JP3529269B2 - アルミニウム箔地及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食品その他包装
用、フィルムコンデンサ用、ラベル用、たばこ用等の薄
箔として好適のアルミニウム箔地及びその製造方法に関
し、特に厚さが１５μｍ以下の極薄のアルミニウム薄用
途であってピンホール特性を向上させたアルミニウム箔
地及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄箔用のアルミニウム又はアルミ
ニウム合金箔地用材料としては、ＪＩＳ１Ｎ３０等の純
アルミニウム又はＪＩＳ８０７９若しくは８０２１等の
アルミニウム合金が使用されている。

【０００３】なお、以下、純アルミニウム及びアルミニ
ウム合金を総称してアルミニウムという。アルミニウム
箔地は、一般的に、これらの組成のアルミニウム鋳塊に
均質化処理・熱間圧延・冷間圧延及び焼鈍を施し、また
必要に応じて、その後冷間圧延を施すことにより製造さ
れている。

【０００４】そして、得られたアルミニウム箔地に箔圧
延及び最終焼鈍を行うことによりアルミニウム箔が得ら
れる。ところで、５．５乃至７μｍのアルミニウム箔が
実用化されているが、薄箔需要は６乃至７μｍが大半で
あり、同一の厚さのアルミニウム箔は箔圧延での互換性
の点よりＪＩＳ１Ｎ３０純アルミニウムを使用したいと
いう要望が強い。

【０００５】一般的に、箔厚の減少に伴う問題点として
は、ピンホールが著しく増加し、箔が本来有するべき機
能である光、気、液等に対するバリアー性が低下すると
共に、ピンホールによる箔破断を生ずること等が知られ
ている。

【０００６】薄箔の仕上箔圧延は、通常、重合圧延によ
り行われ、ピンホールはマット面うねりの最大のところ
がブライト面オイルピット等と連結して生ずることが知
られている。また、ピンホールはオイルピット等の表面
欠陥と比べて、マット面粗度に主に支配されることも知
られている。更に、オイルピットは圧延条件（リダクシ
ョン、バックテンション）に主に支配され、マット面は
結晶粒の自由変形により形成されると考えられ、箔地に
より支配される要因が大きいことが知られている（特公
平３−６０５６２号公報、軽金属学会第７０回予稿集
３３、３４、３５）。

【０００７】そこで、従来、マット面粗度を低減させる
べく、Ｆｅ含有量の増加及び均熱以降の製造条件の変更
によりＦｅ固溶度を減少させ、結晶粒を微細化すること
により加工硬化を抑制できる箔が開示されている（特開
昭６３−２６３２２号公報等）。また、Ｎｉ、Ｍｎ及び
Ｃｒの添加により、結晶粒を微細化し、加工硬化を抑制
する技術が提案されている（特開昭６３−２８２２２８
号公報、特開昭６３−２８２２４４号公報及び特開平８
−３３３６４４号公報等）。

【０００８】また、ピンホールを抑制するため、６μｍ
以下の晶出物を多く含む熱間圧延材を、２段階に分けて
冷間圧延し、各圧延後に熱処理を施し、Ｓｉ及びＦｅ等
の元素を積極的に析出させることにより加工硬化を抑制
する方法が開示されている（特開昭６１−１１９６５８
号公報）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｍｎ又はＣｒを添加したアルミニウム箔地では、
上述のような互換性のメリットがなく、また、ＪＩＳ１
Ｎ３０純アルミニウム相当の組成で、Ｆｅ含有量の増加
がない場合には、均熱以降の製造条件変更により析出促
進を行っても、箔厚が６乃至７μｍのアルミニウム箔を
得る箔圧延においては、大きな加工硬化の抑制効果は得
られない。また、製造工程の変更で析出促進を図って
も、結晶粒が逆に大きくなってしまうこともあり、ピン
ホールが多発したり、箔破断が頻発したりするという問
題点がある。

【００１０】また、箔地に対し、複数回の析出熱処理を
行う方法においては、工程が複雑になるばかりか、その
ピンホール抑制効果も不十分であった。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ＪＩＳ１Ｎ３０相当の純アルミニウム組成
であっても、箔圧延性及びピンホール特性を損なうこと
なく、箔を薄肉化できるアルミニウム箔地及びその製造
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願第１発明に係るアル
ミニウム箔地は、Ｆｅ：０．３乃至１．０重量％を含
み、不純物のＳｉが０．１５重量％未満に規制され、残
部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金組
成を有し、０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の平均
粒子間距離を０．７乃至２．５μｍとすることを特徴と
する。

