WO2020153089A1 - 封口ガスケット、および筒形電池 - Google Patents

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山崎 龍也
國谷 繁之
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Definitions

  • the present invention relates to a sealing gasket and a tubular battery.
  • FIG. 1 shows the internal structure of the alkaline battery 1.
  • FIG. 1 shows a vertical cross section of the alkaline battery 1 when the extension direction of the cylindrical shaft 100 is the vertical (vertical) direction.
  • the alkaline battery 1 has a bottomed cylindrical metal battery can 2, an annularly shaped positive electrode mixture 3, and a bottomed cylindrical shape disposed inside the positive electrode mixture 3.
  • a negative electrode gel 5 containing a zinc alloy and filled in the inside of the separator 4 a negative electrode current collector 6 made of a rod-shaped metal inserted in the negative electrode gel 5, a plate-shaped metal negative electrode terminal plate 7, A sealing gasket 120 made of resin is used.
  • the positive electrode mixture 3, the separator 4, and the negative electrode gel 5 form the power generation element of the alkaline battery 1 in the presence of the electrolytic solution.
  • the bottom side of the battery can 2 is defined as the lower side and the vertical direction is defined. Further, a direction orthogonal to the vertical direction and directed outward is defined as a radial direction. These two directions show the relationship of relative directions defined for convenience.
  • the battery can 2 functions as a battery case and a positive electrode current collector by directly contacting the positive electrode mixture 3.
  • the positive electrode terminal 8 is formed on the bottom surface of the battery can 2.
  • the dish-shaped negative electrode terminal plate 7 is dish-shaped with a flange-shaped edge, and is fitted to the open end of the battery can 2 with a sealing gasket 120 when the positive electrode terminal 8 is facing down. Has been done.
  • the rod-shaped negative electrode current collector 6 inserted in the negative electrode gel 5 has its upper end welded to the lower surface of the dish-shaped negative electrode terminal plate 7.
  • the negative electrode terminal plate 7 is a sealing plate for closing the opening of the battery can 2, and the negative electrode terminal plate 7, the negative electrode current collector 6, and the sealing gasket 120 are integrally combined as a sealing body in advance. Then, the sealing gasket 120 is caulked by inserting the sealing body into the battery can 2 and reducing the opening end of the battery can 2 inward. That is, the sealing gasket 120 is sandwiched between the inner surface of the battery can 2 and the edge of the negative electrode terminal plate 7, and the battery can 2 is hermetically sealed.
  • FIG. 2 is a diagram showing the structure of the sealing gasket 120, and defines the vertical direction of the sealing gasket 120 in a state of being arranged inside the battery can 2.
  • the sealing gasket 120 is a cup shape having a wall surface (hereinafter, also referred to as an outer peripheral portion 24) that stands upright around the disk, and the center of the disk is a hollow part (hereinafter, referred to as a hollow portion) into which the negative electrode current collector 6 is press-fitted. , And may be referred to as a boss hole 22).
  • a film-like portion (hereinafter, also referred to as a partition 23) extending from the outer circumference of the boss 21 to the peripheral edge of the disk serves as a power generating element of the battery can 2.
  • the storage space is sealed, and the inside of the battery can 2 is partitioned into upper and lower parts.
  • the negative electrode terminal plate 7, the negative electrode current collector 6 and the sealing gasket 120 are integrally combined as a sealing body in advance.
  • the sealing gasket 120 is placed in the battery can 2 with the beading portion 9 formed on the upper end side of the battery can 2 as a seat, and the sealing gasket 120, the negative electrode terminal plate 7, and the negative electrode current collector 6 are sealed.
  • the opening of the battery can 2 is covered with.
  • the open end of the battery can 2 is reduced in diameter to seal the battery can 2.
  • a groove that is concentric with the outer peripheral portion 24 is formed in the partition wall portion 23 of the sealing gasket 120.
  • a groove-shaped thin wall portion 25 is formed on a part of the back surface of the partition wall portion 23, and this thin wall portion 25 is ruptured in advance when the pressure inside the battery can 2 rises abnormally, and finally In addition, it functions as an explosion-proof safety mechanism that releases the gas in the battery can 2 causing the internal pressure to the atmosphere via the exhaust hole 10 (see FIG. 1) provided in the negative electrode terminal plate 7.
  • the partition wall portion 23 of the sealing gasket 120 is provided with a stress buffer portion 130 that absorbs a radial inward stress applied to the sealing gasket 120 when reducing the diameter of the opening end of the battery can 2 when sealing the battery can 2.
  • the stress buffer portion 130 has a vertical cross-sectional shape in which a part of the partition wall portion 23 is bent, and when stress is applied to the partition wall portion 23 in the radial direction, the disk shape of the partition wall portion 23 is uniformly deformed. , And has a function of preventing accidental breakage of the thin portion 25 due to uneven stress.
  • the stress buffering function of the stress buffering section 130 is provided by the vertical cross-sectional shape of the partition wall section 23 of the sealing gasket 120.
