JP5525466B2 - プレス成形品の製造方法、及び電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法、及び集電板を備えた電池の製造方法に関する。

一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用原動機（モータ）の電源としては、エネルギー密度の高さからニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池が用いられることが多い。そして、これらの蓄電池は通常、例えば特許文献１に見られるように、複数の単電池を樹脂製の角形のケースに収容した電池モジュールとして構成されている。図１０に、この特許文献１に記載の電池モジュールについて、その構成の概略を示す。

この電池モジュールは、図１０に示すように、例えばニッケル水素蓄電池からなる直方体状の単電池１４０を電気的に複数直列接続したものが、一体電槽１００と蓋体２００からなる樹脂製の角形ケースに収容されている。

具体的には、単電池１４０は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された極板群が、電解液とともに一体電槽１００の区画された各電槽１００ｂに収容されており、正極板と負極板のリード部１４１ａ，１４１ｂがその側端縁で集電板１５０，１６０と接合されている。そして、それら集電板１５０、１６０が各電槽１００ｂ間を隔てる隔壁１００ａに設けられた貫通孔１７０、並びに内部端子１５１、１６１を介してそれぞれ電気的に接続されることで、隣接する単電池１４０が電気的に直列に接続されている。

さらに、電槽１００ｂの端部にあって外側の隔壁上方、すなわち一体電槽１００の側面上方に設けられた貫通孔１８０には、外部接続に用いられる負極の外部端子１２０が装着されている。この負極の外部端子１２０は、貫通孔１８０を介して内部端子１６１に電気的かつ機械的に接続されている。これにより、直列接続された複数の単電池の総出力が負極の外部端子１２０及び、負極の外部端子１２０と同様に一体電槽１００の他の側面上方に設けられた正極（図示略）の外部端子から取り出されるようになる。

特開２０１０−１５３２６１号公報

ところで、乾電池や電池モジュール等を含めた電池では、外部端子周囲の封口部から電解液が外部へ漏出することがある。また、特にアルカリ性の電解液が用いられる場合には、電気化学的な要因により、電極（極板）や極板に接続された端子などを電解液が這い上がるクリーピング（クリープ現象）が電池の負極において顕著になることも知られている。

このような現象などに対し、上記外部端子周囲の封口部にＯ−リング等のシール材を装着してそのシール性を高めることも考えられるが、電気化学的な要因からなる上述したクリーピングなどに起因する電解液の漏出となるとこれを完全に阻止することは難しい。また、外部端子以外にも２部品の接合部分から電解液が漏出することが考えられる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール性能の更なる向上によって電解液の漏出抑制効果を高めることのできるプレス成形品の製造方法及び電池の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電池の構成部品のうち、シール材と当接する面を有して成形されるプレス成形品の製造方法であって、前記シール材との当接面の裏面に沿って突起が設けられた第１のプレス型と、前記シール材との当接面に対向する第２のプレス型とを同時に用いて前記プレス成形品を両面から押圧加工する工程を含むことを要旨とする。

通常、プレス成形工程においては、一対のプレス型を用いて被加工材となる帯状体を圧接、伸延することによって、同帯状体を所望とする形状に成形している。しかし、こうしたプレス成形に際しては、その加工段階で被加工材となる帯状体が伸延されるために、この帯状体に部分的に薄肉となる領域や周辺部位への材料移動により金型から圧接されない領域が生じる。そして、これに伴う凹凸等がプレス成形面に形成されるために帯状帯の面粗度や平坦度等にばらつきが発生し、このプレス成形されたプレス成形品の面性状が不安定となってしまう。このため、こうしたプレス成形品を、シール材を介して他のものと相対するように配置した場合には、面性状が不安定なためにそのシール性が低下することとなる。こうしたことから、このようなプレス成形品により上記電池を構成したときには、その不安定な面性状に起因して、上述したクリープ現象が促される虞がある。そして、上記プレス成形品のシール面の面性状と同クリープ現象との間には、相関関係があることが発明者等によって確認されている。

そこで、上記方法によれば、上記プレス成形品の成形に際しては、上記突起を備えた第１のプレス型が、プレス成形品の上記シール材が当接される部分（シール面）とは反対側の面に圧接される。同時に、シール材が当接される部分には、第１のプレス型と対向する位置から、第２のプレス型が圧接される。この結果、プレス成形品の成形時には、このプレス成形品を構成する材料が、シール面とは反対側の裏面からシール面側へと移動し、上記第２のプレス型との当接に必要十分な材料が補填される。すなわち、プレス成形品の加工時に、上記第２のプレス型をプレス成形品のシール面に全面に亘って当接させることが可能となる。したがって、プレス成形品にシール材が当接されるために平坦化された面性状が特に要求される場合であれ、そのシール面に対し、第２のプレス型を十分に押圧することが可能となり、凹凸の少ない安定したシール面を有したプレス成形品を成形することができる。これにより、こうしたプレス成形品を備えた電池における電解液の漏出抑制効果を高めることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、正極および負極を有する極板群が電槽内に電解液とともに収容され、前記正極または負極に電気的に接続された集電板がシール材と当接するように設けられる電池の製造方法であって、前記集電板の前記シール材に当接される部分の裏面に沿って突起が設けられた第１のプレス型と、同集電板の前記シール材に当接される部分に対向する第２のプレス型とを同時に用いて前記集電板を両面から押圧加工する工程を含むことを要旨とする。

