(57)【要約】【課題】角型蓄電池ケース等に用いられる鋼製の有底ケースとして、胴部の寸法精度が高く、底板との溶接信頼性の高いものを安価に提供する。【解決手段】所定の長さに切断された円筒状の鋼管３を、所望の筒体の各々のコーナー部に対応する成形面を有し、各コーナー部方向に移動可能な四つの成形部を有する成形金型１a，１b，１c，１dに差込み、該成形金型の四つの成形部を外側に移動させて前記鋼管を内側から外側に押し拡げることにより、該鋼管の周長を伸ばしながら（図中(ｃ)参照）横断面形状を矩形に成形して横断面形状が矩形に形状凍結された筒体３（図中(ｃ’)参照）を製造した後、この筒体を胴部とし、この胴部の一端に該胴部の横断面形状と同じ形状の鋼板からなる底板を溶接接合する。【選択図】図６
2009262984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の鋼管を内側から押し拡げることにより形成された、周長が前記鋼管の周長より長く、横断面形状が複数のコーナー部と前記コーナー部の間を結ぶ直線部とで構成された形状に形状凍結された筒体を胴部とし、前記胴部の一端に該胴部の横断面形状と同じ形状の鋼板からなる底板が溶接により接合されていることを特徴とする有底ケース。
【請求項２】
円筒状の鋼管を所定の長さに切断する工程、所定の長さに切断された鋼管の内側に、所望の筒体の各々のコーナー部に対応する成形面を有し、各コーナー部方向に移動可能な複数の成形部を有する成形金型を配設し、該成形金型の複数の成形部を外側に移動させて前記鋼管を内側から外側に押し拡げることにより、該鋼管の周長を伸ばしながら横断面形状を複数のコーナー部と前記コーナー部の間を結ぶ直線部とで構成された形状に成形して胴部を形成する工程、及び、前記胴部の一端に該胴部の横断面と同じ形状の鋼板からなる底板を溶接により接合する工程を備えたことを特徴とする有底ケースの製造方法。
【請求項３】
前記複数の成形部を有する成形金型として、これら複数の成形部の成形面の両端に突起または角が設けられた成形金型を用いることを特徴とする請求項２に記載の有底ケースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角型蓄電池やキャパシタなどの製造に使用される、横断面形状が複数のコーナー部と前記コーナー部の間を結ぶ直線部とで構成された形状の有底ケース及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、リチウム電池などの蓄電池のケースやキャパシタなどのケースは、特許文献１にも記載されているとおりアルミニウムやその合金で製造されているものが多い。また、高強度化を目的として鋼材で蓄電池ケースを製造することも行われており、その際、耐食性を高めるためにニッケルめっきを施した鋼やステンレス鋼が使用されている。さらに、蓄電池やキャパシタの軽量化のため、そのケースを板厚の薄い鋼材で製造することが必要である。
【０００３】
例えば蓄電池の形状としては、種々のものが知られているが、比較的大型の蓄電池として複数のコーナー部と前記コーナー部の間を結ぶ直線部とで構成された形状のものが使用されている。このような形状の蓄電池を製造するにはその形状に成形した有底ケースが必要となる。アルミニウム材を用いて有底ケースを製造する方法としては、プレス加工による深絞りが一般的である。この深絞りによる方法は、アルミニウム材を用いて有底ケースを製造する場合には、一度の加工により所望の形状のケースが製造できるため非常に効率的な方法である。
【０００４】
しかし、この方法を直ちに鋼材に適用するには困難が伴う。すなわち、鋼材はアルミニウム材と比べ軽量化により板厚が薄くかつ伸びが少ないため、一度のプレス加工で深絞り成形しようとすると鋼材が破断してしまうため、図１に示すとおり、焼鈍を行いながら数回の工程に分けてプレス加工を行わなければならず、最後にフランジ部のカットも必要である。そのため生産性が低くなり、コストが高くなる。
