KR20180132824A - 라미네이트재의 제조 방법 - Google Patents

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KR20180132824A
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peeling
heat
metal foil
metal
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켄스케 나가타
츠토무 간세
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쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤
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Abstract

금속 노출부를 갖는 라미네이트재를 효율 좋게 제조한다. 금속박(11)의 적어도 일방의 면에 수지층(17, 18)이 접합되어 적층된 라미네이트 소재(10)의 수지층(17, 18)에 레이저광(L)을 조사하고, 수지층(17, 18)과 금속박(11)을 박리시켜서 박리부(21, 22)를 형성하는 박리 공정을 행한다. 그 후, 박리부(21, 22)상의 수지층(17, 18)을 절제하여 금속박(11)을 노출시킨다.

Description

라미네이트재의 제조 방법
본 발명은, 축전 디바이스의 외장체, 식품이나 의약품의 포장재에 사용되는 라미네이트재의 제조 방법에 관한 것이다.
휴대 통신 단말기용 축전지, 차량탑재용 축전지, 회생 에너지 회수용 축전지, 커패시터, 전고체(全固體) 전지 등의 전지는, 소형화, 경량화에 수반하여, 종래 사용되고 있던 금속제의 외장체에 대신하여, 금속박의 양면에 수지 필름을 접착제로 접합한 라미네이트재제의 외장체가 사용되는 것이 많아지고 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 기재된 커패시터용 라미네이트 케이스는, 케이스 내측의 수지 필름층을 노치하여 금속박을 노출시켜서 전극 접속부를 형성하고, 케이스 외측의 수지 필름층을 노치하여 금속박을 노출시켜서 전극 단자를 형성하는 것이다. 이 타입의 라미네이트 케이스는 탭 리드를 필요로 하지 않기 때문에, 커패시터의 소형 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 라미네이트재에서의 금속박의 노출 방법으로서, 출원인은 금속박과 수지 필름의 접합 공정에서 노출 예정부에 접착제를 도포하지 않은 부분을 형성하고, 접합한 후에 접착제 미도포부상의 수지 필름을 절제(切除)하는 방법을 제안하였다(특허문헌 2 참조). 이 방법에 의하면, 노출 예정부는 금속박과 수지 필름이 접착되어 있지 않기 때문에 용이하게 수지 필름을 절제할 수 있고, 또한 금속박 표면이 접착제로 오손(汚損)하는 것도 없다.
또한, 금속박과 수지 필름의 접합 공정에서, 금속박의 노출 예정부에 이박리(易剝離) 시트를 부착한 다음 수지 필름을 접합하고, 그 후 수지 필름을 절제할 때에 이박리 시트를 수지 필름에 접착시켜서 제거하는 방법도 있다.
일본 특개2013-161674호 공보 일본 특개2015-205504호 공보
특허문헌 2에 기재된 방법은 금속박과 수지 필름의 접합의 단계에서 금속 노출부의 치수와 형성 위치를 결정하지 않으면 안되고, 접합한 후에서 변경할 수가 없다. 따라서, 금속 노출부의 형상 또는 위치가 다르면, 각각에 전용의 라미네이트재를 준비하지 않으면 안 된다. 또한, 금속 노출부의 형상, 수 및 위치에 응하여 전용의 접착제 도포용 롤이 필요해지기 때문에, 제작 비용을 밀어올리게 된다.
또한, 이박리 시트를 부착하여 수지 필름과 이박리 시트를 절제하는 방법도, 금속박과 수지 필름의 접합의 단계에서 금속 노출부의 치수와 형성 위치를 결정하지 않으면 안 된다.
본 발명은, 상술한 기술 배경을 감안하여, 금속 노출부의 형상, 수 및 위치가 다른 복수종의 라미네이트재의 제조 공정의 일부를 공통화하여 효율 좋게 라미네이트재를 제조하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 하기 [1]∼[8]에 기재된 구성을 갖는다.
[1] 금속박의 적어도 일방의 면에 수지층이 접합되어 적층된 라미네이트 소재의 수지층측의 면에 레이저광을 조사하고, 수지층과 금속박을 박리시켜서 박리부를 형성하는 박리 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
[2] 상기 레이저는, 엑시머 레이저, YAG 레이저, YVO4 레이저 중의 어느 하나이고, 또한 파장이 150㎚∼550㎚이고, 출력이 3W 이상인 전항 1에 기재된 라미네이트재의 제조 방법.
[3] 상기 박리 공정의 후, 박리부상의 수지층을 절제하여 금속박을 노출시켜서 금속 노출부를 형성하는 절제 공정을 행하는 전항 1 또는 2에 기재된 라미네이트재의 제조 방법.
[4] 상기 수지층의 절제를 물리도(物理刀) 또는 레이저 칼에 의해 행하는 전항 3에 기재된 라미네이트재의 제조 방법.
[5] 상기 라미네이트 소재는, 금속박의 일방의 면에 내열성 수지층이 적층되고, 타방의 면에 열융착성 수지층이 적층된 양면 라미네이트재로서, 상기 열융착성 수지층측의 면에 제1의 박리부를 형성하고, 상기 열융착성 수지층측의 면 또는 상기 내열성 수지층측의 면에 제2의 박리부를 형성하는 전항 1 또는 2에 기재된 라미네이트재의 제조 방법.
[6] 상기 박리 공정의 후, 제1의 박리부상의 열융착성 수지층, 및 제2의 박리부상의 열융착성 수지층 또는 내열성 수지층을 절제하여 금속박을 노출시켜서 금속 노출부를 형성하는 절제 공정을 행하는 전항 5에 기재된 라미네이트재의 제조 방법.
