KR100904833B1

KR100904833B1 - 전지캔

Info

Publication number: KR100904833B1
Application number: KR1020070051336A
Authority: KR
Inventors: 요시츠구 시미즈
Original assignee: 가부시키가이샤 와노텍 재팬
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2009-06-25
Also published as: KR20070115652A; TW200814402A; CN101083311A; CN100527475C; JP4402076B2; JP2007323845A; TWI351122B; HK1109502A1

Abstract

본 발명에서는 내압(內壓)에 대한 내력(耐力)을 향상시킨 전지캔을 제공하는 것으로서, 바닥을 갖는 통형상의 전지캔은 바닥부(4)의 내표면의 단부와 통부(2 또는 3)의 내표면의 단부가 인접하여 곡면을 갖는 코너부분(영역(D)과 곡률반지름(r)의 곡면으로 이루어진다)의 내경(27 또는 28)이 바닥부(4)로부터 멀어짐에 따라 크게 함으로써 상기 과제의 해결을 도모하는 것을 특징으로 한다.

전지캔, 긴변측벽, 짧은변측벽, 코너벽, 테이퍼

Description

전지캔{BATTERY CAN}

도 1은 일반적인 전지캔의 외관구성을 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 부분 K의 확대도.

도 3은 프레스가공에 의한 전지캔(1)의 외형의 형성을 나타내는 도면.

도 4는 본 실시형태에 있어서의 전지캔의 바닥부의 코너 부근의 외관의 일부를 확대한 사시도.

도 5는 도 4의 확대부분 M의 단면도.

도 6은 본 실시예에 있어서의 파괴강도 측정방법을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 실시예에 있어서의 전지캔의 측정조건을 나타내는 도면이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 전지캔 2: 긴변측벽

3: 짧은변측벽 4: 바닥벽

5: 긴변 R벽 6: 짧은변 R벽

7: 코너벽 27: 테이퍼

28: 매끄러운 곡면

본 발명은 내압에 대하여 저항하는 강도를 향상시킨 전지캔에 관한 것이다.

휴대전화, PDA(Personal Digital Assistant), 또는 노트형 퍼스널 컴퓨터 등에 사용되는 2차전지는 충전시 및 연속사용시에 발열한다. 그 때문에 이 발열에 의한 전해액 또는 가스의 팽창에 의해 2차전지의 내부에 큰 내압이 발생한다. 그 내압에 계속 견디지 못하고 전지캔이 파괴되어 버리는 현상이 발생하는 경우가 있다. 그러나 그와 같은 내압은 일정한 기준내이면 안전밸브가 작동하고, 전지의 폭발을 방지할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 특허문헌 2).

그래서 해마다 전지의 소형화, 박형화가 진보하던 중, 더욱 전지성능을 올리지 않으면 안되게 되었다. 전지성능을 올리기 위해서 전지캔의 내용적을 늘리는 것이 상도 수단으로서 제시된다(예를 들면 특허문헌 3). 또한 외형의 크기를 바꾸지 않고, 내용적을 늘리는데는 전지캔의 측벽을 극한까지 얇게 하는 것이 바람직하게 된다.(예를 들면 특허문헌 4)

[특허문헌 1] 특개 2001-23596호 공보

[특허문헌 2] 특개평11-250886호 공보

[특허문헌 3] 특개 2002-015712호 공보

[특허문헌 4] 특개 2003-242936호 공보

그러나, 그와 같이 전지캔의 측벽을 극한까지 얇게 한 결과, 전지캔의 국부에 집중 가중이 걸리고, 안전밸브의 작동압보다 낮은 압력으로 전지캔이 파괴에 이 르는 현상이 발생할 우려가 있었다.

도 1은 일반적인 전지캔의 외관구성을 나타낸다. 도 1(A)는 전지캔(1)의 외관사시도이다. 도 1(B)는 도 1(A)의 Xa-Xb의 단면도이다. 도 1(C)는 도 1(A)의 Ya-Yb의 단면도이다.

전지캔(1)은 1장의 금속판을 프레스가공으로 바닥을 갖는 각통(角筒)형상으로 형성한 외장캔이다. 전지캔(1)은 대개 긴변측벽(2), 짧은변측벽(3), 바닥벽(4), 긴변 R벽(5), 짧은변 R벽(6), 코너벽(7)으로 구성된다. 바닥벽(4)은 전지캔(1)의 바닥부를 형성하고 있고, 긴변과 짧은변을 갖는 대략 편평형상의 직사각형을 이루고 있다.

