JPH0119228B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、円筒型ケース内に充填される負極
亜鉛と正極合剤との間に間在して両者の接触を防
止すると共に電解液を保持する乾電池用円筒型セ
パレータとその製造方法に関するものである。

一般にアルカリ・マンガン乾電池には、その性
能上円筒ケース内に充填される負極亜鉛と正極合
剤とを隔離して両者の接触を防止すると共にアル
カリ性電解液を十分に保持する為のセパレータが
内蔵されている。

この様なセパレータは、通常吸液性の良好な合
成樹脂製の不織布で積層構造をなした筒体形に形
成され、一方の開口端を同質或は異質の底板にて
閉塞された構造を有している。その従来例を示す
と、例えば第１図に示す様に、適当な幅寸法に裁
断された不織布２を素材として、これを平巻きに
より複数の積層構造の円筒３を形成し、この円筒
３の一方の開口端縁３ａを中心側へ折曲げて底部
４を形成し、底部４の内側に同質或は異質の不織
布で円形に形成した底板５を装着し、接着剤で接
着してセパレータ１を構成している。

上記構成のセパレータ１では、円筒３の底部４
と底板５とが接着剤による接着であるために底板
５の剥れを生じ易く、両者の接着が不十分である
と簡単に剥れや隙間を生じ、乾電池内に装着した
状態において負極亜鉛の微粉末と正極合剤とが底
部４を介して接触することになり、性能劣化を来
たし、製品の信頼性が低かつた。また製造に際し
て、底板５を装着して接着せねばならず、しかも
円筒３の一方の開口端３ａを折曲げて底部４を形
成し、これに底板５を装着して接着せねばなら
ず、製作工数が多く、量産性に乏しくコスト高と
なつていた。

そこで上記欠点を解消するものとして、第２図
に示す様に、円筒３の一方の開口端を中心側へ折
曲げ乍ら加熱溶融させて閉塞した底部６を一体に
形成したセパレータ７が提案された。このセパレ
ータ７は第３図に示す様に、円筒３を上金型８に
一部を残して装着し、上金型８と対向配置された
下金型９をヒータ１０にて円筒３の素材の溶融点
以上の220℃〜230℃に加熱した状態で円筒３に押
圧させ、円筒３の端部を内方に折曲げ乍ら加熱溶
融させて閉塞した底部６を一体に形成している。

この様なセパレータ７は閉塞した底部６を一工
程で形成することができ、製作が容易となり、し
かも底部６は筒体３と一体に形成するので剥離の
恐れはなくなるが、依然として種々の問題点を有
しておりセパレータとしての機能を十分に発揮し
得なかつた。即ち、セパレータ７はその製作時、
円筒３の端部を加熱した下金型９にて押圧し、当
該端部を内方へ折曲げて加熱溶融させる為に、少
なくとも下金型９の上端面を折曲げ易い様に円弧
形になしており、これにより成形されたセパレー
タ７の底部６は図面からも明らかな様に少なくと
も表面側が円弧形に形成され、中央部での厚みが
周辺部より相当厚くなつている。従つて底部６の
周辺部で十分な隔離を行なえる厚みに形成すると
中央部は非常に大きな厚みとなり、セパレータ７
の全長ｌに対して内部の長さl₁は底部の厚み分だ
け短かくなつており、それだけセパレータ７の内
外に充填される負極亜鉛や正極合剤の充填量が少
なくなり、乾電池の性能が低下するといつた欠点
がある。またセパレータ７は下金型９にて円筒３
の端部を、素材の融点以上に加熱して溶融させ、
その溶融物を上金型８と下金型９にて挾持して底
部６を形成しているが、単に上金型８と下金型９
にて押圧するだけでは溶融物が十分に混合され
ず、各部でピンホールやクラツク等を生じ、底部
６が完全に形成されず、隔離作用が不十分とな
り、製品の信頼性が低かつた。更に従来の製造方
法では円筒３の端部を素材の融点以上に加熱する
ので、下金型９にて押圧される底部６は勿論、下
金型９に近接する円筒３の下部にも熱が伝達され
て溶融することになり、円筒３と底部６との境部
分を確実に成形することが困難であつた。しかも
素材の溶融部分は、溶融によつて液の含浸効果が
薄れるので、溶着後電解液の保持能力を殆ど持た
ない為に、円筒３の下部での電解液の保有率が低
下し、それだけ乾電池の性能が低下するといつた
欠点があつた。

