JP6463925B2 - 二次電池ケースを製造するための後方衝撃押出装置およびこれを用いた二次電池ケースの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池ケースを製造するための後方衝撃押出装置およびこれを用いた二次電池ケースの製造方法に関するものである。

二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に用いられ、大容量の電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く用いられている。

また、１つの大容量電池モジュールは、通常、直列に連結される複数の二次電池からなり、二次電池の形状は、円筒形や角形などとなる。

このような二次電池は、通常、金属材の円筒形または角形のケースを有する。従来は、ディープドローイング（Ｄｅｅｐ Ｄｒａｗｉｎｇ）工程によって金属材のケースを形成したが、ディープドローイング工程においては多数のドローイング過程が必要であるので、生産コストが高く、生産工程に掛かる時間が長くなる問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、二次電池ケースの生産性を向上させ、不良率を減少させることにある。

本発明に係る後方衝撃押出装置は、二次電池ケースの製造のための後方衝撃押出装置において、一つの面の縁部からその面に平行な方向に突出したランド部を有するパンチと、パレットが挿入される溝が形成されたダイスとを含み、前記パレットに対向する前記溝の壁面は、中央部が側端部よりも高く形成される。

前記ダイスには、突出した摩擦突起が形成され、前記摩擦突起は、対向する壁面上に形成されるとよく、前記溝は、前記壁面に平行な面内で、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、前記摩擦突起は、長辺を有する前記壁面上に位置することができる。

また、前記摩擦突起は、前記長辺を有する前記壁面の中央部に位置することができ、前記摩擦突起は、前記壁面に垂直な面内で、四角形、弧形、または三角形の縦断面を有するように形成されるとよい。

前記ダイスの長辺を有する前記壁面には、複数の摩擦突起が長辺の長さ方向に沿って離隔配置されるとよく、前記パンチは、ランド部と、前記ランド部から前記パレットに対向する方向に対し反対の方向へ形成された柱部と、を含み、前記柱部には、前記ランド部から延在する前記柱部の長さ方向に連結された案内突起が形成されるとよい。

前記案内突起は、前記ランド部から前記柱部の上端まで連結されて形成されるとよく、前記柱部の横断面は、長辺および短辺を有する四角形からなり、前記案内突起は、長辺を有する側面に位置することができる。

前記案内突起は、前記長辺の中央部に位置することができ、前記案内突起は、前記摩擦突起の幅よりも大きい幅を有するように形成されるとよい。また、前記パンチが前記溝に挿入される場合、前記案内突起と前記摩擦突起とは、互いに対向するように配置されるとよい。

本発明の他の態様にかかる二次電池ケースの製造方法は、ダイスに形成された溝にパレットを挿入する段階と、パンチを用いて前記パレットに衝撃を与えて押出する段階と、を含み、前記押出する段階は、前記ダイスの壁面から突出するように形成された摩擦突起と前記パンチの高さ方向に連結された案内突起との間に金属を移動させて押出する。

前記溝は、前記ダイスの壁面に平行な面内で、長辺および短辺を有する四角形の横断面を有し、前記摩擦突起は、前記溝の長辺を有する側面に位置し、前記パンチは、長辺および短辺を有する四角形の横断面を有し、前記案内突起は、前記パンチの長辺を有する壁面に位置することができる。また、前記案内突起は、前記摩擦突起の幅よりも大きい幅を有するように形成されるとよい。

本発明によれば、溝の壁面は、中央部が側端部よりも高く形成されるため、長辺側において摩擦力を増加させて、後方押出時に均一な引張力を付与することができる。

また、摩擦突起および案内突起を形成することで長辺側において摩擦力を増加させて、不良を減少させ、より安定的に二次電池ケースを製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る後方衝撃押出装置を示した分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る後方衝撃押出装置を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造された二次電池のケースを示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る後方押出装置を用いて製造されるケースに発生した有効ひずみをシミュレーションして示した図である。 本発明の第２実施形態に係る後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現可能であり、以下に説明する実施形態に限定されない。そして、本明細書および図面において、同一の符号は同一の構成要素を表す。

図１は、本発明の第１実施形態に係る後方衝撃押出装置を示した分解斜視図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る後方衝撃押出装置を示した正面図である。

図１および図２を参照して説明すれば、本第１実施形態にかかる後方衝撃押出装置は、一つの面（先端）の縁部からその面に平行な方向（側方向）に突出したランド部２１を有するパンチ２０と、パレット１１０が挿入される溝１２が形成されたダイス１０とを含む。

