JPS60501827A - 低プロフィルシ−ル - 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】 低プロフイルシール 発明の分野 本発明は円筒形電池に関するものであり、さらに詳しくは、電池容器の内側に向 けられた周囲縁部と弾性外周リップおよび弾性環状フランジを有するフタ部材（ ｃｘｏｅｕｒθ　ｍθｍｂθｒ）とから成るコンノくクトな再密封型通気手段を 具備し、この再密封型通気手段の構造により、電池容器内部に１置される反応性 材料を増量することのできる電池に関するものである。

発明の背景 若干の条件においては、電池は多量のガスを発生することがある。電解質漏れを 防止するためにこれらの電池は密封されているので、このようなガス発生の結果 、電池内部に高圧が発生する。このような高圧力ー通気されなければ、電池の漏 れ、ノくルジングおよび／または破裂を生じることがある。

従来、電池内部に発生する可能性のある内圧を放出するための多くの方法が用（ ・られた。一般に、電解質の千上りを防止するため、また負極のムタ゛な腐食を 生じろ可能性のある大気酸素の進入を防止するため、再密封型通気手段を使用す ることカー好ましく・。（・くつ力・の先行技術の再密封型通気手段について只 られる大きな欠点は、これらの手段が乾電池の中に数個またはこれ以上の部品を 追加する必要が−あり、従って電池の製造コストを大幅に増大することであった 。さらに、これらの先行技術の方法は、確実なまた再現可能な結果をうるため、 これらの追加部品を電池の組立中に正確に配置することを必要としている。

前記のような欠点を克服するために先行技術において開発された再密封型通気手 段の１例として、米国特許第３，８０２，９２３号、および第４，１４６，６８ １号に記載の乾電池構造がある。米国特許第３，８０２，９２３号は電池の開放 端部の１リム型通気”シールフタ部材を開示している。このフタ部材は、電池の 内側に向けられた縁部と係合する周方向切欠を有する環状垂下フランジと、容器 のカールオーバ型上端部に載置される弾性密封リップとを備えたカバーを含む。

米国特許第４．１４６，６８１号は、このようなカバーの改良型において、この カバーの中に環状くぼみが配らされ、このくぼみは切欠の水準の下方に延在し、 またこのくぼみの中にロックツバが挿入される。

前記米国特許の密封フタ部材の機能はすぐれているが、この種のシールは容器末 端部の大きな屈折半径を必要とする。その結果、電池容積が完全に利用されるこ となく、正極ミックスの高さが最大限に成されない。

故に本発明の目的は、乾電池において使用される再密封型通気フタ部材を提供す るにある。

本発明の他の目的は、最小限数の部品を必要とし、従って組立容易、製造安価な 再密封型通気フタ部材を提供するにある。

本発明のさらに佃の目的は、最゛大量の活物質を電池容器の内部に１置すること のできる再密封型通気フタ部材を提供するにある・ 本発明のさらに他の目的は、再密封型通勿フタ部材を有する電池の製造方法を提 供するにある。

前記の目的およびその佃の目的は、下記の言シ明と付図からさらに明白となろう 。

発明の要約 本発明は、円筒形容器と、この容器の開放端部に配置されたフタ部材とを含み、 前記の容器は閉鎖端部、開放端部および直立壁部を有し、この両立壁部は内側に 向けられた縁部分を有し、この縁部分は内側面と外側面を有し、前記の容器はそ の内部に電気化学的に活性の成分を収容し、また前記フタ部材は、前記容器の閉 鎖端部に向かって延びる弾性環状フランジを含み、前記のフランジは外周切欠き を画成し、容器の前記内向献部分がこの周方向切欠きの中に挿入されるように配 置された電池において、容器の内向縁部は容器の直立壁部に対して約８５°〜約 ９５°、好ましくは９０゜の角度で内側に屈折され、また前記の７タ部材は外側 密封リップを含み、この密封リップは、容器の内向縁部の外側面に対して実質平 行に接触密封関係に延在し、前記リップは内側面を有し１．この内側面に周方向 ダルーブを画成し、前記密封リップと容器の内向縁部は、電池内部の一定限度以 上の内圧形成によって前記密封リップが瞬間的にそらされてこの内圧を電池内部 から放出するように作動する再密封型通気手段を成す電池に関するものである。

