JP2006324054A - 蓄電池の蓋体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電池の封止部においてＯリングに相当するゴム系シール材の付け忘れを確実に防止することのできる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 蓋体１２に、こけし断面形状のゴム製環状部材１５を一体的に形成する。そして、このゴム製環状部材１５は、接着剤層３３、３３の作用により、ＰＥＴフィルム３２、３２に接合する。この接合が強固であるため、ゴム製環状部材１５が、使用中に、蓋体１２から外れる心配はない。
【効果】 Ｏリングに相当するゴム製環状部材を蓋体に一体的に付設することができるため、ゴム製環状部材の付け忘れや紛失が発生する心配はない。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、蓄電池の蓋体の電極ロッド貫通部におけるシール性強化技術に関する。

自動車機器の電気・電子化に伴って二次電池、電解コンデンサー、キャパシタなど充電可能な電気品（これらを蓄電池と呼ぶ）の用途が増加しつつある。
蓄電池は、密閉ケースに蓄電素子を収納し、この蓄電素子から電極を介して電気エネルギーを取り出すため、電極は密閉ケースの蓋体を貫通して突出させる必要がある。

蓋体と電極との間のシール（封止）が重要となり、シール構造が各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１５０３２４公報（図３）

図１２は従来の技術の基本構成を説明する図であり、この蓄電池１００は、アルミニウム製筒体１０１の端部に、かしめ法によりアルミニウム製蓋体１０２を固定し、この蓋体１０２に樹脂製封口部材１０３を介してアルミニウム製端子１０４を固定することを特徴とする。

樹脂には軟質樹脂と硬質樹脂とがあるが、樹脂製封口部材１０３は構造部品であるため、硬質樹脂を使用する。硬質樹脂は強度が大きい反面、弾力性に乏しい。

ところで、端子１０４に、想像線で示すハーネス１０５をボルト１０６で取付けると、図左右方向及び上下方向の外力が必然的に加わる。
加えて、アルミニウムと樹脂とでは、熱膨張などの物性が異なり、長期間使用すると、微細な隙間が発生する。この微細な隙間は外力により大きな亀裂に成長し、筒体内に充填してある電解液が漏れるなど、不都合が生じる。

そこで、樹脂製封口部材１０３とアルミニウム製蓋体１０２との間や樹脂製封口部材１０３とアルミニウム製端子１０４との間に、ゴム系シール部材としてのＯリングを介在させる構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平８−６９７８３号公報（図３）

図１３はＯリングを使用した従来の技術の構造図であり、金属製の蓋１１１に凹部１１２を形成し、この凹部１１２の下方に小径凹部１１３を形成し、この小径凹部１１３に続けて貫通穴１１４を形成する。そして、貫通穴１１４に電極ロッド１１５を通し、この電極ロッド１１５にＯリング１１６を嵌め、このＯリング１１６を小径凹部１１３へも嵌合する。電極ロッド１１５の上部に端子１１８を接続し、最後に凹部１１２に樹脂製封口剤１１７を充填し、固めることを基本構造とする。

経年変化により、金属製の蓋１１１と樹脂製封口剤１１７の間や金属製の電極ロッド１１５と樹脂製封口剤１１７との間に微細な隙間ができても、Ｏリング１１６のシール作用で液漏れを防止することができる。

しかし、Ｏリング１１６は別部品であり、Ｏリング１１６の付け忘れが発生する危険性がある。Ｏリング１１６を付け忘れても、当分の間は樹脂製封口剤１１７がシール性を発揮するため、Ｏリング１１６の付け忘れ欠陥に気づくのが遅れる。そのため、改善の余地がある。
そこで、Ｏリングの付け忘れを防止することのできる技術が求められる。

本発明は、蓄電池の封止部においてＯリングに相当するゴム系シール材の付け忘れを確実に防止することのできる技術を提供することを課題とする。

本発明者等は、ゴム系シール材の付け忘れを防止するために、蓄電池の蓋体に付設する樹脂に、ゴム系シール材をゴム用接着剤で接着してみた。ところが、樹脂（ＰＥＴ系樹脂）は強い撥水性を発揮するため、接着強度が小さく、実用に供することができないことが分かった。