上記集電板とは通常、プレス成形されるものであるが、このプレス成形した集電板によって上記電池を構成したときには、集電板のプレス成形面の不安定な面性状に起因して、上述したクリープ現象が促される虞がある。そして、上記集電板のシール面の面性状と同クリープ現象との間には、相関関係があることも発明者等によって確認されている。

そこで、上記方法によれば、集電板のプレス成形に際しては、上記突起を備えた第１のプレス型が、集電板のうち上記シール材が当接される部分（シール面）とは反対側の面に圧接される。同時に、集電板のシール材が当接される部分には、第１のプレス型と対向する位置から、第２のプレス型が圧接される。この結果、集電板の成形時には、この集電板を構成する材料が、集電板のシール面とは反対側の裏面からシール面側へと移動し、上記第２のプレス型との当接に必要十分な材料が補填される。すなわち、集電板の加工時に、上記第２のプレス型を集電板のシール面に全面に亘って当接させることが可能となる。したがって、シール材が当接されるために平坦化された面性状が特に要求される集電板のシール面に対し、第２のプレス型を十分に押圧することが可能となり、凹凸の少ない安定したシール面を有した集電板を成形することができる。これにより、こうした集電板を備えた電池における電解液の漏出抑制効果を高めることができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電池の製造方法において、前記集電板は、その一部がプレス成形により突き出し加工されて該突き出し加工された部分が電槽の壁部に設けられた貫通孔に挿入されるとともに、この突き出し加工された部分の周囲がシール材を介して前記電槽の壁部と相対するように設けられてなることを要旨とする。

上記集電板にあっては、プレス成形により突き出し加工された部分にシール材を介在させることで、突き出し加工された部分と電槽の壁部との間のシール性を維持するようにしている。一方、このような集電板にあっては、その突き出し加工された部分がプレス成形されているために、同突き出し加工された部分から電解液が漏出する傾向がある。そこで、上記方法によれば、集電板の突き出し加工された部分での面性状の安定化を図ることが可能となり、同部分でのシール性を高めることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の電池の製造方法において、前記シール材は円環状のシール材からなるとともに、前記集電板の前記シール材に当接される部分も円環状の形状からなり、前記第２のプレス型として、前記集電板の前記シール材に当接される部分の形状に対応した円環状のプレス型を用いるとともに、前記第１のプレス型として、前記集電板の前記シール材に当接される部分の裏面形状に対応した円環状の突起が設けられたプレス型を用いることを要旨とする。

上記クリープ現象とは、電池の側面に設けられた正極や負極の外部端子と同外部端子に電気的に接続される集電板との間で発生することが多く、通常、こうしたクリープ現象を抑制するために外部端子と集電板との間には、それらの接続領域を周回する環状のシール材が用いられることが多い。そこで、上記方法によれば、こうした環状のシール材にてシールされる集電板のシール面を環状としながらも、こうしたシール面を全周に亘り平坦化することが可能となる。これにより、上記シール材と集電板のシール面との協働によって、集電板と外部端子との間の間隙を的確に塞ぐことが可能となり、ひいては、集電板と外部端子との間の間隙から電解液が漏出することを的確に抑制することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電池の製造方法において、前記第１のプレス型として、前記円環状の突起が１本だけ設けられたプレス型を用いることを要旨とする。

上記方法によれば、円環状に連なった一の突起を備えた第１のプレス型が上記集電板に圧接される。そして、この環状に連なる突起が上記集電体のシール面の裏面に圧接されることにより、こうした第１のプレス型と第２のプレス型とに押圧される集電板には、全面に亘り均等な圧力が付与されるようになり、より安定した面性状を有したシール面を形成することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の電池の製造方法において、前記第１のプレス型として、前記円環状の突起が前記集電板の前記シール材に当接される部分の裏面の外周寄りに設けられたプレス型を用いることを要旨とする。

上記第１及び第２のプレス型を用いたプレス成形に際しては、集電板の環状のシール面のうちの外周寄りに上記突起を圧接することで、集電板のシール面の平坦化が促されることが発明者等によって確認されている。よって、上記方法によれば、シール材とのシール面がさらに平坦化されたシール性の極めて高い集電板を製造することが可能となる。

請求項７に記載の発明は、請求項２〜６のいずれか一項に記載の電池の製造方法において、前記電池がアルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池であり、前記集電板に対する押圧加工を、当該電池の少なくとも負極側に対応する集電板であってかつ、前記電槽の側壁に設けられた貫通孔を介して外部接続用の外部端子に接続される集電板を対象として行うことを要旨とする。

上記ニッケル水素蓄電池にあっては、その容量や用途上、上記クリープ現象を抑制する必要性が特に高い。そして、こうしたクリープ現象は、特に負極側に対応する集電板であってかつ電槽の側壁に設けられた貫通孔を介して外部接続用の外部端子にされる集電板を媒体として発生する傾向が強い。このため、上記方法によれば、こうしたニッケル水素蓄電池に利用される集電板においても、そのシール面の面性状の安定化を通じて、電解液の漏出を的確に抑制することが可能となる。