本発明は他のアスペクトにおいて、再密封型通気フタを有する電池の製造方法に おいて、 （−）開放端部と、閉鎖端部と、直立壁部とを有する円筒形容器内部に、電池の 電気化学的活性成分を組込む段階と、 （ｂ）前記円筒形容器の縁部を容器の直立壁部に対して約８５°乃至約９５°の 角度で内側に向くように屈折させ、この縁部が内側面と外側面を有するように成 す段階と、 （Ｑ）弾性環状フランジと、内側面を有する密！　１Ｊツブとを含み、前記フラ ンジは外周切欠を画成し、前記密封リップはその内側面に周方向グループを画成 するようにしたフタ部材を準備する段階と、（ｄ）前記フタ部材を前記円筒形容 器の開放端部の上に挿入して、電池容器の内向縁部の末端を前記フタ部材のフラ ンジの外周切欠の中にはめ合わせ、前記密封ブラダが容器の内向縁部の外側面に 対して実質平行に、接触密封関係に延在するよう圧して前記フタ部材を１置固定 する段階とを含む方法に関するものである。

電池容器の縁部分の内向屈折は多段工程を含むことを注意しなければならない。

即ち、まず容器を部分的に内側に屈折させ、フタ部材をこの容器の開放端部の上 に配信し、次に容器の縁部が容器の側壁部に対して約８５°〜９５°の角度とな るように電池の屈折を完了することによってフタ部材を定置固定する。故に、本 発明の他の好ましい突施態様は、再密封型通気フタを有する製造方法において、 （ａ）開放端部と、閉鎖端部と、直立壁部とを有する円筒形容器内部に、電池の 電気化学的活性成分な和込む段階と、 ＜ｂ）前記円匍形容器の前記縁部分を容器の直立壁部に対して約３０’乃至約６ ００の角度で内側に向くように内側に屈折させる段階と、 （Ｃ〕弾弾性環状フランジ、内側面を有する密封リップとを含み、前記フランジ は外周切欠を画成し、前記密封リップはその内側１面に周方向グループを画成す るようにしたフタ部材を準備する段階と、（ｄ）前記のフタ部材を電池の円筒容 器の屈折された縁部の上に挿入し、次に容器の前記縁部分を容器の直立壁部に対 して８５°乃至約９５°の角度に内側に屈折させ、この縁部分が内側面と外側面 とを有し、またこの内側に屈折された容器縁部分の末端が前記フタ部材のフラン ジの外周切欠の中にはめ合わされて、前記フタ部材の密封リップが一１容器の内 側に屈折された縁部分の外側面に対して実質平行に接触密封関係に延在するよう にするようにして前記フタ部材を定置固定する段階とを含む方法に関するもので ある。

最も好ましくは、前記の（ｂ）段階において、電池容器の縁部分は直立壁部に対 して約４５°の角度で内側に屈折される。当業者には明らかなように、容器何１ 壁の屈折区域における外仰１部分はこの点におけるバルジングを防止するように 拘束されなければならない。

このように本発明の方法によって作られた電池半製品において、外何１ジャケッ トを通常のカバーに固定することによって仕上げる。

本発明のフタ部材は、ナイロン、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの弾性 可変形プラスチックで構成される。代表的には、このフタ部材は、当業者には公 知の通常の成形技術を用いて一体＆造に成形されろ。

フタ部材は、その中にカーボンロッドを押げめすることができるように中心孔を 画成するように成形されろ、電極回りのシールはシリコーングリースまたはその 他のシーラントあるいは接着剤型材料によって補助されろ。本発明の二、三の実 施態様において、フタ部材はこの中心孔の周囲に内側に突出した円形フランジ状 ハブを含む。