また、従来、下金型に回転を与えて筒体底部を
成形させる提案がなされている〔特開昭54−
129323号公報御参照〕が、この方式は、底部を溶
融させることに代りはなく、電解液の含浸効果が
薄れるのであり、しかも、筒体は長方形素材を丸
めて両辺を重合接着したものであるため、内部充
填物質の膨張収縮力が継目の分離方向力として直
接作用し、強度不足を生じ易く、重合量を多く
し、かつ積層数を増加して補強しなければなら
ず、素材原紙に厚いものを使用しなければならな
い他、凹部内底面が平坦な下金型を使用するだけ
であるため、底部にピンホールができることを防
止する確実性が乏しいため、この種セパレータの
製造方法として満足な方法とは云えないものであ
つた。

この発明は上記従来の欠点に鑑み提案されたも
ので、その１つは、最外層のみ継目を互いに重な
り合うように巻回し、それ以外の層の継目を突き
合わせ状に巻回し、最内層より最外層の方の素材
幅を広くしたリボン状の合成樹脂製不織布を素材
とする複数層のスパイラル巻き積層構造の筒体
と、該筒体の一端に一体に形成され、その表面
に、水に不溶で耐熱性並びに耐アルカリ性にすぐ
れた無機質液を塗布若しくは含浸させた平坦な底
部とを具備させたことを特徴とする乾電池用円筒
型セパレータの構造であり、他の１つは、最外層
のみ継目を互いに重なり合うように巻回し、それ
以外の層の継目を突き合わせ状に巻回し、最内層
より最外層の方の素材幅を広くしたリボン状の合
成樹脂製不織布を素材としてマンドレルの周囲で
複数層のスパイラル巻き積層構造の筒体を形成
し、上記筒体をプランジヤ形状の金型に先端を底
部形成分だけ突出させて被嵌し、上記金型を介し
て先端を、そのまま、若しくは、水或いは接着剤
を付加して、内底面に略三ケ月状の複数の突部を
形成した底部形成用凹部を有するカツプ形状の金
型に圧接し、カツプ形状金型を素材の溶融温度よ
り低い温度で加熱し乍ら高速回転させ、上記カツ
プ形状金型の略三ケ月形状突部によつて筒体先端
を中心側へ折曲げ、かつ、プランジヤ形状金型の
先端面とカツプ形状金型の凹部内低部との間で、
上記略三ケ月形状突部によつて筒体先端の中心側
へ折曲げられた部分をしごき乍ら密着させて平坦
な底面を一体に形成させたことを特徴とする乾電
池用円筒型セパレータの製造方法である。

以下この発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第４図乃至第６図に於いて、１２はセパレータ
で、筒部１３と平滑な閉塞した底部１４とを一体
に形成し、更に底部１４の表面に水に不溶で、耐
熱性並びに性アルカリ性にすぐれた無機質液１５
を塗布してある。前記筒部１３は約200℃以上の
融点を有し、且つ吸液性の良好な合成樹脂製の不
織布を素材としてこれを所定の幅寸法のリボン状
に載断された、例えば第１の原紙１６、第２の原
紙１７及び第３の原紙１８を後述の要領で巻回さ
せた積層構造を有している。即ち、第１の原紙１
６の幅寸法を基準として第２の原紙１７を第１の
原紙１６より若干広幅になし、第３の原紙１８を
第２の原紙１７より十分に広幅になしてある。そ
して第１の原紙１６を両側縁が突き合せ状態とな
る様にスパイラル状に巻回させ、第１の原紙１６
の外周に同原紙１６の各継目１９，１９……を覆
うように第２の原紙１７を長手方向に若干ずらせ
て両側縁が突き合せ状態となるようにスパイラル
状に巻回接着させ、第２の原紙17の外周に第３の
原紙１８をその両側部１８′，１８′において第１
の原紙１６の各継目１９，１９……及び第２の原
紙１７の各継目２０，２０……を覆い、且つ互い
に重なり合うようにしてスパイラル状に巻回接着
させて円筒形になしてある。そしてこの円筒形に
形成された筒部１３の一方の開口端部を所定の温
度に加熱し乍ら中心側へ折曲げ、折曲げ部のみを
溶融させてしごき加工し、閉塞した平滑な底部１
４を一体に形成し、底部１４の成形後、底部１４
の表面に無機質液１５を塗布している。尚、この
無機質液１５は、底部１４の成形時に一緒に混入
させて底部１４に含浸させてもよい。

