(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．９０〜１．２０重量％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｏ：３．０〜４．０重量％、Ｍｎ：０．２〜０．８重量％、Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、残り不可避的不純物よりなり、焼入れ後、サブゼロ処理を行い、次いで、焼戻しを２回行って、ロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３となるマルテンサイト系不銹鋼より形成され、シーミンググルーブの表面が、最大粗さ（Ｒmax）が０．４〜０．８μｍで研磨仕上げされたことを特徴とする、ティンフリースチールよりなる缶蓋を缶胴に二重巻締するためのシーミングロール。
【請求項２】
ティンフリースチールよりなる缶蓋を缶胴に二重巻締するためのシーミングロールにおいて、該シーミングロールは、Ｃ：０．９０〜１．２０重量％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｏ：３．０〜４．０重量％、Ｍｎ：０．２〜０．８重量％、Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、残り不可避的不純物よりなり、
ロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３であるマルテンサイト系不銹鋼より形成された母材表面に、
少なくとも巻締時に缶蓋と接触すべき部分の表面が、内面側より、厚み２〜５μｍのＴｉＣ層、厚み１〜２μｍのＴｉＣＮ層、厚み３〜５μｍのＴｉＮ層よりなる、トータル厚み６〜１２μｍの硬質被膜層を被覆した後、
再焼入れ、サブゼロ処理、焼戻しを行った後研磨して、
シーミンググルーブの表面が、最大粗さ（Ｒmax）が０．４〜０．８μｍで仕上げられたことを特徴とするシーミングロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、缶蓋を缶胴に二重巻締するためのシーミングロールに関し、さらに詳しくは寿命の改善されたシーミングロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ジュース缶やコーヒー飲料缶等の缶詰の缶蓋の材料として、表面に金属クローム層を含むティンフリースチール（電解クロム酸処理鋼板）が広く用いられるようになった。この場合シーミングロールに加わる荷重が大きく、かつティンフリースチールの表面に硬い金属クロム層があるので、シーミングロールが摩耗して地肌が荒れ易く、そのため巻締部に傷が付いて錆が発生して商品の価値を低下するという欠陥を生じ易い。缶蓋がアルミニウム合金よりなる場合は、アルミニウム合金がシーミングロールのシーミンググルーブに溶着してビルドアップして、シーミンググルーブの形状が崩れて、比較的短時間でシーミングロールが使用不可能になり易い。
その対策として、特公昭５７−１４２４６号公報には、ロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５６〜５８のマルテンサイト系不銹鋼ＳＵＳ４４０Ｃ（規格：Ｃ：０．９５〜１．２０重量％、Ｃｒ：１６．０〜１８．０重量％、Ｍｏ：０．４〜０．７重量％、Ｍｎ：１．００重量％以下、Ｓｉ：１．００重量％以下、Ｍｎ：１．００重量％以下、Ｐ：０．４重量％以下、Ｓ：０．１０重量％以下）より形成されたシーミングロール、および上記不銹鋼ＳＵＳ４４０ＣにＴｉＣコーテイング処理を施して表面硬化したシーミングロールを用いてティンフリースチールよりなる缶蓋を巻締した結果が記載されているが、この場合のシーミングロールの寿命は満足なものでない。
実開昭５８−８７８６５号公報（明細書を含む）には、缶蓋と接触する外表面側から順に、窒化チタン層、窒化チタンと炭化チタンの混合物層、炭化チタン層の三層によって構成され薄膜によって被覆されたダイス鋼を母材とする巻締ロール、すなわちシーミングロールが提案されている。本発明者の経験によれば、缶蓋がアルミニウム合金よりなる場合は有効であるが、ティンフリースチールよりなる場合は、その寿命は満足なものでない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、寿命が改善されたシーミングロールを提供することを目的とする。
【０００４】
