JP4122764B2

JP4122764B2 - アルミニウム箔の製造方法

Info

Publication number: JP4122764B2
Application number: JP2001372970A
Authority: JP
Inventors: 孝彦渡井; 和宏塩澤; 一郎岡本; 康夫小林; 潤梅原; 正高林
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: JP2003170205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、煙草包装用、食料品包装用、化学包装用及び薬品包装用等に使用されるアルミニウム箔に関し、特に厚さ７μｍ以下でピンホールの少ない極薄の光輝性に優れたアルミニウム箔およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄箔用のアルミニウム箔は、例えばＪＩＳ１Ｎ３０等の純アルミニウム及び８０７９合金又は８０２１合金等のアルミニウム合金が使用されている。なお、本明細書では、純アルミニウム及びアルミニウム合金を総称してアルミニウムという。アルミニウム箔は、一般的に、アルミニウム鋳塊に均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延を施し０．３mm前後の箔地とし、該アルミニウム箔地をさらに冷間で箔圧延し、最後に仕上げ箔圧延と呼ばれる最終パスを施して薄いアルミニウム箔としている。また、必要により最終焼鈍することもある。
【０００３】
アルミニウム箔の製品は多種あるが、厚さ７μｍ以下の薄箔は、フィルム等と貼り合わせて煙草包装用、食料品包装用、化学包装用、ペーパーコンデンサー等に使用されている。厚さが７μｍ以下の薄箔は、ピンホールが発生し易く、箔に求められる光、気体及び液体等に対する遮断性が低下することが知られている。
【０００４】
薄箔の場合、一般的には、アルミニウム箔を１枚で仕上げ箔圧延すると箔厚を薄くするのが困難になってくる。そのため、１０μｍ程度より薄い、たとえば７μｍ以下に薄くする場合は、通常２枚の箔を重ねて圧延するいわゆる合わせ箔圧延により行われることが多い。仕上げ箔圧延により得られたアルミニウム箔は、１枚で仕上げ箔圧延した場合は箔の両面がいずれもワークロールと直接接触して箔圧延された面となり、合わせ箔圧延した場合は箔の一方の面はワークロールと直接接触して圧延された面となり、箔の他方の面はアルミニウム箔同士が接した状態で圧延された面となる。
【０００５】
仕上げ箔圧延は、図４に模式的に示したように、一般的な板の圧延として説明される。符号１はワークロール（図では上下一対のうち上側のワークロールのみを示す）、符号２はワークロール入側の箔、符号３はワークロール出側の箔である。即ち、ワークロール入側の箔２は上下にあるワークロール１、１で圧延されてワークロール出側の箔３となる。通常ワークロール１の直径は２００〜３３０mm程度のものが使用されている。ワークロール入側から、厚さ８〜２０μｍ程度の箔が、一枚単独で、または二枚重ねて、ワークロール１、１間に挿入される。ワークロール入側の箔２はワークロール入口４で最初にワークロール１の圧延面と接し、圧延されながらワークロール出口５でワークロール１から離れる。ワークロール出側の箔３の厚さは用途によって異なるが典型的には７μｍ以下である。箔２がワークロール１に接している長さの投影距離を接触長さ６と呼んでいる。この接触長さ６は上述した通常の装置で２mm程度である。
【０００６】
ここで、ワークロールの周速をＶ、ワークロール入側の箔２の速度（入口速度）をＶ１、ワークロール出側の箔３の速度（出口速度）をＶ２とすると、これら３者の間には、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２の関係がある。すなわち、圧延中の箔速度は入口速度Ｖ１から出口速度Ｖ２まで増加する過程でワークロール周速Ｖに等しくなる点があり、この点は中立点７と呼ばれる。箔速度は接触長さ６の領域内で増加して、中立点７でワークロール周速に等しくなる。したがって、ワークロール入口４から中立点までの箔８の速度は、ワークロール１の周速の方が速く、その結果その部分の箔８の表面は、ワークロール１との接触面で圧延方向の引張力を受ける。一方、中立点７からワークロール出側５までの箔９の速度は、ワークロール１の周速の方が遅く、その結果その部分の箔９の表面は、ワークロール１との接触面で圧延方向とは逆の引き戻し力を受ける。