[7] 전항 6에 기재된 방법에 의해 제작한 2장의 라미네이트재를 열융착성 수지층끼리를 내측을 향하여 합쳐서, 연부를 열밀봉함에 의해, 내부에 제1의 박리부에 의한 금속 노출부가 임하고, 전지 요소를 수납하는 전지 요소실을 형성하고, 외면에 제2의 박리부에 의한 금속 노출부를 배치하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체의 제조 방법.
[8] 전항 7에 기재된 축전 디바이스용 외장체의 전지 요소실에, 정극 요소, 부극 요소, 세퍼레이터 및 전해액으로 이루어지는 전지 요소를 봉입하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스의 제조 방법.
상기 [1]에 기재된 라미네이트재의 제조 방법에 의하면, 후에 금속 노출부가 되는 박리부의 형상, 치수 및 위치는 레이저광의 조사에 의해 결정되기 때문에, 금속 노출부의 형상, 치수 및 위치가 다른 복수종의 라미네이트재를 1종류의 라미네이트 소재로 제작할 수 있다. 복수종의 라미네이트재의 출발 재료인 라미네이트 소재는 공통이고, 라미네이트 소재의 공통화에 의해 재료의 낭비를 줄이면서 제조 효율을 향상시킬 있다.
상기 [2]에 기재된 라미네이트재의 제조 방법에 의하면, 박리 공정에서 특정한 레이저를 사용함에 의해 박리부를 형성할 수 있다.
상기 [3] [4]에 기재된 라미네이트재의 제조 방법에 의하면, 절제 공정에서, 박리 공정에서 형성한 박리부상의 수지층을 절제함에 의해 금속 노출부를 형성할 수 있다.
상기 [5]에 기재된 라미네이트재의 제조 방법에 의하면, 금속박의 양면에 수지층이 적층된 양면 라미네이트재에 대해 상기한 효과를 얻을 수 있다.
상기 [6]에 기재된 라미네이트재의 제조 방법에 의하면, 절제 공정에서, 박리 공정에서 형성한 제1 및 제2의 박리부상의 수지층을 절제함에 의해 금속 노출부를 형성할 수 있다.
상기 [7]에 기재된 축전 디바이스용 외장체의 제조 방법에 의하면, 재료의 라미네이트재의 제조 효율이 향상하고, 나아가서는 외장체의 제조 효율도 향상시킬 수 있다.
상기 [8]에 기재된 축전 디바이스의 제조 방법에 의하면, 외장체의 재료인 라미네이트재의 제조 효율이 향상하고, 나아가서는 탭레스의 축전 디바이스의 제조 효율도 향상시킬 수 있다.
도 1은 라미네이트 소재 및 박리 공정에 의해 제작되는 중간가공재의 단면도.
도 2는 절제 공정에 의해 얻어지는 라미네이트재의 단면도
도 3은 축전 디바이스의 외장체의 사시도.
도 4는 도 3의 외장체를 이용한 축전 디바이스의 단면도.
도 5는 박형 축전 디바이스의 단면도.
도 6은 실시례 1의 박리 공정 실시 후의 중간가공재의 외관 사진.
도 7은 도 6의 중간가공재의 단면의 SEM 화상.
도 8은 실시례 2의 박리 공정 실시 후의 중간가공재의 외관 사진.
도 9는 도 8의 중간가공재의 단면의 SEM 화상.
도 10은 도 9의 일부 확대도.
[라미네이트재의 제조 방법]
본 발명의 라미네이트재의 제조 방법은, 라미네이트 소재에 레이저광을 조사하여 조사 부분의 금속박과 수지층을 박리시켜서 박리부를 형성하는 박리 공정과, 박리부상의 수지층을 절제하여 금속박을 노출시켜서 금속 노출부를 형성하는 절제 공정의 2개의 공정을 행한다. 라미네이트재는 박리 공정 후이며 절제 공정 전의 중간가공재에 여러가지가 가공을 시행하는 일이 있고, 절제 공정 전의 중간가공재의 제조도 본 발명에 포함된다. 이하에, 라미네이트 소재, 박리 공정 및 절제 공정에 관해 상세히 설명한다.
(라미네이트 소재)
라미네이트 소재는 금속박의 적어도 일방의 면에 수지층이 접합되어 적층되어 있다. 도 1에 도시하는 라미네이트 소재(10)는 축전 디바이스의 외장체의 재료로서 사용되는 것이고, 금속박(11)의 양면에 수지층(17, 18)이 적층된 양면 라미네이트재이다.
상기 라미네이트 소재(10)는, 금속박(11)의 일방의 면에 접착제층(12)에 의해 내열성 수지층(13)이 접합되어 적층되고, 타방의 면에 접착제층(14)에 의해 열융착성 수지층(15)이 접합되어 적층되어 있다. 일방의 면에서의 수지층(17)은 접착제층(12) 및 내열성 수지층(13)의 2층이고, 타방의 면에서의 수지층(18)은 접착제층(14) 및 열융착성 수지층(15)의 2층이다.
상기 라미네이트 소재(10)의 제조 방법은 한정되지 않는다. 이하는 라미네이트 소재의 제작 공정의 한 예이다.
금속박(11)과 내열성 수지층(13)의 합침면의 적어도 일방의 전 영역에 접착제를 도포하여 접착제층(12)을 형성하고, 금속박(11)과 내열성 수지층(13)을 접합한다. 마찬가지로, 금속박(11)과 열융착성 수지층(15)을 접착제층(14)에 의해 접합한다. 접합 방법은 한정되지 않고 드라이 라미네이트법 등의 주지의 수법을 적절히 이용한다. 또한, 내열성 수지층(13)과 열융착성 수지층(15)의 접합 순서는 임의이다.
