KR20190133234A

KR20190133234A - 금형

Info

Publication number: KR20190133234A
Application number: KR1020197032041A
Authority: KR
Inventors: 타케시 쿠츠와; 에이지 마츠모토; 테츠야 야마자키; 코시 유아사
Original assignee: 가부시기가이샤야스나가
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-12-02
Also published as: JP2018167351A; CN110475651A; WO2018180789A1

Abstract

본 발명은, 두께 5~40 μm의 금속박에 대하여 복수의 관통공을 형성하기 위한 금형으로서, 경도가 HV650 이하인 금속으로 이루어지는 평판부; 상기 평판부의 재료와 동일한 금속으로 이루어지고, 상기 평판부의 표면에서 돌출되도록 일체적으로 형성된 원뿔대형의 복수의 돌출부;를 갖고, 상기 복수의 돌출부 각각은, 상기 평판부의 표면에 직교하는 방향에 대하여 5도 이상 경사진 경사 측면을 포함하고, 선단에 위치하는 상면의 표면적이 20 μm² 이상인 것이다.

Description

금형

본 발명은, 이차 전지 등의 전극에 이용되는 집전박(集電箔)에 대하여 관통공을 형성하기 위한 금형에 관한 것이다.

종래부터, 이차 전지의 전극에 이용되는 집전박에 대하여, 다수의 관통공을 형성하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 있어서는, 다수의 미세 돌기가 표면에 형성된 성형 롤 및 받음 롤 사이에 금속박을 협지시키고, 2개의 롤을 회전시킴으로써 해당 금속박을 2개의 롤 사이를 통과시켜 관통공을 형성하고 있다.

한편, 피접촉물에 대하여 관통공을 형성하기 위한 일반적인 금형으로는, 대략 평판형이며 그 표면에 복수의 돌기(요철)가 형성된 금형도 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 2에는, 일반적인 전주(電鑄) 기술을 이용하여, 필요한 요철 패턴을 표면에 구비하는 금형의 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공보 5953597호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2013-142192호

그러나, 롤형의 금형을 이용한 관통공의 형성 방법에 있어서는, 금속박에 대한 관통공 형성 후에, 관통공의 형성 방향(즉, 금속박의 두께 방향)과 상이한 방향으로 힘을 가하면서, 금속박으로부터 금형의 돌기를 뽑아 내게 되므로, 금속박의 파손, 및 금속박에 대한 돌기의 걸림에 의한 돌기의 파손이 생기는 문제가 있다. 이 문제에 대하여, 롤의 직경을 대형화함으로써 금속박에 대한 걸림을 저감시킬 수 있지만, 금형 자체의 대형화로 이어지게 된다. 또한, 롤형의 금형을 이용하여 금속박에 관통공을 형성하는 경우에는, 롤 본체에 대한 돌기의 형성 정밀도 상의 문제로부터, 400 μm 이하의 피치로 관통공을 형성하는 것이 어려워진다.

이에 반해, 다수의 요철이 표면에 형성된 일반적인 평판형의 금형에 있어서는, 금속박에 대한 관통공 형성 후에, 관통공의 형성 방향과 상이한 방향으로 힘이 가해지는 일이 없기는 하지만, 금속박의 두께 방향만에 대한 금형의 이동만으로는, 금형으로부터 금속박을 뽑는 것이 어려워지기 쉽고, 금형을 금속박에서 뽑으려고 힘을 가하면 금속박이 파손될 우려가 있다. 또한, 금형으로부터 금속박을 뽑아 내는 것이 어려워지기 때문에, 금형의 돌기의 파손으로도 이어진다.

그리고, 금형의 돌기가 마모되면 금형 자체를 교환할 필요가 있어, 금형의 비용, 및 유지 보수 비용이 증가하게 된다. 그러므로, 금속박에 대한 관통공 형성 자체의 비용 저감을 도모하기 위해서도, 금형의 내구성이 강하게 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 뛰어난 내구성을 구비하는 한편, 금속박의 파손을 방지하면서 관통공을 형성할 수 있는 금형을 제공하는 것에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 금형은, 두께 5~40 μm의 금속박에 대하여 복수의 관통공을 형성하기 위한 금형으로서, 경도가 HV650 이하인 금속으로 이루어지는 평판부; 상기 평판부의 재료와 동일한 금속으로 이루어지고, 상기 평판부의 표면에서 돌출되도록 일체적으로 형성된 원뿔대형의 복수의 돌출부;를 갖고, 상기 복수의 돌출부 각각은, 상기 평판부의 표면에 직교하는 방향에 대하여 5도 이상 경사진 경사 측면을 포함하고, 선단에 위치하는 상면의 표면적이 20 μm² 이상인 것이다.

