(57)【要約】【課題】  製造効率が高いパンチングメタルの製造技術を用い、厚さ１〜１００μｍ程度の銅箔又はアルミニウム箔を始め各種金属あるいは合金箔に、孔径１００〜５００μｍ程度の貫通孔を、所定の開口率で精度良く、しかもバリが少なく形成することが可能であるパンチングメタルの製造方法及びその装置を提供する。【解決手段】  パンチ５を設けた雄型１とダイ６を設けた雌型２を、パンチング駆動機構の往復動作によって互いに接近、離間させて、雄型と雌型で挟んだ金属箔４に貫通孔８を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造方法において、雌型に超音波振動を付与して、プレス加工時に金属箔に超音波振動を作用させながら打ち抜くのである。【選択図】        図１
2012036195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を、パンチング駆動機構の往復動作によって互いに接近、離間させて、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造方法において、前記雌型に超音波振動を付与して、プレス加工時に前記金属箔に超音波振動を作用させながら打ち抜くことを特徴とするパンチングメタルの製造方法。
【請求項２】
前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなる請求項１記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項３】
前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなる請求項１又は２記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項４】
前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍである請求項１〜３何れか１項に記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項５】
前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔である請求項１〜４何れか１項に記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項６】
パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を上下に配置し、パンチング駆動機構にて雄型又は雌型、あるいは双方を上下に往復駆動することによって、雄型と雌型を互いに接近、離間させ、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造装置において、前記雌型に超音波振動体を設けて該雌型に超音波振動を付与したことを特徴とするパンチングメタルの製造装置。
【請求項７】
前記超音波振動体によって前記雌型に付与する超音波振動の縦波の伝播方向を前記パンチング駆動機構の駆動方向と略一致させてなる請求項６記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項８】
前記雄型を下側、前記雌型を上側に配置し、該雌型の上部に前記超音波振動体を設けてなる請求項６又は７記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項９】
前記雄型を上側、前記雌型を下側に配置し、該雌型の下部に前記超音波振動体を設けてなる請求項６又は７記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１０】
前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなる請求項６〜９何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１１】
前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなる請求項６〜１０何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１２】
前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍである請求項６〜１１何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１３】
前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔である請求項６〜１２何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンチングメタルの製造方法及びその装置に係わり、更に詳しくはプレス加工に超音波振動を併用したパンチングメタルの製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工具に超音波振動を与えながらワークを加工する超音波加工技術は、セラミックスやガラス等の難加工材料の加工にも使用されている。加工原理は、工具を振動させながら、ワークと工具との間に介在させた砥粒ペーストでワークを研磨加工するというものである。工具の形状によって微細な穴あけ加工も可能である。【０００３】
