模具的制作方法

本发明涉及一种用于对在二次电池等的电极中使用的集电箔形成贯通孔的模具。

背景技术：

以往，已知对于在二次电池的电极中使用的集电箔，形成许多贯通孔。例如，在专利文献1中，在表面形成有许多微细突起的成形辊与承受辊之间夹持金属箔，使两个辊旋转，由此使该金属箔在两个辊之间穿过来形成贯通孔。

另一方面，作为用于对被接触物形成贯通孔的一般模具，已知有呈大致平板状且在其表面形成有多个突起(凹凸)的模具。例如，在专利文献2中公开了使用一般的电铸技术在表面具备所需的凹凸图案的模具的制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5953597号公报

专利文献2：日本特开2013-142192号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，在使用了辊状的模具的贯通孔的形成方法中，在向金属箔形成贯通孔后，一边向与贯通孔的形成方向(即，金属箔的厚度方向)不同的方向施加力，一边从金属箔拔出模具的突起，因此，存在产生金属箔的破损以及因金属箔的突起的钩挂而导致突起的破损的问题。针对该问题，通过增大辊的直径能减少向金属箔的钩挂，但是会导致模具本身的大型化。此外，在使用辊状的模具在金属箔形成贯通孔的情况下，由于突起相对于辊主体的形成精度上的问题，难以以400μm以下的间距形成贯通孔。

与此相对，在表面形成有许多凹凸的一般的平板状的模具中，虽然在向金属箔形成贯通孔后，不会向与贯通孔的形成方向不同的方向施加力，但是仅通过模具相对于金属箔的厚度方向的移动难以从模具拔出金属箔，当施加欲将模具从金属箔拔出的力时，金属箔恐怕会破损。此外，难以从模具拔出金属箔，因此也会导致模具的突起的破损。

并且，当模具的突起磨损时，需要更换模具本身，模具的成本和维护费用会增加。因此，为了谋求向金属箔形成贯通孔本身的成本降低，也强烈要求模具的耐久性。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种具备优异的耐久性并且能在防止金属箔的破损的同时形成贯通孔的模具。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，本发明的模具是用于对厚度5～40μm的金属箔形成多个贯通孔的模具，具有：平板部，由硬度hv650以下的金属构成；以及，锥台状的多个突出部，由与所述平板部的材料相同的金属构成，以从所述平板部的表面突出的方式一体地形成，其中，所述多个突出部分别包括相对于与所述平板部的表面正交的方向倾斜5度以上的倾斜侧面，位于顶端的上表面的表面积为20μm²以上。

发明效果

根据本发明，能提供一种具备优异的耐久性并且能在防止金属箔的破损的同时形成贯通孔的模具。

附图说明

图1是实施例1的模具的立体图。

图2是实施例1的模具的主视图。

图3是表示实施例1的模具的使用状态的概略图。

图4是实施例1的模具的突起部的放大侧视图。

图5是沿图2中的线v-v的模具的放大剖视图。

图6是变形例的模具的突起部的放大立体图。

图7是变形例的模具的突起部的放大立体图。

图8是变形例的模具的突起部的放大立体图。

图9是与图5同样地表示的、实施例2的模具的放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的模具进行详细说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下说明的内容，在不变更其主旨的范围内可以任意变更并实施。此外，在各实施例和变形例的说明中使用的附图均示意性地表示本发明的模具，为了加深理解，有时会进行部分的强调、放大、缩小或省略等，有时不会准确地表示各构成部分的比例尺、形状等。而且，各实施例和变形例中使用的一部分数值均是表示一个例子的数值，可以根据需要进行各种变更。

＜实施例1＞

首先，参照图1至图5对实施例1的模具及其使用状态进行详细说明。在此，图1是实施例1的模具的立体图，图2是实施例1的模具的主视图。此外，图3是表示实施例1的模具的使用状态的概略图。而且，图4是形成于实施例1的模具的突起的放大侧视图。并且，图5是沿图2中的线v-v的模具的放大剖视图。

从图1和图2可知，实施例1的模具10具有：长方体状的平板部11；多个突起部12，形成于平板部11的第一表面11a侧；以及多个承受部13，形成于平板部11的第一表面11a侧。在此，突起部12从平板部11的第一表面11a突出，成为贯通被加工物的部分。另一方面，承受部13是从平板部11的第一表面11a凹陷的开口。需要说明的是，在实施例1的模具10中，平板部11的第二表面11b为了装配用于担载模具10的夹具而具备平坦的形状，但也可以为了连接各种夹具或支承构件而形成有凹凸等。

