JPH1034264A - 冷間圧接によるフランジレス容器の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接法で缶と蓋を接合し金属製の容器を製造
する場合、溶接部のスルーホールによる密閉不良や、溶
接部に残留する内部応力の影響で、経時変化が発生し
て、接合部が破損する等の問題が有る。本発明は、溶接
法を用いずにフランジの無い金属製容器を製造し諸問題
を回避する事を目的とした。 【解決手段】 本発明では 缶の開口部と蓋の周辺部に
テーパー形状や段付き形状の接合部を設け、この接合部
を冷間圧接金型で挟み込みながら加圧し、冷間圧接接合
する。これと同時に接合部を缶の側面と平坦になるよう
成形し、缶の側面外周にフランジ等の突起のないフラン
ジレスの金属製容器が完成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、缶と蓋から構成さ
れる金属製容器の製造における冷間圧接法に関する。

【０００２】

【従来の技術】缶と蓋から構成される金属製容器は缶と
蓋の接合部周辺の外観から区別すると、図１に示すとお
り、接合部の外周にフランジやその他の突起が残るフラ
ンジタイプと、図２のａ、ｂ、ｃに示すフランジ等の突
起が残らないフランジレスタイプに分けられる。

【０００３】水晶振動子やハイブリッドＩＣ等の金属製
容器では前者のフランジタイプが用いられ、電池容器な
どではフランジレスタイプが用いられている。

【０００４】フランジタイプでは、缶の開口部と蓋の外
周にフランジを設け、双方のフランジを抵抗溶接法又は
冷間圧接法で接合する。

【０００５】フランジレスタイプでは、缶の開口部を同
寸法の蓋で塞ぎ、溶接法で接合する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】フランジタイプの金属
製容器では缶と蓋のフランジ部を抵抗溶接法や冷間圧接
法で接合するが、これらの方法で缶と蓋を接合する場合
には接合用のフランジを設けこれを接合するので、気密
性や接合強度が得やすい。

【０００７】しかし、この接合方法は完成後の容器外周
にフランジが残るので、用途によっては使用できない場
合がある。

【０００８】例えば、電池容器の場合には、電池容器を
収めるスペースは限られており、缶の側面外周からフラ
ンジやその他の突起がはみ出す事は許されない。

【０００９】したがって、電池容器においては缶の開口
部を同寸法の蓋で塞ぎ、これをレーザービーム溶接等の
方法で接合し、完成後の缶の側面からフランジ等をはみ
出させない工夫がされている。

【００１０】しかし、溶接法で缶と蓋を接合し電池容器
を製造した場合、溶接部に特有のスルーホールが発生し
密閉不良を生じたり、溶接部に残留する内部応力が原因
となって、完成後時間が経過してからクラックが生じ、
容器が破損する等の問題が発生する場合もある。

【００１１】スルーホールによるリークはリーク試験機
の使用で比較的容易に発見できるが溶接部の異常な残留
応力を検査で発見することは極めて難しい。その結果時
間を経て容器を破損させる様な、異常な残留応力を持っ
た製品を不良品として選別できずに出荷してしまう危険
がある。最悪の場合には携帯用機器等で使用中に、安全
規格内の衝撃や温度の上昇でも、電池容器が破損し人体
に危害を及ぼす恐れもある。

【００１２】この様な背景から、フランジレスの金属製
容器製造においては溶接法以外の接合方法で缶と蓋を接
合して必要な気密性と接合強度を確保し、さらに完成後
の経時変化による接合部の破損等の問題を回避できる接
合方法の開発が求められていた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明ではフランジレス
の金属製容器の製造において、缶と蓋を接合する新しい
冷間圧接法を開発した。この方法によれば、缶と蓋の接
合部を冷間圧接法で接合すると同時に、接合部を缶の側
面に倣って平坦に成形し缶の外周にフランジを残さない
事が可能になった。この様にして、金属容器に求められ
る気密性と接合強度を合わせ持ち、経時変化による破損
の心配の無いフランジレスの金属製容器の製造法が完成
した。

