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JPH1013U - 電気化学電池用高圧シール - Google Patents

電気化学電池用高圧シール

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Publication number
JPH1013U
JPH1013U JP013189U JP1318996U JPH1013U JP H1013 U JPH1013 U JP H1013U JP 013189 U JP013189 U JP 013189U JP 1318996 U JP1318996 U JP 1318996U JP H1013 U JPH1013 U JP H1013U
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JP
Japan
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grommet
support member
seal
case
metal support
Prior art date
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Pending
Application number
JP013189U
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English (en)
Inventor
ウイアチェク，マリアン
エー． ヨッポロ，ロバート
ジョセフ ペイン，ロバート
ファルチュク，ボリス
ジェームス ポープ，ピーター
ロジャース シェパード，バンス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duracell Inc USA
Original Assignee
Duracell Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duracell Inc USA filed Critical Duracell Inc USA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01M50/147—Lids or covers
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 亜鉛のアノードに水銀を殆んど含まないか又
は全く含まない電池のように、内圧が高くなる円筒形ア
ルカリ電池(セル)に好適なシールを提供する。 【解決する手段】 上表面、下表面、周縁から上向きに
立ち上がった周壁37、中央孔25を有し、電池ケースの開
口内へ密に嵌まる様な直径の円形合成樹脂製グロメット
30と、中央に設けた平板状部41にバネ手段45、46、47と
孔43を形成した金属製支持部材40とを有する、電気化学
電池ケース10の開口端に取り付けるためのシールに於
て、平板状部41には中央の平板状部41に環状凹部42を形
成することによって構成した強化手段を配備しており、
該強化手段は、金属製支持部材40が前記グロメット30の
周壁(37)内へ同軸上に配置され、バネ手段45、46、47が
内向き、半径方向の圧縮力を受ける状態におかれたとき
に、支持部材40の中央が上向きに動くことを遅らせるこ
とができる。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する分野】
本考案は、電気化学電池のケースの開口端部を封口するシールに関する。具体 的には、亜鉛のアノードに水銀を殆んど含まないか又は全く含まない電池のよう に、内圧が高くなる円筒形アルカリ電池(セル)に好適なシールに関する。
【０００２】
【従来の技術及び考案が解決しようとする課題】
円筒形アルカリ電池の密封方法として、シール(例えば、米国特許第４６７０ ３６２号に開示されたシール)を、セルケース上部の開口端部の直下に形成され たビードの上に載せ、ケースの上端部を内向きにクリンプしてシールの外周部に 被せて、ビードに押し付けるようにしたものがある。 このビードクリンプ法の他に、シールを径方向にクリンプする(radially crim ping)方法がある。この方法は、一般的には、密封性能がさらにすぐれている。 このクリンプ方法では、セルケース壁の開口端の一部を拡大している。シール部 材は拡大開口部の中に密着して嵌められる。シール部材は金属の円板を含んでお り、該円板はプラスチックのグロメットの環状外壁内に密着状態で嵌められる。 ケースの拡大部分を縮めて元の大きさに戻すと、半径方向の力が働いて金属円 板はグロメットの壁に食い込む。
【０００３】 米国特許第３０６９４８９号は、上述したシールと同様に、半径方向にクリン プしたシールを開示している。この特許は、圧縮力を受けている間、シール領域 から流出するプラスチック材料の全量を最少にするためには、プラスチックのグ ロメットは低温での流れ特性(cold-flow characteristics)が良好な材料から作 られなければならないと記載している。この特許には、上述のシールは数か月に 亘ってその完全な密閉状態を維持できたことを記載している。しかし今日では、 アルカリ電池は少なくとも５年間、密閉状態を維持しなければならない。このよ うに、半径方向でクリンプするシールは、流れ特性の低い材料を使用しても、長 い期間では流出が起こり、シールの有効性が損なわれる不都合がある。
【０００４】 アルカリ電池のシールは、一般的には、所定の圧力に達すると開口し、ガス逸 散の通気孔となるように設計された部分を設けている。なお、所定の圧力に達し ても開口しなかった場合、さらに高い圧力が加わると、シールはセルケースから 外れるようになっている。この圧力はクリンプ解除圧力(decrimping pressure) と称される。このクリンプ解除圧は、一般的には、通気孔を形成する圧力よりも 十分高くなるように設計されており、必ず通気孔が先に形成されるようにしてい る。水銀の含有量が少ない電池の場合、現在市販されている電池よりもかなり内 圧が高くなる。従って、水銀含有量の少ない電池の場合、ガス逸散の通気孔を形 成する部分は、高い内圧に対応することができるだけでなく、それよりも更に高 い圧力に達してもクリンプ状態を維持できるような構造にせねばならない。 本考案は、シールを径方向にクリンプする方式のセルにおいて、シールの信頼 性を高めることを目的としており、具体的には、温度変動後でも高い内圧を維持 できるシールを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決する手段】
