JPH03504547A - 射出成形された蓋体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称、射出成形された蓋体 本発明は一一次アルカリ電池の如き密閉電気化学電池に関し、より具体的には、 かかる電池の密閉絶縁部材（Ｓｅａｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　 ｍｅｍｂｅｒ）の改良に関する。本発明にあっては、内部のガス圧が高まったと きにガスを逸散させることのできる部分を多数箇所に設けているから、ガス逸散 部となる部分の各々の肉厚は、ガス逸散部を１か所にだけ形成する場合と比べて 、射出成形加工をより容易に行なえるような寸法にすることができる。

密閉式円筒型ガルバニ電池の一般的な構造は、主要な要素、アノード及びカソー ドが、適当なセパレータ、電解質等と共に、缶容器の中に組み込まれている。一 般的には、缶の中に主要な電池要素が組み込まれており、該缶容器は陽極のカソ ード接触体を形成している。即ち、缶容器は、通常の場合、その底部が電池のカ ソード接触体を形成し、電池は缶の上端部に配置された部材によって密閉される 。この部材は、一般的には密閉絶縁部材と呼ばれるもので、電池は該部材によっ て密閉され、電解質の漏洩を防いでいる。このため、電池のアノード接触体は、 その密閉された底端部とは反対側の端部で、缶とは絶縁されている。以下の説明 において、この密閉絶縁部材は、蓋体又は上蓋部材（ｔｏｐ　ｍｅｍｂｅｒ）と 称するものとし、該上蓋部材は、一般的には射出成形可能なポリマー樹脂から形 成される。

また、ガス等の排出部となる薄膜即ち薄肉部（ｖｅｎｔ　ｍｅｍｂｒａｎｅ）は 、通常の場合、上蓋部材に一体に形成する。

薄膜は、一般的には、上蓋部材の周囲の厚さよりも薄く形成するから、内部が所 定の圧力に達したときに破損することができる。上蓋部材のガス逸散機構に関す る種々の構造が、米国特許第４１９１８０６号、第４２３７２０３号及び第４４ ７６２００号に開示されている。米国特許第４４７６２００号に開示された上蓋 部材は、メルトインデックスが４ないし３０のポリプロピレン材料を用いて射出 成形したものである。メルトインデックスがこの範囲内にあるとき、射出成形に よって、この薄肉部を非常に薄く形成できる。米国特許第４１９１８０６号は、 射出成形によって上蓋部材を作る際、もっと硬質のプラスチックを使用すると、 このような薄肉の薄膜部を形成することは難しいことを開示している。この特許 は、ガス排出をうまく行なうことができるようにするため、排出部となる薄肉部 に溝を形成することを提案している。

鉱物又は無機物（ｍｉｎｅｒａｌ）の充填材入りポリオレフィンに含まれる物質 には、射出成形工程で上蓋部材を作る際に問題を起こさせるものがある。鉱物充 填材入り密閉部材は、イギリス特許第２１４９１９８号に開示されている。これ らの鉱物は溶融時の粘度が高いため、射出成形法によって上蓋部材に薄膜を形成 するのが困難になる。

鉱物充填ポリオレフィンは、射出成形モールドの薄肉部を流れることは容易でな いため、排出孔用薄膜を十分に薄くつくることができないという問題がある。こ の問題を解消するために、薄膜はまず最初は、所望厚さよりは厚く形成しておき 、次に成形モールドの可動ピン部材を用いて薄膜部を更に押圧し、所望の厚さに まで小さくするのである。このようにして、電池サイズに応じて、０００２５イ ンチないし０．００５インチ厚さの薄膜部を形成することが可能となる。しかし ながら、この方法の場合、均一な上蓋部材を常に安定して作ることができないた め、薄膜を破裂させるのに必要な圧力が異なる。また、鉱物充填ポリオレフィン を用いる場合、異なる方向からモールドを流れる材料が出合うところでは、射出 成形中にシーム部が形成されることがしばしばある。このシーム部は、上蓋部材 の破損しやすいゾーンとなる。

