(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板状材料をプレス絞り成形することにより、底壁とコーナー部を有する側壁とに概ね区分される金属製容器部材を製造する方法であって、
絞り成形時に、前記コーナー部の近傍の側壁に、絞り成形時における該コーナー部への前記金属板状材料の塑性流動を抑制するための変形部として、前記側壁の容器開口端から前記底壁に向かって延びる凸形状あるいは凹形状を形成することを特徴とする金属製容器部材の製造方法。
【請求項２】
前記変形部を、前記コーナー部の両側に形成する請求項１に記載の金属製容器部材の製造方法。
【請求項３】
前記金属板状材料はオーステナイト系ステンレス鋼板であり、ステンレス製容器部材を製造する請求項１または請求項２に記載の金属製容器部材の製造方法。
【請求項４】
自動車用燃料タンクの容器部材を製造する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の金属製容器部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス絞り成形によって成形される金属製容器部材の製造方法に関し、詳しくは、成形される側壁のコーナー部を改良した金属製容器部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製の容器は、種々の形状のものが存在し、様々な用途に供されている。金属製容器を構成する容器部材には、例えば、図５に示すような、概ね角型の形状をなす容器部材も存在し、このような形状をなす容器部材はプレスにより絞り成形されるのが一般的である。
【０００３】
図５に示す容器部材１は、略平坦な底壁１０とその周囲を取り囲む側壁２０と側壁２０から張り出したフランジ３０とに概ね区分され、その側壁２０はコーナー部２１を有している。このような形状の容器部材にあっては、上記コーナー部に応力腐食割れが発生しやすいことが知られている。特に、オーステナイト系ステンレス鋼製の容器部材にあっては、その可能性が高いことが知られている。
【０００４】
例えば、自動車用燃料タンクのような可燃性の内容物が収容される容器では、その耐久性を向上させる目的で、炭素鋼製のものからステンレス鋼製のものに置換えようとする動向もある。しかし、上述したコーナー部の応力腐食割れの問題が大きな障害となっているのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
絞り成形は、単純な曲げ成形と異なり、材料の複雑な組成流動を伴う成形法であり、上述した図５に示す容器部材にあっては、側壁２０のコーナー部２１への材料の集中が生じる。図６には成形前の板状材料を示す。この板状材料２に基づいて、コーナー部２１への材料集中の原理を単純化して考えれば、以下のようになる。
【０００６】
容器部材１の底壁１０は、板状材料２の概ね２ａの部分により形成され、同様に、側壁２０のコーナー部２１を除く部分は板状材料の概ね２ｂから、フランジ３０のコーナー部を除く部分は概ね２ｃから形成されると考えてよい。そうすれば、側壁２０のコーナー部２１は、概ね板状材料２の２ｄの部分（斜線を施した部分）で形成されることになる。
【０００７】
このことにより、成形時には、例えば図５の矢印で示す方向に、側壁２０のコーナー部２１には多くの材料が塑性流動によって流れ込もうとするため、コーナー部２１の材料は大きな圧縮応力を受ける。そして成形後、金型から離型した状態では、逆に、コーナー部２１の材料はその周囲から引張られる状態となり、コーナー部２１には大きな引張応力が残留する。この残留応力の存在により、腐食環境下で容器が使用される場合、応力腐食割れが発生することになる。
【０００８】
本発明は、プレス絞り成形される金属製容器部材において、成形時の側壁コーナー部への材料の塑性流動をコントロール可能な容器形状とすることで、応力腐食割れが防止あるいは低減された容器部材を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属製容器部材の製造方法は、金属板状材料をプレス絞り成形することにより、底壁とコーナー部を有する側壁とに概ね区分される金属製容器部材を製造する方法であって、絞り成形時に、前記コーナー部の近傍の側壁に、絞り成形時における該コーナー部への前記金属板状材料の塑性流動を抑制するための変形部として、前記側壁の容器開口端から前記底壁に向かって延びる凸形状あるいは凹形状を形成することを特徴とする。つまり、本発明の金属製容器部材の製造方法は、側壁のコーナー部の近傍を平坦にではなく、敢えて異形状に成形することにより、成形時における板状材料の過剰なコーナー部への流入を抑制するものである。
【００１０】
先に示した図６を用いてさらに説明すれば、図５に示した単純な形状の容器部材であれば、側壁２０のコーナー部２１を形成する板状材料２の部分は２ｄとなるが、本発明の容器部材の製造方法にあっては、側壁コーナー部の近傍に異形状に成形加工される変形部を形成するため、成形時に、板状材料２の２ｄの部分がその変形部にも塑性流動して流入する。つまり、変形部の存在により、板状材料２の２ｄの部分のコーナー部２１への流入が緩和されることになる。その結果、コーナー部２１への過度な材料の流入は避けられ、成形時にコーナー部に生じる圧縮応力は軽減され、離型後においては残留する引張応力は小さなものとなる。
