JP7070820B1 - 成形品の製造方法、ブランク、及び角筒深絞り成形品 - Google Patents

成形品の製造方法、ブランク、及び角筒深絞り成形品 Download PDF

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Abstract

しごき加工が不要な深絞り成形によるプレス加工で、成形深さの深く且つ稜線のＲが鋭角化した角筒形状の成形品を提供可能とする。多角形形状の底面部（２）と、上記底面部（２）の各辺にそれぞれ連続する直辺部（３Ａ）及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線（３Ｂ）を備える側壁（３）と、上記側壁（３）に連続するフランジ（４）とを有する角筒形状の成形品（１）に、鋼板からなるブランク（１０）を角筒深絞り成形することで、上記成形品を製造する。上記ブランク（１０）における、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠き（１１）を有し、上記切欠き（１１）は、上記直辺部（３Ａ）における左右方向中央部位置よりも上記縦稜線（３Ｂ）に近い位置となる領域に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている。

Description

本発明は、しごき加工が不要な深絞り成形によるプレス加工に係る。本発明は、例えば、成形深さの深い角筒形状の成形品を製造する技術に関する。本発明は、例えば、自動車に積載されるような大型バッテリー用のバッテリーケースに好適な技術である。
環境汚染対策や燃費向上等の観点から、自動車の電動化が進んでいる。電気自動車は、従来のガソリン車と比較して構造的に異なる部位が多い。特に大きな違いとして、ガソリンタンク及びエンジンの代わりに、電気自動車では、バッテリーとモーターを搭載している点が挙げられる。電気自動車の走行可能距離は、搭載可能なバッテリー容量に依存する部分が大きい。このため、走行可能距離を長くするためには、大きなバッテリーを搭載する必要がある。そして、バッテリーの大型に伴い、容積の大きなバッテリーケースを用意する必要がある。
ここで、容積の大きなバッテリーケースを作製するために、従来から様々な検討が行われている。バッテリーケースは、一般的に角筒形状をしており、より深い角筒とすることで容積が大きくなる。
鋼板を用いて成形深さが深い角筒を成形する手法として、例えば特許文献１～３に記載の方法を適用することが考えられる。
特許文献１には、多工程の絞り工程において、側壁をしごくことにより、成形深さを深くする手法が記載されている。特許文献２には、成形中に一度パンチ底（底面部肩部近傍）を凹ませることにより、成形深さを深くする手法が記載されている。特許文献３には、張出し成形において、各所の断面線長から計算された形状に予成形して、十分にパンチ底にひずみを導入した後に、本成形を行うことで成形高さを高くする手法が開示されている。
特許第６７８７０１３号公報 特開平８－６６７３０号公報 特許第５８６７６５７号公報
バッテリーケースは、角筒形状の容器を本体とする。角筒形状の容積を増やすためには、成形深さを深くすること、及び各稜線のＲを鋭くする（側壁を垂直に近づける）ことが有効である。
ここで、発明者らは、角筒形状とする深絞り成形において、成形深さを稼ぐことと、稜線の曲率半径の鋭角化とを達成する際における課題として、次の３つを挙げることができるとの知見を得た。
１つ目は、底面部のコーナー肩部近傍での割れである。成形深さを深くするためには、側壁外周のフランジから側壁に向けて材料を流入させる必要がある。しかし、その材料の流入が十分でない場合、底面部のコーナー肩部近傍にひずみが集中して、割れが発生する。
２つ目は、コーナー部での側壁割れである。この割れは次の理由で発生する。すなわち、底面部のコーナー肩部近傍での割れを回避するために、ブランクの角をコーナーカットするなどを行って、側壁への材料の流入量を増やした場合、側壁のひずみ状態が平面ひずみ状態に近づく。この結果、コーナー部の側壁で成形限界が低下し、割れが発生する。
３つ目は、コーナー部近傍でのフランジしわの発生である。これは、２つ目の課題と同じく、コーナー部側壁への材料流入を増やした場合に、その線長差により、コーナー部近傍のフランジにしわが寄ってしまうという問題である。
更に、鋼板からなるバッテリーケースに求められる性能として、ケースの容積と同時に、防錆性を有することが挙げられる。これは、現在、電気自動車のバッテリーにはリチウムが使用される場合が多いことが理由である。すなわち、リチウムは水分と接触すると爆発する可能性があるため、防錆性が要求される。そのため、鋼板を用いてバッテリーケースを作製する場合は、ブランクにメッキ鋼板を使用する必要がある。
ここで、特許文献１に代表されるような、しごき加工を含む工程でバッテリーケースを作製した場合、メッキ鋼板を角筒形状に成形する際に、稜線の曲率半径を鋭角化し成形深さの深い角筒形状に成形することが可能である。しかし、しごき加工でメッキ鋼板のメッキが剥離してしまうため、防錆性が低下するという課題がある。
