(57)【要約】  【課題】  加工後の突き刺し強度を満たすような強度、延性を有しボトル缶用素材として好適なアルミニウム合金板を得る。  【解決手段】  Ｓｉ０．１〜０．３％、Ｆｅ０．３〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｍｎ０．８〜１．４％、Ｍｇ０．８〜１．８％、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム鋳塊を均質化処理し、熱間圧延および冷間圧延を施したアルミニウム合金板で、その圧延板の空焼き（２１０℃×１０分）後の耐力が２５０〜３００ＭＰａ、且つJIS-Z2247に順ずる張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）にて測定したときに、材料が破断するまでの押し込み冶具のストローク量が３．０ｍｍ以上である。  【選択図】無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶の胴体部材と蓋部材がネジ部により勘合され、リシールが可能となるボトル缶のうち、その胴体部の飲み口部が絞り比３０％以上であるボトル缶に用いられるアルミニウム板であって、Ｓｉ０．１〜０．３％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｆｅ０．３〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｍｎ０．８〜１．４％、Ｍｇ０．８〜１．８％、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム鋳塊を均質化処理し、熱間圧延および冷間圧延を施したアルミニウム合金板で、その圧延板の空焼き（２１０℃×１０分）後の耐力が２５０〜３００ＭＰａ、且つJIS-Z2247に順ずる張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）にて測定したときに、材料が破断するまでの押し込み冶具のストローク量が３．０ｍｍ以上であることを特徴とする突き刺し強度の優れたボトル缶用アルミニウム合金板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリシール可能な缶底部、胴部、飲み口部が一体成形されているボトル形状の飲料缶用のアルミニウム合金板に係り、特に突き刺し強度の優れたボトル形状の飲料缶用のアルミニウム合金板に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の飲料缶は缶蓋と缶胴よりなるいわゆる２ピース缶が主流であったが、近年リシールが可能なボトル型の飲料缶が開発されている。このボトル缶は通常の２ピース缶胴と同様に素板を円形にブランキングし、これを一次絞りカップとした後、再絞り加工、しごき加工により胴体部と底部を有する形状とする。これをトリミングして缶高さをそろえた後開口部を縮径化し、さらにこの部分にねじ部の加工を施してさらに飲み口部にカール加工をほどこす。
この開口部の縮経化は通常の２ピース缶胴に比較し、きわめて高い絞り比で加工されるため、側壁部で座屈が生じやすい。そのため、従来のボトル缶の側壁部の板厚は２ピース缶胴に比べ、厚めに設定されている。しかし、ボトル缶の製造コストを削減するという理由から、ボトル缶を構成するアルミニウム板のゲージダウン（薄肉化）が必要とされている
このようなボトル缶用のアルミニウム板材として下記のような技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２５６３６６号公報
【特許文献２】特開２００３−８２４２９号公報
【特許文献３】特開２００３−３０６７５０号公報
【特許文献４】特開平８−１９９２７３号公報  特許文献１（特開２００２−２５６３６６）および特許文献２（特開２００３−８２４２９）にはネッキング性が優れたボトル缶用アルミニウム板が開示されているが、上記のボトル缶用アルミニウム板のゲージダウンの必要性を考慮し、それに伴う缶体強度減少を補うには、強度、その他特性を制御する必要がある。  また、特許文献３（特開２００３−３０６７５０）にはネッキングした口頸部の強度が高く、カール加工性に優れたボトル型飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法が開示されているが、この場合冷間圧延中に２回の中間焼鈍が必要となりコスト的に不利である。  特許文献４（特開平８−１９９２７３）には、耐突き刺し性が優れた飲料缶に関する内容が開示されているが、対象となる飲料缶が缶蓋と缶胴よりなるいわゆる２ピース缶であり、缶体形状が異なるという理由から、素材であるアルミニウム合金板に要求される性能が異なるものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の対象となるボトル缶体は、一般に深絞り成形、もしくはＤＩ（絞り、しごき）成形により缶胴直線部を加工し、続いて、口絞り成形を行い飲み口の外径が５０ｍｍ以下で、キャップとの勘合のためのねじ切り成形、飲み口部のカール成形を施されている形状を有するものである。
