DE69701016T2

DE69701016T2 - Blech für die Formgebung eines Batteriebehälters und daraus erhältlicher Batteriebecher

Info

Publication number: DE69701016T2
Application number: DE69701016T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Sugikawa
Original assignee: Katayama Special Industries Ltd
Current assignee: Katayama Special Industries Ltd
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: EP0807984A1; CA2205613A1; CN1167841A; DE69701016D1; JPH09306441A; EP0807984B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterietopfblech und einen aus dem Batterietopfblech hergestellten Batterietopf einer Primärbatterie und einer Sekundärbatterie, und spezieller einen Batterietopf mit einer dünnen Seitenwand zur Verbesserung der Leistungseigenschaften der Batterie und zur Vergrößerung des Fassungsvermögens des Batterietopfes, sowie einen Batterietopf, der in einer kleinen Anzahl von Bearbeitungsschritten dünn ausgebildet werden kann, um die Produktivität zu verbessern.

Beschreibung des Standes der Technik

Batterien werden als Spannungsquelle in verschiedenen Arten schnurloser Einrichtungen eingesetzt, etwa Laptop-Computern, Mobiltelefonen und dergleichen, die in den letzten Jahren weithin in Gebrauch sind. In tragbaren Einrichtungen ist der von Batterien eingenommene Raum sehr groß. Um die tragbaren Einrichtungen kompakt und leicht zu machen, ist es notwendig, sie mit Batterien auszurüsten, die kompakt und leicht sind und dennoch ein hohes Leistungsvermögen haben. Somit sollten Batterietöpfe ein hohes Fassungsvermögen haben.
Allgemein werden für den Batterietopf nickelplattierte Stahlplatten verwendet. Es werden Stahlplatten der Typen T-1 (temper 1) und T-2 (temper 2) nach dem Standard JIS G 3303 verwendet. Die mechanischen Eigenschaften der Stahlplatten der Typen T-1 und T-2 sind in der nachstehend wiedergegebenen Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Damit der Batterietopf ein hohes Fassungsvermögen haben kann, muß der Batterietopf dünn ausgebildet werden, weil die äußere Form des Batterietopfes durch den internationalen Standard festgelegt ist. Die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes kann jedoch nicht dünner als die der Seitenwand desselben gemacht werden, weil die Bodenwand eine Verformungsfestigkeit und Festigkeit hat, die groß genug ist, dem Innendruck des Batterietopfes standzuhalten. Wenn insbesondere im Fall einer Sekundärbatterie die Bodenwand dünn ist, werden die inneren und äußeren Oberflächen der Bodenwand beim Punktschweißen oder Laserschweißen verzogen. Die Bodenwand muß deshalb so dick sein, daß sie nicht verzogen wird.
Die folgenden beiden Verfahren, nämlich Stufenziehen und Streckziehen (drawing & ironing; im folgenden als DI bezeichnet) werden zur Bildung eines zylindrischen Batterietopfes eingesetzt: Beim Stufenziehverfahren wird eine aus einer nickelplattierten Stahlplatte ausgestanzte kreisförmige Ronde mehreren Werkzeugen zugeführt, die unterschiedliche Ziehdurchmesser haben, um die kreisförmige Ronde durch Tiefziehen zu einer zylindrischen Stahlplatte zu verformen, wie in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr 7-99686 beschrieben wird. Bei dem DI-Verfahren wird eine Stahlplatte sequenziell durch Werkzeuge geführt, die unterschiedliche Ziehdurchmesser haben und koaxial vertikal angeordnet sind, mit einem Stempel, der Druck auf die Stahlplatte ausübt, um eine zylindrische Stahlplatte zu erhalten. Beim Stufenziehverfahren wird die Dicke der Stahlplatte nicht verringert. Somit ist die Dicke der Bodenwand und der Seitenwand eines geformten Batterietopfes nahezu gleich derjenigen der Stahlplatte. Beim DI-Verfahren ist die Dicke der Bodenwand eines geformten Batterietopfes nahezu gleich derjenigen der Stahlplatte, aber die Dicke der Seitenwand desselben ist kleiner als diejenige der Bodenwand (der Stahlplatte) weil die Seitenwand gestreckt wird.
Weil der Innendruck der Batterie 14,7-29,4 MPa (150 kgf/cm²-300 kgf/cm²) beträgt, muß in einer Alkali/Mangan-Trockenzelle die Dicke der Bodenwand (oberer Teil des Batterietopfes in einer Primärbatterie) 0,4 mm betragen - 0,3 mm in einem Batterietopf der Klasse 1 (unit-1) und 0,25 mm in einem Batterietopf der Klasse 3 (unit-3). Deshalb wird in einem Batterietopf der Klasse 1 eine Stahlplatte aus T-1 oder T-2 mit einer Dicke von 0,4 mm - 0,3 mm benutzt, während in einem Batterietopf der Klasse 3 eine Stahlplatte aus T-1 oder T-2 mit einer Dicke von 0,25 mm benutzt wird.
Wie oben beschrieben wurde, muß die Seitenwand des Batterietopfes dünn sein, damit das Fassungsvermögen der Batterie vergrößert wird. Wenn eine Stahlplatte von 0,4 mm benutzt wird, wird deshalb der Teil der Stahlplatte, der der Seitenwand entspricht, so gestreckt, daß er auf 0,2 mm reduziert wird, was etwa 50% der ursprünglichen Dicke entspricht.
