CN107636878A - 阳极罐牺牲心轴和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种阳极罐制造方法，包括以下步骤：将金属沉积到阳极罐牺牲心轴上，所述牺牲心轴由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成；并且利用所述有机溶剂溶解牺牲心轴。

Description

阳极罐牺牲心轴和制造方法

技术领域

本发明总体上涉及助听器电池，并且更具体地涉及制造用于在助听器电池中使用的阳极罐的方法。

背景技术

长期佩戴的助听器被配置为在耳道内连续佩戴数周至数月。这种设备的尺寸可以是微型的以便完全配合在耳道内，并且被配置为使得接收器非常靠近鼓膜紧贴耳道。诸如金属空气电池之类的电池是长期佩戴助听器的一体部分，即，不可移除的部分。在一些情况下，电池包括具有相对复杂形状的细长阳极罐，这些阳罐在体积上是高效的，并且与长期佩戴助听器的其他方面相结合，便于将助听器放置在耳道深处。这种电池的范例可以在例如美国专利号8682016中找到，通过引用将其并入本文。

可以通过涉及使用牺牲心轴的工艺来形成具有复杂形状的阳极罐，这是因为这些形状不适用于深拉延和冲压工艺。本发明人已经确定，常规的基于牺牲心轴的阳极罐的制造工艺是易于改进的。例如，常规工艺中采用的牺牲心轴是由压铸锌形成的，并且形成阳极罐的金属被沉积在锌牺牲心轴上。阳极罐形成之后，用盐酸去除锌。使用锌作为牺牲材料以及使用盐酸去除锌会产生许多问题。例如，由于诸如孔隙、沉降孔和气泡的表面缺陷通常与压铸相关联，因此在将阳极罐材料沉积到心轴上之前，必须对锌心轴进行化学蚀刻或以其他方式进行精加工以获得期望的表面性质。另一方面，随后使用盐酸去除锌心轴会妨碍使用某些材料用于阳极罐的最内层(例如，锡和铟)(使用某些材料用于阳极罐的最内层会改善金属空气电池的性能和长期稳定性)，这是因为盐酸会剧烈地侵蚀这些材料。用盐酸溶解锌也会导致浪费，优选应当避免浪费。

发明内容

根据本发明的一个实施例的阳极罐制造方法包括以下步骤：将金属沉积到阳极罐牺牲心轴上，所述阳极罐牺牲心轴由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成；并且利用所述有机溶剂溶解所述牺牲心轴。

根据本发明的一个实施例的阳极罐牺牲心轴包括：阳极罐阳极部分，其由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成；以及阳极罐阴极部分，其由在所述有机溶剂存在的情况下溶解的所述聚合物形成。

这种方法和装置具有许多优点。通过范例的方式，但不是限制，有机溶剂通常不会侵蚀金属，尤其是不会侵蚀锡和铟，从而便于使用更宽范围的金属用于阳极罐的最内层，并且最终得到优良的电池。有机溶剂也会在物理化学过程中溶解聚合物，其中，聚合物只是进入到溶液中，这允许对溶剂进行蒸馏并重新使用。仅产生少量废物(溶剂中高度浓缩的聚合物)。在一些实例中，可以采用在封闭系统内连续蒸馏溶剂的仪器。另一方面，盐酸在化学反应中溶解锌，因此会用完。针对每个批次或阳极罐必须使用新鲜的盐酸，这会导致大量的废物。另外，注模成型的聚合物牺牲心轴也不需要像常规心轴那样进行精加工。

