JP7539241B2 - 電池ケースの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、正極板、負極板、セパレータ、および電解質などの電池の構成部材を収容する電池ケースの製造方法に関し、特に、横断面形状が矩形状のケース本体部と、その開口部を閉じる封口板とにより構成された電池ケースの製造方法に関するものである。

従来、リチウムイオン電池などの単電池を複数積層してスタックとし、これを複数接続してモジュール化した大容量の二次電池（組電池）が知られている。このような組電池は、例えば、電気自動車の蓄電装置として採用されており、その搭載性を向上させるために、それぞれの単電池を方形状や矩形状に形成して積層することによりスタックや組電池としている。

このような単電池を収容するケースは、一般的に、有底筒状のケース本体部の開口部にレーザー溶接などによって封口板を取り付けることにより成形される。そのケース本体部は、楕円形状の板部材（ブランク）を絞り加工やしごき加工することにより横断面形状が楕円形状になる有底筒状の中間品を成形し、その中間品を更に絞り加工やしごき加工して横断面形状を矩形状にするとともに、側壁の板厚を所望の板厚に減少させることにより成形されている。

特許文献１には、絞り加工としごき加工とを一度のパンチの昇降動作によって行う絞りしごき加工（ＤＩ加工）により、横断面形状が楕円形状の中間品から、横断面形状が矩形状の最終品を成形する製造方法が記載されている。この特許文献１には、ケース本体部の側壁にしわや破断が生じることなく、上記の絞りしごき加工によって中間品から最終品を成形できる条件は、最終品の短辺側の板厚を長辺側の板厚よりも厚くすることと記載されている。

また、横断面形状が楕円形状の中間品を、横断面形状が矩形状の最終品に絞り加工する場合には、しわが生じることを抑制するために、パンチと中間品との隙間を小さくすることが好ましい。そのため、特許文献２に記載された製造方法は、最終品の形状に応じた外形のパンチに、そのパンチにスリーブを嵌め合わせることにより、中間品を絞り加工し始める時点でのパンチと中間品との隙間をスリーブによって埋めている。そのようにスリーブをパンチに嵌め合わせることにより、中間品を絞り加工し始める時点で、パンチによって支えることができない部分での座屈や、それによるしわの発生を防止している。

さらに、特許文献３には、外形が楕円形状に形成されたブランクを絞り加工して、横断面形状が矩形状の有底筒状の第１中間品を成形し、その第１中間品における側壁面と底面との間のコーナーを略垂直なコーナーに絞り加工するとともに、第１中間品の側壁面をしごき加工して第２中間品を成形し、その後に、第２中間品の側壁面をしごき加工することにより最終品を成形する製造方法が記載されている。

特許第４１１９６１２号 特許第５９７５５７３号 特開２０１９－１６６５２７号公報

ケース本体部の内側に封口板を位置決めするための段差部は、一般的に、横断面形状が矩形状の最終品を成形した後に、その内面の開口端付近を内面側から押圧して板厚を減少させることにより成形する。そのため、段差部を成形する側壁は、段差部を形成するために減少される板厚分、厚く形成することが好ましい。したがって、短辺側の側壁に段差部を成形する場合には、特許文献１に記載された製造方法によりケース本体部を成形することで、段差部を形成するための板厚を確保することができる。一方、段差部は、短辺側の側壁に形成するものに限らず、長辺側の側壁に形成する場合がある。そのような場合には、特許文献１に記載された製造方法では、段差部を成形する分、長辺側の側壁の板厚を厚くすると、それに応じて短辺側の側壁の板厚も厚くすることになるため、ケース本体部の内容量が減少し、またはその内容量を確保するためにはケース本体部が大きくなる可能性がある。すなわち、ケース本体部の側壁の板厚を適宜設定することができる製造方法を開発する余地があった。

また、特許文献２に記載された製造方法によれば、パンチの外壁面と中間品の内壁面との間にスリーブを挿入することにより、絞り加工の初期にパンチで支えることができない部分で座屈が生じることを防止している。一方、特許文献２に記載された製造方法は、絞り加工の初期にパンチと中間品との間にスリーブを埋め込んでいるものの、ダイス面に中間品の外壁面を押し当てる荷重を作用させていない。そのため、絞り量を増大させることはできず、横断面形状が楕円状の中間品から横断面形状が矩形状の最終品を成形するためには、一連の絞り加工が多段階に必要になる可能性がある。また、絞り加工の初期の段階でパンチにスリーブを嵌め合わせることができるものの、後工程では中間品の曲率半径が小さいコーナー部に対応したスリーブを用意するとすれば、そのスリーブの肉厚が薄くなるため、パンチと中間品との間にスリーブを埋め込むことが困難になる可能性がある。したがって、スリーブを使用することなく、絞り加工およびしごき加工を行うことができる製造方法を開発する余地があった。

