(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装・印刷後に、直径２８ｍｍを超える円筒状のカップに成形し、該カップの耳部をトリミングした後、裾部にミシン目を加工し、その後、内容物が充填された飲料容器のネジ部に巻き締めされる広口ボトル缶キャップ用のアルミニウム合金板であって、
Ｍｎ：０．５％（重量％、以下同じ）以上、２．０％以下を含み、さらにＣｕ：０．０１〜０．３０％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％、Ｚｎ：０．０１〜０．２５％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｆｅ：０．０１〜０．７０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％のうち１種または２種以上を含み、Ｍｇ含有量が０．０９％以下であり、残部が不可避的不純物とアルミニウムからなる化学組成を有し、
上記アルミニウム合金板の元板の引張強さが１７５〜２３０ＭＰａ、耐力が１６１〜２１０ＭＰａ、伸びが５％以上であり、
かつ、上記元板に対して、２００℃の温度で１０分間保持する熱処理を施した空焼板の引張強さが１７２〜２３０ＭＰａ、耐力が１５０〜２００ＭＰａ、伸びが５％以上であり、
上記元板の耳率試験に使用する絞りカップの開口部に発生する耳のうち、圧延方向に対し４５°方向の４箇所、及び０°、９０°、１８０°、２７０°方向の４箇所に発生する耳の耳率が２．５％未満であり、かつ圧延方向に対し０°と１８０°方向の２箇所に発生する耳の耳率が２．０％以下であることを特徴とする広口ボトル缶キャップ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、広口ボトル缶用のＰＰ（pilfer  proof）キャップに好適に使用されるＭｎ含有のアルミニウム合金板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＰキャップは、一般に、素材であるアルミニウム合金板に塗装・印刷を施してから、複数の円筒状のカップを同時に成形し、各カップの耳部をトリミングした後、裾部にミシン目を加工するという工程で製造する。こうして成形されたキャップは、飲料容器に内容物を充填後、その容器のネジ部に巻締めされ、市場に出される。
【０００３】
これまで、直径２８ｍｍ以下の小口のＰＰキャップには、主にＡｌ−Ｍｎ系の３１０５合金（特許文献１参照）、あるいはＡｌ−Ｆｅ系の８０１１合金が使われていた（非特許文献１参照）。しかし、直径３８ｍｍ等の広口キャップには、強度不足等の問題からこれらのキャップ材では不十分であった。
【０００４】
また、強度を高くするために、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金を用いる提案として、Ｍｇ：０．８０〜１．５０％とＭｎ：０．８０〜１．３％を主な添加成分としたもの（特許文献２）、Ｍｇ：０．３〜０．５％とＭｎ：０．３〜０．８％を主な添加成分としたもの（特許文献３）が挙げられる。
しかし、いずれも、ＭｇとＭｎのバランスにおいて、直径３８ｍｍ等の広口キャップには、強度が高すぎて開栓しにくかったり（特許文献２）、強度が低すぎて所定の耐圧が得られない（特許文献３）という不具合があった。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１５３５４１号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２１６４号公報
【特許文献３】特開平９−２５５４６号公報
【非特許文献１】住友軽金属技報、vol．23(1982)，P．36．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、広口キャップに適したＭｎ含有のアルミニウム合金板を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、塗装・印刷後に、直径２８ｍｍを超える円筒状のカップに成形し、該カップの耳部をトリミングした後、裾部にミシン目を加工し、その後、内容物が充填された飲料容器のネジ部に巻き締めされる広口ボトル缶キャップ用のアルミニウム合金板であって、
