継ぎ目のない深い金属容器を見て、「これはどうやって作っているのだろう」と手が止まった経験はありませんか。結論から申し上げます。深絞り加工とは、平らな板の外周を金型の中へ「縮めながら」流し込み、継ぎ目のない容器状の形をつくる塑性加工です。そして設計者が押さえるべき数字は、1工程あたりの絞り比・ダイ肩R・クリアランスの3つに集約されます。
皆さんがつまずいているのは、深絞り加工という言葉の意味ではないはずです。「この形状が1回のプレスでできるのか、それとも5工程かかるのか」を、図面を描く段階で判断できないこと。ここが本当の壁になっています。深さを5mm増やしただけで金型が1型増え、見積が跳ね上がる。その感覚を持たないまま形状を決めてしまうから、後工程で差し戻されるのです。
この記事では、深絞り加工の変形メカニズムを整理したうえで、割れとしわが起きる3つの原因、工程数を自分で概算する方法、材料記号の選び方までをお伝えします。読み終えるころには、深い容器形状の図面を前にして「これは何工程で、どこが危ないか」を自分の言葉で説明できる状態になっているはずです。
深絞り加工とは何か｜継ぎ目のない容器が生まれる仕組み
溶接でも切削でもない、第三の作り方
深い容器形状をつくる方法は、大きく3つあります。板を曲げて溶接する、丸棒から削り出す、そして板を絞る。深絞り加工はこの3つ目にあたります。
板を曲げて溶接すれば、必ず継ぎ目が残ります。継ぎ目は漏れの起点になり、外観部品では見た目の問題にもなるでしょう。丸棒から削り出せば継ぎ目は消えますが、材料の大半を切りくずに変えることになり、コストも時間もかかります。
深絞り加工は、1枚の板を金型で押し込むだけで、継ぎ目のない容器を数秒でつくります。材料の無駄は輪郭の切り落とし分だけです。飲料缶、電池ケース、モーターのハウジング、調理用の鍋——身の回りにある「継ぎ目のない深い金属容器」は、そのほとんどが絞りによってできています。
深絞り加工は、材料を減らして形をつくるのではなく、材料を移動させて形をつくる加工です。
「絞り」と「深絞り」はどこで線を引くのか
現場では区別が曖昧に使われますが、一般的には成形の深さで呼び分けます。容器の深さが直径より浅いものを絞り加工、深さが直径と同等以上になるものを深絞り加工と呼ぶことが多い、という整理です。
なぜ深さで名前が変わるのでしょうか。それは、深くなった瞬間に加工の難易度が非線形に跳ね上がるからです。浅い皿状の形なら1工程で問題なく成形できても、同じ直径で深さを2倍にすると、途中で必ず破断します。1回の絞りで到達できる深さには、材料の性質そのものが決める上限が存在するためです。
私自身も、深さ5mmの差で金型を1型増やしました
私が担当したセンサー用のカバー部品で、こんなことがありました。内部の基板を収めるため深さを35mmと決め、φ50の円筒形状で図面を出したのです。板厚は1.0mm、材料はSPCC。強度も剛性も余裕があり、自分では何の問題もない設計のつもりでした。
金型メーカーからの回答は「2工程になります」でした。理由を聞いても当時の私には理解できず、「深さを30mmにできれば1工程です」とだけ言われて引き下がったことを覚えています。結果として深さは仕様上譲れず、型費が数十万円増えました。
あのとき知っていれば防げた知識が、この記事で扱う内容そのものです。深絞り加工では、形状の数ミリが金型の本数を変え、金型の本数が製品原価を変えます。
深絞り加工の本質は「伸ばす」ではなく「縮める」
板は伸びているのではなく、外周が縮んで流れ込んでいる
深絞り加工を理解できない最大の理由は、「板が引き伸ばされて深くなる」というイメージを持ったままでいることです。これは実際の現象とは異なります。
円形の板（ブランク）をパンチで押し込むとき、金型の中に入っていくのはブランクの外周部分です。外周のフランジは、直径が小さくなる方向へ押し縮められながらダイの中へ流れ込みます。針金を輪にして、その輪を小さくしていく動きを想像すると近いでしょう。
