TWI528616B - 電池的安全閥製造方法、電池的安全閥製造裝置、電池的安全閥及電池殼體的蓋體製造方法 - Google Patents

電池的安全閥製造方法、電池的安全閥製造裝置、電池的安全閥及電池殼體的蓋體製造方法 Download PDF

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Description

電池的安全閥製造方法、電池的安全閥製造裝置、電池的安全閥及電池殼體的蓋體製造方法
本發明係關於一種電池的安全閥製造方法、電池的安全閥製造裝置、電池的安全閥及電池殼體(battery case)的蓋體製造方法，尤其是關於一種藉由將以相互對向的方式設置於衝頭(punch)及衝模(die)的環狀突部同時地按壓於金屬板的兩面，且將構成安全閥之緣部的環狀薄部形成於金屬板，藉此可精度佳地成形環狀薄部，並且可將形成環狀薄部時的加工負荷分散於衝頭及衝模，且可延長模具的壽命之新改良。
一般而言，在密閉的電池殼體內容納電解液之電池，係為了防止電池殼體內之壓力因上升而爆炸，而設置有電池殼體內的壓力超過了預定值時會裂開並將電池殼體內的壓力朝向外部開放的安全閥。作為習知以來所用之此種電池的安全閥製造方法，係可列舉例如下述專利文獻1等所示的方法。
亦即，在習知方法中係在形成有環狀突部的刻印衝頭和平面狀的衝模之間配置成為電池用殼體的蓋體之金屬板，並藉由平面狀的衝模一邊支撐金屬板，一邊將刻印衝頭的環狀突部按壓於金屬板，藉此將構成安全閥之緣部的環狀薄部形成於金屬板。當電池殼體內的壓力超過了預定值時，藉由使厚度形成比其他部分還薄的環狀薄部破裂，而可使安全閥整體裂開。
專利文獻1 日本特開2007-141518號公報
如上述般，環狀薄部係在電池殼體內的壓力超過了預定值時應最先破裂的部分，而其厚度可薄至例如0.010mm左右。亦即，用以形成如此的環狀薄部之衝頭及衝模也是極為纖細者。
在如上述之習知電池的安全閥製造方法中，由於是一種藉由平面狀的衝模一邊支撐金屬板，一邊將刻印衝頭的環狀突部按壓於金屬板，藉此將環狀薄部形成於金屬板的構成，所以實質上僅以刻印衝頭的環狀突部使金屬變形而形成環狀薄部。
習知以來，雖然已對成形安全閥的金屬板使用鋁等的軟質金屬，但是近年來，為了要提高電池用殼體的耐蝕性或強度，而有提案使用不鏽鋼。
金屬板為鋁時，由於質軟可精度佳地加工環狀薄部，又帶給模具的負荷也小，而可沒問題地進行加工，但是其為不鏽鋼時，因強度高且為硬質的材料，故當藉由習知方法來加工安全閥的環狀薄部時，會有在加工中容易發生破裂、又無法藉由加工硬化來精度佳地加工薄部的問題。
再者，在習知方法中也有因形成環狀薄部時的負荷集中於刻印衝頭的環狀突部，而使得模具的壽命變短的問題。
本發明係為了解決如上述課題而開發完成者，其目的在於提供一種可精度佳地成形環狀薄部，並且可將形成環狀薄部時的加工負荷分散於衝頭及衝模，且延長模具的壽命之電池的安全閥製造方法、電池的安全閥製造裝置、電池的安全閥及電池殼體的蓋體製造方法。
本發明之電池的安全閥製造方法，其特徵為：將構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板配置於衝頭和衝模之間，並將以相互對向的方式設置於衝頭及衝模的環狀突部同時地按壓於金屬板的兩面，藉此將構成安全閥之緣部的環狀薄部形成於金屬板。
本發明之電池的安全閥製造裝置，係具備：複數組的衝頭及衝模；複數組的環狀突部，其以相互對向的方式設置於衝頭及衝模，且於衝頭及衝模之每組具有不同的前端寬度；以及拘束手段，其配置於各衝頭及衝模的環狀突部之外周側；且構成為：將構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板藉由拘束手段在環狀突部之外周側一邊拘束，一邊依前端寬度大小之順序對金屬板的兩面同時地按壓環狀突部，藉此將構成安全閥之緣部的環狀薄部形成於金屬板。
本發明之電池的安全閥，係具備：環狀薄部，其由一對凹部所構成，該一對凹部係藉由相互對向的環狀突部同時地被按壓於構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板之兩面的壓製加工，而形成於前述金屬板的兩面；以及彎曲部，其設置於前述環狀薄部的內周側，且藉由前述壓製加工的作用沿著板厚方向而彎曲變形。
本發明之電池殼體的蓋體製造方法，其係用以製造具有安全閥及側壁部之電池殼體的蓋體之方法，該安全閥係藉由環狀薄部而構成緣部；該側壁部係從位在環狀薄部之外周側的外周側板面之外緣起豎設成環狀；且該製造方法包含：壓模印步驟，其將環狀突部按壓於作為蓋體之素材的不鏽鋼製的金屬板，藉此於金屬板形成環狀薄部；以及側壁形成步驟，其在壓模印步驟之後對金屬板施行拉伸加 工，以在金屬板形成側壁部；且在壓模印步驟中，係藉由將相互對向配置的環狀突部同時地按壓於金屬板的表背兩面而形成環狀薄部。
依據本發明之電池的安全閥製造方法、電池的安全閥製造裝置、電池的安全閥及電池殼體的蓋體製造方法，由於是將以相互對向的方式設置於衝頭及衝模的環狀突部同時地按壓於不鏽鋼製之金屬板的兩面，藉此將構成安全閥之緣部的環狀薄部形成於金屬板，所以可藉由1個環狀突部來減小金屬板之加工量，且可減小施加於1個環狀突部的加工負荷。亦即，因可抑制加工中的破裂或加工硬化，故可精度佳地成形環狀薄部，並且將形成環狀薄部時的加工負荷分散於衝頭及衝模，且可延長模具的壽命。
以下，參照圖式就用以實施本發明的形態加以說明。
實施形態1.
