电池罐及其制造方法以及电池罐的制造装置的制作方法

专利名称：电池罐及其制造方法以及电池罐的制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池罐及其制造方法以及电池罐的制造装置。更详细地讲， 本发明主要涉及电池罐的改进。
背景技术：
以往，成为锰干电池的负极的电池罐以锌为材料，利用冲挤成形(impact molding,冲击反向挤压法)形成有底圆筒状(例如，参照专利文献1 3)。 图8A C是表示采用冲挤成形用加压部51的以往的电池罐47的制造方法 的纵向剖视图。图8A表示粒料供给工序。图8B表示反向挤压工序。图 8C是表示电池罐47的取出工序的纵向剖视图。图9是放大表示图8B所 示工序的主要部位的纵向剖视图。冲挤成形用加压部51包含模座40、冲挤模41、冲头座42、冲挤冲 头43及脱模装置44。模座40支承冲挤模41。冲挤模41在面临冲挤冲头 43的一面上形成有圆形的凹部41a，在凹部41a内插入具有延展性的金属材 料的粒料38。冲挤座42可在冲挤冲头43的长度方向上往复运动地支承冲 挤冲头43。冲挤冲头43是通过未图示的升降手段在垂直方向上往复运动的圆柱状 部件，挤压被插入到冲挤模41的凹部41a内的粒料(pellet) 38。脱模装置 44上形成有可插通冲挤冲头43的厚度方向的贯通孔，在电池罐47的成形 结束，冲挤冲头43脱离冲挤模41时，脱模装置44从冲挤冲头43的顶端 卸下电池罐47。在图8A所示的工序中，将粒料38插入冲挤模41的凹部41a内。作为 该粒料38，从具有适合冲挤成形的延展性、及希望得到的电池罐47的轻量 化方面考虑， 一般使用锌。在图8B所示的工序中，冲挤冲头43下降，其顶端部被打入凹部41a 内。粒料38被冲挤冲头43压縮，压入到冲挤冲头43的外周面与凹部41a的内周面的间隙，使其沿着冲挤冲头43的外周面伸展从而进行锻造。冲挤 冲头43只下降规定的冲程。由此，将粒料38成形为有底圆筒状的电池罐9。在图8C所示的工序中，冲挤冲头43上升，返回到下降前的原来的位 置。在随着冲挤冲头43上升，电池罐47以附着在冲挤冲头43的顶端部上 的状态从凹部41a引出后，通过脱模装置44将其从冲挤冲头43上取下。 由于用冲挤成形这一道工序进行成形，因此可对电池罐47实施一些精加工 工序，得到电池罐的制品。所谓精加工工序，例如，可列举出对不适合的 变形部位的修正、切断有底圆筒状的开口端部而整理成开口端面等。以往的电池罐47可通过冲挤成形工序和一些精加工工序来制作，因此 具有生产性高、能够大量生产的优点。可是，如果只采用冲挤成形，基于 下述的理由，难以使电池罐47的侧壁部及底壁部的厚度减薄且均匀。因而， 存在超过所需地使用材料锌的问题。特别是，最近金属材料的价格在全世 界高涨，锌的价格也上涨。此外，采用锌制电池罐的锰干电池与其它电池 相比非常便宜，锰干电池的制造成本中所占的材料费用的比例变得非常大。 所以，锌的超过所需的使用显著增加了锰干电池的制造成本。通过冲挤成形而加工的电池罐47的侧壁部的厚度由冲挤冲头43的外 周面与凹部41a之间形成的间隙来决定。所以，需要将冲挤冲头43和凹部 41a定位成各自的中心或轴心准确一致。可是，定位作业要求相当熟练。而 且，即使准确地进行定位，在将冲挤冲头43的顶端部打入到凹部41a内时， 也容易引起位置偏移。如图9所示，冲挤冲头43包含圆形挤压面43a、锥形导面43b、倒 角部43c、内径形成部43d、锥形部43e及细径部43f。圆形挤压面43a为 圆形平坦面，其被设在冲挤冲头43打入的凹部41a内的顶端面(以下简称 为"顶端面")的中央部，将粒料38压縮。锥形导面43b是在顶端面中从圆形挤压面43a的周边朝冲挤冲头43(更 详细地讲为内径形成部43d)的外周面延展的面。锥形导面43b具有越远离 圆形挤压面43a、内径越大的圆锥形状。通过设置锥形导面43b，被圆形挤 压面43a压縮的粒料38沿着锥形导面43b，流动到冲挤冲头43的外周面与 凹部41a的内周面的间隙中。倒角部43c被设在锥形导面43b与内径形成部43d的边界部分，是截面形状为圆弧状的面。倒角部43c对压缩的粒料36向冲挤冲头43的外周 面与凹部41a的内周面的间隙间的流动进行整流。内径形成部43d被设置 成与顶端面相接，用于调整电池罐37的内径。锥形部43e具有越远离顶端 面、内径越小的圆锥形状，连接着内径形成部43d和细径部43f。在细径部 43f上连接有未图示的升降手段。
在冲挤成形时，打入凹部41a内的冲挤冲头43的圆形挤压面43a压縮 粒料38。被压縮的粒料38沿着锥形导面43b向外周侧斜上方流动，以高压 高速通过倒角部43c与凹部41a的狭窄的间隙。所以，对倒角部43c附加大 的压力，但由于附加的压力通常是不固定的，因此通过倒角部43c的材料 的流动产生变化。因而，冲挤冲头43的位置产生偏移，在冲挤冲头43与 凹部41a之间发生中心偏移。
此外，倒角部43c由于被设在冲挤冲头43的圆周方向的整个区域，因 此有时产生微妙的形状差异。因这样的形状差异，通过倒角部43c的材料 的流动也会产生变化，在冲挤冲头43与凹部41a之间发生中心偏移。此外， 如果粒料38存在冲裁飞边及冲裁塌边、损伤等，有时在冲挤冲头43与粒 料38接触的瞬间，冲挤冲头43也会向一定方向偏移。