附图说明

将参考附图对示范性实施例进行详细描述。

图1是设有具有相对复杂的形状的细长阳极罐的电池的透视图(具有剖面)。

图2是在装配和卷曲之前的图1所示的阳极罐的透视图。

图3是在装配和卷曲之前的图1所示的阳极罐的端视图。

图4是在装配和卷曲之前的图1所示的阳极罐的顶视图。

图5A和图5B是根据本发明的一个实施例的牺牲心轴组件的侧视图和顶视图。

图5C是沿着图5A中的线5C-5C截取的截面图。

图6A和图6B是根据本发明的一个实施例的工艺中的一个步骤的侧视图(具有剖面)和顶视图。

图6C是沿着图6A中的线6C-6C截取的截面图。

图7A和图7B是根据本发明的一个实施例的工艺中的一个步骤的侧视图(具有剖面)和顶视图。

图7C是沿着图7A中的线7C-7C截取的截面图。

图8A和图8B是根据本发明一个实施例的工艺中的一个步骤的侧视图(具有剖面)和顶视图。

图8C是沿着图8A中的线8C-8C截取的截面图。

图9A和图9B是根据本发明的一个实施例的工艺中的一个步骤的截面图和底视图。

具体实施方式

以下内容是对执行本发明的最佳已知模式的详细描述。这个描述不是限制性的，而仅仅是为了说明本发明的一般原理。为此，本发明可以用于制造各种各样的阳极罐。

图1中图示的示范性电池包括中空阳极罐102(有时被称为“电池罐”)，其是可以利用示范性牺牲心轴和以下参考图5A-10所讨论的制造技术来制造的阳极罐的一个范例。除了示范性阳极罐102之外，电池100还包括阳极材料104和阴极组件106。阳极罐102在图2-4中被示为空的和预卷曲状态，包括用于阳极材料104的阳极部分108和用于阴极组件106的阴极部分110。示范性阳极罐102还被提供有在阳极/阴极接合处限定外部保持凸缘114的向内成形区域112(或“颈部”)，在涉及在阴极组件106上卷曲阴极部分110的区域116的电池组装过程的部分期间，在所述外部保持凸缘114上支撑阳极罐102。成形区域102的横截面面积小于阳极部分108和阴极部分110的横截面面积。示范性阳极罐102还包括支撑表面118，其具有与助听设备声学组件的邻近部分的形状相对应的形状。在所图示的实施例中，支撑表面118是在侧突起120与横向端部突起122之间限定的相对平坦的凹陷区。突起120和122相对于电池对准声学组件，并且还将电池体积中的一些移向更为体积高效的位置。阳极罐102还包括针对阳极材料104的入口124。与声学组件的连接可以通过使用阳极线126和阴极线128或其他合适的仪器工具来完成。在美国专利号8682016中提供了关于示范性电池100和可能包括电池的助听设备的额外细节，通过引用将其并入本文。

转向图5A-5C，示范性牺牲心轴组件200包括基部202和从所述基部延伸的一个或多个阳极罐牺牲心轴(或“牺牲心轴”或“心轴”)204，所述一个或多个阳极罐牺牲心轴具有与预卷曲的中空阳极罐102的最内表面相同的尺寸和形状。尽管在所图示的实施方式中示出了两个牺牲心轴，但是牺牲心轴的数量可以更大。而且，尽管在所图示的实施方式中心轴204是相同的，但是其他心轴组件可以包括各种不同尺寸和/或形状的心轴。每个牺牲心轴204具有阳极部分208、阴极部分210、向外成形区域212以及在侧突起220与横向端部突起222之间的支撑表面218(图5B)。阳极部分208、阴极部分210和向内成形区域212各自在垂直于心轴204的纵向轴线的平面中限定横截面积(参见图5C)。向内成形区域212的横截面面积小于阳极部分208和阴极部分210的各自的横截面面积。更具体地参考图5B，基部202的顶表面224的部分被掩模226a和226b覆盖。示范性掩模材料包括但不限于硅橡胶和金属掩模材料。在其他实施例中，可以使用双部件注模工艺来形成牺牲心轴组件，其中，一个部件是牺牲心轴材料，而另一个部件能够被剥离。使用掩模226a和226b允许使在工艺结束时必须被去除的过量金属的量最小化。

示范性牺牲心轴组件200是实心结构(图5C)，但是在其他实施方式中可以包括空心部分。心轴组件200可由诸如热塑性聚合物的聚合物来形成，当溶剂被施加到聚合物上时，聚合物溶解(或“熔化”)，该聚合物不会侵蚀用于形成阳极罐的内表面的金属。这种热塑性聚合物的一个范例是聚苯乙烯。合适的溶剂包括有机溶剂，例如，乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯仿和甲苯，其不会侵蚀如铜、锡或铟的金属。聚合物心轴组件200可以通过例如注模成型工艺来形成。

经掩蔽的牺牲心轴组件200最初涂覆有形成导电表面和纯表面(即，纯度大于99.9％)的用于后续处理的金属的基底层以及阳极罐的最内层(和最内表面)。可以采用物理气相沉积(“PVD”)或化学涂覆方法，例如，无电沉积。然后去除掩模226a和226b。结果，转向图6A-6C，金属的基底层228覆盖两个牺牲心轴204。基底层228还包括从一个心轴延伸到另一个心轴的薄条带228a以连接经涂覆的心轴204，并且从经涂覆的心轴向外延伸以便于处理期间的操纵以及在电沉积期间从一个心轴到另一个心轴的电连接(下面讨论)。先前被掩蔽的部分基部顶表面224不被金属层228覆盖。如上所述，用于基底金属层228的合适金属包括铜、锡或铟，其将是阳极罐的最内层。在一些实施例中，基底金属层228的厚度可以在0.2μm至10μm的范围内，并且在一些实施例中可以是2μm。

