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WO2018180790A1 - 金型 - Google Patents

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Publication number
WO2018180790A1
WO2018180790A1 PCT/JP2018/011086 JP2018011086W WO2018180790A1 WO 2018180790 A1 WO2018180790 A1 WO 2018180790A1 JP 2018011086 W JP2018011086 W JP 2018011086W WO 2018180790 A1 WO2018180790 A1 WO 2018180790A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mold
metal foil
flat plate
protrusion
metal
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/011086
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
武史 久津輪
英二 松本
哲也 山▲崎▼
航志 湯浅
Original Assignee
株式会社 安永
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 安永 filed Critical 株式会社 安永
Publication of WO2018180790A1 publication Critical patent/WO2018180790A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D31/00—Other methods for working sheet metal, metal tubes, metal profiles
    • B21D31/02—Stabbing or piercing, e.g. for making sieves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/20—Making tools by operations not covered by a single other subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/24—Perforating by needles or pins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This invention relates to the metal mold
  • Patent Document 1 a metal foil is sandwiched between a forming roll having a large number of fine protrusions formed on the surface and a receiving roll, and the two foils are rotated to pass between the two rolls. Through holes are formed.
  • Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a mold having a required concavo-convex pattern on the surface using a general electroforming technique.
  • the protrusion is worn due to the frictional force generated between the protrusion and the contacted object.
  • the tip portion of the protrusion is heavily worn, and the accuracy of forming the through-hole with respect to the object deteriorates due to the wear of the protrusion.
  • the mold protrusion is worn, it is necessary to replace the mold itself, which increases the cost of the mold and the maintenance cost. For this reason, durability of a metal mold
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a mold having excellent durability and capable of reducing the cost for forming a through hole.
  • the mold of the present invention is a mold for forming a plurality of through holes in a metal foil having a thickness of 5 to 40 ⁇ m, and is a flat plate portion made of a metal having a hardness of HV650 or less. And a plurality of frustum-shaped protrusions integrally formed so as to protrude from the surface of the flat plate portion, and the same metal as the material of the protruding portion. And a coating layer that is made of an alloy having a higher hardness than the material of the protrusions and covers the surfaces of the plurality of protrusions.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the mold along the line VV in FIG. 2. It is an expansion perspective view of the projection part of the metallic mold concerning a modification. It is an expansion perspective view of the projection part of the metallic mold concerning a modification. It is an expansion perspective view of the projection part of the metallic mold concerning a modification.
  • FIG. 1 is a perspective view of a mold according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a front view of the mold according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a usage state of the mold according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is an enlarged side view of the protrusion formed on the mold according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged sectional view of the mold along the line VV in FIG.
  • the mold 10 includes a rectangular parallelepiped flat plate portion 11, a plurality of protrusions 12 formed on the first surface 11 a side of the flat plate portion 11, and the flat plate portion 11. It has the some receiving part 13 formed in the 1st surface 11a side.
  • the protruding portion 12 protrudes from the first surface 11a of the flat plate portion 11 and becomes a portion penetrating the workpiece.
  • the receiving portion 13 is an opening that is recessed from the first surface 11 a of the flat plate portion 11.
  • the second surface 11b of the flat plate portion 11 has a flat shape for attaching a jig for supporting the mold 10, but various jigs or Irregularities or the like may be formed to connect the support members.
  • the mold 10 has a coating layer 20 laminated on the first surface 11 a of the flat plate portion 11. That is, the surfaces of the protrusions 12 and the receiving portions 13 of the mold 10 and other flat surfaces are covered with the covering layer 20.
  • two molds 10 when forming a plurality of through holes in the metal foil 30 that is a workpiece, two molds 10 according to the present embodiment are prepared, and the two prepared molds 10 are used to form metal.
  • the foil 30 is sandwiched. Accordingly, the receiving portion 13 of the other mold 10 is disposed at a position facing the protruding portion 12 of one mold 10.
  • the receiving part when the metal foil 30 is sandwiched between the two molds 10 on the first surface 11 a of the flat plate part 11, the receiving part is depressed at a position facing the protruding part 12 of one mold 10. 13 is formed.
  • the protrusion 12 and the metal foil 30 come into contact with each other, and a plurality of through holes are formed in the metal foil 30 at the same time.
  • the covering layer 20 formed on the first surface 11 a of the flat plate portion 11 is omitted for convenience of explanation and illustration.
  • the processing object of the mold 10 according to the present embodiment is a metal foil 30 having a thickness of 5 to 40 ⁇ m.
  • the metal foil 30 is used for a current collector foil of a secondary battery, for example.
  • the mold 10 (part other than the coating layer 20) is formed by applying a general electroforming technique to a mother mold made of a resin material on which irregularities corresponding to the protrusions 12 and the receiving portions 13 are formed. . For this reason, the flat plate part 11 and the protrusion part 12 are integrally formed of the same metal.
  • the mold 10 is formed of a metal having a hardness of HV650 or less in consideration of the thickness of about 500 ⁇ m from the viewpoint of strength and the warpage of the mold 10 itself. That is, a metal exceeding the hardness HV650 cannot be used as a constituent member of the mold 10 according to the present embodiment in consideration of the shape of the mold 10 and the like.
