特開 2022-150720 キャップ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022150720

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】キャップ

(51)【国際特許分類】

   B65D 41/04 20060101AFI20220929BHJP

   B65D 53/04 20060101ALI20220929BHJP

   C25D 11/04 20060101ALI20220929BHJP

   C23C 28/00 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

B65D41/04 200

B65D53/04

C25D11/04 E

C23C28/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021053444

(22)【出願日】2021-03-26

(71)【出願人】

【識別番号】305060154

【氏名又は名称】アルテミラ製缶株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101465

【弁理士】

【氏名又は名称】青山 正和

(72)【発明者】

【氏名】辻 眞理

【テーマコード（参考）】

3E084

4K044

【Ｆターム（参考）】

3E084AA04

3E084AA12

3E084AA23

3E084AB01

3E084BA01

3E084CA01

3E084CC02

3E084DA01

3E084DB03

3E084DB12

3E084DC02

3E084GA01

3E084GB01

3E084GB08

3E084HA02

3E084KB01

3E084LB07

3E084LD01

4K044AA06

4K044AB03

4K044BA12

4K044BA21

4K044BB03

4K044BC04

4K044CA17

(57)【要約】

【課題】サイズコート層を省略してコスト低下を図る。
【解決手段】アルミニウム材またはアルミニウム合金材により形成されたキャップ本体を有するとともに、キャップ本体の内側にシート状のシール材が設けられ、ボトル缶の口金部に被着されるキャップであって、キャップ本体の内面に、陽極酸化皮膜を備えた下地層が形成されるとともに、陽極酸化皮膜は、有孔率が５％以下で厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、下地層の表面に、アクリル変性エポキシフェノール系樹脂からなるトップコート層が形成されている。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム材またはアルミニウム合金材により形成されたキャップ本体を有し、ボトル缶の口金部に被着されるキャップであって、前記キャップ本体の内面に、陽極酸化皮膜を備えた下地層が形成されるとともに、前記陽極酸化皮膜は、有孔率が５％以下で厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、前記下地層の表面に、アクリル変性エポキシフェノール系樹脂からなるトップコート層が形成されていることを特徴とするキャップ。

【請求項2】

前記キャップ本体の内側に、シート状のシール材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のキャップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、飲料を充填するボトル缶の口金部に装着されるキャップに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、飲料を充填するボトル缶の口金部に装着されるキャップとして、例えば特許文献１に記載のキャップがある。
このキャップは、キャップの内面及び外面に、陽極酸化皮膜とシランカップリング剤とがこの順に形成された下地層を備え、皮膜は、有孔率が５％以下とされ、かつ、シリコンＳｉを２００～５００００ｐｐｍ含有し、シランカップリング剤は、皮膜の表面に、０．５～５０００ｍｇ／ｍ^２塗布され、内面の下地層表面に、ポリエステル／アミノ系樹脂からなるサイズコート層とライナー接着剤層とをこの順に備え、外面の下地層の表面に、ポリエステル／アミノ系樹脂からなるサイズコート層を備え、この層表面に塗膜を備え、これらを被覆するトップコート層を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４３９３８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載のキャップは、アルミニウム合金の陽極酸化被膜にシランカップリング剤の層を有する下地層に、サイズコート層を介して、内面側にライナー接着剤層、外面側にトップコート層が形成されている。この場合、サイズコート層は、柔軟性を有するため、その上に形成されるライナー接着剤層やトップコート層の成形時の割れを抑制するとともに、下地層への密着性を向上させることができる。しかしながら、サイズコート層を有する分、層構造が複雑化してコスト増加を招く。

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、サイズコート層を省略してコスト低下を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のキャップは、アルミニウム材またはアルミニウム合金材により形成されたキャップ本体を有し、ボトル缶の口金部に被着されるキャップであって、前記キャップ本体の内面に、陽極酸化皮膜を備えた下地層が形成されるとともに、前記陽極酸化皮膜は、有孔率が５％以下で厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、前記下地層の表面に、アクリル変性エポキシフェノール系樹脂からなるトップコート層が形成されている。