本発明にかかるプレス成形品の製造方法及び電池の製造方法によれば、シール性能の更なる向上によって電解液の漏出抑制効果を高めることのできるようになる。

本発明にかかるプレス成形品の製造方法及び電池の製造方法の一実施の形態について、同製造方法にて製造された電池モジュールの部分断面構造を示す断面図。 同実施形態でプレス対象とする集電板について、その断面構造を示す断面図。 同集電板について、（ａ）は、同集電板を上面から見たときの正面構造を示す平面図。（ｂ）は、同集電板を上面から見たときの斜視構造を示す斜視図。 同集電板について、（ａ）は、同集電板を下面から見たときの正面構造を示す平面図。（ｂ）は、同集電板を下面から見たときの斜視構造を示す斜視図。 同集電板の加工工程について、（ａ）は、押圧前の第１のプレス型、第２のプレス型、及び集電板の断面構造を示す図。（ｂ）は、押圧後の第１のプレス型、第２のプレス型、及び集電板の断面構造を示す図。 従来の集電板について、（ａ）は、同集電板を下面から見たときの正面構造を示す平面図。（ｂ）は、同集電板を下面から見たときの斜視構造を示す斜視図。 （ａ）は、試験的に加工された集電板の集電板凹部の拡大断面構造を示す部分断面図。（ｂ）は、同集電板のシール面の拡大断面構造を示す部分断面図。 （ａ）は、非フラット領域の深さと電解液の漏出量との関係の一例を示すグラフ。（ｂ）は、フラット領域の長さと電解液の漏出量との関係の一例を示すグラフ。 （ａ）は、従来のプレス加工工程を通じて加工された集電板のシール面の面性状の特性の一例を示すグラフ。（ｂ）は、本実施の形態のプレス加工工程を通じて加工された集電板のシール面の面性状の特性の一例を示すグラフ。 従来の電池モジュールについて、その集電板構造を含む部分断面構造を示す断面図。

以下、本発明にかかるプレス成形品の製造方法及び電池の製造方法を採用した電池モジュールを具体化した一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
図１に示すように、電池モジュールは、所要の電力容量を得るべく複数（例えば６個）の単電池１１を電気的に直列接続して構成される。電池モジュールは、複数の個別の直方体状からなる単電池１１を角形の収容部を構成するとともに収容体としての電槽１３の最も表面積の広い面（長側面）を縦に見てその側面にあたる短側面同士が互いに対向するように配列した構造となっている。

すなわち、この電池モジュールは、例えばニッケル水素蓄電池からなる単電池１１を構成する電槽１３の短側面同士を隔壁１２を介して複数連結したものが同じく角形の一体電槽１０に収容された状態で、各電槽１３の上面開口が収容部を構成する蓋体２０により一体に封止されている。そして、これら各電槽１３内には、電池の構成部品として、正極板と負極板とがセパレータを介して積層された極板群１４とその両側に接合された集電板１５，１６が例えばアルカリ性の電解液とともに収容されている。

極板群１４の正極板及び負極板は互いに反対側の側部に突出されることで正極板及び負極板のリード部１４ａ，１４ｂが構成され、これらリード部１４ａ，１４ｂの側端縁にそれぞれ集電板１５，１６が接合されている。また、隔壁１２の上部には各電槽１３の接続に用いられる貫通孔１７が形成されており、集電板１５，１６の上部にリード部１４ａ，１４ｂの反対側に向けて突設されている接続突部１５Ａ，１６Ａ同士がこの貫通孔１７を介してスポット溶接により接続されることによって、各々隣接する電槽１３が電気的に直列に接続される。また、接続突部１５Ａ，１６Ａの周囲には、それぞれリング収容部１５Ｂ，１６Ｂがリード部１４ａ，１４ｂ側に向けて環状に突設されているとともに、リング収容部１５Ｂ，１６Ｂによりリード部１４ａ，１４ｂの反対側に隔壁１２に対向する凹状の環状空間がそれぞれ形成される。各環状空間には、ゴムなどの弾性部材からなるシール材としてのＯ−リング１５Ｃ，１６Ｃがそれぞれ配置されている。環状空間に配置されたＯ−リング１５Ｃ，１６Ｃは、リング収容部１５Ｂ，１６Ｂにより貫通孔１７の周囲の隔壁１２の表面に押し付けられ、その押圧力により、電槽１３内の空間と貫通孔１７とを遮断する。

また、図１において左側である、端部の電槽１３にあって外側に位置する貫通孔１９、すなわち一体電槽１０の端側壁１０ａ上方の貫通孔１９には負極の接続端子３０が装着されているとともに、その接続端子３０の電槽１３側に先の接続突部１６Ａとは異なる上部の形状を有する集電板１６の上部の接続点１８がスポット溶接により接続される。また、図示しない右側の端部の電槽１３にあって外側に位置する貫通孔１９、すなわち一体電槽１０の端側壁１０ａ上方の貫通孔には正極の接続端子３０が装着されているとともに、その接続端子３０と集電板１５の上部とがスポット溶接により接続される。このように一体電槽１０の両端の接続端子３０がそれぞれ集電板１５，１６に接続されることによって、直列接続された電槽１３、すなわち複数の単電池１１の総出力がこれら接続端子３０から取り出される。

ここで、図２に示すように、接続端子３０は、長手方向に延びる円柱の軸部（３１，３４）と、同軸部の長手方向途中に設けられるフランジ（３２、３３）とを有している。詳述すると、接続端子３０は、上記軸部にあって一方の端部である先端部３１と、同軸部にあって先端部３１と異なる他方の端部である端子基端部３４と、軸部の長手方向途中に設けられる第１及び第２のフランジ部３２，３３とを有している。それぞれが軸部を中心とした円状に形成されている第１及び第２のフランジ部３２，３３は、第１のフランジ部３２が先端部３１側に配置され、第２のフランジ部３３が端子基端部３４側に配置されるとともに相互に隣接されている。第１のフランジ部３２の外径は、第２のフランジ部３３の外径よりも大きく形成されている。これにより、接続端子３０は、大きい外径の第１のフランジ部３２を先端部３１側に、小さい外径の第２のフランジ部３３を端子基端部３４側にそれぞれ有している。また、端子基端部３４の端面をなす端子接続部３５は、集電板１６の接続点１８にスポット溶接により接続されることから、接続端子３０が電池モジュールの外側、すなわち一体電槽１０の端側壁１０ａの外側から貫通孔１９に挿通されたとき、電池モジュールの内側、すなわち一体電槽１０の端側壁１０ａの内側に突出されるような長さに端子基端部３４の長さが形成されている。