【００１３】このアルミニウム箔地において、前記アル
ミニウム合金は、必要に応じて、Ｃｕ：０．０２重量％
以下、Ｔｉ：０．０３重量％以下を含有することができ
る。

【００１４】また、本願第２発明に係るアルミニウム箔
地の製造方法は、前記組成のアルミニウム合金組成を有
する溶湯を、凝固時の冷却速度を０．３乃至３．０℃／
秒として半連続鋳造し、面削した後、４００乃至６２０
℃の温度範囲にて均質化処理を施し、熱間圧延後に冷間
圧延を行い、その後３００乃至４５０℃にて焼鈍するこ
とにより、０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の平均
粒子間距離が０．７乃至２．５μｍである箔地を得るこ
とを特徴とする。

【００１５】このアルミニウム箔地の製造方法におい
て、前記焼鈍の後工程として、冷間圧延することができ
る。

【００１６】本発明者らは、課題を解決すべくアルミニ
ウム箔・箔地に関して種々実験研究した結果、ピンホー
ルを少なくするためには、マット面粗度が低くするこ
と、即ち、仕上箔圧延時の変形ブロックを微小化するこ
とが有効であることを見出した。また、本発明者等は、
マット面は緒晶粒サイズのみではなく、転位セルサイズ
の自由変形によっても形成されることを見出した。更
に、ピンホールを少なくするには、加工硬化を抑制する
ことが有効であることは公知であるが、本願発明者等
は、この現象が転位整理によるサブ・グレイン化により
達成されていることを究明した。

【００１７】そこで、上記特性を発現するためのアルミ
ニウム箔地を開発するため、鋭意研究を重ねた結果、
０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の粒子間距離を転
位セルサイズに調整することが有効であり、ＪＩＳ１Ｎ
３０組成の場合には、この粒子間距離の適正化は従来行
われてきた均熱以降の製造条件の変更のみでは調整困難
であり、鋳造条件の適正化と均熱以降の箔地製造条件の
組み合わせで制御することにより、その目的が達成され
ることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいてな
されたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。先ず、本発明に係るアルミニウム箔地の成分
添加理由及び組成限定理由について説明する。

【００１９】Ｆｅ：０．３乃至１．０重量％ Ｆｅはアルミニウムへの固溶限が小さく、アルミニウム
中において他の元素と結合してＡｌ−Ｆｅ系の金属間化
合物を生成する元素であり、同化合物は再結晶の核とし
て作用するために、Ｆｅの添加は結晶粒の微細化に効果
がある。Ｆｅ含有量が０．３重量％未満では鋳造時に晶
出する金属間化合物の数が不十分であり、結晶粒を微細
化する効果を得にくい。一方、Ｆｅ含有量が１．０重量
％を超える場合には、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の数多
く形成されるので、結晶粒の微細化効果は大きいが、箔
圧延時の変形抵抗が増大するため、圧延性が極端に低下
する。従って、Ｆｅ含有量は０．３乃至１．０重量％と
する。

【００２０】Ｓｉ：０．１５重量％未満 Ｓｉは地金中の不可避的不純物の一つである。Ｓｉは、
粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を生成し易く、
ピンホールが増大する原因となるため、少ない方が良
い。このため、Ｓｉ含有量は０．１５重量％未満にする
ことが望ましい。

【００２１】０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の
平均粒子間距離：０．７乃至２．５μｍ ０．１乃至０．８μｍの金属間化合物は主に析出物であ
り、均質化処理、熱間圧延及び中間焼鈍にて生成する。
これらの金属間化合物の分布は、箔圧延中の転位蓄積・
整理に作用するために、その後の重合圧延における転位
セルオーダーの変形ブロックサイズに影響を及ぼす。同
サイズの金属間化合物の平均粒子間距離が０．７μｍ未
満では、重合圧延前のパスでピン止めとなり、即ち転位
蓄積が過多となり、後の重合圧延にて複数の転位セル単
位での変形ブロックとなるために、マット面が粗くな
り、ピンホールが多発する。一方、同サイズの金属間化
合物の平均粒子間距離が２．５μｍを超えると、重合圧
延前のパスでの転位整理が容易となり、単一セルでの変
形ブロックとなるが、粗大セルが形成され易いために、
マット面が粗くなり、ピンホールが多発する。従って、
０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の平均粒子間距離
は０．７乃至２．５μｍとする。