因如此的冲挤冲头43的偏移，在成形后的电池罐37的侧壁部37a上， 容易形成具有不同的侧壁厚度D1、 D2的侧壁。电池罐37的侧壁部37a在 电池中作为负极的发电要素发挥作用，因此锌从内周面溶出，慢慢薄壁化。 因此，预想到薄壁化的份量来确定侧壁部37a的最低容许厚度。在制造时， 考虑到伴随冲挤冲头43的中心偏移的侧壁厚度的偏差，以能够预测的最低 厚度为基准来确定侧壁部37a的最低容许厚度。在侧壁部37a，产生比预测 的最低厚度厚的厚度是不可避免的。这样的厚度对于电池是不需要的，要 按该份量多余地使用作为材料的锌。
此外，内径形成部43d在冲挤冲头43的各部位中具有最大的内径，但 在冲挤冲头43的长度方向上仅具有很短的长度。此外，在内径形成部43d 的上方，设有内径比内径形成部43d小的锥形部43e及细径部43f。所以， 侧壁部37a的厚度是越远离底壁部47b越连续缓慢增大。在电池罐37的开 口端部及其附近，侧壁部37a的厚度加厚也有助于确保封口强度。但是， 在开口端部及其附近的下方，达到超过所需的厚度，在此点上也多余地使用材料。
另一方面，通过冲挤冲头43的锥形导面43b，以比确保强度所需的厚 度厚得多的厚度来形成底壁部37b与侧壁部37a的边界部分即角部，多余 地使用材料。可是，在冲挤成形的工艺方法上，锥形导面43b是不可缺的， 因此不能消除该超过所需的厚度。
此外，通过调整圆形挤压面43a与凹部41a的底面的间隙的长度，能够 准确地形成底壁部37b的中央部的厚度D3。再有，由于底壁部37b作为电 池的发电要素几乎不发挥作用，因此可以考虑在能够确保必要的强度的范 围内尽量使厚度D3薄壁化，降低材料的使用量。可是，如果使厚度D3薄 壁化，则在图8C所示的工序中，伴随着冲挤冲头43的顶端部从电池罐37 拔出，电池罐37内形成负压，底壁部37b的中央部分会发生向内侧凹陷的 不良情况。
可是，在上述的专利文献所示的以往技术中，还存在下述问题如图 8C所示，容易引起冲挤冲头43与凹部41a的位置偏移，需要考虑伴随着冲 挤冲头43的中心偏移的侧壁厚度的偏差，而且还必须预想到锌从内周面溶 出而缓慢薄壁化的份量，因而多余地使用作为材料的锌。
此外，如图9所示侧壁部37a的厚度是越远离底壁部37b越连续缓慢 增大，在此点上也多余地使用材料。
再有，在冲挤成形的工艺方法上，锥形导面43b是不可缺的，因此存 在以比确保强度所需的厚度厚得多的厚度来形成底壁部37b与侧壁部37a 的边界部分即角部、多余地使用材料的问题。
专利文献l:日本特开2006-59546号公报
专利文献2:日本特开平8-17424号公报
专利文献3:日本特开平8-17425号公报

发明内容
本发明是鉴于上述以往的问题而完成的，其目的在于提供一种有底圆 筒形状的电池罐，该电池罐的底壁部及侧壁部分别具有规定的厚度，而且 底壁厚度及侧壁厚度均匀；另外提供一种能够高精度且有利于工业化制造 该电池罐的有底圆筒状的电池罐的制造方法、以及能够实现该电池罐的制造方法的有底圆筒状的电池罐的制造装置。
为了达到上述目的，本发明的有底圆筒状的电池罐的特征在于具有 由延展性金属材料形成的侧壁部和底壁部；侧壁部具有规定的侧壁厚度， 侧壁厚度均匀，且长度方向的一端开口；底壁部具有规定的底壁厚度且底 壁厚度均匀，或者底壁部的底壁厚度从其周边部朝中心部变厚。
优选底壁部通过将长度方向一端开口的有底圆筒状的半成品杯体的底 壁部用平行对置的2个平坦面或平行对置的凹球面与平坦面夹住并压縮来 形成。
优选侧壁部通过对规定的底壁部和长度方向一端开口的有底圆筒状的 半成品杯体的侧壁部实施模锻加工来形成。
此外，优选本发明的电池罐还包含加强壁厚部和封口部；加强壁厚部 被设在底壁部与侧壁部的边界部分，其厚度比底壁厚度及侧壁厚度厚；封 口部被设在电池罐的开口端部或其近旁，其厚度比侧壁厚度厚。
优选还包含设在侧壁部的外周面并向侧壁部的圆周方向延伸的微细的 压痕。
优选具有延展性的金属材料为锌、铝或镁。 优选底壁厚度为0.1 0.4mm，且侧壁厚度为0.1 0.6mm。 此外，本发明提供一种有底圆筒状的电池罐的制造方法，其特征在于: 包含半成品杯体形成工序、底壁部厚度调整工序及侧壁部厚度调整工序；
在半成品杯体形成工序中，通过冲挤成形来制作有底圆筒状的半成品 杯体，该半成品杯体由具有延展性的金属材料形成，在长度方向的一端开
口，且具有比要得到的电池罐的内径大的内径；
在底壁部厚度调整工序中，在半成品杯体的内部插入整形用芯子，其 具有与要得到的电池罐的内径相等的外形，且与半成品杯体的底壁部内表 面接触的顶端面为平坦面或凹球面；使半成品杯体的底壁部外表面与平坦 面或凹球面接触， 一边将整形用芯子的顶端面与平坦面或凹球面对置且平 行地保持， 一边将半成品杯体的底壁面夹在圆柱体的顶端面与平坦面或凹 球面之间并将其压縮，将底壁部加工成均匀的厚度，或加工成底壁部的厚 度从底壁部的周边部朝中心部加厚，来提高抗压强度；
在侧壁部厚度调整工序中，通过一边使插入有整形用芯子的半成品杯体旋转、 一边对半成品杯体的侧壁部外周面加压的模锻加工，使构成侧壁 部的金属材料发生塑性变形，同时将整形用芯子的外周面压紧在侧壁部内 周面，使侧壁部形成均匀的厚度。
