JP4225629B2 - 電池用封口体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ電池などの電池に使用される樹脂製の封口体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばアルカリ乾電池には、集電棒を圧入することで電解液封止の役割をもつとともに、内部ガス発生時には防爆安全弁の役割を担う熱可塑性樹脂製の封口体が使用されている。この封口体は射出成形により製造されるものであるが、その射出成形時に金型キャビティ内へ樹脂を流し込むゲートの位置について、封口体の品質保証のうえから各種検討が加えられている。
【０００３】
封口体は、図１に示すように、全体としてキャップ状を呈するものであり、その底部１の中央に集電棒を圧入して保持するボス部２が形成され、該ボス部２の周囲に、防爆安全弁となる肉薄部３が形成されている。すなわち、内部にガスが発生したときにはこの肉薄部３が裂けることで圧力を逃がし、電池の破裂を防止する安全弁として機能する。
【０００４】
このようなボス部とその周囲の肉薄部を有する封口体の場合、ボス部の強度を上げる（集電棒圧入に対する耐圧入強度）ことと、ボス部周囲の肉薄部にウエルドラインを発生させない（弁強度の安定性確保）ことが重要である。このことを考慮して、従来においては図１〜図８に示すような各ゲート位置が採用されている。
【０００５】
図１に示すのは、肉薄部３よりも外側の底部１における３カ所にゲート４を設けて樹脂をキャビティ内へ流し込む手法である。図１（イ）は封口体の平面図、図１（ロ）は図１（イ）のＡ−Ａ断面で見たキャビティ内の封口体断面図を示している。
【０００６】
この図１に示すゲート配置による射出成型時には、キャビティ内において樹脂が図２（イ）〜（ホ）に示すような挙動を示す。まずゲート４から射出された樹脂は底部１を広がっていき（イ）、そして、３カ所のゲート４から射出された各樹脂流がぶつかり合いながら徐々にキャビティを充填していく（ロ）〜（ホ）。そのときに、３カ所のゲート４による各樹脂流のぶつかる境界部分がウエルドラインとなって、放射方向に３本のウエルドラインが形成される。この放射方向のウエルドラインはボス部２まで及び、これが深いと、集電棒圧入のときのボスクラックにつながる。特に図１のゲート配置の場合、ゲート４とボス部２の間に肉薄部３があるためボス部２に圧力がかかりにくくなっており、ウエルドラインが深くなりやすいうえにボス部２の密度も低くなるので、クラックを発生しやすい。また、肉薄部３より外側にゲート４があると、ゲート４から流入した樹脂はいったん肉薄部３でせき止められ（流れが止まる）、このため外周部分が充填されてからボス部２が充填されることになるので、肉薄部３の密着不良につながり、これが発生すると電解液漏洩の原因となる。
【０００７】
図３に示すのは、底部１の外周に立設された側壁部５の部分にゲート４を配置した手法である。この図３は図１（ロ）相当の断面図を示している。
【０００８】
この図３の手法の場合、キャビティ内において樹脂は図４（イ）〜（ヘ）に示す挙動を示す。まず、ゲート４からキャビティ内へ流入した樹脂は、側壁部５から底部１へ流れ、ボス部２を取り巻くようにして底部１を充填していく。すなわち、肉薄部３は薄いことから樹脂が入りにくいので、厚みのある底部１が先に充填されていく（イ）〜（ロ）。そして、ボス部２を取り巻くようにして流れてきた樹脂の先端部分がぶつかり合うと、そのぶつかり合った境界部分にウエルドラインを形成しながら肉薄部３を通ってボス部２へ樹脂が流入していき、ボス部２が充填されていく（ハ）〜（ヘ）。このときには、放射方向のウエルドラインａ，ａ’と、肉薄部３に沿った半円状の円周方向のウエルドラインｂが形成されることになる。
【０００９】
図３のゲート配置の場合も、図１の手法同様に肉薄部３より外側にゲート４が配置されているため、深いウエルドラインが発生しやすく、肉薄部３の密着不良を起こしやすい。また特に、図３の手法の場合はウエルドラインｂが形成されてしまうため、密着不良につながりやすい。
【００１０】
図５に示すのは、ボス部２にゲート４を設けた手法である。この図５も図３同様の断面図で示してある。
【００１１】