また、パンチングメタルの製造技術において、プレス加工に超音波振動を併用するものも提案されている。特許文献１には、装置本体上にダイセット及びパンチング駆動機構を設け、パンチング機構の昇降駆動源の出力部をダイセットの固定ベース上に昇降可能に組み付けられた可動ベースに連結すると共に、可動ベースの超音波振動を発生する振動子の出力端に結合され下端にパンチを有する共振器を縦置き状態に設置する一方、ダイセットの固定ベース上にダイを設置し、パンチング機構の昇降駆動によりパンチをダイと上下方向に行き違い動作することでワークを切断するとき、振動子から共振器伝達された縦波の超音波振動によりパンチに上下方向の振動を発生し、ワークの切断部分にパンチが下降するエネルギーと超音波振動のエネルギーとの双方を同時に働くようにした超音波打ち抜き装置が開示されている。【０００４】
ところで、リチウムイオン二次電池やその他の電池、電気二重層キャパシタ、あるいは電子部品の集電体には、パンチングメタル、エキスパンドメタル、金網、発泡金属、網状金属繊維焼結体、金属メッキ樹脂板などが使用されている。リチウムイオン二次電池用の集電体は、充電時の電極反応で消費する電流を効率よく供給する、あるいは放電時に発生する電流を集電する役目を担うものであることから、特に電極構造体を二次電池の負極に適用する場合、集電体を形成する材料としては、電気伝導度が高く、且つ、電池反応に不活性な材質が望ましい。好ましい材質としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレススチール、チタン、白金などが挙げられる。近年、リチウムイオン二次電池等では体積エネルギー密度、重量エネルギー密度を向上させるため、前記集電体もより薄く、より軽量であることが要求されるようになった。【０００５】
穴あきタイプの集電体を使用すると、その開口率を変更することで重量も自在に変更可能となる。穴あきタイプの集電体の両面に活物質を存在させた場合、この穴を通しての塗膜のリベット効果により塗膜の剥離がさらに起こりにくくなる傾向にあるが、開口率があまりに高くなった場合には、塗膜と集電体との接触面積が小さくなるため、かえって接着強度は低くなることがあるとされ、開口率は１０〜９０％の範囲で適度に設定される。因みに、集電体の厚さは、１〜１００μｍ程度とされ、軽量化には薄い方が好ましいが、芯材としての強度も必要であるので、８〜２０μｍ程度が好ましいとされている。また、穴あきタイプの集電体は、プレドープにも有効であることが知られている。【０００６】
リチウムイオン二次電池の集電体として使用する穴あき銅箔は、代表的にはパンチングメタルのように機械的な手法と、特許文献２に示されているように、圧延や電析で作製した厚さ１〜１００μｍの銅箔にエッチング等のウエット処理で０．０１〜２００μｍの微細孔をパターン形成する手法で作製されている。しかしながら、銅箔にエッチング等のウエット処理で微細な孔をパターン形成する手法では、エッチング処理前にマスクをパターン形成し、孔形成後にマスクを除去する必要があり、生産性が悪く、コスト高となる傾向にある。【０００７】
一方、パンチ（雄型）とダイ（雌型）を用いたパンチングメタルの製造方法は、生産性が非常に高い方法ではあるが、従来の装置をスケールダウンするだけでは、電子部品で使用可能な微細な穴あき金属箔を製造することは困難を伴うのである。つまり、孔径が小さくなるとそれに応じてパンチの直径も小さくなり、また金属箔の厚さが薄くなるとそれに応じてパンチとダイの間のクリアランスも小さくしなければならず、雄型と雌型の位置決めが非常に難しくなる。因みに、クリアランスは１４〜２０％（金属箔の厚さに対するパンチとダイの直径差の比）程度が好ましいとされている。位置決め精度を緩和するためクリアランスを大きくすると、パンチングメタルの裏面にカエリ（バリと称する）が発生し、品質を低下させることになる。電子部品材料にバリが生じていると、電気特性に悪影響を及ぼす恐れがあり、バリの発生は避けなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−０５７６９６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２０５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
リチウムイオン二次電池やその他の電池、電気二重層キャパシタ、あるいは電子部品の集電体や電極材料として用いる場合、厚さ１〜１００μｍ程度の銅箔又はアルミニウム箔を始め各種金属あるいは合金箔に、孔径１００〜５００μｍ程度の貫通孔を所定の開口率で形成することが求められている。このような穴あき金属箔を従来のパンチングメタルの製造技術で作製する場合、金属箔の厚さが２０μｍ以下になると、パンチとダイのクリアランスを４μｍ（パンチとダイの直径差；金属箔の厚さに対するパンチとダイの直径差の比では２０％に相当）以下にしなければならず、金型全体の精度が４μｍ以下とならなければ、正常な打ち抜き動作ができない。４μｍ以下の精度で金型を作製すること、及び金型取付面の平行度を４μｍ以下に維持することは極めて困難であり、正常に動作できるクリアランスを維持することが難しい。【００１０】