フタ部材の弾性環状フランジはその外側壁面に環状切欠を備える。このフランジ は、切欠が電池容器の内側に屈折された縁部分の内側縁と係合することによって カバーを定置固定し、これと共にシール接合を成すように配置される。このシー ル接合は、内部液体が自由に外部に流出することを遅らせる程度に密にするが、 ガスの通過を排除しない程度に密であってはならない。

流体密封性能を増進するため、電池容器の内側に屈折された縁部分の外側面に、 非硬化性／非融解性グリースの薄層を塗布することができろ。このグリース薄層 は水分を反撥し、またＮ池フタ部材の知立に際して潤滑剤として役立つ。

フタ部材の外周密−Ｗ　リップはその内（＋１１１面に周方向グループを画成す る。また本発明の二、三の実施態様においては、密封リップの外側面に１個また は籾数の放射方向くぼみを備える。これらのくぼみは、電池の内部ガス圧が生じ たときに電池を通気させろ。これらのくぼみのあるところではりツブシールが薄 くなっており、トップカバーと接触していないから、ガス圧が、ジャケットを引 伸すことなく、これらの薄い区域を上方に曲げて電池を通気させろ。

円筒形電池容器の側壁部の縁部は、ルクランシエ型または塩化亜鉛型電池の場合 、消耗性（亜鉛）負極から成り、内側に屈折されて平らなフランジを形成する。

約８５°〜約９５°の曲げの場合の屈折半径は好まし°くは約１７１６インチ（ 約０．１００ｍ）とする。この屈折の結果、内側に曲げられた縁部分を補償する だけ円筒形容器の初高を増大しなければならない。

本発明の電池は代表的には下記のように製作される。

電池の活性成分を、セパレータおよび電解質と共に、円筒形容器の中に胡込む。

ルクランシェ型または塩化亜鉛型電池などの若干の電、他系統においては、円筒 形容器は亜鉛などの消耗性金属の負極を成す。この円筒形容器の縁部分を容器直 立壁部に対して約８５°〜約９５°　の角度で内側に屈折させる。次にフタ部材 を電池容器の開放端部の上に配置し、電池容器の峰部分がフタ部材の環状フラン ジの外側壁面のグループの中に挿入されるようにフタ部材を嵌入する。あるいは 、また好ましくは、容器の縁部分を直立壁部に対してまず内側に部分的に、好ま しくは約４５°　屈折させ、フタ部材を挿入し、次に容器の縁部分が直立壁部に 対して８５°〜９５°の角度となるように縁部分の屈折を完了する。次に、この 電池半製品の周囲に配置された外側ジャケットに対して通常の上カバーと下カバ ーとを固着することによって仕上げる。上カバーは、容器の内側に曲げられた部 分の外側面に対してフタ部材の密封リップを圧着する追加的作用を有する。

特定の低プロフィル・シールを設計する際に考慮に入れなければならない種々の ファクタがある。密封リップを曲げて電池内部の過圧を放出させる圧力は、フタ 部材の物性、ならびに特定のフタ部材のサイズに依存している。

さらに、本発明の電池を通気させるのに必要な圧力は、外側ジャケットの組成（ ジャケットが使用されろ場合）ならびにフタ部材に対して電池カバーの加える応 力に依存している。すなわち、緩く嵌入された電池カバー（すなわち、フタ部材 に対して応力を加えないカバー）は電池通気圧に作用しないが、きつく嵌入され た電池カバーはこの通気圧を増大する。きつく嵌入されたカバーが通気圧を増大 する程度は、一部には外側ジャケットの組成に依存している。剛性の倒ジャケッ トは通気圧を大幅に増大することができるが、可撓性の紙ジャケットは通気圧を これほど増大しない。

