WO2024166694A1

WO2024166694A1 - 円筒部材の製造方法及び金型

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Publication number: WO2024166694A1
Application number: PCT/JP2024/002186
Authority: WO
Inventors: 淳史須釜; 克秀西尾
Original assignee: 日本製鉄株式会社
Priority date: 2023-02-08
Filing date: 2024-01-25
Publication date: 2024-08-15

Abstract

円筒部材（１０）の製造方法は、被加工材（２０）を準備する準備工程と、下型（４０）及び上型（３０）を用い、被加工材（２０）の端部（２３）を内周側に曲げる曲げ加工工程とを備える。上型（３０）の凹状の加工面（３１）は、第１部分（３１１）及び第２部分（３１２）を含む。第１部分（３１１）は、軸方向において被加工材（２０）の反対側且つ被加工材（２０）の内周側に向かって延在する。第２部分（３１２）は、第１部分（３１１）から被加工材（２０）の内周側に向かって延在し、直線状を有する。曲げ加工工程において、第１部分（３１１）は端部（２３）を被加工材（２０）の内周側に案内し、第２部分（３１２）は下型（４０）とともに端部（２３）を挟持する。

Description

円筒部材の製造方法及び金型

　本開示は、円筒部材の製造方法に関する。また、本開示は、金型に関し、より詳細には、円筒状を有する被加工材の端部を内周側に曲げるための金型に関する。

　例えば電池等である円筒部材を製造する際には、円筒状の被加工材に対し、その開口端部を内周側に曲げる加工が施されることがある。被加工材の開口端部に曲げを付与することにより、この開口端部によって円筒部材内に配置された部品を固定することができる。このような加工は、一般に曲げかしめ加工と称される。

　例えば、特許文献１には、円筒形状を有する被加工材の開口端部のカール加工を３工程で実施する曲げかしめ加工が開示されている。特許文献１では、１次カール加工として、被加工材の開口端部に対してカールローラを圧接しつつ回転させ、開口端部にカール部を形成する。次に、２次カール加工として、コレットによって被加工材のカール部を把握し、カール部を絞る加工を行う。その後、３次カール加工として、２次カール加工によってやや立ち上がったカール部の最内周端に対し、上方からかしめ用型を圧接し、最内周端を下向きに曲げる。

特開平８－３１３９３号公報

　特許文献１では、３工程のカール加工によって被加工材の開口端部が内周側に曲げられる。特許文献１では、カール加工を３工程で実施しなければならないことに加え、被加工材の開口端部を加工する器具の駆動方向がカール加工ごとに異なるため、被加工材の開口端部に曲げを付与するプロセスが煩雑となる。

　また、特許文献１では、３工程のカール加工を経ることにより、被加工材の開口端部が全体としてカール形状に形成される。例えば、製造される円筒部材の仕様により、被加工材のうち内周側に曲げられた開口端部の少なくとも一部が直線状であることを要する場合、特許文献１に記載された技術では、そのような形状を形成することができない。

　本開示は、被加工材の端部に簡易に曲げを付与することができ、且つ内周側に曲げられた端部の少なくとも一部を直線状に形成することができる円筒部材の製造方法を提供することを課題とする。

　本開示に係る円筒部材の製造方法は、円筒状を有する被加工材を準備する準備工程と、被加工材内に配置される下型と、被加工材に対して当該被加工材の軸方向に沿って相対的に接近する上型とを用い、軸方向における被加工材の端部を当該被加工材の内周側に曲げる曲げ加工工程とを備える。上型は、凹状の加工面を含む。加工面は、被加工材と軸方向に対向する上型の表面において、被加工材の端部に対応する位置に設けられている。加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。第１部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、被加工材の軸方向において当該被加工材の反対側、且つ被加工材の内周側に向かって延在する。第１部分は、曲げ加工工程において被加工材の端部を被加工材の内周側に案内する。第２部分は、第１部分に連続する。第２部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、第１部分から被加工材の内周側に向かって延在するとともに直線状を有する。第２部分は、曲げ加工工程において下型とともに被加工材の端部を挟持する。被加工材の中心軸を含む断面で見て、第２部分の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材の端部の延長線とがなす角度θは、４５°以上、９０°未満である。

　本開示に係る他の円筒部材の製造方法は、円筒状を有する被加工材を準備する準備工程と、被加工材内に配置される下型と、被加工材に対して当該被加工材の軸方向に沿って相対的に接近する上型とを用い、軸方向における被加工材の端部を当該被加工材の内周側に曲げる曲げ加工工程とを備える。上型は、凹状の加工面を含む。加工面は、被加工材と軸方向に対向する上型の表面において、被加工材の端部に対応する位置に設けられている。加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。第１部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、被加工材の軸方向において当該被加工材の反対側、且つ被加工材の内周側に向かって延在する。第２部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、第１部分に対して被加工材の内周側に配置されるとともに直線状を有する。上型は、第１上型と、第２上型とを含む。第１上型は、加工面の第１部分の少なくとも一部を含む。第２上型は、第１上型と別体である。第２上型は、第１上型に対して被加工材の内周側に配置される。第２上型は、加工面の第２部分の少なくとも一部を含む。曲げ加工工程では、第１上型によって被加工材の端部を被加工材の内周側に案内した後、第２上型と下型とで被加工材の端部を挟持する。

　本開示に係る円筒部材の製造方法によれば、被加工材の端部に簡易に曲げを付与することができる。また、本開示に係る円筒部材の製造方法によれば、被加工材のうち内周側に曲げられた端部の少なくとも一部を直線状に形成することができる。

図１は、第１実施形態に係る製造方法で製造される円筒部材の斜視図である。図２Ａは、第１実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図２Ｂは、第１実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図２Ｃは、第１実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図２Ｄは、第１実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図３Ａは、第２実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図３Ｂは、第２実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図３Ｃは、第２実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図３Ｄは、第２実施形態に係る円筒部材の製造方法を説明するための模式図である。図４は、第１実施形態の変形例に係る円筒部材の製造方法を示す模式図である。図５は、第２実施形態の変形例に係る円筒部材の製造方法を示す模式図である。図６は、各実施形態の変形例に係る円筒部材の製造方法を示す模式図である。

