JP4166938B2 - ガリヴァーニ電池用スナップスルーガスケット - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本出願は圧縮予負荷ガリヴァーニ電池用スナップスルーガスケットシールに関し、特に電池の内部から時期尚早のガス圧の解放を防止するシール手段に関する。
発明の背景
ガリヴァーニ電池は、使用中において所定の条件下で多量のガスを発生する。これらの電池は漏れによる損失を防止するために常時密封しておく必要があるので、高い内部圧力が生じる可能性がある。そのような圧力は漏れ、膨張、もし適当に抜けがない場合には電池の爆発を生じさせる懸念がある。ベントバルブを使用する場合には、電池の寿命がある場合には電解質がなくなるのを避けるためおよびアノードの無駄な腐食を生じる雰囲気から酸素の進入を防ぐために再シール可能になっている。
【０００２】
過去においては、いくつかの異なるタイプの再シール可能リリーフベントバルブがシールされたガリヴァーニ電池の内部から高圧の内部ガスを解放するために使用されていた。一般に使用されていた１つのタイプのバルブは基本的に平らなゴムガスケットのようなバルブメンバであって、コイルばねのような弾性部材によってベントオリフィス上のシール位置に付勢されたものからなる。弾性部材すなわちばねは所定の内部ガス圧力で降伏するように設計されており、瞬間的にシールを抜き、ガスをベントオリフィスを介して逃がすようになっている。
【０００３】
他のタイプの再シール可能ベントは米国特許第３，４５１，６９０号に開示されている。このベントでは平弾性シールガスケットがベント開口に重なっており電池の頂部の弾性端部キャップによって所定位置に保持されている。このベントは基本的には既述のベントと同じように動作する。米国特許第３，６６４，８７８号には再シールベントが開示されており、このベントは電池のコンテナ内に設けられたベントオリフィスと重なるように配置された弾性材料からなる弾性ボールを備えている保持手段がベントオリフィスの上の所定位置に保持するためにおよびそのベントオリフィスの周縁部に設けられたバルブシートと接触状態に保持するようにかつその弾性ボールを平坦化した形状に圧縮し、変形させてその平坦化ボールとバルブシートとの間に適正な液密性シールを形成するように位置決めされている。その弾性ボールはコンテナ内の所定の高内部ガス圧の形成による一時的な変形をさらに行うことができるようになっており、瞬間的にシールを壊してベントオリフィスを介してガスを逃がすようになっている。
【０００４】
別の高圧力再シールベント手段は米国特許第３，２１８，１９７及び３，３１４，８２４号に示されるようなフェイルセイフシステムである。特に、上記‘１９７特許では、ベント手段が開示されており、この場合シールガスケットは電池内に所定の高圧力形成で破断あるいは”ｂｌｏｗ−ｏｕｔ（噴出し）”する薄部を有している。このタイプの問題点はベント手段が小径の電池においては、従来の製造方法によってはガスケットの”ｂｌｏｗ−ｏｕｔ（噴出し）”部分の厚みの一貫性を確保するのが困難であるということである。上記’８２４特許では、破断タイプの安全シールが開示されており、このシールは電池のシール組立体内に位置決めされたスプリングワッシャ及び半径方向に動作する歯付破断ワッシャとを有する。そのワッシャの歯は、スプリングワッシャが内圧を受けるときスプリングワッシャに対して相対的にスライドし、所定のガス圧力が形成されたとき、ワッシャの歯がシールのガスケットを破断（パンク）させ、これによってベント連通を提供する。このタイプのベント手段は数個の部品を必要とするので，製造及び組立てがかなり高額となり、しかも小径の電池には適さない。米国特許第４，０７９，１７２号にはカバーの頂面のインターフェースに配置され、コンテナのふちの上に巻き込まれている、少なくとも１つのガスベント通路を有するシールガリヴァーニ乾電池が開示されている。この通路は巻きリムの下方に設けられた凹部及びまたは巻きリムの一部にあるノッチとして画成されている。米国特許第５，２２７，２６１号は電気化学的電池に関するもので、ベースを結合する中心位置円筒ハブを有するシール部材を有しており、そのベースは通気性ダイアフラム部及び非通気性ダイアフラム部とを有し、ハブは上記ベース上を延びる一端とベースの下方に延びる端部を有し、その中に電流コレクターが入り込んで上記ベースの上方に延びる端部とはまりあっており、上記通気性ダイアフラム部は約１３５度と２５０度の間の弧を形成するインターフェースでハブに結合しており、そのインターフェースはベースの最も薄い部分とされている。
【０００５】
米国特許第４，２５５，４９９号はガリヴァーニ電池に関し、コンテナの頂部周縁部の約１５０度と１９０度の間の第一円弧がコンテナの閉手段上に折り曲げられあるいは巻きこまれており、これにより所定の高圧力形成が電池内で進行した場合、その圧力により、閉手段が上記第一円弧部と残りの第二円弧部の間に形成された直径軸の周りに倒れあるいは傾斜し、これによってコンテナと該コンテナの頂部周縁部の残りの第二円弧部に近い閉手段のインターフェースにベント通路を生成する。
【０００６】
上述のように、再シール可能で高圧力レリーフベントバルブは一般に大型で及び／または電池組立体に組み込むのが困難であり、大型のブローアウト安全ベントは小型電池の用途には不適当である。一方いくつかの電池システム用の低圧力ベント手段は好適に及び十分に漏れによる電解質の損失を防止できず、あるいは、アノードの無駄な腐食を生ずる、雰囲気からの酸素の進入を防止できない。
従って、本発明の重要な目的は最小体積を有効に与えるガリヴァーニ電池に使用するコンパクトで経済的な圧力ベントを提供することであって、これによって電池の最大体積を電池の実働構成要素に使用することができるようにすることである。
【０００７】
