JP3599391B2 - 角形電池の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有底矩形筒状容器の開口端付近に封口部材がかしめ固定により取り付けられた角形電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機器の小型軽量化にともない、体積効率の高い角形電池の開発が行われている。前記角形電池の一例である角形ニッケル水素二次電池は、有底矩形筒状の容器内に、ニッケル正極と水素吸蔵合金負極との間に合成樹脂繊維製セパレータを介装して作製された電極群と、アルカリ電解液とが収納され、前記容器の開口端付近に封口板が取り付けられた構造を有する。前記容器の開口端付近に封口板を取り付ける方法としては、次に示すかしめ固定が知られている。まず、開口端付近が拡口されることにより形成された段部を有する有底矩形筒状の容器を用意する。前記容器内に前記電極群を収納し、前記電解液を収容した後、予め封口板が収納された底部に矩形の穴を有する有底矩形筒状の絶縁ガスケットを載置する。前記容器の開口端付近を縮径並びに前記容器の開口端を内方に折り曲げることにより前記容器の開口端付近に前記封口板を取り付ける。
【０００３】
前記容器の開口端を折り曲げる工程では、矩形穴を有する下型と、前記下型の上方に配置された角形凹部を有するカール金型が用いられる。ところで、前記容器は、ガスが発生して内圧が上昇した際にその長手方向側の面が外方に湾曲するのを抑制するために厚さをおよそ０．４ｍｍにする。このような厚さを持つ容器は、０．４５ｍｍ〜０．５ｍｍの鋼板を多段プレスにより深絞り加工することにより作製される。このため、底面から側面につながる立上った部分の曲率半径が全周に亘り均一になるように前記容器を作製することが困難である。前記容器の底面から長辺側側面につながる立上った部分の曲率半径をｒ_１ とし、底面から短辺側側面につながる立上った部分の曲率半径をｒ_２ とし、底面からコーナにつながる立上った部分の曲率半径をｒ_３ とした時、前記容器は前記曲率半径が次式
ｒ_３ ＞ｒ_２ ≧ｒ_１ （１）
を満たす形状に作製される傾向がある。また、前記容器の前記曲率半径ｒ_１ は、中央部に位置する部分が最も小さくなる傾向がある。一方、従来より、前記下型の前記矩形穴は、底部内面から内周面全周につながる立上った部分の曲率半径が前記容器の底面から長辺側側面の中央部につながる立上った部分の曲率半径と等しい形状になっていた。
【０００４】
このような形状の容器の下部をこの下型の矩形穴に挿入すると、前記容器の前記底面から長辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分に嵌合されて前記容器は前記下型に固定される。次いで、前記金型の前記凹部の内周面に前記容器の開口端を当接させて前記容器の開口端を内方に折曲げようとすると、前記容器に押圧力が加わる。前記容器に押圧力が加わると、前記容器は前記押圧力と釣り合うように底面から側面全周につながる立上った部分の曲率半径が小さくなる変形をする。しかしながら、前記容器の前記底面から長辺側側面につながる立上った部分は、前記矩形穴の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分との間に余分なスペースがないため、曲率半径が小さくなる変形ができず、容器のこの部分に負荷がかかる。また、前記容器の前記押圧力に対する強度はコーナ、短辺側の側面、長辺側の側面の順に低くなる。このため、前記容器の前記底面から長辺側の側面につながる立上った部分にこのような負荷がかかると、前記容器に座屈変形が生じて前記容器の長辺側の下部側面に凹みが生じるという問題点があった。容器にこのような変形が生じる場合には、前記金型で前記容器の開口端を押圧して前記容器の開口端を内方に折り曲げようとしても前記開口端は所望の角度まで折り曲がらなくなるという問題点があった。その結果、前記二次電池の気密性が低下するため、例えば過充電によりガスが発生して電池内圧が上昇した際にガス圧により前記容器の開口端付近に位置する長手方向側の面が外方に湾曲し、前記容器の長手方向側の開口端と絶縁ガスケットとの間に隙間が生じてガス漏れを生じるという問題点があった。
【０００５】