如图3所示，在作为被加工物的金属箔20形成多个贯通孔的情况下，准备两个实施例1的模具10，利用准备好的两个模具10夹住金属箔20。因此，在与一个模具10的突起部12对置的位置配置有另一个模具10的承受部13。换言之，在平板部11的第一表面11a上形成有承受部13，在利用两个模具10夹住金属箔20时，该承受部13在与一个模具10的突起部12对置的位置凹陷。然后，利用两个模具10夹住金属箔20，由此，突起部12与金属箔20接触，在金属箔20同时形成有多个贯通孔。

实施例1的模具10的加工对象是厚度为5～40μm的金属箔20。该金属箔20例如用于二次电池的集电箔。此外，作为金属箔20，使用例如铜、铝、钛、镍(包括它们的合金)或不锈钢等。

模具10是对母模实施一般的电铸技术而形成的，所述母模由形成与突起部12和承受部13对应的凹凸的树脂材料构成。因此，平板部11和突起部12由相同的金属一体地形成。从强度的观点来看，模具10的厚度约为500μm，而且考虑到模具10本身的翘曲，模具10由硬度hv650以下的金属形成。即，关于超过硬度hv650的金属，当考虑到模具10的形状等时，无法用作实施例1的模具10的构成构件。在实施例1中，将以所希望的混合比合成镍和钴而得到的材料用作电铸材料，由hv600(标称值)的镍钴合金(nico)形成模具10。需要说明的是，对于该电铸材料而言，如果所形成的模具10的硬度为hv650以下，则也可以单独使用或混合使用镍、铜、铁或镍钼合金(nimo)等其他金属。

此外，如图1和图2所示，突起部12排列为矩阵状(4行×4列)，形成共计16个。同样，承受部13也排列为矩阵状(4行×4列)，形成共计16个。然后，突起部12和承受部13沿一个方向(图2中的长尺寸方向)交替地配设。根据这样的形状，在实施例1中，当利用两个模具10夹住金属箔20时，同时形成有共计32个贯通孔。

在此，突起部12彼此的间隔和承受部13彼此的间隔优选为250μm以下，更优选为100μm以下。即，突起部12和承受部13的形成密度优选为16个/mm²以上，更优选为100个/mm²以上。在此，在将金属箔20用于二次电池的集电箔的情况下，理想的是形成有更多的贯通孔，但是，当通过利用两个模具10多次夹住金属箔20的固定区域来形成许多贯通孔时，在金属箔20容易产生褶皱，结果容易破损等，作为集电箔的可靠性降低。此外，当利用模具10夹住金属箔20时的定位精度低时，形成于金属箔20的贯通孔的间隔不同，根据情况，邻接的贯通孔彼此恐怕会连通。因此，在实施例1中，通过将突起部12和承受部13的形成密度设为16个/mm²以上，能减少利用两个模具10夹住金属箔20的固定区域的次数，并且同时形成更多的贯通孔，维持作为集电箔的可靠性。

需要说明的是，突起部12和承受部13的数量和配置关系并不限定于上述内容，可以根据形成于金属箔20的贯通孔的数量和形成部位来适当变更。例如，也可以将突起部12和承受部13在图2的短边方向交替地配置。

而且，突起部12的高度优选为作为被加工物的金属箔20的厚度的1.5倍以上，更优选为2～3倍。在此，突起部12的高度根据金属箔20的厚度来调整，但在将金属箔20用于二次电池的集电箔的情况下，特别优选将突起部12的高度设为20μm以上。作为这样设定的理由是因为，在将金属箔20用于二次电池的集电箔的情况下，为了使电解液顺畅地通过，理想的是形成于集电箔的贯通孔的开口径为10μm左右。

如图4和图5所示，突起部12包括：突出部12a，位于平板部11侧；以及顶部12b，位于突起部12的顶端且呈凸曲面状。突出部12a的形状为圆锥台状，顶部12b的形状为半球状。

突出部12a包括倾斜侧面12c，该倾斜侧面12c相对于与平板部11的第一表面11a正交的方向倾斜5度以上。在实施例1中，将倾斜侧面12c相对于与第一表面11a正交的方向的倾斜角度(以下，也称为起模角度)θ设定为9度。通过设定这样的倾斜角度θ，在利用两个模具10夹住金属箔20并且形成贯通孔后，使两个模具10以相互分离的方式移动，由此能容易地从模具10取下金属箔20。换言之，对于厚度为5～40μm的金属箔20，将倾斜侧面12c的倾斜角度设定为5度以上，由此，在将撕破金属箔20的突起部12从金属箔20拔出时，会减少突起部12钩挂于金属箔20的情况。通过减少这样的突起部12的钩挂，防止了金属箔20的破损，而且防止了倾斜侧面12c的摩擦损伤，从而导致模具10的耐久性提高。