【０００４】
概ボトル缶体には、内容物装填後にその形状を損なわないように、一定値以上の缶体強度が必要となる。例えば、炭酸飲料等を充填した缶のように缶内部に圧力が加わった状態で、缶を落下させる等のトラブルにより外部から衝撃が加わったとき、缶体が破壊しないようにしなければならない。通常、ボトル缶体で最も板厚の薄くなる部位は缶の側壁部（DI成形後に口絞り成形をうけない部分）であり、その缶側壁部が係る衝撃等に対して抗破壊性が小さくなる。上記、缶体の抗破壊性の指標として突き刺し強度を用いるが、突き刺し強度とは、側壁部に針状剛体で荷重を加えたときの、缶に穴が開く等の損傷が生じる荷重値で与えられる。突き刺し強度を左右するのは、缶側壁部の板厚と強度、延性であるが、上記のようにボトル缶のゲージダウンの必要性から、板厚をより薄くしてしまうと、必要な突き刺し強度を満足されない。アルミニウム材料の強度が高い値での設定は、ボトル缶体のような絞り率の高い加工を施すと成形性を阻害する恐れがあるが、加工時の工具形状を工夫する等の措置により回避可能となる。以上の理由から、ボトル缶用途に使用されるアルミニウム材料には、加工後の突き刺し強度を満たすような強度、延性が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは合金組成を特定の範囲内にすることによって上記特性を満たすアルミニウム合金板を得ることが可能であることを見出し、さらに研究を重ねて本発明を完成させるに至った。
【０００６】
すなわち請求項１記載の発明は、缶の胴体部材と蓋部材がネジ部により勘合され、リシールが可能となるボトル缶のうち、その胴体部の飲み口部が絞り比３０％以上であるボトル缶に用いられるアルミニウム板であって、Ｓｉ０．１〜０．３％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｆｅ０．３〜０．８％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｍｎ０．８〜１．４％、Ｍｇ０．８〜１．８％、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム鋳塊を均質化処理し、熱間圧延および冷間圧延を施したアルミニウム合金板で、その圧延板の空焼き（２１０℃×１０分）後の耐力が２５０〜３００ＭＰａ、且つJIS-Z2247に順ずる張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）にて測定したときに、材料が破断するまでの押し込み冶具のストローク量が３．０ｍｍ以上であることを特徴とする突き刺し強度の優れたボトル缶用アルミニウム合金板である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のボトル缶用材は、アルミニウム合金成分の規定により、その強度、延性を十分に確保し要求される突き刺し強度を満足するので、ボトル缶体用板として好適に使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、本発明における、アルミニウム合金の成分を限定した理由について説明する。
【０００９】
Ｓｉは、鋳造時に生じたＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の金属間化合物が、均質化処理を施すことにより、硬度の高いＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物に変態され、ＤＩ加工時に成形性を向上させることができるが、その限定範囲を０．１〜０．３％としたのは、０．１％未満ではその効果が十分得られず、０．３％を越えるとその効果が飽和するし、熱間圧延中途、終了時にＭｇ２Ｓｉの析出が過度に生じるため、熱間圧延終了時の材料の再結晶化が阻害され、材料の延性が低下するためである。
【００１０】
