TWI490055B

TWI490055B - Forming method and forming device of battery case

Info

Publication number: TWI490055B
Application number: TW097107876A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Hata; Yoshimichi Miyajima
Original assignee: Showa Denko Packaging Co
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2015-07-01
Also published as: TW200848178A; JP2008212995A; CN101259498A; CN101259498B; JP5101906B2; KR101453559B1; KR20080081845A

Description

電池盒之成形方法及成形裝置

本申請，係主張2007年3月6日申請之日本發明專利特願2007－54996號的優先權，其揭示內容是構成本發明的一部分。

本發明係關於，例如作為筆記型電腦、攝影機、行動電話等的可攜式電子機器的電源來使用之鋰離子二次電池等的電池盒之成形方法及成形裝置。

在本說明書及申請專利範圍中，用語「鋁」是包括鋁及其合金的意思，用語「膜」是包括板片的意思。

鋰離子二次電池等的電池盒(外殼)，係將鋁箔和樹脂膜的積層材，藉由衝壓成形之深衝(deep drawing)加工來成形為既定的方盒形狀而製造出。

這種衝壓成形之深衝加工，一般是在衝壓成形模具的母模(模具)和壓料構件(blank holder)之間挾持成形用膜材，並從壓料構件側，將公模(衝頭)以保持一定間隙的方式撞入模具之模穴(凹形模穴)，藉此使材料在挾持部分滑動而流入模穴中，並將該成形用膜材(成形材料)施以立體成形。

而且，為了防止在成形時施加於成形材料之壓縮、拉伸應力造成受衝外周部發生皺紋等的變形，上述壓料構件係朝模具側施加可容許成形材料的前述滑動之面壓(壓料壓力)，作為其壓力賦予手段，習知是將螺旋彈簧彈壓於壓料構件之複數個部位(參照專利文獻1、2)。

專利文獻1：日本特開平11－151531號公報專利文獻2：日本特開2000－102824號公報

然而，像上述習知技術那樣，作為壓料構件之壓力賦予手段是使用螺旋彈簧的情形，雖著衝壓加工的成形深度變深，成形時螺旋彈簧之壓縮程度變大，因此壓料壓力會增大，成形材料會被用力挾持在壓料構件和模具之間而不容易流往模穴內，如此會將材料拉伸之張出(stretching)成形的比例變高。

因此，習知之衝壓成形之深衝加工，特別是以前述積層材構成之成形用膜材作為成形對象時，由於將材料拉伸容易發生鋁箔的斷裂，故要進行較深的成形會有困難，又由於將螺旋彈簧彈壓於衝壓成形模具的壓料構件之複數個部位，壓料壓力變得不均一而可能發生皺紋。又基於成本的觀點是採用規格化的螺旋彈簧，要配合成形形狀來獲得最佳壓料壓力會有困難，且依成形形狀的大小、深度等必須更換成適當強度的螺旋彈簧，其更換作業不僅費事且費時，因此有種種的問題存在。

本發明就是有鑑於前述技術背景而構成者，其目的是提供一種電池盒之成形方法及成形裝置，在以特定積層構造的成形用膜材作為成形材料來進行衝壓成形之深衝加工中，可按照成形形狀的大小、深度等來適當調整衝壓成形模具的壓料構件之壓料壓力，藉此使深衝加工變容易且擴大成形形狀之適用範圍，又能對壓料構件全體賦予均等的壓力，而能以不產生皺紋且高尺寸精度的方式進行成形。

本發明之其他目的，參照後述實施形態的說明即可明白。

本發明人，為了達成上述目的而進行深入檢討的結果發現，關於衝壓成形模具的壓料構件之壓料壓力，藉由使用空氣壓即可解決上述課題，如此獲致本發明的完成。亦即，本發明是提供以下的手段。

[1]一種電池盒之成形方法，其特徵在於：將包含：外側層之樹脂膜層、內側層之樹脂膜層、配設於前述兩膜層間之鋁箔層之成形用膜材，用由模具、衝頭及壓料構件所構成之衝壓成形模具成形為既定形狀時，藉由空氣壓來賦予前述壓料構件之壓料壓力。

[2]如前項1所記載之電池盒之成形方法，其中，前述壓料壓力設定在0.01~1.0 MPa的範圍。

[3]如前項1所記載之電池盒之成形方法，其中，前述壓料壓力設定在0.2~0.5 MPa的範圍。

[4]如前項1~3中任1項記載之電池盒之成形方法，其中，前述成形用膜材，係包含：外側層之耐熱性樹脂延伸膜層、內側層之熱塑性樹脂未延伸膜層、配設於前述兩膜層間之鋁箔層。