そこで、本発明者等は実用に供することができる技術を確立するために次の実験を行った。
図１は本発明で使用する樹脂被覆金属板の断面図であり、金属板３１にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム３２をラミネートした樹脂被覆金属板３０を複数枚準備する。
金属板３１は、０．５ｍｍ×２０ｍｍ×１５０ｍｍのアルミニウム（Ａ３００４−Ｈ１２）板とした。また、ＰＥＴフィルム３２の厚さは３０μｍとした。図中、Ｌが１５０ｍｍ、図面表裏方向の寸法が２０ｍｍとなる。

図２は本発明に係るサンプルの断面図である。
（ａ）：比較例１のためのサンプルは、ＰＥＴフィルム３２に直接ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）シート３８（以下、ゴムシート３８という。）を載せ、１８０℃の条件下で１０分間圧着して得た。

（ｂ）：比較例２のためのサンプルは、ＰＥＴフィルム３２にＰＰＴ（ポリプロピレンテレフタレート系）樹脂を塗布して１１０℃、１０分間の条件で乾燥させて、ＰＰＴ樹脂層３９を形成した。このＰＰＴ樹脂は、従来から使用されてきたＰＥＴ用融着剤である。
次に、ＰＰＴ樹脂層３９に、ゴムシート３８を載せ、１８０℃の条件下で１０分間圧着してサンプルを得た。

（ｃ）：比較例３のためのサンプルは、ＰＥＴフィルム３２にＰＰＴ樹脂を塗布して１１０℃、１０分間の条件で乾燥させて、ＰＰＴ樹脂層３９を形成した。
次に、ＰＰＴ樹脂層３９にイミド系接着剤（米国Ｌｏｒｄ社製 ＣＨＥＭＬＯＫ ２５３Ｘ相当）を塗布し、８０℃、１０分の条件で乾燥させて、接着剤層３３を形成した。
この接着剤層３３にゴムシート３８を載せ、１８０℃の条件下で１０分間圧着してサンプルを得た。

（ｄ）：実施例１のためのサンプルは、ＰＥＴフィルム３２にイミド系接着剤（米国Ｌｏｒｄ社製 ＣＨＥＭＬＯＫ ２５３Ｘ相当）を塗布し、８０℃、１０分の条件で乾燥させて、接着剤層３３を形成した。
次に、接着剤層３３にゴムシート３８を載せ、１８０℃の条件下で１０分間圧着してサンプルを得た。

図３は引き剥がし強度の測定原理図であり、幅（図表裏方向の寸法）が２０ｍｍで、長さＬが１５０ｍｍであるサンプルを対象に、ゴムシート３８を引き剥がしたときの力Ｆ（Ｎ）を、引き剥がし強度と定義する。図は図２（ａ）のサンプルについて説明したが、図２（ｂ）〜（ｄ）も同様に測定する。

図４は測定結果のグラフであり、比較例１（図２（ａ）参照）では、引き剥がし強度は０．１Ｎであり、図２（ａ）に示すゴムシート３８はＰＥＴフィルム３２に殆ど接着していなかった。
比較例２（図２（ｂ）参照）では、引き剥がし強度は３．２Ｎであり、図２（ｂ）に示すゴムシート３８とＰＰＴ樹脂層３９の間で剥離が発生していた。

比較例３（図２（ｃ）参照）では、引き剥がし強度は４４．８Ｎであり、図２（ｃ）に示すＰＰＴ樹脂層３９と接着剤層３３の間で一部剥離が発生していた。
実施例１（図２（ｄ）参照）では、引き剥がし強度は５８．２Ｎであり、図２（ｄ）に示すゴムシート３８と接着剤層３３の間で剥離が発生していた。

比較例２の結果から、ＰＰＴ樹脂はＰＥＴ樹脂とは相性が良いが、ＥＰＤＭゴムとは相性が悪く、接着性が期待できないことが確認できた。
また、比較例３の結果から、ＰＰＴ樹脂が流動化して接着性を低下させたと推定される。
実施例１は、ＰＰＴ樹脂を使用しないで、イミド系接着剤だけを採用したので、好ましい接着性能が得られた。