본 발명에 의하면, 뛰어난 내구성을 구비하는 한편, 금속박의 파손을 방지하면서 관통공을 형성할 수 있는 금형을 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 따른 금형의 사시도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 금형의 정면도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 금형의 사용 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 금형의 돌기부의 확대 측면도이다.
도 5는 도 2에서의 선V-V에 따른 금형의 확대 단면도이다.
도 6은 변형예에 따른 금형의 돌기부의 확대 사시도이다.
도 7은 변형예에 따른 금형의 돌기부의 확대 사시도이다.
도 8은 변형예에 따른 금형의 돌기부의 확대 사시도이다.
도 9는 도 5와 동일하게 나타내는, 실시예 2에 따른 금형의 확대 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 금형에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 본 발명은 아래에 설명하는 내용에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 임의로 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 또한, 각 실시예 및 변형예의 설명에 이용하는 도면은, 모두 본 발명에 따른 금형을 모식적으로 나타내는 것으로, 이해를 심화하도록 부분적인 강조, 확대, 축소, 또는 생략 등을 수행하고 있어, 각 구성 부분의 축척이나 형상 등을 정확하게 나타낸 것이 아닌 경우가 있다. 또한, 각 실시예 및 변형예에서 이용하는 일부의 수치는, 모두 일례를 나타내는 것으로, 필요에 따라 여러가지로 변경하는 것이 가능하다.

<실시예 1>

먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 실시예 1에 따른 금형 및 그 사용 상태에 대하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도 1은, 실시예 1에 따른 금형의 사시도이며, 도 2는, 실시예 1에 따른 금형의 정면도이다. 또한, 도 3은, 실시예 1에 따른 금형의 사용 상태를 나타내는 개략도이다. 또한, 도 4는, 실시예 1에 따른 금형에 형성된 돌기의 확대 측면도이다. 그리고, 도 5는, 도 2에서의 선V-V에 따른 금형의 확대 단면도이다.

도 1 및 도 2로부터 알 수 있듯이, 실시예 1에 따른 금형(10)은, 직육면체형 평판부(11), 평판부(11)의 제 1 표면(11a)측에 형성된 복수의 돌기부(12), 평판부(11)의 제 1 표면(11a)측에 형성된 복수의 받음부(13)를 갖고 있다. 여기서, 돌기부(12)는, 평판부(11)의 제 1 표면(11a)에서 돌출되어, 피가공물을 관통하는 부분이 된다. 한편, 받음부(13)는, 평판부(11)의 제 1 표면(11a)부터 함몰된 개구이다. 그리고, 실시예 1에 따른 금형(10)에 있어서, 평판부(11)의 제 2 표면(11b)은, 금형(10)을 담지하기 위한 지그를 장착하기 위해 평탄한 형상을 구비하고 있지만, 각종 지그 또는 지지 부재를 접속하기 위해 요철 등이 형성되어 있을 수도 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 피가공물인 금속박(20)에 복수의 관통공을 형성하는 경우에는, 실시예 1에 따른 금형(10)을 2개 준비하고, 준비한 2개의 금형(10)으로 금속박(20)을 끼우게 된다. 따라서, 한쪽 금형(10)의 돌기부(12)에 대하여 마주보는 위치에, 다른쪽 금형(10)의 받음부(13)가 배치되게 된다. 다시 말하면, 평판부(11)의 제 1 표면(11a)에는, 금속박(20)을 2개의 금형(10)에 의해 끼울 때에, 한쪽 금형(10)의 돌기부(12)에 대하여 마주보는 위치에 함몰된 받음부(13)가 형성되어 있게 된다. 그리고, 금속박(20)을 2개의 금형(10)에 의해 끼움으로써, 돌기부(12)와 금속박(20)이 접촉되어, 금속박(20)에 복수의 관통공이 동시에 형성되게 된다.

실시예 1에 따른 금형(10)의 가공 대상은, 두께가 5~40 μm인 금속박(20)이다. 해당 금속박(20)은, 예를 들어, 이차 전지의 집전박에 사용되는 것이다. 또한, 금속박(20)으로는, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 티탄, 니켈(이들의 합금 포함한다) 또는 스텐레스 등이 이용되게 된다.