つまり、フランジ部で起きているのは圧縮です。一方、すでに立ち上がった側壁は、パンチが引っ張る力を受け持っています。ここが引張です。1つの部品の中で、圧縮される場所と引張られる場所が同時に存在している。これが深絞り加工の正体です。
割れとしわは、同じ現象の裏表である
この構造が分かると、深絞りの2大不良である割れとしわが、なぜセットで語られるのかが見えてきます。
フランジを押さえる力（しわ押さえ力）が弱いと、圧縮を受けているフランジが座屈して波打ちます。これがしわです。ではしわを消そうと押さえを強くするとどうなるか。フランジが流れ込みにくくなり、その分の力を側壁が引張で負担することになります。側壁が耐えきれなくなった瞬間が破断、つまり割れです。
両者の関係を整理すると、次のようになります。
| 現象 | 起きる場所 | 主な原因 | 単純な対策 | その副作用 |
|---|---|---|---|---|
| しわ | フランジ・側壁上部 | 材料の流入が自由すぎる | しわ押さえ力を上げる | 側壁が割れる |
| 割れ | 側壁の下部・ダイ肩付近 | 材料の流入が足りない | しわ押さえ力を下げる | しわが出る |
一方を潰すと他方が出る。深絞り加工の条件出しが難しいのは、この二律背反の中に成立する範囲を探す作業だからです。条件を体系的に詰める考え方は、条件出しの4ステップでも整理していますので、あわせてご覧ください。
曲げ加工と深絞り加工は、別の加工だと考える
板金の曲げに慣れていると、深絞りも「その延長」と考えてしまいがちです。しかし変形の中身はまったく違います。
| 項目 | 曲げ加工 | 深絞り加工 |
|---|---|---|
| 主な変形 | 曲げ（板厚方向の伸び縮み） | フランジの圧縮＋側壁の引張 |
| 板厚の変化 | ほぼ変わらない | 部位で増減する（底は薄く、口部は厚くなりやすい） |
| 材料の移動 | ほとんど動かない | 大きく流れ込む |
| 主な不良 | 角度のバラつき・スプリングバック | 割れ・しわ・耳（イヤリング） |
| 工程数 | 形状で決まる | 深さで決まる |
曲げは「その場で折る」加工、深絞りは「材料を運ぶ」加工です。 この違いを押さえるだけで、図面の見え方が変わります。曲げの寸法設計については最小フランジ寸法の決め方で扱っていますが、深絞りにその考え方をそのまま持ち込むと判断を誤ります。
深絞り加工で失敗する3つの原因
原因1｜1工程で絞りすぎている（限界絞り比を知らない）
最も多い失敗が、これです。1回の絞りでどこまで深くできるかには、明確な上限があります。
その指標が限界絞り比（LDR：Limiting Drawing Ratio）です。破断させずに1回で絞れる最大のブランク直径Dと、パンチ直径dの比（D/d）で表します。一般的な金属薄板では、この値はおおむね2.0前後です。軟鋼板であれば2.0〜2.2程度が目安とされています。
これが何を意味するか、実際に計算してみましょう。φ50の円筒を絞る場合、使えるブランクは最大でもφ100前後です。フランジのない円筒として板厚とコーナーRを無視すると、得られる深さhは次の式で概算できます。
h =（D² − d²）÷（4 × d）
D=100、d=50を代入すると、h＝（10000 − 2500）÷ 200 ＝ 37.5mm。つまりφ50の円筒なら、深さ37.5mm前後が1工程の限界ということです。私が「深さ35mmで2工程」と言われた理由が、まさにここにありました。板厚やコーナーR、しわ押さえの条件を考慮すれば、実際の限界はさらに手前に来ます。
深さが足りない場合は、絞った容器をさらに細く絞り直す再絞りをおこないます。2回目以降の絞り率は一般に0.75〜0.85程度が目安です。工程を重ねるとどこまで深くできるかを整理すると、次のようになります。