さらに、特許文献３に記載された製造方法では、横断面形状が矩形状の第２中間品を成形した後に、その側壁をしごき加工する。一方、二つの側壁に挟まれたコーナー部の曲率半径が小さい場合には、二つの側壁のしごき率が異なると、一方の側壁のしごき加工に伴う材料の塑性流動が他方の側壁に影響するなどによって、いずれかの側壁にしわが生じる可能性がある。すなわち、特許文献３に記載された製造方法は、短辺側の側壁と長辺側の側壁との板厚を異ならせて成形することができない可能性がある。

本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、側壁の板厚などの成形条件の制約を受けることなく、横断面形状が矩形状のケース本体部を成形することができる電池ケースの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成するために、有底筒状をなすケース本体部の開口部に封口板を一体に取り付けて構成される電池ケースの製造方法であって、予め用意したブランクに絞り加工およびしごき加工を施して横断面形状が楕円形状若しくは長円形状をなす底部のある中間品を成形し、前記中間品に更に絞り加工もしくはしごき加工を複数回施して、横断面形状が矩形状となるように四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、前記コーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて前記ケース本体部とされる最終品に成形し、前記中間品から前記最終品を成形する過程で、互いに隣り合う前記側壁部同士で挟まれた前記コーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に、前記隣り合う側壁部のうちの一方の側壁部のしごき率と、前記隣り合う側壁部のうちの他方の側壁部のしごき率との差が所定差以下となるようにしごき加工を行い、前記コーナー部の曲率半径が前記所定値以上になっている状態で、前記コーナー部を挟んだ前記一方の側壁部と前記他方の側壁部とのそれぞれを、それぞれの側壁部に応じて予め設定してある目標板厚もしくはしごき率となるようにしごき加工を行い、前記所定差は、１％以下であることを特徴とする電池ケースの製造方法である。

本発明において、前記コーナー部の曲率半径が前記所定値以上になっている状態で、前記コーナー部を挟んだ前記一方の側壁部と前記他方の側壁部とのそれぞれを、前記一方の側壁部の高さと前記他方の側壁部の高さとの差が所定高さ差以下となるようにしごき加工を行ってよい。
また、本発明は、有底筒状をなすケース本体部の開口部に封口板を一体に取り付けて構成される電池ケースの製造方法であって、予め用意したブランクに絞り加工およびしごき加工を施して横断面形状が楕円形状若しくは長円形状をなす底部のある中間品を成形し、前記中間品に更に絞り加工もしくはしごき加工を複数回施して、横断面形状が矩形状となるように四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、前記コーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて前記ケース本体部とされる最終品に成形し、前記中間品から前記最終品を成形する過程で、互いに隣り合う前記側壁部同士で挟まれた前記コーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に、前記隣り合う側壁部のうちの一方の側壁部のしごき率と、前記隣り合う側壁部のうちの他方の側壁部のしごき率との差が所定差以下となるようにしごき加工を行い、前記コーナー部の曲率半径が前記所定値以上になっている状態で、前記コーナー部を挟んだ前記一方の側壁部と前記他方の側壁部とのそれぞれを、前記一方の側壁部の高さと前記他方の側壁部の高さとの差が所定高さ差以下となるようにしごき加工を行い、前記所定差は、１％以下であることを特徴とする電池ケースの製造方法である。

本発明において、前記所定高さ差は、前記コーナー部の曲率半径が前記所定値未満となった後のしごき加工による前記一方の側壁部と前記他方の側壁部との延伸量または延伸率が同等となるように定められていてよい。

本発明において、前記所定値は、３ｍｍ以下であってよい。
また、本発明は、有底筒状をなすケース本体部の開口部に封口板を一体に取り付けて構成される電池ケースの製造方法であって、予め用意したブランクに絞り加工およびしごき加工を施して横断面形状が楕円形状若しくは長円形状をなす底部のある中間品を成形し、前記中間品に更に絞り加工もしくはしごき加工を複数回施して、横断面形状が矩形状となるように四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、前記コーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて前記ケース本体部とされる最終品に成形し、前記中間品から前記最終品を成形する過程で、互いに隣り合う前記側壁部同士で挟まれた前記コーナー部の曲率半径が３ｍｍ未満となった後に、前記隣り合う側壁部のうちの一方の側壁部のしごき率と、前記隣り合う側壁部のうちの他方の側壁部のしごき率との差が１％以下となるようにしごき加工を行うことを特徴とする電池ケースの製造方法である。

本発明によれば、絞り加工としごき加工とを繰り返し行うことにより、横断面形状が楕円形状もしくは長円形状の中間品から、横断面形状が矩形状の最終品を成形する。その中間品に複数回の絞り加工もしくはしごき加工を施して、四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、そのコーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて最終品を成形する。上記のように中間品から最終品を成形する過程で、互いに隣り合う側壁部に挟まれたコーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に、そのコーナー部を挟んだ一方の側壁部のしごき率と、他方の側壁部のしごき率との差が所定差以下となるようにしごき加工を行う。そのため、コーナー部の曲率半径が小さくなって板厚の変遷部としての機能が低下した場合に、一方の側壁部のしごき加工による材料の塑性流動が、他方の側壁部に作用することによるしわや破断の発生を抑制することができる。

