JP3718872B2

JP3718872B2 - 乾電池

Info

Publication number: JP3718872B2
Application number: JP07536995A
Authority: JP
Inventors: 均平野; 洋嶋野; 和彦畑川; 修一石田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JPH08203494A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電池蓋にガスケットを介して正極端子が取付けられた乾電池に関し、特に電極部構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、角形リチウム電池の電極部は、電池蓋に対してガスケットを介して正極端子がカシメられることにより構成されている。
【０００３】
電極部を形成するには、先ず、図９（ａ）に示すように、電池蓋１０１に形成された正極端子取付け孔１０２に、断面形状が略コ字状とされた円筒体をなすガスケット１０３を設ける。そして、そのガスケット１０３の中心孔１０４に、下端側にフランジ部１０５を有した円柱体をなす正極端子１０６を臨ませる。この正極端子１０６には、その中心にドリルにより止まり孔として形成されるローラー導入孔１０７が形成されている。
【０００４】
次に、同図（ｂ）に示すように、先端が尖ったカシメローラー１０８の先端部１０８ａをローラー導入孔１０７に臨ませ、このカシメローラー１０８を押し付けながら図中矢印Ａで示す方向にスピンさせる。
【０００５】
すると、このカシメローラー１０８によって、ローラー導入孔１０７の開口周辺部分が外側へと次第に広がって行き、最終的に同図（ｃ）で示すように平らになる。そのときの押圧力により、ガスケット１０３が押し潰されてかしめられることにより、正極端子１０６が電池蓋１０１に固定される。同時に、電解液に対するシールがなされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなスピンカシメ方式では、カシメローラー１０８が各瞬間で正極端子１０６に対して点当たりとなるため、ガスケット１０３の圧縮量に円周内でムラが発生する。つまり、スピンカシメ方式では、傾きが生じやすく、ガスケット１０３に与える圧縮力を全周に亘って均一なものとすることができない。そのため、電解液に対するシールが不完全となりやすい。
【０００７】
また、カシメローラー１０８によりかしめられる側のガスケット１０３は、半径方向に非常に大きく変形しやすいため、材料のクリープの点で強度的に問題がある。例えば、正極端子１０６のフランジ部１０５が設けられる側のガスケット１０３の中心孔１０４の開口径Ｄ₁に対して、カシメローラー１０８によりかしめられる側の開口径Ｄ₂がかなり大きくなる。
【０００８】
そこで本発明は、かかる従来の有する課題を解決すべく提案されたものであって、ガスケットを全周に亘って均一にかしめて電解液に対するシールを確実なものとなす信頼性の高い乾電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る乾電池は、電解液が満たされる電池缶と、この電池缶に固定される電池蓋とを備え、該電池蓋にガスケットを介して正極端子が取付けられてなる乾電池である。そして、この乾電池では、ガスケットを全周に亘って均一に圧縮してかしめるべく、正極端子を第１の金属部材と第２の金属部材から構成し、これら第１の金属部材と第２の金属部材をスポット溶接する。
そしてまた、この乾電池においては、ガスケットの圧縮量を正確にコントロールするため、第１の金属部材と第２の金属部材の相対向する面のいずれか一方にナゲットとなる突起を設ける。
【００１０】
また、この乾電池においては、電解液に対するシールを確実なものとするために、電解液に浸される側に設けられる第２の金属部材のガスケットと接する面に円環状の突起部を設ける。
【００１１】
さらに、この乾電池の組み立て作業を容易なものとすべく、ガスケットを電池蓋を挟んで２分割する。さらには、ガスケットの外周方向へのはみ出しを防ぐために、ガスケットを外周側より中心に向かって次第にその厚みを厚くする。
【００１２】
【作用】
スポット溶接というのは、２枚の金属板を重ね合わせ、これを丸棒状の電極で加圧して通電し、ジュール熱により金属を加熱溶融状態にし、圧力を加えて点状に圧接する方法である。
【００１３】
本発明では、このスポット溶接を用いて、第１の金属部材と第２の金属部材とから構成した正極端子をガスケットを介して電池蓋に固定しているので、電極による圧力が均一にガスケットに加わり、当該ガスケットが全周に亘って均一に圧縮されてかしめられた状態になり、電解液に対するシールが確実なものとなる。