此外，优选突出部12a的上表面的直径2r(即，顶部12b的直径2r)为作为被加工物的金属箔20的厚度的50％以上。即，实施例1中的金属箔20的最小厚度为5μm，因此优选突出部12a的上表面的直径2r为2.5μm以上。在此，突出部12a的上表面的直径2r与作为被加工物的金属箔20的厚度的关系同义于突出部12a的上表面的表面积为5μm²以上。这是基于根据突出部12a的上表面的直径2r为2.5μm以上而计算出突出部12a的上表面的最小表面积的结果。

然而，当考虑到用于形成突出部12a的精度(母模的形成精度)时，重要的是突出部12a的上表面的表面积为20μm²以上。因此，在实施例1中，将突出部12a的上表面的表面积为20μm²以上作为必要条件，而且设定为突起部12a的上表面的直径2r为金属箔20的厚度的50％以上。通过设定这样的突出部12a的上表面的直径2r和表面积，会防止突出部12a的顶端(即，顶部12b的形成面侧)与厚度为5～40μm的金属箔20的磨损。

顶部12b形成于突出部12a的上表面，但在顶部12b与突出部12a之间不存在台阶。即，顶部12b的凸曲面相对于突出部12a的倾斜侧面12c平滑地连续。根据这样的顶部12b的形状，顶部12b的直径2r与突出部12a的上表面的直径2r相同，顶部12b成为直径2.5μm以上的半球体。在此，在突起部12刺破金属箔20时，突起部12的顶端的力不仅在突起部12的延伸方向(即，与第一表面11a正交的方向)产生，拉伸金属箔20的力和形成褶皱的力也复杂地发挥作用，在与突起部12的延伸方向正交的方向上也产生力。因此，设置上述那样的半球状的顶部12b，使在加工金属箔20时施加于突起部12的顶端的应力分散，从而谋求防止突起部12的磨损。

如图5所示，作为承受部13的开口的形状与突起部12对应，是由圆锥台部和半球部构成的形状。但是，承受部13的尺寸在整体上比突起部12大。这是为了在作为被加工物的金属箔形成贯通孔时，防止其他模具的突起部与承受部13接触。根据这样的承受部13的形状和尺寸，即使在加工金属箔20时，一个模具10的突起部12也不会与另一个模具10的承受部13接触，能防止突起部12的破损，谋求模具10本身的寿命延长。

需要说明的是，承受部13的形状并不限定于上述的形状，只要不与其他模具的突起部接触，则也可以是其他形状。例如，如果在实施例1的情况下，则承受部13的形状也可以是圆柱状。

以下对实施例1的模具10的制造方法的一个例子进行说明。首先，利用公知的技术，对于作为母模的材料，在该材料的表面形成与突起部12和承受部13对应的凹凸。作为凹凸的形成方法，例如，可以是对材料表面进行切削等机械式加工，也可以是刻蚀等化学式加工，还可以是利用激光照射进行的加工。需要说明的是，该凹凸需要非常高精度且微细的加工，以便能够实现上述的突起部12和承受部13的各种形状和尺寸。之后，对形成有凹凸的母模实施一般的电铸技术，形成与该母模对应的金属的模具10。然后，使模具10从该母模分离，由此完成模具10的制造。

进行了如下的耐久性实验：使用镍(ni)和钴(co)作为电铸材料来制造镍钴合金的模具10，对15μm的铝箔同时形成多个贯通孔。在此，模具10的耐久性通过比较突起部12的高度和形状在使用前后的变化来评价。如表1所示，即使在50万次使用后，突起部12的高度也维持在使用前的96.3％，此外，没有发现形状的变化，由此可知具有非常优异的耐久性。

[表1]

＜变形例＞

在实施例1中，突起部12包括圆锥台状的突出部12a和半球状的顶部12b，但突起部的形状并不限定于此，例如也可以是图6至图8所示的形状。在此，图6至图8是变形例的模具的突起部的放大立体图。

如图6所示，作为模具10的变形例，也可以形成圆锥台状的突起部32。即，与仅形成有突出部12a而没有实施例1中的顶部12b的情况相同。即使在这样的情况下，若突起部32的倾斜侧面的倾斜角度θ为5度以上，则对于厚度为5～40μm的金属箔20，也能减少突起部32钩挂于金属箔20的情况，防止金属箔20的破损以及谋求模具10的耐久性提高。此外，通过将突起部32的上表面的表面积设定为20μm²以上，并且将突起部32的上表面的直径2r设定为作为被加工物的金属箔20的厚度的50％以上，会防止突起部32的顶端的磨损。