本考案の電気化学電池用高圧シールは、上表面、下表面、周縁から上向きに立 ち上がった周壁(37)、中央孔(25)を有し、電池ケースの開口内へ密に嵌まる様な 直径の円形合成樹脂製グロメット(30)と、中央に設けた平板状部(41)にバネ手段 (45、46、47)と孔(43)を形成した金属製支持部材(40)とを有する、電気化学電池 ケース(10)の開口端に取り付けるためのシールに於て、平板状部(41)には中央の 平板状部(41)に環状凹部(42)を形成することによって構成した強化手段を配備し ている。
【０００６】
【作用及び効果】
強化手段は、金属製支持部材(40)が前記グロメット(30)の周壁(37)内へ同軸上 に配置され、バネ手段(45、46、47)が内向き、半径方向の圧縮力を受ける状態に おかれたときに、支持部材(40)の中央が上向きに動くことを遅らせる。
【０００７】
【作用及び効果】
バネ手段により、径方向にクリンプ加工を行なう際、その一部は圧縮されてい る。従って、セル完成品が熱的変動を受けても、溝(45)は拡大又はさらに圧縮す るから、外方に向けて密封しようとする圧力は常に一定に保たれる。
【０００８】
【考案の実施の形態】
図１において、円筒形のセルケース(10)には円筒形の壁(12)が設けられ、該壁 (12)は、下部に閉端部(14)、上部に開端部(16)を有しており、開端部(16)は拡大 部(段部)(18)を形成している。“ＡＡ”サイズの電池では、拡大部(18)の直径は ケースの本体部の直径よりも約0.51mm大きい。“Ｃ”や“Ｄ”のように“ＡＡ” よりも大きいサイズの電池では、拡大部は約0.76mm大きい。“Ｃ”や“Ｄ”のよ うに大きめの電池では、ケース(10)の壁の厚さは約0.3mmとするのが望ましく、 “ＡＡ”や“ＡＡＡ”のように小さめの電池では、壁の厚さは約0.25mmとするの が望ましい。ケース(10)は、冷間圧延鋼、ステンレス鋼又はニッケルめっきした 冷間圧延鋼等の適当な材料から作られる。拡大部(18)の高さは、上端部(22)がシ ール部材の周囲に折り曲げることができるように十分な高さとしている。
【０００９】 本考案の実施例を図２乃至第８図に示している。この実施例は“Ｃ”や“Ｄ” のように大きめの電池に使用することを目的として設計されている。“ＡＡ”や それよりも小さなサイズの電池に関しては、第９図を参照して説明するように、 少し変更を加える必要がある。図２を参照すると、一体に組み立てたシール組立 体(24)は、プラスチックのグロメット(grommet)(30)と金属の支持部材(40)を備 え、これらはリベット型の集電体(50)によってしっかりと保持されており、集電 体(50)と電気的に接触して負極端子となる端子部材(60)を備えている。端子部材 (60)と集電体(50)との電気的接触は、直接的に接触してもよいし、或はまた、図 示の如く金属支持体(40)との物理的接触を通じて間接的に接触させてもよい。端 子部材(60)は、グロメット(30)の周壁(39)を内向きに曲げて、該端子部材(60)の 周囲に被せることによってシール装置の中で保持される。
【００１０】 図３(Ａ)及び図３(Ｂ)を参照すると、金属支持体(40)は、円板状部(41)の中央 に環状の凹部(42)を形成し、中心に孔(43)を形成している。凹部(42)は金属支持 板(40)を強化、リブとなり補助手段としての役割を果たし、特に、径方向のクリ ンプ加工を行なう間、円板状部(41)が外方に片寄らないようにする。 好ましい実施例に於て、円板状部(41)の外縁に、環状のＵ字状溝(45)を外向き に突設している。溝(45)はバネとして機能するもので、径方向にクリンプ加工を 行なう際、その一部は圧縮されている。従って、セル完成品が熱的変動を受けて も、溝(45)は拡大又はさらに圧縮するから、外方に向けて密封しようとする圧力 は常に一定に保たれる。Ｕ字型の溝(45)は内壁(46)と外壁(47)から構成される。 フランジ(48)は外壁(47)の上部から外向きに突出している。クリンプ加工後の セルに於て、グロメット(30)の一部を径フランジ(48)とケース(10)の拡大部(18) の間に押し込むことにより密閉状態が形成される。フランジ(48)の直径はクリン プ加工後のセルの内径よりも小さくしており、間に挿入されたグロメット(30)の 一部を支持体が突き破ることのないようにしている。
【００１１】 Ｕ字型の溝(45)の真の半径は、図３(Ｃ)に示す如く、“ｂ”である。Ｕ字型の 溝が図示のものよりも狭いものであったり、深いものであれば、溝は容易に永久 変形してしまうであろう。また、内壁(46)と円板状部(41)との間に形成される角 度“ａ”は約100〜115度が望ましい。この範囲の角度であれば、径方向内向きの 押圧力が加わっても、スカート部(44)と溝の内壁(46)は内向きに移動することが 出来るから、クリンプ加工を行なう間、円板状部(41)が上方に撓まないようにす る働きを有する。スカート部(44)の内向きの動きを補助するには、溝(45)の深さ を金属支持部材(40)の高さの約半分に維持すればよい。しかし、溝の形状や、ス カート部と平板状部との間の角度が異なるものであっても、同様な密封特性を発 揮できるものは、本考案の範囲に含まれると解すべきである。
【００１２】 望ましい実施例では、金属支持体(40)は、厚さが約0.51mmであって、ニッケル めっきした冷間圧延鋼から作られている。その他適当な材料として、冷間圧延鋼 、熱間圧延鋼、ステンレス鋼、合金鋼、ベリリウム銅等を挙げることができる。 また、金属支持体(40)に孔(49)の如き手段を配備することにより、セルを通気す るとき、この孔(49)を通じてガスを逸散させることができる(これについては、 後で詳しく説明する)。
【００１３】 図４(Ａ)及び図４(Ｂ)を参照して、グロメット(30)を詳しく説明する。図４( Ｂ)は、図４(Ａ)に示す環状グロメット(30)をＡ−Ａ線に沿って切断したときの 断面図である。グロメット(30)は、円板状部(31)を有し、該表面部の中央にボス 部(32)を軸方向に突設している。ボス部(32)には軸方向に伸びる孔(25)を開設し ている。ボス部(32)に、小さな面取り部(26)を形成することにより、集電体の孔 (25)への挿入をより容易に行なうことができる。Ｕ字型の環状溝(33)は円板状部 (31)に繋がっている。溝(33)は、内壁(34)、外壁(35)及び底壁(36)から成り、内 壁(34)の上縁部が円板状部(31)の外周部に繋がっている。シール装置を組み立て るとき、金属支持部材(40)の溝(45)がグロメット(30)の溝(33)の中に嵌まるため (図２参照)、溝(33)の具体的な形状は、金属支持部材(40)の溝(45)の形によって 決定されることになる。