| 工程 | パンチ径 | 累積絞り比 | 概算深さ |
|---|---|---|---|
| 1工程目 | φ50 | 2.0 | 約37.5mm |
| 2工程目 | φ40 | 2.5 | 約52.5mm |
| 3工程目 | φ32 | 3.1 | 約70.1mm |
| 4工程目 | φ27 | 3.7 | 約85.8mm |
※ブランクφ100、フランジなし、板厚とRを無視した概算値です。
この表が示す事実は明快です。深さを増やすと、パンチ径も一緒に細くなっていきます。「同じ直径のまま深さだけ増やす」という要求は、深絞り加工では原理的に成立しません。 深くしたいなら細くなる。それが嫌ならブランクを大きくするしかなく、その場合は材料費と切り落とし量が増えます。
深絞りの図面で本当に決めているのは、深さではなく工程数です。
原因2｜R とクリアランスを板厚基準で決めていない
2つ目の原因は、金型側の寸法を「見た目」で決めてしまうことです。深絞り加工では、ダイ肩R・パンチ肩R・クリアランスのすべてが、板厚tを基準に決まります。
ダイ肩R（材料が曲がりながら流れ込む入口の丸み）は、一般に板厚の4〜10倍が目安です。ここが板厚の4倍を下回ると材料に強い曲げ負荷がかかり、限界絞り比そのものが低下します。逆に大きくしすぎると、しわ押さえの効かない領域が広がり、しわが出やすくなります。
クリアランス（パンチとダイの隙間）は、絞りでは板厚と同等から1.1倍程度を基準に設定します。抜き加工のクリアランス（板厚の数％）とは桁が違う点に注意してください。深絞りでは口部の板厚が増加するため、隙間がなければ材料が通れません。ステンレスや再絞り工程では、これより大きめに取ることもあります。
製品のコーナーRも同様です。底部のコーナーRを小さくすると、そこが応力集中点になり破断の起点になります。設計側が「見た目をシャープにしたい」という理由でRを絞ると、成形できない形状になります。
| 部位 | 板厚基準の目安 | 小さすぎるとどうなるか |
|---|---|---|
| ダイ肩R | 4〜10t | 割れる・限界絞り比が下がる |
| パンチ肩R | 4〜10t | 底のコーナーが薄くなり破断する |
| クリアランス | 1.0〜1.1t | 材料が通らず、しごかれて割れる |
深絞りの図面は、mmではなくtで読むものだと考えてください。
原因3｜材料を「材質」だけで選び、深絞り性を見ていない
3つ目は材料の選び方です。「鉄板だからSPCC」と反射的に書いていないでしょうか。冷間圧延鋼板には、深絞り性に応じた種類がJISで規定されています。
JIS G 3141「冷間圧延鋼板及び鋼帯」では、次のように用途別の記号が定められています。
| 記号 | 用途 | 板厚範囲 |
|---|---|---|
| SPCC | 一般用 | 0.10〜6.0mm |
| SPCD | 絞り用 | 0.15〜6.0mm |
| SPCE | 深絞り用 | 0.15〜6.0mm |
| SPCF | 非時効性深絞り用 | 0.40〜3.2mm |
| SPCG | 非時効性超深絞り用 | 0.40〜3.2mm |
出典：JIS G 3141:2021「冷間圧延鋼板及び鋼帯」
SPCFとSPCGについては、製造工場から出荷された日から6か月間の非時効性が保証されると規定されています。ここでいう時効とは、時間の経過とともに材料が硬く脆くなる現象のことで、放置した材料を絞ると割れる、という事故を防ぐための規定です。
つまり、深い形状を絞るのにSPCCを指定するのは、材料側の選択肢を自ら捨てていることになります。SPCEやSPCGを選べば、同じ形状が少ない工程で成形できる可能性があるのです。
