JP2942172B2 - Ｐｐキャップ用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主としてＰＰ（Pilfer
Proof）キャップ用材料として使用され、シーミング時
における回転ロールの圧入力を大きくしても、キャップ
ねじ部の亀裂発生を防止できるＰＰキャップ用アルミニ
ウム合金板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＰＰキャップ用の中強度アルミニ
ウム合金板として、ＪＩＳ ３１０５又はＪＩＳ ３０
０３合金が使用されている。これらの合金を使用して、
以下に示すようにＰＰキャップ用アルミニウム合金板が
製造されている。即ち、ＪＩＳ３１０５又はＪＩＳ ３
００３合金と同様の成分を有する合金鋳塊に均質化処理
を施した後、熱間圧延及び冷間圧延を施して、適宜の厚
さの圧延板とする。その後、中間焼鈍として再結晶焼鈍
を施し、加工率が５０〜９５％の冷間圧延で所定厚さの
製品板とし、仕上げ焼鈍として１８０〜２４０℃の温度
で熱処理を施している。

【０００３】また、特公昭４４−２９５７８号公報に
は、次のようなＰＰキャップ用Ａｌ合金板及びその製造
方法が開示されている。即ち、Ｍｎ：０．９〜１．５重
量％及びＣｕ：０．１〜０．３５重量％を含有し、適宜
Ｆｅ：０．３〜０．８５重量％及びＳｉ：０．１５〜
０．４５重量％を添加（更にＴｉ：０．０１〜０．２重
量％及びＢ：０．１重量％以下を添加してもよい）した
Ａｌ合金鋳塊を、４５０〜６００℃の温度で２〜２４時
間の１段又は多段の熱処理を施す。その後、厚さ２〜４
ｍｍまで熱間圧延を行い、圧延板を適宜の厚さとした
後、３５０〜４８０℃の温度で３〜２４時間の中間焼鈍
を施し、２５０℃の温度まで２５〜２００℃／時間の速
度で冷却する。そして、この圧延板を６５〜９５％の加
工率で冷間圧延して、最終仕上げに再結晶焼鈍を施して
いる。

【０００４】このようにして製造されるＰＰキャップ用
アルミニウム合金板は、次のようにしてＰＰキャップに
加工される。先ず、アルミニウム合金板に絞り加工を施
して、カップを成形する。そして、瓶容器の開口部に前
記カップを被せ、瓶容器の開口部に形成されているねじ
部に沿って、前記カップの外周部に回転ロールを圧入し
てＰＰキャップのねじ部を形成する。これにより、ＰＰ
キャップが作製される。

【０００５】このように、ＰＰキャップのねじ部は、前
記カップを回転ロールで圧入して形成されるが、このと
きの圧入力が大きいほどねじ溝が深くなり、そしてこの
ねじ溝が深いほどＰＰキャップの開栓時における回転ト
ルクが低下して、開栓性を向上させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のアルミニウム合金板では、回転ロールの圧入力
に一定の限界があった。つまり、ＰＰキャップの開栓性
を向上させるために圧入力を大きくすると、ＰＰキャッ
プのねじ部において亀裂が発生してしまい、開栓性が優
れたＰＰキャップを製造することができない。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、回転ロールの圧入力を大きくしても、ねじ
部に亀裂が発生することがなく、開栓性が優れたＰＰキ
ャップを製造することができるＰＰキャップ用アルミニ
ウム合金板の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＰＰキャッ
プ用アルミニウム合金板の製造方法は、Ｃｕ：０．０３
乃至０．３０重量％、Ｍｎ：０．３乃至０．８重量％、
Ｍｇ：０．２乃至０．５重量％、Ｓｉ：０．１乃至０．
４重量％及びＦｅ：０．１乃至０．７重量％を含有し、
Ｃｒ：０．４重量％以下、Ｚｎ：０．５重量％以下及び
Ｔｉ：０．２重量％以下からなる群から選択された１種
又は２種以上の元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的
不純物からなるＡｌ合金鋳塊を、５７０乃至６１０℃の
温度で１時間以上熱処理する均質化処理工程と、均質化
処理後のＡｌ合金鋳塊に熱間圧延及び冷間圧延を施して
圧延板を得る圧延工程と、前記圧延板を再結晶させる焼
鈍工程と、焼鈍後の圧延板を１０乃至３０％の加工率で
冷間圧延して製品板を得る仕上げ冷間圧延工程と、前記
製品板を２３０乃至２６０℃の温度で焼鈍する仕上げ焼
鈍工程とを有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本願発明者等は、回転ロールの圧入力を大きく
しても、ねじ部に亀裂が発生することがなく、開栓性が
優れたＰＰキャップを製造することができるＰＰキャッ
プ用アルミニウム合金板を開発すべく、種々の実験研究
を行った。そこで先ず、ＰＰキャップのねじ溝の深さに
ついて、回転ロールの圧入力以外に素材の強度による影
響を検討した。