  • a material obtained by synthesizing nickel and cobalt at a desired mixing ratio is used as an electroforming material, and the mold 10 is formed from a nickel cobalt alloy (NiCo) of HV600 (nominal value).
  • NiCo nickel cobalt alloy
  • die 10 formed is HV650 or less
  • the said electroforming material uses other metals, such as nickel, copper, iron, or nickel molybdenum alloy (NiMo), alone or in mixture. Also good.
  • a total of 16 protrusions 12 are formed in a matrix (4 rows ⁇ 4 columns).
  • a total of 16 receiving portions 13 are formed in a matrix (4 rows ⁇ 4 columns).
  • the protrusion part 12 and the receiving part 13 are alternately arrange
  • the interval between the projecting portions 12 and the interval between the receiving portions 13 are preferably 250 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less. That is, the formation density of the protrusions 12 and the receiving portions 13 is preferably 16 pieces / mm 2 or more, and more preferably 100 pieces / mm 2 or more.
  • the metal foil 30 is used as a current collector foil of a secondary battery, it is desirable that more through holes are formed. However, a certain region of the metal foil 30 is formed by two molds 10. If a large number of through-holes are formed by sandwiching a plurality of times, the metal foil 30 is likely to be wrinkled and the result is easily broken.
  • the formation density of the protrusions 12 and the receiving portions 13 is set to 16 pieces / mm 2 or more, so that the number of times that a certain region of the metal foil 30 is sandwiched between the two molds 10 is reduced. While reducing, more through holes are formed at the same time so that the reliability as a current collector foil can be maintained.
  • positioning relationship of the projection part 12 and the receiving part 13 are not limited to the content mentioned above, It can change suitably according to the quantity and formation location of the through-hole formed in the metal foil 30.
  • FIG. the protrusions 12 and the receiving portions 13 may be alternately arranged in the short side direction of FIG.
  • the height of the protrusion 12 is preferably 1.5 times or more, more preferably 2 to 3 times the thickness of the metal foil 30 that is the workpiece.
  • the height of the protrusion 12 is set to 20 ⁇ m or more. Is particularly preferred.
  • the reason for setting in this way is that when the metal foil 30 is used as a current collector foil of a secondary battery, the opening diameter of the through-hole formed in the current collector foil is 10 ⁇ m in order to smoothly pass the electrolytic solution. It is because it becomes desirable to become a grade.
  • the projecting portion 12 is composed of a projecting portion 12a located on the flat plate portion 11 side and a top portion 12b located at the tip of the projecting portion 12 and having a convex curved surface shape.
  • the shape of the protrusion 12a is a truncated cone, and the shape of the top 12b is hemispherical.
  • the coating layer 20 is omitted for convenience of illustration and description.
  • the protruding portion 12 a includes an inclined side surface 12 c that is inclined with respect to a direction orthogonal to the first surface 11 a of the flat plate portion 11.
  • the inclination angle (hereinafter also referred to as draft angle) ⁇ of the inclined side surface 12c with respect to the direction orthogonal to the first surface 11a may be 5 degrees or more (for example, 9 degrees).
  • the inclination angle of the inclined side surface 12c is set to 5 degrees or more with respect to the metal foil 30 having a thickness of 5 to 40 ⁇ m
  • the protrusion 12 that has broken the metal foil 30 is pulled out from the metal foil 30.
  • the protrusion 12 is reduced from being caught by the metal foil 30.
  • the metal foil 30 is prevented from being broken, and further, the frictional damage of the inclined side surface 12 c is prevented, leading to the improvement of the durability of the mold 10. become.
  • the diameter 2r of the upper surface of the protruding portion 12a may be 50% or more of the thickness of the metal foil 30 that is the workpiece. That is, since the minimum thickness of the metal foil 30 in the present embodiment is 5 ⁇ m, the diameter 2r of the upper surface of the protruding portion 12a is 2.5 ⁇ m or more.
  • the relationship between the diameter 2r of the upper surface of the protrusion 12a and the thickness of the metal foil 30 as the workpiece is synonymous with the surface area of the upper surface of the protrusion 12a being 5 ⁇ m 2 or more. This is based on the result of calculating the minimum surface area of the upper surface of the protrusion 12a because the diameter 2r of the upper surface of the protrusion 12a is 2.5 ⁇ m or more.
  • the tip of the projecting portion 12a (that is, the formation surface side of the top portion 12b) is prevented from being worn against the metal foil 30 having a thickness of 5 to 40 ⁇ m. Will be.
  • the surface area of the upper surface of the protruding portion 12a is more preferably 20 ⁇ m 2 or more.
  • the top portion 12b is formed on the upper surface of the protruding portion 12a, but there is no step between the top portion 12b and the protruding portion 12a. That is, the convex curved surface of the top portion 12b is smoothly continuous with the inclined side surface 12c of the protruding portion 12a. Due to the shape of the top portion 12b, the diameter 2r of the top portion 12b is the same as the diameter 2r of the upper surface of the protruding portion 12a, and the top portion 12b is a hemisphere having a diameter of 2.5 ⁇ m or more.
  • the protruding portion 12 breaks through the metal foil 30, not only the force applied to the tip of the protruding portion 12 occurs in the extending direction of the protruding portion 12 (that is, the direction orthogonal to the first surface 11a),
  • the force for extending the metal foil 30 and the force for forming wrinkles act in a complicated manner, and force is also generated in the direction perpendicular to the extending direction of the protrusion 12.