  • a stress buffer portion 130 having a U-shaped vertical cross section that is bent downward is formed on the way from the outer peripheral portion 24 to the boss portion 21. Then, when the opening end of the battery can 2 is reduced in diameter and the sealing gasket 120 is caulked, the stress buffering portion 130 bends so as to close the U-shaped opening in the vertical cross section, so that the stress damping portion 130 with respect to the partition wall portion 23. Absorbs stress in the direction of diameter reduction.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a sealing gasket 220 having a stress buffering portion 230 having a shape different from that of FIG.
  • a portion of the partition wall portion 23 that extends obliquely upward from the inner circumference toward the outer circumference and then bends obliquely downward to reach the outer circumference portion 24 serves as the stress buffer portion 230.
  • the stress buffering portion 230 absorbs the stress applied to the partition wall portion 23 by changing the angles ( ⁇ 1, ⁇ 2) of the bent portions between the upper surface side and the lower surface side of the partition wall portion 23.
  • Patent Document 1 The method for manufacturing the alkaline battery 1 is described in Non-Patent Document 1 below.
  • the sealing gaskets (120, 220) shown in FIGS. 2 and 3 have optimized shapes of the stress buffering portions (130, 230), and the open ends of the battery cans 2 are caulked to seal the battery cans 2.
  • the stress buffering portions (130, 230) are deformed, so that the deformation of the sealing gaskets (120, 220) and the breakage of the thin portion 25 can be reliably prevented.
  • the stress buffering portions (130, 230) are bent so as to largely project downward in the partition wall portion 23 in order to easily bend when the battery can 2 is sealed. Therefore, in the sealing gaskets (120, 220) as described above, the sealing gaskets (120, 220) in which the power generating elements (the positive electrode mixture 3, the separator 4, the negative electrode gel 5, the electrolytic solution) are housed in the battery can 2. It was difficult to increase the volume of the power generation element housing region below the lower surface of the partition wall portion 23). That is, in the sealing gaskets (120, 220) as described above, the filling amount of the power generation element in the battery can 2 is limited, and it is difficult to improve the discharge performance.
  • the present invention is capable of reliably absorbing the stress generated when sealing the opening of the battery can of the cylindrical battery by reducing the diameter, and increasing the filling amount of the power generation element in the battery can.
  • An object of the present invention is to provide a gasket and a tubular battery provided with the sealing gasket.
  • One aspect of the present invention for achieving the above object is a bottomed tubular shape, a metal battery can having an inwardly reduced diameter open end, a power generating element housed in the battery can, and Used in a tubular battery provided with a metal dish-shaped sealing plate fitted to the opening end that is reduced in diameter toward one side, and a resin sealing gasket sandwiched by the opening end and the sealing plate.
  • a disk-shaped partition wall portion In the sealing gasket, a disk-shaped partition wall portion, an outer peripheral portion that is erected on the peripheral edge of the partition wall portion, and is sandwiched between the opening end and the sealing plate, and concentric with the partition wall portion.
  • the sealing gasket has H of 15% or more and 30% or less.
  • the sealing gasket which can reliably absorb the stress which occurs when sealing the opening of the battery can of a cylindrical battery by caulking, and can increase the filling amount of the power generation element in a battery can. And a tubular battery provided with the sealing gasket.
  • FIG. 4 shows the structure of the sealing gasket 20 according to the example.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view of the sealing gasket 20.
  • the sealing gasket 20 according to the embodiment includes the sealing gaskets shown in FIGS. 2 and 3 (hereinafter, the sealing gasket 120 according to Comparative Example 1 and the sealing gasket 220 according to Comparative Example 2). ) Has a stress buffer portion (130, 230) formed at one location of the partition wall portion 23, while the stress buffer portions (30a, 30b) are provided at a plurality of locations (two locations in this embodiment) of the partition wall portion 23. Has been formed.
  • the sealing gasket 20 is manufactured by injection-molding a resin such as 6,12 nylon, and has a stress buffer portion formed in an annular groove shape concentric with the boss portion 21 ( 30a, 30b) are formed on the upper surface side and the lower surface side of the partition wall 23, respectively. Then, the two stress buffering portions (30a, 30b) are formed adjacent to each other in the radial direction of the partition wall portion 23 via one side wall.
  • FIG. 5 shows a vertical cross-sectional view of the LR6 type alkaline battery 1 including the sealing gasket 20 according to the example. As shown in FIG.
  • each of the two stress cushioning portions (30a, 30b) is formed. It deforms so that the opening of the groove is closed (that is, the width of the groove is narrowed), and absorbs the stress in the radial direction (radial inward direction or radial direction) applied to the partition wall portion 23. As a result, the deformation of the region of the partition wall portion 23 inside the stress buffer portions (30a, 30b) is suppressed, and it is possible to prevent the thin portion 25 formed around the boss portion 21 from being damaged.
  • sealing gaskets (120, 220, 20, 320) shown in the respective drawings sizes of corresponding portions are indicated by the same reference numerals.
  • the produced various sealing gaskets (120, 220, 20, 320) are made of the same resin material and have the same total height H and the same outer diameter ⁇ .
  • the size of each portion other than the stress buffering portions (130, 230, 30a, 30b), for example, the boss portion (height Hb, outer diameter ⁇ 1, inner diameter ⁇ 2), the outer peripheral portion (height Hc, thickness t), etc. Is the same.
