐食性と溶接性は増加するが、１０００ｍｇ／ｍ²を超えるとその効果が飽和する為、経済的には１０００ｍｇ／ｍ²以下にする必要がある。Ｎｉは公知の電気めっき法により、ＮｉあるいはＦｅ−Ｎｉ合金めっきにより付与できるが、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきによっても、Ｎｉの優れた効果は損なわれない。

Ｓｎは耐食性と溶接性を向上させる効果がある。Ｓｎ量が少ないと耐食性と溶接性の向上効果が実用上十分に得られないため、Ｓｎ量は３００ｍｇ／ｍ²以上にする必要がある。Ｓｎ量の増加に応じて耐食性と溶接性は増加するが、１５００ｍｇ／ｍ²を超えるとその効果が飽和する為、経済的には１５００ｍｇ／ｍ²以下にする必要がある。Ｓｎは公知の電気めっき法により付与できるが、Ｓｎめっき後に溶融溶錫処理を行いＳｎ合金層を生成しても、Ｓｎの優れた効果は損なわれない。

クロメ−ト皮膜は耐食性と密着性を向上させる効果がある。クロメ−ト皮膜量が少ないと耐食性と密着性の向上効果が実用上十分に得られないため、クロメ−ト皮膜量は金属Ｃｒとして４ｍｇ／ｍ²以上にする必要がある。クロメ−ト皮膜量の増加に応じて耐食性と密着性は増加するが、１４０ｍｇ／ｍ²を超えるとその効果が飽和する為、経済的には１４０ｍｇ／ｍ²以下にする必要がある。クロメ−ト皮膜は公知の電気めっき法により、オキサイドＣｒ単層のクロメ−ト皮膜やオキサイドＣｒと金属Ｃｒの二層から構成されるクロメ−ト皮膜が形成されるが、何れの皮膜においてもクロメ−ト皮膜の優れた効果は損なわれない。

Ｚｒ皮膜は耐食性と密着性を向上させる効果がある。Ｚｒ皮膜量が少ないと耐食性と密着性の向上効果が実用上十分に得られないため、Ｚｒ皮膜量は金属Ｚｒとして１ｍｇ／ｍ²以上にする必要がある。Ｚｒ皮膜量の増加に応じて耐食性と密着性は増加するが、５００ｍｇ／ｍ²を超えるとその効果が飽和する為、経済的には５００ｍｇ／ｍ²以下にする必要がある。Ｚｒ皮膜は公知の電気めっき法により、酸化Ｚｒやリン酸Ｚｒとして形成されるが、何れの形態においてもＺｒ皮膜の優れた効果は損なわれない。

以下に本発明の実施例及び比較例について述べ、その結果を表１に示す。
冷間圧延、焼鈍後、Ｒａ０．３４μｍの圧延ロ−ル、０．１〜０．３％の圧下率で調質圧延された原板に脱脂、酸洗を施した０．１７ｍｍ厚の鋼板を作製し、以下の作製法（１）〜（６）の中間層を有す鋼板を作製した。

（０）何も処理を行っていない鋼板。
（１）ワット浴を用いてＮｉめっきを施した鋼板を作製した。
（２）フェロスタン浴を用いてＳｎめっきし、溶融溶錫処理を行った鋼板を作製した。
（３）硫酸−塩酸浴を用いてＦｅ−Ｎｉ合金めっきを施し、引き続き、フェロスタン浴を用いてＳｎめっきを施し、溶融溶錫処理を行った鋼板を作製した。
（４）（０）〜（３）の鋼板にサ−ジェント浴を用いてクロメート皮膜を有する鋼板を作製した。
（５）（０）〜（３）の鋼板に重クロム酸浴を用いてクロメート皮膜を施した鋼板を作製した。
（６）（０）〜（３）の鋼板にフッ化Ｚｒを溶解させた処理液で、陰極電解しＺｒ皮膜を付与した。

これらの鋼板の缶内面側には、アルミ箔の片面にはオレフィン系の接着剤を反対面にフェノール樹脂を塗布した積層アルミ箔を、缶外面側には、印刷したアルミ箔にアクリル樹脂を反対面に接着剤を塗布した印刷済み積層アルミ箔を、それぞれラミネートした。
この試験材について、以下に示す（Ａ）〜（Ｆ）の各項目について性能を評価を行った。

