JP3967024B2 - 耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法 - Google Patents
耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料缶用アルミニウム合金エンド（缶蓋）の製造方法に関するものであって、強度、成形性などの各種特性を具備すると同時に、耐ブローアップ性と耐フェザリング性に優れ、積層された熱可塑性樹脂フィルムに白化を起こすことのない飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
缶入り飲料などの需要増大に伴い、最近ではその容器として好適なアルミニウム基合金製のいわゆるＤＩ（Deep drawing & Ironing）缶が大量に生産されるようになっている。このアルミニウム基合金製ＤＩ缶の本体の一般的な製造方法としては、アルミニウム基合金板を多段に深絞り加工し、さらにしごき加工を行って缶ボディを成形し、塗装焼付け後に、比較的高価な蓋部材の材料の使用量を削減するために縮径するネック加工を行う。ここで使用するアルミニウム基合金板には、製缶後の十分な強度と多段深絞りやしごきに耐える成形性が共に要求される。
【０００３】
また、飲料用アルミニウム缶は、缶ボディ（缶胴）と缶エンド（缶蓋）の２ピースから構成されており、ボディ用材料としては深絞りが可能なＡｌ-Ｍｎ系の、例えば、米国アルミニウム協会標準（Ａ．Ａ．）３００４合金（Ｓｉ：０.３％以下、Ｆｅ：０.７％以下、Ｃｕ：０.２５％以下、Ｍｎ：１.０〜１.５％、Ｍｇ：０.８〜１.３％、Ｚｎ：０.２５％以下、残部Ａｌ）等が広く用いられている。 この合金から深絞り用アルミニウム合金板を製造するには、先ずこのアルミニウム合金の鋳塊を熱間圧延し、次に冷間圧延して適度な板厚の板材とし、この冷間圧延後の板材に中間焼鈍を施し、さらに要求される強度に応じて冷間圧延による硬化処理が行われる。
【０００４】
一方、缶エンド用材料として、内圧の高い用途では高強度のＡｌ-Ｍｇ系の５１８２合金（Ｓｉ：０.２％以下、Ｆｅ：０.３５％以下、Ｃｕ：０.１５％以下、Ｍｎ：０.２〜０.５％、Ｍｇ：４.０〜５.０％、Ｚｎ：０.２５％以下、Ｔｉ：０.１％以下、残部Ａｌ）が主として使用されている。
【０００５】
ところで、近年、食品容器等のリサイクルに対する社会的要求が益々高まってきており、使用済み飲料缶を回収し、再利用する割合、即ち、リサイクル率も年々高まってきている。しかし一般に飲料用アルミニウム缶にあっては、上記のようにボディ材とエンド材とが異なる成分系のアルミニウム合金からなるので、使用済みの缶を再溶解し、これからボディ材またはエンド材を製造するには、大幅な添加成分調整を行う必要があり、リサイクルコストの増大を招いていた。
このため、ボディ材とエンド材を同一成分系の合金とする、いわゆるユニアロイ化の試みがなされている。
【０００６】
しかしながら、缶ボディ用の３００４合金は、缶エンド用の５１８２合金に比べて強度が低いので、５１８２合金製の缶エンドと同等の耐圧強度とするためには、３００４合金の板材の厚さを厚くする必要が生じ、３００４合金の圧延性が優れることを考慮しても、合金使用量が増大するために、缶エンドのリサイクル時の製造コストは必ずしも低下しないという問題がある。
また、５１８２合金のエンド材では、成形後に時間が経つと時効軟化により耐圧強度が低下し、必要とされる値を下回るおそれがあった。即ち、５１８２合金はその強度向上のためにＭｇが添加された組成系のものであるが、アルミニウム缶においては１０万個に１個の欠陥があっても好ましくないとの要求がなされているので、Ｍｇが入ったこの種の硬度の高いアルミニウム合金は、再利用することが難しいと考えられている。
【０００７】
そこで本発明者らは、リサイクル性に優れ、５１８２合金に比べて強度的に経時変化の少ない、Ａｌ-Ｍｎ系合金をエンド材として用いることを目的に、強度向上法について種々の検討を行った。
【０００８】
まず、Ａｌ-Ｍｎ系合金の強度を高める方法として、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕなどの添加元素量を高める方法、あるいは最終冷間圧延率を高める方法は周知の方法である。
また、中間焼鈍を高温で行い、Ｍｇ、Ｓｉ、ＣｕをＡｌ素地中に溶体化する方法も広く行われている。この方法によると、冷間圧延時の加工硬化性が増加するだけでなく、時効硬化性が付与され、圧延板やその成形品に焼付け塗装を施す際に、焼鈍軟化を抑制したり、析出硬化を生じさせることが可能である。更に、溶体化処理を施した圧延板を冷間圧延する際に、途中で時効処理を施し、引き続き冷間圧延する際の加工硬化性を著しく増加させる方法が検討されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら本発明者らの研究により、これらの方法で強化したＡｌ-Ｍｎ系合金を用いて缶エンドを製造すると、Ａｌ-Ｍｇ系合金と比較し、ブローアップを生じやすいという問題点が明らかになった。
更に、現在、飲料缶用のエンドにはエンドの中央部に切り起こし用のタブを設けたイージー・オープン・エンドタイプが広く用いられている。そして、このイージー・オープン・エンドタイプには、飲み口形成用タブの切り起こし操作を容易にするために、エンドの切り起こし部分（飲み口を構成する開口部に相当する部分）に沿ってエンド材の厚さの２／３程度の深さの切り込みをプレス加工で形成するスコア加工と称される加工が施されている。このように缶エンドにはタブによる開口部の開放の際の優れた開口性が要求される一方で、缶内圧によって開口部が容易に開口しないように、開口部の高い耐圧性も要求される。
【００１０】
一方、アルミニウム缶の製造においては３００４合金製のアルミニウム合金板からなるボディに飲料を充填後、ボディの開口部に５１８２合金製のエンドを被せてエンド周縁部をボディに巻き締め固定して構成されている。
この構造を図２に示すが、ボディ１の開口部にエンド２が被着され、エンド２の周縁部がボディ１の開口部に巻き締めされて接合されている。また、アルミニウム缶のエンド２の周縁部にはカウンターシンクと称される凹部２ａをアルミニウム缶の内側に形成するための周溝２ｂが形成されている。
【００１１】
この構成のアルミニウム缶に内圧を作用させ、内圧を上昇させると、通常、図３に示すようにカウンターシンク部分より内側のエンド２の一部分２ｄがアルミニウム缶の外側に突き出すバックリングと称される座屈現象を生じるので、通常はこの座屈圧力を耐圧強度としている。
しかしながら、前述の方法で強化したＡｌ-Ｍｎ系合金を用いたエンド２にあっては、エンド２の形状などに不具合がある場合、スコア加工されて切り込みが形成されて開口部になる薄肉部分が、前述のようなエンド２の座屈を発生する前に破損したり、座屈時のエンド２の変形に伴ない、スコア加工された薄肉部分に亀裂を生じるおそれがあった。
【００１２】
このように開口部になる予定の薄肉部分に亀裂を生じたり破損するようであると、図３に示すブローアップを引き起こす圧力よりも低い圧力であっても図４に示すようにエンド２が膨出した段階でエンド２のスコア加工部分に亀裂を生じて内容物の飲料が噴出して周囲に飛散し、二次的な損害が生じるおそれがある。例えば、夏場の直射日光で高温となった自動車内にアルミニウム缶が放置された場合、飲料の熱膨張により缶の内圧が上昇し、缶エンドの開口部に破損、ないしは亀裂を生じると飲料が吹き出すおそれがあり、Ａｌ-Ｍｎ系合金製缶エンドでは一般にＡｌ-Ｍｇ系合金製の缶エンドよりもブローアップし易いとされている。
【００１３】
次に図５にこの種のアルミニウム缶の缶蓋部分の平面構成を示すが、エンド２の中央部にリベット部５が形成され、このリベット部５によってタブ６が取り付けられ、タブ６の先端部６ａの近傍に位置するエンド２の一部にスコア加工による切込部７が形成されている。そして、タブ６を引き起こすことでその先端部６ａでエンド２の切込部を押圧し、切込部７に沿ってエンド２に切り込みを生じさせて飲み口を開けることができるように構成されている。
【００１４】
図５に示す缶蓋構造において、タブ６をエンド２に取り付けるためには、図６に示すエンド２の中央部にプレス加工によって図７に示すように突起２ｅを形成し、この突起２ｅにタブ６を通し、突起２ｅの先端部を図８に示すように潰して広げることでタブ６を固定している。
ここでエンド２にあっては、アルミニウム合金板８の表面と裏面のいずれにも熱可塑性樹脂フィルム９が積層されている。これは、アルミニウム合金板８の内面側が飲料と接するので、Ａｌの溶出を防止するためと、アルミニウム合金板８の外面にも熱可塑性樹脂フィルム９を積層することで、アルミニウム合金板８を成形加工する金型の損耗を防止するためである。