  • the hemispherical top part 12b as described above is provided to disperse the stress applied to the tip of the projection part 12 when the metal foil 30 is processed, thereby preventing the projection part 12 from being worn.
  • the shape of the opening that is the receiving portion 13 corresponds to the protruding portion 12, and is a shape constituted by a truncated cone portion and a hemispherical portion.
  • the dimensions of the receiving portion 13 are generally larger than those of the protruding portion 12. This is to prevent the protrusions of other molds from coming into contact with the receiving portion 13 when the through hole is formed in the metal foil that is the workpiece. Due to the shape and dimensions of the receiving portion 13, even when the metal foil 30 is processed, the protruding portion 12 of one mold 10 does not contact the receiving portion 13 of the other mold 10, and the protruding portion 12. Can be prevented, and the life of the mold 10 itself can be improved.
  • the shape of the receiving portion 13 is not limited to the above-described shape, and may be other shapes as long as the protruding portions of other molds can be prevented from contacting each other.
  • the shape of the receiving portion 13 may be a cylindrical shape.
  • the mold 10 has a coating layer 20 formed on the first surface 10a. That is, in the mold 10, the flat surface of the flat plate portion 11 (the non-formed surface of the protruding portion 12 and the receiving portion 13), the surface of the protruding portion 12 (the convex curved surface of the inclined side surface 12 c and the top portion 12 b), and the receiving portion 13.
  • the surface of is protected by the coating layer 20.
  • the layer thickness of the coating layer 20 is several ⁇ m, but can be appropriately changed according to the material and thickness of the metal foil 30 and the material of the coating layer 20.
  • the covering layer 20 is made of an alloy having the same metal as the material of the flat plate portion 11 and the protruding portion 12 as a main material and having a higher hardness than the material of the flat plate portion 11 and the protruding portion 12.
  • the flat plate part 11 and the protrusion part 12 are nickel cobalt alloys
  • the coating layer 20 is formed on the first surface 11a by electroless plating.
  • the coating layer 20 By forming the coating layer 20 using the same metal as the material of the flat plate portion 11 and the projection portion 12 as a main material, an electroformed material (that is, the flat plate portion 11 and the projection portion 12) and a laminated material (that is, the coating layer 20).
  • the coating layer 20 can be prevented from peeling off when the mold 10 is used.
  • the coating layer 20 since the processed surface of the mold 10 itself is covered with the coating layer 20 made of a harder material, it is possible to prevent the protrusions 12 from being worn and to further improve the durability of the mold 10 itself. be able to.
  • irregularities corresponding to the protrusions 12 and the receiving portions 13 are formed on the surface of the material by a known technique with respect to the material to be a matrix.
  • the material surface may be mechanical processing such as cutting, chemical processing such as etching, or laser irradiation.
  • the unevenness needs to be processed with very high accuracy and fineness so that the various shapes and dimensions of the protrusion 12 and the receiving portion 13 described above can be realized.
  • a general electroforming technique is applied to the mother mold on which the irregularities are formed, and the metal mold corresponding to the mother mold (that is, the state in which the flat plate portion 11, the projecting portion 12, and the receiving portion 13 are formed). Intermediate) is formed. Then, the mold is separated from the mother mold, electroless plating is performed on the surface of the mold (that is, the first surface 11a), and the coating layer 20 is laminated on the surface of the mold. Thereby, manufacture of the metal mold
  • NiCo + NiB mold 10 is manufactured using nickel (Ni) and cobalt (Co) as the electroforming material, and nickel (Ni) and boron (B) as the laminated material. Durability experiments were conducted to form holes simultaneously.
  • the durability of the mold 10 was evaluated by comparing changes in the height and shape of the protrusion 12 before and after use, as in this example. As shown in Table 1, even after 1.2 million times of use, 98.6% before use was maintained, and no change in shape was observed.
  • the protrusion 12 is composed of the truncated cone-shaped protrusion 12a and the hemispherical apex 12b.
  • the shape of the protrusion is not limited to this, for example, FIG. 6 to FIG. The shape as shown in FIG.
  • FIGS. 6 to 8 are enlarged perspective views of the protrusions of the mold according to the modification.
  • a truncated cone-shaped protrusion 32 may be formed. That is, it is the same as that in which the top portion 12b in the above embodiment is absent and only the protruding portion 12a is formed. Even in such a case, the inclination angle ⁇ of the inclined side surface of the protrusion 32 may be set to 5 degrees or more, and the protrusion 32 is formed of the metal foil 30 with respect to the metal foil 30 having a thickness of 5 to 40 ⁇ m. It is possible to prevent the metal foil 30 from being broken and to improve the durability of the mold 10.
  • the surface area of the upper surface of the protruding portion 32 may be set to 20 ⁇ m 2 or more, and the diameter 2r of the upper surface of the protruding portion 32 may be set to 50% or more of the thickness of the metal foil 30 as the workpiece. Wear of the tip of the protrusion 32 is prevented.