請求項１に係る発明は、ティンフリースチールよりなる缶蓋を缶胴に二重巻締するためのシーミングロールであって、Ｃ：０．９０〜１．２０重量％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｏ：３．０〜４．０重量％、Ｍｎ：０．２〜０．８重量％、Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、残り不可避的不純物よりなり、焼入れ後、サブゼロ処理を行い、次いで、焼戻しを２回行って、ロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３となるマルテンサイト系不銹鋼より形成され、シーミンググルーブの表面が、最大粗さ（Ｒmax）が０．４〜０．８μｍで研磨仕上げされたことを特徴とする。
本明細書においては、溶接缶胴や接着剤接合缶胴等の両端が開放の缶胴を有底缶胴にするために二重巻締される所謂缶底をも缶蓋とよぶことにする。また単にシーミングロールという場合は、一次シーミングロールと二次シーミングロールを含むものとする。Ｃを０．９０〜１．２０重量％、Ｃｒを１２．０〜１５．０重量％、Ｍｏを３．０〜４．０重量％含むマルテンサイト系不銹鋼より形成されている。特にＭｏは焼入性を改善し、焼戻効果が大きい。よって適切な熱処理を行なうことによって、硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３と高く、耐摩耗性と比較的靱性に優れたシーミングロールが得られる。従って請求項１に係わるシーミングロールは、耐食性を要求しない環境での二重巻締、例えば製缶工場で有底缶胴を製造するためにティンフリースチールよりなる缶蓋を二重巻締する場合に長寿命が得られる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、ティンフリースチールよりなる缶蓋を缶胴に二重巻締するためのシーミングロールにおいて、該シーミングロールは、Ｃ：０．９０〜１．２０重量％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｏ：３．０〜４．０重量％、Ｍｎ：０．２〜０．８重量％、Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、残り不可避的不純物よりなり、
ロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３であるマルテンサイト系不銹鋼より形成された母材表面に、
少なくとも巻締時に缶蓋と接触すべき部分の表面が、内面側より、厚み２〜５μｍのＴｉＣ層、厚み１〜２μｍのＴｉＣＮ層、厚み３〜５μｍのＴｉＮ層よりなる、トータル厚み６〜１２μｍの硬質被膜層を被覆した後、
再焼入れ、サブゼロ処理、焼戻しを行った後研磨して、
シーミンググルーブの表面が、最大粗さ（Ｒmax）が０．４〜０．８μｍで仕上げられたことを特徴とする。
少なくとも巻締時に缶蓋と接触すべき部分は、具体的にはシーミンググルーブ３（図１）およびシーミンググルーブ１３（図２）をさす。
【０００６】
ＴｉＣ層は、硬い（マイクロビッカース硬度：３８００〜４０００）が、脆いという性質を有する。ＴｉＮ層は、ＴｉＣ層よりは軟らかいが、マイクロビッカース硬度が１７００〜２４００であって、超硬合金（マイクロビッカース硬度：１５００〜１８００）より硬度が高く、靱性があり、かつ滑り性に富むという利点を有する。ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣ層とＴｉＮ層の中間の性質を有する。
ＴｉＣ層は、段落番号００１４に記載のように、化学蒸着法によって形成されるが、その際鋼基材表面の炭素がＴｉＣ層の下層を形成するので、鋼基材とＴｉＣ層の間に拡散層ができて、ＴｉＣ層は鋼基材に対する密着性が優れている。ＴｉＮ層は、ＴｉＣＮ層を介してＴｉＣ層との密着性に富む。
鋼基材は硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３と高く、二重巻締の際に加わる繰り返し衝撃力（押圧力）によって凹み変形し難い。
【０００７】
従来のＳＵＳ４４０Ｃ（ＨＲｃ５６〜５８）の上にＴｉＣ層のみを形成したシーミングロールの寿命が満足なものでなかった理由は次のように考えられる。ＳＵＳ４４０Ｃは硬度が比較的低いので、二重巻締の際に加わる繰り返し衝撃力によって僅かに凹み変形し易いが、その際比較的厚く（通常５μｍ以上）、かつ脆いＴｉＣ層に、使用後比較的早期に亀裂が生じ、この亀裂が起点となってＴｉＣ層が局部的に剥離して、シーミンググルーブの表面が荒れて、二重巻締部に傷を生じる。
これに対して、請求項２のシーミングロールは、鋼基材の硬度が比較的高いので二重巻締の際に加わる繰り返し衝撃力によって凹み変形し難い。硬質被膜層は３層よりなるので、鋼基材との密着性を保持する範囲内でＴｉＣ層は比較的薄くてもよい。ＴｉＣＮ層とＴｉＮ層は比較的靱性に富む。従って二重巻締の際に加わる繰り返し衝撃力によって、硬質被膜層が亀裂に基づく剥離を生じ難い。