【００１４】 溝(33)の外壁(35)の上縁部には、肩部(28)を外向きに突設している。肩部(28) の最も外側の部分からは、周壁(37)を上向きに突設している。周壁(37)は、上部 (39)と下部(38)とから構成される。肩部(28)の外径は、ケース(10)の段部(20)の 内径とほぼ等しいか、又は僅かに小さくしている。このように、ケース(10)の段 部(20)に肩部(28)を当接することにより、径方向のクリンプ加工工程の前後にお いて、シール装置を支持することができる。周壁の下部(38)の内径は、金属支持 体(40)の外径とほぼ等しいか、又は僅かに小さくしている。
【００１５】 従来のセルのように、上部に機械的強度を付与するために肉厚を厚くする必要 はないから、グロメットは、セルの内部に曝される種々の表面部を薄肉に作るこ とができる。従って、グロメットを通じて、相当量の水素を透過させることがで きる。本考案にあっては、グロメット(30)の中で、セルの内部から水素を透過さ せるのに利用できる部分は、中央の円板状部(31)並びに溝(33)の内外壁(34)(35) 及び底部(36)である。水素の透過性(hydrogen permeability)を高めるために、 グロメットのこれらの部分は薄くすることが望ましい。このように、水素を透過 させるために実際に利用できる表面積は、グロメットの見かけの表面積よりも大 きい。各部分(34)(35)(36)の厚さの一実施例として、約0.51mmを例示することが できる。
【００１６】 他の実施例として、円板状部の厚さが約0.38mm、他の部分の厚さが0.51mmを例 示することができる。後者の実施例では、円板状部(31)の厚さが0.51mmである前 者の実施例よりも、環状の円板状部(31)を通じて透過する水素の量を増すことが できる。全領域の厚さの下限は約0.25mmである。これは、それよりも小さいと、 部品の成形を行なうことが難しく、また通気を行なう圧力をコントロールするこ とが困難になるからである。上限は、水素をどの程度透過させる必要があるかに よって規定されるが、実際的には約0.76mmに設定することにより、合理的な水素 透過性を具備することができる。
【００１７】 周壁の下部(38)の厚さは、支持部材(40)の直径とケース(10)の内径との差の半 分よりも大きい。従って、シール部材(24)が適当な位置で径方向にクリンプされ ると、径フランジ(48)は周壁の下部(38)に噛合する。プラスチックのこの領域に おける歪は、クリンプが形成されるときのプラスチックの弾性限界の範囲内であ ることが望ましい。フランジ(48)は、元の厚さの50％以上、望ましくは25％以上 、周壁の下部(38)を押圧しないことが望ましい。周壁の下部(38)をどの程度圧縮 するかは、使用するプラスチックの種類、周壁の下部(38)の厚さ、及び金属支持 体の直径とケース(10)の内径の差によって決められる。しかし、プラスチック材 料を選択した場合、そのプラスチック材を弾性限界内に維持し得るように他の２ つの最適値を設定することは当業者が選択すべき事項の範囲内である。
【００１８】 圧縮能力が弾性限界内にあり、同時に、加圧下にてバネ手段(45)を構成するの に十分に硬い材料として、ナイロン、ナイロンアロイ(nylon alloys)、ポリスル ホン、充填材入りポリプロピレン(filled polypropylene)及びこれらのアロイを 挙げることができる。 本明細書中で使用する「ナイロン」という用語はいわゆるナイロンとして含ま れる種々の異なった材料を含むものである。種々のナイロンは、一般的に重合体 を作るのに使われるジアミンやジアシドの炭素鎖(チェーン)の長さによって特徴 づけられる。ナイロン６−６は、ヘキサメチレンジアミン(６炭素原子)をヘキサ ン二酸(６炭素原子)と反応させることによって作られる。ナイロン６−12はナイ ロン６−６と同じジアミンから作られるが、12炭素原子を持つドデカン二酸と反 応させて作られる点が異なる。ナイロン12−12は、ドデカメチレンジアミンとド デカン二酸とから作られ、両者とも炭素原子数は12である。ナイロンは水分を吸 収する性質を有しているため、プラスチックのグロメットは成形後、十分に湿ら せておくのが望ましい。これは一般に沸騰により行なわれる。ナイロンは種々の 重合体とアロイを作ることができる。重合体として、他のナイロン、ポリエチレ ン、ポリプロピレン、ＡＢＳ及びポリスルホンを例示することができるが、これ らに限定されるものではない。
【００１９】 前述の材料は全て、強さの点においてすぐれている材料であるが、これらの中 に、高い水素透過性を有する材料のあることを見出した。ナイロン６−６は、水 素透過性が最も低く、約１cm3H2(@STP)・cm/S・cm2・cm Hgである。水銀含有量の少 ないセルでは、少なくともこの３倍の水素透過性を有する物質を使用することが 望ましい。ナイロン６−６の少なくとも３倍の水素透過性を有するプラスチック として、ナイロン６−６/ＡＢＳアロイ、ナイロン６−12を含むアロイ、ナイロ ン12−12、ナイロン12−12を含むアロイ、鉱物入りポリプロピレンとそのアロイ 、ポリスルホンとそのアロイを挙げることができる。
【００２０】 次の表は、幾つかの望ましい材料とそれら材料の水素透過性を示したものであ る。特に指定しない限り、ナイロンを含む物質は十分に湿らせてある。透過性(p ermeability)の単位は、cm3H2(@STP)・cm/S・cm2・cm Hgである。 物質 透過性 ナイロン６−６／ＡＢＳ（50/50） ６.１ ナイロン６−12 ４.４ ナイロン６−12（ドライ） ５.５ ナイロン12−12 ３.２ 20％タルクを入れたポリプロピレン １４.５ ナイロン６−12／12−12（50/50） ４.４