금형(10)은, 돌기부(12) 및 받음부(13)에 대응하는 요철이 형성된 수지 재료로 이루어지는 모형(母型)에 대하여, 일반적인 전주 기술을 시행하여 형성된다. 그러므로, 평판부(11) 및 돌기부(12)는, 동일한 금속에 의해 일체적으로 형성되어 있다. 금형(10)은, 강도의 관점에서 그 두께가 약 500 μm가 되는 것, 및 금형(10) 자체의 휨을 고려하여, 경도 HV650 이하의 금속으로 형성되어 있다. 즉, 경도 HV650을 초과하는 금속에 대해서는, 금형(10)의 형상 등을 고려하면, 실시예 1에 따른 금형(10)의 구성 부재로 이용할 수 없다. 실시예 1에 있어서는, 니켈 및 코발트를 원하는 혼합비로 합성한 것을 전주 재료로 사용하여, HV600(공칭값)의 니켈 코발트 합금(NiCo)으로 금형(10)이 형성되어 있다. 그리고, 해당 전주 재료는, 형성되는 금형(10)의 경도가 HV650 이하이면, 니켈, 구리, 철, 또는 니켈 몰리브덴 합금(NiMo) 등의 다른 금속을 단체(單體) 또는 혼합하여 사용할 수도 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 돌기부(12)는 매트릭스형(4행×4열)으로 늘어서 총 16개 형성되어 있다. 마찬가지로, 받음부(13)도, 매트릭스형(4행×4열)으로 늘어서 총 16개 형성되어 있다. 그리고, 돌기부(12)와 받음부(13)는, 한방향(도 2에서의 길이 방향)에 있어서, 교대로 배설(配設)되어 있다. 이러한 형상으로부터, 실시예 1에 있어서는, 금속박(20)을 2개의 금형(10)에 의해 끼우면, 총 32개의 관통공이 동시에 형성되게 된다.

여기서, 돌기부(12)끼리의 간격, 및 받음부(13)끼리의 간격은, 250 μm 이하인 것이 바람직하고, 100 μm 이하인 것이 보다 바람직하다. 즉, 돌기부(12) 및 받음부(13)의 형성 밀도는, 16개/mm²이상인 것이 바람직하고, 100개/mm²이상인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 금속박(20)을 이차 전지의 집전박에 사용하는 경우에는, 보다 많은 관통공이 형성되어 있는 것이 바람직해지지만, 금속박(20)의 일정 영역을 2개의 금형(10)에 의해 여러 차례 끼우는 것에 의해 관통공을 다수 형성하면, 금속박(20)에 주름이 생기기 쉽고, 결과적으로 찢어지기 쉬워져 버리는 등, 집전박으로서의 신뢰성이 저하되게 된다. 또한, 금속박(20)을 금형(10)에 의해 끼울 때의 위치 결정 정밀도가 낮으면 금속박(20)에 형성되는 관통공의 간격이 상이하고, 경우에 따라서는 인접하는 관통공끼리가 연통될 우려가 있다. 그러므로, 실시예 1에 있어서는, 돌기부(12) 및 받음부(13)의 형성 밀도는, 16개/mm²이상으로 함으로써, 금속박(20)의 일정 영역을 2개의 금형(10)에 의해 끼우는 회수를 저감시키면서도, 보다 많은 관통공을 동시에 형성하여, 집전박으로서의 신뢰성을 유지할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 돌기부(12) 및 받음부(13)의 수량 및 배치 관계는, 상술한 내용에 한정되지 않고, 금속박(20)에 형성하는 관통공의 수량 및 형성 부위에 따라 적절히 변경할 수 있다. 예를 들어, 돌기부(12) 및 받음부(13)를, 도 2의 짧은 변 방향에 있어서도 교대로 배치하도록 할 수도 있다.

또한, 돌기부(12)의 높이는, 피가공물인 금속박(20)의 두께의 1.5배 이상인 것이 바람직하고, 2~3배로 하는 것이 보다 바람직하다. 여기서, 돌기부(12)의 높이는 금속박(20)의 두께에 따라 조정되지만, 금속박(20)을 이차 전지의 집전박에 사용하는 경우에는, 돌기부(12)의 높이를 20 μm 이상으로 하는 것이 특히 바람직해진다. 이와 같이 설정하는 이유로는, 금속박(20)을 이차 전지의 집전박에 사용하는 경우에는, 전해액을 원활하게 통과시키기 위해, 집전박에 형성된 관통공의 개구 지름이 10 μm 정도가 되는 것이 바람직해지기 때문이다.

도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 돌기부(12)는, 평판부(11)측에 위치하는 돌출부(12a), 및 돌기부(12)의 선단에 위치하는 한편 볼록 곡면형(曲面狀)을 이루는 꼭대기부(頂部)(12b)로 구성되어 있다. 돌출부(12a)의 형상은 원뿔대형이며, 꼭대기부(12b)의 형상은 반구형이다.