【０００７】
仕上げ箔圧延には、通常の圧延と同様に潤滑剤として圧延油が用いられると共に、箔の圧延仕上げ面の平面性を確保するために、ワークロール面を鏡面仕上げしたワークロールが用いられる。
【０００８】
ワークロールと直接接触して圧延された箔表面には、圧延油が巻き込まれてひび割れ状の窪みが発生する。これはオイルピットと呼ばれ、圧延方向に対して直角に細長く延びた溝状の窪みであり、ワークロールと箔の間に挟まれた圧延油が逃げ場を失い、箔面に押し込まれるために生じて、中立点７よりワークロール入側の箔部分８（図４）で発生しかつ成長すると本発明者は考える。その際、圧延速度が速くなるほど圧延油の巻き込まれる量が増加し、それに伴いオイルピット数が増加する結果、光輝性が劣化する。
【０００９】
また、箔を２枚重ねて圧延した場合、アルミニウム箔同士が接していた面には多数の波状のうねりが形成される。
【００１０】
図２に示すように、ピンホールＨの発生の原因は、仕上げ箔圧延の際における、図２（１）に示すワークロールとの直接接触面に形成されたオイルピットＰ同士の連結、あるいは図２（２）に示すアルミニウム箔同士の接触面に形成された波状うねりＷと上記オイルピットＰとの連結によると考えられる。
【００１１】
そこで、アルミニウム箔同士の接触面に形成される波状うねりを低減させるべく、特開昭６３−２６３２２号公報には、Ｆｅ含有量の増加や均質化処理以降の製造条件の調整により、Ｆｅ固溶量を減少させ、アルミニウム箔の結晶粒を微細化することにより、箔圧延時の箔の加工硬化を抑制しながら圧延する箔の圧延技術が提案されている。
【００１２】
また、特開２０００−５４０９４号公報には、特定量のＦｅ，Ｓｉを含有するＡｌ溶湯を鋳造凝固時の冷却速度、均質化処理温度、熱間圧延終了温度および中間焼鈍の製造条件の調整により、金属間化合物粒子のサイズおよび平均粒子間距離を制御した箔地とし、該箔地を７０〜１１０℃の温度範囲で箔圧延することにより、アルミニウム箔同士の接触面における大きな波状うねりの数を低減する技術が提案されている。
【００１３】
一方、ワークロールとの直接接触面におけるオイルピットの生成については、軽金属学会第７０回春期大会講演概要３３，３４，３５に、圧下率や後方張力といった箔圧延条件の影響が大きいことが示されており、箔圧延条件を変えることでオイルピットの生成を制御できることが示唆されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の解決方法はいずれも組成や圧延方法を変えるものであって、特定の組成および製造条件に限定する必要があり、どのような組成、どのような製造方法にも適応できる汎用性はない。その上、例えば６μｍというような薄い箔を製造するためには、圧延速度を高めて圧延油の巻き込み量を増加させ、これにより油膜を形成して高圧下率を実現することが必須である。このように圧延油の巻き込み量を増加させると、意図に反してオイルピット数が増加してしまい、結果的に光輝性を劣化させることが避けられない。
【００１５】
そこで本発明は、組成および製造条件を限定する必要がなく高い汎用性を備え、ピンホールの発生を大幅に低減し、光輝性に優れた厚さ７μｍ以下のアルミニウム箔およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、仕上げ箔圧延のワークロールと、これに接触して圧延される箔表面とに挟まれた圧延油の挙動を適切に制御すれば、組成や圧延方法を変えることなくピンホールの少ないアルミニウム箔が得られることを見いだして本発明を完成したものである。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、厚さが７μｍ以下のアルミニウム箔であって、ピンホールの個数が１００個／ｍ^２以下であり、光の反射率が６５％以上であることを特徴とするアルミニウム箔を製造できる。