パンチ２０は、棒形状からなり、角柱形状からなるとよい。パンチ２０は、ランド部２１と、ランド部２１から連結されて形成された柱部２２と、を含む。なお、以下の説明では、パンチにおいて、ランド部を有する側の面を柱部の「下面」とし、対向する面を柱部の「上面」とする。また下面から上面への方向／またはその逆の方向を、パンチの高さ方向（押出方向）とする。柱部２２の下面と上面の間にある側面のうち、対向する２つの側面上には、パンチ２０の高さ方向に延在する案内突起２３が形成される。

柱部２２の横断面は、長辺および短辺を有する長方形からなるとよい。ランド部２１は、パンチ２０の外周囲に沿って連結されて突出し、柱部２２の横断面積よりも大きい横断面積を有する。

案内突起２３は、柱部２２の側面から外側に向けて突出するように形成されるとともに、ランド部２１から柱部２２の上端まで連結されるように形成される。また、案内突起２３は、柱部の長辺を有する側面から突出し、２つの案内突起２３が、柱部２２の長辺を有する２つの側面にそれぞれ位置する。また、案内突起２３は、長辺中央部に位置することができる。案内突起２３の突出した厚さと、ランド部２１の突出した厚さとは同一になるとよい。

一方、ダイス１０には、パレット１１０が挿入される溝１２が、形成される。溝１２をなす壁面１４には、摩擦突起１３が形成される。摩擦突起１３は、壁面１４から上方に向けて突出するように形成され、壁面１４の厚さと同一の厚さを有するように形成されるとよい。摩擦突起１３の形成によって、溝１２の壁面１４は、中央部分が側端部よりも高く形成される。溝１２は、壁面１４に対し平行な面内において、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、摩擦突起１３は、長辺を有する壁面１４上に位置する。

摩擦突起１３は、長辺を有する壁面１４の中央に位置するが、２つの摩擦突起１３が、ダイス１０において、対向する壁面１４上に位置する。摩擦突起１３は、長方形の縦断面を有するように形成され、パンチ２０が溝１２に挿入される場合、摩擦突起１３は、前記案内突起２３に対向する。

一方、案内突起２３は、壁面１４の長辺方向において、摩擦突起１３の幅よりも大きい幅を有するように形成されるとよく、案内突起２３の幅Ｗ２は、摩擦突起１３の幅Ｗ１の１．０１倍〜１．２倍の大きさに形成されるとよい。

溝１２には、ケース４０を製造するための金属材パレット１１０が挿入され、金属材パレット１１０を挿入した状態でパンチ２０で衝撃を加えると、図３に示された角形のケース４０を得ることができる。

本実施形態にかかる後方衝撃押出装置を用いた二次電池ケースの製造方法は、ダイス１０に形成された溝１２にパレット１１０を挿入する段階と、パンチ２０を用いてパレット１１０に衝撃を与えて押出する段階と、を含む。そして、押出する段階は、ダイス１０の壁面１４から突出形成された摩擦突起１３とパンチ２０の高さ方向に連結された案内突起２３との間で金属を移動させて押出する。

また、押出する段階は、パンチ２０の下部の長辺側部では摩擦突起１３と案内突起２３との間で、パレット１１０を材料とする金属を移動させるが、パンチの上部では金属を案内突起２３と接触させながら移動させる。

本実施形態のように摩擦突起１３が形成されると、パンチ２０の長辺側部においてパレット１１０に作用する摩擦力および引張応力を増加させることができる。長辺側部では、短辺側部よりも相対的に角部との間隔が大きいため、短辺側部に比べて作用する引張応力が小さい。これによって、長辺側部において流動する金属の移動速度は相対的に大きくなるので、金属にシワが発生し、さらに上部が突出する変形が発生する。

しかし、本実施形態のように、ダイス１０に摩擦突起１３を形成し、パンチ２０に案内突起２３を形成すると、パンチ２０の長辺側部では、金属が案内突起２３と摩擦突起１３との間で流動するため、流動する金属に作用する摩擦力と引張応力を増加させることができる。また、摩擦突起１３の上部では、案内突起２３が、流動する金属に摩擦力を付与するため、上部に進行する流動する金属に対しても摩擦力を作用させることができる。

