JP2007169767A - 包装容器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】現行の側壁の厚さ/重量を増加させることなく、容器強度(座屈強度)を現状水準に保ちながら、耐突刺し性に優れた包装容器を低コストで提供する。
【解決手段】Mn:0.70〜1.10質量%、Mg:1.00〜1.70質量%、Si:0.10〜0.30質量%、Fe:0.30〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.40質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成された側壁の金属厚さが0.095〜0.115mmの包装容器であって、前記側壁の軸方向の引張強さが290MPa以上であり、かつ、当該包装容器の内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの当該側壁の変位量が1.9mm以上であることを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】Mn:0.70〜1.10質量%、Mg:1.00〜1.70質量%、Si:0.10〜0.30質量%、Fe:0.30〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.40質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成された側壁の金属厚さが0.095〜0.115mmの包装容器であって、前記側壁の軸方向の引張強さが290MPa以上であり、かつ、当該包装容器の内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの当該側壁の変位量が1.9mm以上であることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、飲料、食品用途に使用される包装容器であって、特にAl−Mn−Mg系アルミニウム合金からなる包装容器およびその製造方法に関するものである。
従来、飲料、食品用途に使用される包装容器としては、図4に示すように、有底円筒状の胴部22と、胴部22に繋がり、この胴部22より小さい外径を有するネック部23と、このネック部23の端部に形成されたフランジ部24および開口部25を備えた包装容器21が知られている。この包装容器21を飲料、食品用途に使用する際には、開口部25から内容物(飲料、食品)Wが充填され、蓋部26を開口部25に巻き締めて使用される。このような包装容器21では、内容物充填・蓋部巻締めの際、内容物充填後の包装容器を搬送・取り扱う際、あるいは消費者が包装容器を取り扱う際に、胴部22の側壁に突起物等が接触すると、その先端が側壁を貫通して、内容物Wが漏れるという問題が発生することがある。
こうした問題を解決するために、側壁の耐突刺し性を向上させる方法が種々検討されてきた。例えば、特許文献1には、JIS3104−H19調質板から絞りしごき加工(DI加工)によりDI缶を成形し、これを270℃以上の洗浄乾燥炉中で熱処理することにより、側壁の伸びを増大させた包装容器(特許文献1では飲料用アルミニム缶)が記載されている。
また、特許文献2には、Si:0.3質量%を超え0.45質量%以下を含有するほか、Mn、Mg、Feを含有し、1〜10μmの金属間化合物が3500〜4500個/mm2の個数密度、1〜3%の面積率で分布することを特徴とする包装容器用アルミニウム合金板が記載されている(特許文献2では缶胴用アルミニウム合金板)。また、DI加工、塗装を含む製造工程で、外面および内面塗装を含む厚さが0.110〜0.130mmの側壁を備えた包装容器を成形した際、側壁の軸方向における伸びが3%以上6%未満、かつ引張強さが290MPaを超え330MPa以下となることが記載されている。
特開昭61−199057号公報(第1頁の特許請求の範囲)
特開2004−68061号公報(第2頁の請求項1)
しかしながら、特許文献1に記載された包装容器の場合、側壁の厚さが約0.1mmと薄肉化された現在の包装容器においては、側壁の引張強さが低くなるため、耐突刺し性が低下する。また、蓋部巻締め時の軸荷重に対する容器強度(座屈強度)が不足するという問題があった。
また、特許文献2に記載された包装容器用アルミニウム合金板の場合、アルミニウム合金中にSiを0.3質量%以上と多く含むため、合金板の結晶粒や耳率のばらつきが大きく、包装容器の成形の際、割れや耳切れ等の不具合等(成形不良)が発生し、包装容器の良品率が低下する。その結果、低コストで包装容器を製造することが難しいという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、現行の側壁の厚さ/重量を増加させることなく、容器強度(座屈強度)を現状水準に保ちながら、耐突刺し性に優れた包装容器を低コストで提供することにある。