【００２１】 グロメット(30)の成形材料として、水素透過性の高いプラスチックを用いた場 合でも、過度の圧力に達すると、より速やかに圧力を解放させることのできる通 気手段を設けることが必要である。図４(Ｃ)において、通気を行なう部位を符号 (70)で示す。図示の実施例では、符号(70)で示す部位は、円板状部(31)の上面及 び裏面に環状の溝を対称に形成し、円板状部(31)よりも肉厚を薄くしている。各 溝の深さは円板状部(31)の厚さの半分よりも浅くしているから、溝と溝の間には 薄肉の膜部が残る。このようにして形成された薄膜は、同じ厚さの膜でも溝を片 面だけに形成したものと比べて、信頼性が高くなることを見出した。このような 構造にすれば、平板状部(31)の上面又は下面のどちらか一方にノッチをつけたも のよりも低い内圧で通気が行なわれるから、この点においても、より一層望まし い。
【００２２】 図４(Ｂ)及び図４(Ｃ)を参照すると、通気部となる環状薄肉部(70)は円板状部 (31)の外周部に形成している。薄肉部(70)が破裂すると、環状の平板状部(31)が 溝(33)の内壁(34)から分離して、ボス部(32)を支点として、平板状部(31)は上向 きかつ内向きに撓む。図４(Ｄ)は他の実施例を示しており、通気部となる(71)の 部位はボス部(32)に直接に繋がっている。この実施例では、通気部となる薄膜の 片側にボス部(32)が存在することによって、内圧が加わると薄膜に剪断力を生じ させるから、膜が平板状部(31)の周囲に位置しているときよりも低い圧力で破裂 する。しかし、環状薄膜部(71)を図示の如く設けた場合の問題点は、薄膜部が破 裂したとき、中央平板状部(31)の外縁部が溝の内壁(34)にくっついた儘で、上向 きに外方へ曲ることがある。このため、この実施例では、ガスを通すための通路 として金属支持体(40)に設けた開口(49)を、平板状部(31)の破断部分が塞いでし まうこともあり得る。従って、この実施例では、孔(49)の位置を他の部位に変え ねばならないこともある。
【００２３】 グロメット(30)の肩部(28)の厚さは、グロメットの他の部分よりも厚くするこ とが望ましい。肉厚を余分に厚くしておくことにより、クリンプ加工中、剪断力 が肩部(28)に作用した場合でも破裂を最小にすることができるからである。肩部 (28)の望ましい厚さは約0.76mmである。 しかしながら、肩部(28)を溝(33)の壁と同じ厚さにすることも本考案の範囲内 である。後者の実施例でも、肩部(28)の肉厚をより厚くした実施例と同等の密封 特性及び通気特性を確保することができるからである。外壁の上部(39)の厚さは 、外壁の下部(38)の約半分にすることが望ましい。これは、負極の端子部材(60) の周囲上にて内向きの熱成形を行なう際、一層容易に行なうことができるためで ある。なお、この熱成形によって、径方向のクリンプが形成されるまでの間、負 極の端子部材を適当な位置に保持することができる。これについては、後で説明 する。
【００２４】 図４(Ｂ)を参照すると、溝の底壁(36)にはスカート部(27)を下向きに突設して いる。スカート部(27)はセルを密封する目的のためには必要でないが、セルのセ パレータの上縁を抑えるのに用いられる(第８図参照)。セパレータは、一般的に は円筒体に形成されており、円筒体の上端がスカート部(27)の内周部に嵌まるよ うになっている。このようなスカート部を上記以外の形態にすることは可能であ り、ここに記載したシールの中に一体的に組み込むことができる。
【００２５】 金属支持体(40)とグロメット(30)はリベット型集電体(50)によってしっかりと 保持されている(図２参照)。図５は本考案に使用するリベット型集電体(50)の実 施例の側面図である。リベット型集電体(50)は、上軸(52)、フランジ(53)を備え ており、上軸(52)の端部には凹部(54)を形成している。上軸(52)の直径は、ボス 部(32)の軸孔(25)の内径とほぼ同じか又は僅かに大きい程度とし、きつく嵌まる ようにしている。上軸(52)は、グロメット(30)の下側からボス部(32)の軸孔(25) を通して挿入され、フランジ(53)をボス部(32)の下表面に接触させる。軸(52)の 上端はボス部(32)の上表面よりも上に突出させる。金属支持体(40)はグロメット の内側に嵌まり、軸(52)の上端が支持部材(40)の孔(43)から突出する。上軸(52) の凹部(54)を利用してリベット型集電体(50)のヘッド部(図２に符号(55)で示す) を形成すると、シール装置の組立は完了する。図２は、組立完了状態を示してい る。リベット型集電体(50)のヘッド部(55)は金属支持体(40)の平板状部(41)の上 面よりも高く突出させないことが望ましい。
【００２６】 リベット型集電体(50)はセル内部の負端子とアノードとの間の電気的導体であ る。図５に集電体の実施例を示している。下軸(51)はフランジ(53)から下向きに 伸びている。下軸(51)の長さは、セルの組立状態において、一次アルカリ電池の 如きセルの中央部に設けたアノードの中に突出するような寸法にする。 グロメット(30)と金属支持体(40)がリベット型集電体(50)の上端のかしめによ って一旦留められると、フランジ(53)とボス部(32)の間は密封されるため、電解 質はこのシールからは漏出しない。この圧力シールは十分に適当なものであるが 、この部分に密閉剤(sealant)を更に含めることが望ましいこともある。この場 合、リベット型集電体(50)をグロメット(30)に挿入する前に、フランジ(53)に密 閉剤のビードを施す。リベット型集電体(50)を挿入し、かしめによってヘッド部 (55)を形成すると、フランジ(53)とボス部(32)の間に密閉剤の層が介在し、また グロメット(30)の面取り部(26)にも密閉剤が充填される。適当な密閉剤として、 ポリアミド、ビチューメン(bitumen)を例示することができるが、これらに限定 されるものではない。
【００２７】 リベット型集電体(50)はアノードと電解質に物理的に接触するから、アノード 及び電解質と化学的に適合性のある(chemically compatiable)物質から作られな ければならない。アノードが亜鉛で、電解質がＫＯＨのとき、真鍮が好適な材料 である。その他適当な材料として、ニッケル銀、シリコン青銅、銅を挙げること ができる。 上述のリベット型集電体に代えて、従来の釘型集電体を使用することもできる 。図６は、金属支持体(40)とプラスチックグロメット(30)を保持するのに釘型集 電体(55)を用いたシールの中央部の断面を示している。この実施例では、集電体 (55)が通過するボス部(32)及び金属支持体(40)の孔は、釘型の集電体の軸と締り 嵌めできつく嵌まり合うサイズに形成し、この締り嵌めでシールが形成される。 更に、釘体を挿入する前に、所定量の密封剤をボス部(32)の上端部に施すことが できる。釘体を挿入すると、釘体とボス部の間に密封剤が引き下ろされていくた め、漏れを生じやすい通路を効果的に遮断することができる。