また、本発明によれば、コーナー部の曲率半径が所定値以上になっている状態、すなわち、板厚の変遷部としての機能が高い状態で、コーナー部を挟んだ両側の側壁部のそれぞれを、それぞれの側壁部に応じて予め設定してある目標板厚もしくはしごき率となるようにしごき加工を行う。つまり、コーナー部の曲率半径が所定値以上の状態で、各側壁部の板厚やしごき率、あるいは側壁部同士の板厚の差などを事前に調整することができる。したがって、コーナー部の曲率半径が小さくなった後に、各側壁部のしごき率に差を設けることなくしごき加工を行うとしても、一方の側壁部の板厚と他方の側壁部の板厚とが異なる最終品を成形するなど、最終品に要求されるそれぞれの側壁部の板厚や、その高さなどを充足することができる。

さらに、コーナー部の曲率半径が所定値以上の状態で、各側壁部の高さの差が所定高さ差以下となるようにしごき加工を行うことにより、コーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に各側壁部をしごき加工する場合に、中間品の高さ方向への材料の塑性流動のしやすさが異なることを抑制できる。その結果、一方の側壁部と他方の側壁部との中間品の周方向に対する材料の塑性流動の仕方が、高さ方向への材料の塑性流動の仕方に影響されて変化することを抑制でき、しごき加工することによるしわの発生を抑制できる。

本発明で対象とすることができる電池ケースの一例を説明するための斜視図である。 コイル材から中間品を成形するプレス機の構成の一例を説明するための模式図である。 中間品の外形の変化の仕方の一例を説明するための上面図である。 中間品の外形の変化の仕方の一例を説明するための斜視図である。 トランスファプレス機における各工程での機構の一例を説明するための模式図である。

本発明における電池ケースの一例を説明するための斜視図を図１に示してある。図１に示す電池ケース１は、正極板、負極板、セパレータ、および電解質などの電池の構成部材を収容するためのものであって、横断面形状が矩形状の有底筒状に形成されたケース本体部２と、ケース本体部２の開口部３を液密状に封止する長方形の板状の封口板４とにより構成されている。これらのケース本体部２と封口板４とは、ケース本体部２の内側に封口板４を位置決めして、レーザー溶接によって一体化される。そのため、図１に示す例では、ケース本体部２の短辺側の側壁の内面に、封口板４を載置するための段差部５が形成されている。この段差部５は、矩形状のケース本体部２を成形した後に、短辺側の側壁のうちの開口部３側の部分を内側から押圧するなどして、その部分の板厚を底面側の板厚よりも薄くすることにより形成される。なお、ケース本体部２および封口板４は、例えば、JIS H 4140により規定されている合金番号が１０５０番系や３０００番系のアルミニウム合金によって構成されている。

上記のケース本体部２は、コイル材から楕円形状もしくは長円形状のブランクを切り出し、そのブランクを絞り加工やしごき加工を行って横断面形状が略楕円形状もしくは略長円形状の中間品を成形し、その中間品を複数回の絞り加工やしごき加工を行うことにより、横断面形状を所期の矩形状に次第に変形させ、かつ側壁に対応する部分（以下、側壁部と記す）の板厚を所期の板厚に次第に減少させることにより成形される。上記のように絞り加工およびしごき加工を行った後に、所期の高さとなるように上端部をトリミングする。なお、以下では、コイル材から楕円形状のブランクを切り出し、そのブランクを絞り加工およびしごき加工を行って横断面形状が略楕円形状の中間品を成形するものとして説明する。

コイル材から楕円形状のブランクを切り出すとともに、そのブランクを絞り加工して横断面形状が略楕円形状の中間品を成形するためのプレス機６の一例を説明するための模式図を図２に示している。図２に示すプレス機６は、コイル材からブランク７を切り出すためのダイカッター８とパンチカッター９とを備えている。このダイカッター８の内形は、略楕円形状に形成されている。すなわち、成形するブランク７の外形と略同一に形成されている。そのダイカッター８の下方側には、ダイカッター８が下降することにより、ダイカッター８との間でコイル材に剪断力を作用させてコイル材を切断するためのパンチカッター９が設けられている。すなわち、パンチカッター９の外形は、ダイカッター８の内形と略同一に形成されている。