【００２２】Ｃｕ：０．０２重量％以下 Ｃｕはアルミニウム中に固溶する元素であり、固溶硬化
によるＯ材強度の向上に有効であり、必要に応じて添加
しても良い。Ｃｕ含有量が０．００５重量％未満では、
固溶硬化が不十分であり、Ｏ材強度を向上する効果を得
にくい。一方、Ｃｕ含有量が０．０２重量％を超える場
合には、固溶硬化の程度が大き過ぎ、箔圧延時の変形抵
抗が増大するため、圧延性が極端に低下する。従って、
Ｃｕは０．０２重量％以下であれば、必要に応じて添加
しても良い。

【００２３】Ｔｉ：０．０３重量％以下 ＴｉはＡｌ−Ｔｉ又はＡｌ−Ｔｉ−Ｂ母合金として添加
され、鋳塊組織を微細化するために使用される。箔圧延
後に筋模様が問題となる場合には、０．０３重量％以下
の範囲で添加しても良い。しかし、Ｔｉを添加しない
で、羽毛状晶とした方が鋳塊で晶出する金属間化合物が
微細となるため、筋模様に支障がなければＴｉは少ない
方が好ましい。従って、Ｔｉは０．０３重量％以下であ
れば、必要に応じて添加しても良い。

【００２４】不可避不純物 アルミニウムに含有する上記以外の不可避的不純物とし
ては、Ｍｎ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｚｒ，Ｂｉ，Ｓ
ｎ，Ｉｎ及びＰｂ等が挙げられるが、ＪＩＳ１１００及
び１Ｎ３０程度の含有範囲であれば、それが含有されて
いても、本発明の目的を損なうものではない。

【００２５】次に、本発明におけるアルミニウム箔地の
製造方法における処理条件の限定理由について説明す
る。

【００２６】（１）凝固時の冷却速度：０．３乃至３．
０℃／ｓｅｃ 上述のように、箔として優れたピンホール特性を発現す
るためには、箔地で０．１乃至０．８μｍの金属間化合
物の平均粒子間距離を適正化する必要がある。この粒子
間距離の適正化は従来行われてきた均熱以降の製造条件
変更のみでは調整困難であり、鋳造条件適正化と均熱以
降の箔地の製造条件を組み合わせて制御することによ
り、その目的は達成される。

【００２７】即ち、凝固時の冷却速度を適正化すること
は、粒子間距離を適正化することとなり、ピンホールの
低減に寄与する。凝固時の冷却速度が３．０℃／秒を超
えて造塊されたスラブでは、その後の均質化処理、熱間
圧処理及び中間焼鈍により、過飽和固溶したＦｅが微細
析出物として排出され、０．３μｍ以下の析出物数を極
端に増加させ、０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の
平均粒子間距離が狭くなり、ピンホールの多発を招く。
一方、凝固時の冷却速度が０．３℃／秒未満では、グラ
ススクリーン内で浮遊晶を生ずるため、圧延用スラブと
して造塊することは困難である。従って、凝固時の冷却
速度は０．３乃至３．０℃／秒、好ましくは、０．３乃
至２．４℃／秒とする。

【００２８】（２）均質化処理：４００乃至６２０℃ 前記組成・造塊条件のスラブを面削した後、均質化処理
を施す。この均質化処理は固溶及び析出調整を目的とし
て行われ、０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の平均
粒子間距離を適正化する重要な処理であり、ピンホール
の低減に寄与する。均質化処理温度が４００℃未満であ
るか、又は６２０℃を超える場合は、固溶元素の析出に
よる析出物数が不十分となり、粒子間距離を広くするた
め、ピンホールの多発を招く。なお、均質化処理温度が
４００℃未満であっても、長時間の焼鈍を行う場合には
固溶元素が充分に析出するが、生産効率が悪くなるため
好ましくない。このため、均質化処理温度は４００乃至
６２０℃とする。この均質化処理時間は特に規定するも
のではないが、２時間以上行うことが好ましい。