また、電池モジュールの外側としての一体電槽１０の壁部である端側壁１０ａの外側にあって、貫通孔１９の外周から所定距離離れた位置には、端側壁１０ａの表面に突出する円環状の環状突出部１０ｂが形成されている。そして、環状突出部１０ｂと貫通孔１９との間には、端側壁１０ａの表面からなる円環状の環状面部１０ｃが設けられている。また、接続端子３０の端面にあって端子基端部３４と第２のフランジ部３３との間には、環状面部１０ｃの一部と対向する位置に円環状の端子凹部３４ａが形成されている。すなわち、接続端子３０が貫通孔１９に挿入されたとき、環状面部１０ｃと端子凹部３４ａとは、それら環状面部１０ｃ及び端子凹部３４ａにより囲まれた第２の環状空間Ｓ２を形成する。

貫通孔１９は、一体電槽１０の端側壁１０ａに貫通方向の断面が円形の穴として貫通形成されている。詳述すると、貫通孔１９には、電槽１３内となる一体電槽１０の端側壁１０ａの内側に円形の小径穴１９ａと、小径穴１９ａに連続するとともに一体電槽１０の端側壁１０ａの外側に達し、小径穴１９ａよりも大きな内径を有する円形の大径穴１９ｂとが設けられている。なお、本実施形態では、小径穴１９ａの内径は、接続端子３０の端子基端部３４の末端を嵌合させることのできる大きさに形成されている。すなわち、小径穴１９ａの内径は、端子基端部３４の末端の外径と略同じ大きさに形成されている。また、大径穴１９ｂは、その内径が第２のフランジ部３３を嵌合させることのできる大きさに形成されている。

集電板１６は、その上部がプレス成形により突き出し加工されたことにより、小径穴１９ａに張り出して接続端子３０の端子接続部３５とスポット溶接される集電板接続部１６ｄが形成されている。この集電板接続部１６ｄの外形は、小径穴１９ａの内径と略同じ大きさに形成されている。また、この集電板接続部１６ｄの周囲には、円環状の集電板凹部１６ｅが形成されている。そして、接続端子３０と集電板１６とが端側壁１０ａを介して溶接されたとき、集電板１６は、同集電板１６の集電板凹部１６ｅの内面と、端側壁１０ａの内側側面とにより囲まれた第１の環状空間Ｓ１を形成する。

上記第２の環状空間Ｓ２には、公知のゴム材料などからなる無端環状の第２のＯ−リング４１などのシール材が配置される。第２のＯ−リング４１は、その厚みが端子凹部３４ａの深さよりも厚く形成されている。これにより、貫通孔１９に挿通された接続端子３０の第１のフランジ部３２の内側側面が環状突出部１０ｂに当接されたとき、第２のＯ−リング４１は、端子凹部３４ａの内面と環状面部１０ｃとの間に挟まれることにより弾性変形され、所定の弾性力にて端子凹部３４ａの内面と環状面部１０ｃとの間に当接する。これによって、第２のＯ−リング４１は、端側壁１０ａの外側において、同端側壁１０ａに当接される接続端子３０の端子基端部３４側の端面と、端側壁１０ａの環状面部１０ｃとの間を所定の弾性力にて封止する。

一方、第１の環状空間Ｓ１には、公知のゴム材料などからなる無端環状の第１のＯ−リング４０などのシール材が配置される。第１のＯ−リング４０は、その厚みが集電板凹部１６ｅの深さよりも厚く形成されている。これにより、接続端子３０と集電板１６とが端側壁１０ａを介して溶接されたとき、第１のＯ−リング４０は、集電板１６の集電板凹部１６ｅの内面と、端側壁１０ａの内側側面との間に挟まれることにより弾性変形され、所定の弾性力にて集電板１６の集電板凹部１６ｅの内面と端側壁１０ａの内側側面とに当接する。これによって、第１のＯ−リング４０は、端側壁１０ａの内側において、集電板１６の集電板凹部１６ｅの内面と、端側壁１０ａの内側側面との間を所定の弾性力にて封止する。こうして、本実施の形態では、第１のＯ−リング４０と第２のＯ−リング４１との協働により、一体電槽１０の内部空間と外部空間とが隔離される。

次に、本実施の形態の集電板１６の構造について、図３及び図４を参照して詳述する。
本実施の形態の集電板１６の上部には、接続端子３０との接続側となる上面から見た集電板１６の平面図及び斜視図を図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、集電板接続部１６ｄが貫通孔１９の中心に対応する中心軸Ｏを中心として環状に凸接されている。また、集電板凹部１６ｅは、集電板接続部１６ｄの外周に環状に連なった１つの凹部として凹設されている。この集電板凹部１６ｅは、その底面に、第１のＯ−リング４０の取り付け時に同第１のＯ−リング４０によりシールされる部分であるシール面１６ｆ（当接面）を有している。本実施の形態では、こうした集電板凹部１６ｅのシール面１６ｆに第１のＯ−リング４０が当接されることによって同第１のＯ−リング４０のシール性能が発揮されることに鑑み、シール面１６ｆが特に平坦となるように成形されている。なお、こうした集電板接続部１６ｄや集電板凹部１６ｅを有する集電板１６は、導電性の帯状体がプレス成形されることによって製造されるものである。また、集電板凹部１６ｅの内側壁には、第１のＯ−リング４０の取り付け時に、同第１のＯ−リング４０を固定する複数のストッパ１６ｇが環状に配置されている。