上記構成のセパレータ１２は、筒部１３と底部
１４とが一体に形成され、しかも底部１４はその
成形と同時に筒部１３の一方の開口端を閉塞する
ので製作が容易となり、生産性が向上する。また
底部１４は内外面共に平滑面に形成されており、
成形後の安定性が向上すると共に底部１４の中央
部と周辺部とで厚みが変らず、全体に均一となつ
ており、底部１４を十分な隔離を行ない得る厚み
に形成しても、セパレータ１２の全長l′に対して
内部の長さl₁′は殆ど短かくならず、セパレータ１
２の内外に充填される負極亜鉛や正極合剤の充填
量を多くすることができ、乾電池の性能が向上す
る。また底部１４は、筒部１２の端部を折曲げて
溶融し、それを混合し、しごき加工を行なつて形
成するので、溶融物が密に溶着されてピンホール
やクラツク等を生じず、しかも底部１４の表面に
は水に不溶で耐熱性並びに耐アリカリ性にすぐれ
た無機質液１５を塗布してあるので、底部１４の
隔離作用は確実で負極亜鉛の微粉末と正極合剤と
が接触することがなく、製品の信頼性が向上す
る。またセパレータ１２の筒部１３においても、
全体が均一な積層構造を有しており、各層での各
継目１９，１９……，２０，２０……を有する部
分においても隔離作用は確実で、負極亜鉛の微粉
末と正極合剤とが接触する恐れは全くない。更に
筒部１３は第３の原紙１８の重なり部分が芯材の
作用をなすので、剛性が高く、変形の恐れもな
く、組立ての自動化が容易となる。

この様なセパレータ１２の製造は、第７図に示
す様に、所定の外径寸法に形成されたマンドレル
２１に第１の原紙１６を斜方向から供給し、続い
で接着剤を所定の位置に塗布した第２の原紙１７
を斜方向から供給し、第１の原紙１６上にマンド
レル２１の長手方向に沿つて若干位置をずらせて
重ね合せ、次に接着剤を所定の位置に塗布した第
３の原紙１８を斜方向からマンドレル２１に供給
し、第２の原紙１７上に重ね合せる。この状態で
マンドレル２１を回転させ乍ら長手方向に移動さ
せる。すると、マンドレル２１の外周に沿つて各
原紙１６，１７，１８が所定の配置関係をもつて
スパイラル状に巻回され、長尺な円筒体２２が形
成される。この後、マンドレル２１から円筒体２
２を外し、第８図に示す様に、必要なセパレータ
１２の長さと底部形成部分の長さを合せた寸法で
裁断し、短尺な筒体２３を形成する。次に筒体２
３を第９図に示す様に適宜の手段により昇降自在
に支持された下金型２４の外周に底部形成部分２
３′を残して装着し、これを下金型２４の上方に
位置し、且つヒータ２６にて筒体２３の素材の溶
融点より低い温度、例えば160℃程度に加熱され、
約300r.p.mの高速回転で支持された上金型２５内
に押し込むことにより後述の如く筒体２３の底部
形成部分２３′が溶着されて、平滑な閉塞された
底部１４が一体に形成され、所望のセパレータ１
２を得る。

