WO2014069167A1 - 封止構造 - Google Patents

Abstract

　十分なシール性が得られる封止構造。基体の開口部を封止するための封止構造は、ブラインドリベット(1)を備える。ブラインドリベットは、大径のフランジ(16)と、フランジから軸方向に延びるスリーブとを有し、フランジの表面からスリーブの底部に有底孔(18)が形成されたリベット本体(10)と；頭部(31)と、頭部から延びる細長い軸部とを有するマンドレル(30)とを備える。　マンドレルの頭部は、リベット本体の有底孔の底部に配置され、軸部は、リベット本体のフランジの上面から出るように組み合わされる。スリーブには肉厚部(13)が形成され、肉厚部により、頭部はリベット本体の有底孔から抜き出すことができないように保持される。基体(51)の開口部には円筒形の延長部(54)が形成され、延長部の内側にスリーブを挿入する。マンドレルを引き抜き、スリーブを拡径させて拡径部とフランジとの間に延長部を封止する。

Description

封止構造

　本発明は、開口部の封止構造、例えば密閉式二次電池の注液口の封止構造に関する。特に、シールドタイプのブラインドリベットを使用して、安価で確実に開口部の封止をすることが出来る封止構造に関する。

　密閉式二次電池は、注液口等の開口部を密封する必要があり、簡単で信頼性の高い封止構造が求められている。電池以外でも、開口部を安価で確実に封止する必要のある用途は色々ある。このような封止構造としては、注液口等の開口部に樹脂製のガスケットを介してかしめ封口する方法や、金属性の封止蓋を溶接する等、種々の封口方法が提案されている。

　特許文献１は、密封式電池の開口部を封止するシールドタイプのブラインドリベットと樹脂性スリーブとからなる封止具を開示する。封止具は、軸部と大径部とを有する金属芯と、有底でつば付きの金属製筒状部材と、開口側から金属製筒状部材の一部が挿入された有底でつば付きの樹脂性スリーブとを備える。金属芯を金属製筒状部材から引き抜いていくと、大径部により金属製筒状部材は径方向に押し広がられて変形する。樹脂性スリーブは、金属製筒状部材の変形により径方向に押し広げられて密封式電池の開口部を封止する。

　特許文献１の封止具は、有底の樹脂性スリーブを用いるので、樹脂性スリーブと電池容器との密着が保たれていれば、電池の密封を保持することが出来る。しかし、ブラインドリベット以外に樹脂性スリーブを用いるので、部品点数多くなり、コストが高くなる。

　特許文献２は、リベット本体と操作用ロッドとからなるブラインドリベットにより、注液口が密封される電池を開示する。リベット本体で蓋体の注液口が密封される。リベット本体は、注液口の周囲外面に係合する係合顎と、注液口に挿入される袋状突部とを有する。操作用ロッドの先端部には膨大部が形成されている。封止口をブラインドリベットにより封止するときは、操作ロッドを引き上げ、膨大部にて袋状突部が径方向外方に押し広げられ、注液口の周囲内面に係合するように塑性変形され、注液口が封止される。

　特許文献２の封止構造は、注液孔の内径寸法がばらつき、又は注液孔の内周面の表面仕上が粗いと、蓋体と注液孔の内周面との間に隙間が生じやすく、高い信頼性で封止することが出来なくなる。

　そのため、加工が簡単で、高い信頼性をもって封止することの出来る開口部の封止構造が求められている。

特開２０１２－９２８８号公報 特開２００３－２２９１１８号公報

　従って、本発明の目的は、加工が簡単で、高い信頼性をもって封止することの出来る開口部の封止構造を提供することである。

　この目的を達成するため、本発明では、基体の開口部に円筒形の延長部を加工しておき、この延長部と、ブラインドリベットとを組み合わせた構造により、開口部を確実に封止するものである。

　本発明の１態様は、基体の開口部を封止する封止構造であって、
　ブラインドリベットを備え、前記ブラインドリベットは、大径のフランジと、前記フランジから軸方向に延びるスリーブとを有し、前記フランジの表面から前記スリーブの底部に有底孔が形成されたリベット本体と、
　頭部と、前記頭部より小さい外径で前記頭部から延びる細長い軸部とを有するマンドレルと、を備え、
　前記マンドレルの前記頭部は、前記リベット本体の前記有底孔の底部に配置され、前記軸部は、前記リベット本体の前記フランジの上面から延び出るように組み合わされ、前記リベット本体の前記スリーブには、前記マンドレルの前記頭部に隣接する位置に前記頭部の外径より小さい内径の肉厚部が形成され、前記頭部は、前記肉厚部により、前記リベット本体の前記有底孔から抜き出すことができないように保持され、
　前記基体の前記開口部の周囲には円筒形の延長部が形成され、前記リベット本体の前記スリーブの外径は前記延長部の内径と等しいかやや小さく、前記延長部の内側に前記スリーブを挿入できることを特徴とする封止構造である。