긴변측벽(2)은 바닥벽(4)의 긴변측에 있는 전지캔(1)의 측벽이다. 짧은변측벽(3)은 바닥벽(4)의 짧은변측에 있는 전지캔(1)의 측벽이다. 긴변 R벽(5)은 바닥벽(4)과 긴변측벽(2)의 연결부분이며, 그 벽면은 곡면형상을 갖고 있다. 짧은변 R벽(6)은 바닥벽(4)과 짧은변측벽(3)의 연결부분이며, 그 벽면은 곡면형상을 갖고 있다. 코너벽(7)은 긴변측벽(2)과 짧은변측벽(3)이 인접한 모서리부분이고, 그 벽면은 곡면형상을 갖고 있다. 이 도 1에서 나타내는 여러가지 전지캔(1)의 설계가 일반적이다.

도 2는 도 1의 부분K의 확대도이다. 전지캔(1)은 통상 프레스가공에 의해 제조된다. 긴변측벽(2)과 짧은변측벽(3)은 프레스가공시에 매우 큰 단련을 받기 때문에 긴변측벽(2)과 짧은변측벽(3)의 판두께가 얇아지는 것에 더하여, 가장 격렬한 가공경화가 발생한다.

다음으로 긴변 R벽(5) 및 짧은변 R벽(6)의 외표면 및 내표면은 각각, 곡률반지름(R, r)의 대략 곡면을 갖고 있다. 이 곡률반지름(R, r)이 이루는 각각의 원의 중심(C_R, C_r)은 다른 위치에 있다.

예를 들면 R=1.0[mm], r=0.6[mm], 긴변측벽(2)의 판두께(부호 12)=0.2[mm], 짧은변측벽(3)의 판두께(부호 12)=0.2[mm], 바닥벽(4)의 판두께(부호 11)=0.5[mm]로 전지캔(1)을 설계한 경우를 생각해 본다. 이 경우, 긴변 R벽(5) 및 짧은변 R벽(6)으로부터 긴변측벽(2) 및 짧은변측벽(3)에 다다르는 부분, 측벽두께가 급격하게 얇아지고, 두께가 감소한다. 이 설계에 의거하는 프레스가공에 대해서 도 3으로 설명한다.

도 3은 프레스가공에 의한 전지캔(1)의 외형의 형성을 나타낸다. 도 3(A)는 전지캔(1)의 사시도이다. 도 3(B)는 부분L의 확대도이다. 상기의 설계에 의거하여 가공하면 두꺼운 바닥벽(4)과, 비교적 두꺼운 판두께 및 가공경화가 진행한 긴변 R벽(5) 및 짧은변 R벽(6)과, 구조상의 강도와 가공경화로 강도를 늘린 코너벽(7)에 인접한 긴변측벽(2) 및 짧은변측벽(3)으로 이루어지는 전지캔(1)이 형성된다.

이때, 짧은변측벽(3), 바닥벽(4), 긴변 R벽(5), 짧은변 R벽(6), 코너벽(7)의 강도와 비교하여 긴변측벽(2)은 판두께가 얇기 때문에 강도는 약하지만, 유연성은 있다. 따라서 전지캔(1)에 내압을 건 경우, 긴변측벽(2)으로 늘어남이 발생하고, 휠 수 있다.

긴변측벽(2)에 있어서, 중앙부의 늘어남이 가장 크고, 긴변 R벽(5), 코너벽(7)에 가까워질수록 늘어남이 적어진다. 즉, 긴변측벽(2)의 중심부를 향할수록 늘어남이 커진다. 따라서 전지캔(1)의 내부에 내압이 걸려도 판재가 휨으로써 그 부하를 경감시킬 수 있다.

그러나 긴변 R벽(5), 짧은변 R벽(6), 코너벽(7)에 가까울수록 판재의 늘어남이 작고, 긴변 R벽(5), 짧은변 R벽(6) 및 코너벽(7)과, 긴변측벽(2)의 경계선상에서 내압에 의한 부하에 저항할 수 없다. 그 때문에 내압을 판재의 늘어남에 의해 흡수할 수 없고, 그 경계선부분에 있어서 판재의 파괴가 일어난다.

특히, 긴변 R벽(5)과 코너벽(7)에 둘러싸여진 긴변측벽(2)의 모서리부분(도 3(B) 참조)은 현저한 가공경화로 측벽의 늘어남을 기대할 수 없는 부분이다. 이 부분은 각 벽의 판두께의 차이와 가공경화의 언발런스로부터 내압에 대한 내력의 단층이 현저하게 나타내어지고, 그 부분에서 파괴가 시작된다. 도2, 도 3에서는 그와 같은 파괴된 부분을 부호 20으로 나타내고 있다.