【００２８】 図７(Ａ)と図７(Ｂ)は、金属製の環状端子部材(60)を示しており、該部材はセ ルの負極の外部電気接触体である。端子部材(60)の外径は金属支持部材(40)の外 径よりも小さい。シール(24)を適当な位置でクリンプし、金属支持部材(40)の直 径を小さくすると、径方向の力が端子部材(60)に及ぶことは実質的にないといえ る。 端子部材(60)は、中央のプラットフォーム部(61)に環状のＵ字型溝(63)が繋が っている。プラットフォーム部(61)には環状溝(62)を設けてもよい。環状溝(62) の直径は、図２に示すように、金属支持体(40)の中央の凹部(42)の中に収まるよ うな寸法にしている。このように構成することによって、プラスチックのグロメ ットの上壁(39)を内向きの熱成形によって端子部材(60)を適当な位置に保持する 前は、端子部材(60)を金属支持体(40)の上に載置しておくことができる。環状溝 (63)は、内壁(67)、外壁(64)及び底壁(65)からなる。内壁(67)はプラットフォー ム部(61)の周囲に繋がっている。底壁(65)は複数の孔(66)を開設しており、通気 時にガスが通る通路となる。孔(66)は内壁(67)に設けることもできる。
【００２９】 溝の内壁(67)の高さは、プラットフォーム部(61)が金属支持体(40)の平板状部 (41)の上にあるとき、底壁(65)の下表面が金属支持体(40)のフランジ(48)に接触 しない寸法としている。この構成は図２に示している。このように離間させる目 的は、シール装置を径方向にクリンプしたとき、径フランジ(48)から端子部材(6 0)に上向きの力が作用するのを防ぐことにある。径方向にクリンプするとき、径 フランジ(48)の外縁部は僅かに内向きかつ上向きに曲げられる。図２に示すシー ル装置の場合、離間距離は約0.25mmである。第８図に示す如く、径方向のクリン プが形成されたときに、金属支持体(40)の径フランジ(48)が端子部材(60)の底壁 (65)に丁度触れるようにして、離間距離を最短に維持することが望ましい。
【００３０】 端子部材(60)は、図２に示すように、金属支持部材(40)に対して機械的及び電 気的に接触する。プラットフォーム部(61)の外側部は金属支持部材(40)の中央の 平板状部(41)の外側部と接触する。この領域における接触は、両部品を溶接する か、又は導電性油脂、導電性エポキシ樹脂若しくはこれらと同様の物質を表面間 に介在させることによって、更に確実なものとなる。導電経路を僅かに変えたい 場合、金属支持部材(40)の中央の凹部(42)の中に所定量の導電性エポキシ樹脂等 の材料を入れればよい。これによって、集電体(50)のヘッド部(55)が覆われて、 エポキシ樹脂が端子部材(60)の中央部に接触する。このように、種々の手法によ って、端子部材(60)を金属支持部材(40)に電気的に接続することが可能であって 、これらは全て本考案の範囲に含まれるものである。 装飾的な観点からは、端子部材(60)はニッケルめっきされた冷間圧延鋼のよう に表面に光沢のある金属から作るのが好ましい。この場合、端子部材のニッケル めっきは、成形前後のどちらで行なってもよい。 端子部材(60)を金属支持部材(40)上の適当な位置に載せた後、図２に示す如く 、熱を加えてグロメット(30)の上縁部(39)を内向きに曲げて外壁(64)に被せるこ とにより、一体的なシール装置(24)を形成することができる。熱成形工程は、従 来のプラスチック熱成形装置を用いて行なうことができる。
【００３１】 (他の実施形態) 本考案に基づいて、径方向にクリンプしたシールを有する電気化学電池の断面 図を第８図に示している。電気化学電池(80)は筒型ケース(10)の中に、アノード (82)、カソード(84)を配備し、アノードとカソードの間にセパレータ(85)を収容 している。セルケースの上端を径方向にクリンプすると、図２に示すように一体 化されたシール組立体となる。
【００３２】 セルケース(10)の上端には凹部(86)が形成されている。凹部(86)は、径方向に クリンプを形成した後に、段部(20)(図１参照)を加工したもので、支持体として 作用して、シールが下向きに移動しないようにしている。セルケース(10)は上向 きに伸びる壁部(88)が凹部(86)に繋がっており、この部分がセル(80)のシール領 域である。壁部(88)の内面には、グロメット(30)の外壁の下部(38)の一部分が、 壁部(88)と金属支持部材(40)の径フランジ(48)との間に押し付けられている。本 考案にあっては、溝(45)によるバネ手段(図３(Ｂ)参照)が、その弾性限界内の圧 力を部分的に受けている。
【００３３】 図２と図８に示す２つの金属支持部材(40)を比較すると、図８ではフランジ(4 8)の外縁部が、クリンプしたセルの端子部材(60)に向けて僅かに上方に移動した ことがわかる。フランジ(48)の内側部分は下方に向けられるから、溝(45)の最下 部は下向きに押しやられる。スカート部(44)と溝の内壁(46)も内向きに押され、 同時に内壁(46)と外壁(47)は互いに押圧される。溝(45)の下向きの動き並びに、 スカート部(44)及び内壁(46)の内向きの動きによって、支持部材(40)の中央部の 膨らみ(ドーミング)は防止される。この相互作用がなければ、中央部は不可避的 に膨らむことになる。グロメットの周壁下部(38)に対して、フランジ(48)から外 向きの力が作用して、これらの動きを緩和させようとする傾向が生じる。
【００３４】 セルケース(10)の最上部(90)は内向きとなり、グロメット(30)の内向きに形成 された周壁(39)に被さる。セルケースの壁部(88)と上部(90)の間の角度は90度よ りも小さく、望ましくは60度よりも小さくすることが重要である。このような角 度を形成することによって、シールを適所に保持する際に非常に高い強度を発揮 することができる。従って、セルのクリンプを解除するのに、非常に高い内圧が 必要となる。更に、ケース(90)の上部を折り重ねることにより、端子部材(60)は 金属支持部材(40)に対して下向きに当接して保持されるから、両者の間で良好な 電気的接触を確保することができる。