ところが、前記エンド２にあっては、突起２ｅを形成するためのプレス加工によってエンド２を構成するアルミニウム合金板８とともに熱可塑性樹脂フィルム９も加工されるので、熱可塑性樹脂フィルム９とアルミニウム合金板８との密着性が部分的に低下するおそれがあった。特に、突起２ｅを形成する部分とその周囲部分は強加工されることになるので、熱可塑性樹脂フィルム９の密着性が低下するおそれが高いものであった。
熱可塑性樹脂フィルム９とアルミニウム合金板８との密着性が低下すると、タブ６により押圧し、切込部７に切り込みを入れて飲み口を開けた場合に、熱可塑性樹脂フィルム９のちぎれ片が飲み口の周囲に残存するフェザリングと称される現象を引き起こすので、このフェザリングを起こさないこと、即ち、耐フェザリング性に優れていることも要求されるものである。
【００１５】
なお、前述の耐フェザリング性を向上させるために本発明者らが研究を重ねた結果、プレス加工でリベット部５を形成した後のアルミニウム合金板８と熱可塑性樹脂フィルム９との密着性を加熱処理により回復させることが可能であることを知見した。ところが、この熱処理条件を検討してみると、加熱条件によっては熱可塑性樹脂フィルム９に逆にダメージをあたえてしまい、熱可塑性樹脂フィルム９が白化してしまうという課題を知見し、本願発明に到達した。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、缶エンドに求められる十分な耐圧強度を有するとともに、耐ブローアップ性と耐フェザリング性に優れ、更に積層した熱可塑性樹脂フィルムの耐白化性にも優れた飲料缶用アルミニウム合金エンドの提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述のような観点から、耐ブローアップ性に優れた飲料缶エンド用Ａｌ-Ｍｎ系合金を開発すべく研究を行った結果、Ｍｇ,Ｃｕ量を適切な範囲に制御し、熱可塑性樹脂フィルムを積層した積層板の耐力を２７０ＭＰａ以上にすることにより、充分な耐圧強度を得ることができ、更にそのアルミニウム合金をエンドに加工した後に、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満たす条件で加熱処理することにより、ブローアップとフェザリングを抑制し、熱可塑性樹脂フィルムの白化も防止できるという知見に達した。
【００１８】
そこで上記課題を解決するために本発明は、Ｍｎ：０.６〜１.２％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１.５〜３.５％、Ｓｉ：０.２〜０.５％、Ｃｕ：０.１〜０.５％、Ｆｅ：０.３〜０.６％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からアルミニウム合金板を得た後、このアルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層し且つ加熱によって熱可塑性樹脂フィルムを非晶質状態とし、更に、シェル成形加工とスコア加工とタブの取付加工を施してエンドに加工した後、前記熱可塑性樹脂フィルムの融点よりも低い温度で、なお且つ、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５（ただし、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。）の式を満たす条件で加熱処理することを特徴とする。
更に本発明は、先に記載のアルミニウム合金のエンドに熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミニウム合金エンドであって、その耐力を２７０〜３３０ＭＰａの範囲としたことを特徴とする。
また、更に、先に記載の組成のアルミニウム合金の溶湯を鋳造後、鋳塊に熱間圧延と、４０〜７５％の最終冷間圧延を含む冷間圧延と、１０〜２００℃／ｓの加熱速度で４８０℃以上の温度であって、融点から５℃低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／ｓの冷却速度で冷却する中間焼鈍を必要回数施して所望の厚さのアルミニウム合金板を得ることを特徴とする。
本発明は、前記熱可塑性樹脂フィルムの積層時の加熱温度を２４５〜２８０℃とし、熱可塑性樹脂フィルムを非晶質状態とすることを特徴とする。
本発明は、前記加熱処理の条件として、図１に示す如く４０３Ｋ〜４８３Ｋの範囲であって、４０３Ｋ（１３０℃）加熱の場合１７４〜１２８７Ｓの範囲、４２３Ｋ（１５０℃）加熱の場合９８〜７２１Ｓの範囲、４４３Ｋ（１７０℃）加熱の場合５８〜４２８Ｓの範囲、４６３Ｋ（１９０℃）加熱の場合３６〜２６５Ｓの範囲、４８３Ｋ（２１０℃）加熱の場合２３〜１７１Ｓの範囲を含む斜線の範囲内で加熱する条件を選定することを特徴とする。
本発明は上記のいずれかの製造方法により得られた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドに関する。
【００１９】
以下に本発明における合金組成および組織を前述の通りに限定した理由を説明する。
「Ｍｎ」：Ｍｎは、強度を高める効果を有するが、その含有量が１.２％（質量％、以下同じ）を超えるとＡｌ、Ｆｅ、Ｓｉなどと粗大な金属間化合物を形成して靱性を低下させ、スコア加工時に前記金属間化合物を起点とする微細クラックを生じやすくし、ブローアップを生じやすくする。一方においてＭｎは０.６％未満の含有量では所望の強度向上効果が得られない。
「Ｍｇ」：Ｍｇは素地に固溶して強度を高める効果を有するが、その含有量が３.５％を超えると圧延性が著しく低下する上に、合金の融点が低下するため、均質化温度や溶体化処理を行う中間焼鈍温度を高くできなくなる。このため、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉなどの容体化が困難となり、かつ、これらの元素の粗大な金属間化合物の量が増大するため、耐ブローアップ性が低下する。一方、Ｍｇ含有量が１.５％未満では所望の強度向上効果が得られない。
【００２０】
「Ｓｉ」：Ｓｉは微細なＭｇ2Ｓｉ化合物として析出して強度を向上させる作用を奏する。しかし、その含有量が０.５％を超えると完全に溶体化することができず、Ａｌ-Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系、Ｍｇ2Ｓｉなどの粗大な金属間化合物を形成するようになるため、上限は０.５％とした。一方、０.２％未満では、所望の強度向上効果が得られない。
「Ｃｕ」：Ｃｕは素地に固溶するとともにＡｌ-Ｃｕ-Ｍｇ系化合物として析出して強度を向上させる作用を奏するが、０.１％未満では十分な効果が得られず、一方０.５％を超えると耐食性が著しく低下する。
【００２１】
「Ｆｅ」：Ｆｅ含有量において０.６％を超えると、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉなどと粗大な金属間化合物を形成し易く、靱性を低下させ、スコア加工時に微細クラックを生じ易くし、ブローアップを生じ易くする。従って、含有量は少ない方が好ましいが、０.３％未満では地金純度が高くなり、コストアップにつながり、リサイクル性も低下する。即ち、Ｆｅは通常のアルミニウム地金に不純物として微量含まれているので、不純物としてのＦｅ量を０.３％より少なくしたアルミニウム地金は高価になり、この高価な地金を用いることになるのでコストアップにつながる。
「Ｔｉ」：Ｔｉは鋳造組織を微細化するために添加するものであるが、０.００１％未満ではその効果がなく、０.２％を越えると粗大な晶出物が増え、成形性と耐ブローアップ性が低下する。
【００２２】
また、先に記載のアルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミニウム合金板の耐力が２７０〜３３０ＭＰａの範囲が好ましいとしたのは、２７０ＭＰａ未満では耐圧強度が不足し、３３０ＭＰａを越えるとブローアップが起こり易くなるからである。
【００２３】
次に、エンド加工後の加熱条件を上記の通りに限定した理由を説明する。
加熱条件が−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満たさない場合、換言すると、加熱時間が短い場合には、エンドのスコア加工時の歪の開放が不十分なために靱性が低く、ブローアップが起こり易くなるからである。また、リベット部の成形加工で低下したフィルムとアルミニウム合金板との密着性の回復が不十分であり、かつ熱可塑性樹脂フィルムの球晶の生成が不十分なために、フェザリングが生じ易いからである。ここで熱可塑性樹脂フィルムとして好ましくは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエステルフィルムを用いることができる。
【００２４】