돌출부(12a)는, 평판부(11)의 제 1 표면(11a)에 직교하는 방향에 대하여 5도 이상 경사져 있는 경사 측면(12c)을 포함하고 있다. 실시예 1에 있어서는, 제 1 표면(11a)에 직교하는 방향에 대한 경사 측면(12c)의 경사 각도(이하, 빼기 구배라고도 칭한다)(θ)를 9도로 설정했다. 이러한 경사 각도(θ)를 설정함으로써, 2개의 금형(10)에 의해 금속박(20)을 끼우는 한편 관통공을 형성한 후에, 2개의 금형(10)을 서로 이간(離間)시키도록 이동함으로써, 금형(10)으로부터 금속박(20)을 용이하게 떼어낼 수 있다. 다시 말하면, 두께가 5~40 μm인 금속박(20)에 대하여, 경사 측면(12c)의 경사 각도를 5도 이상으로 설정함으로써, 금속박(20)을 찢은 돌기부(12)를 금속박(20)에서 뽑아 낼 때에, 돌기부(12)가 금속박(20)에 걸리는 것이 저감된다. 이러한 돌기부(12)의 걸림이 저감됨으로써, 금속박(20)의 찢어짐이 방지되고, 게다가 경사 측면(12c)의 마찰 손상이 방지되게 되어, 금형(10)의 내구성 향상으로 이어지게 된다.

또한, 돌출부(12a)의 상면의 직경(2r)(즉, 꼭대기부(12b)의 직경(2r))은, 피가공물인 금속박(20)의 두께의 50% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 실시예 1에서의 금속박(20)의 최소 두께는 5 μm이므로, 돌출부(12a)의 상면의 직경(2r)은 2.5 μm 이상이 되는 것이 바람직하다. 여기서, 돌출부(12a)의 상면의 직경(2r)과, 피가공물인 금속박(20)의 두께의 관계는, 돌출부(12a)의 상면의 표면적이 5 μm²이상인 것과 동일한 의미이다. 이것은, 돌출부(12a)의 상면의 직경(2r)은 2.5 μm 이상인 점에서, 돌출부(12a)의 상면의 최소 표면적을 산출한 결과에 근거하고 있다.

그러나, 돌출부(12a)를 형성하기 위한 정밀도(모형의 형성 정밀도)를 고려하면, 돌출부(12a)의 상면의 표면적이 20 μm² 이상인 것이 중요해진다. 따라서, 실시예 1에 있어서는, 돌출부(12a)의 상면의 표면적이 20 μm² 이상인 것을 필요 조건으로 하고, 게다가 돌기부(12a)의 상면의 직경(2r)이 금속박(20)의 두께의 50% 이상으로 되도록 설정되어 있다. 이러한 돌출부(12a)의 상면의 직경(2r) 및 표면적을 설정함으로써, 두께가 5~40 μm인 금속박(20)에 대하여, 돌출부(12a)의 선단(즉, 꼭대기부(12b)의 형성면측)의 마모가 방지되게 된다.

꼭대기부(12b)는, 돌출부(12a)의 상면에 형성되어 있지만, 꼭대기부(12b)와 돌출부(12a) 사이에는 단차가 존재하지 않는다. 즉, 돌출부(12a)의 경사 측면(12c)에 대하여, 꼭대기부(12b)의 볼록 곡면이 평활하게 연속되어 있다. 이러한 꼭대기부(12b)의 형상에 의해, 꼭대기부(12b)의 직경(2r)은 돌출부(12a)의 상면의 직경(2r)과 동일하고, 꼭대기부(12b)는 직경 2.5 μm 이상의 반구체가 된다. 여기서, 돌기부(12)가 금속박(20)을 찢을 때에는, 돌기부(12)의 선단에 걸리는 힘은, 돌기부(12)의 연재(延在) 방향(즉, 제 1 표면(11a)에 직교하는 방향)으로 생길뿐 아니라, 금속박(20)이 신장되는 힘과 주름이 형성되는 힘이 복잡하게 작용하여, 돌기부(12)의 연재 방향에 직교하는 방향으로도 힘이 생기게 된다. 그러므로, 상기와 같은 반구형의 꼭대기부(12b)를 설치하여, 금속박(20)의 가공 시에서의 돌기부(12)의 선단에 걸리는 응력을 분산시켜, 돌기부(12)의 마모를 방지하는 것이 도모되고 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 받음부(13)인 개구의 형상은, 돌기부(12)에 대응하여, 원뿔대부 및 반구부로 구성된 형상이다. 단, 받음부(13)의 치수는, 돌기부(12)와 비교하여 전체적으로 커져 있다. 이것은, 피가공물인 금속박에 관통공을 형성할 때에, 받음부(13)에 대한 다른 금형의 돌기부의 접촉을 방지하기 위해서이다. 이러한 받음부(13)의 형상 및 치수에 의해, 금속박(20)의 가공 시에 있어서도, 한쪽 금형(10)의 돌기부(12)가 다른쪽 금형(10)의 받음부(13)에 접촉하는 일이 없어져, 돌기부(12)의 파손이 방지되어, 금형(10) 자체의 수명 향상을 도모할 수 있다.