Wenn jedoch die Dicke der Seitenwand auf etwa 50% der ursprünglichen Dicke reduziert wird, so wird eine Vielzahl von Werkzeugen mit unterschiedlichen Ziehdurchmessern benötigt. Deshalb ist sowohl beim Stufenziehverfahren als auch beim DI-Verfahren eine umfangreiche Ausrüstung erforderlich. Insbesondere beim Stufenziehverfahren wird die Stahlplatte durch Umsetzen von Werkzeug zu Werkzeug bearbeitet. Somit ist die Bearbeitungszeit lang und die Produktivität gering. Die Herstellungskosten für den Batterietopf sind deshalb hoch.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht worden. Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Prozentsatz der durch Ziehen und Strecken einer Stahlplatte erreichten Dickenreduktion zu vermindern, ohne die Dicke der Seitenwand eines geformten Batterietopfes größer zu machen als die Seitenwand des herkömmlichen Batterietopfes. Das heißt, es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen schnellen Ziehvorgang zu erreichen, um die Produktivität zu verbessern und einen Batterietopf zu geringeren Kosten herzustellen. Durch die Verwendung einer Stahlplatte mit erhöhter Streckgrenze und Festigkeit kann die Aufgabe gelöst werden, indem der Teil der Stahlplatte, der der Bodenwand des Batterietopfes entspricht, dünn gezogen wird, um den Unterschied zwischen der Dicke der Seitenwand und der ursprünglichen Dicke der Stahlplatte zu verringern.
Die Aufgaben der Erfindung werden mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.
EP-A-0 741 423, die für einige der benannten Staaten (DE, FR, GB) zum Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) und (4) EPÜ gehört, beschreibt bereits einen Batterietopf, der aus einem nickelplatierten Batterietopfblech hergestellt ist und eine Streckgrenze von 32-52 ksi (220 N/mm²-359 N/mm²), eine Härte von 76-82, eine Blechdicke von 0,110 bis 0,150 mm und Tempergrade von 3,5 oder 4 aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Batterietopfblech zur Bildung eines an einem Ende offenen Batterietopfes mit einer Seitenwand und einer Bodenwand durch Ziehen benutzt, wobei das Blech eine hochfeste Stahlplatte ist, deren YP (Streckgrenze) nicht kleiner als 250 N/mm² und nicht größer als 700 N/mm² ist, deren HR30T (Härte) nicht kleiner als 55 und nicht größer als 80 ist und deren Dicke in einem Bereich von 0,6 mm bis 0,1 mm liegt.
Eine Oberfläche der Stahlplatte ist als eine rauhe Oberfläche bearbeitet, während die andere Oberfläche als eine spiegelartige Oberfläche bearbeitet ist. Das heißt, wenn eine Stahlplatte zur Bildung eines Batterietopfes gestreckt wird, kann die Kontaktfläche zwischen der inneren Oberfläche des Batterietopfes und einer aktiven Substanz groß gemacht werden, indem die rauhe Oberfläche als die innere Oberfläche des Batterietopfes benutzt wird, und außerdem kann dem Batterietopf ein ansprechendes Aussehen und eine verbesserte Korrosionsfestigkeit verliehen werden, indem die spiegelartige Oberfläche als die äußere Oberfläche des Batterietopfes verwendet wird.
Als hochfeste Stahlplatte werden vorzugsweise Stahlplatten des Typs T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10 nach JIS G 3303 benutzt.
Das heißt, die Stahlplatten mit den oben beschriebenen mechanischen Eigenschaften gehören zu T-3 (temper-3) bis T-5 (temper-5) und DR-8 bis DR-10, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. Da die DR-Platte ein bißchen gedehnt ist, ist sie nicht zur Bildung des Batterietopfes durch Ziehpressen benutzt worden. Experimente des Erfinders haben jedoch ergeben, daß die DR-Platte sowohl der Stufenzieh- Verarbeitung als auch der DI-Verarbeitung standhält. Deshalb schließt die vorliegende Erfindung die Verwendung der DR-Platte als ein Blech für den Batterietopf ein.
Wie durch die Streckgrenze YP und die HR30T-Härte angegeben wird, sind die Streckgrenze und Festigkeit der Stahlplatten T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10, die eine hohe Streckgrenze haben, nahezu gleich denjenigen der Stahlplatten T-1 und T-2, die als herkömmliche Batterietopfbleche verwendet wurden, obgleich die Dicken der Stahlplatten aus T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10 um mindestens 25% kleiner sind als die herkömmlicher Stahlplatten aus T-1 und T-2. Das heißt, die Stahlplatten aus T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10, die jeweils eine Dicke haben, die um 20% bis 32% kleiner ist als diejenigen der Stahlplatten aus T-1 und T-2, erfüllen die Anforderungen an die Streckgrenze und Festigkeit für die Bodenwand des Batterietopfes.