【００２９】（３）焼鈍：３００乃至４５０℃ 前述の均質化処理の後、熱間圧延し、次に冷間圧延を施
し、更に焼鈍する。この焼鈍は固溶元素の析出及び再結
晶を目的として行われるものであるが、上述の粒子間距
離は焼鈍温度と圧延率に影響される。焼鈍温度が３００
℃未満、若しくは４５０℃を超える場合には、固溶元素
の析出による析出物数が不十分となり、粒子間距離を広
くするため、ピンホールの多発を招く。なお、焼鈍温度
が３００℃未満であっても、長時間の焼鈍を行う場合に
は、固溶元素が充分に析出するが、生産効率が悪くなる
ため好ましくない。このため、焼鈍温度は３００乃至４
５０℃とする。この焼鈍時間は特に規定するものではな
いが．２時間以上行うことが好ましい。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例に係るアルミニウム箔
地の特性について、本発明の特許請求の範囲から外れる
比較例と比較して具体的に説明する。 （実施例１） 下記表１に示す組成を有するアルミニウム溶湯を同表に
示す凝固時の冷却速度で半連続鋳造（ＤＣ）し、得たス
ラブを面削後、６００℃の温度で８時間の均質化処理を
行い、その直後に熱間圧延を開始し、厚さが５ｍｍ厚の
アルミニウム板を得た。その後、圧延率８６％で冷間圧
延を行い、得た板を４００℃の温度で６時間の中間焼鈍
を行った。更に、冷間圧延して、厚さが０．３ｍｍのア
ルミニウム箔地を製作した。

【００３１】得られたアルミニウム箔地を、箔圧延して
厚さが６μｍのアルミニウム箔を作製し、箔圧延時にお
ける圧延性について評価した。その結果、圧延時におい
て円滑に圧延できた場合を○（良好）、同一圧延条件に
おいて、薄肉化が困難であるか、強度不足により圧延速
度を速くできない又は板厚分布等の平面性制御が困難等
のトラブルが発生する傾向が強かった場合を×（不良）
とした。なお、造塊時に浮遊晶の発生により、圧延用と
してスラブが取れなかったものも×（不良）とした。

【００３２】また、厚さ６μｍのアルミニウム箔につい
て、ピンホール検知機により１ｍ²当たりのピンホール
数（直径が５μｍ以上のもの）を測定した。ピンホール
は１００個／ｍ²以下が優れていることを示す。

【００３３】なお、下記表１に示す凝固時の冷却速度及
び粒子間距離は以下に示す方法により測定した。凝固時
の冷却速度は、造塊後の鋳塊より湯底側の定常部を採取
し、次に、広面中央部の表皮から１００ｍｍの位置より
小片を採取し、更に電解研磨の後に交線法と二次技法に
てＤＡＳを測定することにより算出した。交線法と二次
技法との測定値補正は下記経験式（数式１）により行っ
た。

【００３４】

【数１】ｄｒ＝１．４９ｄｓ 但し、ｄｒは交線法によるＤＡＳ、ｄｓは二次技法によ
るＤＡＳである。そして、凝固時の冷却速度Ｃは下記数
式２により算出した。

【００３５】

【数２】Ｆｅ量≦０．６５重量％の場合：ｄｓ＝３３．
４・Ｃ^-0.33 Ｆｅ量＞０．６５重量％の場合：ｄｓ＝７７・Ｃ^-0.42

【００３６】これらの数式１及び２は、軽金属学会の研
究部会報告書Ｎｏ．２０「アルミニウムのデントライト
アームスペーシングと冷却速度の測定法」に記載されて
いるものである。

【００３７】表中の粒子間距離とは、０．１乃至０．８
μｍの金属間化合物の平均粒子間距離である。この粒子
間距離は透過型電子顕微鏡と画像処理装置を使用して測
定した。即ち、箔地より７．５ｍｍ角の小片を採取し、
０．１ｍｍ厚に研磨した後、直径３ｍｍに打ち抜く。こ
れを３５０℃×５分の転位除去処理を行い、次にジェッ
ト研磨により厚さが約５μｍの観察サンプルを作製し
た。これらを、透過型電子顕微鏡で１０，０００倍の倍
率にて析出物を観察し、総面積が３５１２μｍ²になる
視野数の写真を撮影した。また、この観察の際に、フリ
ンジ法により観察点の厚さも測定することにより、観察
体積を算出した。更に、この観察体積と画像処理により
カウントした０．１乃至０．８μｍの総金属間化合物の
数とにより、平均粒子間距離を算出した。

【００３８】各実施例及び比較例のアルミニウム箔地
を、上述の圧延性評価基準、ピンホール特性及びＯ材強
度の測定条件に基づいて評価し、この評価結果と測定結
果を下記表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】上記表１に示すように、実施例１の試料Ｎ
ｏ．１乃至６については、良好な圧延性を得た。また、
ピンホールについても実施例１の試料Ｎｏ．１乃至６は
好ましい値であり、全体にわたって良好なアルミニウム
箔を得ることができた。