金属の外側ジャケットが使用される地合、このジャケットについてラップシーム またはロックシームを使用することもできるが、バットシームを使用することが 望ましい。バットシームを使用する場合、カバーを固定するため容器末端の上方 においてジャケットを折り曲げるので、このようなシームが開裂する地合がある 。しかし、シーム区域において容器とジャケットとの間に接着剤層を配信するこ とによりζこの種のシームの密封完全性が保証される。

フタ部材の密封リップは、その上面に１個または複数の放射方向くぼみを備える ことができる。剛性金属ジャケットと共に強く嵌入されたカバーが使用された場 合、リップを曲げさせて電池を通気するためにこの０ ようなくぼみの存在が必要である。

以下において本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが、本発明はこ れらの例に限定されるものではない。

図面の簡単な説明 第１図はルクランシエ型または塩化亜鉛型の市、池において特に有効な構造を有 する本発明の電池のフタ部材の成形されたままの状態の断面図、また第２図は第 １図のフタ部材を使用した本発明の低プロフイルクール構造のＤサイズ電池の部 分断面図である。

図面の簡単な説明 いま第１図について述べれば、フタ部材２は環状フランジ４と密封リップ６とか ら成る。代表的には、フタ部材２は中心孔８を画成し、この中心孔は、電極、た とえばカーボンロッドを押ばめすることかできるような直径を有する。このよう な電極回りのフタ部材の密封状態を改良するため、フタ部材２は中心孔８の周囲 に延在する中心円形フランジ状ノ・プ１０を含み、このハブは、中心孔８の中に 電極を挿入しやすくするため部分的にベベルを備えることができる。ノ・ブ１０ と中心電極との接合部に、この接合部を密封するためのシリコーン・グリースま たはその他のシーラントあるいは接着剤型の材料を配置することができる。

環状フランジ４はその外側面上に外周切欠１２を画成している。フランジ４は、 電池容器の内周縁部がこの外周切欠１２の中に挿入されるように１置されている 。

密封リップ６の内側面に、周方向グループ１４が画成されている０このグループ １４はヒンジとして作用１、、密封リップ６をフラッパ弁として作用させろ。さ らに、前記の密封グループはガス分布チャンネルとして作用する。密封りヴプ６ はポリプロピレンの場合、代表的には約３０°の角度で成形され、従って、組立 電池中に実質水平に配置されたときに密封圧を加える。

本発明の若年の実施態様においては、密！１Ｊツブの外側面に１個または複数の 放射方向くぼみ７が画成されている。

第２図について詳細に述べれば、図示の電池は円筒形容器１６から成り、この容 器１６は閉釦端部（図示されず）と、直立壁部２０と、内向縁部２２とから成る 。内向縁部２２は直立壁部２０に対して約９０°の角度で内側に屈折されている 。亜鉛などの消耗性金属負極から成る容器１６の内部に中心カーボンロッド２４ が配置され、このカーボンロッド２４は減極剤ミックス２６によって包囲されて いる。減極剤ミックス２６は容器（負極）１６からセパレータ２３によって離間 されている。

フタ部材２は容器１６の開放端部上に配置され、カーボンロッド２４が前記フタ 部材の中心灯の中に押げめされている。中心円形フランジ状ハブｌＯはカーボン ロッド２４とシールを成す。このシールは、接合部にシリコーン・グリースまた はその他のシーラントあるいは接着剤型材料を配置することによって補助される 。

環状フランジ４はその外側面上に外周切欠１２を画成し、内向縁部２２がこの切 欠１２の中に挿入されるように配置されている。

密！　＋７ツプ６は、容器の内向縁部２２の外側面に対して実質平行に延在し接 触密着関係にある。このシールは、シリコーン・グリースまたは類似の密封材料 の配置によって補助される。密封リップ６の内側面上に周方向グループ１４が画 成されている。

容器１６の直立壁２０の周囲にまたこの直立壁を超えて、外側ジャケット２８が 配置され、このジャケットは紙または絶縁された金属から成る。カバー３０がフ タ部材２上に配置され、通常の技術によってジャケット２８に対してロックされ ている。しかし好ましくは、フラットカールを使用する。これは末端間隙部を増 大するからである。図示のように、金属電極キャップ３２と絶縁性ワッシャ３４ とを含む三部品カバーを使用することができる。カバー３０は密封リップ６に対 して実質的圧力を加えても加えな（てもよい。