그리고, 받음부(13)의 형상은, 상술한 것에 한정되지 않고, 다른 금형의 돌기부가 접촉하지 않도록 할 수 있으면 다른 형상이어도 된다. 예를 들어, 실시예 1의 경우, 받음부(13)의 형상을 원기둥형으로 해도 된다.

실시예 1에 따른 금형(10)의 제조 방법의 일례를 아래에 설명한다. 먼저, 모형이 되는 재료에 대하여 공지된 기술에 의해, 돌기부(12) 및 받음부(13)에 대응하는 요철을 해당 재료의 표면에 형성한다. 요철의 형성 방법으로는, 예를 들어, 재료 표면의 절삭 등의 기계적 가공일 수도 있고, 에칭 등의 화학적 가공일 수도 있고, 레이저 조사에 의한 것일 수도 있다. 그리고, 해당 요철은, 상술한 돌기부(12) 및 받음부(13)의 각종 형상 및 치수를 구현할 수 있도록, 매우 고정밀도이면서 미세한 가공이 필요하다. 그 후, 요철이 형성된 모형에 일반적인 전주 기술을 시행하여, 해당 모형에 대응하는 금속의 금형(10)이 형성된다. 그리고, 해당 모형으로부터 금형(10)을 이간시킴으로써, 금형(10)의 제조가 완료된다.

전주 재료로, 니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 이용하여 니켈 코발트 합금의 금형(10)을 제조하고, 15 μm의 알루미늄 박에 대하여 복수의 관통공을 동시 형성하는 내구성 실험을 수행했다. 여기서, 금형(10)의 내구성은, 사용 전후에 돌기부(12)의 높이 및 형상의 변화를 비교하는 것에 의해 평가했다. 표 1에 나타내는 대로, 50만회 사용 후에 있어서도, 돌기부(12)의 높이는 사용 전의 96.3%를 유지하고 있고, 또한, 형상의 변화도 보여지지 않는 점에서, 매우 뛰어난 내구성을 갖고 있는 것을 알 수 있었다.

	사용전	10만회 사용 후	50만회 사용 후
돌기 높이(%)	100	99.2	96.3
돌기 형상	-	변화 없음	변화 없음

<변형예>

실시예 1에 있어서는, 돌기부(12)가 원뿔대형의 돌출부(12a) 및 반구형의 꼭대기부(12b)로 구성되어 있었지만, 돌기부의 형상은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 도 6 내지 도 8에 나타내는 것 같은 형상일 수도 있다. 여기서, 도 6 내지 도 8은, 변형예에 따른 금형의 돌기부의 확대 사시도이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 금형(10)의 변형예로, 원뿔대형의 돌기부(32)가 형성될 수도 있다. 즉, 실시예 1에서의 꼭대기부(12b)가 없고, 돌출부(12a)만이 형성되어 있는 것과 동일하다. 이러한 경우에도, 돌기부(32)의 경사 측면의 경사 각도(θ)가 5도 이상이면, 두께가 5~40 μm인 금속박(20)에 대하여, 돌기부(32)가 금속박(20)에 걸리는 것이 저감되어, 금속박(20)의 찢어짐 방지 및 금형(10)의 내구성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 돌기부(32)의 상면의 표면적을 20 μm² 이상으로 설정하는 한편, 돌기부(32)의 상면의 직경(2r)을 피가공물인 금속박(20)의 두께의 50% 이상으로 설정함으로써, 돌기부(32)의 선단의 마모가 방지되게 된다.

또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 금형(10)의 다른 변형예로, 삼각뿔대형의 돌기부(42)가 형성될 수도 있다. 즉, 금속박(20)을 찢는 부분의 형상은 원뿔대에 한정되지 않고, 각종 각뿔대일 수도 있다는 것이다. 이러한 경우에도, 돌기부(42)의 경사 측면의 경사 각도(θ)가 5도 이상이면, 두께가 5~40 μm인 금속박(20)에 대하여, 돌기부(42)가 금속박(20)에 걸리는 것이 저감되어, 금속박(20)의 찢어짐 방지 및 금형(10)의 내구성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 돌기부(42)의 상면의 면적을 20 μm² 이상으로 설정함으로써, 돌기부(42)의 선단의 마모가 방지되게 된다. 또한, 복수의 돌출부(42) 각각이, 삼각뿔대형의 형상 또는 기타 각뿔대형의 형상을 구비하는 경우는, 직선적인 기계 가공으로도 용이하게 돌출부(42)를 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 금형(10)의 다른 변형예로, 사각뿔체의 측변을 모따기한 형상을 구비하는 돌기부(52)가 형성될 수도 있다. 이러한 모따기 가공을 시행함으로써, 돌기부(52)의 측면에 뾰족한 부분이 없어져, 돌기부(52) 자체의 마모가 방지되게 된다. 즉, 도 7에 나타내는 각이 존재하는 돌기부(42)와 비교하여, 금형(10)의 추가적인 내구성 향상이 도모되게 된다.

