JP2004146252A - 電池外装容器の成形方法および電池外装容器の成形装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池外装容器の成形方法または成形装置において、ピンホールや破断を生じることを解消して、限界絞り比の高い立体的な成形を可能とすると共に、原反利用率の向上を達成する。
【解決手段】原反５を、ダイ１の表面と当該ダイ１の表面に対向する原反押え板３との間に挟んでダイ１の表面と原反押え板３との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグ２を４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴６へと嵌入動作させて原反５をダイ穴６に絞り込んで成形加工して、パッケージ（電池外装容器）を得る。
【選択図】 図１
【解決手段】原反５を、ダイ１の表面と当該ダイ１の表面に対向する原反押え板３との間に挟んでダイ１の表面と原反押え板３との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグ２を４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴６へと嵌入動作させて原反５をダイ穴６に絞り込んで成形加工して、パッケージ（電池外装容器）を得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水系電解質二次電池用パッケージのような電池外装容器の成形方法およびそれを具現化する電池外装容器の成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深絞り加工は、例えばアルミニウム合金や銅系合金などの各種素材からなる板体状の原反を立体的に成形するための加工方法として用いられている。近年では、アルミニウム薄板と有機フィルムとをラミネートした、いわゆるアルミ・ラミネート原反などに深絞り加工を施して、例えば薬剤や食品の包装材や容器を製造することが行われている。また、このアルミ・ラミネート原反を深絞り加工する技術は、非水系電解質二次電池用のパッケージ（外装材）やその他の二次電池用パッケージを製造するための加工技術として用いられている。
【０００３】
深絞り加工は一般に、ダイ穴が設けられたダイと呼ばれる凹金型と、プラグまたはパンチと呼ばれる凸金型とを用いて、金属薄板などの板体状またはラミネートフィルムなどのシート状の原反を立体的に成形加工する技術である。さらに詳細には、深絞り加工では、ダイの平坦な表面に素材の原反を設置し、プラグとダイ穴との間に適度なクリアランスを保ちつつ、プラグによって原反をダイ穴に絞り込むことによって、原反を立体的な形状に塑性加工する。このとき、原反がダイの表面を滑るようにしておき、ダイ穴へと滑らかに絞り込まれて行くことができるようにする。このような深絞り加工では、絞り込みの際に原反がダイ穴の周囲からダイ穴に向かって流れ込みながら塑性変形するので、限界絞り比（ＬＤＲ；ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ）を高く取ることができ、立体的な容器等の成形が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加工後にダイの表面に残っている原反のフランジ部分では、ダイ穴に原反が絞り込まれる際の塑性変形に伴う圧縮応力または引張応力が掛かることに起因して、ピンホール、しわ、歪みなどが生じる。
【０００５】
このようなしわや歪みなどの発生を完全に抑えるためには、しわ押え板を強固な押圧力で原反に押し付けることが必要となるので、その押圧力で絞り込みの際の原反の流れ込みが妨げられてしまい、あたかも張り出し加工のように、ダイ穴とプラグとの間のクリアランス内の狭い領域でのみ原反が大幅に引き延ばされて張り出し変形して、ピンホールを生じたり、甚だしくはラミネートフィルムを構成している（主に芯材として）アルミニウム箔が破断することとなる。
【０００６】
このため、しわや歪みなどの発生を完全に抑制しようとすると、原反を絞り加工して得られた包材や容器にはピンホールや顕著なクラックあるいは強い残留応力が発生し、限界絞り比の高い立体的な成形を実現することができなくなる。
【０００７】
特に、ロール状のアルミ・ラミネートフィルムなどを原反として用いて、その長手方向に一定間隔ごとに深絞り加工を行って、１巻のロールからできるだけ多数個の非水系電解質二次電池用パッケージを製造するために、原反上での加工品の平面的な割り付けの間隔を可能な限り短くして原反利用率を向上することが要請される。
【０００８】
しかしながら、従来の深絞り加工を用いてそのような深絞り加工を行った場合、上述のように張り出し加工のように原反押え板を余りにも強固な押圧力でアルミ・ラミネート原反に押し付けて、フランジ部分のしわや歪みや成形のエッジの鈍りを完全に抑えようとすると、上述したように、絞り込みの際に張り出し加工のように強い張り出し変形応力が狭い領域内に集中して、その部分でピンホール欠陥、ラミネーション剥離、破断などか生じることとなる。このため、絞り比の高い、深い立体成形を行うこと自体ができなくなる。
【０００９】
また、原反押え板を用いなければ、原反のフランジ部分の広い領域に亘ってしわや歪みが波及するので、その部分が利用できなくなり、しかも原反が帯状の連続体であるため、しわや歪みの波及は短冊状の原反の場合よりもさらに助長されてしまうこととなり、原反利用率を向上することがさらに困難である。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、限界絞り比の高い立体的な成形が可能であると共に、原反利用率の向上を達成することを可能とする電池外装容器の成形方法および電池外装容器の成形装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の電池外装容器の成形方法は、ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反を配置し、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグのダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形するにあたり、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んでダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを前記ダイ穴へと嵌入動作させて、原反をダイ穴に絞り込むというものである。
【００１２】
本発明による第２の電池外装容器の成形方法は、ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反を配置し、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグのダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形するにあたり、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓ（ミリメートル毎秒）の速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むというものである。
【００１３】
本発明による第３の電池外装容器の成形方法は、ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムラミネートしてなる原反を配置し、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグのダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な外装容器を成形するにあたり、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んでダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むというものである。
【００１４】
本発明による第１の電池外装容器の成形装置は、ダイ穴が設けられたダイと、ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、ダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグをダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むことで電池外装容器を成形するように設定されている。
