JP5224717B2

JP5224717B2 - 缶ボディ用アルミニウム合金板

Info

Publication number: JP5224717B2
Application number: JP2007121715A
Authority: JP
Inventors: 優野村; 直田中; 慎吾伊川; 洋横井
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2027-05-02
Also published as: JP2008274377A

Description

本発明は、絞り、しごき加工で成形される缶ボディ用アルミニウム合金板に関する。

アルミ缶としては、従来から蓋（エンド）と胴（ボディ）からなる２ピースアルミ缶が用いられてきた。
２ピースアルミ缶ボディの製缶工程は、一般的には、まず、缶ボディ用アルミニウム合金板からブランク材を打ち抜いて大径のカップに成形する工程と、次に、カップ絞り（ＤＲＡＷＩＮＧ）としごき（ＩＲＯＮＩＮＧ）を組み合わせたＤＩ成形工程と、開口部のトリミング工程と、潤滑剤及びクーラントを完全に除去する洗浄工程と、外面の塗装・印刷工程及び焼付け工程と、内面コーティング及び焼き付け工程と、さらに開口部のネッキング及びフランジング工程とからなる。

また、最近においては、缶デザインの多様化により、従来の２ピースアルミ缶とは異なる、ボトル形状の缶が誕生した。現在のところ、ボトル形状には、胴部、底部、及びキャップの３ピースからなる「ニューボトル缶」と、一体の胴部と底部、及びキャップの２ピースからなる「ボトル缶」の２種類がある。両者共通の特徴はボトル形状とするための大きなネック部と、ネジキャップによるリシール性を得るためのネジ部とを有する点にある（非特許文献１）。

ニューボトル缶及びボトル缶の製造工程は、缶ボディ用アルミニウム合金板に対して、ブランキング工程、カッピング工程、ＤＩ成形工程までは、従来の２ピースアルミ缶ボディの製造工程と同様である。その後は、ボトル缶用としては、カップの開口部側にトリミング及びネッキングを施した後、ネジ加工を施してボトル缶ボディを作製する。一方、ニューボトル缶用としては、カップの底部側にトップドーム成形＋トリミング及びネジ成形、カップの開口部側にトリミング後フランジング及び巻き締めを施してニューボトル缶ボディを作製する。

これらの２ピースアルミ缶ボディ、ニューボトル缶ボディ、ボトル缶ボディは、検査工程において検査され、梱包される。
上記検査工程では、缶口側からフランジ部、缶内面、缶底をライトで照らしてＣＣＤカメラで撮影し、画像処理により異物（汚れ）、割れ等の欠陥を検査している。また、最近では、最終だけでなく、工程の途中に検査機を入れる場合もある。
缶底や缶内面における異物等の検査では、異物を確実に除去するための検査技術も向上しているため、板の反射特性によっては、異物が存在しないにも関わらず、誤ってリジェクト（誤排出）される場合があり、生産性を阻害する。そのため、より精度の高い板面品質制御が必要となっている。

「飲料用アルミニウム缶材の開発と将来動向」神戸製鋼技報／Ｖｏｌ．５５Ｎｏ．２（Ｓｅｐ．２００５）、ｐ．７５−８０

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、製缶後の缶内面検査による誤排出がなく、生産性の向上が可能な缶ボディ用アルミニウム合金板を提供しようとするものである。

本発明は、成形後に缶内面検査を行う缶ボディに用いられる缶ボディ用アルミニウム合金板であって、
Ｍｎ：０．８〜１．３％（質量％、以下同じ）、
Ｍｇ：０．９〜１．３％、
Ｃｕ：０．１５〜０．２５％、
Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、
Ｆｅ：０．２５〜０．５０％、
Ｚｎ：０．２５％以下を含有し、
残部が不可避的不純物とアルミニウムからなり、
上記缶内面に成形される側の板面が、
板面の圧延方向に対して９０°方向の粗さ曲線の平均長さＲＳｍが５０〜１５０μｍであり、
板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率が３５〜５０％であり、
板面の圧延方向に対して９０°方向の正反射率が１０〜２５％であり、
板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率と９０°方向の正反射率の比率（０°方向の正反射率／９０°方向の正反射率）が３．２以下であることを特徴とする缶ボディ用アルミニウム合金板にある（請求項１）。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板は、上記Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎの含有量を上記特定の範囲に限定し、粗さ曲線の平均長さＲＳｍで表面粗さを制御し、板面の正反射率を制御するように構成したものである。板面の反射特性を制御することによって、検査工程において、異物が存在しないにも関わらず、誤排出される可能性を低減することができる。
このように、本発明によれば、製缶後の缶内面検査による誤排出がなく、生産性の向上が可能な缶ボディ用アルミニウム合金板を得ることができる。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板は、アルミニウム合金鋳塊を作製する鋳造工程と、均質化熱処理工程と、熱間圧延工程と、冷間圧延工程とを施すことにより得ることができる。
なお、上記缶ボディ用アルミニウム合金板の化学組成は、上記アルミニウム合金鋳塊の化学組成からほとんど変化することがない。