圖1係顯示本發明實施形態1的二次電池之安全閥2的立體圖。圖中，蓋體1係由不鏽鋼製的金屬板所構成，且構成二次電池的電池殼體。在該蓋體1係設置有電池殼體的內部壓力超過了預定值時會裂開而將內部壓力朝向外部開放的二次電池之安全閥2。在該安全閥2係設置有環狀薄部3和彎曲部4。
環狀薄部3係構成安全閥2的緣部之長圓形的溝槽，且形成厚度比蓋體1內之其他板面還薄的部分。該環狀薄部3係在電池殼體的內部壓力超過了預定值時會最先破裂，並使安全閥2整體裂開者。另外，環狀薄部3之外形， 只要是具有封閉的外緣即可，例如亦可為正圓形或多角形等。彎曲部4係位在環狀薄部3的內周側之板面，且為沿著蓋體1的板厚方向1a而彎曲變形的部分。
環狀薄部3的外周側之蓋體1的板面(以下，稱為外周側板面10)係形成平坦。在外周側板面10的外緣係設置有從外周側板面10沿著板厚方向1a而豎設的側壁部11，而在側壁部11的前端係設置有從側壁部11彎曲成大致直角的凸緣(flange)部12。自此以後，將豎設有側壁部11的方向之蓋體1的端面稱為表面13，將相反側之蓋體1的端面稱為背面14。
其次，圖2係沿著圖1之線II-II的剖視圖，圖3係圖2的區域III之擴大圖。如圖2所示，環狀薄部3係藉由形成於蓋體1的表面13及背面14之兩面的一對凹部30所構成。雖然後面使用圖來詳細說明，但是凹部30係藉由將以相互對向的方式設置的環狀突部23同時地按壓於蓋體1的兩面之壓製(press)加工而形成(參照圖4)。
當就凹部30更詳細地觀看時，如圖3所示，在凹部30係設置有：最薄部30a，其厚度在環狀薄部3內形成最薄；以及第1至第3段差部30b至30d，其厚度從外周側板面10朝向最薄部30a而慢慢地變薄。雖然後面使用圖式來詳細說明，但是最薄部30a及第1至第3段差部30b至30d，係藉由複數個壓模印(coining)步驟(多段壓模印作業)而形成(參照圖4(a)至(d))，該複數個壓模印步驟係使前端部不同之複數組的環狀突部23依前端寬度大小之順序同時地按壓於蓋體1的兩面。如此，藉由將厚度從外周側板面10朝向最薄部30a而慢慢地變薄的複數個段差部30b設置於凹部 30，可輕易地特定最薄部30a的位置，且可提高檢查環狀薄部3之厚度的品質檢查之效率。
回到圖2，在彎曲部4係設置有第1突出部4a和第2突出部4b。第1突出部4a係沿著板厚方向1a比環狀薄部3之外周側的蓋體1之表面13還突出。第2突出部4b係沿著板厚方向1a比環狀薄部3之外周側的蓋體1之背面14還突出。亦即，彎曲部4係形成不僅朝向蓋體1的表面方向或背面方向之一方向，還朝向表面方向及背面方向之雙方向彎曲變形的剖面波浪形。雖然後面使用圖式來詳細說明，但是彎曲部4係藉由一邊拘束外周側板面10一邊進行前述的壓製加工而形成者，且為吸收了因凹部30之形成而產生的餘料之部分。如此，藉由在環狀薄部3之內周部形成有彎曲部4，可避免因凹部30之形成而產生的餘料作用於外周側板面10，且可避免該餘料影響到蓋體的外形。又，藉由彎曲部4形成剖面波浪形，可一邊將彎曲部4對外周側板面10的突出量抑制得較小，一邊加大彎曲部4的表面積。藉由加大彎曲部4的表面積，可使蓋體1所用的電池殼體之內部壓力更進一步加大而作用於安全閥2。又，藉由可將彎曲部4對外周側板面10的突出量形成得較小，藉此可減小其他構件與彎曲部4相接的可能性，且可降低安全閥2破損的可能性。
其次，圖4係顯示用以製造圖1的安全閥2之安全閥製造裝置的構成圖，而圖4(a)至(d)係顯示使用該安全閥製造裝置的安全閥製造方法之第1至第4壓模印步驟。如圖4所示，安全閥製造裝置20係具有：在第1至第4壓模印步驟中分別使用的複數組的衝頭21及衝模22；設置於各衝頭21及衝模22的複數組的環狀突部23；以及分別設置於各衝頭21及衝模22之側部的拘束手段24。
環狀突部23係以相互對向的方式設置於各衝頭21及衝模22的突起體。在圖4中雖然僅有顯示剖面，但是環狀突部23係以按照環狀薄部3(參照圖1)之形狀的方式，從各衝頭21及衝模22之中央端面21a、22a沿著衝頭21及衝模22之外緣而形成環狀。各環狀突部23係在衝頭21及衝模22之每組具有不同的前端寬度。各衝頭21及衝模22的環狀突部23之內周側，係形成有將環狀突部23當作側壁且將中央端面21a、22a當作底面的中央凹部25。
拘束手段24係具有：配置於衝頭21之側部的壓料板(blank holder)24a；配置於衝模22之側部的模座(die holder)24b；以及連接於壓料板24a的彈壓構件24c。壓料板24a及彈壓構件24c係與衝頭21一體地位移。彈壓構件24c係藉由例如螺旋彈簧等而構成，且將壓料板24a朝向模座24b彈壓者。亦即，拘束手段24係在衝頭21朝向衝模22位移時，將配置於衝頭21和衝模22之間的蓋體1在環狀突部23之外周側拘束(夾持)。
其次，就使用圖4的安全閥製造裝置之安全閥製造方法加以說明。將圖1至圖3所示的安全閥2形成於蓋體1時，依順序進行圖4(a)至(d)所示的第1至第4壓模印步驟。
在第1壓模印步驟中係使用設置有具有前端寬度最大的環狀突部23之衝頭21及衝模22，且在設置有側壁部11及凸緣部12的狀態之蓋體1被配置於衝頭21和衝模22之間之後，衝頭21會朝向衝模22位移。藉此，可在環狀突部23之外周側藉由拘束手段24一邊拘束蓋體1，一邊對蓋體1之兩面(表面及背面13、14)同時地按壓環狀突部23。