前記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、Mn:0.70〜1.10質量%、Mg:1.00〜1.70質量%、Si:0.10〜0.30質量%、Fe:0.30〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.40質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成された側壁の金属厚さが0.095〜0.115mmの包装容器であって、前記側壁の軸方向の引張強さが290MPa以上であり、かつ、当該包装容器の内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの当該側壁の変位量が1.9mm以上である包装容器として構成したものである。
前記構成によれば、アルミニウム合金の化学組成、および側壁の引張強さ、ならびに所定条件での側壁部の変位量を所定範囲に規制することにより、側壁を現行の0.095〜0.115mmという薄肉の厚さで製造しても、現状水準の包装容器の容器強度(座屈強度)が保たれると共に、包装容器の側壁の強度が向上する。その結果、内容物充填・蓋部巻締めの際、内容物充填後の包装容器を搬送・取り扱う際、あるいは消費者が包装容器を取り扱う際に、包装容器の側壁に突起物等が接触しても、側壁が損傷することがない。また、包装容器の成形工程において、成形不良等の発生を抑えることが可能となる。
請求項2に係る発明は、Mn:0.70〜1.10質量%、Mg:1.00〜1.70質量%、Si:0.10〜0.30質量%、Fe:0.30〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.40質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなる板厚0.25〜0.35mmのアルミニウム合金板を、加工率60%以上でDI加工し、DI缶を製造する第1工程と、前記DI缶に、雰囲気温度210〜250℃、保持時間3〜10分の熱処理を施して包装容器を製造する第2工程とを含む包装容器の製造方法として構成したものである。
前記構成によれば、アルミニウム合金板の化学組成および板厚、DI加工の際の加工率、およびDI缶の熱処理条件を所定範囲に規制することにより、製造される包装容器の容器強度(座屈強度)が現状水準に保たれると共に、包装容器の側壁の引張強さが向上する。その結果、包装容器の側壁に突起物等が接触しても、側壁が損傷することがない。
本発明に係る包装容器によれば、現行の側壁の厚さ/重量を増加させずに、容器強度(座屈強度)を現状水準に保て、しかも耐突刺し性に優れる。また、その製造コストも低く抑えることが可能となる。
本発明に係る包装容器の製造方法によれば、現行の側壁の厚さ/重量を増加させることなく、容器強度(座屈強度)を現状水準に保ちながら耐突刺し性に優れた包装容器を低コストで製造することができる。
本願発明者は、包装容器の側壁の厚さを現行と同等もしくは薄く成形しても、従来以上の耐突刺し性を有する包装容器およびその製造方法を開発するべく種々の実験を行った。その結果、側壁の引張強さがある一定値以上であれば、包装容器の耐突刺し性は、突刺し針が貫通するまでの側壁の最大荷重、変位量に依存すること、また、側壁の引張強さ、変位量は、包装容器の製造条件、具体的には、包装容器を構成するアルミニウム合金板の化学組成と、アルミニウム合金板のDI加工の際の加工率と、DI加工後のDI缶の熱処理条件に依存することを見出し、本発明をなすに至った。
以下に、包装容器の実施形態について、図面を参照して説明する。図1(a)、(b)は、包装容器の構成を示す斜視図、図2(a)〜(h)は、包装容器の製造方法の概略を模式的に示す説明図、図3は耐突刺し性の評価方法の概略を模式的示す説明図である。
以下に、包装容器の実施形態について、図面を参照して説明する。図1(a)、(b)は、包装容器の構成を示す斜視図、図2(a)〜(h)は、包装容器の製造方法の概略を模式的に示す説明図、図3は耐突刺し性の評価方法の概略を模式的示す説明図である。
<包装容器>