Ｍｎ：０．５％（重量％、以下同じ）以上、２．０％以下を含み、さらにＣｕ：０．０１〜０．３０％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％、Ｚｎ：０．０１〜０．２５％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｆｅ：０．０１〜０．７０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％のうち１種または２種以上を含み、Ｍｇ含有量が０．０９％以下であり、残部が不可避的不純物とアルミニウムからなる化学組成を有し、
上記アルミニウム合金板の元板の引張強さが１７５〜２３０ＭＰａ、耐力が１６１〜２１０ＭＰａ、伸びが５％以上であり、
かつ、上記元板に対して、２００℃の温度で１０分間保持する熱処理を施した空焼板の引張強さが１７２〜２３０ＭＰａ、耐力が１５０〜２００ＭＰａ、伸びが５％以上であり、
上記元板の耳率試験に使用する絞りカップの開口部に発生する耳のうち、圧延方向に対し４５°方向の４箇所、及び０°、９０°、１８０°、２７０°方向の４箇所に発生する耳の耳率が２．５％未満であり、かつ圧延方向に対し０°と１８０°方向の２箇所に発生する耳の耳率が２．０％以下であることを特徴とする広口ボトル缶キャップ用アルミニウム合金板にある（請求項１）。
【０００８】
まず、本発明における化学組成の限定理由について説明する。
Ｍｎは、本発明の必須の成分であり、その含有量を０．５％以上、２．０％以下に限定する。
Ｍｎは、強度および成形性を良好に保つために必須の成分である。また、Ｍｎをこの範囲に限定することによって、例えばＭｎを含有している缶ボディ材３００４合金、３１０４合金をリサイクルして原料に使用することが容易となる。
Ｍｎ含有量が０．５％未満の場合、強度不足となるため、広口ボトル缶キャップ（以下、適宜、単にキャップという。）として所定の耐圧を得ることができない。それ故、Ｍｎ含有量はより好ましくは０．５５％以上がよい。
また、２．０％超えの場合、強度が高すぎて、開栓時に多大な力を要するため、開栓しにくくなってしまう。また、Ｍｎ含有量が多いほどＦｅ等の他の元素と大きな金属間化合物を作りやすくなるので、製造に当たってはＭｎ含有量の上限値を若干下げた方が好ましい。すなわち、Ｍｎ含有量は、より好ましくは１．１％以下がよい。
【０００９】
耳率の発生状態及び強度特性は、Ｍｎの含有量だけではなく、後述するごとくその他の製造条件などによって調整することができる。
また、上記元板とは、本発明のアルミニウム合金板そのもの、すなわち製造したままの状態であり、キャップ製造工程に供給される前の状態の板をいう。そして、上記空焼板とは、この元板に、上記の熱処理を施して、便宜上キャップ製造工程における印刷後の状態をある程度反映させた状態の板をいう。
【００１０】
上記元板の強度は、引張強さが１６０〜２３０ＭＰａ、耐力が１１０〜２１０ＭＰａ、伸びが５％以上の範囲に限定する。そして、上記空焼板の強度は、引張強さが１６０〜２３０ＭＰａ、耐力が１００〜２００ＭＰａ、伸びが５％以上の範囲に限定する。
上記元板の引張強さ、耐力及び伸びが上記範囲にないと、空焼後に目的とする強度を得ることが困難となる。
上記空焼板の引張強さが１６０ＭＰａ未満の場合及び耐力が１００ＭＰａ未満の場合には、成形したキャップにおいて所定の耐圧を得ることができない。一方、空焼板の引張強さが２３０ＭＰａを超える場合及び耐力が２００ＭＰａを超える場合には、成形したキャップの開栓がしにくくなるという問題がある。
上記空焼板の伸びが５％未満の場合には、キャップ成形時に割れなどの成形不良が出やすくなるという問題がある。
【００１１】
