(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁が側壁主部、ビード部、封口部からなる有底円筒形の電池缶であって、側壁主部の厚みｔ１、ビード部の厚みｔ２、封口部の厚みｔ３が次の式
ｔ１＜ｔ２、ｔ２＞ｔ３、ｔ１≦ｔ３、
を満すことを特徴とする電池缶。
【請求項２】
電池缶材料が鋼板、めっき鋼板、アルミニウム合金、ステンレス鋼板である、請求項１に記載された電池缶。
【請求項３】
金属板を絞り成形したカップを再絞りまたはしごき再絞りを順次行うことにより、直径ｄ１、側壁厚みｔ２の缶を成形し、次工程でこの缶の開口部を残して、直径ｄ２、厚みｔ１にしごき再絞りし、続く工程で残りの部分のうち、開口端側を直径ｄ３、厚みｔ３にしごき再絞りすることにより、厚さｔ１の小径円筒部、ｔ２のテーパ筒部、ｔ３の大径円筒部からなる側壁を有する有底円筒缶を作り、トリミング、洗浄後、
缶内に正極合剤を挿入し、テーパ筒部をビード成形し、セパレータ、負極ゲル、ガスケットと一体になった負極端子を挿入後、大径円筒部をかしめて密封する乾電池の製造方法。
【請求項４】
鋼板を材料とし、厚さｔ１の小径円筒部、ｔ２のテーパ筒部、ｔ３の大径円筒部からなる側壁を有する有底円筒缶を成形後、缶の内外面をめっきし、缶内に正極合剤を挿入し、テーパ筒部をビード成形し、セパレータ、負極ゲル、ガスケットと一体になった負極端子を挿入後、大径円筒部をかしめて密封する、請求項３に記載された乾電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルカリ乾電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の端子兼容器として用いる電池用缶とこの缶を用いた乾電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乾電池の製造工程においては、例えば図２の従来のアルカリ乾電池の場合、以下のプロセスが一般的である。すなわち、ニッケルめっきされた鋼板をプレス成形した一定厚みの側壁を有する電池缶内に二酸化マンガンと黒鉛から成型された円筒状の正極合剤を挿入し、上部をビード成形する。次に円筒内にセパレータを挿入し、その内側に亜鉛粒と酸化亜鉛を飽和させた水酸化カリウムからなる負極ゲルを注入する。最後に集電体が取り付けられ、ガスケットで覆った負極端子をビードに押し当てるように挿入し、電池缶の封口部をかしめる。
かしめによりガスケットと缶内面が強い面圧で押し付けられ、密封性が得られる。説明を簡単にするため缶体だけを示すと、プレス方式の場合、図１９のように下型２２に缶を保持し、図２０に示すように内面テーパ部２０に開口端が沿うように上型１９を下降させる。これにより、開口端が径方向内側に縮められ、かつ端面がテーパ上部の凹部２１で内側に折曲られる。ところが十分に強固な締め付けを行った場合、ビードが座屈して溝が潰れ、封口が不完全になるといった問題があるので図２１、図２２のように半割にしたディスク２３でビードを支えてかしめを行うことも行われている。
しかし、この場合、缶の出し入れのために半割したディスクを半径方向にスライドさせる必要があり、かしめ装置の機構が複雑になり生産性、メンテナンスの点で問題があった。一方、座屈防止のための材料面からの解決方法として、ＪＩＳ  Ｇ３１４１に定める、深絞りに適したＳＰＣＥ材に代わって、一般用のＳＰＣＣ相当材を選択することにより缶強度を上げる方法もある。しかし、素材を硬くし、かつ良好な絞り成形性を確保するためには炭素量を極めて少なくするなど特殊な鋼成分にする必要があるため使用材料の自由度の点で問題があった。
【０００３】
ところで、近年、携帯電話や携帯用音響機器、ノート型コンピュータの普及が目覚ましく、これらの電源としての電池、あるいは電池パックの軽量化、高容量化が望まれている。電池缶の面からは側壁の厚みを可能な限り薄くすることが軽量化と容積アップの両方に貢献する。しかし、封口部の厚みは密封性を維持するために側壁ほど薄くできない。このため、特開平５−０８９８６１や特開平４−２９６４４４のように封口部を側壁部分より厚くした缶が提案されている。
しかし、これらの缶の場合は、いずれも軽量化のため側壁部を薄肉とし、かしめ部分を厚肉にして封口部の強度を高めることを目的とするだけであって、ビード部の座屈に関する問題についてはなんら解決されない。さらに、前者の缶の製造法の場合、封口部は側壁より内径が小さいので正極合剤を挿入するために拡缶工程を要すると言う問題もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は電池の軽量化と容量アップを可能にし、一方で従来から問題となっていた電池封口部をかしめる際のビード部の座屈の問題を同時に解決するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