図1(a)に示すように、本発明に係る包装容器1Aは、有底円筒状の胴部2と、胴部2に繋がり、この胴部2より小さい外径を有するネック部3と、このネック部3の端部に形成されたフランジ部4および開口部5とを備えるDI缶形状ものである。しかしながら、包装容器の形状は、ストレート缶形状に限定されず、図1(b)に示すように、ネック部3の外径を、胴部2の外径に対して、さらに絞ったボトル缶形状の包装容器1Bであってもよい。包装容器1Bのネック部3の端部(開口部5)には、包装容器1B中に充填された内容物(飲料等)を密封するためのスクリューキャップ(図示せず)を螺合するネジ部6が設けられている。なお、図1(a)の包装容器1Aでは、フランジ部4に巻締められる蓋部(図示せず)がスクリューキャップに相当する。また、胴部2の軸方向に直交する断面形状は、円形状(楕円形状を含む)に限定されず、多角形状であってもよい。
図1(a)に示すように、本発明に係る包装容器1Aは、有底円筒状の胴部2と、胴部2に繋がり、この胴部2より小さい外径を有するネック部3と、このネック部3の端部に形成されたフランジ部4および開口部5とを備えるDI缶形状ものである。しかしながら、包装容器の形状は、ストレート缶形状に限定されず、図1(b)に示すように、ネック部3の外径を、胴部2の外径に対して、さらに絞ったボトル缶形状の包装容器1Bであってもよい。包装容器1Bのネック部3の端部(開口部5)には、包装容器1B中に充填された内容物(飲料等)を密封するためのスクリューキャップ(図示せず)を螺合するネジ部6が設けられている。なお、図1(a)の包装容器1Aでは、フランジ部4に巻締められる蓋部(図示せず)がスクリューキャップに相当する。また、胴部2の軸方向に直交する断面形状は、円形状(楕円形状を含む)に限定されず、多角形状であってもよい。
そして、本発明に係る包装容器1A、1Bは、所定量のMn、Mg、Si、Fe、Cuを含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成される。また、包装容器1A、1Bは、前記構成の胴部2の側壁2aの厚さが0.095〜0.115mmであって、側壁2aの軸方向の引張強さが290MPa以上であり、かつ、当該包装容器1A、1Bの内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの当該側壁の変位量が1.9mm以上である。以下で、アルミニム合金の化学組成、側壁の厚さおよび引張強さを数値限定した理由について説明する。
(Mn:0.70〜1.10質量%)
Mnは、アルミニウム合金板の強度を向上させるのに効果的な成分である。Mnが0.70質量%未満であると、アルミニウム合金板から製造される包装容器の側壁の引張強さが不足し、包装容器の耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、Mnが1.10質量%を超えると、Al−Mn−Fe−Si系金属間化合物が増加して,側壁の延性が不足する。その結果、側壁の耐突刺し性が劣る。
Mnは、アルミニウム合金板の強度を向上させるのに効果的な成分である。Mnが0.70質量%未満であると、アルミニウム合金板から製造される包装容器の側壁の引張強さが不足し、包装容器の耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、Mnが1.10質量%を超えると、Al−Mn−Fe−Si系金属間化合物が増加して,側壁の延性が不足する。その結果、側壁の耐突刺し性が劣る。
(Mg:1.00〜1.70質量%)
Mgは、アルミニウム合金板の強度を向上させるのに効果的な成分である。Mgが1.00質量%未満であると、包装容器の側壁の引張強さが不足し、包装容器の耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、Mgが1.70質量%を超えると、包装容器の製造工程において、アルミニウム合金板のDI加工時の成形性が低下し、ティアオフ等の成形不良が増加する。その結果、包装容器の良品率が低下する。
Mgは、アルミニウム合金板の強度を向上させるのに効果的な成分である。Mgが1.00質量%未満であると、包装容器の側壁の引張強さが不足し、包装容器の耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、Mgが1.70質量%を超えると、包装容器の製造工程において、アルミニウム合金板のDI加工時の成形性が低下し、ティアオフ等の成形不良が増加する。その結果、包装容器の良品率が低下する。
(Si:0.10〜0.30質量%)
Siは、アルミニウム合金板中でAl−Mn−Fe−Si系金属間化合物を形成させて成形性を向上させるのに効果的な成分である。Siが0.10質量%未満であると、アルミニウム合金板のDI加工時の45°耳が増加し、耳切れ、ティアオフ等の成形不良が増加する。その結果、包装容器の良品率が低下する。また、Siが0.30質量%を超えると、再結晶が阻害され、粗大な結晶粒が発生する。また、アルミニウム合金板のDI加工時の耳率のばらつきが増大する。その結果、アルミニウム合金板のDI加工時の耳切れ、ティアオフ等の成形不良が増加し、包装容器の良品率が低下する。