【００１０】通常、素材の強度が高いほど、回転ロール
の圧入後におけるスプリングバック量が大きくなるた
め、ねじ溝が浅くなる。一方、素材の強度が低いと、ス
プリングバック量が少ないため、ねじ溝が深くなる。ま
た、ＰＰキャップのねじ部における亀裂については、素
材の強度が高いほど亀裂が発生しにくく、一方素材の強
度が低いほど亀裂が発生し易くなる。

【００１１】つまり、素材の強度が高いほど亀裂の発生
を防止できるものの、ＰＰキャップのねじ溝を深くする
ことができないため、開栓性が低下してしまう。逆に、
素材の強度が低いほどＰＰキャップのねじ溝を深くする
ことができるため、開栓性を向上させることができるも
のの、亀裂が発生し易くなってしまう。

【００１２】そこで、本願発明者等は、亀裂発生の要因
について、回転ロールの圧入力及び素材の強度に加え
て、素材の加工硬化の影響についても検討した。その結
果、キャップの側壁にねじ溝を形成する場合において、
回転ロールが圧入されると、この圧入に従ってキャップ
に加工硬化が発生し、強度が高くなる。このため、最終
的に加工硬化したキャップの強度が、回転ロールの圧入
力より高くなれば、キャップに亀裂が発生することがな
いことを知見した。

【００１３】つまり、絞り加工による加工硬化も考慮す
ると、ＰＰキャップの素材が下記数式１を満たす材料で
あれば、回転ロールによる亀裂の発生を防止することが
できる。なお、下記数式１における元板強度とは、絞り
加工前のアルミニウム合金板の強度をいう。

【００１４】

【数１】元板強度＋絞り加工による加工硬化＋回転ロー
ルの圧入による加工硬化＞回転ロールの圧入力

【００１５】また、（元板強度＋絞り加工による加工硬
化）が低いと、ねじ溝を深く形成することができるた
め、ＰＰキャップの開栓性を向上させることができる。

【００１６】以下、本発明に係るアルミニウム合金板の
製造方法におけるＡｌ合金鋳塊の成分添加理由及び組成
限定理由について説明する。

【００１７】Ｃｕ（銅）：０．０３乃至０．３０重量％ Ｃｕはアルミニウム合金板の強度を高め、絞り加工及び
回転ロールの圧入による加工硬化を高める元素である。
Ｃｕの添加量を０．０３重量％未満とすると、アルミニ
ウム合金板の強度を十分に高めることができず、また
０．３０重量％を超えてＣｕが添加されると、アルミニ
ウム合金板の強度が高くなり過ぎて、ねじ溝の深さが浅
くなり、開栓性が低下してしまう。従って、Ｃｕの含有
量は０．０３乃至０．３重量％とする。

【００１８】Ｍｎ（マンガン）：０．３乃至０．８重量
％ Ｍｎはアルミニウム合金板の強度を高めると共に、金属
間化合物を生成して、亀裂伝播性、即ちブリッジ破断性
を向上させる元素である。Ｍｎの添加量を０．３重量％
未満とすると、その効果を十分に発揮することができ
ず、また０．８重量％を超えてＭｎが添加されると、ア
ルミニウム合金板の強度が高くなり過ぎて、ねじ溝の深
さが浅くなり、開栓性が低下してしまう。従って、Ｍｎ
の含有量は０．３乃至０．８重量％とする。

