JPH06502958A - 電気化学電池の密封方法 - 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】 発明の名称：電気化学セルのクリンプ方法本発明は、電気化学セル（ｃｅｌｌｓ ）をクリンプシールする方法の改良に関する。本発明の方法は、具体的には、セ ル壁の上端部を内側に曲げてセルを予めクリンプしておき、次にセルケースの周 囲に半径方向の力を加えることにより、セルケースの直径を縮径し、シール部材 を適当な位置に保持できるようにしたものである。

アルカリ電池及びリチウム電池は液漏れ補償期間が長いため、これらの電池は、 長期間の使用中に電解質が漏出しないように密閉シールを設けている。アルカリ 電池は水銀含有量をできる限りゼロに近づける傾向にある。

そうなると、電池内部の水素圧力はより一層高くなるため、それに耐え得る構造 であらねばならない。本発明は、径方向にクリンプする方法であって、今日の市 販電池に要求される液漏れ防止シールを提供するものである。

径方向の力（ｒａｄｉａｌ　ｆｏｒｃｅｓ）を加えてクリンプ加工する方法は、 米国特許第３０６９４８９号に開示されているが、これは単一の工程で行なうも のである。単一工程による方法の欠点は、クリンプを形成するのに大きな力（即 ち、エネルギー人力）を必要とする点、及びこのように大きな力を加えるため、 ケースを変形させる虞れがある点にある。その上、ケースの上縁部をあまり折り 曲げることはできない。シールが、脱落することなく高い内圧に耐え得るように するためには、折り曲げる（ｒｏｌｌ−ｏｖｅｒ）度合いを大きくする方が望ま しい。

径方向のクリンプ加工は、密封しようとするケースの周囲に対して、内向きの力 を均一に加えることかできる点に特徴かある。この力は、密封すべき開口部に載 せられた弾性シール部材による抵抗を受ける。望ましいシール部材は、１９８９ 年１２年子２月で出願された係属中の米国特許第０７／４４７３０９号に開示さ れている。

このシール部材は、円形の金属支持体とプラスチック製グロメットによって構成 されている。グロメットは、壁が上向きに突出して、支持体の外縁部を囲んでい る。セルケースの開口端部にあるシール部材を径方向にクリンプすると、弾性シ ール部材は縮径し、グロメット壁は金属支持体と内向きにクリンプしたケース壁 の間に押圧される。壁が押圧されることにより、金属支持体とケースの間で漏洩 が起こるのを防ぐことができる。この様に、径方向にクリンプする方法は、全体 的なりリンブカを軽減するから、軸方向に力を加えるクリンプ方法の場合のよう に、壁部の膨らみ（ｂｕｌｇｉｎｇ）、底部の陥没（ｄｉｍｐｌｉｎｇ）やケー スリム部での皺発生（ｗｒｉｎｋｌｉｎｇ）の如き不都合を回避することができ る。

本発明は、セルを径方向にクリンプする方法を提供するものである。クリンプは 多くの工程を経て行ない、セルケースのリムの折り曲げる度合を大きくすること ができる。各工程で必要な力の和は、単一工程の方法で行なったときに必要とさ れるトータルの力よりも少ない。その結果、工具の摩耗を少なくし、ケースの変 形を防止することができる。