また、パンチカッター９には、後述するパンチ１０が貫通する貫通孔１１が形成されている。さらに、ダイカッター８の内周側には、パンチカッター９の上面との間でブランク７を挟持して、後述する絞り加工時にしわが生じることを抑制するための板状の挟持部材１２が設けられている。この挟持部材１２は、プレス方向においてダイカッター８と相対的に移動することができるように設けられていて、その下面は、プレス加工を行う以前の上死点では、ダイカッター８の下面よりも下方側となるように設けられている。また、挟持部材１２の内側には、パンチ１０が貫通する貫通孔１３が形成されている。すなわち、パンチカッター９の上面と挟持部材１２の下面とが対向するように構成されている。そして、ダイカッター８と挟持部材１２とを下降させて、挟持部材１２とパンチカッター９との間でコイル材を挟持し、その後、ダイカッター８を更に下降させることによりコイル材を剪断するように構成されている。なお、上記のようにコイル材を剪断した後も、パンチカッター９の上面と挟持部材１２の下面との間で、切り出されたブランク７を挟み込んで保持することができるように構成されている。

さらに、ダイカッター８およびパンチカッター９の内側を貫通するように、ダイカッター８の上方側から下降するパンチ１０が設けられている。このパンチ１０は、切り出されたブランク７を絞り加工するためのものであって、その外形は、中間品１４を成形するために略楕円形状に形成されている。またさらに、パンチカッター９は、ブランク７を絞り加工する際におけるダイスとして機能するものであり、したがって、パンチカッター９の貫通孔１１は、成形するための中間品１４の形状に応じた形状に形成されている。

そして、絞り加工することによりパンチ１０に圧着した中間品１４をパンチ１０から取り外すためのストリッパーフィンガー１５が、パンチカッター９の下方側に設けられている。このストリッパーフィンガー１５は、パンチ１０側に接近および離隔することができるように水平に移動可能に構成されている。図２に示す例では、ストリッパーフィンガー１５をパンチ１０側に押圧する圧縮バネ１６が、ストリッパーフィンガー１５を挟んでパンチ１０とは反対側に設けられている。また、ストリッパーフィンガー１５におけるパンチ１０側の下端のエッジが鋭角に形成されている。したがって、パンチ１０が下降した場合には、圧縮バネ１６が圧縮されるようにストリッパーフィンガー１５に荷重が作用することにより、ストリッパーフィンガー１５は、パンチ１０および絞り加工されているブランク７から後退し、ブランク７がストリッパーフィンガー１５を通過した後に、パンチ１０の外壁面にストリッパーフィンガー１５の先端が接触するように構成されている。

上述したプレス機６は、コイル材からブランク７を切り出す剪断加工と、その切り出されたブランク７の形状を変形させる絞り加工とを一連のプレス動作によって行うダブルアクションのプレス機である。具体的には、まず、コイル材をダイカッター８とパンチカッター９との間に送り込み、その状態でダイカッター８および挟持部材１２により構成されたダイカッターアッセンブリを下降させて、パンチカッター９と挟持部材１２との間でコイル材を挟持する。コイル材を上記のように挟持した状態で、ダイカッター８を更に下降させてダイカッター８とパンチカッター９とによりコイル材を剪断してブランク７を切り出す。さらに、パンチカッター９と挟持部材１２との間で切り出されたブランク７を挟持した状態で、パンチ１０を下降させる。なお、この際の挟持力は、ブランク７を絞り加工することによるしわの発生を抑制することができる荷重に設定される。

そして、上記のようにパンチ１０を下降させることにより、ブランク７を絞り加工して横断面形状が楕円形状の中間品１４を成形する。ついで、パンチ１０を所定の高さまで下降させた後に、パンチ１０を待機位置（初期位置）まで上昇させる。このようにパンチ１０を待機位置に上昇させる過程で、パンチ１０の外壁面に圧着した中間品１４の上端が、ストリッパーフィンガー１５に接触することにより、パンチ１０から中間品１４が取り外される。すなわち、絞り加工された中間品１４の上端が、ストリッパーフィンガー１５を通過するまで、一旦、パンチ１０を下降させる。そして、パンチ１０から取り外された中間品１４は、下方に設けられたコンベア１７によって次工程に搬送される。

上述したように成形された中間品１４の上面図を図３（ａ）に示し、斜視図を図４（ａ）に示してある。このように成形された中間品１４は、続いて、複数工程を同時に行うことができるトランスファプレス機によって、図３（ｂ）から（ｇ）、および図４（ｂ）から（ｇ）の順に示すように絞り加工により外形形状を次第に変形させるとともに、しごき加工により板厚を次第に減少させ、または側壁部を上方に引き延ばす。なお、図３（ｇ）および図４（ｇ）は、最終品の形状を示している。