优选在底壁部厚度调整工序中采用具有环状斜面的整形用芯子，该环 状斜面是通过将与半成品杯体的底壁部内表面接触的顶端面的周边部斜切 而形成的；在侧壁部厚度调整工序中，将整形用芯子的环状斜面压紧在底
壁部与含有塑性变形了的金属材料的侧壁部的边界部分，形成边界部分的 厚度比底壁部厚度及侧壁部厚度厚的加强壁厚部。
优选在侧壁部厚度调整工序中，在对处于旋转状态的半成品杯体的侧 壁部外周面加压进行模锻加工时，从半成品杯体的侧壁部外周面的底壁部 侧开始模锻加工，在模锻加工进行到距离半成品杯体的侧壁部外周面的开 口端部规定的位置后，使压紧在整形用芯子的外周面的处于塑性变形状态 的金属材料的厚度加厚，再进行模锻加工。
此外本发明提供一种有底圆筒状的电池罐的制造装置，其特征在于，
包含以下部件
冲挤成形部，其将具有延展性的金属材料的粒料成形为长度方向的一 端开口、且具有比要得到的电池罐的内径大的内径的有底圆筒状的半成品 杯体；
旋转保持台，其具有平坦的固定面，用于以与半成品杯体的底壁部外 表面接触的方式载置半成品杯体；
整形用芯子，其具有与要得到的电池罐的内径相等的外形，且与半成 品杯体的底壁部内表面接触的顶端面为平坦面或凹球面；
加压部，其以整形用芯子的顶端面与旋转保持台的平坦面对置且平行 的方式保持整形用芯子，并且，在半成品杯体的长度方向上可往复运动地 支承整形用芯子；
旋转驱动源，其使整形用芯子及旋转保持台中的至少一方旋转；
模锻加工部，其具有压紧在旋转中的半成品杯体的侧壁部外周面并使 其发生塑性变形的模锻工具、及对模锻工具的移动进行NC控制的NC控制 机构部。
优选整形用芯子具有环状斜面，该环状斜面是通过将与半成品杯体的底壁部内表面接触的顶端面的周边部斜切而形成的。
优选模锻工具为包含球状的模锻部件和旋转自如地支承球状模锻部件 的支承部件的模锻工具、或是压勺状工具。
本发明的电池罐的侧壁部具有规定的侧壁厚度，且侧壁厚度被均匀化。 因此，能够将侧壁厚度设定为考虑到在电池中侧壁部作为发电要素而发挥 作用、材料从侧壁部内表面溶出、侧壁部的薄壁化而确定的最小容许厚度。 由此，能够将侧壁部整体形成所需最小限度的侧壁厚度，因此与以往的电 池罐相比，能够显著削减金属材料的使用量，降低材料成本。
此外，本发明的电池罐包括底壁部具有规定的底壁厚度且底壁厚度均 匀的方式。由此，还能够将底壁厚度也设定在可确保作为电池罐所需的最 小限度的强度的厚度。所以，可进一步削减金属材料的使用量，谋求进一 步降低材料成本。此外，在此构成中，由于侧壁厚度及底壁厚度均匀地减 薄，因此如果形成与以往的电池罐相同尺寸的外形，则内容量以侧壁厚度 及底壁厚度减薄的程度增加，可进行电池的高容量化。
此外，本发明的电池罐包括加工为底壁部的厚度从底壁部的周边部朝 中心部变厚的方式。由此，可提高电池罐的抗压强度，同时侧壁部的侧壁 厚度被均匀化，因此也能够削减金属材料的使用量。因此，根据此方式， 能够同时实现材料成本的削减和电池罐的抗压强度的提高。
本发明的电池罐的制造方法由于能够通过冲挤成形用一道工序来实施 半成品杯体的制作，因而能够维持高生产性。此外，由于半成品杯体具有 与要得到的电池罐大致相同的形状，因此后面工序中的底壁厚度及侧壁厚 度的调整是容易的。此外，在底壁厚度调整工序中，由于通过从厚度方向 的两侧用平坦面对半成品杯体的底壁部实施加压来调整底壁厚度，因此容 易将底壁部形成任意的厚度，并且能够使底壁部整体的厚度均匀。此外， 在底壁厚度调整工序结束时，半成品杯体的底壁部因被2个平面或被凹球 面与1个平面夹持而处于被固定的状态，因此如果使其原状旋转，则容易 进行模锻加工。所以，能够迅速转入到侧壁厚度调整工序。
另外，在侧壁厚度调整工序中，通过对半成品杯体的侧壁部实施模锻 加工，能够很容易使侧壁厚度达到规定厚度并均匀。这样，根据本发明的 制造方法，能够可靠地制造具有分别均匀地具有所要求的底壁厚度和侧壁厚度的底壁部和侧壁部的有底圆筒状的电池罐。此外，还能够可靠地制造 具有不超过所需的底壁厚度且底壁厚度朝中心变厚的底壁部、和均匀地具 有所要求的侧壁厚度的侧壁部的有底圆筒状的电池罐。


图1是简要地表示本发明的一实施方式的电池罐1的构成的纵向剖视图。
图2A是表示采用冲挤成形用加压部的半成品杯体的制造方法中的粒 料供给工序的纵向剖视图。
图2B是表示采用冲挤成形用加压部的半成品杯体的制造方法中的反 向挤压工序的纵向剖视图。
图2C是表示采用冲挤成形用加压部的半成品杯体的制造方法中的半 成品杯体的取出工序的纵向剖视图。
图3是放大表示图2B所示工序的主要部位的纵向剖视图。
图4A是简要地表示加压部的构成及利用加压部的底壁部厚度调整工 序中的将半成品杯体供给加压部的工序的纵向剖视图。
图4B是简要地表示加压部的构成及利用加压部的底壁部厚度调整工 序中的对半成品杯体的底壁部的厚度进行调整的工序的纵向剖视图。
图5A是放大表示图4A所示工序的主要部位的纵向剖视图。
图5B是放大表示图4B所示工序的主要部位的纵向剖视图。
图6A是简要地表示侧壁部厚度调整工序中的模锻加工部的构成及模 锻加工的初期工序的纵向剖视图。
图6B是放大表示图6A所示的模锻加工部及模锻加工的初期工序的主 要部位的纵向剖视图。