【００１５】
本発明による第２の電池外装容器の成形装置は、ダイ穴が設けられたダイと、ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、ダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形するように設定されている。
【００１６】
本発明による第３の電池外装容器の成形装置は、ダイ穴が設けられたダイと、ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、ダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形するように設定されている。
【００１７】
本発明による第１の電池外装容器の成形方法または成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグをダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むことで電池外装容器を成形する。このように適切な押圧力で原反を押えて成形加工することにより、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、電池外装容器が成形される。
【００１８】
本発明による第２の電池外装容器の成形方法または成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形する。このように適切な速度でプラグを動かして原反を成形加工することにより、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、電池外装容器が成形される。
【００１９】
本発明による第３の電池外装容器の成形方法または成形装置では、上記の第１の電池外装容器の成形方法または成形装置による手法と第２の電池外装容器の成形方法または成形装置による手法とを、共に一つの成形加工工程で行う。すなわち、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形する。このように適切な押圧力で原反を押えながら適切な速度でプラグを動かして原反を成形加工することにより、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にもしわや歪み等を発生させることなく、電池外装容器が成形される。
【００２０】
なお、上記の原反は、アルミニウム箔を芯材としその表裏に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミラミネートフィルムであるものなどが好適である。
【００２１】
また、上記の原反は、ロール状または短冊状のものであることが、大量生産等の生産性向上の観点から望ましい。そのうちでも、原反がロール状のものであり、当該原反に対して複数ショットの深絞り加工を連続的に行うようにすることが特に望ましい。
【００２２】
また、成形加工してなる外装容器に収容される電池（起電力を発生させる装置としての巻回電極体などのような電池本体）としては、非水系電解質二次電池が好適である。これは、本発明による加工方法または加工装置によって得られる電池外装容器が、ピンホールや破断などのような気密性（あるいは水密性）を著しく損なう欠陥であるピンホールや破断等の欠陥を生じることを効果的に防ぐことが可能なものだからである。
【００２３】
また、上記の深絞り加工の深さとしては、４ｍｍ（ミリメートル）以上１０ｍｍ以下が特に好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電池外装容器の加工装置の主要部の構成を表したものである。また図２は、ロール状の原反が供給される原反供給部と加工品を打ち抜いた後のスクラップを巻き取るスクラップ巻取部とを含めた電池外装容器の加工装置の全体的な概要構成を表したものである。なお、本発明に係る電池外装容器の加工方法は、この電池外装容器の加工装置の動作あるいは作用によって具現化されるものであるから、以下、それらを併せて説明する。
【００２６】
この電池外装容器の加工装置は、ダイ（下型とも呼ばれる）１と、プラグ（絞りパンチとも呼ばれる）２と、原反押え板（上型とも呼ばれる）３とを、その主要部として備えており、帯状（ロール状）または短冊状のアルミ・ラミネートフィルムなどが原反５として供給され、その原反５をプラグ２でダイ穴６に絞り込んで立体的な成形を行うことにより、非水系電解質二次電池用のパッケージ５００などの加工品を得ることができるようにしたものである。
【００２７】
ダイ１は、適度なクリアランスを保ちつつプラグ２が嵌入される、平面形がほぼ矩形のダイ穴６が設けられている。このダイ１の表面に、例えばアルミ・ラミネートフィルムのような加工対象の原反５が設置され、さらにその上に原反押え板３および原反押え板３が対向配置される。ダイ穴６の平面形は、その四隅の角（コーナー部分）に適度なＲ（曲率半径）の曲線部が設けられており、そのＲによって、塑性加工時の応力集中が緩和されると共に、深絞り加工して得られたパッケージ５００のコーナー部分が曲面に形成される。
【００２８】
このダイ１の表面におけるダイ穴６の周囲の所定領域では、原反５が、原反押え板３とダイ１の平面（平坦な表面）との間に挟まれて、後述するように適度な圧力で押圧されるように設定されていて、原反５の滑りを適度に許容すると共に深絞りに伴うしわの発生が抑えられる。この所定領域としては、原反５を絞り込む際の圧縮応力または引張応力や歪みを適切に分散させてクラックや形状不良が発生しないようにするための必要十分な広さに設定することが望ましい。
【００２９】
ダイ１の表面は、平滑化処理が施されて、原反５の滑りを良好なものとする仕上げとなっている。また、ダイ穴６の稜線部６１には適度な曲面状に形成されており、原反５を滑らかにダイ穴６へと流れ込むようにしている。
【００３０】
プラグ２は、適度なクリアランスを保ちつつダイ穴６に嵌入される外形寸法に形成された、ほぼ棒状の凸金型である。プラグ２の図中下端の稜線部２１は適度な曲面状に形成されており、プラグ２の下端面と側端面との間での原反５の滑りを良好なものとすると共に、深絞り加工して得られた加工品の稜線部分を曲面状に形成することができるようにしている。このプラグ２の表面での原反５の滑りを良好なものとするために、上述のダイ１と同様に平滑化処理が施されている。このプラグ２は、図示しない油圧プレスマシン等によって、４．６〜６．０［ｍｍ／ｓ］（ミリメートル毎秒）の移動速度で、かつ所定の推進力で、原反５をダイ穴６へと絞り込むように動かされる。
【００３１】
原反押え板３は、原反５の適切な滑りを許容すると共にしわの発生を抑止する適度な圧力として、１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内のいずれかの値の押圧力で原反５に押圧されて、ダイ１の表面上での原反５の滑りを許容すると共に、そのときの原反５の塑性変形に伴うしわの発生を抑えるものである。この原反押え板３の表面も、ダイ１の表面と同様になっており、原反押え板３の表面での原反５の滑りをさらに良好なものとしている。
【００３２】
次に、この電池外装容器の加工装置の作用について、アルミラミネートフィルムを不可絞り加工する場合を一例として説明する。
【００３３】
図２は、ロール状の原反が供給される原反供給部および加工後のスクラップを巻き取るスクラップ巻取部とを含めた電池外装容器の加工装置の全体的な概要構成を示したものである。原反供給部５１に格納されているロールからアルミ・ラミネートフィルムが帯状に原反５として繰り出されて、図２に点線で示した電池外装容器の加工装置の主要部１０に供給される。原反５の先端はスクラップ巻取部５２に巻き取られるように設定されている。原反５としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の少なくとも一面に、熱可塑性樹脂フィルム（例えば、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリオレフィン樹脂、またはこれらをマレイン酸などの酸で変性させたフィルム等）を積層しラミネートした、総厚数１０ないし数１００［μｍ］（ミクロン）のものなどが用いられる。ここで言うアルミニウムまたはアルミニウム合金とは、純アルミニウム系、アルミニウム−マンガン合金（３０００系）、アルミニウム−マグネシウム合金（５０００系）などが挙げられるが、その他の合金系も適用可能である。また、上記の熱可塑性樹脂フィルムとしては、二軸延伸されたものが、より好適である。一例を挙げると、アルミ・ラミネートフィルム５３としては、例えば図３に示したように、厚さ４０［μｍ］の厚さの純アルミニウム（１Ｎ３０）からなるアルミ箔５４を芯材として、その表裏に、厚さ２５［μｍ］のナイロンフィルム５５と厚さ３０［μｍ］のポリプロピレンフィルム５６とを、それぞれ接着剤層５７ａ，５７ｂを介してラミネートした、シート厚が約１００［μｍ］のものなどが用いられる。