つまり、本実施形態によれば、流動する金属に対し、パンチ２０の下部では摩擦力を上部より大きく付与しながら、長辺の上部まで摩擦力を付与することができるため、長辺と短辺との長さの差が大きい場合であっても、所望の形状を有するケースを製作することができる。

図４は、本発明の第１実施形態にかかる後方押出装置を用いて製造されたケースに発生した有効ひずみをシミュレーションして示した図である。

図４に示されているように、ケースの長辺側部および短辺側部でのひずみが均一であることを確認することができ、押出方向に対し平行なケースの高さ方向にもひずみが均一であることを確認することができる。

図５は、本発明の第２実施形態にかかる後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。

図５を参照して説明すると、本実施形態にかかる後方衝撃押出装置は、一つの面（先端）の縁部からその面に平行な方向（側方向）に突出したランド部１２１を有するパンチ１２０と、パレット１１０が挿入される溝５２が形成されたダイス５０と、を含む。

パンチ１２０は、棒形状からなり、角柱形状からなるとよい。パンチ１２０は、ランド部１２１と、ランド部１２１から連結されて形成された柱部１２２と、を含む。柱部１２２には、パンチ１２０の高さ方向に延在するように連結された案内突起１２３が形成される。

案内突起１２３は、柱部１２２の側面から外側に向けて突出するように形成されるとともに、柱部１２２の高さ方向に連結されて形成される。案内突起１２３の上端には、上方に向けて突出した突出部１２３ａが形成されるとともに、突出部１２３ａは、弧形の縦断面を有する。これにより、案内突起１２３は、幅方向の中央部が側端部よりも高く形成される。

また、案内突起１２３は、柱部の長辺を有する側面から突出し、２つの案内突起１２３が柱部１２２の長辺を有する２つの側面にそれぞれ位置する。また、案内突起１２３は、長辺の中央部に位置することができる。

ダイス５０には、パレットが挿入される溝５２が形成される。溝５２をなす壁面のうち、挿入されるパレット１１０に対し対向する壁面５４には、摩擦突起５３が形成される。摩擦突起５３は、壁面５４から高さ方向に突出するように形成され、壁面５４の厚さと同一の厚さを有するように形成されるとよい。溝５２は、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、摩擦突起５３は、長辺を有する壁面１４上に位置する。

摩擦突起５３は、長辺を有する壁面５４の中央に位置するとともに、２つの摩擦突起５３がダイス５０において平行する壁面５４上に位置する。摩擦突起５３は、長辺の中央部が側端部より高く形成され、壁面５４に垂直な面内において、弧形の縦断面を有するように形成される。

パレット１１０を材料とする、流動する金属に作用する摩擦力および引張応力は長辺部の中央部分が最も小さいが、前記のように、突出部１２３ａと摩擦突起５３とを弧形の縦断面を有するように形成することによって、長辺部の中央部分に相対的に大きい摩擦力および引張応力を付与して、流動する金属全体に均一な摩擦力および引張応力を付与することができる。

図６は、本発明の第３実施形態にかかる後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。

図６を参照して説明すると、本実施形態にかかる後方衝撃押出装置は、一つの面（先端）の縁部からその面に平行な方向（側方向）に突出したランド部１３１を有するパンチ１３０と、パレット１１０が挿入される溝６２が形成されたダイス６０とを含む。

パンチ１３０は、棒形状からなり、角柱形状からなるとよい。パンチ１３０は、ランド部１３１と、ランド部１３１から連結されて形成された柱部１３２と、を含む。柱部１３２の側面のうち、対向する２つの側面上には、パンチ１３０の高さ方向に連結されるように延在する案内突起１３３が形成される。

案内突起１３３は、柱部１３２の側面から外側に向けて突出するように形成されるとともに、柱部１３２の上面の方向に連結されて形成される。案内突起１３３の上端には、柱部１３２の上面に向けて突出した突出部１３３ａが形成されるとともに、突出部１３３ａは、三角形の縦断面を有する。これにより、案内突起１３３は、幅方向の中央部分が、側端部よりも高く形成される。

また、案内突起１３３は、柱部の長辺を有する側面から突出し、２つの案内突起１３３が柱部１３２の長辺を有する２つの側面にそれぞれ位置する。また、案内突起１３３は、長辺の中央部に位置することができる。