本発明のこれらの特徴及び目的、更にその他の特徴や目的については、添付の図 面を参照しながら更に詳しく説明する。図面の簡単な説明すると次の通りである 。

第１図はセルケースの側面図である。

第２図は、クリンプ工程前にシール部材を載鳳した電気化学電池の断面図である 。

第３図は第１クリップ工程後の電気化学電池の断面図である。

第４図は第２クリンプ工程後の電気化学電池の断面図である。

第５図は最終クリンプ工程後の電気化学電池の断面図である。

第６図は第１クリップ工程で使用するダイの断面図である。

第６Ａ図は、第１クリップ工程終了後、第６図のダイかセルと接触したときの状 態を示す断面図である。

第７図は第２及び第３クリップ工程で使用するダイの断面図である。

第７Ａ図は、第２クリップ工程終了後、第７図のダイかセルと接触したときの状 態を示す断面図である。

第７Ｂ図は、第３クリップ工程終了後、第７図のダイかセルと接触したときの状 態を示す断面図である。

本発明は、電気化学電池を径方向にクリンプする方法に関するものであって、該 方法は、セルケース壁の開口端部の最も近い箇所に、外向きの段部を形成する工 程を有している。第１図は、円筒状のケース（１０）の側面図を示している。ケ ース（１０）は円筒状の壁（１２）、底部（１４）、外向きの段部（１６）、拡 大した上壁（１８）及び上部リム（１９）を有している。ケース（ｌＯ）は、シ ート状の適当な素材を深絞り加工によって作製するのが望ましい。或はまた、一 様に円筒状の壁を有するケース（ｌＯ）をまず形成しておき、次の工程で段部（ １６）及び拡大部（１８）を形成することもできる。段部（１６）の位置、壁の 拡大部（１８）の高さは、使用するシール部材の厚さ及び該シール部材の周辺部 の形状によって決まる。後述する如く、壁部（１８）はシール部材の外周部に対 して内向きに折り曲げられるから、壁部はこの目的を達成するために必要な高さ を有していなければならない。

第２図は、弾性シール部材（３０）を段部（１６）の適当な位置に載置したとき の電気化学セル（２０）の断面図である。

シール部材（３０）は、プラスチック製グロメット（３２）、金属製支持体（３ ４）及び金属製端部キャップ（３６）から構成される。これら要素の詳細につい ては、係属中の米国特許出願第４４７３０９号に開示されている。シール部材の 直径は、ケース壁の拡大部の直径とほぼ同じ程度、又は僅かに小さい。以下、図 示のシール部材に関して説明するか、その他適当な構造のシール部材を本発明の 方法に使用することもできる。本発明の実施に適したシール部材の特徴は、以下 の説明の中で言及する。

セル（２０）は、シール部材（３０）を適当な位置に載せた後に、一旦りリンブ 加工を行なう。このクリンプ加工をプレクリンプ加工（ｐｒｅ−ｃｒｉｍｐｉｎ ｇ）と称する。このプレクリンプ加工では、リム（１９）と拡大壁部（１８）を シール部材の周囲に対して、第３図に示すように、曲げ開始位置から９０度を越 えない角度の範囲内で内向きに曲げる。シール部材（３０）は、周囲に上向きに 伸びるリブ（３３）を有していることが望ましい。容器の土壁（１８）を折り曲 げたとき、このリブを容器の縁部と容器の壁部とによって押圧することができる 。上壁（１８）をリブの上に内向きに折り曲げることは、シール部材（３０）を 段部（１６）に対して下向きに押し付ける役割をも果たす。

第２の曲げ工程では、リム（１９）を、第４図に示すように、曲げ開始位置から ９０度を越える角度まで内向きに曲げる。このようにして、密封セルの上部リム は、先の工程により拡大壁部（１８）の中に作られた屈曲部（１７）から構成さ れる。密封セルの高さは、屈曲部（１７）が拡大壁部（１８）のどの位置に作ら れるかにより決まる。曲げ加工は２回の工程で行なうから、１回の工程で加えら れる力は、曲げ加工を単一工程で行なうのに必要な力より少なくてすむ。

拡大部（１８）に径方向内向きの力（第４図の矢印参照）を加え、拡大部をセル ケースの下部と同じ直径になるまで縮径することにより、クリンプシールは完成 する（第５図参照）。径方向の力を加える工程について、以下に更に詳しく説明 する。プラスチック製グロメット（３２）の外壁（３１）（第５図）は、ケース 壁（１８〉と、金属支持体（３４）の外側エツジ部（３５）との間に押し付けら れる。シール部材（３０）は直径の縮小に適応できるように弾性を備えていなけ ればならない。係属中の米国特許出願第４４７３０９号に記載している如く、金 属支持部材（３４）は、径方向のクリンプ力が作用すると圧縮状態になるばね手 段を備えることが望ましい。金属支持体のエツジ部（３５）は、ばね手段によっ て外向きに付勢されるから、グロメットの壁（３１）は、極端な温度変化を受け ても圧縮状態にある。本発明のクリンプ方法で使用するシール部材は、変形等の 不都合を伴わずに縮径できるものであらねばならない。

拡大部（１８）の直径が小さくなっても、内向きの環状段部（１５）（段部（１ ６）の加工によって生じる）は依然として残るから、シール部材を支持し、適当 な位置に保持することができる。