【００１４】従来の冷間圧接法による金属製容器の製造
では、缶と蓋の双方に設けた接合用のフランジを、冷間
圧接金型で挟み込む様に加圧して冷間圧接接合してい
る。この場合、圧接歯形の挟み代として、缶と蓋のそれ
ぞれに０．５ｍｍ以上の幅の接合用フランジを設けるた
め、これがそのまま完成後の容器外周に残った。

【００１５】本発明による新しい冷間圧接法では圧接の
前準備として、缶の開口部と蓋の周辺部に、テーパー形
状や段付き形状を加工しこれを接合部とする。

【００１６】冷間圧接加工は圧接ダイに缶を挿入し、そ
の開口部に蓋を載せ、圧接パンチで蓋の上面から加圧
し、蓋と缶をダイの中に押し込む過程で行われる。

【００１７】缶と蓋の接合部は、圧接ダイの中に押し込
まれる過程で、圧接パンチ先端の加圧部と圧接ダイの内
面でしごかれながら加圧される。この際、双方の接合面
には塑性変形による摩擦と地割れが発生する。これによ
って、双方の接触面では活性面が露出しこれが加圧され
たまま保持される事で、接触面に原子間結合が発生して
冷間圧接接合される。

【００１８】これと同時に接合部は圧接ダイの内面で絞
り込まれながら缶の側面外周に倣って平坦に成形され、
完成した密閉容器の側面外周はフランジレスとなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明では缶の開口部と蓋の外周
にテーパー形状か段付き形状の接合部を加工する。

【００２０】冷間圧接金型では缶と蓋の接合部を圧接パ
ンチと圧接ダイでしごきつつ、挟み込むように加圧し接
合する、これと同時に、接合部は缶側面に倣い平坦に成
形される。この結果、完成後の缶側面外周には突起が残
らずフランジレスとなる。

【００２１】

【実施例】本発明による、テーパータイプフランジレス
冷間圧接法と段付きタイプフランジレス冷間圧接法につ
いて説明する。

【００２２】フランジレス冷間圧接法は、圧接前の缶接
合部２ａと蓋接合部１ａの形状から区分し、テーパタイ
プと段付きタイプに分けられる。テーパタイプでは缶の
開口部の端面付近と蓋の周辺部の双方に、テーパー形状
の接合部を作り、これを冷間圧接する。段付タイプでは
缶の開口部の端面付近に接合部として缶側面と平行に段
付き拡大部を加工し、蓋の周辺部にはこの段付き拡大部
と同等の接合部を直角に立上げ、双方の接合部を冷間圧
接法で接合する。

【００２３】この二つの方法で、製造可能な金属容器の
底面形状は図３のａからｄに示すとおり、円形、矩形、
長円形、多角形などである。

【００２４】以下に、蓋１と缶２の材質がＪＩＳ−Ａ１
０７０番のアルミ材、缶２の底面と蓋１の底面形状が長
円形で、外形寸法が４１ｍｍ×８ｍｍ、容器の全長が８
０ｍｍの二次電池用金属製密閉容器のテーパータイプフ
ランジレス冷間圧接法及び段付きタイプフランジレス冷
間圧接法による製造方法について説明する。

【００２５】説明に使用する図においては、電極、セパ
レータ、端子、電解液、安全弁等本発明の説明に直接関
係しないものは省略する。又、密閉容器の製造工程に関
する説明においても、蓋１と缶２に関する事項に限定し
ている。