ステンレスも同様に注意が必要です。SUS304は延びが大きく深絞りに使えますが、冷間加工によって加工硬化が急激に進む性質を持ちます。さらに、深絞り後しばらく経ってから縦方向に割れが入る「時期割れ（遅れ割れ）」が起きることが知られています。加工によって組織が変化し、残留応力が加わることが要因とされる現象です。加工硬化そのものの仕組みは加工硬化の基礎で詳しく解説していますので、材料選定の前に押さえておくと判断が速くなります。
材質記号の1文字は、金型1型分の価値を持つことがあります。
深絞り加工の失敗を防ぐ解決方法
解決1｜図面を描く前に、工程数を概算する
設計者が金型設計者になる必要はありません。しかし「何工程かかりそうか」の当たりをつけることは、先ほどの式だけでできます。
手順は3ステップです。まず製品の直径dと深さhを確認します。次に、必要なブランク径Dを D ≒ √(d² + 4dh) で概算します。最後に D ÷ d を計算し、その値が2.0以下なら1工程で成立する可能性が高い、2.0を超えるなら複数工程になる、と判断します。
φ50・深さ35mmの例なら、D ≒ √(2500 + 7000) ＝ 約97.5mm。絞り比は1.95です。数字上はぎりぎり収まりますが、板厚とコーナーRを考えれば実際には厳しく、金型メーカーが2工程と回答した理由が理解できます。この計算は電卓で30秒です。それだけで、見積が出る前に自分で判断できるようになります。
解決2｜形状の要求に優先順位をつけておく
複数工程だと言われたとき、設計者が判断すべきは「どこを譲れるか」です。深絞り加工では、次の4つが互いにトレードオフの関係にあります。
- 深さ（深くするほど工程が増える）
- 直径（細いほど深く絞れるが、用途上の制約がある）
- コーナーR（大きいほど絞りやすいが、内部スペースが減る）
- フランジの有無（フランジを残すとブランクが大きくなり材料費が増える）
金型メーカーとの打ち合わせの前に、この4つに順位をつけておいてください。「深さだけは譲れないが、コーナーRは倍にしても構わない」と言えるかどうかで、提案の質が変わります。順位を決めずに相談すると、相手は最も安全な提案、つまり工程数の多い提案しかできません。
解決3｜材料と表面の条件を図面で指定する
深絞り部品の図面では、次の3点を明記してください。指定がないと、加工側は一般材で見積もらざるを得ません。
- 材料記号：深絞りが必要ならSPCE以上を指定する
- 圧延方向の指定要否：材料には方向性があり、口部の高さが波打つ「耳」の原因になる
- 表面処理・潤滑の前提：絞り後にめっきするのか、絞り油を残してよいのかを明示する
特に3番目は見落とされがちです。深絞り加工では専用の潤滑油や特殊グリースを使うことが多く、後工程で完全に脱脂できるかどうかが品質に直結します。
解決4｜角筒形状は「コーナーが主役」と考える
四角い箱形状の深絞り（角筒絞り）は、円筒よりも難しくなります。理由は変形が均一でないからです。
直辺部では、材料はほとんど曲げに近い変形しかしません。一方コーナー部では、円筒絞りと同じ圧縮変形が起きます。つまり、1つの部品の中に難易度の違う2つの領域が同居しているのです。コーナー部のフランジは流入が遅れやすく、その結果として壁が割れます。
角筒形状を設計するときは、コーナーRを可能な限り大きく取ってください。板厚の5倍以上を確保できると、成形の自由度が大きく変わります。角筒絞りの成否は、辺の長さではなく、四隅のRで決まります。
深絞り加工を任される設計者になるための具体アクション
アクション1｜図面を出す前の5分チェックリスト
深い容器形状を描いたら、リリース前に次の6項目を確認してください。
- 絞り比（D÷d）は2.0以下に収まっているか
- 底部と側壁のコーナーRは板厚の4倍以上あるか
- 角筒の場合、四隅のRは板厚の5倍以上あるか
- 材料記号は用途に合っているか（深絞りならSPCE以上）
- 口元の板厚増加を、はまり合う相手部品側で吸収できているか
- 深さ公差を厳しくしすぎていないか（絞り高さはばらつきやすい）