さらに、本発明の目的は少数の部品しか必要としないガリヴァーニ電池用の所定圧力ベントを提供し、従って組立てが容易で製造が安価な電池を提供することである。
本発明のたの目的はガリヴァーニ電池内から時期尚早のガスの解放を防止するベントを提供することである。
上記の及びさらにべつの目的は以下の説明及び添付の図面から十分に明らかになるとかんがえる。
【０００８】
発明の概要
本発明は電気化学的電池に関しており、該電池は、アノード電極、カソード電極、コンテナに収容された電解質を有し、前記コンテナは開端及び閉端を有しており、前記コンテナの開端はガスケットでシールされており該ガスケットは直立周壁及び１つの開口を画成するハブを形成する中央位置直立壁とを有するベース部材を備えており、前記ベース部材は前記直立周壁から前記ハブの直立壁にほぼ平行に配設された第二セグメントに向けて半径方向かつ内方に延びる第一セグメントを有しており、前記第二セグメントは、該第２セグメントと前記ハブの直立壁との間に配設された第三セグメントに向けて延びており、前記第三セグメントは前記コンテナの閉端に面した弓状表面と、好ましくは、該第三セグメントの内部表面上に、ノッチを有しており、前記弓状第三セグメントは前記第三セグメントの、好ましくは、１０度から３６０度の間の、ハブの直立壁に隣接するエリアの少なくとも一部に圧縮予負荷を受けており、電池で生成された圧力増大によって生じる限られたエリアにおける引張り応力の作用開始を遅らせ、これによって、電池の時期尚早の通気が防止される。好ましくは、前記ハブの直立壁に隣接する第三セグメントの断面のエリアは、前記第二セグメントとノッチとの間の第三セグメントの厚みの１／８から３／４の間の厚みである。前記ガスケットのハブに隣接する限られたエリアは圧縮状態にあり、それ故、電池内のガスの蓄積に伴う初期の低圧力を吸収する、これによって、電池の時期尚早の通気を防止できるものである。前記第一セグメントと第二セグメントとの間の断面のエリアの厚みは、好ましくは、第一セグメントの断面厚さの約１・１／４ないし２・１／２倍の厚みを有する。第一セグメントと第二セグメントとの協働により、ヒンジ型手段が提供されており、これによって、ガスケットの周壁に加わる半径方向力が前記第１セグメントを介して前記第二セグメントに伝達され、次に、この力は、第三セグメントに伝達される。この第三セグメントへの力によって、第三セグメントは、その第三セグメントの内部表面のノッチによって与えられる第三セグメントのより高い柔軟性により、内方に弓なりに曲げられる。ノッチあるいは溝は、第三セクションをさらに柔軟にし、ガスケットに対するコンテナの引き直し（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ）及び／または折り曲げ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）中、内方に弓なりに曲げるために設けられている。第三セクションの上記曲げによって、前記ハブの壁に隣接する第三セクションのエリア上への圧縮力与える。電池の最終組立後、ガスケットの第三セグメントは、ハブに隣接するベントコーナーすなわちベントエリアにおいて、圧縮予負荷状態とされ、これによって、ガスケットに付加される引っ張り応力の作用開始を遅らせる。ガスケットは、セル内の所定の圧力上昇に耐えて、時期尚早の通気を防止するとともに、電池内の高圧力形成によって、前記ガスケットの第三セクションがスナップスル一特性を持つように設計されている。この結果、第三セグメントは、コンテナの閉端に面した凸状弓部形態からコンテナの開端に面する凸状弓部形態になるようにスナップ動作を生じにようになっている。
【０００９】
このガスケットの新規なスナップスルー特徴によって、ガスケットの最小高さにより最小内部容積を有する構造が提供されており、この結果、最大内部容積を電池の実用状の構成要素に対して使用することができる。したがって、本発明のガスケットの新規な構成によれば、ガスケット上の電池の圧力を電池の通気なしで増加させることができる。この特徴は、圧縮予負荷とガスケットの第三セグメントのスナップスルー動作の確立との組合せによって達成することができる。
本発明のガスケットは、電池のシール中に協働する数個のセグメントを有して構成されており、これによってガスケットのベントエリアにおける引張り応力の作用開始を遅らせるようにガスケットのセグメントに圧縮予負荷をかけて、電池の時期尚早の通気を防止するのである。本発明の新規なガスケットを使用して、必要に応じて、引っ張り応力の作用開始をＣ−サイズ電池で約１４ｋｆ／ｃｍ 2 （２００ｐｓｉ）の内部圧力まで遅らせることができる。電池の組立てはハブに隣接するガスケットの限られたエリアに圧縮を生じる。
【００１０】
圧縮予負荷の目的は、通常の作動圧力のもとで第三セグメントとハブの壁との結合部によって形成された内部角での引っ張り応力をなくすことである。組立てた電池では、ハブに隣接するガスケットのエリアは圧縮状態になっている。内部圧力が増大すると、前記ハブに隣接するエリアと、前記ハブの壁部との間の角度として定義される内角は９０度を超える。
好ましくは、ハブを収容するための開口を有する内部カバーを周壁内に設け該周壁とシール組立体との間に収容する。
【００１１】
第三セグメントの前記限られたエリアの厚さは好ましくは、前記ノッチと第二セグメントとの間に配設された第三セグメントの断面平均厚さの１／８から３／４倍である。
ハブの直立壁は電池のカバー（内部カバー）の中央位置端を収容するようにフランジを備えることができる。また、ガスケットの直立周壁も内部カバーの周壁を収容するためのフランジを備えている。必要に応じてガスケットの直立周壁にリブまたはリムを配置しガスケットの第一及び第二セグメントの上に内部カバーの周端を固定することができる。
好ましくは、ハブを収容するための開口を有する内部カバーを周壁内に設け該周壁とシール組立体との間に収容する。
【００１２】