本発明の電池の細部について説明したので、下記においてその動作を詐明する。

電池から発生したガスは、フタ部材のフランジ／電池容器内周縁部の界面を通過 して、周方向グループ１４に入る。このようなガスの発生によって電池内部に生 じた圧力は瞬間的に密封リップ６を外側にそらせることによって、電池を安全に 通気させることができる。次にこの幣・刊リップ６が再び密封することによって 、電池の乾燥ならびに外気からの酸素の侵入を防止する。

それぞれ本発明の４個の低プロフィル°シールを使用した数個のＩ　ｙ　Ｉサイ ズのペーパーライニング塩化亜鉛電池バッテリー（サンプルＡ）を創作した。各 電池は、８９．２　ｇの塩化亜鉛正極ミックスと、８ゲージ亜鉛負極と、紙セパ レータと、カーボンロッド電極と、第１図に図示のものと同様のプロピレンのフ タ部材とを含んでいた。

各電池が同一の正極ミックス１０１ｇを含むこと以外は前記と同様にして他のバ ッテリ、−（サンプルＢ）を製作した。

比較の目的から、米国特許第３，８０２，９２３号に記載のリム通気シールに類 似のフタ部材を使用したそれぞれ４個の電池から成る複数のバッテリロット（サ ンプルＣ）についてテストデータを得た。各電池は前記と同様の正極ミックス９ ０ｇを含み、それぞれ密封された電池をプラスチックのシーリンクチューブの中 に収納した。

各型の新しいバッテリーと、４５℃で３ケ月間貯蔵された各型のバッテリーを、 下記の２サイクルに従って、９オーム抵抗を通して間欠的に放電させた。これら のサイクルは、（１）毎日８時間、３０分間ドレン／３０分間オフドレンと、（ ２）毎日１時間、３０分ドレンであった。これらのテストは、それぞれ３．０　 ボルトと２．６ボルトのカットオフ電圧が得られるまで続けられた。各テストの 実際放電時間の結果を表Ｔｉｃ示した。

ｌ５ 表Ｉは、本発明の電池は、市販のフタを有する電池に比べて、これら両者が近似 的に等量の正極ミブクスを含有する場合（サンプルＡとＣ）、同程度の新品およ び貯蔵電圧保持レベルを有することを示している。

しかしながら、本発明の低プロフィル・シールは電池（サンプルＢ）内部に追加 量の活性物質を配置することができるので、このような市貼のフタ部材を備えた 電池構造に比して、新品電圧で約２０チ増、貯蔵電圧で９％増を示す。

実施例２ 実施例１に述べた各型の追加バッテリーを４５℃で貯蔵し、それぞれ１ケ月、３ ケ月および６ケ月後に、各電池の電流を測定した。初電流保持の係で示したテス ト結果を下記の表■に示す。

ム　３　８１　７３　６１ （低プロフィル・シールつ Ｂ　３　８０　６９　５７ （低プロフィル・シール） ０　１２　８２　７０　６５ （対照−リム通気シール） 簀初電流のチ表示。

