JPH105907A - Manufacture of bottomed container and its die - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the thickness precision of a product by pressing a work, using a punch on which a projecting part with a tapered part becoming higher gradually toward its center from a periphery is provided. SOLUTION: A blank 1 is put into a die 6, and impact extrusion forming is performed by the punch 5. At the tip of the punch 5, the projecting part with the tapered part is provided. The tip of the punch 5 is in a rectangular pyramid shape. On the blank 1, a recessed part with a taper fitting with the projecting part of the punch 5 is provided. Since the blank 1 held in the die 6, is fitted with the punch 5 at the tapered part, at the time of pressing, the axial center of the punch is not shifted, and the flow of the plastic deformation of the blank 1 becomes uniform. The flow of an extrusion is uniformly induced by the tapered part. By a mutually potentiating effect of these two actions, a material is uniformly distributed to each part of a side wall. Even when using the material with large work hardening, the thickness of the side wall becomes uniform.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パンチとダイスを用い
て金属のブランク材を衝撃押出成形法により塑性変形さ
せて有底容器を製造する方法およびこれに用いる金型に
係わり、特に、丸形、角形リチウムイオン電池や電解コ
ンデンサー等の寸法精度と機械的強度を必要とする超肉
薄背高有底容器を製造するのに好適な製造方法およびそ
れに用いる金型を提供するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a bottomed container by plastically deforming a metal blank by an impact extrusion method using a punch and a die, and a mold used for the method. An object of the present invention is to provide a manufacturing method suitable for manufacturing an ultra-thin, high-bottomed bottomed container requiring dimensional accuracy and mechanical strength, such as a rectangular or rectangular lithium ion battery or an electrolytic capacitor, and a mold used therefor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ステンレス、アルミニウム合金等の金属
のブランクをパンチとダイスからなる金型中で押圧して
塑性変形させることにより、有底容器を製造するいわゆ
る衝撃押出成形法がその生産性の高さ故に広く用いられ
ている。本発明者は３５年前にこの基本的な技術を開発
し、最近では特公平８−４８６９や特開平６−２６９８
９１に記載されている様な種々の改良がなされ、低コス
トで薄肉背高形状の容器が製造できる様になってきた。
これらの有底容器にはＪＩＳ１０７０純アルミニウム系
およびＪＩＳ３００３アルミニウム−マンガン系の材料
が用いられてきた。2. Description of the Related Art The so-called impact extrusion method of manufacturing a bottomed container by pressing a metal blank such as stainless steel or an aluminum alloy in a mold composed of a punch and a die to plastically deform the blank is highly productive. Therefore it is widely used. The inventor developed this basic technology 35 years ago, and recently, Japanese Patent Publication No. Hei 8-4869 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-2698.
Various improvements such as those described in No. 91 have been made, and it has become possible to manufacture thin and tall containers at low cost.
For these bottomed containers, materials based on JIS1070 pure aluminum and JIS3003 aluminum-manganese have been used.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年リ
チウムイオン電池および電解コンデンサーに用いられる
有底容器にはその小型、軽量化およびレーザー溶接によ
る密閉の必要性等に伴い、一層の高精度と、電池の充放
電による発熱に伴う容器の変形を防止する為に高強度が
要求される様になり、その材料として従来の材料に比べ
強度の大きいＪＩＳ５０５２アルミニウム−マグネシウ
ム系材料を用いて薄壁で且つ強度の大きな容器が必要と
されるようになった。しかしながら、これらの材料は加
工硬化が大きく、このため従来の技術である位置ずれ防
止用の凹凸をブランクに設け、これをダイスに設けた凹
凸部と嵌合させるだけの対策では充分な側壁部の壁厚の
寸法精度を得ることができない。However, in recent years, bottomed containers used for lithium ion batteries and electrolytic capacitors have been required to be smaller and lighter and to be sealed by laser welding. High strength is required to prevent deformation of the container due to heat generation due to charging and discharging of JIS 5052 aluminum-magnesium material, which is higher in strength than conventional materials. Large containers are needed. However, these materials have large work hardening, so that the conventional technique of providing unevenness for preventing misalignment on the blank and fitting it to the unevenness provided on the die is sufficient for the side wall portion. The dimensional accuracy of the wall thickness cannot be obtained.