　実施形態に係る円筒部材の製造方法は、円筒状を有する被加工材を準備する準備工程と、被加工材内に配置される下型と、被加工材に対して当該被加工材の軸方向に沿って相対的に接近する上型とを用い、軸方向における被加工材の端部を当該被加工材の内周側に曲げる曲げ加工工程とを備える。上型は、凹状の加工面を含む。加工面は、被加工材と軸方向に対向する上型の表面において、被加工材の端部に対応する位置に設けられている。加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。第１部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、被加工材の軸方向において当該被加工材の反対側、且つ被加工材の内周側に向かって延在する。第１部分は、曲げ加工工程において被加工材の端部を被加工材の内周側に案内する。第２部分は、第１部分に連続する。第２部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、第１部分から被加工材の内周側に向かって延在するとともに直線状を有する。第２部分は、曲げ加工工程において下型とともに被加工材の端部を挟持する。被加工材の中心軸を含む断面で見て、第２部分の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材の端部の延長線とがなす角度θは、４５°以上、９０°未満である（第１の構成）。

　他の実施形態に係る円筒部材の製造方法は、円筒状を有する被加工材を準備する準備工程と、被加工材内に配置される下型と、被加工材に対して当該被加工材の軸方向に沿って相対的に接近する上型とを用い、軸方向における被加工材の端部を当該被加工材の内周側に曲げる曲げ加工工程とを備える。上型は、凹状の加工面を含む。加工面は、被加工材と軸方向に対向する上型の表面において、被加工材の端部に対応する位置に設けられている。加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。第１部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、被加工材の軸方向において当該被加工材の反対側、且つ被加工材の内周側に向かって延在する。第２部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て、第１部分に対して被加工材の内周側に配置されるとともに直線状を有する。上型は、第１上型と、第２上型とを含む。第１上型は、加工面の第１部分の少なくとも一部を含む。第２上型は、第１上型と別体である。第２上型は、第１上型に対して被加工材の内周側に配置される。第２上型は、加工面の第２部分の少なくとも一部を含む。曲げ加工工程では、第１上型によって被加工材の端部を被加工材の内周側に案内した後、第２上型と下型とで被加工材の端部を挟持する（第２の構成）。

　第１及び第２の構成に係る円筒部材の製造方法では、被加工材、及びこの被加工材内に配置された下型に対し、被加工材の軸方向に沿って相対的に上型を接近させるだけで、被加工材の端部を内周側に曲げている。そのため、曲げ加工工程が煩雑にならず、被加工材の端部に簡易に曲げを付与することができる。

　第１及び第２の構成に係る円筒部材の製造方法において、上型の加工面には、被加工材の端部を内周側に案内する第１部分と、被加工材の端部を下型とともに挟持する第２部分とが設けられている。第２部分は、第１部分よりも被加工材の内周側に配置され、被加工材の中心軸を含む断面で見て直線状を有する。この場合、第１部分によって案内された被加工材の端部を第２部分と下型とで挟持することにより、挟持された部分を直線状とすることができる。したがって、被加工材のうち内周側に曲げられた端部の少なくとも一部を直線状に形成することができる。

　第１の構成に係る円筒部材の製造方法では、上型の加工面の第２部分の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材の端部の延長線とがなす角度θが４５°以上、９０°未満となっている。これにより、被加工材の端部が上型によって内周側に曲げられるとき、加工面の第１部分と第２部分との境界に被加工材の端部が引っ掛かりにくくなる。そのため、曲げ加工工程において、被加工材の端部に座屈が発生するのを抑制することができる。

　第２の構成に係る円筒部材の製造方法では、上型が別体の第１上型及び第２上型を含み、第１上型によって被加工材の端部が内周側に案内された後で、第２上型が下型とともに被加工材の端部を挟持する。これにより、被加工材の端部が上型によって内周側に曲げられるとき、被加工材の端部に座屈が発生するのを抑制することができる。例えば、上型の加工面の第２部分の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材の端部の延長線とがなす角度θが小さい場合であっても、被加工材の端部が上型に引っ掛かりにくくなり、被加工材の端部の座屈を抑制することができる。

　第１又は第２の構成に係る円筒部材の製造方法において、第１部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て凹湾曲形状を有することができる（第３の構成）。

　第１又は第２の構成に係る円筒部材の製造方法において、第１部分は、被加工材の中心軸を含む断面で見て直線状を有していてもよい（第４の構成）。

　第１から第４のいずれかの構成に係る円筒部材の製造方法において、被加工材は、例えば、２９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼材からなる（第５の構成）。

　第１から第５のいずれかの構成に係る円筒部材の製造方法において、被加工材の端部は、３．０ｍｍ以下の板厚を有していてもよい（第６の構成）。

　第１から第６のいずれかの構成に係る円筒部材の製造方法において、円筒部材は、有底円筒状を有するとともに電極体を収容する電池であってもよい。この場合、下型は、封口体である（第７の構成）。

　実施形態に係る金型は、円筒状を有する被加工材の端部を内周側に曲げるための金型である。金型は、上型と、下型とを備える。上型は、円柱状を有する。上型の軸方向の両表面のうち一方の表面には凹状の加工面が設けられている。下型は、円柱状を有する。下型の軸方向の両表面のうち金型の使用時において上型と対向する表面には、上型の加工面に対応する凸状の加工面が設けられている。上型の加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。上型の加工面において、第１部分は、上型及び下型の中心軸を含む断面で見て下型の反対側且つ上型の内周側に向かって延在する。上型の加工面において、第２部分は第１部分に連続する。上型の加工面において、第２部分は、中心軸を含む断面で見て第１部分から上型の内周側に向かって延在するとともに直線状を有する。下型の加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。下型の加工面において、第１部分は、上型の加工面の第１部分に対応する位置に配置され、下型の側面に連続する。下型の加工面において、第２部分は第１部分に連続する。下型の加工面の第２部分は、上型の加工面の第２部分に対応する形状を有する。中心軸を含む断面で見て、上型の加工面の第２部分の延長線と、下型の側面の延長線とがなす角度θは、４５°以上、９０°未満である（第８の構成）。

