特開 2015-85356 薄肉部の冷間鍛造方法と防爆弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-85356(P2015-85356A)

(43)【公開日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】薄肉部の冷間鍛造方法と防爆弁

(51)【国際特許分類】

   B21D 28/10 20060101AFI20150410BHJP

   B21D 51/44 20060101ALI20150410BHJP

   H01M 2/12 20060101ALI20150410BHJP

【ＦＩ】

   B21D28/10 Z

   B21D51/44 Z

   H01M2/12 101

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-226287(P2013-226287)

(22)【出願日】2013年10月31日

(71)【出願人】

【識別番号】000102500

【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095636

【弁理士】

【氏名又は名称】早崎 修

(72)【発明者】

【氏名】近藤 晴彦

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 良

【テーマコード（参考）】

4E048

5H012

【Ｆターム（参考）】

4E048EA04

5H012AA07

5H012BB02

5H012CC01

5H012DD01

5H012DD05

5H012EE04

5H012FF01

5H012JJ06

(57)【要約】

【課題】充分に厚い金属原板から直接設定厚さの薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法と防爆弁を提供する。
【解決手段】金属原板を剪断加工する上下金型の各刃側面を所定のクリアランスδでオーバーラップさせ、上下金型の各刃側面で金属原板に加工方向に沿って設定厚さｔ２を残した剪断面を形成すると共にオーバーラップする部位で金属原板を加工硬化するまで圧縮し、剪断面の間に水平方向幅δ、設定厚さｔ２の薄肉部を形成する。薄肉部の両側の金属原板は、破断面を形成することにより、薄肉部とする加工中に両側へ押し込む必要がなく、軽加工荷重で圧縮加工率の高い薄肉部を形成できる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さｔ１の金属原板を上下金型でプレス加工し、金属原板の一部に厚さｔ１より充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法であって、
金属原板を剪断加工する上下金型の各刃側面を水平方向に沿って所定のクリアランスδでオーバーラップさせ、上下金型の間に厚さｔ１の金属原板をセットした後、
上下金型間に加工荷重Ｐを加え、各刃側面で前記金属原板に加工方向に沿って設定厚さｔ２を残した剪断面を形成すると共に、上下金型のオーバーラップする部位で金属原板を加工硬化するまで圧縮し、前記剪断面の間に水平方向幅δ、設定厚さｔ２の薄肉部を形成することを特徴とする薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項2】

厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工した際の加工荷重Ｐによって薄肉部が破断しない最小クリアランスδｍｉｎを求め、
クリアランスδを、少なくとも最小クリアランスδｍｉｎより長くその近傍の長さのクリアランスδｍｓに設定することを特徴とする請求項１に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項3】

上下金型間に加える限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工が可能であった場合に、
最小クリアランスδｍｉｎを、試験加工荷重Ｐｔにより厚さｔ２の薄肉部の鉛直面に発生する剪断応力をτｔ、金属原板の剪断強さτｍａｘとして、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ／τｍａｘ−１）^１／２・・・（１）式
から求めることを特徴とする請求項２に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項4】

試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工した際のクリアランスδを最大クリアランスδｍａｘとし、
クリアランスδを、最小クリアランスδｍｉｎと最大クリアランスδｍａｘの間に設定することを特徴とする請求項３に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項5】

内部に電解質を密封して収容する電池ケースの開口を覆う蓋体を厚さｔ１の前記金属原板から形成するとともに、前記蓋体の一部に形成される防爆弁の少なくとも輪郭の一部を前記薄肉部で形成し、
前記薄肉部の設定厚さｔ２を、電池ケース内の内圧が所定の異常値まで上昇した際に前記薄肉部が破断する厚さに設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項6】

前記薄肉部は、前記蓋体の短手方向幅を直径とする仮想円形領域内の閉ループに沿って前記クリアランスδの幅で形成され、
前記閉ループの長さは、前記仮想円形領域の円周より長いことを特徴とする請求項５に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項7】

前記金属原板は、アルミ合金からなることを特徴とする請求項５に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項8】

前記薄肉部から電池ケースの外方に突出して形成される防爆弁の外側面は、防爆弁の周囲に形成されるリング凹部を介してリング凹部の周囲の蓋体の外側面と同一面若しくはその内方に露出することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項9】

内部に電解質を密封して収容する電池ケースの開口を覆う厚さｔ１の金属原板から形成される蓋体に、厚さｔ１より充分に薄く、電池ケース内の内圧が所定の異常値まで上昇した際に破断する設定厚さｔ２に設定された薄肉部を介して一体に形成される防爆弁であって、
前記薄肉部は、各刃側面が水平方向に沿って所定のクリアランスδでオーバーラップして前記蓋体を挟持する上下金型間に鉛直方向の加工荷重Ｐを加え、各刃側面により設定厚さｔ２を残して前記蓋体を剪断加工して形成される剪断面の間に、上下金型のオーバーラップする部位により前記蓋体を設定厚さｔ２の厚さに冷間鍛造して形成されることを特徴とする防爆弁。

【請求項10】

前記薄肉部は、前記蓋体の短手方向幅を直径とする仮想円形領域内の閉ループに沿って前記クリアランスδの幅で形成され、
前記閉ループの長さは、前記仮想円形領域の円周より長いことを特徴とする請求項９に記載の防爆弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属原板の一部を上下金型間で加工硬化するまで圧縮して薄肉部とする薄肉部の冷間鍛造方法と防爆弁に関し、更に詳しくは、金属原板の一部に金属原板の厚さより充分に薄い設定厚さの薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法と防爆弁に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池などの二次電池は、内部に電解質を収容した電池ケースの開口周縁に金属板からなる蓋体を溶接し、電池ケースの開口を覆っている。近年、このような二次電池は、ハイブリッド車などに搭載する用途で用いられることから軽量化が望まれ、従来ステンレスで形成していた蓋体をアルミ合金からなる金属板で形成している。しかしながら、アルミ合金はステンレスに比べて縦弾性係数が小さく、蓋体が内圧によって外方へ撓みやすいので、一定以上の厚みとしてその剛性を確保しなければならず、更に、電池ケース内を完全密封して液漏れを防ぎ、電池ケースとの間を強固に溶接で固着するために、蓋体にその厚さ方向に沿ったできる限り長い電池ケースとの溶接しろを設ける必要があり、これらの理由からアルミ合金からなる蓋体の厚さは、１ｍｍ前後となっている。

【0003】

一方、二次電池は、熱や衝撃で電池内の内圧が異常上昇して爆発する危険があるので、蓋体の一部に予め所定の内圧で破断する防爆弁が形成されている。防爆弁は、周囲の蓋体を形成する金属板より薄い厚みの薄肉部で縁取られ、薄肉部の厚さは、電池ケース内の内圧が設定内圧まで上昇した際に破断するようにその厚さが設定され、例えば、０．７乃至１ＭＰａの内圧で薄肉部を破断させる場合には、その厚さは３０μｍに設定される。

【0004】

従来、所定の厚さの金属原板の一部に設定した厚さの薄肉部を形成する加工方法として、図１１に示すように、上下金型１０１、１０２間を所定のクリアランスδでオーバーラップさせ、オーバーラップさせた肩の部分１０１ａ、１０２ａを押し出し成形用に湾曲面Ｒとした上下金型１０１、１０２で金属原板１１０を押圧加工し、押圧加工部分の金属材料を両側へ押し出しながら薄肉部１１１を形成する加工方法（第１の加工方法）が知られている（特許文献１）。

【0005】

また、金属原板の一部に設定した厚さの薄肉部を形成する他の加工方法として、図１２に示すように、金属原板１２０を下金型１２６の平坦な部位の上に配置し、上方からＶ字状に加工した上金型１２５の尖鋭刃を金属原板１２０へ押し込み、断面Ｖ字状に形成する凹溝の最下端に設定厚さの薄肉部１２１、１２２を形成する加工方法（第２の加工方法）も知られている（特許文献２）。