图7是概略地表示模锻加工的后期工序的侧视图。
图8A是表示以往的电池罐的制造方法中的粒料供给工序的纵向剖视图。
图8B是表示以往的电池罐的制造方法中的反向挤压工序的纵向剖视图。
图8C是表示以往的电池罐的制造方法中的电池罐的取出工序的纵向剖视图。
图9是放大表示图8B所示工序的i要部位的纵向剖视图。
具体实施例方式
图1是简要地表示本发明的一实施方式的有底圆筒状的电池罐1的构 成的纵向剖视图。电池罐1以锌为形成材料，形成在长度方向的一端具有 开口的有底圆筒状，非常适合在例如锰干电池中使用。
电池罐l包含底壁部3、侧壁部2、加强壁厚部4及封口部7。 底壁部3通过用平行对置的2个平坦面夹住半成品杯体的底壁部，将 其压縮来形成。这里，所谓半成品杯体，是由具有延展性的金属材料形成 且长度方向的一端开口的有底圆筒状的容器状部件。作为具有延展性的金 属材料，优选锌、铝及镁等。
底壁部3是相当于采用电池罐1而得到的电池的底面的部分，具有规 定的厚度(底壁厚度)d2，且底壁厚度d2均匀。通过上述这样的压缩成形 法，能够均匀地减薄底壁厚度d2。所以，可进行厚度能够确保电池底部所 需强度的成形，能够谋求材料使用量的降低。与此同时，底壁厚度d2在底 壁部3整体中是均匀的，例如，即使制造时电池罐1内呈负压，底壁部3 也不凹陷。
此外，底壁部3几乎不作为电池的发电要素而发挥作用，不会因材料 溶出而薄壁化。所以，例如能够使底壁厚度d2与后述的侧壁部3的厚度(侧 壁厚度dl)相等或比其小。由此，可进一步削减材料锌的使用量，可谋求 材料成本进而制造成本的进一步的降低。
底壁厚度d2可根据电池罐1的尺寸而适宜选择，但优选为0.1 0.4mm， 更优选为0.2 0.4mm。只要底壁厚度d2在所述范围内，就能确保作为电池 罐1的所需最小限度的强度。而且，通过在成形用芯子的圆周上的任意位 置上加工成凹环形状，仅少量增加锌的使用量，就能制造侧壁薄且圆周方 向具有强度的罐。此外，能够防止电池组装工序中的凹陷。其结果是，能 够更加可靠地实现材料成本的降低，而且能够容易制造电池罐。此外，所 谓底壁厚度d2的厚度均匀，具体地讲，指的是在底壁部3的任意10个点 上测定底壁厚度，全部的测定值在测定值的平均值±10%的范围内。
13在本实施方式中，电池罐1的外表面上的底壁部3的形状为平坦面， 但也不局限于此，也可以是其中央部朝电池罐l的内部四陷的凹面。
此外，在本发明的另一实施方式中，关于底壁部3，也可以是底壁部3 的厚度从周边部朝中心部变厚。在这种情况下，电池罐1的外表面上的底 壁部3的形状为平坦面，但在电池罐1的内部，底壁部3的中央部则朝电 池罐1的内侧突出。具有这样的底壁部3的电池罐1，与上述电池罐1的外 表面上的底壁部3的形状是成形有底壁部3的中央部朝电池罐1的内部方 向凹陷的凹面的电池罐l相同，抗压强度高。
侧壁部2通过模锻加工而形成，该模锻加工是将因从外侧加压半成品 杯体的侧壁部而塑性变形的金属材料以规定的壁厚压紧在基准圆柱的外周 面上。这里，所谓半成品杯体，与上述相同，是由具有延展性的金属材料 形成且长度方向一端开口的有底圆筒状的容器状部件。此外，所谓基准圆 柱，例如是整形用芯子。再者，通常，在形成了底壁部3之后进行侧壁部2 的形成。侧壁部2是从底壁部3的整个周边向与底壁部3大致垂直的方向 直立的圆筒部件，长度方向的一端连接在底壁部3上，另一端开口。
此外，侧壁部2是相当于采用电池罐1而得到的电池的侧面的部分， 具有规定的厚度(侧壁厚度)dl，并且侧壁厚度dl均匀。也就是说，侧壁 部2整体被均匀化到规定的侧壁厚度dl，侧壁厚度没有偏差。如果实施上 述模锻加工，可进行侧壁厚度dl的均匀化。所以，考虑到侧壁部2在电池 内作为发电要素而发挥作用，因材料从其内周面溶出而薄壁化，可以将侧 壁厚度dl形成最小容许厚度。由此，可减小材料使用量，大幅度降低材料 成本进而降低制造成本。
侧壁厚度dl可根据电池罐1的尺寸而适宜选择，但优选为0.1 0.6mm， 更优选为0.2 0.4mm。只要侧壁厚度dl在所述范围内，就能确保作为电池 罐1的所需最小限度的强度，能够进一步确实达到材料成本的降低。此外， 所谓侧壁厚度dl均匀，具体指的是在侧壁部2的任意50个点测定侧壁厚 度，全部的测定值在测定值的平均值土 10%的范围内。
此外，优选在侧壁部2的外周面，通过模锻加工形成向电池罐1的圆 周方向延伸的微细的压痕。由此，在用外装体覆盖侧壁部2的外周面进行 外装的情况下，可提高外装体的保持性。作为外装体，例如有外装罐、外装纸、标签等。
加强壁厚部4为底壁部3与侧壁部2的边界部分，被设在电池罐i的 底面的圆周方向的整个区域上，其厚度比底壁厚度d2及侧壁厚度dl厚。 此外，加强壁厚部4在电池罐1的内部，遍及底壁部3的内表面的周边部 和侧壁部2的内周面的下端部，以电池罐1的未图示的轴心为基准，作为 面对侧壁部2的相反侧的内周面的斜面而形成。通过设置加强壁厚部4，即 使将底壁厚度d2及侧壁厚度dl形成为最小容许厚度，也能使作为电池罐1 整体的强度保持在良好的范围内。
封口部7在电池罐1的幵口端部及其近旁部分被设在电池罐1的圆周 方向的整个区域上，具有比侧壁厚度dl厚的厚度。通过设置封口部7，在 由电池罐1制作电池时，可提高电池的封口强度，得到安全性高的电池。 再者，设置封口部7的范围优选在电池罐1的长度方向上离电池罐1的开 口端部0.2 0.6mm左右。