また、特許文献２で開示される手法で成形を行う場合、通常の工法で成形を行う場合と比較すると成形深さは深くなる。しかし、特許文献２に記載の方法では、底面部肩部について、予成形で一度凹ませた後に、その凹ました部位を伸ばしながら成形する。このため、その部位が伸び切った時点で予成形の効果が低下してしまい、底面部の肩部に張力が発生する。そして、予成形の効果が低下した後は、通常の深絞り成形と同じ成形となる。このため、十分な成形深さを得るためには材料をフランジから流入させる必要が生じることで、側壁割れやフランジしわが懸念される。加えて、特許文献２に記載の方法では、金型構成上、下死点でパンチ底を押さえることができないため、予成形部がしわ等となって残留する可能性がある。また、特許文献２に記載の方法では、パンチ底部（成形品の底面部）に意匠を設けることが困難である。
特許文献３で開示される手法は、成形深さを深くするためには有効である。しかし、特許文献３に記載の方法は、主とする対象が張出し成形である。このため、バッテリーケースのような、材料を流入させなければ成り立たない形状に対しては効果が限定的となる。また、特許文献３に記載の方法は、成形深さの深い角筒形状の成形品を製造する際における、側壁割れやフランジしわについては、上記の従来技術と同様に対処できない。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、しごき加工が不要な深絞り成形によるプレス加工で、成形深さが深く且つ稜線のＲが鋭角化した角筒形状の成形品を提供可能とすることを目的とする。
課題を解決するために、本発明の態様は、多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品に、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形することで、上記成形品を製造する成形品の製造方法であって、上記ブランクにおける、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠きを有し、上記切欠きは、上記直辺部における左右方向中央部位置よりも上記縦稜線に近い位置となる領域に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている、ことを要旨とする。
また、本発明の態様は、多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品に、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形することで、上記成形品を製造する成形品の製造方法であって、２工程以上の工程で角筒深絞り成形を行い、上記２工程以上の工程のうちから選択した工程である予成形工程で、上記ブランクを上記成形品よりも成形深さが浅い角筒形状からなる予成形形状に角筒深絞り成形し、上記２工程以上の工程のうちの上記予成形工程よりも後の工程で、上記予成形工程で上記予成形形状を付与した上記ブランクを、上記成形品の形状に角筒深絞り成形し、上記予成形形状における底面部の辺の長さを、上記成形品における底面部の辺の長さの０．９倍以上１．１倍以下とする、ことを要旨とする。
また、本発明の態様は、多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品に、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形する際に用いられる上記ブランクであって、上記ブランクにおける、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠きを有し、上記切欠きは、上記直辺部における左右方向中央部位置よりも上記縦稜線に近い位置となる領域に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている、ことを要旨とする。
また、本発明の態様は、多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品に、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形する際に用いられる上記ブランクであって、上記成形品よりも成形深さが浅い角筒形状からなる予成形形状を有し、上記予成形形状における底面部の辺の長さは、上記成形品における底面部の辺の長さの０．９倍以上１．１倍以下である、ことを要旨とする。
また、本発明の態様は、多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有し、鋼板からなる角筒深絞り成形品であって、上記底面部と上記縦稜線との境界である角部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）と成形深さｈ（ｍｍ）の関係が、式（１）の関係を満たす、深絞り成形品からなる角筒深絞り成形品である。
ｈ ／ Ｒ ≧ ４ ・・・（１）
本発明の態様によれば、しごき加工が不要な深絞り成形によるプレス加工で、成形深さが深く且つ稜線が鋭角化した角筒形状の成形品を提供可能となる。