藉由該第1壓模印步驟，而形成有圖3所示的第1段差部30b。在此，雖然因第1段差部30b之形成而產生餘料，但是在環狀突部23之外周側由於蓋體1可藉由拘束手段24來拘束，所以餘料僅會被擠向第1段差部30b之內周側。亦即，因第1段差部30b之形成而產生的餘料，係可藉由使第1段差部30b之內周側的板面一邊增加厚度、一邊在衝頭21及衝模22之中央凹部25內彎曲變形而被吸收。藉此，可防止因第1段差部30b之形成而產生的餘料作用於第1段差部30b之外周側的板面，且可防止蓋體1之外形變形。
在第2壓模印步驟中係使用設置有比在第1壓模印步驟中使用的環狀突部23還小的前端寬度之環狀突部23的衝頭21及衝模22，且藉由對第1段差部30b之底部按壓環狀突部23而可形成第2段差部30c。針對因該第2段差部30c之形成而產生的餘料而言，亦可藉由使第2段差部30c之內周側的板面增加厚度及彎曲變形而被吸收。
同樣地，在第3壓模印步驟中係使用設置有比在第2壓模印步驟中使用的環狀突部23還小的前端寬度之環狀突部23的衝頭21及衝模22，且藉由對第2段差部30c之底部按壓環狀突部23而可形成第3段差部30d。又在第4壓模印步驟中係使用設置有比在第3壓模印步驟中使用的環狀突部23還小的前端寬度之環狀突部23的衝頭21及衝模22，且藉由對第3段差部30d之底部按壓環狀突部23而可形成最薄部30a。針對因該第3段差部30d及最薄部30a之形成而產生的餘料而言，亦可藉由使第3段差部30d及最薄部30a之內周側的板面增加厚度及彎曲變形而被吸收。
亦即，通過第1至第4壓模印步驟，將蓋體1配置於衝頭21及衝模22之間，並將以相互對向的方式設置於衝頭21及衝模22的環狀突部23同時地按壓於蓋體1之兩面，藉此可將環狀薄部3形成於蓋體1。如此，藉由將以相互對向的方式設置的環狀突部23同時地按壓於蓋體1之兩面而形成有環狀薄部3，藉由如此構成，比起如先前技術般地將環狀突部按壓於蓋體之單面的情況，可藉由1個環狀突部23來減小蓋體1之加工量，且可減小施加於1個環狀突部23的加工負荷。亦即，使用不鏽鋼製的金屬板來形成環狀薄部3時，由於可抑制加工中的破裂或加工硬化，所以可精度佳地成形環狀薄部3，並且可將加工負荷分散於衝頭21及衝模22，且可延長模具的壽命。又，由於是藉由依前端寬度大小之順序將複數組的環狀突部23按壓於蓋體1之兩面的多段壓模印作業來形成環狀薄部3，所以可在環狀薄部3形成最薄部30a及第1至第3段差部30b至30d，且可利用第1至第3段差部30b至30d來提高環狀薄部3之品質檢查的效率。
其次，列舉實施例。本發明人係將標稱(nominal)板厚0.8mm之SUS430的鋼板當作素材，並藉由壓製加工對於設置有側壁部11及凸緣部12的狀態之蓋體1，施行圖4所示的第1至第4壓模印步驟，藉此將安全閥2形成於蓋體1。另外，環狀薄部3之形狀係形成將長邊設為15mm、將短邊設為10mm的長圓形，而最薄部30a之厚度係設為0.015mm。又，在第1壓模印步驟中係使用設置有前端寬度為1.5mm之環狀突部23的衝頭21及衝模22，在第2壓模 印步驟中係使用設置有前端寬度為1.0mm之環狀突部23的衝頭21及衝模22，在第3壓模印步驟中係使用設置有前端寬度為0.5mm之環狀突部23的衝頭21及衝模22，在第4壓模印步驟中係使用設置有前端為60°之三角剖面形狀且將前端R形成0.2R之環狀突部23的衝頭21及衝模22。再者，通過第1至第4壓模印步驟，衝頭21及衝模22的中央凹部25之深度係設為標稱板厚量的0.8mm。
在如此的條件下，如下述之表1所示的實施例A至K般地變更第1至第4壓模印步驟中的蓋體1之壓毀率[%]，且調查了蓋體1的壓毀率和模具的破損之關係。另外，所謂壓毀率[%]係顯示在各壓模印步驟中將蓋體1的板面壓毀成何種程度，且以{(前步驟的板厚-後步驟的板厚)÷前步驟的板厚}×100而求得的數值。另外，求出第1壓模印步驟的壓毀率時之前步驟的板厚，係為使用作為素材的鋼板之標稱板厚。
如表1的實施例A、E至H、J、K所示，將壓毀率抑制在70%以下並實施壓模印步驟的結果，可確認在衝擊(shot)2000次後仍不會在衝頭21及衝模22的環狀突部23產生裂痕。相對於此，如實施例B至D、I所示，當實施包含蓋體1之壓毀率超過70%的壓模印步驟之多段壓模印作業時，可判明：在實施次數到達2000次衝擊以前，會以壓 毀率超過70%的壓模印步驟之時序(timing)在衝頭21的環狀突部23產生裂痕。因而，各壓模印步驟中的蓋體1之壓毀率較佳是設為70%以下。另外，在上述條件下形成的安全閥2，係不產生破裂就可獲得所期望的環狀薄部3，且可在0.6至0.8MPa之壓力範圍內穩定地動作。
在如此之電池的安全閥製造方法中，由於是將由不鏽鋼製的金屬板所構成的蓋體1配置於衝頭21和衝模22之間，且將以相互對向的方式設置於衝頭21及衝模22的環狀突部23同時地按壓於蓋體1的兩面，藉此將構成安全閥2之緣部的環狀薄部3形成於蓋體1，所以比起如先前技術對蓋體之單面按壓環狀突部的情況，還可藉由1個環狀突部23來減小蓋體1的加工量，且可縮小施加於1個環狀突部23的加工負荷。藉此，由於在形成環狀薄部3時，可抑制加工中的破裂或加工硬化，所以可精度佳地成形環狀薄部，並且可將加工負荷分散於衝頭21及衝模22，且可延長模具的壽命。