反射率が高いことはすなわち平滑性が高いことであり、塵埃等の残留が少ないため各種の包装材に適する。
【００１８】
本発明は、厚さが８〜１６μｍの仕上げ圧延前アルミニウム箔であって、箔表面に圧延方向に沿って延びた多数の畝状凸部を有し、該畝状凸部の９０％以上は、高さが０．０５μｍ以上、長さが０．５ｍｍ以上であり、かつ近接する畝状凸部の間隔が１００μｍ以下である仕上げ圧延前アルミニウム箔を仕上げ箔圧延することにより、厚さ７μｍ以下のアルミニウム箔とすることを特徴とするアルミニウム箔の製造方法である。
【００１９】
本発明の方法においては、仕上げ圧延前の箔表面に畝状凸部を分散して設けたことにより、仕上げ圧延時に箔表面の圧延油を分散させ、オイルピットの発生原因となる圧延油溜の均一性を高めた状態で仕上げ圧延することにより、オイルピットの数を少なく大きさを小さくして、ピンホールが少なく、光の反射率の高いアルミニウム箔を得ることができる。
なお、ここで９０％以上とは、測定したもののうち９０％以上のものが、規定値を満たすことを意味する。また、畝状凸部として観測できる測定能力の限界値は、高さ０．０１μｍ、長さ０．１ｍｍである。
また、仕上げ圧延は、パス当たりの圧下率の確保の観点から、１パスで行なうことが最も望ましいが、複数パスで行なうことを特に制限するものではない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の製造方法に用いる、畝状凸部Ｂを有し厚さが８〜１６μｍである仕上げ圧延前のアルミニウム箔Ｆを示す。図１(1)は畝状凸部Ｂを有する箔Ｆの表面を示す平面図、図１(2)および(3)は図１(1)の線Ａ-Ａにおける断面図であり、図１(2)は箔Ｆが両面に畝状凸部Ｂを有する場合、図１(3)は箔Ｆが片面にのみ畝状凸部Ｂを有する場合である。仕上げ圧延前アルミニウム箔Ｆは、図３に示すようにワークロールＲと直接接触して圧延された面に、圧延方向に沿って長く延びた畝状凸部Ｂが多数存在する。この長い畝状凸部ＢはワークロールＲの溝状凹部Ｄによって形成されるものである。
【００２１】
以下、本発明における仕上げ前アルミニウム箔の箔厚さおよび箔表面の形状限定理由について説明する。
【００２２】
〔畝状凸部を有する仕上げ圧延前アルミニウム箔の厚さ：８〜１６μｍ〕
仕上げ圧延の圧下率はせいぜい６０％程度であるので、仕上げ圧延により厚さ７μｍ以下とするためには仕上げ圧延前アルミニウム箔の厚さを１６μｍ以下とする必要がある。しかし、仕上げ圧延前アルミニウム箔の厚さが８μｍ未満であると、仕上げ圧延による圧下率が不足して、畝状凸部が平坦にならず、６５％以上の反射率を確保できない。
なお、箔の厚さとは、箔の両面に畝状凸部がある場合（図１(2)）は一方の面の畝状凸部の頂点と他方の面の畝状凸部の頂点との間隔Ｔを言い、箔の片面のみに畝状凸部がある場合（図１(3)）は片面の畝状凸部の頂点と他方の面との間隔Ｔを言う。
【００２３】
以下において、畝状凸部の高さ、長さ、間隔について、測定限界以上のもののうち９０％以上のものが各規定値を満たす必要がある。
〔畝状凸部Ｂの高さｈＢが０．０５μｍ以上〕
図３に示すように、畝状凸部を有する仕上げ圧延前アルミニウム箔Ｆにおいて、ワークロールＲと直接接触して圧延された面に設ける圧延方向と平行な長い畝状の凸部Ｂは、ワークロール面に設けられた長い溝状の凹部Ｄで形成される。前述したように、粗大なオイルピットの発生は、仕上げ圧延における圧延油溜の大きさに関連するものと考えられる。すなわち、大きな圧延油溜が生成しないように、畝状凸部Ｂは仕上げ圧延時の圧延油を分散させる仕切りとして機能する必要があり、そのために畝状凸部の高さｈＢは０．０５μｍ以上とする必要がある。高さｈＢが０．０５μｍ未満であると圧延油の分散効果が不十分になり、仕上げ圧延時に大きい圧延油溜が生成して粗大なオイルピットが発生し易く、仕上げ圧延により得られたアルミニウム箔（製品アルミニウム箔）に多数のピンホールが発生することが避けられない。高さｈＢは、０．１μｍ以上であることが望ましい。