  • the size of each part is the same except for the thickness of the stress buffer portions (30a, 30b) (hereinafter, also referred to as the buffer portion height Ha).
  • the groove depth of the two annular groove-shaped stress buffer portions (30a, 30b) in the gasket 20 according to the embodiment has a dimension corresponding to the buffer portion height Ha, and the thickness of the portion corresponding to the bottom of the groove. Adjust so that they are equivalent. Therefore, when the buffer portion height Ha is reduced, the depth becomes shallow.
  • the thickness of the thinnest portion in the region where the stress buffering portions (30a, 30b) are formed is equal to or greater than the thickness of the thin portion 25 that functions as a safety valve.
  • the thickness of the thin portion 25 of each of the produced sealing gaskets (120, 220, 20, 320) depends on the material (6,12 nylon, etc.) constituting the respective sealing gaskets (120, 220, 20, 320). Based on mechanical properties (tensile strength, compression strength, bending strength, etc.), it is set so as to break within a predetermined pressure range.
  • the various sealing gaskets (120, 220, 20, 320) that were produced had a total height H, a height Hb of the boss portion 21, a height Hc of the outer peripheral portion 24, a diameter ⁇ , an outer diameter ⁇ 1 of the boss portion 21, and a boss.
  • the inner diameter ⁇ 2 of the portion 21 and the thickness t of the outer peripheral portion 24 have a common size.
  • various sealing bodies using these sealing gaskets are used to make LR6 type battery cans.
  • a sample in which No. 2 was sealed was prepared.
  • volume the volume of the storage area of the power generation element
  • operation test of the safety valve was performed using a sample in which the power generating element was not housed in the battery can 2
  • high temperature storage test was performed using a sample in which the power generating element was housed in the battery can 2.
  • the high temperature storage test is for evaluating the long-term storage performance of the alkaline battery 1, and the sample in which the power generation element is housed in the battery can 2 is stored at a temperature of 90° C. for 30 days and leaked. Whether or not it was visually confirmed. If any of the 20 individuals leaked, the sample was rejected.
  • Table 1 below shows the test results for each sample.
  • sample 1 is the alkaline battery 1 including the sealing gasket 120 according to the comparative example 1 shown in FIG. 2, and sample 2 is provided with the sealing gasket 220 according to the comparative example 2 shown in FIG.
  • Samples 3 to 5 are alkaline batteries 1 including the sealing gasket 320 according to Comparative Example 3 shown in FIG.
  • Samples 6 to 10 are alkaline batteries 1 using the example-like gasket 20 having a structure similar to that shown in FIG.
  • Ha/H in Table 1 means the total height H and the stress buffering portions (130, 230) in the sealing gaskets (120, 220, 20, 320) as shown in FIGS. 2 to 4 and 6. , 30a, 30b) and the ratio Ha/H to the thickness Ha of the formation region are shown in percentage (%). The larger the numerical value Ha/H, the smaller the volume of the storage area of the power generation element.
  • Samples 1 and 2 are both LR6 type alkaline batteries 1 provided as products, and have almost the same volume. Then, in Sample 1 and Sample 2, Ha/H was 42% and 40%, respectively, and naturally the safety valve operated at the specified pressure, and the liquid leakage resistance test also passed. That is, in the sealing gaskets (120, 220) according to Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the proper values of Ha/H are 42% and 40%, respectively, and if Ha/H is larger than the proper value, The volume decreases, and it becomes difficult to secure the discharge performance. On the other hand, when Ha/H is smaller than the appropriate value, the stress buffering portions (130, 230) cannot sufficiently absorb the stress when the battery can 2 is sealed, and the partition wall 23 is easily deformed.
  • the operating pressure of the safety valve may be out of the standard. Further, if excessive stress is normally applied to the partition wall portion 23 due to the stress at the time of sealing the battery can 2, a part of the thin wall portion 25 serving as a safety valve is compared with other portions in the high temperature storage test. There is also a possibility that liquid will be generated due to cracks in the thin portion 25 due to rapid deterioration.
  • the stress buffering portion (30a) of the sealing gasket (320) is formed within the range of the thickness of the partition wall portion 23. It becomes easy to increase the volume of the power generation element storage area. If Ha/H ⁇ 30%, the volume of the power generation element housing region can be made larger than that of Sample 1 or Sample 2. Further, in each of Samples 3 to 5 including the sealing gasket 320 according to Comparative Example 3, there was an individual in which the safety valve (thin portion 25) broke at a nonstandard pressure, and an individual in which liquid leakage occurred in high temperature storage characteristics. It was It can be considered that this is because the sealing gasket 320 according to Comparative Example 3 has only one stress buffering portion 30a and thus cannot sufficiently absorb the stress when the battery can 2 is sealed.
  • a plurality of annular groove-shaped stress buffer portions (30a, 30b) concentric with the boss portion 21 are formed in a part of the disk-shaped partition wall portion 23.
  • the ratio Ha/H between the total height H and the maximum thickness Ha of the region where the stress buffering portions (30a, 30b) are formed is 15% or more and 30% or less.