【００３４】
電池外装容器の加工装置の主要部１０では、未加工の原反５が供給されると、それを原反押え板３とダイ１の表面との間に例えば０．１８［ＭＰａ］の強い押圧力を印加しながら挟持させる。
【００３５】
このように原反押え板３とダイ１の表面との間に未加工の原反５を所定の押圧力で挟持させた状態にした後、プラグ２を例えば６［ｍｍ／ｓ］の下降速度で、例えば６［ｍｍ］のような所定のストロークまで押し下げて行くと、このプラグ２の動きによって、原反５がダイ穴６へと絞り込まれる。このとき、原反押え板３とダイ１の表面との間に挟持された部分よりも内側、すなわちダイ穴６に絞り込まれて行く部分では、その広い面積の全体での塑性変形とダイ穴６への原反５の流れ込みとを伴った絞り込みが行われると共に、その際の張り出し塑性変形による応力やそれを主要因とした歪みも広い面積に亘って適度に分散されることとなる。しかもこのとき、原反５の表面に接するダイ１、プラグ２、原反押え板３のそれぞれの表面は鏡面仕上げとなっているので、原反５の滑りをさらに良好なものとすることができる。なお、プラグ２の移動（下降）速度が４．６［ｍｍ／ｓ］よりも小さい場合や６［ｍｍ／ｓ］よりも大きい場合には、ダイ穴６に向かっての原反５の滑り込み（滑らかな絞り込み）が十分には行われず、ピンホールやクラックが発生しやすくなる。また、プラグ２を押し下げるストローク（深絞り加工の深さ）は、芯材であるアルミ箔５４の厚さにもよるが、好ましくは６［ｍｍ］以内、あるいは可能性としてはさらに１０［ｍｍ］以内程度までが可能である。
【００３６】
このようにして深絞り加工を行った後、図示しないプレス打ち抜き装置などによって帯状の原反５から所定の外形寸法を打ち抜いて、例えば非水系電解質二次電池用のパッケージ５００を得る。
【００３７】
なお、絞り込みの際のプラグ２とダイ穴６とのクリアランスは、例えば原反５の厚さの１．５〜３倍の寸法とすることにより、厚さ分布変化の少ない加工を行うことができる。また、原反押え板３とプラグ２とのクリアランスは、例えば０．５〜２［ｍｍ］の範囲内の寸法に設定すればよい。
【００３８】
このような本実施の形態に係る電池外装容器の加工装置の動作によれば、第２の領域２００で原反５をダイ１の表面に固定しながら絞り込みを行っても、その加工時にラミネーション剥離や破損が発生したり、加工後に大きな応力が残留したりクラックが生じたりすることなく、十分に深い絞り加工を行って、良好な立体形状の加工品を得ることができる。
【００３９】
また、このような絞り込みを行うことにより、例えば図５に示すような、深絞り加工して得られる立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５を密封代（しろ）として用いる非水系電解質二次電池用のパッケージを製造する場合などに、原反利用率を従来の深絞り加工方法よりも飛躍的に向上することができる。この原反利用率の向上について、次に説明する。
【００４０】
図４は、本実施の形態の電池外装容器の加工装置を用いた加工によって得られる非水系電解質二次電池用のパッケージの一例を示したものである。また図５は、図４に示したパッケージに二次電池の内部構造物（巻回電極体）を収容して得られる非水系電解質二次電池の一例を示したものである。
【００４１】
この非水系電解質二次電池用のパッケージ５００は、例えば５３×３３［ｍｍ］、深さ３．５［ｍｍ］の立体成形部５０１が全体の半分よりも片側に寄せて設けられている。図５に示したように、その立体成形部５０１の中に、外部引き出し用の電極５０２ａ，５０２ｂを備えた内部構造物５０３を収容し、平坦部５０４と立体成形部５０１とが対面するようにパッケージ５００全体のほぼ中央部を折り曲げて、平坦部５０４と立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５とを接着または熱圧着するなどして（図示省略）、非水系電解質二次電池６００を得る。なお、このようなパッケージを製造する場合、深絞り加工して得られる立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５においては、ラミネート樹脂層の剥離や破損、芯材の破損、大きなしわなどが発生すると、製造された非水系電解質二次電池の信頼性を損なうことになる。
【００４２】
前述したように、従来の一般的な深絞り加工方法では、立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５でのしわや歪みの発生を完全に抑えることは困難であり、また立体成形部５０１にピンホールやクラックなどの損傷を発生させることなく加工を行うためには、広いフランジ部を設ける必要がある。特に矩形状に加工する場合は、ダイ穴６の四隅のコーナー部分で原反５に組成変形応力が集中するため、従来の一般的な加工方法では、そのコーナー部分から放射状に、図７に示すようにフランジ部５０５を含んで原反５上の広い面積に亘ってしわが発生する。またピンホール５７１や破断５７２が引き延ばし変形した部分などに発生する。このフランジ部５０５を密封代として用いる電池の場合には、電池の密封性に関して信頼性が得られないばかりか、そのしわや歪みを避けるために、例えば原反５をあらかじめ短冊状に切断しておき、それを電池外装容器の加工装置に供給して加工を行うようにしなければならない。この場合、利用されない部分５０６の面積の短冊全体に対する割合は４０〜５０［％］にもなる。これは換言すれば、原反利用率が５０〜６０［％］程度となるということであり、原反５の約半分が利用できないでスクラップとなってしまうことになる。
【００４３】
本実施の形態に係る電池外装容器の加工装置または加工方法によれば、立体成形部５０１にピンホールやクラックなどの損傷を発生させることなく、フランジ部５０５でのしわや歪みの発生を抑制することができるので、図６に一例を模式的に示したように、原反５をロールから帯状のまま電池外装容器の加工装置に供給し、連続して無駄が少なくかつピンホール欠陥等の発生のない深絞り加工を行うことができる。また、短冊状に切断された原反（図示省略）を深絞り加工した場合でも、やはり従来と比較して原反利用率の向上を達成することができる。
【００４４】
［実施例］
上記加工装置を用いた加工方法を行って、図３に示したようなシート厚（総厚）が約１００［μｍ］のアルミ・ラミネートフィルムを深絞り加工して電池外装容器を作製した。また、比較のために、押圧力（面圧）を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲外の値に設定した場合、およびプラグ速度（プラグ２の移動速度）を４．６〜６．０［ｍｍ／ｓ］の範囲外の値に設定した場合についても実験を行った。その結果を図８にまとめて示す。この実験の結果、押圧力を上記の範囲外の０．３２［ＭＰａ］にした場合には、絞りの深さ（換言すれば、外装容器の厚み）が５．８［ｍｍ］以上になると（このときプラグ速度は５．８［ｍｍ］／０．８［ｓ］＝７．２５［ｍｍ／ｓ］以上で、これも上記の範囲外となっている）、ピンホール欠陥が多発するようになった。絞りの深さが５．８［ｍｍ］の場合では、ピンホール欠陥１５０ショット中４ショットであった。また５．９［ｍｍ］の場合では、ピンホール欠陥が５０ショット中３ショットであった。また６．０［ｍｍ］の場合では、ピンホール欠陥が５０ショット中７ショットとなった。
【００４５】
しかし、押圧力を３．１ＫＮに設定した場合には、アルミ・ラミネートフィルムの総厚が６．０［ｍｍ］のときで、１２５０ショット中でも欠陥の発生は全くなかった。また、押圧力を２．６ＫＮに設定した場合には、総厚が６．４［ｍｍ］のときに１０ショット中で１ショットのみ欠陥の発生が見受けられたが、それ以外は欠陥の発生はなかった。また、押圧力をさらに下げて１．９ＫＮに設定したときには、例えば総厚が６．６［ｍｍ］の場合、５００ショット中でも１ショットも欠陥は発生しなかった、また、総厚が６．９［ｍｍ］の場合であっても１０ショット中で欠陥は１ショットも全く発生しなかった。これらの実験結果から、不可絞りの深さが４．０〜１０［ｍｍ］、さらに安全率を見込むならば４．０〜６．０［ｍｍ］であることを前提条件として、押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に、またプラグ速度を４．６〜６．０［ｍｍ／ｓ］の範囲内の値に、それぞれ設定することが望ましいということが確認された。