好ましくは、カバーに結合したガスケットをコンテナにガスケットとカバーに対してコンテナのリムを引きなおして／または折り目をつけてコンテナに固定される。この好ましい実施例では、ガスケットは、通常非電導性合成材料であり、空気と湿気とのバリアとして作用する、とともに、例えば、落下、振動付加及び／または極端な温度変化及び／または湿度変化、及び／または、不正充電といった、物理的な乱用の後にそのシール性を維持するのに十分に強靭である。
【００１３】
円筒形アルカリ電池は一般に収容手段と該収容手段の内部に位置する構成部品とを有する。収容手段は長いコンテナを有しており、このコンテナは１端で開口しており、さらに収容手段はベント組立体を有している。この組立体は端部カバープレート、弾性ガスケット、及び内部カバー及び電流コレクタからなる。ベント組立体の各部材はコンテナの開口端に挿入され、これによってコンテナをシールする。コンテナのリム部はつぎに内方に折り曲げられてシールを形成する。
本発明のシールガスケットは電解質の存在下で安定、柔軟性、コールドフローに対して抵抗を有するように選択された材料を有する。好適な高分子材料はナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等からなるグループから選択される。他の好適な材料は当業者に認識可能である。いくつかの用途では、別の予防手段が本発明のガスケットと組み合わせて可能であり、さらに効果的なシールを与えることができる。このことは例えば、ガスケット表面のフランジを例えば脂肪性ポリアミド樹脂あるいはアスファルトのような粘性材料でコーティングすることによって可能となる。本発明のシールガスケットは射出成形のような製造技術に好適である。ガスケットフランジの表面形状は型、パンチ等から容易に抜くことができるようになっている。好ましくは、ガスケットはナイロンである。端部カバーは電池の材料と接触したとき腐食しないようなあるいは劣化させないような導電性材料でなければならない。電池のコンテナはステンレス鋼、鉄、ニッケル、ニッケルー被覆鋼またはその他のいくつかの導電性材料から構成することができる。本発明はまた電池の時期尚早の通気を防止する安全特性を有する圧力ベント蓋を有するガリヴァーニ乾電池の製造方法に関し該方法は、（ａ）導電性コンテナにセパレータ、アノード、カソード、及び電解質を配置し、（ｂ）直立周壁と１つの開口を画成するハブを形成する中央位置直立壁とを有するベース部材を有するガスケットであって、該ベース部材は前記直立周壁から、前記ハブの直立壁にほぼ平行に配置された第二セグメントに向けて半径方向かつ内方に向けて延びる第一セグメントを有しており、前記第二セグメントは、当該第二セグメントと前記ハブの直立壁との間に配置された第三セグメントに向けて延びており、前記第三セグメントは弓状に曲げられており、これによって、該第三セグメントは、コンテナの閉端に面しておりかつノッチを有しており、そして、該弓状の第三コンテナはハブの直立壁に隣接する第三セグメントのエリアに圧縮予負荷力を受けており、電池内に生じるガスの圧力増大に起因する、ハブに隣接するエリアにおける引っ張り応力の作用開始を遅らせ、これによって、電池の時期尚早の通気を防止するガスケットを用意し、
（ｃ）コンテナ内に内部カバー、ガスケット及び電流コレクタを組み込み、
（ｄ）ガスケットの前記周壁の上方に内部カバーの上にむけてコンテナの頂端部を縮小して、シールされた電池を提供し、前記ハブに隣接したエリアを圧縮予負荷応力状態にしておく、工程を有する。ここで使用されているようにコンテナの頂端部を限定するという用語は、引き直し（再絞り（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ））、折り曲げ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）工程あるいはその他ガスケットの限られたエリアに圧縮応力を付加する工程を意味するものとする。
【００１４】
第三セグメントのノッチは好ましくは、第三セグメントの長さの１／４及び３／４の間に位置しており、さらに好ましくは、その長さの１／３から２／３の間に位置している。
本発明の好ましい実施例の詳細な説明
図１−３を参照すると、直立周壁４と直立中央位置円筒形ハブ６を有して延びるベース部材を備えたガスケット１が示されている。ベース部材２の内部において、直立周壁４とハブ６との間には第一セグメント８、第二セグメント１０及び第三セグメント１２が設けられている。第一セグメント８と第二セグメント１０との成す角Ａは約７０度である。フランジ３８が内部コーナー１９を支持するように図２に図示され、かつそのように設計されている。図１に示すように、セクション１１の厚さは、第一セグメント８の厚さの約１・１／２倍である。図２はガリヴァーニ電池２０に組み込まれた図１のガスケットを示す。図１に示されるうに、上記限られたエリアセグメント１８とハブ６の壁７との内部角Ｂは８０度である。ノッチ１５がガスケット１の第三セグメント１２に示されており、このノッチ１５は、第三セクション１２をさらに柔軟にするように設けられ、ガスケットの上にコンテナが引き直し（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ）あるい折り曲げ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）されるときに、内方に弓状に折り曲げられるようになっている。第３セクション１２の曲がりによって、ハブに隣接する第３セクション１２の減肉厚部１８には、圧縮力が作用する。
【００１５】