ダイス６０には、パレットが挿入される溝６２が形成される。溝６２をなす壁面６４のうち、挿入されるパレット１１０と対向する壁面６４には、摩擦突起６３が形成される。摩擦突起６３は、壁面６４から上方に突出するように形成され、壁面６４の厚さと同一の厚さを有するように形成されるとよい。溝６２は、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、摩擦突起６３は、長辺を有する壁面６４上に位置する。

摩擦突起６３は、長辺を有する壁面６４の中央に位置するが、２つの摩擦突起６３がダイス６０の対向する壁面６４上に位置する。摩擦突起６３は、長辺の中央部が側端部より高く形成され、三角形の縦断面を有するように形成される。

パレット１１０を材料とする、流動する金属に作用する摩擦力および引張応力は長辺部の中央部分が最も小さいが、前記のように、突出部１３３ａおよび摩擦突起６３とを三角形の縦断面を有するように形成することによって、長辺の中央部に相対的に大きい摩擦力および引張応力を付与して、流動する金属全体に均一な摩擦力および引張応力を付与することができる。

図７は、本発明の第４実施形態にかかる後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。

図７を参照して説明すれば、本実施形態にかかる後方衝撃押出装置は、一つの面（先端）の縁部からその面に平行な方向（側方）に突出したランド部１４１を有するパンチ１４０と、パレット１１０が挿入される溝７２が形成されたダイス７０と、を含む。

パンチ１４０は、棒形状からなり、角柱形状からなるとよい。パンチ１４０は、ランド部１４１と、ランド部１４１から連結されて高さ方向に形成された柱部１４２と、を含む。柱部１４２の側面のうち、対向する２つの側面上には、パンチ１４０の長さ方向に連結された案内突起１４３が形成される。

案内突起１４３は、柱部１４２の側面から外側方向に突出するように形成されるとともに、柱部１４２の高さ方向に連結されて形成される。案内突起１４３の上端には、柱部１２２の上面の方向に向かって突出した突出部１４３ａが形成され、複数の突出部１４３ａが、案内突起１４３の幅方向に離隔配置される。突出部１４３ａは、四角形の縦断面を有する。

また、案内突起１４３は、柱部１４２の側面から外側方向に突出し、２つの案内突起１４３が、柱部１４２の長辺を有する２つの側面にそれぞれ位置する。また、案内突起１４３は、長辺の中央部に位置することができる。

ダイス７０には、パレットが挿入される溝７２が形成される。溝７２をなす壁面７４のうち、挿入されるパレット１１０と対向する壁面７４には、複数の摩擦突起７３が形成される。摩擦突起７３は、壁面７４から高さ方向に突出するように形成され、壁面７４の厚さと同一の厚さを有するように形成されるとよい。溝７２は、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、摩擦突起７３は、長辺を有する壁面７４上に位置する。

複数の摩擦突起７３が長辺を有する壁面７４の長さ方向に離隔配置され、摩擦突起７３がダイス７０において、対向する壁面７４上にも離隔配置される。摩擦突起７３は、四角形の縦断面を有するように形成される。

図８は、本発明の第５実施形態にかかる後方衝撃押出装置のダイスを示した斜視図である。

図８を参照して説明すれば、本実施形態にかかる後方衝撃押出装置は、一つの面（先端）の縁部からその面に平行な方向（側方向）に突出したランド部１５１を有するパンチ１５０と、パレット１１０が挿入される溝８２が形成されたダイス８０と、を含む。

パンチ１５０は、棒形状からなり、角柱形状からなるとよい。パンチ１５０は、ランド部１５１と、ランド部１５１から連結されて高さ方向に形成された柱部１５２と、を含む。柱部１５２の側面のうち、対向する２つの側面上には、パンチ１５０の高さ方向に延在する案内突起１５３が形成される。

案内突起１５３は、柱部１５２の側面から外側方向に向けて突出するように形成されるとともに、柱部１５２の上面の方向に連結されて形成される。案内突起１５３の上端には、柱部１５２の上面に向けて突出した突出部１５３ａが形成されるが、複数の突出部１５３ａが、案内突起１５３の幅方向に沿って配置される。突出部１５３ａは、三角形の縦断面を有する。

また、案内突起１５３は、柱部の長辺を有する側面から突出し、２つの案内突起１５３が柱部１５２の長辺を有する２つの側面にそれぞれ位置する。また、案内突起１５３は、長辺の中央部に位置することができる。