　他の実施形態に係る金型は、円筒状を有する被加工材の端部を内周側に曲げるための金型である。金型は、上型と、下型とを備える。上型は、円柱状を有する。上型の軸方向の両表面のうち一方の表面には凹状の加工面が設けられている。下型は、円柱状を有する。下型の軸方向の両表面のうち金型の使用時において上型と対向する表面には、上型の加工面に対応する凸状の加工面が設けられている。上型の加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。上型の加工面において、第１部分は、上型及び下型の中心軸を含む断面で見て下型の反対側且つ上型の内周側に向かって延在する。上型の加工面において、第２部分は、中心軸を含む断面で見て第１部分に対して上型の内周側に配置されるとともに直線状を有する。下型の加工面は、第１部分と、第２部分とを含む。下型の加工面において、第１部分は、上型の加工面の第１部分に対応する位置に配置され、下型の側面に連続する。下型の加工面において、第２部分は第１部分に連続する。下型の加工面の第２部分は、上型の加工面の第２部分に対応する形状を有する。上型は、第１上型と、第２上型とを含む。第１上型は、上型の加工面の第１部分の少なくとも一部を含む。第１上型は、環状を有する。第２上型は、第１上型と別体である。第２上型は、第１上型の内側に配置される。第２上型は、上型の加工面の第２部分の少なくとも一部を含む（第９の構成）。

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

　＜第１実施形態＞
　［円筒部材］
　図１は、本実施形態に係る製造方法で製造される円筒部材１０を模式的に示す斜視図である。円筒部材１０は、例えば電池である。円筒部材１０は、配管や管用継手等であってもよい。本実施形態では、円筒部材１０が電池である例について説明する。

　図１に示すように、円筒部材１０は、電池ケース１１と、電極体１２と、封口体１３とを備える。電池ケース１１は、周壁１１１と、底板１１２と、ビード１１３とを含んでいる。周壁１１１は、実質的に円筒状を有している。底板１１２は、周壁１１１の軸方向の一端を封鎖している。ビード１１３は、周壁１１１の軸方向の他端側に配置されている。ビード１１３は、周壁１１１に設けられている。ビード１１３は、周壁１１１から当該周壁１１１の半径方向の内側に向かって凸となる形状を有している。ビード１１３は、周壁１１１の全周にわたって延び、環状を有している。

　電極体１２は、電池ケース１１に収容されている。電極体１２は、周壁１１１の軸方向において底板１１２とビード１１３との間に配置されている。電極体１２は、電池の種類に応じて選択された公知の電極体である。例えば、円筒部材１０がリチウムイオン二次電池である場合、電極体１２は、リチウムイオン二次電池用の電極体である。

　封口体１３は、電池ケース１１内に収容されている。封口体１３は、周壁１１１の内側でビード１１３上に載置されている。封口体１３は、電池ケース１１に対してかしめ固定されている。より具体的には、封口体１３の近傍で電池ケース１１の周壁１１１の端部が内側に折り曲げられることにより、封口体１３が電池ケース１１に固定されている。封口体１３は、一般的に電池に用いられる公知の封口体である。

　［円筒部材の製造方法］
　以下、円筒部材１０の製造方法について、図２Ａ～図２Ｄを参照しつつ説明する。円筒部材１０の製造方法は、準備工程と、曲げ加工工程とを備える。

　（準備工程）
　図２Ａを参照して、準備工程では、被加工材２０を準備する。本実施形態において、被加工材２０は、有底円筒状を有する。すなわち、被加工材２０は、円筒状の周壁２１と、周壁２１の軸方向の一端を封鎖する底板２２とを含んでいる。周壁２１の軸方向の他端は、開口端となっている。被加工材２０は、上述した電池ケース１１（図１）の素材である。本実施形態では、曲げ加工工程前の時点で、被加工材２０の周壁２１にビード１１３が形成されている。

　被加工材２０は、例えば鋼材からなる。被加工材２０は、めっき鋼材又はステンレス鋼材等で構成されていてもよい。本実施形態のように製造対象の円筒部材１０（図１）が電池である場合、被加工材２０は、ニッケルめっき鋼材からなることが好ましい。被加工材２０を構成する鋼材は、２９０ＭＰａ以上の引張強度を有することができる。鋼材の引張強度は、３００ＭＰａ以上であってもよいし、３３０ＭＰａ以上であってもよく、３５０ＭＰａ以上であってもよい。鋼材の引張強度は、３８０ＭＰａ以上であってもよいし、４００ＭＰａ以上であってもよい。例えば、鋼板に絞り加工を施して、有底円筒状の被加工材２０を形成することができる。

　ただし、被加工材２０は、必ずしも鋼材からなる必要はない。被加工材２０は、金属で構成されていればよい。被加工材２０は、例えば、アルミニウム、チタン、若しくは銅、又はこれらの合金で構成されていてもよい。

　被加工材２０の開口側の端部の板厚は、例えば３．０ｍｍ以下である。被加工材２０は、全体にわたって３．０ｍｍ以下の板厚を有していてもよい。被加工材２０の開口側の端部の板厚は、例えば０．１ｍｍ以上である。被加工材２０は、全体にわたって０．１ｍｍ以上の板厚を有していてもよい。