【００３５】 図８に示すように、端子部材(60)の上表面はケース(10)の縁(92)から凹んでい る。端子部材(60)はセル(80)の負の電気的接触体であるので、このような構造に したことによって、使用者が、セルを後向きにして、別のセルの凹んだ負電極と 電気的に接続する事態は防止される。セルが逆向きのとき、他のセルから後方の セルに電流が流れることによって、逆向きのセルの通気が行なわれることもあり 得るから、このような防止手段を設けることは望ましい。一般的には、端子部材 (60)の上面に縁部(92)から0.05〜0.10mmの凹部を形成しておけば、所望の結果を 得ることができる。
【００３６】 本考案に基づいて作られたセルは11032000Paの範囲の圧力でクリンプが解除さ れる。通気が行なわれる圧力は4137000Paの範囲である。これに対し、同様なサ イズの電池に設けた従来の環状通気部では約2758000Paである。アノードに水銀 を殆んど含まないアルカリ電池や、又は水銀を全く含んでいないアルカリ電池の 場合、高い内部圧力に対応せねばならないため、本考案は、これらのアルカリ電 池に対して非常に適していると言える。 アノードの水銀含有量が０％のアルカリ電池に関し、本考案にかかるシール部 材を用いて径方向にクリンプしたものについて、種々の洩れ試験を行なったとこ ろ、シールに洩れはなかった。供試電池は種々の環境試験を行なった。未放電の 電池について熱衝撃試験を行なったところ、漏れは検出されなかった。これに対 して、アノードに 1.5％の水銀を含み、従来のビードクリンプを施した電池は、 その 63％が漏れの兆候を示した。従来のビードクリンプを施した電池の場合、 アノードに水銀を全く含まないとすると更に大きな漏れが起こることは予想され る。
【００３７】 水銀の含有量が０％であって、本考案に基づいて作製した未放電のセルについ て、温度条件を周期的に変化させて、温度・湿度試験を行なった。４回の蓄電の 後に漏れの有無を調べたが、どの電池も漏れの兆候を示さなかった。これに対し 、アノードに1.5％の水銀を含み、従来のビードクリンプを施した電池は、その3 7％が洩れの徴候を示した。 蓄電すると、未放電のセルよりも高い内圧を発生させる放電済みのセルを用い て、同じ様な試験を行なった。本考案に基づいて、水銀を含まないセルを幾つか 作製し、これらのセルを元の容量から25％減になるまで放電した。これらのセル について、熱サイクル試験を行なったところ、どのセルも漏れの兆候を示さなか ったが、これに対し、水銀1.5％を含み、放電済の従来のセルの場合、その90％ のセルが漏れを生じた。
【００３８】 本明細書中に記載したシール部材は、あらゆるサイズの円筒形セルに使用する ことができる。しかしながら、“ＡＡ”サイズやそれ以下のサイズのセルは直径 が小さいため、同様のシール特性を維持するためには、少し変更を加えることが 好ましい。
【００３９】 第９図は、“ＡＡ”サイズのセルに適したシール装置のプレアッセンブリ(pre assembly)(100)を示している。プレアッセンブリ(100)はプラスチックのグロメ ット(110)、金属支持体(120)、及びグロメット(110)と金属支持体(120)を共に保 持する集電体(130)からなる。プレアッセンブリ(100)は、図２に示すシール装置 とは、金属支持体(120)とグロメット(110)の形状が異なる。第９図には端子部材 を示していないが、図２に示す端子部材(60)を“ＡＡ”サイズのセルの直径に合 わせて小さくすればよい。
【００４０】 金属支持体(120)は、下向きに伸びるスカート部(124)と、環状のＵ字型溝(125 )の内壁(126)との間を段部(122)で繋いでいる。段部(122)は、スカート部（１２
４） と中央の平板状部（１２７）との間の角度を変えずに、スカート部(124)と溝(12
5)を 繋いでいる。上述したように、この角度は100〜115度の範囲が望ましい。この段 部(122)を設けない場合、この角度を120度よりも大きくしないと溝の内壁(126) に繋ぐことができないから、金属支持体のバネ特性は変わってしまう。段部(122 )は、セルの内圧が増加すると、グロメット(140)の平板状部外周(128)を支えよ うとする二次的機能を有している。このように平板状部の外周を支持していると 、平板状部外周(128)の支えがない場合と比べて、所定圧力に達したとき、より 確実に通気が行なわれることを見出した。この理由から、図３(Ｂ)に示すような 大きなセル用の金属支持体にも、段部を設けることができる。しかし段部(122) を設ける場合、金属支持体(122)の成形が難しくなるという欠点がある。
【００４１】 第９図に示す溝(142)は、Ｖ字型である。これは、図４(Ｂ)に示すプラスチッ クグロメットの如く、四角形に近似のＵ字型溝(33)とは異なる。Ｖ字型の溝(142 )はＵ字型の溝よりも表面積が広いから、より多くの水素を拡散させることがで きる。プラスチックグロメットの溝形状をどのようにするかは、当業者にとって 選択的な事項である。水素の拡散が重要であれば、Ｖ字型の溝が好ましいし、そ の他の場合であれば、Ｕ字型の溝の方が好ましいかもしれない。 上記の説明は単なる例示であって、実用新案登録請求の範囲に規定された考案 を限定をするものと解するべきではない。当該分野の専門家であれば、実用新案 登録請求の範囲に記載の考案の範囲内で種々の変更を行なうことは可能である。
【提出日】平成９年１月２３日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 アルカリ電池のシールは、一般的には、所定の圧力に達すると開口し、ガス逸 散の通気孔となるように設計された部分を設けている。なお、所定の圧力に達し ても開口しなかった場合、さらに高い圧力が加わると、シールはセルケースから 外れるようになっている。この圧力はクリンプ解除圧力(decrimping pressure) と称される。このクリンプ解除圧は、一般的には、通気孔を形成する圧力よりも 十分高くなるように設計されており、必ず通気孔が先に形成されるようにしてい る。水銀の含有量が少ない電池の場合、現在市販されている電池よりもかなり内 圧が高くなる。従って、水銀含有量の少ない電池の場合、ガス逸散の通気孔を形 成する部分は、高い内圧に対応することができるだけでなく、それよりも更に高 い圧力に達してもクリンプ状態を維持できるような構造にせねばならない。 本考案は、シールを径方向にクリンプする方式のセルにおいて、シールの信頼 性を高めることを目的としており、具体的には、金属製支持部材(40)の中央の平 板部にバネ構造を形成して、温度変動後でも高い内圧を維持できるシールを提供 することを目的としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決する手段】