또한, 내열성 수지층(13) 자신이 점착성을 갖고 있고, 소정의 접착력을 얻을 수 있는 경우는 접착제층(12)을 통하지 않고서 내열성 수지층(13)과 금속박(11)을 직접 접합할 수 있다. 마찬가지로, 열융착성 수지층(15)과 금속박(11)을 직접 접합할 수도 있다. 또한, 내열성 수지층(13) 및 열융착성 수지층(15)이 단층인 것으로도 한정되지 않고, 2층 이상의 복층이 적층된 라미네이트 소재도 본 발명의 방법을 적용할 수 있다.
(박리 공정)
도 1에 도시하는 바와 같이, 박리 공정에서, 라미네이트 소재(10)에 레이저광(L)을 조사하여 수지층(17, 18)을 소작(燒灼)하는 일 없이 수지층(17, 18)과 금속박(11)을 박리시켜서 박리부(21, 22)를 형성한다. 상기 박리부(21, 22)가 형성된 라미네이트 소재를 중간가공재(20)라고 칭한다.
본 공정에서는, 수지층(17, 18)에의 흡수가 적은 파장의 레이저를, 금속박(11)의 표층에서 금속 원자를 탈리(脫離)할 수 있는 출력으로 사용한다. 이와 같은 조건의 레이저광을 라미네이트 소재(10)에 조사하면, 수지층(17, 18)에 간섭하는 일 없이 빠져나가서 금속박(11) 표면에 도달한다. 금속박(11)의 금속 원자는 인접하는 금속 원자와 금속 결합하고 있고, 또한 표면의 금속 원자는 수지층(17, 18)의 접착제층(12, 14)에 접착되어 있다. 레이저광(L)에 의한 에너지는 금속박(11)의 표면의 금속 원자에 흡수됨으로써 이웃의 금속 원자와의 금속 결합을 떼어낸다고 추측된다. 금속 결합이 떼내어져 금속박(11)으로부터 탈리한 금속 원자는 일부가 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))에 트랩되고, 일부는 재차 금속 결합에 의해 금속박(11) 또는 탈리한 금속끼리로 금속박(11)과는 분리한 고체를 만들게 된다. 또한, 금속 원자의 탈리의 메커니즘으로서 금속 원자의 승화 또는 금속박 표면의 국소적인 용융에 의한 분리 등이 생각된다. 금속박(11)으로부터 금속 결합이 떼내어진 금속 원자가 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))에 트랩된 상태 또는 떨어진 상태는 레이저 조사 후도 유지된다. 레이저광(L)의 조사 위치를 이동시킴으로써 금속박(11) 표면에서 금속 원자가 차례로 탈리하고 가고, 그 탈리한 금속 원자가 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))에 트랩되고, 또는 분리함으로써, 결과적으로 금속박(11)의 박내(箔內), 또는 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))과 금속박(11)의 접합 계면에서 박리가 일어나, 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))과 금속박(11) 사이에 있는 박리부(21, 22)가 형성된다. 상기 박리부(21, 22)에서, 금속박(11)은 표면의 금속 원자를 잃어버려서 표면이 약간 움푹 팬 상태가 되고, 잃어버린 금속 원자는 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))에 부가되고, 또는 수지층(17, 18)(접착제층(12, 14))에 부가되는 일 없이 떨어진 채의 상태로 존재하고 있다. 상술한 레이저광의 조사에 의한 작용은 단시간에 국부적이고, 금속 원자가 흡수한 에너지에 의해 발생한 열은 신속하게 금속박(11)에 방산되기 때문에, 수지층(17, 18)이 소작되는 일 없이 박리부(21, 22)가 형성되다. 또한, 상기 박리부(21, 22)의 형성에 의해 금속박(11) 표면에 패임부가 생기지만, 표면의 금속 원자가 소실되는데 지나지 않고, 금속박(11)의 배리어성이 손상되는 일은 없다.
또한, 상기 박리부(21, 22)에서, 금속박(11)과 금속 결합이 끊어지는 일 없이, 수지층(17, 18)의 접착제층(12, 14)에 접착한 채의 금속 원자가 극히 약간 존재하고 있다고 하여도, 다음 공정의 절제 공정에서 지장없이 수지층(17, 18)을 제거할 수 있다.
상기 박리부(21, 22)가 형성되면 금속박(11)의 광택이 감소된다. 광택의 변화는 박리부와 수지층을 통하여서도 시인할 수 있는 분명한 변화이다.
상술한 작용을 갖는 레이저는, 엑시머 레이저, YAG 레이저, YVO4 레이저의 어느 하나로, 또한 파장이 150㎚∼550㎚이고, 출력이 3W 이상의 레이저를 추천할 수 있다.
150∼550㎚의 레이저광은 수지층(17, 18)에 의한 간섭이 적기 때문에, 수지층(17, 18)을 소작하는 일 없이 박리부(21, 22)를 형성하는 본 공정에 적합하다. 엑시머 레이저로서는, 157㎚의 F2 레이저, 193㎚의 ArF 레이저, 222㎚의 XeCl 레이저, 248㎚의 XeF 레이저를 예시할 수 있다. YAG 레이저로서는, 260㎚ 부근의 제4 고조파, 350㎚ 부근의 제3 고조파, 530㎚ 부근의 제2 고조파를 예시할 수 있다. 또한, YVO4 레이저로서는, 260㎚ 부근의 제4 고조파, 350㎚ 부근의 제3 고조파, 530㎚ 부근의 제2 고조파를 예시할 수 있다. 상기 레이저 중, 특히 녹색의 파장역인 530㎚ 부근의 레이저는 그린 레이저라고 칭하여지고 있다.