前記上金型２５は、筒体２３の外周面が十分に
嵌り込む径の凹部２７を有し、その内端面２８に
は第１０図及び第１１図に示す様に、略三ケ月形
状で且つ中央部より周辺部に至り突出量が徐々に
低くなつた突部２９，３０を内端面２８の中心部
を囲む様にして一体に形成し、更に内端面２８と
周面３１とのコーナをＲ形状３２になしてある。
従つて筒体２３の底部形成部分２３′を上金型２
５の凹部２７内に押し込むと筒体２３の端部は凹
部２７の周面３１に沿つて入り、内端面２８とＲ
部３２に沿つて順次中心側に折れ曲がり、この折
曲がり部は下金型２４と上金型２５とで挾み込ま
れ、回転している上金型２４の突部２９，３０と
の摩擦熱により素材の融点以上に加熱されて溶融
し、しかも中心側へと混練され乍らしごかれて内
外面共に平滑な閉塞された底部１４が筒部１３と
一体に形成される。この様にして底部１４が形成
されると、底面１４の表面に水に不溶で耐熱性並
びに耐アルカリ性にすぐれた無機質液を塗布す
る。

上記製造方法によれば、セパレータ１２の底部
１４は接着剤による接着ではなく、素材を溶着さ
せて筒部１３と一体に形成され、剥れ等の恐れが
なく、しかも上金型２５の回転により内端面２８
に形成された突部２９，３０にて溶融素材が混練
されて中央部へしごかれるので全体に均等に撹拌
されるので、ピンホールやクラツク等を生じるこ
とがなく底部１４は緻密に閉塞された状態で形成
され、負極亜鉛と正極合剤との接触は確実に防止
され、製品の信頼性が向上する。またこの製造方
法は、上金型２５を筒体２３の素材の溶融点以下
の温度に加熱しておき、これにより上金型２５の
凹部２７内に押し込まれる筒体２３の底部形成部
分２３′を予備加熱し、更に内端面に圧接される
底部形成部分２３′のみを突部２９，３０との摩
擦熱により素材の溶融点以上に加熱して溶融させ
て底部１４を形成するので、底部以外の筒部１３
は何ら溶融することがなく、素材のまま保持され
るので、底部近傍の筒部１３は素材が溶融されな
いので、閉塞側端部においても電解液の保持能力
が低下せず、セパレータ１２の全体における電解
液の保有率が向上し、乾電池の性能が向上する。
更にセパレータ１２は筒部１３及び底部１４が正
確に形成されるので、後工程でのケース内への組
付けの自動化が容易となる。

尚、セパレータ１２の底部１４の成形時、素材
の関係により筒体２３の端部の折曲げが困難な場
合は、これに若干の水や接着剤等を付加して折曲
げ並びに溶着が容易になるようにしてもよい。ま
た上記説明では、無機質液１５を底部１４を形成
した後に塗布するようにしたが、他に底部１４の
形成時に無機質液を添加して底部１４内に含浸さ
せてもよい。

以上説明した様に本発明のセパレータは、 最外層のみ継目を互いに重なり合うように巻回
し、それ以外の層の継目を突き合わせ状に巻回
し、最内層より最外層の方の素材幅を広くしたリ
ボン状の合成樹脂製不織布を素材とする複数層の
スパイラル巻積層構造の筒体を使用しているの
で、各層のスパイラルの継目が隣接する層のスパ
イラル状の継目とずれて形成され、これによつ
て、内側層の継目を外側層の素材で被覆させるこ
とができ、負極亜鉛と正極合剤との継目からの流
通を確実に防止させることができる。特に、スパ
イラル状の継目は、筒体内に充填される物質の膨
張収縮力が継目の分離方向とは略90゜異なつてい
るため、殆ど分離作用を受けず、丈夫である。ま
た、最外層以外の層では、継目を突き合わせ状と
してあることによつて、継目部分で素材の重なり
による段部ができず、従つて、最内層は内外周面
とも平坦な円筒面を形成でき、充填物質の充填を
容易にでき、また、その外側の素材のスパイラル
巻きを容易とできる。さらに、最外層のみ、継目
部分に沿つて、素材を重ね合わせてあることによ
つて、この重なり部分が補強芯作用を生じ、筒体
全体の軸方向強度及び半径方向強度を向上させる
ことができ、それだけ薄い原紙を使用でき、全体
を薄肉化できる。

