JP3540459B2 - 電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有底筒形金属ケースと封口蓋とを有する電池及びその製造方法に関し、特に金属ケースの封口部の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に密閉型アルカリ蓄電池は、開口部を有する有底筒形金属ケース内に、電極，セパレータ，電解液等からなる発電素体が収納され、開口部が封口蓋で封口された構成となっている。また、これと同様の電池構成は、密閉型アルカリ蓄電池以外にも、一般的な電池において多く用いられている。
【０００３】
このように有底筒形金属ケースと封口蓋とを有する電池を封口する技術として、従来より、金属ケースの開口縁と封口蓋の外周部との間にガスケットを挟持させて、金属ケースの開口縁部を収径すると共に封口蓋の外周部にかしめることによって封口する方法が広く用いられている。
ところで、近年、電池重量の軽量化或は電池の高容量化に対する要請はますます大きくなっている。
【０００４】
電池重量の軽量化や高容量化のためには、金属ケースの板厚はできるだけ薄くすることが望ましいが、上述した封口方法を用いる場合、金属ケースの側面板厚を薄くすると、金属ケースの封口部分（ガスケットを押圧する開口縁の部分）の断面積が小さくなるため、それだけ封口部分の強度・気密性が低下しやすい。
これに対して、例えばＵＳＰ４，８２２，３７７に開示された密閉型アルカリ蓄電池では、金属ケースの開口縁の先端が内方向に折曲げられた構造となっている。
【０００５】
図７に示された電池も、金属ケースの開口縁の先端が内方向に折曲げられた電池の一例であるが、このように金属ケースの開口縁の先端を内方向に折曲げることによって、封口部分の強度・気密性を向上させることができるので、金属ケースの板厚を薄く形成することによる封口部分の強度・気密性の低下分を補うことは可能と考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように開口縁の先端を内方向に折曲げても、密閉型蓄電池で電池内の圧力が急激に上昇したような場合には、圧力上昇に伴って金属ケースの開口縁が外方向に押し広げられて、金属ケースの開口縁と封口蓋との間から電解液の漏れが発生することもあり、封口部分の強度を更に向上させる技術が望まれている現状である。
【０００７】
また、金属ケースの開口縁の先端を内方向に折曲げた場合は、開口縁と封口蓋との距離が短くなるため、金属ケースと封口蓋との接触による外部短絡の発生を防止する上で好ましくない。
本発明は、このような課題に鑑み、有底筒形金属ケースと封口蓋とを有する電池において、短絡の発生が少なく、封口部分の強度を従来より向上させることにより、内部の圧力が急激に上昇した場合でも金属ケースの開口縁と封口蓋との間から電解液の漏れが発生することのない電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、一端が開口された有底筒形金属ケースと、有底筒形金属ケース内に収納された発電素体と、有底筒形金属ケースの開口部を封口する封口蓋と、有底筒形金属ケースの開口縁部と封口蓋の外周部との間に介挿されたガスケットとを備え、開口縁部が封口蓋の外周部にかしめられている電池において、開口縁部は、その開口側の端部が外方向に曲折されていることを特徴としている。
【０００９】
このように金属ケースの開口側の端部が外方向に曲折されているので、開口縁部の強度を上げることができるため、封口蓋に対するかしめの強度を向上し、気密性を大幅に向上することができる。
また、開口縁部の縁端の曲折方向が外方向であるため、開口縁部と封口蓋との接触を回避することができるので、外部短絡を防止することができる。
【００１０】
