JPH10156443A

JPH10156443A - 金属容器の安全弁

Info

Publication number: JPH10156443A
Application number: JP8316070A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Konno; 裕今野; Kazuo Suzuki; 一穂鈴木; Keiichi Konno; 啓一今野
Original assignee: KONNO KOGYOSHO KK
Current assignee: KONNO KOGYOSHO KK
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1998-06-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】開裂溝底部の薄肉部加工時に、刻印パンチが押
し退ける余肉の流動や塑性変形がスムーズになり、薄肉
部を貫通してリークの原因となっていたクラックと、開
裂圧のばらつきを大きくする過度の加工硬化の発生を抑
制する。【解決手段】刻印式安全弁の開裂溝７を刻印パンチでプ
レス加工する際に、事前の開裂溝７の加工位置側近に逃
げ溝８，９を加工しておき、その後の工程で開裂溝７を
加工することとし、さらに開裂溝７の刻印加工では、必
要に応じて複数のパンチで複数の工程に分けて加工す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は密閉型の金属製容器
の一部に刻印パンチで円形、長円形、多角形等の輪郭形
状に開裂溝を打ち込み、容器の内圧が規定値を越えて上
昇した場合には開裂溝で囲まれた部分がこの内圧を受け
て開裂溝が破れて開口部を形成し、ここから内圧を逃が
して防爆機能を発揮する刻印式安全弁の安全性の向上、
小型化、低コスト化を目的とした新技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型電池等の金属容器に設ける防爆弁
は、刻印式安全弁と金属箔式安全弁が多く使用されてい
る。刻印式安全弁は金属容器の一部に刻印パンチによ
るプレス加工でＶ形断面の開裂溝を加工し、容器の内圧
が規定値を越えて上昇した場合にはこの開裂溝底部の薄
肉部が開裂して防爆弁として機能する。金属箔式安全弁
は、金属容器の一部に開けた通気孔を塞ぐように、冷間
圧接法や溶接法で金属箔を張り付けて密閉し、金属容器
の内圧が規定値を越えて上昇すると、金属箔が開裂し防
爆弁となる。

【０００４】金属箔式安全弁は要求される適正な開裂圧
と受圧面積（安全弁の作動時に容器の内圧を受ける面
積）に応じて、刻印加工での薄肉加工では難しい薄い板
厚の金属箔を選定して使用できるので、刻印式安全弁に
比べて小型でも適正な開裂圧が得やすいメリットがあ
る。しかし、金属容器の開口部に金属箔を接合し密閉す
るという加工の難しさが有りコスト高になるので、一般
的には刻印式安全弁が広く用いられている。刻印式安全
弁の開裂溝は、先端にＶ形断面の歯先を持つくさび状の
パンチを金属容器の一部に打ち込む刻印加工法で加工す
る。金属容器にパンチを打ち込む過程では、パンチの加
圧力で歯先前方にクラックが発生し、これを押し広げな
がらパンチが下降してクラックの先端にパンチの歯先が
到達すると、さらに新しいクラックが発生するといった
サイクルによって開裂溝が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の刻印式安全弁の
開列溝は、歯先にＶ字型の断面形状を持つクサビ状の刻
印パンチを金属容器の一部に打ち込んで加工する。その
過程では、最初に刻印パンチの歯先が金属容器の表面に
達し、さらに下降を続けると歯先前方の金属容器では弾
性変形と塑性変形が発生し、その後刻印パンチの進行方
向にクラックが発生する。さらにパンチが下降を続け、
クラックを押し広げながら、パンチの先端がクラックの
先端に達すると、再び弾性変形と塑性変形を経て、新た
なクラックの発生に至るといったサイクルが繰り返され
る。刻印パンチの歯先前方に発生するクラックの深さ
は、刻印パンチの歯先形状、金属容器の材質や硬度等に
より差があるが、パンチの先端から進行方向に数ミクロ
ンから数十ミクロンの深さとなる。この為、刻印パンチ
の打ち込み加工で形成された開裂溝の底部には、数ミク
ロンから数十ミクロンの深さのクラックが残留する可能
性があり、残留したクラックの深さが開裂溝底部の薄肉
部の板厚より深い場合には、薄肉部をクラックが貫通す
る結果となり、リークの原因となる。