【００４６】
このように、本実施の形態の電池外装容器の加工装置およびそれを用いた加工方法によれば、深絞り加工して得られる立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５を密封代として用いる非水系電解質二次電池用のパッケージを製造する場合などに、電池の密閉性における信頼性を向上せしめることができ、かつ原反利用率を飛躍的に向上せしめることができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態では、ロール状に巻回されたアルミ・ラミネートフィルムを電池外装容器の加工装置に対して帯状に供給し、それに深絞り加工を施す加工方法を中心として詳述したが、この他にも、原反をあらかじめ短冊状に切断しておき、それを１片ずつ電池外装容器の加工装置に供給（装着）して加工するようにしてもよい。また、その原反としては、上記のようなアルミ・ラミネートフィルムの他にも、例えばステンレス系薄板やアルミニウム薄板のような金属板などを用いることも可能である。
【００４８】
また、プラグの機械的な力によって原反を絞り込むようにしたが、この他にも、例えば高圧の圧搾空気によって原反を絞り込むことや、いわゆる爆発成形法のような高エネルギ速度加工によって原反を絞り込むようにすることなども可能である。
【００４９】
また、上記加工方法または加工装置の用途（本発明によって作製できる加工品）としては、上述したような非水系電解質二次電池用のパッケージのみには限定されないことは言うまでもない。その他にも、例えば医薬品用の包装材や食品用の容器など、ピンホール欠陥や破断等の発生を回避することが強く要請されるような種々の用途向けの加工品を形成することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の電池外装容器の成形方法または請求項９記載の電池外装容器の成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグをダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むことで電池外装容器を成形するようにしたので、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、限界絞り比の高い立体的な成形が可能となると共に、原反利用率の向上を達成することが可能となる。
【００５１】
また、請求項２記載の電池外装容器の成形方法または請求項１０記載の電池外装容器の成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟み、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで電池外装容器を成形するようにしたので、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、限界絞り比の高い立体的な成形が可能となると共に、原反利用率の向上を達成することが可能となる。
【００５２】
また、請求項３記載の電池外装容器の成形方法または請求項１１記載の電池外装容器の成形装置では、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形するようにしたので、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、限界絞り比の高い立体的な成形が可能となると共に、原反利用率の向上を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池外装容器の加工装置の主要部の構成を表した図である。
【図２】ロール状の原反が供給される原反供給部と加工後のスクラップを巻き取るスクラップ巻取部とを含めた電池外装容器の加工装置の全体的な概要構成を表した図である。
【図３】原反のアルミ・ラミネートフィルムの概要構成を模式的に表した図である。
【図４】加工品の一例として、非水系電解質二次電池用のパッケージを表した図である。
【図５】図４に示したパッケージに二次電池の内部構造物を収容して得られる非水系電解質二次電池の、外装容器を密閉する前の状態を表した図である。
【図６】ロール状（帯状）の原反上での加工品の平面的な割り付けの一例を表した図である。
【図７】比較例として、従来の一般的な深絞り加工方法によって短冊状の原反に上記と同様の加工を行う場合の一例を表した図である。
【図８】実施例として本発明に係る加工装置を用いた加工を行った実験結果についてまとめて表した図である。
【符号の説明】
１…ダイ、２…プラグ、３…原反押え板、５…原反、５１…原反供給部、５２…スクラップ巻取部、５３…アルミ・ラミネートフィルム、１００…第１の領域、２００…第２の領域、５００…パッケージ
【発明の属する技術分野】
本発明は非水系電解質二次電池用パッケージのような電池外装容器の成形方法およびそれを具現化する電池外装容器の成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
深絞り加工は、例えばアルミニウム合金や銅系合金などの各種素材からなる板体状の原反を立体的に成形するための加工方法として用いられている。近年では、アルミニウム薄板と有機フィルムとをラミネートした、いわゆるアルミ・ラミネート原反などに深絞り加工を施して、例えば薬剤や食品の包装材や容器を製造することが行われている。また、このアルミ・ラミネート原反を深絞り加工する技術は、非水系電解質二次電池用のパッケージ（外装材）やその他の二次電池用パッケージを製造するための加工技術として用いられている。
【０００３】
深絞り加工は一般に、ダイ穴が設けられたダイと呼ばれる凹金型と、プラグまたはパンチと呼ばれる凸金型とを用いて、金属薄板などの板体状またはラミネートフィルムなどのシート状の原反を立体的に成形加工する技術である。さらに詳細には、深絞り加工では、ダイの平坦な表面に素材の原反を設置し、プラグとダイ穴との間に適度なクリアランスを保ちつつ、プラグによって原反をダイ穴に絞り込むことによって、原反を立体的な形状に塑性加工する。このとき、原反がダイの表面を滑るようにしておき、ダイ穴へと滑らかに絞り込まれて行くことができるようにする。このような深絞り加工では、絞り込みの際に原反がダイ穴の周囲からダイ穴に向かって流れ込みながら塑性変形するので、限界絞り比（ＬＤＲ；ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ）を高く取ることができ、立体的な容器等の成形が可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加工後にダイの表面に残っている原反のフランジ部分では、ダイ穴に原反が絞り込まれる際の塑性変形に伴う圧縮応力または引張応力が掛かることに起因して、ピンホール、しわ、歪みなどが生じる。
【０００５】
このようなしわや歪みなどの発生を完全に抑えるためには、しわ押え板を強固な押圧力で原反に押し付けることが必要となるので、その押圧力で絞り込みの際の原反の流れ込みが妨げられてしまい、あたかも張り出し加工のように、ダイ穴とプラグとの間のクリアランス内の狭い領域でのみ原反が大幅に引き延ばされて張り出し変形して、ピンホールを生じたり、甚だしくはラミネートフィルムを構成している（主に芯材として）アルミニウム箔が破断することとなる。
【０００６】
このため、しわや歪みなどの発生を完全に抑制しようとすると、原反を絞り加工して得られた包材や容器にはピンホールや顕著なクラックあるいは強い残留応力が発生し、限界絞り比の高い立体的な成形を実現することができなくなる。
【０００７】
特に、ロール状のアルミ・ラミネートフィルムなどを原反として用いて、その長手方向に一定間隔ごとに深絞り加工を行って、１巻のロールからできるだけ多数個の非水系電解質二次電池用パッケージを製造するために、原反上での加工品の平面的な割り付けの間隔を可能な限り短くして原反利用率を向上することが要請される。
【０００８】