それに対しては、特許文献１のように、雄型側に超音波振動体で縦振動を付与し、プレス加工に超音波振動を併用することによりクリアランスに対する要求精度を緩和することも一つの解決策であると考えられる。超音波振動を併用すると、パンチとダイのクリアランスが２００μｍでも厚さが２０μｍの金属箔の穴加工は容易になる。パンチが毎秒２万回以上振動することにより、刃先が被加工物に接触する回数が多くなり、分割して切断されるので、切断抵抗が小さくなる。切断抵抗が小さくなれば、反力が小さくなり破断する量が少なくなってバリの発生が減少するものと思われる。しかし、雄型側に超音波振動体で縦振動を付与する場合、振動が横方向にも拡散し、パンチには縦振動以外にも横振動が必然的に誘起される。直径の小さなパンチに横振動が発生すると、金属疲労のため耐久性が大幅に低下して折れが生じるばかりでなく、ダイに対する位置決め精度にも悪影響が生じる懸念がある。また、雄型は、個別に作製されたパンチを金型に多数固定した構造であるので、雄型を超音波振動させるとパンチの振動に空間的なバラツキが生じることになり、各パンチで振動条件を一定にすることが困難である。【００１１】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、製造効率が高いパンチングメタルの製造技術を用い、厚さ１〜１００μｍ程度の銅箔又はアルミニウム箔を始め各種金属あるいは合金箔に、孔径１００〜５００μｍ程度の貫通孔を、所定の開口率で精度良く、しかもバリが少なく形成することが可能であるパンチングメタルの製造方法及びその装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前述の課題解決のために、パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を、パンチング駆動機構の往復動作によって互いに接近、離間させて、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造方法において、前記雌型に超音波振動を付与して、プレス加工時に前記金属箔に超音波振動を作用させながら打ち抜くことを特徴とするパンチングメタルの製造方法を構成した。【００１３】
そして、前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなることが好ましい。【００１４】
また、前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなることも好ましい。【００１５】
ここで、前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍであること、前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔であることがより好ましい。【００１６】
また、本発明は、パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を上下に配置し、パンチング駆動機構にて雄型又は雌型、あるいは双方を上下に往復駆動することによって、雄型と雌型を互いに接近、離間させ、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造装置において、前記雌型に超音波振動体を設けて該雌型に超音波振動を付与したことを特徴とするパンチングメタルの製造装置を構成した。【００１７】
ここで、前記超音波振動体によって前記雌型に付与する超音波振動の縦波の伝播方向を前記パンチング駆動機構の駆動方向と略一致させてなることがより好ましい。【００１８】
また、前記雄型を下側、前記雌型を上側に配置し、該雌型の上部に前記超音波振動体を設けてなることが好ましく、更に前記雄型を上側、前記雌型を下側に配置し、該雌型の下部に前記超音波振動体を設けてなることがより好ましい。【００１９】
そして、前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなることが好ましい。【００２０】
また、前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなることも好ましい。【００２１】
そして、パンチングメタルの製造装置においても、前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍであること、前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