また、底面を平坦としてあることによつて、形
状安定性がよく、かつ、無機質液を塗布若しくは
含浸させてあることによつて、負極亜鉛と正極合
剤との隔離作用を確実とできる。

また、本発明の製造方法によれば、素材のスパ
イラル巻きが容易であり、各層の継目の重なりが
なく、かつ、半径方向力に対して継目に分離作用
が直接作用せず、筒体全体の軸方向強度及び半径
方向強度を向上させることができ、さらに、カツ
プ形状金型の凹部内底面の略三ケ月形状突部によ
つて、筒体先端を中心側に折り曲げる作用を確実
にすると共に、薄く一様な厚さにしごいて平坦な
底面を確実に形成させ、ピンホール発生の原因と
なる気泡を完全に排出した液密作用の良好な底面
を容易に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は別体の底板を装着した従来のセパレー
タの形状を示す概略断面図、第２図は底部を一体
に形成した従来のセパレータの形状を示す概略断
面図、第３図はそのセパレータの製造方法を示す
断面図、第４図は本発明に係るセパレータの斜視
図、第５図は本発明セパレータの全体構造を示す
概略断面図、第６図は本発明セパレータの筒部の
構造を示す要部拡大断面図、第７図は第２の発明
に係るセパレータの製造工程中の各原紙を巻回さ
せる工程を示す要部平面図、第８図は筒体の成形
工程を示す平面図、第９図は底部の成形装置の概
要断面図、第１０図は上金型の底面図、第１１図
は断面図である。 １２……セパレータ、１３……筒部、１４……
底部、１５……無機質液、１６……第１の原紙、
１７……第２の原紙、１８……第３の原紙、２１
……マンドレル、２２……円筒体、２３……筒
体、２４……下金型、２５……上金型、２６……
ヒータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最外層のみ継目を互いに重なり合うように巻
   回し、それ以外の層の継目を突き合わせ状に巻回
   し、最内層より最外層の方の素材幅を広くしたリ
   ボン状の合成樹脂製不織布を素材とする複数層の
   スパイラル巻き積層構造の筒体と、 該筒体の一端に一体に形成され、その表面に、
   水に不溶で耐熱性並びに耐アルカリ性にすぐれた
   無機質液を塗布若しくは含浸させた平坦な底部と
   を具備させたことを特徴とする乾電池用円筒型セ
   パレータ。 ２ 最外層のみ継目を互いに重なり合うように巻
   回し、それ以外の層の継目を突き合わせ状に巻回
   し、最内層より最外層の方の素材幅を広くしたリ
   ボン状の合成樹脂製不織布を素材としてマンドレ
   ルの周囲で複数層のスパイラル巻き積層構造の筒
   体を形成し、 上記筒体をプランジヤ形状の金型に先端を底部
   形成分だけ突出させて被嵌し、上記金型を介して
   先端を、そのまま、若しくは、水或いは接着剤を
   付加して、内底面に略三ケ月状の複数の突部を形
   成した底部形成用凹部を有するカツプ形状の金型
   に圧接し、カツプ形状金型を素材の溶融温度より
   低い温度で加熱し乍ら高速回転させ、上記カツプ
   形状金型の略三ケ月形状突部によつて筒体先端を
   中心側へ折曲げ、かつ、プランジヤ形状金型の先
   端面とカツプ形状金型の凹部内底面との間で、上
   記略三ケ月形状突部によつて筒体先端の中心側へ
   折曲げられた部分をしごき乍ら密着させて平坦な
   底面を一体に形成させたことを特徴とする乾電池
   用円筒型セパレータの製造方法。