【００２６】さらに、図中の板厚や接合状態を示す各部
の寸法等は、説明の為に誇張している。

【００２７】最初にテーパタイプフランジレス冷間圧接
法の例から説明する。

【００２８】図４に長円形の底面形状をもつ蓋１と缶２
をテーパータイプフランジレス冷間圧接金型で、圧接す
る直前の状態を示す。

【００２９】冷間圧接加工の前段取りとして、缶２の開
口部に蓋１をかぶせ、図５のｂに示すとおり圧接ダイ５
に挿入する。

【００３０】次に図５のｃに示す通り圧接パンチ４の先
端で蓋１の上面から加圧を開始する。蓋接合部１ａと缶
接合部２ａは圧接パンチ４の下降にともない、圧接ダイ
５の保持部５ｂに向かって押し込まれ、蓋接合部１ａと
缶接合部２ａが、圧接ダイ５の加圧部５ａの斜面と圧接
パンチ４の先端に設けられた圧接ビード４ｃおよびその
付近の斜面に挟み込まれて加圧される。

【００３１】特に圧接ビード４ｃの近辺は強く加圧さ
れ、この付近に大きな塑性変形が発生する。双方の接合
部が押しつぶされて接触面が拡大する過程では、接触面
に地割れが発生し、これと同時に双方の接触面における
伸び方向と速度の差により、摩擦が発生し、酸化被膜は
破砕されてアルミの活性面が露出する。

【００３２】図５のｃ、ｄに示すとおり、さらに圧接パ
ンチ４が下降して蓋接合部１ａと缶接合部２ａが圧接ダ
イ５の加圧部５ａの斜面に沿って押し下げられて、保持
部５ｂに至る過程では、接合面での加圧力は次第に増加
し、圧接パンチ４のショルダーエッジ４ａが、加圧部５
ａから保持部５ｂに入る直前に加圧力は最大となる。同
時に、接合部１ａと２ａは保持部５ｂに押し込まれなが
ら、その内面に倣って缶２の側面と平坦に成形され、ラ
ッパ状に拡大されていた缶接合部２ｂと蓋接合部１ｂは
缶２の外周側面と平坦に成形される。

【００３３】又、この際蓋接合部１ａと缶接合部２ａの
外周でショルダーエッジ４ａよりはみだしている部分は
図５のｅに示すとおり、スクラップ３としてトリミング
される。

【００３４】図５のｄに示すとおり、ショルダーエッジ
４ａが保持部５ｂに達しさらに、下降を続ける過程で
は、接合面の加圧力は一定に保持されたまま塑性変形が
終了し、双方の活性面は加圧状態で保持されこの時、原
子間結合が発生し冷間圧接が完了する。

【００３５】テーパータイプフランジレス冷間圧接法に
よる接合前の蓋１と缶２の接合部を図８のａに示す。接
合後の形状は蓋補強部１ｂ、圧接ビード４ｃ、圧接パン
チショルダー４ｂ等の有無などにより変化するが、図８
のｂ１はパンチショルダー４ｂをゼロとした例、ｂ２は
ショルダー４ｂがゼロで、補強部を設けた例、ｂ３はシ
ョルダー４ｂで接合部の端面を押さえ込んだ例、ｂ４は
補強部を設け、ショルダー４ｂで接合部の端面を押さえ
込んだ例、ｂ５はｂ４の例にさらに圧接ビード４ｃを加
えて接合した例である。完成後の容器の外観は図３のｃ
に示すとおり。補強部１ｂは完成後の容器が外力を受け
てた際に、容器の変形に対する強度を増し、接合部を守
る働きをする。

【００３６】以上がテーパタイプフランジレス冷間圧接
法による二次電池用金属製密閉容器の製造方法である。

【００３７】次に、段付きタイプフランジレス冷間圧接
法の例について説明する。

【００３８】図６に長円形の底面形状をもつ蓋１と缶２
が段付きタイプフランジレス冷間圧接金型に挿入され、
圧接される直前の状態を示す。

【００３９】図７のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに段付きタイプ
フランジレス冷間圧接法による加工の工程を示す。

【００４０】蓋１の挿入から、圧接パンチ４での加圧、
接合、接合部外周のトリミングに至るまでの工程は、テ
ーパータイプの場合と同等である。相違点として上げら
れるのは接合部の形状で図９のａは接合前、ｂは接合後
を示す。