[5]一種電池盒之成形裝置，係將包含：外側層之樹脂膜層、內側層之樹脂膜層、配設於前述兩膜層間之鋁箔層之成形用膜材，用由模具、衝頭及壓料構件所構成之衝壓成形模具成形為既定形狀之裝置，其特徵在於：前述壓料構件之壓料壓力賦予手段是使用氣壓缸，前述壓料構件，是透過複數根支承銷而被前述氣壓缸支承。

[6]如前項5記載之電池盒之成形裝置，相對於前述壓料構件的壓料面積，氣壓缸的受壓面積為0.1~2.0倍。

[7]如前項5或6記載之電池盒之成形裝置，相對於前述壓料構件之衝程，氣壓缸的衝程為2~20倍。

依據[1]的發明之電池盒之成形方法，由於衝壓成形模具的壓料構件之壓料壓力是利用空氣壓，容易將該壓料壓力調整成對應於成形形狀之最佳值，藉此能擴大成形形狀的大小和深度之適用範圍，可進行更深的成形，且不須像螺旋彈簧般在改變壓力時進行更換，因此能提昇作業性，又能對受衝部的外周側全體施加均等的壓料壓力，因此能以不發生皺紋且高尺寸精度的方式進行輪廓鮮明的成形。由於不會發生皺紋，故能提昇材料良品率，又在使用成捲的帶狀成形用膜材進行連續成形時，可縮短成形節距(pitch)而期待獲得材料節約效果。

依據[2]的發明，由於能將壓料構件之壓料壓力設定在適當的特定範圍，能以不發生皺紋和斷裂的方式來進行更深的成形。

依據[3]的發明，由於能將壓料構件之壓料壓力設定在更適當的特定範圍，能更確實地進行不發生皺紋之更深的成形。

依據[4]的發明，由於成形用膜材的外側層是使用耐熱性樹脂延伸膜層，內側層是使用熱塑性樹脂未延伸膜層，即使外側層表面未被覆潤滑性成分或未將外側層加厚，仍能獲得優異的深衝成形性。

依據[5]的發明之電池盒之成形裝置，由於藉由氣壓缸來賦予衝壓成形模具的壓料構件之壓料壓力，容易將該壓料壓力調整成對應於成形形狀之最佳值，又由於壓料構件是透過複數根支承銷來被該氣壓缸支承，氣壓缸之氣壓可均等地達傳至壓料構件之複數部位，且壓料構件之保持姿勢穩定，而能獲得良好的成形性。

依據[6]的發明，由於壓料構件的壓料面積和氣壓缸的受壓面積的比例位於特定的範圍，在成形時，該氣壓缸作為壓料構件的壓力賦予手段來作動的能力，可確實發揮。

依據[7]的發明，由於壓料構件的衝程和氣壓缸的衝程比例位於特定範圍，可獲得穩定的成形性。

本發明之上述目的及其他目的、特徵點以及優點，藉由參酌所附圖式和後述發明的較佳實施形態的說明將可更加明瞭。

第1圖及第2圖係本發明的電池盒之成形裝置M之概略構成例。第1圖係成形開始前的縱截前視圖，第2圖係成形開始後的縱截前視圖。第3圖係成形材料之膜材(電池盒用材料)S之截面圖。

該成形裝置M，是在裝載固定於架台10上之固定模具11上突設長方體形的衝頭1；藉由以可昇降的方式配置於固定模具11正上方之可動模具12，來保持具有矩形的模穴2a之厚板狀的模具2；又在架台10下之固定模具11的正下方設置氣壓缸3(向上垂直突設有活塞桿30)。在前述氣壓缸3之活塞桿30的上端，固接著呈水平姿勢之矩形支承板4。以相同高度豎設於該矩形支承板4的四角部之支承銷4a…係貫穿架台10和固定模具11，在該等支承銷4a…的頂端，配置於固定模具11和可動模具12間之厚板狀的壓料構件5被支承成水平狀。

模具2之模穴2a尺寸，設定成比衝頭1大一圈，以在成形時和嵌入內側之衝頭1之間在全周產生衝壓成形所須之既定間隙。壓料構件5，係和衝頭1及模具2一起構成衝壓成形模具，在其中央形成有供衝頭1插通之矩形孔5a。而且，模具2的下面和壓料構件5的上面都是構成在水平方向呈平滑的平坦面。