　（曲げ加工工程）
　曲げ加工工程は、被加工材２０の開口側の端部を被加工材２０の内周側に曲げる工程である。図２Ｂを参照して、被加工材２０の端部は、上型３０及び下型４０を含む金型を用いて曲げられる。曲げ加工工程に際し、被加工材２０、上型３０、及び下型４０は加工装置５０に設置される。加工装置５０は、例えば、ホルダ５１と、押さえ型５２と、シリンダ５３とを含む。

　ホルダ５１は、被加工材２０を保持する。ホルダ５１は、例えば、被加工材２０のうち、ビード１１３よりも底板２２側の部分を収容するように構成される。図２Ｂの紙面上では、被加工材２０は、底板２２が下側に位置する状態でホルダ５１に保持されている。

　押さえ型５２は、例えば円環状を有している。押さえ型５２は、その円周方向に沿って複数に分割されていてもよい。円環状の押さえ型５２は、例えば二分割されている。押さえ型５２の内周部が被加工材２０のビード１１３に挿入されることにより、被加工材２０が押さえ型５２で把持される。

　シリンダ５３は、被加工材２０の軸方向に沿って伸縮可能に構成されている。シリンダ５３は、油圧又は空圧等の流体圧シリンダであってもよいし、モータ駆動の電動シリンダであってもよい。シリンダ５３には、上型３０が取り付けられている。下型４０は、被加工材２０内に配置され、被加工材２０の軸方向において上型３０と対向する。本実施形態において、下型４０は、電池の封口体１３（図１）である。下型４０は、被加工材２０のビード１１３上に載置されている。

　曲げ加工工程において、上型３０は、下型４０及び被加工材２０に対し、被加工材２０の軸方向に沿って相対的に接近する。本実施形態では、シリンダ５３が伸長することによって上型３０が下方に移動し、下型４０及び被加工材２０に接近する。

　図２Ｃ及び図２Ｄは、曲げ加工工程における被加工材２０、上型３０、及び下型４０の縦断面図（被加工材２０の中心軸を含む断面図）であり、被加工材２０の端部２３付近を拡大した図である。端部２３は、被加工材２０の開口側の端部であり、曲げ加工工程において曲げが付与される部分である。曲げ加工工程の開始前において、端部２３は、被加工材２０の断面視で、被加工材２０の軸方向に対して実質的に平行に延在している。図２Ｃを参照して、上型３０は、実質的に円柱状を有し、被加工材２０と同軸に配置される。上型３０は、凹状の加工面３１を含む。加工面３１は、上型３０の軸方向の両表面のうち一方の表面３２に設けられる。表面３２は、曲げ加工工程の開始に際し、被加工材２０と軸方向に対向する。加工面３１は、上型３０の表面３２において、被加工材２０の端部２３に対応する位置に設けられている。すなわち、加工面３１は、被加工材２０の端部２３を加工可能な位置に設けられる。

　加工面３１は、第１部分３１１と、第２部分３１２とを含む。第１部分３１１及び第２部分３１２は、被加工材２０の軸方向に沿って見たとき、それぞれ円環状を有している。

　第１部分３１１は、上型３０の縦断面視で、軸方向において被加工材２０及び下型４０の反対側、且つ被加工材２０及び上型３０の内周側に向かって延在している。曲げ加工工程の開始前において、第１部分３１１は被加工材２０の端部２３と軸方向に対向している。より具体的には、被加工材２０の軸方向に起立している端部２３に対し、第１部分３１１の外周部が対向する。

　本実施形態では、第１部分３１１は、上型３０の縦断面視で凹湾曲形状を有している。第１部分３１１は、単一曲率半径の円弧状を有することができる。第１部分３１１の曲率半径をＲ、被加工材２０の端部２３の板厚をｔとしたとき、Ｒ／ｔは例えば１．０以上である。Ｒ／ｔは、好ましくは１．２以上であり、より好ましくは１．５以上である。Ｒ／ｔは、好ましくは１０．０以下である。Ｒ／ｔは、５．０以下であることがより好ましく、３．０以下であることがさらに好ましい。第１部分３１１の中心角αは、例えば４５°以上である。中心角αは、６０°以上であることが好ましく、９０°以上であることがより好ましい。中心角αは、１８０°以下である。

　第２部分３１２は、第１部分３１１の内側で第１部分３１１に連続する。第２部分３１２は、第１部分３１１に対して被加工材２０及び上型３０の内周側に配置されている。本実施形態において、第２部分３１２は、上型３０の縦断面視で、第１部分３１１から被加工材２０の内周側、つまり上型３０の内周側に延在している。第２部分３１２は、上型３０の縦断面視で直線状を有する。本実施形態において、第２部分３１２は、被加工材２０の内周側に向かうにつれて下型４０に近づくように半径方向に対して傾斜している。上型３０側を上、被加工材２０側を下と仮定したとき、第２部分３１２の内周端部は、第２部分３１２の外周端部と比較して下側に位置する。曲げ加工工程の開始前において、第２部分３１２は、被加工材２０の端部２３に対して内周側に配置されている。

　上型３０及び被加工材２０の縦断面視で、上型３０の加工面３１の第２部分３１２の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材２０の端部２３の延長線とがなす角度θは、４５°以上、９０°未満である。角度θは、５０°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましい。角度θは、例えば８５°以下であってもよく、好ましくは８０°以下である。

　下型４０は、実質的に円柱状を有し、被加工材２０及び上型３０と同軸に配置される。下型４０は、上型３０よりも小径である。下型４０は、上型３０の加工面３１に対応する凸状の加工面４１を含む。加工面４１は、下型４０の軸方向の両表面のうち、金型の使用時において上型３０と対向する表面４２に設けられる。加工面４１は、第１部分４１１及び第２部分４１２を含む。第１部分４１１及び第２部分４１２は、被加工材２０の軸方向に沿って見たとき、それぞれ円環状を有している。