【0006】

第２の加工方法は、アルミ合金板からなる電池ケース用蓋の防爆弁に設定厚さの薄肉部を形成する加工方法であり、厚さ１乃至３ｍｍのアルミ合金からなる蓋体１３０の一部を延ばし成形した厚さ０．３ｍｍの一次薄板部１２０を形成し、Ｖ字状突起を有するパンチ１２５とダイ１２６で挟み、一次薄板部１２０に５０μｍ程度の設定厚さの薄肉部１２１、１２２を形成している（図１３参照）。Ｖ字状突起を押し込むことによる一次薄板部１２０の余剰部分は、その両側の逃がし部１２３、１２４へ押し出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平９−１０８７５６号公報

【特許文献2】特開２０１２−１０９２２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述のいずれの第１、第２の加工方法も、薄肉部とする部位の両側の余剰部分をその両側の金属板部内へ押し込んで薄肉部を加工するので、加工前の金属原板の厚みが厚くなればなるほど余剰部分の体積が増加し、余剰部分を薄肉部の両側へ押し込むことによる変形抵抗が増大し、すぐに加工金型が破損する恐れのある限界加工荷重に達する。

【0009】

従って、上述のいずれかの加工方法であっても、設定厚さｔ２の厚さの薄肉部を形成する場合には、設定厚さｔ２の少なくとも１０倍未満の厚さｔ１の金属原板から加工しなければならない。例えば、第１の加工方法では、設定厚さｔ２が３５乃至６５μｍの薄肉部を形成する金属板の厚さｔ１は、０．１５乃至０．２５ｍｍであり、０．３５ｍｍ以上の厚さの金属板から加工することができず、第２従来加工方法では、設定厚さｔ２が約５０μｍの薄肉部を形成する金属板の厚さｔ１は、０．３ｍｍであり、０．５ｍｍ以上の厚さの金属板から加工することができない。

【0010】

蓋体に防爆弁を形成するために蓋体の一部に薄肉部１２１、１２２を加工する第２の加工方法では、所定の電池ケース内の内圧で薄肉部１２１、１２２を破断させる為に薄肉部１２１、１２２の設定厚さｔ２が約５０μｍと定められているのに対して、蓋体１３０の厚さは、上述したように、蓋体としての強度と、厚さ方向に沿って一定長さの電池ケースへの溶接しろを設ける必要があることから少なくとも１ｍｍ以上とする必要がある。このため、蓋体１３０から直接薄肉部１２１、１２２を加工できず、蓋体１３０の一部をパンチとダイで挟んで延ばし成形を行って、蓋体から厚さ０．３ｍｍの一次薄板部１２０を形成し、延ばし成形による余剰部分を矯正加工した後、厚さ０．３ｍｍの一次薄板部１２０から５０μｍ程度の設定厚さの薄肉部１２１、１２２を形成している。

【0011】

更に、一次薄板部１２０や薄肉部１２１、１２２を形成する際に生じる余剰部分を、蓋体１３０や一次薄板部１２０の一部に吸収させる必要があるので、パンチ１２５の加工面に逃がし部１２３、１２４を収容する凹部を形成したり、蓋体に複数の折り重ね部１３１を形成する折り返し工程を要するなど、薄肉部を加工する以外に複数の複雑な加工工程が必要となり、加工コストが上昇するとともに、蓋体の表面に折り重ね部の凹凸が形成されるので、外観を損なうとともに、指などを傷つける恐れがある。

【0012】

そこで、一般には、蓋体とは別の金属板から防爆弁の薄肉部を形成し、防爆弁を形成した金属板を蓋体に溶接して固着しているが、電池ケース内からの液漏れを防ぎ、所定の内圧で破断しないように強固に防爆弁を形成した金属板と蓋体を接合する複雑な溶接工程を別に要し、同様に加工コストが上昇していた。

【0013】

また、上述のいずれの第１、第２の加工方法であっても、高精度に設定厚さｔ２の薄肉部を形成することができない。例えば、第１の加工方法では、湾曲面Ｒとした上下金型１０１、１０２の肩の部分１０１ａ、１０２ａの間に薄肉部を形成するので、高精度に湾曲面Ｒを形成したとしても、上下金型１０１、１０２間のクリアランスδにわずかな誤差が生じても、薄肉部１１１の厚さの誤差として表れる。また、肩の部分１０１ａ、１０２ａの湾曲面Ｒで金属原板１１０の余剰部分を円滑に両側へ押し出すために、プレス成形前に金属原板１１０の表裏面にオイルを塗布するが、オイルは金属原板１１０と一体に両側に押し出されるものではないので、薄肉部１１１と肩の部分１０１ａ、１０２ａの間に残されるオイルの量にムラがあり、薄肉部１１１の厚さの誤差となって表れる。

【0014】

また、第２の加工方法では、薄肉部１２１、１２２を加工する際にその両側に膨出する余剰部分を逃がし部１２３、１２４に押し出しているが、逃がし部１２３、１２４と薄肉部１２１、１２２の間に残される余剰部分がパンチ１２５とダイ１２６の隙間に残り、正確にパンチ１２５の押し下げストロークを制御できないことから、高精度に設定厚さの薄肉部１２１、１２２を加工できない。

【0015】

特に、軽量化するためにアルミ合金とした電池ケースの蓋体に、設定内圧で薄肉部が破断する防爆弁を形成する場合には、薄肉部の設定厚さｔ２を５０μｍ程度とする必要があるが、薄肉部の厚さによって破断する内圧は大きく変化するので、数μｍの公差が要求され、第１、第２の加工方法では、安定してこの公差内の厚さの薄肉部を製造することが極めて困難であり、製造歩留まりが悪いものとなっていた。

【0016】

更に、第２の加工方法で防爆弁の薄肉部１２１、１２２を加工する場合には、薄肉部１２１、１２２の両側に余剰部分で形成される波形部分や折り返し部分が形成されるので、電池ケース内の内圧が上昇するとこれらの部分が湾曲して薄肉部１２１、１２２が内圧方向（鉛直方向）に対して傾斜し、公差内の設定厚さで薄肉部を形成しても、設定内圧で破断しない恐れがある。

【0017】

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、充分に厚い金属原板から直接設定厚さの薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法を提供することを目的とする。

【0018】

金属原板から高精度に設定厚さの薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法を提供することを目的とする。

【0019】

電池ケースを覆う一定の厚さが要求される蓋体から、高精度に薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法と防爆弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

上述の目的を達成するため、請求項１に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、厚さｔ１の金属原板を上下金型でプレス加工し、金属原板の一部に厚さｔ１より充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法であって、
金属原板を剪断加工する上下金型の各刃側面を水平方向に沿って所定のクリアランスδでオーバーラップさせ、上下金型の間に厚さｔ１の金属原板をセットした後、上下金型間に加工荷重Ｐを加え、各刃側面で金属原板に加工方向に沿って設定厚さｔ２を残した剪断面を形成すると共に、上下金型のオーバーラップする部位で金属原板を加工硬化するまで圧縮し、剪断面の間に水平方向幅δ、設定厚さｔ２の薄肉部を形成することを特徴とする。

【0021】

所定のクリアランスδでオーバーラップさせた上下金型の刃側面で厚さｔ１の金属原板を剪断し、設定厚さｔ２を残した剪断面を形成する。上下金型がオーバーラップする部位の両側の金属原板は、薄肉部を形成する両側に押し出す余剰部分とならないので、厚さｔ１の金属原板から充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部に圧縮する際の変形抵抗が大幅に増加することがなく、上下金型が破損しない限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の加工荷重Ｐで圧縮加工率の高い薄肉部が形成される。

【0022】

請求項２に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工した際の加工荷重Ｐによって薄肉部が破断しない最小クリアランスδｍｉｎを求め、クリアランスδを、少なくとも最小クリアランスδｍｉｎより長くその近傍の長さのクリアランスδｍｓに設定することを特徴とする。