また、前記下型として矩形穴の底部内面から内周面全周につながる立上った部分の曲率半径が前記容器の底面から長辺側側面中央部につながる立上った部分の曲率半径よりも大きい構造を有するものを用いた場合、前記容器の底面から長辺側側面中央部につながる立上った部分が前記矩形穴の前記立上がった部分のうちの長辺側中央部に位置する部分に当接される。この状態で前記金型により前記容器の開口端を内方に折り曲げようとすると、前記容器の底面から長辺側側面中央部につながる立上った部分に負荷がかかるため、前記容器の長辺側下部側面の中央部に変形が生じるという問題点があった。
【０００６】
一方、前記下型として矩形穴の底部内面から内周面全周につながる立上った部分の曲率半径が前記容器の底面から長辺側側面中央部につながる立上った部分の曲率半径よりも小さい構造を有するものを用いて前記折り曲げ工程を行うと、前記容器は、この時に加わる押圧力と釣り合うまで底面から側面全周につながる立上った部分の曲率半径が小さくなる変形をする。この変形の際に前記容器の底面から長辺側側面中央部につながる立上った部分は、前記容器の底面からコーナにつながる立上った部分の変形に追従できないため、前記容器の長辺側下部側面の中央部に変形が生じるという問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、有底矩形筒状の容器が変形するのを防止することができ、前記容器の開口端を所望の角度で内方に折り曲げて開口端付近に封口部材を気密性良く取付けることが可能な折り曲げ工程を備えた角形電池の製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の角形電池の製造方法は、開口端付近を拡口することにより形成された段部を有する有底矩形筒状の容器内に正極と負極との間にセパレータを介装して作製された電極群を収納する工程と、前記容器内に電解液を収容する工程と、前記容器の前記段部上に封口部材及び絶縁ガスケットを載置する工程と、前記容器の開口端付近を縮径する工程と、前記容器の下部を下型の矩形穴内に挿入した状態で前記容器の開口端を内方に折り曲げることにより前記容器の開口端付近に前記封口部材を取付ける工程とを具備し、
前記下型は、前記矩形穴がその底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分の曲率半径をＲ₁とし、底部内面から短辺側内周面につながる立上った部分の曲率半径をＲ₂とし、底部内面からコーナにつながる立上った部分の曲率半径をＲ₃とした時に次式
Ｒ₃≧Ｒ₂＞Ｒ₁ （２）
を満たす構造を有し、
前記曲率半径Ｒ ₁ は、前記容器の底面から長辺側側面につながる立上った部分の曲率半径ｒ ₁ よりも小さく、
前記曲率半径Ｒ ₂ は、前記容器の底面から短辺側側面につながる立上った部分の曲率半径ｒ ₂ と等しいことを特徴とするものである。
【０００９】
前記容器は、コーナ部の肉厚が厚く、かつ底部からコーナにつながる立上った部分の曲率半径が小さい構造を有することが好ましい。このような容器は底部の強度を向上できる。
【００１０】
前記容器は底面から長辺側側面の中央部につながる立上った部分の曲率半径（ｒ_１ ）が０．４ｍｍ〜０．９ｍｍで、底面から短辺側側面につながる立上った部分の曲率半径（ｒ_２ ）が０．６ｍｍ〜１．０ｍｍで、底面からコーナにつながる立上った部分の曲率半径（ｒ_３ ）が１．０ｍｍ〜１．３ｍｍである構造に作製される場合が多い。このため、前記下型は、前記曲率半径Ｒ_２ を０．８ｍｍとした時に、前記曲率半径Ｒ_１ が０．７ｍｍ以下で、かつ前記曲率半径Ｒ_３ が１．０ｍｍ〜１．３ｍｍである構造にすることが好ましい。特に、前記曲率半径Ｒ_３ が前記容器の前記曲率半径ｒ_３ と等しい構造を有する下型を用いることが好ましい。このような下型は、前記容器が挿入された際に前記容器の底面からコーナ及び短辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴の底部内面からコーナ及び短辺側内周面につながる立上った部分に嵌合される。その結果、折り曲げ工程において前記容器の底面からコーナ及び短辺側側面につながる立上った部分により前記容器を強固に支持することができるため、前記曲率半径Ｒ_３ が前記曲率半径ｒ_３ と異なる構造を有する下型を用いる場合に比べて前記容器が変形するのを防止する効果が高く、前記容器に封口部材を更に気密性良く取付けることができる。
【００１１】
【作用】