电池一般是大量生产的，所以通过降低电池罐1中的上述金属材料的 使用量，能够实现大幅度降低成本的电池的生产。而且，电池罐1可在谋 求金属材料的使用量降低的同时，通过加强壁厚部4来充分确保作为电池 罐1的机械强度，并且通过封口部7确保构成电池时的封口强度。此外， 由于能够使侧壁厚度dl及底壁厚度d2尽量减薄且均匀化，所以如果形成 与以往的电池罐相同的外形，则内容量以侧壁部2及底壁部3被减薄的程 度增加。所以，可谋求电池高容量化。
本发明的电池罐的制造方法包含半成品杯体形成工序、底壁部厚度调 整工序及侧壁部厚度调整工序。
在半成品杯体形成工序中，通过冲挤成形来制作有底圆筒状的半成品 杯体17，半成品杯体17由具有延展性的金属材料形成，在长度方向的一端 开口，且具有比要得到的电池罐的内径大的内径。作为具有延展性的金属 材料，例如，可列举锌、铝、镁等。
图2A 图2C是表示采用了冲挤成形用加压部21来制造半成品杯体17 的方法的纵向剖视图。图2A表示粒料供给工序。图2B表示反向挤压工序。 图2C表示半成品杯体17的取出工序。图3是放大表示图2B所示工序的主 要部位的纵向剖视图。冲挤成形用加压部21包含模座IO、冲挤模ll、冲头座12、冲挤冲
头n及脱模装置i4。模座io支承沖挤模ii。冲挤模ii在面对沖挤沖头
13的面上形成圆形的凹部lla，在凹部lla内插入具有延展性的金属材料的 粒料8。冲头座12可以在冲挤冲头13的长度方向上往复运动地支承冲挤冲 头13。
冲挤冲头13是通过未图示的升降手段在垂直方向上往复运动的圆柱状 部件，对被插入到冲挤模11的凹部lla内的粒料8进行挤压。脱模装置14 上形成有可插通冲挤冲头13的厚度方向的贯通孔，在半成品杯体17的成 形结束，冲挤冲头13脱离冲挤模11时，脱模装置14从冲挤冲头13的顶 端卸下半成品杯体17。
在图8A所示的工序中，将粒料8插入在冲挤模11的凹部lla内。作 为该粒料8，从具有适合冲挤成形的延展性、及谋求最终得到的电池罐的轻 量化的方面考虑， 一般使用锌、铝、镁等。
在图8B所示的工序中，冲挤冲头13下降，其顶端部被打入凹部lla 内。粒料8被冲挤冲头13压縮(squeezing),压入到冲挤冲头13的外周面 与凹部lla的内周面的间隙，沿着冲挤冲头13的外周面伸展而被锻造。冲 挤冲头13只下降规定的冲程。由此，将粒料8成形为有底圆筒状的半成品 杯体17。
在图8C所示的工序中，冲挤冲头13上升，返回到下降前的原来的位 置。随着冲挤冲头13的上升，半成品杯体17以附着在冲挤冲头13的顶端 部上的状态从凹部lla被引出，然后通过脱模装置14将其从冲挤冲头13 上取下。
半成品杯体17以其内径比要得到的电池罐1的内径稍大的方式形成。 关于半成品杯体17，如图3所示，侧壁部17a具有厚度偏差，并且将底壁 部17b周边与侧壁部17a的边界部分即角部的厚度加厚到所需以上。可是， 这些厚度的不适合可在后述的各道工序中消除。根据冲挤成形，能够用一 道工序高生产性地制造成为电池罐1的原型的半成品杯体17。也就是说， 能够维持与以往相同的高生产性。
在底壁部厚度调整工序中，将半成品杯体17的底壁部17b调整到规定 厚度，并且使底壁厚度dl均匀。更具体地讲，在半成品杯体的内部插入整形用芯子，使半成品杯体的底壁部外表面与平坦面接触。接着，以整形用 芯子的顶端面与平坦面对置且平行的方式进行保持，同时将半成品杯体的 底壁面夹在圆柱体的顶端面与平坦面之间而将其压缩。这里，整形用芯子 与半成品杯体的底壁部内表面接触的顶端面为平坦面或凹球面。所谓凹球 面，是朝整形用芯子的内部凹陷的面。更具体地讲，本工序如下。
图4A 图4B是简要地表示加压部22的构成及利用加压部22的底壁 部厚度调整工序的纵向剖视图。图4A表示将半成品杯体17供给加压部22 的工序。图4B表示调整半成品杯体17的底壁部17b的厚度的工序。图5 是放大表示图4所示工序的主要部位的纵向剖视图。图5A放大表示图4A 所示工序的主要部位。图5B放大表示图4B所示工序的主要部位。
加压部22包含旋转保持台18及整形用芯子19。
旋转保持台18是经由轴承26通过旋转驱动手段25可旋转地被支承着 的圆形板状部件。旋转保持台18的垂直方向的上表面为平坦的固定面18a。 在固定面18a上以与半成品杯体17的底壁部17b外表面接触的方式载置半 成品杯体17。
整形用芯子19是一种圆柱状部件，其具有与要得到的电池罐1的内径 相等的外径，且与半成品杯体17的底壁部内表面接触的顶端面(下端面) 19a为平坦面。此外，顶端面19a的周边部整个区域为被斜切而成的环状斜 面19b。通过设置环状斜面19b，在底壁部调整工序及侧壁部调整工序中， 能够在底壁部与圆周侧壁部的边界部位自动地形成加强壁厚部。
通过未图示的驱动手段可旋转地支承着整形用芯子19。旋转保持台18 及整形用芯子19被配置成其轴心一致。通过采用该整形用芯子19实施后 述的工序，可得到底壁部及侧壁部为规定厚度、且底壁厚度及侧壁厚度分 别均匀的电池罐l。