　この封止構造は、シールドタイプのブラインドリベットと、基材にバーリング加工により成形された延長部との組み合わせにより、基材の延長部の内面と、ブラインドリベットのスリーブの外面との間を封止するので、基材に延長部が形成されていない開口部を封止する場合と比較して、確実に封止することが出来る。

　前記リベット本体の前記フランジを保持して、前記マンドレルの前記軸部を引き抜くとき、前記マンドレルの前記頭部により、前記リベット本体の前記スリーブの材料が外方へ押されて拡径し、拡径部が形成され、
　前記リベット本体の前記拡径部と、前記フランジとの間に前記基体の前記延長部を挟んで封止することが好ましい。

　前記リベット本体の前記スリーブの外周面と、前記基体の前記延長部との間が封止されることが好ましい。
　リベット本体の円筒部の外周面が、基体の延長部の内周面と接触する面積が大きく、基体の延長部の内周面は、バーリング加工により成形される為表面粗さが小さいので、高い信頼性をもって基体の開口部を封止することが出来る。

　前記基体に締結するとき、前記マンドレルは、前記軸部の小径の破断可能部で破断し、前記破断可能部から前記頭部までの部分は締結部に残留することが好ましい。

　前記基体は電池容器の電池蓋であり、前記開口部は、前記電池蓋の注液口であることが好ましい。
　電池容器の電池蓋の注液口を高い信頼性で封止することが出来る。

　本発明によれば、加工が簡単で、高い信頼性をもって封止することの出来る開口部の封止構造を得ることができる。

本発明の実施形態の封止構造の用いられるブラインドリベットの一部を断面とした正面図である。 図１のブラインドリベットを基材の開口部に挿入した状態を示す一部を断面とした正面図である。 図１のブラインドリベットにより、基材の開口部を封止した封止構造の一部を断面とした正面図である。 図３の封止構造の実施例の外観写真である。 図３の封止構造の実施例の断面写真である。

　本発明は、開口部の封止構造に関するものである。開口部の一例として、密閉式電池では、電池容器の中に極板郡が収められている。電池容器は蓋を有し、蓋には外部端子とガス放出弁が設けられている。蓋には、注液口が設けられ、電解液を電池容器の内部に注入後、封止具により蓋の注液口を密封して密閉式電池を作成する。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態による開口部の封止構造について説明する。
　本発明の実施形態による基体の開口部の封止構造は、一例として電池容器の電池蓋の注液口の封止構造に使用されるが、本発明は、電池容器の電池蓋の注液口の封止構造に限定されない。広く基体の開口部を封止する封止構造に適用することが出来る。

　本発明の実施形態の封止構造は、ブラインドリベット1と、基体51の開口部53に形成された円筒状の延長部54とを備える。図１は、封止構造に使用するブラインドリベット1の一部を断面とした正面図である。本発明の説明では、図１の上方を上方向、下方を下方向という。ブラインドリベット1は、リベット本体10と、マンドレル30とを備える。リベット本体10の有底孔18にマンドレル30の頭部31と軸部の一部が挿入され、固定されている。

（マンドレル）
　マンドレル30は、一端部の頭部31と、頭部31に続く細長い軸部とを有する。頭部31は、大きい外径の円板状の形状である。軸部は、軸基部32と、破断可能部33と、小径部34と、円柱部35と、把持部36とを有する。軸部の、頭部31に隣接する部分は、頭部31より外径が小さい円柱状の軸基部32である。軸基部32に隣接して、軸基部32より外径が小さい破断可能部33がある。破断可能部33は、ブラインドリベット1を組み立てた状態で、リベット本体10の有底孔18に収容される部分にある。締結機械でマンドレル30の軸部を引き抜くとき、ある引抜力を超えると、マンドレル30は破断可能部33で破断するようになっている。

　破断可能部33に隣接して、破断可能部33よりは外径が大きい小径部34がある。小径部34の外径は軸基部32の外径とほぼ等しい。小径部34に隣接して、小径部34より外径が大きく且つ頭部31より外径が小さく長い円柱状の円柱部35がある。円柱部35に隣接して、円柱部35とほぼ同じ外径の把持部36がある。把持部36には、円周方向に一定間隔で係止溝が多数形成されていて、締結機械の把持部材で把持するときスリップしないようになっている。
　マンドレル30の材質はスチール、アルミ、ステンレス等であり、リベット本体10より硬質の材料で形成されている。