このように、充填ポリオレフィンを使用して簡単に射出成形することができ、ま た成形が容易で、信頼性の高い薄肉部を形成できるような構造の上蓋部材が要請 されている。

本発明の特徴及び利点について、添付の図面を参照しつつ、以下に説明する。

第１図は、本発明にかかる密閉絶縁部材の平面図である。

第２図は、第１図の密閉絶縁部材の底面図である。

第３図は、第１図の密閉絶縁部材の側面図である。

第４図は、第１図の上蓋部材について、Ａ−Ａ線に沿って切断したときの断面図 である。

第５図は、段付きの缶容器と、本発明にかかる上蓋部材を備えたガルバニ電池に ついて、クリンプしていない状態の上部を垂直方向に切断したときの断面図であ る。

第６図は、ビードを付けた缶容器と、本発明にかかる上蓋部材を備えたガルバニ 電池について、クリンプしていない状態の上部を垂直方向に切断したときの断面 図である。

第１図ないし第５図は、本発明に基づいて作られた代表的な密閉絶縁部材を示し ており、該部材は、一般的には密閉アルカリ電池に使用される。図面に示す上蓋 部材は、ＡＡサイズのアルカリ電池に使用されるものを示している。しかしなが ら、当該分野の専門家であれば、以下の開示を参考にして、その他の電池に対し ても、破損してガス排出部となる薄肉部を、多数の位置に形成できることは明白 であろう。

上部の密閉絶縁部材（１０）は、円板状の台部（ｐｌａｔｆｏｒｍ）（１８）を 備えており、該台部には、薄肉部（２０）と厚肉部（２２）が交互に形成され、 さらに上部（１４）と下部（１６）とからなる円柱状のボス部を中央に備えてい る。台部（１８）の薄肉部（２０）は、以下に詳細に説明するごとく、所定圧力 で破損して、上蓋部材（１０）のガス等の排出部として機能する。本発明の望ま しい形態において、円錐台形状の部材（３６）は、中央の台部（１８）の周囲か ら下方に伸びている。

環状の底部材（３８）は、円錐台形状の部材（３６）の下端部から外方に伸び、 さらに上向きに伸びて外壁（３４）を形成している。外壁（３４）は、外向きに 突出する肩部（４２）と、スカート部（４４）を含んでいる。円錐台形状の部材 （３６）、環状の底部（３８）、外壁（３４）の下部によって周壁を形成し、所 定の電池成分を含めることができるようにしており、排出時に、この電池成分を 放出することもできる。

前述（またように、台部（１８）は、薄肉部（２０）と肉厚部（２２）を含んで いる。交互に設ける薄肉部と肉厚部の個数は、必要に応じて変えることができる 。ＡＡサイズのアルカリ電池の場合、上蓋部材（１０）は薄肉部（２０）を３か 所、厚肉部を３か所に設けることが望ましい。各々の薄膜部（２θ）の表面積と 厚さは、破裂するのに必要な圧力から求められる。個々の薄膜部の表面積があま りに大きすぎると、薄膜部は、電池内部の圧力上昇につれて外方向に風船のよう に膨らむ。かかる場合、どの地点で破裂するかを予期できないため、排出部とし ては信頼性の乏しいものとなる。従って、このバルーン効果を最小にするために 、各薄膜部の表面積は所定の値を超えないように留意する必要がある。ＡＡ電池 用の上蓋部材の場合、この値は、環状部材（１８）の表面積の約６分の１である 。全部の薄肉部（２０）を、はぼ同じ圧力で破裂させることができるようにする ためには、薄肉部（２０）のサイズと厚さは、すべてほぼ同じにすべきである。

上蓋部材（１０）は、第４図に示す金属製の補強リング（４Ｂ）と−緒に使用さ れることがしばしばある。補強リングは、クリンプすることにより、上蓋部材（ １０）の支持体となる。薄膜部（２０）のバルーン現象がなぜ最小に維持される かについては、第４図から認識することができる。もし、薄膜部（２０）が外方 向に膨らもうとしても、補強リング（４８）に接触し、薄膜部は破損せずに、電 池内部の圧力は上昇し続けるからである。