在本实施方式中，整形用芯子19的顶端面19a是平坦的，但也不局限 于此，也可以是凹球面。通过采用顶端面为凹球面的整形用芯子实施后述 的工序，可得到底壁部的厚度从底壁部的周边部朝中心部变厚、侧壁部为 规定厚度、且侧壁厚度均匀的电池罐。
在图4A及图5A所示的工序中，首先，向加压部22供给半成品杯体 17。具体是，将半成品杯体17载置在固定面18a上，进行半成品杯体17的定位，使半成品杯体17的轴心与整形用芯子19的轴心一致。接着，使 整形用芯子19下降，插入半成品杯体17的内部。
在图4B及图5B所示的工序中，调整旋转保持台18及整形用芯子19 的相对位置，使得旋转保持台18的固定面18a与整形用芯子19的平坦的 下端面19a平行地对置。以保持该相对位置的状态，使整形用芯子19下降 到下端面19a与固定面18a的间隙对应于底壁厚度d2的下限位置。由此， 用固定面18a和下端面19a夹着底壁部17b，将其压縮，大致整体被均匀化 到规定的厚度d2。随着底壁部17b的薄壁化，将剩余部分的材料朝外挤出。
此时，利用旋转保持台18的固定面18a和整形用芯子19的下端面19a， 从上下夹住被均匀化到规定厚度d2的底壁部17b。所以，半成品杯体17自 动地被旋转保持台18和整形用芯子19从上下夹住而被固定。以此状态将 半成品杯体17供给后续的侧壁部厚度调整工序。
在侧壁部厚度调整工序中，将半成品杯体17的侧壁部17a调整到规定 厚度，并且使底壁厚度dl均匀。这些可通过模锻加工来进行。根据模锻加 工，对侧壁部17a的外周面加压，使形成侧壁部17a的金属材料塑性变形， 同时将整形用芯子19的外周面压紧在侧壁部17a的内周面，使侧壁部17a 达到规定厚度并形成均匀的厚度。
图6是说明侧壁部厚度调整工序的侧视图。图6A是简要地表示模锻加 工部23的构成及模锻加工的初期工序的侧视图。图6B是放大表示图6A 所示的模锻加工的初期工序的主要部位的侧视图。图7是概略地表示模锻 加工的后期工序的侧视图。再有，图6及图7中，作为纵断面只示出半成 品杯体17。
模锻加工部23包含模锻工具20和未图示的NC控制机构部。模锻工具 20在其顶端部旋转自如地支承球状的模锻部件20a。通过采用模锻工具20， 按压在旋转的半成品杯体17的侧壁部上的模锻部件20a跟随半成品杯体17 而旋转，因此能够顺利地进行模锻加工。在本实施方式中使用模锻工具20， 但也不局限于此，例如，也能够使用压勺状工具等。NC控制机构部通过 NC控制对模锻工具20的水平方向及垂直方向的移动进行高精度地控制。
在图6所示的模锻加工的前期工序中，首先，使被旋转保持台18和整 形用芯子19夹持的半成品杯体17围绕其轴心而旋转。半成品杯体17的旋转通过使整形用芯子19旋转来进行。如上所述，整形用芯子19通过未图 示的驱动手段被可旋转地支承。此外，半成品杯体17被旋转保持台18和 整形用芯子19紧紧地夹持着。所以，半成品杯体17及旋转保持台18追随 着整形用芯子19的旋转而一体地共转。
接着，通过模锻加工部23对旋转中的半成品杯体17实施模锻加工。 如图6所示，模锻加工部23首先使模锻工具20移动，以靠近旋转中的半 成品杯体17的底壁部17b的一侧位置。然后，将模锻部件20a压紧在半成 品杯体17的从底壁部17b朝外突出的部分。保持此状态，同时进行模锻工 具20的定位，使整形用芯子19的外周面与模锻部件20a的表面之间的间 隔与电池罐1的侧壁部2的侧壁厚度dl相等。
如上所述，半成品杯体17具有比整形用芯子19的外径稍大的内径。 因此，可通过模锻部件20a压缩从底壁部17b朝外突出的材料及形成侧壁 部17a的材料，并将其压紧在整形用芯子19的外周面。由此，剩余的材料 的一部分发生塑性变形，被压升到模锻部件20a的上方。此外，修正从底 壁部17b朝外突出的部分，形成图1所示的电池罐1的底壁部3与侧壁部2 的边界部分的形状。
接着，实施图7所示的模锻加工的后期工序。模锻加工部23进行控制， 将整形用芯子19的外周面与模锻部件20a的顶端的间隔确实地保持在与侧 壁厚度dl相等的相对位置，同时使模锻工具20向垂直方向上方(半成品 杯体17的长度方向的朝开口部的方向)移动。通过NC控制，可极高精度 地进行该移动控制。
此时，由于向垂直方向上方移动的模锻部件20a被压接在半成品杯体 17的侧壁部17a上，因此侧壁部17a发生塑性变形，并且被压紧在整形用 芯子19的外周面。此外，如上所述，整形用芯子19的外周面与模锻部件 20a的顶端一直保持与侧壁厚度dl相等的间隔。所以，半成品杯体17的侧 壁部17a被强制地塑性变形，以便形成具有与电池罐1的侧壁部2相同的 内径及相同的厚度dl的形状。
如果模锻工具20相对于半成品杯体17的开口端移动到规定的位置， 则可通过NC控制机构部进行用于形成封口部7的控制。也就是说，使模锻 工具20向背离整形用芯子19的方向仅水平移动很短的规定距离。由此，对整形用芯子19的外周面与模锻部件20a的顶端之间的间隔进行定位，以 便与图1所示的电池罐1中的封口部7的厚度相等。
定位结束后，NC控制机构部高精度地进行控制，确实地保持整形用芯 子19的外周面与模锻部件20a的顶端之间的间隔，并使模锻工具20向垂 直方向上方移动。如果模锻部件20a移动到半成品杯体17的开口端，则模 锻加工结束。由此，可以比侧壁部的厚度稍厚的厚度形成封口部7，得到图 l所示的电池罐l。
