JP2014008532A - 密閉型矩形容器の製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充分な強度を有し軽量かつ廉価な密閉型矩形容器を提供することを課題とする。
【解決手段】横幅が小さくかつ深さの深い密閉型矩形容器を製作するのに汎用型のプレスを用いて、型取・切断・折曲後溶接して製作する方法を採用した。この方法を採用する際に、矩形容器の頂点となる部分とその近傍に板耳、それも健全な溶接継手が得られる種々の形状の板耳を適宜を設け、また稜を構成する切断辺の板端にテーパや丸味を設けた。これにより、均一な板厚の強度上優れた容器、かつ健全な溶接継手を有する軽量な密閉容器を提供できた。
【選択図】 図１

Description

金属板の密閉型矩形容器を製作する方法に関する。

現今、脚光を浴びている電池式自動車の場合は、多数の高性能の電池を狭い空間に収納することが要求されている。
このため、電池の形状には、矩形体が要求され、それも稜に丸味の少ない角張った扁平な矩形の密封容器で、かつ軽量なものが求められている。

密閉型矩形容器を製作する場合、一般には、プレス工程を多数回連続して深絞り加工を行うトランスファープレス方式により、蓋無し容器を製作し、その後、蓋を溶着する方法が採用されている。
しかし、電池式自動車が要求する金属板の密閉型矩形容器は深さが深いため、トランスファープレス方式により製作するにしても、高度な技術および高価かつ大型の機械、それに多種多量の潤滑油脂を必要とする。

また、この方法によると、塑性加工度が高いため、深絞り後の素材の結晶は、元の素材の結晶から大きく変化してしまい、これがため、元の素材に相当する蓋を溶着する場合に、欠陥が生じ易く、また強度的にも不十分なものとなり易い。このような事情下、溶接欠陥を生じにくくするため、深絞り加工による場合は、溶接工程に入る前に焼鈍等の熱処理を必要とする。

さらに、トランスファープレス方式による場合、絞り加工によって、板厚に薄厚が生じることから、もっとも薄い部分の板厚を要求される製作仕様に対しては、仕様板厚よりも肉厚の厚い板材を採用せざる得ず、このことは、必要以上に重量の嵩む容器を提供することとなる。

その上、自動車の一部品とは言え、密閉容器そのものの重量の軽量化が求められ、密閉容器素材としてのアルミ材の使用が要望される。アルミ材の種類はステンレス鋼材と同様多種類ではあるが、アルミ材はステンレス鋼材にくらべ生産ロット毎の性質のばらつきが大きく、素材の性質の均等性が強く要求されるトランスファープレス方式の場合は、この制約から、素材としてステンレス鋼を使用せざるを得ず、この点からも重量が嵩むこととなる。

一方、汎用型のプレスで型取り切断し折り曲げした後、溶接して密封容器を製作する方法においては、加工素材に限定されないことから、軽量なアルミ材を用いることができる。

また、トランスファープレス方式は、大型・高価な深絞り機械を必要とし、また、多工程に渡る金型を予備を含めて準備せねばならず、加工に移る際の調整等に多くの時間と多額の費用を要し、その額はプレス方式の費用より一桁以上も高額なものとなる。

さらに、トランスファープレス方式の場合は、深絞り加工時に、多量多種の油脂を使用するから、充分な脱脂工程が必要であり、生産コストが高くならざる得ない。

トランスファープレス方式にしろ、汎用型のプレス方式にしろ、密封容器を製作するには溶接は必須であるから、溶接の良否は最重要課題の一つである。特許文献１および特許文献２に開示されている方法もあるが、両文献の方法は、アルミ板の端部に階段状の加工を施す必要があり、このような加工工程を必要としないで、より一層良好な溶接継手が得られる方法があれば、廉価な密封容器を提供することが可能となる。

特開平１１−２７３６３７号公報 特開２０００−２１３６５号公報

本願発明は、上記のような事情のもとで考えだされた密閉型矩形容器の製作方法に関するものであって、充分な強度を有し軽量かつ廉価な矩形容器を提供することを課題とする。

金属板を用いて密閉型矩形容器を、型取・切断・折曲後溶接して製作する場合において、型取・切断時に、矩形容器の頂点となる部分の近傍に板耳を設ける加工方法を採用した。

また、切断辺において、切断辺の板端にテーパまたはおよび丸味を設ける加工方法を採用した。

さらに、矩形容器の頂点となる部分の近傍に板耳を設ける加工方法および切断辺において板厚方向にテーパ・丸味を設ける加工方法の両加工方法を併用することにした。

矩形容器の溶接において、稜部分での溶接は溶接に要求される入熱量は一定であるから、健全な溶接継手は得られ易いが、頂点近傍の溶接においては、２面を形成する部分と１面を形成する部分とでは要求される入熱量が異なることから、健全な溶接継手は得られにくく、このため高度な溶接技量が要求されている。
そこで、本願発明では、２面を形成する部分の矩形容器の頂点となる部分の近傍に板耳を設けることとし、これによって入熱量の均一性を図って溶け落ちを防止し溶接欠陥を入りにくくして、特に痩せの少ない健全な溶接継手が得られ易くなった。
特に、薄い金属板を使用する場合は、溶加棒を使わない共金溶接であるから、金属板への入熱量コントロールは重要である。

溶接が困難な鋼材においては、通常予熱方式が採用されている。
薄い金属板の場合でも、金属への急激な入熱は溶接欠陥を生じ易いことは業界で知られてきている事実である。
そこで、本願発明においては、溶接辺において板厚方向にテーパまたはおよび丸味を設けて、金属板への急激な入熱をできるだけ避け、健全な溶接継手を得られ易くした。