より好ましい強度の範囲は、元板の引張強さが１７０〜２１５ＭＰａ、耐力が１３５〜２００ＭＰａ、伸びが５％以上であり、かつ、上記元板に対して、２００℃の温度で１０分間保持する熱処理を施した空焼板の引張強さが１７０〜２１５ＭＰａ、耐力が１２０〜１７５ＭＰａ、伸びが５％以上である。さらに好ましい強度の範囲は、元板の引張強さが１８５〜２１５ＭＰａ、耐力が１４５〜２００ＭＰａ、伸びが５％以上であり、かつ、上記元板に対して、２００℃の温度で１０分間保持する熱処理を施した空焼板の引張強さが１８５〜２１５ＭＰａ、耐力が１３５〜１７５ＭＰａ、伸びが５％以上である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明においては、上記元板の耳率試験に使用する絞りカップの開口部に発生する耳のうち、圧延方向に対し４５°方向の４箇所（４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向の４箇所）、及び０°、９０°、１８０°、２７０°方向の４箇所に発生する耳の耳率が２．５％未満であり、かつ圧延方向に対し０°と１８０°方向の２箇所に発生する耳の耳率が２．０％以下である。
【００１８】
上記４５°方向４箇所の耳の耳率が２．５％以上の場合、成形したキャップの裾部の印刷文字等の曲がりは４５°方向において顕著となり、防止が困難となる。耳率は小さければ小さい程、つまり下限は０％であるのがよいが、金属板の性質上困難である。実際のところ０．５％以上、２．０％未満の耳率であればより好ましい。さらに好ましくは０．５％以上、１．５％以下の耳率が好ましい。
【００１９】
また、０°、９０°、１８０°、２７０°方向の４箇所に発生する耳の耳率が２．５％以上の場合においても、上記４５°方向４箇所における耳率が２．５％以上の場合と同様に、印刷文字等の曲がりが顕著になる。
【００２０】
さらに、圧延方向に対し０°と１８０°方向の２箇所に発生する耳の耳率が２．０％を超えた場合にも、成形したキャップ裾部の印刷文字等の曲がりを防止することが困難となる。Ａｌ−低Ｍｇ系合金の絞り加工の場合、圧延方向に対し特に０°と１８０°方向の耳が発生しやすく、この方向の耳を制御することがポイントとなる。そして、より確実に印刷文字等の曲がりを抑制するには、圧延方向に対し０°と１８０°に発生する耳の耳率を１．５％以下とすることが好ましい。
【００２１】
ここで、上記絞りカップは、上記キャップ用Ａｌ−Ｍｇ系合金板より切り出したブランクを所定の条件で絞り加工して得られるカップ状の試験材である。この絞りカップの開口端において、軸方向に突出した部分を耳、耳と耳との間において最も窪んだ部分を谷という。そして、絞りカップの底から耳先端までの距離を耳高さとし、絞りカップの底から谷先端までを谷高さとする。そして耳率は、次のようにして算出することができる。
【００２２】
＜４５°方向４箇所の耳の耳率＞
４５°耳高さ＝Ａ、１３５°耳高さ＝Ｂ、２２５°耳高さ＝Ｃ、３１５°耳高さ＝Ｄ、
４５°と１３５°の間の最小の谷高さ＝Ｅ、
１３５°と２２５°の間の最小の谷高さ＝Ｆ、
２２５°と３１５°の間の最小の谷高さ＝Ｇ、
３１５°と４５°の間の最小の谷高さ＝Ｈ、
耳部の平均：Ｍ４５＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４、
谷部の平均：Ｖ４５＝（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）／４とすると、
耳率＝〔（Ｍ４５−Ｖ４５）／｛（Ｍ４５＋Ｖ４５）／２｝〕×１００（％）
【００２３】
＜０°、９０°、１８０°、２７０°方向４箇所の耳の耳率＞
０°耳高さ＝Ａ’、９０°耳高さ＝Ｂ’、１８０°耳高さ＝Ｃ’、２７０°耳高さ＝Ｄ’、０°と９０°の間の最小の谷高さ＝Ｅ’、
９０°と１８０°の間の最小の谷高さ＝Ｆ’、
１８０°と２７０°の間の最小の谷高さ＝Ｇ’、
２７０°と０°の間の最小の谷高さ＝Ｈ’、
耳部の平均：Ｍ’＝（Ａ’＋Ｂ’＋Ｃ’＋Ｄ’）／４、
谷部の平均：Ｖ’＝（Ｅ’＋Ｆ’＋Ｇ’＋Ｈ’）／４とすると、
耳率＝〔（Ｍ’−Ｖ’）／｛（Ｍ’＋Ｖ’）／２｝〕×１００（％）