또한, 금속박(11)을 구성하는 금속에 따라 흡수율이 높은 파장이 다르고, 본 공정에서는 흡수율이 높은 파장의 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저광은 금속박(11)의 표면에 작용시키기 때문에, 도금박에 대해서는 도금 금속에 적합한 파장의 레이저를 선정한다. 단, 수지층(17, 18)에 간섭되는 파장은 바람직하지 않기 때문에, 그 금속에서의 최대 흡수율을 나타내는 파장이 최선의 파장이라고는 한할 수 없다. 알루미늄은 900㎚ 부근에서 높은 흡수율을 나타내지만, 근적외 영역의 광은 수지층(17, 18)의 간섭을 받기 때문에 500∼550㎚의 그린 영역의 레이저가 적합하다. 구리, 니켈, 금은 500㎚ 부근에서 높은 흡수율을 나타내기 때문에 500∼550㎚의 그린 영역의 레이저가 적합하다. Fe는 1000㎚ 부근에서 높은 흡수율을 나타내지만, 근적외 영역의 광은 수지층(17, 18)의 간섭을 받기 때문에 500∼550㎚의 그린 영역의 레이저가 적합하다. 또한, 은은 300㎚ 부근에서 높은 흡수율을 나타내기 때문에 자외 영역의 레이저가 적합하다. 상술한 바와 같이, 500∼550㎚의 그린 영역의 레이저는 많은 금속에 적합하고, 게다가 금속에 대한 가공성이 양호한 점에서 추천할 수 있다.
레이저의 출력은, 금속박(11)의 종류, 수지층(17, 18)의 수지의 종류나 두께에 응하여 적절히 설정하는데, 후술하는 절제 공정에서 수지층(17, 18)을 용이하게 제거할 수 있도록 박리시키려면, 3W 이상의 출력이 바람직하다. 3W 미만에서는 박리 능력이 부족할 우려가 있다. 특히 바람직한 레이저의 출력은 3W∼100W이다.
(절제 공정)
도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 중간가공재(20)의 박리부(21, 22)의 윤곽에 따라 수지층(17, 18)을 절단하여, 박리부(21, 22)상의 수지층(17a, 18a)을 절제한다. 상술한 바와 같이 박리부(21, 22)는 광택이 감소되고 변색하고 있기 때문에, 절단 위치는 육안으로 시인할 수 있다. 수지층(17a, 18a)의 절제에 의해 금속박(11)이 노출하고, 금속 노출부(23, 24)가 형성되어 라미네이트재(25)가 제작된다.
수지층(17a, 18a)의 절단은, 톰슨날이나 로터리 다이 등의 물리도나, CO2 레이저 등의 수지에 대한 흡수율이 높은 레이저에 의한 레이저 칼을 이용하여 행한다.
본 발명의 방법에 사용하는 라미네이트 소재(10)는 금속박(11)의 전면(全面)에 수지층(17, 18)을 빈틈없이 붙인 소재이다. 박리부(21, 22), 즉 금속 노출부(23, 24)의 형상 및 치수, 및 형성 위치는 박리 공정을 행할 때에 임의로 설정할 수 있기 때문에, 금속 노출부(23, 24)의 형상, 치수, 수, 형성 위치가 다른 복수종의 라미네이트재(25)를 1종류의 라미네이트 소재(10)로 제작할 수 있다. 그리고, 출발 재료인 라미네이트 소재(10)의 공통화에 의해 재료의 낭비를 줄이면서 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 기존의 라미네이트재에 대해서도 본 발명의 방법을 적용할 수 있다.
상기 라미네이트 소재는 금속박의 적어도 일방의 면에 수지층이 적층되고, 본 발명의 방법은 그 수지층측의 면에 상기한 박리 공정 및 절제 공정을 행하는 것이 조건이다. 금속박의 타방의 면의 상태는 (1)∼(3)의 어느 하나이고, 어느 경우도 본 발명의 방법을 적용할 수 있다.
(1) 수지층이 적층되어 있다
(2) 수지층 이외의 층이 형성되어 있다
(3) 아무것도 적층되어 있지 않다.
도시례(圖示例)의 라미네이트 소재(10)는 (1)에 해당하지만, 금속박(11)의 양면에 수지층(17, 18)이 적층되어 있는 라미네이트 소재(10)에 대해, 일방의 면에만 박리 공정 및 절제 공정을 시행하는 경우도 있다. 이들의 라미네이트 소재의 적층 상태 및 가공을 시행하는 면은 라미네이트재의 용도에 따라 다르다.
또한, 절제 공정은 박리 공정에 계속해서 행하는 것으로도 한정되지 않고, 2개의 공정의 사이에 다른 공정을 삽입할 수 있다. (1)의 라미네이트재를 포장 재료로서 사용하는 경우는, 플랫 시트를 피포장물을 장전 가능한 형태의 케이스로 가공하고, 케이스 내에 피포장물을 장전한 후에 개구부의 열융착성 수지층을 히트 실 하여 피포장물을 봉입한다. 피포장물을 장전 가능한 형태의 케이스로의 가공이란, 장출(張出) 가공 또는 드로잉 가공 등에 의한 프레스 가공에 의해 플랫 시트를 입체 형상으로 소성 변형시키는 가공이나 플랫 시트를 주머니형상으로 가공하는 제대(製袋) 가공이다. 상기 박리 공정 및 절제 공정은, 가공 가능한 한 플랫 시트로부터 히트 실 후까지의 사이의 임의의 시기에 행할 수 있다.