Siは、アルミニウム合金板中でAl−Mn−Fe−Si系金属間化合物を形成させて成形性を向上させるのに効果的な成分である。Siが0.10質量%未満であると、アルミニウム合金板のDI加工時の45°耳が増加し、耳切れ、ティアオフ等の成形不良が増加する。その結果、包装容器の良品率が低下する。また、Siが0.30質量%を超えると、再結晶が阻害され、粗大な結晶粒が発生する。また、アルミニウム合金板のDI加工時の耳率のばらつきが増大する。その結果、アルミニウム合金板のDI加工時の耳切れ、ティアオフ等の成形不良が増加し、包装容器の良品率が低下する。
(Fe:0.30〜0.60質量%)
Feは、アルミニウム合金板中でAl−Mn−Fe−Si系金属間化合物を形成させて成形性を向上させるのに効果的な成分である。Feが0.30質量%未満であると、アルミニウム合金板中の金属間化合物が不足すると共に、アルミニウム合金板のDI加工時の0−180°耳が増加し、成形性が低下する。その結果、包装容器の良品率が低下する。また、Feが0.60質量%を超えると、逆に、アルミニウム合金板中の金属間化合物が増えすぎるため、アルミニウム合金板のDI加工時の亀裂伝播が促進され、成形性が低下する。その結果、包装容器の良品率が低下する。
Feは、アルミニウム合金板中でAl−Mn−Fe−Si系金属間化合物を形成させて成形性を向上させるのに効果的な成分である。Feが0.30質量%未満であると、アルミニウム合金板中の金属間化合物が不足すると共に、アルミニウム合金板のDI加工時の0−180°耳が増加し、成形性が低下する。その結果、包装容器の良品率が低下する。また、Feが0.60質量%を超えると、逆に、アルミニウム合金板中の金属間化合物が増えすぎるため、アルミニウム合金板のDI加工時の亀裂伝播が促進され、成形性が低下する。その結果、包装容器の良品率が低下する。
(Cu:0.10〜0.40質量%)
Cuは、アルミニウム合金板の強度を向上させるのに効果的な成分である。Cuが0.10質量%未満であると、包装容器の側壁の強度が不足し、包装容器の耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、Cuが0.40質量%を超えると、アルミニウム合金板のDI加工時の成形性が低下し、ティアオフ等の成形不良が増加する。その結果、包装容器の良品率が低下する。
Cuは、アルミニウム合金板の強度を向上させるのに効果的な成分である。Cuが0.10質量%未満であると、包装容器の側壁の強度が不足し、包装容器の耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、Cuが0.40質量%を超えると、アルミニウム合金板のDI加工時の成形性が低下し、ティアオフ等の成形不良が増加する。その結果、包装容器の良品率が低下する。
(不可避的不純物)
本発明においては、不可避的不純物として、Crが0.1質量%以下、Znが0.5質量%以下、Tiが0.1質量%以下、Zrが0.1質量%以下。Bが0.1質量%以下含有されても、本発明の効果が妨げられるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
本発明においては、不可避的不純物として、Crが0.1質量%以下、Znが0.5質量%以下、Tiが0.1質量%以下、Zrが0.1質量%以下。Bが0.1質量%以下含有されても、本発明の効果が妨げられるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
(側壁の厚さ:0.095〜0.115mm)
側壁の厚さが0.095mm未満であると、包装容器の耐突刺し性が劣る。また、内容物充填・蓋部巻締めまでに包装容器にデントが発生し易く、ひいては包装容器の座屈発生を招くことがある。また、側壁の厚さが0.115mmを超えると、十分な耐突刺し性、座屈強度が得られるものの、使用するアルミニウム合金量の増加を招き、コスト面から好ましくない。なお、本発明では、側壁の厚さは、アルミニウム合金から構成される金属(メタル)部分の厚みであって、内外面が塗装された包装容器における塗膜部分の厚みを除外した厚みを意味する。
側壁の厚さが0.095mm未満であると、包装容器の耐突刺し性が劣る。また、内容物充填・蓋部巻締めまでに包装容器にデントが発生し易く、ひいては包装容器の座屈発生を招くことがある。また、側壁の厚さが0.115mmを超えると、十分な耐突刺し性、座屈強度が得られるものの、使用するアルミニウム合金量の増加を招き、コスト面から好ましくない。なお、本発明では、側壁の厚さは、アルミニウム合金から構成される金属(メタル)部分の厚みであって、内外面が塗装された包装容器における塗膜部分の厚みを除外した厚みを意味する。