さらに、ステンレス鋼板を深絞り加工すると、表面に介在物が出てきて耐食性が低下するという問題があり、めっきした鋼板を用いると、加工後の焼鈍ができないため、結局、電池用ケースの形状にまで加工ができないという問題もある。
【０００５】
このため、鋼材により有底ケースを製造する方法として、断面角型の胴部を形成し、その胴部の一端に底板を溶接する方法が採用されている。その断面角型の胴部を形成する方法としては、鋼板を素材として折り曲げ加工やロール成形により角型の胴部を成形する方法が開発されている。
しかし、図２に示すように、折り曲げ加工による方法では、角型に曲げた鋼板を一つ一つ溶接しなければならず生産性が低い。また、図３に示すように、ロール成形による方法では、板厚の薄い鋼板を加工する場合、エッジ部分に伸びが生じてしまうため溶接が困難である。ロール成形の段数を増やせばエッジの伸びは抑制できるが、設備費が大きくなり、ケースの製造コストが大きくなってしまう。
【０００６】
また、円筒状の鋼管を素材とし、外側からロールで角型に成形して胴部を形成する方法も試みられているが、図４に示すように、円筒状の鋼管を外側から角型に成形する場合、成形時のロールとの接触により平坦度が低いものしか製造できず、形状不良のため底板の溶接が行えないという問題があった。
さらに、特許文献１には、円筒状のパイプの内側に４本のロッドまたは分割金型を挿入し、角形状の胴断面とする方法が記載されているが、この方法は、アルミニウム材からなるパイプを変形させるものであり、塑性変形しにくい円筒状の鋼管をこの方法で断面角型にしようとしても、スプリングバックにより平坦度が低いものしか製造できず、到底、底板の溶接に耐えるものを製造することはできなかった。
【特許文献１】特開２００６−３２０９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軽量化、高強度化、高耐食性が要求される有底ケースにおいて、従来汎用されているアルミニウム材と比較して高強度の鋼材を使用した有底ケースは、上述したとおりその製造が困難であり、十分な寸法精度を有し、溶接信頼性の高い高強度の鋼製の有底ケースを安価に提供することが望まれていた。
本発明は、このような課題を解決するために案出されたものであり、鋼製の有底ケースとして、胴部の寸法精度が高く、底板との溶接信頼性の高い有底ケースを安価に提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の有底ケースは、その目的を達成するため、円筒状の鋼管を内側から押し拡げることにより形成された、周長が前記鋼管の周長より長く、横断面形状が複数のコーナー部と前記コーナー部の間を結ぶ直線部とで構成された形状に形状凍結された筒体を胴部とし、前記胴部の一端に該胴部の横断面形状と同じ形状の鋼板からなる底板が溶接により接合されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の有底ケースの製造方法は、円筒状の鋼管を所定の長さに切断する工程、所定の長さに切断された鋼管の内側に、所望の筒体の各々のコーナー部に対応する成形面を有し、各コーナー部方向に移動可能な複数の成形部を有する成形金型を配設し、該成形金型の四つの成形部を外側に移動させて前記鋼管を内側から外側に押し拡げることにより、該鋼管の周長を伸ばしながら横断面形状を複数のコーナー部と前記コーナー部の間を結ぶ直線部とで構成された形状に成形して胴部を形成する工程、及び、前記胴部の一端に該胴部の横断面と同じ形状の鋼板からなる底板を溶接により接合する工程を備えていることを特徴とする。