一方、加熱条件が−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満たさない、換言すると、加熱時間が長すぎる場合は、強度が低下し、耐圧強度が不足するようになるとともに、熱可塑性樹脂フィルムの球晶が成長し過ぎてフィルムの白化が生じるので好ましくない。なお、熱処理時間が短すぎるとフェザリングが生じやすく、熱処理時間が長すぎるとフェザリングの面では良好であるものの、熱可塑性樹脂フィルムの白化が促進される。
ここで熱可塑性樹脂フィルムは一般に、製造時に各方向に引張力を印加しながら薄く引き伸ばされて製造されているので、各方向に結晶性を有している。よってこの状態の熱可塑性樹脂フィルムを単に加熱したのみでは球晶は生成しない。
【００２５】
ところが、２５０℃程度を融点とする熱可塑性樹脂フィルムでは、熱可塑性樹脂フィルムをアルミニウム合金板に融点前後の温度に加熱しながらラミネートして積層すると熱可塑性樹脂フィルムは非晶質状態となったままアルミニウム合金板に積層されることになる。この積層状態の熱可塑性樹脂フィルムに前述の加熱処理を施すと非晶質状態から球晶が生成して成長するが、前述の加熱処理の処理時間が長すぎると、球晶が大きく成長し過ぎて光の屈折率を変え、熱可塑性樹脂フィルムの透明性を損なわせて熱可塑性樹脂フィルムを白化させてしまう。熱可塑性樹脂フィルムが白化すると飲料缶などの食料用の缶においては外観を著しく損ねるので好ましくない。
【００２６】
本発明において、アルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層した積層体の耐力を２７０〜３３０ＭＰａの範囲としたのは、２７０ＭＰａ未満では耐圧強度が不足し、３３０ＭＰａを超えるとブローアップが起こり易くなるためである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
本発明に係る熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法にあっては、Ｍｎ：０.６〜１.２％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１.５〜３.５％、Ｓｉ：０.２〜０.５％、Ｃｕ：０.１〜０.５％、Ｆｅ：０.３〜０.６％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金板の両面に熱可塑性樹脂フィルムを積層し、プレス加工によりスコア加工を施し、タブを取り付け、エンドに加工した後、全体を−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５（ただし、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。）の式を満たす条件で加熱処理することを特徴とする。
更に前記エンド材に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミニウム合金エンドであって、その耐力が２７０〜３３０ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【００２８】
以上のようなアルミニウム合金板を製造するには、例えば、前記組成のアルミニウム合金溶湯から半連続鋳造で製造された鋳塊に、均質化処理を施し、熱間圧延処理後、更に冷間圧延加工を施して所定の中間焼鈍板厚とする。前記の均質化処理は、粗大な金属間化合物の体積率を低下させるため、５４５℃の以上で融点以下の高温で施すことが好ましい。
均質化処理後に熱間圧延および冷間圧延されたアルミニウム合金板を１０〜２００℃／Ｓの加熱速度で４８０℃以上の温度であって、融点から５℃程度低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持（０秒保持とは目的の温度に到達した時点で直ちに冷却開始すること。）後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／Ｓの冷却速度で冷却する。
【００２９】
この工程において、熱間圧延および冷間圧延されたアルミニウム合金板を１０〜２００℃／Ｓの加熱速度で急速加熱し、再結晶させることで、微細で、かつ等方的な再結晶集合組織が得られる。更に前記工程において、４８０℃以上の温度であって、融点から５℃程度低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／Ｓの冷却速度で冷却することでＭｇ、Ｃｕ、Ｓｉを十分に素地に溶体化することができる。この場合に溶体化が不十分であると、十分な強度が得られない。
【００３０】
先の工程において１００℃以下の温度までアルミニウム合金板を冷却したならば、４０〜７５％の最終冷間圧延を施し、最終板厚として本発明のアルミニウム合金板を得る。ここでの最終冷間圧延率が４０％未満であると、十分な強度のアルミニウム合金板が得られない。
最終板厚の冷間圧延板は、続いて常法によりクロメート処理などの表面処理を施した後、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエステルに代表される透明の熱可塑性樹脂のフィルムと積層する。熱可塑性樹脂フィルムの積層過程では２４５℃〜２８０℃の間に３〜６０秒加熱処理することにより、高い強度が得られる。
【００３１】
以上の製造方法により得られたアルミニウム合金板をエンドに加工した後、所定の加熱処理を施す。なお、加熱処理を行う前に、図６から図８を基に先に説明した如くエンド２に突起２ｅを形成して図５に示す切込部７をスコア加工によって形成し、タブ６を装着し、突起２ｅを潰してタブ６を固定しておくことは勿論である。
この加熱処理の場合、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満足するような加熱条件で行う。この式において、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。
この式の加熱条件の範囲を図１に示す。図１において横軸は絶対温度Ｔ（Ｋ）を示し、縦軸は時間（Ｓ）の常用対数表示を示す。
図１において例えば、４４３Ｋ（１７０℃）で加熱するならば、−７≦ｌｎｔ−４９００／４４３≦−５の関係は、−７≦ｌｎｔ−１１.０６≦−５の関係となり、この場合にｔの範囲は、４.０６≦ｌｎｔ≦６.０６の関係となるので、ｔの範囲は、５８〜４２８となる。
同様に換算すると、３８３Ｋ（１１０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は３２７Ｓ〜２４１６Ｓ、４０３Ｋ（１３０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は１７４Ｓ〜１２８７Ｓ、４２３Ｋ（１５０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は９８Ｓ〜７２１Ｓ、４４３Ｋ（１７０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は５８Ｓ〜４２８Ｓ、４６３Ｋ（１９０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は３６Ｓ〜２６５Ｓ、４８３Ｋ（２１０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は２３Ｓ〜１７１Ｓ、５０３Ｋ（２３０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は１５Ｓ〜１１４Ｓ、５２３Ｋ（２５０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は１１Ｓ〜７９Ｓとなる。このような範囲について４０３Ｋ〜４８３Ｋの範囲を図示したものが図１である。
【００３２】
図１に示す斜線で示す範囲が好ましい加熱温度と時間の関係であるが、この範囲で加熱処理することで好適な範囲の耐圧強度の耐ブローアップ性と耐フェザリング性に優れ、耐白化性に優れたアルミニウム合金エンドを得ることができる。即ち、本発明方法により得られたアルミニウム合金エンドにあっては、ＭｎとＭｇとＳｉとＣｕとＦｅとＴｉを各々適正な含有量とした上に適切な加熱処理が施されたアルミニウム合金エンドであり、特に飲料缶用とした場合に問題となる内圧上昇に起因するブローアップを防止することができる。
よって、本発明に係るアルミニウム合金エンドを用いた飲料缶では、夏場の高温の自動車内に放置して内圧を上昇させた場合など、何らかの原因で飲料缶の内部圧力が異常に上昇しても、微細クラックを起点としてブローアップを生じて内容物を吹き出させてしまうおそれは生じない。
【００３３】
次に、熱処理条件が先の式の範囲に合致する好ましい範囲内であるので、エンドに積層された熱可塑性樹脂フィルムの白化を防止できる。即ち、熱可塑性樹脂フィルムをアルミニウム合金板に積層する場合に強度を確保するためには、熱可塑性樹脂フィルムの積層過程で２４５℃〜２８０℃の間に３〜６０秒加熱処理する必要があるが、この温度範囲で熱可塑性樹脂フィルムを加熱したものに対し、後工程で更に加熱すると熱可塑性樹脂フィルムに球晶が生成する。通常の熱可塑性樹脂フィルムを単に加熱しても球晶は生成されないが、積層時の加熱温度（２４５℃〜２８０℃）で熱可塑性樹脂フィルムが非晶質に変質するので、この非晶質状態の熱可塑性樹脂フィルムに前述の範囲の加熱処理を施すと、非晶質状態から球晶が生じる。