又，在將環狀突部23按壓於蓋體1的兩面時，由於是在環狀突部23的外周側藉由拘束手段24來拘束蓋體1，所以可使形成環狀薄部3時所產生的餘料僅被擠向環狀突部23的內周側，且可避免該餘料影響到蓋體1的外形。
再者，由於是藉由複數個壓模印步驟來形成環狀薄部3，該複數個壓模印步驟係於衝頭21及衝模22之每組使用前端寬度不同之複數組的環狀突部23，且依前端寬度大小之順序將環狀突部23按壓於蓋體1的兩面，所以更可減小施加於1個環狀突部23的加工負荷，且可更提高模具的壽命。又，可將厚度從外周側板面10朝向最薄部30a而慢慢地變薄的複數個段差部30b設置於環狀薄部3，且可利用該段差部30b而輕易地特定最薄部30a的位置，藉此可提高檢查環狀薄部3之厚度的品質檢查之效率。
再者，由於是將各壓模印步驟中的蓋體1之壓毀率設為70%以下，所以更可降低在衝頭21及衝模22的環狀突部23產生破損的可能性，且可更確實地延長模具的壽命。
又，在如此之電池的安全閥製造裝置中，由於是構成為：將構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的蓋體1藉由拘束手段24在環狀突部23之外周側一邊拘束，一邊依前端寬度大小之順序對蓋體1的兩面同時地按壓前述環狀突部，藉此將構成安全閥2之緣部的環狀薄部3形成於蓋體1，所以與上述之電池的安全閥製造方法同樣，可一邊避免形成環狀薄部3時所產生的餘料影響到蓋體1的外形，一邊在形成環狀薄部3時，抑制加工中的破裂或加工硬化，故可精度佳地成形環狀薄部3，並且可將加工負荷分散於衝頭21及衝模22，且可延長模具的壽命。
又，在如此之電池的安全閥2中，由於環狀薄部3係由一對凹部所構成，該一對凹部係藉由相互對向的環狀突部同時地被按壓於構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板之兩面的壓製加工，而形成於蓋體1的兩面，而彎曲部4係設置於環狀薄部3的內周側，且藉由壓製加工的作用沿著板厚方向而彎曲變形，所以在形成該安全閥2時，可抑制加工中的破裂或加工硬化，故可精度佳地成形環狀薄部3，並且可將形成環狀薄部3時的加工負荷分散於衝頭21及衝模22，且可延長模具的壽命。
又，由於在環狀薄部3係設置有：最薄部30a，其厚度在環狀薄部3內形成最薄；以及第1至第3段差部30b至30d，其厚度從外周側板面10朝向最薄部30a而慢慢地變薄，所以可利用段差部30b而輕易地特定最薄部30a的位置，且可提高檢查環狀薄部3之厚度的品質檢查之效率。
實施形態2.
圖5係顯示本發明實施形態2的電池殼體之蓋體1的立體圖。圖中，在構成二次電池的電池殼體之蓋體1，係設置有電池殼體的內部壓力超過了預定值時會裂開而將內部壓力朝向外部開放的二次電池之安全閥2。在該安全閥2係設置有環狀薄部3和彎曲部4。
環狀薄部3係構成安全閥2的緣部之長圓形的溝槽，且形成厚度比蓋體1內之其他板面還薄的部分。該環狀薄部3係在電池殼體的內部壓力超過了預定值時會最先破裂，並使安全閥2整體裂開者。另外，環狀薄部3之外形，只要是具有封閉的外緣即可，例如亦可為正圓形或多角形等。彎曲部4係位在環狀薄部3的內周側之板面，且為沿著蓋體1的板厚方向1a而彎曲變形的部分。
環狀薄部3的外周側之板面(以下，稱為外周側板面10)係形成平坦。豎設有：從外周側板面10的外緣全體沿著板厚方向1a彎曲成大致直角的側壁部11；以及從側壁部11的前端彎曲成大致直角的凸緣部12。自此以後，將豎設有側壁部11的方向之蓋體1的端面稱為表面13，將相反側之蓋體1的端面稱為背面14。
其次，圖6係沿著圖5之線VI-VI的剖視圖，圖7係圖6的區域VII之擴大圖。如圖6所示，環狀薄部3係藉由形成於蓋體1的表面13及背面14之兩面的一對凹部30而構成。雖然後面使用圖式來詳細說明，但是凹部30係藉由將以相互對向的方式設置的環狀突部23，同時地按壓於作為蓋體1之素材的不鏽鋼製之金屬板100的兩面之壓製加工而形成(參照圖9)。
當就凹部30更詳細地觀看時，如圖7所示，在凹部30係設置有：最薄部30a，其厚度在環狀薄部3內形成最薄；以及第1至第3段差部30b至30d，其厚度從外周側板面10朝向最薄部30a而慢慢地變薄。雖然後面使用圖式來詳細說明，但是最薄部30a及第1至第3段差部30b至30d係藉由多段壓模印作業而形成(參照圖9(a)至(d))，該多段壓模印作業係使前端部不同之複數組的環狀突部23依前端寬度大小之順序同時地按壓於蓋體1的兩面。如此，厚度從外周側板面10朝向最薄部30a而慢慢地變薄的複數個段差部30b設置於凹部30，藉此可輕易地特定最薄部30a的位置，且可提高檢查環狀薄部3之厚度的品質檢查之效率。
回到圖6，在彎曲部4係設置有第1突出部4a和第2突出部4b。第1突出部4a係沿著板厚方向1a比環狀薄部3之外周側的蓋體1之表面13還突出。第2突出部4b係沿著板厚方向1a比環狀薄部3之外周側的蓋體1之背面14還突出。亦即，彎曲部4係形成不僅朝向蓋體1的表面方向或背面方向之一方向，還朝向表面方向及背面方向之雙方向彎曲變形的剖面波浪形。雖然後面使用圖式來詳細說明，但是彎曲部4係藉由一邊拘束外周側板面10一邊進行前述的壓製加工而形成者，且為吸收了因凹部30之形成而產生的餘料之部分。如此，藉由在環狀薄部3之內周部形成有彎曲部4，可降低因凹部30之形成而產生的餘料作用於外周側板面10，且可減小該餘料影響到蓋體1的外形。又，藉由彎曲部4形成剖面波浪形，可一邊將彎曲部4對外周側板面10的突出量抑制得較小，一邊加大彎曲部4的表面積。藉由加大彎曲部4的表面積，可使蓋體1所用的電池殼體之內部壓力更進一步加大而作用於安全閥2。又，藉由可將彎曲部4對外周側板面10的突出量形成得較小，藉此可減小其他構件與彎曲部4相接的可能性，且可降低安全閥2破損的可能性。