Spezieller können die Stahlplatten aus T-1 und T-2 mit einer Dicke von 0,40 mm durch Stahlplatten aus T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10 mit einer Dicke von 0,30 mm ersetzt werden. In diesem Fall ist der Prozentsatz der Dickenreduktion (40%), bei dem eine Dicke von 0,3 mm durch Streckziehen auf 0,18 mm reduziert wird, kleiner als der Prozentsatz der Dickenreduktion (55%), bei dem eine Dicke von 0,40 mm durch Streckziehen auf 0,18 mm reduziert wird. Somit kann der Streckziehvorgang in einer kürzeren Zeitspanne abgeschlossen werden. Unter der Annahme, daß die Reduktionsprozentsätze der beiden Stahlplatten einander gleich sind, kann die Dicke der Seitenwand des Batterietopfes aus den Stahlplatten T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10 um 20% - 32% dünner sein als die Dicke der Seitenwand des Batterietopfes aus den Stahlplatten T-1 und T-2. Das heißt, das Fassungsvermögen des Batterietopfes aus dem ersteren Batterietopfblech kann größer sein als dasjenige des Batterietopfes aus dem letzteren. Da außerdem die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes im ersteren Fall kleiner sein kann als diejenige des Batterietopfes aus dem letzteren, kann das Fassungsvermögen des Batterietopfes aus dem ersteren Batterietopfblech größer sein als dasjenige des Batterietopfes aus dem letzteren, und der Batterietopf aus dem ersteren Batterietopfblech kann leichter sein als derjenige, der aus dem letzteren Batterietopfblech hergestellt ist.
Um das Fassungsvermögen des Batterietopfes zu vergrößern, wird die Dicke der hochfesten Stahlplatte auf annähernd eine minimale Dicke für die Bodenwand des Batterietopfes eingestellt, die durch den Innendruck des Batterietopfes gegeben ist, und der Prozentsatz der Dickenreduktion für die Seitenwand des Batterietopfes wird auf 0% bis 50% eingestellt.
Der Prozentsatz der Dickenreduktion der Seitenwand des Batterietopfes ist jedoch nicht auf höchstens 50% begrenzt, sondern kann auf 70% - 80% erhöht werden, um die Seitenwand dünn zu machen, wenn die Dicke einer Stahlplatte groß ist, um die Bodenwand stark zu machen, das heißt, wenn die Dicke der Stahlplatte 0,6 mm beträgt.
Wie oben beschrieben wurde, wird in der vorliegenden Erfindung eine Stahlplatte mit hoher Streckgrenze benutzt. So ist im Falle eines Batterietopfes der Klasse 1 die Dicke der herkömmlichen Stahlplatte aus T-1 und T-2 0,2 mm, wohingegen die Dicke der Stahlplatten aus T-3 bis T-5, DR-8 bis DR-10 nur 0,2 mm zu betragen braucht. Dank der Verwendung der Stahlplatten mit hoher Streckgrenze kann somit die minimale Dicke des Batterietopfbleches kleiner als die des herkömmlichen Batterietopfbleches gewählt werden. Deshalb wird in den meisten Fällen die Dicke der Seitenwand des Batterietopfes gemäß der vorliegenden Erfindung auf nicht mehr als 50% gestreckt, während die Dicke der Seitenwand des herkömmlichen Batterietopfes auf 50% oder mehr gestreckt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit die Anzahl der Streckprozesse für die Seitenwand des Batterietopfes verringert werden.
Wenigstens eine Oberfläche der Stahlplatte mit hoher Streckgrenze ist plattiert.
Bevorzugt wird eine Plattierung aus Nickel oder einer Legierung verwendet. Bei der Legierungsplatierung werden vorzugsweise die folgenden Legierungen benutzt: Ni-Mn, Ni-Co, Ni-Fe, Ni-Sn, Ni-Zn, Ni-B, Ni-Si, Ni-In, Ni-Ge, Ni-Se, Ni-Ln, Ni-W, Ni-Ti, N1-P, Ni-Mo, Ni-Ga, Co-Mo, Fe-W und Ag-Se.
Normalerweise besteht das Batterietopfblech aus einer nickelplattierten Stahlplatte aus T-1 und T-2. Außer Nickelplattierungen wird jedoch auch eine Legierungsplattierung bevorzugt benutzt, um die Härte einer plattierten Schicht und Risse in der inneren Oberfläche der Seitenwand des Batterietopfes während des Streckziehprozesses zu steigern. Die Berührungsfläche zwischen der inneren Oberfläche des Batterietopfes und einer aktiven Substanz kann erhöht werden, und der Kontaktwiderstand kann vermindert werden, indem Risse in der inneren Oberfläche der Seitenwand des Batterietopfes gebildet werden.
Um den Kontaktwiderstand zu verringern, ist es somit bevorzugt, die nickeloder legierungsplattierte Oberfläche mit einem Metall zu plattieren, das ausgewählt ist aus Au, Ag, Mo, Co, Ir, Rh, W und Zn, die einen kleinen Kontaktwiderstand haben.
Weiterhin wird die Stahlplatte, nachdem sie plattiert worden ist, vorzugsweise geglüht und einem Schlichtwalzen unterzogen.
Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Batterietopf gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Spezieller wird ein Batterietopf geschaffen, der aus hochfesten Stahlplatten aus T-3 bis T5 und DR-8 bis DR-10 hergestellt ist, die solche mechanischen Eigenschaften haben, daß ihre Streckgrenze YP nicht kleiner als 250 N/mm² und nicht größer als 700 N/mm² ist und ihre HR30T-Härte nicht kleiner als 55 und nicht größer als 80. Der durch Ziehen hergestellte Batterietopf hat eine Bodenwand, und deren Dicke liegt im Bereich von 0,6 mm bis 0,1 mm.
Bevorzugt liegt die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes im Bereich von 0,1 mm - 0,6 mm, und die Dicke der Seitenwand desselben liegt im Bereich von 0,1 mm - 0,3 mm.