후술하는 축전 디바이스(100)의 외장체(30)의 본체(40)는 플랫 시트를 프레스 가공하여 오목부(41)를 형성하는데, 프레스 가공은, 박리 공정 전, 박리 공정과 절제 공정의 사이, 절제 공정 후의 어느 시기라도 행할 수도 있다. 예를 들면, 복수의 박리부(21, 22)의 형성은 플랫 시트의 라미네이트 소재(10)에 박리 공정을 시행함으로써 작업 효율을 높이고, 중간가공재(20)에 프레스 가공을 행함으로써 박리부(21, 22)의 금속박(11)을 수지층(17, 18)으로 보호하고, 성형 후에 절제 공정을 행한다는 순서를 선택할 수도 있다. 또한, 전지 요소실(60) 내에 임하는 금속 노출부(24)는 히트 실 전에 절제 공정을 행하지 않으면 안 되지만, 외장체(30) 외면의 금속 노출부(23)는 히트 실 후라도 절제 공정을 행할 수가 있다.
상기한 방법으로 박리부(21, 22)를 형성하여 중간가공재(20)를 제작하면, 최종 제품인 라미네이트재(25)의 금속 노출부(23, 24)의 형상 및 치수, 금속 노출부(23, 24)의 위치도 결정되지만, 중간가공재(20)에서는 박리부(21, 22)의 금속박(11)은 수지층(17, 18)에 덮여 보호되어 있다.
[축전 디바이스와 그 외장체]
도 3∼5에, 상기한 방법으로 제작한 라미네이트재로 제작한 축전 디바이스용 외장체(30, 35), 및 이들의 외장체(30, 35)를 이용한 축전 디바이스(100, 101)를 도시한다.
(제1의 외장체와 축전 디바이스)
도 3은, 양면에 금속 노출부(23, 24)를 갖는 라미네이트재(25)(도 2 참조)로 제작한 축전 디바이스용의 외장체(30)이고, 도 4는 상기 외장체(30)를 이용한 축전 디바이스(100)이다. 또한, 도 4는 라미네이트재(25)의 접착제층(12, 14)의 도시를 생략하고, 금속박(11), 내열성 수지층(13), 열융착성 수지층(15)만을 도시하고 있다.
상기 외장체(30)는, 평면시 장방형의 오목부(41)를 갖는 본체(40)와, 플랫 시트의 덮개체(50)로 이루어지고, 도 1의 라미네이트 소재(10)의 소요 개소에 박리 공정 및 절제 공정을 시행하여 금속 노출부(23, 24)를 형성한 라미네이트재(25)로 구성되어 있다. 상기 외장체(30)는, 본체(40)의 오목부(41)에 덮개체(50)를 씌움에 의해 폐쇄되는 공간이 전지 요소실(60)이 된다.
상기 본체(40)는, 플랫 시트의 라미네이트재에 장출 성형이나 드로잉 성형 등의 가공을 시행함에 의해, 열융착성 수지층(15)측의 면이 움푹 패는 오목부(41)를 성형하고, 오목부(41)의 개구연으로부터 외방으로 거의 수평하게 늘어나는 플랜지(42, 43, 44, 45)를 갖고 있다. 상기 오목부(41)의 저벽의 내측, 열융착성 수지층(15)측의 면에 형성된 금속 노출부(24)가 제1 내측 도통부(48)로 되어 있다. 또한, 일방의 단변측의 일방의 플랜지(42)의 내열성 수지층(13)측의 면에 형성된 금속 노출부(23)가 제1 외측 도통부(47)로 되어 있다.
상기 덮개체(50)는 본체(40)의 평면 치수와 동치수이고, 본체(40)로 향하여진 열융착성 수지층(15)측의 면에서, 본체(40)의 제1 내측 도통부(48)에 대향하는 위치에 형성된 금속 노출부(24)가 제2 내측 도통부(53)로 되어 있다. 또한, 상기 덮개체(50)의 일방의 단변측의 단부(51)의 내열성 수지층(13)측의 면에 형성된 금속 노출부(23)가 제2 외측 도통부(52)로 되어 있다.
상기 본체(40)와 덮개체(50)를 조립하면, 제1 내측 도통부(48) 및 제2 내측 도통부(53)가 전지 요소실(60) 내에 임하고, 외장체(30)의 외면에 제1 외측 도통부(47) 및 제2 외측 도통부(52)가 노출한다.
상기 전지 요소(70)는, 금속박에 정극 활물질을 도포(塗工)한 정극(71)과 금속박에 부극 활물질을 도포한 부극(72)과의 사이에 세퍼레이터(73)를 배치하고 권회하여 적층한 적층체이다. 상기 정극(71)은 본 발명에서의 정극 요소이고, 마찬가지로 부극(72)은 부극 요소이다.
축전 디바이스(100)는, 상기 본체(40)의 제1 내측 도통부(48)에 도전성 바인더(74)를 통하여 전지 요소(70)의 정극(71)의 단부를 접속함과 함께, 덮개체(50)의 제2 내측 도통부(53)에 도전성 바인더(74)를 통하여 부극(72)의 단부를 접속하고, 전해질을 주입하여 전지 요소실(60)의 주위를 열밀봉하여 열밀봉부(61)를 형성함에 의해 제작된다.
상기 축전 디바이스(100)는, 전지 요소실(60) 내에서는 정극박(71)이 제1 내측 도통부(48)로 본체(40)의 금속박(11)에 도통하고, 외장체(30)의 외면에서는 제1 외측 도통부(47)로 외부와의 도통을 얻는다. 마찬가지로, 전지 요소실(60) 내에서는 부극박(72)이 제2 내측 도통부(53)로 덮개체(50)의 금속박(11)에 도통하고, 외장체(30)의 외면에서는 제2 외측 도통부(52)로 외부와의 도통을 얻는다. 그리고, 상기 축전 디바이스(100)는 외장체(30)의 외면에 마련된 제1 외측 도통부(47) 및 제2 외측 도통부(52)를 통하여 전기의 수수(授受)를 행한다.