しかしながら、従来の深絞り加工を用いてそのような深絞り加工を行った場合、上述のように張り出し加工のように原反押え板を余りにも強固な押圧力でアルミ・ラミネート原反に押し付けて、フランジ部分のしわや歪みや成形のエッジの鈍りを完全に抑えようとすると、上述したように、絞り込みの際に張り出し加工のように強い張り出し変形応力が狭い領域内に集中して、その部分でピンホール欠陥、ラミネーション剥離、破断などか生じることとなる。このため、絞り比の高い、深い立体成形を行うこと自体ができなくなる。
【０００９】
また、原反押え板を用いなければ、原反のフランジ部分の広い領域に亘ってしわや歪みが波及するので、その部分が利用できなくなり、しかも原反が帯状の連続体であるため、しわや歪みの波及は短冊状の原反の場合よりもさらに助長されてしまうこととなり、原反利用率を向上することがさらに困難である。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、限界絞り比の高い立体的な成形が可能であると共に、原反利用率の向上を達成することを可能とする電池外装容器の成形方法および電池外装容器の成形装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の電池外装容器の成形方法は、ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反を配置し、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグのダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形するにあたり、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んでダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを前記ダイ穴へと嵌入動作させて、原反をダイ穴に絞り込むというものである。
【００１２】
本発明による第２の電池外装容器の成形方法は、ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反を配置し、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグのダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形するにあたり、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓ（ミリメートル毎秒）の速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むというものである。
【００１３】
本発明による第３の電池外装容器の成形方法は、ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムラミネートしてなる原反を配置し、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグのダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な外装容器を成形するにあたり、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んでダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むというものである。
【００１４】
本発明による第１の電池外装容器の成形装置は、ダイ穴が設けられたダイと、ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、ダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、原反を、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグをダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むことで電池外装容器を成形するように設定されている。
【００１５】
本発明による第２の電池外装容器の成形装置は、ダイ穴が設けられたダイと、ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、ダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形するように設定されている。
【００１６】
本発明による第３の電池外装容器の成形装置は、ダイ穴が設けられたダイと、ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、ダイ穴への嵌入動作によって原反をダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形するように設定されている。
【００１７】
本発明による第１の電池外装容器の成形方法または成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグをダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むことで電池外装容器を成形する。このように適切な押圧力で原反を押えて成形加工することにより、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、電池外装容器が成形される。
【００１８】
本発明による第２の電池外装容器の成形方法または成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形する。このように適切な速度でプラグを動かして原反を成形加工することにより、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、電池外装容器が成形される。
【００１９】
本発明による第３の電池外装容器の成形方法または成形装置では、上記の第１の電池外装容器の成形方法または成形装置による手法と第２の電池外装容器の成形方法または成形装置による手法とを、共に一つの成形加工工程で行う。すなわち、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形する。このように適切な押圧力で原反を押えながら適切な速度でプラグを動かして原反を成形加工することにより、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にもしわや歪み等を発生させることなく、電池外装容器が成形される。
【００２０】
なお、上記の原反は、アルミニウム箔を芯材としその表裏に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミラミネートフィルムであるものなどが好適である。
【００２１】
また、上記の原反は、ロール状または短冊状のものであることが、大量生産等の生産性向上の観点から望ましい。そのうちでも、原反がロール状のものであり、当該原反に対して複数ショットの深絞り加工を連続的に行うようにすることが特に望ましい。
【００２２】
また、成形加工してなる外装容器に収容される電池（起電力を発生させる装置としての巻回電極体などのような電池本体）としては、非水系電解質二次電池が好適である。これは、本発明による加工方法または加工装置によって得られる電池外装容器が、ピンホールや破断などのような気密性（あるいは水密性）を著しく損なう欠陥であるピンホールや破断等の欠陥を生じることを効果的に防ぐことが可能なものだからである。
【００２３】
また、上記の深絞り加工の深さとしては、４ｍｍ（ミリメートル）以上１０ｍｍ以下が特に好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電池外装容器の加工装置の主要部の構成を表したものである。また図２は、ロール状の原反が供給される原反供給部と加工品を打ち抜いた後のスクラップを巻き取るスクラップ巻取部とを含めた電池外装容器の加工装置の全体的な概要構成を表したものである。なお、本発明に係る電池外装容器の加工方法は、この電池外装容器の加工装置の動作あるいは作用によって具現化されるものであるから、以下、それらを併せて説明する。
【００２６】
この電池外装容器の加工装置は、ダイ（下型とも呼ばれる）１と、プラグ（絞りパンチとも呼ばれる）２と、原反押え板（上型とも呼ばれる）３とを、その主要部として備えており、帯状（ロール状）または短冊状のアルミ・ラミネートフィルムなどが原反５として供給され、その原反５をプラグ２でダイ穴６に絞り込んで立体的な成形を行うことにより、非水系電解質二次電池用のパッケージ５００などの加工品を得ることができるようにしたものである。
【００２７】