【0007】

アクリル変性エポキシフェノール系樹脂は、エポキシ系樹脂にフェノール系硬化剤、アクリルで変性したエポキシ樹脂を配合したものであり、部分的にアクリル基を導入することで密着性を向上させることができる。これをトップコートに用いることにより、下地層の表面に直接形成して、良好な密着性を有することができる。このため、特許文献１記載のキャップで必要としていたサイズコート層を省略することができる。

【0008】

このキャップにおいて、前記キャップ本体の内側に、シート状のシール材が設けられている。
このキャップは、トップコート層の上にシール材が配置されることになる。このため、キャップにより容器の口部を密封した状態で、開栓のためキャップを回転させると、シール材がキャップ本体のトップコート層との間で摺動して、開栓時のトルクを低減させることができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、下地層の表面に、アクリル変性エポキシフェノール系樹脂からなるトップコート層を形成したことにより、良好な密着性が得られ、サイズコート層を省略してコスト低下を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態のキャップ及びボトル缶の一部について、半分を断面にした正面図である。

【図2】そのキャップ本体の塗装構造を模式化して示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、キャップ１０は、アルミニウム材またはアルミニウム合金材によりカップ状に形成されたキャップ本体２０と、このキャップ本体２０の内面に設けられたシール材４０とからなる。
キャップ本体２０は、天面部２１とその天面部２１の周縁から略垂下する円筒部２２とを有している。円筒部２２には、上端部の全周にわたって複数の凹凸状に形成されたナール２３及びベントホール２４と、このナール２３及びベントホール２４の下端に連続し小径に形成されたグルーブ２５と、このグルーブ２５の下端に連続し当該グルーブ２５より大径に形成されたねじ部形成予定部２６と、このねじ部形成予定部２６の下端に連続し当該ねじ部形成予定部２６より大径に形成されたビード２７と、このビード２７の略中央部に周方向に所定の間隙を有し複数形成され当該円筒部２２の壁を貫通するスリット２８と、ビード２７の下端に連続して形成された帯状のピルファープルーフ部２９と、を備えている。そして、天面部２１の内面にシール材４０が配設されている。

【0012】

シール材４０は、キャップ本体２０の天面部２１の内面と摺動する摺動層４１と、この摺動層４１に積層された密封層４２との二層構造とされている。摺動層４１は、密封層４２よりも高い硬度を有し、ポリプロピレン樹脂等によりほぼ均一厚さの円板状に形成されている。密封層４２は、柔軟なエラストマー樹脂等で形成され、ボトル缶５０の口金部５１に装着されたときに後述のカール部５２に当接してボトル缶５０内部を密封するシール機能を有している。
この実施形態のキャップ１０は、例えば直径３８ｍｍ口径（ボトル５０のねじ部５３の外径が３６ｍｍ～３８ｍｍ）のアルミニウム又はアルミニウム合金製（金属製）のボトル缶５０の口金部５１に装着されて密栓するピルファープルーフキャップとなるものである。

【0013】

キャップ本体２０の内面２０ａ及び外面２０ｂには、図２に示すように、アルミニウム基材３１表面の陽極酸化皮膜３２にシランカップリング剤３３が塗布されてなる下地層３４が備えられている。陽極酸化皮膜３２は、有孔率５％以下で厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とされるとともに、シリコンＳｉを２００ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下含有している。シランカップリング剤３３は、塗布量が０．５ｍｇ／ｍ^２以上５０００ｍｇ／ｍ^２以下で、陽極酸化皮膜３２の表面に塗布されている。

【0014】

陽極酸化皮膜３２の有孔率を５％以下としたのは、有孔率が高くなるほど塗料や印刷インク等の塗膜の密着性は高くなるものの、腐食性物質がアルミニウム基材に到達し易くなり、材料の耐食性が低下し、また、孔内に残った電解液成分や吸着水分が塗膜の乾燥や焼付け後に放出され、この皮膜３２の表面に形成されるシランカップリング剤３３の密着性を低下させるからである。従って、陽極酸化皮膜３２の有孔率は５％以下とし、できれば０（零）％とすることが好ましい。
なお、陽極酸化皮膜３２の有孔率は、電子顕微鏡観察における所定視野内の微細孔の総面積を皮膜３２の面積で除して導出することができる。