  • a triangular frustum-shaped protrusion 42 may be formed. That is, the shape of the portion that breaks through the metal foil 30 is not limited to the truncated cone, and may be various types of truncated pyramids. Even in such a case, the inclination angle ⁇ of the inclined side surface of the protrusion 42 may be set to 5 degrees or more, and the protrusion 42 is formed of the metal foil 30 with respect to the metal foil 30 having a thickness of 5 to 40 ⁇ m. It is possible to prevent the metal foil 30 from being broken and to improve the durability of the mold 10.
  • the area of the upper surface of the protrusion 42 may be set to 20 ⁇ m 2 or more, and this prevents the tip of the protrusion 42 from being worn. Further, when each of the plurality of protrusions 42 has a triangular frustum shape or other truncated pyramid shape, the protrusions 42 can be easily formed by linear machining.
  • a protrusion 52 having a shape in which a side of the quadrangular pyramid is chamfered may be formed.
  • the top part which makes a convex curve shape.
  • the stress applied to the tips of the protrusions 42 and 52 can be dispersed during the processing of the metal foil 30, and wear of the protrusions 42 and 52 can be further prevented.
  • the protrusion and the receiving part are formed on one mold, but only the protrusion is formed on one mold and only the receiving part is formed on the other mold.
  • a plurality of through holes may be simultaneously formed in the metal foil 30 using these two molds.
  • a first aspect of the present invention is a mold for forming a plurality of through holes in a metal foil having a thickness of 5 to 40 ⁇ m, a flat plate portion made of a metal having a hardness of HV650 or less, and the flat plate portion A plurality of frustum-shaped projecting portions integrally formed so as to project from the surface of the flat plate portion, and the same metal as the material of the projecting portion as a main material; and And a coating layer made of an alloy having a higher hardness than the material of the protrusions and covering the surfaces of the plurality of protrusions.
  • the mold according to the first aspect is made of a metal having a hardness of HV650 or less, the overall thickness can be about 500 ⁇ m, and warpage is prevented.
  • An opening is formed in the metal foil on the surface of the plurality of protrusions because a coating layer made of an alloy that is made of the same metal as the material of the protrusions and has a higher hardness than the material of the protrusions is formed. Therefore, the processed surface to be covered is covered with a harder material, so that wear of the protrusions can be prevented, and the durability of the mold itself can be further improved.