【０００４】例えばリチウムイオン電池用角形容器とし
て、高さ４５ミリメートル、幅３３ミリメートル、厚み
８ミリメートルの容器で、側壁の肉厚０．４±０．０４
ミリメートルの精度が要求される様になってきている。
このような要求に対し、従来の製造方法であるブランク
が押圧されて変形する際の位置ずれ防止用の凹凸部の適
用のみでは側壁部の偏肉が激しくなお不充分であった。
特に携帯用電子機器に用いられる小型の角形（ガム形）
リチウムイオン二次電池では偏平な容器が好んで用いら
れるので、壁厚が不均一になりやすく、このために容器
の壁面が湾曲する不都合があったり、また、この容器に
蓋をレーザー溶接して密封するための充分な壁厚の精度
が得られないと言う問題が有り、更に、偏平な容器の場
合には厚み寸法の小さいパンチの厚み方向に大きな曲げ
応力がかかるのでパンチの寿命が著しく短いという欠点
が有った。For example, as a rectangular container for a lithium ion battery, a container having a height of 45 mm, a width of 33 mm, and a thickness of 8 mm is used, and the side wall thickness is 0.4 ± 0.04.
Millimeter accuracy is required.
In order to meet such a demand, the thickness of the side wall portion is extremely inadequate by the conventional manufacturing method using only the concave and convex portions for preventing displacement when the blank is pressed and deformed.
Small rectangular (gum-shaped) used especially for portable electronic devices
Since a flat container is preferably used in a lithium ion secondary battery, the wall thickness tends to be non-uniform, so that the wall surface of the container may be inconvenient. There is a problem that sufficient wall thickness accuracy for sealing cannot be obtained, and furthermore, in the case of a flat container, a large bending stress is applied in the thickness direction of a punch having a small thickness, so that the life of the punch is extremely short. There was a drawback.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は第一に、金属材
料のブランクをダイスのキャビティーに装着し、前記ダ
イスに対して相対移動自在とされたパンチでブランクを
押圧することにより前記ブランクを塑性変形させる衝撃
押出成形法による超肉薄背高有底容器の製造方法におい
て、前記ブランクに対向する前記ダイスの面にその面の
周辺から中心に向かって順次高くなるテーパー部を有す
る凸部が設けられたパンチを用いて押圧する製造方法で
あり、好ましくは前記ブランクの前記パンチに対向する
面もその面の周辺から中心に向かって順次深くなるテー
パー部を有する凹部を持ち、該凹部と前記パンチの凸部
とが嵌合した状態で押圧する製造方法であり、第二に、
前記の製造方法に使用する衝撃押出成形用の金型であっ
て、その金型のパンチ先端面の形状がその面の周辺から
中心に向かって順次凸となるテーパー部を有する凸部が
設けられている金型である。According to the present invention, first, a blank made of a metal material is mounted in a cavity of a die, and the blank is pressed by a punch movable relative to the die. In the method for producing an ultra-thin tall bottomed container by an impact extrusion molding method of plastically deforming a convex portion having a tapered portion that gradually increases from the periphery of the surface toward the center on the surface of the die facing the blank. It is a manufacturing method of pressing using a provided punch, preferably also has a concave portion having a tapered portion gradually deeper from the periphery of the surface toward the center of the surface of the blank facing the punch, the concave and the said This is a manufacturing method of pressing in a state where the protrusions of the punch are fitted with each other.
A mold for impact extrusion molding used in the manufacturing method, wherein a shape of a punch tip surface of the mold is provided with a convex portion having a tapered portion that is sequentially convex from the periphery of the surface toward the center. Mold.

【０００６】すなわち、薄壁容器の側壁の肉厚を精度良
く均一に成形すると言う要求を満足させるためには、塑
性変形する素材の変形時の流れの均一化とパンチの軸位
置の振れの防止が極めて重要であり、この二つの対策の
手段として本発明の方法が極めて有効であることを見い
だしたものである。周辺から中心に向かって順次深くな
るテーパー部を有する凹部を有するブランクは、例えば
予め別の金型を用いてスタンピング加工等で得ることが
でき、またはポンチで小さなくぼみを作ることも出来
る。またその際、ブランクの底面にも必要に応じて位置
決め用の凹凸部を設けても良い。更に衝撃押出成形後に
容器の底部に残ったテーパー部については、必要に応じ
て更に別の金型を用いて押圧して平面とすることが望ま
しい。That is, in order to satisfy the requirement of forming the thickness of the side wall of the thin-walled container with high accuracy and uniformity, it is necessary to make the flow of the plastically deformable material uniform at the time of deformation and to prevent the axial position of the punch from oscillating. Is extremely important, and it has been found that the method of the present invention is extremely effective as a means for these two measures. A blank having a concave portion having a tapered portion that gradually becomes deeper from the periphery toward the center can be obtained in advance by, for example, stamping using a separate mold, or a small recess can be made with a punch. In this case, a concave and convex portion for positioning may be provided on the bottom surface of the blank as necessary. Further, it is desirable that the tapered portion remaining at the bottom of the container after the impact extrusion molding is pressed by using another mold as needed to make it flat.