ダイ１は、適度なクリアランスを保ちつつプラグ２が嵌入される、平面形がほぼ矩形のダイ穴６が設けられている。このダイ１の表面に、例えばアルミ・ラミネートフィルムのような加工対象の原反５が設置され、さらにその上に原反押え板３および原反押え板３が対向配置される。ダイ穴６の平面形は、その四隅の角（コーナー部分）に適度なＲ（曲率半径）の曲線部が設けられており、そのＲによって、塑性加工時の応力集中が緩和されると共に、深絞り加工して得られたパッケージ５００のコーナー部分が曲面に形成される。
【００２８】
このダイ１の表面におけるダイ穴６の周囲の所定領域では、原反５が、原反押え板３とダイ１の平面（平坦な表面）との間に挟まれて、後述するように適度な圧力で押圧されるように設定されていて、原反５の滑りを適度に許容すると共に深絞りに伴うしわの発生が抑えられる。この所定領域としては、原反５を絞り込む際の圧縮応力または引張応力や歪みを適切に分散させてクラックや形状不良が発生しないようにするための必要十分な広さに設定することが望ましい。
【００２９】
ダイ１の表面は、平滑化処理が施されて、原反５の滑りを良好なものとする仕上げとなっている。また、ダイ穴６の稜線部６１には適度な曲面状に形成されており、原反５を滑らかにダイ穴６へと流れ込むようにしている。
【００３０】
プラグ２は、適度なクリアランスを保ちつつダイ穴６に嵌入される外形寸法に形成された、ほぼ棒状の凸金型である。プラグ２の図中下端の稜線部２１は適度な曲面状に形成されており、プラグ２の下端面と側端面との間での原反５の滑りを良好なものとすると共に、深絞り加工して得られた加工品の稜線部分を曲面状に形成することができるようにしている。このプラグ２の表面での原反５の滑りを良好なものとするために、上述のダイ１と同様に平滑化処理が施されている。このプラグ２は、図示しない油圧プレスマシン等によって、４．６〜６．０［ｍｍ／ｓ］（ミリメートル毎秒）の移動速度で、かつ所定の推進力で、原反５をダイ穴６へと絞り込むように動かされる。
【００３１】
原反押え板３は、原反５の適切な滑りを許容すると共にしわの発生を抑止する適度な圧力として、１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内のいずれかの値の押圧力で原反５に押圧されて、ダイ１の表面上での原反５の滑りを許容すると共に、そのときの原反５の塑性変形に伴うしわの発生を抑えるものである。この原反押え板３の表面も、ダイ１の表面と同様になっており、原反押え板３の表面での原反５の滑りをさらに良好なものとしている。
【００３２】
次に、この電池外装容器の加工装置の作用について、アルミラミネートフィルムを不可絞り加工する場合を一例として説明する。
【００３３】
図２は、ロール状の原反が供給される原反供給部および加工後のスクラップを巻き取るスクラップ巻取部とを含めた電池外装容器の加工装置の全体的な概要構成を示したものである。原反供給部５１に格納されているロールからアルミ・ラミネートフィルムが帯状に原反５として繰り出されて、図２に点線で示した電池外装容器の加工装置の主要部１０に供給される。原反５の先端はスクラップ巻取部５２に巻き取られるように設定されている。原反５としては、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の少なくとも一面に、熱可塑性樹脂フィルム（例えば、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリオレフィン樹脂、またはこれらをマレイン酸などの酸で変性させたフィルム等）を積層しラミネートした、総厚数１０ないし数１００［μｍ］（ミクロン）のものなどが用いられる。ここで言うアルミニウムまたはアルミニウム合金とは、純アルミニウム系、アルミニウム−マンガン合金（３０００系）、アルミニウム−マグネシウム合金（５０００系）などが挙げられるが、その他の合金系も適用可能である。また、上記の熱可塑性樹脂フィルムとしては、二軸延伸されたものが、より好適である。一例を挙げると、アルミ・ラミネートフィルム５３としては、例えば図３に示したように、厚さ４０［μｍ］の厚さの純アルミニウム（１Ｎ３０）からなるアルミ箔５４を芯材として、その表裏に、厚さ２５［μｍ］のナイロンフィルム５５と厚さ３０［μｍ］のポリプロピレンフィルム５６とを、それぞれ接着剤層５７ａ，５７ｂを介してラミネートした、シート厚が約１００［μｍ］のものなどが用いられる。
【００３４】
電池外装容器の加工装置の主要部１０では、未加工の原反５が供給されると、それを原反押え板３とダイ１の表面との間に例えば０．１８［ＭＰａ］の強い押圧力を印加しながら挟持させる。
【００３５】
このように原反押え板３とダイ１の表面との間に未加工の原反５を所定の押圧力で挟持させた状態にした後、プラグ２を例えば６［ｍｍ／ｓ］の下降速度で、例えば６［ｍｍ］のような所定のストロークまで押し下げて行くと、このプラグ２の動きによって、原反５がダイ穴６へと絞り込まれる。このとき、原反押え板３とダイ１の表面との間に挟持された部分よりも内側、すなわちダイ穴６に絞り込まれて行く部分では、その広い面積の全体での塑性変形とダイ穴６への原反５の流れ込みとを伴った絞り込みが行われると共に、その際の張り出し塑性変形による応力やそれを主要因とした歪みも広い面積に亘って適度に分散されることとなる。しかもこのとき、原反５の表面に接するダイ１、プラグ２、原反押え板３のそれぞれの表面は鏡面仕上げとなっているので、原反５の滑りをさらに良好なものとすることができる。なお、プラグ２の移動（下降）速度が４．６［ｍｍ／ｓ］よりも小さい場合や６［ｍｍ／ｓ］よりも大きい場合には、ダイ穴６に向かっての原反５の滑り込み（滑らかな絞り込み）が十分には行われず、ピンホールやクラックが発生しやすくなる。また、プラグ２を押し下げるストローク（深絞り加工の深さ）は、芯材であるアルミ箔５４の厚さにもよるが、好ましくは６［ｍｍ］以内、あるいは可能性としてはさらに１０［ｍｍ］以内程度までが可能である。
【００３６】
このようにして深絞り加工を行った後、図示しないプレス打ち抜き装置などによって帯状の原反５から所定の外形寸法を打ち抜いて、例えば非水系電解質二次電池用のパッケージ５００を得る。
【００３７】
なお、絞り込みの際のプラグ２とダイ穴６とのクリアランスは、例えば原反５の厚さの１．５〜３倍の寸法とすることにより、厚さ分布変化の少ない加工を行うことができる。また、原反押え板３とプラグ２とのクリアランスは、例えば０．５〜２［ｍｍ］の範囲内の寸法に設定すればよい。
【００３８】
このような本実施の形態に係る電池外装容器の加工装置の動作によれば、第２の領域２００で原反５をダイ１の表面に固定しながら絞り込みを行っても、その加工時にラミネーション剥離や破損が発生したり、加工後に大きな応力が残留したりクラックが生じたりすることなく、十分に深い絞り加工を行って、良好な立体形状の加工品を得ることができる。
【００３９】
また、このような絞り込みを行うことにより、例えば図５に示すような、深絞り加工して得られる立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５を密封代（しろ）として用いる非水系電解質二次電池用のパッケージを製造する場合などに、原反利用率を従来の深絞り加工方法よりも飛躍的に向上することができる。この原反利用率の向上について、次に説明する。
【００４０】
図４は、本実施の形態の電池外装容器の加工装置を用いた加工によって得られる非水系電解質二次電池用のパッケージの一例を示したものである。また図５は、図４に示したパッケージに二次電池の内部構造物（巻回電極体）を収容して得られる非水系電解質二次電池の一例を示したものである。
【００４１】
この非水系電解質二次電池用のパッケージ５００は、例えば５３×３３［ｍｍ］、深さ３．５［ｍｍ］の立体成形部５０１が全体の半分よりも片側に寄せて設けられている。図５に示したように、その立体成形部５０１の中に、外部引き出し用の電極５０２ａ，５０２ｂを備えた内部構造物５０３を収容し、平坦部５０４と立体成形部５０１とが対面するようにパッケージ５００全体のほぼ中央部を折り曲げて、平坦部５０４と立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５とを接着または熱圧着するなどして（図示省略）、非水系電解質二次電池６００を得る。なお、このようなパッケージを製造する場合、深絞り加工して得られる立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５においては、ラミネート樹脂層の剥離や破損、芯材の破損、大きなしわなどが発生すると、製造された非水系電解質二次電池の信頼性を損なうことになる。