【０００６】従来の方法で加工した刻印式安全弁では、
この様な理由で開裂溝の底部に深いクラックが残留しや
すくかつその深さが一定しないので、適正な開裂圧を求
めて薄肉部の板厚を薄くして行くと、クラックによるリ
ークの発生が増加したり開裂圧が不安定になる等の問題
があり、これらの問題を回避すべく薄肉部の板厚を厚く
すれば開裂圧が上昇してしまい安全弁として機能しなく
なるという、相反する問題があった。特に小型の金属容
器に従来の加工法による刻印式安全弁を設置し適正な開
裂圧で作動させる為には、刻印式安全弁の開裂溝で囲ま
れた受圧面積が小型化するのに対応して、開裂溝底部の
薄肉部板厚をさらに薄くして相対的な開裂圧の上昇を抑
制する必要がある。

【０００７】しかし、この際に前述の問題が顕在化する
ので、従来の加工法による刻印式安全弁を小型の金属容
器に設置すべく小型化するのは難しいのである。刻印式
安全弁を小型の金属容器に設置し、容器の密閉と適正な
開裂圧を実現する為には、刻印パンチの先端でのクラッ
ク発生を抑制し、従来の刻印加工法でリークの出ない薄
肉部板厚の下限値とされている板厚よりさらに薄く加工
しても、薄肉部を貫通する深いクラックが発生しない新
しい刻印加工法の開発が求められていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では金属容器に設
ける刻印式安全弁の開裂溝を刻印パンチでプレス加工す
る際に、事前に開裂溝の加工位置の側近に逃げ溝を加工
しておき、刻印加工で刻印パンチに押し退けられる余肉
の流動や変形を容易にして薄肉部でのクラックや加工硬
化の発生を抑制する事や、開裂溝の刻印加工を必要に応
じて複数のパンチに分けて加工して薄肉部を仕上げる際
にはパンチ先端に設けた平坦部の潰し加工で薄肉を加工
する事により、従来の問題を解決した。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明による薄肉型の刻印式安全
弁では、開裂溝の刻印加工時に先端形状の違う複数のパ
ンチで複数の工程に分けて行い、１工程でパンチが押し
退ける余肉の量を従来の１／２以下に押さえると同時
に、薄肉部の板厚を仕上げる工程ではパンチ先端に設け
た平坦部による潰し加工で金属箔を加工する様にして薄
肉部を形成した。又、事前に開裂溝の加工位置の側近に
逃げ溝を加工しておき、開裂溝の加工時に刻印パンチが
押し退ける余肉の塑性変形と流動をスムーズにして、加
工硬化の発生も少なく押さえた。この結果、開裂溝底部
での加工硬化が減少し、クラックの無い薄肉部が得られ
る様になったので、同じ材質と板厚の金属容器に従来の
刻印加工法と本発明による薄肉型の刻印加工法の二つの
方法で開裂溝を加工した場合を比較すると、本発明によ
る刻印加工法では、従来の刻印加工法で薄肉部を加工し
た場合にくらべて３０％から５０％程薄く加工しても、
薄肉部を貫通する深いクラックが発生しない事が確認さ
れた。

【００１０】

【実施例】本実施例では、角筒型の電池缶２に上蓋１を
接合して製造される密閉型二次電池用の金属容器に、従
来の刻印式安全弁と本発明による薄肉型の刻印式安全弁
を設けた場合の、それぞれの加工法及び完成後の気密性
と開裂圧について試験を実施した結果について説明す
る。図１に、本実施例で使用した角形の密閉型二次電池
の金属容器の外観を示す。１は上蓋、２は電池缶、３は
安全弁の加工位置、４は端子である。安全弁を設ける上
蓋１は、板厚が０．８ｍｍのＡ３００３アルミ合金製で
形状は５０ｍｍ×１０ｍｍの長方形である。電池缶２は
上蓋１と同じく、板厚０．８ｍｍのＡ３００３アルミ合
金製で開口部寸法が５０ｍｍ×１０ｍｍで、高さが５５
ｍｍの角筒形である。上蓋１は安全弁や端子等を加工し
た後、電池缶２の開口部を塞ぐ様にレーザービーム溶接
法で接合される。上蓋１はプレス順送加工で、刻印式安
全弁、中央の端子引出し穴の加工から上蓋１の外形抜き
落としまで、フープ状の素材から一貫して加工される。