Spezieller, vorzugsweise, wenn die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes 0,1 mm - 0,2 mm beträgt, ist die Dicke der Seitenwand desselben auf 0,1 mm - 0,15 mm eingestellt; wenn die Dicke der Bodenwand 0,2 mm - 0,3 mm beträgt, ist die Dicke der Seitenwand auf 0,15 mm - 0,2 mm eingestellt; wenn die Dicke der Bodenwand 0,3 mm - 0,6 mm beträgt, ist die Dicke der Seitenwand auf 0,2 mm - 0,25 mm eingestellt. Der Prozentsatz der Dickenreduktion der Seitenwand des Batterietopfes relativ zu seinem Boden ist jedoch nicht auf einen speziellen Wert festgelegt. Wenn beispielsweise die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes 0,5 mm beträgt, kann die Seitenwand eine Dicke von 0,1 mm haben.
Da, wie oben beschrieben wurde, die Streckgrenze und Festigkeit der Stahlplatten aus T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10 größer sind als diejenigen herkömmlicher Stahlplatten aus T-1 und T-2, können die ersteren um 20% - 32% dünner als die letzteren gemacht werden. Somit wird die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes auf 0,1 mm - 0,6 mm eingestellt, im Hinblick auf die Korrelation zwischen der Dicke der Bodenwand und dem Innendruck des Batterietopfes. Das heißt, die minimale Dicke der Bodenwand des Batterietopfes, der aus der herkömmlichen Stahlplatte hergestellt ist, beträgt etwa 0,25 mm, wohingegen die minimale Dicke der Bodenwand des Batterietopfes, der aus der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, kleiner als 0,25 mm sein darf. Deshalb kann das Fassungsvermögen des Batterietopfes aufgrund der geringeren Dicke erhöht werden. Außerdem kann das Fassungsvermögen des Batterietopfes weiter dadurch gesteigert werden, daß die Dicke der Seitenwand des Batterietopfes durch Ziehen und Strecken der dünnen Stahlplatte reduziert wird.
Eine Stahlplatte wird gezogen, um einen zylindrischen Batterietopf oder einen rechteckig-zylindrischen Batterietopf zu bilden.
Als Ziehpressverfahren zur Bildung des Batterietopfes unter Verwendung des oben beschriebenen Batterietopfbleches werden vorzugsweise drei Arten von Verfahren eingesetzt. Als ein erstes Verfahren wird das Stufenziehverfahren eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird eine Stahlplatte nacheinander einer Vielzahl von Ziehwerkzeugen zugeführt, die unterschiedliche Ziehdurchmesser haben, um die zylindrische Stahlplatte zu bilden. Bei diesem Verfahren ist die Dicke der Seitenwand eines geformten Batterietopfes nahezu gleich der ursprünglichen Dicke der Stahlplatte. Somit hat dieses Verfahren den Vorteil, daß eine dünne Stahlplatte mit einer hohen Streckgrenze verwendet werden kann.
Als ein zweites Verfahren wird das DI-Verfahren eingesetzt. Bei dem DI-Verfahren wird eine Stahlplatte nacheinander durch Ziehwerkzeuge geführt, die unterschiedliche Ziehdurchmesser haben und koaxial vertikal angeordnet sind, mit einem Stempel, der Druck auf die Stahlplatte ausübt, um eine zylindrische Stahlplatte zu erhalten. Bei dem DI-Verfahren kann die Stahlplatte in einem Prozeß mit Hilfe des Stempels zu einem Batterietopf verformt werden. Das heißt, es ist nicht nötig, die Stahlplatte zu jedem Werkzeug zu überführen. Wenn bei diesem Verfahren der Prozentsatz der Dickenreduktion der Stahlplatte niedrig ist, kann die Anzahl der koaxial auf der Vertikalen angeordneten Werkzeuge verringert werden, so daß die Ausrüstung kleiner sein kann.
Als ein drittes Verfahren wird, nachdem eine Stahlplatte einer Vielzahl von Ziehwerkzeugen mit unterschiedlichen Ziehdurchmessern zugeführt wurde, um nach dem Stufenziehverfahren eine zylindrische Stahlplatte zu bilden, die zylindrische Stahlplatte durch ein Werkzeug zum Streckziehen der Seitenwand hindurch geführt, um die Dicke der Seitenwand der zylindrischen Stahlplatte zu reduzieren. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit gesteigert werden kann, wenn der Reduktionsprozentsatz der Stahlplatte klein ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht eines Batterietopfes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 1B ist ein vergrößerter Teilschnitt des Batterietopfes gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Batterietopfes nach der ersten Ausführungsform;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung zur Verwendung in einem Festigkeitstest;
Fig. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Meßergebnisse des Festigkeitstestes;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Batterietopfes gemäß einer fünften Ausführungsform;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Batterietopfes einer sechsten Ausführungsform;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Batterietopfes gemäß der sechsten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in Fig. 1A und 1B gezeigt ist, hat ein Batterietopf 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Bodenwand und ist zylindrisch. Der Batterietopf 1 wird aus einer Stahlplatte 2a aus T-5 hergestellt, deren mechanische Merkmale eine hohe Verformungsfestigkeit und YP = 350 N/mm² und HR30T = 65±3 sind. Die Stahlplatte 2a hat eine Dicke von 0,25 mm, und ihre beiden Oberflächen sind mit einer Dicke von 2,5 um nickelplattiert.