  • the adhesiveness of a protrusion part and a coating layer can be improved, and peeling of the coating layer at the time of use of a metal mold
  • the formation density of the protrusions on the surface of the flat plate portion is 16 pieces / mm 2 or more.
  • the height of the protrusion is 1.5 times or more the thickness of the metal foil.
  • the opening diameter of the through hole formed for the metal foil having a thickness of 5 to 40 ⁇ m can be maintained at about 10 ⁇ m.
  • the fourth aspect of the present invention in any one of the first to third aspects of the present invention described above, when the metal foil is sandwiched between two molds, It is that the receiving part which was depressed in the position which opposes is formed. Accordingly, even when the through-hole is formed by sandwiching the metal foil between the two molds, the protrusion of one mold is prevented from contacting the other mold, and the protrusion of the mold Can prevent wear.

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Abstract

厚み５～４０μｍの金属箔に対して複数の貫通孔を形成するための金型であって、硬度がＨＶ６５０以下の金属からなる平板部と、前記平板部の材料と同一の金属からなり、前記平板部の表面から突出するように一体的に形成された錐台状の複数の突出部と、前記突出部の材料と同一の金属を主材料とし、且つ前記突出部の材料よりも高い硬度を備える合金からなり、前記複数の突出部の表面を覆う被覆層と、を有すること。

Description

金型
　本発明は、二次電池等の電極に用いられる集電箔に対して貫通孔を形成するための金型に関する。
　従来から、二次電池の電極に用いられる集電箔に対して、多数の貫通孔を形成することが知られている。例えば、特許文献１においては、多数の微細突起が表面に形成された成形ロール及び受けロールの間に金属箔を挟持させ、２つのロールを回転させることによって当該金属箔を２つのロール間を通過させて貫通孔を形成している。
　一方で、被接触物に対して貫通孔を形成するための一般的な金型としては、略平板状であってその表面に複数の突起（凹凸）が形成された金型も知られている。例えば、特許文献２には、一般的な電鋳技術を用いて、所要の凹凸パターンを表面に備える金型の製造方法が開示されている。
特許５９５３５９７号公報 特開２０１３－１４２１９２号公報
　しかしながら、金型の突起を被接触物に接触させて貫通孔を形成すると、突起と被接触物との間に生じる摩擦力等により、当該突起が摩耗することになる。特に、突起の先端部分の摩耗が激しく、突起が摩耗することによって被対象物に対する貫通孔形成の精度が悪化することになる。また、金型の突起が摩耗すると金型自体を交換する必要があり、金型のコスト、及びメンテナンス費用が増加することになる。このため、金属箔への貫通孔形成自体のコスト低減を図るためにも、金型の耐久性が強く要求されている。
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、優れた耐久性を備え、貫通孔形成に関するコストを低減することができる金型を提供することにある。
　上述した目的を達成するため、本発明の金型は、厚み５～４０μｍの金属箔に対して複数の貫通孔を形成するための金型であって、硬度がＨＶ６５０以下の金属からなる平板部と、前記平板部の材料と同一の金属からなり、前記平板部の表面から突出するように一体的に形成された錐台状の複数の突出部と、前記突出部の材料と同一の金属を主材料とし、且つ前記突出部の材料よりも高い硬度を備える合金からなり、前記複数の突出部の表面を覆う被覆層と、を有することである。
　本発明によれば、優れた耐久性を備え、貫通孔形成に関するコストを低減することができる金型を提供することができる。
実施例に係る金型の斜視図である。 実施例に係る金型の正面図である。 実施例に係る金型の使用状態を示す概略図である。 実施例に係る金型の突起部の拡大側面図である。 図２における線Ｖ-Ｖに沿った金型の拡大断面図である。 変形例に係る金型の突起部の拡大斜視図である。 変形例に係る金型の突起部の拡大斜視図である。 変形例に係る金型の突起部の拡大斜視図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の金型について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例及び変形例の説明に用いる図面は、いずれも本発明に係る金型を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部分の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例及び変形例で用いる一部の数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。
＜実施例＞
　先ず、図１乃至図５を参照し、本実施例に係る金型及びその使用状態について詳細に説明する。ここで、図１は、本実施例に係る金型の斜視図であり、図２は、本実施例に係る金型の正面図である。また、図３は、本実施例に係る金型の使用状態を示す概略図である。更に、図４は、本実施例に係る金型に形成された突起部の拡大側面図である。そして、図５は、図２における線Ｖ-Ｖに沿った金型の拡大断面図である。