这样，采用本发明的电池罐的制造方法，能够高精度、且高生产性地 制造图1所示的本发明的实施方式之一的有底圆筒状的电池罐1。也就是说， 采用该制造方法，通过半成品杯体形成工序的冲挤成形，可用一道工序从 粒料8加工出具有作为电池罐1的大致外形的半成品杯体17。所以，能够 原状维持通过冲挤成形用一道工序制作电池罐的以往的制造方法的高生产 性。
此外，在底壁部厚度调整工序中，用整形用芯子19的平坦的顶端面(下 端面)19a,将定位载置在旋转保持台18的固定面18a上的半成品杯体17 的底壁部17b压缩，整体被薄壁化到均匀的底壁厚度d2。此时，设定均为 平坦面的旋转保持台18的固定面18a与整形用芯子19的顶端面19a为平行 的相对位置。并且，准确地控制整形用芯子19的下降冲程，使固定面18a 与整形用芯子19的顶端面19a之间的间隔与底壁厚度d2 —致。
由此，可进行高精度的修正，使半成品杯体17的底壁部17b整体均匀 地达到厚度d2。此外，在底壁部厚度调整工序中，在整形用芯子19的顶端 面19的整个周边区域设置环状斜面19b。由此，可在底壁部3与侧壁部2 的边界部自动地形成加强壁厚部4。
在底壁部厚度调整工序的结束时，半成品杯体17的底壁部17b处于被 旋转保持台18和整形用芯子19夹持固定的状态。在此状态下，通过整形 用芯子19的旋转， 一边使半成品杯体17与整形用芯子19 一体地旋转，一 边进行模锻加工。模锻加工通过保持整形用芯子19与模锻部件20a的相对 位置来使整形用芯子19的顶端与模锻部件20a的外周面具有规定的间隔， 同时利用NC控制机构高精度地移动控制模锻工具20而进行的。更具体地 讲，使模锻工具20沿着整形用芯子19的外周面移动，使侧壁部17a发生
20塑性变形。由此，能够修正成整体都均匀地具有规定的侧壁厚度dl的侧壁 部2。
此外，由于通过冲挤成形来加工半成品杯体17，所以会产生变形，难
以形成正确的外形。侧壁部17a也容易产生变形。可是，由于用相对于整 形用芯子17的外周面准确平行移动的模锻工具对由准确地设定在平行的相 对位置上的整形用芯子19的下端面19a和旋转保持台18的固定面18a夹持 固定的半成品杯体17的侧壁部17a进行修正，因此能够将底壁部3与侧壁 部2的角度修正成大致准确的直角。
此外，在将模锻工具20相对于半成品杯体17的开口端移动到规定的 近旁位置时，使模锻工具20水平移动。也就是说，使模锻工具20水平移 动，以使模锻部件20a与整形用芯子19达到规定的间隔。其后，使模锻工 具20再次沿整形用芯子19的外周面平行移动。由此，能够容易且高精度 地在开口端近旁处形成厚度比侧壁部2的侧壁厚度d2稍厚的封口部7。另 外，还具有能够连续实施侧壁部2的形成和封口部7的形成的优点。
利用本发明的制造方法得到的电池罐1可得到先前说明的显著的效果。 与此同时，由于在侧壁厚度调整工序中，通过模锻加工使半成品杯体17的 侧壁部17a塑性变形，形成侧壁部2，因此在侧壁部2的外周面形成微细的 螺旋状压痕。该压痕可通过使模锻部件20a压接在旋转的半成品杯体17的 侧壁部17a上使其强制塑性变形来形成。通过该压痕的存在，加工硬化的 侧壁部2的强度提高。
再有，在本实施方式中，作为金属材料采用锌来制作锰干电池用的电 池罐l，但作为金属材料如果采用铝或铝合金，则能够形成有底圆筒状的锂 二次电池用的电池罐。也就是说，本发明的电池罐的制造方法，由于在半 成品杯体形成工序中利用冲挤成形，所以需要采用适合冲挤成形的具有延 伸性的金属材料。铝或铝合金与锌、镁一样，具有适合冲挤成形的优良的 延展性。
此外，在底壁厚度调整工序中，在用整形用芯子19和旋转保持台18 夹持固定半成品杯体17的状态下旋转驱动整形用芯子19，追随着该旋转， 使半成品杯体17及旋转保持台18旋转。除此以外，例如，也可以使旋转 保持台18旋转驱动，追随着该旋转使半成品杯体17及整形用芯子19旋转。再者，在侧壁厚度调整工序中，作为模锻工具20，例示说明了旋转自如地
安装有球体模锻部件20a的模锻工具，但也可以使用压勺状等其它形状的 模锻工具。
此外，相对于侧壁部2加大外径地设置厚壁化的封口部7，但也不局限 于此，也可以相对于侧壁部2减小内径地设置厚壁化的封口部7。后者的封 口部7能够通过在整形用芯子19上的与封口部7对应的位置上设置外径稍 小的细径部来形成。
此外，根据本发明的制造装置，通过冲挤用加压部能够忠实地实现半 成品杯体制作工序，通过由旋转保持台和整形用芯子构成的加压部能够忠 实地实现底壁厚度调整工序，通过在加压部设置旋转驱动源，并且包含模 锻加工部，能够忠实地实现侧壁厚度调整工序。特别是在侧壁厚度调整工 序中，通过NC控制机构部的NC控制对模锻工具的移动进行控制，因此能 够极高精度地形成均匀地具有所要求的侧壁厚度的侧壁部。
本发明的电池罐能够在各种圆筒形电池中使用。此外，本发明的有底 圆筒状的电池罐的制作方法能够用于各种电池所使用的电池罐的制造。本 发明的电池罐的制作方法，能够忠实地再现本发明的电池罐的制作方法。
权利要求
1、一种有底圆筒状的电池罐，其特征在于所述电池罐具备由具有延展性的金属材料形成的侧壁部和底壁部；侧壁部具有规定的侧壁厚度，侧壁厚度均匀，且长度方向的一端开口；底壁部具有规定的底壁厚度且底壁厚度均匀，或者底壁部的底壁厚度从该底壁部的周边部朝中心部变厚。