【0023】

上下金型のオーバーラップするクリアランスδが短いほど、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２の薄肉部を形成する余剰部分の体積が減少し、軽加工加重Ｐで設定厚さｔ２の薄肉部が形成される。一方、最小クリアランスδｍｉｎ以下のクリアランスδでは、上下金型のオーバーラップする部位で圧縮される金属原板が設定厚さｔ２まで圧縮される前に加工荷重Ｐで破断する恐れがある。クリアランスδを、少なくとも最小クリアランスδｍｉｎより長くその近傍の長さのクリアランスδｍｓとすれば、軽加工加重で設定厚さｔ２の薄肉部を形成できる。

【0024】

請求項３に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、上下金型間に加える限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工が可能であった場合に、最小クリアランスδｍｉｎを、試験加工荷重Ｐｔにより厚さｔ２の薄肉部の鉛直面に発生する剪断応力をτｔ、金属原板の剪断強さτｍａｘとして、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ／τｍａｘ−１）^１／２・・・（１）式
から求めることを特徴とする。

【0025】

設定厚さｔ２と金属原板の剪断強さτｍａｘは既知の値であり、τｔは、実測して得られる試験加工荷重Ｐｔと、試験加工荷重Ｐｔの加工方向に沿った厚さｔ２の薄肉部の鉛直面の縦断面積ＳｖとからＰｔ／Ｓｖで得られるので、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ／τｍａｘ−１）^１／２・・・（１）式
から、試験加工荷重Ｐｔで薄肉部を破断させずに確実に設定厚さｔ２まで加工可能な最小クリアランスδｍｉｎが得られる。

【0026】

請求項４に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工した際のクリアランスδを最大クリアランスδｍａｘとし、クリアランスδを、最小クリアランスδｍｉｎと最大クリアランスδｍａｘの間に設定することを特徴とする。

【0027】

上下金型は、最大クリアランスδｍａｘより短いクリアランスδｓでオーバーラップするので、限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の加工荷重Ｐで厚さｔ１の金属原板を設定厚さｔ２まで圧縮でき、また、クリアランスδｓは、設定厚さｔ２まで加工した際の加工荷重Ｐによって薄肉部が破断しない最小クリアランスδｍｉｎより長いので、薄肉部を破断させずに設定厚さｔ２まで加工できる。

【0028】

請求項５に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、内部に電解質を密封して収容する電池ケースの開口を覆う蓋体を厚さｔ１の金属原板から形成するとともに、蓋体の一部に形成される防爆弁の少なくとも輪郭の一部を薄肉部で形成し、薄肉部の設定厚さｔ２を、電池ケース内の内圧が所定の異常値まで上昇した際に薄肉部が破断する厚さに設定することを特徴とする。

【0029】

所定の異常値で破断するように設定厚さｔ２に設定された防爆弁の薄肉部を、その１０倍以上の厚さｔ１の電池ケースの蓋体から一度の冷間鍛造工程で形成できる。蓋体を充分に厚い厚さｔ１とするので、電池ケースの内圧によって蓋体が湾曲することがなく、蓋体に充分な長さの電池ケースとの溶接しろを形成して、電池ケースと強固に固着し、電池ケース内を密封できる。

【0030】

また、防爆弁の薄肉部を設定厚さｔ２に高精度に形成できるので、設定内圧で確実に破断する防爆弁を歩留まり良く製造できる。

【0031】

請求項６に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、薄肉部が、蓋体の短手方向幅を直径とする仮想円形領域内の閉ループに沿って前記クリアランスδの幅で形成され、閉ループの長さが、仮想円形領域の円周より長いことを特徴とする。

【0032】

防爆弁は蓋体の限られた仮想円形領域内に形成され、同一の加工荷重Ｐであれば、仮想仮想円形領域内で真円の輪郭に沿って形成する薄肉部に比べて閉ループに沿って形成される薄肉部に発生する最大の剪断応力τθは小さい。従って、同一の加工荷重Ｐであれば、クリアランスδをより短くしても、加工荷重Ｐによって薄肉部が破断しない。

【0033】

請求項７に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、金属原板がアルミ合金からなることを特徴とする。

【0034】

蓋体がアルミ合金で形成されるので、二次電池を軽量化できる。

【0035】

蓋体を比較的縦弾性係数Ｅの低いアルミ合金で形成しても、その厚さｔ１を充分に厚くできるので、内圧によって外方に撓みにくい。

【0036】

請求項８に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、薄肉部から電池ケースの外方に突出して形成される防爆弁の外側面が、防爆弁の周囲に形成されるリング凹部を介してリング凹部の周囲の蓋体の外側面と同一面若しくはその内方に露出することを特徴とする。

【0037】

防爆弁は、薄肉部から電池ケースの外方に突出して形成されるので、電池ケースの内圧を受けて破断しやすい方向に配設される。

【0038】

防爆弁の外周面は、蓋体の外周面から外方に突出しないので、指や異物が触れにくい。

【0039】

請求項９に記載の防爆弁は、内部に電解質を密封して収容する電池ケースの開口を覆う厚さｔ１の金属原板から形成される蓋体に、厚さｔ１より充分に薄く、電池ケース内の内圧が所定の異常値まで上昇した際に破断する設定厚さｔ２に設定された薄肉部を介して一体に形成される防爆弁であって、薄肉部が、各刃側面が水平方向に沿って所定のクリアランスδでオーバーラップして蓋体を挟持する上下金型間に鉛直方向の加工荷重Ｐを加え、各刃側面により設定厚さｔ２を残して蓋体を剪断加工して形成される剪断面の間に、上下金型のオーバーラップする部位により蓋体を設定厚さｔ２の厚さに冷間鍛造して形成されることを特徴とする。

【0040】

蓋体を挟持する上下金型間に鉛直方向の加工荷重Ｐを加えると、所定のクリアランスδでオーバーラップさせた上下金型の刃側面が厚さｔ１の蓋体を剪断し、設定厚さｔ２を残した剪断面を形成し、その間に、上下金型がオーバーラップする部位で圧縮して冷間鍛造される設定厚さｔ２の薄肉部が形成される。オーバーラップする両側の蓋体の部分は、薄肉部の両側に押し出す余剰部分とならないので、厚さｔ１の蓋体から充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部に圧縮する際の変形抵抗が大幅に増加することがなく、上下金型が破損しない限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の加工荷重Ｐで圧縮加工率の高い薄肉部が形成される。

【0041】

請求項１０に記載の防爆弁は、薄肉部が、蓋体の短手方向幅を直径とする仮想円形領域内の閉ループに沿ってクリアランスδの幅で形成され、閉ループの長さは、仮想円形領域の円周より長いことを特徴とする。

【0042】

防爆弁は蓋体の限られた仮想円形領域内に形成され、同一の加工荷重Ｐであれば、仮想仮想円形領域内で円形の輪郭に沿って形成する薄肉部に比べて閉ループに沿って形成される薄肉部に発生する最大の剪断応力τθは小さい。従って、同一の加工荷重Ｐであれば、クリアランスδをより短くしても、加工荷重Ｐによって薄肉部が破断しない。

【発明の効果】

【0043】

請求項１の発明によれば、金属原板を剪断加工するプレス成型機の上下金型の構造を大幅に改造することなく、そのクリアランスを変更するだけで、金属原板の一部から圧縮加工率の高い薄肉部を形成できる。

【0044】

また、上下金型の各刃側面で薄肉部とする両側を剪断しながら薄肉部を鍛造するので、金型で側方の金属原板内に押し込む余剰部分の体積が小さく、低加工荷重Ｐで薄肉部を形成できる。

【0045】

また、冷間鍛造する薄肉部の厚さは、上下金型の鉛直方向のストロークのみで管理できるので、高精度に設定厚さｔ２の薄肉部を加工できる。

【0046】

冷間鍛造前に金属原板の表裏面にオイルを塗布していても、上下金型で加工領域の両側に押し出されるオイルの量はほぼ定量であり、薄肉部に残存するオイルの厚さを考慮して高精度に設定厚さｔ２の薄肉部を加工できる。