　第１部分４１１は、下型４０の側面４３に連続して設けられている。側面４３は、下型４０の縦断面視で被加工材２０の周壁２１に沿って延びている。第１部分４１１は、例えば、下型４０の縦断面視で凸湾曲形状を有する。第１部分４１１は、上型３０の加工面３１の第１部分３１１に対応する位置に配置される。ただし、第１部分４１１は、上型３０の加工面３１の第１部分３１１と対応する形状を有していなくてもよい。

　第２部分４１２は、第１部分４１１に連続する。第２部分４１２は、上型３０の加工面３１の第２部分３１２に対応する位置に配置される。第２部分４１２は、その少なくとも一部において、上型３０の加工面３１の第２部分３１２と対応する形状を有する。すなわち、下型４０の加工面４１の第２部分４１２の少なくとも一部は、上型３０及び下型４０の縦断面視で、上型３０の加工面３１の第２部分３１２と実質的に平行な直線状を有する。

　上型３０及び下型４０の材質は特に限定されない。上型３０及び下型４０は、金属材料で構成されていてもよいし、非金属材料で構成されていてもよい。例えば、本実施形態のように下型４０が電池の封口体１３（図１）である場合、下型４０は、例えば、鋼、めっき鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、銅、又はプラスチック等で構成されていてもよいし、これらの材料のいずれかで構成される部材が複合されたものであってもよい。

　図２Ｄを参照して、被加工材２０に対して上型３０が軸方向に接近すると、上型３０の加工面３１によって被加工材２０の端部２３が内周側に曲げられる。より詳細には、上型３０が被加工材２０に接近することで、加工面３１の第１部分３１１によって被加工材２０の端部２３が内周側に案内されて曲がり始める。最終的には、加工面３１の第２部分３１２が下型４０とともに被加工材２０の端部２３を挟持し、上型３０が停止する。上型３０の加工面３１の第２部分３１２は、被加工材２０の端部２３を下型４０の加工面４１の第２部分４１２との間で挟持する。縦断面視で直線状の第２部分３１２，４１２が端部２３を挟持することにより、内周側に曲げられる端部２３の少なくとも一部が直線状に形成される。

　このような曲げ加工工程により、図１に示す円筒部材１０が得られる。円筒部材１０は、シリンダ５３の駆動によって上型３０を上昇させた後、加工装置５０（図２Ｂ）から取り出される。

　［効果］
　本実施形態に係る円筒部材１０の製造方法では、被加工材２０及び下型４０に対し、上型３０を接近させるだけで、被加工材２０の端部２３を内周側に曲げている。上型３０は、被加工材２０の軸方向にのみ駆動し、且つ一度の接近動作によって被加工材２０の端部２３に曲げを付与する。そのため、曲げ加工工程が煩雑にならず、被加工材２０の端部２３に簡易に曲げを付与することができる。

　本実施形態では、上型３０の加工面３１において、被加工材２０の端部２３を内周側に案内する第１部分３１１に加え、被加工材２０の端部２３を下型４０とともに挟持する第２部分３１２が設けられている。第２部分３１２は、上型３０の縦断面視で直線状を有し、曲げ加工工程において下型４０とともに被加工材２０の端部２３を挟持する。これにより、被加工材２０のうち内周側に曲げられた端部２３の少なくとも一部を直線状に形成することができる。

　本実施形態では、上型３０の加工面３１の第２部分３１２の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材２０の端部２３の延長線（下型４０の側面４３の延長線）とがなす角度（鋭角）θが４５°以上となっている。この場合、被加工材２０の端部２３が上型３０によって内周側に曲げられるとき、上型３０の加工面３１における第１部分３１１と第２部分３１２との境界に端部２３が引っ掛かりにくく、端部２３に座屈が発生するのを抑制することができる。端部２３の座屈をより発生しにくくするためには、角度θは、５０°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましい。本実施形態に係る円筒部材１０の製造方法によれば、例えば２９０ＭＰａ以上の引張強さの鋼板等、被加工材２０が比較的硬い材料で構成されている場合や、被加工材２０の端部２３の板厚が３．０ｍｍ以下と比較的薄い場合であっても、曲げ加工工程における端部２３の座屈を安定して抑制することができる。

　曲げ加工工程では、上型３０の加工面３１の第１部分３１１によって、被加工材２０の端部２３が内周側へと案内される。すなわち、被加工材２０の端部２３は、上型３０の加工面３１の第１部分３１１に沿うようにして被加工材２０の内周側へと曲げられる。本実施形態において、第１部分３１１は、縦断面視で上型３０の内側に凹の湾曲形状を有している。この場合、被加工材２０の端部２３が第１部分３１１に沿いやすくなり、端部２３にスムーズに曲げを付与することができる。

　本実施形態において、被加工材２０の端部２３の板厚ｔに対する第１部分３１１の曲率半径Ｒの比：Ｒ／ｔは、例えば１．０以上である。この場合、被加工材２０の端部２３の板厚ｔに対して曲げ半径が過剰に小さくならないため、端部２３の曲げ表面と中立軸との線長差が過大となりにくい。したがって、上型３０の加工面３１の第１部分３１１に被加工材２０の端部２３を押し込んで曲げたとき、端部２３における割れの発生を抑制することができる。

　本実施形態において、被加工材２０の端部２３の板厚ｔに対する第１部分３１１の曲率半径Ｒの比：Ｒ／ｔは、１０．０以下であることが好ましい。この場合、被加工材２０の端部２３の板厚ｔに対して曲げ半径が過剰に大きくならない。そのため、内周側に曲げられた端部２３のスプリングバックを生じにくくすることができ、端部２３における形状不良の発生を抑制することができる。

　本実施形態において、第１部分３１１の中心角αは、４５°以上であることが好ましい。この場合、曲げ加工工程において、被加工材２０の端部２３の座屈をより生じにくくすることができる。第１部分３１１の中心角αは、上型３０の離型容易性を考慮して、１８０°以下であることが好ましい。