【００３４】
また、本発明方法に用いるアルミニウム合金は、Ｍｇを１.５〜３.５％含有しているものであり、従来のエンド用に用いられていた５０００系合金、例えば、５１８２合金のＭｇ含有量よりは少ないので、３０００系のアルミニウム合金とまぜてリサイクルする場合であっても成分調整は容易に行うことができ、リサイクル性に優れる。
【００３５】
【実施例】
以下の表１に示す組成のアルミニウム合金をＤＣ鋳造にて鋳塊とした。この鋳塊を面削後、５６５℃で８時間の均質化処理を行った。次に、この鋳塊を熱間圧延，冷間圧延して厚さ０.７８ｍｍの板材を得た。更にこの板材を加熱速度１０℃／Ｓで５５０℃になるまで加熱し、５５０℃で２０秒保持後直ちに冷却速度１０℃／Ｓで冷却を開始し、中間焼鈍処理を行った。続いて冷間圧延を施して厚さを０.２３５ｍｍの板材を得た。得られた板材に脱脂処理とクロメート処理（次工程のための下地処理）を施した。
次いでこの板材にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ９μｍの熱可塑性樹脂フィルムを連続的に加圧圧着した。この熱可塑性樹脂フィルムを積層する場合の加熱条件は、加熱速度を１０℃／Ｓとし、２５０℃で２０秒加熱した後、冷却速度を１０℃／Ｓとして冷却する条件とした。
【００３６】
ブローアップ性については、前述の工程を経た板材を直径５７ｍｍの缶エンドに成型し、これを缶ボディと巻き締め、缶ボディの底部を切り取り、加圧装置で缶ボディの内部に内圧を付加していった場合にブローアップしたかどうかで評価した。またここで、本発明に係る加熱処理は、エンドを缶ボディと巻き締め缶ボディの底部を切断した後で以下の表２の条件で行った。加熱処理は本実施例では電気炉で行い、表２に示す所定の温度の電気炉にエンド付きの缶ボディを挿入してからの時間が加熱処理時の時間である。
【００３７】
【００３８】
「表２」
試料Ｎｏ. 加熱条件：ブローアップ：フェザリング：式の値：耐圧（kg／cm2）：白化
１．130℃×3分（403Ｋ×180秒） ：無し：無し：−６.９７：６.４：無し
２．150℃×2分（423Ｋ×120秒） ：無し：無し：−６.７９：６.３：無し
３．170℃×1分（443Ｋ×60秒） ：無し：無し：−６.９７：６.３：無し
４．210℃×0.5分（483Ｋ×30秒）：無し：無し：−６.７４：６.３：無し
５．170℃×5分 （443Ｋ×300秒）：無し：無し：−５.３６：６.３：無し
６．130℃×2分 （403Ｋ×120秒）：発生*：無し：−７.３７*：６.５：無し
７．150℃×1.5分（423Ｋ×90秒）：発生*：無し：−７.０８*：６.４：無し
８．170℃×0.5分（443Ｋ×30秒）：発生*：無し：−７.６６*：６.４：無し
９．170℃×10分（443Ｋ×600秒）：無し：無し：−４.６６*：６.２：発生*
１０．190℃×5分（443Ｋ×300秒） ：無し：無し：−４.８８*：６.２：発生*
１１．加熱なし ：発生*：発生*：−：６.２： 無し
【００３９】
表２に示す結果から明らかなように、本発明方法により得られた試料は、いずれもブローアップすることがなく、フェザリングを生じることがなく、耐圧強度も十分な値を示した。これに対して本発明方法の加熱条件を外して製造したアルミニウム合金エンドは、ブローアップするか、白化した。なお、耐圧強度に関して言えばこの種のエンドにおいて５.５ｋｇ／ｃｍ2を下回ると強度不足と考えられるが先の表２の試料にあってはいずれも好ましい組成系のアルミニウム合金を用いているので優れた耐圧強度を示した。
以上のように耐ブローアップ性、耐フェザリング性と耐白化性の面から本発明組成の合金を用いることが重要であり、本発明組成の合金を用いて本発明の条件で加熱処理するならば、耐ブローアップ性に優れ、耐フェザリング性に優れ、耐白化性に優れるとともに、耐圧強度が十分であり、リサイクル性にも有利な飲料缶用アルミニウム合金エンドを得られることが明らかになった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ＭｎとＭｇとＳｉとＣｕとＦｅとＴｉを適正な含有量とした熱可塑性樹脂フィルム積層型アルミニウム合金エンドの製造方法であり、熱可塑性樹脂フィルムを積層し、シェル成形加工とスコア加工とタブの取付加工を施してエンドに加工後、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式の範囲に合致する適正な時間と温度範囲の加熱処理を施すものであるために、エンドとして好適な耐圧強度を具備するようにすることができ、エンドに対するスコア加工時の微細クラックから亀裂の生成を抑制することができる。
よって、本発明の製造方法で得られたアルミニウム合金エンドを飲料缶に適用した場合、飲料缶を夏場の高温の自動車内に放置して内圧を異常に上昇させた場合など、何らかの原因で飲料缶の内部圧力が異常に上昇しても、微細クラックを起点としてブローアップを生じて内容物を吹き出させてしまうおそれはない。
【００４１】
更に本発明においては、エンドに加工後に前述の式に合致する適正な時間と温度範囲の加熱処理を施すので、アルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層してなるエンドにおいてアルミニウム合金板と熱可塑性樹脂フィルムとの密着性が高い。よって、本発明の飲料缶用エンドにスコア加工によって形成した切込部を破って飲み口を形成しても熱可塑性樹脂フィルムにちぎれ片を生じるというフェザリングを生じることがない。また本発明においては、前述の式に合致する適正な時間と温度範囲の加熱処理を施すので、熱可塑性樹脂フィルムに白化を起こすこともない。
【００４２】
また、本発明方法に用いるアルミニウム合金は、Ｍｇを１.５〜３.５％含有しているものであり、従来のエンド用に用いられていた５０００系合金、例えば、５１８２合金のＭｇ含有量よりは少ないので、３０００系のアルミニウム合金と混合してリサイクルする場合であっても成分調整は容易に行うことができ、リサイクル性に優れる特徴がある。
【００４３】
以上のことから本発明の製造方法によると、耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性のいずれにもに優れ、耐圧強度も十分に高く、リサイクル性にも優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る加熱条件において温度と時間の好ましい処理条件範囲を示す図。
【図２】 一般的なアルミニウム缶のボディとエンドの接合部の一例を示す断面図。
【図３】 一般的なアルミニウム缶においてエンド材の変形によりバックリングを起こした状態を示す断面図。
【図４】 一般的なアルミニウム缶においてエンド材が膨出した状態を示す断面図。
【図５】 一般的なアルミニウム缶の缶蓋部分の平面図。
【図６】 一般的なアルミニウム缶用のエンドの断面図。
【図７】 図６に示すエンドにプレス加工を施して突部を形成した状態を示す断面図。
【図８】 図７に示すエンドにタブを挿入して突部を潰すことでタブを固定した状態を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・（缶）ボディ、２・・・（缶）エンド、２ａ・・・カウンターシンク、２ｂ・・・周溝、２ｄ・・・一部分、２ｅ・・・突部、６・・・タブ、７・・・切込部、８・・・アルミニウム合金板、９・・・熱可塑性樹脂フィルム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料缶用アルミニウム合金エンド（缶蓋）の製造方法に関するものであって、強度、成形性などの各種特性を具備すると同時に、耐ブローアップ性と耐フェザリング性に優れ、積層された熱可塑性樹脂フィルムに白化を起こすことのない飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
缶入り飲料などの需要増大に伴い、最近ではその容器として好適なアルミニウム基合金製のいわゆるＤＩ（Deep drawing & Ironing）缶が大量に生産されるようになっている。このアルミニウム基合金製ＤＩ缶の本体の一般的な製造方法としては、アルミニウム基合金板を多段に深絞り加工し、さらにしごき加工を行って缶ボディを成形し、塗装焼付け後に、比較的高価な蓋部材の材料の使用量を削減するために縮径するネック加工を行う。ここで使用するアルミニウム基合金板には、製缶後の十分な強度と多段深絞りやしごきに耐える成形性が共に要求される。
【０００３】