本発明に基づく実施形態に係る角筒深絞り成形品の形成を示す斜視図である。 深絞り成形の方法を説明する図である。 第１の実施形態の工程例を説明する図である。 従来の角筒深絞り成形に適用するブランクの例を示す平面図である。 本発明に基づく実施形態に係るブランクの例を示す図である。 切欠きを形成しない場合の問題を説明する図である。 切欠きを形成することによる効果を説明する図である。 第２の実施形態の工程例を説明する図である。 予成形形状を付与したブランクの形状を締めず斜視図である。 成形可能な高さ（成形深さ）を比較した図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、各部品の大きさや長さの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状及び構造等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、各図に形成されている寸法は、実施例を説明するための寸法であって、本発明を何ら規定するものではない。
本実施形態では、図１に示すように、横断面長方形形状の角筒深絞り成形品１（以下、単に成形品１とも呼ぶ）を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態の成形品１の横断面形状は、長方形形状に限定されず、他の多角形形状であってもよい。
成形品１は、図１に示すように、多角形形状の底面部２と、底面部２に連続する側壁３と、側壁３の下辺に連続するフランジ４とを有する。側壁３は、底面部２の各辺２ａ、２ｂにそれぞれ連続する直辺部３Ａａ、３Ａｂと、隣り合う直辺部３Ａａ、３Ａｂの左右方向端部同士を連結してコーナー部を構成する縦稜線３Ｂとを備える。縦稜線３Ｂは、底面部２の角部の頂点５に連続する。なお、底面部２の角部は、深絞りによってＲがついている。
ここで、角筒深絞り成形は、図２に示すように、ダイ２１と、ブランクホルダー２０と、パンチ２３と、を備える金型を用いたプレス加工にて行われる。具体的には、成形は、ブランク１０におけるフランジ４となるフランジ領域４４を、ダイ２１とブランクホルダー２０とで押さえた状態で、相対的にパンチ２３をプレス方向に移動させることで実行される。パンチ２３の成形面は、成形品１の底面部２及び側壁３の内側の面に倣った形状となっている。角筒深絞り成形の成形深さが、成形された成形品１の角筒の深さとなる。
本実施形態のブランク１０は、鋼板からなる。鋼板は、防錆性の観点から、メッキ鋼板であることが好ましい。
なお、本実施形態の成形品１の製造方法は、角筒深絞り成形する際に、しごき加工を不要とすることができる。それにより、本開示は、成形の際に鋼板表面のメッキが剥離することを抑えることができることも、特徴の１つである。
「第１の実施形態」
本実施形態の成形品１の製造方法は、図３に示すように、切欠き形成工程３０、角筒深絞り成形を行うプレス工程３１と、トリム工程３２とを備える。
＜切欠き形成工程３０＞
切欠き形成工程３０は、ブランク１０の各辺に切欠き１１を形成する。この工程は、深絞り成形前の切断工程である。
通常のブランク１０は、図４に示すように、縦稜線３Ｂとなる領域に連続するブランクの角がカットされる。これでブランク１０には、カット部分１０ａの辺が形成されている。ブランクの角をカットすることで、底面部２のコーナー肩部近傍での割れを抑制する。
本実施形態のブランク１０は、そのカット部分１０ａの両側の辺に、図５のように、それぞれ切欠き１１が形成された形状とする。カット部分１０ａと切欠き１１を有する形状は、一度の切断処理で実行すればよい。
切欠き１１は、図５に示すように、ブランク１０における、フランジ４となるフランジ領域４４内（図５中、網掛け部分）に形成する。具体的には、切欠き１１は、深絞り成形の際にダイ２１とブランクホルダー２０とで拘束される領域に形成する。
切欠き１１は、成形品１の直辺部３Ａａ、３Ａｂにおける左右方向中央部位置よりも縦稜線３Ｂに近い位置となる領域に連続するフランジ領域４４の部分の辺にそれぞれ形成する。すなわち、切欠き１１を、ブランク１０の辺における、縦稜線３Ｂとなる領域４３Ｂに近い位置に対し、当該縦稜線３Ｂとなる領域４３Ｂの両側にそれぞれ形成する。直辺部３Ａａ、３Ａｂの縦稜線３Ｂに近い部分とは、直辺部３Ａａ、３Ａｂの中央側位置よりも直辺部３Ａａ、３Ａｂの端部側に近い部分を指す。
なお、切欠き１１は、カット部分１０ａの位置を含まないように形成することが好ましい。
各切欠き１１は、その開口幅Ｄが、成形品１の成形深さの２５％以上が好ましい。開口幅Ｄの上限は、例えば、１００％以下の大きさであることが好ましい。
各切欠き１１の切欠き深さは、開口幅Ｄの三分の一以上であることが好ましい。
また、切欠き１１の頂部１１Ａの輪郭形状は、真円や楕円の一部からなる円弧や、その円弧を連続した曲線（一部に直線を有しても良い）から構成されていることが好ましい。切欠き１１の輪郭に、尖った角部などの曲率が急峻する部分がない方が好ましい。
また、切欠き１１の形状は、切欠き１１の深さ方向に対し左右対称形状でも、左右非対称の形状であってもよい。図５では、切欠き１１は、深さ方向（直線４９の方向）に対し左右対称形状となっていて、深さ方向が、ブランク１０の辺（フランジ領域４４の辺）に直交する方向となっている。切欠き１１は、縦稜線３Ｂ側に向けて斜めに形成されていてもよい。
切欠き１１の頂点１１Ａａの曲率半径は、成形深さの１２．５％以上が好ましい。切欠き１１の頂点１１Ａａの曲率半径の上限は、例えば、切欠き１１の開口幅Ｄの２倍以下である。
切欠き１１の形成位置は、次の条件を満たすことが好ましい。
ここで、フランジ領域４４と直辺部３Ａａ、３Ａｂとなる領域４３との境界線４６（成形品１におけるフランジ４と直辺部３Ａａ、３Ａｂとの境界の稜線部分）を考える。この境界線４６は、フランジ４の直辺部３Ａａ、３Ａｂ側の辺に相当する。