最表面のＴｉＮ層は、ＴｉＣ層よりは硬度が低いが、滑り性に富むので、二重巻締の際に摩耗し難い。よって請求項２のシーミングロールは、寿命が従来のシーミングロールよりも優れている。
さらにＴｉＣ層、ＴｉＣＮ層およびＴｉＮ層は、ジュースやスポーツドリンク等の缶詰内容物に含まれる酸や食塩等に対して耐食性に富んでいる。またアルミニウム合金との押圧下の繰り返し接触によってアルミニウムがビルドアップすることがない。よって請求項２のシーミングロールは、内容物を充填後の二重巻締に適している。またアルミニウム合金よりなる缶蓋の二重巻締に適している。
【０００８】
シーミングロールの硬質被膜層の厚さは、６〜１２μｍであること、より好ましくは８〜１０μｍであることが望ましい。６μｍより薄いと、硬質被膜層の減摩が早くなって、シーミングロールの寿命が短くなるので好ましくない。１２μｍより厚いと、シーミングロールのシーミンググルーブの鋼基材の極く僅かな凹み変形によって、硬質被膜層に亀裂が生じ易くなるので好ましくない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１の１は、一次シーミングロールを示し、２は周面部、３はシーミンググルーブ、４は中央孔部である。中央孔部４には、シャフト（図示されない）や、シーミングロールをシャフトの周りに回転自在にするためのコロ軸受（図示されない）が装着されているので、その内面の形状は複雑であるが、図では円筒形に簡略化した。
図２の１１は、二次シーミングロールを示し、１２は周面部、１３はシーミンググルーブ、１４は中央孔部である。中央孔部１４には、シャフト（図示されない）やコロ軸受（図示されない）が装着されているので、その内面の形状は複雑であるが、図では円筒形に簡略化した。
【００１０】
一次シーミングロール１および二次シーミングロール１１の母材は、Ｃ：０．９０〜１．２０重量％、Ｃｒ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｏ：３．０〜４．０重量％、Ｍｎ：０．２〜０．８重量％、Ｓｉ：０．２〜０．８重量％、残り不可避的不純物よりなり、ロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３であるマルテンサイト系不銹鋼よりなる。
Ｃが０．９０重量％より少ないと、熱処理によってもロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３で、かつ十分な靱性を有する鋼が得られない。Ｃが１．２０重量％より多いと、硬くなり過ぎて脆くなる。
Ｃｒが１２．０重量％より少ないと、表面に安定緻密な酸化クローム被膜の生成が困難になり、耐錆性や耐食性が劣化し、また焼入焼戻硬度も低くなる。Ｍｏを３．０〜４．０重量％を含むため、Ｃｒは１５．０重量％を越えなくても満足な硬度と靱性を得ることができ、１５．０重量％を越えるＣｒを含むことはコストの上昇を招くので好ましくない。
Ｍｏは、鋼の焼入性を改善し、焼戻脆性の防止に特効があり、焼戻硬化が大きい。Ｍｏが３．０重量％より少ないと、上記の効果が顕著でない。４．０重量％越えることは、上記効果の上昇が顕著でなく、寧ろコスト高を招くので好ましくない。
Ｍｎは、脱酸剤として用いられ、またＳの悪影響を除き、焼入性を高める効果がある。０．２重量％より少ないと、上記効果が失われる。０．８重量％より多くすることは、上記効果の上昇が少なく、寧ろコスト高を招くので好ましくない。  Ｓｉも脱酸剤として用いられるが、０．２重量％より少ない場合は、その効果が少ない。０．８重量％を越えると、靱性が乏しくなるので好ましくない。    不可避的不純物としては、ＰおよびＳが主なものであるが、これ等は０．１０重量％以下で、できるだけ少ないことが好ましい。
【００１１】
シーミングロール１および１１の基材は、マルテンサイト系不銹鋼よりなり、その硬度は、ＨＲｃで５９〜６３であるのが好ましく、６０〜６２であるのがより好ましい。ＨＲｃが５９より低いと、耐摩耗性に劣り、硬質被膜層５なしで使用する場合は、寿命が短くなるからである。硬質被膜層５で被覆されている場合は、ＨＲｃが５９より低いと、巻締の際に加わる荷重によってシーミンググルーブ３、１３が僅かに凹み変形して、硬質被膜層５に亀裂が入って、被膜層５が剥離し易くなるからである。ＨＲｃが６３より高いと、二重巻締時に加わる繰り返し衝撃によって破壊し易くなるからである。
【００１２】