【００１９】Ｍｇ（マグネシウム）：０．２乃至０．５
重量％ ＭｇはＣｕと同様にアルミニウム合金板の強度を高め、
絞り加工及び回転ロールの圧入による加工硬化を高める
元素である。Ｍｇの添加量を０．２重量％未満とする
と、その効果を十分に発揮することができず、また０．
５重量％を超えてＭｇが添加されると、アルミニウム合
金板の強度が高くなり過ぎて、ねじ溝の深さが浅くな
り、開栓性が低下してしまう。従って、Ｍｇの含有量は
０．２乃至０．５重量％とする。

【００２０】Ｓｉ（シリコン）：０．１乃至０．４重量
％ Ｓｉを適度に添加すると、アルミニウム合金板の絞り加
工性を向上させ、また深絞り時のフローマーク及び肌荒
れの発生を防止することができる。Ｓｉの添加量を０．
１重量％未満とすると、その効果を発揮することができ
ず、また０．４重量％を超えてＳｉが添加されると、逆
に深絞り性が低下してしまう。従って、Ｓｉの含有量は
０．１乃至０．４重量％とする。

【００２１】Ｆｅ（鉄）：０．１乃至０．７重量％ ＦｅはＭｎと共に（Ｆｅ・Ｍｎ）Ａｌ₆等の金属間化合
物を生成して、亀裂伝播性、即ちブリッジ破断性を向上
させる元素である。Ｆｅの添加量を０．１重量％未満と
すると、その効果を発揮することができず、また０．７
重量％を超えてＦｅが添加されると、粗大な金属間化合
物が生成されて絞り加工性が低下し、また耐食性をも低
下してしまう。従って、Ｆｅの含有量は０．１乃至０．
７重量％とする。

【００２２】Ｃｒ（クロム）：０．４重量％以下、Ｚｎ
（亜鉛）：０．５重量％以下、Ｔｉ（チタン）：０．２
重量％以下 Ｃｒ、Ｚｎ及びＴｉをアルミニウム合金に添加すると、
合金組織を微細化させたり、合金板の成型性を向上させ
ることができる。この効果を発揮するためには、Ｃｒ、
Ｚｎ及びＴｉの含有量を夫々０．４重量％以下、０．５
重量％以下及び０．２重量％以下とする。

【００２３】次に、ＰＰキャップ用アルミニウム合金板
の製造方法について説明する。先ず、上記成分を有する
Ａｌ合金鋳塊に下記の条件で均質化処理を施す。

【００２４】均熱温度：５７０乃至６１０℃ 均質化処理は、Ａｌ合金鋳塊の金属組織を均質な状態と
するために行う処理である。この均質化処理の条件を調
整することによって、金属間化合物の大きさ及び分布状
態を規制して、ブリッジ破断性を向上させることができ
る。この均熱温度が５７０℃未満であると、金属間化合
物の生成が不十分となり、ブリッジ破断性が低下してし
まう。一方、均熱温度が６１０℃を超えると、バーニン
グが発生してしまい、後工程を行うことができない。従
って、均熱温度は５７０乃至６１０℃とする。

【００２５】処理時間：１時間以上 また、均質化処理の処理時間が１時間未満であると、Ａ
ｌ合金鋳塊を十分に均質化することができない。従っ
て、均質化処理の処理時間は１時間以上とする。

【００２６】次に、均質化処理後の圧延処理について説
明する。上記の処理条件でＡｌ合金鋳塊に均質化処理を
施した後、熱間圧延及び冷間圧延を施して、適宜の厚さ
を有する圧延板とする。このとき、冷間圧延を施す前に
再結晶焼鈍を施してもよい。この焼鈍処理では、熱間圧
延された圧延板の金属組織を再結晶することにより、圧
延板内の異方性のばらつきを小さくすることができる。