　図１及び図２から分かるように、本実施例に係る金型１０は、直方体状の平板部１１、平板部１１の第１表面１１ａ側に形成された複数の突起部１２、平板部１１の第１表面１１ａ側に形成された複数の受け部１３を有している。ここで、突起部１２は、平板部１１の第１表面１１ａから突出し、被加工物を貫通する部分となる。一方、受け部１３は、平板部１１の第１表面１１ａから陥没した開口である。なお、本実施例に係る金型１０において、平板部１１の第２表面１１ｂは、金型１０を担持するための治具を取り付けるために平坦な形状を備えているが、各種の治具又は支持部材を接続するために凹凸等が形成されていてもよい。
　また、図１及び図２に示すように、本実施例に係る金型１０は、平板部１１の第１表面１１ａ上に被覆層２０が積層されている。すなわち、金型１０の突起部１２及び受け部１３の表面、並びにその他の平坦な表面は、被覆層２０によって被覆されている。
　図３に示すように、被加工物である金属箔３０に複数の貫通孔を形成する場合には、本実施例に係る金型１０を２つ準備し、準備した２つの金型１０によって金属箔３０を挟むことになる。従って、一方の金型１０の突起部１２に対して対向する位置に、他方の金型１０の受け部１３が配置されることになる。換言するならば、平板部１１の第１表面１１ａには、金属箔３０を２つの金型１０によって挟む際に、一方の金型１０の突起部１２に対して対向する位置に陥没した受け部１３が形成されていることになる。そして、金属箔３０を２つの金型１０によって挟むことにより、突起部１２と金属箔３０が接触して、金属箔３０に複数の貫通孔が同時に形成されることになる。なお、図３においては、説明及び図示の便宜用の上ため、平板部１１の第１表面１１ａ上に形成されている被覆層２０は省略している。
　本実施例に係る金型１０の加工対象は、厚みが５～４０μｍの金属箔３０である。当該金属箔３０は、例えば、二次電池の集電箔に使用されるものである。また、金属箔３０としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル（これらの合金含む）又はステンレス等が用いられることになる。
　金型１０（被覆層２０以外の部分）は、突起部１２及び受け部１３に対応する凹凸が形成された樹脂材料からなる母型に対して、一般的な電鋳技術を施して形成される。このため、平板部１１及び突起部１２は、同一の金属によって一体的に形成されている。金型１０は、強度の観点からその厚みが約５００μｍになること、及び金型１０自体の反りを考慮して、硬度ＨＶ６５０以下の金属から形成されている。すなわち、硬度ＨＶ６５０を超える金属については、金型１０の形状等を考慮すると、本実施例に係る金型１０の構成部材として用いることができない。本実施例においては、ニッケル及びコバルトを所望の混合比で合成したものを電鋳材料として使用し、ＨＶ６００（公称値）のニッケルコバルト合金（ＮｉＣｏ）から金型１０が形成されている。なお、当該電鋳材料は、形成される金型１０の硬度がＨＶ６５０以下であれば、ニッケル、銅、鉄、又はニッケルモリブデン合金（ＮｉＭｏ）等の他の金属を単体又は混合して使用してもよい。
　また、図１及び図２に示すように、突起部１２はマトリックス状（４行×４列）に並んで合計１６個形成されている。同様に、受け部１３も、マトリックス状（４行×４列）に並んで合計１６個形成されている。そして、突起部１２と受け部１３とは、一方向（図２における長手方向）において、交互に配設されている。このような形状から、本実施例においては、金属箔３０を２つの金型１０によって挟むと、合計３２個の貫通孔が同時に形成されることになる。
　ここで、突起部１２同士の間隔、及び受け部１３同士の間隔は、２５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。すなわち、突起部１２及び受け部１３の形成密度は、１６個／ｍｍ２以上であることが好ましく、１００個／ｍｍ２以上であることがより好ましい。ここで、金属箔３０を二次電池の集電箔に使用する場合には、より多くの貫通孔が形成されていることが望ましくなるが、金属箔３０の一定の領域を２つの金型１０によって複数回挟むことによって貫通孔を多数形成すると、金属箔３０にシワができやすく、結果破れやすくなってしまう等、集電箔としての信頼性が低下することになる。また、金属箔３０を金型１０によって挟む際の位置決め精度が低いと、金属箔３０に形成される貫通孔の間隔が異なり、場合によっては隣接する貫通孔同士が連通する恐れがある。このために、本実施例においては、突起部１２及び受け部１３の形成密度は、１６個／ｍｍ２以上とすることにより、金属箔３０の一定の領域を２つの金型１０によって挟む回数を低減しつつも、より多くの貫通孔を同時に形成し、集電箔としての信頼性を維持できるようにしている。
　なお、突起部１２及び受け部１３の数量及び配置関係は、上述した内容に限定されることなく、金属箔３０に形成する貫通孔の数量及び形成箇所に応じて適宜変更することができる。例えば、突起部１２及び受け部１３を、図２の短辺方向においても交互に配置するようにしてもよい。
　更に、突起部１２の高さは、被加工物である金属箔３０の厚みの１．５倍以上であることが好ましく、２～３倍とすることがより好ましい。ここで、突起部１２の高さは金属箔３０の厚みによって調整されるものの、金属箔３０を二次電池の集電箔に使用する場合には、突起部１２の高さを２０μｍ以上とすることが特に好ましくなる。このように設定する理由としては、金属箔３０を二次電池の集電箔に使用する場合には、電解液をスムーズに通すために、集電箔に形成された貫通孔の開口径が１０μｍ程度になることが望ましくなるためである。
　図４に示すように、突起部１２は、平板部１１側に位置する突出部１２ａ、及び突起部１２の先端に位置し且つ凸曲面状をなす頂部１２ｂから構成されている。突出部１２ａの形状は円錐台状であり、頂部１２ｂの形状は半球状である。なお、図４においては、図示及び説明の便宜上のため、被覆層２０を省略している。