  • the two stress buffer portions (30a, 30b) that are adjacent to each other in the radial direction are alternately arranged on the upper surface (one surface) and the lower surface (the other surface) of the partition wall 23. Although they are formed (alternately), both of the two stress buffer portions (30a, 30b) may be formed on either the upper surface or the lower surface of the partition wall portion 23.
  • the sealing gasket 20 has two stress buffering portions (30a, 30b), but it may have three or more. If a large number of stress buffer portions (30a, 30b) are provided in the partition wall portion 23 having a limited projected area from the vertical direction, the width of the groove forming each stress buffer portion (30a, 30b) becomes narrow. However, it becomes difficult to secure molding accuracy. Therefore, the number of stress buffering portions (30a, 30b) may be appropriately determined in consideration of dimensional accuracy when manufacturing the sealing gasket 20. Further, as shown in Table 1, even if the number of stress buffering portions (30a, 30b) is two, which is the necessary minimum, sufficient explosion-proof safety performance can be obtained while increasing the volume of the power generation element storage area. Since it is secured, it is more preferable that the number of stress buffering portions (30a, 30b) is two.
  • the sealing gasket 20 according to the above-described embodiment is not limited to the alkaline battery 1, but the diameter of the opening end of the battery can 2 is reduced so that the sealing plate is attached to the opening end of the battery can 2 in various cylinders. It can be applied to the shape battery.
  • 1 alkaline battery, 2 battery can, 3 positive electrode mixture, 4 separator, 5 negative electrode gel, 6 negative electrode current collector, 7 negative electrode terminal plate, 8 positive electrode terminal, 9 beading part, 20, 120, 220, 320 sealing gasket, 21 Boss portion, 22 boss hole, 23 partition wall portion, 24 outer peripheral portion, 25 thin wall portion, 30a, 30b, 130, 230 stress buffer portion, 40 outer peripheral portion

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Abstract

有底筒状であり、内方に縮径した開口端を有する金属製の電池缶と、前記電池缶に収納される発電要素と、内方に縮径した前記開口端に嵌着される金属製で皿状の封口板と、前記開口端と前記封口板とにより挟持される樹脂製の封口ガスケットと、を備える筒形電池に用いられる前記封口ガスケットであって、円板状の隔壁部と、前記隔壁部の周縁に立設され、前記開口端と前記封口板との間に挟持される外周部と、前記隔壁部に同心円に形成される円環状の溝からなる複数の応力緩衝部と、を備え、前記封口ガスケットの最も下方の位置から最も上方の位置までの総高Hと、前記隔壁部における前記複数の応力緩衝部が形成されている領域の厚さHaとの比であるHa/Hが、15%以上30%以下である。

Description

封口ガスケット、および筒形電池
 この発明は、封口ガスケット、および筒形電池に関する。