本発明の角形電池の製造方法によれば、折り曲げ工程において、矩形穴が形成され、かつ前記矩形穴がその底部内面から長辺側の内周面につながる立上った部分の曲率半径をＲ_１ とし、底部内面から短辺側の内周面につながる立上った部分の曲率半径をＲ_２ とし、底部内面からコーナにつながる立上がった部分の曲率半径をＲ_３ とした時に前記（２）式を満たす構造を有する下型を用い、容器の下部を前記下型の前記矩形穴に挿入する。その結果、前記容器は、その底面から短辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴の底部内面から短辺側内周面につながる立上った部分に嵌合され、かつ底面から長辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分から所望の距離を隔てて配置された状態で前記下型に固定される。この状態で前記容器の開口端を折り曲げると、前記容器に押圧力がかかって前記容器の底面から短辺側側面につながる立上った部分に負荷がかかるが、この部分は強度が高いため、変形することなく前記容器を支持することができる。また、前記容器の底面から長辺側側面につながる立上った部分と前記矩形穴の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分との間には隙間があるため、前記容器に座屈変形が生じるのを防止することができる。その結果、前記容器の開口端を所望の角度で折り曲げて封口部材を気密性良く取付けることができるため、前記電池の気密性及び信頼性を向上することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
実施例１
まず、実施例１において用いられる絞り金型、縮径工程用下型、カール金型及び折り曲げ工程用下型について図１〜図８を参照して説明する。
【００１３】
図１及び図２において、縮径工程用下型１はその角形穴２内に後述する容器の下部を固定する。前記下型１は、前記容器が載置された際に前記角形穴２の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分と前記容器の底面から長辺側側面につながる立上った部分とが嵌合されるような構造を有する。矩形筒状の中空部３が中央部に設けられ、かつ下端内周面４が外側に拡口された上下動自在な絞り金型５は前記下型１の上方に配置されている。下部周縁に矩形枠状突起部６が形成されたナックアウト７は、前記中空部３を上下動する。
【００１４】
図３及び図４において、折り曲げ工程用下型８は後述する容器の下部を固定する。前記下型８は図５に示すように、矩形の穴９が設けられ、下部に前記矩形穴９と連通する矩形筒状の中空部１０が形成されている。ナックアウト１１は、前記中空部１０及び前記矩形穴９を上下動する。前記下型８は、図６に示すように底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分の曲率半径（Ｒ_１ ）が０．４ｍｍで、図７に示すように底部内面から短辺側内周面につながる立上った部分の曲率半径（Ｒ_２ ）が０．８ｍｍで、図８に示すように底部内面からコーナにつながる立上がった部分の曲率半径（Ｒ_３ ）が０．８ｍｍである。従って、これらの曲率半径Ｒ_１ ，Ｒ_２ ，Ｒ_３ は、前述した（２）式を満たす。矩形筒状の中空部１２が中央部に設けられ、かつ底部に前記中空部１２と連通すると共に前記中空部１２より寸法の大きい角形凹部１３が形成された上下動自在なカール金型１４は前記下型８の上方に配置されている。下部周縁に矩形枠状突起部１５が形成されたナックアウト１６は、前記中空部１２及び前記凹部１３を上下動する。
【００１５】
次に、角形電池の製造方法を詳細に説明する。
まず、図９に示すように開口端付近に段部１７ａが形成された有底矩形筒状容器１７を用意した。前記容器１７は、鋼板から深絞り成形によって有底矩形筒状に成形された後、開口端付近が拡口されて段部が形成されることにより作製された。前記容器１７は、板厚が０．４ｍｍで、長手方向側の幅が１６．４ｍｍである。また、前記容器は、図１０に示すように底面から長辺側側面の中央部につながる立上った部分の曲率半径（ｒ_１ ）が０．７ｍｍで、図１１に示すように底面から短辺側側面につながる立上った部分の曲率半径（ｒ_２ ）が０．８ｍｍで、図１２に示すように底面からコーナにつながる立上った部分の曲率半径（ｒ_３ ）が１．３０ｍｍである。
【００１６】