【００２７】次に、圧延処理後の再結晶焼鈍について説
明する。熱間圧延及び冷間圧延を施して成形された圧延
板に、中間焼鈍として再結晶焼鈍を施す。この焼鈍処理
は、後工程における仕上げ冷間圧延と共に、製品板の材
料強度及び耳率を調整するものであり、必須の処理であ
る。

【００２８】そして、再結晶焼鈍後、圧延板に下記の加
工率で仕上げ冷間圧延を施して製品板を作製する。

【００２９】加工率：１０乃至３０％ 仕上げ冷間圧延は、製品板の板厚を精度よく制御すると
共に、その加工率は加工硬化による強度、圧延集合組織
の生成による耳率、及びキャップ加工時のねじ特性に大
きな影響を与える。即ち、加工率が１０％未満である
と、十分な材料強度を得ることができず、キャップのね
じ部において亀裂が発生する場合がある。また、圧延方
向に対する０°及び９０°方向耳が発生しやすくなるた
め、絞り加工後のトリミング不良が発生する場合があ
る。

【００３０】一方、加工率が３０％を超えると、絞り加
工及び回転ロールの圧入による加工硬化が小さくなるた
め、キャップのねじ部に亀裂が発生する場合がある。従
って、仕上げ冷間圧延の加工率は１０乃至３０％とす
る。

【００３１】そして、前述の仕上げ冷間圧延後、製品板
に下記の温度で仕上げ焼鈍を施す。

【００３２】仕上げ焼鈍温度：２３０乃至２６０℃ 本来、この仕上げ焼鈍は強度調整したり、塗装焼付け時
の歪みの発生を防止するための処理であるが、本発明に
おいては、キャップのねじ部における亀裂の発生を防止
するための重要な処理である。この焼鈍処理によって、
最終的に回復現象を起こさせて、絞り加工及び回転ロー
ルの圧入による加工硬化を大きくする。また、回復現象
による材料強度の低下は、ねじ溝の深さを深くするた
め、開栓性を向上させることができる。

【００３３】この仕上げ焼鈍の温度が２３０℃未満であ
ると、前記効果を十分に得ることができず、一方２６０
℃の温度を超えて焼鈍すると、急激な強度低下のため絞
り加工時に底が抜けたり、キャップのねじ部において亀
裂が発生する場合がある。従って、仕上げ焼鈍温度は２
３０乃至２６０℃とする。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

【００３５】先ず、第１の実施例として、種々の化学成
分を有するＡｌ合金鋳塊を所定の製造条件にてアルミニ
ウム合金板を作製した。即ち、下記表１に示す化学成分
を有するＡｌ合金鋳塊に、５９０℃の温度で、６時間均
質化処理を施し、熱間圧延した後、冷間圧延で適宜の厚
さを有する圧延板を得た。そして、この圧延板に再結晶
焼鈍を施した後、２５％の加工率で仕上げ冷間圧延して
所定厚さを有する製品板とし、この製品板を２４０℃の
温度で２時間の仕上げ焼鈍を施して、供試材とした。な
お、本発明の特許請求の範囲から外れる添加成分につい
て、その値に下線を付して示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】上記表１に示す組成を有し、上述した製造
条件にて得られた供試材について、機械的特性及び耳率
を調査し、またこれらの供試材をキャップ成形し、更に
シーミングを行い、キャップのねじ部における亀裂の有
無及び開栓トルクについても調査した。なお、機械的特
性は塗装焼付け後における値を測定した。これらの調査
結果を下記表２に示す。また、供試材から作製したＰＰ
キャップについての総合的な合否についても、下記表２
に併せて示す。

【００３８】

【表２】 耳率の符号は、＋：圧延方向に対して４５°方向耳、−：圧延方向に対して０ −９０°方向耳である。

【００３９】上記表２に示すように、実施例Ｎｏ１〜１
１については、いずれのアルミニウム合金板も十分使用
に耐え得る機械的特性を有し、耳率もキャップ材として
適切な値であった。また、いずれのアルミニウム合金板
もキャップのねじ部において亀裂が発生することなく、
開栓トルクも適切な値となった。