(제2의 외장체와 축전 디바이스)
축전 디바이스의 외장체에 있어서, 외부와 전기의 수수를 행하는 외측 도통부는 라미네이트재의 내열성 수지층(13)측의 면에 마련하는 것으로 한정되지 않고, 열융착성 수지층(15)측의 면에 마련할 수도 있다. 또한, 전지 요소가 정극용 금속박과 부극용 금속박의 적층체인 것으로도 한정되지 않는다.
도 5의 축전 디바이스(101)는, 외장체(35)를 플랫한 2장의 라미네이트재로 구성함과 함께, 라미네이트재의 금속박을 정극 또는 부극으로서 이용하는 박형 디바이스이다.
금속박(11)을 정극으로서 이용하는 제1 라미네이트재(110)는, 열융착성 수지층(15)측의 면에 2개의 금속 노출부(24)가 형성되고, 이들이 제1 내측 도통부(111) 및 제1 외측 도통부(112)로 되어 있다. 금속박(11)을 부극으로서 이용하는 제2 라미네이트재(120)는 열융착성 수지층(15)측의 면에 2개의 금속 노출부(24)가 형성되고, 이들이 제2 내측 도통부(121) 및 제2 외측 도통부(122)로 되어 있다.
상기 축전 디바이스(101)는, 제1 라미네이트재(110)의 제1 내측 도통부(111)에 정극 활물질층(76)을 도포하고, 제2 라미네이트재(120)의 제2 내측 도통부(121)에 부극 활물질층(77)을 도포하고, 2개의 라미네이트재(110, 120)의 사이에 세퍼레이터(73)를 끼우고, 제1 외측 도통부(112) 및 제2 외측 도통부(122)가 노출하도록 단부를 어긋내어 겹치고, 전해액과 함께 제1 내측 도통부(111) 및 제2 내측 도통부(121) 주위를 열밀봉함에 의해 제작되어 있다. 상기 정극 활물질층(76) 및 부극 활물질층(77)이 본 발명에서의 정극 요소 및 부극 요소에 대응하고, 정극 활물질층(76), 부극 활물질층(77), 세퍼레이터(73) 및 전해액이 전지 요소(75)이고, 상기 전지 요소(75)가 존재하는 공간이 전지 요소실(부호없음)이다.
[라미네이트재의 다른 용도]
본 발명의 방법으로 제작한 라미네이트재의 용도는 축전 디바이스의 외장체로 한정되지 않고, 또한 외장체는 도 3 및 도 5에 도시한 형태로도 한정되지 않는다. 박리부를 마련하는 면, 위치나 수는 라미네이트재의 용도에 따라 다르다. 또 2개의 외장체(30, 35)에 관해서는, 축전 디바이스의 외장체의 외측 도통부(금속 노출부)가 내열성 수지층(13)측의 면에 마련되어 있는 것으로도 한정되지 않는다. 도 5의 외장체(35)와 같이 2장의 라미네이트재의 단부를 어긋내어서 겹치면 열융착성 수지층(15)이 외장체(35)의 외면에 노출하기 때문에, 열융착성 수지층(15)측의 면에 외측 도통부를 마련할 수 있다. 또한, 외장체를 구성하는 2장의 라미네이트재에서, 일방의 라미네이트재는 열융착성 수지층(15)측의 면에 형성한 금속 노출부를 외측 도통부로서 이용하고, 타방의 라미네이트재는 내열성 수지층(13)측의 면에 형성한 금속 노출부를 외측 도통부로서 이용할 수도 있다. 한편, 전지 요소실 내에 임하는 내측 도통부는 열융착성 수지층(15)측의 면에 마련하지 않으면 안 된다. 따라서, 탭 리드 없는 축전 디바이스의 외장체에 사용하는 라미네이트재는, 내열성 수지층(13)측의 면 및 열융착성 수지층(15)측의 면의 양방에 금속 노출부(23, 24)가 마련되어 있든지, 열융착성 수지(15)측의 면에 복수의 금속 노출부(24)가 마련되어 있는 것이 조건이 된다. 즉, 중간가공재(20)에서, 외장체의 내측 도통부가 되는 제1의 박리부가 열융착성 수지층측의 면에 형성되고, 외측 도통부가 되는 제2의 박리부는 내열성 수지층측의 면 또는 열융착성 수지층측의 면에 형성되어 있다.
또한, 탭 리드부의 축전 디바이스의 외장체에서는 열융착성 수지층측에 금속 노출부를 마련하지 않지만, 내열성 수지층측에 금속 노출부를 마련함에 의해, 이 금속 노출부를 누전 체크에 이용할 수 있다.
본 발명의 방법으로 제작한 라미네이트재는, 축전 디바이스의 외장체 이외에 식품이나 액체의 포장 재료로서도 이용할 수 있다. 금속 노출부(박리부)를 형성하는 면, 금속 노출부(박리부)의 수 및 치수는 한정되지 않고, 라미네이트재의 용도에 응하여 임의로 설정할 수 있다. 식품이나 액체의 포장 재료의 라미네이트재의 용도의 한 예로서 식품 용기를 들 수 있다. 식품 용기용 라미네이트재에서는, 용기의 외면인 내열성 수지층측의 면 및 내면인 열융착성 수지층측의 면의 양방에 금속 노출부를 형성하고, 이 금속 노출부에 발열체를 접촉시키거나, 내용물을 통하여 줄 열에 의한 가열이 행하여지고, 이것이 가능한 식품 용기를 제작할 수 있다.