具体的には、第１工程で、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように最終品における長辺となる側壁に対応する部分（以下、長辺部と記す）に、ストレート部１８を成形する。続く第２工程および第３工程では、図３（ｃ）、図３（ｄ）、図４（ｃ）、および図４（ｄ）に示すように、ストレート部１８を長く成形するとともに、ストレート部１８同士の間隔を狭める。そして、第４工程では、図３（ｅ）および図４（ｅ）に示すように、最終品における短辺となる側壁に対応する部分（以下、短辺部と記す）に、ストレート部１９を成形し、第５工程および第６工程では、図３（ｆ）、図３（ｇ）、図４（ｆ）、および図４（ｇ）に示すように、互いに隣り合うストレート部１８，１９に挟まれた四つのコーナー部２０の曲率半径を次第に小さくする。なお、第１工程や第２工程などの比較的初期の工程では、絞り加工のみを行い、しごき加工を行わなくてもよい。

そのトランスファプレス機における各工程での機構は、ほぼ同一であり、その機構（以下、便宜上、プレス機構と記す）の一例を説明するための模式図を図５に示してある。なお、以下の説明では、当該プレス機構によって成形される以前の中間品１４を、中間品１４ａと記し、当該プレス機構によって成形された中間品１４を、中間品１４ｂと記す。図５に示すプレス機構２１は、図２に示すプレス機６によって成形された中間品１４ａまたは前工程で成形された中間品１４ａが搬送されて載置されるリフター２２と、リフター２２に載置された中間品１４ａを押圧するパンチ２３と、中間品１４ａの外形を変形させるとともに、パンチ２３との間で中間品１４ａを絞り加工し、またはしごき加工し、あるいは絞り加工およびしごき加工を同時に行う絞りしごき加工を行うためのダイス２４とにより構成されている。

リフター２２は、パンチ２３によって中間品１４ａが押圧されると、その押圧力に応じて下方側に移動するように構成されている。また、ダイス２４の内形は、その工程で成形するべき中間品１４ｂの外形とほぼ同じ形状に形成されている。さらに、パンチ２３の外形は、その工程で成形するべき中間品１４ｂの板厚に対応したダイス２４とパンチ２３とのクリアランスが空く形状に形成されている。

したがって、図５（ｂ）に示すようにパンチ２３を下降させると、中間品１４ａが絞り加工およびしごき加工される。この絞り加工としごき加工とを同時に行う加工法は、絞りしごき加工と称されている加工法である。そして、所定の深さまでパンチ２３を下降させることにより、中間品１４ｂが成形されると、パンチ２３の外壁に中間品１４ｂが圧着したまま、あるいはリフター２２の上面とパンチ２３の下面との間に、中間品１４ｂの底面を挟んだまま、パンチ２３を上昇させる。図５（ｃ）に示すように各工程には、パンチ２３が上昇することによりパンチ２３に圧着した中間品１４ｂを取り外すストリッパーフィンガー２５が設けられている。なお、このストリッパーフィンガー２５は、上述したストリッパーフィンガー１５と同様に構成できる。そのため、パンチ２３の外壁に中間品１４ｂが圧着している場合には、パンチ２３を上昇させることにより、中間品１４ｂの上端がストリッパーフィンガー２５に接触して、パンチ２３から中間品１４ｂが取り外され、リフター２２の上面に載置される。そして、図示しないキャッチフィンガーによって次工程に搬送される。なお、上述したように初期の工程でしごき加工を行わない場合には、パンチ２３とダイス２４とのクリアランスを中間品１４ａの板厚以上のクリアランスに設定する。

上述したように複数回の絞り加工としごき加工とを行うことにより、横断面形状が略楕円形状の中間品１４のうちのコーナー部２０の曲率半径を次第に小さくして横断面形状を略矩形状に変形させ、かつそのコーナー部２０を挟んだ両側の板厚（肉厚）を次第に減少させることにより最終品を成形する。

上述したように中間品１４を絞り加工してコーナー部２０の曲率半径を次第に小さくしつつ、各側壁部をしごき加工する。そのしごき加工では、短辺部と長辺部とのしごき率が異なる場合には、コーナー部２０が板厚の変遷部として機能すると考えられる。したがって、コーナー部２０の曲率半径が小さい場合には、変遷部として機能する領域が小さいことにより、しごき率が小さい方の側壁部にしごき率が大きい方の側壁部の材料が流動するなどの影響が生じ、その結果、いずれかの側壁部にしわや破断が生じる可能性がある。

そのため、本発明の電池ケースの製造方法は、コーナー部２０の曲率半径が小さくなった時点以降では、短辺部のしごき率と長辺部のしごき率との差が所定差未満となるようにしごき加工を行う。より具体的には、図３（ｄ）および図４（ｄ）に示す中間品１４となる以前の工程では、コーナー部２０の曲率半径が所定値以上となっている中間品１４をしごき加工するため、ストレート部１８を含む長辺部と、ストレート部１９を含む短辺部とは、それぞれの工程で長辺部と短辺部とのそれぞれに対して設定された目標板厚やしごき率（公称板厚減少率）に基づいてしごき加工を行う。すなわち、長辺部と短辺部との一方のしごき率を大きくし、他方のしごき率を小さくするなど、それぞれのしごき率が独立して設定されている。

