KR101082674B1 - 전지 캔 및 그 제조 방법 및 전지 캔의 제조 장치 - Google Patents

전지 캔 및 그 제조 방법 및 전지 캔의 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바닥이 있는 원통형 전지 캔은, 저벽부 및 측벽부가 각각 소정의 두께를 가지며, 또한 두께가 균일하다. 혹은, 본 발명의 바닥이 있는 원통형 전지 캔은, 측벽부가 소정의 두께를 가지며, 전체에 걸쳐서 두께가 균일한 동시에, 저벽부는 그 둘레가장자리부로부터 중심부를 향할수록 저벽 두께가 두꺼워지고 있다. 이에 따라, 사용 재료를 삭감하면서, 전지 캔의 강성을 저하시키지 않고, 전지 캔의 경량화를 도모할 수 있다.

Description

전지 캔 및 그 제조 방법 및 전지 캔의 제조 장치{BATTERY CAN AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND APPARATUS FOR PRODUCING BATTERY CAN}
본 발명은, 전지 캔 및 그 제조 방법 및 전지 캔의 제조 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 주로, 전지 캔의 개량에 관한 것이다.
종래로부터, 망간 건전지의 음극이 되는 전지 캔은, 아연을 재료로 하여 임펙트 성형(충격 후방 압출법)을 이용하여 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3참조). 도 8A∼C는, 임펙트 성형용 프레스부(51)를 이용하는 종래의 전지 캔(47)의 제조 방법을 도시한 종단면도이다. 도 8A는 펠릿 공급 공정을 도시한다. 도 8B는 후방 압출 공정을 도시한다. 도 8C는 전지 캔(47)을 꺼내는 공정을 도시한 종단면도이다. 도 9는 도 8B에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다.
임펙트 성형용 프레스부(51)는, 다이스 홀더(40), 임펙트 다이스(41), 펀치 홀더(42), 임펙트 펀치(43) 및 스트리퍼(44)를 포함한다. 다이스 홀더(40)는, 임펙트 다이스(41)를 지지한다. 임펙트 다이스(41)는, 임펙트 펀치(43)를 향하는 면에 원형의 오목부(41a)가 형성되고, 오목부(41a)에는 전신성(展伸性)을 가진 금속 소재의 펠릿(38)이 삽입된다. 임펙트 홀더(42)는, 임펙트 펀치(43)를 그 길이방향 (longitudinal direction)으로 왕복 이동 가능하도록 지지한다.
임펙트 펀치(43)는, 도시하지 않은 승강 수단에 의해 연직 방향으로 왕복 이동하는 원기둥형상 부재이며, 임펙트 다이스(41)의 오목부(41a)에 삽입되는 펠릿 (38)을 누른다. 스트리퍼(44)는, 임펙트 펀치(43)가 삽입통과할 수 있는 두께 방향의 관통구멍이 형성되고, 전지 캔(47)의 성형이 종료하여, 임펙트 펀치(43)가 임펙트 다이스(41)로부터 멀어질 때에, 임펙트 펀치(43)의 선단으로부터 전지 캔(47)을 떼어낸다.
도 8A에 도시한 공정에서는, 임펙트 다이스(41)의 오목부(41a)에 펠릿(38)이 삽입된다. 이 펠릿(38)으로서는, 임펙트 성형에 적합한 전신성을 가진 점, 및 얻어진 전지 캔(47)의 경량화를 도모할 수 있는 점에서, 일반적으로 아연이 이용된다.
도 8B에 도시한 공정에서는, 임펙트 펀치(43)가 하강하여, 그 선단부가 오목부(41a) 내로 들어간다. 펠릿(38)은, 임펙트 펀치(43)에 의해 압착되어, 임펙트 펀치(43)의 바깥둘레면과 오목부(41a)의 안둘레면의 빈틈으로 밀어넣어지고, 임펙트 펀치(43)의 바깥둘레면을 따라서 늘어나서 단조된다. 임펙트 펀치(43)는 소정의 스트로크만큼 하강한다. 이에 따라, 펠릿(38)은, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔 (47)으로 성형된다.
도 8C에 도시한 공정에서는, 임펙트 펀치(43)는 상승하여, 하강전의 본래의 위치로 복귀한다. 임펙트 펀치(43)의 상승에 따라서, 전지 캔(47)은 임펙트 펀치 (43)의 선단부에 부착된 상태로 오목부(41a)로부터 인출된 후, 스트리퍼(44)에 의해서 임펙트 펀치(43)로부터 떼내진다. 임펙트 성형에 의한 하나의 공정으로 성형 되기 때문에, 전지 캔(47)에는 약간의 마무리 공정이 실시되고, 전지 캔의 제품을 얻을 수 있다. 마무리 공정이란, 예를 들면, 불량한 변형 부분의 수정, 바닥이 있는 원통 형상의 개구단부를 절단하여 개구 단면을 정돈하는 것 등을 들 수 있다.
종래의 전지 캔(47)은, 임펙트 성형 공정과 약간의 마무리 공정으로 제작할 수 있기 때문에, 높은 생산성으로 대량생산할 수 있는 이점을 가지고 있다. 그러나, 임펙트 성형만으로는, 하기에 나타내는 이유로 의해, 전지 캔(47)의 측벽부 및 저벽부의 두께를 얇고 균일하게 하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 재료인 아연이 필요 이상으로 사용된다고 하는 문제가 있다. 특히, 최근에는 금속재료의 가격이 세계적으로 상승하여, 아연의 가격도 상승하고 있다. 또한, 아연제 전지 캔을 이용하는 망간 건전지는 다른 전지에 비해 매우 염가이고, 망간 건전지의 제조원가에서 차지하는 재료비의 비율이 매우 커지고 있다. 따라서, 아연의 필요 이상의 사용은, 망간 건전지의 제조비용을 크게 인상시킨다.
임펙트 성형에 의해 가공되는 전지 캔(47)의 측벽부의 두께는, 임팩트 펀치(43)의 바깥둘레면과 오목부(41a)의 사이에 형성되는 빈틈에 의해서 결정된다. 따라서, 임펙트 펀치(43)와 오목부(41a)는, 각각의 중심 또는 축심이 정확하게 일치하도록 위치를 결정할 필요가 있다. 그런데, 위치 결정 작업은 상당한 숙련이 필요하다. 게다가, 위치 결정이 정확하게 이루어져도, 임펙트 펀치(43)의 선단부를 오목부(41a)내에 밀어 넣을 때에, 위치의 어긋남이 일어나기 쉽다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 임펙트 펀치(43)는, 원형 누름면(43a), 가이드 테이퍼면(43b), 라운드부(43c), 안지름 형성부(43d), 테이퍼부(43e) 및 작은지름부 (43f)를 포함한다. 원형 누름면(43a)은, 임펙트 펀치(43)의 오목부(41a)에 들어가는 선단면(이하 간단하게 '선단면'이라고 한다)의 중앙부에 마련되는 원형 평탄면이며, 펠릿(38)을 압착한다.
가이드 테이퍼면(43b)은, 선단면에서 원형 누름면(43a)의 둘레가장자리로부터 임펙트 펀치(43){보다 상세하게는 안지름 형성부(43d)}의 바깥둘레면을 향해서 이어지는 면이다. 가이드 테이퍼면(43b)은, 원형 누름면(43a)으로부터 멀어질수록, 안지름이 커지는 테이퍼 형상을 가지고 있다. 가이드 테이퍼면(43b)을 마련하는 것에 의해, 원형 누름면(43a)으로 압착된 펠릿(38)이, 가이드 테이퍼면(43b)을 따라서, 임펙트 펀치(43)의 바깥둘레면과 오목부(41a)의 안둘레면의 빈틈으로 유동한다.
라운드부(43c)는, 가이드 테이퍼면(43b)과 안지름 형성부(43d)의 경계 부분에 마련되는, 단면 형상이 원호 형상인 면이다. 라운드부(43c)는, 압착된 펠릿(38)의, 임펙트 펀치(43)의 바깥둘레면과 오목부(41a)의 안둘레면의 빈틈으로의 유동을 정류한다. 안지름 형성부(43d)는, 선단면에 연속적으로 마련되어, 전지 캔(47)의 안지름을 조정한다. 테이퍼부(43e)는, 선단면으로부터 멀어질수록 안지름이 작아지는 테이퍼 형상을 가지며, 안지름 형성부(43d)와 작은 지름부(43f)를 접속하고 있다. 작은 지름부(43f)에는, 도시하지 않은 승강 수단이 접속되어 있다.
