JP4748999B2 - 円筒形電池の封口方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電要素を収容した有底円筒形の電池ケースの開口部を封口板によって封口する円筒形電池の封口方法及びその封口方法を用いて形成された円筒形電池に関するものである。

円筒形電池は有底円筒形の電池ケース内に発電要素を収容し、電池ケースの開口部に配した封口板の周縁部上に電池ケースの開口端を折り曲げるカシメ加工によって電池ケースの開口部を封口する封口方法が多く採用されている。図４は、前記カシメ加工によって電池ケースの開口部を封口した電池の例を示すもので、アルカリ乾電池（ＬＲ２０型）として構成されたものである。

図４において、有底円筒形で底面中央に突出部を形成した電池ケース２にはセパレータ４を介して正極合剤３とゲル負極５からなる発電要素が収容され、電池ケース２の開口部は、負極集電体６、ガスケット７、封口板８からなる組立封口板の周縁部に電池ケース２の開口端部１１を内側に折り曲げるカシメ加工により封口されている。この封口後にカシメ加工された部位の上に絶縁リング９が配置され、電池ケース２の突出部分及び封口板８の中央部分を露出させてラベル外装１が施されている。この電池では、電池ケース２の底面突出部を正極端子、封口板８を負極端子とするアルカリ乾電池となる。

上記カシメ加工による封口方法については、上記のような乾電池だけでなく、一次電池、二次電池を問わず円筒形電池の封口に多く適用され、従来技術としても多数の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来技術による円筒形電池の封口方法の手順を示すもので、図５（ａ）に示すように、発電要素３０を収容した有底円筒形の電池ケース３１にその開口部からガイド支持体３３を挿入し、電池ケース３１を回転させながら電池ケース３１の開口部側の外周面に溝付けローラ３２を押し付けて電池ケース３１の外周面に所定深さの支持用環状溝３４を形成する。

前記支持用環状溝３４は電池ケース３１の内周面に凸となる環状の支持段部となるので、その支持段部上にガスケット３５を介して封口板３６を配置し、図５（ｂ）に示すように、支持用環状溝３４に嵌入する支持突起を有する支持金型３７で電池ケース３１を周囲から保持した状態で、上方から予備カシメ金型３８を下降させて電池ケース３１の開口端部を内側に湾曲させる予備カシメ加工を行う。

次に、予備カシメ加工がなされた電池ケース３１の開口端上にカシメ金型３９を下降させ、カシメ金型３９のカシメ凹部の形状に沿って電池ケース３１の開口端が折れ曲がるように封口板３６側に加圧するカシメ加工を行う。このカシメ加工によって加圧された電池ケース３１と封口板３６との間に介在させたガスケット３５は、電池ケース３１の開口端部及び下方の支持用環状溝３４による支持段部に押し付けられて圧縮されるので、ガスケット３５は電池ケース３１と封口板３６とに密着し、電池ケース３１の開口部を密閉状態に封止することができる。
特開２００１−２８３７９５号公報

しかしながら、上記従来技術に係る封口方法では、カシメ金型３９によって電池ケース３１の開口端部の全体を加圧するので、強い加圧により支持用環状溝３４により形成されている支持段部が支持金型３７の支持突部から滑り落ちる現象が発生する場合があり、電池の仕上がり高さ寸法にばらつきが生じる課題があった。

電池の寸法はＪＩＳにも厳密な寸法規制が示されており、現状では寸法公差管理やそれに対応した頻繁な設備調整などが必要となり、電池生産の品質管理や製造管理コストが徒に増加する要因ともなっている。