전지캔(1)에 내압을 걸어서 전지캔(1)의 파괴에 이르기까지의 메커니즘을 검증한 결과, 긴변 R벽(5) 및 짧은변 R벽(6)과, 긴변측벽(2), 짧은변측벽(3) 및 코너벽(7)의 사이의 둘레띠형상의 경계영역(이하, A선이라고 한다)상에서 파괴되는 것이 확인되었다.

이 파괴현상의 최대의 원인은 앞에서 서술한 바와 같이, 내압에 대한 내력의 단층(A선)에 기인하고 있다. 또한 긴변측벽(2) 및 짧은변측벽(3)과, 긴변 R벽(5) 및 짧은변 R벽(6)의 내측의 표면을 형성하고 있는 곡면의 곡률반지름(r)을 단순히 크게 하더라도 상기의 문제는 해결할 수 없다.

상기의 과제를 감안하여 본 발명에서는 내압에 대한 내력을 향상시킨 전지캔을 제공한다.

본 발명에 관련되는 바닥부와 측면부를 가지는 바닥 소유 통형상의 전지캔은, 상기 전지캔의 내측에 있어서의, 상기 바닥부와 상기 측면부의 사이에 형성되는 코너부분의 표면형상에 관하여, 해당 바닥부의 단부에 곡면이 형성되고, 더욱이, 해당 곡면으로부터 상기 측면부를 향함에 따라 해당 측면부의 두께가 얇아지도록 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또 상기 전지캔의 형상은 바닥을 갖는 각통(角筒)형상인 것을 특징으로 한다.

또 상기 전지캔의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 한다. 또 발명에 관련되는 전지캔은 전지의 외장부분에 이용된다.

본 발명에 관련되는 프레스 가공으로 1장의 금속판으로부터 바닥부와 측면부를 가지도록 성형되는 전지캔의 제조방법은, 상기 전지캔의 내측에 있어서의, 상기 바닥부와 상기 측면부의 사이에 형성되는 코너부분의 표면형상에 관하여, 해당 바닥부의 단부에 곡면을 형성함과 동시에, 해당 곡면으로부터 상기 측면부를 향함에 따라 해당 측면부의 두께가 얇아지도록 경사면을 형성하는 프레스 가공을 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 실시형태에서는 전지캔(1)의 파괴를 개선하기 위해 내압에 대한 내력의 단층에 주목하고, 그 단층의 선 위의 국소에 집중하는 힘을 분산시킨다.

도 4는 본 실시형태에 있어서의 전지캔의 바닥부의 코너 부근의 외관의 일부를 확대한 사시도이다. 동일 도면은 도 3(B)의 부분에 대응하는 부분이다. 종래의 둘레띠형상의 A선의 위쪽에 대략 평행하게 둘레띠형상의 B선을 설치한다. 이 A 선 및 B선의 상세는 도 5로 설명한다.

도 5는 도 4의 확대부분 M의 단면도이다. 도 5는 도 2에 대응하는 것이다. 종래의 둘레띠형상의 A선으로부터 위쪽으로 소정의 높이에 있는 둘레띠형상의 경계영역을 이하에서는 B선이라고 한다. 그리고 A선과 B선의 동일 캔의 사이에 내력의 단층을 완화하는 완화영역(D)을 설치한다.

이 완화영역(D)의 특징은 내측벽의 곡면을 형성하고 있는 곡률반지름이 이루는 원의 중심(C_r)을, 도 2의 중심(C_r)의 위치로부터 전지캔(1)의 내부방향으로 이동시켜 그 곡면을 형성하고, 그 이동한 곡면의 단부(A선)와 긴변측벽(2)의 단부(B선)를 테이퍼(27)로 연결하거나 또는 크고 매끄러운 곡면(28)을 형성하도록 큰 곡률반지름으로 연결하거나 한 것이다.

즉, 긴변측벽(2)의 판두께를 연속적으로 변화시켜서 긴변 R벽(5) 및 짧은변 R벽으로 연결하기 위해 A선 부분으로부터 B선 부분의 사이의 내측방향에 있는 벽면을 테이퍼(27) 또는 연속적인 매끄러운 곡면(28)(대략 테이퍼형상)으로 한다. 이와 같이 하는 것으로 내력의 단층에 집중하여 걸리고 있는 부하를 그 테이퍼(27) 전체면 또는 그 곡면(28)의 전체면으로 분산시킬 수 있으므로, 영역(D)으로부터 발생하는 파괴현상이 개선된다.