그리고, 도 7 및 도 8에 나타내는 변형예에 있어서도, 볼록 곡면형을 이루는 꼭대기부를 설치할 수도 있다. 이것에 의해, 금속박(20)의 가공 시에, 돌기부(42, 52)의 선단에 걸리는 응력을 분산할 수 있어, 돌기부(42, 52)의 마모를 더욱 방지할 수 있다. 또한, 상기 실시예 1및 변형예에 있어서는, 1개의 금형에 돌기부 및 받음부를 형성했었지만, 한쪽 금형에 돌기부만을 형성하고, 다른쪽 금형에 받음부만을 형성하고, 이들 2개의 금형을 사용하여 금속박(20)에 복수의 관통공을 동시에 형성할 수도 있다.

<실시예 2>

실시예 1의 금형(10)과 비교하여, 더욱 내구성 향상이 도모된 금형(110)을 실시예 2로 하여, 도 9를 참조하면서 설명한다. 여기서, 도 9는, 도 5와 동일하게 나타내는, 실시예 2에 따른 금형(110)의 확대 단면도이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 따른 금형(110)도, 실시예 1에 따른 금형(10)과 마찬가지로, 직육면체형 평판부(111), 평판부(111)의 제 1 표면(111a)측에 형성된 복수의 돌기부(112), 평판부(111)의 제 1 표면(111a)측에 형성된 복수의 받음부(113)를 갖고 있다. 또한, 평판부(111)의 제 2 표면(111b)도, 실시예 1에 따른 금형(10)과 마찬가지로, 금형(110)을 담지하기 위한 지그를 장착하기 위해, 평탄한 형상을 구비하고 있다.

또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 따른 금형(110)에 있어서도, 돌기부(112)는, 평판부(111)측에 위치하는 돌출부(112a), 및 돌기부(112)의 선단에 위치하는 한편 볼록 곡면형을 이루는 꼭대기부(112b)로 구성되어 있다. 그리고, 돌출부(112a)의 형상은 원뿔대형이며, 꼭대기부(112b)의 형상은 반구형이다. 이상의 점에서, 실시예 2에 따른 금형(110)과, 실시예 1에 따른 금형(10)은, 평판부, 돌기부, 및 받음부의 형상 및 치수는 동일하다. 그러므로, 이들의 형상 및 치수에 관한 작용 효과에 대한 설명은 생략한다.

한편, 실시예 2에 따른 금형(110)은, 실시예 1에 따른 금형(10)과 달리, 제 1 표면(110a) 상에 피복층(130)이 형성되어 있다. 즉, 금형(110)에 있어서는, 평판부(111)의 평탄한 면(돌기부(112) 및 받음부(113) 비형성면), 돌기부(112)의 표면(경사 측면(112c) 및 꼭대기부(112b)의 볼록 곡면), 및 받음부(113)의 표면은, 피복층(130)에 의해 보호되어 있다. 예를 들어, 피복층(130)의 층 두께는, 수 μm이지만, 금속박(20)의 재료, 두께나 피복층(130)의 재료에 따라 적절히 변경할 수 있다.

피복층(130)은, 평판부(111) 및 돌기부(112)의 재료와 동일한 금속을 주재료로 하는 한편, 평판부(111) 및 돌기부(112)의 재료보다 높은 경도를 구비하는 합금으로 구성되어 있다. 예를 들어, 평판부(111) 및 돌기부(112)가 니켈 코발트 합금인 경우에는, 니켈을 주재료로 하는 합금으로 니켈 붕소(NiB) 합금을 이용하여 피복층(130)을 형성할 수도 있다. 이 경우에, 피복층(130)은 무전해 도금에 의해 제 1 표면(111a) 상에 형성되게 된다.

평판부(111) 및 돌기부(112)의 재료와 동일한 금속을 주재료로 하여 피복층(130)을 형성함으로써, 전주 재료(즉, 평판부(111) 및 돌기부(112))와 적층 재료(즉, 피복층(130))의 밀착성을 향상시킬 수 있어, 금형(110)의 사용 시에서의 피복층(130)의 박리를 방지할 수 있다. 또한, 금형(110) 자체의 가공면이, 보다 경도인 재료의 피복층(130)에 의해 덮여 있음으로써, 돌기부(112)의 마모를 방지할 수 있어, 금형(110) 자체의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.