径方向の力は、最初はケース壁（１８）の上部に加えて、段部（１６）の方に向 かって下方に徐々に加えていくのが望ましい。径方向の力をこの順序で加えるこ とにより、屈曲部（１’７）（第５図参照）の角度は、第２曲げ加工の後の角度 （第４図参照）よりも大きくなる。屈曲部（１７）は、このような角度プロフィ ルにすることが望ましい。その理由は、屈曲部がシール部材（３０）の周囲リブ （３３）を押し付けてシール面積が追加されることになり、シール部材（３０） は段部（１６）の上でより一層強固に下向きに保持されるからである。このよう に、金属支持体（３４）の工・ソジ部（３５）に第２のシール領域が形成される から、当初のシール面積は増大し、クリンプ解除（ｄｅｃｒｉｍｐｉｎｇ）に抗 する力は一層高められる。

第２の曲げ工程と、径方向のクリンプ工程の順序を逆にすることも可能である。

第３図に示すセルの拡大壁部（１８）に先ず径方向の力を加えてから、第２の曲 げ工程において該拡大壁部（１８）を９０度より大きな角度に曲げればよい。こ れについては、ダイの構造に関する以下の説明において、併せて説明する。

本発明のクリンプ方法を実施するために、様々な構造のダイを使用することがで きる。以下の説明は、本発明の使用を特定のダイ（型）に限定するものではなく 、本発明を実施するための一方法を例示するためのものである。

第６図はダイ（４０）の断面図を示しており、該ダイは拡大壁部（１８）の中に ９０度屈曲部を作ることができるように設計されている。グイ（４０）には四部 が形成され、該凹部は壁（４２）が内向きテーパ状に伸びて直角部（４４）で終 端している。下型のネスト部（図示せず）は、プレクリンプ工程中、セルを保持 するために使用される。プレクリンプ加工は、グイ（４０）を下向きに移動させ て、ケース上部の壁（１８）を内向きに折り曲げることができるように、セル（ ２０）の上に十分な力を作用させる。第６Ａ図に示す如く、初めはテーバ状の壁 （４２）により、次は直角部（４４）により内向きに折り曲げられる。この結果 、第３図に示す如きプレクリンプ加工したセルが得られる。この工程では、径方 向の圧縮力は最小である。むしろ、この力はケース（１０）のリム（１９）を形 成するために作用し、最終的なりリンブ工程を行なうための位置を予め設定する 役割を果たす。プレクリンプ加工で折り曲げる角度は曲げ開始位置から９０度を 越えるべきでないことを見出した。その理由は、１回の工程で曲げを行なうのに 要する力は指数関数的に増大するからである。１回の工程でそのような力が加わ ると、工程中にセルケースに損傷を与える可能性か高くなる。

第７図は、第２の曲げ加工と径方向のクリンプ加工を行なうことができるように 設計された単一のグイ（５０）の断面図を示している。グイ（５０）は、中央パ ンチ（５２）とサイジンググイ（５５）とから構成され、両者は独立して動くこ とができる。中央パンチ（５２）は１．内側に環状リップ部（５３）、外側に肩 部（５４）を備えている。サイジングダイ（５５）の凹部は、内向きテーパ状の 壁（５６）と円筒状の壁（５７）により形成される。プレクリンプ加工したセル （第４図に示すもの）はグイの下に置かれる。パンチ（５２）とグイ（５５）の 両者は、同期しながら独立して移動し、セルに所望の径方向クリンプを形成し、 引き続いてセルをグイから排出する。グイ（５０）を用いることにより、最終の クリンプ工程は次のように行なわれる。まず最初、グイ（５５）とパンチ（５２ ）は、リップ部（５３）がプレクリンプ加工セル（２０）のリム（Ｉ９）に当た るまで、−緒に下向きに移動する。

この位置で、中央パンチ（５２）はリップを成形し、該リップは肩部（５４）の 輪郭に沿って下向きに折り曲げられる（第７Ａ図参照）。中央パンチ（５２）の 停止位置は固定させており、クリンプ加工したセルの最終的な高さ寸法を正確に コントロールすることができるようにしている。