임펙트 성형시에는, 오목부(41a)로 밀고 들어간 임펙트 펀치(43)의 원형 누름면(43a)이 펠릿(38)을 압착한다. 압착된 펠릿(38)은 가이드 테이퍼면(43b)을 따라서 바깥둘레쪽 경사진 위쪽으로 유동하여, 라운드부(43c)와 오목부(41a)의 좁은 빈틈을 고압 및 고속으로 통과한다. 따라서, 라운드부(43c)에는 큰 압력이 부가되지만, 부가되는 압력은 항상 일정하지는 않기 때문에, 라운드부(43c)를 통과하는 재료의 유동에 변화가 생긴다. 이에 따라, 임펙트 펀치(43)의 위치에 편향이 생기고, 임펙트 펀치(43)와 오목부(41a) 사이에 중심의 어긋남이 일어난다.
또한, 라운드부(43c)는, 임펙트 펀치(43)의 원둘레 방향의 전역에 마련되므로, 미묘한 형상의 차이가 발생하는 경우가 있다. 이러한 형상의 차이에 의해서도, 라운드부(43c)를 통과하는 재료의 유동에 변화가 생기고, 임펙트 펀치(43)와 오목부(41a) 사이에 중심의 어긋남이 일어난다. 또한, 펠릿(38)에 펀칭 버어(punching burr)나 펀칭 새그(punching sag), 손상 등이 존재하면, 임펙트 펀치(43)가 펠릿 (38)에 닿는 순간에 임펙트 펀치(43)가 일정 방향으로 어긋나기도 한다.
이러한 임펙트 펀치(43)의 어긋남에 의해, 성형후의 전지 캔(47)의 측벽부 (47a)에는, 다른 측벽 두께 D1, D2를 가진 측벽이 형성되기 쉬워진다. 전지 캔(47)의 측벽부(47a)는, 전지에서는 음극의 발전 요소로서 기능하므로, 안둘레면으로부터 아연이 용출하여 서서히 두께가 얇아진다. 이 때문에, 두께가 얇아지는 분량을 예상하여, 측벽부(47a)의 최저 허용 두께가 정해져 있다. 제조시에는, 임펙트 펀치 (43)의 중심 어긋남에 따른 측벽 두께의 불균일을 고려하여, 예측할 수 있는 최저 두께를 기준으로 하여 최저 허용 두께가 결정되고 있다. 측벽부(47a)에는, 예측되는 최저 두께보다 큰 두께가 생기는 것을 피할 수 없다. 이러한 두께는 전지에는 필요가 없는 것으로, 그 분량만큼 재료로서의 아연이 여분으로 사용되고 있게 된다.
또한, 안지름 형성부(43d)는, 임펙트 펀치(43)의 각 부위 중에서는, 가장 큰 안지름을 가지고 있지만, 임펙트 펀치(43)의 길이방향으로는 약간의 길이를 가질 뿐이다. 또한, 안지름 형성부(43d)의 상방에는, 안지름 형성부(43d)보다 안지름이 작은 테이퍼부(43e) 및 작은 지름부(43f)가 마련되어 있다. 따라서, 측벽부(47a)의 두께는, 저벽부(47b)로부터 멀어질수록, 연속적으로 서서히 커진다. 전지 캔(47)의 개구 단부 및 그 근방에서는, 측벽부(47a)의 두께가 커져도 밀봉 강도를 확보하는 데에 도움이 된다. 그러나, 개구 단부 및 그 근방보다 아래쪽에서는 필요 이상의 두께가 되어, 이 점에서도 재료가 여분으로 사용되고 있다.
한편, 임펙트 펀치(43)의 테이퍼 가이드면(43b)에 의해, 저벽부(47b)와 측벽부(47a)의 경계 부분인 코너부(corner)가, 강도 확보에 필요한 두께보다 현저히 큰 두께로 형성되어, 재료가 여분으로 사용되고 있다. 그런데, 임펙트 성형의 공법상, 테이퍼 가이드면(43b)이 불가결하기 때문에, 이 필요 이상의 두께를 해소할 수 없다.
또한, 저벽부(47b)의 중앙부의 두께 D3은, 원형 누름면(43a)과 오목부(41a)의 저면과의 빈틈의 길이를 조정함으로써 정확하게 형성할 수 있다. 또한, 저벽부 (47b)는 전지의 발전 요소로서는 거의 기능하지 않기 때문에, 두께 D3을 필요한 강도를 확보할 수 있는 범위내에서 가능한 한 두께를 얇게 하여, 재료의 사용량을 저감화하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 두께 D3을 얇게 하면, 도 8C에 도시한 공정에서, 임펙트 펀치(43)의 선단부가 전지 캔(47)으로부터 빠짐에 따라서, 전지 캔 (47)내가 부압이 되어, 저벽부(47b)의 중앙 부분이 안쪽으로 오목해지는 불량이 발생한다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2006-59546호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평성8-17424호
특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 평성8-17425호
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 상술한 특허문헌에 나타나는 종래 기술에서는, 도 8C에 도시하는 바와 같이 임펙트 펀치(43)와 오목부(41a)는 위치의 어긋남이 일어나기 쉽고, 임펙트 펀치(43)의 중심의 어긋남에 따른 측벽 두께의 불균일을 고려한 후에, 안둘레면으로부터 아연이 용출하여 서서히 두께가 얇아지는 분량을 예상해야만 하므로, 재료로서의 아연이 여분으로 사용되는 과제가 있었다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이 측벽부(47a)의 두께는, 저벽부(47b)로부터 멀어질수록 연속적으로 서서히 커져, 이 점에서도 재료가 여분으로 사용된다.
또한, 임펙트 성형의 공법상, 테이퍼 가이드면(43b)이 불가결하기 때문에, 저벽부(47b)와 측벽부(47a)의 경계 부분인 코너부가 강도 확보에 필요한 두께보다 현저히 두꺼운 두께로 형성되어, 재료가 여분으로 사용되고 있는 과제가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 저벽부 및 측벽부가 각각 소정의 두께를 가지며, 또한 저벽 두께 및 측벽두께가 균일한, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔, 이 전지 캔을 고정밀도로 공업적으로 유리하게 제조할 수 있는, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 방법, 및, 이 전지 캔의 제조 방법을 실현할 수 있는, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔은, 전신성(展伸性:extensibility)을 가진 금속 소재로 이루어진 저벽부와 측벽부를 가지며, 측벽부는 소정의 측벽 두께를 가지며, 측벽 두께가 균일하고, 또한 길이방향의 일단이 개구하고 있으며, 저벽부는 소정의 저벽 두께를 가지며 또한 저벽 두께가 균일하거나, 또는, 저벽부는 그 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽 두께가 두꺼워지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
저벽부는, 길이방향의 일단이 개구하고 있는 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체의 저벽부를, 평행하게 대향하는 2개의 평탄면 또는 평행하게 대향하는 오목 구면과 평탄면 사이에 끼워 붙여 압착하는 것에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
측벽부는, 소정의 저벽부와, 길이방향의 일단이 개구하고 있는 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체의 측벽부에 스웨이징 가공을 실시하는 것에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전지 캔은, 보강된 두께부와 밀봉부를 더 포함하며, 보강된 두께부는 저벽부와 측벽부의 경계 부분에 마련되고, 그 두께가 저벽 두께 및 측벽 두께보다도 두껍고, 밀봉부는 전지 캔의 개구 단부 또는 그 근방에 마련되고, 그 두께가 측벽 두께보다도 두꺼운 것이 바람직하다.
측벽부의 바깥둘레면에 마련되어, 측벽부의 원둘레 방향으로 이어지는 미세한 라인(fine line)을 더 포함하는 것이 더 바람직하다.
전신성을 가진 금속 소재는, 아연, 알루미늄 또는 마그네슘인 것이 바람직하다.