薄肉部又は薄膜部の表面積を大きくすれば、ガス排出部を形成するのに必要な圧 力を増大させることなく、薄膜部の肉厚をさらに厚くすることができる。例えば 、第１図に示す上蓋部材を備えたＡＡサイズの電池の場合、総直径（ｏｖｅｒａ ｌｌ　ｄｉａｍｅｔｅｒ）は約１．３ｃｍ（０，５インチ）である。各薄膜部は 、肉厚が０．０１８〜０．０２　ｃｍ（０゜００７〜０．００８インチ）であり 、面積は約０．０６ｃｍ”（０，００９ｉ　ｎ”）である。この面積は、ボス部 を除いた台部の面積の約１７％である。例えば、かかる上蓋を備えたＡＡ電池の 場合、１１００ｐｓｉのオーダの圧力で薄膜部が破裂するような構造にするのが 望ましい。なお、環状部材の６０度のセクション内に円形の薄膜部を１個形成し た場合、面積は約０．０４ｃｍ”（０，００６ｆｎ２）であり、薄膜部はさらに 薄くしなければならない。

即ち、約１１００ｐｓｉで破裂させるためには、肉厚は０゜００６〜０．０１２ 　ｃｍ（０，００２５〜０．００５インチ）にせねばならない。本発明の上蓋部 材の薄膜部の肉厚を厚くすればするほど、可動ビンを用いなくとも、より一層容 易に射出成形することができる。薄膜部の肉厚は電池のサイズに応じて変えるこ とができる。ＡＡサイズよりも小さな電池に対しては０．００６ｃｍ（０，００ ２５インチ）まで小さくすることができるし、ＣサイズやＤサイズのような大き なサイズの電池に対しては、０．０４　ｃｍ（０，０１６インチ）まで大きくす ることができる。

さらに、溶融ポリマーをモールドに注入するためのゲートが中央に位置している 場合、即ち、中央のボス部があるところでは、溶融物質が上蓋部材の周囲に向け て外方に流れていくとき、薄膜部は均等に形成される。従って、シーム部、即ち 破損部が形成されることはない。このため、上蓋部材（１０）の破裂特性（所定 の圧力に達したときに破裂する）の信頼性を一層高めることができる。

本発明の上蓋部材は、薄膜部を多数位置に設けているから、信頼性が高まり、か つ水素ガスの拡散が改善されるといった、２つの追加の利点がもたらされる。信 頼性に関しては、多数の薄膜部が以下の如く作用する。薄膜部は、各々が、はぼ 等しいサイズ、形状及び肉厚になるようにしており、理論的には、同じ圧力で破 裂してガス排出が行なわれる。一方、薄膜部を１箇所にしか設けない場合、先ず 最初に開いて内部圧力を和らげる。電池のガス逸散が行なわれると、電池の内容 物についても部分的に追い出される。この内容物が、薄膜部の開口を塞ぎ、内部 圧力をさらに高めることになる。本発明の場合、薄膜部の他の一つで第２の排出 部が形成される。これに対し、薄肉部が一つだけの上蓋の場合、第２の排出部は 形成されないため、内部圧力は非常に高い値まで上昇して好ましくない。薄肉部 の数が増えると、例えば、第１図に示すように薄肉部を３箇所に設けた電池蓋の 場合、ガス逸散機構の信頼性は向上し、内部圧力は確実に開放することができる 。

本発明の上蓋構造にすれば、薄肉部が複数あるから表面積を大きくすることがで き、水素の拡散作用を高めることができる。これは、電池の使用中に少量の水素 ガスが発生するアルカリ電池の場合に、特に都合がよい。図面を参照しつつ説明 した前記薄膜部のトータル面積は、中央の台部のトータル面積の約４０〜５０％ である（但し、前述したように、ボスが占める面積は含まない）。

薄膜部のトータル面積は台部の３０％以上（各々の薄膜部は１０％）とするのが 適当であるが、水素の拡散を高めるには、薄膜部の表面積をさらに大きくするこ とが望ましい。このため、水素拡散を最大にするためには、上蓋の構造的完全さ を損なわない範囲で、薄膜部の面積を最大にすることが望ましい。水素ガスを少 しずつ排出させることが蓋設計の上で最も重要な基準である場合、台部は、全体 を薄い薄肉部から構成し、後記する垂直な支持リブによって分離させた構造にす ることが最適である。