전주 재료로 니켈(Ni) 및 코발트(Co)를 이용하고, 적층 재료로 니켈(Ni) 및 붕소(B)를 이용하여 NiCo＋NiB의 금형(110)을 제조하고, 15 μm의 알루미늄 박에 대하여 복수의 관통공을 동시 형성하는 내구성 실험을 수행했다.

금형(110)의 내구성은, 실시예 1과 마찬가지로, 사용 전후에 돌기부(112)의 높이 및 형상의 변화를 비교하는 것에 의해 평가했다. 표 2에 나타내는 대로, 50만회 사용 후에 있어서도, 사용 전의 99.7%를 유지하고 있고, 또한, 형상의 변화도 보여지지 않는 점에서, 실시예 1에 따른 금형(10)보다 더욱 뛰어난 내구성을 갖고 있는 것을 알 수 있었다.

	사용 전	10만회 사용 후	50만회 사용 후
돌기 높이(%)	100	99.9	99.7
돌기 형상	-	변화 없음	변화 없음

<본 발명의 양태>

본 발명의 제 1 양태는, 두께 5~40 μm의 금속박에 대하여 복수의 관통공을 형성하기 위한 금형으로서, 경도가 HV650 이하인 금속으로 이루어지는 평판부; 상기 평판부의 재료와 동일한 금속으로 이루어지고, 상기 평판부의 표면에서 돌출되도록 일체적으로 형성된 원뿔대형의 복수의 돌출부;를 갖고, 상기 복수의 돌출부 각각은, 상기 평판부의 표면에 직교하는 방향에 대하여 5도 이상 경사진 경사 측면을 포함하고, 선단에 위치하는 상면의 표면적이 20 μm² 이상인 것이다.

제 1 양태에 따른 금형은, 경도 HV650 이하의 금속으로 형성되어 있으므로, 전체적인 두께를 500 μm 정도로 할 수 있어, 휨이 방지되고 있다. 또한, 돌출부의 경사 측면이 평판부의 표면에 직교하는 방향에 대하여 5도 이상으로 경사져 있으므로, 두께 5~40 μm의 금속박을 찢은 돌출부를 금속박에서 뽑아 낼 때에, 돌출부가 금속박에 걸리는 것이 저감되어, 금속박의 찢어짐이 방지되는 동시에, 경사 측면의 마찰 손상이 방지됨으로써 금형의 내구성이 향상되게 된다. 또한, 돌출부의 선단에 위치하는 상면의 표면적이 20 μm² 이상이므로, 돌출부의 형성이 용이해지는 동시에, 금속박과의 접촉에 따른 돌출부 선단의 마모가 방지되게 된다.

본 발명의 제 2 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 복수의 돌출부 각각의 선단에는 볼록 곡면형을 이루는 꼭대기부가 형성되어 있는 것이다. 이것에 의해, 금속박의 가공 시에 있어서, 금속박에 대해서는 볼록 곡면의 꼭대기부가 먼저 접촉하게 되어, 금속박의 가공 시에서의 돌출부의 선단에 걸리는 응력이 분산되어, 돌출부의 마모를 방지할 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 2 양태에 있어서, 상기 복수의 돌출부 각각은 원뿔대형의 형상을 구비하는 것이다. 이것에 의해, 돌출부의 측면에 뾰족한 부분이 없어져, 돌출부 자체의 마모가 방지되어, 금형의 내구성 향상이 도모되게 된다.

본 발명의 제 4 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 3 양태에 있어서, 상기 꼭대기부는 상기 금속박의 두께의 50% 이상의 직경의 반구형의 형상을 구비하는 것이다. 이것에 의해, 금속박의 가공 시에 있어서, 금속박에 대해서는 반구형의 꼭대기부가 먼저 접촉하게 되어, 금속박의 가공 시에서의 돌출부의 선단에 걸리는 응력이 분산되어, 돌출부의 마모를 방지할 수 있다.

본 발명의 제 5 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 또는 2 양태에 있어서, 상기 복수의 돌출부 각각은 각뿔대형의 형상을 구비하는 것이다. 이것에 의해, 금속박에 대하여 용이하게 관통공을 형성할 수 있다. 또한, 특히 복수의 돌출부 각각이 삼각뿔대형 또는 사각뿔대형의 형상을 구비하는 경우는, 직선적인 기계 가공으로도 용이하게 돌출부를 형성하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 6 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 또는 2 양태에 있어서, 상기 복수의 돌출부 각각은 각뿔(角錐)체의 측변이 모따기된 형상을 구비하는 것이다. 이것에 의해, 돌출부의 측면에 뾰족한 부분이 없어져, 돌출부 자체의 마모가 방지되어, 금형의 내구성 향상이 도모되게 된다.