本発明が目的とするところは、電池の高さ寸法のばらつきが小さい円筒形電池及びその封口方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本願第１発明は、発電要素を収容した有底円筒形の電池ケースの開口部を封口板により封口する円筒形電池の封口方法において、
（ａ）前記電池ケースの開口部側内周面上に内側に向けて環状に突出する支持段部が形成されるように電池ケースの外周面上から環状溝を形成する溝入れ工程と、
（ｂ）前記支持段部上に周縁部をガスケットで包み込んだ封口板を載置する封口板収容工程と、
（ｃ）前記環状溝内に嵌入する支持突部を有する支持金型により電池ケースを外周面から保持し、予備カシメ金型により電池ケースの開口端部を内側に弧状に折り曲げる予備カシメ工程と、
（ｄ）環状溝内に嵌入する支持突部を有する受け金型により電池ケースの外周面を保持し、前記受け金型の内周面との間に所定の間隙を隔てて下降するカシメ金型により予備カシメされた開口端部を封口板の周縁部上に圧接するとき、前記開口端部の折り曲げ位置となる封口肩部を前記間隙の下に位置させた状態で、支持段部との間にある前記ガスケットを挟圧する最終カシメ工程と
を有し、
前記最終カシメ工程（ｄ）において、前記受け金型の内周面と前記カシメ金型との間の間隙は、０．０５ｍｍ以上で、電池ケースの周面厚さの２倍以下であることを特徴とする。

上記封口方法によれば、支持段部上に載置した封口板を電池ケースの開口端部を所定高さ位置から所定角度に折り曲げる予備カシメ工程を実施した後に、電池ケースをその外周面で保持する受け金型の内周面と所定間隙を隔ててカシメ金型を電池ケース上に下降させて予備カシメ工程により所定角度に折り曲げられた電池ケースの開口端部を封口板の周縁部上に折り曲げると、封口肩部がカシメ金型と受け金型で形成される間隙に入り込みカシメ金型による電池ケースに加わる支持突部側への衝撃を逃がし、環状溝が受け金型の支持突部から滑り落ちるような状態が抑制されるので、電池高さ寸法のばらつきを小さくした封口が実施される。

さらに、上記受け金型の内周面とカシメ金型との間の間隙は、０．０５ｍｍ以上で、電池ケースの周面厚さの２倍以下とすることにより、受け金型の内周面とカシメ金型との間の間隙が大きくしたときに発生しやすい肩部分の立ち上がりが防止できる。

また、電池ケースの開口端に当接する下面の角度が電池ケースの中心に向けて俯角側に傾斜する所定のテーパー角度に形成されてなるカシメ金型により最終カシメ工程を実施するのが好適であり、加圧面が中心に向けて俯角側に傾斜したテーパー角度を形成したカシメ金型で最終カシメ工程を行うと、電池ケースの開口端部は中心に向けて下向き傾斜する角度に折り曲げられ、ガスケットを効果的に圧縮するので封口性に優れた封口を実施することができる。

本発明によれば、有底円筒形の電池ケースの開口部に封口板を配してカシメ加工により開口部を封口した円筒形電池において、カシメ加工による電池高さ寸法のばらつきが小さく、肩部分の立ち上がりが防止でき、封口性のよい円筒形電池を製造することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、先に図４に示した円筒形アルカリ乾電池（ＬＲ２０型）を製造する工程における封口方法について示すものである。尚、従来技術と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

図１は、実施形態に係るアルカリ乾電池の封口方法の手順を示すものである。図１（ａ）に示すように、セパレータ４を介して正極合剤３とゲル負極５とを配して構成された発電要素（図４参照）１２を収容した有底円筒形の電池ケース２に、その開口部からガイド支持体３３を挿入し、電池ケース２を軸心回りに回転させながら開口端近傍の所定高さ位置の外周面に溝付けローラ３２を押し付け、電池ケース２に支持用環状溝３４を形成する。この支持用環状溝３４の形成により、電池ケース２の内周面に環状に突出する支持段部３４ａが形成される。

次に、前記支持段部３４ａから開口端に至る電池ケース２の内周面、即ち後述するガスケット７が電池ケース２に接する部位に封止剤を塗布した後、図１（ｂ）に示すように、負極集電体６、ガスケット７、封口板８からなる組立封口板を支持段部３４ａ上に載置し、支持金型３７の支持突部を前記支持用環状溝３４内に嵌入させて電池ケース２を周囲から保持し、予備カシメ金型３５を電池ケース２上に下降させて加圧し、予備カシメ金型３５の湾曲形状となった加工凹所により電池ケース２の開口端部を所定高さ位置から弧状に内側に折り曲げ、組立封口板を支持段部３４ａ上に固定する。前記組立封口板は、図４に示すように、負極集電体６を中心にしてガスケット７と封口板８とを一体に組み立てたもので、ガスケット７の周辺部は封口板８の周縁部を包み込むように配置される。