このように、所望する結果に応じて、本発明は薄肉部を多数有する上蓋を包含す るもので、薄肉部のトータル面積は、台部の表面積の３０〜１００％の範囲であ る。

上蓋部材（１０）は、さらに垂直な強化リブ（２４）を備え、該リブは中央のボ ス部材から上向きにかつ半径方向の外向きに伸びている。リブ（２４）は、薄肉 部（２０）と厚肉部（２２）の連結部に形成される。リブは台部の円板の外周よ りも僅かに小さい寸法まで外向きに伸び、外壁（３４）の高さよりも僅かに低い 寸法まで上向きに伸びるようにするのが望ましい。これらのリブは、追加の構造 支持体を提供し、薄膜（２０）のバルーン効果を最小にする役割を有する。

バットレス（ｂｕｔｔｒｅｓｓ）支持部材（２６）を上蓋部材（１０）の下側に 張り出して設けることにより、さらに強度を高めることができる。支持体（２６ ）は、その上側にある対応するリブ（２４）とは反対側の位置に設けることが望 ましい。

垂直なリブ（４６）は、外壁（３４）の外表面に沿って軸方向に伸びている。リ ブ（４６）は、壁（３４）の外表面の周囲に、等間隔で配備するのが望ましい。

垂直なリブ（４６）の個数と大きさは、電池サイズに応じて決められる。第１図 ないし第５図に示すように、ＡＡサイズの電池の場合、上蓋には１０本の垂直な リブを形成している。リブ（４６）は、電池ケーシングの内壁の一部と強制的に 嵌まることができるようにしている。このため、アノード、カソード及びセパレ ータを電池ケーシング内部に配置した後、上蓋部材（１０）を適当な位置に押し 込むと、リブ（４６）によって適当な位置で保持される。電池は、最終的なりリ ングを行なうまで、電池の内容物を失う虞れなく取り扱うことができる。

電気化学電池に一般的に使用されるクリンプシールには２つの種類がある。一方 のタイプはケーシングを段付きにしたもので、他方のタイプはケーシングにビー ドを付けたものである。第５図は、上蓋（１０）の肩部（４２）と、段付き型電 池のケーシング（５０）の段部（５２）との係合状態を示している。クリンプを 行なうと、電池ケーシング（５０）の一部（５４）は、上蓋（１０）のスカート 部（４４）に対して半径方向内向きにクリンプされ、両者の間にシールが形成さ れる。同じように、第６図は、上蓋（１０）の肩部（４２）と、ビード付電池の ケーシング（６０）の内向きビード（６２）との係合状態を示している。このと き、電池ケーシング（６０）の一部（６４）は、同じように上蓋（１０）に対し て半径方向内向きにクリンプされる。

前述したように、上蓋（１０）は充填材入りポリオレフィン材料から形成するこ とが望ましい。また、該材料は、充填剤に鉱物を用いたポリオレフィンが望まし く、ここで、鉱物は、滑石（タルク）、炭酸カルシウム、雲母（マイカ）、及び その混合物からなる群から選択される。鉱物充填材は、４５％以下、望ましくは １５〜４０％含ませる。充填材は、極く微細に砕いたもので、微細な粒状物質で ある。従って、充填材物質が、成形部分の表面に現われることは殆んどない。こ の点につき、上蓋部材の中に、約２０％の充填材を使用することが最も望ましい 。

本発明の望ましい物質の実施例として、２０％の滑石充填材入りのポリプロピレ ンを挙げることができる。

円筒型電池の場合、中央の電極は、一般的には釘のような形態をしており、電池 の上蓋、即ち密封部材を貫通している。補強リブ（２４）もまた、釘形電極をボ スの内径に形成された薄膜を通して挿入する間、中央ボスと台部との間にて強度 を付与する働きをし、釘形電極の挿入するときに、上蓋が破損しないようにして いる。

請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、前述した以外の実施例も可能 であり、前述した以外の材料を使用することもできるし、また、他の密閉装置を 本発明に利用することもできる。