【0047】

請求項２の発明によれば、厚さｔ１の金属原板から充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部を低加工荷重Ｐで形成でき、同一の加工荷重Ｐであれば、より厚さｔ１が厚い金属原板から設定厚さｔ２の薄肉部を形成できる。

【0048】

請求項３の発明によれば、薄肉部が破断しない境界値である真の破断限界クリアランスδｌｉｍが得られなくても、既知の金属原板の剪断強さτｍａｘと設定厚さｔ２と、実測可能な試験加工荷重Ｐｔにより厚さｔ２の薄肉部の鉛直面に発生する剪断応力τｔとから、確実に薄肉部を破断させない最小クリアランスδｍｉｎが得られる。

【0049】

請求項４の発明によれば、上下金型を破損させる恐れがなく、設定厚さｔ２まで破断させずに加工可能なクリアランスδを、加工条件に応じて一定の間隔から任意に選択できる。

【0050】

請求項５の発明によれば、設定厚さｔ２の薄肉部をその１０倍以上の厚さｔ１の金属原板から一体に形成できるので、防爆弁の薄肉部をその１０倍以上の厚さが要求される電池ケースの蓋体から一度の冷間鍛造工程で形成できる。

【0051】

また、防爆弁の設定厚さｔ２の薄肉部を高精度に形成できるので、設定内圧で確実に破断する防爆弁を形成できる。

【0052】

請求項６と請求項１０の発明によれば、防爆弁が蓋体の限られた仮想円形領域内に形成するので、電極など他の部品を蓋体に配置する障害とならない。

【0053】

限られた仮想円形領域内に形成する薄肉部が冷間鍛造の工程で破断しにくい。

【0054】

請求項７の発明によれば、電池ケースの蓋体が内圧を受けて外方に撓まずに、軽量化できる。

【0055】

請求項８の発明によれば、防爆弁を電池ケースの内圧を受けて破断しやすい方向に配設しても、指や異物が触れて怪我や破損する恐れがない。

【0056】

請求項９の発明によれば、所定の異常値で破断するように設定厚さｔ２に設定された薄肉部を、その１０倍以上の厚さｔ１の電池ケースの蓋体から一度の冷間鍛造工程で形成できる。蓋体を充分に厚い厚さｔ１とするので、電池ケースの内圧によって蓋体が湾曲することがなく、また、蓋体に充分な長さの電池ケースとの溶接しろを形成して、電池ケースと強固に固着し、電池ケース内を密封できる。

【図面の簡単な説明】

【0057】

【図1】本願発明の一実施の形態に係る薄肉部の冷間鍛造方法１により、薄肉部１１を形成した蓋体１０の平面図である。

【図2】蓋体１０の縦断面図である。

【図3】本発明の一実施の形態に係る防爆弁１２を示す図２の要部拡大図である。

【図4】蓋体１０の溶接しろ１３を示す図２の要部拡大図である。

【図5】パンチ２とダイ３の間に金属原板４をセットした状態を示す薄肉部の冷間鍛造方法１の要部拡大断面図である。

【図6】金属原板４を剪断加工中の薄肉部の冷間鍛造方法１の要部拡大断面図である。

【図7】薄肉部１１を冷間鍛造した薄肉部の冷間鍛造方法１の要部拡大断面図である。

【図8】薄肉部２１が破断する内圧を測定する金属原板２０の平面図である。

【図9】パンチ２とダイ３の間に金属原板４をセットして切断するプレス加工を示す要部拡大断面図である。

【図10】加工荷重Ｐによって薄肉部１１に発生する剪断応力τ_θを示す説明図である。

【図11】従来の第１の加工方法を示す要部拡大断面図である。

【図12】従来の第２の加工方法を示す要部断面図である。

【図13】第２の加工方法で形成される薄肉部１２１、１２２を示す要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0058】

以下、本発明の一実施の形態に係る薄肉部の冷間鍛造方法１と冷間鍛造方法１で形成される本発明の一実施の形態に係る防爆弁１２を図１乃至図１０を用いて説明する。本実施の形態では、電池ケース１４の開口１４ａを覆う蓋体１０の中央に形成される防爆弁１２の縁に、蓋体１０を構成する厚さｔ１の金属原板４から厚さｔ１に比べて充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部１１を冷間鍛造するもので、金属原板４をプレス加工により切断する用途で用いられる上下金型２、３を利用して薄肉部１１を冷間鍛造する。

【0059】

上下金型２、３で金属原板４を所定の切断面Ｓｃに沿って切断する場合には、図９に示すように、金型の下型となるダイ３の刃側面３ａと上型となるパンチ２の刃側面２ａとが切断面Ｓｃに沿って配置されるように上下金型２、３を交差配置し、ダイ３に載置した金属原板４の上方からパンチ２を押し下げ、切断面Ｓｃに沿って金属原板４の剪断強さを越える剪断応力を発生させ、切断面Ｓｃで破断させる。

【0060】

この金属原板４の剪断加工において、ダイ３とパンチ２の一部が上下方向でオーバーラップしていると、オーバーラップするダイ３とパンチ２の間で金属原板４の一部が圧縮された薄肉部がいわゆるバリとして切断面Ｓｃに残るので、通常はダイ３の刃側面３ａとパンチ２の刃側面２ａとを水平方向に微小なクリアランス（−δ）で隔ててダイ３の上方にパンチ２を配置している。

【0061】

本実施の形態では、逆に金属原板４の剪断加工するダイ３とパンチ２を所定のクリアランスδでオーバーラップさせ、オーバーラップする部位で金属原板４を圧縮加工して薄肉部１１を形成するものである。しかしながら、金属原板４の素材となる金属は、圧縮される弾性領域で概ね元の８０％までその体積が減少した後、塑性変形領域で体積が変化しないので、オーバーラップするダイ３とパンチ２の間で薄肉部を形成することによる金属原板４の余剰部分を、圧縮加工中にその両側の金属原板４内に押し出さなければならない。このために薄肉部１１に圧縮する変形抵抗が増大して、ダイ３とパンチ２の間に加える加工荷重Ｐが上昇し、上下の金型２、３を損傷させる恐れのあるので、一般には剪断加工するダイ３とパンチ２は薄肉部１１とする圧縮加工に用いられていない。

【0062】

余剰部分の体積は、ダイ３とパンチ２がオーバーラップするクリアランスδに比例するので、クリアランスδを減少させれば、余剰部分をその両側へ押し出す加工荷重も低下させることができるが、逆にクリアランスδが一定長さ以下になると薄肉部に加工する加工荷重によって薄肉部が破断する。

【0063】

これを、薄肉部１１に加わる加工荷重Ｐを図示した図１０の説明図で説明すると、ダイ３に対して加工荷重Ｐでパンチ２を押し下げて設定厚さｔ２の薄肉部１１まで圧縮した際に、薄肉部１１には、図中の刃側面３ａの右側に沿ってパンチ２から下方に向かう加工荷重Ｐが作用すると共に、刃側面２ａの左側に沿ってダイ３から上方に向かう加工荷重Ｐに相当する反力Ｐが作用する。この逆方向に作用する加工荷重Ｐによって薄肉部１１に発生する最大の剪断応力τ_θは、薄肉部１１の対角線上の断面Ｓ_θに沿って発生すると考えられ、薄肉部１１の厚さをｔ２、ダイ３とパンチ２が鉛直方向で重なるクリアランス（薄肉部１１の水平方向幅）をδ、加工荷重Ｐによる薄肉部１１の加工方向の縦断面に沿った剪断応力をτｐとすれば、
τ_θ＝τｐ＊ｔ２^２／（ｔ２^２＋δ^２）・・・（２）式
で表される。