【0015】

また、陽極酸化皮膜３２の膜厚を５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下としたのは、この膜厚が５０ｎｍ未満では必要な耐食性が得られず、腐食により密着性も低下し、また、３００ｎｍを越えるとねじ成形加工等の際に陽極酸化皮膜３２にクラックが発生し易くなり、耐食性が低下するからである。従って、陽極酸化皮膜３２の膜厚は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは７０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするのがよい。

【0016】

また、陽極酸化皮膜３２に、シリコンＳｉを２００ｐｐｍ以上５００００ｐｐｍ以下含有させたのは、シリコンＳｉが陽極酸化皮膜２１中に取り込まれると、この皮膜３２の耐食性を向上させることができるからである。シリコンＳｉ濃度が２００ｐｐｍ未満では耐食性向上の効果は少なく、５００００ｐｐｍを越えても耐食性は向上せず、むしろ陽極酸化皮膜３２が脆くなる。

【0017】

シランカップリング剤３３を塗布量０．５ｍｇ／ｍ^２以上５０００ｍｇ／ｍ^２以下で塗布したのは、その上に形成される層（後述のサイズコート層３６又はトップコート層３５）と下地層３４との良好な密着性を実現するためである。この塗布量が０．５ｍｇ／ｍ^２未満では、良好な密着性を実現することができず、また、５０００ｍｇ／ｍ^２を越えると、シランカップリング剤３３と陽極酸化皮膜３２との密着性が低下する場合があるからである。

【0018】

以上のようにアルミニウム基材３１の両面に形成された下地層３４のうち、キャップ本体２０の内面２０ａ側には、アクリル変性エポキシフェノール系樹脂からなるトップコート層３５が形成されている。アクリル変性エポキシフェノール系樹脂は、エポキシ系樹脂にフェノール系硬化剤、アクリルで変性したエポキシ樹脂を配合したものであり、部分的にアクリル基を導入することで密着性を向上させることができる。本実施形態では、アクリル変性エポキシフェノール系樹脂に、キャップ１０をボトル缶５０の口金部５１に装着した後の開栓時に、摺動層４１がキャップ本体２０との間でより摺動し易いように、滑剤として、固形のポリエチレン樹脂、液状エステル油が混合されている。膜厚は３０ｍｇ／ｄｍ^２以上６０ｍｇ／ｄｍ^２以下である。３０ｍｇ／ｄｍ^２未満であると耐久性に劣り、６０ｍｇ／ｄｍ^２を超えると、開栓性を阻害するとともに、コストアップになる。トップコート層３５の膜厚は３５ｍｇ／ｄｍ^２以上４５ｍｇ／ｄｍ^２以下とするのが好ましい。

【0019】

キャップ本体２０の外面２０ｂ側には、ポリエステル／アミノ系樹脂からなるサイズコート層３６が形成され、このサイズコート層３６の表面に塗料または印刷インクの塗膜３７が形成され、これらサイズコート層３６及び塗膜３７を被覆するポリエステル／アミノ系樹脂からなるオーバーコート層３８が形成されている。膜厚は、例えば、サイズコート層３６は１０ｍｇ／ｄｍ^２以上２０ｍｇ／ｄｍ^２以下、オーバーコート層３８は４５ｍｇ／ｄｍ^２以上５５ｍｇ／ｄｍ^２以下に形成される。

【0020】

このような塗装構造を有するキャップ本体２０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材３１を陽極として電解質溶液中で電解することにより、表面に陽極酸化被膜３２を形成し、その陽極酸化被膜３２の表面にシランカップリング剤３３を塗布して、下地層３４を形成する。陽極酸化被膜３２にシリコンＳｉを含有させるには、電解質溶液としてケイ酸塩溶液を使用する。あるいは陽極酸化被膜３２形成後に、ケイ酸塩を含む水溶液を塗布して乾燥させてもよい。
そして、下地層３４の上に、一方の面にはサイズコート層３６、塗膜３７、オーバーコート層３８を順次形成し、他方の面にはトップコート層３５を形成する。
この場合、トップコート層３５の焼付けは、１７０℃以上１９０℃以下の温度で６分以上１５分以下の時間保持することにより行われる。平均的には１８０℃で１０分である。