以上にしてなる本発明のパンチングメタルの製造方法及びその装置によれば、プレス加工時に前記金属箔に超音波振動を作用させながら打ち抜くことできるので、バリの発生を抑制して微細な孔を高精度で形成することができる。そして、厚さが１〜１００μｍと非常に薄い金属箔に、孔径が１００〜５００μｍの微細な貫通孔を形成することができ、特に前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔であると、リチウムイオン二次電池やその他の電池、電気二重層キャパシタ、あるいは電子部品の集電体や電極材料として用いることができる穴あき金属箔を高効率で製造することができる。【００２３】
そして、ダイを設けた雌型に超音波振動を付与するので、微小直径のパンチの金属疲労による耐久性低下の問題も解消され、またパンチとダイのクリアランスを大きくしても良好な穴加工ができるので、金型及び金型駆動機構に対する要求精度を下げることができ、コスト上昇を大幅に抑制することができる。【００２４】
また、ダイを設けた雌型に超音波振動を付与することにより、パンチの刃先と金属箔が接触する回数が多くなり、分割して切断されるので、切断抵抗が小さくなる。切断抵抗が小さくなれば、反力が小さくなり破断する量が少なくなってバリの発生が減少するのに寄与する。また、超音波振動により金属箔が加工硬化を起こし、延性低下が生じることで、材料が延び難くなりバリの発生を抑えることができるのである。更に、雌型は金型に多数のダイを穿孔して作製したものであるから、基本的に一体構造であり、該雌型に超音波振動を付与した場合にも、全体にわたって一様な振動を付与することができ、各ダイで振動条件を一定にすることができ、品質の安定に寄与するのである。【００２５】
また、前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止することにより、直接的又は間接的に超音波振動が付与される部材の温度上昇を抑制し、またその性能劣化を遅らせ、またエネルギー消費量を低減することができる。また、前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去することにより、ダイの目詰まりがなく、連続的なパンチング動作を実現することができ、また打ち抜き箔片が雌型と雄型の間に挟まって金属箔の表面に付着したり、金属箔の表面に凹凸傷をつけたりすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のパンチングメタルの製造装置の第１実施形態を示す説明用簡略図である。
【図２】本発明のパンチングメタルの製造装置の第２実施形態を示す説明用簡略図である。
【図３】本発明で作製したパンチングメタル（穴あき金属箔）の部分平面図である。
【図４】（ａ）は超音波振動体がＯＦＦの場合の切断面のＳＥＭ像、（ｂ）は超音波振動体がＯＮの場合の切断面のＳＥＭ像を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、添付図面に示した実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明のパンチングメタルの製造装置の第１実施形態を示し、図２は本発明のパンチングメタルの製造装置の第２実施形態を示し、図中符号１は雄型、２は雌型、３は超音波振動体、４は金属箔をそれぞれ示している。
【００２８】
前記雄型１には、パンチ５が複数列設されている。また、前記雌型２には、前記パンチ５の直径よりもクリアランス分だけ大きな孔径のダイ６，…が同数だけ列設されている。本実施形態では、前記雄型１を下側に、パンチ５を上向きで固定ベース７に固定されている。そして、前記雌型２を雄型１の上側に、ダイ６を下向きで図示しないパンチング駆動機構に保持され、上下方向に往復駆動される。更に、前記雌型２の上部に超音波振動体３を設け、該超音波振動体３によって前記雌型２に付与する超音波振動の縦波の伝播方向を前記パンチング駆動機構（図示せず）の駆動方向と略一致させている。ここで、前記雌型２に超音波振動を付与するのは、前記パンチ５が金属箔４に接触する直前で良く、またパンチ５が金属箔４から離れれば超音波振動を停止する。また、前記金属箔４は、片面に樹脂フィルムを貼って保護することが好ましい。
【００２９】
そして、前記雌型２の下面に沿って銅箔又はアルミニウム箔等の金属箔４を側方から繰り送り（図１（ａ）参照）、前記超音波振動体３で雌型２に超音波振動を付与しながらパンチング駆動機構によって雌型２を所定速度で下降させ（図１（ｂ）参照）、前記パンチ５をダイ６に受け入れて金属箔４をプレス加工して貫通孔８を打ち抜くのである（図１（ｃ）参照）。それから、パンチング駆動機構によって雌型２を上昇させて離型する。そして、前記金属箔４を所定のピッチで繰り送り、前述の動作を繰り返し、連続的にパンチング処理をする。このようにして、作製した穴あき金属箔４を図３に示している。
【００３０】
図１（ｃ）において、パンチ５で打ち抜かれた箔片９がダイ６の孔内に押し込まれるが、ダイ６に連通する排出路を雌型２に形成し、この排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片９を外部に除去することができる。尚、打ち抜き後、前記金属箔４を繰り送る際には、吸引を停止することが望ましい。あるいは、パンチング処理の周期が短い場合に、吸引停止動作の応答が追いつかない場合には、パンチング処理の何周期か毎に吸引を間歇的に行い、吸引時にはパンチング処理を停止するようにしても良い。また、本実施形態では、雄型１を固定し、雌型２をパンチング駆動機構で上下駆動したが、雌型２を固定し、雄型１をパンチング駆動機構で上下駆動しても、あるいは雄型１と雌型２の双方をパンチング駆動機構で上下駆動しても良い。