本発明の電気化学電池用高圧シールは、上表面、下表面、周縁から上向きに立 ち上がった周壁(37)、中央孔(25)を有し、電池ケースの開口内へ密に嵌まる様な 直径の円形合成樹脂製グロメット(30)と、該グロメット(30)上へ軸心を共通にし て配置され、中央に設けた平板状部(41)にバネ手段(45, 46, 47)と孔(43)を形成 した金属製支持部材(40)とから構成され、電気化学電池ケース(10)の開口端に取 り付けるためのシールに於て、 金属製支持部材(40)の平板状部(41)には、中央の平板状部(41)に環状凹部(42) を形成することによって構成した強化手段を配備しており、該強化手段は、金属 製支持部材(40)が前記グロメット(30)の周壁(37)内へ装入して同軸上に配置され ており、バネ手段(45, 46, 47)が内向き、半径方向の圧縮力を受ける状態におか れたとき、支持部材(40)の中央の上向きの移動を遅らせるものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】 バネ手段により、径方向にクリンプ加工を行なう際、その一部は圧縮されてい る。従って、セル完成品が熱的変動を受けても、溝(45)は拡大又はさらに圧縮す るから、外方に向けて密封しようとする圧力は常に一定に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルケースの側面図である。
【図２】本考案に基づいて一体に作製されたシール装置
の断面図である。
【図３】Ａ図は本考案に基づいて作られた金属支持部材
の平面図、Ｂ図は図２に示す金属支持部材をＡ−Ａ線に
沿って切断したときの断面図、Ｃ図はＢ図に示す断面図
の拡大して示す図である。
【図４】Ａ図はプラスチックのグロメットの平面図、Ｂ
図はＡ図のＡ−Ａ線に沿う断面図、Ｃ図はＢ図に示す円
形部分の中に含まれる断面図を拡大した図、Ｄ図は、破
壊すると通気孔となる薄肉部を、ボス部に隣接して設け
たプラスチックグロメットの一実施例の中央部の断面図
である。
【図５】リベット型集電体の断面図である。
【図６】釘型集電体を用いたシール装置の中央部の断面
図である。
【図７】Ａ図は端子部材の平面図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ
線に沿うの断面図である。
【図８】本考案に基づいて作られた電気化学電池の断面
図である。
【図９】予め組み立てたシール装置の他の実施例の断面
図である。
【符号の説明】
(10) ケース (25) 中央孔 (30) グロメット (40) 金属製支持部材 (41) 平板状部材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１月２３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１５】 プラスチックのグロメットは、内壁と
外壁を有するＵ字型溝(33)を備えており、該溝の内壁は
中央の平板状部に繋がっており、平板状部の肉厚と溝の
両壁の肉厚はほぼ同じであり、水素の拡散に供される表
面積は、グロメットのみかけの表面積よりも大きくなる
ようにしている実用新案登録請求の範囲第１項〜１４項
の何れかに記載のシール。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１月２３日
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ヨッポロ，ロバート エー. アメリカ合衆国 02895 ロード アイラ ンド，ウーンソケット，レッジウッド レ イン 63 (72)考案者 ペイン，ロバート ジョセフ アメリカ合衆国 02181 マサチューセッ ツ，ウエルスリー，サンセット ロード 25 (72)考案者 ファルチュク，ボリス アメリカ合衆国 06720 コネチカット, ウォーターベリー，ユニット ２−12，パ ーク ロード 585 (72)考案者 ポープ，ピーター ジェームス イギリス国 サセックス，バルコウム，ス トッククロフト ロード，フェアーホルム (72)考案者 シェパード，バンス ロジャース アメリカ合衆国 01452 マサチューセッ ツ，ハバードストン，ヒールドビル ロー ド 53

Claims (17)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上表面、下表面、周縁から上向きに立ち
    上がった周壁(37)、中央孔(25)を有し、電池ケースの開
    口内へ密に嵌まる様な直径の円形合成樹脂製グロメット
    (30)と、中央に設けた平板状部(41)にバネ手段(45、4
    6、47)と孔(43)を形成した金属製支持部材(40)とを有す
    る、電気化学電池ケース(10)の開口端に取り付けるため
    のシールに於て、平板状部(41)には中央の平板状部(41)
    に環状凹部(42)を形成することによって構成した強化手
    段を配備しており、該強化手段は、金属製支持部材(40)
    が前記グロメット(30)の周壁(37)内へ同軸上に配置さ
    れ、バネ手段(45、46、47)が内向き、半径方向の圧縮力
    を受ける状態におかれたときに、支持部材(40)の中央が
    上向きに動くことを遅らせるものであることを特徴とす
    る電気化学電池用高圧シール。
  2. 【請求項２】 金属支持部材の孔とグロメットの孔を貫
    通する集電体を備え、集電体は、支持部材と機械的かつ
    電気的に接触し、グロメットの孔を密封できるようにし
    ている請求の範囲第１項に記載のシール。
  3. 【請求項３】 集電体(50)は、グロメット(30)と金属支
    持部材(40)を共に保持するリベットを備えており、該リ
    ベットは、軸の一方の端部近傍にフランジ、軸の他方の
    端部にリベットヘッド部を設けており、フランジ(53)は
    ボス部(32)の下表面に当接し、リベットヘッド部(54)は
    金属支持部材(40)の上表面に押し当てて形成され、支持
    部材(40)とボス部(32)を軸方向に押圧することによっ
    て、フランジとボス部の間を緊密に密閉している請求の
    範囲第２項に記載のシール。