この図５のゲート配置ではボス部２にゲート４を設けてあるため、上記のようなボス部２の密度不足や肉薄部３の密着不良の解消に有効な手法となっている。しかし、図６（イ）（ロ）にボス部２の部分を拡大して示しているように、ボス部２に発生する放射方向のウエルドラインを解消することはできていない。ボス部２にゲート４を設けていることから圧力がかかりやすいので、ある程度の強度は得られるが、クラックの原因となる可能性を完全には否定できない。また、ゲート４がボス部２に設けてあり、樹脂が固まった後にボス部分とゲート部分とを切り離さなければならないが、そのゲート切断面に微細なクラックが発生することがあり、強度低下につながる可能性がある。加えて、ボス部分の樹脂とゲート部分の樹脂とに硬化の時間差がでるため、保圧にてゲート口の固まった樹脂がボス部２へ入り込む現象（ヨリ）が発生し、ボス部２の強度がゲート部分で弱くなる強度不均一につながる。これが集電棒圧入時のボスクラック発生要因となり得る。またさらに、ゲート４から流入する樹脂が壁に当たるまでの距離が長いため、その部分で樹脂の流れの配向が強く現れ、集電棒圧入に対するボス強度低下要因となる可能性がある。
【００１２】
図７に示すのは、ボス部２の端面中央部分（圧入孔周囲）から環状ゲート４にて樹脂を射出する手法である。図７の断面図は図３や図５相当であるが、上下を逆にして示している。
【００１３】
この図７のゲート配置の場合、樹脂が均等にボス部２へ流入することから、クラックにつながる放射方向のウエルドライン及び肉薄部の密着不良を解消することが可能である。しかし、上記図５の手法にあるゲート切断面のクラック、ヨリ、樹脂の配向という問題を解決するには至っていない。特に、集電棒を圧入するボス部２の圧入孔となる内径ピンＰの径に対しゲート径を広くして環状ゲート４を形成してあり、ゲート４が圧入孔のすぐ脇にくる構造であるため、ゲート部分の不具合が圧入時に最も影響を受けてしまう。また、図７（ロ）に示すようにゲート４から樹脂が直進的に流入するので、樹脂の配向という問題に加え、図８（イ）〜（ハ）に示す樹脂流動パターンのようにボス部２の角部分にエアが閉じ込められてしまい、ウエルドやボイド、焼けなどの不良要因となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したゲート配置の方式において、ボス部の耐圧入強度に影響する放射方向のウエルドライン及び肉薄部の密着不良を発生させるおそれのないのは、ボス部端面中央に環状ゲートを設ける図７の手法である。そこで、この手法における不具合を解消することができれば、高品質の封口体を作り出せる製造方法を提供できる。したがって本発明は、図７のゲート配置による手法の不具合を解消することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的のため本発明によれば、集電棒を圧入する圧入孔をもったボス部と該ボス部周囲の肉薄部とを有する電池用封口体の射出成形による製造方法において、ボス部端面部分にゲートを設けるとともに、該ゲートに対して、樹脂充填時に後退位置にあって圧入孔周囲の環状樹脂流入路を形成し且つ樹脂充填後硬化前に前進して前記環状樹脂流入路を塞ぐ可動ピンを設けることを特徴とする。このような可動ピンとしては、内径ピン周囲を摺動するリング状の別部品とすることも可能であるが、内径ピンをゲート径とほぼ同径とし、内径ピン全体を可動ピンとして使用すると、コスト的にも構造的にも有利である。その“ほぼ同径”とは、ゲート内へ内径ピンが嵌合する内径ピン径（金型保護のため多少のクリアランスをもたせるのがよい）、あるいは、ゲート径よりも大きく、内径ピンの端面でゲート口を塞いでしまう内径ピン径（押し切り式）とすることができる。
【００１６】
このように、ボス部端面部分の環状樹脂流入路を樹脂充填後に封鎖する方法とすることにより、樹脂硬化前にゲートとボス部とを切り離した状態にすることが可能となるため、樹脂硬化後に切断することで発生していた従来技術におけるゲート切断面のクラック及びヨリの問題は解決される。また、樹脂の配向やボイドなどの問題は、ゲート径とほぼ同径の内径ピンを樹脂流入時にボス端面（ゲート口）よりも下げておくことで（ボスに対して放射方向の樹脂流入口を設ける）解決される。すなわち、ゲート口から流入してくる樹脂がピンの端面に当たって流入方向を曲げられ、ボスに対し放射方向（ボスの内側から外側へ向かう）へ流れが変わることになる。これにより、キャビティの外周壁へぶつかる流れが形成されるので、樹脂は外周壁面に密着しながら充填していく流動パターンをとることになる。したがって、キャビティ角部分のボイドなどを防ぐことができ、従来の不具合が解消される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図９に、本発明の手法につき一例を説明してある。すなわち、封口体の底部１、ボス部２、肉薄部３については従来同様であるが、ゲート４の直径と内径ピンＰａの直径とがほぼ同径としてあり、そして、内径ピンＰａについて後退・前進の往復動作を行えるようにしてある。
【００１８】
ゲート４は図７同様にボス部２の端面中央部分に形成されており、これに対する内径ピンＰａは、図９（イ）に示すごとく樹脂の充填時には後退位置にある。したがって、これによるゲート４と内径ピンＰａとの間隙から、圧入孔周囲の環状樹脂流入路４ａが形成されている。