 封口ガスケットを備えた筒形電池の一例として、一般的なLR6型のアルカリ電池を挙げる。図1にアルカリ電池1の内部構造を示した。図1は、円筒軸100の延長方向を上下(縦)方向としたときのアルカリ電池1の縦断面を示している。図1に示したように、アルカリ電池1は、有底筒状の金属製電池缶2、環状に成形された正極合剤3、この正極合剤3の内側に配設された有底円筒状のセパレーター4、亜鉛合金を含んでセパレーター4の内側に充填される負極ゲル5、この負極ゲル5中に挿入された棒状の金属からなる負極集電子6、皿状の金属製負極端子板7、樹脂からなる封口ガスケット120などにより構成される。
 この構造において、正極合剤3、セパレーター4、負極ゲル5が、電解液の存在下でアルカリ電池1の発電要素を形成する。なお、以下では、説明の便宜上、電池缶2の底部側を下方として上下方向を規定することとする。また、前記上下方向に直交して外方へ向かう方向を放射方向と規定する。これらの二方向は、便宜的に定めた相対的な方向の関係を示す。
 電池缶2は、正極合剤3に直接接触することにより、電池ケースおよび正極集電体として機能する。そして、電池缶2の底面には正極端子8が形成されている。皿状の負極端子板7は、フランジ状の縁がある皿状で、正極端子8を下方としたとき、その皿を伏せた状態で電池缶2の開口端に封口ガスケット120を介して嵌着されている。
 負極ゲル5中に挿入された棒状の負極集電子6は、その上端が皿状の負極端子板7の下面に溶接されている。なお、負極端子板7は電池缶2の開口を閉鎖するための封口板であり、負極端子板7、負極集電子6、および封口ガスケット120は封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられている。そして、この封口体を電池缶2内に挿入するとともに電池缶2の開口端を内方に縮径加工することで封口ガスケット120がかしめられる。すなわち、封口ガスケット120が、電池缶2の内面と、負極端子板7の縁との間に狭持され、電池缶2が密閉状態で封口される。
 図2は、封口ガスケット120の構造を示す図であり、封口ガスケット120の上下方向を、電池缶2内に配置された状態で規定している。そして、図2では、電池缶2の開口端にかしめられる前の封口ガスケット120の形状が縦断面図として示されている。封口ガスケット120は、円盤の周囲に上方に立設する壁面(以下、外周部24と言うことがある)を有するカップ状で、円盤の中心は、負極集電子6が圧入される中空部(以下、ボス孔22と言うことがある)を備えた円筒状のボス部21となっている。そして、封口ガスケット120が電池缶2内に組み込まれると、ボス部21の外周から円盤の周縁に至る膜状の部分(以下、隔壁部23と言うことがある)によって電池缶2における発電要素の収納空間が密閉され、電池缶2の内部が上下に仕切られる。
 なお、電池缶2の封口手順としては、まず、負極端子板7、負極集電子6および封口ガスケット120を、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせておく。次いで、電池缶2の上端側に形成されたビーディング部9を座にして封口ガスケット120を電池缶2内に配置し、封口ガスケット120と負極端子板7と負極集電子6とからなる封口体で電池缶2の開口を覆う。そして、電池缶2の開口端を縮径加工して、電池缶2を封口する。
 封口ガスケット120の隔壁部23には外周部24と同心円を成す溝が形成されている。例えば、隔壁部23の裏面の一部には、溝状の薄肉部25が形成されており、この薄肉部25は、電池缶2内の圧力が異常に上昇した際に先行破断し、最終的に、その内圧の原因となった電池缶2内のガスを負極端子板7に設けられた排気孔10(図1参照)を介して大気開放させる防爆安全機構として機能する。
 また封口ガスケット120の隔壁部23には、電池缶2の封口時に電池缶2の開口端を縮径加工する際に封口ガスケット120に加わる放射内方向の応力を吸収する応力緩衝部130が設けられている。応力緩衝部130は、隔壁部23の一部を屈曲させた縦断面形状を有し、放射内方向に応力が隔壁部23に加わった際に、隔壁部23の円盤形状を均一に変形させて、応力の偏りによる薄肉部25の不用意な破断を抑止する機能を担っている。
 応力緩衝部130による応力の緩衝機能は、封口ガスケット120の隔壁部23の縦断面形状によってもたらされる。図2に示した封口ガスケット120では、隔壁部23において、外周部24からボス部21に至る途上に、下方に屈曲してU字状の縦断面を有する応力緩衝部130が形成されている。そして、この応力緩衝部130は、当該電池缶2の開口端が縮径されて封口ガスケット120がかしめられる際、縦断面におけるU字の開口が閉塞するように撓むことで、隔壁部23に対する縮径方向の応力を吸収する。
 図3は、図2とは形状が異なる応力緩衝部230を有する封口ガスケット220の縦断面図である。図3に示した封口ガスケット220では、隔壁部23において、内周から外周に向けて斜め上方に向かって延長した後に斜め下方に屈曲して外周部24に至る部位が応力緩衝部230となる。この応力緩衝部230は、電池缶2の封口時に、隔壁部23の上面側と下面側とにおける屈曲部の角度(θ1、θ2)が可変することで隔壁部23に加わる応力を吸収する。なお、上述した応力緩衝部230を備えた封口ガスケット220の構造については以下の特許文献1に詳しく記載されている。またアルカリ電池1の製造方法については以下の非特許文献1に記載されている。
特開2013-69459号公報
FDK株式会社、"アルカリ電池のできるまで"、[online]、[平成30年12月26日検索]、インターネット<URL:http://www.fdk.co.jp/denchi_club/denchi_story/arukari.htm>