Bevorzugt wird die hochfeste Stahlplatte 2a durch zwei Walzen hindurch geführt, die aus einer mit einem Schleifstein geschliffenen Walze und einer blanken Walze bestehen, so daß eine Seite der Stahlplatte eine rauhe Oberfläche und die andere Seite eine spiegelartige Oberfläche erhält.
Nachdem die Stahlplatte mit Nickel oder einer Legierung plattiert worden ist, wird vorzugsweise die plattierte Oberfläche, zumindest die Oberfläche, die der plattierten Innenfläche des Batterietopfes entspricht, mit Metallen wie etwa Au, Ag, Mo, Co, Ir, Rh, W und Zn plattiert, die einen kleinen Kontaktwiderstand haben.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die hochfeste Stahlplatte 2 aus T-5 kreisförmig geschnitten, um eine Ronde zu erhalten. Dann wird die Ronde nach dem Stufen ziehverfahren mit einem Stempel 4 gepreßt, indem sie nacheinander zu Werkzeugen 3A - 3D überführt wird, um sie so zu ziehen, daß der Durchmesser der Bodenwand 1a nach und nach verringert und die Höhe der Seitenwand 1b erhöht wird. Auf diese Weise wird die Ronde in eine zylindrische Form mit der Bodenwand umgeformt. Dann wird die so bearbeitete Stahlplatte ein bis dreimal durch ein Seitenwand-Streckziehwerkzeug hindurch geführt. Auf diese Weise wird die Dicke der Stahlplatte, die der Seitenwand der Batterie 1 entspricht auf eine gewünschte Dicke reduziert.
Die Größe des in Fig. 1 gezeigten, durch Ziehen umgeformten Batterietopfes 1 entspricht der Klasse 3. Die Dicke der Bodenwand 1a des Batterietopfes 1 beträgt 0,25 mm, gleich derjenigen der Stahlplatte 2a, und die Dicke der Seitenwand 1b ist 0,2 mm. D. h., die Dicke der Seitenwand 1b ist um 20% reduziert worden.
Eine erste Vergleichsprobe wurde hergestellt, um die Festigkeit des Batterietopfes gemäß der ersten Ausführungsform zu untersuchen, indem die Festigkeiten der beiden Batterietöpfe miteinander verglichen werden. Der Batterietopf 1-A gemäß der ersten Vergleichsprobe ist aus einer Stahlplatte aus T-1 hergestellt, die gekennzeichnet ist durch YP = 216 N/mm² und HR30T = 49±3 als mechanische Kenngrößen. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform war die Dicke der zur Bildung des Batterietopfes 1-A gemäß der ersten Vergleichsprobe benutzten Stahlplatte 0,25 mm. Beide Oberflächen der Stahlplatte waren mit einer Dicke von 0,25 um nickelplattiert. Ähnlich wie der Batterietopf 1 gemäß der ersten Ausführungsform betrug die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes 1-A gemäß der ersten Vergleichsprobe 0,25 mm, und die Dicke der Seitenwand desselben betrug 0,2 mm. Die Form des Batterietopfes 1-A gemäß der ersten Vergleichsprobe war dieselbe wie diejenige des Batterietopfes nach der ersten Ausführungsform.
Die Festigkeit des Batterietopfes 1-A nach der ersten Ausführungsform und des Batterietopfes 1 gemäß der ersten Vergleichsprobe wurden mit dem in Fig. 3 gezeigten Verfahren gemessen. Ein von einer N&sub2;-Flasche 6 ausgehendes Rohr wurde durch die Mitte einer Fixierscheibe 5 hindurch geführt, die mit Silberwachs an eine Dichtung 1c eines offenen Teils des Batterietopfes 1 angeschweißt war, um N&sub2;-Gas aus der Flasche 6 über ein Druckreduzierventil 7 in den Batterietopf 1 einzuleiten. Das Ausmaß der Verformung eines oberen Teils 1d und der Bodenwand 1a der Batterietöpfe 1 und 1-A wurden mit einem Mikrometer 8 gemessen,
Die Meßergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt. Bei dem aus der herkömmlichen Stahlplatte aus T-1 hergestellten Batterietopf 1-A trat bei 7,48 MPa (80kgf/cm²) eine Verformung von 760 um (0,76 mm) auf, wohingegen bei einem Batterietopf 1-E, der aus einer hochfesten Stahlplatte aus T-5 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt war, die Verformung bei 7,84 MPa (80kgf/cm²) nur 350 um (0,35 mm) betrug.
Fig. 4 zeigt auch Meßergebnisse für einen Batterietopf 1-B gemäß einer zweiten Vergleichsprobe und einen Batterietopf 1-D gemäß der zweiten Ausführungsform. Der Batterietopf 1-B gemäß der zweiten Vergleichsprobe wurde aus einer herkömmlichen Stahlplatte aus T-2 hergestellt. Der Batterietopf 1-D gemäß der zweiten Ausführungsform wurde aus einer hochfesten Stahlplatte aus T-4 hergestellt.
Die Verformungen der beiden Batterietöpfe 1-B und 1-D wurden auf die oben beschriebene Weise gemessen. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und der ersten Vergleichsprobe betrug die Dicke der Bodenwand und der Seitenwand jeder der beiden Batterietöpfe 1-B und 1-D 0,25 mm beziehungsweise 0,2 mm.