請求項２記載の電池の製造方法は、開口側の端部が外方向に曲折されることによって曲折部が形成された有底筒形金属ケースの中に、発電素体が収納されたものを作製する第１工程と、有底筒形金属ケースの開口縁部に、ガスケットを介挿させた状態で封口蓋をセットする第２工程と、曲折部の外周縁に中心方向に向かう外力を作用させて開口縁部を収径させつつ封口蓋の外周部にかしめる第３工程とを備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明に対して、第３工程では、内周面に錘形の摺動面を有したパンチ部材を用い、パンチ部材を有底筒形金属ケースに対して接近方向に駆動し、摺動面を有底筒形金属ケースの曲折部の外周縁に摺動圧接することによって該曲折部を中心方向に押圧し、収径することを特徴としている。
【００１２】
請求項２，３の製造方法によって、請求項１記載の電池を容易に製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について詳述し、従来例と比較しながら本発明の効果を説明する。
（実施例１）
〔電池の構成についての説明〕
図１は、実施例１に係る密閉型アルカリ蓄電池の構造を示す図である。
【００１４】
このアルカリ蓄電池１は、４／３Ａサイズの円筒形ニッケル−カドミウム蓄電池であって、上部に開口１１を有する有底円筒形の金属ケース１０と、非焼結式ニッケルを活物質とする正極２１とカドミウム極板からなる負極２２とがセパレータ２３を介して積層され渦巻状に巻かれてなる電極群２４にアルカリ電解液が含浸されてなる発電素体２０と、金属ケース１０の開口１１を封口する封口蓋３０等から構成されている。
【００１５】
金属ケース１０は、厚さ約０．３ｍｍのＳＰＣ鋼板によって形成されている。この金属ケース１０の中には発電素体２０が収納されており、発電素体２０は金属ケース１０内部の大部分を占めている。
封口蓋３０は、中央に円形窓３２が形成された円板状の鋼板からなる封口板３１と、この封口板３１の中央部に固着され上方に突出する正極端子３３と、円形窓３２を塞ぎ安全弁として機能するゴム体３４とから構成されている。
【００１６】
封口蓋３０は、金属ケース１０上端近傍の開口縁部１３にはめ込まれており、封口板３１の外周部と開口縁部１３の間には、弾力性を有する絶縁性材料（本実施例ではナイロン）からなる円環状のガスケット４０が介挿されている。
開口縁部１３の下側に沿って、金属ケース１０が内側に突出してなるシーム溝１２が形成されている。発電素体２０は、その上面がシーム溝１２によって押さえられることによって金属ケース１０内の底面上に固定されている。
【００１７】
開口縁部１３は、収径加工されると共に封口板３１の外周部にかしめられ、それにより封口板３１と開口縁部１３の間が密封されている。ここで、ガスケット４０は、封口板３１の外周部を包み込むように開口縁部１３とシーム溝１２の内側面に沿って配され、開口縁部１３によって封口板３１に押えつけられた状態で封口板３１と金属ケース１０とを絶縁している。また、ガスケット４０はシーム溝１２によって下方にずれないようになっている。
【００１８】
開口縁部１３の先端部分は外方向に曲折され、それによって円環板状の曲折部１４が形成されている。即ち、開口縁部１３は、その先端が封口板３１から遠ざかる方向に向けて折曲げられている。従って、開口縁部１３は、封口板３１並びに正極端子３３との接触が生じにくい構成となっている。また、曲折部１４が形成されることによって開口縁部１３の強度も向上するので、封口板３１とのかしめ部分における密封性も向上する。
【００１９】
ゴム体３４は、封口板３１と正極端子３３とによって囲まれる空間内に収納され、正極端子３３で押さえつけられ円形窓３２を塞いだ状態となっているが、電池の内圧が規定の圧力以上に上昇したときには、内部のガスが円形窓３２から大気中に放出されるようになっている。
正極２１は、正極導電タブ２５によって封口板３１と接続されることにより、正極端子３３と電気的に接続されている。また、発電素体２０の上面と封口板３１との間には、封口板３１と負極２２との短絡を防止するための絶縁リング２６が挿入されている。