また、切欠き１１の頂点１１Ａａを切欠き１１の深さ方向に延ばした直線４９と直近の上記の境界線４６との交点Ｐを想定する。また、成形品１における切欠き１１を形成したフランジ４の部分に、直辺部３Ａａ、３Ａｂを介して連続する底面部２の辺の長さを、底辺部長さ（図１のＬＡ、ＬＢ参照）と呼ぶ。このとき、切欠き１１を形成する好適な範囲は、上記交点Ｐの、上記境界線４６の縦稜線３Ｂ側の端部位置からの距離Ｅ（図５参照）が、上記底辺部長さの０倍以上０．２倍以下の範囲に位置する、範囲である。
境界線４６ａに連続するフランジ領域４４の部分の辺に切欠き１１を形成する場合に、コーナー部を挟んだ境界線４６Ａの延長線から、切欠き１１の頂点１１Ａａまでの離隔距離を距離Ｅとしても良い。そして、その離隔距離を、成形品１において切欠き１１を形成したフランジ４の部分に直辺部３Ａａ、３Ａｂを介して連続する底面部２の辺の長さの０倍以上０．２倍以下までの範囲と規定してもよい。
なお、上記のカット部分１０ａの両側に形成される２つの切欠き１１は、縦稜線３Ｂとなる領域４３Ｂに対し左右対称の形状であることが好ましい。
＜プレス工程３１＞
プレス工程３１では、上記形成の切欠き１１を有するブランク１０に対し、角筒深絞り成形を行って、目的とする成形品１の形状を作製する。
＜トリム工程３２＞
トリム工程３２では、プレス工程３１で作製した成形品１のフランジ４に対し、切欠き１１を有する領域を切断して、最終の製品形状とする。
（動作その他）
本実施形態によれば、従来の製造方法で成形する場合よりも成形深さの深い形状であって、平坦なフランジ４を備えた角筒深絞り成形品１を製造することが可能となる。
本実施形態では、深絞り成形を行う前に、各縦稜線３Ｂ毎に、一対の切欠き１１を、縦稜線３Ｂ位置を挟む両側にそれぞれ形成しておく。
ここで、図６（ａ）に示すように切欠き１１を形成しない場合、フランジ４から側壁３に向かう材料の流れにおいて、相対的に、コーナー部（縦稜線３Ｂ近傍）への流入が大きく、そのコーナー部近傍の側壁３への材料の流入が小さい。このため、底面部２に対し成形品１の側壁３（３Ａ及び３Ｂ）の成す角度を９０度に近づけたり、成形深さを深くするほど、図６（ｂ）に示すように、コーナー部での圧縮応力が大きくなる。それが、割れ発生の原因となったり、コーナー部近傍のフランジ４にシワが発生しやすくなる。
これに対し、本実施形態のように、成形するブランク１０における縦稜線３Ｂ近傍に切欠き１１を形成しておくことで、図７（ａ）に示すように、コーナー部近傍の側壁３の材料流入が促進される。それによって、側壁３への十分な材料の流入を得つつ、縦稜線３Ｂが、図７（ｂ）に示すように、プレス方向と垂直方向に圧縮を受けながら一軸引張状態に近い変形をする。この結果、成形限界が向上することにより側壁３割れを抑制することが可能となる。
また、切欠き１１の導入により、図７に示すように、相対的に縦稜線３Ｂ傍の側壁３への材料流入が増加すると共に、縦稜線３Ｂ側への材料流入が減少する。このため、コーナー部付近のフランジしわの抑制が可能となる。そして、フランジしわの発生が抑制されることで、成形品１とした際に、フランジ４を平坦な状態とすることが可能となる。
ここで、上述の通り、切欠き１１の開口幅Ｄが成形品１の成形深さの２５％以上が好ましい。また、切欠き１１の頂点１１Ａａの曲率半径が成形深さの１２．５％以上であることが好ましい。この規定の理由は、次の通りである。深絞り成形中にフランジ４の材料は側壁３に流入していくが、切欠き１１の開口幅Ｄが成形深さの２５％よりも狭い場合や、頂点の曲率半径が成形深さの１２．５％よりも小さい曲率半径になっている場合には、実験をしたところ、成形深さに応じて、成形中に切欠き１１の頂部１１Ａでしわ発生が発生したり、切欠き１１で重なりが発生したりするおそれがあったからである。
切欠き１１の開口幅Ｄは、より好ましくは成形深さの３４％以上である。また、切欠き１１の頂点１１Ａａの曲率半径は、より好ましくは成形深さの１７％以上である。
また、切欠き１１の頂点１１Ａａ位置は、上述した交点Ｐの、当該フランジ側の辺の端部からの距離Ｅが、対象とする切欠きに近い、成形品１での底面部２の辺の長さ（上記底辺部長さＬＡ、ＬＢ）の０倍以上０．２倍以下の範囲に存在することが好ましい。この範囲よりも、フランジ側の辺の端部からの距離が大きくなると、切欠き１１による稜線近傍の側壁３への流入促進効果が失われるおそれがあるためである。上記の範囲は、好ましくは、成形品１の底面部２の辺の長さの０倍以上０．１倍以下である。
「第２の実施形態」
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、プレス工程３１が異なる以外は、第１の実施形態の基本構成と同様の構成となっている。以下、本実施形態のプレス工程３１について説明する。
本実施形態のプレス工程３１は、２工程以上の工程で角筒深絞り成形を行う。
本実施形態のプレス工程３１は、２工程以上の角筒深絞り成形の工程として、図８に示すように、予成形工程３１Ａと、予成形工程３１Ａよりも後の工程としての本成形工程３１Ｂを備える。
＜予成形工程３１Ａ＞
予成形工程３１Ａでは、ブランク１０に角筒深絞り成形を施して、図９に示すように、角数（辺の数）が成形品１と同じで且つ成形品１よりも成形深さが低い角筒形状の予成形形状５０をブランク１０に形成する。