【0064】

剪断応力τｐは、薄肉部１１の加工方向の縦断面の縦断面積Ｓｖ（ここでは、防爆弁１２の縁に沿った長さｌと設定厚さｔ２の積）として、Ｐ／Ｓｖで表され、加工荷重Ｐに比例するので、この剪断応力τ_θが金属原板の剪断強さτｍａｘを越える
τ_θ＝τｐ＊ｔ２^２／（ｔ２^２＋δ^２）≧τｍａｘ・・・（３）式
であるときに、薄肉部１１に加わる加工荷重Ｐによって薄肉部１１が破断する。

【0065】

加工目的の薄肉部１１の設定厚さｔ２が一定であれば、薄肉部１１まで圧縮加工した際の加工荷重Ｐと、加工荷重Ｐにより発生する剪断応力τｐは一定であるので、（３）式は、同一の設定厚さｔ２の薄肉部１１を加工する場合に、上下金型２、３のクリアランスδが減少するほど薄肉部１１に発生する剪断応力τ_θが増加し、クリアランスδが、
ｔ２（τｐ／τｍａｘ−１）１／２＝δｌｉｍ・・・（４）式
を満たす破断限界クリアランスδｌｉｍ以下になると剪断強さτｍａｘを越えて薄肉部１１の部位で破断する。

【0066】

以上から、金属原板を剪断加工するプレス成形金型２、３のオーバーラップさせるクリアランスδを長くしても短くしても、金属原板４から直接薄肉部１１を冷間鍛造することは困難と考えられ、特に、圧縮加工率（圧縮加工前の金属原板の厚さをｔ１、加工目的とする薄肉部１１の設定厚さｔ２に対して、１００ｘ（ｔ１−ｔ２）／ｔ１で表す比率）が９０％以上となる厚さｔ１の金属原板４からは、余剰部分の体積が増加して加工荷重Ｐが増加するので、薄肉部１１を圧縮加工できないと考えられていた。

【0067】

しかしながら、本願の発明者は、種々の実験を繰り返し、上下金型２、３間に加える限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の加工荷重Ｐで厚さｔ１の金属原板４から設定厚さｔ２の薄肉部１１まで加工可能な最大クリアランスδｍａｘと、設定厚さｔ２の薄肉部１１を加工する加工荷重Ｐで薄肉部１１が破断しない最小クリアランスδｍｉｎの間に上下金型２、３をオーバーラップさせるクリアランスδｓを設定すれば、限界加工加重Ｐｍａｘ内の加工荷重Ｐで圧縮加工率が９０％を越える薄肉部１１を加工可能であることを見出し、本発明に至った。

【0068】

以下、厚さｔ１の金属原板４から圧縮加工率が９０％以上となる設定厚さｔ２の薄肉部１１を冷間鍛造可能とする上下金型２、３のクリアランスδｓの設定方法を説明する。

【0069】

（Ａ）始めに、図５に示すように、金型の下型となるダイ３の刃側面３ａと上型となるパンチ２の刃側面２ａとを鉛直方向で所定のクリアランスδｓでオーバーラップさせてダイ３とパンチ２を交差配置し、その間に金属原板４を配置し、パンチ２に上下金型２、３が破損する恐れのある限界加工荷重Ｐｍａｘよりわずかに小さい予測加工荷重Ｐａを下方のダイ３の方向に加え、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２の薄肉部１１まで加工可能であるかの試験を行う。

【0070】

（Ｂ）設定厚さｔ２の薄肉部まで加工可能であった場合には、（Ａ）で設定したクリアランスδをわずかに延ばして、同様の試験加工を繰り返し、予測加工荷重Ｐａで設定厚さｔ２の薄肉部１１が加工可能な最大クリアランスδｍａｘを求め、その時の予測加工荷重Ｐａを試験加工荷重Ｐｔとする。

【0071】

（Ｃ）（Ａ）の試験加工中の予測加工荷重Ｐａで薄肉部１１を形成するまで圧縮加工部分が破断した場合には、（Ａ）で設定したクリアランスδｓをわずかに延ばして、同様の試験加工を繰り返し、設定厚さｔ２の薄肉部１１まで加工可能となった場合には、（Ｂ）の試験加工を繰り返し、最大クリアランスδｍａｘと試験加工荷重Ｐｔを得る。設定したクリアランスδｓをわずかに延ばす同様の試験加工を繰り返す間に、予測加工荷重Ｐａが上昇し、設定厚さｔ２の薄肉部１１まで加工できない場合には、金属原板の厚さｔ１からは加工できないと判断し、厚さｔ１より薄い金属原板４からの加工を検討する。

【0072】

（Ｄ）（Ａ）の試験加工で、予測加工荷重Ｐａが上昇し、設定厚さｔ２の薄肉部１１まで加工できない場合には、（Ａ）で設定したクリアランスδｓをわずかに縮小して、同様の試験加工を繰り返し、設定厚さｔ２の薄肉部１１まで加工可能となった場合には、その際の予測加工荷重Ｐａを試験加工荷重Ｐｔと、加工可能となった際のクリアランスδを最大クリアランスδｍａｘとする。クリアランスδｓをわずかに縮小させて、同様の試験加工を繰り返す間に、予測加工荷重Ｐａで薄肉部１１を形成するまで圧縮加工部分が破断する場合にも、金属原板の厚さｔ１からは加工できないと判断し、厚さｔ１より薄い金属原板からの加工を検討する。

【0073】

（Ｅ）次に、試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２の薄肉部１１まで破断させずに加工可能な最小クリアランスδｍｉｎを求める。薄肉部１１の設定厚さをｔ２、クリアランスをδ、試験加工荷重Ｐｔによる薄肉部１１の加工方向の縦断面に沿った剪断応力をτｔとすれば、（３）式から薄肉部１１が破断しない条件は、
τｔ＊ｔ２^２／（ｔ２^２＋δ^２）＜τｍａｘ・・・（５）式
となる。

【0074】

この（５）式をクリアランスδについて変形すれば、
δ＞ｔ２・（τｔ／τｍａｘ−１）１／２・・・（６）式
となり、（６）式から、試験加工荷重Ｐｔで設定厚さｔ２の薄肉部１１まで破断させずに加工可能な最小クリアランスδｍｉｎは、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ／τｍａｘ−１）１／２・・・（１）式
となる。

【0075】

（１）式において、試験加工荷重Ｐｔによる薄肉部１１の加工方向の縦断面に沿った剪断応力τｔは、設定厚さｔ２の薄肉部１１の鉛直面の縦断面積Ｓｖと上記実測した試験加工荷重ＰｔとからＰｔ／Ｓｖで得られる定数であり、設定厚さｔ２と金属原板４の剪断強さτｍａｘは、既知の値であるので、（１）式から算定する最小クリアランスδｍｉｎと（Ｂ）乃至（Ｄ）から得た最大クリアランスδｍａｘの範囲にクリアランスδｓを設定すれば、（Ｂ）乃至（Ｄ）で得た試験加工荷重Ｐｔで厚さｔ１の金属原板４から設定厚さｔ２の薄肉部１１を確実に圧縮加工できる。

【0076】

この範囲でクリアランスδを最大クリアランスδｍａｘより小幅の最小クリアランスδｍｉｎの近傍のクリアランスδｍｓに設定したとすると、少なくとも最大クリアランスδｍａｘで圧縮加工するより両側へ押し出す余剰部分の体積が減少し、最大クリアランスδｍａｘで薄肉部１１まで加工する際の試験加工荷重Ｐｔより低い加工荷重Ｐｍｓで設定厚さｔ２の薄肉部１１を加工できる。そこで、本実施の形態では、上下金型２、３のクリアランスδをクリアランスδｍｓに設定して薄肉部１１を加工する。