接下来，如图7A-7C所示，可以采用电沉积来将金属添加到基底金属层228，从而形成更厚的基底金属层230，其将继续限定完成的阳极罐的最内表面。在一些实施例中，基底金属层230的厚度可以在5μm至50μm的范围内，并且在一些实施例中可以是20μm。薄条带228a也可以被增厚，从而形成条带230a。然而，电沉积工艺不会将金属沉积到聚合物基部202的暴露的顶表面224。在该电沉积步骤中沉积的金属将与形成基底金属层228的金属相同，例如，铜、锡或铟。

然后可以使用电沉积将增强金属层添加到基底金属层230。该添加层可以是金属(例如，镍)，或者该添加层为阳极罐提供机械稳定性。其他示范性金属包括镍-钴合金、金和银。为此，参考图8A-8C，较厚的基底金属层230已经被增强金属层232覆盖。增强金属层232的厚度在一些实施例中可以在20μm至1000μm的范围内，并且在一些实施例中可以是100μm。

接下来，可以移除牺牲心轴组件200，即，基部202和心轴204。这里，可以采用有机溶剂来溶解和去除聚合物材料。如上所述，合适的有机溶剂包括乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯仿和甲苯。其余的结构是一对处于其预卷曲状态的中空阳极罐102，它们通过条带232a相互连接。然后可以通过加工或切割工艺来去除条带232a以将阳极罐102彼此分离。

尽管已经根据上述优选实施例描述了本文公开的发明，但是对于本领域技术人员来说，对上述优选实施例的许多修改和/或添加将是显而易见的。通过范例的方式而非限制，本发明包括来自说明书中公开的没有被描述的各种物质和实施例的元件和步骤的任何组合。本发明旨在将其范围扩展到所有这种修改和/或添加，并且本发明的范围仅由权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种阳极罐制造方法，包括以下步骤：

将金属沉积到阳极罐牺牲心轴上，所述阳极罐牺牲心轴由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成；并且

在所述沉积的步骤之后，利用所述有机溶剂溶解所述牺牲心轴。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述阳极罐牺牲心轴包括阳极部分、阴极部分以及在所述阳极部分与所述阴极部分之间的向内成形的区域。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，

所述阳极罐牺牲心轴由热塑性聚合物形成。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，

所述阳极罐牺牲心轴是牺牲心轴组件的部分，所述牺牲心轴组件包括具有顶表面的基部和从所述基部的所述顶表面延伸的多个阳极罐牺牲心轴；并且

所述基部的所述顶表面的部分被掩蔽，而所述基部的所述顶表面的从一个牺牲心轴延伸到另一个牺牲心轴的另一部分未被掩蔽。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，

将金属沉积到阳极罐牺牲心轴上的步骤包括将选自包括铜、锡或铟的组的金属的基底层沉积到由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成的阳极罐牺牲心轴上。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，

其中，沉积基底层的步骤包括通过物理气相沉积或化学涂覆工艺将选自包括铜、锡或铟的组的金属的基底层沉积到由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成的阳极罐牺牲心轴上。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

通过电沉积将更多的所选金属添加到所述金属的基底层以形成较厚的金属的基底层。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中：

将金属沉积到阳极罐牺牲心轴上的步骤还包括通过电沉积将金属的支撑层添加到所述基底层，所述金属的支撑层的金属是与所述基底层的所选金属不同的金属。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，

支撑金属包含镍。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，

所述有机溶剂选自包括乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯仿和甲苯的组。

11.一种阳极罐牺牲心轴，包括：

阳极罐阳极部分，其由在有机溶剂存在的情况下溶解的聚合物形成；以及

阳极罐阴极部分，其由在所述有机溶剂存在的情况下溶解的所述聚合物形成。

12.根据权利要求11所述的阳极罐牺牲心轴，还包括：

位于所述阳极罐阳极部分与所述阳极罐阴极部分之间的阳极罐颈部分，所述阳极罐颈部分由在有机溶剂存在的情况下溶解的所述聚合物形成；

其中，所述阳极罐阳极部分、所述阳极罐阴极部分和所述阳极罐颈部分限定各自的横截面面积，并且所述阳极罐颈部分的横截面面积小于所述阳极罐阳极部分的横截面面积和所述阳极罐阴极部分的横截面面积。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的阳极罐牺牲心轴，其中，

在有机溶剂存在的情况下溶解的所述聚合物是热塑性聚合物。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的阳极罐牺牲心轴，其中，

所述有机溶剂选自包括乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯仿和甲苯的组。