【００２０】
一方、金属ケース１０は負極端子を兼ねており、負極導電タブ（不図示）よって負極２２は金属ケース１０の底辺部に電気的に接続されている。また、金属ケース１０と正極２１との短絡を防止するため発電素体２０の下面と金属ケース１０の底面との間には絶縁板２７が挿入されている。
〔電池の製造方法についての説明〕
図２は、アルカリ蓄電池１の製造工程を説明する図である。この図に従って、アルカリ蓄電池１の製造方法を説明する。
【００２１】
先ず、厚さ約０．３ｍｍのＳＰＣ板を成形して、図２（ａ）に示されるような円筒形の金属ケース１０ａを作製する。この金属ケース１０ａの上端近傍の領域即ち開口縁部１３ａの先端部分は外方向に曲折されることにより、円環板状のツバ状曲折部１５が形成されている。
正極２１，負極２２及びセパレータ２３を重ねて巻回して作製された電極群２４を、図２（ｂ）に示されるように金属ケース１０ａに収納する。なお、電極群２４には、正極導電タブ２５が接続されている。
【００２２】
図２（ｃ）に示されるように、正極導電タブ２５と封口蓋３０の封口板３１とを接続する。
図２（ｄ）に示されるように、金属ケース１０ａの所定位置（電極群２４の上面に相当する位置）にシーム溝１２を形成する。このシーム溝１２は、金属ケース１０ａの外表面の所定位置を内側に押し付けて突出させることによって形成することができる。
【００２３】
そして、アルカリ電解液を注入して電極群２４に含浸させ、ガスケット４０を装着した封口蓋３０を、金属ケース１０ａの開口縁部１３ａに填め込む。このとき、ガスケット４０は、シーム溝１２によって所定位置に保持される。
図２（ｅ）に示されるように、カシメパンチ５０を用いて、開口縁部１３ａを収径することによって封口する。
【００２４】
カシメパンチ５０によって開口縁部１３ａを収径する機構について、更に詳細に説明する。
カシメパンチ５０は、外観が円柱形状であって、その下面５１側から内部には、下部よりも上部の方が狭くなっているテーパー状（断面が台形状）の凹部５２が形成されており、凹部５２の上部には更に、正極端子３３が入り込むための円柱状の凹部５４が形成されている。
【００２５】
この凹部５２の側面は、カシメパンチ５０の動作に伴って、ツバ状曲折部１５の外周部が摺動する摺動面５３となっている。摺動面５３は、カシメパンチ５０が下降するのに伴ってツバ状曲折部１５を中心方向に押さえつけることができるよう、鉛直方向に対して傾斜して形成されている（図４参照）。ここで、摺動面５３の傾斜角度や長さ等は、ツバ状曲折部１５に対する押圧が適度になされるよう設定されている。
【００２６】
図３は、このカシメパンチ５０を中心軸に沿って半分に切断し、下方から見た図である。
図４は、カシメパンチ５０によって開口縁部１３ａが収径されてかしめられる様子を示す図である。
図４の（ａ）に示されるように、ガスケット４０は、その下部がシーム溝１２によって支えられている。
【００２７】
図４の（ａ），（ｂ）に示されるように、カシメパンチ５０が下方向（図中矢印Ａの方向）に移動するに伴って、摺動面５３がツバ状曲折部１５をその中心方向（図中矢印Ｂの方向）に押し込み、それにより開口縁部１３ａが収径される。開口縁部１３ａが収径されるのに伴って、ガスケット４０は封口板３１に押圧され、ガスケット４０の上部は内側に折曲げられる。そして、封口板３１の外周部は、ガスケット４０によって包み込まれる。
【００２８】
図４の（ｃ）に示されるように、ツバ状曲折部１５は摺動面５３をその最上部まで摺動し、ツバ状曲折部１５が凹部５２の上面５５で押さえつけられることによって、ツバ状曲折部１５は完全に折曲げられる。
なお、図４の（ｃ）に示されるように、摺動面５３の上端近傍の領域５３ａは傾斜がつけられておらず、ほぼ鉛直方向に形成されている。このように領域５３ａが形成されることによって、ツバ状曲折部１５の収径の程度が適度に調整される。
【００２９】