【００３１】
本実施形態で使用した金属箔４は、厚さが２０μｍの銅箔と厚さが５０μｍのアルミニウム箔であり、貫通孔８の孔径は３００μｍである。本発明の製造方法によって、厚さが１〜１００μｍの金属箔４に、孔径が１００〜５００μｍ程度の微細な貫通孔８を形成することが可能である。
【００３２】
図２に示した第２実施形態のパンチングメタルの製造装置は、第１実施形態の装置を上下反転したような構造である。つまり、本実施形態では、前記雌型２を下側に、ダイ６を上向きで固定ベース７に固定されている。そして、前記雄型１を雌型２の上側に、パンチ５を下向きで図示しないパンチング駆動機構に保持され、上下方向に往復駆動される。更に、前記雌型２の下部に超音波振動体３を設け、該超音波振動体３によって前記雌型２に付与する超音波振動の縦波の伝播方向を前記パンチング駆動機構（図示せず）の駆動方向と略一致させている。尚、前記超音波振動体３は、前記固定ベース７に形成した開口部１０の内部に位置させ直接雌型２に取付けている。
【００３３】
そして、前記雌型２の上面に沿って銅箔又はアルミニウム箔等の金属箔４を側方から繰り送り（図２（ａ）参照）、前記超音波振動体３で雌型２に超音波振動を付与しながらパンチング駆動機構によって雄型１を所定速度で下降させ（図２（ｂ）参照）、前記パンチ５をダイ６に受け入れて金属箔４をプレス加工して貫通孔８を打ち抜くのである（図２（ｃ）参照）。それから、パンチング駆動機構によって雄型１を上昇させて離型する。そして、前記金属箔４を所定のピッチで繰り送り、前述の動作を繰り返し、連続的にパンチング処理をする。
【００３４】
第２実施形態では、雌型２を固定し、雄型１をパンチング駆動機構で上下駆動したが、雄型１を固定し、雌型２をパンチング駆動機構で上下駆動しても、あるいは雄型１と雌型２の双方をパンチング駆動機構で上下駆動しても良い。本実施形態の場合、打ち抜いた箔片９は、ダイ６の内部に重力で落下するが、より確実には前記同様にダイ６に連通する排出路を雌型２に形成し、この排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去することが好ましい。
【００３５】
本実施形態の前記超音波振動体３で発生する超音波振動の振動数は、２０ｋＨｚである。振動数が２０ｋＨｚより低いと可聴音となって、騒音になるので好ましくない。また、超音波振動の振動数が高過ぎても、重量のあるダイ６を効率良く振動させるのに適さない。従って、２０〜４０ｋＨｚ程度で、試験的に最適な振動数に設定することになる。また、超音波振動の振幅は、５〜３５μｍ程度である。図４（ａ）は、超音波振動体３がＯＦＦの場合、図４（ｂ）は超音波振動体３がＯＮの場合で切断面のＳＥＭ像を示している。超音波ＯＦＦに比べ、超音波ＯＮの方が切断面の組織の破壊が少ないことが解る。また、従来のようにパンチ５を振動させる場合と、本発明のダイ６を振動させる場合とでは、バリの発生状況は変わらないが、ダイ６側を振動させる方が、孔周りで溶けた範囲が広いことが観察された。これは、振動する雌型２と金属箔４が直接触れることにより、広い範囲で材料が溶けたものと推測される。また、厚さ５０μｍのアルミニウム箔と厚さ２０μｍの銅箔とでは、バリ発生状況はどちらもほぼ同等である。フラットパンチを用い、下降速度１５６ｍｍ／ｓｅｃでは、銅箔の切断面が優れ、バリは銅箔の方が若干出難いことが観察された。また、超音波振動のパワーが大きくなるほど、バリが発生し易い傾向にある。
【００３６】
また、パンチ５の先端形状及びクリアランスは、超音波振動を併用した際にバリがなく綺麗に打ち抜くことができるように、最適化が必要である。パンチ素材は、硬度ＨＲＣ−６３以上の超微粒子超硬合金を用いている。パンチ５の公差範囲は−０、＋１μｍである。フラットパンチは、バリの発生が小さく、また切断荷重も減少傾向があるが、孔周りにクラックや傷が発生するものがある。バリがなく、綺麗な孔を形成するには、パンチエッジのシャープさを確保・維持する必要がある。
【００３７】
また、パンチ５とダイ６の間のクリアランスは、その大きさによるバリの高さの差は無いが、クリアランスが大きいと真円にならなくなる。クリアランスの一般パンチング推奨値は１４〜２０％であるが、本発明ではフラットパンチを用いればクリアランス４００％でもバリは発生しない。ここで、クリアランス（％）とは、材料の厚さに対するパンチ５とダイ６の間の間隔の比率のことであり、直径換算ではパンチ５とダイ６の直径差に基づき、また半径換算であれば直径換算の半分である。本発明におけるクリアランスの値は直径換算したものである。次の表１に、厚さ５０μｍのアルミニウム箔に直径３ｍｍのパンチ５を用いて穴あけ加工する場合において、超音波ありの場合と、超音波なしの場合とで、発生するバリの高さを比較した実験結果を示している。
【００３８】
【表１】
2012036195.tif 000003