（Ａ）溶接性
ワイヤ−シ−ム溶接機を用いて、溶接ワイヤ−スピ−ド８０ｍ／ｍｉｎの条件で、電流を変更して試験材を溶接し、十分な溶接強度が得られる最小電流値とチリ及び溶接スパッタなどの溶接欠陥が目立ち始める最大電流値からなる適正電流範囲の広さおよび溶接欠陥の発生状況かから総合的に判断し、４段階（◎：非常に良い、○：良い、△：劣る、×：溶接不能）で溶接性を評価した。

（Ｂ）外観性
溶接後の缶体を観察し、印刷の映え、光沢性を観察し、４段階（◎：印刷映え、光沢性に優れる、○：印刷映えに優れるが、光沢性がやや劣る、△：印刷映え、光沢性がやや劣る、×：印刷映え、光沢性が劣る）で評価した。

（Ｃ）耐食性
溶接缶体を作製し、コ−ヒ−飲料を充填し、４５℃、３ヶ月間貯蔵し、缶体の腐食状況を４段階（◎：腐食が認められない、○：実用上問題無い程度の僅かな腐食が認められる、△：僅かな腐食が認められる、×：腐食が認められる）で判断して評価した。

（Ｄ）耐錆性
試験材を乾湿繰返し（湿度９０％、２ｈｒ⇔湿度４０％、２ｈｒ）の雰囲気中に２ヶ月間放置し、錆の発生状況を４段階（◎：全く発錆無し、○：実用上問題無い程度の極僅かな発錆有り、△：僅かな発錆有り、×：大部分で発錆）で評価した。

（Ｅ）密着性
試験材を内面側にしてＥＮＤ加工を行い、１２５℃×３０分のレトルト処理し、アルミ箔の密着性を４段階（◎：剥離が無い、○：僅かな剥離が認められる、△：剥離が認められる、×大部分で剥離している）で評価した。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜１７は本発明例であり、Ｎｏ．１８〜２２は比較例である。比較例Ｎｏ．１８は缶内面側の接着剤層、アルミ箔および有機樹脂層がそれぞれ薄いために外観性、耐食性、耐錆性および密着性が悪い。比較例Ｎｏ．１９は平均中心粗さ（Ｒａ）が小さく、かつアルミ箔が薄いために溶接性、外観性、耐食性、耐錆性および密着性のいずれも悪い。比較例Ｎｏ．２０は平均中心粗さ（Ｒａ）が大きいために密着性が悪い。比較例Ｎｏ．２１は缶外面側の接着剤層およびアルミ箔が薄いために外観性および密着性が悪い。比較例Ｎｏ．２２は缶内面側および缶外面側の接着剤層およびアルミ箔が薄いために外観性、耐食性、耐錆性および密着性が悪い。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜１７はいずれも本発明の条件を満たしていることから、溶接性、外観性、耐食性、耐錆性および密着性のいずれも優れていることが分かる。

特許出願人新日本製鐵株式会社
代理人弁理士椎名彊他１

Claims

平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶内面側に、下層から１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与したことを特徴とする容器用鋼板。
平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶外面側に、下層から１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、印刷インキ層、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与したことを特徴とする容器用鋼板。
平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶内面側に、下層からＮｉまたはＦｅ−Ｎｉ合金としてのＮｉを１０〜１０００ｍｇ／ｍ²、Ｓｎを３００〜１５００ｍｇ／ｍ²、クロメ−ト皮膜を金属Ｃｒとして４〜１４０ｍｇ／ｍ²、Ｚｒ皮膜を金属Ｚｒとして１〜５００ｍｇ／ｍ²の１種以上から構成される中間処理層、１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与したことを特徴とする容器用鋼板。
平均中心粗さ（Ｒａ）０．１５〜０．５μｍ鋼板の缶外面側に、下層からＮｉまたはＦｅ−Ｎｉ合金としてのＮｉを１０〜１０００ｍｇ／ｍ²、Ｓｎを３００〜１５００ｍｇ／ｍ²、クロメ−ト皮膜を金属Ｃｒとして４〜１４０ｍｇ／ｍ²、Ｚｒ皮膜を金属Ｚｒとして１〜５００ｍｇ／ｍ²の１種以上から構成される中間処理層、１〜２０μｍの接着剤層、１〜１００μｍのアルミ箔、印刷インキ層、１〜２０μｍの有機樹脂層を付与したことを特徴とする容器用鋼板。
請求項１〜４のいずれか１項記載の容器用鋼板を用いて得られた缶体。