このとき、複数の成形部を有する成形金型として、これら複数の成形部の成形面の両端に突起または角が設けられた成形金型を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有底ケース及びその製造方法によれば、例えば角型蓄電池ケースの胴部の素材として、安価に入手できる円筒状の鋼管を用いるため、安価に大量の胴部を作製することが可能である。また、円筒状の鋼管を、成形金型を用いて内側から押し拡げることにより、鋼管の周長を伸ばしながら横断面形状を矩形に成形することにより、鋼材に歪みが与られ所望の形状に形状凍結されて、寸法精度の良い横断面形状が矩形の胴部が得られる。さらに、胴部の寸法精度が良いため、底板との溶接時に付き合わせズレなどを起こさずに、溶接信頼性の高い有底ケース、例えば角型の電池用ケースを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者等は、板厚の薄い鋼材を素材として高強度で軽量の大有底ケースを成形精度良く製造する方法について種々の検討を重ねてきた。特に、大型蓄電池は角型のものが多用されているため、鋼製の角型蓄電池ケースを製造する手段を開発するため種々の検討を行った。
鋼製の角型の有底ケースは深絞りで製造することが困難なため、横断面形状が矩形の胴部と底板を溶接することにより製造される。本発明者等は、横断面形状が矩形の胴部の製造方法について検討し、鋼板をプレス加工して折り曲げたり、ロール加工して矩形に成形するのではなく、安価で入手しやすい円筒状の鋼管を素材として矩形に成形することを検討した。
【００１２】
素材である円筒状の鋼管の横断面形状を矩形にするために、まず円筒状の鋼管を円筒状の鋼管の内側に矩形形状に拡がる金型を挿入し、この金型を押し拡げることにより円筒状の鋼管を横断面形状矩形に変形させることを検討する際に、円筒状の鋼管を変形させると同時に鋼管の周長を伸ばすことにより、鋼材に歪みを与えて形状凍結を起こさせることにより、寸法精度の良い横断面形状が矩形の筒状の胴部を製造することができることを見出した。
以下にその詳細を説明する。以下は、断面矩形例を説明しているが、矩形の他に、コーナー部が三つの三角形状や、コーナー部が多数の多角形状であっても良い。また、比較的コーナーＲが大きい二つのコーナー部とそれを結ぶ直線からなる長円形であっても良い。
【００１３】
まず、図５に示す成形金型を準備した。図５は成形金型の上面図及び正面図である。図５に示すように、成形金型は、矩形の横断面形状の各コーナー部方向に移動可能な４つの成形部１ａ〜１ｄと、これらの成形部を各コーナー部方向に移動させるための四角錐部２とから構成されている。この四角錘部２は、図示しない油圧シリンダーの先端に取り付けられている。各成形部１ａ〜１ｄの鋼管に接触する側は、有底ケースの胴部となる筒体の横断面形状の矩形の各コーナー部と同一の形状になるように設計され、四角錐部２に接触する側は、この四角錐部２と対になるような平坦面形状に設計されている。各成形部１ａ〜１ｄの鋼管に接触する側の端部には被加工鋼管の位置決め用の張り出し部１ａ’〜１ｄ’が設けられていることが好ましい。
四角錘部２が下降位置にあるとき各成形部１ａ〜１ｄは図５（ａ）に示す位置にあり、油圧シリンダーにより四角錘部２を上昇させることにより、各成形部１ａ〜１ｄは図５（ｂ）に示すように矩形の横断面形状の各コーナー部方向に移動する。
【００１４】
このように設計された成形金型に円筒状の被加工鋼管３を取り付け、油圧シリンダーにより四角錐部２を上昇させると、図６に示すように、成形部１ａ〜１ｄが外側に移動して、被加工鋼管を横断面矩形に成形することができる。図６（ａ）は、図５（ａ）の状態の成形金型に被加工鋼管３を取り付けたときの各成形部１ａ〜１ｄと被加工鋼管３との関係を示しており、図６（ｂ）（ｃ）は、図５（ｂ）の状態の矩形の横断面形状の各コーナー部方向に移動した各成形部１ａ〜１ｄと被加工鋼管３との関係を示したものである。成形後、四角錘部２を下降させることによって成形部１ａ〜１ｄを元に戻して被加工鋼管３を外すことにより、図６（ｂ’）（ｃ’）に示す矩形断面に成形されたケース用の胴部が得られる。