此外，如图7所示，作为模具10的其他变形例，也可以形成三棱锥台状的突起部42。即，刺破金属箔20的部分的形状并不限定于圆锥台，也可以是各种棱锥台。即使在这样的情况下，若突起部42的倾斜侧面的倾斜角度θ为5度以上，则对于厚度为5～40μm的金属箔20，也能减少突起部42钩挂于金属箔20的情况，防止金属箔20的破损以及谋求模具10的耐久性提高。此外，通过将突起部42的上表面的面积设定为20μm²以上，会防止突起部42的顶端的磨损。而且，在多个突出部42分别具备三棱锥台状的形状或其他棱锥台状的形状的情况下，利用直线的机械加工也能容易地形成突出部42。

而且，如图8所示，作为模具10的其他变形例，也可以形成具备对四棱锥体的侧边进行了倒角的形状的突起部52。通过实施这样的倒角加工，在突起部52的侧面没有尖锐的部分，会防止突起部52本身的磨损。即，与图7所示的存在角的突起部42相比，会谋求模具10的耐久性的进一步提高。

需要说明的是，即使在图7和图8所示的变形例中，也可以设置呈凸曲面状的顶部。由此，在加工金属箔20时，能使施加于突起部42、52的顶端的应力分散，能进一步防止突起部42、52的磨损。此外，在上述实施例1和变形例中，在一个模具形成了突起部和承受部，但也可以在一个模具仅形成突起部，在另一个模具仅形成承受部，使用这两个模具在金属箔20同时形成多个贯通孔。

＜实施例2＞

将与实施例1的模具10相比谋求耐久性的进一步提高的模具110作为实施例2，参照图9进行说明。在此，图9是与图5同样地表示的、实施例2的模具110的放大剖视图。

如图9所示，与实施例1的模具10同样，实施例2的模具110也具有：长方体状的平板部111；多个突起部112，形成于平板部111的第一表面111a侧；以及多个承受部113，形成于平板部111的第一表面111a侧。此外，与实施例1的模具10同样，平板部111的第二表面111b也为了装配用于担载模具110的夹具而具备平坦的形状。

而且，如图9所示，即使在实施例2的模具110中，突起部112也包括：突出部112a，位于平板部111侧；以及顶部112b，位于突起部112的顶端且呈凸曲面状。并且，突出部112a的形状为圆锥台状，顶部112b的形状为半球状。由此，在实施例2的模具110和实施例1的模具10中，平板部、突起部以及承受部的形状和尺寸是相同的。因此，省略关于这些形状和尺寸的作用效果的说明。

另一方面，实施例2的模具110与实施例1的模具10不同，在第一表面110a上形成有覆盖层130。即，在模具110中，平板部111的平坦面(突起部112和承受部113的非形成面)、突起部112的表面(倾斜侧面112c和顶部112b的凸曲面)以及承受部113的表面由覆盖层130保护。例如，覆盖层130的层厚为数μm，但能够根据金属箔20的材料、厚度、覆盖层130的材料而适当变更。

覆盖层130由以与平板部111和突起部112的材料相同的金属为主材料且具备比平板部111和突起部112的材料高的硬度的合金构成。例如，在平板部111和突起部112为镍钴合金的情况下，可以使用镍硼(nib)合金作为以镍为主材料的合金来形成覆盖层130。在该情况下，覆盖层130通过化学镀形成于第一表面111a。

通过以与平板部111和突起部112的材料相同的金属作为主材料形成覆盖层130，能提高电铸材料(即，平板部111和突起部112)与层叠材料(即，覆盖层130)的密合性，能防止使用模具110时的覆盖层130的剥离。此外，模具110本身的加工面被硬度更高的材料的覆盖层130覆盖，由此，能防止突起部112的磨损，能进一步提高模具110本身的耐久性。

进行了如下的耐久性实验：使用镍(ni)和钴(co)作为电铸材料，并且使用镍(ni)和硼(b)作为层叠材料来制造nico+nib的模具110，对15μm的铝箔同时形成多个贯通孔。

与实施例1同样，模具110的耐久性通过比较突起部112的高度和形状在使用前后的变化来评价。如表2所示，即使在使用50万次使用后，突起部112的高度也维持在使用前的99.7％，此外，也没有发现形状的变化，因此可知具有比实施例1的模具10更优异的耐久性。

[表2]