其次，圖8係顯示圖5的蓋體1和蓋本體5之關係的說明圖。雖然已在圖8中概略地顯示，但是蓋本體5係與蓋體1一同構成電池殼體者，且為形成具有開口部5a之有底筒狀的不鏽鋼製之容器。蓋體1係以側壁部11之外面沿著蓋本體5之內周面5b的方式而被插入於開口部5a。在蓋本體5之上端部5c係在蓋體1被插入於開口部5a時重疊有凸緣部12之下面。蓋體1及蓋本體5係藉由例如雷射熔接等，來熔接凸緣部12的下面和蓋本體5的上端部5c，藉此而一體化。
在此，如前述般雖然可藉由一邊拘束外周側板面10一邊進行壓製加工來利用彎曲部4吸收因凹部30之形成而產生的餘料，但是卻難以使彎曲部4吸收全部的餘料。當餘料作用於外周側板面10時，就會在環狀薄部3周邊的外周側板面10殘留彈性應變(elastic distortion)，而蓋體1會彎曲。當蓋體1的彎曲很大時，就會在圖8所示之凸緣部12的下面和蓋本體5的上端部5c之間產生較大的間隙，而難以進行蓋體1對蓋本體5的熔接。在本實施形態中，係藉由以下說明的製造方法來製造蓋體1，藉此可去除彈性應變，且可抑制因彈性應變所造成的蓋體1之彎曲。
其次，圖9係顯示用以製造圖5的蓋體1之蓋體製造裝置的構成圖，而圖9(a)至(d)係顯示使用該蓋體製造裝置的蓋體製造方法之壓模印步驟。如圖9(a)至(d)所示，在壓模印步驟中係進行多段壓模印作業，該多段壓模印作業係使用：複數組的衝頭21及衝模22；設置於各衝頭21及衝模22的複數組的環狀突部23；以及分別設置於各衝頭21及衝模22之側部的拘束手段24。
環狀突部23係以相互對向的方式設置於各衝頭21及衝模22的突起體。在圖9中雖然僅有顯示剖面，但是環狀突部23係以按照環狀薄部3(參照圖5)之形狀的方式，從各衝頭21及衝模22之中央端面21a、22a沿著衝頭21及衝模22之外緣而形成環狀。各環狀突部23係在衝頭21及衝模22之每組具有不同的前端寬度。各衝頭21及衝模22的環狀突部23之內周側，係形成有將環狀突部23當作側壁且將中央端面21a、22a當作底面的中央凹部25。
拘束手段24係具有：配置於衝頭21之側部的壓料板24a；配置於衝模22之側部的模座24b；以及連接於壓料板24a的彈壓構件24c。壓料板24a及彈壓構件24c係與衝頭21一體地位移。彈壓構件24c係藉由例如螺旋彈簧等而構成，且將壓料板24a朝向模座24b彈壓者。亦即，拘束手段24係在衝頭21朝向衝模22位移時，將配置於衝頭21和衝模22之間的蓋體1在環狀突部23之外周側拘束(夾持)。
如圖9(e)所示，在側壁形成步驟中係使用：衝頭51；配置於衝頭51之外周位置的環狀衝模52；以與衝模52對向的方式配置的環狀保持具53；以及設置於衝模52之內周位置的拘束手段54。衝頭51、衝模52、保持具53係對於作為蓋體1之素材的金屬板100施行拉伸加工。在衝頭51之上部係設置有：配置於與蓋體1之安全閥2對應的位置之凹部51a；以及包圍凹部51a的支撐部51b。
在拘束手段54係設置有緩衝墊(cushioning pad)54a、以及安裝於緩衝墊54a的環狀按壓體54b。緩衝墊54a係藉由例如胺基甲酸酯(urethane)等之彈性體所構成。按壓體54b係藉由金屬所構成，且以與衝頭51之支撐部51b對向的方式形成環狀。
其次，就使用圖9的蓋體製造裝置之蓋體製造方法加以說明。在形成於圖5至圖8所示的蓋體1之情況，係在進行圖9(a)至(d)所示的壓模印步驟之後，進行圖9(e)所示的側壁形成步驟。
在圖9(a)所示的第1段壓模印作業中，係使用設置有具有前端寬度最大的環狀突部23之衝頭21及衝模22，且在成為蓋體1之素材的平板狀金屬板100配置於衝頭21和衝模22之間之後，衝頭21會朝向衝模22位移。藉此，可在環狀突部23之外周側藉由拘束手段24一邊拘束金屬板100，一邊對金屬板100之兩面(表面及背面13、14)同時地按壓環狀突部23。
藉由該第1壓模印步驟，而形成有圖7所示的第1段差部30b。在此，雖然因第1段差部30b之形成而產生餘料，但是在環狀突部23之外周側由於金屬板100可藉由拘束手段24來拘束，所以餘料的大部分會被擠向第1段差部30b之內周側。亦即，因第1段差部30b之形成而產生的餘料之大部分，係可藉由第1段差部30b之內周側的板面，一邊增加厚度一邊在衝頭21及衝模22之中央凹部25內彎曲變形而被吸收。藉此，可降低因第1段差部30b之形成而產生的餘料作用於第1段差部30b之外周側的板面。
在圖9(b)所示的第2段壓模印作業中，係使用設置有比在第1壓模印步驟中使用的環狀突部23還小的前端寬度之環狀突部23的衝頭21及衝模22，且藉由對第1段差部30b之底部按壓環狀突部23而可形成第2段差部30c。針對因該第2段差部30c之形成而產生的餘料而言，亦可藉由使第2段差部30c之內周側的板面增加厚度及彎曲變形而吸收大部分。