次いで、図１（ｃ）に示すように、支持用環状溝３４内に嵌入する支持突部を有し、電池ケース２の開口部側の外周面を保持する受け金型１３により電池ケース２を周囲から保持し、前記受け金型１３の内周面との間に所定の間隙Ｇを隔てて下降するカシメ金型１４により予備カシメされた電池ケース２の開口端部１１を組立封口板の周縁部上に圧接させ、支持段部３４ａとの間で組立封口板を構成するガスケット７を挟圧する最終カシメを行う。この最終カシメにより、図１（ｄ）に示すように、ガスケット７は圧縮されて封口板８及び電池ケース２に密着するので、塗布された前記封止剤の効果と相まって電池ケース２の開口部が密閉状態に封口される。

上記封口方法において、受け金型１３とカシメ金型１４と前記封口肩部１０との間に空隙Ｈを設けることにより、受け金型１３とカシメ金型１４とを干渉させることなく、かつ、封口肩部１０の良好なアール形状を得ながら、前記封口肩部１０がカシメ金型１４と受け金型１３で形成される空間Ｈに入り込むことで、カシメ金型１４の加圧による電池ケース２に加わる支持突部側への衝撃を逃がすので、環状溝３４が受け金型１３の支持突部から滑り落ちることが抑制され、電池高さ寸法のばらつきを小さくした封口工程が実施される。また、カシメ金型１４は予備カシメされて組立封口板の周縁部上にある電池ケース２の開口端部１１を重点的に加圧するので、ガスケット７は電池ケース２の開口端部１１と支持段部３４ａとの間で圧縮され、封口板８及び電池ケース２に密着して密閉性の高い封口がなされる。

前記受け金型１３の内周面とカシメ金型１４との間の間隙Ｇの最適値を検証した結果について以下に説明する。

表１は、受け金型１３とカシメ金型１４との間の間隙Ｇを０．０２ｍｍから０．６ｍｍまで段階的に変化させたときの封口性の良否について評価した結果を示すものである。評価対象とする電池は、図４に示したように構成されたＬＲ２０型のアルカリ乾電池で、受け金型１３の内周面とカシメ金型１４との間の間隙Ｇの値毎に、それぞれ１００個について封口部形状の良否及び金型嵌合不具合発生の有無について評価した。尚、評価対象としたアルカリ乾電池に用いられる電池ケース２の側周面の厚さは０．２５ｍｍである。

表１から分かるように、受け金型１３とカシメ金型１４との間の間隙Ｇが０．５ｍｍ以下であるとき、即ち電池ケースの側周面厚さの２倍以下であるとき、良好な封口状態が得られる。間隙Ｇが０．６ｍｍ以上になると、図２（ｂ）に示すように、封口肩部１０に角が立ち上がる状態が発生し、電池高さ寸法の誤差が大きくなり、図２（ａ）に示すように、封口肩部１０に所定のアール形状が得られなくなる。従って、受け金型１３とカシメ金型１４との間の間隙Ｇは小さくなるほど良好な封口状態が得られることになる。しかし、表１に示すように、間隙Ｇが０．０４ｍｍ以下の小さい値であるとき、受け金型１３とカシメ金型１４とが干渉する金型嵌合の不具合が発生する。この評価結果から得られた間隙Ｇの最適値は、０．０５ｍｍ以上で、電池ケースの側周面厚さの２倍以下ということになる。

また、カシメ加工により組立封口板上に折り曲げられた電池ケース２の開口端の折曲角度が封口性に与える影響について評価した結果を表２に示す。カシメ加工のような塑 性加工では、カシメ金型１４により電池ケース２の開口端部１１が所定角度に折り曲げられても、カシメ金型１４による加圧が解除されたとき、元に戻ろうとする弾性変形の状態が発生するので、電池ケース２の材質及び材厚に応じた折曲角度、即ちカシメ金型１４の押 圧面の角度を適正に設定する必要がある。

表２は、図３（ａ）に示すように、カシメ金型１４の押圧面の角度Ａを、電池１の封口面を水平として俯角方向に０度から２０度まで段階的に設定してカシメ加工したとき、図３（ｂ）に示すように、電池ケース２の開口端の折曲角度Ｂの状態を検証し、その折曲角度Ｂで封口された電池１の封口性を漏液試験により検証したものである。尚、漏液試験は、折曲角度Ｂ毎にそれぞれ２０個のアルカリ乾電池を温度：６０℃、湿度：９０％の環境下で４週間にわたって保存した場合の漏液発生の有無を検証したものである。