また、上記缶ボディ用アルミニウム合金板を缶ボディに成形するに当たっては、ブランキング工程を施してブランク材を打ち抜くと共に、カッピング工程を施して大径のカップに成形し、カップ絞り（ＤＲＡＷＩＮＧ）としごき（ＩＲＯＮＩＮＧ）を組み合わせたＤＩ成形工程を施すという成形加工を行うことにより、細長い円筒状カップを作製する。

上記缶ボディ用アルミニウム合金板の化学組成の限定理由について説明する。
上記缶ボディ用アルミニウム合金板は、上述したように、Ｍｎを０．８〜１．３％含有する。
Ｍｎは、強度に寄与する主要元素であるとともに、α相化合物（Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系）の生成によるしごき加工時の焼き付き防止に効果のある成分である。また、０−１８０°耳の抑制効果の観点からも所定の量以上の添加が好ましい。

上記Ｍｎの含有量が０．８％未満の場合には、上述の効果を十分に得ることができない。一方、上記Ｍｎの含有量が１．３％を超える場合には、ＭｇやＦｅの添加量によっては、鋳造時に巨大な初晶化合物が生じてＤＩ加工時の割れやピンホール、フランジ成形時の割れなど生産性や内容物漏洩につながる重大な問題となりやすい。

また、Ｍｇを０．９〜１．３％含有する。
Ｍｇは、Ｍｎと共に強度を付与する不可欠な添加元素であり、固溶して合金を硬化する。
上記Ｍｇ含有量が０．９％未満の場合には、十分な強度を得ることができない。一方、１．３％を越える場合には、強度が高くなりすぎ、ＤＩ成形性が劣る。また、酸化抑制しフローマークを出にくくするため、添加量は抑制した方がよい。

また、Ｃｕを０．１５〜０．２５％含有する。
Ｃｕは、Ｍｇと共に低温熱処理等により、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系化合物を形成して強度を高め、塗装焼付け等の加熱による軟化を抑制する効果を持つ。
上記Ｃｕの含有量が０．１５％未満の場合には、上述の効果が十分に得られない。一方、０．２５％を超える場合には、成形加工時の加工硬化性が大きくなりすぎて成形性が低下し、また、耐食性が低下する。また、現行の国内の缶ボディ材には、Ｃｕが０．２０〜０．２５％含まれている材料が大半のため、リサイクルの観点からも、上記範囲の量のＣｕを添加した合金が好ましい。

また、Ｓｉを０．１５〜０．４０％含有する。
Ｓｉは、Ｍｎ、Ｆｅと共に、しごき成形時の素材と工具の焼き付き防止に効果のあるα相化合物（Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系）形成に必要な成分である。また、この他にＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ相も形成し、Ｍｎの固溶量を低下させて、より均一な変形を促進する。

上記Ｓｉの含有量が０．１５％未満の場合には、上述の効果を十分に得ることができない。一方、０．４０％を超える場合には、Ｍｇ₂Ｓｉ相晶出物が形成されやすくなり、成形性が低下すると共に耐食性を損なう。また、Ｓｉの過剰な添加は、析出物が微細となるため、結晶粒が粗大となり、絞り成形時の肌荒れの原因となる。