硬質被膜層５は図３に示すように、内面側よりＴｉＣ層５ａ、ＴｉＣＮ層５ｂ、ＴｉＮ層５ｃよりなっている。図３では、説明を分かり易くするため各層の境界を明確にしてあるが、実際は境界は模糊としており明確ではない。ＴｉＣ層５ａの厚さは約２〜５μｍ、ＴｉＣＮ層５ｂの厚さは約１〜２μｍ、ＴｉＮ層５ｃの厚さは約３〜５μｍであることが好ましい。
【００１３】
硬質被膜層５を有しない一次シーミングロール１は、例えば次のようにして作製される。母材を図１に示すような周面部２および中央孔部４を有する形状および設計寸法になるように研削、研磨する。少なくともシーミンググルーブ３の表面は、最大粗さ（Ｒｍａｘ）が０．４〜０．８μｍの範囲に入るように仕上げる。Ｒｍａｘが０．８μｍより大きいと、二重巻締の際に接触する缶蓋のシーミングパネル７ａやカール部７ｂの表面を傷つけて、塗膜や表面処理被膜を破って前巻締部９の耐錆性や耐食性を損なうからである。Ｒｍａｘは小さい程好ましいのであるが、０．４μｍより小さくすることは、周面部２が複雑な形状をしているので困難である。
次に１０５０℃から焼入した後、−１２０℃でのサブゼロ処理を行なう。次いで１５０℃ｘ２時間の焼戻を２回行なう。このようにして硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３の、硬質被膜層５を有しない、すなわち裸のシーミングロール１が得られる。
硬質被膜層５を有しない二次シーミングロール１１も、上記と同様にして作製される。この場合も、少なくともシーミンググルーブ１３の表面は、最大粗さ（Ｒｍａｘ）が０．４〜０．８μｍの範囲に入るように仕上げる。
【００１４】
硬質被膜層５を有する一次シーミングロール１は、例えば次のようにして作製される。少なくともシーミンググルーブ３の表面が、最大粗さ（Ｒｍａｘ）が０．４〜０．６μｍの範囲に入るように仕上げられた点、およびサブゼロ処理、焼戻を行なわれない点以外は段落番号００１３に記載された方法と同様にして形成された一次シーミングロール素材に化学蒸着法（ＣＶＤ法）を施して硬質被膜層５を形成する。
化学蒸着法（ＣＶＤ法）は次のようにして行なわれる。すなわち焼入後の一次シーミングロール素材を高温の水素雰囲気中で表面清浄化処理した後、水素、チタンハロゲン化物（例えば四塩化チタン）、炭化水素（例えばメタン）を含む混合ガスの中で９００〜１１００℃の温度で加熱する。この処理によってＴｉＣ層５ａが形成される。所定厚さのＴｉＣ層５ａが形成された後、混合ガスを水素、チタンハロゲン化物（例えば四塩化チタン）および窒素を含むガスに切替えて同様な加熱を行なう。この処理によってＴｉＣ層５ａの上にＴｉＣＮ層５ｂ、さらにその上にＴｉＮ層５ｃが形成される。全体の厚さが所定値になった時点で処理を停止する。硬質被膜層５の表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、被膜形成前の鋼基材の表面粗さ（Ｒｍａｘ）より僅かに（通常約１〜２μｍ）増加する。形成された硬質被膜層５はバフ研磨される。
硬質被膜層５を形成された後、再焼入、サブゼロ処理（例えば−１２０℃での）および焼戻（例えば１５０℃ｘ２時間の焼戻を２回）を施され、少なくともシーミンググルーブ３に形成された硬質被膜層５はバフ研磨される。このようにして母材の硬度（ＨＲｃ）が５９〜６３の、硬質被膜層５を形成された一次シーミングロール１が得られる。
硬質被膜層５を有する二次シーミングロール１１も、一次シーミングロール１と同様の方法で硬質被膜層５を形成される。
【００１５】
一次シーミングロール１および二次シーミングロール１１を用いての二重巻締は次のようにして行なわれる。
缶蓋７の凹部にチャック８を嵌入し、缶胴６のフランジ部６ａに缶蓋７のシーミングパネル７ａが載置された状態で、リフタープレート（図示されない）上に載置された缶胴６をチャック８と共に軸心の周りに高速回転させながら、一次シーミングロール１を半径方向に移動させて缶蓋のカール部７ｂに接近させて、シーミングパネル７ａとカール部７ｂをシーミンググルーブ３の形状にマッチするまで押圧変形させて前巻締部９を形成する（図４）。直ちに二次シーミングロール１１を半径方向に移動させて前巻締部９に接近させ、前巻締部９をシーミンググルーブ１３の形状にマッチするまで押圧変形させて二重巻締部１０を形成する（図５）。この二重巻締の際に、シーミングロール１、１１に、繰り返し衝撃力と摩耗力が作用する。
【００１６】
【実施例】
実施例１：