このような形状の容器１７内に図１に示すように正極リード１８が接続された正極１９と負極２０との間にセパレータ２１を介装して作製された電極群２２を収納した後、電解液を注液した。つづいて、防爆機能及び端子を兼ねる封口部材２３を用意した。前記封口部材２３は、中央にガス抜き孔２４を有する封口板２５と、前記封口板２５にそのガス抜き孔２４を囲むように載置されたガス通過孔（図示しない）を有する端子キャップ２６と、前記端子キャップ２６と前記封口板２５との間に前記ガス抜き孔２４を覆うように配置された弾性弁体２７とから構成されている。前記封口部材２３を底部に矩形貫通穴を有する有底矩形筒状の絶縁ガスケット２８内に載置し、前記封口部材２３の前記封口板２５の下面に前記正極リード１８の先端を溶接した後、前記絶縁ガスケット２８を前記容器１７の段部１７ａに載置した。その後、前記容器１７を前記下型１の前記角形穴２に載置し、前記絞り金型５を前記容器１７の上方に配置した。
【００１７】
次いで、前述した図２に示すように前記絞り金型５を下降させ前記ナックアウト７の前記突起部６で前記容器１７の開口端を押さえながら前記絞り金型５を前記容器１７の開口端付近に挿入することにより、前記容器１７の開口端付近を縮径し、前記容器１７の前記段部１７ａを内方に突出させた。つづいて、前記絞り金型５を上昇させながら前記ナックアウト７の前記突起部６で前記容器１７の開口端を押圧して前記絞り金型５を前記容器１７から取り外した後、前記容器１７から前記下型１を取り外した。前記容器１７を前記下型８の前記矩形穴９内に載置した。前記下型８の前記曲率半径Ｒ_１ ，Ｒ_２ ，Ｒ_３ は前述した（２）式を満たす。このため、前記容器１７は前述した図３に示すように、その底面から短辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴９の底部内面から短辺側内周面につながる立上った部分に嵌合され、かつ図１３に示すように底面から長辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴９の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分から所望の距離を隔てて配置された状態で前記下型８に固定された。ひきつづき、前記カール金型１４を前記容器１７上方に配置した。
【００１８】
次いで、前述した図４に示すように前記カール金型１４を下降させて前記ナックアウト１６の前記突起部１５で前記封口板２５を押さえながら前記カール金型１４の前記凹部１３の内周面と前記容器１７の開口端を当接させた。これにより前記容器１７に押圧力が加わって前記容器１７の底面から短辺側側面につながる立上った部分に負荷がかかるが、短辺側側面は強度が高いために変形せず、前記底面から短辺側側面につながる立上った部分によって前記容器１７が支持された。また、前述した図１３に示すように前記容器１７の底面から長辺側側面につながる立上った部分と前記矩形穴９の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分とには隙間があるため、前記容器１７の長辺側の下部側面に変形が生じなかった。その結果、前記容器１７の底部からコーナにつながる立上がった部分がわずかにつぶれたものの、前記容器１７の開口端が所望の角度で内方に折り曲げられて、前記容器１７の開口端付近に前記封口部材２３が気密性良く取付けられた。この後、前記カール金型１４を上昇させながら前記ナックアウト１６の前記突起部１５で前記封口板２５上面を押すことにより前記カール金型１４を前記容器１７から取り外した後、前記下型８の前記ナックアウト１１を上昇させることにより前記下型８から前記容器１７を取り外し、図１４に示す角形電池を製造した。
実施例２
実施例１と同様な容器に実施例１と同様な電極群及び電解液を収納し、実施例１と同様な防爆機能及び端子を兼ねる封口部材を絶縁ガスケットに収納し、この絶縁ガスケットを前記容器の段部に載置した。なお、正極リードは、一端が正極に接続され、かつ他端が前記封口部材の封口板の下面に接続されている。前記容器の開口端付近を実施例１と同様な方法により縮径した。つづいて、前記曲率半径Ｒ_１ が０．４ｍｍで、前記曲率半径Ｒ_２ が０．８ｍｍで、前記曲率半径Ｒ_３ が１．３ｍｍである以外は実施例１と同様な折り曲げ工程用下型を用い、前記容器を前記下型の前記矩形穴内に載置した。前記下型の前記矩形穴は前記（２）式を満たす形状である。このため、前記容器は、底面からコーナ及び短辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴の底部内面からコーナ及び短辺側内周面につながる立上った部分に嵌合され、かつ底面から長辺側側面につながる立上った部分が前記矩形穴の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分から所望の距離を隔てて配置された状態で前記下型に固定された。この容器の開口端に実施例１と同様なカール金型を当接させて前記開口端を内方に折り曲げたところ、前記容器はその底部からコーナ及び短辺側側面につながる立上った部分により強固に支持されたため、前記容器には変形が生じなかった。その結果、前記容器に前記封口部材を実施例１に比べて更に気密性良く取付けることができた。