　＜第２実施形態＞
　図３Ａ～図３Ｄは、第２実施形態に係る円筒部材１０（図１）の製造方法を説明するための模式図である。第２実施形態に係る製造方法は、曲げ加工工程で用いられる上型３０の構成において第１実施形態に係る製造方法と異なる。第２実施形態に係る製造方法では、第１実施形態と同様の準備工程の後、以下で説明する曲げ加工工程を実施する。

　図３Ａを参照して、上型３０は、第１上型３３１と、第２上型３３２とを含んでいる。第２上型３３２は、第１上型３３１と別体である。第１上型３３１は、被加工材２０の軸方向に沿って見て環状を有する。第２上型３３２は、環状の第１上型３３１の内側に配置されている。

　第１実施形態と同様に、上型３０は、加工装置５０のシリンダ５３に取り付けられる。本実施形態において、シリンダ５３は、第１シリンダ５３１と、第２シリンダ５３２とを含む。第１シリンダ５３１は、被加工材２０の軸方向に沿って伸縮可能に構成されている。第１シリンダ５３１には、第１上型３３１が取り付けられる。第２シリンダ５３２は、第１シリンダ５３１から独立して、被加工材２０の軸方向に沿って伸縮可能に構成されている。第２シリンダ５３２には、第２上型３３２が取り付けられる。第１シリンダ５３１及び第２シリンダ５３２は、それぞれ、油圧又は空圧等の流体圧シリンダであってもよいし、モータ駆動の電動シリンダであってもよい。

　図３Ｂを参照して、第１上型３３１は、加工面３１の第１部分３１１の少なくとも一部を含んでいる。本実施形態の例では、第１部分３１１の全部が第１上型３３１に含まれている。第２上型３３２は、加工面３１の第２部分３１２の少なくとも一部を含んでいる。本実施形態の例では、第２部分３１２の全部が第２上型３３２に含まれている。すなわち、本実施形態では、上型３０の縦断面視で、第１上型３３１と第２上型３３２との分割線は、凹湾曲形状の第１部分３１１と直線状の第２部分３１２との境界と一致している。ただし、第１上型３３１と第２上型３３２との分割線は、必ずしも第１部分３１１と第２部分３１２との境界と一致していなくてもよい。第１上型３３１と第２上型３３２との分割線は、例えば、被加工材２０の半径方向において第１部分３１１の中央から第２部分３１２の中央までの範囲に設けることができる。

　本実施形態において、上型３０及び被加工材２０の縦断面視で、上型３０の加工面３１の第２部分３１２の延長線と、曲げ加工工程の開始前における被加工材２０の端部２３の延長線とがなす角度θは、０°以上であればよいが、通常は０°よりも大きい。角度θは、第１実施形態と異なり、４５°未満であってもよい。ただし、角度θは、第１実施形態と同様、４５°以上であってもよい。角度θは、好ましくは５０°以上であり、より好ましくは６０°以上である。角度θは、例えば９０°未満である。角度θは、８５°以下であることが好ましく、８０°以下であることがより好ましい。角度θが０°である場合、上型３０及び被加工材２０の縦断面視で、上型３０の加工面３１の第２部分３１２は、曲げ加工工程の開始前における被加工材２０の端部２３と実質的に平行である。

　図３Ｃを参照して、曲げ加工工程では、第２上型３３２に先行して第１上型３３１が被加工材２０に対して軸方向に相対的に接近する。本実施形態において、第１上型３３１は、第１シリンダ５３１（図３Ａ）の伸長によって被加工材２０に接近する。これにより、まず、第１上型３３１によって被加工材２０の端部２３が内周側に案内される。より具体的には、第１上型３３１が加工面３１の第１部分３１１の少なくとも一部を含んでいることにより、第１上型３３１が被加工材２０に対して接近したとき、被加工材２０の端部２３が第１部分３１１に沿って内周側へと曲げられる。

　図３Ｄを参照して、第１上型３３１によって端部２３を被加工材２０の内周側に案内した後、第２上型３３２と下型４０とで端部２３を挟持する。第２上型３３２は、第１上型３３１が被加工材２０に対して軸方向に相対的に接近した後で、被加工材２０に対して軸方向に相対的に接近する。第２上型３３２は、例えば、被加工材２０に向かって接近していた第１上型３３１が停止した後又は停止する直前に、被加工材２０に対する接近を開始してもよい。本実施形態において、第２上型３３２は、第２シリンダ５３２（図３Ａ）の伸長によって被加工材２０に接近する。第２上型３３２は、加工面３１の第２部分３１２により、被加工材２０の端部２３を下型４０に対して押し付ける。被加工材２０の端部２３は、上型３０の加工面３１の第２部分３１２と、下型４０の加工面４１の第２部分４１２とによって挟持される。

　本実施形態に係る製造方法であっても、上型３０が被加工材２０の軸方向にのみ駆動するため、曲げ加工工程が煩雑にならず、被加工材２０の端部２３に簡易に曲げを付与することができる。また、曲げ加工工程において、被加工材２０のうち内周側に曲げられた端部２３の少なくとも一部を直線状に形成することができる。

　本実施形態に係る製造方法では、第１上型３３１における加工面３１の第１部分３１１によって被加工材２０の端部２３が内周側に案内された後で、第２上型３３２における加工面３１の第２部分３１２が下型４０とともに被加工材２０の端部２３を挟持する。すなわち、被加工材２０の端部２３に対し、段階的な曲げ加工が施される。これにより、曲げ加工工程において、被加工材２０の端部２３に座屈が発生するのを抑制することができる。特に、第２部分３１２の角度θが例えば４５°未満と小さい場合であっても、被加工材２０の端部２３の座屈が発生しにくくなる。ただし、第２部分３１２の角度θを４５°以上とすれば、曲げ加工工程時の座屈やしわはより発生しにくくなる。座屈及びしわをさらに抑制する観点から、第２部分３１２の角度θは、好ましくは５０°以上、より好ましくは６０°以上である。