저벽 두께는 0.1∼0.4mm이고, 또한 측벽 두께는 0.1∼0.6mm인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 중간 컵체 형성 공정, 저벽부 두께 조정 공정 및 측벽부 두께 조정 공정을 포함하고,
중간 컵체 형성 공정에서는, 전신성을 가진 금속 소재로 이루어지고, 길이방향의 일단이 개구하고, 또한 얻고자 하는 전지 캔의 안지름보다도 큰 안지름을 가진 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체를 임펙트 성형에 의해 제작하고,
저벽부 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체의 내부에, 얻고자 하는 전지 캔의 안지름과 동일한 외형을 가지며 또한 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면이 평탄 혹은 오목 구면인 정형용 코어(shaping core)를 삽입하고, 중간 컵체의 저벽부 외면에 평탄면 혹은 오목 구면을 접촉시켜, 정형용 코어의 선단면과 평탄면 혹은 오목 구면이 대향하고 또한 평행이 되도록 유지하면서, 중간 컵체의 저벽면을 정형용 코어의 선단면과 평탄면 혹은 오목 구면의 사이에 끼워 붙여 압착하여, 저벽부를 균일한 두께로 가공하거나 또는 저벽부의 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽부의 두께가 두꺼워지도록 가공하여 내압강도를 향상시키고,
측벽부 두께 조정 공정에서는, 정형용 코어를 삽입한 중간 컵체를 회전시키면서, 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면을 가압하는 스웨이징 가공에 의해, 측벽부를 구성하는 금속 소재를 소성변형시키는 동시에, 정형용 코어의 바깥둘레면을 측벽부 안둘레면에 대하여 꽉 눌러, 측벽부를 균일한 두께로 하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 방법을 제공한다.
저벽부 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면의 둘레가장자리부가 비스듬하게 잘려나간 고리 형상 경사면을 가진 정형용 코어를 이용하고, 측벽부 두께 조정 공정에서는, 저벽부와 소성 변형한 금속 소재를 함유한 측벽부와의 경계 부분에, 정형용 코어의 고리 형상 경사면을 꽉 눌러, 경계 부분의 두께가 저벽부 두께 및 측벽부 두께보다도 두꺼운 보강된 두께부를 형성하는 것이 바람직하다.
측벽부 두께 조정 공정에서는, 회전 상태에 있는 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면을 가압하여 스웨이징 가공을 행할 때에, 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면의 저벽부쪽으로부터 스웨이징 가공을 개시하고, 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면의 개구단부로부터 소정의 위치까지 스웨이징 가공을 행한 후, 정형용 코어의 바깥둘레면에 꽉 눌려져 소성변형 상태에 있는 금속 소재의 두께를 두껍게 하고 스웨이징 가공을 더 행하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 전신성을 가진 금속 소재의 펠릿을, 길이방향의 일단이 개구하고 또한 얻고자 하는 전지 캔의 안지름보다도 큰 안지름을 가진 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체로 성형하는 임펙트 성형부와,
중간 컵체를 그 저벽부 외면이 접촉하도록 얹어 놓는 평탄한 고정면을 가진 회전 유지대와,
얻고자 하는 전지 캔의 안지름과 동일한 외형을 가지며 또한 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면이 평탄 또는 오목 구면인 정형용 코어와,
정형용 코어의 선단면과 회전 유지대의 평탄면이 대향하고 또한 평행이 되도록 정형용 코어를 유지하고, 또한, 정형용 코어를 중간 컵체의 길이방향에 왕복 이동이 가능하도록 지지하는 프레스부와,
정형용 코어 및 회전 유지대의 적어도 한쪽을 회전시키는 회전 구동원과,
회전중의 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면에 꽉 눌러져 이것을 소성변형시키는 스웨이징 공구 및 스웨이징 공구의 이동을 NC제어하는 NC제어 기구부를 가진 스웨이징 가공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 장치를 제공한다.
정형용 코어는, 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면의 둘레가장자리부가 비스듬하게 잘려나간 고리 형상 경사면을 가지고 있는 것이 바람직하다.
스웨이징 공구는, 구(球) 형상의 스웨이징 부재와, 구 형상의 스웨이징 부재를 자유로이 회전하도록 지지하는 지지부재를 포함한 것이거나 또는 주걱 형상 공구인 것이 바람직하다.
[발명의 효과]
본 발명의 전지 캔은, 측벽부가 소정의 측벽 두께를 가지며 또한 측벽 두께가 균일화되어 있다. 이 때문에, 측벽 두께를, 전지에서는 측벽부가 발전 요소로서 기능하여 측벽부 내면으로부터 재료가 녹아 나와, 측벽부의 두께가 얇아지는 것을 고려하여 결정되는 최소 허용 두께로 설정할 수 있다. 이에 따라, 측벽부 전체를 필요 최소한의 측벽 두께로 형성할 수 있으므로, 금속재료의 사용량을 종래의 전지 캔에 비해 현저하게 삭감할 수 있고, 재료 비용이 저감화된다.
또한, 본 발명의 전지 캔에는, 저벽부가 소정의 저벽 두께를 가지며 또한 저벽 두께가 균일화되어 있는 형태가 포함된다. 이에 따라, 저벽 두께도, 전지 캔으로서의 필요 최소한의 강도를 확보할 수 있는 두께로 설정할 수 있다. 따라서, 금속재료의 사용량을 더 삭감하고, 재료 비용의 저감화를 더 도모할 수 있다. 또한, 이러한 구성에서는, 측벽 두께 및 저벽 두께가 균일하게 얇아지고 있으므로, 종래의 전지 캔과 동일 치수의 외형으로 형성하면, 측벽 두께 및 저벽 두께가 얇아진 만큼 내용량이 증대하여, 전지의 고용량화가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 전지 캔에는, 저벽부의 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽부의 두께가 두꺼워지도록 가공한 형태가 포함되어 있다. 이에 따라, 전지 캔의 내압 강도가 향상하는 동시에, 측벽부의 측벽 두께가 균일화되어 있으므로, 금속재료의 사용량도 삭감할 수 있다. 따라서, 이 형태에 의하면, 재료 비용의 삭감과 전지 캔의 내압 강도의 향상을 동시에 달성할 수 있다.
본 발명의 전지 캔의 제조 방법은, 중간 컵체의 제작을 임펙트 성형으로 하나의 공정으로 실시할 수 있으므로, 높은 생산성을 유지할 수 있다. 또한, 중간 컵체는, 얻고자 하는 전지 캔과 거의 동일한 형상을 가지고 있으므로, 후속 공정에서의 저벽 두께 및 측벽 두께의 조정이 용이하다. 또한, 저벽 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체의 저벽부를 두께 방향의 양 쪽으로부터 평탄면으로 가압하여 저벽 두께를 조정하므로, 저벽부를 임의의 두께로 하는 것이 용이하고, 또한 저벽부 전체의 두께를 균일하게 할 수 있다. 또한, 저벽 두께 조정 공정 종료시에, 중간 컵체는, 그 저벽부가 2개의 평면 또는 오목 구면과 1개의 평면으로 끼워져 지지되는 것에 의해 고정된 상태에 있으므로, 이것을 그대로 회전시키면, 스웨이징 가공을 행하기 쉽다. 따라서, 측벽 두께 조정 공정으로 신속하게 이행할 수 있다.
또한, 측벽 두께조정 공정에서는, 중간 컵체의 측벽부에 스웨이징 가공을 실시하는 것에 의해, 용이하게, 측벽 두께를 소정 두께로 또한 균일하게 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 필요한 저벽 두께와 측벽 두께를 각각 균일하게 가진 저벽부와 측벽부를 가진 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔을 확실하게 제조할 수 있다. 또한, 저벽 두께가 필요 이상으로 두꺼워지지 않고, 또한 중심을 향하여 저벽 두께가 두꺼워지고 있는 저벽부와, 필요한 측벽 두께를 균일하게 가진 측벽부를 가진 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔도 확실하게 제조할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 실시형태의 하나인 전지 캔(1)의 구성을 간략화하여 도시한 종단면도이다.
[도 2A] 임펙트 성형용 프레스부를 이용하는 중간 컵체의 제조 방법의 펠릿 공급 공정을 도시한 종단면도이다.
[도 2B] 임펙트 성형용 프레스부를 이용하는 중간 컵체의 제조 방법의 후방 압출 공정을 도시한 종단면도이다.
[도 2C] 임펙트 성형용 프레스부를 이용하는 중간 컵체의 제조 방법의 중간 컵체를 꺼내는 공정을 도시한 종단면도이다.
[도 3] 도 2B에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다.
[도 4A] 프레스부의 구성 및 프레스부에 의한 저벽부 두께 조정 공정에서의, 중간 컵체를 프레스부에 공급하는 공정을 간략화하여 도시한 종단면도이다.