Ｆｅを０．３〜０．８％としたのは、０．３％未満では、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物の絶対量が少なすぎるため、前述のDI成形性向上の効果が得られず、０．８％を越えると、鋳造もしくは均質化処理時にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の巨大な晶出物が発生しやすくなり、その部位が外部から負荷が加わった際に局部的な応力集中箇所となり、突き刺し強度を損ねてしまうためである。
【００１１】
Ｃｕは合金の強度向上に寄与し、結晶粒を微細化させる元素であるが、その限定範囲を０．１〜０．３％としたのは、０．１％未満では、缶体に必要な強度が得られず、０．３％を越えると、強度上昇が過剰となってしまいしごき及び口絞り成形性を阻害するためである。
【００１２】
ＭｎもＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物の適度な分散により強度付与およびDI加工性を向上させるために添加するものであるが、その限定範囲を０．８〜１．４％としたのは、０．８％未満では所望の効果が得られず、１．４％を越えると、Ａｌ―Ｍｎ系及び又はＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系等の巨大な晶出物が形成し、各種成形性を低下させるためである。
【００１３】
Ｍｇはアルミニウム材料中に単独に固溶して、強度を上げるために添加するものであり、その限定範囲を０．８〜１．８％としたのは、０．８０％未満ではその効果が十分に得られず必要な強度を得られない。１．８％を越えるとその効果が過剰となり、DI成形性および口絞り成形性が劣ってしまうためである。
【００１４】
つぎに本発明における、アルミニウム合金板の製造方法について説明する。
上記の成分を有するアルミニウム合金を常法により、０．３〜０．５ｍｍの厚さに圧延する。
【００１５】
本願発明の空焼き（２１０℃×１０分）後の耐力が２５０〜３００ＭＰａで、空焼き後のアルミニウム板をJIS-Z2247に順ずる張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）にて測定したときに、そのパンチストローク値が３．０ｍｍ以上となるようなアルミニウム板を得るには、この時、下記のような製法に従うことが好ましい。
【００１６】
すなわち、鋳造で作成したアルミニウム合金鋳塊を均質化処理によりＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物を適度な大きさ、密度で分布させる。材料の強度付与には、比較的大きな晶出物を密に分布させた方がよい。
【００１７】
均質化されたアルミニウム合金鋳塊を熱間粗圧延、熱間仕上圧延するが、その際には、比較的大きな変形歪を付与し、圧延後の材料温度を高温に保つことにより材料の再結晶化を促進した方が良い。材料の延性、強度付与には、微細な結晶状態にする必要があるためである。
【００１８】
熱延後に再結晶したアルミニウム板を冷間圧延するが、必要強度を得るには、最終板厚までの冷間圧延率を比較的高くした方がよい。
【００１９】
次に、ボトル缶用アルミニウム合金圧延板の空焼き（２１０℃×１０分）後の耐力が２５０〜３００ＭＰａで、空焼き後のアルミニウム板をJIS-Z2247に順ずる張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）にて測定したときに、そのパンチストローク値が３．０ｍｍ以上と限定した理由について述べる。
【００２０】
空焼き後の耐力とは、アルミニウム合金圧延板を２１０℃×１０分に加熱保持した後、概圧延板が０．２％のひずみを生じるのに必要な応力である。空焼き後の耐力が２５０ＭＰａ未満では、ボトル缶体に必要な缶体強度である突き刺し強度が十分に得られないためであり、空焼き後の耐力が３００ＭＰａを超える範囲では、係るボトル缶体を形成するのに必要な、深絞り成形、もしくはＤＩ（絞り、しごき）成形、口絞り成形、ねじ切り成形、カール成形の際に、良好な成形性を得られないためである。
【００２１】
また、空焼き後のアルミニウム板をJIS-Z2247に順ずる張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）にて測定したときに、その押し込み冶具のストローク値が３．０ｍｍ未満では針等の押し込みによる局部変形が起こった際にその変形を周囲の材料で均等に伝えにくくなり、変形に対する抵抗が減り、突き刺し強度が低下するため、そのためこのストローク量を３．０ｍｍ以上としたのである。
【実施例１】
【００２２】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