【0021】

このようにして得られたキャップ材３０をプレス成形してキャップ本体２０に形成した後、その内側にシール材４０を取り付ける。
このキャップ本体２０へのシール材４０の取り付けは、シール材４０をシート状に形成しておき、キャップ本体２０の開口端部から押し込んで天面部２１の内面上に配置する、あるいは、キャップ本体２０の開口端部が上向きとなるように載置した状態のキャップ本体２０内に溶融状態の合成樹脂球を落とし込み、キャップ本体２０内でモールド成形する、などにより行われる。キャップ本体２０内でモールド成形する場合、摺動層４１は別にシートから形成して、キャップ本体２０内に挿入し、その摺動層４１の上に密封層４２をモールド成形する、あるいは、摺動層４１もキャップ本体２０内でモールド成形し、その上に重ねて密封層４２をモールド成形する、等の方法を採用することができる。

【0022】

このようにして製造されたキャップ１０は、飲料等が充填されたボトル缶５０の口金部５１に被せられて装着される。そして、その充填された飲料の種類に応じて、レトルト殺菌、熱水殺菌、温水殺菌等がなされる。
このキャップ１０が巻き締められたボトル缶５０において、キャップ本体２０の内面２０ａ側はボトル缶５０の口金部５１又はシール材４０の摺動層４１に接触する。この内面２０ａ側の表面はトップコート層３５により形成されており、上記の各殺菌工程を経た後も良好な開栓トルクが維持される。

【実施例0023】

厚さ０．２３０ｍｍのＪＩＳ５１５１のアルミニウム合金板を陽極酸化処理して、有孔率が５％以下で約１００ｎｍの厚さの陽極酸化被膜を形成し後に、その陽極酸化被膜にシランカップリング剤を塗布することにより、下地層を形成した。キャップの外面となる面にはサイズコート層、印刷層、オーバーコート層を順次形成した。また、キャップの内面となる面には、下地層の上にアクリル変性エポキシフェノール系樹脂からなるトップコート層を表に示す膜厚となるように形成した。このトップコート層の焼き付け温度は表の通りとした。従来例として、キャップの内面となる面にサイズコート層を形成した後にトップコート層を形成したものも作製した。
これらキャップ材の内面のトップコート層の膜厚及び焼き付け温度は表1の通りである。

【0024】

【表1】

【0025】

作製したキャップ材をプレス成形して、公称径外径３８ｍｍのキャップ本体を形成した。また、シール材には、ポリプロピレン樹脂製の摺動層と、スチレン系エラストマー樹脂製の密封層とからなる二層構造のシートを用いて、キャップ本体内に配置した。
一方、ボトル缶に以下の種々の内容物を充填して試料を作製した。
（１）ボトル缶に７５℃の熱水を充填し、ヘッドスペースを窒素で置換してから、このキャップを口金部に装着して巻き締めた後、１２３℃×２３分のレトルト処理をした。
（２）ボトル缶に８５℃の熱水を充填して窒素置換してからキャップを巻き締めた後、７０℃×１０分のパストライザー（熱水殺菌）処理をした。
（３）ボトル缶に５℃の炭酸水を充填したボトル缶にキャップを巻き締めた後、４０℃の温水処理したものも作製した。

【0026】

これらの充填容器について、キャップの開栓トルクを測定した。
開栓トルクは、開栓時にキャップが回り始める際のトルク（第１トルク：１ｓｔトルクと表記）と、その後にブリッジが破断される際のトルク（第２トルク：２ｎｄトルクと表記）をそれぞれ表の温度で１０缶ずつ測定し、平均値を求めた。