比較例
前記折り曲げ工程において、矩形穴の底部内面から側面全周につながる立上った部分の曲率半径が０．６ｍｍであること以外は実施例１と同様な折り曲げ工程用下型を用いて実施例１と同様な方法により角形電池を製造した。その結果、折り曲げ工程において容器に座屈変形が生じて前記容器の長辺側の下部側面が凹み、前記容器の開口端の折り曲げ角度が実施例１，２に比べて浅いことが確認できた。
【００１９】
なお、前記実施例では、折り曲げ工程においてナックアウトを有する下型を用いたが、ナックアウトを持たない下型を折り曲げ工程で用いても良い。
前記実施例では、縮径工程において容器を下型に載置した際に、前記容器の底面から長辺側側面につながる立上った部分が角形穴の底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分に嵌合される下型を用いたが、曲率半径Ｒ_１ ，Ｒ_２ ，Ｒ_３ が前記（２）式を満たす形状の矩形穴を有する下型を縮径工程において用いても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の角形電池の製造方法によれば、折り曲げ工程において容器に変形を生じさせることなく前記容器を下型により支持することができ、前記容器の開口端を所望の角度で内方に折り曲げて前記開口端付近に封口部材を気密性良く取付けることができ、角形電池の気密性及び信頼性を向上することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角形電池の製造工程を示す断面図。
【図２】本発明の角形電池の製造工程を示す断面図。
【図３】本発明の角形電池の製造工程を示す断面図。
【図４】本発明の角形電池の製造工程を示す断面図。
【図５】図３の下型の上面図。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図８】図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図９】本発明の方法により製造される角形電池に用いられる容器を示す斜視図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１１】図９のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１２】図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図。
【図１３】図３の下型の矩形穴に角形電池の容器の下部が挿入された状態を示す縦断面図。
【図１４】本発明の方法により製造された角形電池を示す断面図。
【符号の説明】
８…下型、９…矩形穴、１０…中空部、１１…ナックアウト、１４…カール金型、１６…ナックアウト、１７…容器、１９…正極、２０…負極、２１…セパレータ、２２…電極群、２３…封口部材、２８…絶縁ガスケット。

Claims (1)

1. 開口端付近を拡口することにより形成された段部を有する有底矩形筒状の容器内に正極と負極との間にセパレータを介装して作製された電極群を収納する工程と、
   前記容器内に電解液を収容する工程と、
   前記容器の前記段部上に封口部材及び絶縁ガスケットを載置する工程と、
   前記容器の開口端付近を縮径する工程と、
   前記容器の下部を下型の矩形穴内に挿入した状態で前記容器の開口端を内方に折り曲げることにより前記容器の開口端付近に前記封口部材を取付ける工程とを具備し、
   前記下型は、前記矩形穴がその底部内面から長辺側内周面につながる立上った部分の曲率半径をＲ₁とし、底部内面から短辺側内周面につながる立上った部分の曲率半径をＲ₂とし、底部内面からコーナにつながる立上った部分の曲率半径をＲ₃とした時に式Ｒ₃≧Ｒ₂＞Ｒ₁を満たす構造を有し、
   前記曲率半径Ｒ ₁ は、前記容器の底面から長辺側側面につながる立上った部分の曲率半径ｒ ₁ よりも小さく、
   前記曲率半径Ｒ ₂ は、前記容器の底面から短辺側側面につながる立上った部分の曲率半径ｒ ₂ と等しいことを特徴とする角形電池の製造方法。

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