表１に示す合金組成のアルミニウム合金を厚さ５００ｍｍの鋳塊に溶解鋳造し、５９０〜６３０℃で６時間の均質化処理を施し、常温まで冷却した鋳塊表面を片側５〜８ｍｍ程度面削した。面削後の鋳塊を４００〜５５０℃まで再加熱し、リバース式熱間粗圧延機を用い、1パス当たり圧延率１０〜３０％で１０〜３０パスの熱間粗圧延を施し、終了板厚２０〜３０ｍｍの熱間粗圧延板とする。続いて、4段タンデム式熱間仕上圧延機を用いて、終了板厚２〜４ｍｍかつ終了温度３３０〜３５０℃になるように、熱間仕上圧延を行った。熱間圧延終了後、圧延率４０〜６０％で、総パス数を３パスで冷間圧延を施し、板厚０．４ｍｍまで最終冷間圧延（トータル圧延率８５〜９０％）を行い、アルミニウム合金板を得た。
【００２３】
このようにして得られたアルミニウム合金板について、空焼き後の耐力、缶の成形性、缶側壁の張り出し性について調査した。
【００２４】
空焼き後の耐力は、アルミニウム圧延板を２１０℃で１０分間保持した後、引張試験機を用い０．２％耐力を測定した。
缶の成形性は、しごき成形性と口絞り成形性を評価した。しごき成形性は、内径の異なるダイスを用いて、連続して１００缶成形できる缶側壁の総しごき率を調べた。総しごき率が７０％を超えて成形可能である材料について「○（良好）」、総しごき率が６０％以上かつ７０％以下で１００缶成形できる材料を「△（やや悪い）」、総しごき率が６０％以上かつ７０％以下で１００缶成形できない材料については「×（不良）」とした。口絞り成形性は、絞り比３０％で口絞りした後の缶に、シワや割れ等の外観不良を生じない材料について「○（良好）」とし、外観不良が生じる材料を「×（不良）」とした。
【００２５】
アルミニウム板の張り出し性は、JIS-Z2247の張り出し成形性を評価する試験方法（Ａ法）に順じ、缶側壁を０度位置（圧延方向に平行な箇所）を中心とするように、一辺９０ｍｍの正方形に切り出した。その正方形のアルミ板の両面にグラファイトグリースを塗り、ダイスと板押さえのクリアランスが、アルミ板のほかに０．０５ｍｍの隙間を設けて、直径２０ｍｍの鋼球を大体０．２ｍｍ／秒の速度で押し込んだときにアルミ板が破断するまでの鋼球のパンチストローク量を測定した。
【００２６】
突き刺し強度の測定方法を以下に記す。測定に使用する試験機は、島津製作所製引張圧縮試験機ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ  ＡＧ−５０００Ｄである。試験機の可動スライドに圧縮力測定用ロードセルを介して、突き刺し冶具を取り付ける。突き刺し冶具の仕様は、材質が工具鋼、先端の形状が半径０．５ｍｍの半球状を有する針状である。固定スライドに、内圧の加わった状態の評価缶を、突き刺し冶具の降下位置が缶の底から高さ５０ｍｍとなる側壁部になるように固定する。缶の内圧の制御は、缶の開放端を冶具により気密を確保し、冶具の一部からコンプレッサにより圧縮空気を供給することにより行い、内圧値２ｋｇ／ｃｍ２とした。可動スライドを速度５ｍｍ／分で降下させ、可動スライドに連結された突き刺し冶具が缶側壁部を貫通されるまでの荷重を突き刺し強度として、記録計に記録した。突き刺し強度が４０Ｎ以上である材料は「○（良好）」、４０Ｎ未満となる材料は「×（不良）」とした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１のように本発明に係るボトル缶用アルミニウム板の必要条件を満たす発明例１〜３にあっては、いずれもボトル缶の成形時に要求されるしごき性、口絞り性の加工成形性が良好となっている。
【００２９】
それに対して、比較例１〜１０においては、添加元素成分の含有量が本発明記載の範囲を逸するために、ボトル缶体に必要な特性が十分ではないという結果となった。すなわち、比較例１はＳｉ含有量が本発明の下限値を下回るため、しごき性が「△（やや不良）」となり、比較例２はＳｉ含有量が本発明の上限値を上回るため、缶側壁の張り出し性が不十分なため突き刺し強度が劣っていた。比較例３はＦｅ含有量が本発明の下限値を下回るため、しごき性が「△（やや不良）」、口絞り性が「×（不良）」となり、比較例４はＦｅ含有量が本発明の上限値を上回るため、しごき性、口絞り性が「×（不良）」となった。比較例５はＣｕ含有量が本発明の下限値を下回るため、缶体強度が所望強度に達しておらず、比較例６はＣｕ含有量が本発明の上限値を上回るため、しごき性が「△（やや不良）」、口絞り性が「×（不良）」、また張り出し性が不足し、パンチストローク量が低い値となった。比較例７、８はＭｎ含有量が本発明の記載範囲を逸するため、しごき性、口絞り性ともに「×（不良）」となった。比較例９はＭｇ含有量が本発明の下限値を下回るため、缶体強度が所望強度に達しておらず、比較例１０はＭｇ含有量が本発明の上限値を上回るため、しごき性が「△（やや不良）」、耳率が「×（不良）」となった。