それに対して、図３（ｅ）および図４（ｅ）に示す中間品となった後の工程では、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満になっている中間品１４をしごき加工するため、ストレート部１８を含む長辺部をしごき加工する際のしごき率と、ストレート部１９を含む短辺部をしごき加工する際のしごき率との差が所定差未満となるように、それぞれの側壁部をしごき加工する。

上述したようにコーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった後は、長辺部と短辺部との一方のしごき率を大きくし、他方のしごき率を小さくするなど、コーナー部２０を挟んだ側壁部のしごき率を大きくは異ならせない。そのため、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となる以前における短辺部と長辺部との板厚の比が、最終品における短辺部と長辺部との板厚の比と同等になるようにするなど、最終品の形状と、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった後にしごき加工できる各側壁部のしごき率とから、短辺部と長辺部とのそれぞれの目標板厚やしごき率を定めている。

また、短辺部と長辺部とをしごき加工することによる中間品１４の周方向への材料の塑性流動は、短辺部と長辺部との高さに応じて変化すると考えられる。したがって、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった後における中間品１４の周方向への材料の塑性流動のしやすさが、短辺部と長辺部とで異なることを抑制するため、言い換えると、短辺部と長辺部との高さ方向への延伸量（または延伸率）がほぼ同等になるように、コーナー部２０の曲率半径が所定値以上になっている状態での短辺部と長辺部とのしごき率を定めている。具体的には、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった時点での、短辺部と長辺部との高さ差が所定高さ差以下となるように、コーナー部２０の曲率半径が所定値以上の状態での短辺部と長辺部とのそれぞれのしごき率を定めている。

短辺部および長辺部の上端は、しごき加工を行うことによる材料の塑性流動の仕方などにより、均等に延伸するとは限らないため、波形状になる。したがって、上記所定高さ差は、短辺部における各部位の高さの平均値と、長辺部における各部位の高さの平均値との差で定義され、その所定高さ差は、３ｍｍ以下であることが好ましい。

または、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった後における中間品１４の周方向への材料の塑性流動のしやすさを合わせるために、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満になる以前の絞り加工やしごき加工によって、短辺部と長辺部との高さ差が所定高さ差以下となるように、コイル材から切り出すブランクの形状を定めてもよい。

なお、上述した短辺部と長辺部とのしごき率の差を所定差とするコーナー部２０の曲率半径の所定値は、２ｍｍであることが好ましい。また、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった場合における短辺部と長辺部とのしごき率の差は、１％以下であることが好ましい。

本発明者は、図３および図４に示すように複数回の絞り加工およびしごき加工を行って横断面形状が楕円形状の中間品１４から横断面形状が矩形状の最終品を成形する過程での、短辺部と長辺部とのしごき率を変更して、最終品の側壁にしわが生じるか否かを検証するための実験を行った。その実験条件およびその結果を以下に示す。

本発明者による実験では、まず、アルミニウム合金１０５０番で、かつ板厚が１．５ｍｍのコイル材を使用した。第１実験では、短辺部の長さが２７．５ｍｍ、その壁厚が１．０ｍｍ、および長辺部の長さが１４８ｍｍ、その壁厚が１．２ｍｍ、ならびに高さが１００ｍｍの横断面形状が矩形状のケース本体部２を成形した。この第１実験では、コーナー部２０の曲率半径が所定値未満となった後に、短辺部と長辺部とのしごき率の差が所定値未満となるように各工程でのしごき率を定めてケース本体部２を成形した。

表１に、その実験結果を示してある。表１における絞り量は、前工程での絞り加工に使用したパンチの外形寸法と、続く工程での絞り加工に使用するパンチの外形寸法との差である。なお、表中には、パンチの中心からの寸法差で絞り量を示してある。

表１に示すように第１工程では、短辺部および長辺部をしごき加工していない。第２工程および第３工程では、短辺部のみをしごき加工している。そして、第４工程ないし第６工程では、短辺部および長辺部をしごき加工している。

上記第１実験では、第２工程および第３工程での短辺部のしごき率と長辺部のしごき率との差を比較的大きく設定しているのに対して、コーナー部２０の曲率半径が小さくなった第４工程ないし第６工程でのしごき率の差を比較的小さく設定している。言い換えると、コーナー部２０の曲率半径が小さくなったことにより短辺部と長辺部とのしごき率を同等にしてしごき加工したとしても、最終品の板厚を充足できるように初期の工程で短辺部のしごき率を大きくしている。

第１実験では、短辺部および長辺部にしわや破断が生じることなく、また高さを揃えて最終品を成形することができた。

次に、第１実験の条件のうち長辺部の板厚を０．７ｍｍに変更して同様の実験（第２実験）を行った。

表２に、第２実験の結果を示してある。

第２実験では、最終品の長辺部の板厚を短辺部の板厚よりも厚く成形すること以外は、第１実験と同様であって、コーナー部２０の曲率半径が小さくなった後の短辺部と長辺部とのしごき率を同等にするために、第１工程及び第２工程で、長辺部のみをしごき加工を行い、第３工程以降では、短辺部と長辺部とのしごき率がほぼ同等となるようにしごき加工を行った。