同樣地，在圖9(c)所示的第3段壓模印作業中，係使用設置有比在第2段壓模印作業中使用的環狀突部23還小的前端寬度之環狀突部23的衝頭21及衝模22，且藉由對第2段差部30c之底部按壓環狀突部23而可形成第3段差部30d。又在圖9(d)所示的第4段壓模印作業中，係使用設置有比在第3段壓模印作業中使用的環狀突部23還小的前端寬度之環狀突部23的衝頭21及衝模22，且藉由對第3段差部30d之底部按壓環狀突部23而可形成最薄部30a。亦即，利用第4段壓模印作業，環狀突部23之厚度可減薄至最終目標厚度。針對因該第3段差部30d及最薄部30a之形成而產生的餘料而言，亦可藉由使第3段差部30d及最薄部30a之內周側的板面增加厚度及彎曲變形而吸收大部分。
如此，藉由將以相互對向的方式設置的環狀突部23同時地按壓於金屬板100之兩面而形成有環狀薄部3，藉由如 此構成，比起如先前技術般地將環狀突部按壓於蓋體之單面的情況，可藉由1個環狀突部23來減小金屬板100之加工量，且可減小施加於1個環狀突部23的加工負荷。亦即，使用不鏽鋼製的金屬板來形成環狀薄部3時，由於可抑制加工中的破裂或加工硬化，所以可精度佳地成形環狀薄部3，並且可將加工負荷分散於衝頭21及衝模22，且可延長模具的壽命。
又，由於是藉由依前端寬度大小之順序將複數組的環狀突部23按壓於金屬板100之兩面的多段壓模印作業來形成環狀薄部3，所以可在環狀薄部3形成最薄部30a及第1至第3段差部30b至30d，且可利用第1至第3段差部30b至30d來提高環狀薄部3之品質檢查的效率。
在圖9(e)所示的側壁形成步驟中，係以環狀薄部3位在凹部51a之內側的方式在金屬板100被載置於衝頭51上之後衝模52會下降，藉此對金屬板100施行拉伸加工。亦即，隨著衝模52之下降，金屬板100會彎曲，並且金屬板100會在衝模52的內周面和衝頭51的外周面之間伸展(stretch)，藉此可形成側壁部11。又，在被彎曲厚的金屬板100之前端抵接於保持具53之後衝模52就會更進一步下降，藉此該金屬板100之前端會沿著保持具53而彎曲並形成凸緣部12。
在如前述之壓模印步驟中產生的餘料，係使外周側板面10產生彈性應變。另一方面，在該側壁形成步驟中的拉伸加工中，係可對外周側板面10提供拉伸應變(tensile strain)，以抵銷在壓模印步驟中產生的彈性應變。藉此，可去除在壓模印步驟中產生的彈性應變，且可抑制因彈性應變而造成的蓋體1之彎曲。
在此，雖然在圖9(e)中顯示拉伸加工的終期之狀態，但是在側壁形成步驟中使用的模具係構成為：在衝模52朝向衝頭51下降時，按壓體54b會比衝模52還早接觸到金屬板100。當按壓體54b接觸到金屬板100之後衝模52下降時，緩衝墊54a就會一邊被壓縮，一邊藉由按壓體54b及支撐部51b來拘束環狀薄部3周邊的外周側板面10。
當如前述之拉伸加工中的拉伸應力(tensile stress)大幅地作用於環狀薄部3時，環狀薄部3就有破裂之虞。在本實施形態中，在藉由拘束手段54來拘束環狀薄部3周邊的外周側板面10之狀態下對金屬板100施行拉伸加工，藉此可避免環狀薄部3的破裂。另外，在圖9(e)中，雖然顯示拘束外周側板面10整體，但是亦可僅拘束環狀薄部3周邊之更窄的範圍。
其次，列舉實施例。本發明人，係將標稱板厚0.8mm之SUS430的鋼板當作素材，並施行圖9所示的壓模印步驟及側壁形成步驟，藉此形成蓋體1。另外，環狀薄部3之形狀係形成將長邊設為15mm、將短邊設為10mm的長圓形，而最薄部30a之厚度(最終目標厚度)係設為0.015mm。又，在第1段壓模印作業中係使用設置有前端寬度為1.5mm之環狀突部23的衝頭21及衝模22，在第2段壓模印作業中係使用設置有前端寬度為1.0mm之環狀突部23的衝頭21及衝模22，在第3段壓模印作業中係使用設置有前端寬度為0.5mm之環狀突部23的衝頭21及衝模22，在第4段壓模印作業中係使用設置有前端為60°之三角剖面形狀且將前端R形成0.2R之環狀突部23的衝頭21及衝模22。再者，通過第1至第4段壓模印作業，衝頭21及衝模22的中央凹部25之深度係設為標稱板厚量的0.8mm。
在如此的條件下，如下述之表2所示的實施例A至K般地變更第1至第4段壓模印作業中的蓋體1之壓毀率[%]，且調查了金屬板100的壓毀率和模具的破損之關係。另外，所謂壓毀率[%]係顯示在各壓模印步驟中將蓋體1的板面壓毀成何種程度，且以{(前步驟的板厚-後步驟的板厚)÷前步驟的板厚}×100而求得的數值。另外，求出第1壓模印步驟的壓毀率時之前步驟的板厚，係為使用作為素材的鋼板之標稱板厚。
如表2的實施例A、E至H、J、K所示，將壓毀率抑制在70%以下並實施壓模印步驟的結果，可確認在衝擊2000次後仍不會在衝頭21及衝模22的環狀突部23產生裂痕。相對於此，如實施例B至D、I所示，當實施包含金屬板100之壓毀率超過70%的壓模印作業之多段壓模印作業時，可判明：在實施次數到達2000次衝擊以前，會以壓毀率超過70%的壓模印步驟之時序在衝頭21的環狀突部23產生裂痕。因而，各段壓模印作業中的金屬板100之壓毀率較佳是設為70%以下。另外，在上述條件下形成的安全閥2係不產生破裂就可獲得所期望的環狀薄部3，且可在0.6至0.8MPa之壓力範圍內穩定地動作。