【００１１】
すなわち、本発明の製造方法で得られる金属製容器部材では、上記側壁コーナー部近傍の形状的特徴により、側壁コーナー部の残留応力が小さく、その容器部材によって構成される金属製容器では、腐食環境下の使用においても応力腐食割れの発生が効果的に防止あるいは低減されることになる。しかも、絞り成形後、別途残留応力除去工程等を設けることなく、単に特定の形状にプレス絞り成形するだけで製造できることから、本発明の金属製容器の製造方法では、製造コストを上昇させることもない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の金属製容器部材の製造方法では、金属板状材料をプレス絞り成形することにより、底壁とコーナー部を有する側壁とに概ね区分される金属製容器部材を製造する。容器部材を形成する金属は、その種類を特に限定するものではなく、プレスにより絞り成形可能な金属であればよい。例えば、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄系の金属、アルミニウム合金等種々の金属製の容器部材を対象とすることができる。種々の金属の中でも、応力腐食割れの発生し易い材料であるオーステナイト系ステンレス鋼製の容器部材の場合、上記形状的特徴による応力腐食割れ防止低減効果がいかんなく発揮されることになる。
【００１３】
本発明の製造方法で製造する金属製容器部材は、その用途を特に限定するものではなく、種々の用途の金属製容器を構成する容器部材を対象とすることができる。例えば、上述したように、自動車用燃料タンクは、その内容物がガソリン等の可燃物であり、また、振動等による外力の負荷、大気中への曝露といった苛酷な環境下で使用されることから、高い耐久性を要求される。その点に鑑みれば、本発明の製造方法で製造する金属製容器部材は、自動車用燃料タンクを構成する容器部材として好適である。
【００１４】
本発明の製造方法で製造する金属製容器部材は、その形状を具体的に限定するものではない。実質的に底部となる壁面を備え、かつ、実質的に側部となる壁面を備えるものであり、プレスにより絞り成形可能な形状であればよい。つまり、底壁と側壁とはその境界が必ずしも明確に把握できる必要はなく、例えば、両者の境界部と考えられる部分が曲面構成されるようなものであってもよい。ただし、本発明の目的からすれば、側壁には少なくとも１つのコーナーを有するものである必要がある。なお、上述した図５の容器部材はフランジを有しているものであり、底壁と側壁とに概ね区分される容器部材には、このようなフランジを有するものをも含む。逆に、必ずしもそのようなフランジを有する必要はない。
【００１５】
本発明の製造方法で製造する金属製容器部材は、具体的な形状の一例として、図１に示すような形状の容器部材とすることができる。図１に示す容器部材１は、概ね長方形をなしかつ概ね平坦な底壁１０と、底壁１０の周囲を囲むように形成されどの部位においても略同じ高さを有する側壁２０と、側壁２０に連続して形成された環状のフランジとに区分されて構成されている。そして、側壁２０は４つのコーナー部２１を有している。
【００１６】
本発明の製造方法で製造する金属製容器部材は、側壁２０のコーナー部２１の近傍に、詳しくは、コーナー部２１の両側の側壁２０の部分に、凹形状に窪んだ変形部２２を有している。すなわち、本発明の製造方法では、絞り成形時に、側壁２０のコーナー部２１の近傍に、詳しくは、コーナー部２１の両側の側壁２０の部分に、凹形状に窪んだ変形部２２を形成する。この変形部２２が、成形時において、コーナー部２１の材料の塑性流動を抑制するという機能を果たす。つまり、変形部２２が絞り成形される際、図の矢印の方向にも材料が塑性流動するため、コーナー部２１への過剰な材料の流入を抑制する。その結果、コーナー部２１は、成形後において、過度な残留応力、詳しくは、特に周方向引張残留応力が軽減されることになる。したがって、腐食環境下においても、コーナー部２１の応力腐食割れの発生が防止あるいは低減されることになる。
【００１７】
本発明の製造方法では、容器部材の具体的な形状の別の一例として、図２に示すような形状を採用することもできる。図２に示す形状の容器部材１は、側壁２０のコーナー部２１の近傍に、詳しくは、コーナー部２１の両側の側壁２０の部分に、凸形状に張り出した変形部２２を有している。このような形状の変形部であっても、上記凹形状の変形部と同様に、効果的にコーナー部への過剰な材料の流入を抑制することができ、応力腐食割れの発生が防止あるいは制限されることになる。
【００１８】
本発明の製造方法では、変形部は、コーナー部の近傍の側壁に、側壁の容器開口端から底壁に向かって延びる凸形状あるいは凹形状に形成される。凹形状あるいは凸形状の変形部について、その大きさ（長さ、幅等）、深さ、コーナー部との距離等は、材料のコーナー部への流入の効果的な抑制という観点から、適切なものとすればよい。また、１つのコーナー部あたりの変形部の数も制限するものでなく、さらには、側壁に変形部を設けることと併用して、コーナー部近傍の底壁あるいはフランジに変形部を設けることも可能である。さらにまた、複数の側壁コーナー部を有する容器部材の場合、すべてのコーナー部近傍に変形部を設けるものでもよく、そのうちの一部のコーナー部近傍にのみ変形部を設け、その部分のコーナー部の応力腐食割れを防止あるいは低減させるものであってもよい。