図２は組立てられたアルカリーマンガン二酸化亜鉛電池２０を示しており、該電池は内部にアノードミックス２４及びセパレータ２８で隔離されたカソード２６を有するコンテナ２２を備えている。アノードミックス２４はゲル化材を有する粒子化亜鉛と水性水酸化カリウムのような電解質を含む。カソードは二酸化マンガン及びグラファイトのような導電性材料を含む。図２に示すように図１のガスケットはコンテナ２２の開口端に位置しており、ガスケット１はカソード２６の支持を受けている。必要に応じてシール材の層はシールとコンテナとのインターフェースに配置されている。ガスケット１、カバー１９及び電流コレクタ３０をコンテナ２２内に挿入することによって、電流コレクタ３０はアノードミックス２４との良好な電気接触を得る。一端ガスケット手段がコンテナ２２内に着座し、カバー１９がガスケット１内に着座すると端部カバー３２が電流コレクタ３０上に配置され、その後コンテナ２２の環状縁部セグメント３４がガスケット１、カバー１９、カバー３２に対して半径方向に圧縮されてガスケット１を半径方向にコンテナ２２の開口に対してシールする。
【００１６】
内部カバー１９はハブ６の壁７のフランジ３８上にシールガスケット１内で着座するように設計されている。開口３５が内部カバー１９に設けられており、開口３７が端かばー２に設けられており、これによって内部圧力を通気するようになっている。
【００１７】
図２に示すようにガスケット１の第三セグメント１２の限られたエリア１６は引きなおし工程及び／または折り曲げ（しわ寄せ）工程中圧縮応力を受けるようになっている。このガスケット上の予負荷応力は、上記限定されたエリアにおける引張り応力の作用開始を遅らせ、電池の時期尚早の通気を防止する。図３は図１及び２のガスケット１が電池内で高圧力を受けて第三セグメントを外側に反転させ、限られたエリア１８が引っ張り状態に置かれることを示す。もし圧力上昇が急激である場合には、ガスケットはスナップスルー動作により、通気を可能とする。
【００１８】
また、ここに記述され、説明された本発明の好ましい実施例に対する他の修正、変更が本発明の精神と範囲を逸脱することなく可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
本発明は、本発明の実施例の代表例として記載されている添付の図面とともに検討すれば以下の記述からさらに明確になると思う。しかし、以下の説明はいかなる意味でも限定的にする意図は有していない。
【図１】 電池内で使用するガスケットの部分断面図、
【図２】 ガリヴァーニ電池に組み込まれた図１のガスケット手段断面立面図、
【図３】 高内部圧力にさらされた変形ガスケットの部分断面図である。
発明の分野
本出願は圧縮予負荷ガリヴァーニ電池用スナップスルーガスケットシールに関し、特に電池の内部から時期尚早のガス圧の解放を防止するシール手段に関する。
発明の背景
ガリヴァーニ電池は、使用中において所定の条件下で多量のガスを発生する。これらの電池は漏れによる損失を防止するために常時密封しておく必要があるので、高い内部圧力が生じる可能性がある。そのような圧力は漏れ、膨張、もし適当に抜けがない場合には電池の爆発を生じさせる懸念がある。ベントバルブを使用する場合には、電池の寿命がある場合には電解質がなくなるのを避けるためおよびアノードの無駄な腐食を生じる雰囲気から酸素の進入を防ぐために再シール可能になっている。
【０００２】
過去においては、いくつかの異なるタイプの再シール可能リリーフベントバルブがシールされたガリヴァーニ電池の内部から高圧の内部ガスを解放するために使用されていた。一般に使用されていた１つのタイプのバルブは基本的に平らなゴムガスケットのようなバルブメンバであって、コイルばねのような弾性部材によってベントオリフィス上のシール位置に付勢されたものからなる。弾性部材すなわちばねは所定の内部ガス圧力で降伏するように設計されており、瞬間的にシールを抜き、ガスをベントオリフィスを介して逃がすようになっている。
【０００３】
他のタイプの再シール可能ベントは米国特許第３，４５１，６９０号に開示されている。このベントでは平弾性シールガスケットがベント開口に重なっており電池の頂部の弾性端部キャップによって所定位置に保持されている。このベントは基本的には既述のベントと同じように動作する。米国特許第３，６６４，８７８号には再シールベントが開示されており、このベントは電池のコンテナ内に設けられたベントオリフィスと重なるように配置された弾性材料からなる弾性ボールを備えている保持手段がベントオリフィスの上の所定位置に保持するためにおよびそのベントオリフィスの周縁部に設けられたバルブシートと接触状態に保持するようにかつその弾性ボールを平坦化した形状に圧縮し、変形させてその平坦化ボールとバルブシートとの間に適正な液密性シールを形成するように位置決めされている。その弾性ボールはコンテナ内の所定の高内部ガス圧の形成による一時的な変形をさらに行うことができるようになっており、瞬間的にシールを壊してベントオリフィスを介してガスを逃がすようになっている。
【０００４】
別の高圧力再シールベント手段は米国特許第３，２１８，１９７及び３，３１４，８２４号に示されるようなフェイルセイフシステムである。特に、上記‘１９７特許では、ベント手段が開示されており、この場合シールガスケットは電池内に所定の高圧力形成で破断あるいは”ｂｌｏｗ−ｏｕｔ（噴出し）”する薄部を有している。このタイプの問題点はベント手段が小径の電池においては、従来の製造方法によってはガスケットの”ｂｌｏｗ−ｏｕｔ（噴出し）”部分の厚みの一貫性を確保するのが困難であるということである。上記’８２４特許では、破断タイプの安全シールが開示されており、このシールは電池のシール組立体内に位置決めされたスプリングワッシャ及び半径方向に動作する歯付破断ワッシャとを有する。そのワッシャの歯は、スプリングワッシャが内圧を受けるときスプリングワッシャに対して相対的にスライドし、所定のガス圧力が形成されたとき、ワッシャの歯がシールのガスケットを破断（パンク）させ、これによってベント連通を提供する。このタイプのベント手段は数個の部品を必要とするので，製造及び組立てがかなり高額となり、しかも小径の電池には適さない。