[도 4B] 프레스부의 구성 및 프레스부에 의한 저벽부 두께 조정 공정에서의, 중간 컵체의 저벽부의 두께를 조정하는 공정을 간략화하여 도시한 종단면도이다
[도 5A] 도 4A에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다.
[도 5B] 도 4B에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다.
[도 6A] 측벽부 두께 조정 공정에서의, 스웨이징 가공부의 구성 및 스웨이징 가공의 초기 공정을 간략화하여 도시한 종단면도이다.
[도 6B] 도 6A에 도시한 스웨이징 가공부 및 스웨이징 가공의 초기 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다.
[도 7] 스웨이징 가공의 후기 공정을 개략적으로 도시한 측면도이다.
[도 8A] 종래의 전지 캔의 제조 방법에서의 펠릿 공급 공정을 도시한 종단면도이다.
[도 8B] 종래의 전지 캔의 제조 방법에서의 후방 압출 공정을 도시한 종단면도이다.
[도 8C] 종래의 전지 캔의 제조 방법에서의 전지 캔을 꺼내는 공정을 도시한 종단면도이다.
[도 9] 도 8B에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
도 1은, 본 발명의 실시형태의 하나인 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔(1)의 구성을 간략화하여 도시한 종단면도이다. 전지 캔(1)은, 아연을 형성 재료로 하고, 길이방향의 일단에 개구를 가진 바닥이 있는 원통형상으로 형성되어 있으며, 예를 들면, 망간 건전지용으로 바람직하게 사용할 수 있다.
전지 캔(1)은, 저벽부(3), 측벽부(2), 보강된 두께부(4) 및 밀봉부(7)을 포함한다.
저벽부(3)는, 중간 컵체의 저벽부를, 평행하게 대향하는 2개의 평탄면으로 끼워 붙여 압착하는 것에 의해 형성되고 있다. 여기서, 중간 컵체란, 전신성을 가진 금속 소재로 이루어지고 또한 길이방향의 일단이 개구하고 있는 바닥이 있는 원통 형상의 용기상 부재이다. 전신성을 가진 금속 소재로서는, 아연, 알루미늄, 마그네슘 등이 바람직하다.
저벽부(3)는, 전지 캔(1)을 이용하여 얻어지는 전지의 저면에 상당하는 부분이며, 소정의 두께(저벽 두께) d2를 가지며, 또한 저벽 두께 d2가 균일하다. 상기와 같이 압착하는 성형법에 의해, 저벽 두께 d2를 균일하게 얇게 할 수 있다. 따라서, 전지의 저부에 필요한 강도를 확보할 수 있는 두께로의 성형이 가능하고, 재료의 사용량의 저감화를 도모할 수 있다. 그와 함께, 저벽 두께 d2가 저벽부(3) 전체에서 균일하므로, 예를 들면, 제조시에 전지 캔(1)내가 부압이 되어도, 저벽부(3)가 움푹 들어가는 경우가 없다.
또한, 저벽부(3)는 전지의 발전 요소로서 거의 기능하지 않아, 재료가 녹아 나와 두께가 얇아지는 경우가 없다. 따라서, 예를 들면, 저벽 두께 d2를 후기하는 측벽부(2)의 두께(측벽 두께 d1)와 동일하거나 또는 작게 할 수 있다. 이에 따라, 재료인 아연의 사용량을 더 삭감하고, 재료 비용 나아가서는 제조비용의 저감화를 한층 더 도모할 수 있다.
저벽 두께 d2는, 전지 캔(1)의 사이즈에 따라 적절히 선택되지만, 바람직하게는 0.1∼0.4mm, 더 바람직하게는 0.2∼0.4mm이다. 저벽 두께 d2가 상기 범위내이면, 전지 캔(1)으로서의 필요 최소한의 강도를 확보할 수 있다. 게다가, 성형용 코어의 원둘레상의 임의 위치에 오목한 링 형상을 가공함으로써, 아연의 사용량을 소량 증가하는 것만으로, 측벽이 얇은 두께로 또한 원둘레 방향의 강도가 있는 캔의 제조가 가능하게 된다. 또한, 전지 조립공정에서 움푹 들어가는것을 방지할 수 있게 된다. 그 결과, 재료 비용의 저감화를 한층 확실하게 달성하면서, 전지 캔을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 저벽 두께 d2의 두께가 균일한 것이란, 구체적으로는, 저벽부(3)의 임의의 10점에서 저벽 두께를 측정하여, 모든 측정치가, 측정치의 평균치 ±10%의 범위에 들어가는 것을 의미하고 있다.
본 실시형태에서는, 전지 캔(1)의 외면에서의 저벽부(3)의 형상은 평탄면이지만, 그에 한정되지 않고, 그 중앙부가 전지 캔(1)의 내부를 향하여 움푹 들어간 오목면이어도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 저벽부(3)는, 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽부(3)의 두께가 두꺼워지고 있어도 좋다. 이 경우, 전지 캔 (1)의 외면에서의 저벽부(3)의 형상은 평탄면이지만, 전지 캔(1)의 내부에서는, 저벽부(3)의 중앙부가 전지 캔(1)의 안쪽을 향해서 돌출하고 있다. 이러한 저벽부(3)를 가진 전지 캔(1)은, 상기의 전지 캔(1)의 외면에서의 저벽부(3)의 형상이, 저벽부(3)의 중앙부에서 전지 캔(1)의 내부 방향을 향해서 움푹 들어간 오목면을 성형한 전지 캔(1)과 마찬가지로 내압강도가 높다.
측벽부(2)는, 중간 컵체의 측벽부를 바깥쪽으로부터 가압하여 소성변형시킨 금속 소재를, 기준 원기둥의 바깥둘레면에 소정의 두께로 꽉 누르는 스웨이징 가공에 의해 형성된다. 여기서, 중간 컵체란, 상기와 마찬가지로, 전신성을 가진 금속 소재로 이루어지고 또한 길이방향의 일단이 개구하고 있는 바닥이 있는 원통 형상의 용기형상 부재이다. 또한, 기준 원기둥이란, 예를 들어, 정형용 코어(shaping core)이다. 한편, 통상적으로는, 저벽부(3)를 형성한 후에, 측벽부(2)의 형성이 이루어진다. 측벽부(2)는, 저벽부(3)의 전체둘레가장자리로부터 저벽부(3)에 거의 수직인 방향으로 솟아오른 원통부재이며, 길이방향의 일단이 저벽부(3)에 접속되고 타단이 개구하고 있다.
또한, 측벽부(2)는, 전지 캔(1)을 이용하여 얻어지는 전지의 측면에 상당하는 부분으로, 소정의 두께(측벽 두께) d1를 가지며, 또한 측벽 두께 d1이 균일하다. 즉, 측벽부(2) 전체가 소정의 측벽 두께 d1로 균일화되고 있으며, 측벽 두께에 불균일이 없다. 상기의 스웨이징 가공을 실시하면, 측벽 두께 d1의 균일화가 가능하다. 따라서, 측벽부(2)가 전지내에서 발전 요소로서 기능하고, 그 안둘레면으로부터 재료가 녹아 나와 두께가 얇아지는 것을 고려하여, 측벽 두께 d1을 최소 허용 두께로 하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 재료 사용량을 적게 하여, 재료 비용 나아가서는 제조 비용을 대폭 저감화할 수 있다.
측벽 두께 d1는, 전지 캔(1)의 사이즈에 따라 적절히 선택되지만, 바람직하게는 0.1∼0.6mm, 더 바람직하게는 0.2∼0.4mm이다. 측벽 두께 d1이 상기 범위내이면, 전지 캔(1)으로서의 필요 최소한의 강도를 확보할 수 있고, 재료 비용의 저감화를 한층 더 확실하게 달성할 수 있다. 또한, 측벽 두께 d1의 두께가 균일한 것이란, 구체적으로는, 측벽부(2)의 임의의 50점에서 측벽 두께를 측정하여, 모든 측정치가, 측정치의 평균치 ±10%의 범위에 들어가는 것을 의미하고 있다.
또한, 측벽부(2)의 바깥둘레면에는, 스웨이징 가공에 의해, 전지 캔(1)의 원둘레 방향으로 이어지는 미세한 라인이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 측벽부(2)의 바깥둘레면을 외장체로 덮어 외장하는 경우에, 외장체의 유지성이 향상한다. 외장체에는, 예를 들면, 외장캔, 외장지, 라벨 등이 있다.