【0077】

ここで、本実施の形態に係る薄肉部の冷間鍛造方法１により、薄肉部１１を形成する蓋体１０と蓋体１０の中央に形成する本実施の形態に係る防爆弁１２の構成について説明する。蓋体１０は、電池ケース１４の細長帯状の開口１４ａを密閉して覆うため、図１に示すように細長帯状に形成され、そのほぼ中央で短手方向幅を直径とする仮想円形領域内に蝶型の閉ループの輪郭に沿って薄肉部１１を形成することにより防爆弁１２が形成される。

【0078】

防爆弁１２が蓋体１０のほぼ中央の限られた仮想円形領域内に形成されるので、電極などの他の部品を蓋体１０に配置する配置スペースが制約されない。

【0079】

また、薄肉部１１を蝶型の閉ループの輪郭に沿って形成することにより、仮想円形領域内に円形の輪郭に沿って形成するより、薄肉部１１の長さが長くなるので、最大の剪断応力τθが発生する薄肉部１１の対角線上の断面Ｓθ（図１０参照）の面積が大きくなる。その結果、同一の試験加工荷重Ｐｔであれば、最大の剪断応力τθはより小さくなるので、薄肉部１１が破断しにくくなり、（１）式から算定する最小クリアランスδｍｉｎがより小幅になるので、クリアランスδｍｓの設定範囲を広げることができる。

【0080】

蓋体１０は、電池ケース１４内からの液漏れを防ぐために、底面側の周囲に枠状に垂設させた溶接しろ１３を電池ケース１４の開口１４ａ周囲の内側面に溶接して、電池ケース１４内を完全に密封する状態で電池ケース１４に固着される。一方、蓋体１０を形成する金属原板４は、二次電池全体の重量を軽量化させるために従来のステンレスからより軽量なアルミ合金で形成しているが、アルミ合金は、縦弾性係数Ｅが小さいので、電池ケース１４内の内圧で外方に湾曲しやすく、また、上記溶接しろ１３をその肉厚から押し出して形成するので、少なくともその厚さｔ１を０．８ｍｍ以上とする必要があり、ここでは厚さ０．８４ｍｍの金属原板４から蓋体１０を形成している。

【0081】

一方、防爆弁１２の輪郭を形成する薄肉部１１は、電池ケース１４内の内圧が０．４５ＭＰａから１．０ＭＰａの範囲で破断するように、０．０３ｍｍの設定厚さｔ２に設定される。つまり、加工目的とする設定厚さｔ２が０．０３ｍｍの薄肉部１１を、その１０倍以上の厚さｔ１が０．８４ｍｍの蓋体１０から圧縮加工する。

【0082】

図２、図３に示すように、蝶型の防爆弁１２の周囲は、長円形状のリング凹部１５で囲われ、薄肉部１１を介して電池ケース１４の外方に突出する防爆弁１２の表面１２ａは、リング凹部１５を介してその外側の蓋体１０の表面と同一面上に露出している。従って、防爆弁１２は、電池ケース１４の内圧上昇によって薄肉部１１が破断しやすい方向である薄肉部１１の外方に突出するとともに、外方に突出していても蓋体１０の表面からは突出しないので、異物や指が薄肉部１１に引っかかる恐れがない。

【0083】

蓋体１０の加工工程は、本実施の形態に係る薄肉部の冷間鍛造方法１により、蓋体１０から防爆弁１２の薄肉部１１を形成した後、リング凹部１５、溶接しろ１３、一対の電極等を形成し、図１に示す蓋体１０の形状にプレス加工する。

【0084】

図５乃至図７は、金属原板４（蓋体１０）から薄肉部１１を冷間鍛造する工程を示し、始めに、図１に示す蝶型の防爆弁１２の輪郭に沿って形成するパンチ２の刃側面２ａの輪郭とダイ３の刃側面３ａの輪郭とを、水平方向にクリアランスδｍｓの幅でリング状に鉛直方向にオーバーラップさせて上下に配置し、図５に示すように、その間に蓋体１０を形成する０．８４ｍｍの厚さｔ１の金属原板４を配置する。厚さｔ１が０．８４ｍｍのアルミ合金からなる金属原板４から設定厚さｔ２が０．０３ｍｍの薄肉部１１を加工する加工荷重Ｐｍｓで薄肉部１１が破断しない最小クリアランスδｍｉｎは概ね０．０２ｍｍ未満であるので、ここではクリアランスδｍｓを０．０２ｍｍに設定する。

【0085】

続いて、パンチ２に上限を試験加工荷重Ｐｔとする加工荷重Ｐｍｓをダイ３の方向の下方へ加え、パンチ２とダイ３のオーバーラップするクリアランスδｍｓの部分で金属原板４を圧縮する。金属原板４を圧縮するパンチ２の下降に伴って、図６に示すように、パンチ２とダイ３の各刃側面２ａ、３ａがクリアランスδｍｓの両側の金属原板４を剪断して、クリアランスδｍｓの両側に剪断面４ａ、４ｂを形成するとともに、クリアランスδｍｓの部位で弾性領域を超えて圧縮される金属原板４の余剰部分は、剪断面４ａ、４ｂを越える両側に押し出される。

【0086】

この圧縮加工中に、クリアランスδｍｓの部分で圧縮される金属原板４の余剰部分は、クリアランスδｍｓが０．０２ｍｍと微小であるので微量であり、更に、クリアランスδｍｓの部分の両側の金属原板４はパンチ２の下降で押し出す必要のある余剰部分とならないので、図７に示すように、試験加工荷重Ｐｔ以下の低加工荷重Ｐｍｓで、クリアランスδｍｓの部位の金属原板４を加工硬化させ、０．０３ｍｍの設定厚さｔ２の薄肉部１１とするまで圧縮できる。また、剪断面４ａ、４ｂを越える両側に押し出される余剰部分は、微量であるので、薄肉部１１の両側の金属原板４の弾性領域内の収縮に吸収され、薄肉部１１の両側の金属原板４が膨出部が生じたり、湾曲変形することがない。

【実施例】

【0087】

以下、本発明に係る方法を実施例で具体的に示す。
（実施例１）
剪断強さ７５．４ＭＰａ、伸び２２％のアルミ合金材料から形成した縦５０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さｔ１が０．８４ｍｍの金属原板から、その中央に蝶型の防爆弁２２の輪郭に沿った設定厚さｔ２の薄肉部２１を冷間鍛造する加工工程において、パンチ２とダイ３がオーバーラップするクリアランスδｓと、薄肉部２１の設定厚さｔ２を加工目標として設定するパンチ２とダイ３間の加圧方向クリアランスｔ２’を異ならせて、各１０枚の図８に示すサンプル板２０を加工し、加工後の薄肉部２１の厚さｔｓを測定した。

【0088】

その後、薄肉部２１を形成した各サンプル板２０毎に、図８の円形波線で囲まれる試験領域を残してその周囲の両面を加圧試験器のゴムパッキンで挟持し、試験領域の内面を窒素ガスを充満させた加圧試験器の加圧室に臨ませた状態でセットし、電池ケース内の内圧上昇を考慮して加圧室内の内圧を最大１．１ＭＰａまで上昇させ、その間に薄肉部２１が破断した時の内圧を測定した。その測定結果を表１に示す。

【0089】

【表1】

【0090】

表１に示すように、クリアランスδｓを０．０２ｍｍ以下に設定すると、パンチ２とダイ３は、加圧方向クリアランスｔ２’を残して下降が停止しているにもかかわらず、加工硬化が進行し、薄肉部２１の加工後の厚さｔｓは、設定厚さｔ２に設定した加圧方向クリアランスｔ２’より薄くなり、高精度に薄肉部２１を加工できない。

【0091】

０．０２ｍｍのクリアランスδｓは、設定厚さｔ２を０．０５ｍｍとする冷間鍛造では、破断限界クリアランスδｌｉｍに近く、設定厚さｔ２が０．０３ｍｍで更に加工荷重Ｐが増加する冷間鍛造では、加工荷重Ｐにより加圧部分に発生する剪断応力τ_θがサンプル板２０の剪断強さ７５．４ＭＰａを越えて破断し、薄肉部２１を形成できなかった。