Wie aus den Meßergebnissen hervorgeht, trat bei dem aus der Stahlplatte T-4 hergestellten Batterietopf 1-D nur eine Verformung von 400 um (0,40 mm) bei 7,84 MPa (80kgf/cm²) auf, wohingegen bei dem aus der herkömmlichen Stahlplatte aus T-2 hergestellten Batterietopf 1-B bei 7,84 MPa (80kgf/cm²) eine Verformung von 560 um (0,56 mm) auftrat.
In der dritten Ausführungsform wurde ein Batterietopf 1-E' hergestellt dessen Bodenwand aus einer hochfesten Stahlplatte aus T-5 gebildet war, deren mechanische Kenngrößen YP = 350 N/mm² und HR30T = 65±3 waren. Die Stahlplatte hatte eine Dicke von 0,20 mm, und ihre beiden Oberflächen waren mit einer Dicke von 2,5 um nickelplattiert. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wurde die Stahlplatte gezogen, um den Batterietopf 1-E' zu bilden. Die Dicke der Bodenwand des Batterietopfes 1-E' betrug 0,20 mm, und die Dicke der Seitenwand desselben betrug 0,17 mm.
Der Festigkeitstest wurde nach demselben Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt, um das Ausmaß der Verformung des Batterietopfes 1-E' zu untersuchen. Wie Fig. 4 zeigt, betrug das Meßergebnis der Verformung bei 7,84 MPa (80kgf/cm²) nur 530 um (0,53 mm). Der Verzug des Batterietopfes 1-E' gemäß der dritten Ausführungsform ist kleiner als derjenige des Batterietopfes, der aus der herkömmlichen Stahlplatte, die aus T-2 mit einer Dicke von 0,25 mm hergestellt war. Das heißt, das Meßergebnis zeigt, daß der aus der Stahlplatte aus T-5 mit einer Dicke von 0,20 mm hergestellte Batterietopf eine Festigkeit hat, die größer ist als diejenige des Batterietopfes aus einer Stahlplatte aus T-2 mit einer Dicke von 0,25 mm.
In einer vierten Ausführungsform wurde ein Batterietopf nach demselben Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt, unter Verwendung einer Stahlplatte aus DR-8 mit hoher Verformungsfestigkeit und YP = 549 N/mm² und HR30T = 73 als mechanische Kenngrößen. Ein Festigkeitstest wurde nach demselben Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Ähnlich wie der Batterietopf gemäß der ersten Ausführungsform aus der Stahlplatte aus T-5 war das Testergebnis, das bei 7.84 MPa (80kgf/cm²) nur eine Verformung von 350 um (0,35 mm) auftrat.
Fig. 5 zeigt den Batterietopf 1 gemäß der fünften Ausführungsform. Der Batterietopf wurde aus einer hochfesten Stahlplatte aus T-4 hergestellt, die mit einer Nickel-Mangan-Legierung plattiert war. Das DI-Verfahren wurde angewandt, um den zylindrischen Batterietopf 1 mit einer Bodenwand herzustellen. Bei der DI- Bearbeitung wurde eine kreisförmige Stahlplatte nacheinander durch Werkzeuge 3 (3A - 3D) mit unterschiedlichen Ziehdurchmessern (das heißt, Innendurchmessern) hindurch geführt, die koaxial vertikal angeordnet waren, mit Hilfe eines Stempels 4, der einen Druck auf die Stahlplatte ausübte. Der Ziehdurchmesser der Werkzeuge 3A - 3D nahm schrittweise in der Reihenfolge der Werkzeuge von 3A auf 3D ab. Das heißt, die DI-Bearbeitung wurde angewandt, um den Batterietopf 1 aus der hochfesten Stahlplatte zu bilden.
Fig. 6 zeigt den Batterietopf gemäß der sechsten Ausführungsform, der aus einer nickelplattierten Stahlplatte aus DR-9 mit hoher Verformungsfestigkeit hergestellt ist. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wurde die Stahlplatte nach dem Stufenziehen von einer ersten Stufe bis zu einer neunten Stufe durch ein Streckziehwerkzeug 3F hindurch geführt, um in einer zehnten Stufe ein Streckziehen an der Seitenwand vorzunehmen. Beim Stufenziehen in der ersten bis neunten Stufe wurde die Stahlplatte in der Form eines Rohlings schrittweise in einen Kreiszylinder, einen elliptischen Zylinder, einen rechteckigen Zylinder umgeformt, um einen rechteckig-zylindrischen Batterietopf 1 zu erhalten, wie er in Fig. 7 gezeigt ist.
Da in den ersten bis sechsten Ausführungsformen Stahlplatten aus T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10 verwendet werden, die alle hohe Verformungsfestigkeiten haben, können Batterietöpfe geschaffen werden, die dieselbe Festigkeit und Verformungsfestigkeit wie diejenigen aus herkömmlichen Stahlplatten aus T-1 und T-2 haben, obgleich die Dicken der Stahlplatten gemäß der vorliegenden Erfindung um mehr als 20% kleiner sind als die der herkömmlichen Stahlplatten. Wenn der Prozentsatz der Dickenreduktion der Seitenwand des Batterietopfes aus der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung und der Seitenwand des Batterietopfes aus der herkömmlichen Stahlplatte gleich sind, kann folglich die Seitenwand des aus der ersteren Stahlplatte hergestellten Batterietopfes dünner sein als die des Batterietopfes aus der letzteren Stahlplatte. Wenn die Dicke der Seitenwand des aus der ersteren Stahlplatte hergestellten Batterietopfes gleich derjenigen der Seitenwand des aus der letzteren Stahlplatte hergestellten Batterietopfes sein soll, kann die erstere mit einer kleineren Anzahl von Ziehschritten gezogen und mit höherer Geschwindigkeit bearbeitet werden.