「１．  側壁が側壁主部、ビード部、封口部からなる有底円筒形の電池缶であって、側壁主部の厚みｔ１、ビード部の厚みｔ２、封口部の厚みｔ３が次の式
ｔ１＜ｔ２、ｔ２＞ｔ３、ｔ１≦ｔ３、
を満すことを特徴とする電池缶。
２．  電池缶材料が鋼板、めっき鋼板、アルミニウム合金、ステンレス鋼板である、１項に記載された電池缶。
３．  金属板を絞り成形したカップを再絞りまたはしごき再絞りを順次行うことにより、直径ｄ１、側壁厚みｔ２の缶を成形し、次工程でこの缶の開口部を残して、直径ｄ２、厚みｔ１にしごき再絞りし、続く工程で残りの部分のうち、開口端側を直径ｄ３、厚みｔ３にしごき再絞りすることにより、厚さｔ１の小径円筒部、ｔ２のテーパ筒部、ｔ３の大径円筒部からなる側壁を有する有底円筒缶を作り、トリミング、洗浄後、缶内に正極合剤を挿入し、テーパ筒部をビード成形し、セパレータ、負極ゲル、ガスケットと一体になった負極端子を挿入後、大径円筒部をかしめて密封する乾電池の製造方法。
４．  鋼板を材料とし、厚さｔ１の小径円筒部、ｔ２のテーパ筒部、ｔ３の大径円筒部からなる側壁を有する有底円筒缶を成形後、缶の内外面をめっきし、缶内に正極合剤を挿入し、テーパ筒部をビード成形し、セパレータ、負極ゲル、ガスケットと一体になった負極端子を挿入後、大径円筒部をかしめて密封する、３項に記載された乾電池の製造方法。」
に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の電池缶は、側壁主部の肉厚を薄くして軽量化を図り、容量を大きくし使用寿命を長くすることができる。封口部は側壁主部より肉厚とし充分なかしめ強度を得、しかもビード部と異なり構造上かしめ圧に耐える必要はないのでビード部より薄肉とし、軽量化とかしめ加工性を向上した。ビード部はかしめ圧を受けるので座屈を生ずる危険があり、封口部より肉厚とし、耐座屈性を向上した。このように側壁主部、封口部、ビード部の肉厚をそれぞれの部位の奏する作用と機能に応じて適切な厚みに制御したところに本発明の大きな特徴がある。
【０００７】
側壁主部の厚みｔ１とビード部の厚みｔ２と封口部の厚みｔ３が、ｔ１＜ｔ２、ｔ２＞ｔ３、ｔ１≦ｔ３、の式を満足する値であることが必要である。
ｔ１≧ｔ２であると、ビード部はかしめ圧に耐える強度を持たなければならず肉厚となっているのでｔ１≧ｔ２として側壁主部がビード部より厚くなると軽量化と容量の増大ができなくなり、重くかつ作用寿命の短い電池となる。
ｔ２≦ｔ３となると、ビード部はかしめ圧に耐えられなくなり座屈が生ずる。ｔ１＞ｔ３となると、側壁主部の肉厚が必要以上に大となり軽量化と容量の増大が図れなくなる。
したがって、ｔ１、ｔ２、ｔ３がｔ１＜ｔ２、ｔ２＞ｔ３、ｔ１≦ｔ３、の式を満足する値であることが必要である。
本発明で使用する缶体を形成する板材は、鋼板、めっき鋼板、アルミニウム合金、ステンレス鋼板等が用いられる。
【０００８】
側壁主部の肉厚は０．０９〜０．２５ｍｍであり、封口部の肉厚は０．１５〜０．３０ｍｍ、ビード部の肉厚は０．１８〜０．３５ｍｍが好ましい。肉厚の比率で示せば側壁主部を１００とすると、封口部の肉厚は１００〜１７０、ビード部の肉厚は１１０〜２００であることが好ましい。
【０００９】
【実施例】
本発明を実施例をあげて説明する。
【００１０】
図１は本発明の電池缶を用いた電池を示す断面図である。
１は電池缶であり、２は側壁主部、３はビード部、４は封口部である。ビード部が最も厚肉であり、側壁主部は薄肉となっていることがわかる。７はガスケットであってかしめられた封口部によりビード部にかしめ圧で押圧され缶を密封している。
５は正極端子、６は負極端子である。８は正極合剤、９は負極ゲルであり、１０はセパレータで正極合剤と負極ゲルを分離している。１１は集電体である。１２は最外層の合成樹脂被覆層であり通常は印刷を施した包装フイルムでラベルと呼ばれている層である。
図３は図１から、わかり易いように本発明の電池缶だけを取出し、他の電池の要素を除いたものである。側壁主部２の肉厚ｔ１がビード部３の肉厚ｔ２よりはるかに薄く、また封口部４の肉厚ｔ３よりやや薄いこと、ビード部の肉厚ｔ２が封口部の肉厚ｔ３より厚いことがわかる。
【００１１】