ただし、予成形形状５０は、底面部５２の辺５２ａ、５２ｂの長さＬＡ′、ＬＢ′を、成形品１における底面部２の対応する辺の長さＬＡ、ＬＢの０．９倍以上１．１倍以下とする。なお、辺の長さは、底面部５２の内面側での辺での長さで規定する。
予成形形状５０の成形深さは、図９に示すように、底面部５２の各辺５２ａ、５２ｂ（底面部５２と直辺部５３Ａａ、５３Ａｂとの間の稜線）において、左右方向端部側よりも、左右方向中央部側の方が浅い方が好ましい。図９では、予成形形状５０における底面部５２の各辺５２ａ、５２ｂが、下方に凸（プレス方向凹）となった曲線状の形状となっているが、これに限定されない。例えば、辺の中央部側（例えば、辺の中央三分の一内の部分）の成形深さを等しくし、コーナー近傍だけ縦稜線３Ｂに近づくほど成形深さが深くなるような、辺形状であってよい。この場合、辺５２ａ、５２ｂの形状について、左右両側に折れ部が形成される。
また、予成形形状５０における、底面部５２に対する縦稜線５３Ｂの傾き（内面側での傾き）が、成形品１における底面部２に対する縦稜線３Ｂの傾きよりも傾斜角度が大きいことが好ましい。より好ましくは、予成形形状５０における、底面部５２に対する直辺部５３Ａの傾きも、成形品１における底面部２に対する直辺部３Ａの傾きよりも傾斜角度が大きいことが好ましい。これによって、本実施形態では、本成形工程３１Ｂにおいて、成形品１における底面部２に対する側壁３の傾きを９０度（垂直）に近い角度となるように設定可能となる。
なお、予成形形状５０の成形深さは、例えばコンピュータを用いたＣＡＥ解析によって求めれば良い。例えば目的の成形品１の成形深さの８０％以下、好ましくは５０％以下である。ただし、予成形形状５０における、底面部５２に対する縦稜線５３Ｂの傾きを大きくして縦稜線５３Ｂを寝かす手段、及び底面部５２の各辺５２ａ、５２ｂを下凸の形状に湾曲させる手段の、少なくとも一方を採用することで、予成形形状５０の成形深さをより深くすることが可能である。
予成形形状５０の成形深さの下限値は、例えば、目的の成形品１の成形深さの２０％である。
＜本成形工程３１Ｂ＞
本成形工程３１Ｂでは、予成形工程３１Ａで予成形形状５０を付与したブランク１０を、目的とする成形品１の形状に角筒深絞り成形する。
＜変形例＞
ここで、第２の実施形態で使用するブランク１０は、上記の切欠き１１が形成されていない、図４のような形状のブランク１０を用いても良い。
（動作その他）
本実施形態によれば、従来の製造方法によるよりも成形深さの深い、平坦なフランジ４を備えた角筒深絞り成形品１を製造することが可能となる。
発明者らは、種々の条件での角筒深絞り成形を行うことにより、以下の知見を見出した。
なお、図１及び図９を参照して説明する。また、本明細書でＲとは曲率半径を示す。
発明者は、下記の（１）（２）の知見を得た。
（１）成形品１の底面部２のコーナー頂点での角度αと予成形形状５０の底面部５２のコーナー頂点での角度α′のＲが異なる場合、特に頂点の角度α’のＲが頂点の角度αのＲよりも大きい程、本成形で頂点が角度αに成形され始めた時点で割れの危険が発生する。
（２）予成形形状５０での底面部５２の辺の稜線長さＬＡ′、ＬＢ′が、成形品１での底面部２の辺の長さＬＡ、ＬＢよりも短い程、本成形中に頂点に底面部２の辺の稜線に沿った方向の張力が生じ、割れの危険が発生する。
このような知見に基づき実験を重ね、本実施形態では、下記式のように、予成形形状５０における底面部５２の辺の稜線長さＬＡ′、ＬＢ′が、成形品１での底面部２の辺の稜線長さＬＡ、ＬＢに対し、０．９倍以上１．１倍以下であるように設定した。
０．９×ＬＡ ≦ ＬＡ′ ≦ １．１×ＬＡ
０．９×ＬＢ ≦ ＬＢ′ ≦ １．１×ＬＢ
ここで、予成形形状５０の底面部５２の辺の稜線長さＬＡ′、ＬＢ′が、成形品１の底面部２の辺の稜線長さＬＡ、ＬＢに対し０．９倍未満である場合、本成形工程３１Ｂにおいて、パンチ２３の肩コーナー部に対して稜線方向に過大に張力が発生し、割れが発生するおそれがある。また、予成形形状５０の底面部５２の辺の稜線長さＬＡ′、ＬＢ′が、成形品１の底面部２の辺の稜線長さＬＡ、ＬＢに対し１．１倍を超える長さであると、正寸にするためには辺の稜線に過大に圧縮変形を与える必要が生じ、しわの発生が懸念される。より好ましくは、予成形形状５０の底面部５２の辺の稜線長さＬＡ′、ＬＢ′が、成形品１の底面部２の辺の稜線長さＬＡ、ＬＢの、０．９５倍以上１．０５倍未満である。
加えて、稜線長さＬＡ′、ＬＢ′が上記範囲を満たしていれば、予成形形状５０は、成形品１に近似した角筒形状でなくても構わない。すなわち、予成形形状５０の底面部２（パンチ２３底相当）は平面である必要はなく、底面部２の辺の稜線も直線である必要はない。
一般に、角筒形状を成形する場合、底面部２に対する側壁３の角度が垂直に近いほど、成形が困難となる。一方、当該角度が鈍角となるほど成形は容易となる。しかし電気自動車のバッテリーケースのように、バッテリーケースの容積を出来るだけ大きくしたいとの要望を考えると、側壁３はなるべく底面部２に対し垂直に近いことが望ましい。
本実施形態の技術を用いると、予成形形状５０の段階では稜線の長さが上記の条件を満たしていれば、予成形形状５０では底面部５２に対する側壁５３の角度を目標形状（成形品１の形状）よりも寝かせることが可能となる。この条件を満たす予成形形状５０として、例えば図９のような形状が考えられる。