 図2や図3に示した封口ガスケット(120、220)は、応力緩衝部(130、230)の形状が最適化されており、電池缶2の開口端がかしめられて当該電池缶2が封口板によって封口される際には応力緩衝部(130、230)が変形して封口ガスケット(120、220)の変形や薄肉部25の破断を確実に防止することができるようになっていた。
 しかし、応力緩衝部(130、230)は、電池缶2の封口時に撓み易くするために、隔壁部23において、下方に大きく突出するように屈曲させてなる。そのため、上述したような封口ガスケット(120、220)では、電池缶2内において、発電要素(正極合剤3、セパレーター4、負極ゲル5、電解液)が収納される、封口ガスケット(120、220)の隔壁部23の下面から下方の発電要素収納領域の容積を増加させることが難しかった。すなわち、上述したような封口ガスケット(120、220)では、電池缶2内における発電要素の充填量が制限され、放電性能を向上させることが難しかった。
 そこで本発明は、筒形電池の電池缶の開口部を縮径加工して封口する際に発生する応力を確実に吸収でき、かつ電池缶内の発電要素の充填量を増量させることができる封口ガスケットと、その封口ガスケットを備えた筒形電池とを提供することを目的としている。
 上記目的を達成するための本発明の一態様は、有底筒状であり、内方に縮径した開口端を有する金属製の電池缶と、前記電池缶に収納される発電要素と、内方に縮径した前記開口端に嵌着される金属製で皿状の封口板と、前記開口端と前記封口板とにより挟持される樹脂製の封口ガスケットと、を備える筒形電池に用いられる前記封口ガスケットであって、円板状の隔壁部と、前記隔壁部の周縁に立設され、前記開口端と前記封口板との間に挟持される外周部と、前記隔壁部に同心円に形成される円環状の溝からなる複数の応力緩衝部と、を備え、総高Hと、前記隔壁部における前記複数の応力緩衝部が形成されている領域の厚さHaとの比であるHa/Hが、15%以上30%以下である、封口ガスケットである。
 本発明によれば、筒形電池の電池缶の開口部をかしめ加工によって封口する際に発生する応力を確実に吸収でき、かつ電池缶内の発電要素の充填量を増量させることができる封口ガスケットと、その封口ガスケットを備えた筒形電池とが提供される。
一般的なアルカリ電池の構造を示す図である。 上記一般的なアルカリ電池に組み込まれる封口ガスケットの一例を示す図である。 上記一般的なアルカリ電池に組み込まれる封口ガスケットのその他の例を示す図である。 本発明の実施例に係る封口ガスケットを示す図である。 上記実施例に係る封口ガスケットを備えたアルカリ電池を示す図である。 比較例に係る封口ガスケットを示す図である。
 関連出願の相互参照
 この出願は、2019年1月25日に出願された日本特許出願、特願2019-011488に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。
 本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。
===実施例==
 本発明の実施例に係る封口ガスケットとして、LR6型のアルカリ電池に用いられる封口ガスケットを挙げる。図4に実施例に係る封口ガスケット20の構造を示した。図4は当該封口ガスケット20の縦断面図である。図4に示したように、実施例に係る封口ガスケット20は、先に図2と図3とに示した封口ガスケット(以下、比較例1に係る封口ガスケット120と比較例2に係る封口ガスケット220)が隔壁部23の一箇所に応力緩衝部(130、230)が形成されているのに対し、隔壁部23の複数箇所(本実施例では二箇所)に応力緩衝部(30a、30b)が形成されている。
 具体的には、実施例に係る封口ガスケット20は、6,12ナイロンなどの樹脂を射出成形することで作製されており、ボス部21と同心の円環溝状に形成された応力緩衝部(30a、30b)が、隔壁部23の上面側と下面側とに一つずつ形成されている。そして、二つの応力緩衝部(30a、30b)は、一つの側壁を介して隔壁部23の径方向に隣接して形成されている。
 実施例に係る封口ガスケット20は、図4に示したように、隔壁部23において、応力緩衝部(30a、30b)が形成されている領域の厚さHaが適切に設定されている。それによって、実施例に係る封口ガスケット20を備えた筒形のアルカリ電池1は、発電要素が収納される領域が増大されて放電容量に優れ、かつ、電池缶2内が所定の圧力に達した際には、安全弁である薄肉部25が確実に破断し、安全性が確保されたものとなっている。図5に、実施例に係る封口ガスケット20を備えたLR6型のアルカリ電池1の縦断面図を示した。図5に示したように、実施例に係る封口ガスケット20は、電池缶2の開口端に負極端子板7を介してかしめられると、二つの応力緩衝部(30a、30b)を構成するそれぞれの溝の開口が閉塞されるように(つまり溝の幅が狭くなるように)変形し、隔壁部23に加わる縮径方向(放射内方向あるいは半径方向)の応力を吸収する。これにより、隔壁部23の応力緩衝部(30a、30b)よりも内側の領域の変形が抑制され、ボス部21の周囲に形成されている薄肉部25の破損が防止可能となる。
===性能評価===
 次に、実施例に係る封口ガスケット20の性能を評価するために、図4に示した実施例に係る封口ガスケット20において、応力緩衝部(30a、30b)の厚さHaが異なる種々の封口ガスケット(以下、実施例様ガスケット20と言うことがある)と、図2に示した比較例1に係る封口ガスケット120と、図3に示した比較例2に係る封口ガスケット220とを作製した。さらに、図6に示したように、実施例様ガスケット20に対し、二つの応力緩衝部(30a、30b)の一方の応力緩衝部30aのみを備えた比較例3に係る封口ガスケット320も作製した。