このようにツバ状曲折部１５は、その外周部が中心方向に押圧されるため、ツバ状曲折部１５の形状はほとんどそのまま保たれ、収径工程が終了した後には、この部分が曲折部１４として残る。
なお、カシメパンチ５０による収径工程において、図５に示すように、開口縁部１３ａを支持する円筒形のガイド金型５６を用いれば、より確実にかしめを行うことができる。即ち、摺動面５３とツバ状曲折部１５との間の摩擦が大きい場合等には、開口縁部１３ａが外方向に押し広げられることも考えられるが、図５の（ａ），（ｂ）に示されるように、かしめ動作の途中まで、ガイド金型５６が開口縁部１３ａの外周を覆うことによって、開口縁部１３ａが外方向に押し広げられることなく確実にかしめがなされる。なお、図５の（ｃ）に示されるように、カシメパンチ５０が下降して、摺動面５３の上部がツバ状曲折部１５するときには、ガイド金型５６は、下方にスライドして摺動面５３との接触を回避するようになっている。
【００３０】
このように、カシメパンチ５０による収径工程を終えた後、図２（ｆ）に示されるように、仕上げ用のカシメパンチ６０を用いてかしめの仕上げを行う。
カシメパンチ６０には、アルカリ蓄電池１の上部の形状とほぼ対応した形状の凹部６１が形成されており、上記の収径工程終了後の電池をカシメパンチ６０で押し付けることによって形を整えると共に、かしめをより確実なものとすることができる。
【００３１】
以上のようにして、アルカリ蓄電池１を作製することができる。
なお、図２に示した製造工程において、（ｅ）のカシメパンチ５０による収径工程ではツバ状曲折部１５を完全に折曲げないで、（ｆ）のカシメパンチ６０を用いて完全に折曲げるようにしてもよい。
（実施例２）
図６は、実施例２に係るアルカリ蓄電池７０の断面図である。
【００３２】
このアルカリ蓄電池７０は、実施例１のアルカリ蓄電池１と同様の構成であるが、金属ケースの開口縁部の先端には、外方向に曲折された円環板状の曲折部１４の代わりに、外方向にカールしたカール曲折部７１が形成されている。
このアルカリ蓄電池７０の製造方法は、実施例１の図２に示したアルカリ蓄電池１の製法と同様であるが、図２（ａ）で用いる金属ケースは、金属ケース１０ａのツバ状曲折部１５の代わりに、カール曲折部７１が形成されているものを使用し、その他は、図２と同様の工程を施すことによって、アルカリ蓄電池７０を製造することができる。
【００３３】
このようにカール曲折部７１が設けられたアルカリ蓄電池７０においても、アルカリ蓄電池１と同様に、開口縁部１３は封口板３１並びに正極端子３３との接触が生じにくく、また、開口縁部１３の強度も向上し、封口板３１とのかしめにおける密封性も向上する。
（比較例）
図７は、比較例に係るアルカリ蓄電池１０１の断面図である。
【００３４】
このアルカリ蓄電池１０１は、実施例１のアルカリ蓄電池１と同様の構成であるが、金属ケース１１０の開口縁部１１３の先端には外方向に曲折した曲折部は設けられておらず、開口縁部の先端部分１１４は内方向を向いている。
このアルカリ蓄電池１０１の製法は、実施例１のアルカリ蓄電池１の製法と同様であるが、用いる金属ケースの開口縁部の先端は折りまげられていない点と、収径工程では、金属ケースの開口縁部を収径すると共に、その先端をカシメパンチで内側に折曲げる点が異なっている。
【００３５】
（耐圧試験）
実施例１のアルカリ蓄電池１と比較例のアルカリ蓄電池１０１を用いて、耐圧試験を行った。
耐圧試験の方法：アルカリ蓄電池１とアルカリ蓄電池１０１の各々１００個の電池について、電池の安全弁の部分を密封し、０．２Ｃの電流で逆充電することによって電池内部に水素ガスを発生させ、電池内部の圧力を上昇させる。電池内部の圧力が所定の圧力（５０ｋｇ／ｃｍ2）になれば逆充電を停止する（逆充電の時間は１時間程度）。その後、所定時間（１時間）放置して、封口蓋と金属ケースとの間からの漏液の有無を確認する。そして、１００個の電池の中で漏液が生じた電池の個数の割合を漏液発生率とする。
【００３６】
試験結果：漏液発生率は、実施例１のアルカリ蓄電池１では０％であったのに対して、比較例のアルカリ蓄電池１０１では５％であった。