본 발명의 제 7 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 복수의 돌출부의 표면에, 상기 돌출부의 재료와 동일한 금속을 주재료로 하는 한편, 상기 돌출부의 재료보다 높은 경도를 구비하는 합금으로 이루어지는 피복층이 형성되어 있는 것이다. 이것에 의해, 금속박에 개구를 형성하기 위한 가공면이 보다 경도인 재료에 의해 덮이게 되어, 돌출부의 마모를 방지할 수 있어, 금형 자체의 내구성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 돌출부와 피복층의 밀착성을 향상시킬 수 있어, 금형의 사용 시에서의 피복층의 박리를 방지할 수 있다.

본 발명의 제 8 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 내지 7 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 평판부의 표면에서의 상기 돌출부의 형성 밀도는 16개/mm²이상인 것이다. 이것에 의해, 금속박의 일정 영역에 대하여 다수의 관통공을 형성하는 경우에도, 금속박의 일정 영역에 대하여 금형이 접촉하는 회수가 저감되게 되어, 보다 많은 관통공이 동시에 형성되어, 이차 전지의 집전박으로서의 신뢰성을 유지할 수 있다.

본 발명의 제 9 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 내지 8 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 돌출부의 높이는 상기 금속박의 두께의 1.5배 이상인 것이다. 이것에 의해, 두께 5~40 μm의 금속박에 대하여 형성되는 관통공의 개구 지름이 10 μm 정도를 유지할 수 있고, 해당 금속박을 이차 전지의 집전박에 사용할 경우에는, 해당 관통공을 통하여 전해액을 원활하게 통과시킬 수 있어, 이차 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 10 양태에 의하면, 상기 본 발명의 제 1 내지 9 중 어느 하나의 양태에 있어서, 상기 금속박을 2개의 금형에 의해 끼울 때에, 한쪽 금형의 상기 돌출부에 대하여 마주보는 위치에 함몰된 받음부가 형성되어 있는 것이다. 이것에 의해, 2개의 금형에 의해 금속박을 끼움으로써 관통공을 형성하는 경우에도, 한쪽 금형의 돌출부가 다른쪽 금형에 접촉하는 것이 방지되어, 금형의 돌출부의 마모를 방지할 수 있다.

10: 금형
11: 평판부
11a: 제 1 표면
11b: 제 2 표면
12: 돌기부
12a: 돌출부
12b: 꼭대기부
12c: 경사 측면
13: 받음부
20: 금속박
110: 금형
111: 평판부
111a: 제 1 표면
111b: 제 2 표면
112: 돌기부
112a: 돌출부
112b: 꼭대기부
112c: 경사 측면
113: 받음부
130: 피복층

Claims

두께 5~40 μm의 금속박에 대하여 복수의 관통공을 형성하기 위한 금형으로서,
경도가 HV650 이하인 금속으로 이루어지는 평판부;
상기 평판부의 재료와 동일한 금속으로 이루어지고, 상기 평판부의 표면에서 돌출되도록 일체적으로 형성된 원뿔대형의 복수의 돌출부;를 갖고,
상기 복수의 돌출부 각각은, 상기 평판부의 표면에 직교하는 방향에 대하여 5도 이상 경사진 경사 측면을 포함하고, 선단에 위치하는 상면의 표면적이 20 μm² 이상인 금형.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 각각의 선단에는, 볼록 곡면형을 이루는 꼭대기부가 형성되어 있는 금형.
제 2항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 각각은, 원뿔대형의 형상을 구비하는 금형.
제 3항에 있어서,
상기 꼭대기부는, 상기 금속박의 두께의 50% 이상의 직경의 반구형의 형상을 구비하는 금형.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 각각은, 각뿔대형의 형상을 구비하는 금형.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 복수의 돌출부 각각은, 각뿔체의 측변이 모따기된 형상을 구비하는 금형.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 돌출부의 표면에, 상기 돌출부의 재료와 동일한 금속을 주재료로 하는 한편, 상기 돌출부의 재료보다 높은 경도를 구비하는 합금으로 이루어지는 피복층이 형성되어 있는 금형.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평판부의 표면에서의 상기 돌출부의 형성 밀도는, 16개/mm²이상인 금형.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌출부의 높이는, 상기 금속박의 두께의 1.5배 이상인 금형.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평판부의 표면에는, 상기 금속박을 2개의 금형에 의해 끼울 때에, 한쪽 금형의 상기 돌출부에 대하여 마주보는 위치에 함몰된 받음부가 형성되어 있는 금형.