中央パンチ（５２）は依然として第７Ａ図に示す位置にあり、次の工程を行なう 間、セルをしっかりと保持する。

中央パンチ（５２）が停止しても、サイジングダイ（５５）は下向きに動き続け る（第７Ｂ図参照）。テーパ状の壁（５６）か下向きに移動すると、径方向の力 が拡大壁部（１８）に加えられるから、サイジングダイ（５５）が下方へ動くに つれて直径は小さくなる。前述したように、この順序で径方向の力を加えると、 屈曲部（１７）は第５図に示すように角度プロフィルが形成される。円筒状の壁 （５７）で壁部（１８）を平滑にできるように、サイジングダイ（５５）は、径 方向シールが作られる位置をちょうど越える所まで、下向きに移動する。最も下 の位置に到達すると、サイジングダイ（５５）は引っ込むが、中央パンチ（５２ ）は依然として静止したままで、クリンプ加工したセルを押し付ける。この作用 によって、セル（２０）はサイジングダイ（５５）の上方向の動きに抗すること ができ、セル（２０）をサイジングダイ（５５）の内部から［取り外す（ｓｔｒ ｉｐ）Ｊことができる。サイジングダイ（５５）がセル（２０）の上部を離れた 後、中央パンチは引っ込められ、クリンプ加工されたセル（２０）は金型から取 り外される。このような順序で動作した場合、シール部材に力を加えてセル（２ ０）をグイ（５５）から取り除く工程は不要となる。クリンプ加工後に力を加え ると、シール部材を損傷するだけでなく、シール部材とケースの間の密封状態を 損なう虞れがある。

なお、当然のことながら、第２の曲げ加工及び最終クリンプ加工を行なう前に、 セル（２０）をグイ（５０）の中心に置く必要がある。これは、多くの方法によ って行なう二とができる。例えば、セルをクリンプしようとするテーバ状壁（５ ６）の直径部よりもすぐ下の位置で、円筒状壁を壁（５６）に取り付ける方法（ 図示せず）を挙げることができる。この円筒状壁部の直径は、プレクリンプ加工 したセルの直径とほぼ等しいので、中央パンチ（５２）がセルに接触する前に、 円筒状壁部はグイ（５０）内にあるセル（２０）の中心に置くことができる。円 筒状壁部の下端を外向きテーパ状にすることにより、壁部はセル（２０）の上端 部を受けることができ、セルを案内して整列することができる。

前述の如く、グイ（５０）による工程の順序は逆にすることができる。パンチ（ ５２）が第７図に示す位置よりも更にグイ（５５）の中に引き込まれるように、 グイ（５５）とパンチ（５２）の互いの位置を入れ替えることもできる。グイ（ ５５）とパンチ（５２）が−緒に下方へ移動するにつれて、グイ（５５）は先ず 径方向のクリンプ加工を行なう。パンチ（５２）は次にセルのリム（１９）に接 触し、所定の停止位置まで移動し続ける。サイジングダイ（５５）が引っ込んで も、中央パンチ（５２）は依然としてこの位置のままであり、クリンプ加工した セルをグイから取り外すことができる。セル（２０）がサイジングダイ（５５） から取り外されると、中央パンチ（５２）は引っ込み、クリンプ工程は終了する 。

本発明の方法を用いて、実質的に全てのサイズの円筒状セルを密封することがで きる。請求の範囲に規定された如く、本発明は、前述した望ましい実施例に限定 されるものではない。本発明の方法を実施するその他の手段も可能であり、それ らは本発明の範囲に含まれるものである。