(側壁の軸方向の引張強さ:290MPa以上)
側壁の引張強さが290MPa未満であると、包装容器の耐突刺し性が劣ると共に、包装容器に内容物を充填、蓋部を巻締めた際、包装容器の座屈強度が不足する。ここで、側壁の軸方向とは、包装容器の軸方向(高さ方向)と同一方向(平行な方向)を意味する。また、側壁の引張強さは高ければよいが、一つの目安として、350MPa未満として設定しても構わない。なお、側壁の軸方向の引張強さが350MPaを超えると加工性に影響がでる。
側壁の引張強さが290MPa未満であると、包装容器の耐突刺し性が劣ると共に、包装容器に内容物を充填、蓋部を巻締めた際、包装容器の座屈強度が不足する。ここで、側壁の軸方向とは、包装容器の軸方向(高さ方向)と同一方向(平行な方向)を意味する。また、側壁の引張強さは高ければよいが、一つの目安として、350MPa未満として設定しても構わない。なお、側壁の軸方向の引張強さが350MPaを超えると加工性に影響がでる。
(所定条件での側壁部の変位量が1.9mm以上)
ここで、包装容器の内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの側壁の変位量が1.9mm以上としたのは、1.9mm未満では、包装容器の耐突刺し性が劣るからである。なお、耐突刺し性が劣るとは、後記する突刺し性評価おいて、突刺し針貫通に至った際の最大荷重が十分なレベル(40N以上)に達しないことを意味する。
ここで、包装容器の内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの側壁の変位量が1.9mm以上としたのは、1.9mm未満では、包装容器の耐突刺し性が劣るからである。なお、耐突刺し性が劣るとは、後記する突刺し性評価おいて、突刺し針貫通に至った際の最大荷重が十分なレベル(40N以上)に達しないことを意味する。
<包装容器の製造方法>
次に、本発明に係る包装容器の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、アルミニウム合金板をDI加工してDI缶を製造する第1工程と、前記DI缶に熱処理を施して包装容器を作製する第2工程とを含むものである。
次に、本発明に係る包装容器の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、アルミニウム合金板をDI加工してDI缶を製造する第1工程と、前記DI缶に熱処理を施して包装容器を作製する第2工程とを含むものである。
(第1工程)
図2に示すように、アルミニウム合金板を絞り加工やしごき加工(DI加工)することによって有底円筒状のDI缶11を作製する。例えば、以下の手順でDI缶11が作製される。
図2に示すように、アルミニウム合金板を絞り加工やしごき加工(DI加工)することによって有底円筒状のDI缶11を作製する。例えば、以下の手順でDI缶11が作製される。
(1)所定量のMn、Mg、Si、Fe、Cuを含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から、圧延によって板厚0.25〜0.35mmのアルミニウム合金板を製造する。
ここで、所定量のMn、Mg、Si、Fe、Cuを含有するアルミニウム合金については、前記で説明したとおりであるので、説明を省略する。また、アルミニウム合金板の板厚を数値限定した理由は、以下のとおりである。
(アルミニウム合金板の板厚:0.25〜0.35mm)
アルミニム合金板の板厚が0.25mm未満であると、所定の加工率でDI加工しても、包装容器1Aの側壁の厚さが所定範囲の下限値未満となり、包装容器1Aの耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、板厚が0.35mmを超えると、包装容器1Aの側壁の厚さが所定範囲の上限値を超え、使用するアルミニウム合金量の増加を招き、コスト面から好ましくない。
(アルミニウム合金板の板厚:0.25〜0.35mm)
アルミニム合金板の板厚が0.25mm未満であると、所定の加工率でDI加工しても、包装容器1Aの側壁の厚さが所定範囲の下限値未満となり、包装容器1Aの耐突刺し性、座屈強度が劣る。また、板厚が0.35mmを超えると、包装容器1Aの側壁の厚さが所定範囲の上限値を超え、使用するアルミニウム合金量の増加を招き、コスト面から好ましくない。
アルミニウム合金板は、前記の所定のアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製し、必要に応じて、この鋳塊に均質化熱処理を施し、その後、熱間圧延、冷間圧延して製造する。また、必要に応じて、冷間圧延を複数回行ってもよい。さらに、熱間圧延と冷間圧延の間、冷間圧延と冷間圧延の間で焼鈍処理を行ってもよい。