氣壓缸3在上、下部具有供排氣口31、32，當空氣從下部供排氣口32朝氣壓缸下室3b側供應，且從氣壓缸上室3a側通過上部供排氣口31排出時，內部的活塞33會上昇，這時壓料構件5也會隨著一起上昇。又藉由遮斷兩供排氣口31、32之空氣流通，對於施加於活塞桿30的向下負荷，利用活塞33的受壓面積和氣壓缸下室3b側的內壓可發揮氣墊作用。

在進行鋰離子二次電池等的電池盒之成形時，首先，如第1圖所示，在模具2位於上昇位置的狀態，在該壓料構件5上裝載成形用膜材(電池盒用材料)S。這時，成形用膜材S之內側層之樹脂膜層7，係抵接於壓料構件5的上面。亦即，成形用膜材S之內側層之樹脂膜層7係和衝頭1的頂面相對向(參照第1、3圖)。

接著，在作動氣壓缸3而將壓料構件5加壓的狀態下，使可動模具12下降，如此邊對抗氣壓缸3的壓力邊在模具2和壓料構件5之間挾持成形用膜材S。

這時，當成形用膜材S抵接在模具2的下面後，從氣壓缸3的下部供排氣口32供應既定量的空氣以提高氣壓缸下室3b側的內壓，由於對應於該內壓之壓料壓力會透過壓料構件5來施加於成形用膜材S，藉由調整該內壓即可將壓料壓力設定為任意值。

接著，在將氣壓缸3的兩供排氣口31、32的空氣流通遮斷之狀態下，使可動模具12下降至既定位置，如第2圖所示，固定模具11之衝頭1會將和其頂面接觸之成形用膜材S引入而嵌入模具2之模孔2a，藉此將成形用膜材S衝壓成形為矩形的電池收容部D。成形後讓可動模具12返回上昇位置，即可取出立體形狀的成形物(電池盒)。

依據使用這種成形裝置M之電池盒之成形方法，由於容易將衝壓成形模具之壓料構件5的壓料壓力調整成對應於成形形狀之最佳值，構成電池收容部D的成形形狀之大小和深度的適用範圍可擴大，而能進行更深的成形。而且，以單一氣壓缸3產生的空氣壓作為壓料壓力，透過4根支承銷4…和壓料構件5可均等施壓於成形用膜材S的受衝部的外周側全體，因此能以不發生皺紋且高尺寸精度的方式進行輪廓鮮明的成形。又在此成形裝置M，不須像使用螺旋彈簧(壓料壓力賦予手段)之習知構造般在改變壓力時進行構件更換，因此能提昇作業性，而能進行高效率的成形加工。

此外，在此成形方法，藉由適度的壓料壓力可確實防止成形物之皺紋發生，因此可提昇材料良品率。又作為成形用膜材S是使用成捲的帶狀者，且藉由間歇進給來進行連續成形時，可縮短成形節距而期待獲得材料節約效果。

在此，壓料構件5之壓料壓力宜設定在0.01~1.0 MPa的範圍。在該壓料壓力未達0.01 MPa時，是在壓料力較弱的狀態下用衝頭1將成形用膜材S衝入模穴2a內，因此該成形用膜材S可能發生斷裂，或在成形品的角部可能發生皺紋。又在壓料壓力超過1.0 MPa時，成形用膜材S之受衝部的外周側變成大致固定於模具2和壓料構件5之間，成形變成將材料拉伸之張出成形的方式，因此容易發生材料斷裂，要進行較深的成形會有困難。又較佳的壓料壓力為0.2~0.5 MPa，在此壓力範圍下，衝壓成形和張出成形雙方的作用可適度地發揮，即使是進行更深的成形時仍不會發生皺紋。

另一方面，為了使氣壓缸3具備充分的作動能力，其受壓面積較佳為壓料構件5的壓料面積之0.1~2.0倍。在受壓面積對前述壓料面積的比值低於0.1倍時，由於作動能力變差，壓料構件5之加壓力不足而可能在成形品發生皺紋。又在受壓面積對前述壓料面積的比值超過2.0倍時，雖然成形上不會發生問題，但該氣壓缸3變得大型化而不經濟。最佳的受壓面積，是和壓料構件5之壓料面積形成相同程度。

