JPH105907A - 有底容器の製造方法およびその金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 衝撃押出成形法によるリチウムイオン電池、
電解コンデンサ用等の金属製超肉薄背高有底容器の製造
法において、容器側壁の薄壁化と、肉厚の均一化をはか
り、且つ金型に加わる曲げ応力を軽減して金型寿命を延
長する。 【構成】 パンチ先端部の形状が、ブランク材と対向す
る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を有するパンチと、この凸部と嵌
合する凹部を有するブランク材とを組み合わせてダイス
中で押圧することにより、パンチの軸の振れを防止し、
且つブランク材のダイスとパンチとの間隙での流れを制
御することにより、薄肉で均一な厚みの側壁を成形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【図３】 本発明のパンチ先端部の斜視図

【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

【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

【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

【符号の説明】

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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。