【００３９】
表１の結果より、超音波なしの場合には、クリアランスが２０％から２００％に増えるに従ってバリの高さは６μｍから９μｍと増加するが、超音波ありの場合には、クリアランスが増えてもバリの高さは３〜４μｍと略一定であり、高さも超音波なしの場合より有意に低いことがわかった。この傾向は、パンチ５の直径によらないと推測され、目標とするパンチ５の直径０．３ｍｍでも同様な傾向があるものと推測される。従来のパンチング技術（超音波なし）において、クリアランスを最適に設定した場合（クリアランス２０％）でもバリの高さは６μｍあるのに対し、本発明の方法ではバリの高さは高々３〜４μｍであり、この程度であれば、バリが生じないとして扱うことにする。
【００４０】
プレスのスピードについては、下降速度が１０，５０，１００，１５０，１６６ＭＡＸｍｍ／ｓｅｃで試した結果、下降速度が大きくなるにつれてバリが発生し易くなり、またバリの高さも高くなる傾向がある。
【００４１】
パンチ５とダイ６の位置決め精度を高くする必要がある。位置決めを決定する部分に超音波振動が伝わるとその部分の劣化が進むので、振動の節という振動しない部分を支持してガイドを作成する必要がある。
【００４２】
パンチングメタルの開口率については、孔の形状、配列や間隔によって変わるが、円孔で６０°千鳥型の場合、理論上の最大開口率は約９０％であるが、実用的には８０％程度が最大である。但し、異なる孔径を組み合わせれば、開口率を高めることは可能である。従って、開口率は１０〜９０％の間で、目的に応じて適宜決定される。
【００４３】
リチウムイオン二次電池の負極を構成する集電体としてパンチングメタルを用いる場合、浸透する電解液の均一化を図るために、開口率を各部で変化させることもある。例えば、電解液が浸透し易い負極の縁部に対応する部分には、電解液の浸透を抑制するように開口率を小さく設定し、電解液が浸透し難い負極の中央部に対応する部分には、電解液の浸透を促すように開口率を大きく設定することが考慮される。本発明はこのような用途に対して、各部で開口率が異なるパンチングメタルを製造することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  雄型
２  雌型
３  超音波振動体
４  金属箔
５  パンチ
６  ダイ
７  固定ベース
８  貫通孔
９  箔片
１０  開口部
【図１】
2012036195.tif 000004
【図２】
2012036195.tif 000005
【図３】
2012036195.tif 000006
【図４】
2012036195.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月10日(2012.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を、パンチング駆動機構の往復動作によって互いに接近、離間させて、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造方法において、前記パンチとダイのクリアランスを２０％超とし、前記雌型に沿って金属箔を側方から繰り送り、前記雌型に超音波振動を付与して、プレス加工時に前記金属箔に超音波振動を作用させながら打ち抜くことを特徴とするパンチングメタルの製造方法。
【請求項２】
前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなる請求項１記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項３】
前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなる請求項１又は２記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項４】
前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍである請求項１〜３何れか１項に記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項５】
前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔である請求項１〜４何れか１項に記載のパンチングメタルの製造方法。
【請求項６】
パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を上下に配置し、パンチング駆動機構にて雄型又は雌型、あるいは双方を上下に往復駆動することによって、雄型と雌型を互いに接近、離間させ、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造装置において、前記パンチとダイのクリアランスを２０％超とし、前記雌型に沿って金属箔を側方から繰り送り、前記雌型に超音波振動体を設けて該雌型に超音波振動を付与したことを特徴とするパンチングメタルの製造装置。
【請求項７】
前記超音波振動体によって前記雌型に付与する超音波振動の縦波の伝播方向を前記パンチング駆動機構の駆動方向と略一致させてなる請求項６記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項８】