【００４２】
前述したように、従来の一般的な深絞り加工方法では、立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５でのしわや歪みの発生を完全に抑えることは困難であり、また立体成形部５０１にピンホールやクラックなどの損傷を発生させることなく加工を行うためには、広いフランジ部を設ける必要がある。特に矩形状に加工する場合は、ダイ穴６の四隅のコーナー部分で原反５に組成変形応力が集中するため、従来の一般的な加工方法では、そのコーナー部分から放射状に、図７に示すようにフランジ部５０５を含んで原反５上の広い面積に亘ってしわが発生する。またピンホール５７１や破断５７２が引き延ばし変形した部分などに発生する。このフランジ部５０５を密封代として用いる電池の場合には、電池の密封性に関して信頼性が得られないばかりか、そのしわや歪みを避けるために、例えば原反５をあらかじめ短冊状に切断しておき、それを電池外装容器の加工装置に供給して加工を行うようにしなければならない。この場合、利用されない部分５０６の面積の短冊全体に対する割合は４０〜５０［％］にもなる。これは換言すれば、原反利用率が５０〜６０［％］程度となるということであり、原反５の約半分が利用できないでスクラップとなってしまうことになる。
【００４３】
本実施の形態に係る電池外装容器の加工装置または加工方法によれば、立体成形部５０１にピンホールやクラックなどの損傷を発生させることなく、フランジ部５０５でのしわや歪みの発生を抑制することができるので、図６に一例を模式的に示したように、原反５をロールから帯状のまま電池外装容器の加工装置に供給し、連続して無駄が少なくかつピンホール欠陥等の発生のない深絞り加工を行うことができる。また、短冊状に切断された原反（図示省略）を深絞り加工した場合でも、やはり従来と比較して原反利用率の向上を達成することができる。
【００４４】
［実施例］
上記加工装置を用いた加工方法を行って、図３に示したようなシート厚（総厚）が約１００［μｍ］のアルミ・ラミネートフィルムを深絞り加工して電池外装容器を作製した。また、比較のために、押圧力（面圧）を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲外の値に設定した場合、およびプラグ速度（プラグ２の移動速度）を４．６〜６．０［ｍｍ／ｓ］の範囲外の値に設定した場合についても実験を行った。その結果を図８にまとめて示す。この実験の結果、押圧力を上記の範囲外の０．３２［ＭＰａ］にした場合には、絞りの深さ（換言すれば、外装容器の厚み）が５．８［ｍｍ］以上になると（このときプラグ速度は５．８［ｍｍ］／０．８［ｓ］＝７．２５［ｍｍ／ｓ］以上で、これも上記の範囲外となっている）、ピンホール欠陥が多発するようになった。絞りの深さが５．８［ｍｍ］の場合では、ピンホール欠陥１５０ショット中４ショットであった。また５．９［ｍｍ］の場合では、ピンホール欠陥が５０ショット中３ショットであった。また６．０［ｍｍ］の場合では、ピンホール欠陥が５０ショット中７ショットとなった。
【００４５】
しかし、押圧力を３．１ＫＮに設定した場合には、アルミ・ラミネートフィルムの総厚が６．０［ｍｍ］のときで、１２５０ショット中でも欠陥の発生は全くなかった。また、押圧力を２．６ＫＮに設定した場合には、総厚が６．４［ｍｍ］のときに１０ショット中で１ショットのみ欠陥の発生が見受けられたが、それ以外は欠陥の発生はなかった。また、押圧力をさらに下げて１．９ＫＮに設定したときには、例えば総厚が６．６［ｍｍ］の場合、５００ショット中でも１ショットも欠陥は発生しなかった、また、総厚が６．９［ｍｍ］の場合であっても１０ショット中で欠陥は１ショットも全く発生しなかった。これらの実験結果から、不可絞りの深さが４．０〜１０［ｍｍ］、さらに安全率を見込むならば４．０〜６．０［ｍｍ］であることを前提条件として、押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に、またプラグ速度を４．６〜６．０［ｍｍ／ｓ］の範囲内の値に、それぞれ設定することが望ましいということが確認された。
【００４６】
このように、本実施の形態の電池外装容器の加工装置およびそれを用いた加工方法によれば、深絞り加工して得られる立体成形部５０１の周囲のフランジ部５０５を密封代として用いる非水系電解質二次電池用のパッケージを製造する場合などに、電池の密閉性における信頼性を向上せしめることができ、かつ原反利用率を飛躍的に向上せしめることができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態では、ロール状に巻回されたアルミ・ラミネートフィルムを電池外装容器の加工装置に対して帯状に供給し、それに深絞り加工を施す加工方法を中心として詳述したが、この他にも、原反をあらかじめ短冊状に切断しておき、それを１片ずつ電池外装容器の加工装置に供給（装着）して加工するようにしてもよい。また、その原反としては、上記のようなアルミ・ラミネートフィルムの他にも、例えばステンレス系薄板やアルミニウム薄板のような金属板などを用いることも可能である。
【００４８】
また、プラグの機械的な力によって原反を絞り込むようにしたが、この他にも、例えば高圧の圧搾空気によって原反を絞り込むことや、いわゆる爆発成形法のような高エネルギ速度加工によって原反を絞り込むようにすることなども可能である。
【００４９】
また、上記加工方法または加工装置の用途（本発明によって作製できる加工品）としては、上述したような非水系電解質二次電池用のパッケージのみには限定されないことは言うまでもない。その他にも、例えば医薬品用の包装材や食品用の容器など、ピンホール欠陥や破断等の発生を回避することが強く要請されるような種々の用途向けの加工品を形成することも可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の電池外装容器の成形方法または請求項９記載の電池外装容器の成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグをダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込むことで電池外装容器を成形するようにしたので、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、限界絞り比の高い立体的な成形が可能となると共に、原反利用率の向上を達成することが可能となる。
【００５１】
また、請求項２記載の電池外装容器の成形方法または請求項１０記載の電池外装容器の成形装置では、原反をダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟み、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで電池外装容器を成形するようにしたので、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、限界絞り比の高い立体的な成形が可能となると共に、原反利用率の向上を達成することが可能となる。
【００５２】
また、請求項３記載の電池外装容器の成形方法または請求項１１記載の電池外装容器の成形装置では、ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、ダイの表面と原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度でダイ穴へと嵌入動作させて原反をダイ穴に絞り込んで、電池外装容器を成形するようにしたので、ピンホールや破断を生じることなく、かつその前後の原反にも、しわや歪み等を発生させることなく、限界絞り比の高い立体的な成形が可能となると共に、原反利用率の向上を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電池外装容器の加工装置の主要部の構成を表した図である。
【図２】ロール状の原反が供給される原反供給部と加工後のスクラップを巻き取るスクラップ巻取部とを含めた電池外装容器の加工装置の全体的な概要構成を表した図である。
【図３】原反のアルミ・ラミネートフィルムの概要構成を模式的に表した図である。
【図４】加工品の一例として、非水系電解質二次電池用のパッケージを表した図である。
【図５】図４に示したパッケージに二次電池の内部構造物を収容して得られる非水系電解質二次電池の、外装容器を密閉する前の状態を表した図である。
【図６】ロール状（帯状）の原反上での加工品の平面的な割り付けの一例を表した図である。