第２実験においても第１実験と同様に、短辺部および長辺部にしわや破断が生じることなく、また高さを揃えて最終品を成形することができた。

次に、第３実験として、第２実験と同様の最終品を成形する上で、第１工程から第６工程までのしごき率の差がほぼ一定となるように短辺部と長辺部とをしごき加工した。したがって、第３実験では、第１工程から第６工程での長辺部のしごき率を短辺部のしごき率よりも大きく設定している。

表３に、第３実験の結果を示してある。

この第３実験では、第１工程から第４工程までは、短辺部および長辺部にしわや破断が生じることなく、しごき加工を行うことができた。一方、第５工程および第６工程では、短辺部にしわが生じた。

さらに、第４実験として、第２実験と同様の最終品を成形する上で、第５工程および第６工程における短辺部のしごき率が、長辺部のしごき率よりも大きくなるようにしごき加工を行った。

表４に、第４実験の結果を示してある。

この第４実験では、第１工程から第４工程までは、短辺部および長辺部にしわや破断が生じることなく、しごき加工を行うことができた。一方、第５工程および第６工程では、長辺部にしわが生じた。

上述した第１実験から第４実験の結果、第１工程から第４工程までの間では、短辺部と長辺部とのしごき率に大きな差があったとしても、短辺部と長辺部とにしわや破断が生じることがなく、それに対して、第５工程および第６工程では、短辺部と長辺部とのしごき率に大きな差があると、しごき率が小さい方の側壁にしわが生じることが分かる。これは、短辺部と長辺部との間の領域であるコーナー部２０の曲率半径が大きい場合には、しごき率が大きい方の側壁部の板厚の減少に伴う材料の塑性流動がコーナー部２０で吸収できるためと考えられる。言い換えると、コーナー部２０が板厚の変遷部として機能しているためと考えられる。それに対して、コーナー部２０の曲率半径が小さい場合には、コーナー部２０での板厚の変遷部としての機能が、曲率半径が大きい場合と比較して小さくなるため、しごき率が大きい方の材料の塑性流動が、しごき率が小さい方の壁面に作用して、その壁面にしわが生じていると考えられる。

そのため、更に、コーナー部２０の曲率半径と各側壁のしごき率の差との関係について検証した。具体的には、コーナー部２０の曲率半径が１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍの中間品１４をそれぞれ用意し、それらの中間品１４で、短辺部のしごき率と長辺部のしごき率との差を１％、２％、３％となるようにしごき加工を行って、短辺部と長辺部とのいずれかにしわが生じるか否かを検証した。その検証結果を表５に示してあり、表５中には、しわが生じない場合を「○」で示し、しわが生じた場合を「△」で示し、破断が生じた場合を「×」で示してある。

上述した実験の結果から、コーナー部２０の曲率半径が大きくなるほど、短辺部と長辺部とのしごき率の差を許容することができることが分かる。

上述したように横断面形状が楕円形状の中間品から、横断面形状が矩形状の最終品を絞り加工によって成形するとともに、その外形形状が変化する過程で、しごき加工を行って側壁部の板厚を次第に減少させる場合に、互いに隣り合う側壁部に挟まれたコーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に、そのコーナー部を挟んだ一方の側壁部のしごき率と、他方の側壁部のしごき率との差を所定差以下となるようにしごき加工を行うことにより、それぞれの側壁部にしわや破断が生じることなく、中間品または最終品の側壁部をしごき加工することができる。

また、コーナー部の曲率半径が所定値以上になっている状態、すなわち、板厚の変遷部としての機能が高い状態で、コーナー部を挟んだ両側の側壁部のそれぞれを、それぞれの側壁部に応じて予め設定してある目標板厚もしくはしごき率となるようにしごき加工を行う。つまり、コーナー部の曲率半径が所定値以上の状態で、各側壁部の板厚やしごき率、あるいは側壁部同士の板厚の差などを事前に調整することができる。したがって、コーナー部の曲率半径が小さくなった後に、各側壁部のしごき率に差を設けることなくしごき加工を行うとしても、一方の側壁部の板厚と他方の側壁部の板厚とが異なる最終品を成形するなど、最終品に要求されるそれぞれの側壁部の板厚や、その高さなどを充足することができる。

さらに、コーナー部の曲率半径が所定値以上の状態で、各側壁部の高さの差が所定高さ差以下となるようにしごき加工を行い、またはコーナー部の曲率半径が所定値未満となる時点で、各側壁部の高さの差が所定高さ差以下となるように切り出すブランクの形状を定めることにより、コーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に各側壁部をしごき加工する場合に、中間品の高さ方向への材料の塑性流動のしやすさが異なることを抑制できる。その結果、一方の側壁部と他方の側壁部との中間品の周方向に対する材料の塑性流動の仕方が、高さ方向への材料の塑性流動の仕方に影響されて変化することを抑制でき、しごき加工することによるしわの発生を抑制できる。