氣壓缸3的衝程，宜為壓料構件5的衝程(亦即成形的衝壓深度)之2~20倍。當未達2倍時，無法獲得穩定的成形性，相反地在超過20倍時，效果不會更佳但必須更寬廣的設置空間，因此變得不經濟。又氣壓缸3之最佳衝程，係壓料構件5的衝程之10~15倍。

又，關於電池盒之成形深度，一般為4~10 mm。

圖示的成形裝置M，是設計成衝頭1側呈固定、模具2側呈可動；但相反地也能設計成衝頭1側呈可動、模具2側呈固定。

成形用膜材S，如第3圖所示，係具備：外側層之樹脂膜層6、內側層之樹脂膜層7、配設於兩膜層6、7間之鋁箔層8、介設於前述膜層間之黏著劑層9a、9b。

而且，外側層之樹脂膜層6的作用，是用來確保良好的成形性，亦即防止成形時鋁箔層8的縮頸所造成之斷裂，厚度宜為12~50 μm，較佳為使用耐熱性樹脂延伸膜。

上述耐熱性樹脂延伸膜之具體例包括：雙軸延伸聚醯胺膜、雙軸延伸聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜、雙軸延伸聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜等等。若使用這些雙軸延伸膜，可進一步提昇成形性，而能以更鮮明的輪廓進行較深形狀的成形。

內側層的樹脂膜層7的作用，是用來賦予優異的耐藥品性(對於鋰離子二次電池等所使用之強腐蝕性的電解液)及熱密封性，因此較佳為使用熱塑性樹脂未延伸膜。

而且，該樹脂膜層7所使用之上述熱塑性樹脂未延伸膜並沒有特別的限定，較佳為選自：聚乙烯、聚丙烯、烯烴系共聚物、其等的酸變性物及離子聚合物所構成群中之至少一種的熱塑性樹脂所形成之未延伸膜。

這種內側層的樹脂膜層7的厚度宜在20~80 μm的範圍。厚度在20 μm以上可充分防止針孔的發生，設定在80 μm以下可減少樹脂使用量而謀求降低成本。其中較佳為，將前述內側層的樹脂膜層7的厚度設定在30~50 μm的範圍。

外側層的樹脂膜層6和內側層的樹脂膜層7，可以是單層也可以是複層。

前述鋁箔層8的作用，是用來賦予氣體障壁性以防止氧和水分侵入電池盒，宜使用純Al或Al－Fe系合金所構成之厚度5~50 μm的箔。

介設於外側層的樹脂膜層6和鋁箔層8之間的黏著劑層9a，並沒有特別的限定，例如宜使用胺酯系黏著劑層或丙烯酸系黏著劑層，特別是為了進行輪廓鮮明的成形時，宜使用胺酯系二液反應型黏著劑層。

介設於內側層的樹脂膜層7和鋁箔層8之間的黏著劑層9b，並沒有特別的限定，例如可使用：馬來酸酐變性聚乙烯、馬來酸酐變性聚丙烯等的酸變性聚烯烴，或胺酯系樹脂、含有熱塑性彈性體的樹脂等所形成之黏著劑層。這種黏著劑層9b，例如是在外側層的樹脂膜層6的一面積層黏著樹脂膜(例如熱變性聚烯烴膜等)而形成。

又，本發明之成形材料之成形用膜材S中，黏著劑層9a、9b並非必須，僅由內外的樹脂膜層6、7和中間的鋁箔層8來構成也可以。

接著說明本發明之具體實施例，本發明並不限定於該等實施例。實施例等所使用之成形用膜材S及衝壓成形模具的構造如下所述。

[成形用膜材]

將厚度3 μm之馬來酸酐變性聚丙烯層和厚度12 μm之未變性聚丙烯層進行共擠出，同時以該共擠出物9b為中央，從其一面側供應厚度40 μm的鋁箔(AA8079－O材)8，並從另一面側供應厚度30 μm之聚丙烯未延伸膜7，將前述膜挾持在一對的加熱加壓輥之間，進行熱積層而製得積層膜。然後，在所得之積層膜的鋁箔8表面，用凹印輥(gravure roll)塗布胺酯系樹脂黏著劑9a，經加熱乾燥成一定程度後，在其黏著劑面積層尼龍構成之厚25 μm的雙軸延伸膜6，製得第3圖所示之成形用膜材(電池盒用材料)S 。

[衝壓成形模具]