또한 R=1.0[mm], r=0.6[mm], 긴변측벽(2)의 판두께=0.2[mm], 짧은변측벽(3)의 판두께=0.2[mm], 바닥벽(4)의 판두께=0.5[mm]인 전지캔(1)의 경우, A-B간의 거리(부호 25)(이하, 테이퍼의 높이라고 한다)는 1.5∼2.0[mm], 부호 26으로 나타내 는 폭(이하, 테이퍼의 폭이라고 한다)은 0.08∼0.1[mm]의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

다음으로 본 실시형태에 있어서의 전지캔의 제조방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 전지캔은 프레스성형에 의해 성형된다. 프레스성형이라는 것은 펀치와 다이스 등의 한쌍의 틀(대부분의 경우, 금형)로 금속판을 협압(挾壓)하여 소망한 형상으로 형성하는 것을 말한다.

우선, 원(타원)형상인 두께 0.5mm의 알루미늄판재를 한쌍의 드로잉펀치와 다이스를 이용하여 프레스가공하고, 바닥을 갖는 각통형상의 외장캔을 성형한다. 이때, 프레스가공을 복수회 실시함으로써, 서서히 성형해 가는데, 최후의 수회(예를 들면 최후의 1회, 2회)의 프레스성형에 있어서, 드로잉펀치의 선단의 형상으로 소정의 경사(또는 매끄러운 구면)를 설치해 둔다. 그렇게 함으로써 그 드로잉펀치로 프레스되고, 그 경사에 의해 가압된 부분에는 테이퍼(27)(또는 곡면(28))가 형성되어 있다.

이와 같이 하는 것으로 프레스가공에서 1장의 금속판으로부터 바닥을 갖는 통형상으로 성형되는 전지캔(1)은 그 바닥부(4)의 내표면의 단부와 상기 통부(2 또는 3)의 내표면의 단부가 인접하여 곡면을 갖는 코너부분(완화영역(D)과 곡률반지름(r)의 곡면으로 이루어진다)의 내경(27 또는 28)이 해당 바닥부로부터 멀어짐에 따라 커진다. 이와 같이 하는 것으로 내력의 단층에 집중하여 걸리고 있는 부하를 그 테이퍼(27)의 전체면 또는 그 곡면(28)의 전체면에 분산시킬 수 있으므로 영역(D)으로부터 발생하는 파괴현상이 개선된다.

이하에서는 테이퍼(27)를 사용한 전지캔에 관한 실시예에 대해서 설명한다.

[실시예]

이하에서는 본 실시형태에 관련되는 전지캔과 종래 설계제품의 파괴강도의 비교를 실시했다.

도 6은 본 실시예에 있어서의 파괴강도 측정방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예에서는 세로 41[mm], 가로 40[mm], 높이 4.9[mm]의 알루미늄제의 전지캔을 이용했다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 스트로우형상의 가압구(31)가 붙은 금속성 커버(30)를 전지캔(1)의 상부의 개구부에 용접함으로써, 그 전지캔(1)을 밀폐한다. 다음으로 그 밀폐된 전지캔(1)에 증폭압축에어(32)를 가압구(31)로부터 주입하여 전지캔(1)의 내압을 상승시키고, 전지캔(1)이 파괴되었을 때의 압력을 측정한다.

도 7은 본 실시예에 있어서의 전지캔의 측정조건을 나타낸다. 본 실시예에서는 R=1.0[mm], r=0.6[mm], 짧은변측벽(3)의 판두께가 0.3[mm], 코너벽(7)의 판두께가 0.4[mm], 긴변측벽(2)의 판두께가 0.2[mm]인 본 실시형태에 관련되는 전지캔 및 종래 제품을 이용하여 비교측정을 실시했다. 또한 본 실시형태에 관련되는 전지캔은 테이퍼의 높이 0.08[mm], 테이퍼의 폭 1.68[mm]로 이루어지는 테이퍼(27)가 바닥부(4)의 코너 부근에 형성되어 있다.

이 비교는 본 실시형태에 관련되는 전지캔과, 종래 제품을 각각 5회씩 시행했다. 이 결과를 표 1에 나타낸다. 또한 종래 제품에 대해서는 참고로서 긴변측벽(2)의 판두께가 0.22[mm]로 한 것을 기재하고 있다.