しかし、高さｈＢが高くなると仕上げ圧延により得られる製品アルミニウム箔の光の乱反射が大きくなり、箔の光沢度が低下して箔の用途を限定するので、箔の光沢度からのみ判断すれば、好ましくは１．０μｍ以下、順次０．５μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３μｍ以下である。
【００２４】
ところで畝状凸部の詳細を観察すれば、小さな凸部即ち０．０５μｍに達しないものも若干数存在するわけで、そのようなものを取り上げては本発明は成り立たず、本発明の主旨から外れる。本発明を把握するには大部分のものにおいてどの様になっているかが肝要である。従って本発明では、大部分を９０％以上のものと定め、上述した要件を例にとれば、測定できるものの内９０％以上のものが、その高さにおいて０．０５μｍ以上であることをいう。この考え方は本明細書全体に共通する。
【００２５】
〔畝状凸部Ｂの長さが０．５mm以上〕
畝状凸部Ｂが連続して長いほど圧延油の分散が適切に行われ、効果が期待できる。この効果が得られるのは畝状凸部Ｂの長さが０．５mm以上である。好ましくは０．６mm以上、順次０．７以上、０．８以上、０．９以上、１．０以上であって、上限は限定されるものではない。
【００２６】
畝状凸部Ｂの幅は、仕上げ圧延時に圧延油を分散させる仕切りとして機能する限り特に限定する必要はない。ただし、畝状凸部Ｂの幅が広すぎると、その上面において油溜が生成してしまい仕切り効果が低下するので、幅２０μｍ程度を上限とする。
【００２７】
〔近接する畝状凸部Ｂの間隔ｄＢが１００μｍ以下〕
近接する畝状凸部Ｂの間隔ｄＢとは、図３に示すように相隣る畝状凸部Ｂの間隔ｄＢを指す。間隔は畝状凸部Ｂの長さに直角方向(図３の左右方向)に直線を３００μｍ引き、その間における畝状凸部の間隔を測定する。この間隔が広過ぎると、この広い間隔の部位が従来の箔圧延と同じ条件となって圧延油を好ましい状態に分散できず、粗大なオイルピットを生じるので、間隔の上限値を１００μｍとする。この凸部の間隔は狭い方がよく順次９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下が好ましい。
【００２８】
本発明のアルミニウム箔の製造については、仕上げ箔圧延前の圧延に使用するワークロール面の溝形状を除き従来の方法を採用できる。
【００２９】
箔面の長い畝状の凸部Ｂは、ワークロール面にワークロールＲの回転方向に平行方向の溝状の凹部Ｄ（図３）を設け、そのワークロールＲで仕上げ箔圧延前のアルミニウム箔を圧延することで形成できる。ワークロール面の溝状の凹部Ｄは、砥石の粒子で削り取ったり或いはエッチングしたりすること等の手段で刻する事ができる。
【００３０】
ワークロール面に設ける前記の溝状凹部Ｄの形状は、深さとして０．０５ｍｍ以上とする。
【００３１】
箔面に設ける畝状の凸部Ｂの高さｈＢは、ワークロール面に設けたこの溝状凹部Ｄの深さｈＤで決まる。しかし凹部Ｄには圧延滓が付着し、また圧延油も存在するので、凹部Ｄの深さｈＤが深くても凸部Ｂの高さｈＢが低くなることがある。凹部Ｄの深さｈＤが深過ぎると箔Ｆの凸部Ｂの高さｈＢが高くなって、仕上げ圧延により良好な平坦性が得られず、製品アルミニウム箔の光沢度が低下してその用途が限定されてしまう。
【００３２】
溝状凹部の長さは、箔面に設ける畝状凸部Ｂの長さに対応する長さとすればよく、０．５ｍｍ以上とする。箔面に設ける畝状凸部Ｂの高さと同様に、畝状凸部Ｂの長さは、ロール面に設けた溝状凹部Ｄの長さで決定される。
【００３３】
圧延中は溝状凹部に圧延滓が詰まり易いので、ブラシ等で圧延滓を取り除くとよい。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例と共に具体的に説明する。
【００３５】
下記の表１に示す組成を有し、各種寸法の畝状凸部を設けた厚さ１２．８μｍの仕上げ圧延前アルミニウム箔を仕上げ合わせ箔圧延し、厚さ６μｍの仕上げ圧延箔（製品箔）を製作した。仕上げ合わせ箔圧延の条件は、後方張力４〜５kgf／mm²、ワークロールの回転周速度４００〜５００ｍ／min および圧延油温度は５５〜６０℃である。本発明例および比較例ともに、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０２５μｍのワークロールを用いた。