また、飲料用アルミニウム缶は、缶ボディ（缶胴）と缶エンド（缶蓋）の２ピースから構成されており、ボディ用材料としては深絞りが可能なＡｌ-Ｍｎ系の、例えば、米国アルミニウム協会標準（Ａ．Ａ．）３００４合金（Ｓｉ：０.３％以下、Ｆｅ：０.７％以下、Ｃｕ：０.２５％以下、Ｍｎ：１.０〜１.５％、Ｍｇ：０.８〜１.３％、Ｚｎ：０.２５％以下、残部Ａｌ）等が広く用いられている。 この合金から深絞り用アルミニウム合金板を製造するには、先ずこのアルミニウム合金の鋳塊を熱間圧延し、次に冷間圧延して適度な板厚の板材とし、この冷間圧延後の板材に中間焼鈍を施し、さらに要求される強度に応じて冷間圧延による硬化処理が行われる。
【０００４】
一方、缶エンド用材料として、内圧の高い用途では高強度のＡｌ-Ｍｇ系の５１８２合金（Ｓｉ：０.２％以下、Ｆｅ：０.３５％以下、Ｃｕ：０.１５％以下、Ｍｎ：０.２〜０.５％、Ｍｇ：４.０〜５.０％、Ｚｎ：０.２５％以下、Ｔｉ：０.１％以下、残部Ａｌ）が主として使用されている。
【０００５】
ところで、近年、食品容器等のリサイクルに対する社会的要求が益々高まってきており、使用済み飲料缶を回収し、再利用する割合、即ち、リサイクル率も年々高まってきている。しかし一般に飲料用アルミニウム缶にあっては、上記のようにボディ材とエンド材とが異なる成分系のアルミニウム合金からなるので、使用済みの缶を再溶解し、これからボディ材またはエンド材を製造するには、大幅な添加成分調整を行う必要があり、リサイクルコストの増大を招いていた。
このため、ボディ材とエンド材を同一成分系の合金とする、いわゆるユニアロイ化の試みがなされている。
【０００６】
しかしながら、缶ボディ用の３００４合金は、缶エンド用の５１８２合金に比べて強度が低いので、５１８２合金製の缶エンドと同等の耐圧強度とするためには、３００４合金の板材の厚さを厚くする必要が生じ、３００４合金の圧延性が優れることを考慮しても、合金使用量が増大するために、缶エンドのリサイクル時の製造コストは必ずしも低下しないという問題がある。
また、５１８２合金のエンド材では、成形後に時間が経つと時効軟化により耐圧強度が低下し、必要とされる値を下回るおそれがあった。即ち、５１８２合金はその強度向上のためにＭｇが添加された組成系のものであるが、アルミニウム缶においては１０万個に１個の欠陥があっても好ましくないとの要求がなされているので、Ｍｇが入ったこの種の硬度の高いアルミニウム合金は、再利用することが難しいと考えられている。
【０００７】
そこで本発明者らは、リサイクル性に優れ、５１８２合金に比べて強度的に経時変化の少ない、Ａｌ-Ｍｎ系合金をエンド材として用いることを目的に、強度向上法について種々の検討を行った。
【０００８】
まず、Ａｌ-Ｍｎ系合金の強度を高める方法として、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕなどの添加元素量を高める方法、あるいは最終冷間圧延率を高める方法は周知の方法である。
また、中間焼鈍を高温で行い、Ｍｇ、Ｓｉ、ＣｕをＡｌ素地中に溶体化する方法も広く行われている。この方法によると、冷間圧延時の加工硬化性が増加するだけでなく、時効硬化性が付与され、圧延板やその成形品に焼付け塗装を施す際に、焼鈍軟化を抑制したり、析出硬化を生じさせることが可能である。更に、溶体化処理を施した圧延板を冷間圧延する際に、途中で時効処理を施し、引き続き冷間圧延する際の加工硬化性を著しく増加させる方法が検討されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら本発明者らの研究により、これらの方法で強化したＡｌ-Ｍｎ系合金を用いて缶エンドを製造すると、Ａｌ-Ｍｇ系合金と比較し、ブローアップを生じやすいという問題点が明らかになった。
更に、現在、飲料缶用のエンドにはエンドの中央部に切り起こし用のタブを設けたイージー・オープン・エンドタイプが広く用いられている。そして、このイージー・オープン・エンドタイプには、飲み口形成用タブの切り起こし操作を容易にするために、エンドの切り起こし部分（飲み口を構成する開口部に相当する部分）に沿ってエンド材の厚さの２／３程度の深さの切り込みをプレス加工で形成するスコア加工と称される加工が施されている。このように缶エンドにはタブによる開口部の開放の際の優れた開口性が要求される一方で、缶内圧によって開口部が容易に開口しないように、開口部の高い耐圧性も要求される。
【００１０】
一方、アルミニウム缶の製造においては３００４合金製のアルミニウム合金板からなるボディに飲料を充填後、ボディの開口部に５１８２合金製のエンドを被せてエンド周縁部をボディに巻き締め固定して構成されている。
この構造を図２に示すが、ボディ１の開口部にエンド２が被着され、エンド２の周縁部がボディ１の開口部に巻き締めされて接合されている。また、アルミニウム缶のエンド２の周縁部にはカウンターシンクと称される凹部２ａをアルミニウム缶の内側に形成するための周溝２ｂが形成されている。
【００１１】
この構成のアルミニウム缶に内圧を作用させ、内圧を上昇させると、通常、図３に示すようにカウンターシンク部分より内側のエンド２の一部分２ｄがアルミニウム缶の外側に突き出すバックリングと称される座屈現象を生じるので、通常はこの座屈圧力を耐圧強度としている。
しかしながら、前述の方法で強化したＡｌ-Ｍｎ系合金を用いたエンド２にあっては、エンド２の形状などに不具合がある場合、スコア加工されて切り込みが形成されて開口部になる薄肉部分が、前述のようなエンド２の座屈を発生する前に破損したり、座屈時のエンド２の変形に伴ない、スコア加工された薄肉部分に亀裂を生じるおそれがあった。
【００１２】
このように開口部になる予定の薄肉部分に亀裂を生じたり破損するようであると、図３に示すブローアップを引き起こす圧力よりも低い圧力であっても図４に示すようにエンド２が膨出した段階でエンド２のスコア加工部分に亀裂を生じて内容物の飲料が噴出して周囲に飛散し、二次的な損害が生じるおそれがある。例えば、夏場の直射日光で高温となった自動車内にアルミニウム缶が放置された場合、飲料の熱膨張により缶の内圧が上昇し、缶エンドの開口部に破損、ないしは亀裂を生じると飲料が吹き出すおそれがあり、Ａｌ-Ｍｎ系合金製缶エンドでは一般にＡｌ-Ｍｇ系合金製の缶エンドよりもブローアップし易いとされている。
【００１３】
次に図５にこの種のアルミニウム缶の缶蓋部分の平面構成を示すが、エンド２の中央部にリベット部５が形成され、このリベット部５によってタブ６が取り付けられ、タブ６の先端部６ａの近傍に位置するエンド２の一部にスコア加工による切込部７が形成されている。そして、タブ６を引き起こすことでその先端部６ａでエンド２の切込部を押圧し、切込部７に沿ってエンド２に切り込みを生じさせて飲み口を開けることができるように構成されている。
【００１４】
図５に示す缶蓋構造において、タブ６をエンド２に取り付けるためには、図６に示すエンド２の中央部にプレス加工によって図７に示すように突起２ｅを形成し、この突起２ｅにタブ６を通し、突起２ｅの先端部を図８に示すように潰して広げることでタブ６を固定している。
ここでエンド２にあっては、アルミニウム合金板８の表面と裏面のいずれにも熱可塑性樹脂フィルム９が積層されている。これは、アルミニウム合金板８の内面側が飲料と接するので、Ａｌの溶出を防止するためと、アルミニウム合金板８の外面にも熱可塑性樹脂フィルム９を積層することで、アルミニウム合金板８を成形加工する金型の損耗を防止するためである。
ところが、前記エンド２にあっては、突起２ｅを形成するためのプレス加工によってエンド２を構成するアルミニウム合金板８とともに熱可塑性樹脂フィルム９も加工されるので、熱可塑性樹脂フィルム９とアルミニウム合金板８との密着性が部分的に低下するおそれがあった。特に、突起２ｅを形成する部分とその周囲部分は強加工されることになるので、熱可塑性樹脂フィルム９の密着性が低下するおそれが高いものであった。
熱可塑性樹脂フィルム９とアルミニウム合金板８との密着性が低下すると、タブ６により押圧し、切込部７に切り込みを入れて飲み口を開けた場合に、熱可塑性樹脂フィルム９のちぎれ片が飲み口の周囲に残存するフェザリングと称される現象を引き起こすので、このフェザリングを起こさないこと、即ち、耐フェザリング性に優れていることも要求されるものである。
【００１５】