また、Ｆｅを０．２５〜０．５０％を含有する。
Ｆｅは、Ｍｎと共に鋳造時にＡｌ₆（Ｍｎ、Ｆｅ）相、α相化合物（Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系）、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物を形成する。これは、上述したように、しごき成形時に不可欠である。また、Ｆｅを添加すると、Ｍｎの固溶度を減少させ、再結晶温度を下げるため、結晶粒微細化に有利である。
上記Ｆｅの含有量が０．２５％未満の場合には、均一変形に寄与する金属間化合物の形成が不十分になり、また、結晶粒が細かくならない。一方、０．５０％を超える場合には、粗大な化合物を生じ易く、成形加工時に破断の起点となりうる。

また、Ｚｎを０．２５％以下含有する。
Ｚｎは、絞り及びしごき加工性、並びにネック・フランジ成形性の向上に効果がある。
上記Ｚｎを多量に添加すると、耐食性を損なうという問題があり、コスト的にも不利となる。そこで、本発明では、現在、缶ボディ材に一般的に使用されているＡ３００４やＡ３１０４と同範囲である０．２５％とした。

また、上記缶ボディ用アルミニウム合金板を上記特定の化学組成とすることによって、安全性を保つことが可能な適当な材料強度を有することができる。

また、上記缶ボディ用アルミニウム合金板は、板面の圧延方向に対して９０°方向の粗さ曲線の平均長さがＲＳｍで５０〜１５０μｍである。
上記粗さ曲線の平均長さＲＳｍは、ＪＩＳＢ０６０１−２００１に示されている輪郭曲線要素の平均長さであり、ＪＩＳＢ０６０１−２００１の基準に準じて２次元粗さ測定器により測定する。
そして、２次元粗さ測定について、圧延方向に対して０°の方向では、圧延ロール（ワークロール）面の表面形態から転写された板面の凹凸の断面曲線が得られないため、圧延方向に対して９０°方向を測定する。

上記ＲＳｍが大きくなると正反射率が大きくなる。上記粗さ曲線の平均長さがＲＳｍで５０μｍ未満の場合には、反射光量が少なく、缶内面検査時に誤排出になり易い。また、圧延方向に対して０°方向の反射光量と９０°方向の反射光量との差異が大きくなり、缶内面検査時に誤排出になり易い。一方、上記粗さ曲線の平均長さがＲＳｍで１５０μｍを超える場合には、反射光量が多くなり、缶内面検査時に誤排出になり易い。

上記特定の板面形態を有する缶ボディ用アルミニウム合金板は、例えば、最終冷間圧延機の圧延ロール（ワークロール）面を研磨し、ロール径４００〜６００ｍｍ、圧延に用いる潤滑油の動粘度は２〜１０ｃＳｔ（ａｔ４０℃）、圧延速度１００〜２０００ｍ／ｍｉｎ、圧下率１０〜７０％のそれぞれの組合せにより圧延することで得られる。

また、上記缶ボディ用アルミニウム合金板は、上述したように、板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率が３５〜５０％であり、板面の圧延方向に対して９０°方向の正反射率が１０〜２５％である。
なお、上記正反射率とは、ＪＩＳＺ８７４１−１９９７に準拠した方法によって測定する。入射光（入射角６０°）の強度に対する、板面で反射された反射光（受光角６０°）の強度の百分率である。

缶成形後の検査時において、異物（汚れ）には白色のものや黒色のものが発生するおそれがある。そのため、上述の正反射率が上記範囲から外れる場合には、缶内面検査時に検査機により誤排出を生じるおそれがある。
板面の正反射率を制御することにより、缶成形時の加工量が小さい内外面底部だけでなく、内面側の側壁部においても缶底からの反射率の影響があるため、缶内面検査時に誤排出を抑制することができる。

また、板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率と９０°方向の正反射率の比率（０°／９０°正反射率比）が３．２以下である。
上記０°方向の正反射率と９０°方向の正反射率がいずれも上記範囲を満たしている場合であっても、０°方向と９０°方向の異方性が大きく、圧延９０°方向の正反射率に対する圧延０°方向の正反射率の比率（０°／９０°正反射率比）が一定値（３．２）を超える場合には、缶内面検査時に誤排出が顕著となる。なお、ワークロール研磨目の転写によってできた圧延板では、正反射率の０°／９０°正反射率比は１．０以上となる。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板を製造するには、上述の缶ボディ用アルミニウム合金板と同様の化学組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造により造塊し、得られたインゴットを常法に従って均質化処理、熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなしに、冷間圧延し、冷間圧延の途中でも中間焼鈍することなく、８５％以上の圧延加工度（熱間圧延後、仕上げ厚さまでの冷間圧延加工度）で冷間圧延して硬質板とするのがよい。
製造中に中間焼鈍を行うと、ベークハードし、ＤＩ成形性やフランジ成形性を低下させ、割れなどの原因となる。また、エネルギーを多く使用するため、コスト面でも好ましくない。