前記雄型を下側、前記雌型を上側に配置し、該雌型の上部に前記超音波振動体を設けてなる請求項６又は７記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項９】
前記雄型を上側、前記雌型を下側に配置し、該雌型の下部に前記超音波振動体を設けてなる請求項６又は７記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１０】
前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなる請求項６〜９何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１１】
前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなる請求項６〜１０何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１２】
前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍである請求項６〜１１何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【請求項１３】
前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔である請求項６〜１２何れか１項に記載のパンチングメタルの製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
しい。
［００１０］
それに対しては、特許文献１のように、雄型側に超音波振動体で縦振動を付与し、プレス加工に超音波振動を併用することによりクリアランスに対する要求精度を緩和することも一つの解決策であると考えられる。超音波振動を併用すると、パンチとダイのクリアランスが２００μｍでも厚さが２０μｍの金属箔の穴加工は容易になる。パンチが毎秒２万回以上振動することにより、刃先が被加工物に接触する回数が多くなり、分割して切断されるので、切断抵抗が小さくなる。切断抵抗が小さくなれば、反力が小さくなり破断する量が少なくなってバリの発生が減少するものと思われる。しかし、雄型側に超音波振動体で縦振動を付与する場合、振動が横方向にも拡散し、パンチには縦振動以外にも横振動が必然的に誘起される。直径の小さなパンチに横振動が発生すると、金属疲労のため耐久性が大幅に低下して折れが生じるばかりでなく、ダイに対する位置決め精度にも悪影響が生じる懸念がある。また、雄型は、個別に作製されたパンチを金型に多数固定した構造であるので、雄型を超音波振動させるとパンチの振動に空間的なバラツキが生じることになり、各パンチで振動条件を一定にすることが困難である。
［００１１］
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、製造効率が高いパンチングメタルの製造技術を用い、厚さ１〜１００μｍ程度の銅箔又はアルミニウム箔を始め各種金属あるいは合金箔に、孔径１００〜５００μｍ程度の貫通孔を、所定の開口率で精度良く、しかもバリが少なく形成することが可能であるパンチングメタルの製造方法及びその装置を提供する点にある。
課題を解決するための手段
［００１２］
本発明は、前述の課題解決のために、パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を、パンチング駆動機構の往復動作によって互いに接近、離間させて、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造方法において、前記パンチとダイのクリアランスを２０％超とし、前記雌型に沿って金属箔を側方から繰り送り、前記雌型に超音波振動を付与して、プレス加工時に前記金属箔に超音波振動を作用さ
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
せながら打ち抜くことを特徴とするパンチングメタルの製造方法を構成した。
［００１３］
そして、前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなることが好ましい。
［００１４］
また、前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなることも好ましい。
［００１５］
ここで、前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍであること、前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔であることがより好ましい。
［００１６］