(2)図2(a)に示すように、アルミニウム合金板をプレスにより打ち抜いて、外径D1が138〜148mmの円形のブランク材ALを作製する。ここで、外径D1は、カップ材10の外径D2(DI缶11の外径D3)および加工率によって、前記範囲内で適宜設定する。
(3)図2(b)に示すように、ブランク材ALを、ドロー成形を経て、外径D2が85〜95mmのカップ材10を成形する(カッピング)。ここで、外径D2は、DI缶11の外径D3および加工率によって、前記範囲内で適宜設定する。
(4)図2(c)に示すように、カップ材10をDIプレスのタンデム式しごきダイに供給して、所定の加工率となるように、連続的に深絞り加工およびしごき加工を施して、DI缶11を製造する(DI加工)。この場合、DI加工後に後記するトリミングを行うことが好ましい。なお、加工率(%)は、(〔元板厚−DI加工後の側壁厚〕/〔元板厚〕)×100で計算され、数値限定した理由は以下のとおりである。
(加工率:60%以上)
加工率が60%未満であると、DI缶11の側壁の加工硬化が十分でなく、包装容器1Aの側壁の引張強さが所定範囲の下限値未満となり、包装容器1Aの耐突刺し性、座屈強度が劣る。なお、ここでいう加工率とは、第1しごき加工率、第2しごき加工率、第3しごき加工率のトータルをいう。つまり、元板厚に対して加工部分の厚みの比である。
(加工率:60%以上)
加工率が60%未満であると、DI缶11の側壁の加工硬化が十分でなく、包装容器1Aの側壁の引張強さが所定範囲の下限値未満となり、包装容器1Aの耐突刺し性、座屈強度が劣る。なお、ここでいう加工率とは、第1しごき加工率、第2しごき加工率、第3しごき加工率のトータルをいう。つまり、元板厚に対して加工部分の厚みの比である。
(5)図2(d)に示すように、DI缶11の端部に形成された耳11aをトリミングにより除去する(トリミング)。また、トリミング後、(e)脱脂洗浄、(f)塗装(外面塗装、内面塗装)を行うことが好ましいが、必要に応じて省略してもよい。
(第2工程)
図2(g)、(h)に示すように、DI缶11に、所定の雰囲気温度、保持時間で熱処理を施し、その後、ネック部3およびフランジ部4を加工して包装容器1Aを製造する。また、熱処理条件を数値限定した理由は、以下のとおりである。
図2(g)、(h)に示すように、DI缶11に、所定の雰囲気温度、保持時間で熱処理を施し、その後、ネック部3およびフランジ部4を加工して包装容器1Aを製造する。また、熱処理条件を数値限定した理由は、以下のとおりである。
(熱処理条件:雰囲気温度210〜250℃、保持時間3〜10分)
DI缶11に一定以上の熱量を与えることによって、DI缶11の側壁の張出し成形性が向上し、包装容器1Aの側壁の引張強さが所定範囲内に制御される。その結果、包装容器1Aの耐突刺し性および座屈強度が向上する。すなわち、突刺し性評価において、突刺し針貫通に至った際の最大荷重が十分なレベル(40N以上)に達する。また、DI缶11に外面塗装、内面塗装を行った場合には、この熱処理は、塗膜を焼き付ける効果も有する。具体的には、雰囲気温度210〜250℃、保持時間3〜10分以上が必要であり、これ以下では十分な耐突刺し性が得られない。
DI缶11に一定以上の熱量を与えることによって、DI缶11の側壁の張出し成形性が向上し、包装容器1Aの側壁の引張強さが所定範囲内に制御される。その結果、包装容器1Aの耐突刺し性および座屈強度が向上する。すなわち、突刺し性評価において、突刺し針貫通に至った際の最大荷重が十分なレベル(40N以上)に達する。また、DI缶11に外面塗装、内面塗装を行った場合には、この熱処理は、塗膜を焼き付ける効果も有する。具体的には、雰囲気温度210〜250℃、保持時間3〜10分以上が必要であり、これ以下では十分な耐突刺し性が得られない。
前記においては、図1(a)に示すストレート缶形状の包装容器1Aの製造方法について説明したが、図1(b)に示すボトル缶形状の包装容器1Bの製造方法においても、前記第2工程でフランジ部4の加工の代わりにネジ部6の加工を行うこと以外は、包装容器1Aと同様である。
なお、ここでは、DI缶11の側壁が金属(メタル)のみの状態において説明したが、クロメート処理、あるいは、ラミネート材を設けることで、さらに包装容器の突刺し性が向上することになる。
なお、ここでは、DI缶11の側壁が金属(メタル)のみの状態において説明したが、クロメート処理、あるいは、ラミネート材を設けることで、さらに包装容器の突刺し性が向上することになる。
次に、本発明の実施例について、具体的に説明する。