（実施例１）
本例は、本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板にかかる実施例について説明する。
本例は、本発明の一実施例を示したものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
本例では、表１に示す化学組成を有するアルミニウム合金を鋳造により造塊し、均質化処理を行い、その後直ちに熱間圧延を行い、板厚０．３ｍｍまで冷間圧延を行うことにより、本発明の実施例として、缶ボディ用アルミニウム合金板（試料Ｅ１〜試料Ｅ３）を作製した。

具体的には、まず、表１に示す組成のアルミニウム合金をＤＣ鋳造により造塊し、得られたインゴットを５８０℃の温度に１２時間保持する均質化処理を行った。その後、直ちに熱間圧延を開始し、３５０℃の温度で終了し、板厚２．２ｍｍの熱間圧延上がりアルミニウム合金板（熱間圧延板）を得た。その後、得られた熱間圧延板を常温まで冷却した後、表面を研磨したワークロール（直径５００ｍｍ）を使用し、動粘度４ｃＳｔ（ａｔ４０℃）の圧延油を用いて、加工率８６．４％、圧延速度８００ｍ／分の条件で厚さ０．３ｍｍまで最終冷間圧延を行い、表２に示す缶ボディ用アルミニウム合金板（試料Ｅ１〜試料Ｅ３）を作製した。上記ワークロール表面の研磨は、＃２４０、＃３２０、＃４００の砥石粒度で研磨条件を変えて行った。

次に、得られた試料Ｅ１〜試料Ｅ３について、正反射率と、粗さ曲線の平均長さＲＳｍを測定した。結果を表２に併せて示す。
＜正反射率＞
上記缶ボディ用アルミニウム合金板の板面の圧延方向に対して０°方向と９０°方向の正反射率を、村上色彩技術研究所製光沢度計（型式ＧＭ３Ｄ）を用いて測定した。
その後、板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率と９０°方向の正反射率の比率（０°／９０°正反射率比）を算出した。
板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率が３５〜５０％であり、板面の圧延方向に対して９０°方向の正反射率が１０〜２５％であり、０°／９０°正反射率比が３．２以下である場合を合格とし、０°方向の正反射率、９０°方向の正反射率、０°／９０°正反射率比のうちいずれか一つでも上記範囲を外れる場合を不合格とした。

＜粗さ曲線の平均長さ＞
Ｍｉｔｕｔｏｙｏ製の２次元粗さ測定機（型式ｓｕｒｆｔｅｓｔ４０２）を用いて、板面の圧延方向に対して９０°方向の粗さ曲線の平均長さＲＳｍを測定した。
上記粗さ曲線の平均長さＲＳｍが５０〜１５０μｍの範囲内である場合を合格、上記ＲＳｍが５０〜１５０μｍの範囲から外れる場合を不合格とした。

＜缶底明度比＞
次に、得られた缶ボディ用アルミニウム合金板から成形した直径８５ｍｍ、高さ３５ｍｍのカップから、連続製缶機を用いて、缶胴径呼称２１１（２・１１／１６インチ＝６８．３ｍｍ）、高さ１２４ｍｍ（トリミング後）のＤＩ缶の成形を行い、洗浄を行うことによりＤＩ缶を作製した。各試料につきそれぞれ１００缶ずつ製缶した。そして、得られたＤＩ缶について、缶底明度比を測定した。結果を表２に併せて示す。

図１に示す簡易缶内面反射光量測定装置４を用いて、ＤＩ缶の内面缶底ドーム部の反射光量を測定し、反射光量の異方性について、画像処理によって圧延方向に対して０°位置と９０°位置の明度の比率として求めた。
簡易缶内面反射光量測定装置４は、ＤＩ缶１１の上方に配置した白色ＬＥＤ照明４１（リング型直射光照射、ＣＣＳ製ＬＤＲ−１３２ＳＷ−ＬＡ）と、その上に配置した白黒ＣＣＤ４２（オムロン製Ｆ１５０−Ｓ１Ａ）と、図示していない画像処理装置（オムロン製Ｆ１６０−Ｃ１０）からなる。上記ＤＩ缶１１は、開口側１２が上方にくるように配置した。