[라미네이트 소재의 구성 재료]
본 발명은 라미네이트 소재(10)를 구성하는 각 층의 재료를 한정하는 것은 아니지만, 바람직한 재료로서 이하의 재료를 예시할 수 있다.
금속박(11)으로서, 알루미늄박, 스테인리스박, 니켈박, 구리박, 티탄박, 이들의 금속의 클래드박을 예시할 수 있고, 나아가서는 이들의 금속박에 도금을 입힌 도금박을 예시할 수 있다. 또한, 이들의 금속박에 화성 피막을 형성하는 것도 바람직하다. 금속박(11)의 두께는 7㎛∼150㎛가 바람직하다.
내열성 수지층(13)을 구성하는 내열성 수지로서는, 라미네이트재를 히트 실한 때의 히트 실 온도에서 용융하지 않는 내열성 수지를 사용한다. 상기 내열성 수지로서는, 열융착성 수지층(15)을 구성하는 열가소성 수지의 융점보다 10℃ 이상 높은 융점을 갖는 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 열가소성 수지의 융점보다 20℃ 이상 높은 융점을 갖는 열가소성 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들면, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름 등을 들 수 있고, 이들의 연신 필름이 바람직하게 사용된다. 그중에서도, 성형성 및 강도의 점에서, 2축연신 폴리아미드 필름 또는 2축연신 폴리에스테르 필름, 또는 이들을 포함하는 복층 필름이 특히 바람직하고, 또한 2축연신 폴리아미드 필름과 2축연신 폴리에스테르 필름이 접합된 복층 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리아미드 필름으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 6-폴리아미드 필름, 6,6-폴리아미드 필름, MXD폴리아미드 필름 등을 들 수 있다. 또한, 2축연신 폴리에스테르 필름으로서는, 2축연신 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름, 2축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등을 들 수 있다. 또한, 내열성 수지층(13)은, 단층으로 형성되어 있어도 좋고, 또는, 예를 들면 PET 필름/폴리아미드 필름으로 이루어지는 복층으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 두께는 9㎛∼50㎛의 범위가 바람직하다.
열융착성 수지층(15)을 구성하는 열가소성 수지로서는, 내약품성 및 열밀봉성의 점에서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀계 공중합체, 이들의 산변성물 및 아이오노머로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 올레핀계 공중합체로서, EVA(에틸렌·아세트산비닐 공중합체), EAA(에틸렌·아크릴산 공중합체), EMAA(에틸렌·메타아크릴산 공중합체)를 예시할 수 있다. 또한, 폴리아미드 필름(예를 들면 12나일론)이나 폴리이미드 필름도 사용할 수 있다. 또한, 두께는 20㎛∼80㎛의 범위가 바람직하다.
내열성 수지층(13)측의 접착제(12)로서는, 예를 들면, 주제로서의 폴리에스테르 수지와 경화제로서의 다관능 이소시아네이트 화합물에 의한 2액 경화형 폴리에스테르-우레탄계 수지, 또는 폴리에테르-우레탄계 수지를 포함하는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 제1 열융착성 수지층(15)측의 접착제(14, 24)로서는, 예를 들면, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리올레핀계 접착제, 일래스토머계 접착제, 불소계 접착제 등에 의해 형성된 접착제를 들 수 있다.
실시례
도 1에 도시하는 적층 구조의 라미네이트 소재(10)의 양면에 박리 공정 및 절제 공정을 시행하여 금속 노출부(23, 24)를 형성하였다.
사용한 라미네이트 소재(10)의 각 층은 이하와 같다. 상기 라미네이트 소재(10)는, 드라이 라미네이트법에 의해 금속박(11)의 양면에 수지 필름을 접합하였다.
금속박(11) : 두께 40㎛의 알루미늄박(JIS H4160, A8079H)
내열성 수지층(13) : 두께 25㎛의 2축연신 폴리아미드 필름
접착제층(12) : 2액 경화형 폴리에스테르-우레탄계 접착제, 도포량 4g/㎥
열융착성 수지층(15) : 두께 40㎛의 미연신 폴리프로필렌 필름
접착제층(14) : 2액 경화형 산변성 폴리프로필렌계 접착제, 도포량 3g/㎥
[1] 실시례 1 : 열융착성 수지층(15)측의 면
(박리 공정)
파장 523㎚, 출력 15W, 스폿 지름 2.2㎜의 YVO4 레이저를 이용하여, 라미네이트 소재(10)의 열융착성 수지층(15)측의 면의 30㎜×40㎜의 영역에 레이저광을 주사 속도 400m/s로 주사하여 조사하였다.
도 6에 조사 후의 라미네이트 소재(10), 즉 중간가공재(20)의 외관 사진을 도시한다. 이 사진의 좌상의 농색의 장방형이 조사 부분이고, 조사 부분을 육안으로 식별할 수 있다.
또한, 도 7에 조사 후의 단면의 SEM 화상을 도시한다. 상기 SEM 화상에서, 중앙의 흰 부분이 금속박(11)이고, 금속박(11)의 위의 그레이의 층이 열융착성 수지층(15)과 접착제층(14)의 수지층(18)이고, 금속박층(11)의 아래의 그레이의 층이 내열성 수지층(13)과 접착제층(12)의 수지층(17)이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 레이저 조사부는 금속박(11)과 수지층(18)이 박리되어 있고, 박리부(22)가 형성되어 있는 것을 확인하였다.