【０００７】[0007]

【作用】前記パンチ先端部のテーパー部は、ブランク材
が押圧されてダイスとパンチの間を流動する際の流れの
方向と量を所定の値とするものである。例えば容器の肉
厚が０．６ｍｍ程度の厚みの場合、深さ４５ｍｍ、横２
２ｍｍ，縦６ｍｍ程度の小型の容器の場合、あるいは加
工硬化の少ない金属を用いた場合にはこの方法のみでも
充分に均等な肉厚を持った容器を成形することができ
る。更に、ブランクにもテーパー部を設けた場合にはダ
イス中に保持されたブランクとこれを押圧するパンチと
がテーパー部を介して嵌合することにより、パンチの押
圧時にその軸心が振れない様にする作用と、ブランク中
の各部分を衝撃押出の際に流したい方向にその流れに合
わせたテーパー部によって誘導する作用とを兼ね備える
ものであり、この二つの作用の相乗効果により、側壁の
各部への材料の配分が一層均等化され、衝撃押出成形が
むつかしい加工硬化の大きな材料を用いた場合において
も側壁肉厚０．３〜０．４ミリメートルで公差が１０％
以内の超肉薄背高有底容器の量産を安定に行うことが可
能とするものである。The tapered portion at the tip of the punch has a predetermined direction and amount of flow when the blank material is pressed and flows between the die and the punch. For example, when the thickness of the container is about 0.6 mm, the depth is 45 mm and the width is 2 mm.
In the case of a small container having a size of about 2 mm and a length of about 6 mm, or when using a metal having a small work hardening, a container having a sufficiently uniform wall thickness can be formed by this method alone. Furthermore, when the blank is also provided with a tapered portion, the blank held in the die and the punch that presses the blank are fitted through the tapered portion so that the axis of the punch does not swing when the punch is pressed. And the action of guiding each part in the blank in the direction in which it is desired to flow at the time of impact extrusion by a tapered portion adapted to the flow, and the synergistic effect of these two actions results in each part of the side wall The distribution of the materials is more evenly distributed, and the side wall thickness is 0.3 to 0.4 mm and the tolerance is 10% even when a large work hardening material is used which is difficult to perform impact extrusion.
It is possible to stably mass-produce ultra-thin tall bottomed containers within the range.

【０００８】[0008]

【発明の実施の形態】前記テーパー部の形状は必ずしも
完全な平面である必要は無く、容器の側壁への材料の流
れの状態に応じて、所定の方向の溝、突起、あるいは曲
面により流れを補正することができる。なお、パンチ先
端部のブランクと嵌合する面とパンチ側面とが交差する
稜部は材料の流れの抵抗を小さくする目的で面取りを行
っても良い。また衝撃押出成形後の容器の底面のこれら
の凹凸は別の金型により押圧して平面とすることもでき
る。ブランクの材質としては、ＪＩＳ５０００系のアル
ミニウム−マグネシウム合金、鉄、ＳＵＳ６３１等のス
テンレスを好適に用いることができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The shape of the tapered portion does not necessarily have to be a completely flat surface, and the flow is formed by grooves, projections, or curved surfaces in a predetermined direction according to the state of material flow to the side wall of the container. Can be corrected. In addition, the edge of the punch at the intersection of the blank surface and the punch side surface may be chamfered for the purpose of reducing the resistance of the material flow. Further, these irregularities on the bottom surface of the container after the impact extrusion molding may be pressed by another mold to be flat. As the material of the blank, JIS 5000-based aluminum-magnesium alloy, iron, stainless steel such as SUS631 can be suitably used.

【０００９】[0009]