【００３６】
ワークロール面は、ワークロールを回転させながら、砥石を用いて長い溝を刻した。
【００３７】
箔表面の畝状凸部の形状測定は、箔をレーザーテック製走査型レーザー顕微鏡１ＬＭ２１Ｐによって、凸部における高さおよび間隔を測定した。また、試料をオリンパス製実体顕微鏡ＳＺＨ−ＰＴにより倍率３０倍によって撮影した写真から凸部における長さを測定した。箔面をランダムに１０点測定した。寸法の測定は、測定点視野内の全数を測定した。測定限界値は高さ０．０１μｍ、長さ０．１ｍｍである。結果を表２に示す。
【００３８】
暗室内で該６μｍのアルミニウム箔に、３０００ＬＵＸの電球光を当て、光が透過したものを目視で数えた。測定できたピンホールのサイズは、５μｍ以上のものであった。更に、箔の光沢を評価するために、入射角６０°で反射率を測定した。結果を表２に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【表２】

【００４１】
上記表２に示すように、試料番号１、２、３の本発明例は、本発明の規定範囲内である表面形状の仕上げ圧延前アルミニウム箔を仕上げ圧延して得られた仕上げ圧延アルミニウム箔（製品箔）であり、ピンホール数および光沢度がいずれも良好な値であり、良好なアルミニウム箔を得ることができた。
【００４２】
一方、試料番号４、５、６の比較例は、仕上げ圧延前アルミニウム箔の表面形状が本発明の規定範囲外であったため、いずれも仕上げ圧延アルミニウム箔（製品箔）にピンホールが多発してしまい、良好なアルミニウム箔を得ることができなかった。
【００４３】
試料番号７の比較例は、仕上げ圧延前アルミニウム箔の表面に畝状凸部を設けず、製品箔厚さ６μｍを達成するためにロール周速を上げて仕上げ圧延した例である。箔とロールとの間に巻き込まれる圧延油量が多く、得られた製品アルミニウム箔の光沢度が低かった。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、仕上げ圧延前アルミニウム箔の表面に畝状凸部を形成することにより、ピンホールの発生が少なく、光輝性に優れたアルミニウム箔を得ることができる。従って各種の箔に使用でき、しかもさらに薄箔にできる等の効果を有する発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、箔面に畝状凸部を形成した本発明の仕上げ圧延前アルミニウム箔の表面形状を模式的に示す（１）平面図、（２）断面図および（３）断面図である。
【図２】図２は、（１）表裏面のオイルピット同士が連結してピンホールとなることを模式的に示す断面図および（２）オイルピットと波状うねりが連結してピンホールとなることを模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明による仕上げ圧延前アルミニウム箔の畝状凸部およびその形成のためのワークロールの溝状凹部を示す断面図である。
【図４】図４は、圧延中の箔とワークロールとの関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ワークロール
２…ワークロール入側の箔
３…ワークロール出側の箔
４…ワークロール入口
５…ワークロール出口
６…接触長さ
７…中立点
８…中立点より入側部分の箔
９…中立点より出側部分の箔
Ｐ…オイルピット
Ｗ…波状うねり
Ｈ…ピンホール
Ｒ…ワークロール
Ｄ…ワークロールＲの溝状凹部
ｗＤ…溝状凹部Ｄの幅
ｈＤ…溝状凹部Ｄの深さ
ｄＤ…溝状凹部Ｄの間隔
Ｆ…仕上げ圧延前アルミニウム箔
Ｂ…箔Ｆの畝状凸部
ｗＢ…畝状凸部Ｂの幅
ｈＢ…畝状凸部Ｂの高さ
ｄＢ…畝状凸部Ｂの間隔

Claims

厚さが８〜１６μｍの仕上げ圧延前アルミニウム箔であって、箔表面に圧延方向に沿って延びた畝状凸部を有し、該畝状凸部の９０％以上は、高さが０．０５μｍ以上、長さが０．５ｍｍ以上であり、かつ近接する畝状凸部の間隔が１００μｍ以下である仕上げ圧延前アルミニウム箔を仕上げ箔圧延することにより、厚さ７μｍ以下のアルミニウム箔とすることを特徴とするアルミニウム箔の製造方法。