なお、被加工鋼管３としては、長尺の円筒状の鋼管を有底ケースの長さに対応した長さに切断したものを使用する。
【００１５】
ところで、図６（ｂ）に示すとおり、被加工鋼管として所望の有底ケースの胴部の横断面形状の周長と同じ周長の円筒状の鋼管を用いると、金型による成形後、金型から被加工鋼管をはずすと、スプリングバックが生じ図６（ｂ’）に示すとおり形状精度の悪い筒体しか得られない。そこで、図６（ｃ）に示すように、所望の有底ケースの胴部の横断面形状の周長より短い周長の鋼管を使用して、金型による成形時に被加工鋼管の周長を伸ばしながら矩形断面に成形したところ、スプリングバックによる形状変化の悪影響も少なく、図６（ｃ’）に示すとおり平坦度の高い寸法精度の良い筒体が得られた。
【００１６】
これは、金型による矩形断面への成形時に被加工鋼管の周長を伸ばすことにより、鋼管材料に歪みが与えられ、形状凍結が起きたことによるものであると考えられる。形状凍結を起こさせるためには被加工鋼管を数％伸ばして加工することが必要である。
被加工鋼管の肉厚にもよるが、ステンレス鋼管の場合、１％程度の伸びが必要であり、めっき鋼管では１％程度の伸びが必要である。
なお、めっき鋼管としては、ニッケルめっきを施したものの他にアルミニウムめっきを施したものが使用される。
【００１７】
しかし、材料を数パーセント伸ばして加工する場合でも、目的とする有底ケースのコーナー部に大きな曲率部を有する場合は鋼管のスプリングバックによって目的の形状とならない場合がある。その際には、図７（ａ）（ｂ）に示すように、成形部１ａ〜１ｄの鋼管と接する成形面の両端に僅かな突起や角を設けることによりスプリングバックを低減させることができる。図７（ａ）は成形面の両端に設けられたわずかな突起を示したものであり、図７（ｂ）は成形面の両端に面取りを施さずに角を残したものを示したものである。
突起や角を設けることにより、曲げ部に通常の加工より大きな応力が集中し、応力が均一化されてスプリングバックが低減されることになる。
すなわち、成形部の鋼管と接する成形面の両端に僅かな突起や角を設けることにより、成形精度を高めることができる。
【００１８】
一方、目的の有底ケースが長い場合、押し広げる成形金型が長くなるが、成形金型が長い場合、成形部と四角錐部のクリアランスが原因で、押し広げた鋼管の両端の形状に図８（ａ）に示すような若干のバラツキが生じてしまう。目的の有底ケースが長い場合は、例えば図８（ｂ）に示すように、油圧シリンダーの先端に取り付けた四角錐部２と鋼管を押し広げる成形部１ａ〜１ｄとが摺接する面とに、互いにかみ合う溝と突起を設けて、各成形部が不安定に拡がることを抑えることが好ましい。
上記の方法によって、素材鋼管を押し広げて形状凍結させることによって、断面の矩形形状を均一で精度の良いものとすることができ、安価で安定した角型電池ケース用の胴部の作製が可能となる。また、溶接時の突合せズレを解消し、溶接不良や形状不良の有底ケースが発生することを防止して、例えば安価で安定した角型電池ケースの作製が可能となる。
【００１９】