【００１９】
なお、本発明の金属製容器部材の製造方法におけるプレス絞り成形は、その方法を特に限定するものでなく、一般に採用されている公知の方法、例えば、プレス装置を用い金型によって絞るといった通常の方法によって行えばよい。また、例えば、図１または図２に示したような形状を有する容器部材で自動車用燃料タンクを製造する場合、同様の形状のもう一つの容器部材を製造し、両者のフランジを重ね合わせるようにして両者を合わせ、フランジを例えばローラーシーム溶接等によって接合すればよい。
【００２０】
以上、本発明の金属製容器部材の製造方法の実施形態について説明したが、本発明の金属製容器部材の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態を始めとして、当業者が行い得る改良、変更を施した種々の態様で実施することが可能である。
【００２１】
【実施例】
変形部の有無による側壁コーナー部の残留応力の違いを検証すべく、所定のモデルについて、有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行った。以下に、その結果を本実施例の項において説明する。
【００２２】
解析を行った容器部材のモデルは、厚さ０．８ｍｍのＳＵＳ３０４製ステンレス鋼板をプレス絞り成形してなるものであって、図３に示す形状および寸法のものである。ちなみに、図３（ａ）は外観の一部を、図３（ｂ）は一部の断面を、それぞれ示している。図３（ａ）における手前左側のコーナー部２１ａには、コーナー部の両側の近傍の側壁２０に凹形状の変形部２２を設けている。これに対して、手前右側のコーナー部２１ｂの近傍には、変形部を設けていない。
【００２３】
成形時に材料の流入が最も多いと考えられる部分として図の★印の箇所を選定し、成形後のそれぞれのコーナー部２１ａ、２１ｂのその箇所の歪みの値ε（高さ方向の歪みεx、周方向の歪みεy）を求めた。図４に、求めた歪みの値をプロットして示す。なお、変形部を設けた側のコーナー部２１ａのプロットをＡ、変形部を設けていない側のコーナー部２１ｂのプロットをＢとして示す。また、歪みの値の＋は引張歪みであることを、−は圧縮歪みであることをそれぞれ示している。
【００２４】
図４から判るように、変形部を設けた側のコーナー部２１ａは、変形部を設けていない側のコーナー部２１ｂと比較して、高さ方向の歪みεx、周方向の歪みεyのいずれについても低い値となっている。また、圧縮歪みである周方向の歪みεyが残留することは、そのコーナー部に、応力腐食割れの大きな要因となる引張応力が残留することを意味していることから、変形部を設けた側のコーナー部２１ａは、変形部を設けていない側のコーナー部２１ｂと比較して、引張残留応力が小さく、応力腐食割れが発生し難いことが明らかである。
【００２５】
上記検証により、変形部を設けて側壁のコーナー部への塑性流動を抑制することが、コーナー部の残留応力を低減することに繋がり、その結果、そのコーナー部における応力腐食割れを発生を防止あるいは低減する効果のあることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、金属製容器部材をプレス絞り成形する際、側壁のコーナー部の近傍に、絞り成形時におけるコーナー部への材料の塑性流動を抑制するための変形部を形成するものである。この変形部の存在によりコーナー部の残留応力を低減することができ、本発明で得られる金属製容器部材は、コーナー部における応力腐食割れの発生が効果的に防止あるいは抑制された金属製容器部材となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  側壁コーナー部の近傍に凹形状の変形部を有する、本発明の一実施形態で製造する容器部材を示す。
【図２】  側壁コーナー部の近傍に凸形状の変形部を有する、本発明の一実施形態で製造する容器部材を示す。
【図３】  有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行った本発明で製造する容器部材のモデルを示す。
【図４】  図３に示すモデルにおいて、変形部の有無による側壁コーナー部の残留歪みの大きさの違いを示す
【図５】  プレス絞り成形される従来からの容器部材の一例を示す。
【図６】  図５に示す容器部材を成形する材料において、容器部材の各部位を形成するその材料の部分を示す。
【符号の説明】
１：容器部材
２：板状材料
１０：底壁
２０：側壁
２１：コーナー部  ２２：変形部
３０：フランジ
【図１】
0004136322.tif 000002
【図２】
0004136322.tif 000003
【図３】
0004136322.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004136322.tif 000006
【図６】
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