以上の成果に基づいて実用化した本発明は次の通りである。
請求項１に係る発明は、金属板にＰＥＴフィルムをラミネートした樹脂被覆金属板で蓋体を構成し、この蓋体に穴を開け、この穴を囲うようにゴム製環状部材を一体的に取付け、このゴム製環状部材で電極ロッド貫通部における気密を保つようにする蓄電池の蓋体において、前記樹脂被覆金属板に穴を開ける工程と、この穴を囲う前記ＰＥＴフィルム上に少なくともイミド系接着剤を塗布し、乾燥させることで接着剤層を形成する工程と、この接着剤層を含む樹脂被覆金属板を成形用型にセットする工程と、成形用型にゴム系溶融材料を射出してゴム製環状部材を成形する工程と、成型用型を外して蓋体を得る工程とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、イミド系接着剤を採用した。このイミド系接着剤はＰＥＴフィルムに対して接着強度が高く、且つゴム製環状部材に対して接着強度が高い。この結果、ＰＥＴフィルムにゴム製環状部材を強固に接着することができる。
Ｏリングに相当するゴム製環状部材を蓋体に一体的に付設することができるため、ゴム製環状部材の付け忘れや紛失を心配する必要がない。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、蓄電池は円筒型蓄電池、角型蓄電池の両方を対象とするが、以下の例では角型蓄電池を説明する。

図５は本発明に係る蓄電池の斜視図であり、蓄電池１０は、コルゲート（波形にした）筒体１１の上部開口を蓋体１２で閉じ、筒体１１の下部開口は底蓋１３で閉じてなる密閉ケースである。なお、底蓋１３は、深絞り法によって筒体１１と同時成形してもよい。１４は電極ロッド、１５はゴム製環状部材である。

図６は本発明に係る蓄電池の要部断面図であり、蓋体１２に穴１６を開けるとともにこの穴１６を囲うように環状部材１５を設け、蓋体１２の一方の側（図では下方）に集電板１７を配置し、この集電板１７から延ばした電極ロッド１４を穴１６から突出させ、蓋体１２の他方の側（図では上方）に押圧板１８を配置し、この押圧板１８と集電板１７とで環状部材１５を挟むことで、蓋体１２に電極ロッド１４を固定する構造を示す。

なお、押圧板１８は座金に相当する金属板であり、電極ロッド１４に設けたねじ部２１にナット２２をねじ込むことで環状部材１５を押圧する。
また、集電板１７は蓄電素子１９に蓄えた電気エネルギーを集める役割は果たす金属板である。

図７は本発明に係る蓄電池の要部の分解図であり、電極ロッド１４の基部に、電極ロッド１４の径ｄより大径で且つ蓋体１２の厚さｔより厚い、厚さＴの鍔部２３を設け、この鍔部２３で押圧板１８を受けさせるようにする。
また、環状部材１５は、鍔部２３の厚さＴより若干厚いネック部２５と、鍔部２３の厚さＴより十分に厚い頭部２６とからなる、いわゆるこけし形の断面を呈し、弾性に富むゴムで構成する。

図８は図７の作用図であり、環状部材１５へ下から電極ロッド１４を貫通させ、押圧部材１８を載せ、ねじ部２１にナット２２を掛けてねじ込む。このねじ込み作業は押圧部材１８が鍔部２３に載って止まるまで実施する。ねじ込みが終わった時点では、ネック部２５が若干圧縮されてシール性を発揮する。同時に、頭部２６は大きく圧縮され、ポイントＰ１で第１次シール部を構成し、ポイントＰ２で第２次シール部を構成し、ポイントＰ３で第３次シール部を構成する。

内部の電解液やガスは矢印（１）のごとく蓋体１２と集電板１７との間に到る。環状部材１５は弾性に富むゴム板であるため、隙間が発生する心配がなく、シール性能を保つことができる。
経年変化によって、ネック部２５のシール性能が低下したときでも、ポイントＰ１〜Ｐ３でシール性能を維持することができる。この結果、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