米国特許第４，０７９，１７２号にはカバーの頂面のインターフェースに配置され、コンテナのふちの上に巻き込まれている、少なくとも１つのガスベント通路を有するシールガリヴァーニ乾電池が開示されている。この通路は巻きリムの下方に設けられた凹部及びまたは巻きリムの一部にあるノッチとして画成されている。米国特許第５，２２７，２６１号は電気化学的電池に関するもので、ベースを結合する中心位置円筒ハブを有するシール部材を有しており、そのベースは通気性ダイアフラム部及び非通気性ダイアフラム部とを有し、ハブは上記ベース上を延びる一端とベースの下方に延びる端部を有し、その中に電流コレクターが入り込んで上記ベースの上方に延びる端部とはまりあっており、上記通気性ダイアフラム部は約１３５度と２５０度の間の弧を形成するインターフェースでハブに結合しており、そのインターフェースはベースの最も薄い部分とされている。
【０００５】
米国特許第４，２５５，４９９号はガリヴァーニ電池に関し、コンテナの頂部周縁部の約１５０度と１９０度の間の第一円弧がコンテナの閉手段上に折り曲げられあるいは巻きこまれており、これにより所定の高圧力形成が電池内で進行した場合、その圧力により、閉手段が上記第一円弧部と残りの第二円弧部の間に形成された直径軸の周りに倒れあるいは傾斜し、これによってコンテナと該コンテナの頂部周縁部の残りの第二円弧部に近い閉手段のインターフェースにベント通路を生成する。
【０００６】
上述のように、再シール可能で高圧力レリーフベントバルブは一般に大型で及び／または電池組立体に組み込むのが困難であり、大型のブローアウト安全ベントは小型電池の用途には不適当である。一方いくつかの電池システム用の低圧力ベント手段は好適に及び十分に漏れによる電解質の損失を防止できず、あるいは、アノードの無駄な腐食を生ずる、雰囲気からの酸素の進入を防止できない。
従って、本発明の重要な目的は最小体積を有効に与えるガリヴァーニ電池に使用するコンパクトで経済的な圧力ベントを提供することであって、これによって電池の最大体積を電池の実働構成要素に使用することができるようにすることである。
【０００７】
さらに、本発明の目的は少数の部品しか必要としないガリヴァーニ電池用の所定圧力ベントを提供し、従って組立てが容易で製造が安価な電池を提供することである。
本発明のたの目的はガリヴァーニ電池内から時期尚早のガスの解放を防止するベントを提供することである。
上記の及びさらにべつの目的は以下の説明及び添付の図面から十分に明らかになるとかんがえる。
【０００８】
発明の概要
本発明は電気化学的電池に関しており、該電池は、アノード電極、カソード電極、コンテナに収容された電解質を有し、前記コンテナは開端及び閉端を有しており、前記コンテナの開端はガスケットでシールされており該ガスケットは直立周壁及び１つの開口を画成するハブを形成する中央位置直立壁とを有するベース部材を備えており、前記ベース部材は前記直立周壁から前記ハブの直立壁にほぼ平行に配設された第二セグメントに向けて半径方向かつ内方に延びる第一セグメントを有しており、前記第二セグメントは、該第２セグメントと前記ハブの直立壁との間に配設された第三セグメントに向けて延びており、前記第三セグメントは前記コンテナの閉端に面した弓状表面と、好ましくは、該第三セグメントの内部表面上に、ノッチを有しており、前記弓状第三セグメントは前記第三セグメントの、好ましくは、１０度から３６０度の間の、ハブの直立壁に隣接するエリアの少なくとも一部に圧縮予負荷を受けており、電池で生成された圧力増大によって生じる限られたエリアにおける引張り応力の作用開始を遅らせ、これによって、電池の時期尚早の通気が防止される。好ましくは、前記ハブの直立壁に隣接する第三セグメントの断面のエリアは、前記第二セグメントとノッチとの間の第三セグメントの厚みの１／８から３／４の間の厚みである。前記ガスケットのハブに隣接する限られたエリアは圧縮状態にあり、それ故、電池内のガスの蓄積に伴う初期の低圧力を吸収する、これによって、電池の時期尚早の通気を防止できるものである。前記第一セグメントと第二セグメントとの間の断面のエリアの厚みは、好ましくは、第一セグメントの断面厚さの約１・１／４ないし２・１／２倍の厚みを有する。第一セグメントと第二セグメントとの協働により、ヒンジ型手段が提供されており、これによって、ガスケットの周壁に加わる半径方向力が前記第１セグメントを介して前記第二セグメントに伝達され、次に、この力は、第三セグメントに伝達される。この第三セグメントへの力によって、第三セグメントは、その第三セグメントの内部表面のノッチによって与えられる第三セグメントのより高い柔軟性により、内方に弓なりに曲げられる。ノッチあるいは溝は、第三セクションをさらに柔軟にし、ガスケットに対するコンテナの引き直し（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ）及び／または折り曲げ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）中、内方に弓なりに曲げるために設けられている。第三セクションの上記曲げによって、前記ハブの壁に隣接する第三セクションのエリア上への圧縮力与える。電池の最終組立後、ガスケットの第三セグメントは、ハブに隣接するベントコーナーすなわちベントエリアにおいて、圧縮予負荷状態とされ、これによって、ガスケットに付加される引っ張り応力の作用開始を遅らせる。ガスケットは、セル内の所定の圧力上昇に耐えて、時期尚早の通気を防止するとともに、電池内の高圧力形成によって、前記ガスケットの第三セクションがスナップスル一特性を持つように設計されている。この結果、第三セグメントは、コンテナの閉端に面した凸状弓部形態からコンテナの開端に面する凸状弓部形態になるようにスナップ動作を生じにようになっている。
【０００９】