【００４１】段付きタイプフランジレス冷間圧接におけ
る、密閉容器の製造工程は基本的にテーパータイプの場
合と同じであるが、冷間圧接前の缶接合部２ａがラッパ
状のテーパ加工ではなく、缶側面と平行に段付き拡大加
工され、蓋接合部１ａも、これに対応し蓋の外周に直角
に立上げられている点がテーパタイプとの違いである。

【００４２】段付きタイプでは蓋接合部１ａ、缶接合部
２ａ、圧接ダイ５の加圧部５ａ、圧接パンチ４の側面等
は全て缶側面と平行になっており、缶２と蓋１が圧接パ
ンチ４に押し下げられて、図６に示す、圧接ダイ５の加
圧部５ａから保持部５ｂに至る際に、内側に絞り込む加
圧力を受け、蓋接合部１ａと缶接合部２ａが圧接パンチ
先端部の側面と圧接ダイ５の加圧部５ａの内面に挟み込
まれて加圧され、接合が行われる。

【００４３】トリミングと、接合部を平坦にする成形の
工程はテーパタイプと同様につき省略する。段付きタイ
プフランジレス冷間圧接法により完成した密閉容器の気
密性、耐圧性及び、外観形状はテーパタイプフランジレ
ス冷間圧接法によるものと同等で、二次電池用の密閉容
器として求められる性能を満たしている事が各種実験に
より確認されている。

【００４４】

【発明の効果】本発明によって、従来は溶接法を用いな
ければ作れなかったフランジの無い金属製密閉容器が、
冷間圧接法で製造できるようになった。

【００４５】これにより、溶接不良に起因して発生して
いた、密閉不良や残留応力による経時変化で、接合部が
破損する重大な事故が回避された。

【００４６】又、フランジレス冷間圧接法で金属製密閉
容器を製造する場合の加工時間は従来の溶接法と比較し
て大幅に短縮された。携帯用電話器に使用する角型の二
次電池の加工時間で比較すると、本発明による冷間圧接
法で缶と蓋を接合した場合、従来のレーザービーム溶接
法に比較して、１／１０以下の加工時間に短縮された。
さらに冷間圧接法により熱を使わずに容器を密閉できる
ので、内容物に対しての熱影響が無くなり不良率が大幅
に減少した。

【００４７】本発明により、フランジレスの金属製容器
の加工時間が短縮され、不良率低減によるコストダウン
が実現し、完成後の容器の信頼性も向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】フランジタイプ金属製容器

【図２】フランジレスタイプ金属製容器３種

【図３】フランジレスタイプ金属製容器の例

【図４】テーパータイプフランジレス冷間圧接金型の断
面図

【図５】テーパータイプフランジレス冷間圧接の各工程
図

【図６】段付きタイプフランジレス冷間圧接金型の断面
図

【図７】段付きタイプフランジレス冷間圧接の各工程図

【図８】テーパータイプフランジレス冷間圧接法の各種
接合部断面図

【図９】段付きタイプフランジレス冷間圧接法の接合部
断面図

【符号の説明】

１．蓋 １ａ．蓋接合部 １ｂ．補強部 ２．缶 ２ａ．缶接合部 ３．スクラップ ４．圧接パンチ ４ａ．ショルダーエッジ ４ｂ．ショルダー ４ｃ．圧接ビード ５．圧接ダイ ５ａ．加圧部 ５ｂ．保持部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 缶と蓋で構成される金属製容器の製造に
   おいて、缶の開口部と蓋の周囲にテーパー形状、あるい
   は段付き形状の接合部を設け、冷間圧接金型で接合部を
   挟み込みながら冷間圧接すると同時に、缶の側面に倣っ
   て平坦に成形し、完成後の容器の側面に突起を残さない
   事を特長とする、フランジレス冷間圧接法。