（リベット本体）
　リベット本体10は全体として円筒形であり、一端部の大径のフランジ16と、フランジ16から円筒状に延びるスリーブとを有する。他端部のスリーブの端部は閉じられている。スリーブは、底部11と、薄肉部12と、厚肉部13と、円筒部14とを有する。スリーブの端部は、底部11であり、底部11の下面は平らな円形の面である。底部11に隣接して、マンドレル30の頭部31を取り囲む薄肉部12がある。薄肉部12に隣接して、マンドレル30の軸基部32と破断可能部33と小径部34とを取り囲む厚肉部13がある。厚肉部13に隣接して、マンドレル30の円柱部35の一部を取り囲む円筒部14がある。スリーブ（薄肉部12、厚肉部13、円筒部14の部分）の外径は、基体51の開口部53の内径とほぼ等しいか、やや小さく、開口部53に挿入可能な大きさである。

　リベット本体10の内側には、フランジ16の上面から軸方向下方に延びる有底孔18が形成されている。有底孔18には、底部11の上面にマンドレル30の頭部31が隣接して、軸基部32と、破断可能部33と、小径部34の一部とが収容されている。マンドレル30の頭部31は、リベット本体10の厚肉部13により、上縁部を押えられていて、有底孔18から抜けないようになっている。
　リベット本体10の材質はスチール、アルミ、ステンレス、銅等であリ、マンドレル30より軟質の材料で形成されている。

　マンドレル30を挿入する前のリベット本体10の有底孔18の内径は、フランジ16の端面から有底孔18の底部まで、マンドレル30の頭部31の外径と等しいかやや大きい均一な内径であり、有底孔18に頭部31を先頭にしてマンドレル30を挿入することが出来る。マンドレル30を挿入する前のリベット本体10のスリーブ（薄肉部12、厚肉部13、円筒部14になる部分）の外径は、均一である。

（ブラインドリベット）
　図１に示すリベット本体10とマンドレル30とが組み合わされたブラインドリベットにするには、リベット本体10の有底孔18に、頭部31を先頭にしてマンドレル30を挿入する。マンドレル30の頭部31がリベット本体10の底部11の内面に当接する位置まで挿入する。この状態では、有底孔18の内周面と頭部31とは密着するか小さい隙間があいている。有底孔18の内周面と、マンドレル30の軸基部32、破断可能部33、小径部34との間には、隙間があいている。

　有底孔18にマンドレル30を挿入した後に、ローリング加工、絞り加工などにより、底部11からフランジ16の下までのスリーブ部分を一定の外径になるように細くし、有底孔18の内周面と、マンドレル30の軸基部32、破断可能部33、小径部34との間の隙間にスリーブの材料を移動させる。図１に示すように、有底孔18の内周面と、マンドレル30の軸基部32、破断可能部33、小径部34との間の隙間がなくなる。リベット本体10の厚肉部13と、円筒部14との形状が成形される。
　こうして、頭部31の上面に厚肉部13が接し、頭部31は有底孔18から抜けることが出来なくなる。

（基体の開口部）
　図２は、図１のブラインドリベット1を基体51の開口部53に挿入した状態を示す一部を断面とした正面図である。図２の下側がブラインド側であり、上側からブラインドリベット1を取り付ける作業をする。
　図２に示すように、基体51は、基体51の上面から開口部53の縁に沿って下側に円筒状に延びる延長部54を有する。延長部54は、中空部を有するダイで基体51を受け、パンチで打ち出す、即ちバーリング加工により形成することが出来る。延長部54の内径は、リベット本体10のスリーブの外径と等しいかやや大きく、延長部54の内側の開口部53に、リベット本体10のスリーブを挿入することが出来る。

　リベット本体10とマンドレル30とを組み合わせた図１のブラインドリベット1を基体51の開口部53に図２の上側から挿入していくと、リベット本体10のフランジ16が基体51の開口部53の周りの表面に当接して停止し、図２の状態になる。

（封止動作）
　図２、３を参照して、本発明の実施形態のブラインドリベット1により、基体51の開口部53を封止する動作について説明する。
　図２の状態から、リベット本体10のフランジ16の上面を支持して、マンドレル30の把持部36を締結機械の把持部材で把持して上方に引き抜いていく。マンドレル30の頭部31が、リベット本体10の厚肉部13を内側から押し広げながら、上方へ移動していく。頭部31は、厚肉部13の上側に隣接する円筒部14も内側から押し広げながら、上方へ移動していく。厚肉部13と円筒部14との外径は、頭部31により押し広げられて大きくなり、厚肉部13と円筒部14との長さは短くなる。厚肉部13と円筒部14とは、変形して拡径部21を形成する。拡径部21の外径は開口部53の内径より大きくなり、内径はほぼ頭部31の外径と等しくなる。