Tabelle 2 zeigt die Reduktionsverhältnisse von verschiedenen Dicken der herkömmlichen Stahlplatten aus T-1 und T-2 und von verschiedenen Dicken der Stahlplatten aus T-3 bis T-5, deren Dicke um 20% kleiner ist als die der herkömmlichen Stahlplatten aus T-1 und T-2 und die dieselbe Festigkeit wie die herkömmlichen Stahlplatten aus T-1 und T-2 haben. Mit Hilfe des Ziehprozesses wurden Batterietöpfe aus den herkömmlichen Stahlplatten aus T-1 und T-2 und aus den Stahlplatten aus T-3 bis T-5 hergestellt, indem die Dicke der Seitenwände der aus den ersteren hergestellten Batterietöpfe gleich denjenigen der Seitenwände der aus den letzteren hergestellten Batterietöpfe gemacht wurde. Tabelle 2
Wenn die Seitenwand eines Batterietopfes aus den Stahlplatten aus T-3, T-4 und T-5 mit einer Dicke von 0,24 auf 0,18 mm reduziert wird, so beträgt das Reduktionsverhältnis der Dicke 25%, wie in Tabelle 2 gezeigt ist. Damit die Stahlplatten aus T-1 und T-2 eine hohe Verformungsfestigkeit haben, die annähernd gleich derjenigen der Stahlplatten aus T-3, T-4 und T-5 ist, müssen die Stahlplatten aus T-1 und T-2 eine Dicke von 0,30 mm haben. Wenn die Dicke der Seitenwand aus den Stahlplatten aus T-1 und T-2 auf 0,18 mm eingestellt ist, beträgt das Dickenreduktionsverhältnis der Stahlplatten aus T-1 und T-2 40%. Das heißt, die Dicke der herkömmlichen Stahlplatte muß um 40% reduziert werden, wohingegen die Dicke der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit hoher Verformungsfestigkeit nur um 25% reduziert zu werden braucht. Unter der Annahme, daß das Reduktionsverhältnis der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung 40% beträgt, ist die Reduktion der Dicke der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung 0,10 mm. Das heißt, die Dicke der Seitenwand ist 0,14 mm, und somit kann das Fassungsvermögen des Batterietopfes erhöht werden.
Bei der Verringerung der Dicke der Seitenwand ist in den meisten Fällen das Dickenreduktionsverhältnis der Seitenwand der herkömmlichen Stahlplatte nicht kleiner als 48%, wohingegen das Dickenreduktionsverhältnis der Seitenwand der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit hoher Verformungsfestigkeit in den meisten Fällen kleiner als 25% sein kann, was etwa die Hälfte des Dickenreduktionsverhältnisses der herkömmlichen Stahlplatte ist. Somit können die Kosten für die Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner sein als für die herkömmliche Stahlplatte.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Stahlplatten aus T-3 bis T-5 und DR-8 bis DR-10, deren Verformungsfestigkeit und Festigkeit höher ist als diejenige der herkömmlichen Stahlplatten aus T-1 und T-2, als das Substrat für das Batterietopfblech verwendet. Somit können die Stahlplatten gemäß der vorliegenden Erfindung um 20% - 32% dünner sein als die herkömmlichen Stahlplatten, unter der Annahme das beide Stahlplatten dieselbe Verformungsfestigkeit und Festigkeit haben.
Da die Dicke der Bodenwand des durch Ziehen umgeformten Batterietopfes gleich derjenigen des Batterietopfbleches ist, kann die Bodenwand des aus der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Batterietopfes um 20-32% dünner sein als diejenige des aus der herkömmlichen Stahlplatte hergestellten Batterietopfes. Somit kann das Fassungsvermögen des Batterietopfes gemäß der vorliegenden Erfindung größer sein als das des herkömmlichen Batterietopfes, und der Batterietopf gemäß der vorliegenden Erfindung kann leichter sein als der herkömmliche Batterietopf. Da die Dicke der Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner ist als die der herkömmlichen Stahlplatte, ist die erstere außerdem preisgünstiger als die herkömmliche Stahlplatte. Somit sind die Gesamtkosten für den Batterietopf gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich kleiner als diejenigen für den herkömmlichen Batterietopf.
Weiterhin kann die Seitenwand des Batterietopfes aus der erfindungsgemäßen Stahlplatte dünner sein als diejenige des Batterietopfes aus der herkömmlichen Stahlplatte, wenn die Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Dickenreduktionsverhältnis der herkömmlichen Stahlplatte gezogen wird. Deshalb kann das Fassungsvermögen des Batterietopfes gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht werden. Unter der Annahme, daß die Dicke der Seitenwand des aus der erfindungsgemäßen Stahlplatte hergestellten Batterietopfes gleich derjenigen der Seitenwand des Batterietopfes aus der herkömmlichen Stahlplat te ist, kann das Dickenreduktionsverhältnis der Seitenwand des Batterietopfes aus der ersteren Stahlplatte kleiner sein als bei dem Batterietopf aus der letzteren Stahlplatte. Folglich wird die Anzahl der Durchgangsschritte der Stahlplatte durch die Werkzeuge verringert. Das heißt, die Stahlplatte gemäß der vorliegenden Erfindung kann schneller bearbeitet werden, und somit wird eine bessere Produktivität erreicht.