【００４０】一方、比較例Ｎｏ１、２及び４について
は、夫々肌荒れの発生、絞り加工不可能及びキャップ成
形不良のため、キャップのねじ部における亀裂の有無及
び開栓トルクの評価をすることができなかった。

【００４１】比較例Ｎｏ３、６、７、８及び１０につい
ては、いずれもキャップねじ部の亀裂が発生することが
なかったものの、開栓トルクを低減することができず、
開栓性を向上させることができなかった。

【００４２】また、比較例Ｎｏ５及び９については、い
ずれもキャップのねじ部において亀裂が発生して、良好
なＰＰキャップを作製することができなかった。

【００４３】次に、第２の実施例として、所定の化学成
分を有するＡｌ合金鋳塊を、種々の製造条件にてアルミ
ニウム合金板を作製した。即ち、上記表１に示す実施例
Ｎｏ１と同様の組成を有するＡｌ合金鋳塊に、下記表３
に示す均熱温度で６時間均質化処理を施し、熱間圧延し
た後、冷間圧延で適宜の厚さを有する圧延板を得た。そ
して、この圧延板に再結晶焼鈍を施した後、下記表３に
示す加工率で仕上げ冷間圧延して所定の厚さを有する製
品板とし、この製品板を下記表３に示す温度で２時間の
仕上げ焼鈍を施して、供試材とした。なお、本発明の特
許請求の範囲から外れる製造条件について、その値に下
線を付して示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】上記表３に示す製造条件によって得られた
供試材について、上述した第１の実施例と同様に機械的
特性及び耳率について調査し、またキャップのねじ部に
おける亀裂の有無及び開栓トルクについても調査した。
これらの調査結果を下記表４に示す。

【００４６】

【表４】

【００４７】上記表４に示すように、実施例Ｎｏ１２〜
１８については、いずれのアルミニウム合金板も十分使
用に耐え得る機械的特性を有し、耳率もキャップ材とし
て適切な値であった。また、いずれのアルミニウム合金
板もキャップのねじ部において亀裂が発生することなく
開栓トルクも適切な値となった。

【００４８】一方、比較例Ｎｏ１１については、キャッ
プのねじ部において亀裂が発生することがなかったもの
の、開栓トルクを低減することができず、開栓性を向上
させることができなかった。

【００４９】比較例Ｎｏ１２については、製造工程にお
いてバーニングが発生したため、供試材を作製すること
ができなかった。

【００５０】また、比較例Ｎｏ１３〜１６については、
いずれもキャップのねじ部において亀裂が発生して、良
好なＰＰキャップを作製することができなかった。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の組成を有するＡｌ合金鋳塊に所定の加工処理を施
すことにより、回転ロールの圧入力を大きくしても、キ
ャップのねじ部に亀裂が発生することがなく、開栓性が
優れたＰＰキャップ用アルミニウム合金板を製造するこ
とができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｕ：０．０３乃至０．３０重量％、Ｍ
   ｎ：０．３乃至０．８重量％、Ｍｇ：０．２乃至０．５
   重量％、Ｓｉ：０．１乃至０．４重量％及びＦｅ：０．
   １乃至０．７重量％を含有し、Ｃｒ：０．４重量％以
   下、Ｚｎ：０．５重量％以下及びＴｉ：０．２重量％以
   下からなる群から選択された１種又は２種以上の元素を
   含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合
   金鋳塊を、５７０乃至６１０℃の温度で１時間以上熱処
   理する均質化処理工程と、均質化処理後のＡｌ合金鋳塊
   に熱間圧延及び冷間圧延を施して圧延板を得る圧延工程
   と、前記圧延板を再結晶させる焼鈍工程と、焼鈍後の圧
   延板を１０乃至３０％の加工率で冷間圧延して製品板を
   得る仕上げ冷間圧延工程と、前記製品板を２３０乃至２
   ６０℃の温度で焼鈍する仕上げ焼鈍工程とを有すること
   を特徴とするＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造
   方法。