図９に示す予成形形状５０は、側壁３を目的とする成形品１の形状よりも寝かせている。また、寝かねることで、底面部５２の各辺５２ａ、５２ｂの稜線が直線の場合、その分、底面部５２の各辺５２ａ、５２ｂの稜線の長さが短くなる。この例は、底面部５２の各辺５２ａ、５２ｂの稜線の高さについて中央部の高さを左右両端部よりも低くなるように当該稜線を形成することで、稜線長さを稼ぎ、目標形状と同じ若しくは近似した辺の長さとする例である。
このとき、稜線の中央部が相対的に低く（相対的に成形深さを浅く）することで、稜線の折る方向がダイ２１側となる。この結果、予成形形状５０での底面部５２の辺が、本成形時に、コーナー部の頂点（５）及び縦稜線５３Ｂ（３Ｂ）より先にパンチ２３に接触するように設計される。
ここで、本成形工程３１Ｂで、縦稜線５３Ｂ（３Ｂ）に対し先にパンチ２３が接触した場合、接触位置にひずみが過大に集中し割れが発生するおそれがある。予成形形状５０での底面部５２の辺が先にパンチ２３に接触する場合、上記の設計法で設計したとき、予成形形状５０での底面部５２の辺は、中央部側が下に凸の形状となっている。このため、本成形工程３１Ｂでパンチ２３に押し上げられるに従い、側壁５３が立つように成形されていく。そして、寝ていた予成形形状５０での縦稜線５３Ｂもそれに伴い外側へ立ち上がっていき、最終的に予成形形状５０での頂点５５の角度α′が、成形品１での頂点５の角度αに納まる。この際、予成形形状５０での底面部５２の辺の稜線の長さが上記の長さとなっていれば、本成形工程３１Ｂで目的とする成形品１での底面の辺の延在方向に向かう引張り変形は生じず、割れが起こることはない。
また、縦稜線３Ｂについては、予成形形状の側壁５３を斜めに成形したことにより、通常の成形と比較して、予成形形状５０での縦稜線５３Ｂを長く成形することができる。そして、この長い予成形形状５０での縦稜線５３Ｂが起き上がる方向に成形されていく。この結果、通常の工法による成形よりも、その稜線長さの差分だけ、成形品１の成形深さを深くすることが可能となる。ただし、パンチ２３の底が馴染んだ後の成形においては通常の成形と同じく側壁３の割れ、フランジ４しわの発生が懸念される。
更に、切欠き１１の付与と予成形工法の両方を組み合わせることで、更に成形深さを深くする効果が高まる。これは、ブランク１０に切欠き１１を付与した状態で予成形を行うことで、上記効果により、予成形段階でもコーナー部への材料流入が促進されコーナー部へのひずみ集中がより抑制される。また、本成形でパンチ２３の底が馴染んだ後の成形においては、ブランク１０への切欠き１１の付与の効果により、側壁３の割れ、フランジ４へのしわの発生を抑制しつつ成形することが可能となる。
「第１及び第２の実施形態で製造可能な角筒深絞り成形品１」
第１の実施形態又は第２の実施形態を採用することで、次のような条件の角筒深絞り成形品１を製造可能となる。
すなわち、底面部２と縦稜線３Ｂとの境界である角部（頂点５）の曲率半径Ｒ（ｍｍ）と成形深さｈ（ｍｍ）の関係が、式（１）の関係を満たす、深絞り成形品１からなる角筒深絞り成形品１を製造可能となる。曲率半径Ｒは、内面側での曲率半径とする。
ｈ ／ Ｒ ≧ ４ ・・・（１）
また、ブランク１０を構成する鋼板として、めっき鋼板を用いることができる。
ブランク１０にめっき鋼板を採用することで、防錆性が向上するが、本実施形態では、しごき加工を行わなくとも、深絞りで角筒深絞り成形品１を作製できる。このため、従来よりも確実に、メッキが剥がれることなく残存した成形品１を提供可能となる。
以上のように、本実施形態では、従来の製造方法によるよりも成形深さの深い、平坦なフランジ４を備えた角筒深絞り成形品１を製造することが可能となる。
成形品１の成形深さは、例えば１５０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下である。
（その他）
本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形することで製造する成形品の製造方法であって、上記ブランクにおける、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠きを有し、上記切欠きは、上記縦稜線となる位置を挟んだ両側位置であって、上記直辺部の上記縦稜線に近い部分に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている、成形品の製造方法。
（２）上記各切欠きの開口幅は、上記成形品の成形深さの２５％以上１００％以下の大きさであり、上記切欠きの頂部の輪郭形状は、円弧状の曲線から構成され、その切欠きの頂点の曲率半径は、上記成形深さの１２．５％以上、上記切欠きの開口幅の２倍以下である。
（３）上記フランジ領域と上記直辺部となる領域との境界線と、上記切欠きの頂点を上記切欠きの深さ方向に延ばした直線とが交わる交点の、上記境界線の上記縦稜線側の端部位置からの距離が、上記成形品において上記切欠きを形成したフランジの部分に直辺部を介して連続する上記底面部の辺の長さの０倍以上０．２倍以下の範囲である。
（４）多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形することで製造する成形品の製造方法であって、上記ブランクを角筒深絞り成形を行って、上記ブランクに上記成形品よりも成形深さが浅い角筒形状からなる予成形形状を形成する予成形工程と、上記予成形工程よりも後工程であって、上記予成形工程で上記予成形形状を付与した上記ブランクを、上記成形品の形状に角筒深絞り成形する本工程と、を有し、上記予成形形状における底面部の辺の長さを、上記成形品における底面部の対応する辺の長さの０．９倍以上１．１倍以下とする、成形品の製造方法。