まず、製缶したＤＩ缶と同サイズである任意の市販缶を基準缶とし、缶の内面缶底ドーム部からの反射光の分布画像を得た。この画像から、画像処理装置により缶底ドーム部を周方向に８分割した領域（圧延方向に対して、０°±２２．５°、４５°±２２．５°、９０°±２２．５°の８方向）の明度を求め、前記８方向の領域の平均値を基準値として前記簡易缶内面反射光量測定装置の照明強度を調整した。

次に、製缶後、得られた１００缶のＤＩ缶のうちの任意の５缶を採取して、内面に前記市販缶と同等の膜厚になるように同種の塗料を用いて塗装、焼付けしたＤＩ缶について、前記と同様にして８分割した領域の明度を求め、０°位置（０°±２２．５°）の明度と９０°位置（９０°±２２．５°）の明度との比率（缶底明度比）を算出した。そして、５缶の平均値を各試料の缶底明度比とした。本例においては、誤排出が発生しない判定基準を、缶底明度比が１．１５以下とした。なお、簡易缶内面反射光量測定装置の照明強度を変更した場合や基準缶を変えた場合には明度は変わるが、缶底明度比は変わらない。

表２より知られるごとく、実施例としての試料Ｅ１〜試料Ｅ３は、いずれの項目においても良好な結果を示した。
これより、本発明によれば、製缶後の缶内面検査による誤排出がなく、生産性の向上が可能な缶ボディ用アルミニウム合金板を得ることができることが分かる。

（比較例１）
本例は、後述するように、実施例１のワークロールの研磨条件を変更し、表３に示す缶ボディ用アルミニウム合金板（試料Ｃ１及び試料Ｃ２）を作製した例である。

具体的には、試料Ｃ１は、ワークロールの研磨条件が＃６００の条件で作製した例である。その他は実施例１と同様に行った。
また、試料Ｃ２は、ワークロールの研磨条件が＃１８０の条件で作製した例である。その他は実施例１と同様に行った。

また、上記試料Ｃ１及び試料Ｃ２について、実施例１と同様に、正反射率と、粗さ曲線の平均長さＲＳｍを測定した。また、上述の実施例１と同様の方法で、試料Ｃ１及び試料Ｃ２よりＤＩ缶を作製し、上述の実施例１と同様の方法で缶底明度比を測定した。評価結果を表３に併せて示す。

表３より知られるごとく、比較例としての試料Ｃ１は、ＲＳｍが本発明の下限を下回り、０°方向、９０°方向の正反射率が低い。また、正反射率の異方性も大きく、０°／９０°正反射率比が大きい。また、ＤＩ缶の缶底明度比が高くなり不合格であった。
また、比較例としての試料Ｃ２は、ＲＳｍが本発明の上限を上回り、０°方向、９０°方向の正反射率が高く不合格であった。

実施例１における、簡易缶内面反射光量測定装置を示す説明図。

Claims

成形後に缶内面検査を行う缶ボディに用いられる缶ボディ用アルミニウム合金板であって、
Ｍｎ：０．８〜１．３％（質量％、以下同じ）、
Ｍｇ：０．９〜１．３％、
Ｃｕ：０．１５〜０．２５％、
Ｓｉ：０．１５〜０．４０％、
Ｆｅ：０．２５〜０．５０％、
Ｚｎ：０．２５％以下を含有し、
残部が不可避的不純物とアルミニウムからなり、
上記缶内面に成形される側の板面が、
板面の圧延方向に対して９０°方向の粗さ曲線の平均長さＲＳｍが５０〜１５０μｍであり、
板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率が３５〜５０％であり、
板面の圧延方向に対して９０°方向の正反射率が１０〜２５％であり、
板面の圧延方向に対して０°方向の正反射率と９０°方向の正反射率の比率（０°方向の正反射率／９０°方向の正反射率）が３．２以下であることを特徴とする缶ボディ用アルミニウム合金板。