【実施例】図１ないし図５により本発明の方法および金
型によるリチウムイオン電池用角形容器の製造の実施例
を説明する。ブランク１はＪＩＳ５０００系のアルミニ
ウム−マグネシウム合金であり、図１または図２に示す
様にパンチと対向する面にその周辺から中心に向かって
次第に凹となるテーパー部２が設けられ凹部３を形成し
ている。図２では更にブランクの位置決め用に裏面にも
凹部４が設けられている。なおブランクのパンチとの対
向面に設けられた凹部３は容器の肉厚が厚い場合や、
縦：横の比が１：４以内で且つその大きさが６×２２×
４５程度の小型の容器の場合には省略しても良い。ブラ
ンクの凹部３に嵌合するパンチ５は図３に示す様に、そ
の先端が四角錐状となっている。図３はブランク１をダ
イス６に挿入し、パンチ５をテーパー部２を介して嵌合
させた状態を示す。この際、ダイスの中心軸とパンチの
中心軸とが一致しており、ダイスの側壁とパンチの側壁
との間隙が所定の幅となっていることが重要である。な
お図２の形状のブランクを用いる場合には凹部４に嵌合
する凸部をダイスに設けておく。図４はこれを押圧して
ブランクの素材を塑性変形させて容器の薄肉の側壁を形
成した状態を示す。図６はこのようにして成形された超
肉薄背高有底容器の形状を示し、容器の底部はパンチの
先端のテーパー部の跡が残らない様に後から別の金型で
押圧して平坦面としてある。この容器のＨ，Ｗ，Ｄ各部
の寸法はそれぞれ４５、３３、８．１ｍｍと６５，３
３，１４ｍｍである。この容器の側壁の肉厚は設計値の
０．４ｍｍに対し±０．０４ｍｍ以内であった。この材
料の場合、衝撃押出時の加工硬化により硬度が増すの
で、容器の側壁の平坦部の肉厚を０．３〜０．４ｍｍ
に、底部および側壁コーナー部の肉厚を０．４〜０．５
ｍｍにすると、充放電時の発熱に伴う膨らみと高容量化
の両者の特性がバランスした電池が得られる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS. 1 to 5, an embodiment of a method and a method for manufacturing a rectangular container for a lithium ion battery by using a mold will be described. The blank 1 is a JIS 5000-based aluminum-magnesium alloy. As shown in FIG. 1 or FIG. 2, a tapered portion 2 which is gradually concaved from the periphery toward the center is provided on a surface facing the punch to form a concave portion 3. ing. In FIG. 2, a concave portion 4 is further provided on the back surface for positioning the blank. The concave portion 3 provided on the surface facing the punch of the blank may be used when the thickness of the container is large,
The length: width ratio is within 1: 4 and the size is 6 × 22 ×
In the case of a small container of about 45, it may be omitted. As shown in FIG. 3, the tip of the punch 5 fitted into the concave portion 3 of the blank has a quadrangular pyramid shape. FIG. 3 shows a state where the blank 1 is inserted into the die 6 and the punch 5 is fitted through the tapered portion 2. At this time, it is important that the center axis of the die coincides with the center axis of the punch, and that the gap between the side wall of the die and the side wall of the punch has a predetermined width. When a blank having the shape shown in FIG. 2 is used, a projection that fits into the recess 4 is provided on the die. FIG. 4 shows a state in which the material is pressed and plastically deformed to form a thin side wall of the container. FIG. 6 shows the shape of the ultra-thin tall bottomed container formed in this manner. There is as a face. The dimensions of each part of H, W and D of this container are 45, 33, 8.1 mm and 65, 3 respectively.
3,14 mm. The thickness of the side wall of this container was within ± 0.04 mm from the design value of 0.4 mm. In the case of this material, the hardness increases due to work hardening at the time of impact extrusion.
The thickness of the bottom and side wall corners is 0.4 to 0.5
mm, it is possible to obtain a battery in which both characteristics of swelling due to heat generation during charging and discharging and high capacity are balanced.

【００１０】[0010]

【発明の効果】以上の説明により明らかな通り、本発明
の製造方法およびそれに用いる金型によれば、従来の方
法では困難であったリチウムイオン電池用等の高強度の
金属製超肉薄背高有底容器を極めて高精度の肉厚で月間
数千万個の量産を歩留り良く行うことが出来、更に容器
の側壁肉厚の寸法精度が保証されることにより、この容
器を用いた二次電池の製造工程において、電池の品質に
重大な影響を与えるレーザー溶接による密封を容易かつ
確実なものとし、電池の製造歩留りの向上にも極めて優
れた効果をもたらすものである。As is apparent from the above description, according to the production method of the present invention and the mold used therein, a high-strength metal ultra-thin tall for a lithium ion battery or the like, which was difficult with the conventional method. With the extremely accurate wall thickness of bottomed containers, tens of millions of units can be mass-produced per month at a high yield, and the dimensional accuracy of the side wall thickness of the container is guaranteed. In the manufacturing process of (1), the sealing by laser welding, which has a significant effect on the quality of the battery, is made easy and reliable, and an extremely excellent effect is also obtained on the improvement of the manufacturing yield of the battery.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明に用いるブランクの斜視図と断面図 （Ａ）は斜視図、（Ｂ）はＸ−Ｘ’面の断面図、（Ｃ）
はＹ−Ｙ’面の断面図1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view of a blank used in the present invention, FIG. 1A is a perspective view, FIG.
Is a cross-sectional view of the YY 'plane

【図２】 本発明に用いる他の例のブランクの斜視図と
断面図FIG. 2 is a perspective view and a sectional view of another example of a blank used in the present invention.