【0027】

また、塗膜の物性を評価するため、一般的に行われるＪＩＳ Ｋ ５６００に準拠した鉛筆硬度試験、熱水傷付き試験、ＭＥＫラビングテスト、ＪＩＳ Ｋ ５６００に準拠したデュポン衝撃テープ剥離試験、碁盤目剥離試験、動摩擦係数測定試験を実施した。

【0028】

熱水傷付き試験は、平板の塗装試験片とＲ １／４インチ加工した塗装試験片の凸面を、８５℃湯中で２００ｇの荷重を加えながら往復させた。塗装がはがれたときの往復回数を記録した。

【0029】

ＭＥＫラビングテストは、１６枚重ね１号ガーゼを２ポンドハンマーの丸凸面に固定し、メチルエチルケトンでガーゼを十分に湿らせた状態で塗装面に乗せ、ハンマー重量のみを塗装面に荷重するように保持しながら、１往復２秒の速度で塗装試験片の上を往復させた。塗装がはがれたときの往復回数を記録した。

【0030】

デュポン衝撃試験は、先端半径Ｒ １／２インチの３００ｇの重りを使用し、落下高さ４００ｍｍで試験した。塗装試験片を凸面加工し、加工面に粘着テープ（ニチバン社製セロテープ（登録商標））を貼付、急速に剥離して塗膜の剥離状態を目視観察した。

【0031】

動摩擦係数は、株式会社東洋精機製作所の測定器ＴＲ-２を用い、接触点を三点鋼球式として測定した。具体的には、直径１５．８ｍｍ（Ｒ ５/８インチ）のＳＵＳ３０４製の鋼球を正三角形（接触点間距離：３０ｍｍ）に固定したスレッドを用意し、３つの鋼球と塗膜面を接触させ、スレッドにひもを取り付け、ロードセルにつなぎ、以下の条件で塗膜面に沿ってスレッドを移動させることでスレッドが塗膜面を滑り、ロードセルで引っ張り荷重を測定した。
スレッド重量：１０００ｇ
引っ張り速度：１２００ｍｍ／ｍｉｎ
ロードセル容量：５Ｎ
動摩擦係数μＤは、
動摩擦係数μＤ＝動摩擦力（ロードセル測定値）Ｆｄ／接触力(スレッド重量×重力定数ｇ)Ｆｐにより求められる。
なお、それぞれ、室温での測定とともに、殺菌工程を経た試料についても測定した。
鉛筆硬度試験、デュポン衝撃テープ剥離試験の試験条件については、表２中に記載した。

【0032】

塗膜性能評価の結果を表２に示す。また、各種殺菌処理後の開栓トルクを表３～５に示す。表３はレトルト殺菌したもの（上記（１））、表４はパストライザー経由のもの（上記（２））、表５は温水殺菌したもの（上記（３））を示す。

【0033】

【表2】

【0034】

【表3】

【0035】

【表4】

【0036】

【表5】

【0037】

これらの表からわかるように、実施例のキャップは、表２で示される塗膜物性については従来例と遜色ない。また、開栓トルクについては、表３～５に示されるように、第１トルクは一部に従来例より高い値を示すものもあったが、総じて従来例とあまり変わらない。第２トルクは従来例とほぼ同等か従来例より若干小さい値であった。
これらの結果から、実施例のキャップは、内面のサイズコート層を省略したにもかかわらず、従来例とほぼ同様の性能を有していることがわかる。

【符号の説明】

【0038】

１０ キャップ
２０ キャップ本体
２０ａ 内面
２０ｂ 外面
２１ 天面部
２２ 円筒部
２３ ナール
２４ ベントホール
２５ グルーブ
２６ ねじ部形成予定部
２７ ビード
２８ スリット
２９ ピルファープルーフ部
３０ キャップ材
３１ アルミニウム基材
３２ 陽極酸化被膜
３３ シランカップリング剤
３４ 下地層
３５ トップコート層
３６ サイズコート層
３７ 塗膜
３８ オーバーコート層
４０ シール材
４１ 摺動層
４２ 密封層
５０ ボトル缶
５１ 口金部
５２ カール部

【図1】

【図2】