また、有底ケースの底となる鋼板を溶接する際、４辺を溶接するため４回の溶接で底を取り付けることができるが、コーナー部に曲率部が設けられている場合、各辺とは別に曲率部を溶接しなければならない。しかし、溶接法としてレーザー溶接を採用した場合、焦点深度が深いため、辺の溶接と共に一定の半径であれば曲率部の溶接が可能であり、各辺と別に曲率部の溶接をすることを省略することができる。そのため底部の取り付けに用いる溶接はレーサー溶接で行うことが好ましい。図９は、コーナー部に曲率部が設けられている場合の胴部と底板４のレーザー溶接による接合手順を示したものである。図９（ａ）に示すように、胴部と底板４をバイスなどでチャッキングして、図９（ｂ）に示す順序で４回にわけレーザー溶接を行う。なお、底板の取り付け方法については上記の手段に限定されることなく、任意の方法が適用できる。
【実施例】
【００２０】
実施例１
ＳＵＳ４３０製の外径寸法５８ｍｍ、板厚０．４ｍｍの円筒状の鋼管を素材として用い、内径寸法５０ｍｍ×５０ｍｍでコーナー部は内径半径１０ｍｍの１／４円の曲率部と各辺の直線部の長さは３０ｍｍとなるような断面で、高さが２００ｍｍの有底ケースを製造した。
まず、所望の有底ケースの長さにあわせて鋼管を２００ｍｍの長さに切断した。切断された鋼管の内側に、各コーナー部方向に移動可能な４つの成形部と、油圧シリンダーにより押圧される四角錐部から構成された成形金型を配置した。各成形部と四角錘部の摺接面には溝とその溝に係合する突起を設けた。また鋼管部を押し広げる４つの成形部は、先端凸部の曲率半径を１０ｍｍとすると共に、ケースのコーナー部にのみ接し、直線部には接しないような形状とし、その境界部分には面取りを施さず角をつけたままとした。（図７(ｂ)参照）
【００２１】
油圧シリンダーにより四角錐部を押し上げることにより、４つの成形部を外方に移動させ、内径が５０ｍｍ×５０ｍｍでコーナー部に内側半径１０ｍｍの曲率部を有する矩形横断面形状の筒体を成形した。
この筒体の周長は１８４ｍｍとなるが、この周長に相当する円筒状の鋼管より外径寸法が小さい外径５８ｍｍの円筒状の鋼管を被加工管として用いたため、成形時に周長が１．７％伸ばされ、形状凍結された平坦度が高く寸法精度の良い筒体が得られた。
【００２２】
次に、得られた筒体を胴部とし胴部の一端に底板を溶接にて取り付けた。
胴部と同じくＳＵＳ４３０で板厚０．４ｍｍの鋼板を、胴部の横断面形状と同じ形状に切断して底板を製造した。胴体となる部分を横に設置し、底となる部分に底となる鋼板を合わせ、繋ぎ目となる突合せ部を溶接接合した。
この時、角型であるため溶接箇所は４辺となる。角の曲率部の溶接は直線部の溶接と同時に行うが、確実にコーナー部分と直線部を溶接するため、焦点深度の深いレーザー溶接法を用いて胴部と底板を接合した。
製造された有底ケースは、胴部の直線部の平坦度が高く、寸法精度がよく、溶接信頼性の高いものであった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】焼鈍工程を介在させたケースの製造方法を説明する図
【図２】折り曲げ加工法と溶接法を組み合わせたケース製造方法を説明する図
【図３】ロール成形法と溶接法を組み合わせたケース製造方法を説明する図
【図４】ロール成形法により円筒状鋼管を角型に成形する方法を説明する図
【図５】成形金型を用いて円筒状鋼管を矩形に成形する方法を説明する図
【図６】成形金型を用いて矩形に成形する際の形状凍結作用を説明する図
【図７】成形金型の成形部に設ける突起及び角を説明する図
【図８】成形金型の成形部と四角錐部に設ける溝と突起の関係を説明する図
【図９】矩形胴部の端部に底板を溶接接合する態様を説明する図
【図１】
2009262984.tif 000003
【図２】
2009262984.tif 000004
【図３】
2009262984.tif 000005
【図４】
2009262984.tif 000006
【図５】
2009262984.tif 000007
【図６】
2009262984.tif 000008
【図７】
2009262984.tif 000009
【図８】
2009262984.tif 000010
【図９】
2009262984.tif 000011