【００２４】
＜０°と１８０°方向２箇所の耳の耳率＞
カップの平均高さ＝Ｐ（開口端の高さを１０００点測定した平均高さ）、
０°耳高さ＝Ｑ、１８０°耳高さ＝Ｒ、
耳部の平均：Ｓ＝（Ｑ＋Ｒ）／２、
耳率＝｛（Ｓ−Ｐ）／Ｐ｝×１００（％）
【００２５】
＜カップ絞り成形条件＞
ダイス径３３．６ｍｍ、ポンチ径３３ｍｍ、ポンチ肩Ｒ１．５ｍｍの金型を用い、供試材ブランク径５５ｍｍとして、絞り比１．６７でカップ絞りを実施。
【００２６】
次に、本発明のアルミニウム合金板は、その化学組成において、さらにＣｕ：０．０１〜０．３０％、Ｃｒ：０．０１〜０．１０％、Ｚｎ：０．０１〜０．２５％、Ｓｉ：０．０１〜０．４０％、Ｆｅ：０．０１〜０．７０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％のうち１種または２種以上を含む。
【００２７】
Ｃｕ：０．０１〜０．３０％；
Ｃｕは、材料強度に影響を及ぼす元素である。０．０１％未満の場合、その効果が得られないばかりでなく、純度の高い地金を使用する必要があり、コストアップとなる。Ｃｕ含有量が０．３０％を超える場合には、圧延時に耳割れしやすくなるという問題がある。
【００２８】
Ｃｒ：０．０１〜０．１０％、Ｚｎ：０．０１〜０．２５％、Ｆｅ：０．０１〜０．７０％；
Ｃｒ、Ｚｎ、Ｆｅは、結晶粒微細化による成形性に影響を及ぼす元素である。それぞれ上記下限未満の場合、その効果が得られないばかりでなく、純度の高い地金を使用する必要があり、コストアップとなる。一方、上記上限を超える場合、結晶粒微細化効果は飽和するため、添加に要するコストアップを考慮すると上記上限とすることが好ましい。
【００２９】
Ｓｉ：０．０１〜０．４０％；
Ｓｉは、ＭｎやＦｅと化合物を形成し、鋳造時にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物等の晶出物を形成する元素である。０．０１％未満の場合、純度の高い地金を使用する必要があり、コストアップとなる。０．４０％を超える場合、前記晶出物が多くなり、キャップ成形性を劣化させる。
【００３０】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％；
Ｔｉは、鋳塊組織微細化による成形性向上に影響を及ぼす元素である。０．００５％未満の場合、その効果が得られない。０．０５％を超えると、未固溶のＡｌ−Ｔｉ系化合物が最終製品の表面欠陥として現れやすくなる。
なお、鋳塊組織微細化剤としてＡｌ−Ｔｉ−Ｂ中間合金を添加する場合は、Ｂが含有されるが、Ｂは０．０２％以下の範囲で添加されるのが好ましい。
【００３１】
次に、本発明のアルミニウム合金板を得るための好ましい製造条件について説明する。
基本的な製造工程は、鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延をして板を形成し、焼鈍、冷間圧延、焼鈍、冷間圧延を順次行って製品板厚とし、最後に強度の安定化のために安定化熱処理することである。なお、この安定化熱処理の前あるいは後において、脱脂、化成処理等の表面処理をすることが多い。
【００３２】
上記均質化熱処理は、鋳塊を４５０〜６３０℃の温度に１〜２４時間保持する条件である。保持温度４５０℃未満あるいは保持時間が１時間未満であると耳の生成が不安定となり制御が困難となる。保持温度が６３０℃を超える場合には、鋳塊が溶解しやすくなる。また、保持温度が６３０℃超えあるいは保持時間が２４時間超えの場合、特にＭｇ添加合金では、表面にＭｇが拡散しやすく、表面の酸化Ｍｇ層が厚くなり、表面切削量を過度に多くする必要があり非経済的である。
【００３３】
続いて、例えば、熱間圧延−焼鈍１−冷間圧延１−焼鈍２−冷間圧延２−安定化熱処理を順次行う。この工程で、所定の強度と耳率を得ることができる。
上記焼鈍１、２では、３００〜５５０℃の温度に保持する条件で行う。保持温度が３００℃未満の場合、最終板で所定の耳率が得られず、また、強度が高くなりすぎて成形性に劣る。保持温度が５５０℃超えの場合、表面が酸化しやすくなり好ましくない。なお、保持時間は特に限定しないが、連続焼鈍ラインなどによる急速加熱・急速冷却の比較的高温での焼鈍の場合、保持０〜２０秒、バッチ式焼鈍炉による比較的低温での焼鈍の場合保持３０分〜５時間が適当である。