보강된 두께부(4)는, 저벽부(3)와 측벽부(2)의 경계 부분인, 전지 캔(1)의 저면의 원둘레 방향 전역에 마련되어 있으며, 그 두께는, 저벽 두께 d2 및 측벽 두께 d1보다 크다. 또한, 보강 두께부(4)는, 전지 캔(1)의 내부에서는, 저벽부(3)의 내면의 둘레가장자리부와 측벽부(2)의 안둘레면의 하단부에 걸쳐서, 전지 캔(1)의 도시하지 않은 축심을 기준으로 하여 측벽부(2)의 반대측의 안둘레면과 마주보는 경사면으로서 형성되어 있다. 보강된 두께부(4)를 마련하는 것에 의해, 저벽 두께 d2 및 측벽 두께 d1를 최소 허용 두께로 해도, 전지 캔(1) 전체적으로의 강도가 양호한 범위로 유지된다.
밀봉부(7)는, 전지 캔(1)의 개구단부 및 그 근방 부분에서, 전지 캔(1)의 원둘레 방향 전역에 마련되고, 측벽 두께 d1보다 큰 두께를 가지고 있다. 밀봉부(7)를 마련하는 것에 의해, 전지 캔(1)으로부터 전지를 제작할 때에, 전지에서의 밀봉 강도가 향상하고, 안전성이 높은 전지를 얻을 수 있다. 한편, 밀봉부(7)를 마련하는 범위는, 전지 캔(1)의 길이방향에서, 전지 캔(1)의 개구단부로부터 0.2∼0.6 mm정도가 바람직하다.
전지는 일반적으로 대량생산되는 것이기 때문에, 전지 캔(1)에서의 상기의 금속재료의 사용량을 저감하는 것에 의해서, 대폭적으로 비용이 다운된 전지의 생산을 실현할 수 있다. 게다가, 전지 캔(1)은, 금속재료의 사용량 저감화를 도모하는 동시에, 보강된 두께부(4)에 의해서 전지 캔(1)으로서의 기계적 강도를 충분히 확보하고, 또한 밀봉부(7)에 의해서 전지 구성시의 밀봉 강도를 확보하고 있다. 또한, 측벽 두께 d1 및 저벽 두께 d2를 가능한 한 얇게 균일화할 수 있으므로, 종래의 전지 캔과 동일한 외형으로 형성하면, 측벽부(2) 및 저벽부(3)가 얇아진 만큼 내용량이 증대한다. 따라서, 전지의 고용량화를 도모할 수 있다.
본 발명의 전지 캔의 제조 방법은, 중간 컵체 형성 공정과, 저벽부 두께 조정 공정 및 측벽부 두께 조정 공정을 포함한다.
중간 컵체 형성 공정에서는, 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체(17)를 임펙트 성형에 의해 제작한다. 중간 컵체(17)는, 전신성을 가진 금속 소재로 이루어지고, 길이방향의 일단이 개구하며 또한 얻고자 하는 전지 캔의 안지름보다도 큰 안지름을 가지고 있다. 전신성을 가진 금속 소재로서는, 예를 들면, 아연, 알루미늄, 마그네슘 등을 들 수 있다.
도 2A∼도 2C는, 임펙트 성형용 프레스부(21)를 이용하는 중간 컵체(17)의 제조 방법을 도시한 종단면도이다. 도 2A는 펠릿 공급 공정을 도시한다. 도 2B는 후방 압출 공정을 도시한다. 도 2C는 중간 컵체(17)를 꺼내는 공정을 도시한다. 도 3은, 도 2B에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시하는 종단면도이다.
임펙트 성형용 프레스부(21)는, 다이스 홀더(10), 임펙트 다이스(11), 펀치 홀더(12), 임펙트 펀치(13) 및 스트리퍼(14)를 포함한다. 다이스 홀더(10)는, 임펙트 다이스(11)를 지지한다. 임펙트 다이스(11)는, 임펙트 펀치(13)를 향하는 면에 원형의 오목부(11a)가 형성되고, 오목부(11a)에는 전신성을 가진 금속 소재의 펠릿 (8)이 삽입된다. 임펙트 홀더(12)는, 임펙트 펀치(13)를 그 길이방향으로 왕복 이동이 가능하도록 지지한다.
임펙트 펀치(13)는, 도시하지 않은 승강 수단에 의해 연직 방향으로 왕복 이동하는 원기둥형상 부재이며, 임펙트 다이스(11)의 오목부(11a)에 삽입되는 펠릿 (8)을 누른다. 스트리퍼(14)는, 임펙트 펀치(13)가 삽입통과할 수 있는 두께 방향의 관통구멍이 형성되고, 중간 컵체(17)의 성형이 종료하여, 임팩트 펀치(13)가 임펙트 다이스(11)로부터 멀어질 때에, 임펙트 펀치(13)의 선단으로부터 중간 컵체 (17)를 떼어낸다.
도 2A에 도시한 공정에서는, 임펙트 다이스(11)의 오목부(11a)에 펠릿(8)이 삽입된다. 이 펠릿(8)으로서는, 임펙트 성형에 적합한 전신성을 가진 점, 및 최종적으로 얻어지는 전지 캔의 경량화를 도모할 수 있는 점에서, 일반적으로 아연, 알루미늄, 마그네슘 등이 이용된다.
도 2B에 도시한 공정에서는, 임펙트 펀치(13)가 하강하여, 그 선단부가 오목부(11a) 내로 쳐들어간다. 펠릿(8)은, 임펙트 펀치(13)에 의해 압착되어, 임펙트 펀치(13)의 바깥둘레면과 오목부(11a)의 안둘레면의 빈틈으로 밀어넣어지고, 임펙트 펀치(13)의 바깥둘레면을 따라서 전신하여 단조된다. 임펙트 펀치(13)는 소정의 스트로크만큼 하강한다. 이에 따라, 펠릿(8)은, 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체(17)에 성형된다.
도 2C에 도시한 공정에서는, 임펙트 펀치(13)는 상승하여, 하강전의 본래의 위치로 복귀한다. 임펙트 펀치(13)의 상승에 따라서, 중간 컵체(17)는 임펙트 펀치 (13)의 선단부에 부착된 상태에서 오목부(11a)로부터 인출된 후, 스트리퍼(14)에 의해서 임펙트 펀치(13)로부터 떼내진다.
중간 컵체(17)는, 얻고자 하는 전지 캔(1)의 안지름보다도 약간 큰 안지름을 가지도록 형성된다. 중간 컵체(17)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 측벽부(17a)에 두께의 불균일이 있으며, 또한 저벽부(17b) 둘레가장자리의 측벽부(17a)와의 경계 부분인 코너부의 두께가 필요 이상으로 커지고 있다. 그러나, 이들 두께의 불량은, 후기하는 각 공정에서 해소할 수 있다. 임펙트 성형에 의하면, 전지 캔(1)의 원형이 되는 중간 컵체(17)를 하나의 공정으로 생산성 좋게 제조할 수 있다.즉, 종래와 같은 높은 생산성을 유지할 수 있다.
저벽부 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)를 소정 두께로 조정하는 동시에, 저벽 두께 d2를 균일하게 한다. 보다 구체적으로는, 중간 컵체의 내부에 정형용 코어를 삽입하고, 중간 컵체의 저벽부 외면에 평탄면을 접촉시킨다. 다음에, 정형용 코어의 선단면과 평탄면이 대향하고 또한 평행이 되도록 유지하면서, 중간 컵체의 저벽면을 정형용 코어의 선단면과 평탄면의 사이에 끼워 붙여 압착한다. 여기서, 정형용 코어는, 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면이 평탄하거나 또는 오목 구면이다. 오목 구면이란, 정형용 코어의 내부를 향하여 오목한 면이다. 본 공정은, 더 구체적으로는, 다음과 같다.
도 4A∼도 4B는, 프레스부(22)의 구성 및 프레스부(22)에 의한 저벽부 두께 조정 공정을 간략화하여 도시한 종단면도이다. 도 4A는, 중간 컵체(17)를 프레스부 (22)에 공급하는 공정을 도시한다. 도 4B는, 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)의 두께를 조정하는 공정을 도시한다. 도 5는, 도 4에 도시한 공정의 주요부를 확대하여 도시한 종단면도이다. 도 5A는, 도 4A에 도시한 공정의 주요부를 확대하고 있다. 도 5B는, 도 4B에 도시한 공정의 주요부를 확대하고 있다.