また、本発明は、パンチを設けた雄型とダイを設けた雌型を上下に配置し、パンチング駆動機構にて雄型又は雌型、あるいは双方を上下に往復駆動することによって、雄型と雌型を互いに接近、離間させ、雄型と雌型で挟んだ金属箔に貫通孔を所定のパターンで打ち抜き形成するプレス加工と離型を繰り返すパンチングメタルの製造装置において、前記パンチとダイのクリアランスを２０％超とし、前記雌型に沿って金属箔を側方から繰り送り、前記雌型に超音波振動体を設けて該雌型に超音波振動を付与したことを特徴とするパンチングメタルの製造装置を構成した。
［００１７］
ここで、前記超音波振動体によって前記雌型に付与する超音波振動の縦波の伝播方向を前記パンチング駆動機構の駆動方向と略一致させてなることがより好ましい。
［００１８］
また、前記雄型を下側、前記雌型を上側に配置し、該雌型の上部に前記超音波振動体を設けてなることが好ましく、更に前記雄型を上側、前記雌型を下側に配置し、該雌型の下部に前記超音波振動体を設けてなることがより好ましい。
［００１９］
そして、前記パンチが金属箔に接触する直前に前記雌型に超音波振動を付与し、また前記パンチが金属箔から離れれば超音波振動を停止してなることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［００２０］
また、前記雌型に各ダイに連通する排出路を形成し、該排出路を真空ポンプで吸引することにより、打ち抜き箔片を外部に除去してなることも好ましい。
［００２１］
そして、パンチングメタルの製造装置においても、前記金属箔は、厚さが１〜１００μｍであり、貫通孔の孔径が１００〜５００μｍであること、前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔であることがより好ましい。
発明の効果
［００２２］
以上にしてなる本発明のパンチングメタルの製造方法及びその装置によれば、プレス加工時に前記金属箔に超音波振動を作用させながら打ち抜くことできるので、バリの発生を抑制して微細な孔を高精度で形成することができる。そして、厚さが１〜１００μｍと非常に薄い金属箔に、孔径が１００〜５００μｍの微細な貫通孔を形成することができ、特に前記金属箔が銅箔又はアルミニウム箔であると、リチウムイオン二次電池やその他の電池、電気二重層キャパシタ、あるいは電子部品の集電体や電極材料として用いることができる穴あき金属箔を高効率で製造することができる。
［００２３］
そして、ダイを設けた雌型に超音波振動を付与するので、微小直径のパンチの金属疲労による耐久性低下の問題も解消され、またパンチとダイのクリアランスを２０％超と大きくしても良好な穴加工ができるので、金型及び金型駆動機構に対する要求精度を下げることができ、コスト上昇を大幅に抑制することができる。
［００２４］
また、ダイを設けた雌型に超音波振動を付与することにより、パンチの刃先と金属箔が接触する回数が多くなり、分割して切断されるので、切断抵抗が小さくなる。切断抵抗が小さくなれば、反力が小さくなり破断する量が少なくなってバリの発生が減少するのに寄与する。また、超音波振動により金属箔が加工硬化を起こし、延性低下が生じることで、材料が延び難くなりバリの発生を抑えることができるのである。更に、雌型は金型に多数のダイを穿孔して作製したものであるから、基本的に一体構造であり、該雌型に超音波振動を付与した場合にも、全体にわたって一様な振動を付与することがで
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
パンチを用いればクリアランス４００％でもバリは発生しない。ここで、クリアランス（％）とは、材料の厚さに対するパンチ５とダイ６の間の間隔の比率のことであり、直径換算ではパンチ５とダイ６の直径差に基づき、また半径換算であれば直径換算の半分である。本発明におけるクリアランスの値は直径換算したものである。次の表１に、厚さ５０μｍのアルミニウム箔に直径３ｍｍのパンチ５を用いて穴あけ加工する場合において、超音波ありの場合と、超音波なしの場合とで、発生するバリの高さを比較した実験結果を示している。
［００３８］
［表１］
2012036195.tif 000008
［００３９］
表１の結果より、超音波なしの場合には、クリアランスが２０％から４００％に増えるに従ってバリの高さは６μｍから９μｍと増加するが、超音波ありの場合には、クリアランスが増えてもバリの高さは３〜４μｍと略一定であり、高さも超音波なしの場合より有意に低いことがわかった。この傾向は、パンチ５の直径によらないと推測され、目標とするパンチ５の直径０．３ｍｍでも同様な傾向があるものと推測される。従来のパンチング技術（超音波なし）において、クリアランスを最適に設定した場合（クリアランス２０％）でもバリの高さは６μｍあるのに対し、本発明の方法ではバリの高さは高々３〜４μｍであり、この程度であれば、バリが生じないとして扱うことにする。
［００４０］
プレスのスピードについては、下降速度が１０，５０，１００，１５０，１６６ＭＡＸｍｍ／ｓｅｃで試した結果、下降速度が大きくなるにつれてバリが発生し易くなり、またバリの高さも高くなる傾向がある。
［００４１］
パンチ５とダイ６の位置決め精度を高くする必要がある。位置決めを決定
【国際調査報告】
2012036195.tif 000009
2012036195.tif 000010
2012036195.tif 000011
2012036195.tif 000012