ダイス８０には、パレットが挿入される溝８２が形成される。溝８２をなす壁面８４のうち、挿入されるパレット１１０と対向する壁面８４には、複数の摩擦突起８３が形成される。摩擦突起８３は、壁面８４から上方に向けて突出するように形成され、壁面８４の厚さと同一の厚さを有するように形成されるとよい。溝８２は、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、摩擦突起８３は、長辺を有する壁面６４上に位置する。

複数の摩擦突起８３が、壁面８４の長辺方向に離隔配置され、摩擦突起８３が、ダイス８０の２つの壁面８４上に位置する。摩擦突起８３は、三角形の縦断面を有するように形成される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができる。

１１０ パレット
１０、５０、６０、７０、８０ ダイス
１２、５２、６２、７２、８２ 溝
１３、５３、６３、７３、８３ 摩擦突起
１４、５４、６４、７４、８４ 壁面
２０、１２０、１３０、１４０、１５０ パンチ
２１、１２１、１３１、１４１、１５１ ランド部
２２、１２２、１３２、１４２、１５２ 柱部
２３、１２３、１３３、１４３、１５３ 案内突起
１２３ａ、１３３ａ、１４３ａ、１５３ａ 突出部
４０ ケース

Claims (14)

1. 長方形の開口部を有する二次電池ケースを製造するための後方衝撃押出装置において、
   一つの面の縁部からその面に平行な方向に突出したランド部を有するパンチと、
   パレットが挿入される溝が形成されたダイスと、
   を含み、前記パレットと対向する前記溝の壁面上に突出した摩擦突起が形成されることによって、前記壁面の長辺の中央部が側端部よりも高く形成され、
   前記溝は、前記壁面に平行な面内で、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、前記摩擦突起は、長辺を有する前記壁面上に位置することを特徴とする、後方衝撃押出装置。
2. 前記摩擦突起は、前記長辺を有する前記壁面の中央部に位置することを特徴とする、請求項１に記載の後方衝撃押出装置。
3. 前記摩擦突起は、前記壁面に垂直な面内で、四角形、弧形、または三角形の縦断面を有することを特徴とする、請求項１に記載の後方衝撃押出装置。
4. 前記ダイスの長辺を有する前記壁面には、複数の摩擦突起が、長辺方向に沿って離隔配置されたことを特徴とする、請求項１に記載の後方衝撃押出装置。
5. 前記パンチは、ランド部と、前記ランド部に連結されて前記パレットと対向する方向に対し反対の方向へ形成された柱部と、を含み、前記柱部には、前記ランド部から延在する前記柱部の長さ方向に連結された案内突起が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の後方衝撃押出装置。
6. 前記案内突起は、前記ランド部から前記柱部の上端まで連結されるように形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の後方衝撃押出装置。
7. 前記柱部の横断面は、長辺および短辺を有する四角形からなり、前記案内突起は、長辺を有する側面に位置することを特徴とする、請求項５に記載の後方衝撃押出装置。
8. 前記案内突起の上端には、上方に向けて突出した突出部が形成され、前記突出部は、前記壁面に垂直な面内で、弧形、または三角形の縦断面を有することを特徴とする、請求項５に記載の後方衝撃押出装置。
9. 前記案内突起は、前記長辺の中央部に位置することを特徴とする、請求項８に記載の後方衝撃押出装置。
10. 前記案内突起は、前記摩擦突起の幅よりも大きい幅を有することを特徴とする、請求項５に記載の後方衝撃押出装置。
11. 前記パンチが前記溝に挿入される場合、前記案内突起と前記摩擦突起とは、互いに対向することを特徴とする、請求項１０に記載の後方衝撃押出装置。
12. 前記案内突起の上端には、複数の突出部が、上方に向けて突出するように形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の後方衝撃押出装置。
13. ダイスに形成された溝にパレットを挿入する段階と、
    パンチを用いて前記パレットに衝撃を与えて押出する段階と、
    を含み、前記押出する段階は、前記ダイスの壁面から突出するように形成された摩擦突起と、前記パンチの高さ方向に連結された案内突起との間で金属を移動させるように押出し、
    前記溝は、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、前記摩擦突起は、前記溝の長辺を有する側面上に位置し、前記パンチは、長辺および短辺を有する長方形の横断面を有し、前記案内突起は、前記パンチの長辺側の側面に位置することを特徴とする、二次電池ケースの製造方法。
14. 前記案内突起は、前記摩擦突起の幅よりも大きい幅を有することを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池ケースの製造方法。