【００１１】本事例では、この上蓋１に、従来の刻印式
安全弁と、本発明による薄肉型の刻印式安全弁を加工し
たものをそれぞれ１００個ずつ試作し、電池缶２にレー
ザービーム溶接法で接合した後に、気密性と開裂圧につ
いての試験を実施した。本事例では、上蓋１の中央の端
子４用の穴は加工せず電池缶２の底面には加圧用のネジ
穴を加工した。上蓋１にそれぞれ１００個ずつ加工した
２種の刻印式安全弁は、開裂溝が直径８．０ｍｍの円形
で、薄肉部板厚は、開裂圧を２０ｋｇ／ｃｍ² とすべく
従来の刻印加工法による薄肉部板厚６及び本発明による
薄肉型の刻印加工法による薄肉部板厚１３ともに０．０
２ｍｍとした。図２は、従来の刻印式安全弁の平面図で
ある。Ａ−Ａ断面を図３に示す。図２と図３には、従来
の刻印加工法による開裂溝５を示す。図４は本発明によ
る薄肉型の刻印式安全弁の平面図である。Ｂ−Ｂ断面を
図５に示す。

【００１２】図２と図３に示す従来型の刻印式安全弁の
加工法は、Ｖ形の断面形状を持つくさび状のパンチを上
蓋１に１工程で打ち込み加工した。本発明による薄肉型
の刻印式安全弁の平面図を図４に示す。図５はＢ−Ｂ断
面を示す。本発明による薄肉型の刻印式安全弁の加工で
は、開裂溝７の刻印加工を行う前に、裏面から開裂溝の
加工位置の内側と外側にそれぞれ逃げ溝８と９を加工し
た。その後、表面から２工程に分けて２種類のパンチで
開裂溝７を加工した。図６のａ、ｂ、ｃ、ｄには、本発
明による、薄肉型の刻印式安全弁の加工法を順に示す。
図６のａは上蓋１の裏面より内側の逃げ溝８を加工する
様子、図６のｂは外側の逃げ溝９を加工する様子、図６
のｃは表面から開裂溝１次加工パンチ１０で開裂溝の１
次加工を行う様子、図６のｄは開裂溝２次加工パンチ１
１で薄肉部の仕上げ加工をする様子をそれぞれ示す。
本事例では、上蓋１の裏面から内側の逃げ溝８と外側の
逃げ溝９をそれぞれ加工したが、使用目的や加工上の制
約等からどちらか一方の逃げ溝を省略したり、あるいは
開裂溝と逃げ溝を同じ面に加工したり、内側と外側の逃
げ溝を表裏別々の方向から加工する事も可能である。

【００１３】又、本事例では用いなかったが、逃げ溝加
工や開裂溝の１次加工の後にアニール処理を行い発生し
た加工硬化を除去すれば、薄肉部の板厚をさらに薄く加
工できる。本事例では、図６のｃに示す開裂溝の１次加
工では薄肉部板厚を０．０５ｍｍまで加工し、続けて図
６のｄに示す２次加工では薄肉部板厚を０．０２ｍｍま
で仕上げ加工した。２次加工パンチの歯先の断面形状は
図７に示す通り、先端に平坦部１２を設け、くさび状の
パンチを打ち込むのではなく、平坦部１２での潰し加工
により薄肉部を加工した。この様にして２種類の刻印加
工法による安全弁を試作し、気密性と開裂圧について試
験を実施した。気密性試験は、エアリークテスタを用い
て、電池缶２の底面に加工した加圧用のネジ穴より８．
０ｋｇ／ｃｍ² の空気圧を１５秒間印加してこの間の圧
力の変化を測定し、リークの有無を判定した。

【００１４】開裂圧試験は、気密性試験でリークが無い
と判定されたサンプルについて実施した。試験方法は電
池缶２の底面のネジ穴より、０．３ｋｇ／ｓｅｃの加圧
速度で水圧を印加し、開裂溝が破断する直前の最大圧力
を測定した。気密性試験の結果、従来の刻印加工法のサ
ンプルでは不良率が１００個のサンプル中６３個にリー
クが発生し、本事例の条件下で２０ｋｇ／ｃｍ² の開裂
圧で作動する刻印式安全弁の加工法としては不適当と判
断される結果を得た。さらに、従来の刻印加工法による
サンプルのうち、気密性試験でリークが無いと判断され
たもの３７個について開裂圧試験を実施した結果、適正
開裂圧の２０ｋｇ／ｃｍ² に対して、最低で６．５ｋｇ
／ｃｍ² 、最高で３７．５ｋｇ／ｃｍ²、開裂圧のばら
つきの幅は３１．０ｋｇ／ｃｍ² との結果が得られた。
本実施例で使用した二次電池用の金属容器の安全弁は適
正開裂圧は２０ｋｇ／ｃｍ² 、許容される開裂圧のばら
つきの幅は上下に５ｋｇ／ｃｍ² ずつとされおり、許容
範囲を大幅に越えていた。