なお、環状部材１５は、実施例のようにネック部２５と頭部２６とで構成する他、全体を均一の厚さにすること又はネック部２５の途中に厚肉部を設けてもよく、環状部材１５は、全体又は一部が鍔部２３より厚いゴム板であればよい。

以上の構成からなるゴム製環状部材１５を備える蓋体１２の製造方法を次に述べる。
図９は本発明に係る蓋体の製造フロー図である。
（ａ）は樹脂被覆金属板に穴を開ける工程の説明図であり、アルミニウムなどの金属板３１に、３０〜１００μｍ厚さのＰＥＴフィルム３２、３２をラミネートした樹脂被覆金属板３０を準備し、この樹脂被覆金属板３０に貫通穴３７及び電極ロッドを貫通させるための穴１６を開ける。

樹脂被覆金属板３０の平面図を図１１に示す。同図に示すとおり、樹脂被覆金属板３０の中央に穴１６を開け、この穴１６を囲むように複数個の貫通穴３７を配置したことを示す。これらの貫通穴３７はゴム製環状部材１５（図１０参照）の固定性能を高めるために開けた。

図９に戻って、（ｂ）は接着剤層形成工程の説明図であり、穴１６を囲うＰＥＴフィルム３２、３２上にイミド系接着剤を塗布し、８０℃、１０分間の条件で乾燥させることで接着剤層３３、３３を形成する。

（ｃ）は射出工程の説明図であり、接着剤層３３、３３を含む樹脂被覆金属板３０の要部を成形用型３４にセットする。そして、射出シリンダ３５からキャビティ３６へゴム系溶融材料を射出する。

図１０は完成した蓋体の要部断面図であり、成型用型を外した蓋体１２には、こけし断面形状のゴム製環状部材１５を一体的に形成できたことを示す。
そして、このゴム製環状部材１５は、接着剤層３３、３３の作用により、ＰＥＴフィルム３２、３２に強固に接合する。
加えて、ゴム製環状部材１５の一部が、貫通穴３７に流れ込んで固化したため、機械的な結合が得られる。

すなわち、ゴム製環状部材１５は、接着剤層３３、３３による接着作用と、貫通穴３７による機械的結合作用とにより、強固に蓋体１２に極めて強固に結合し、使用中に蓋体１２から外れる心配はない。

尚、本発明の蓄電池は、二次電池、電解コンデンサー、キャパシタなど充電可能な電気品であれば、種類は問わない。

本発明は、電極ロッドを蓋体から突出させる蓄電池に好適である。

本発明で使用する樹脂被覆金属板の断面図である。 本発明に係るサンプルの断面図である。 引き剥がし強度の測定原理図である。 測定結果のグラフである。 本発明に係る蓄電池の斜視図である。 本発明に係る蓄電池の要部断面図である。 本発明に係る蓄電池の要部の分解図である。 図７の作用図である。 本発明に係る蓋体の製造フロー図である。 完成した蓋体の要部断面図である。 本発明に係る樹脂被覆金属板の平面図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。 Ｏリングを使用した従来の技術の構造図である。

符号の説明

１０…蓄電池、１１…筒体、１２…蓋体、１４…電極ロッド、１５…ゴム製環状部材、１６…穴、３０…樹脂被覆金属板、３１…金属板、３２…ＰＥＴフィルム、３３…接着剤層、３４…成型用型、３５…射出シリンダ。

Claims (1)

1. 金属板にＰＥＴフィルムをラミネートした樹脂被覆金属板で蓋体を構成し、この蓋体に穴を開け、この穴を囲うようにゴム製環状部材を一体的に取付け、このゴム製環状部材で電極ロッド貫通部における気密を保つようにする蓄電池の蓋体において、
   前記樹脂被覆金属板に穴を開ける工程と、この穴を囲う前記ＰＥＴフィルム上に少なくともイミド系接着剤を塗布し、乾燥させることで接着剤層を形成する工程と、この接着剤層を含む樹脂被覆金属板を成形用型にセットする工程と、成形用型にゴム系溶融材料を射出してゴム製環状部材を成形する工程と、成型用型を外して蓋体を得る工程とからなることを特徴とする蓄電池の蓋体の製造方法。

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