프레스부(22)는, 회전 유지대(18) 및 정형용 코어(19)를 포함한다.
회전 유지대(18)는, 베어링(26)을 사이에 끼워 회전 구동 수단(25)에 의해 회전이 가능하도록 지지되고 있는 원형의 판 형상 부재이다. 회전 유지대(18)의 연직 방향 상면은, 평탄한 고정면(18a)으로 되어 있다. 고정면(18a)에는, 중간 컵체 (17)의 저벽부(17b) 외면이 접촉하도록, 중간 컵체(17)가 놓여진다.
정형용 코어(19)는, 얻고자 하는 전지 캔(1)의 안지름과 동일한 바깥지름을 가지며 또한 중간 컵체(17)의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면(하단면)(19a)이 평탄한 원기둥형상 부재이다. 또한, 선단면(19a)의 둘레가장자리부 전역이 비스듬하게 잘려나가 고리 형상 경사면(19b)으로 되어 있다. 고리 형상 경사면(19b)을 마련하는 것에 의해, 저벽부 조정 공정 및 측벽부 조정 공정에서, 저벽부와 둘레측벽부와의 경계 개소에 보강된 두께부를 자동적으로 형성할 수 있다.
정형용 코어(19)는, 도시하지 않은 구동 수단에 의해 회전이 가능하도록 지지되고 있다. 회전 유지대(18) 및 정형용 코어(19)는, 그 축심이 일치하도록 배치되어 있다. 이 정형용 코어(19)를 이용하여 후기 공정을 실시하는 것에 의해, 저벽부 및 측벽부가 소정 두께이며, 또한 저벽 두께 및 측벽 두께가 각각 균일한 전지 캔(1)을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는, 정형용 코어(19)의 선단면(19a)은 평탄하지만, 그에 한정되지 않고, 오목 구면이라도 좋다. 선단면이 오목 구면인 정형용 코어를 이용하여, 후기하는 공정을 실시하는 것에 의해, 저벽부의 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽부의 두께가 두꺼워지고, 측벽부가 소정 두께이면서 측벽 두께가 균일한 전지 캔을 얻을 수 있다.
도 4A 및 도 5A에 도시한 공정에서는, 먼저, 프레스부(22)에 중간 컵체(17)를 공급한다. 구체적으로는, 중간 컵체(17)를 고정면(18a)에 얹어 놓고, 중간 컵체 (17)의 축심과, 정형용 코어(19)의 축심이 일치하도록 중간 컵체(17)의 위치 결정을 행한다. 다음에, 정형용 코어(19)를 하강시켜 중간 컵체(17)의 내부에 삽입시킨다.
도 4B 및 도 5B에 도시한 공정에서는, 회전 유지대(18)의 고정면(18a)과 정형용 코어(19)의 평탄한 하단면(19a)이 평행하게 대향하도록, 회전 유지대(18) 및 정형용 코어(19)의 상대 위치가 조정된다. 이 상대 위치를 유지한 상태에서, 정형용 코어(19)를, 하단면(19a)과 고정면(18a)의 간극이 저벽 두께 d2에 대응하는 하한 위치까지 하강시킨다. 이에 따라, 저벽부(17b)는, 고정면(18a)과 하단면(19a) 사이에 끼워 붙어져 압착되고, 전체가 소정의 두께 d2로 균일화된다. 저벽부(17b)의 두께가 얇아짐에 따라, 잉여분의 재료는 바깥쪽으로 밀려 나온다.
이 때, 소정 두께 d2로 균일화된 저벽부(17b)가, 회전 유지대(18)의 고정면 (18a)과 정형용 코어(19)의 하단면(19a)에 의해 상하로부터 끼워 붙여져 있다. 따라서, 중간 컵체(17)는, 자동적으로 회전 유지대(18)와 정형용 코어(19)에 의해 상하로부터 끼워져 지지되어 고정된다. 중간 컵체(17)는, 이 상태에서, 다음의 측벽부 두께 조정 공정에 제공된다.
측벽부 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체(17)의 측벽부(17a)를 소정 두께로 조정하는 동시에, 저벽 두께 d2를 균일하게 한다. 이것은, 스웨이징 가공에 의해 이루어진다. 스웨이징 가공에 의하면, 측벽부(17a)의 바깥둘레면을 가압하여, 측벽부(17a)를 구성하는 금속 소재를 소성변형시키는 동시에, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면을 측벽부(17a)의 안둘레면에 꽉 눌러, 측벽부(17a)를 소정 두께 및 균일한 두께로 한다.
도 6은, 측벽부 두께 조정 공정을 설명하는 측면도이다. 도 6A는, 스웨이징 가공부(23)의 구성 및 스웨이징 가공의 초기 공정을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 6B는 도 6A에 도시한 스웨이징 가공의 초기 공정의 주요부를 확대하여 도시한 측면도이다. 도 7은, 스웨이징 가공의 후기 공정을 개략적으로 도시한 측면도이 다. 한편, 도 6 및 도 7에서는, 중간 컵체(17)만을 종단면으로서 도시하고 있다.
스웨이징 가공부(23)는, 스웨이징 공구(20)와 도시하지 않은 NC제어 기구부를 포함한다. 스웨이징 공구(20)는, 그 선단부에서, 구 형상의 스웨이징 부재(20a)가 자유로이 회전하도록 지지한다. 스웨이징 공구(20)를 이용하는 것에 의해, 회전하는 중간 컵체(17)의 측벽부에 꽉 눌려진 스웨이징 부재(20a)가 중간 컵체(17)에 추종하여 회전하므로, 스웨이징 가공을 원활하게 행할 수 있다. 본 실시형태에서는 스웨이징 공구(20)를 사용하지만, 그에 한정되지 않고, 예를 들면, 주걱 형상 공구 등을 사용할 수 있다. NC제어 기구부는, NC제어에 의해, 스웨이징 공구(20)의 수평 방향 및 연직 방향의 이동을, 고정밀도로 제어한다.
도 6에 도시한 스웨이징 가공의 상기 공정에서는, 먼저, 회전 유지대(18)와 정형용 코어(19)에 의해 끼워져 지지된 중간 컵체(17)를, 그 축심 둘레로 회전시킨다. 중간 컵체(17)의 회전은, 정형용 코어(19)를 회전시키는 것에 의해 행하여진다. 상기한 바와 같이, 정형용 코어(19)는 도시하지 않은 구동 수단에 의해 회전이 가능하도록 지지되고 있다. 또한, 중간 컵체(17)는, 회전 유지대(18)와 정형용 코어(19)에 의해 강고하게 끼워져 지지되고 있다. 따라서, 중간 컵체(17) 및 회전 유지대(18)가 정형용 코어(19)의 회전에 추종하여 일체로 함께 돈다.
다음에, 회전중인 중간 컵체(17)에, 스웨이징 가공부(23)에 의해 스웨이징 가공을 실시한다. 스웨이징 가공부(23)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 먼저, 스웨이징 공구(20)를 회전중인 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)의 측방 위치로 근접 이동시킨다. 그리고, 스웨이징 부재(20a)를, 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)로부터 바깥 쪽으로 돌출한 부분에 꽉 누른다. 그 상태를 유지하면서, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면과 스웨이징 부재(20a) 표면과의 간격이, 전지 캔(1)의 측벽부(2)의 측벽 두께 d1에 동일해지도록, 스웨이징 공구(20)의 위치 결정을 행한다.
중간 컵체(17)는, 상기한 바와 같이, 정형용 코어(19)의 바깥지름보다 약간 큰 안지름을 가지고 있다. 이 때문에, 저벽부(17b)로부터 바깥쪽으로 팽창한 재료 및 측벽부(17a)를 구성하는 재료가 스웨이징 부재(20a)에 의해 압착되면서, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면에 꽉 눌려진다. 이에 따라, 잉여 재료의 일부가 스웨이징 부재(20a)의 위쪽으로 밀어 올려지도록 소성변형한다. 또한, 저벽부(17b)로부터 바깥쪽으로 팽창한 부분은, 도 1에 도시한 전지 캔(1)의 저벽부(3)와 측벽부(2)의 경계 부분의 형상이 되도록 수정된다.