 なお、図2~図4、図6では、それぞれの図に示した封口ガスケット(120、220、20、320)で、互いに対応する部位のサイズが同じ符号で示されている。そして、作製した各種封口ガスケット(120、220、20、320)は、同じ樹脂材料からなり、総高Hおよび外径φが同じである。また、応力緩衝部(130、230、30a、30b)以外の各部位のサイズ、例えば、ボス部(高さHb、外径φ1、内径φ2)、外周部(高さHc、厚さt)なども同じになっている。
 実施例様ガスケット20については、応力緩衝部(30a、30b)の厚さ(以下、緩衝部高Haとも言う)を除けば、各部位のサイズは同じである。また、実施例様ガスケット20における円環溝状の二つの応力緩衝部(30a、30b)の溝の深さは、緩衝部高Haに応じた寸法とし、溝の底に相当する部位の厚さが同等となるよう調整する。従って緩衝部高Haを小さくする場合は、深さは浅くなる。溝の底に相当する部位の厚さを同等にすることにより、ガスケット20が電池缶2の開口端にかしめられて変形する時の緩衝具合を同等にすることができる。
 応力緩衝部(30a、30b)が形成されている領域において、最も薄肉となる部位の厚さは、安全弁として機能する薄肉部25の厚さと同等以上である。なお、作製した各種封口ガスケット(120、220、20、320)の薄肉部25の厚さは、それぞれの封口ガスケット(120、220、20、320)を構成する素材(6,12ナイロンなど)の機械特性(引張強度、圧縮強度、曲げ強度など)に基づいて、所定の圧力範囲内で破断するように設定されている。
 また、作製した各種封口ガスケット(120、220、20、320)は、総高H、ボス部21の高さHb、外周部24の高さHc、直径φ、ボス部21の外径φ1、ボス部21の内径φ2、および外周部24の厚さtを共通のサイズとした。
 そして、上述した各種封口ガスケット(120、220、20、320)の特性を評価するために、これらの封口ガスケット(120、220、20、320)を用いた各種の封口体によってLR6型の電池缶2を封口したサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、発電要素の収納領域の容積(以下、容積と言うことがある)、安全弁(薄肉部25)の作動試験、および高温保存試験を調べた。なお、安全弁の作動試験は、電池缶2内に発電要素を収納していないサンプルを用いて行い、高温保存試験は、電池缶2内に発電要素を収納しているサンプルを用いて行った。
 また、安全弁(薄肉部25)の作動試験、および高温保存試験については、各サンプルについて20個の個体を用いて試験を行った。
 安全弁(薄肉部25)の作動試験では、発電要素を収納せずに封口した電池缶2からなるサンプルを用い、そのサンプルにおける発電要素の収納領域内に圧搾空気を導入するとともに、安全弁が作動したときの圧力を調べた。そして、同じサンプルに属する20個の個体について、安全弁が破断したときの圧力が、所定の数値範囲内であれば、そのサンプルを合格とし、全個体のうち、一個でも数値範囲外で安全弁が破断した個体があれば、そのサンプルを不合格とした。
 高温保存試験は、アルカリ電池1の長期間保存性能を評価するためのものであり、電池缶2内に発電要素が収納されたサンプルを、90℃の温度で30日間保存し、漏液しているか否かを目視によって確認した。そして、20個の個体のうち、一つでも漏液している個体があれば、そのサンプルを不合格とした。
 以下の表1に、各サンプルに対する試験結果を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1において、サンプル1は、図2に示した比較例1に係る封口ガスケット120を備えたアルカリ電池1であり、サンプル2は、図3に示した比較例2に係る封口ガスケット220を備えたアルカリ電池1である。サンプル3~5は、図6に示した比較例3に係る封口ガスケット320を備えたアルカリ電池1である。そして、サンプル6~サンプル10は、図4に示したものと同様の構造を有する実施例様ガスケット20を用いたアルカリ電池1である。
 また、表1における「Ha/H」は、図2~図4、図6に示したように、封口ガスケット(120、220、20、320)における、総高Hと応力緩衝部(130、230、30a、30b)の形成領域の厚さHaとの比Ha/Hを百分率(%)で示したものである。そして、この数値Ha/Hが大きいほど、発電要素の収納領域の容積が減少することになる。
 表1において、サンプル1、および2は、いずれも、製品として提供されているLR6型アルカリ電池1であり、容積はほぼ同じである。そして、サンプル1およびサンプル2は、Ha/Hが、それぞれ42%および40%であり、当然のことながら、安全弁が規定の圧力で作動し、耐漏液試験も合格となった。すなわち、比較例1と比較例2とに係る封口ガスケット(120、220)では、Ha/Hの適正値が、それぞれ42%と40%であり、Ha/Hが適正値よりも大きくなれば、容積が減少し、放電性能を確保することが難しくなる。一方、Ha/Hが適正値よりも小さい場合は、電池缶2の封口時の応力を応力緩衝部(130、230)が十分に吸収しきれず、隔壁部23が変形し易くなる。そのため、安全弁の作動する圧力が規格外となる可能性がある。また、電池缶2の封口時の応力により、隔壁部23に過剰な応力が常態的に掛かった状態になれば、安全弁となる薄肉部25の一部が、高温保存試験において他の部位に対して急速に劣化し、当該薄肉部25の亀裂による漏液が発生する可能性もある。
 図6に示した比較例3に係る封口ガスケット320を備えたサンプル3~5では、封口ガスケット(320)の応力緩衝部(30a)が、隔壁部23の厚さの範囲内で形成されており、発電要素収納領域の容積を増やし易くなる。そして、Ha/H≦30%であれば、サンプル1やサンプル2よりも発電要素収納領域の容積を大きくすることができる。また、比較例3に係る封口ガスケット320を備えたサンプル3~5では、いずれも安全弁(薄肉部25)が規格外の圧力で破断した個体、および高温保存特性において漏液が発生した個体があった。これは、比較例3に係る封口ガスケット320では、応力緩衝部30aが一つしかなく、電池缶2を封口する際の応力を十分に吸収できなかったためと考えることができる。