なお、前述の耐フェザリング性を向上させるために本発明者らが研究を重ねた結果、プレス加工でリベット部５を形成した後のアルミニウム合金板８と熱可塑性樹脂フィルム９との密着性を加熱処理により回復させることが可能であることを知見した。ところが、この熱処理条件を検討してみると、加熱条件によっては熱可塑性樹脂フィルム９に逆にダメージをあたえてしまい、熱可塑性樹脂フィルム９が白化してしまうという課題を知見し、本願発明に到達した。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、缶エンドに求められる十分な耐圧強度を有するとともに、耐ブローアップ性と耐フェザリング性に優れ、更に積層した熱可塑性樹脂フィルムの耐白化性にも優れた飲料缶用アルミニウム合金エンドの提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述のような観点から、耐ブローアップ性に優れた飲料缶エンド用Ａｌ-Ｍｎ系合金を開発すべく研究を行った結果、Ｍｇ,Ｃｕ量を適切な範囲に制御し、熱可塑性樹脂フィルムを積層した積層板の耐力を２７０ＭＰａ以上にすることにより、充分な耐圧強度を得ることができ、更にそのアルミニウム合金をエンドに加工した後に、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満たす条件で加熱処理することにより、ブローアップとフェザリングを抑制し、熱可塑性樹脂フィルムの白化も防止できるという知見に達した。
【００１８】
そこで上記課題を解決するために本発明は、Ｍｎ：０.６〜１.２％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１.５〜３.５％、Ｓｉ：０.２〜０.５％、Ｃｕ：０.１〜０.５％、Ｆｅ：０.３〜０.６％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からアルミニウム合金板を得た後、このアルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層し且つ加熱によって熱可塑性樹脂フィルムを非晶質状態とし、更に、シェル成形加工とスコア加工とタブの取付加工を施してエンドに加工した後、前記熱可塑性樹脂フィルムの融点よりも低い温度で、なお且つ、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５（ただし、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。）の式を満たす条件で加熱処理することを特徴とする。
更に本発明は、先に記載のアルミニウム合金のエンドに熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミニウム合金エンドであって、その耐力を２７０〜３３０ＭＰａの範囲としたことを特徴とする。
また、更に、先に記載の組成のアルミニウム合金の溶湯を鋳造後、鋳塊に熱間圧延と、４０〜７５％の最終冷間圧延を含む冷間圧延と、１０〜２００℃／ｓの加熱速度で４８０℃以上の温度であって、融点から５℃低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／ｓの冷却速度で冷却する中間焼鈍を必要回数施して所望の厚さのアルミニウム合金板を得ることを特徴とする。
本発明は、前記熱可塑性樹脂フィルムの積層時の加熱温度を２４５〜２８０℃とし、熱可塑性樹脂フィルムを非晶質状態とすることを特徴とする。
本発明は、前記加熱処理の条件として、図１に示す如く４０３Ｋ〜４８３Ｋの範囲であって、４０３Ｋ（１３０℃）加熱の場合１７４〜１２８７Ｓの範囲、４２３Ｋ（１５０℃）加熱の場合９８〜７２１Ｓの範囲、４４３Ｋ（１７０℃）加熱の場合５８〜４２８Ｓの範囲、４６３Ｋ（１９０℃）加熱の場合３６〜２６５Ｓの範囲、４８３Ｋ（２１０℃）加熱の場合２３〜１７１Ｓの範囲を含む斜線の範囲内で加熱する条件を選定することを特徴とする。
本発明は上記のいずれかの製造方法により得られた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドに関する。
【００１９】
以下に本発明における合金組成および組織を前述の通りに限定した理由を説明する。
「Ｍｎ」：Ｍｎは、強度を高める効果を有するが、その含有量が１.２％（質量％、以下同じ）を超えるとＡｌ、Ｆｅ、Ｓｉなどと粗大な金属間化合物を形成して靱性を低下させ、スコア加工時に前記金属間化合物を起点とする微細クラックを生じやすくし、ブローアップを生じやすくする。一方においてＭｎは０.６％未満の含有量では所望の強度向上効果が得られない。
「Ｍｇ」：Ｍｇは素地に固溶して強度を高める効果を有するが、その含有量が３.５％を超えると圧延性が著しく低下する上に、合金の融点が低下するため、均質化温度や溶体化処理を行う中間焼鈍温度を高くできなくなる。このため、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉなどの容体化が困難となり、かつ、これらの元素の粗大な金属間化合物の量が増大するため、耐ブローアップ性が低下する。一方、Ｍｇ含有量が１.５％未満では所望の強度向上効果が得られない。
【００２０】
「Ｓｉ」：Ｓｉは微細なＭｇ2Ｓｉ化合物として析出して強度を向上させる作用を奏する。しかし、その含有量が０.５％を超えると完全に溶体化することができず、Ａｌ-Ｆｅ-Ｍｎ-Ｓｉ系、Ｍｇ2Ｓｉなどの粗大な金属間化合物を形成するようになるため、上限は０.５％とした。一方、０.２％未満では、所望の強度向上効果が得られない。
「Ｃｕ」：Ｃｕは素地に固溶するとともにＡｌ-Ｃｕ-Ｍｇ系化合物として析出して強度を向上させる作用を奏するが、０.１％未満では十分な効果が得られず、一方０.５％を超えると耐食性が著しく低下する。
【００２１】
「Ｆｅ」：Ｆｅ含有量において０.６％を超えると、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉなどと粗大な金属間化合物を形成し易く、靱性を低下させ、スコア加工時に微細クラックを生じ易くし、ブローアップを生じ易くする。従って、含有量は少ない方が好ましいが、０.３％未満では地金純度が高くなり、コストアップにつながり、リサイクル性も低下する。即ち、Ｆｅは通常のアルミニウム地金に不純物として微量含まれているので、不純物としてのＦｅ量を０.３％より少なくしたアルミニウム地金は高価になり、この高価な地金を用いることになるのでコストアップにつながる。
「Ｔｉ」：Ｔｉは鋳造組織を微細化するために添加するものであるが、０.００１％未満ではその効果がなく、０.２％を越えると粗大な晶出物が増え、成形性と耐ブローアップ性が低下する。
【００２２】
また、先に記載のアルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミニウム合金板の耐力が２７０〜３３０ＭＰａの範囲が好ましいとしたのは、２７０ＭＰａ未満では耐圧強度が不足し、３３０ＭＰａを越えるとブローアップが起こり易くなるからである。
【００２３】
次に、エンド加工後の加熱条件を上記の通りに限定した理由を説明する。
加熱条件が−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満たさない場合、換言すると、加熱時間が短い場合には、エンドのスコア加工時の歪の開放が不十分なために靱性が低く、ブローアップが起こり易くなるからである。また、リベット部の成形加工で低下したフィルムとアルミニウム合金板との密着性の回復が不十分であり、かつ熱可塑性樹脂フィルムの球晶の生成が不十分なために、フェザリングが生じ易いからである。ここで熱可塑性樹脂フィルムとして好ましくは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエステルフィルムを用いることができる。
【００２４】
一方、加熱条件が−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満たさない、換言すると、加熱時間が長すぎる場合は、強度が低下し、耐圧強度が不足するようになるとともに、熱可塑性樹脂フィルムの球晶が成長し過ぎてフィルムの白化が生じるので好ましくない。なお、熱処理時間が短すぎるとフェザリングが生じやすく、熱処理時間が長すぎるとフェザリングの面では良好であるものの、熱可塑性樹脂フィルムの白化が促進される。
ここで熱可塑性樹脂フィルムは一般に、製造時に各方向に引張力を印加しながら薄く引き伸ばされて製造されているので、各方向に結晶性を有している。よってこの状態の熱可塑性樹脂フィルムを単に加熱したのみでは球晶は生成しない。
【００２５】
ところが、２５０℃程度を融点とする熱可塑性樹脂フィルムでは、熱可塑性樹脂フィルムをアルミニウム合金板に融点前後の温度に加熱しながらラミネートして積層すると熱可塑性樹脂フィルムは非晶質状態となったままアルミニウム合金板に積層されることになる。この積層状態の熱可塑性樹脂フィルムに前述の加熱処理を施すと非晶質状態から球晶が生成して成長するが、前述の加熱処理の処理時間が長すぎると、球晶が大きく成長し過ぎて光の屈折率を変え、熱可塑性樹脂フィルムの透明性を損なわせて熱可塑性樹脂フィルムを白化させてしまう。熱可塑性樹脂フィルムが白化すると飲料缶などの食料用の缶においては外観を著しく損ねるので好ましくない。
【００２６】