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Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器を密封する方法の改良であって、円筒状金属製容器の開口端部の中で 、該開口端部近傍の外向き段部に、上面が容器の上縁部よりも下に位置するよう に環状の弾性シール部材を配置する工程；容器の縁部をシール部材の周囲リブの 上に内向きに折り曲げ、それと同時に、折り曲げた容器の縁部と容器の壁部との 間にリブを押圧し、シール部材を段部上で下向きに保持する工程；及び、容器の 段部の直径を容器の他の部分の直径と同じ寸法になるまで縮径する工程から構成 され、シール部材の直径を縮径し、シール部材を圧縮状態で適当な位置に保持で きるようにしている、容器の密封方法。
2. （２）容器の縁部を曲げ開始位置から約９０度の角度まで内向きに折り曲げる第 １の曲げ工程と、容器の縁部を曲げ開始位置から９０度を越える角度まで内向き かつ下向きに更に折り曲げる第２の曲げ工程を有しており、第１及び第２の曲げ 工程によって容器の縁部は内向きに折り曲げられる請求の範囲第１項に記載の方 法。
3. （３）容器の段部の直径は、径方向内向きの力を段部の周囲に均一に加えること によって縮径される請求の範囲第１項に記載の方法。
4. （４）容器の上端部近傍に径方向の力を加えた後、その力の作用を下方へ移動さ せて、段部の直径が容器の他の部分の直径と同じ寸法になるまで縮径する請求の 範囲第３項に記載の方法。
5. （５）容器を密封する方法の改良であって、円筒状金属製容器の開口端部の中で 、該開口端部近傍の外向き段部に、上面が容器の上縁部よりも下に位置するよう に環状の弾性シール部材を配置する工程；容器の縁部をシール部材の周囲リブの 上に、曲げ開始位置から約９０度の角度まで内向きに折り曲げ、シール部材を段 部に当てて下向きに保持する工程；容器の段部の直径を容器の他の部分の直径と 同じ寸法になるまで縮径することにより、シール部材の直径を縮径し、シール部 材を圧縮状態で適当な位置に保持する工程；及び、容器の縁部と縮径した段部と の間でシール部材の周囲を取り囲むため、容器の縁部を内向きかつ下向きに更に 折り曲げる工程、から構成される容器の密封方法。
6. （６）一端が開口した金属容器を有する円筒状電気化学セルを密封する方法の改 良であって、容器の開口端部の中で、該開口端部近傍の外向き段部に、上面が容 器の上縁部よりも下に位置するように円形の弾性シール部材を配置する工程；容 器の縁部をシール部材の周囲リブの上に内向きに折り曲げ、それと同時に、折り 曲げた容器の縁部と容器の壁部との間にリブを押圧し、シール部材を段部に当て て下向きに保持する工程；及び、容器の段部の周囲に径方向内向きの力を均一に 加えて容器を縮径する工程から構成され、シール部材の直径を縮径し、シール部 材を圧縮状態で適当な位置に保持できるようにしている、円筒状電気化学セルの 密封方法。
7. （７）容器の縁部を曲げ位置から約９０度の角度まで内向きに折り曲げる第１の 曲げ工程と、リムを曲げ開始位置から９０度を越える角度まで内向きかつ下向き に更に折り曲げる第２の曲げ工程を有しており、第１及び第２の曲げ工程によっ て容器の縁部はシール部材の周囲に内向きに折り曲げられる請求の範囲第６項に 記載の方法。
8. （８）約９０度の屈曲部を１回の工程で形成するために、プレクリンプ加工用の ダイを軸方向に容器の段部に押し付ける工程を有しており、ダイは段部を受ける ための凹部を有し、該凹部は内向きテーパ状の壁を有し、該壁は直角部で終端し ており、ダイが段部に押し当てられると、段部は凹部の中に入って、凹部の輪郭 に沿って移動し、容器の縁部は徐々に内向きに折り曲げられて９０度の角度が形 成される請求の範囲第７項に記載の方法。
9. （９）内向きに折り曲げた縁部に対しパンチダイを押し当てて、曲げ開始位置か ら所定の停止位置までダイを移動させることにより、縁部を曲げ開始位置から９ ０度よりも大きな角度に折り曲げる工程を有しており、パンチダイの接触表面は 、上向きかつ外向きの肩部によって構成された環状のチップを有しており、環状 のチップはセルの縁部と当接して該縁を下向きに曲げ、セルのリムを形成するた めに、肩部はセル容器の段部に屈曲部を形成している請求の範囲第８項に記載の 方法。
10. （１０）パンチダイによってセルを押し付けながら、環状のサイジングダイを、 段部の上を軸方向下向きにスライドさせて段部を越える位置まで移動させること により、径方向内向きの力を段部に作用させる工程を有しており、サイジングダ イは、セルを収容し、かつセルに対して径方向の力を及ぼすための内穴を有して おり、該内穴は内向きテーパ状の壁を有し、該壁の最下端部の直径はセルを収容 するのに充分大きな寸法であり、上端の直径はセル容器の他の部分の直径とほぼ 同じであり、サイジングダイがセルの上を下向きにスライドすると、テーパ状の 壁から先ずセルの上部近傍に対して径方向の力が加えられ、ダイが下方に移動す るにつれて、この径方向の力も下方へ移動し、段部の直径がセル容器の他の部分 の直径と同じ寸法になるまで縮径する請求の範囲第９項に記載の方法。
11. （１１）パンチダイによってセルを押し付けながら、サイジングダイをセルから 引っ込める工程を有している請求の範囲第１０項に記載の方法。
12. （１２）クリンプ加工の終了したセルを取り除くために、パンチダイを引っ込め る工程を有している請求の範囲第１１項に記載の方法。