国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部圧力が変動する円筒型容器の開口端部を密閉しかつ絶縁する蓋体であ って、該蓋体は密閉絶縁部材を備え、密閉絶縁部材は、中央部に軸方向に突出す るボスを有して、複数箇所に薄肉部を有する台部を備えており、各薄肉部はほぼ 同じ圧力で破裂するようにしており、薄肉部のトータル面積は、台部のうち前記 ボス部を除いた表面積の約３０％以上であり、密閉絶縁部材は、さらに蓋体を補 強する手段を備えている、蓋体。
2. （２）薄肉部は台部の表面積の１００％であって、蓋体を補強する手段は、中央 のボス部材から半径方向に突出する補強リブが垂直方向に伸びており、各リブは 隣り合う２つの薄肉部の連結部にて台部の上表面と一体になり、台部はこれらの リブによって、等しい大きさの薄肉部に分割されるようにしている、請求の範囲 第１項に記載の蓋体。
3. （３）台部は円板の形状であって、薄肉部は台部の表面積の約５０％以下であり 、円板表面の周囲に等間隔で設けられており、台部のうち排出部として供されな い厚肉の部分とは互いに分離している、請求の範囲第１項に記載の蓋体。
4. （４）蓋体を支持する手段は、垂直方向に伸びるリブであって、該リブは中央の ボス部材から半径方向に突出しており、各リブは、薄肉部と、その隣りの肉厚部 との連結部にて、台部の上表面と一体になっている請求の範囲第３項に記載の蓋 体。
5. （５）密閉絶縁部材は大きさが等しい３つの薄肉部を備え、該薄肉部のトータル 表面積は、台部のうちボス部を除いた表面積の約５０％であって、薄肉部の厚さ は０．００７インチないし０．００８インチである請求の範囲第４項に記載の蓋 体。
6. （６）密閉絶縁部材は鉱物充填材入りのポリオレフィンから作られる請求の範囲 第５項に記載の蓋体。
7. （７）密閉絶縁部材は、台部の外周に取り付けられた下向きの円錐台形部材と、 その内周が円錐台形部材の下端部に連なる環状の底部材と、環状の底部材の外周 に連なる上向きの外壁、から構成される請求の範囲第４項に記載の蓋体。
8. （８）外壁は外向きに伸びる肩部を備えている請求の範囲第７項に記載の蓋体。
9. （９）密閉絶縁部材は、ボス部材から外向きに伸びるバットレス支持部材を備え ており、該支持部材は、その上表面の垂直な支持リブとは反対側の台部の下表面 に取り付けられている請求の範囲第７項に記載の蓋体。
10. （１０）密閉絶縁部材の外壁は、その外表面に垂直なリブが設けられている請求 の範囲第９項に記載の蓋体。
11. （１１）密閉絶縁部材は、鉱物充填材入りのポリプロピレンから作られ、鉱物は 、滑石、炭酸カルシウム、雲母、及びその混合物からなる群から選択され、充填 材は、５〜４５重量％存在している請求の範囲第６項に記載の蓋体。
12. （１２）密閉絶縁部材は２０重量％の滑石入りのポリプロピレンから形成される 請求の範囲第６項に記載の蓋体。
13. （１３）アノード、カソード、開口端部を備える円筒状の缶容器、及び電池の缶 容器の開口端部に配備された密閉絶縁部材を備えており、密閉絶縁部材は、中央 の台部に軸方向に伸びるボスを形成し、台部は複数の薄膜部を有し、該薄膜部は 台部のうちボス部を除いた表面積の約３０％以上である、密封電気化学電池。
14. （１４）薄膜部は台部の表面積の約５０％以下であり、密閉絶縁部材は鉱物充填 材入りポリオレフィンから作られる請求の範囲第１３項に記載の電池。
15. （１５）密閉絶縁部材は台部の外周面に取り付けられた下向きの円錐台形部材と 、その内周が円錐台形部材の下端部に連なる環状の底部材と、環状の底部材の外 周に連なる上向きの外壁を備えており、外壁は、外向きに突出する肩部を有して いる請求の範囲第１４項に記載の電池。
16. （１６）円筒状の缶容器は、その開口端部の近傍に、外向きの段部を形成し、密 閉絶縁部材の肩部がその段部と係合できるようにしている、請求の範囲第１４項 に記載の電池。
17. （１７）円筒状の缶容器は、その開口端部の近傍に、内向きのビード部を形成し 、密閉絶縁部材の肩部がそのビード部と係合できるようにしている、請求の範囲 第１４項に記載の電池。