前記の結果は本発明の仮プロフィル・シールを使用した電池が市販の電池構造に よって選ばれろものと同等の電流保持を有−「ることを示している・ＦｆＧ、１ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １０円筒形容器と、この容器の開放端部に配置されたフタ部材とを含み、前記の 容器は閉鎖端部、開放端部、および直立壁部な有し、この直立壁部は内側に向け られた縁部分を有し、この縁部分は内側面と外側面を有し、前記容器はその内部 に電気化学的に活性の成分を収容し、また前記フタ部材は、前記容器の閉鎖端部 に向かって延びた弾性環状フランジを含み、前記のフランジは外周切欠きを画成 し、容器の前記内向縁部分がこの周方向切欠の中に挿入されるように配置された 電池において、容器の内向縁部は容器の直立壁部に対して約８５°乃至約９５° の角度で内側に屈折され、また前記のフタ部材は外側密封リップを含み、この密 封リップは、容器の内向縁部の外側面に対して実質平行に接触密封関係に延在し 、前記リップは内側面を有し、この内側面に周方向グループを画成し、前記密Ｎ ＩＪツブと容器の内向縁部は、電池内部の一定限度以上の内圧形成によって前記 密封リップが瞬間的にそらされ、てこの内圧を電池内部から放出するように作動 する再密封型通気手段を成すことを特徴とする電池。 ２、電池容器の内向縁部は約９０°の角度で内側に屈折されている請求の範囲第 １ｆＪｉの電池。 ３、密封リップの外側面に、１個または複数の放射坊向（ぼみが画成されている 請求の範囲第１項の電池。 ４、電池容器の周囲に外側全局ジャケットが配置され、バットシームを用いて密 封され、またこのシー五区域において電池容器と前記金属ジャケットとの間に接 着剤層が配置される請求の範囲第３′ｇ４の雷？！′ｌＩＯ３、フタ部材の上に 外部カバーが１置され、このカッく−が扁平カール継目によって全厚ジャケット に対して締結されている請求の範囲第４項の電池。 ６、フタ部材は、ナイロン、ポリエチ・レン、およびポリプロピレンから成るグ レーグの１つから成る請求の範囲第１項の電池・ ７、再密封型通気フタを有する電池の與遣方法にお（・て、 （ｆ−）開放抱部と、閉鎖端部と、直立壁部とを有する円筒形容器内部に、電池 の電気化学的活性成分を組込む段階と、 ＜ｂ）前記円筒形容器の縁部な容器の直立壁部に対して約８５′乃至約９５°の 角度で内側に向くように屈折させ、この縁部が内側面と外側面を有するように成 す段階と、 （り弾性環状フランジと、内側面を有する密ｉ　リップとを含み、前記フランジ は外周切欠を画成し、前記密封リップはその内側面に周方向グループを画成する ようにしたフタ部材を準備する段階と、（ｄ）前記フタ部材を前記円筒形容器の 開放端部の上に挿入して、電池容器の内向縁部の末端を前記フタ部材のフランジ の外周切欠の中にはめ合わせ、前記密封リップが容器の内向縁部の外側面に対し て実質平行に、接触密封関係に延在するようにして前記フタ部材を耐雪固定する 段階とを含む方法。 ８、再密封型通気フタを有する電池の製造方法にお（・て、 （ａ）開放端部と、閉鎖端部と、直立壁部とを有する円筒形容器内部に、電池の 電気化学的活性成分を組込む段階と、 （１１）前記円筒形容器の前記縁部分を容器の直立壁部に対して約３０°乃至約 ６０°の角度で内側に向くように内側に屈折させる段階と、 （ｅ）弾性環状フランジと、内側面を有する密封リップとを含み、前記フランジ は外周切欠を画成し、前記密封リップはその内側面に周方向グループを画成する ようにしたフタ部材を準備する段階と、（（１）前記のフタ部材を電池の円筒容 器の屈折された縁部の上に挿入し、次に容器の前記縁部分を容器の直立壁部に対 して８５°乃至約９５°、の角度に内側に屈折させ、この縁部分が内側面と外側 面とを有し、またこの内側に屈折された各巻縁部分の末端カー前記フタ部材のフ ランジの外周切欠の中にはめ合わされて、前記フタ部材の密封リップが、容器の 内偵！１に屈折された縁部分の外側面に対して実質平行に接触密封関係に１＃、 在するようにして前記フタ部材な定餘固定する段階とを含む方法。− ９、円筒形容器の外周縁部は前記（ｂ）段階におり・て容器の直立壁部に対して 約４５°の角度で内（Ｉｌｌに屈折されろ請求の範囲第８項の方法。