このガスケットの新規なスナップスルー特徴によって、ガスケットの最小高さにより最小内部容積を有する構造が提供されており、この結果、最大内部容積を電池の実用状の構成要素に対して使用することができる。したがって、本発明のガスケットの新規な構成によれば、ガスケット上の電池の圧力を電池の通気なしで増加させることができる。この特徴は、圧縮予負荷とガスケットの第三セグメントのスナップスルー動作の確立との組合せによって達成することができる。
本発明のガスケットは、電池のシール中に協働する数個のセグメントを有して構成されており、これによってガスケットのベントエリアにおける引張り応力の作用開始を遅らせるようにガスケットのセグメントに圧縮予負荷をかけて、電池の時期尚早の通気を防止するのである。本発明の新規なガスケットを使用して、必要に応じて、引っ張り応力の作用開始をＣ−サイズ電池で約１４ｋｆ／ｃｍ 2 （２００ｐｓｉ）の内部圧力まで遅らせることができる。電池の組立てはハブに隣接するガスケットの限られたエリアに圧縮を生じる。
【００１０】
圧縮予負荷の目的は、通常の作動圧力のもとで第三セグメントとハブの壁との結合部によって形成された内部角での引っ張り応力をなくすことである。組立てた電池では、ハブに隣接するガスケットのエリアは圧縮状態になっている。内部圧力が増大すると、前記ハブに隣接するエリアと、前記ハブの壁部との間の角度として定義される内角は９０度を超える。
好ましくは、ハブを収容するための開口を有する内部カバーを周壁内に設け該周壁とシール組立体との間に収容する。
【００１１】
第三セグメントの前記限られたエリアの厚さは好ましくは、前記ノッチと第二セグメントとの間に配設された第三セグメントの断面平均厚さの１／８から３／４倍である。
ハブの直立壁は電池のカバー（内部カバー）の中央位置端を収容するようにフランジを備えることができる。また、ガスケットの直立周壁も内部カバーの周壁を収容するためのフランジを備えている。必要に応じてガスケットの直立周壁にリブまたはリムを配置しガスケットの第一及び第二セグメントの上に内部カバーの周端を固定することができる。
好ましくは、ハブを収容するための開口を有する内部カバーを周壁内に設け該周壁とシール組立体との間に収容する。
【００１２】
好ましくは、カバーに結合したガスケットをコンテナにガスケットとカバーに対してコンテナのリムを引きなおして／または折り目をつけてコンテナに固定される。この好ましい実施例では、ガスケットは、通常非電導性合成材料であり、空気と湿気とのバリアとして作用する、とともに、例えば、落下、振動付加及び／または極端な温度変化及び／または湿度変化、及び／または、不正充電といった、物理的な乱用の後にそのシール性を維持するのに十分に強靭である。
【００１３】
円筒形アルカリ電池は一般に収容手段と該収容手段の内部に位置する構成部品とを有する。収容手段は長いコンテナを有しており、このコンテナは１端で開口しており、さらに収容手段はベント組立体を有している。この組立体は端部カバープレート、弾性ガスケット、及び内部カバー及び電流コレクタからなる。ベント組立体の各部材はコンテナの開口端に挿入され、これによってコンテナをシールする。コンテナのリム部はつぎに内方に折り曲げられてシールを形成する。
本発明のシールガスケットは電解質の存在下で安定、柔軟性、コールドフローに対して抵抗を有するように選択された材料を有する。好適な高分子材料はナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等からなるグループから選択される。他の好適な材料は当業者に認識可能である。いくつかの用途では、別の予防手段が本発明のガスケットと組み合わせて可能であり、さらに効果的なシールを与えることができる。このことは例えば、ガスケット表面のフランジを例えば脂肪性ポリアミド樹脂あるいはアスファルトのような粘性材料でコーティングすることによって可能となる。本発明のシールガスケットは射出成形のような製造技術に好適である。ガスケットフランジの表面形状は型、パンチ等から容易に抜くことができるようになっている。好ましくは、ガスケットはナイロンである。端部カバーは電池の材料と接触したとき腐食しないようなあるいは劣化させないような導電性材料でなければならない。電池のコンテナはステンレス鋼、鉄、ニッケル、ニッケルー被覆鋼またはその他のいくつかの導電性材料から構成することができる。本発明はまた電池の時期尚早の通気を防止する安全特性を有する圧力ベント蓋を有するガリヴァーニ乾電池の製造方法に関し該方法は、（ａ）導電性コンテナにセパレータ、アノード、カソード、及び電解質を配置し、（ｂ）直立周壁と１つの開口を画成するハブを形成する中央位置直立壁とを有するベース部材を有するガスケットであって、該ベース部材は前記直立周壁から、前記ハブの直立壁にほぼ平行に配置された第二セグメントに向けて半径方向かつ内方に向けて延びる第一セグメントを有しており、前記第二セグメントは、当該第二セグメントと前記ハブの直立壁との間に配置された第三セグメントに向けて延びており、前記第三セグメントは弓状に曲げられており、これによって、該第三セグメントは、コンテナの閉端に面しておりかつノッチを有しており、そして、該弓状の第三コンテナはハブの直立壁に隣接する第三セグメントのエリアに圧縮予負荷力を受けており、電池内に生じるガスの圧力増大に起因する、ハブに隣接するエリアにおける引っ張り応力の作用開始を遅らせ、これによって、電池の時期尚早の通気を防止するガスケットを用意し、
（ｃ）コンテナ内に内部カバー、ガスケット及び電流コレクタを組み込み、
（ｄ）ガスケットの前記周壁の上方に内部カバーの上にむけてコンテナの頂端部を縮小して、シールされた電池を提供し、前記ハブに隣接したエリアを圧縮予負荷応力状態にしておく、工程を有する。ここで使用されているようにコンテナの頂端部を限定するという用語は、引き直し（再絞り（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ））、折り曲げ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）工程あるいはその他ガスケットの限られたエリアに圧縮応力を付加する工程を意味するものとする。