先ず、表1に示すような合金成分を備えたアルミニウム合金を溶解鋳造し、次に、600℃で均質化熱処理、続いて熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延を順次行って板厚2.2mmのホットコイルを製造した。さらに、このホットコイルに冷間圧延を施して表1に示す板厚のアルミニウム合金板(包装容器用元板)とした。
先ず、表1に示すような合金成分を備えたアルミニウム合金を溶解鋳造し、次に、600℃で均質化熱処理、続いて熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延を順次行って板厚2.2mmのホットコイルを製造した。さらに、このホットコイルに冷間圧延を施して表1に示す板厚のアルミニウム合金板(包装容器用元板)とした。
この元板は、次に、カッピング、DI加工、トリミングが施され、脱脂洗浄ののち熱処理を行い、包装容器を製造した。なお、DI加工の加工率、熱処理条件、側壁の厚さおよび軸方向の引張強さについては、表1に示すとおりである。また、側壁の軸方向の引張強さについては、以下の手順で測定した。
(側壁の軸方向の引張強さ)
包装容器の胴部から軸方向に沿ってJIS13B号試験片を切り取り、JIS規定の引張試験を行った。
(側壁の軸方向の引張強さ)
包装容器の胴部から軸方向に沿ってJIS13B号試験片を切り取り、JIS規定の引張試験を行った。
この包装容器の耐突刺し性、座屈強度、製造コストについて、以下の手順で評価した。その結果を表1に示す。
(耐突刺し性)
図3に示す評価方法で、包装容器1Aの内部に200kPaの内圧を加え、側壁2aに先端半径0.5mmの突刺し針を突刺し、突刺し針が側壁2aを貫通するまでの荷重変化と側壁の変位量を測定し、その最大荷重により耐突き刺し性を評価した。最大荷重が40N以上であれば、耐突刺し性が良好とした。
(耐突刺し性)
図3に示す評価方法で、包装容器1Aの内部に200kPaの内圧を加え、側壁2aに先端半径0.5mmの突刺し針を突刺し、突刺し針が側壁2aを貫通するまでの荷重変化と側壁の変位量を測定し、その最大荷重により耐突き刺し性を評価した。最大荷重が40N以上であれば、耐突刺し性が良好とした。
(座屈強度)
包装容器に上部から荷重を加え、包装容器が塑性変形したときのピーク荷重を測定し、座屈強度として評価した。高気圧の内容物(飲料、食品)を充填、巻締めすることを考慮して、座屈強度が1500N以上のものを良好(○)、1500N未満のものを不良(×)とした。
包装容器に上部から荷重を加え、包装容器が塑性変形したときのピーク荷重を測定し、座屈強度として評価した。高気圧の内容物(飲料、食品)を充填、巻締めすることを考慮して、座屈強度が1500N以上のものを良好(○)、1500N未満のものを不良(×)とした。
(製造コスト)
包装容器の製造コストの評価指標として、DI加工時の加工性を確認し、以下のように判断した。
前記アルミニウム合金板を、第3しごき加工率40%でDI加工して、10000缶のDI缶を製造した。その際のティアオフ発生数を確認した。ティアオフ発生数が4回以内であれば、DI缶から製造される包装容器の良品率も満足できるレベルであるので、加工性が良好(○)とした。また、ティアオフ発生数が5回以上であると、包装容器の良品率も低下するため、加工性が不良(×)とした。
包装容器の製造コストの評価指標として、DI加工時の加工性を確認し、以下のように判断した。
前記アルミニウム合金板を、第3しごき加工率40%でDI加工して、10000缶のDI缶を製造した。その際のティアオフ発生数を確認した。ティアオフ発生数が4回以内であれば、DI缶から製造される包装容器の良品率も満足できるレベルであるので、加工性が良好(○)とした。また、ティアオフ発生数が5回以上であると、包装容器の良品率も低下するため、加工性が不良(×)とした。
表1に示すように、実施例1〜6はいずれも、合金組成、DI加工時の加工率、熱処理条件、側壁の厚さおよび引張強さ、側壁の変位量が本発明で規制した範囲を満足するため、耐突刺し性および座屈強度に優れると共に、DI加工時の加工性が良好で、低い製造コストで包装容器を製造できることが確認された。
一方、比較例1はMn、側壁の引張強さが本発明の下限値未満であるため、耐突刺し性および座屈強度が劣っていることが確認された。
比較例2は、Mnが本発明の上限値を超えるため、側壁の変位量が下限値未満となり、耐突刺し性が劣っていることが確認された。
比較例3は、Mg、側壁の引張強さが本発明の下限値未満であるため、耐突刺し性および座屈強度が劣っていることが確認された。
比較例2は、Mnが本発明の上限値を超えるため、側壁の変位量が下限値未満となり、耐突刺し性が劣っていることが確認された。
比較例3は、Mg、側壁の引張強さが本発明の下限値未満であるため、耐突刺し性および座屈強度が劣っていることが確認された。
比較例4は、Mgが本発明の上限値を超えるため、加工性が不良で、低い製造コストで包装容器を製造できないことが確認された。