表２から分かるように、カシメ金型１４の押圧面の角度Ａ通りに折曲角度Ｂは得られず、カシメ金型１４の押圧面角度Ａが５度以下であるとき、折曲角度Ｂは仰角方向となり、封口性が充分でないため漏液の発生が見られる。一方、カシメ金型１４の押圧面角度Ａを７度以上に設定したときには、折曲角度Ｂは水平から俯角方向となり、そのときの漏液の発生はない。即ち、折曲角度Ｂが水平から俯角方向になるカシメ加工による封口を行うことにより、ガスケット７は適正に圧縮されて電池ケース２の開口端及び支持段部３４ａに密着し、電池ケースの開口端縁部がガスケット７に食い込むので、漏液のない良好な封口状態が得られることになる。従って、良好な封口状態を得るためのカシメ金型１４の押圧面角度Ａは、電池１の中心に向かって俯角方向にテーパーを設けたものが好適である。

以上説明した実施形態では、円筒形電池の一例であるアルカリ乾電池の封口方法について説明したが、本発明の封口方法の適用はこれに限られるものではなく、円筒形の電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板を配し、電池ケースの開口端部を内側に折り曲げてカシメ加工する封口に同様に適用することができる。

以上の説明の通り本発明によれば、有底円筒形の電池ケースの開口部に封口板を配してカシメ加工により開口部を封口した円筒形電池において、カシメ加工による電池高さ寸法のばらつきが小さく、封口性のよい円筒形電池を製造することができる。カシメ加工による円筒形電池の封口は、一次電池、二次電池を問わず最も多く適用されている封口方法であるため、本発明による封口性が高く高さ寸法のばらつきが少ない封口方法及びそれを用いて製造された円筒形電池は極めて有効である。

実施形態に係る円筒形電池の封口方法の手順を順を追って示す工程図。 受け金型とカシメ金型との間隙が不適正になった場合の不良発生を示す部分断面図。 カシメ金型の押圧面角度とカシメ角度との関係を説明する部分断面図。 円筒形電池の一例であるアルカリ乾電池の構成を示す断面図。 従来技術に係る円筒形電池の封口方法の手順を順を追って示す工程図。

符号の説明

２ 電池ケース
６ 負極集電体
７ ガスケット
８ 封口板
１０ 封口肩部
１１ 開口端部
１２ 発電要素
１３ 受け金型
１４ カシメ金型
３４ 支持用環状溝
３４ａ 支持段部

Claims (2)

1. 発電要素を収容した有底円筒形の電池ケースの開口部を封口板により封口する円筒形電池の封口方法において、
   （ａ）前記電池ケースの開口部側内周面上に内側に向けて環状に突出する支持段部が形成されるように電池ケースの外周面上から環状溝を形成する溝入れ工程と、
   （ｂ）前記支持段部上に周縁部をガスケットで包み込んだ封口板を載置する封口板収容工程と、
   （ｃ）前記環状溝内に嵌入する支持突部を有する支持金型により電池ケースを外周面から保持し、予備カシメ金型により電池ケースの開口端部を内側に折り曲げる予備カシメ工程と、
   （ｄ）環状溝内に嵌入する支持突部を有する受け金型により電池ケースの外周面を保持し、前記受け金型の内周面との間に所定の間隙を隔てて下降するカシメ金型により予備カシメされた開口端部を封口板の周縁部上に圧接するとき、前記開口端部の折り曲げ位置となる封口肩部を前記間隙の下に位置させた状態で、支持段部との間にある前記ガスケットを挟圧する最終カシメ工程と
   を有し、
   前記最終カシメ工程（ｄ）において、前記受け金型の内周面と前記カシメ金型との間の間隙は、０．０５ｍｍ以上で、電池ケースの周面厚さの２倍以下である、円筒形電池の封口方法。
2. 電池ケースの開口端部に当接する下面の角度が電池ケースの中心に向けて俯角側に傾斜する所定のテーパー角度に形成されてなるカシメ金型により前記最終カシメ工程（ｄ）を実施する請求項１に記載の円筒形電池の封口方法。

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