【図３】 本発明のパンチ先端部の斜視図FIG. 3 is a perspective view of a punch tip of the present invention.

【図４】 本発明の製造方法における金型へのブランク
の装着状態を示す断面図FIG. 4 is a cross-sectional view showing a mounting state of a blank to a mold in the manufacturing method of the present invention.

【図５】 本発明の製造方法における衝撃押出成形後の
ブランクの変形状態を示す断面図FIG. 5 is a cross-sectional view showing a deformed state of a blank after impact extrusion in the manufacturing method of the present invention.

【図６】 本発明の製造方法により製造された金属製超
肉薄背高有底容器の斜視図FIG. 6 is a perspective view of a metal ultra-thin tall bottomed container manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ブランク ２ テーパー部 ３ 凹部 ４ 凹部 ５ パンチ ６ ダイス ７ 成形された容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Blank 2 Taper part 3 Concave part 4 Concave part 5 Punch 6 Dice 7 Molded container

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 金属材料のブランクをダイスのキャビテ
ィーに装着し、前記ダイスに対して相対移動自在とされ
たパンチでブランクを押圧することにより前記ブランク
を塑性変形させる衝撃押出成形法による超肉薄背高有底
容器の製造方法において、前記ブランクに対向する前記
ダイスの面にその面の周辺から中心に向かって順次高く
なるテーパー部を有する凸部が設けられたパンチを用い
て押圧することを特徴とする製造方法。An ultra-thin impact extrusion molding method in which a blank of a metal material is mounted in a cavity of a die and the blank is plastically deformed by pressing the blank with a punch movable relative to the die. In the method of manufacturing a tall bottomed container, pressing using a punch provided with a convex portion having a tapered portion that sequentially increases from the periphery of the surface toward the center of the surface of the die facing the blank. Characteristic manufacturing method. 【請求項２】 請求項１において、前記ブランクの前記
ダイスに対向する面にその面の周辺から中心に向かって
順次深くなるテーパー部を有する凹部が設けられ、該凹
部が前記パンチの凸部と嵌合した状態で押圧することを
特徴とする製造方法。2. The punch according to claim 1, wherein a surface of the blank facing the die is provided with a concave portion having a tapered portion that gradually becomes deeper from the periphery of the surface toward the center. A manufacturing method characterized by pressing in a fitted state. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、パン
チ先端部の形状が四角錐であるパンチを用い、成形され
る容器の形状が四角柱状である製造方法。3. The manufacturing method according to claim 1, wherein the shape of the container to be formed is a quadrangular prism using a punch having a quadrangular pyramid at the tip of the punch. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３において、ブラ
ンクのダイス底面と対向する面にも凹部または凸部を設
け、ダイス底面にもこれに嵌合する凸部または凹部を有
するダイスを用いる製造方法。4. The manufacturing method according to claim 1, wherein a concave portion or a convex portion is provided also on a surface of the blank facing the die bottom surface, and a die having a convex portion or a concave portion fitted on the die bottom surface is also provided. Method. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４において、衝撃
押出成形の後、成形された有底容器の底部を別の金型に
より押圧して平坦面とする製造法。5. The manufacturing method according to claim 1, wherein after the impact extrusion molding, the bottom of the molded bottomed container is pressed by another mold to a flat surface. 【請求項６】 請求項１ないし請求項３または請求項５
のいずれかの製造方法に使用する衝撃押出成形用の金型
であって、その金型のパンチ先端面の形状がその面の周
辺から中心に向かって順次凸となるテーパー部を有する
凸部が設けられていることを特徴とする金型。6. The method according to claim 1, wherein the first and second embodiments are different from each other.
A mold for impact extrusion molding used in any one of the manufacturing methods, wherein the shape of the punch tip surface of the mold has a convex portion having a tapered portion sequentially convex from the periphery of the surface toward the center. A mold characterized by being provided. 【請求項７】 請求項３の製造方法に使用する衝撃押出
成形用の金型であって、その金型のパンチ先端面の形状
がその面の周辺から中心に向かって順次凸となるテーパ
ー部を有する四角錐状の凸部が設けられていることを特
徴とする金型。7. A die for impact extrusion molding used in the manufacturing method according to claim 3, wherein the shape of the punch tip surface of the die is gradually convex from the periphery of the surface toward the center. A metal mold provided with a quadrangular pyramid-shaped projection having the following.