【図７】比較例として、従来の一般的な深絞り加工方法によって短冊状の原反に上記と同様の加工を行う場合の一例を表した図である。
【図８】実施例として本発明に係る加工装置を用いた加工を行った実験結果についてまとめて表した図である。
【符号の説明】
１…ダイ、２…プラグ、３…原反押え板、５…原反、５１…原反供給部、５２…スクラップ巻取部、５３…アルミ・ラミネートフィルム、１００…第１の領域、２００…第２の領域、５００…パッケージ
Claims (16)
- ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反を配置し、前記ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグの前記ダイ穴への嵌入動作によって前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形するにあたり、
前記原反を、前記ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで前記ダイの表面と前記原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、前記プラグを前記ダイ穴へと嵌入動作させて前記原反を前記ダイ穴に絞り込む
ことを特徴とする電池外装容器の成形方法。 - ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反を配置し、前記ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグの前記ダイ穴への嵌入動作によって前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形するにあたり、
前記原反を、前記ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、前記プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度で前記ダイ穴へと嵌入動作させて前記原反を前記ダイ穴に絞り込む
ことを特徴とする電池外装容器の成形方法。 - ダイ穴が設けられたダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムラミネートしてなる原反を配置し、前記ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグの前記ダイ穴への嵌入動作によって前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで、外形が略偏平な電池を収容可能な外装容器を成形するにあたり、
前記原反を、前記ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで前記ダイの表面と前記原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、前記プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度で前記ダイ穴へと嵌入動作させて前記原反を前記ダイ穴に絞り込む
ことを特徴とする電池外装容器の成形方法。 - 前記原反が、アルミニウム箔を芯材としその表裏に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミラミネートフィルムである
ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形方法。 - 前記原反が、ロール状または短冊状のものである
ことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形方法。 - 前記原反がロール状のものであり、当該原反に対して複数ショットの深絞り加工を連続的に行う
ことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形方法。 - 前記電池が、非水系電解質二次電池である
ことを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形方法。 - 前記深絞りの深さが、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形方法。 - ダイ穴が設けられたダイと、前記ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、前記ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、前記ダイ穴への嵌入動作によって前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、
前記原反を、前記ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、前記ダイの表面と前記原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、前記プラグを前記ダイ穴へと嵌入動作させて前記原反を前記ダイ穴に絞り込むことで前記電池外装容器を成形するように設定されている
ことを特徴とする電池外装容器の成形装置。 - ダイ穴が設けられたダイと、前記ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、前記ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、前記ダイ穴への嵌入動作によって前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、
前記原反を、前記ダイの表面と、当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、前記プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度で前記ダイ穴へと嵌入動作させて前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで、前記電池外装容器を成形するように設定されている
ことを特徴とする電池外装容器の成形装置。 - ダイ穴が設けられたダイと、前記ダイの表面に、金属箔の表裏両面に有機フィルムをラミネートしてなる原反が配置された状態で、前記ダイ穴に嵌入可能に設けられたプラグとを有しており、前記ダイ穴への嵌入動作によって前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで外形が略偏平な電池を収容可能な電池外装容器を成形する電池外装容器の成形装置であって、
前記ダイの表面と当該ダイの表面に対向する原反押え板との間に挟んで、前記ダイの表面と前記原反押え板との間での押圧力を１．９ＫＮ以上３．６ＫＮ以下の範囲内の値に保ちながら、前記プラグを４．６ないし６．０ｍｍ／ｓの速度で前記ダイ穴へと嵌入動作させて前記原反を前記ダイ穴に絞り込んで、前記電池外装容器を成形するように設定されている
ことを特徴とする電池外装容器の成形装置。 - 前記原反が、アルミニウム箔を芯材としその表裏に熱可塑性樹脂フィルムを積層したアルミラミネートフィルムである
ことを特徴とする請求項９ないし１１のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形装置。 - 前記原反が、ロール状または短冊状のものである
ことを特徴とする請求項９ないし１２のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形装置。 - 前記原反がロール状のものであり、当該原反に対して複数ショットの深絞り加工を連続的に行う
ことを特徴とする請求項９ないし１３のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形装置。 - 前記電池が、非水系電解質二次電池である
ことを特徴とする請求項９ないし１４のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形装置。 - 前記深絞りの深さが、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項９ないし１５のうちいずれか１つの項に記載の電池外装容器の成形装置。
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