一方、下面から見た集電板１６の平面図及び斜視図を図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、集電板１６の下面は、同集電板１６がプレス成形されることに伴い、上記集電板接続部１６ｄや集電板凹部１６ｅに対応する凹凸を有した形状となっている。また、集電板１６の下面には、同集電板１６の加工時に形成された円環状の加工溝１６ｈが、シール面１６ｆと対応する位置、すなわちシール面１６ｆの裏面１６ｉに形成されている。

次に、こうした集電板１６とその集電板凹部１６ｅに嵌合される第１のＯ−リング４０の作用について図２を参照して説明する。
貫通孔１９を介して接続端子３０の端子接続部３５と集電板１６の集電板接続部１６ｄとが接続されると、接続端子３０は、その端子基端部３４が小径穴１９ａに嵌合されて貫通孔１９に位置決めされる。また、集電板１６は、その集電板接続部１６ｄが小径穴１９ａに嵌合されて貫通孔１９に位置決めされる。そして、第１の環状空間Ｓ１に配置された第１のＯ−リング４０は、集電板凹部１６ｅ（シール面１６ｆ）と端側壁１０ａの内側側面との間にて圧縮変形されることによる弾性力（復元力）により貫通孔１９と集電板１６との間の密閉性（シール性）を保持する。そしてこのとき、集電板凹部１６ｅのシール面１６ｆが特に平坦化された面性状となるように成形されていることにより、このシール面１６ｆと第１のＯ−リング４０との協働により、集電板１６と端側壁１０ａとの間での密閉性が高く保持される。さらに、第２の環状空間Ｓ２に配置された第２のＯ−リング４１は、接続端子３０の端子凹部３４ａと環状面部１０ｃとの間にて圧縮変形されることによる弾性力（復元力）により端側壁１０ａの外側と接続端子３０との間の密閉性（シール性）を保持する。すなわち、第１のＯ−リング４０と第２のＯ−リング４１とにより、電池モジュールの電槽１３の密閉性（シール性）が高く維持される。

次に、集電板１６の加工工程について図５を参照して説明する。
図５（ａ）に、集電板１６の加工に用いられる一対の第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２と加工対象となる集電板１６との断面構造を示すように、本実施の形態の集電板１６は、一対の第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２を用いたプレス成形製法により加工される。本工程に用いられる第１のプレス型５１は、その上面に凹設された円環状の第１のプレス成形面５１ａを有している。この第１のプレス型５１のプレス成形面５１ａには、集電板１６の上記第１のＯ−リング４０に当接されるシール面１６ｆとなる領域の裏面１６ｉに沿って、例えば断面半円状の突起５１ｂが設けられている。突起５１ｂは、第１のＯ−リング４０の形状、換言すれば、同第１のＯ−リング４０に当接されるシール面１６ｆの裏面形状に対応した円環状の１本の突起として形成されている。さらに、本実施の形態の突起５１ｂは、集電板１６のプレス時において集電板１６の円環状のシール面１６ｆが形成される領域の裏面１６ｉの外周寄りとなる位置に設けられている。なお、突起５１ｂは、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２が複数枚の集電板１６の加工に用いられることに鑑み、加工時における摩耗等を考慮した量産性の高い大きさに形成されている。

第２のプレス型５２は、第１のプレス型５１と対向する位置に配置されており、その下面に、シール面１６ｆに対応する平面の第２のプレス成形面５２ａを有している。また、第２のプレス型５２は、第１のＯ−リング４０の円環状の形状、換言すれば同第１のＯ−リング４０が当接される集電板１６のシール面１６ｆの円環状の形状に対応して、円環状に形成されている。

また、こうした第１のプレス型５１と第２のプレス型５２とが対向配置されたときには、第１のプレス型５１に設けられた突起５１ｂが、第２のプレス型５２の環状の第２のプレス成形面５２ａに対しても外周寄りに位置することとなる。なお、図示は省略するが、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２は、上記集電板接続部１６ｄ等を成形するために必要な成形面も有している。

そして、図５（ｂ）に示すように、例えば、集電板１６のシール面１６ｆを形成する面を上面として同集電板１６が第１のプレス型５１のプレス成形面５１ａに配置され、この第１のプレス型５１に向けて第２のプレス型５２が押圧される。これにより、集電板１６がその両面から第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２に押圧されることとなり、集電板１６を構成する材料の圧縮、伸延を通じて、同集電板１６が第１のプレス成形面５１ａ及び第２のプレス成形面５２ａの形状に応じて成形される。すなわち、集電板１６には、集電板接続部１６ｄや集電板凹部１６ｅ等を構成する凹凸が形成されることとなる。