【００３４】
上記焼鈍２後の冷間圧延２は、３０〜７０％の範囲で行えばよい。圧延率が３０％未満では所定の強度を得にくく、所定の耳率を得にくくなる。圧延率が７０％超えでは、成形性が低下し強度が高すぎて開栓しにくくなり、また、圧延集合組織が発達しすぎて４５°方向の耳が大きくなる。
【００３５】
キャップ用素材としての性能は冷間圧延のままでほぼ達成されるが、所定の強度を得ること及び切板塗装焼付け時の変形を防止する目的で、１００〜３００℃の温度で３０分以上加熱する熱処理（安定化熱処理）が必要である。１００℃未満では強度が安定せず、上限の３００℃を超えると、軟化が大きくなり所定の強度を得ることができない。
【実施例】
【００３６】
本発明の内容を具体的な実施例により説明するが、以下は本発明の一実施態様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。
（実施例１）
表１に示す化学成分を含有するアルミニウム合金鋳塊を半連続鋳造にて造塊し、表面の偏析層を切削後、６００℃で６時間保持する均質化熱処理し、均質化熱処理炉から出してすぐに熱間圧延を開始した。熱間圧延は、板厚３ｍｍで終了し、焼鈍を行うことで再結晶組織を得た後に、所定の板厚まで冷間圧延し、さらに中間焼鈍して再結晶組織とした後、５０％の冷間加工度で、製品板厚まで冷間圧延し、安定化熱処理して供試材とした。
【００３７】
【表１】
0004763976.tif 000002
【００３８】
得られた６種類の供試材Ｅ１〜Ｅ６を用い、以下の評価試験をした。一部の試験片は、金属間化合物等の材料組織観察をした。
＜機械的性質＞
ＪＩＳ５号試験片にて、引張試験した。
【００３９】
＜耳率＞
ダイス径３３．６ｍｍ、ポンチ径３３ｍｍ、ポンチ肩Ｒ１．５ｍｍの金型を用い、供試材ブランク径５５ｍｍとして、絞り比１．６７でカップ絞りを実施。
耳率は、前述の条件により成形したカップを、前述の式から、４５°方向４箇所（Ａ方向）の耳の耳率、あるいは０°、９０°、１８０°、２７０°方向４箇所（Ｂ方向）の耳の耳率、及び０°と１８０°方向２箇所の耳の耳率を測定した。
【００４０】
＜結晶粒径＞
供試材板面を電解研磨し、偏光顕微鏡で結晶粒を観察した。ＡＳＴＭカードを用いて、比較法から、結晶粒径を求めた。
【００４１】
＜文字曲がり＞
文字曲がりは、キャップ開口端部から３〜５ｍｍの位置に文字が来るように、絞り前のブランクに１０文字の印刷をし、直径３８ｍｍより絞り比が厳しい直径２８ｍｍＰＰキャップ用カップを絞り成形し、文字曲がりを目視観察して評価した。
＜キャップ成形性＞
成形後のキャップ用のカップの外観において、割れ、しわ、肌荒れ等の欠陥の有無を目視確認した。
【００４２】
表２にこれらの評価結果を示す。本例の供試材Ｅ１〜Ｅ６は、機械的性質、耳率、結晶粒径、文字曲がり、キャップ成形性というすべての評価項目において、いずれも広口ボトル缶キャップ用のキャップ材として良好な結果を示した。
【００４３】
【表２】
0004763976.tif 000003
【００４４】
（比較例１）
表３に示すＭｇ、Ｍｎの含有量が本発明の請求範囲外である成分を有するアルミニウム合金鋳塊を、前述の実施例１と同じ条件で製造し、供試材Ｃ１〜Ｃ２を得た。
【００４５】
【表３】
0004763976.tif 000004
【００４６】
これらの評価結果を表４に示す。
表４から知られるように、供試材Ｃ１は、Ｍｎ量が本発明の下限未満であるので、高強度を得ることができず、高耐圧のかかる製品には適さない。また、絞りカップの耳が０°−９０°耳になりやすく、０°−１８０°耳は２．０％を超え、製品には適さない。
供試材Ｃ２は、Ｍｇ量およびＭｎ量が本発明の上限を超えるため、強度が高すぎ、開口力が高くなり、開栓しにくいキャップとなり、適さない。
【００４７】
【表４】
0004763976.tif 000005