【００１４】
また、第１の金属部材と第２の金属部材の相対向する面のいずれか一方にナゲットとなる突起を設けることにより、この突起がガスケットの圧縮量をコントロールすることになる。
【００１５】
また、電解液に浸される側に設けられる第２の金属部材のガスケットと接する面に円環状の突起部を設けているので、スポット溶接したときに、この突起部と対向するガスケット部分の圧縮力が高まり、電解液に対するシールがより一層確実なものとなる。
【００１６】
さらに、ガスケットを外周側より中心に向かって次第にその厚みを厚くしているので、スポット溶接したときに、当該ガスケットが外周側へ向かってはみ出すことが抑制され、クリープによる機械的強度も損なわれない。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
本実施例の乾電池は、図１に示すように、電解液１が満たされる電池缶２と、この電池缶２に固定される電池蓋３とから構成される角形リチウム電池である。
【００１９】
電池缶２は、上方に開口部４を有し、内部が空洞とされた長方体として形成され、その内部に電解液１を収容するようになっている。
【００２０】
一方、電池蓋３は、電池缶２に満たされた電解液１の漏れを防ぐために、該電池缶２に形成された開口部４を塞ぐに足る大きさに形成されている。そして、この電池蓋３は、上記電池缶２の開口部４を塞ぐようにして、該電池缶２に対して固定されている。
【００２１】
これら電池缶２と電池蓋３は、いずれも導電性を有した金属材料からなり、負極として機能するようになっている。すなわち、この乾電池では、ケース全体が負極として機能する。
【００２２】
そして、この乾電池では、電池蓋３に開設された正極端子取付け孔５に臨むようにして、ガスケット６を介して正極端子７が取付けられている。
【００２３】
ガスケット６は、負極となる電池缶２及び電池蓋３と正極端子７との絶縁を確保すると共に、電解液１の漏洩を防止するシールとして機能するものである。このため、ガスケット６には、ポリプロピレンやフッ素ゴム等の如き絶縁材料を用いることが望ましい。中でも、高温（８０℃）及び低温（−４０℃）下における弾性維持の観点から、フッ素ゴム系のものが好ましい。
【００２４】
かかるガスケット６は、断面略コ字状とされた円筒体として形成され、その外周部分のコ字状をなす凹部に、電池蓋３の正極端子取付け孔５の開口周縁部分が嵌合することにより、上記電池蓋３に対して取付けられている。
【００２５】
一方、正極端子７は、電池蓋３の外に設けられる第１の金属部材８と、電解液１に浸される側に設けられる第２の金属部材９とからなり、これらがスポット溶接されることにより構成されている。これら第１の金属部材８と第２の金属部材９は、いずれも導電性を有するステンレス等の如き金属材料からなる。
【００２６】
第１の金属部材８は、ガスケット６の外形寸法よりも小さい平板として形成され、電池蓋３の外側であるガスケット６の一側面に設けられている。これに対して、第２の金属部材９は、ガスケット６の中心孔１０に嵌合し、その先端部分が第１の金属部材８とスポット溶接される溶接部１１と、ガスケット６の電解液１に浸される側に設けられるフランジ部１２とからなっている。このフランジ部１２は、ガスケット６の外形寸法よりも大とされた平板として形成されている。
【００２７】
これら第１の金属部材８と第２の金属部材９をスポット溶接するには、図２（ａ）に示すように、電池蓋３に取付けたガスケット６の一側面に第１の金属部材８を載せると共に、このガスケット６の中心孔１０に溶接部１１を嵌合させて第２の金属部材９を配置する。
【００２８】
溶接前においては、これら第１の金属部材８と第２の金属部材９を溶接する時にガスケット６も同時にかしめて電解液１の漏洩を防止すべく、溶接部１１の上端面１１ａを第１の金属部材８が載置されるガスケット６の一側面よりも低くしておく。また、この溶接部１１の上端面１１ａには、ガスケット６の圧縮量をコントロールするためのナゲットとなる突起１３を設けておく。かかる突起１３は、第１の金属部材８に設けるようにしてもよい。
【００２９】
そして、溶接機の一対の銅からなる電極１４，１５により、これら第１の金属部材８と第２の金属部材９をその上下方向から挟み込むようにして圧力Ｆを加える。ここで用いる電極１４，１５は、第１の金属部材８と第２の金属部材９の外形寸法よりも大径とされる丸棒状とされ、その第１の金属部材８と第２の金属部材９に接触する接触面が平坦な面とされたものである。
【００３０】