Claims

1. Batterietopfblech, das zum Ziehen eines an einem Ende offenen Batterietopfes (1) mit einer Seitenwand (1b) und einer Bodenwand (1a) verwendet wird, wobei das Blech aus einer Stahlplatte (2a) mit hoher Streckfestigkeit besteht, deren YP (yielding point; Streckgrenze) nicht weniger als 250 N/mm² und nicht mehr als 700 N/mm² beträgt, deren HR30T (Härte) nicht weniger als 55 und nicht mehr als 80 beträgt und deren Dicke in einem Bereich von 0,6 mm - 0,1 mm liegt, wobei eine Oberfläche der Stahlplatte (2a) als eine rauhe Oberfläche bearbeitet ist, während ihre andere Oberfläche als eine spiegelartige Oberfläche bearbeitet ist.

2. Batterietopfblech nach Anspruch 1, bei dem das Material der Stahlplatte (2a) ausgewählt ist aus T-3 bis T-5 oder DR-8 bis DR-10 gemäß JIS G 3303.

3. Batterietopfblech nach Anspruch 1 oder 2, bei dem wenigstens eine Oberfläche der eine hohe Streckfestigkeit aufweisenden Stahlplatte (2a) plattiert ist.

4. Batterietopfblech nach Anspruch 3, bei dem die Plattierung eine Nickel- oder Legierungsplattierung ist.

5. Batterietopfblech nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die plattierte Oberfläche mit einem Metal plattiert ist, das einen kleinen Kontaktwiderstand aufweist und ausgewählt ist aus Au, Ag, Mo, Co, IR, Rh, W und Zn.

6. Batterietopfblech nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Stahlplatte nach dem Plattieren getempert und dressiert worden ist.

7. Batterietopf, der aus dem Batterietopfblech nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.

8. An einem Ende offener Batterietopf (1) mit einer Seitenwand (1b) und einer Bodenwand (1a), der durch Ziehen aus einem Batterietopfblech geformt ist, das aus einer Stahlplatte (2a) mit hoher Streckfestigkeit besteht, deren YP (yielding point; Streckgrenze) nicht weniger als 250 N/mm² und mehr als als 700 N/mm² beträgt, deren HR30T (Härte) nicht weniger als 55 und nicht mehr als 80 beträgt und deren Dicke in einem Bereich von 0,6 mm - 0,01 mm liegt, wobei die Dicke der eine hohe Streckfestigkeit aufweisenden Stahlplatte (2a) annähernd gleich einer minimalen Dicke der Bodenwand (1a) des Batterietopfes (1) eingestellt ist, die durch einen Innendruck des Batterietopfes spezifiziert ist, und das Reduktionsverhältnis der Dicke der Seitenwand (1b) des Batterietopfes auf 0% - 50% eingestellt ist, und wobei die Höhe der Seitenwand (1b) größer ist als der Durchmesser der Bodenwand (1a).

9. Batterietopf nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Dicke der Bodenwand (1a) des Batterietopfes in einem Bereich von 0,1 mm - 0,6 mm liegt und die Dicke der Seitenwand (1b) desselben in einem Bereich von 0,1 mm - 0,3 mm liegt.

10. Batterietopf nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die innere Oberfläche der Seitenwand und der Bodenwand eine rauhe Oberfläche ist, während die äußere Oberfläche der Seitenwand und der Bodenwand eine spiegelartige Oberfläche ist.

11. Batterietopf nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der Batterietopf zylindrisch oder rechteckig-zylindrisch ist.