なお、上記記載の切欠きを有するブランクを用いてもよい。
（５）上記予成形形状の成形深さが、底面部の各辺において、左右方向端部側よりも、左右方向中央部側の方が浅い。
（６）上記予成形形状における底面部に対する縦稜線の傾きが、上記成形品における底面部に対する縦稜線の傾きよりも傾斜角度が大きい。
（７）多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形して製造する際に使用する上記ブランクであって、上記ブランクにおける、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠きを有し、上記切欠きは、上記直辺部の上記縦稜線に近い部分に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている、角筒深絞り成形用のブランク。
（８）多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形して製造する際に使用する上記ブランクであって、上記成形品よりも成形深さが浅い角筒形状からなる予成形形状を有し、上記予成形形状における底面部の辺の長さは、上記成形品における底面部の対応する辺の長さの０．９倍以上１．１倍以下である。
（９）多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有し、鋼板からなる角筒深絞り成形品であって、上記底面部と上記縦稜線との境界である角部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）と成形深さｈ（ｍｍ）の関係が、式（１）の関係を満たす、深絞り成形品からなる角筒深絞り成形品。
ｈ ／ Ｒ ≧ ４ ・・・（１）
（１０）上記鋼板はめっき鋼板である、角筒深絞り成形品。
次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
（実施例の検証）
本実施例では、図１を目標とする成形品１の形状とする。この成形品１は、底面部２の辺の長さがそれぞれ短辺９００ｍｍと長辺１４００ｍｍの長方形形状となっている。また、成形深さは２００ｍｍである。
（比較例）
ブランク１０として、図４に示すような、切欠き１１を有しない形状とし、ブランク１０の材料にＪＳＣ２７０Ｄ、板厚０．８ｍｍの鋼板を使用して、通常の角筒深絞り成形で成形した。この成形の場合、成形深さ２００ｍｍまで成形できず、成形深さが１１０ｍｍになった時点で割れが発生した。
（発明例１）
次に、ブランク１０として、図５に示すように、図４に示すブランク１０に切欠き１１を追加したブランクを使用した。そして、そのブランクを通常の角筒深絞り成形で成形した。
本例では、切欠き１１の頂点１１Ａａの当該切欠き１１の深さ方向に延ばした直線４９が、縦稜線３Ｂの頂点となる箇所近傍に向かうように設定した。また、切欠き１１の開口幅Ｄは、目標成形深さの６０％である１２０ｍｍ、切欠き１１深さは目標成形深さ２００ｍｍの３５％である７０ｍｍとした。
本発明例での成形の場合、成形深さ１３５ｍｍとなり、比較例に比べ成形深さは２５ｍｍ向上した。
（発明例２）
発明例２では、図９に示すような予成形形状５０をブランク１０に付与した後に、目標とする成形品１の形状に深絞り成形を行った。なお、図９では、切欠き１１が付与されたブランク１０となっている。しかし、発明例２では、ブランク１０に切欠き１１を付与しないブランク１０を使用した。ブランク１０の他の構成は、比較例と同様に設計した。
予成形形状５０は、底面部２の辺の長さを成形品１での底面部２の辺の長さと等しくなるように設計した。また、予成形形状５０の成形深さは、本成形の成形深さの２０％～５０％の範囲に収まるように設計した。
この発明例２の成形では、成形深さは１５５ｍｍとなり、比較例に比べ成形深さは４５ｍｍ向上した。
（発明例３）
発明例３として、ブランク１０に発明例１で記載した切欠き１１を付与した以外は、発明例２の方法によって、成形品１を成形してみた。
発明例３では、成形深さ２００ｍｍまで割れは発生しないことを確認した。少なくとも比較例と比較して、成形深さは少なくとも９０ｍｍ向上した。
その評価を図１０に示す。
図１０から分かるように、ブランク１０に切欠き１１を形成した場合も、予成形形状５０を付与した場合も比較例に比べ成形深さを深くできることが分かった。更に、ブランク１０に切欠き１１を形成すると共に予成形形状５０を付与すると、更に成形深さを深くできることが分かった。
ここで、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０２１－０２６６１５（２０２１年０２月２２日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
１ 成形品
２ 底面部
２ａ、２ｂ 辺
３ 側壁
３Ａ、３Ａａ、３Ａｂ 直辺部
３Ｂ 縦稜線
４ フランジ
１０ ブランク
１０ａ カット部分
１１ 切欠き
２０ ブランクホルダー
２１ ダイ
２３ パンチ
３０ 切欠き形成工程