【0092】

一方、クリアランスδｓを０．１０ｍｍから０．１５ｍｍに広げると、加圧方向クリアランスｔ２’が０．０３ｍｍが変化しないにもかかわらず、変形抵抗が急激に上昇して加工荷重Ｐが上昇し、パンチ２とダイ３を破損させずに加圧可能な限界加工荷重Ｐｍａｘに接近しているものと推定できる。クリアランスδｓを０．１５ｍｍとして、０．０３ｍｍの加圧方向クリアランスｔ２’を残して加工荷重Ｐを除くと、薄肉部２１の両側に押し出されていた余剰部分が両側のサンプル板２０の弾性によって押し戻され、薄肉部２１の厚さｔｓは、逆に０．０４ｍｍに増加する。従って、加工荷重Ｐが限界加工荷重Ｐｍａｘに接近する程度にクリアランスδｓを拡大させた場合にも、高精度に薄肉部２１を加工できない。尚、限界加工荷重Ｐｍａｘに接近する加工荷重Ｐで加工した厚さｔｓが０．０４ｍｍの薄肉部２１は、加圧試験器で加圧可能な１．１ＭＰａに達しても破断しなかった。

【0093】

クリアランスδｓを０．０８ｍｍから０．１０ｍｍ間に設定した場合には、加圧方向クリアランスｔ２’は加工後の設定厚さｔｓに一致し、高精度に設定厚さｔ２の薄肉部２１を加工できる。このクリアランスδｓの範囲で、クリアランスδｓが０．０８ｍｍで薄肉部２１が破断する内圧は、０．４８−０．５６ＭＰａの範囲にあり、また、クリアランスδｓが０．１０ｍｍで薄肉部２１が破断する内圧は、０．８０−０．９８ＭＰａの範囲にあり、クリアランスδｓが短くなれば、薄肉部２１が破断する内圧も低下するものの同一のクリアランスδｓであれば、薄肉部２１が破断する内圧間のばらつきが小さい。すなわち、薄肉部２１は、加工硬化して加工前の金属原板と物理的特性が異なるものとなるが、設定厚さｔ２とクリアランスδｓが一定であれば、薄肉部２１が破断する内圧はほぼ一義的に決定され、電池ケース１４の内圧が設定圧力まで上昇した際に確実に破断する防爆弁２２を高品質に製造できる。

【0094】

（実施例２）
スチール製の縦５０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さｔ１が０．２１ｍｍの剛板について、パンチ２とダイ３がオーバーラップするクリアランスδｓを０．０２ｍｍと固定し、パンチ２とダイ３間の加圧方向クリアランスｔ２’を０．０３ｍｍと０．０５ｍｍに変えて、剛板から薄肉部の設定厚さｔ２が０．０３ｍｍと０．０５ｍｍの各１０枚のサンプル板を製造した。

【0095】

その後、薄肉部を形成した各サンプル板毎に、実施例１と同様に、図８の円形波線で囲まれる試験領域を残してその周囲の両面を加圧試験器のゴムパッキンで挟持し、試験領域の内面を窒素ガスを充満させた加圧試験器の加圧室に臨ませた状態でセットし、加圧室内の内圧を最大１．１ＭＰａまで上昇させ、その間に薄肉部２１が破断した時の内圧を測定した。その測定結果を表２に比較例として示す。

【0096】

【表2】

【0097】

この実施例２で金属原板とする剛板は、スチール製の飲料缶の開缶蓋に使用されるもので、実施例１の金属原板の厚さ０．８４ｍｍに比べて剛板の厚さｔ１は、０．２１と１／４の厚さとなっている。その結果、設定厚さｔ２が０．０３ｍｍの薄肉部を形成する加工荷重Ｐは、大幅に減少し、表２に示すように、実施例１では加工中に破断して薄肉部を形成できなかった０．０２ｍｍのクリアランスδｓであっても、設定厚さｔ２が０．０３ｍｍの薄肉部を形成できる。

【0098】

また、表２の測定結果から、金属原板の材料をスチールとしても、高精度に設定厚さｔ２の薄肉部を冷間鍛造することができ、更に、同一のクリアランスδｓであれば、破断する内圧のばらつきが小さい薄肉部を形成できる。

【0099】

実施例２で用いる剛板は、厚さｔ１が０．２１ｍｍと薄肉であるために、電池ケース１４の蓋体１０には適さないが、飲料缶の開缶蓋など所定の圧力でその一部を破断させる必要のある用途では、安定した圧力で確実に破断するので薄肉部を高品質に製造できる。

【0100】

上述の実施の形態では、電池ケースの蓋体から防爆弁の薄肉部を形成する例で説明したが、金属原板の一部に金属原板の厚さより充分に薄い設定厚さの薄肉部を形成する加工であれば本発明を適用できる。特に、本発明によれば、缶詰の蓋体や飲料缶の開缶蓋から所定の力で破断する薄肉部を精度良く形成できる。

【0101】

また、上述の実施の形態では、上下金型２、３の刃側面２ａ、３ａで金属原板を剪断加工するが、薄肉部を形成する両側に剪断面が形成される刃側面であれば、耐久性のある上下金型２、３とするために、その一部に刃側面を保護する湾曲面Ｒを形成してもよい。

【0102】

また、本発明は、薄肉部の設定厚さｔ２に対して圧縮加工率が９０％以上となる厚さｔ１の金属原板の加工に特に適しているが、圧縮加工率が９０％未満の加工であっても、本発明の方法を実施できる。

【0103】

上述の各実施の形態では、アルミ合金からなる金属原板で説明したが、金属原板は他の金属材料で形成されるものであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0104】

金属原板の一部に金属原板の厚さより充分に薄い設定厚さの薄肉部を形成する冷間鍛造方法と厚みのある蓋体に一体に形成する防爆弁に適している。

【符号の説明】

【0105】

１ 薄肉部の冷間鍛造方法
２ パンチ（上金型）
２ａ パンチの刃側面
３ ダイ（下金型）
３ａ ダイの刃側面
４ 金属原板
４ａ、４ｂ 剪断面
１０ 蓋体
１１ 薄肉部
１２ 防爆弁
１４ 電池ケース
１４ａ 電池ケースの開口
１５ リング凹部
２０ サンプル板
２１ 薄肉部
２２ 防爆弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2014年10月23日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さｔ１の金属原板を上下金型でプレス加工し、金属原板の一部に厚さｔ１より充分に薄い設定厚さｔ２の薄肉部を形成する薄肉部の冷間鍛造方法であって、
金属原板を剪断加工する上下金型の各刃側面を水平方向に沿って所定のクリアランスδでオーバーラップさせ、上下金型の間に厚さｔ１の金属原板をセットした後、
上下金型間に加工荷重Ｐを加え、各刃側面で前記金属原板に加工方向に沿って設定厚さｔ２を残した剪断面を形成すると共に、上下金型のオーバーラップする部位で金属原板を加工硬化するまで圧縮し、前記剪断面の間に水平方向幅δ、設定厚さｔ２の薄肉部を形成することを特徴とする薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項2】

厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工した際の加工荷重Ｐによって薄肉部が破断しない最小クリアランスδｍｉｎを求め、
クリアランスδを、少なくとも最小クリアランスδｍｉｎより長くその近傍の長さのクリアランスδｍｓに設定することを特徴とする請求項１に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項3】

上下金型間に加える限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工が可能であった場合に、
最小クリアランスδｍｉｎを、試験加工荷重Ｐｔにより厚さｔ２の薄肉部の鉛直面に発生する剪断応力をτｔ、金属原板の剪断強さτｍａｘとして、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ^２／τｍａｘ^２−１）^１／２・・・（１）式
から求めることを特徴とする請求項２に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項4】

試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工した際のクリアランスδを最大クリアランスδｍａｘとし、
クリアランスδを、最小クリアランスδｍｉｎと最大クリアランスδｍａｘの間に設定することを特徴とする請求項３に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項5】