出願人が第３者機関にレーザー溶接施行条件の確認試験を依頼した結果によれば、厚さ１ｍｍのアルミ板で、溶接辺において板厚方向にテーパまたはおよび丸味を設けた場合は、テーパまたはおよび丸味を設けない場合に比べて、レーザー出力は １５００Ｗ／２０００Ｗ、溶接速度は毎分 ２０００ｍｍ／１８００ｍｍ、となり、消費電力で ２５％減、溶接速度では １１％増 と著しい加工費用の減少の効果が見られた。

密閉容器としては、均一な板厚の容器であることが、強度上望ましい。
ところで、本願発明では、プレスを用いて、型取・切断・折曲後溶接して製作する方法を採用したことから、製作される密閉容器は、均一な板厚の強度上優れたかつ軽量な密閉容器を提供でき、業界の要望に応えられるものである。

また、本願発明では、高価な設備であるトランスファープレス方式を必要とせず、多方面で汎用的に使用されているプレス方式にしたことから、廉価な密閉容器を多量に提供することができ、さらに、納期短縮の要請にも応えられるものである。

密閉型矩形容器を製作する際の、型取・切断後の展開図である。 アルファベット大文字は、矩形容器の各頂点を示す。 密閉型矩形容器を製作する際の、型取・切断後・折曲中の俯瞰図である。 稜部分の溶接部を示す矢視断面図である。

本願発明の密閉型矩形容器に使用される金属板の板厚は、０.５ｍｍ ないし ６.０ｍｍ 程度であり、密閉型矩形容器は、縦幅１００ｍｍ ないし ２０００ｍｍ、横幅２０ｍｍ ないし １０００ｍｍ、深さ８０ｍｍ ないし ２０００ｍｍ 程度の大きさのものである。

本願発明においては、横幅が小さくかつ深さの深い密閉型矩形容器を製作するのに、トランスファープレス方式ではなく、汎用型のプレスを使用した。
したがって、トランスファープレス方式では扱いにくいアルミ材も可能であり、無論、ステンレス材も可能である。

図１は、矩形容器の頂点となる部分の近傍に板耳を設けて、型取り切断した後を示す展開図である。
本願発明は、蓋部は後刻取付けるので、５面で、容器を製作する場合を示している。

頂点となる部分の近傍に設ける板耳の形状としては種々の形状が考えられるが、図１には、台形型（Ｂ頂点、Ｃ頂点、Ｆ頂点）、直角台形型（Ａ頂点、Ｈ’部）、台形の非平行辺に曲線を使用した型（Ｇ頂点）、直角台形の非平行辺に曲線を使用した型（Ａ’頂点、Ｈ頂点）および四分円型（Ｄ頂点、Ｅ頂点）を示してある。台形部分に正方形、矩形を用いても良く、また四分円の替りに他の曲線、例えば円弧・楕円弧・曲線の弧、を使用しても良い。

特に、Ｄ頂点およびＥ頂点のような１８０度未満の角度で切り出される頂点は、曲げ時あるいは曲げ後に、隣接する稜を有する面と同一レベルの面に近くなるように展伸される（図１）ことから、傷・欠陥が生じないような形状（図１では四分円）が採用される。

なお、板耳はすべての頂点に設ける必要はなく、施行手順・施行方法（特に溶接方法）によっては、一部の頂点での板耳は省略することも可能である。

頂点となる部分とその近傍に設ける板耳の耳幅は、使用する金属板の板厚（ｔ）によって変化するが、通常は、１ｔ〜 ３ｔ 程度である。特に、薄い金属板を使用する場合は、溶加棒を使わない共金溶接であるから、板耳幅の選択は極めて重要であり、一般には実際に使用される金属板を用いた施行前試験によって最適幅をその都度設定している。

特に突き合わせ型すみ肉溶接においても、金属への急激な入熱は溶接欠陥を生じ易いことから、本願発明においては、稜を構成する切断辺の板端にテーパや丸味を設けているが、その状況を図３に示す。
なお、頂点部分においても、上記と同様なテーパや丸味を設けている（図示省略）。
テーパの角度や丸味の形状（円弧・楕円弧・曲線の弧等）は、これも、一般には実際に使用される金属板を用いた施行前試験によって最適な形状をその都度設定している。

テーパや丸味をつける工程は、型取り切断した機械と同一の機械で切断と同時に行うことも可能であるが、後刻、別工程で行ってもよい。
簡単な場合は、手作業で行うこともできる。

なお、蓋板の取付けについては省略する。

アルファベット大文字は、矩形容器の各頂点を示す。
ダッシュ（’）の在るアルファベット大文字（例、Ａ’）は、ダッシュ（’）の無いアルファベット大文字と同一の頂点をなす（例、Ａ）。

Claims (3)

1. 金属板を用いて密閉型矩形容器を、型取・切断・折曲後溶接して製作する場合において、型取・切断時に、矩形容器の頂点となる部分の近傍に板耳を設けること、を特徴とする密閉型矩形容器の製作方法
2. 金属板を用いて密閉型矩形容器を、型取・切断・折曲後溶接して製作する場合において、切断辺の板端にテーパまたはおよび丸味を設けること、を特徴とする密閉型矩形容器の製作方法
3. 金属板を用いて密閉型矩形容器を、型取・切断・折曲後溶接して製作する場合において、請求項１記載の板耳および請求項２記載のテーパまたはおよび丸味を設けること、を特徴とする密閉型矩形容器の製作方法

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