３１ プレス工程
３１Ａ 予成形工程
３１Ｂ 本成形工程
３２ トリム工程
４４ フランジ領域
４６ 境界線
４９ 深さ方向の直線
５０ 予成形形状
５２ 底面部
５２ａ、５２ｂ辺
５３ 側壁
５３Ａ、５３Ａａ、５３Ａｂ 直辺部
５３Ｂ 縦稜線
Ｄ 開口幅
Ｅ 距離
Ｐ 交点

Claims (11)

  1. 多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形することで製造する成形品の製造方法であって、
    上記ブランクにおける、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠きを有し、
    上記切欠きは、上記縦稜線となる位置を挟んだ両側位置であって、上記直辺部の上記縦稜線に近い部分に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている、
    ことを特徴とする成形品の製造方法。
  2. 上記各切欠きの開口幅は、上記成形品の成形深さの２５％以上１００％以下の大きさであり、
    上記切欠きの頂部の輪郭形状は、円弧状の曲線から構成され、その切欠きの頂点の曲率半径は、上記成形深さの１２．５％以上、上記切欠きの開口幅の２倍以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載した成形品の製造方法。
  3. 上記フランジ領域と上記直辺部となる領域との境界線と、上記切欠きの頂点を上記切欠きの深さ方向に延ばした直線とが交わる交点の、上記境界線の上記縦稜線側の端部位置からの距離が、上記成形品において上記切欠きを形成したフランジの部分に直辺部を介して連続する上記底面部の辺の長さの０倍以上０．２倍以下の範囲である、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した成形品の製造方法。
  4. 多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形することで製造する成形品の製造方法であって、
    上記ブランクを角筒深絞り成形を行って、上記ブランクに上記成形品よりも成形深さが浅い角筒形状からなる予成形形状を形成する予成形工程と
    上記予成形工程よりも後工程であって、上記予成形工程で上記予成形形状を付与した上記ブランクを、上記成形品の形状に角筒深絞り成形する本工程と、を有し、
    上記予成形形状における底面部の辺の長さを、上記成形品における底面部の対応する辺の長さの０．９倍以上１．１倍以下とする、
    ことを特徴とする成形品の製造方法。
  5. 上記予成形形状の成形深さが、底面部の各辺において、左右方向端部側よりも、左右方向中央部側の方が浅い、
    ことを特徴とする請求項４に記載した成形品の製造方法。
  6. 上記予成形形状における底面部に対する縦稜線の傾きが、上記成形品における底面部に対する縦稜線の傾きよりも傾斜角度が大きい、
    ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載した成形品の製造方法。
  7. 請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の切欠きを有するブランクを用いることを特徴とする、請求項４～請求項６のいずれか１項に記載の成形品の製造方法。
  8. 多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形して製造する際に使用する上記ブランクであって、
    上記ブランクにおける、上記フランジとなるフランジ領域の辺に切欠きを有し、
    上記切欠きは、上記直辺部の上記縦稜線に近い部分に連続する上記フランジ領域の辺にそれぞれ形成されている、
    ことを特徴とする角筒深絞り成形用のブランク。
  9. 多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う上記直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有する角筒形状の成形品を、鋼板からなるブランクを角筒深絞り成形して製造する際に使用する上記ブランクであって、
    上記成形品よりも成形深さが浅い角筒形状からなる予成形形状を有し、
    上記予成形形状における底面部の辺の長さは、上記成形品における底面部の対応する辺の長さの０．９倍以上１．１倍以下である、
    ことを特徴とする角筒深絞り成形用のブランク。
  10. 多角形形状の底面部と、上記底面部の各辺にそれぞれ連続する直辺部及び隣り合う直辺部の左右方向端部同士を連結する縦稜線を備える側壁と、上記側壁に連続するフランジとを有し、鋼板からなる角筒深絞り成形品であって、
    上記底面部と上記縦稜線との境界である角部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）と成形深さｈ（ｍｍ）の関係が、式（１）の関係を満たす、深絞り成形品からなる角筒深絞り成形品。
    ｈ ／ Ｒ ≧ ４ ・・・（１）
  11. 上記鋼板はめっき鋼板である、ことを特徴とする請求項１０に記載した角筒深絞り成形品。
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