内部に電解質を密封して収容する電池ケースの開口を覆う蓋体を厚さｔ１の前記金属原板から形成するとともに、前記蓋体の一部に形成される防爆弁の少なくとも輪郭の一部を前記薄肉部で形成し、
前記薄肉部の設定厚さｔ２を、電池ケース内の内圧が所定の異常値まで上昇した際に前記薄肉部が破断する厚さに設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項6】

前記薄肉部は、前記蓋体の短手方向幅を直径とする仮想円形領域内の閉ループに沿って前記クリアランスδの幅で形成され、
前記閉ループの長さは、前記仮想円形領域の円周より長いことを特徴とする請求項５に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項7】

前記金属原板は、アルミ合金からなることを特徴とする請求項５に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項8】

前記薄肉部から電池ケースの外方に突出して形成される防爆弁の外側面は、防爆弁の周囲に形成されるリング凹部を介してリング凹部の周囲の蓋体の外側面と同一面若しくはその内方に露出することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の薄肉部の冷間鍛造方法。

【請求項9】

内部に電解質を密封して収容する電池ケースの開口を覆う厚さｔ１の金属原板から形成される蓋体に、厚さｔ１より充分に薄く、電池ケース内の内圧が所定の異常値まで上昇した際に破断する設定厚さｔ２に設定された薄肉部を介して一体に形成される防爆弁であって、
前記薄肉部は、各刃側面が水平方向に沿って所定のクリアランスδでオーバーラップして前記蓋体を挟持する上下金型間に鉛直方向の加工荷重Ｐを加え、各刃側面により設定厚さｔ２を残して前記蓋体を剪断加工して形成される剪断面の間に、上下金型のオーバーラップする部位により前記蓋体を設定厚さｔ２の厚さに冷間鍛造して形成されることを特徴とする防爆弁。

【請求項10】

前記薄肉部は、前記蓋体の短手方向幅を直径とする仮想円形領域内の閉ループに沿って前記クリアランスδの幅で形成され、
前記閉ループの長さは、前記仮想円形領域の円周より長いことを特徴とする請求項９に記載の防爆弁。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0024】

請求項３に記載の薄肉部の冷間鍛造方法は、上下金型間に加える限界加工荷重Ｐｍａｘ以下の試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２まで加工が可能であった場合に、最小クリアランスδｍｉｎを、試験加工荷重Ｐｔにより厚さｔ２の薄肉部の鉛直面に発生する剪断応力をτｔ、金属原板の剪断強さτｍａｘとして、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ^２／τｍａｘ^２−１）^１／２・・・（１）式
から求めることを特徴とする。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0025】

設定厚さｔ２と金属原板の剪断強さτｍａｘは既知の値であり、τｔは、実測して得られる試験加工荷重Ｐｔと、試験加工荷重Ｐｔの加工方向に沿った厚さｔ２の薄肉部の鉛直面の縦断面積ＳｖとからＰｔ／Ｓｖで得られるので、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ^２／τｍａｘ^２−１）^１／２・・・（１）式
から、試験加工荷重Ｐｔで薄肉部を破断させずに確実に設定厚さｔ２まで加工可能な最小クリアランスδｍｉｎが得られる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0063】

これを、薄肉部１１に加わる加工荷重Ｐを図示した図１０の説明図で説明すると、ダイ３に対して加工荷重Ｐでパンチ２を押し下げて設定厚さｔ２の薄肉部１１まで圧縮した際に、薄肉部１１には、図中の刃側面３ａの右側に沿ってパンチ２から下方に向かう加工荷重Ｐが作用すると共に、刃側面２ａの左側に沿ってダイ３から上方に向かう加工荷重Ｐに相当する反力Ｐが作用する。この逆方向に作用する加工荷重Ｐによって薄肉部１１に発生する最大の剪断応力τ_θは、薄肉部１１の対角線上の断面Ｓ_θに沿って発生すると考えられ、薄肉部１１の厚さをｔ２、ダイ３とパンチ２が鉛直方向で重なるクリアランス（薄肉部１１の水平方向幅）をδ、加工荷重Ｐによる薄肉部１１の加工方向の縦断面に沿った剪断応力をτｐとすれば、
τ_θ＝τｐ・ｔ２／（ｔ２^２＋δ^２）^１／２・・・（２）式
で表される。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0064】

剪断応力τｐは、薄肉部１１の加工方向の縦断面の縦断面積Ｓｖ（ここでは、防爆弁１２の縁に沿った長さｌと設定厚さｔ２の積）として、Ｐ／Ｓｖで表され、加工荷重Ｐに比例するので、この剪断応力τ_θが金属原板の剪断強さτｍａｘを越える
τ_θ＝τｐ・ｔ２／（ｔ２^２＋δ^２）^１／２≧τｍａｘ・・・（３）式
であるときに、薄肉部１１に加わる加工荷重Ｐによって薄肉部１１が破断する。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0065】

加工目的の薄肉部１１の設定厚さｔ２が一定であれば、薄肉部１１まで圧縮加工した際の加工荷重Ｐと、加工荷重Ｐにより発生する剪断応力τｐは一定であるので、（３）式は、同一の設定厚さｔ２の薄肉部１１を加工する場合に、上下金型２、３のクリアランスδが減少するほど薄肉部１１に発生する剪断応力τ_θが増加し、クリアランスδが、
ｔ２（τｐ^２／τｍａｘ^２−１）^１／２＝δｌｉｍ・・・（４）式
を満たす破断限界クリアランスδｌｉｍ以下になると剪断強さτｍａｘを越えて薄肉部１１の部位で破断する。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0066】

以上から、金属原板を剪断加工するプレス成形金型２、３のオーバーラップさせるクリアランスδを長くしても短くしても、金属原板４から直接薄肉部１１を冷間鍛造することは困難と考えられ、特に、圧縮加工率（圧縮加工前の金属原板の厚さをｔ１、加工目的とする薄肉部１１の設定厚さｔ２に対して、１００（ｔ１−ｔ２）／ｔ１で表す比率）が９０％以上となる厚さｔ１の金属原板４からは、余剰部分の体積が増加して加工荷重Ｐが増加するので、薄肉部１１を圧縮加工できないと考えられていた。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0073】

（Ｅ）次に、試験加工荷重Ｐｔで、厚さｔ１の金属原板から設定厚さｔ２の薄肉部１１まで破断させずに加工可能な最小クリアランスδｍｉｎを求める。薄肉部１１の設定厚さをｔ２、クリアランスをδ、試験加工荷重Ｐｔによる薄肉部１１の加工方向の縦断面に沿った剪断応力をτｔとすれば、（３）式から薄肉部１１が破断しない条件は、
τｔ・ｔ２／（ｔ２^２＋δ^２）^１／２＜τｍａｘ・・・（５）式
となる。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0074】

この（５）式をクリアランスδについて変形すれば、
δ＞ｔ２・（τｔ^２／τｍａｘ^２−１）^１／２・・・（６）式
となり、（６）式から、試験加工荷重Ｐｔで設定厚さｔ２の薄肉部１１まで破断させずに加工可能な最小クリアランスδｍｉｎは、
δｍｉｎ＝ｔ２・（τｔ^２／τｍａｘ^２−１）^１／２・・・（１）式
となる。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0097】

この実施例２で金属原板とする剛板は、スチール製の飲料缶の開缶蓋に使用されるもので、実施例１の金属原板の厚さ０．８４ｍｍに比べて剛板の厚さｔ１は、０．２１ｍｍと１／４の厚さとなっている。その結果、設定厚さｔ２が０．０３ｍｍの薄肉部を形成する加工荷重Ｐは、大幅に減少し、表２に示すように、実施例１では加工中に破断して薄肉部を形成できなかった０．０２ｍｍのクリアランスδｓであっても、設定厚さｔ２が０．０３ｍｍの薄肉部を形成できる。