【００１５】以上の結果から、従来の刻印加工法による
サンプルでは、気密性試験でリークが無かった場合でも
開裂圧試験では開裂圧が大きくばらついており、本事例
の条件下では安全弁として使用できないと判断された。
これは、従来の刻印加工法で薄肉部の板厚を加工する際
に、開裂溝底部の薄肉部を貫通する深いクラックや過度
の加工硬化などが発生して、リークや開裂圧の過大なば
らつき等が生じていると考えられる。

【００１６】これに比べて本発明による薄肉型の刻印式
安全弁を設置したサンプルの試験結果では、１００個の
サンプル中リークの発生は無く、開裂圧のばらつきは適
正開裂圧に対して上下に２ｋｇ／ｃｍ² の範囲に収まっ
ており、気密性試験と開裂圧試験の結果から判断して安
全弁として優れた性能を有する事が確認された。さら
に、本事例の条件下において従来の刻印加工法で、クラ
ックによるリークの発生率が１％未満となる最小の板厚
を探ったところ、０．０４ｍｍ以上の板厚が必要な事も
合わせて確認され、本実施例の条件下における本発明に
よる薄肉型の刻印加工法による薄肉加工では、従来の刻
印加工法による場合と比べて約１／２の板厚の薄肉加工
が可能である事が確認された。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、刻印式安全弁の開裂溝刻
印加工で、刻印パンチで押し退ける余肉を逃げ溝に流し
込み、余肉の流動を容易にしたので、薄肉加工でのクラ
ックと加工硬化の発生が抑制された。又、開裂溝底部の
薄肉部を複数の工程に分けて加工する際、先端に平坦部
を設けたパンチで押しつぶしながら薄肉部を仕上げ加工
できるようになり、開裂溝底部に発生するクラックの深
さを従来の１／２以下に抑制する事に成功した。この結
果、従来はコストの高い金属箔式安全弁を使用せざるを
得なかった小型の金属製容器においても、本発明による
薄肉型の刻印式安全弁が使用できる様になり、金属箔式
安全弁の加工コストに比べて、１／５以下のコストで適
正に作動する安全弁を作る事に成功した。又、従来の刻
印式安全弁を本発明による薄肉型の刻印式安全弁に置き
換えた場合、加工コストは従来のままで、開裂溝底部か
らのリークの発生と開裂圧のばらつきを減少させつつ開
裂圧を適正に低くすることが可能となり、安全弁として
の信頼性が大幅に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】角形密閉二次電池の金属容器の外観図である。

【図２】従来の刻印式安全弁を設置した上蓋の平面図で
ある。

【図３】図２の従来の刻印式安全弁のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図４】本発明による薄肉型の刻印式安全弁の平面図で
ある。

【図５】図４の薄肉型の刻印式安全弁のＢ−Ｂ断面図で
ある。

【図６】ａ．上蓋の裏面からの内側の逃げ溝加工を表す
図である。

【図６】ｂ．上蓋の裏面からの外側の逃げ溝加工を表す
図である。

【図６】ｃ．上蓋の表面からの開裂溝の１次加工を表す
図である。

【図６】ｄ．上蓋の表面からの開裂溝の２次加工を表す
図である。

【図７】開裂溝の２次加工用刻印パンチの歯先の断面図
である。

【符号の説明】

１．上蓋２．電池缶３．刻印式安全弁の加工位置４．端子５．従来の刻印加工法による開裂溝６．従来の刻印加工法による薄肉部板厚７．本発明による薄肉型の刻印式安全弁の開裂溝８．内側の逃げ溝９．外側の逃げ溝１０．開裂溝１次加工パンチ１１．開裂溝２次加工パンチ１２．パンチ先端の平坦部１３．本発明による薄肉型の刻印加工法による薄肉部板
厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】刻印式安全弁の開裂溝を刻印加工法で加
工する際に、開裂溝の薄肉加工を容易にする目的で、開
裂溝の側近に予め逃げ溝を加工し、その後の工程で開裂
溝を加工する方法。
【請求項２】刻印式安全弁の開裂溝を、複数のパンチ
で複数の工程に分けて加工する方法。