なおこのとき、集電板１６のシール面１６ｆの裏面１６ｉには、第１のプレス型５１の突起５１ｂが押圧されることによって、集電板１６を構成する材料が集電板１６の裏面１６ｉ側からその反対側のシール面１６ｆに向かって移動する。このため、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２による押圧に伴って集電板１６の材料移動が生じたとしても、シール面１６ｆが形成される領域には、第２のプレス型５２の第２のプレス成形面５２ａから押圧されるために十分な材料が補填されることとなる。これにより、集電板１６のシール面１６ｆが形成される領域には、第２のプレス型５２の第２のプレス成形面５２ａが全面に亘って押圧され、集電板１６のシール面１６ｆの面性状が第２のプレス成形面５２ａに応じて平坦化されるようになる。さらに、本実施の形態では、第１のプレス型５１の突起５１ｂが、集電板１６の円環状のシール面１６ｆが形成される領域の裏面の外周寄りとなる位置に設けられたことにより、シール面１６ｆが形成される領域への集電板１６の材料移動が促される。この結果、集電板１６のシール面１６ｆの平坦化がさらに促進されるようになり、より平坦化されたシール面１６ｆを成形することができるようになる。このように、本実施の形態では、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２の押圧を通じて、先の図３及び図４に例示した形状を有する集電板１６が成形されるようになる。

なお、図４（ａ）及び（ｂ）に対応する図として、従来のプレス型により加工された集電板をシール面の裏面側から見た平面図及び斜視図を図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来の集電板６０におけるシール面の裏面には、第１のプレス型５１の突起５１ｂに対応する加工溝１６ｈが形成されない。そして、この加工溝１６ｈが存在しない分、換言すれば、従来の、両面が平面形状を有した一対のプレス型によってプレス加工が行われた分、集電板６０の押圧時には、同集電板６０を構成する材料移動に起因する凹凸が発生し、プレス型に押圧されない面が発生することとなる。一方、本実施の形態の集電板１６では、プレス加工時における材料移動に伴うシール面１６ｆの形成領域での凹凸の発生が抑制される分、シール面１６ｆを平坦化するための第２のプレス型５２との押圧が促され、安定した面性状を形成することが可能となり、ひいては、第１のＯ−リング４０との間でのシール性が高められるようになる。

次に、集電板のシール面の面性状と上記電解液の漏出量との関係について、図７及び図８を参照して説明する。
集電板のシール面の面性状と上記電解液の漏出量との関係を解析すべく試験的に加工された集電板７０の集電板凹部７１の拡大断面構造を図７（ａ）に示すように、集電板凹部７１の底面であるシール面７２の面性状とは、そのプレス加工に用いられるプレス型の形状が反映された形状となっている。すなわち、図７（ａ）のα領域におけるシール面７２の拡大断面構造を図７（ｂ）に示すように、シール面７２の面性状は、例えば、プレス加工時の集電板７０の材料移動に起因して平坦化されなかった非フラット領域Ｒ１と、プレス加工を通じて平坦化されたフラット領域Ｒ２とを有した形状となっている。

ここで、非フラット領域Ｒ１の深さＨ１と電解液の漏出量との関係を図８（ａ）に示すように、非フラット領域Ｒ１の深さＨ１が深くなるにつれて電解液の漏出量が増大するとともに、非フラット領域Ｒ１の深さＨ１が浅くなるにつれて電解液の漏出量が低下することが確認できる。

また、フラット領域Ｒ２の長さＨ２と電解液の漏出量との関係を図８（ｂ）に示すように、フラット領域Ｒ２の長さＨ２が短くなるにつれて、換言すれば、シール面７２を占める非フラット領域Ｒ１の割合が高くなるにつれて、電解液の漏出量が増大することが確認できる。一方、フラット領域Ｒ２の長さＨ２が長くなるにつれて、換言すれば、シール面７２を占めるフラット領域Ｒ２の割合が高くなるにつれて、電解液の漏出量が低下することが確認できる。

そこで、本実施の形態では、こうした集電板のシール面の面性状と電解液の漏出量との相関関係を踏まえ、突起５１ｂが形成された第１のプレス型５１を用いて集電板１６にプレス加工を施すことによって集電板１６のシール面１６ｆの平坦化、すなわちフラット領域の拡大を図ることにより、電解液の漏出を抑制するようにしている。

次に、図９（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施の形態のプレス加工工程を通じて加工された集電板１６のシール面１６ｆの面性状の特性を、従来のプレス加工工程を通じて加工された集電板のシール面の面性状の特性との比較のもとに説明する。

まず、図９（ａ）に示すように、従来のプレス加工工程を通じて加工された集電板のシール面は、円環状の集電板凹部の中心から離れた部分ほど、すなわち、集電板凹部の外形に近い部分ほど、凹凸のばらつきが大きくなるとともに、シール面の水平面に対する凹み深さも深くなる。

一方、図９（ｂ）に示すように、本実施の形態のプレス加工工程を通じて加工された集電板１６のシール面１６ｆは、円環状の集電板凹部１６ｅの中心から離れた部分においても、すなわち、集電板凹部１６ｅの外形に近い部分においても、凹凸の発生が少なく、シール面の水平面に近いシール面が形成されていることが確認できる。

また、発明者らは、本実施の形態の電池の製造方法にて製造された電池（シール面の水平面に対して発生した凹み深さの平均値が、「０．０３ｍｍ」）と、従来の電池の製造方方にて製造された電池（同凹み深さの平均値が、「０．０７ｍｍ」）とを用い、温度条件「６０℃」のもとで、電解液の漏出量を比較する実験を行った。その結果、凹み深さの平均値が「０．０７ｍｍ」から「０．０３ｍｍ」となったことにより、電解液の漏出量が約２０％低減できたことを確認できた。