다음에, 도 7에 도시한 스웨이징 가공의 후기 공정이 실시된다. 스웨이징 가공부(23)는, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면과 스웨이징 부재(20a)의 선단과의 간격이 측벽 두께 d1에 동일해지는 상대 위치를 확실하게 유지하면서, 스웨이징 공구 (20)가 연직 방향 상방{중간 컵체(17)의 길이방향에서의 개구단부를 향하는 방향}으로 이동하도록 제어한다. 이 이동 제어는, NC제어에 의해, 극히 고정밀도로 이루어진다.
이 때, 중간 컵체(17)의 측벽부(17a)에는, 연직 방향 상방으로 이동하는 스웨이징 부재(20a)가 눌려지므로, 측벽부(17a)는 소성변형하면서 정형용 코어(19)의 바깥둘레면에 꽉 눌려진다. 또한, 상기한 바와 같이, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면과 스웨이징 부재(20a)의 선단이, 측벽 두께 d1와 동일한 간격을 항상 유지하고 있다. 따라서, 중간 컵체(17)의 측벽부(17a)는, 전지 캔(1)의 측벽부(2)와 동일한 안지름 및 동일한 두께 d1을 가진 형상이 되도록 강제적으로 소성 변형된다.
스웨이징 공구(20)가, 중간 컵체(17)의 개구단에 대해 소정의 위치까지 이동하면, 밀봉부(7)를 형성하기 위한 제어가 NC제어 기구부에 의해 행하여진다. 즉 스웨이징 공구(20)를, 정형용 코어(19)로부터 멀어지는 방향으로 약간의 소정 거리만큼 수평 이동시킨다. 이에 따라, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면과 스웨이징 부재 (20a)의 선단과의 간격이, 도 1에 도시한 전지 캔(1)에서의 밀봉부(7)의 두께와 동일해지도록 위치가 결정된다.
위치 결정이 종료된 후, NC제어 기구부는, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면과 스웨이징 부재(20a)의 선단과의 간격을 확실하게 유지하면서, 스웨이징 공구(20)를 연직 방향 상방으로 이동시키는 제어를 고정밀도로 행한다. 스웨이징 부재(20a)가 중간 컵체(17)의 개구단까지 이동하면, 스웨이징 가공이 종료한다. 이에 따라, 측벽부 두께보다도 두께가 약간 크게 되어 밀봉부(7)가 형성되고, 도 1에 도시한 전지 캔(1)을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 전지 캔의 제조 방법은, 도 1에 도시한 본 발명의 실시형태의 하나인 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔(1)을 고정밀도로, 또한 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 즉, 이 제조 방법에서는, 중간 컵체 형성 공정의 임펙트 성형에 의해, 하나의 공정으로 펠릿(8)으로부터 전지 캔(1)으로서의 거의 동일한 외형을 가진 중간 컵체(17)를 가공한다. 따라서, 임펙트 성형에 의해 하나의 공정으로 전지 캔을 제작하는 종래의 제조 방법에서의 높은 생산성을 그대로 유지할 수 있다.
또한, 저벽부 두께 조정 공정에서는, 회전 유지대(18)의 고정면(18a) 상에 위치 결정되어 놓여진 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)를, 정형용 코어(19)의 평탄한 선단면(하단면)(19a)으로 압착하여, 전체에 걸쳐 균일한 저벽 두께 d2로 두께가 얇아진다. 이 때, 모두 평탄면인, 회전 유지대(18)의 고정면(18a)과 정형용 코어(19)의 선단면(19a)이 평행해지는 상대 위치를 설정한다. 또한, 고정면(18a)과 정형용 코어(19)의 선단면(19a)의 간격이, 저벽 두께 d2에 일치하도록 정형용 코어(19)의 하강 스트로크를 정확하게 제어한다.
이에 따라, 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)가, 전체에 걸쳐 균일하게 두께 d2가 되도록 하는 고정밀도의 수정이 가능하게 된다. 또한, 저벽부 두께 조정 공정에서는, 정형용 코어(19)의 선단면(19a)의 둘레가장자리 전역에 고리 형상 경사면 (19b)을 마련하고 있다. 이에 따라, 저벽부(3)와 측벽부(2)의 경계 개소에 보강된 두께부(4)를 자동적으로 형성할 수 있다.
저벽부 두께 조정 공정의 종료시점에서, 중간 컵체(17)의 저벽부(17b)가, 회전 유지대(18)와 정형용 코어(19)로 끼워져 지지되어 고정된 상태에 있다. 이 상태로 정형용 코어(19)의 회전에 의해, 정형용 코어(19)와 일체로 중간 컵체(17)를 회전시키면서, 스웨이징 가공을 행한다. 스웨이징 가공은, 정형용 코어(19)의 선단과 스웨이징 부재(20a)의 바깥둘레면이 소정의 간격을 갖도록, 정형용 코어(19)와 스웨이징 부재(20a)의 상대 위치를 유지하면서, 스웨이징 공구(20)를 NC제어 기구에 의해 고정밀도로 이동 제어하여 행한다. 보다 구체적으로는, 스웨이징 공구(20)를 정형용 코어(19)의 바깥둘레면을 따라서 이동시켜, 측벽부(17a)를 소성변형시킨다. 이에 따라, 전체에 걸쳐 소정의 측벽 두께 d1을 균일하게 가진 측벽부(2)로 수정할 수 있다.
또한, 중간 컵체(17)는, 임펙트 성형에 의해 가공하므로, 일그러짐이 생겨 정확한 외형으로는 형성되기 어렵다. 측벽부(17a)에도 일그러짐이 생기기 쉽다. 그러나, 정확하게 평행한 상대 위치로 설정된 정형용 코어(19)의 하단면(19a)과 회전 유지대(18)의 고정면(18a)으로 끼워 지지하여 고정한 중간 컵체(17)의 측벽부(17a)를, 정형용 코어(19)의 바깥둘레면에 대하여 정확하게 평행이동하는 스웨이징 공구로 수정하므로, 저벽부(3)와 측벽부(2)의 코너부를 거의 정확한 직각으로 수정할 수 있다.
또한, 스웨이징 공구(20)가 중간 컵체(17)의 개구단에 대해 소정의 근방 개소까지 이동한 시점에서, 스웨이징 공구(20)를 수평 이동시킨다. 즉, 스웨이징 부재(20a)와 정형용 코어(19)가 소정의 간격이 되도록, 스웨이징 공구(20)를 수평 이동시킨다. 그 후, 스웨이징 공구(20)를 재차 정형용 코어(19)의 바깥둘레면에 평행하게 이동시킨다. 이에 따라, 개구단 근방 개소에 측벽부(2)의 측벽 두께 d1보다도 약간 큰 두께를 가진 밀봉부(7)를 용이하게 고정밀도로 형성할 수 있다. 게다가 측벽부(2)의 형성과 밀봉부(7)의 형성을 연속하여 실시할 수 있다고 하는 이점도 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 전지 캔(1)은, 앞서 설명한 현저한 효과를 얻을 수 있다. 그와 함께, 측벽 두께 조정 공정에서 스웨이징 가공에 의해 중 간 컵체(17)의 측벽부(17a)를 소성변형시켜 측벽부(2)를 형성하므로, 측벽부(2)의 바깥둘레면에는 미세한 스파이럴 형상 라인이 형성된다. 이 라인은, 회전하는 중간 컵체(17)의 측벽부(17a)에 스웨이징 부재(20a)를 눌러 강제적으로 소성변형시킨 것에 의해 형성된다. 이 라인의 존재에 의해, 가공 경화의 측벽부(2)의 강도가 향상한다.
한편, 본 실시형태에서는, 금속 소재로서 아연을 이용하고, 망간 건전지용의 전지 캔(1)을 제작하고 있지만, 금속 소재로서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하면, 바닥이 있는 원통 형상의 리튬 이차전지용의 전지 캔을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 전지 캔의 제조 방법은, 중간 컵체 형성 공정에서 임펙트 성형을 이용하므로, 임펙트 성형에 적합한 전신성을 가진 금속재료를 이용할 필요가 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금은, 아연, 마그네슘과 같이, 임펙트 성형에 적합한 우수한 전신성을 가지고 있다.