比較例5〜8は、Si、Feが本発明で規制した範囲を満足しないため、加工性が不良で、低い製造コストで包装容器を製造できないことが確認された。
比較例9は、Cu、側壁の引張強さが本発明の下限値未満であるため、耐突刺し性および座屈強度が劣っていることが確認された。
比較例10は、Cuが本発明の上限値を超えるため、加工性が不良で、低い製造コストで包装容器を製造できないことが確認された。
比較例5〜8は、Si、Feが本発明で規制した範囲を満足しないため、加工性が不良で、低い製造コストで包装容器を製造できないことが確認された。
比較例9は、Cu、側壁の引張強さが本発明の下限値未満であるため、耐突刺し性および座屈強度が劣っていることが確認された。
比較例10は、Cuが本発明の上限値を超えるため、加工性が不良で、低い製造コストで包装容器を製造できないことが確認された。
比較例11〜15は、合金組成は本発明で規制した範囲を満足するが、加工率または熱処理条件が本発明で規制した範囲を満足しないため、側壁の変位量が下限値未満となり、耐突刺し性(比較例11〜15)および座屈強度(比較例11、12、15)が劣っていることが確認された。
比較例16は、側壁の厚さが本発明の下限値未満であるため、側壁の変位量が下限値未満となり、耐突刺し性が劣っていることが確認された。
比較例16は、側壁の厚さが本発明の下限値未満であるため、側壁の変位量が下限値未満となり、耐突刺し性が劣っていることが確認された。
1A、1B、21 包装容器
2、22 胴部
3、23 ネック部
4、24 フランジ部
5、25 開口部
6 ネジ部
10 カップ材
11 DI缶
26 蓋部
AL ブランク材
2、22 胴部
3、23 ネック部
4、24 フランジ部
5、25 開口部
6 ネジ部
10 カップ材
11 DI缶
26 蓋部
AL ブランク材
Claims (2)
- Mn:0.70〜1.10質量%、Mg:1.00〜1.70質量%、Si:0.10〜0.30質量%、Fe:0.30〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.40質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金から構成された側壁の金属厚さが0.095〜0.115mmの包装容器であって、
前記側壁の軸方向の引張強さが290MPa以上であり、かつ、当該包装容器の内部に200kPaの内圧を加え、前記側壁に先端半径0.5mmの針を突き刺したときの貫通に至るまでの当該側壁の変位量が1.9mm以上であることを特徴とする包装容器。 - Mn:0.70〜1.10質量%、Mg:1.00〜1.70質量%、Si:0.10〜0.30質量%、Fe:0.30〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.40質量%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなる板厚0.25〜0.35mmのアルミニウム合金板を、加工率60%以上でDI加工し、DI缶を製造する第1工程と、
前記DI缶に、雰囲気温度210〜250℃、保持時間3〜10分の熱処理を施して包装容器を製造する第2工程と、を含むことを特徴とする包装容器の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009270192A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-11-19 | Kobe Steel Ltd | 缶胴用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
WO2014103924A1 (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | 株式会社神戸製鋼所 | Di缶胴用アルミニウム合金板 |
KR20160084862A (ko) | 2012-02-09 | 2016-07-14 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | Di 캔 바디용 알루미늄 합금판의 제조방법 |
CN108783714A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-13 | 国家电网公司 | 一种电力安全帽 |
-
2005
- 2005-12-26 JP JP2005372865A patent/JP2007169767A/ja active Pending
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