この6項目は、私が金型メーカーから指摘を受けた内容を、そのままチェック項目に変えたものです。ここを通してから図面を出すと、差し戻しの回数が明確に減ります。
アクション2｜金型メーカーに聞くべき5つの質問
相談の場では、次の5つを必ず聞いてください。「何工程ですか」だけで終わらせないことが重要です。
- 何工程になり、そのうちどの工程が一番厳しいですか
- どの寸法をいくつ変えれば工程を1つ減らせますか
- 割れが出るとしたら、どの部位が先に出ますか
- この材料記号で問題ありませんか。変えるとしたら何を勧めますか
- 試作と量産で、条件はどれくらい変わりますか
2番目の質問が、この5つの中で最も価値があります。相手は経験から「ここを0.5mm変えれば1工程減る」という勘所を持っているからです。設計者がその情報を引き出せるかどうかで、原価が決まります。加工側と対話するための知識をどう身につけるかは、設計者に加工知識が必要な理由でも整理しています。
アクション3｜試作品は「割れ」より先に「板厚」を見る
試作品が上がってきたとき、多くの設計者は外観と寸法だけを確認します。しかし深絞り部品で本当に見るべきは、部位ごとの板厚です。
底のコーナー付近は最も薄くなり、口元は厚くなります。もし底コーナーが元の板厚の70%を下回っているなら、量産でロットが変わったときに破断する可能性があります。試作が1個通ったことと、量産が安定することは別の話です。マイクロメーターで数点測って記録しておくだけで、その後のトラブル対応がまったく違うものになります。
試作は「できたかどうか」ではなく、「どれだけ余裕があったか」を測るためにおこなうものです。
まとめ｜深絞り加工は、板の流れを設計する仕事
深絞り加工について、要点を整理します。
- 深絞り加工は、板の外周を圧縮しながら金型に流し込み、継ぎ目のない容器をつくる塑性加工である
- フランジは圧縮、側壁は引張を受けており、しわと割れはこの二律背反から生まれる
- 1回で絞れる限界は限界絞り比（LDR）で決まり、一般的な薄板では2.0前後が目安である
- 深さは h＝（D²−d²）÷（4d）で概算でき、工程数を電卓30秒で見積もれる
- ダイ肩R・パンチ肩Rは板厚の4〜10倍、クリアランスは板厚の1.0〜1.1倍が基準となる
- 冷間圧延鋼板にはSPCC・SPCD・SPCE・SPCF・SPCGという深絞り性に応じた記号がJISで定められている
- 角筒絞りではコーナー部の材料流入が遅れるため、四隅のRが成否を分ける
私が深さ35mmの図面で型費を増やしてしまったとき、足りなかったのは計算能力ではありませんでした。「この形状は作れるのか」という問いを、図面を描く前に自分に投げていなかったこと。それだけです。
深絞り加工は、材料が金型の中をどう流れるかを想像する加工です。逆に言えば、流れを想像できるようになった瞬間、図面の意味が変わります。深さを1mm深くするという指示が、材料の移動距離を増やす指示に見えるようになる。そうなれば、金型メーカーとの会話は交渉ではなく設計の共同作業になります。
深絞りの図面で設計しているのは形状ではなく、材料が通る道です。
プレス・板金の領域は、教科書では加工の名前と写真が並ぶだけで終わりがちで、設計判断に必要な数字までは踏み込んでくれません。だからこそ独学では、どこまで知っていれば実務で通用するのかが見えにくくなります。設計者として何をどの順で身につけるべきか、キャリアをどう積み上げるかに迷っている方は、一度プロに整理してもらうのが近道です。
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出典
- JIS G 3141:2021「冷間圧延鋼板及び鋼帯」（日本産業規格）
- 一般社団法人 日本鉄鋼連盟 公開資料「JIS G 3141 冷間圧延鋼板及び鋼帯」
- JIS G 4305「冷間圧延ステンレス鋼板及び鋼帯」（日本産業規格）