＜本发明的方案＞

本发明的第一方案是用于对厚度5～40μm的金属箔形成多个贯通孔的模具，该模具具有：平板部，由硬度为hv650以下的金属构成；以及锥台状的多个突出部，由与所述平板部的材料相同的金属构成，以从所述平板部的表面突出的方式一体地形成，其中，所述多个突出部分别包括倾斜侧面，该倾斜侧面相对于与所述平板部的表面正交的方向倾斜5度以上，位于顶端的上表面的表面积为20μm²以上。

第一方案的模具由硬度hv650以下的金属形成，因此能将作为整体的厚度设为500μm左右来防止翘曲。此外，突出部的倾斜侧面相对于与平板部的表面正交的方向倾斜5度以上，因此，在将撕破厚度5～40μm的金属箔的突出部从金属箔拔出时，会减少突出部钩挂于金属箔的情况，防止金属箔的破损，并且防止倾斜侧面的摩擦损伤，由此提高模具的耐久性。而且，位于突出部的顶端的上表面的表面积为20μm²以上，因此突出部的形成变得容易，并且会防止伴随着与金属箔的接触的突出部的顶端的磨损。

根据本发明的第二方案，在上述本发明的第一方案中，在所述多个突出部各自的顶端形成有呈凸曲面状的顶部。由此，在加工金属箔时，凸曲面的顶部首先与金属箔接触，能分散加工金属箔时的施加于突出部的顶端的应力，防止突出部的磨损。

根据本发明的第三方案，在上述本发明的第二方案中，所述多个突出部分别具备圆锥台状的形状。由此，在突出部的侧面没有尖锐的部分，会防止突出部本身的磨损，谋求模具的耐久性的提高。

根据本发明的第四方案，在上述本发明的第三方案中，所述顶部具备所述金属箔的厚度的50％以上的直径的半球状的形状。由此，在加工金属箔时，半球状的顶部首先与金属箔接触，能分散加工金属箔时的施加于突出部的顶端的应力，防止突出部的磨损。

根据本发明的第五方案，在上述本发明的第一或第二方案中，所述多个突出部分别具备棱锥台状的形状。由此，能容易地对金属箔形成贯通孔。此外，特别是在多个突出部分别具备三棱锥台状或四棱垂台状的形状的情况下，利用直线的机械加工也能容易地形成突出部。

根据本发明的第六方案，在上述本发明的第一或第二方案中，所述多个突出部分别具备对棱锥体的侧边进行了倒角的形状。由此，在突出部的侧面没有尖锐的部分，会防止突出部本身的磨损，谋求模具的耐久性的提高。

根据本发明的第七方案，在上述本发明的第一方案中，在所述多个突出部的表面形成有覆盖层，所述覆盖层由以与所述突出部的材料相同的金属为主材料且具备比所述突出部的材料高的硬度的合金构成。由此，用于在金属箔形成开口的加工面被硬度更高的材料覆盖，能防止突出部的磨损，能进一步提高模具本身的耐久性。此外，能提高突出部与覆盖层的密合性，能防止使用模具时的覆盖层的剥离。

根据本发明的第八方案，在上述本发明的第一至第七中的任一方案中，所述平板部的表面上的所述突出部的形成密度为16个/mm²以上。由此，即使在对金属箔的固定区域形成许多贯通孔的情况下，也能减少模具与金属箔的固定区域的接触次数，同时形成更多的贯通孔，维持作为二次电池的集电箔的可靠性。

根据本发明的第九方案，在上述本发明的第一至第八中的任一方案中，所述突出部的高度为所述金属箔的厚度的1.5倍以上。由此，能将形成于厚度5～40μm的金属箔的贯通孔的开口径维持在10μm左右，在将该金属箔用于二次电池的集电箔的情况下，能使电解液经由该贯通孔顺畅地通过，能提高二次电池的性能。

根据本发明的第十方案，在上述本发明的第一至第九中的任一方案中，在利用两个模具夹住所述金属箔时，在与一个模具的所述突出部对置的位置形成有凹陷的承受部。由此，即使在利用两个模具夹住金属箔而形成贯通孔的情况下，也能防止一个模具的突出部与另一个模具接触，防止模具的突出部的磨损。

附图标记说明：

10……模具；

11……平板部；

11a……第一表面；

11b……第二表面；

12……突起部；

12a……突出部；

12b……顶部；

12c……倾斜侧面；

13……承受部；

20……金属箔；

110……模具；

111……平板部；

111a……第一表面；

111b……第二表面；

112……突起部；

112a……突出部；

112b……顶部；

112c……倾斜侧面；

113……承受部；

130……覆盖层。