　基体51の開口部53の内側にあるリベット本体10の円筒部14の部分は、開口部53により外径を規制されて、膨径することが出来ない。マンドレル30の頭部31が、延長部54に近づくと、頭部31は円筒部14を押し広げることができず、それ以上上昇することが出来なくなる。
　更に、マンドレル30の把持部36を上方へ引くと、マンドレル30は破断可能部33で破断する。頭部31と軸基部32とはリベット本体10内に残り、円柱部35と把持部36とは、リベット本体10の有底孔18から引き抜かれる。こうして、延長部54は、リベット本体10の拡径部21とフランジ16との間に挟まれて、封止される。

（実施例）
　図４は、ブラインドリベットと基体の延長部とからなる封止構造により、基体の開口部を封止した封止構造の実施例の外観写真である。図５は、図４の実施例の封止構造を切断した断面写真である。

　基体51の延長部54の内周面と、リベット本体10の円筒部14の外周面との間が密着し、封止されている。基体51に延長部を形成せずに打抜いた場合と比較して、基体51に延長部54を形成すると、延長部54の内周面は、表面粗さが小さく、リベット本体10の円筒部14の外周面と良好に密着させることが出来る。
　また、基体51の上面の開口部53の内縁と、フランジ16の下面とが、封止される。
　リベット本体10の金属材料と、基体51の金属材料とが、リベット本体10の金属材料との間で密着してメタルシールされる。

　何らかの原因により、電池容器の内圧が上昇すると、電池容器が膨張し、開口部53の部分も膨張して開口部53の内径が大きくなる。しかし、延長部54の下方部分は、内径と外径が小さくなるように内圧がかかり、リベット本体10のスリーブとの間は、密着性が良くなる。従って、電池容器の内圧が上昇しても、封止性能が悪くなることはない。

　本発明の実施形態では、基体51とリベット本体10とは、同じ金属材料で成形されている。金属材料としては、アルミニウム、鉄鋼、ステンレス鋼等を使用することが出来る。同じ金属材料を使用すると基体51とリベット本体10とのヤング率が同じになり、温度変化した場合も、基体51とリベット本体10との間の隙間ができず、信頼性のある封止構造とすることが出来る。

　本発明の実施形態によれば、リベット本体10の円筒部14の外周面が、基体51の延長部54の内周面と接触する面積が大きい。基体51の延長部54の内周面は、表面粗さが小さい。そのため、高い信頼性をもって基体51の開口部53を封止することが出来る。

1　ブラインドリベット
10　リベット本体
11　底部
12　薄肉部
13　厚肉部
14　円筒部
16　フランジ
18　有底孔
21　拡径部
30　マンドレル
31　頭部
32　軸基部
33　破断可能部
34　小径部
35　円柱部
36　把持部
51　基体
53　開口部
54　延長部

Claims (5)

1. 　基体の開口部を封止する封止構造であって、
   　ブラインドリベットを備え、前記ブラインドリベットは、大径のフランジと、前記フランジから軸方向に延びるスリーブとを有し、前記フランジの表面から前記スリーブの底部に有底孔が形成されたリベット本体と、
   　頭部と、前記頭部より小さい外径で前記頭部から延びる細長い軸部とを有するマンドレルと、を備え、
   　前記マンドレルの前記頭部は、前記リベット本体の前記有底孔の底部に配置され、前記軸部は、前記リベット本体の前記フランジの上面から延び出るように組み合わされ、前記リベット本体の前記スリーブには、前記マンドレルの前記頭部に隣接する位置に前記頭部の外径より小さい内径の肉厚部が形成され、前記頭部は、前記肉厚部により、前記リベット本体の前記有底孔から抜き出すことができないように保持され、
   　前記基体の前記開口部の周囲には円筒形の延長部が形成され、前記リベット本体の前記スリーブの外径は前記延長部の内径と等しいかやや小さく、前記延長部の内側に前記スリーブを挿入できることを特徴とする封止構造。
2. 　請求項１に記載の封止構造であって、
   　前記リベット本体の前記フランジを保持して、前記マンドレルの前記軸部を引き抜くとき、前記マンドレルの前記頭部により、前記リベット本体の前記スリーブの材料が外方へ押されて拡径し、拡径部が形成され、
   　前記リベット本体の前記拡径部と、前記フランジとの間に前記基体の前記延長部を挟んで封止する封止構造。
3. 　請求項２に記載の封止構造であって、前記リベット本体の前記スリーブの外周面と、前記基体の前記延長部との間が封止される封止構造。
4. 　請求項２又は３に記載の封止構造であって、前記基体に締結するとき、前記マンドレルは、前記軸部の小径の破断可能部で破断し、前記破断可能部から前記頭部までの部分は締結部に残留する封止構造。
5. 　請求項１乃至４の何れか１項に記載の封止構造であって、
   　前記基体は電池容器の電池蓋であり、前記開口部は、前記電池蓋の注液口である封止構造。

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