2、 根据权利要求l所述的有底圆筒状的电池罐，其特征在于所述底 壁部是通过将长度方向一端开口的有底圆筒状的半成品杯体的底壁部用平 行对置的2个平坦面或用平行对置的凹球面与平坦面夹住并压縮而形成的。
3、 根据权利要求1或2所述的有底圆筒状的电池罐，其特征在于所 述侧壁部是通过对规定的底壁部和长度方向一端开口的有底圆筒状的半成 品杯体的侧壁部实施模锻加工而形成的。
4、 根据权利要求1 3中任何一项所述的有底圆筒状的电池罐，其特 征在于所述电池罐还包含加强壁厚部和封口部；加强壁厚部被设在底壁部与侧壁部的边界部分，所述加强壁厚部的厚 度比所述底壁厚度及侧壁厚度厚；封口部被设在电池罐的开口端部或其近旁，所述封口部的厚度比所述 侧壁厚度厚。
5、 根据权利要求1 4中任何一项所述的有底圆筒状的电池罐，其特 征在于所述电池罐还包含微细的压痕，该压痕被设在侧壁部的外周面， 并向侧壁部的圆周方向延伸。
6、 根据权利要求1 5中任何一项所述的有底圆筒状的电池罐，其特 征在于所述金属材料为锌、铝或镁。
7、 根据权利要求1 6中任何一项所述的有底圆筒状的电池罐，其特征在于底壁厚度为0.1 0.4mm，且侧壁厚度为0.1 0.6mm。
8、 一种有底圆筒状的电池罐的制造方法，其特征在于包含半成品杯 体形成工序、底壁部厚度调整工序及侧壁部厚度调整工序；在半成品杯体形成工序中，通过冲挤成形来制作有底圆筒状的半成品 杯体，该半成品杯体由具有延展性的金属材料形成，在长度方向的一端开 口，且具有比要得到的电池罐的内径大的内径；在底壁部厚度调整工序中，在半成品杯体的内部插入整形用芯子，该 整形用芯子具有与要得到的电池罐的内径相等的外形，且与半成品杯体的 底壁部内表面接触的顶端面为平坦面或凹球面；使半成品杯体的底壁部外 表面与平坦面或凹球面接触， 一边将整形用芯子的顶端面与平坦面或凹球 面对置且平行地保持， 一边将半成品杯体的底壁面夹在圆柱体的顶端面与 平坦面或凹球面之间并将其压縮，将底壁部加工成均匀的厚度，或加工成 底壁部的厚度从底壁部的周边部朝中心部变厚而提高抗压强度；在侧壁部厚度调整工序中，通过一边使插入有整形用芯子的半成品杯 体旋转、 一边对半成品杯体的侧壁部外周面加压的模锻加工，使构成侧壁 部的金属材料发生塑性变形，同时将整形用芯子的外周面压紧在侧壁部内 周面，使侧壁部形成均匀的厚度。
9、 根据权利要求8所述的有底圆筒状的电池罐的制造方法，其特征在于-在底壁部厚度调整工序中，采用具有环状斜面的整形用芯子，该环状 斜面是通过将与半成品杯体的底壁部内表面接触的顶端面的周边部斜切而 形成的；在侧壁部厚度调整工序中，将整形用芯子的环状斜面压紧在底壁部与 含有塑性变形了的金属材料的侧壁部的边界部分，形成所述边界部分的厚 度比底壁部厚度及侧壁部厚度厚的加强壁厚部。
10、 根据权利要求8或9所述的有底圆筒状的电池罐的制造方法，其 特征在于在侧壁部厚度调整工序中，在对处于旋转状态的半成品杯体的侧壁部外周面加压进行模锻加工时，从半成品杯体的侧壁部外周面的底壁 部侧开始模锻加工，在模锻加工进行到距离半成品杯体的侧壁部外周面的 开口端部规定的位置后，使压紧在整形用芯子的外周面的处于塑性变形状 态的金属材料的厚度变厚，再进行模锻加工。
11、 一种有底圆筒状的电池罐的制造装置，其特征在于，所述制造装 置包含以下部件冲挤成形部，其将具有延展性的金属材料的粒料成形为长度方向的一端开口、且具有比要得到的电池罐的内径大的内径的有底圆筒状的半成品 杯体；旋转保持台，其具有平坦的固定面，该固定面以与半成品杯体的底壁 部外表面接触的方式载置半成品杯体；整形用芯子，其具有与要得到的电池罐的内径相等的外形，且与半成 品杯体的底壁部内表面接触的顶端面为平坦面或凹球面；加压部，其以整形用芯子的顶端面与旋转保持台的平坦面对置且平行 的方式保持整形用芯子，并且在半成品杯体的长度方向上可往复运动地支 承整形用芯子；旋转驱动源，其使整形用芯子及旋转保持台中的至少一方旋转； 模锻加工部，其具有压紧在旋转中的半成品杯体的侧壁部外周面并使其发生塑性变形的模锻工具、及对模锻工具的移动进行NC控制的NC控制机构部。
12、 根据权利要求ll所述的有底圆筒状的电池罐的制造装置，其特征 在于整形用芯子具有环状斜面，该环状斜面是通过将与半成品杯体的底 壁部内表面接触的顶端面的周边部斜切而形成的。
13、 根据权利要求11或12所述的有底圆筒状的电池罐的制造装置， 其特征在于模锻工具为包含球状的模锻部件和旋转自如地支承球状模锻 部件的支承部件的模锻工具、或是压勺状工具。
全文摘要
本发明的有底圆筒形电池罐的底壁部及侧壁部分别具有规定的厚度，而且厚度均匀。或者，本发明的有底圆筒形电池罐的侧壁部具有规定的厚度，且整体厚度均匀，并且底壁部的底壁厚度从其周边部朝中心部变厚。由此，能够削减使用材料，而且能够在不降低电池罐的刚性的情况下谋求电池罐的轻量化。
文档编号H01M2/02GK101627489SQ20088000737
公开日2010年1月13日 申请日期2008年8月1日 优先权日2007年8月3日
发明者加藤诚一, 合田佳生, 澄川悟 申请人:松下电器产业株式会社