Ｃ：１．０４重量％、Ｃｒ：１３．９３重量％、Ｍｏ：３．５５量％、Ｍｎ：０．４０重量％、Ｓｉ：０．２８重量％、Ｐ：０．０２９重量％、Ｓ：０．００２重量％、残り不可避的不純物よりなり、１０５０℃からの焼入、−１２０℃でのサブゼロ処理、１５０℃ｘ２時間の２回の焼戻を受けたロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が６１．５であるマルテンサイト系不銹鋼よりなる第１シーミングロール１（シーミンググルーブ３表面ののＲｍａｘは０．８μｍ）および第２シーミングロール１１（シーミンググルーブ１３表面のＲｍａｘは０．８μｍ）を用いて、厚さ０．１９ｍｍのティンフリースチールよりなる両端開放の公称容積３５０ｃ．ｃ．の接着缶胴６の片方の端部に、厚さが０．１９ｍｍで、硬さ（ロックウエル３０Ｔ）が６２〜６８で、外面に厚さ５μｍのエポキシ−フェノール系樹脂被膜を被覆されたティンフリースチールよりなる缶蓋７を、１５００缶／分の速度で二重巻締した。この場合シーミングロール１およびシーミングロール１１の寿命は約８００万缶であった。寿命の評価は、硫酸銅溶液に浸漬して、２重巻締部１０の外側面１０ａに銅の析出が連続して見られるまでの缶数に基づいて行なった。実施例２および比較例１、２、３についても同じである。
【００１７】
比較例１：
比較のため、母材の組成が、Ｃ：１．０６重量％、Ｃｒ：１６．１０重量％、Ｍｏ：０．０１重量％、Ｍｎ：０．５１重量％、Ｓｉ：０．５６重量％、Ｐ：０．０３４重量％、Ｓ：０．００４重量％、残り不可避的不純物よりなり、焼戻温度が２００℃である点を除いては実施例１と同様の条件で熱処理されたロックウエルＣ硬度（ＨＲｃ）が５７．０であるマルテンサイト系不銹鋼よりなる第１シーミングロール１および第２シーミングロール１１を用いた点以外は、実施例１と同様にして二重巻締した。この場合の寿命は約３００万缶であった。
【００１８】
実施例２：
実施例１の第１シーミングロール１および第２シーミングロール１１の各々の周面部２および１２に、厚さ３μｍのＴｉＣ層５ａ、厚さ２μｍのＴｉＣＮ層５ｂおよび厚さ４μｍのＴｉＮ層を形成してなるシーミングロール１、１１を用いた点、および実施例１で作製した有底缶胴にオレンジジュースを充填したものを缶胴６とした点以外は、実施例１と同様にして二重巻締を行なった。この場合の寿命は約１２００万缶であった。
【００１９】
比較例２：
実施例１の第１シーミングロール１および第２シーミングロール１１の各々の周面部２および１２に、厚さ９μｍのＴｉＣ層５ａのみを形成してなるシーミングロール１、１１を用いた点、および実施例１で作製した有底缶胴にオレンジジュースを充填したものを缶胴６とした点以外は、実施例１と同様にして二重巻締を行なった。この場合の寿命は約７００万缶であった。
【００２０】
比較例３：
第１シーミングロール１および第２シーミングロール１１の母材として比較例１の組成および硬度のものを用いた点以外は、実施例２と同様にして二重巻締を行なった。この場合の寿命は約８００万缶であった。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に係わる発明のシーミングロールは、両端が開放された缶胴にティンフリースチールよりなる缶蓋を二重巻締して有底缶胴を形成する場合に、寿命が改善されるという効果を奏する。
請求項２に係わる発明のシーミングロールは、内容物が充填された有底缶胴（シームレス缶を含む）に缶蓋を二重巻締して缶胴を密封する場合に、寿命が改善されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のシーミングロールの中、第１シーミングロールの正面図である。
【図２】図２は、本発明のシーミングロールの中、第２シーミングロールの正面図である。
【図３】図３は、本発明のシーミングロールの、少なくとも巻締時に缶蓋と接触すべき部分の表面の要部縦断面図である。
【図４】図４は、第１シーミングロールによる前巻締が終了した時点の状態を示す要部縦断面図であう。
【図５】図５は、第２シーミングロールによる二重巻締が終了した時点の状態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１        第１シーミングロール（シーミングロール）
３              シーミンググルーブ（少なくとも巻締時に缶蓋と接触すべき部分）
５              硬質被膜層
５ａ      ＴｉＣ層
５ｂ            ＴｉＣＮ層
５ｃ            ＴｉＮ層
６              缶胴
７        缶蓋
９        前巻締部
１０      二重巻締部
１１      第２シーミングロール（シーミングロール）
１３      シーミンググルーブ（少なくとも巻締時に缶蓋と接触すべき部分）
【図１】
0003562693.tif 000002
【図２】
0003562693.tif 000003
【図３】
0003562693.tif 000004
【図４】
0003562693.tif 000005
【図５】
0003562693.tif 000006