　本実施形態では、上型３０が第１上型３３１と第２上型３３２とに二分割されている。しかしながら、上型３０は、３つ以上に分割されていてもよい。例えば、第１上型３３１及び第２上型３３２の少なくとも一方を複数に分割してもよい。この場合、曲げ加工工程においては、被加工材２０の外周側の分割上型から順次被加工材２０に接近させることで、被加工材２０の端部２３に段階的な曲げ加工を施す。

　以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

　上記実施形態において、上型３０の加工面３１の第１部分３１１は、縦断面視で上型３０の内側に凹の湾曲形状を有する。しかしながら、図４及び図５に示すように、第１部分３１１は、上型３０の縦断面視で直線状を有していてもよい。第１部分３１１が直線状である場合、上型３０の製造が容易になる。

　上記実施形態において、下型４０の加工面４１の第２部分４１２は、全体的に平坦な傾斜面となっている。しかしながら、図６に示すように、第２部分４１２には段差４１２ａが設けられていてもよい。例えば、段差４１２ａの外周側を段差４１２ａの内周側よりも被加工材２０の端部２３の板厚未満だけ凹ませることにより、曲げ加工工程において下型４０に対する端部２３の密着性を高めることができる。

　上記実施形態において、円筒部材１０は電池である。そのため、曲げ加工工程では、電池の蓋として機能する封口体１３が下型４０として利用される。しかしながら、円筒部材１０は必ずしも電池でなくてもよい。例えば、円筒部材１０が配管又は管継手等である場合、封口体１３ではない下型４０を用いることができる。

　上記実施形態では、被加工材２０及び円筒部材１０は、有底円筒状を有する。すなわち、被加工材２０及び円筒部材１０には、それぞれ底板２２，１１２が設けられている。しかしながら、被加工材２０及び円筒部材１０から底板２２，１１２を排除することもできる。例えば、円筒部材１０が配管又は管継手等である場合、被加工材２０及び円筒部材１０は無底の円筒状を有する。円筒部材１０が電池でない場合、被加工材２０及び円筒部材１０は、その周壁２１，１１１にビード１１３を有していなくてもよい。

　上記実施形態では、上型３０が被加工材２０に向かって移動することで、被加工材２０の端部２３が内周側に曲げられる。しかしながら、被加工材２０を上型３０に向かって移動させることで、上型３０によって被加工材２０の端部２３を内周側に曲げてもよい。あるいは、上型３０及び被加工材２０の双方を移動させて、被加工材２０の端部２３に曲げを付与することもできる。

　上記実施形態では、曲げ加工工程において、上型３０が被加工材２０及び下型４０の上方に配置される。しかしながら、上型３０は、必ずしも被加工材２０及び下型４０の上方に配置される必要はない。例えば、被加工材２０及び下型４０の下方に上型３０が配置されてもよい。上型３０は、被加工材２０及び下型４０に対し、被加工材２０の軸方向に沿って相対的に接近及び離隔可能であればよい。

　以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

　第１及び第２実施形態において説明した円筒部材の製造方法について、市販の解析ソフトウェア（ＬＳ－ＤＹＮＡ，株式会社ＪＳＯＬ社製）を用いてＣＡＥ解析を実施し、曲げが付与される被加工材の端部での割れ及び座屈の発生を評価した。

　ＣＡＥ解析における共通の条件は、以下の通りである。
　（被加工材）
　　・形状：有底円筒状
　　・素材：ニッケルめっき鋼板
　　・引張強度：３３０ＭＰａ
　　・板厚ｔ：０．４ｍｍ
　　・外径：４０ｍｍ
　　・高さ：３０ｍｍ
　（曲げ加工）
　　・潤滑油：無し
　　・被加工材の端部（曲げが付与される部分）の長さ：７．５ｍｍ

　表１に、その他の解析条件及び評価結果を示す。

　表１の工程欄において、「単工程型」とは、第１実施形態と同様、非分割の上型によって曲げ加工（曲げかしめ）工程を実施したことを意味し、「複工程型」とは、第２実施形態と同様、二分割の上型によって段階的に曲げかしめ工程を実施したことを意味する。また、表１において、上型加工面の第１部分が「凹湾曲形状」であるとは、第１実施形態（図２Ｃ）及び第２実施形態（図３Ｂ）のように、上型の加工面のうち被加工材の端部を案内する部分が縦断面視で凹湾曲形状を有することを意味し、上型加工面の第１部分が「直線形状」であるとは、図４及び図５に示すように、当該部分が縦断面視で直線状を有することを意味する。

　表１に示すように、単工程型では、曲げかしめ工程前の被加工材の端部に対する上型の直線部分（第２部分）の角度θが４５°未満である場合、上型の案内部分（第１部分）の形状に関わらず、曲げかしめ工程において被加工材の端部が座屈した。一方、角度θが４５°以上である場合、案内部分の形状に関わらず、曲げかしめ工程において被加工材の端部の座屈は発生しなかった。したがって、非分割の上型を用いて被加工材の端部を内周側に曲げる場合、上型の直線部分の角度θが４５°以上であれば、端部の座屈の発生を抑制しながら当該端部を直線状に形成できることがわかる。

　表１に示すように、複工程型では、上型の案内部分（第１部分）が凹湾曲形状である場合及び直線形状である場合の双方について、曲げかしめ工程前の被加工材の端部に対する上型の直線部分（第２部分）の角度θに関わらず、曲げかしめ工程において被加工材の端部の座屈は発生しなかった。したがって、分割された上型を用いて被加工材の端部を内周側に曲げることにより、端部の座屈の発生を抑制しながら当該端部を直線状に形成できることがわかる。

　１０：円筒部材
　１２：電極体
　１３：封口体
　２０：被加工材
　２３：端部
　３０：上型
　３１：加工面
　３１１：第１部分
　３１２：第２部分
　３２：表面
　３３１：第１上型
　３３２：第２上型
　４０：下型
　４１：加工面
　４１１：第１部分
　４１２：第２部分
　４２：表面
　４３：側面