以上説明したように、本実施の形態にかかるプレス成形品の製造方法及び電池の製造方法によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）集電板１６を押圧加工する際、集電板１６の上記第１のＯ−リング４０に当接される部分であるシール面１６ｆの裏面１６ｉに沿って突起５１ｂが設けられた第１のプレス型５１と、シール面１６ｆに対向する平面のプレス成形面５２ａを有する第２のプレス型５２とを同時に用いることとした。このため、第１のＯ−リング４０が当接されるシール面１６ｆの形成領域に十分なプレス加工を行うことが可能となり、凹凸の少ない安定したシール面１６ｆを有した集電板１６を製造することができる。これにより、集電板１６のシール性の向上を通じて、同集電板１６を備えた電池における電解液の漏出抑制効果を高めることができるようになる。

（２）集電板１６に当接されるシール材として円環状の第１のＯ−リング４０を用いるとともに、これに対応して、同第１のＯ−リング４０に当接される集電板１６のシール面１６ｆを円環状の形状とした。そして、上記第２のプレス型として、集電板１６のシール面１６ｆの形状に対応した円環状のプレス型５２を用いるとともに、上記第１のプレス型として、集電板１６のシール面１６ｆの裏面形状に対応した円環状の突起５１ｂが設けられたプレス型５１を用いることとした。このため、シール材として一般に使用される環状の第１のＯ−リング４０を採用しながらも、シール面１６ｆの形状を、第１のＯ−リング４０との間でシール性能を発揮可能な形状とすることが可能となる。これにより、第１のＯ−リング４０と集電板１６のシール面１６ｆとの協働によって、集電板１６と接続端子３０との間、具体的には、集電板１６の集電板凹部１６ｅの内面と端側壁１０ａの内側側面との間の間隙を的確に塞ぐことが可能となり、ひいては、この間隙を介して電解液が漏出することを的確に抑制することが可能となる。

（３）上記第１のプレス型として、円環状の突起５１ｂが１本だけ設けられたプレス型５１を用いることとした。これにより、この第１のプレス型５１と上記第２のプレス型５２とにより押圧加工される集電板１６に対し、全面に亘り均等な圧力を付与することが可能となり、より安定した面性状を有したシール面１６ｆを形成することができるようになる。

（４）上記第１のプレス型として、円環状の突起５１ｂが上記集電板１６のシール面１６ｆの裏面１６ｉの外周寄りに対応する位置に設けられたプレス型５１を用いることとした。これにより、突起５１ｂによる集電板１６の裏面１６ｉからシール面１６ｆ側への材料移動をさらに促すことが可能となり、ひいては、シール面１６ｆの形成領域に対して第２のプレス型５２の第２のプレス成形面５２ａをより確実に押圧することが可能となる。

（５）アルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池を製造対象とするとともに、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２による押圧加工を、同電池の負極側に対応してかつ、一体電槽１０の端側壁１０ａに設けられた貫通孔を介して外部接続用の外部端子である接続端子３０に接続される集電板１６を対象として行うこととした。このため、クリープ現象により電解液の漏出が顕著となるニッケル水素蓄電池に利用される集電板１６においても、そのシール面１６ｆの面性状の安定化を通じて、電解液の漏出を的確に抑制することが可能となる。

なお、上記実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記第１のプレス型として、円環状の突起５１ｂが上記集電板１６のシール面１６ｆの裏面１６ｉの外周寄りに対応する位置に設けられたプレス型５１を用いることとした。これに限らず、円環状の突起５１ｂが設けられる位置とは、集電板１６のシール面１６ｆの裏面１６ｉに対応する位置であればよく、同裏面１６ｉの内周寄りや、同裏面１６ｉの外周と内周との中心でもよい。

・上記第１のプレス型として、円環状の突起５１ｂが１本だけ設けられたプレス型５１を用いることとした。これに限らず、円環状の突起５１ｂが同円心状に２以上設けられたプレス型や、１つの円環状の突起５１ｂが不連続に分割されて設けられたプレス型を、上記第１のプレス型として用いることも可能である。

・上記集電板１６に当接されるシール材として円環状の第１のＯ−リング４０を用いるとともに、これに対応して、同第１のＯ−リング４０に当接される集電板１６のシール面１６ｆを円環状の形状とした。また、上記第２のプレス型として、集電板１６のシール面１６ｆの形状に対応した円環状のプレス型５２を用いるとともに、上記第１のプレス型として、集電板１６のシール面１６ｆの裏面形状に対応した円環状の突起５１ｂが設けられたプレス型５１を用いることとした。これに限らず、集電板１６に当接されるシール材としては、集電板１６のシール面１６ｆとの協働によりシール性を発揮可能なものであればよく、例えば正方形状のシール材を採用することも可能である。この場合には、同正方形状のシール材に当接される集電板１６の部分を正方形状の形状とする。またこの場合には、上記第２のプレス型として、正方形状のシール材の形状に対応した正方形状のプレス型を用いるとともに、上記第１のプレス型として、正方形状のシール材の形状に対応した正方形状の突起が設けられたプレス型を用いる。また同様に、例えば、電解液の漏出方向に直交する直交する直線状のシール材を用いることとし、この直線状のシール材の形状に応じた平面部分の形成、プレス型の採用を行うことも可能である。これにより、集電板１６に適用するシール材の選定範囲の拡大が図られるようになるとともに、より高い自由度のもとに電解液の漏出を抑制することが可能となる。