표 1로부터 종래 제품(판두께 0.2[mm])의 파괴강도는 평균값 8.3[Kgf/cm²]인 것에 대하여 본 실시형태에 관련되는 전지캔에서는 평균값 28.5[Kgf/cm²]이다. 따라서 본 실시형태에 관련되는 전지캔의 약 3.4배의 내압에도 견딜 수 있는 것을 알 수 있다.

그리고 양자의 파괴된 부분을 비교해 보아도 종래 제품은 바닥부 밑동이 파괴되어 있는 것에 대하여, 본 실시형태에 관련되는 전지캔은 동체(胴體)부가 파괴되어 있으며, 내압에 대한 내력이 단층부분의 파괴는 일으키고 있지 않다. 이것은 판두께를 0.22[mm]보다 두껍게 한 종래 제품에 필적하는 결과이다.

또한 내압에 의한 동체부의 파괴는 재료의 늘어남 현상의 후에 발생한다. 동체부 재료의 늘어남은 비교적 높고 안정하고 있어서 계산에 의해 내력의 예측을 실시할 수 있다. 한편, 바닥부 밑동의 파괴는 집중적인 내압을 받음으로써 생기기 때문에 동체부의 파괴강도에 비교하여 그 파괴강도는 현저하게 낮고, 예측하는 것이 곤란하다(예측불능 치명적 파괴).

이 결과로부터 본 실시형태에 관련되는 전지캔은 종래 제품과 동등한 외형 및 판두께임에도 불구하고, 종래품보다도 파괴강도는 향상되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또한 본 발명은 상기의 실시형태에 전혀 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 목적을 변경하지 않는 범위에서 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 또 실시예에서는 알루미늄제의 전지캔을 이용했는데, 재질은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 금, 은, 동, 백금, 진유(眞鍮), 철, 스테인레스, 티탄, 니켈, 마그네슘, 세라믹, 유리 등의 무기재료 또는 이들의 조합이어도 좋다. 또 재질은 엔지니어 플라스틱 등의 고분자 유기재료, 또는 이들의 조합이어도 좋다. 또 전지캔에 한정하지 않아도 내압이 걸리고 또한 슬림화 및 경량화의 필요가 있는 소위 성형품에 이용할 수 있다.

또 본 실시형태에서는 바닥을 갖는 각통형상의 전지캔에 대해서 설명했는데, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 원통형상, 다각통형상의 전지캔으로 이용해도 좋다.

또 본 실시예에서는 테이퍼(27)에 관한 실시예에 대해서 설명했는데, 곡면(28)의 경우라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명을 이용함으로써 내압에 대한 내력을 향상시킬 수 있으므로 안전밸브의 작동압보다 낮은 압력으로 전지캔이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 또 본 발명은 해마다 성능의 향상이 요구되며, 판두께가 얇아지는 경향에 있는 전지캔에 대해서 더욱 유효한 공법디자인이다.

본 발명을 이용함으로써 내압에 대한 내력을 향상시킬 수 있으므로 안전밸브의 작동압보다 낮은 압력으로 전지캔이 파괴되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

바닥부와 측면부를 가지는 바닥 소유 통형상의 전지캔으로서,

상기 전지캔의 내측에 있어서의, 상기 바닥부와 상기 측면부의 사이에 형성되는 코너부분의 표면형상에 관하여, 해당 바닥부의 단부에 곡면이 형성되고, 더욱이, 해당 곡면으로부터 상기 측면부를 향함에 따라 해당 측면부의 두께가 얇아지도록 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
제 1 항에 있어서,

상기 전지캔의 형상은 바닥을 갖는 각통형상인 것을 특징으로 하는 전지캔.
제 1 항에 있어서,

상기 전지캔의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 전지캔.
삭제
제 1 항 내지 제 3항의 어느 한 항에 기재된 전지캔을 이용한 전지.
프레스 가공으로 1장의 금속판으로부터 바닥부와 측면부를 가지도록 성형되는 전지캔의 제조방법으로서,

상기 전지캔의 내측에 있어서의, 상기 바닥부와 상기 측면부의 사이에 형성되는 코너부분의 표면형상에 관하여, 해당 바닥부의 단부에 곡면을 형성함과 동시에, 해당 곡면으로부터 상기 측면부를 향함에 따라 해당 측면부의 두께가 얇아지도록 경사면을 형성하는 프레스 가공을 실행하는 것을 특징으로 하는 전지캔의 제조방법.