Claims

　円筒部材の製造方法であって、
　円筒状を有する被加工材を準備する準備工程と、
　前記被加工材内に配置される下型と、前記被加工材に対して当該被加工材の軸方向に沿って相対的に接近する上型とを用い、前記軸方向における前記被加工材の端部を当該被加工材の内周側に曲げる曲げ加工工程と、
を備え、
　前記上型は、前記被加工材と前記軸方向に対向する表面において前記端部に対応する位置に設けられた凹状の加工面を含み、
　前記加工面は、
　前記被加工材の中心軸を含む断面で見て、前記軸方向において前記被加工材の反対側且つ前記被加工材の内周側に向かって延在し、前記曲げ加工工程において前記端部を前記被加工材の内周側に案内する第１部分と、
　前記第１部分に連続し、前記中心軸を含む断面で見て前記第１部分から前記被加工材の内周側に向かって延在するとともに直線状を有し、前記曲げ加工工程において前記下型とともに前記端部を挟持する第２部分と、
を含み、
　前記中心軸を含む断面で見て、前記第２部分の延長線と、前記曲げ加工工程の開始前における前記端部の延長線とがなす角度θは、４５°以上、９０°未満である、製造方法。
　円筒部材の製造方法であって、
　円筒状を有する被加工材を準備する準備工程と、
　前記被加工材内に配置される下型と、前記被加工材に対して当該被加工材の軸方向に沿って相対的に接近する上型とを用い、前記軸方向における前記被加工材の端部を当該被加工材の内周側に曲げる曲げ加工工程と、
を備え、
　前記上型は、前記被加工材と前記軸方向に対向する表面において前記端部に対応する位置に設けられた凹状の加工面を含み、
　前記加工面は、
　前記被加工材の中心軸を含む断面で見て、前記軸方向において前記被加工材の反対側且つ前記被加工材の内周側に向かって延在する第１部分と、
　前記中心軸を含む断面で見て、前記第１部分に対して前記被加工材の内周側に配置され、直線状を有する第２部分と、
を含み、
　前記上型は、
　前記第１部分の少なくとも一部を含む第１上型と、
　前記第１上型と別体であり、前記第１上型に対して前記被加工材の内周側に配置され、前記第２部分の少なくとも一部を含む第２上型と、
を含み、
　前記曲げ加工工程では、前記第１上型によって前記端部を前記被加工材の内周側に案内した後、前記第２上型と前記下型とで前記端部を挟持する、製造方法。
　請求項１又は２に記載の製造方法であって、
　前記第１部分は、前記中心軸を含む断面で見て凹湾曲形状を有する、製造方法。
　請求項１又は２に記載の製造方法であって、
　前記第１部分は、前記中心軸を含む断面で見て直線状を有する、製造方法。
　請求項１又は２に記載の製造方法であって、
　前記被加工材は、２９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼材からなる、製造方法。
　請求項１又は２に記載の製造方法であって、
　前記被加工材の前記端部は、３．０ｍｍ以下の板厚を有する、製造方法。
　請求項１又は２に記載の製造方法であって、
　前記円筒部材は、有底円筒状を有するとともに電極体を収容する電池であり、
　前記下型は、封口体である、製造方法。
　円筒状を有する被加工材の端部を内周側に曲げるための金型であって、
　円柱状を有し、軸方向の両表面のうち一方の表面に凹状の加工面が設けられた上型と、
　円柱状を有し、軸方向の両表面のうち前記金型の使用時において前記上型と対向する表面に、前記上型の前記加工面に対応する凸状の加工面が設けられた下型と、
を備え、
　前記上型の前記加工面は、
　前記上型及び前記下型の中心軸を含む断面で見て、前記下型の反対側且つ前記上型の内周側に向かって延在する第１部分と、
　前記第１部分に連続し、前記中心軸を含む断面で見て前記第１部分から前記上型の内周側に向かって延在するとともに直線状を有する第２部分と、
を含み、
　前記下型の前記加工面は、
　前記上型の前記加工面の前記第１部分に対応する位置に配置され、前記下型の側面に連続する第１部分と、
　前記下型の前記加工面の前記第１部分に連続し、前記上型の前記加工面の前記第２部分に対応する形状を有する第２部分と、
を含み、
　前記中心軸を含む断面で見て、前記上型の前記加工面の前記第２部分の延長線と、前記下型の前記側面の延長線とがなす角度θは、４５°以上、９０°未満である、金型。
　円筒状を有する被加工材の端部を内周側に曲げるための金型であって、
　円柱状を有し、軸方向の両表面のうち一方の表面に凹状の加工面が設けられた上型と、
　円柱状を有し、軸方向の両表面のうち前記金型の使用時において前記上型と対向する表面に、前記上型の前記加工面に対応する凸状の加工面が設けられた下型と、
を備え、
　前記上型の前記加工面は、
　前記上型及び前記下型の中心軸を含む断面で見て、前記下型の反対側且つ前記上型の内周側に向かって延在する第１部分と、
　前記中心軸を含む断面で見て前記第１部分に対して前記上型の内周側に配置されるとともに直線状を有する第２部分と、
を含み、
　前記下型の前記加工面は、
　前記上型の前記加工面の前記第１部分に対応する位置に配置され、前記下型の側面に連続する第１部分と、
　前記下型の前記加工面の前記第１部分に連続し、前記上型の前記加工面の前記第２部分に対応する形状を有する第２部分と、
を含み、
　前記上型は、
　前記上型の前記加工面の前記第１部分の少なくとも一部を含む、環状の第１上型と、
　前記第１上型と別体であり、前記第１上型の内側に配置され、前記上型の前記加工面の前記第２部分の少なくとも一部を含む第２上型と、
を含む、金型。