又，以在藉由習知的拉伸加工形成側壁部的蓋體1成形安全閥2之方法來製造蓋體1時雖然有凸緣部12之扭曲(twist)量變成0.5mm左右且發生熔接不良的情況，但是在以本實施形態之方法來製造蓋體1時，可將扭曲量抑制在0.3mm以下，且可避免熔接不良的發生。
在如此之電池的蓋體製造方法中，由於是在壓模印步驟中，藉由將相互對向配置的環狀突部23同時地按壓於金屬板100的表背兩面而形成環狀薄部3，所以比起如先前技術對金屬板100之單面按壓環狀突部的情況，還可藉由1個環狀突部23來減小蓋體1的加工量，且可縮小施加於1個環狀突部23的加工負荷。藉此，由於在形成環狀薄部3時，可抑制加工中的破裂或加工硬化，所以可精度佳地成形環狀薄部，並且可將加工負荷分散於衝頭21及衝模22，且可延長模具的壽命。
又，由於是在壓模印步驟之後對金屬板100施行拉伸加工，以在金屬板100形成側壁部11，所以可對藉由壓模印步驟而產生彈性應變的板面提供因拉伸加工而造成的拉伸應變。藉此，可去除在壓模印步驟中產生的彈性應變，且可抑制因彈性應變而造成的蓋體之彎曲。
又，在側壁形成步驟中，由於是在藉由拘束手段54來拘束環狀薄部3周邊的外周側板面10之狀態下進行拉伸加工，所以可避免拉伸加工中的拉伸應力大幅地作用於環狀薄部3，且可避免環狀薄部3的破裂。
再者，由於是在壓模印步驟中進行多段壓模印作業，該多段壓模印作業係使用前端寬度不同的複數個環狀突部23，且依前端寬度大小之順序將環狀突部23按壓於金屬板100，所以可更減小施加於1個環狀突部23的加工負荷，且可更提高模具的壽命。又，可將厚度從外周側板面10朝向最薄部30a慢慢地變厚的複數個段差部30b設置於環狀薄部3，且可利用該段差部30b而輕易地特定最薄部30a的位置，藉此可提高檢查環狀薄部3之厚度的品質檢查之效率。
又，由於在各段的壓模印作業中係將金屬板的壓毀率設為70%以下，所以可更進一步降低在衝頭21及衝模22之環狀突部23發生破損的可能性，且可更確實地延長模具的壽命。
實施形態3.
圖10係顯示本發明實施形態3之電池殼體的蓋體製造方法之說明圖。在實施形態2中，係在藉由拘束手段54來拘束環狀薄部3周邊的外周側板面10之狀態下對金屬板100施行拉伸加工，藉此降低因拉伸加工而產生之對環狀薄部3的拉伸應力。然而，卻很難完全消除拉伸應力對環狀薄部3的作用，且也有環狀薄部3的厚度會因拉伸應力而減少的可能性。當環狀薄部3的厚度比預定的厚度還薄時，在電池殼體內的壓力到達預先假定的壓力以前環狀薄部3就會破裂。
因此，在實施形態2中，雖然係在側壁形成步驟之前進行的壓模印步驟中將環狀薄部3的厚度減薄至最終目標厚度(參照圖9(a)至(d))，但是在該實施形態3中，在側壁形成步驟之前進行的壓模印步驟中係將環狀薄部3的厚度固定於比最終目標厚度還厚的狀態(參照圖10(a)至(c))，且在側壁形成步驟(參照圖10(d))之後，將調節用環狀突部26按壓於環狀薄部3，藉此將環狀薄部3的厚度減薄至最終目標厚度(參照圖10(e))。作為調節用環狀突部26係使用與在圖9(d)所示之第4段壓模印作業中所用的環狀突部同等者。但是，該環狀突部的壓入量，係設為考慮側壁形成步驟中之減厚量在內的量。其他的構成係與實施形態2同樣。
在如此之電池殼體的蓋體製造方法中，由於是在側壁形成步驟之後，將調節用環狀突部26按壓於環狀薄部3，藉此將環狀薄部3的厚度減薄至最終目標厚度，所以可考慮至側壁形成步驟中的減厚量而形成環狀薄部3，且可提高環狀薄部3的厚度之精度。藉此，亦可提高安全閥2的動作壓力之精度，且可提高安全閥2的動作之可靠度。
另外，在實施形態2、3中，雖然已說明藉由對金屬板100施行拉伸加工而形成大小適度的凸緣部12，但是亦可在對更大的金屬板施行拉伸加工之後，藉由切除多餘的區域而調節凸緣部的大小。亦即，在側壁形成步驟中亦可更進一步包含有金屬板的修整(trimming)加工。
又，在實施形態2、3中，雖然已說明將相互對向配置的環狀突部23同時地按壓於金屬板100的表背兩面以形成環狀薄部，但是並未被限定於此，亦可僅在金屬板之表背的其中一方的面按壓環狀突部而形成環狀薄部。
1．．．蓋體(金屬板)
1a．．．板厚方向
2．．．安全閥
3．．．環狀薄部
4．．．彎曲部
4a．．．第1突出部
4b．．．第2突出部
5．．．蓋本體
5a．．．開口部
5b．．．內周面
5c．．．上端部
10．．．外周側板面
11．．．側壁部
11a．．．側壁部
12．．．凸緣部
13．．．表面
14．．．背面
20．．．安全閥製造裝置
21、51．．．衝頭
21a、22a．．．中央端面
22、52．．．衝模
23．．．環狀突部
24、54．．．拘束手段
24a．．．壓料板
24b．．．模座
24c．．．彈壓構件
25．．．中央凹部
26．．．調節用環狀突部
30．．．凹部
30a．．．最薄部
30b至30d．．．第1至第3段差部
51a．．．凹部
51b．．．支撐部
53．．．保持具
54a．．．緩衝墊
54b．．．按壓體
100．．．金屬板
圖1係顯示本發明實施形態1的二次電池之安全閥的立體圖。
圖2係沿著圖1之線II-II的剖視圖。
圖3係圖2的區域III之擴大圖。
圖4(a)至(d)係顯示用以製造圖1的安全閥之安全閥製造裝置的構成圖。
圖5係顯示本發明實施形態2之電池殼體的蓋體1之立體圖。
圖6係沿著圖5之線VI-VI的剖視圖。
圖7係圖6的區域VII之擴大圖。
圖8係顯示圖5之蓋體1和蓋本體之關係的說明圖。