【００１４】
第三セグメントのノッチは好ましくは、第三セグメントの長さの１／４及び３／４の間に位置しており、さらに好ましくは、その長さの１／３から２／３の間に位置している。
本発明の好ましい実施例の詳細な説明
図１−３を参照すると、直立周壁４と直立中央位置円筒形ハブ６を有して延びるベース部材を備えたガスケット１が示されている。ベース部材２の内部において、直立周壁４とハブ６との間には第一セグメント８、第二セグメント１０及び第三セグメント１２が設けられている。第一セグメント８と第二セグメント１０との成す角Ａは約７０度である。フランジ３８が内部コーナー１９を支持するように図２に図示され、かつそのように設計されている。図１に示すように、セクション１１の厚さは、第一セグメント８の厚さの約１・１／２倍である。図２はガリヴァーニ電池２０に組み込まれた図１のガスケットを示す。図１に示されるうに、上記限られたエリアセグメント１８とハブ６の壁７との内部角Ｂは８０度である。ノッチ１５がガスケット１の第三セグメント１２に示されており、このノッチ１５は、第三セクション１２をさらに柔軟にするように設けられ、ガスケットの上にコンテナが引き直し（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ）あるい折り曲げ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）されるときに、内方に弓状に折り曲げられるようになっている。第３セクション１２の曲がりによって、ハブに隣接する第３セクション１２の減肉厚部１８には、圧縮力が作用する。
【００１５】
図２は組立てられたアルカリーマンガン二酸化亜鉛電池２０を示しており、該電池は内部にアノードミックス２４及びセパレータ２８で隔離されたカソード２６を有するコンテナ２２を備えている。アノードミックス２４はゲル化材を有する粒子化亜鉛と水性水酸化カリウムのような電解質を含む。カソードは二酸化マンガン及びグラファイトのような導電性材料を含む。図２に示すように図１のガスケットはコンテナ２２の開口端に位置しており、ガスケット１はカソード２６の支持を受けている。必要に応じてシール材の層はシールとコンテナとのインターフェースに配置されている。ガスケット１、カバー１９及び電流コレクタ３０をコンテナ２２内に挿入することによって、電流コレクタ３０はアノードミックス２４との良好な電気接触を得る。一端ガスケット手段がコンテナ２２内に着座し、カバー１９がガスケット１内に着座すると端部カバー３２が電流コレクタ３０上に配置され、その後コンテナ２２の環状縁部セグメント３４がガスケット１、カバー１９、カバー３２に対して半径方向に圧縮されてガスケット１を半径方向にコンテナ２２の開口に対してシールする。
【００１６】
内部カバー１９はハブ６の壁７のフランジ３８上にシールガスケット１内で着座するように設計されている。開口３５が内部カバー１９に設けられており、開口３７が端かばー２に設けられており、これによって内部圧力を通気するようになっている。
【００１７】
図２に示すようにガスケット１の第三セグメント１２の限られたエリア１６は引きなおし工程及び／または折り曲げ（しわ寄せ）工程中圧縮応力を受けるようになっている。このガスケット上の予負荷応力は、上記限定されたエリアにおける引張り応力の作用開始を遅らせ、電池の時期尚早の通気を防止する。図３は図１及び２のガスケット１が電池内で高圧力を受けて第三セグメントを外側に反転させ、限られたエリア１８が引っ張り状態に置かれることを示す。もし圧力上昇が急激である場合には、ガスケットはスナップスルー動作により、通気を可能とする。
【００１８】
また、ここに記述され、説明された本発明の好ましい実施例に対する他の修正、変更が本発明の精神と範囲を逸脱することなく可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
本発明は、本発明の実施例の代表例として記載されている添付の図面とともに検討すれば以下の記述からさらに明確になると思う。しかし、以下の説明はいかなる意味でも限定的にする意図は有していない。
【図１】 電池内で使用するガスケットの部分断面図、
【図２】 ガリヴァーニ電池に組み込まれた図１のガスケット手段断面立面図、
【図３】 高内部圧力にさらされた変形ガスケットの部分断面図である。
Claims (20)
- アノード電極、カソード電極、コンテナに収容された電解質を有し、前記コンテナは開端及び閉端を有しており、前記コンテナの開端はガスケットでシールされており、該ガスケットは直立周壁及び１つの開口を画成するハブを形成する中央位置直立壁とを有するベース部材を備えており、前記ベース部材は前記直立周壁から前記ハブの直立壁にほぼ平行に配置された第二セグメントに向けて半径方向かつ内方に延びる第一セグメントを有しており、前記第二セグメントは該第二セグメントとハブの直立壁との間に配設された第３セグメントに向けて延びており、前記第三セグメントは内部コンテナに面した弓状湾曲面及びノッチを有しており、該弓状湾曲第三セグメントは、前記ハブの直立壁に隣接する該第三セグメントの少なくとも一部のエリアにおいて、電池の時期尚早の通気を防止する圧縮予負荷力を受けていることを特徴とするガリヴァーニ乾電池。