【００４１】一方、比較例Ｎｏ．１は、ピンホールは良
好であるものの、過剰のＦｅの添加により圧延性が低下
した。比較例Ｎｏ．２は、圧延性は良好であったが、Ｆ
ｅ含有量の不足により結晶粒を小さくできず、ピンホー
ルが実施例に比べて劣った。比較例Ｎｏ．３及び５は、
圧延性は良好であったが、比較例Ｎｏ．３はＳｉの過剰
添加により、比較例５はＴｉの過剰添加により、多量の
ピンホールが発生した。比較例Ｎｏ．４は、Ｃｕの過剰
添加により、圧延性及びピンホール特性が実施例に比べ
て劣った。比較例Ｎｏ．７、９、１１、１３は、圧延性
は良好であるものの、鋳造凝固時の冷却速度が速過ぎ、
粒子間距離が狭くなったために、マット面が粗くなり、
多量のピンホールが発生した。比較例Ｎｏ．６、８、１
０、１２は、鋳造凝固時の冷却速度が遅すぎ、グラスス
クリーン内で浮遊晶を生じたために、圧延用スラブが製
作できなかったものである。

【００４２】（実施例２） 上記表１の実施例１のＮｏ．１、４、６と成分及び凝固
時の冷却速度が同じ鋳塊について、面削後、下記表２に
示す条件で均質化処理を行い、その直後に熱間圧延を開
始し、厚さが５ｍｍ厚のアルミニウム板を得た。その
後、冷間圧延し、下記表２に示す焼鈍温度で中間焼鈍を
行った。更に、冷間圧延して、厚さが０．３ｍｍのアル
ミニウム箔地を製作した。得られたアルミニウム箔地を
箔圧延し、厚さが６μｍのアルミニウム箔を製作した。

【００４３】上述の実施例１と同じ方法で評価及び測定
した圧延性、ピンホール数及び平均粒子間距離を下記表
２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】上記表２に示すように、実施例２のＮｏ．
７乃至１２については良好な圧延性を得た。また、ピン
ホール数についても実施例２のＮｏ．７乃至１２につい
ては好ましい値であり、全体にわたって良好な箔を得る
ことができた。

【００４６】一方、比較例Ｎｏ．１４乃至２５は圧延性
については良好であったが、いずれについても、均質化
温度又は中間焼鈍温度が高すぎるか若しくは低すぎるた
め、粒子間距離が広くなり、このために、マット面が粗
くなり、ピンホールが多く発生した。

【００４７】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、鋳造凝固時の冷却速度、均質化処理条件、冷間圧延
率及び中間焼鈍処理条件の制御により粒子間距離の適正
化を図ることによって、箔圧延性が優れ、箔圧延後のピ
ンホール発生数が少ないアルミニウム箔地を得ることが
できる。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−333644（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−25781（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−293931（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−337043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−64754（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−257459（ＪＰ，Ａ) 三木功，Ａｌ−Ｆｅ合金の凝固時にお ける鉄の挙度，軽金属，日本，軽金属学 会，1975年 １月，Ｖｏｌ．25，Ｎｏ. １，ｐ．１−９ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 21/00 - 21/08 C22F 1/04 - 1/057

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ：０．３乃至１．０重量％を含み、
   不純物のＳｉが０．１５重量％未満に規制され、残部が
   Ａｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金組成を
   有し、０．１乃至０．８μｍの金属間化合物の平均粒子
   間距離を０．７乃至２．５μｍとすることを特徴とする
   アルミニウム箔地。
2. 【請求項２】 前記アルミニウム合金は、Ｃｕ：０．０
   ２重量％以下を含有することを特徴とする請求項１に記
   載のアルミニウム箔地。
3. 【請求項３】 前記アルミニウム合金は、Ｔｉ：０．０
   ３重量％以下を含有することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のアルミニウム箔地。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   アルミニウム合金組成を有する溶湯を、凝固時の冷却速
   度を０．３乃至３．０℃／秒として半連続鋳造し、面削
   した後、４００乃至６２０℃の温度範囲にて均質化処理
   を施し、熱間圧延後に冷間圧延を行い、その後３００乃
   至４５０℃にて焼鈍することにより、０．１乃至０．８
   μｍの金属間化合物の平均粒子間距離が０．７乃至２．
   ５μｍである箔地を得ることを特徴とするアルミニウム
   箔地の製造方法。
5. 【請求項５】 前記焼鈍の後工程として、冷間圧延する
   ことを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム箔地の
   製造方法。