 実施例様ガスケット20を備えたサンプル6~10では、比較例3と同様に、封口ガスケット20の応力緩衝部(30a、30b)が、隔壁部23の厚さの範囲内で形成されており、発電要素収納領域の容積を増やし易くなる。そして、Ha/H≦30%であれば、サンプル1やサンプル2よりも発電要素収納領域の容積を大きくすることができる。しかし、Ha/H=40%のサンプル10では、サンプル1やサンプル2よりも大きな容積を得ることができなかった。そして、実施例様ガスケット20を備え、かつ発電要素収納領域の容積をサンプル1や2より大きくすることができたサンプル6~9のうち、15%≦Ha/H≦30%のサンプル7~9では、全ての個体で安全弁(薄肉部25)が規格内の圧力で破断し、高温保存試験により安全弁に亀裂による漏液が発生した個体が一つもなかった。なお、Ha/H=10%のサンプル6では、安全弁が作動する圧力が規格外となったり、高温保存試験において漏液が発生した。これは、サンプル6は、封口ガスケット20において応力緩衝部(30a、30b)が形成されている領域の厚さが小さいため、この領域において、隔壁部23が僅かな応力変動によって大きく変形するためと考えることができる。
 以上より、実施例に係る封口ガスケット20は、円板状の隔壁部23の一部に、ボス部21と同心の複数の円環溝状の応力緩衝部(30a、30b)が形成されているとともに、総高Hと、応力緩衝部(30a、30b)が形成されている領域の最大の厚さHaとの比Ha/Hが、15%以上30%以下となるものである。
===その他の実施例===
 上記実施例に係る封口ガスケット20では、放射方向で互いに隣接し合う二つの応力緩衝部(30a、30b)が、隔壁部23の上面(一方の面)と下面(他方の面)とに互い違いに(交互に)形成されていたが、二つの応力緩衝部(30a、30b)のいずれもが、隔壁部23の上面あるいは下面のいずれかに形成されていてもよい。
 上記実施例に係る封口ガスケット20は、応力緩衝部(30a、30b)が二つであったが、三つ以上であってもよい。なお、上下方向からの投影面積に限りがある隔壁部23に多数の応力緩衝部(30a、30b)を設ければ、個々の応力緩衝部(30a、30b)を構成する溝の幅が狭くなり、成形精度を確保することが難しくなる。したがって、応力緩衝部(30a、30b)の数は、封口ガスケット20を製造するときの寸法精度などを考慮して適宜に決定すればよい。そして、表1に示したように、応力緩衝部(30a、30b)の数は、必要最小限の二つであっても、発電要素収納領域の容積を大きくしつつ、十分な防爆安全性能が確保されていることから、応力緩衝部(30a、30b)は、二つであることがより好ましい。
 上記実施例に係る封口ガスケット20は、アルカリ電池1に限らず、電池缶2の開口端が縮径加工されることで、封口板が電池缶2の開口端に嵌着されている様々な筒形電池に適用することができる。
 なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
1 アルカリ電池、2 電池缶、3 正極合剤、4 セパレーター、5 負極ゲル、6 負極集電子、7 負極端子板、8 正極端子、9 ビーディング部、20,120、220、320 封口ガスケット、21 ボス部、22 ボス孔、23 隔壁部、24 外周部、25 薄肉部、30a、30b、130、230 応力緩衝部、40 外周部

Claims (4)

  1.  有底筒状であり、内方に縮径した開口端を有する金属製の電池缶と、
     前記電池缶に収納される発電要素と、
     内方に縮径した前記開口端に嵌着される金属製で皿状の封口板と、
     前記開口端と前記封口板とにより挟持される樹脂製の封口ガスケットと、
    を備える筒形電池に用いられる前記封口ガスケットであって、
     円板状の隔壁部と、
     前記隔壁部の周縁に立設され、前記開口端と前記封口板との間に挟持される外周部と、
     前記隔壁部に同心円に形成される円環状の溝からなる複数の応力緩衝部と、
    を備え、
     前記封口ガスケットの最も下方の位置から最も上方の位置までの総高Hと、前記隔壁部における前記複数の応力緩衝部が形成されている領域の厚さHaとの比であるHa/Hが、15%以上30%以下である、封口ガスケット。
  2.  請求項1に記載の封口ガスケットであって、
     二つの前記応力緩衝部を備える、封口ガスケット。
  3.  請求項1又は2に記載の封口ガスケットであって、
     前記応力緩衝部が、前記隔壁部の一方の面と他方の面とに交互に形成されている、封口ガスケット。
  4.  有底筒状であり、内方に縮径した開口端を有する金属製の電池缶と、
     前記電池缶に収納される発電要素と、
     内方に縮径した前記開口端に嵌着される金属製で皿状の封口板と、
     前記開口端と前記封口板とにより挟持される樹脂製の封口ガスケットと、
    を備える筒形電池であって、
     前記封口ガスケットは、
     円板状の隔壁部と、
     前記隔壁部の周縁に立設され、前記開口端と前記封口板との間に挟持される外周部と、
     前記隔壁部に同心円に形成される円環状の溝からなる複数の応力緩衝部と、
    を備え、
     前記封口ガスケットの最も下方の位置から最も上方の位置までの総高Hと、前記隔壁部における前記複数の応力緩衝部が形成されている領域の厚さHaとの比であるHa/Hが、15%以上30%以下である、筒形電池。
     
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