(절제 공정)
박리 공정에서 형성한 박리부(22)의 주연을 레이저 칼로 절단하고, 박리부(21)상의 수지층(18a)을 절제하였다. 레이저 칼은, 출력 15W, 스폿 지름 2.2㎜의 CO2 레이저이고, 주사 속도 1000㎜/s로 주사하였다. 상기 수지층(18a)의 절제에 의해 금속박(11)이 노출하고, 금속 노출부(24)가 형성되어 있는 것을 확인하였다.
[2] 실시례 2 : 내열성 수지층측(13)의 면
파장 355㎚, 출력 5W, 스폿 지름 2.2㎜의 YAG 레이저를 이용하여, 라미네이트 소재(10)의 내열성 수지층(13)측의 면의 1㎜×30㎜의 영역에 레이저광을 주사 속도 300m/s로 주사하여 조사하였다.
도 8에 조사 후의 라미네이트 소재(10), 즉 중간가공재(20)의 외관 사진을 도시한다. 이 사진의 중앙 상부의 라인형상의 부분이 조사 부분이고, 조사 부분을 육안으로 식별할 수 있다.
또한, 도 9에 조사 후의 단면의 SEM 화상, 도 10에 도 9의 일부 확대 화상을 도시한다. 도 9, 10에서, 중앙의 흰 부분이 금속박(11)이고, 금속박(11)의 위의 그레이의 층이 내열성 수지층(13)과 접착제층(12)의 수지층(17)이고, 금속박층(11)의 아래의 그레이의 층이 열융착성 수지층(15)과 접착제층(14)의 수지층(18)이다. 도 9, 10에 도시하는 바와 같이, 레이저 조사부는 금속박(11)과 수지층(17)이 박리되어 있고, 박리부(21)가 형성되어 있는 것을 확인하였다.
(절제 공정)
박리 공정에서 형성한 박리부(21)의 주연을 실시례 1과 같은 방법으로 박리부(21)상의 수지층(17a) 절제하였다. 수지층(17)의 절제에 의해 금속박(11)이 노출하고, 금속 노출부(23)가 형성되어 있는 것을 확인하였다.
본원은, 2016년 6월 6일에 출원된 일본 특허출원의 특원2016-112421의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위해 사용된 것이고 한정적으로 해석하기 위해 사용되는 것이 아니고, 여기에 나타나고 진술된 특징 사항의 여하한 균등물도 배제하는 것이 아니고, 본 발명의 클레임된 범위 내에서 각종 변형도 허용하는 것으로 인식되어야 할 것이다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 방법으로 제작한 라미네이트재는, 수지층의 일부를 제거하여 금속박을 노출한 외장체 재료로서 알맞게 사용할 수 있다.
10 : 라미네이트 소재
11 : 금속박
12, 14 : 접착제층
13 : 내열성 수지층
15 : 열융착성 수지층
17, 18 : 수지층
20 : 중간가공재
21, 22 : 박리부
23, 24 : 금속 노출부
25 : 라미네이트재
30, 35 : 외장체
40 : 본체(라미네이트재)
47 : 제1 외측 도통부(금속 노출부)
48 : 제1 내측 도통부(금속 노출부)
50 : 덮개체(라미네이트재)
52 : 제2 외측 도통부(금속 노출부)
53 : 제2 내측 도통부(금속 노출부)
60 : 전지 요소실
70, 75 : 전지 요소
100, 101 : 축전 디바이스
110 : 제1 라미네이트재(라미네이트재)
111 : 제1 내측 도통부(금속 노출부)
112 : 제1 외측 도통부(금속 노출부)
120 : 제2 라미네이트재(라미네이트재)
121 : 제2 내측 도통부(금속 노출부)
122 : 제2 외측 도통부(금속 노출부)

Claims (8)

  1. 금속박의 적어도 일방의 면에 수지층이 접합되어 적층된 라미네이트 소재의 수지층측의 면에 레이저광을 조사하고, 수지층과 금속박을 박리시켜서 박리부를 형성하는 박리 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저는, 엑시머 레이저, YAG 레이저, YVO4 레이저 중의 어느 하나이고, 또한 파장이 150㎚∼550㎚이고, 출력이 3W 이상인 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 박리 공정의 후, 박리부상의 수지층을 절제하여 금속박을 노출시켜서 금속 노출부를 형성하는 절제 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수지층의 절제를 물리도 또는 레이저 칼에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 라미네이트 소재는, 금속박의 일방의 면에 내열성 수지층이 적층되고, 타방의 면에 열융착성 수지층이 적층된 양면 라미네이트재로서, 상기 열융착성 수지층측의 면에 제1의 박리부를 형성하고, 상기 열융착성 수지층측의 면 또는 상기 내열성 수지층측의 면에 제2의 박리부를 형성하는 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 박리 공정의 후, 제1의 박리부상의 열융착성 수지층, 및 제2의 박리부상의 열융착성 수지층 또는 내열성 수지층을 절제하여 금속박을 노출시켜서 금속 노출부를 형성하는 절제 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 라미네이트재의 제조 방법.
  7. 제6항에 기재된 방법에 의해 제작한 2장의 라미네이트재를 열융착성 수지층끼리를 내측을 향하여 합쳐서, 연부를 열밀봉함에 의해, 내부에 제1의 박리부에 의한 금속 노출부가 임하고, 전지 요소를 수납하는 전지 요소실을 형성하고, 외면에 제2의 박리부에 의한 금속 노출부를 배치하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체의 제조 방법.
  8. 제7항에 기재된 축전 디바이스용 외장체의 전지 요소실에, 정극 요소, 부극 요소, 세퍼레이터 및 전해액으로 이루어지는 전지 요소를 봉입하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스의 제조 방법.
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