또한, 저벽 두께 조정 공정에서, 정형용 코어(19)와 회전 유지대(18)로 중간 컵체(17)를 끼워 지지하여 고정한 상태로 정형용 코어(19)를 회전 구동하고, 이 회전에 추종하여 중간 컵체(17) 및 회전 유지대(18)를 회전시키고 있다. 이외에도, 예를 들면, 회전 유지대(18)를 회전 구동시켜, 이 회전에 추종하여 중간 컵체(17) 및 정형용 코어(19)를 회전시켜도 좋다. 또한 측벽 두께 조정 공정에서, 스웨이징 공구(20)로서 구체(球體)인 스웨이징 부재(20a)가 자유로이 회전하도록 부착된 것을 예시하여 설명했지만, 주걱 형상 등의 다른 스웨이징 공구도 사용할 수 있다.
또한, 측벽부(2)에 대하여 바깥지름을 크게 하여 두껍게 한 밀봉부(7)를 마 련하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 측벽부(2)에 대해 안지름을 작게 하여 두껍게 한 밀봉부(7)를 마련하여도 좋다. 후자의 밀봉부(7)는, 정형용 코어(19)에서의 밀봉부(7)에 대응하는 개소에 바깥지름이 약간 작은, 작은 지름부를 마련하는 것에 의해 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 장치에 의하면, 임펙트용 프레스부에 의해 중간 컵체 제작 공정을 충실하게 구현화할 수 있고, 회전 유지대와 정형용 코어로 이루어진 프레스부에 의해 저벽 두께 조정 공정을 충실하게 구현화할 수 있으며, 프레스부에 회전 구동원을 부설하는 동시에, 스웨이징 가공부를 포함하는 것에 의해, 측벽 두께 조정 공정을 충실하게 구현화할 수 있다. 특히, 측벽 두께조정 공정에서는, NC제어 기구부에 의한 NC제어에 의해 스웨이징 공구의 이동을 제어하므로, 필요한 측벽 두께를 균일하게 가진 측벽부를 극히 고정밀도로 형성할 수 있다.
본 발명의 전지 캔은, 각종 원통형 전지용으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 방법은, 각종 전지에 사용되는 전지 캔의 제조에 이용할 수 있다. 본 발명의 전지 캔의 제조 방법은, 본 발명의 전지 캔의 제조 방법을 충실하게 재현할 수 있다.

Claims (13)

  1. 전신성(展伸性:extensibility)을 가진 금속 소재로 이루어진 측벽부와 저벽부를 가진 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔으로서,
    측벽부는 소정의 측벽 두께를 가지며, 측벽 두께가 균일하고, 또한 길이방향의 일단이 개구하고 있으며,
    저벽부는 소정의 저벽 두께를 가지며 또한 저벽 두께가 균일하거나, 또는, 저벽부는 그 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽 두께가 두꺼워지고 있고, 상기 저벽부는, 길이방향의 일단이 개구하고 있는 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체의 저벽부를, 평행하게 대향하는 2개의 평탄면 사이 또는 평행하게 대향하는 오목 구면(spherical concave plane) 과 평탄면 사이에 끼워 붙여 압착하는 것에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측벽부는, 소정의 저벽부와, 길이방향의 일단이 개구하고 있는 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체의 측벽부에 스웨이징 가공을 실시하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔.
  3. 제 1 항에 있어서,
    보강된 두께부와 밀봉부를 더 포함하고,
    보강된 두꼐부는, 저벽부와 측벽부의 경계 부분에 마련되어, 그 두께가 상기 저벽 두께 및 측벽 두께보다도 두껍고,
    밀봉부는, 전지 캔의 개구 단부 또는 그 근방에 마련되어, 그 두께가 상기 측벽 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔.
  4. 제 1 항에 있어서, 측벽부의 바깥둘레면에 마련되어, 측벽부의 원둘레 방향으로 이어지는 미세한 라인(fine line)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 소재가, 아연, 알루미늄 또는 마그네슘인 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 저벽 두께가 0.1∼0.4mm이고, 또한 측벽 두께가 0.1∼0.6mm인 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔.
  7. 중간 컵체 형성 공정, 저벽부 두께 조정 공정 및 측벽부 두께 조정 공정을 포함하고,
    중간 컵체 형성 공정에서는, 전신성을 가진 금속 소재로 이루어지고, 길이방향의 일단이 개구하고, 또한 얻고자 하는 전지 캔의 안지름보다도 큰 안지름을 가진 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체를 임펙트 성형에 의해 제작하고,
    저벽부 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체의 내부에, 얻고자 하는 전지 캔의 안지름과 동일한 외형을 가지며 또한 중간 컵체의 저벽부내면에 접촉하는 선단면이 평탄 혹은 오목 구면인 정형용 코어(shaping core)를 삽입하고, 중간 컵체의 저벽부 외면에 평탄면 혹은 오목 구면을 접촉시켜, 정형용 코어의 선단면과 평탄면 혹은 오목 구면이 대향하고 또한 평행이 되도록 유지하면서, 중간 컵체의 저벽면을 정형용 코어의 선단면과 평탄면 혹은 오목 구면의 사이에 끼워 붙여 압착하여, 저벽부를 균일한 두께로 가공하거나 또는 저벽부의 둘레가장자리부로부터 중심부를 향하여 저벽부의 두께가 두꺼워지도록 가공하여 내압강도를 향상시키고,
    측벽부 두께 조정 공정에서는, 정형용 코어를 삽입한 중간 컵체를 회전시키면서, 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면을 가압하는 스웨이징 가공에 의해, 측벽부를 구성하는 금속 소재를 소성변형시키는 동시에, 정형용 코어의 바깥둘레면을 측벽부 안둘레면에 대하여 꽉 눌러, 측벽부를 균일한 두께로 하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 저벽부 두께 조정 공정에서는, 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면의 둘레가장자리부가 비스듬하게 잘려나간 고리 형상 경사면을 가진 정형용 코어를 이용하고,
    측벽부 두께 조정 공정에서는, 저벽부와 소성변형한 금속 소재를 함유하는 측벽부의 경계 부분에, 정형용 코어의 고리 형상 경사면을 꽉 눌러, 상기 경계 부분의 두께가 저벽부 두께 및 측벽부 두께보다도 두꺼운 보강된 두께부를 형성하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 측벽부 두께 조정 공정에서는, 회전 상태에 있는 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면을 가압하여 스웨이징 가공을 행할 때에, 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면의 저벽부측으로부터 스웨이징 가공을 개시하고, 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면의 개구 단부로부터 소정의 위치까지 스웨이징 가공을 행한 후, 정형용 코어의 바깥둘레면에 꽉 눌려져 소성변형 상태에 있는 금속 소재의 두께를 두껍게 하여 스웨이징 가공을 더 행하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 방법.
  10. 전신성을 가진 금속 소재의 펠릿을, 길이방향의 일단이 개구하고 또한 얻고자 하는 전지 캔의 안지름보다도 큰 안지름을 가진 바닥이 있는 원통 형상의 중간 컵체로 성형하는 임펙트 성형부와,
    중간 컵체를 그 저벽부 외면이 접촉하도록 얹어 놓는 평탄한 고정면을 가진 회전 유지대와,
    얻고자 하는 전지 캔의 안지름과 동일한 외형을 가지며 또한 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면이 평탄 또는 오목 구면인 정형용 코어와,
    정형용 코어의 선단면과 회전 유지대의 평탄면이 대향하고 또한 평행이 되도록 정형용 코어를 유지하고, 또한, 정형용 코어를 중간 컵체의 길이방향으로 왕복 이동이 가능하도록 지지하는 프레스부와,
    정형용 코어 및 회전 유지대의 적어도 한쪽을 회전시키는 회전 구동원과,
    회전중의 중간 컵체의 측벽부 바깥둘레면에 꽉 눌러져 이것을 소성변형시키는 스웨이징 공구 및 스웨이징 공구의 이동을 NC제어하는 NC제어 기구부를 가진 스웨이징 가공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 정형용 코어는, 중간 컵체의 저벽부 내면에 접촉하는 선단면의 둘레가장자리부가 비스듬하게 잘려나간 고리 형상 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 스웨이징 공구는, 구(球) 형상의 스웨이징 부재와, 구 형상의 스웨이징 부재를 자유로이 회전하도록 지지하는 지지 부재를 포함하는 것이거나 또는 주걱 형상 공구인 것을 특징으로 하는 바닥이 있는 원통 형상의 전지 캔의 제조 장치.
  13. 삭제
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