このように、アルカリ蓄電池１０１よりアルカリ蓄電池１の漏液発生率が低いのは、アルカリ蓄電池１では、金属ケース１０の開口縁部１３の先端に外方向に曲折された曲折部１４が形成されているので、このような曲折部を持たないアルカリ蓄電池１０１と比べて開口縁部の強度が高くなり、封口蓋とかしめた部分の密封性が向上したためと考えられる。
【００３７】
なお、上記実施例１，２では、金属ケースの形状が有底円筒形の例を示したが、有底四角筒形等の有底多角筒形の場合も同様に実施することができる。
また、上記実施例１，２では、密閉型アルカリ蓄電池の例を示したが、本発明は、密閉型の電池に広く適用することができ同様の効果を奏する。
また、本発明は、必ずしも密閉型でなくても、有底筒形金属ケースと封口蓋とを有する電池であるならば適用することができる。密閉型でない場合は、電池の耐圧性は問題にならないが、金属ケースと封口蓋との間のかしめ部分の密封性については同様の効果を奏する。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、開口縁の封口蓋に対するかしめの強度を向上し、封口部分の気密性を大幅に向上することができる。特に、密閉型電池に適用した場合、電池内圧の上昇に伴う液漏れを防止することができるため、その実用的効果は大きい。これにより、封口部の強度を保ちながら金属ケースの板厚を薄くすることもできるので、電池の軽量化や高容量化にも寄与する。
【００３９】
また、封口蓋と金属ケースとの接触による外部短絡の発生を回避することができる。
請求項２，３の発明によって、このような電池を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る密閉型アルカリ蓄電池の構造を示す図である。
【図２】図１に示すアルカリ蓄電池１の製造工程を説明する図である。
【図３】実施例１で用いるカシメパンチを中心軸に沿って半分に切断し、下方から見た図である。
【図４】実施例１で、カシメパンチによって開口縁部が収径されてかしめられる様子を示す図である。
【図５】実施例１で、カシメパンチによって開口縁部が収径されてかしめられる様子を示す図である。
【図６】実施例２に係るアルカリ蓄電池の断面図である。
【図７】金属ケースの開口縁の先端が内方向に折曲げられた比較例の電池を示す図である。
【符号の説明】
１ アルカリ蓄電池
１０ 金属ケース
１１ 開口
１３ 開口縁部
１４ 曲折部
２０ 発電素体
３０ 封口蓋
３１ 封口板
３３ 正極端子
４０ ガスケット

Claims (3)

1. 一端が開口された有底筒形金属ケースと、有底筒形金属ケース内に収納された発電素体と、有底筒形金属ケースの開口部を封口する封口蓋と、有底筒形金属ケースの開口縁部と封口蓋の外周部との間に介挿されたガスケットとを備え、
   前記開口縁部が封口蓋の外周部にガスケットを介してかしめられている電池において、
   前記開口縁部は、その開口側の端部が外方向に曲折されていることを特徴とする電池。
2. 開口側の端部が外方向に曲折されることによって曲折部が形成された有底筒形金属ケースの中に、発電素体が収納されたものを作製する第１工程と、
   前記有底筒形金属ケースの開口縁部に、ガスケットを介挿させた状態で封口蓋をセットする第２工程と、
   前記曲折部の外周縁に中心方向に向かう外力を作用させて開口縁部を収径させつつ封口蓋の外周部にかしめる第３工程とを備えることを特徴とする電池の製造方法。
3. 前記第３工程では、
   内周面に錘形の摺動面を有したパンチ部材を用い、
   該パンチ部材を有底筒形金属ケースに対して接近方向に駆動し、前記摺動面を有底筒形金属ケースの曲折部の外周縁に摺動圧接することによって該曲折部を中心方向に押圧し、収径することを特徴とする請求項２記載の電池の製造方法。

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