  4. 【請求項４】 端子部材の直径は金属支持部材の直径よ
    りも小さくしており、端子部材(60)は、集電体(50)又は
    金属支持部材(40)の平板状部(41)の少なくとも一方と接
    触し、グロメット周壁(39)の上端を内側へ折り返して曲
    げた縁部によって支持部材に押し当てて保持され、この
    ようにして一体的に組み込まれたシール装置を形成し、
    該シール装置は単一のユニットとして電気化学電池のケ
    ースの開口端部の中に挿入できるようにしている請求の
    範囲第２項に記載のシール。
  5. 【請求項５】 支持部材(40)は、中央の平板状部の外縁
    部に、スカート部(44)を下向きかつ外向きに突設し、ス
    カート部の下端にはバネ手段を設けており、支持部材(4
    0)の外縁部に内向きかつ径方向の押圧力が作用すると、
    スカート部(44)は内向きに移動して、バネ手段はグロメ
    ット(30)を下圧する向きに移動するようにしており、押
    圧力が解除されると、バネ手段はグロメット(30)の下圧
    を緩める上向きに移動して、スカート部は外向きに移動
    するようにしている請求の範囲第１項に記載のシール。
  6. 【請求項６】 バネ手段は、内壁(46)と外壁(47)を有す
    る環状のＵ字型溝(45)であって、溝は内壁がスカート部
    の下端に繋がっており、溝の内壁と外壁は、径方向内向
    きの押圧力を受けると互いに接近するようにしている請
    求の範囲第５項に記載のシール。
  7. 【請求項７】 溝(45)の深さは、溝底から支持部材(40)
    の平板状部(41)までの高さの約半分である請求の範囲第
    ６項に記載のシール。
  8. 【請求項８】 支持部材はバネ手段に取り付けられた径
    フランジを有しており、フランジの外縁部で支持部材を
    密閉している請求の範囲第５項に記載のシール。
  9. 【請求項９】 中央の平板状部(41)は、円形の凹部を形
    成しており、該凹部の直径は平板状部の直径の半分以下
    である請求の範囲第５項に記載のシール。
  10. 【請求項１０】 グロメットは、中央の平板状部から上
    下方向に突出するボス部を備えており、軸心に形成した
    孔はボス部を貫通しており、該ボス部を取り囲む平板状
    部には、上表面及び下表面に環状の溝を対称に形成し、
    両環状溝の間に通気部となる薄肉部を形成している請求
    の範囲第１項に記載のシール。
  11. 【請求項１１】 通気部となる環状の薄肉部は、平板状
    部の外周に設けられている請求の範囲第１０項に記載の
    シール。
  12. 【請求項１２】 グロメットは、ナイロン６−６、ナイ
    ロン６−12、ナイロン12−12、ポリスルホン、鉱物入り
    ポリプロピレン、及びこれらのアロイから構成される群
    から選択されるプラスチックから作られている請求の範
    囲第１０項に記載のシール。
  13. 【請求項１３】グロメットは、水素透過性が３cm3H2(@S
    TP)・cm/S・cm2・cm Hg以上のプラスチックから作られてい
    る請求の範囲第１０項に記載のシール。
  14. 【請求項１４】 一端が開口した円筒状ケース(10)、ア
    ノード(14)、カソード(55)、アノードとカソードの間に
    介在するセパレータ(85)、ケースの開口端部に配備され
    径方向の圧力を受けるシール組立体(24)からなる電気化
    学電池であって、シール組立体(24)は、プラスチックの
    環状グロメット(30)を備え、該グロメットには周壁(39)
    の内部に環状の金属支持部材(40)を配備しており、支持
    部材(40)は、グロメット(30)とは反対側において円形の
    導電性端子部材(60)を有しており、前記支持部材(40)の
    中央に平板状部(41)、外側には径方向に突出する環状の
    フランジ(48)、フランジ(48)と平板状部(41)の外周との
    間にバネ手段を備えており、グロメット(30)の周壁の下
    部はフランジ(48)とケース(10)とに挟まれて押圧され、
    バネ手段は弾性限度内で中間的な圧力を受けており、温
    度の変動によってバネ手段が膨張又は圧縮することによ
    り、グロメットの下部の圧力状態を維持しており、前記
    支持部材(40)は、グロメット(30)とは反対の側に円形の
    導電端子部材(60)を配置しており、該端子部材(60)は、
    前記グロメット(30)の上向き周壁(37)の端縁を下方へ折
    り返すことによって支持部材(40)上へ圧しつけており、
    上記のようにして一体的になったシール組立体(24)は電
    気化学電池のケース(10)の開口端へ挿入してシールし、
    単一ユニットにすることが出来る電気化学電池。
  15. 【請求項１５】 金属の環状端子部材(60)が支持部材(4
    0)の上表面に載置され、該端子部材(60)はその周囲に、
    支持部材(40)から離れるよう上向きに伸びる外壁を有し
    ており、ケースの開口端部の上縁部は内向きに曲げら
    れ、グロメットの外壁の上部を間に挟んで端子部材の外
    壁に被さっており、端子部材は、ケース中での屈曲によ
    って支持部材(40)に当接して下向きに押さえており、セ
    ルケースと該ケースの内向きに屈曲する上縁部との間で
    形成される角度は60度よりも小さくなるようにしている
    請求の範囲第１４項に記載の電気化学電池。
  16. 【請求項１６】 グロメットは、平板状部の中央部を軸
    方向に伸びるボス部を有し、該ボス部は軸方向に貫通孔
    を形成しており、金属の支持部材は、中央に孔を形成し
    ており、グロメットの貫通孔及び支持部材の孔に、軸部
    を備える集電体を挿入し、集電体は、軸部の上端部が金
    属支持部材と機械的及び電気的に接触し、軸部の下端部
    がアノードと機械的及び電気的に接触している、請求の
    範囲第１４項に記載の電気化学電池。
  17. 【請求項１７】 端子部材(60)は、ケース(10)の屈曲部
    によって形成される縁部(92)よりも内側へ凹んでいる請
    求の範囲第１５項に記載の電気化学電池。
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