・第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２による押圧加工を、上記電池の負極側に対応してかつ、一体電槽１０の端側壁１０ａに設けられた貫通孔１９を介して外部接続用の外部端子である接続端子３０に接続される集電板１６を対象として行うこととした。これに限らず、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２による押圧加工を、上記電池の正極側に対応して正極側の接続端子３０に接続される集電板を対象として行うことも可能である。この場合には、電池の正極側での集電板と接続端子３０との間でのシール性を高めることが可能となる。また、一体電槽１０内に収容される全ての集電板１５，１６を対象として、第１のプレス型５１及び第２のプレス型５２による押圧加工を行うことも可能である。この場合には、各電槽１３間でのシール性を高めることが可能となる。

・上記第１のプレス型５１に設ける突起５１ｂの形状としては、角錐状や円錐状の突起、直方体状の突起、断面台形状の突起等、任意の形状とすることができる。要は、第１のプレス型に設ける突起の形状としては、集電板１６の加工時において、シール面１６ｆの裏面１６ｉ側から部分的に強圧することにより、シール面１６ｆと第２のプレス型５２との押圧を促すことが可能な形状であればよい。

・上記実施の形態では、アルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池を製造対象とした。これに限らず、正極および負極を有する極板群が電槽内に電解液とともに収容され、正極または負極の極板群に電気的に接続された集電板を備える電池であれば本発明の適用は可能であり、各種アルカリ電池を対象とすることも可能である。また、アルカリ電池以外の電池も対象とすることができる。

・上記実施の形態では、電池の集電体に本発明の特徴を有するプレス成形を施しているが、集電体に限らず、シール材を介して他のものと相対するように配置されるプレス成形品であれば、本発明に含まれる。集電板以外でも、プレス成形品とシール材とのシール性が向上する効果を奏することはできる。

１０…一体電槽、１０ａ…端側壁、１０ｂ…環状突出部、１０ｃ…環状面部、１１…単電池、１２…隔壁、１３…電槽、１４…極板群、１４ａ、１４ｂ…リード部、１５…集電板、１５Ａ…接続突部、１５Ｂ…リング収容部、１６…集電板、１６Ａ…接続突部、１６Ｂ…リング収容部、１６ｄ…集電板接続部、１６ｅ…集電板凹部、１６ｆ…シール面、１６ｇ…ストッパ、１６ｈ…加工溝、１６ｉ…シール面の裏面、１７…貫通孔、１８…接続点、１９…貫通孔、１９ａ…小径穴、１９ｂ…大径穴、２０…蓋体、３０…接続端子、３１…先端部、３２…第１のフランジ部、３３…第２のフランジ部、３４…端子基端部、３４ａ…端子凹部、３５…端子接続部、５１…第１のプレス型、５１ａ…第１のプレス成形面、５１ｂ…突起、５２…第２のプレス型、５２ａ…第２のプレス成形面、６０…集電板、７０…集電板、７１…集電板凹部、７２…シール面、１００…一体電槽、１００ａ…隔壁、１００ｂ…電槽、１２０…外部端子、１４０…単電池、１４１ａ…リード部、１４１ｂ…リード部、１５０…集電板、１５１…内部端子、１６０…集電板、１６１…内部端子、１７０…貫通孔、１８０…貫通孔、２００…蓋体、Ｒ１…非フラット領域、Ｒ２…フラット領域、Ｓ１…第１の環状空間、Ｓ２…第２の環状空間。

Claims (7)

1. 電池の構成部品のうち、シール材と当接する面を有して成形されるプレス成形品の製造方法であって、
   前記シール材との当接面の裏面に沿って突起が設けられた第１のプレス型と、前記シール材との当接面に対向する第２のプレス型とを同時に用いて前記プレス成形品を両面から押圧加工する工程を含む
   ことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
2. 正極および負極を有する極板群が電槽内に電解液とともに収容され、前記正極または負極に電気的に接続された集電板がシール材と当接するように設けられる電池の製造方法であって、
   前記集電板の前記シール材に当接される部分の裏面に沿って突起が設けられた第１のプレス型と、同集電板の前記シール材に当接される部分に対向する第２のプレス型とを同時に用いて前記集電板を両面から押圧加工する工程を含む
   ことを特徴とする電池の製造方法。
3. 前記集電板は、その一部がプレス成形により突き出し加工されて該突き出し加工された部分が電槽の壁部に設けられた貫通孔に挿入されるとともに、この突き出し加工された部分の周囲がシール材を介して前記電槽の壁部と相対するように設けられてなる
   請求項２に記載の電池の製造方法。
4. 前記シール材は円環状のシール材からなるとともに、前記集電板の前記シール材に当接される部分も円環状の形状からなり、
   前記第２のプレス型として、前記集電板の前記シール材に当接される部分の形状に対応した円環状のプレス型を用いるとともに、前記第１のプレス型として、前記集電板の前記シール材に当接される部分の裏面形状に対応した円環状の突起が設けられたプレス型を用いる
   請求項２または３に記載の電池の製造方法。
5. 前記第１のプレス型として、前記円環状の突起が１本だけ設けられたプレス型を用いる
   請求項４に記載の電池の製造方法。
6. 前記第１のプレス型として、前記円環状の突起が前記集電板の前記シール材に当接される部分の裏面の外周寄りに設けられたプレス型を用いる
   請求項４または５に記載の電池の製造方法。
7. 前記電池がアルカリ性の電解液を用いたニッケル水素蓄電池であり、前記集電板に対する押圧加工を、当該電池の少なくとも負極側に対応する集電板であってかつ、前記電槽の側壁に設けられた貫通孔を介して外部接続用の外部端子に接続される集電板を対象として行う
   請求項２〜６のいずれか一項に記載の電池の製造方法。

Images