１ 電池ケース
２ ケース本体部
３ 開口部
４ 封口板
５ 段差部
６ プレス機
７ ブランク
８ ダイカッター
９ パンチカッター
１０，２３ パンチ
１２ 挟持部材
１４ 中間品
１８，１９ ストレート部
２０ コーナー部
２１ プレス機構
２２ リフター
２４ ダイス

Claims (6)

1. 有底筒状をなすケース本体部の開口部に封口板を一体に取り付けて構成される電池ケースの製造方法であって、
   予め用意したブランクに絞り加工およびしごき加工を施して横断面形状が楕円形状若しくは長円形状をなす底部のある中間品を成形し、
   前記中間品に更に絞り加工もしくはしごき加工を複数回施して、横断面形状が矩形状となるように四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、前記コーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて前記ケース本体部とされる最終品に成形し、
   前記中間品から前記最終品を成形する過程で、互いに隣り合う前記側壁部同士で挟まれた前記コーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に、前記隣り合う側壁部のうちの一方の側壁部のしごき率と、前記隣り合う側壁部のうちの他方の側壁部のしごき率との差が所定差以下となるようにしごき加工を行い、
   前記コーナー部の曲率半径が前記所定値以上になっている状態で、
   前記コーナー部を挟んだ前記一方の側壁部と前記他方の側壁部とのそれぞれを、それぞれの側壁部に応じて予め設定してある目標板厚もしくはしごき率となるようにしごき加工を行い、
   前記所定差は、１％以下である
   ことを特徴とする電池ケースの製造方法。
2. 請求項１に記載の電池ケースの製造方法であって、
   前記コーナー部の曲率半径が前記所定値以上になっている状態で、
   前記コーナー部を挟んだ前記一方の側壁部と前記他方の側壁部とのそれぞれを、前記一方の側壁部の高さと前記他方の側壁部の高さとの差が所定高さ差以下となるようにしごき加工を行う
   ことを特徴とする電池ケースの製造方法。
3. 有底筒状をなすケース本体部の開口部に封口板を一体に取り付けて構成される電池ケースの製造方法であって、
   予め用意したブランクに絞り加工およびしごき加工を施して横断面形状が楕円形状若しくは長円形状をなす底部のある中間品を成形し、
   前記中間品に更に絞り加工もしくはしごき加工を複数回施して、横断面形状が矩形状となるように四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、前記コーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて前記ケース本体部とされる最終品に成形し、
   前記中間品から前記最終品を成形する過程で、互いに隣り合う前記側壁部同士で挟まれた前記コーナー部の曲率半径が所定値未満となった後に、前記隣り合う側壁部のうちの一方の側壁部のしごき率と、前記隣り合う側壁部のうちの他方の側壁部のしごき率との差が所定差以下となるようにしごき加工を行い、
   前記コーナー部の曲率半径が前記所定値以上になっている状態で、
   前記コーナー部を挟んだ前記一方の側壁部と前記他方の側壁部とのそれぞれを、前記一方の側壁部の高さと前記他方の側壁部の高さとの差が所定高さ差以下となるようにしごき加工を行い、
   前記所定差は、１％以下である
   ことを特徴とする電池ケースの製造方法。
4. 請求項２または３に記載の電池ケースの製造方法であって、
   前記所定高さ差は、前記コーナー部の曲率半径が前記所定値未満となった後のしごき加工による前記一方の側壁部と前記他方の側壁部との延伸量または延伸率が同等となるように定められている
   ことを特徴とする電池ケースの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池ケースの製造方法であって、
   前記所定値は、３ｍｍ以下である
   ことを特徴とする電池ケースの製造方法。
6. 有底筒状をなすケース本体部の開口部に封口板を一体に取り付けて構成される電池ケースの製造方法であって、
   予め用意したブランクに絞り加工およびしごき加工を施して横断面形状が楕円形状若しくは長円形状をなす底部のある中間品を成形し、
   前記中間品に更に絞り加工もしくはしごき加工を複数回施して、横断面形状が矩形状となるように四つのコーナー部の曲率半径を次第に小さくするとともに、前記コーナー部を形成する側壁部の肉厚を減じて前記ケース本体部とされる最終品に成形し、
   前記中間品から前記最終品を成形する過程で、互いに隣り合う前記側壁部同士で挟まれた前記コーナー部の曲率半径が３ｍｍ未満となった後に、前記隣り合う側壁部のうちの一方の側壁部のしごき率と、前記隣り合う側壁部のうちの他方の側壁部のしごき率との差が１％以下となるようにしごき加工を行う
   ことを特徴とする電池ケースの製造方法。

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