【００１９】
従来の図７に示す環状ゲートの場合、内径ピンよりもゲート径が広いため、図８に示すように環状ゲートからボス部の反対側端部まで直進的に樹脂が流入していた。これに対し、本例の環状流入路４ａを通って流れ込む樹脂は、ゲート４と内径ピンＰａとがほぼ同径なので、内径ピンＰａの端面に当たることにより流入方向を曲げられている。このため図１０に示すように、ボス部２の内側から外側へ向かう放射方向の樹脂流が生成され、ボス部外周をなすキャビティ壁面にぶつかる流れが形成される。したがって、キャビティの内周及び外周壁面に密着しながら流れる図１１（イ）〜（ハ）のような流動パターンを形成することができ、配向の問題やエア閉じ込めによるボイドなどの不具合を解消することが可能である。
【００２０】
このようにして樹脂充填が終了すると同時に（硬化前のタイミング……射出開始からの時間などで把握可能）、図９（ロ）に示したように内径ピンＰａが前進してゲート４を塞ぐ形となり、環状樹脂流入路４ａは閉じられる。これによってゲート部分とボス部分の分離が行われることとなり、従来のように樹脂硬化後に切断を行う必要がない。したがって、ゲート切断面のクラックやヨリの問題も解消することが可能である。特に、ゲート径とほぼ同径である内径ピンＰａのピン径について、ゲート径よりも数〜数十μｍのオーダーで小さくした嵌合式にしておくと、切れがよくて分離時のバリの発生なども抑えられ、非常に具合がいい。すなわち、図７に示す従来の環状ゲートの場合、環状の流路を形成するためゲート径に対するピン径を−０．４ｍｍ程度と１／１０ｍｍのオーダーで小さくしてあるが、本例の場合、（−）数μｍ〜数十μｍのオーダーしか違わないほぼ同径のものとしている。
【００２１】
ゲート径とほぼ同径である内径ピンＰａのピン径については、本例以外にもたとえば、（＋）数μｍ〜数百μｍ（場合に応じてこれ以上でも可）のオーダーしか違わない程度で内径ピンＰａのピン径をゲート径より大きくした押し切り式とすることも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の封口体製造方法によれば、ボス部の耐圧入強度に影響する放射方向のウエルドライン及び肉薄部の密着不良を発生させるおそれのない、ボス部端面部分に環状樹脂流入路を設ける手法である。そして同時に、その環状樹脂流入路を樹脂充填後に封鎖する方法としているので、ゲート切断面のクラック及びヨリの問題が解決され、また、樹脂の配向やボイドなどの問題も、ピン径をゲート径とほぼ同径とすることで解決される。したがって、従来よりも優れた高品質の封口体を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の封口体製造方法の第１例を説明する封口体の平面図及び金型キャビティとともに示す断面図。
【図２】図１の製造方法による樹脂の流れを示した説明図。
【図３】従来の封口体製造方法の第２例を説明する図１相当の断面図。
【図４】図３の製造方法による樹脂の流れを示した説明図。
【図５】従来の封口体製造方法の第３例を説明する図１相当の断面図。
【図６】図５の製造方法による樹脂の流れを示した説明図。
【図７】従来の封口体製造方法の第４例を説明する図１相当の断面図（上下逆）及びこれによる樹脂の流れを矢示した部分拡大図。
【図８】図７の製造方法による樹脂の流れを示した説明図。
【図９】本発明による製造方法の一例を説明する断面図で、（イ）は可動ピンの下がった状態で示した図７相当の断面図及び（ロ）は可動ピンの上がった状態で示した要部断面図。
【図１０】図９の製造方法による樹脂の流れを矢示した部分拡大図。
【図１１】図９の製造方法による樹脂の流れを示した説明図。
【符号の説明】
１ 底部
２ ボス部
３ 肉薄部
４ ゲート
４ａ 環状樹脂流入路
Ｐ 内径ピン（従来例）
Ｐａ 内径ピン（可動ピン）

Claims (1)

1. 集電棒を圧入する圧入孔をもったボス部と該ボス部周囲の肉薄部とを有する電池用封口体の射出成形による製造方法において、
   金型キャビティのボス部端面部分にゲートを設けるとともに、
   ボス部の圧入孔を形成するための内径ピンをゲート径とほぼ同径とし且つ可動ピンとして設け、
   前記内径ピンが、樹脂充填時に前記キャビティ内に突出しており且つ前記ゲートに対して後退位置にあって圧入孔周囲の環状樹脂流入路を形成し、該状態の内径ピン端面に前記ゲートから流入する樹脂が当たることでボスに対し放射方向へ流れが変えられ、
   そして、当該内径ピンが樹脂充填後硬化前に前進して前記環状樹脂流入路を塞ぐことを特徴とする製造方法。

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