　突出部１２ａは、平板部１１の第１表面１１ａに直交する方向に対して傾斜している傾斜側面１２ｃを含んでいる。第１表面１１ａに直交する方向に対する傾斜側面１２ｃの傾斜角度（以下、抜き勾配とも称する）θは、５度以上（例えば、９度）としても良い。このような傾斜角度θを設定することにより、２つの金型１０によって金属箔３０を挟み且つ貫通孔を形成した後に、２つの金型１０を互いに離間するように移動することで、金型１０から金属箔３０を容易に取り外すことができる。換言すると、厚みが５～４０μｍの金属箔３０に対して、傾斜側面１２ｃの傾斜角度が５度以上に設定することにより、金属箔３０を引き破った突起部１２を金属箔３０から引き抜く際に、突起部１２が金属箔３０に引っかかることが低減される。このような突起部１２の引っかかりが低減されることにより、金属箔３０の破れが防止され、更には傾斜側面１２ｃの摩擦損傷が防止されることになり、金型１０の耐久性向上につながることになる。
　また、突出部１２ａの上面の直径２ｒ（すなわち、頂部１２ｂの直径２ｒ）は、被加工物である金属箔３０の厚みの５０％以上としても良い。すなわち、本実施例における金属箔３０の最小厚みは５μｍであるため、突出部１２ａの上面の直径２ｒは２．５μｍ以上となる。ここで、突出部１２ａの上面の直径２ｒと、被加工物である金属箔３０の厚みとの関係は、突出部１２ａの上面の表面積が５μｍ２以上であることと同義である。これは、突出部１２ａの上面の直径２ｒは２．５μｍ以上であることから、突出部１２ａの上面の最小表面積を算出した結果に基づいている。
　このような突出部１２ａの上面の直径２ｒを設定することにより、厚みが５～４０μｍの金属箔３０に対して、突出部１２ａの先端（すなわち、頂部１２ｂの形成面側）の摩耗が防止されることになる。なお、突出部１２ａを形成するための精度（母型の形成精度）を考慮すると、突出部１２ａの上面の表面積が２０μｍ２以上であることがより好ましい。
　頂部１２ｂは、突出部１２ａの上面に形成されているものの、頂部１２ｂと突出部１２ａとの間には段差が存在していない。すなわち、突出部１２ａの傾斜側面１２ｃに対して、頂部１２ｂの凸曲面が平滑に連続している。このような頂部１２ｂの形状により、頂部１２ｂの直径２ｒは突出部１２ａの上面の直径２ｒと同一であり、頂部１２ｂは直径２．５μｍ以上の半球体となる。ここで、突起部１２が金属箔３０を突き破る際には、突起部１２の先端に係る力は、突起部１２の延在方向（すなわち、第１表面１１ａに直交する方向）生じるだけでなく、金属箔３０が伸びる力とシワが形成される力とが複雑に作用し、突起部１２の延在方向に直交する方向にも力が生じることになる。このため、上記のような半球状の頂部１２ｂを設け、金属箔３０の加工時における突起部１２の先端にかかる応力を分散させ、突起部１２の摩耗を防止することが図られている。
　図５に示すように、受け部１３である開口の形状は、突起部１２に対応しており、円錐台部及び半球部から構成された形状である。ただし、受け部１３の寸法は、突起部１２と比較して全体的に大きくなっている。これは、被加工物である金属箔に貫通孔を形成する際に、受け部１３に対する他の金型の突起部の接触を防止するためである。このような受け部１３の形状及び寸法により、金属箔３０の加工時においても、一方の金型１０の突起部１２が他方の金型１０の受け部１３に接触することがなくなり、突起部１２の破損が防止され、金型１０自体の寿命向上を図ることができる。
　なお、受け部１３の形状は、上述したものに限定されることなく、他の金型の突起部が接触しないようにすることができれば他の形状であってもよい。例えば、本実施例の場合でれば、受け部１３の形状を円柱状にしてもよい。
　更に、図５に示すように、本実施例に係る金型１０は、第１表面１０ａ上に被覆層２０が形成されている。すなわち、金型１０においては、平板部１１の平坦な面（突起部１２及び受け部１３の非形成面）、突起部１２の表面（傾斜側面１２ｃ及び頂部１２ｂの凸曲面）、及び受け部１３の表面は、被覆層２０によって保護されている。例えば、被覆層２０の層厚は、数μｍであるが、金属箔３０の材料、厚みや被覆層２０の材料に応じて適宜変更することができる。
　被覆層２０は、平板部１１及び突起部１２の材料と同一の金属を主材料とし、且つ平板部１１及び突起部１２の材料よりも高い硬度を備える合金から構成されている。例えば、平板部１１及び突起部１２がニッケルコバルト合金である場合には、ニッケルを主材料とする合金としてニッケルボロン（ＮｉＢ）合金を用いて被覆層２０を形成してもよい。この場合に、被覆層２０は無電解メッキによって第１表面１１ａ上に形成されることになる。
　平板部１１及び突起部１２の材料と同一の金属を主材料として被覆層２０を形成することにより、電鋳材料（すなわち、平板部１１及び突起部１２）と積層材料（すなわち、被覆層２０）との密着性を向上させることができ、金型１０の使用時における被覆層２０の剥離を防止することができる。また、金型１０自体の加工面が、より硬度な材料の被覆層２０によって覆われていることにより、突起部１２の摩耗を防止することができ、金型１０自体の耐久性をより向上させることができる。
　本実施例に係る金型１０の製造方法の一例を以下に説明する。先ず、母型となる材料に対して公知の技術によって、突起部１２及び受け部１３に対応する凹凸を当該材料の表面に形成する。凹凸の形成方法としては、例えば、材料表面を切削等の機械的加工であってもよく、エッチング等の化学的加工であってもよく、レーザ照射によるものであってもよい。なお、当該凹凸は、上述した突起部１２及び受け部１３の各種形状及び寸法を実現できるように、非常に高精度且つ微細な加工が必要となる。
　続いて、凹凸が形成された母型に一般的な電鋳技術を施して、当該母型に対応する金属の型（すなわち、平板部１１、突起部１２及び受け部１３が形成された状態の中間体）が形成される。そして、当該母型から当該型を離間し、当該型の表面（すなわち、第１表面１１ａ）に無電解メッキを施して、当該型の表面に被覆層２０を積層する。これにより、金型１０の製造が完了する。
　電鋳材料としてニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）を用い、積層材料としてニッケル（Ｎｉ）及びボロン（Ｂ）を用いてＮｉＣｏ＋ＮｉＢの金型１０を製造し、１５μｍのアルミ箔に対して複数の貫通孔を同時形成する耐久性実験を行った。
　金型１０の耐久性は、本実施例同様、使用前後に突起部１２の高さ及び形状の変化を比較することによって評価した。表１に示すとおり、１２０万回使用後においても、使用前の９８．６％を維持しており、また、形状の変化も見られなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜変形例＞
　上記実施例においては、突起部１２が円錐台状の突出部１２ａ及び半球状の頂部１２ｂから構成されていたが、突起部の形状はこれに限定されることなく、例えば、図６乃至図８に示すような形状であってもよい。ここで、図６乃至図８は、変形例に係る金型の突起部の拡大斜視図である。