- 前記ノッチが前記第三セグメントの長さの１／４と３／４との間に位置していることを特徴とするセグメントに記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記ハブに隣接する第三セグメントのエリアとハブの直立壁との間に形成される角度が９０度未満であることを特徴とする請求項１に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記ハブに隣接する第三セグメントのエリアの厚さが前記第三セグメントのノッチと第二セグメントの間に設けられているエリアの厚さの約１／８から約３／４の間であることを特徴とする請求項１に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記ハブの直立壁がフランジを有していることを特徴とする請求項１に記載のガリヴァーニ乾電池。
- カバーがハブを収容するための開口を有しており、かつ、ガスケットの直立周壁とハブの直立壁内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記ガスケットがナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリスチレンからなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項１に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記アノードが亜鉛からなり、前記カソードが二酸化マンガンからなり前記電解質が水酸化カリウムであることを特徴とする請求項１に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記アノードが亜鉛からなり、前記カソードが二酸化マンガンからなり前記電解質が水酸化カリウムであることを特徴とする請求項２に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記ガスケットがナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリスチレンからなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項３に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 前記ガスケットがナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリスチレンからなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項４に記載のガリヴァーニ乾電池。
- 電池の時期尚早の通気を防止する安全特性を有する圧力ベント蓋を有するガリヴァーニ乾電池の製造方法であって、
（ａ）導電性コンテナにセパレータ、アノード、カソード、及び電解質を配置し、
（ｂ）直立周壁と１つの開口を画成するハブを形成する中央位置直立壁とを有するベース部材を有するガスケットであって、該ベース部材は前記直立周壁から、前記ハブの直立壁にほぼ平行に配置された第二セグメントに向けて半径方向かつ内方に向けて延びる第一セグメントを有しており、前記第二セグメントは、当該第二セグメントと前記ハブの直立壁との間に配置された第三セグメントに向けて延びており、前記第三セグメントは弓状に曲げられており、これによって、該第三セグメントは、コンテナの閉端に面しておりかつノッチを有しており、そして、該弓状の第三コンテナはハブの直立壁に隣接する第三セグメントのエリアに圧縮予負荷力を受けており、電池内に生じるガスの圧力増大に起因する、ハブに隣接するエリアにおける引っ張り応力の作用開始を遅らせ、これによって、電池の時期尚早の通気を防止するガスケットを用意し、
（ｃ）コンテナ内に内部カバー、ガスケット及び電流コレクタを組み込み、
（ｄ）ガスケットの前記周壁の上方に内部カバーの上にむけてコンテナの頂端部を縮小して、シールされた電池を提供し、前記ハブに隣接したエリアを圧縮予負荷応力状態にしておく、工程を有することを特徴とする方法。 - 工程（ｄ）において、前記縮小工程が引きなおし工程であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 工程（ｄ）において、前記縮小工程が折り曲げ工程であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 工程（ｄ）において、さらに折り曲げ工程が付加されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記ノッチが前記第三セグメントの長さの１／４及び３／４の間に位置していることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記ハブに隣接する第三セグメントのエリア厚みが、前記ノッチと第二セグメントとの間の第三セグメントの厚みの１／８から３／４の間の厚みであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記ガスケットがナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリスチレンからなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記アノードが亜鉛からなり、前記カソードが二酸化マンガンからなり前記電解質が水酸化カリウムであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
- 前記ガスケットがナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオローアルコキシポリマー、ポリビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリスチレンからなるグループから選択される材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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