本発明において、アルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層した積層体の耐力を２７０〜３３０ＭＰａの範囲としたのは、２７０ＭＰａ未満では耐圧強度が不足し、３３０ＭＰａを超えるとブローアップが起こり易くなるためである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
本発明に係る熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法にあっては、Ｍｎ：０.６〜１.２％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１.５〜３.５％、Ｓｉ：０.２〜０.５％、Ｃｕ：０.１〜０.５％、Ｆｅ：０.３〜０.６％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金板の両面に熱可塑性樹脂フィルムを積層し、プレス加工によりスコア加工を施し、タブを取り付け、エンドに加工した後、全体を−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５（ただし、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。）の式を満たす条件で加熱処理することを特徴とする。
更に前記エンド材に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミニウム合金エンドであって、その耐力が２７０〜３３０ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【００２８】
以上のようなアルミニウム合金板を製造するには、例えば、前記組成のアルミニウム合金溶湯から半連続鋳造で製造された鋳塊に、均質化処理を施し、熱間圧延処理後、更に冷間圧延加工を施して所定の中間焼鈍板厚とする。前記の均質化処理は、粗大な金属間化合物の体積率を低下させるため、５４５℃の以上で融点以下の高温で施すことが好ましい。
均質化処理後に熱間圧延および冷間圧延されたアルミニウム合金板を１０〜２００℃／Ｓの加熱速度で４８０℃以上の温度であって、融点から５℃程度低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持（０秒保持とは目的の温度に到達した時点で直ちに冷却開始すること。）後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／Ｓの冷却速度で冷却する。
【００２９】
この工程において、熱間圧延および冷間圧延されたアルミニウム合金板を１０〜２００℃／Ｓの加熱速度で急速加熱し、再結晶させることで、微細で、かつ等方的な再結晶集合組織が得られる。更に前記工程において、４８０℃以上の温度であって、融点から５℃程度低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／Ｓの冷却速度で冷却することでＭｇ、Ｃｕ、Ｓｉを十分に素地に溶体化することができる。この場合に溶体化が不十分であると、十分な強度が得られない。
【００３０】
先の工程において１００℃以下の温度までアルミニウム合金板を冷却したならば、４０〜７５％の最終冷間圧延を施し、最終板厚として本発明のアルミニウム合金板を得る。ここでの最終冷間圧延率が４０％未満であると、十分な強度のアルミニウム合金板が得られない。
最終板厚の冷間圧延板は、続いて常法によりクロメート処理などの表面処理を施した後、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエステルに代表される透明の熱可塑性樹脂のフィルムと積層する。熱可塑性樹脂フィルムの積層過程では２４５℃〜２８０℃の間に３〜６０秒加熱処理することにより、高い強度が得られる。
【００３１】
以上の製造方法により得られたアルミニウム合金板をエンドに加工した後、所定の加熱処理を施す。なお、加熱処理を行う前に、図６から図８を基に先に説明した如くエンド２に突起２ｅを形成して図５に示す切込部７をスコア加工によって形成し、タブ６を装着し、突起２ｅを潰してタブ６を固定しておくことは勿論である。
この加熱処理の場合、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式を満足するような加熱条件で行う。この式において、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。
この式の加熱条件の範囲を図１に示す。図１において横軸は絶対温度Ｔ（Ｋ）を示し、縦軸は時間（Ｓ）の常用対数表示を示す。
図１において例えば、４４３Ｋ（１７０℃）で加熱するならば、−７≦ｌｎｔ−４９００／４４３≦−５の関係は、−７≦ｌｎｔ−１１.０６≦−５の関係となり、この場合にｔの範囲は、４.０６≦ｌｎｔ≦６.０６の関係となるので、ｔの範囲は、５８〜４２８となる。
同様に換算すると、３８３Ｋ（１１０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は３２７Ｓ〜２４１６Ｓ、４０３Ｋ（１３０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は１７４Ｓ〜１２８７Ｓ、４２３Ｋ（１５０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は９８Ｓ〜７２１Ｓ、４４３Ｋ（１７０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は５８Ｓ〜４２８Ｓ、４６３Ｋ（１９０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は３６Ｓ〜２６５Ｓ、４８３Ｋ（２１０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は２３Ｓ〜１７１Ｓ、５０３Ｋ（２３０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は１５Ｓ〜１１４Ｓ、５２３Ｋ（２５０℃）で加熱するならば、ｔの範囲は１１Ｓ〜７９Ｓとなる。このような範囲について４０３Ｋ〜４８３Ｋの範囲を図示したものが図１である。
【００３２】
図１に示す斜線で示す範囲が好ましい加熱温度と時間の関係であるが、この範囲で加熱処理することで好適な範囲の耐圧強度の耐ブローアップ性と耐フェザリング性に優れ、耐白化性に優れたアルミニウム合金エンドを得ることができる。即ち、本発明方法により得られたアルミニウム合金エンドにあっては、ＭｎとＭｇとＳｉとＣｕとＦｅとＴｉを各々適正な含有量とした上に適切な加熱処理が施されたアルミニウム合金エンドであり、特に飲料缶用とした場合に問題となる内圧上昇に起因するブローアップを防止することができる。
よって、本発明に係るアルミニウム合金エンドを用いた飲料缶では、夏場の高温の自動車内に放置して内圧を上昇させた場合など、何らかの原因で飲料缶の内部圧力が異常に上昇しても、微細クラックを起点としてブローアップを生じて内容物を吹き出させてしまうおそれは生じない。
【００３３】
次に、熱処理条件が先の式の範囲に合致する好ましい範囲内であるので、エンドに積層された熱可塑性樹脂フィルムの白化を防止できる。即ち、熱可塑性樹脂フィルムをアルミニウム合金板に積層する場合に強度を確保するためには、熱可塑性樹脂フィルムの積層過程で２４５℃〜２８０℃の間に３〜６０秒加熱処理する必要があるが、この温度範囲で熱可塑性樹脂フィルムを加熱したものに対し、後工程で更に加熱すると熱可塑性樹脂フィルムに球晶が生成する。通常の熱可塑性樹脂フィルムを単に加熱しても球晶は生成されないが、積層時の加熱温度（２４５℃〜２８０℃）で熱可塑性樹脂フィルムが非晶質に変質するので、この非晶質状態の熱可塑性樹脂フィルムに前述の範囲の加熱処理を施すと、非晶質状態から球晶が生じる。
【００３４】
また、本発明方法に用いるアルミニウム合金は、Ｍｇを１.５〜３.５％含有しているものであり、従来のエンド用に用いられていた５０００系合金、例えば、５１８２合金のＭｇ含有量よりは少ないので、３０００系のアルミニウム合金とまぜてリサイクルする場合であっても成分調整は容易に行うことができ、リサイクル性に優れる。
【００３５】
【実施例】
以下の表１に示す組成のアルミニウム合金をＤＣ鋳造にて鋳塊とした。この鋳塊を面削後、５６５℃で８時間の均質化処理を行った。次に、この鋳塊を熱間圧延，冷間圧延して厚さ０.７８ｍｍの板材を得た。更にこの板材を加熱速度１０℃／Ｓで５５０℃になるまで加熱し、５５０℃で２０秒保持後直ちに冷却速度１０℃／Ｓで冷却を開始し、中間焼鈍処理を行った。続いて冷間圧延を施して厚さを０.２３５ｍｍの板材を得た。得られた板材に脱脂処理とクロメート処理（次工程のための下地処理）を施した。
次いでこの板材にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる厚さ９μｍの熱可塑性樹脂フィルムを連続的に加圧圧着した。この熱可塑性樹脂フィルムを積層する場合の加熱条件は、加熱速度を１０℃／Ｓとし、２５０℃で２０秒加熱した後、冷却速度を１０℃／Ｓとして冷却する条件とした。