(衝頭1)…長邊60 mm，短邊45mm，角部R：1.5 mm，衝頭肩部R：1.5 mm，表面粗度：鏡面精加工(Ra：0.3 μm以下)(模具2)…模穴2a的長邊60.5 mm，短邊45.5 mm，模具肩部R：0.5 mm，表面粗度：鏡面精加工(Ra：0.3 μm以下)(壓料構件5)…縱200 mm，橫150 mm，厚20 mm，矩形孔5a：與模穴2a同樣尺寸，表面粗度：鏡面精加工(Ra：0.3 μm以下)

<實施例1>

在具備上述構造的衝壓成形模具(成形高度自由)之第1、2圖所示的成形裝置M，依據表1記載之裝置規格及成形條件，以110×180 mm之坯料(blank)形狀的成形用膜材S當作成形材料，分別進行成形高度5 mm之深衝1段成形及成形高度6 mm之深衝1段成形，如此製作出電池盒。

<實施例2>

除將壓料壓力設定成0.5 MPa以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例3>

除將壓料壓力設定成0.1 MPa以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例4>

除將壓料壓力設定成1.0 MPa以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例5>

除將氣壓缸的受壓面積對壓料構件的壓料面積之比例設定為0.08以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例6>

除將氣壓缸的受壓面積對壓料構件的壓料面積之比例設定為2.5以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例7>

除將氣壓缸的衝程對壓料構件的衝程之比例設定為1.5以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例8>

除將氣壓缸的衝程對壓料構件的衝程之比例設定為22以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<實施例9>

除將壓料壓力設定成1.5 MPa以外，和實施例1同樣地製作出電池盒。

<比較例1>

作為壓料構件之壓力賦予手段，是取代氣壓缸而使用習知的螺旋彈簧，除此外是和實施例1同樣地製作出電池盒。

上述製得之成形品(電池盒)的成形性及是否發生皺紋，是根據下述評價法來進行評價。

<成形性評價法>

關於各個成形高度(5 mm、6 mm)之深衝成形的成形性，根據以下基準來進行4階段評價。亦即，將甚至連微小龜裂也沒有發生者評價為「◎」，將幾乎未發生微小龜裂且實質上在成形品看不到裂痕者評價為「○」，將局部發生微小龜裂但不致造成實用上的問題者評價為「△」，將幾乎全面發生龜裂者評價為「×」。評價結果整理於表1。

<外觀評價法(是否發生皺紋的評價>

對於各成形高度，關於成形品是否發生皺紋之外觀評價是根據下述基準來做4階段評價。亦即，將完全看不到皺紋發生者評價為「◎」，將僅發生目視難以確認之極小皺紋而實質上沒有皺紋者評價為「○」，將發生極少量可目視確認的皺紋但不致造成實用上的問題者評價為「△」，將發生多數皺紋者評價為「×」。評價結果整理於表1。

從表1可明顯看出，依據本發明的實施例1~9之成形方法及成形裝置，即使在深衝成形時也能獲得良好的成形性，且所得成形品具有實用上毫無問題之良好外觀。

相對於此，在壓料壓力是利用螺旋彈簧的彈壓之比較例1的成形方法及成形裝置，幾乎全面都會發生裂痕而無法獲得良好的成形性。

此處所使用之用語及說明，僅是用來說明本發明之實施形態者，但本發明並不限於此。本發明只要在申請專利範圍內，在不脫離其精神下，可容許任意的設計變更。

1‧‧‧衝頭

2‧‧‧模具

2a‧‧‧模穴

3‧‧‧氣壓缸

3a‧‧‧氣壓缸上室

3b‧‧‧氣壓缸下室

4‧‧‧支承板

4a‧‧‧支承銷

5‧‧‧壓料構件

5a‧‧‧矩形孔

6‧‧‧外側層之樹脂膜層

7‧‧‧內側層之樹脂膜層

8‧‧‧鋁箔層

9a、9b‧‧‧黏著劑層

10‧‧‧架台

11‧‧‧固定模具

12‧‧‧可動模具

30‧‧‧活塞桿

31、32‧‧‧供排氣口

33‧‧‧活塞

D‧‧‧電池收容部

M‧‧‧成形裝置

S‧‧‧成形用膜材

第1圖係本發明的電池盒之成形裝置之一實施形態在成形開始後之縱截前視圖。

第2圖係該成形裝置在成形終了時之縱截前視圖。

第3圖係成形用膜材的一實施形態之截面圖。