圖9(a)至(e)係顯示用以製造圖5的蓋體1之蓋體製造裝置的構成圖。
圖10(a)至(e)係顯示本發明實施形態3之電池殼體的蓋體製造方法之說明圖。
1‧‧‧蓋體(金屬板)
1a‧‧‧板厚方向
2‧‧‧安全閥
3‧‧‧環狀薄部
4‧‧‧彎曲部
10‧‧‧外周側板面
11‧‧‧側壁部
12‧‧‧凸緣部
13‧‧‧表面
14‧‧‧背面

Claims (12)

  1. 一種電池的安全閥製造方法，係用以製造具有以環狀薄部(3)構成緣部之安全閥(2)的電池之安全閥，該電池的安全閥製造方法係含有：將構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板(1)配置於衝頭(21)和衝模(22)之間的步驟；以及將以相互對向的方式設置於前述衝頭(21)及前述衝模(22)的環狀突部(23)同時地按壓於前述金屬板(1)的兩面，藉此將構成安全閥(2)之緣部的環狀薄部(3)形成於前述金屬板(1)的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池的安全閥製造方法，其中將前述環狀突部(23)按壓於前述金屬板(1)的兩面時，在前述環狀突部(23)之外周側藉由拘束手段(24)來拘束前述金屬板(1)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電池的安全閥製造方法，其中前述環狀薄部(3)的形成係藉由複數個壓模印步驟來進行，該複數個壓模印步驟係於前述衝頭(21)及衝模(22)之每組使用前端寬度不同之複數組的環狀突部(23)，且依前述前端寬度大小之順序將前述環狀突部(23)同時地按壓於前述金屬板(1)的兩面。
  4. 如申請專利範圍第3項之電池的安全閥製造方法，其中將各壓模印步驟中的前述金屬板(1)之壓毀率設為70%以下。
  5. 一種電池的安全閥製造裝置，其係具備：複數組的衝頭(21)及衝模(22)；複數組的環狀突部(23)，其以相互對向的方式設置於前述衝頭(21)及衝模(22)，且於前述衝頭(21)及衝模(22)之每 組具有不同的前端寬度；以及拘束手段(24)，其配置於各衝頭(21)及衝模(22)的前述環狀突部(23)之外周側；且構成為：將構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板(1)藉由前述拘束手段(24)在前述環狀突部(23)之外周側一邊拘束，一邊依前述前端寬度大小之順序對前述金屬板(1)的兩面同時地按壓前述環狀突部(23)，藉此將構成前述安全閥(2)之緣部的環狀薄部(3)形成於前述金屬板(1)。
  6. 一種電池的安全閥，其係具備：環狀薄部(3)，其由一對凹部(30)所構成，該一對凹部(30)係藉由相互對向的環狀突部(23)同時地被按壓於構成電池的電池殼體之不鏽鋼製的金屬板(1)之兩面的壓製加工，而形成於前述金屬板(1)的兩面；以及彎曲部(4)，其設置於前述環狀薄部(3)的內周側，且藉由前述壓製加工的作用沿著板厚方向(1a)而彎曲變形。
  7. 如申請專利範圍第6項之電池的安全閥，其中在前述環狀薄部(3)係設置有：最薄部(30a)，其厚度在前述環狀薄部(3)內形成最薄；以及複數個段差部(30b至30d)，其厚度從前述環狀薄部(3)的外周側之板面(10)朝向前述最薄部(30a)而慢慢地變薄。
  8. 一種電池殼體的蓋體製造方法，其係用以製造具有安全閥(2)及側壁部(11)之電池殼體的蓋體(1)之方法，該安全閥(2)係藉由環狀薄部(3)而構成緣部；該側壁部(11)係從位在前述環狀薄部(3)之外周側的外周側板面(10)之外緣起豎設成環狀；且該製造方法包含：壓模印步驟，其將環狀突部(23)按壓於作為前述蓋體(1) 之素材的不鏽鋼製的金屬板(100)，藉此於前述金屬板(100)形成前述環狀薄部(3)；以及側壁形成步驟，其在前述壓模印步驟之後對前述金屬板(100)施行拉伸加工，以在前述金屬板(100)形成前述側壁部(11)；且在前述壓模印步驟中，係藉由將相互對向配置的環狀突部(23)同時地按壓於前述金屬板(100)的表背兩面而形成前述環狀薄部(3)。
  9. 如申請專利範圍第8項之電池殼體的蓋體製造方法，其中在前述側壁形成步驟中，係在藉由拘束手段來拘束前述環狀薄部(3)周邊的板面之狀態下進行前述拉伸加工。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之電池殼體的蓋體製造方法，其中在前述壓模印步驟中，係將前述環狀薄部(3)的厚度固定在比最終目標厚度還厚的狀態；在前述側壁形成步驟之後，將調節用環狀突部(26)按壓於前述環狀薄部(3)，藉此將前述環狀薄部(3)的厚度減薄至前述最終目標厚度。
  11. 如申請專利範圍第8或9項之電池殼體的蓋體製造方法，其中在前述壓模印步驟中係進行多段壓模印作業，該多段壓模印作業係使用前端寬度不同的複數個環狀突部(23)，且依前述前端寬度大小之順序將前述環狀突部(23)按壓於前述金屬板(100)。
  12. 如申請專利範圍第8或9項之電池殼體的蓋體製造方法，其中在各段的壓模印作業中，係將前述金屬板(1)的壓毀率設為70%以下。
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