【００３６】
ブローアップ性については、前述の工程を経た板材を直径５７ｍｍの缶エンドに成型し、これを缶ボディと巻き締め、缶ボディの底部を切り取り、加圧装置で缶ボディの内部に内圧を付加していった場合にブローアップしたかどうかで評価した。またここで、本発明に係る加熱処理は、エンドを缶ボディと巻き締め缶ボディの底部を切断した後で以下の表２の条件で行った。加熱処理は本実施例では電気炉で行い、表２に示す所定の温度の電気炉にエンド付きの缶ボディを挿入してからの時間が加熱処理時の時間である。
【００３７】
「表２」
試料Ｎｏ. 加熱条件：ブローアップ：フェザリング：式の値：耐圧（kg／cm2）：白化
１．130℃×3分（403Ｋ×180秒） ：無し：無し：−６.９７：６.４：無し
２．150℃×2分（423Ｋ×120秒） ：無し：無し：−６.７９：６.３：無し
３．170℃×1分（443Ｋ×60秒） ：無し：無し：−６.９７：６.３：無し
４．210℃×0.5分（483Ｋ×30秒）：無し：無し：−６.７４：６.３：無し
５．170℃×5分 （443Ｋ×300秒）：無し：無し：−５.３６：６.３：無し
６．130℃×2分 （403Ｋ×120秒）：発生*：無し：−７.３７*：６.５：無し
７．150℃×1.5分（423Ｋ×90秒）：発生*：無し：−７.０８*：６.４：無し
８．170℃×0.5分（443Ｋ×30秒）：発生*：無し：−７.６６*：６.４：無し
９．170℃×10分（443Ｋ×600秒）：無し：無し：−４.６６*：６.２：発生*
１０．190℃×5分（443Ｋ×300秒） ：無し：無し：−４.８８*：６.２：発生*
１１．加熱なし ：発生*：発生*：−：６.２： 無し
【００３９】
表２に示す結果から明らかなように、本発明方法により得られた試料は、いずれもブローアップすることがなく、フェザリングを生じることがなく、耐圧強度も十分な値を示した。これに対して本発明方法の加熱条件を外して製造したアルミニウム合金エンドは、ブローアップするか、白化した。なお、耐圧強度に関して言えばこの種のエンドにおいて５.５ｋｇ／ｃｍ2を下回ると強度不足と考えられるが先の表２の試料にあってはいずれも好ましい組成系のアルミニウム合金を用いているので優れた耐圧強度を示した。
以上のように耐ブローアップ性、耐フェザリング性と耐白化性の面から本発明組成の合金を用いることが重要であり、本発明組成の合金を用いて本発明の条件で加熱処理するならば、耐ブローアップ性に優れ、耐フェザリング性に優れ、耐白化性に優れるとともに、耐圧強度が十分であり、リサイクル性にも有利な飲料缶用アルミニウム合金エンドを得られることが明らかになった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ＭｎとＭｇとＳｉとＣｕとＦｅとＴｉを適正な含有量とした熱可塑性樹脂フィルム積層型アルミニウム合金エンドの製造方法であり、熱可塑性樹脂フィルムを積層し、シェル成形加工とスコア加工とタブの取付加工を施してエンドに加工後、−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５の式の範囲に合致する適正な時間と温度範囲の加熱処理を施すものであるために、エンドとして好適な耐圧強度を具備するようにすることができ、エンドに対するスコア加工時の微細クラックから亀裂の生成を抑制することができる。
よって、本発明の製造方法で得られたアルミニウム合金エンドを飲料缶に適用した場合、飲料缶を夏場の高温の自動車内に放置して内圧を異常に上昇させた場合など、何らかの原因で飲料缶の内部圧力が異常に上昇しても、微細クラックを起点としてブローアップを生じて内容物を吹き出させてしまうおそれはない。
【００４１】
更に本発明においては、エンドに加工後に前述の式に合致する適正な時間と温度範囲の加熱処理を施すので、アルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層してなるエンドにおいてアルミニウム合金板と熱可塑性樹脂フィルムとの密着性が高い。よって、本発明の飲料缶用エンドにスコア加工によって形成した切込部を破って飲み口を形成しても熱可塑性樹脂フィルムにちぎれ片を生じるというフェザリングを生じることがない。また本発明においては、前述の式に合致する適正な時間と温度範囲の加熱処理を施すので、熱可塑性樹脂フィルムに白化を起こすこともない。
【００４２】
また、本発明方法に用いるアルミニウム合金は、Ｍｇを１.５〜３.５％含有しているものであり、従来のエンド用に用いられていた５０００系合金、例えば、５１８２合金のＭｇ含有量よりは少ないので、３０００系のアルミニウム合金と混合してリサイクルする場合であっても成分調整は容易に行うことができ、リサイクル性に優れる特徴がある。
【００４３】
以上のことから本発明の製造方法によると、耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性のいずれにもに優れ、耐圧強度も十分に高く、リサイクル性にも優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る加熱条件において温度と時間の好ましい処理条件範囲を示す図。
【図２】 一般的なアルミニウム缶のボディとエンドの接合部の一例を示す断面図。
【図３】 一般的なアルミニウム缶においてエンド材の変形によりバックリングを起こした状態を示す断面図。
【図４】 一般的なアルミニウム缶においてエンド材が膨出した状態を示す断面図。
【図５】 一般的なアルミニウム缶の缶蓋部分の平面図。
【図６】 一般的なアルミニウム缶用のエンドの断面図。
【図７】 図６に示すエンドにプレス加工を施して突部を形成した状態を示す断面図。
【図８】 図７に示すエンドにタブを挿入して突部を潰すことでタブを固定した状態を示す断面図。
【符号の説明】
１・・・（缶）ボディ、２・・・（缶）エンド、２ａ・・・カウンターシンク、２ｂ・・・周溝、２ｄ・・・一部分、２ｅ・・・突部、６・・・タブ、７・・・切込部、８・・・アルミニウム合金板、９・・・熱可塑性樹脂フィルム。
Claims (5)
- Ｍｎ：０.６〜１.２％（質量％以下同じ）、Ｍｇ：１.５〜３.５％、Ｓｉ：０.２〜０.５％、Ｃｕ：０.１〜０.５％、Ｆｅ：０.３〜０.６％、Ｔｉ：０.００１〜０.２％を含有し、残部Ａｌと不可避不純物の組成を有するアルミニウム合金からアルミニウム合金板を得た後、このアルミニウム合金板に熱可塑性樹脂フィルムを積層し且つ加熱によって熱可塑性樹脂フィルムを非晶質状態とし、更に、シェル成形加工とスコア加工とタブの取付加工を施してエンドに加工した後、前記熱可塑性樹脂フィルムの融点よりも低い温度で、なお且つ、
−７≦ｌｎｔ−４９００／Ｔ≦−５
（ただし、ｔは加熱時間（秒）、Ｔは加熱絶対温度（Ｋ）を示す。）の式を満たす条件で加熱処理することを特徴とする耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法。 - 請求項１に記載の熱可塑性樹脂フィルムを積層したエンドの耐力を２７０〜３３０ＭＰａの範囲とすることを特徴とする耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法。
- 請求項１に記載の組成のアルミニウム合金の溶湯を鋳造後、鋳塊に熱間圧延と、４０〜７５％の最終冷間圧延を含む冷間圧延と、１０〜２００℃／ｓの加熱速度で４８０℃以上の温度であって、融点から５℃低い温度まで加熱し、この温度範囲に０〜３０秒保持後、１００℃以下の温度まで１０〜２００℃／ｓの冷却速度で冷却する中間焼鈍を必要回数施して所望の厚さのアルミニウム合金板を得ることを特徴とする請求項１または２に記載の耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂フィルムの積層時の加熱温度を２４５〜２８０℃とし、熱可塑性樹脂フィルムを非晶質状態とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法。
- 前記加熱処理の条件として、図１に示す如く４０３Ｋ〜４８３Ｋの範囲であって、４０３Ｋ（１３０℃）加熱の場合１７４〜１２８７Ｓの範囲、４２３Ｋ（１５０℃）加熱の場合９８〜７２１Ｓの範囲、４４３Ｋ（１７０℃）加熱の場合５８〜４２８Ｓの範囲、４６３Ｋ（１９０℃）加熱の場合３６〜２６５Ｓの範囲、４８３Ｋ（２１０℃）加熱の場合２３〜１７１Ｓの範囲を含む斜線の範囲内で加熱する条件を選定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐ブローアップ性と耐フェザリング性および耐白化性に優れた熱可塑性樹脂フィルム積層型飲料缶用アルミニウム合金エンドの製造方法。
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