次いで、これら電極１４，１５間に通電する。これら電極１４，１５間に通電する電流値としては、例えば２ＫＡとすることが望ましい。また、加圧力は、５０Ｋｇ前後が好ましい。本実施例では、図３に示すような通電条件の下に溶接を行った。
【００３１】
その結果、突起１３と接触する第１の金属部材８の接触部分がジュール熱により加熱溶融されて点状に圧接される。スポット溶接では、第１の金属部材８と第２の金属部材９に対して垂直に圧着させ通電して接合を行い、しかも平坦な面を有する電極１４，１５による面接触とされるので、傾きを生ずることなくガスケット６を均一に圧縮することができる。
【００３２】
また、このときの圧縮量は、第２の金属部材９に設けた突起１３の高さによって正確にコントロールされる。ガスケット６の圧縮率は、第１の金属部材８から第２の金属部材９の溶接部１１の上端面１１ａまでの対向距離ｈを溶接前のガスケット６の高さＨで割り、これに１００を乗じた値で示される。すなわち、ｈ／Ｈ×１００（％）で示される。通常、圧縮率は２０〜３０％となる。
【００３３】
また、このスポット溶接では、図２（ｂ）に示すナゲット１６から発生する熱が電極１４，１５を通じて速やかに逃げるため、ガスケット６を溶かすような不都合は発生しない。
【００３４】
以上のようにして第１の金属部材８と第２の金属部材９をスポット溶接すれば、スピンカシメとは異なりガスケット６を全体に亘って均一に圧縮してかしめることができ、確実な電解液１の漏洩を防止できるシール効果を得ることができるうえ、ガスケット６の圧縮率を正確に設定することができ、しかも組み立てサイクルを短く、小型化に対応できる。
【００３５】
ところで、上述の乾電池において、組み立て作業をより一層容易なものとするために、前記したガスケット６を電池蓋３を挟んで上下に２分割してもよい。ガスケット６を、図４に示すように、第１のガスケット６ａと第２のガスケット６ｂに２分割すれば、電池蓋３の正極端子取付け孔５に取付ける作業が容易になる。
【００３６】
また、これに加え、電解液１に対するシール効果をより確実なものとするために、図５に示すように、電解液１に浸される側に配される第２のガスケット６ｂと接触する面に円環状の突起部１７を形成するようにしてもよい。かかる突起部１７が設けられる部分では、ガスケット６がより一層かしめられることになるため、電解液１に対するシール効果が確実となる。
【００３７】
さらに、圧縮によるガスケット６の外周方向へのはみ出しを防止するために、図６に示すように、２分割したそれぞれのガスケット６ａ，６ｂを外周側より中心に向かって次第にその厚みが厚くなるようにしてもよい。これに応じて、第１の金属部材８と第２の金属部材９にも、これらガスケット６ａ，６ｂに付けた傾斜角度θと同じ傾斜角度θをつける。そうすることにより、ガスケット６ａ，６ｂの外周方向へのはみ出しが防止できると共に、ガスケット６ａ，６ｂの面圧が高まり、シール効果が増すと考えられる。
【００３８】
この他、図７に示すように、ガスケット６ａ，６ｂをより強くかしめ、電解液１に対するシール効果をより一層確実なものとするために、正極端子７を構成する第１の金属部材８と第２の金属部材９に、それぞれ凸部１８，１９を設けるようにしてもよい。
【００３９】
この例では、第１の金属部材８を単に平板形状とするのではなく、ガスケット６ｂの中心孔１０に臨んで第２の金属部材９とスポット溶接される溶接部２０を有した形状とする。そして、この第１の金属部材８のガスケット６ａと接触する部分に、このガスケット６ａをより強くかしめるための凸部１８を設ける。また、この溶接部２０の先端部には、ナゲットとなる突起１３を設ける。
【００４０】
これに対して、第２の金属部材９は、中央に溶接部２０の先端部分を臨ませる止まり孔として形成される凹部２１を有した円盤形状とする。そして、この凹部２１の底面には、ナゲット２２を２つとするための円形状をなす貫通孔２３を設ける。また、第２の金属部材９のガスケット６ｂと接する側には、やはり当該ガスケット６ｂをより強くかしめるための凸部１９を設ける。
【００４１】
このように、ガスケット６ａ，６ｂを挟んで上下に設けられる第１の金属部材８と第２の金属部材９にそれぞれ凸部１８，１９を設けているので、この凸部１８，１９が設けられる部分の圧縮力が他の部分に比べ高くなり、当該部分のかしめ力がより一層高まる。その結果、電解液１に対するシール効果がより一層確実なものとなる。
【００４２】
なお、図７では、局所的に圧縮部分を作り出す凸部１８，１９を第１の金属部材８と第２の金属部材９に形成したが、これら凸部１８，１９を形成しなくても電解液１に対するシール効果をより確実なものとすることができる。すなわち、図８に示すように、スポット溶接した後に、第１の金属部材８と第２の金属部材９をプレスによってかしめる。ここでは、第１の金属部材８と第２の金属部材９の外周縁部をかしめることにより、電解液１に対するシールド効果を確実なものとしている。