　図６に示すように、金型１０の変形例として、円錐台状の突起部３２が形成されてもよい。すなわち、上記実施例における頂部１２ｂがなく、突出部１２ａのみが形成されているものと同一である。このような場合であっても、突起部３２の傾斜側面の傾斜角度θを５度以上に設定しても良く、厚みが５～４０μｍの金属箔３０に対して、突起部３２が金属箔３０に引っかかることが低減され、金属箔３０の破れの防止及び金型１０の耐久性向上を図ることができる。また、突起部３２の上面の表面積を２０μｍ２以上に設定し、且つ突起部３２の上面の直径２ｒを被加工物である金属箔３０の厚みの５０％以上に設定しても良く、これによって突起部３２の先端の摩耗が防止されることになる。
　また、図７に示すように、金型１０の他の変形例として、三角錐台状の突起部４２が形成されてもよい。すなわち、金属箔３０を突き破る部分の形状は円錐台に限定されることなく、各種の角錐台であってもよいことになる。このような場合であっても、突起部４２の傾斜側面の傾斜角度θを５度以上に設定しても良く、厚みが５～４０μｍの金属箔３０に対して、突起部４２が金属箔３０に引っかかることが低減され、金属箔３０の破れの防止及び金型１０の耐久性向上を図ることができる。また、突起部４２の上面の面積を２０μｍ２以上に設定しても良く、これによって突起部４２の先端の摩耗が防止されることになる。更に、複数の突起部４２のそれぞれが、三角錐台状の形状又はその他の角錐台状の形状を備える場合は、直線的な機械加工でも容易に突起部４２を形成することが可能となる。
　更に、図８に示すように、金型１０の他の変形例として、四角錐体の側辺を面取りした形状を備える突起部５２が形成されてもよい。このような面取り加工を施すことにより、突起部５２の側面に尖った部分がなくなり、突起部５２自体の摩耗が防止されることになる。すなわち、図７に示すような角が存在する突起部４２と比較して、金型１０の更なる耐久性の向上が図られることになる。
　なお、図７及び図８に示す変形例においても、凸曲面状をなす頂部を設けてもよい。これにより、金属箔３０の加工時に、突起部４２，５２の先端にかかる応力を分散することができ、突起部４２，５２の摩耗を更に防止することができる。また、上記実施例及び変形例においては、１つの金型に突起部及び受け部を形成していたが、一方の金型に突起部のみを形成し、他方の金型に受け部のみを形成し、これらの２つの金型を使用して金属箔３０に複数の貫通孔を同時に形成してもよい。
＜本発明の態様＞
　本発明の第１の態様は、厚み５～４０μｍの金属箔に対して複数の貫通孔を形成するための金型であって、硬度がＨＶ６５０以下の金属からなる平板部と、前記平板部の材料と同一の金属からなり、前記平板部の表面から突出するように一体的に形成された錐台状の複数の突出部と、前記突出部の材料と同一の金属を主材料とし、且つ前記突出部の材料よりも高い硬度を備える合金からなり、前記複数の突出部の表面を覆う被覆層と、を有することである。
　第１の態様に係る金型は、硬度ＨＶ６５０以下の金属から形成されているため、全体としての厚みを５００μｍ程度にすることができ、反りが防止されている。複数の突出部の表面に、突出部の材料と同一の金属を主材料とし、且つ突出部の材料よりも高い硬度を備える合金からなる被覆層が形成されているため、金属箔に開口を形成するための加工面がより硬度な材料によって覆われることになり、突出部の摩耗を防止することができ、金型自体の耐久性をより向上させることができる。また、突出部と被覆層との密着性を向上させることができ、金型の使用時における被覆層の剥離を防止することができる。
　本発明の第２の態様によれば、上記本発明の第１の態様において、前記平板部の表面における前記突出部の形成密度は１６個／ｍｍ２以上であることである。これにより、金属箔の一定の領域に対して多数の貫通孔を形成する場合であっても、金属箔の一定の領域に対して金型の接触する回数が低減されることになり、より多くの貫通孔が同時に形成され、二次電池の集電箔としての信頼性を維持することができる。
　本発明の第３の態様によれば、上記本発明の第１又は２の態様において、前記突出部の高さは前記金属箔の厚みの１．５倍以上であることである。これにより、厚み５～４０μｍの金属箔に対して形成される貫通孔の開口径が１０μｍ程度を維持することができ、当該金属箔を二次電池の集電箔に使用する場合には、当該貫通孔を介して電解液をスムーズに通すことができ、二次電池の性能を向上することができる。
　本発明の第４の態様によれば、上記本発明の第１乃至３のいずれかの態様において、前記金属箔を２つの金型によって挟む際に、一方の金型の前記突出部に対して対向する位置に陥没した受け部が形成されていることである。これにより、２つの金型によって金属箔を挟むことによって貫通孔を形成する場合であっても、一方の金型の突出部が他方の金型に接触することが防止され、金型の突出部の摩耗を防止することができる。
　１０　　金型
　１１　　平板部
　１１ａ　　第１表面
　１１ｂ　　第２表面
　１２　　突起部
　１２ａ　　突出部
　１２ｂ　　頂部
　１２ｃ　　傾斜側面
　１３　　受け部
　２０　　被覆層
　３０　　金属箔
 
 
 

Claims (4)

  1. 　厚み５～４０μｍの金属箔に対して複数の貫通孔を形成するための金型であって、
    　硬度がＨＶ６５０以下の金属からなる平板部と、
    　前記平板部の材料と同一の金属からなり、前記平板部の表面から突出するように一体的に形成された錐台状の複数の突出部と、
    　前記突出部の材料と同一の金属を主材料とし、且つ前記突出部の材料よりも高い硬度を備える合金からなり、前記複数の突出部の表面を覆う被覆層と、を有する金型。
  2. 　前記平板部の表面における前記突出部の形成密度は、１６個／ｍｍ２以上である請求項１に記載の金型。
  3. 　前記突出部の高さは、前記金属箔の厚みの１．５倍以上である請求項１又は２に記載の金型。
  4. 　前記平板部の表面には、前記金属箔を２つの金型によって挟む際に、一方の金型の前記突出部に対して対向する位置に陥没した受け部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金型。
     
     
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