【００４３】
この図８に示す第２の金属部材９は図４とほぼ同じ形状であるが、第１の金属部材８の形状のみを変えている。第１の金属部材８は、単なる平板形状ではなく、中央に溶接部１１の先端部分を臨ませる止まり孔として形成される凹部２４を有した円盤形状としている。また、この凹部２４の底面には、ナゲット１６を２つとするための円形状をなす貫通孔２５を設けている。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る乾電池においては、第１の金属部材と第２の金属部材の２部品から構成した正極端子をガスケットを介して電池蓋にスポット溶接により固定しているので、電極による圧力が均一にガスケットに加わり、当該ガスケットを全周に亘って均一に圧縮してかしめることができ、電解液に対するシールを確実なものとなすことができる。
【００４５】
また、本発明では、第１の金属部材と第２の金属部材の相対向する面のいずれか一方にナゲットとなる突起を設けているので、ガスケットの圧縮量を正確にコントロールすることができる。また、これに加え、電解液に浸される第２の金属部材のガスケットと接する面に円環状の突起部を設けているので、スポット溶接したときに、この突起部と対向するガスケット部分の圧縮力が高まり、電解液に対するシールがより一層確実なものとなる。
【００４６】
さらに、ガスケットを外周側より中心に向かって次第にその厚みを厚くしているので、スポット溶接したときに、当該ガスケットが外周側へ向かってはみ出すことが抑制され、クリープによる機械的強度の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した乾電池の断面図である。
【図２】本発明を適用した乾電池の電極部分を拡大して示すもので、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接後の断面図である。
【図３】本発明を適用した乾電池の電極部分を溶接するときの通電条件を示す特性図である。
【図４】ガスケットを２分割した乾電池の電極部分を拡大して示すもので、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接後の断面図である。
【図５】第２の金属部材に円環状の突起部を設けた乾電池の電極部分を拡大して示すもので、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接後の断面図である。
【図６】ガスケットにテーパを設けた乾電池の電極部分を拡大して示すもので、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接後の断面図である。
【図７】第１の金属部材と第２の金属部材にそれぞれ局所的に圧縮部分を生じさせる凸部を形成した例を示すもので、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接後の断面図である。
【図８】溶接後プレスによってガスケットをかしめた状態を示すもので、（ａ）は溶接前の断面図、（ｂ）は溶接後の断面図、（ｃ）はプレスかしめ後の断面図である。
【図９】スピンカシメ方式による正極電極の取付け方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１電解液
２電池缶
３電池蓋
６，６ａ，６ｂガスケット
７正極端子
８第１の金属部材
９第２の金属部材
１０中心孔
１１溶接部
１２フランジ部
１３突起
１６，２２ナゲット
１７突起部
２３，２５貫通孔

Claims

電解液が満たされる電池缶と、この電池缶に固定される電池蓋とを備え、該電池蓋にガスケットを介して正極端子が取付けられてなる乾電池において、
正極端子が第１の金属部材と第２の金属部材からなり、
これら第１の金属部材と第２の金属部材がスポット溶接され、
上記第１の金属部材と第２の金属部材の相対向する面のいずれか一方にナゲットとなる突起が設けられていることを特徴とする乾電池。
電解液に浸される側に設けられる第２の金属部材のガスケットと接する面に円環状の突起部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の乾電池。
ガスケットが電池蓋を挟んで２分割されていることを特徴とする請求項１記載の乾電池。
ガスケットが外周側より中心に向かって次第にその厚みが厚くなされていることを特徴とする請求項１記載の乾電池。