図２は従来の電池であって、１は電池缶であって側壁主部２、ビード部３、封口部４はいずれも同じ肉厚である。ガスケット７は封口部のかしめ圧によりビード部に押圧されており、ビード部に座屈が発生する危険が大きい。５は正極端子、６は負極端子である。８は正極合剤、９は負極ゲルであり、１０はセパレータで正極合剤と負極ゲルを分離している。１１は集電体である。１２は最外層の合成樹脂被覆層であり絶縁層であり通常は印刷を施した包装材でラベルと呼ばれている層である。
図４は図２の電池缶を取出したもので側壁主部の肉厚ｔ４とビード部の肉厚ｔ５と封口部の肉厚ｔ６が全て同じ厚みであることがわかる。
【００１２】
図５〜図１８により本発明の電池缶の製造方法を説明する。図５は原板を絞り加工したカップであり、元板厚０．２５ｍｍの材料を用いた場合は板厚ｔ０は０．２５ｍｍである。図６〜８は順次加工した缶を示す。カップが縮径し、深さが大きくなることがわかる。
図８はしごき再絞りした缶を示し、側壁厚みはｔ０＝０．２５ｍｍであれば例えばｔ２＝０．２２ｍｍとなる。
再絞り工程は３回に限られるものではない。また図８ではフランジ部を残しているのが全部絞り込んでもよい。
図９は図８の缶の開口部を残して、直径ｄ２、厚みｔ１の小径円筒部を成形した状態を示し、しごき再絞りにより形成される。ｔ２＝０．２２ｍｍの時、例えばｔ１＝０．１６ｍｍである。
【００１３】
図１０はピップ部５を成形した場合の状態を示しているが、ピップが必要なければ省略してもよい。
図１１は、図９で残された部分のうち開口端側をしごき再絞りすることで直径ｄ３、厚みｔ３の大径円筒部が形成され、中間のテーパ筒部は厚みｔ２が維持される。この例ではｔ３は０．２０ｍｍである。
図１２はトリミングされた状態を示す。
この後、図は示さないが成形用潤滑剤を除去するために洗浄される。また、鋼板を使用した場合には防食と導電性をよくするために缶の状態でニッケル等のめっきが施される。
図１３は缶内に正極合剤８を挿入した状態を示す。
【００１４】
図１４はビード３を成形した状態を示す。図１６はビード加工装置の一例を示す。缶ホルダ１３に缶体を載置して回転し、ビードローラ１４と偏心ローラ１５をビード成形部に当てて回転押圧してビードを形成する。ビードは厚さｔ２の部分に形成される。
図１５はセパレータ１０を挿入し、負極ゲルを注入後、集電体１１とガスケット７が一体になった負極端子６を挿入後、封口した状態を示す。この後側壁外面に絶縁と表示を兼ねたラベル１２が接着されて電池が完成する。
【００１５】
図１７は図９の工程のパンチとダイを示す。１６はパンチであり１７はダイであって、１８はブランクホルダーである。ベアリング部の長さＡは０．５〜２ｍｍであり、アプローチ角度Ｂは２゜〜１０゜で逃げ角度Ｃは４゜〜１０゜である。
図１８は図１１の工程のパンチとダイを示す。１６はパンチであり１７はダイである。ベアリング部の長さＡは０．５〜２ｍｍであり、アプローチ角度Ｂは２゜〜１０゜で逃げ角度Ｃは４゜〜１０゜である。
【００１６】
【実施例】
実施例１
炭素０．０３％、マンガン０．１８％、リン０．０１３％、硫黄０．０１１％の冷延鋼板（厚さ０．２５ｍｍ）の両面にそれぞれ２μｍのニッケルめっきを行い、熱処理して拡散させ、ニッケル−鉄合金層を形成させた材料を用いた。マイクロビッカース硬さ（荷重１００ｇ）は９４であった。図１７と図１８に示すダイとパンチを用いて、図１１に示す缶を製造した。ベアリング部長さＡは１．０ｍｍでアプローチ角と逃げ角はそれぞれ、８゜、５゜と８゜、５゜である。ｔ１＝０．１６ｍｍ、ｔ２＝０．２２ｍｍ、ｔ３＝０．２０ｍｍである。またｄ２＝１３．４ｍｍ、ｄ３＝１３．７ｍｍで、缶の高さは５０．３ｍｍである。この缶に正極合剤を挿入し、ビード成形後、セパレータ、負極ゲル、集電体が取り付けられガスケットで覆った負極端子を入れて、封口し、電池とした。
なお、ビード成形でのビード部の最もくびれた部分の外径は１３．２ｍｍ〜１３．３ｍｍの間に入るようにした。
【００１７】
比較例１
実施例１と同じ材料を用い、小径円筒部を成形する前の工程で側壁厚みを０．２０ｍｍとし、以後しごきを伴わない再絞り成形で小径円筒部、テーパ筒部、大径円筒部を有する缶を成形した。側壁の厚みは側壁主部、封口部、ビード部のいずれも０．２０ｍｍであって、小径円筒部、大径円筒部の内径、缶高さは実施例１と同じである。この缶に正極合剤を挿入し、ビード成形後、セパレータ、負極ゲル、集電体が取り付けられガスケットで覆った負極端子を入れて、封口し、電池とした。
ビード成形でのビード部の最もくびれた部分の外径は実施例と同じく１３．２ｍｍ〜１３．３ｍｍの間に入るようにした。
【００１８】
評価
図１９、２０に示すかしめ装置でそれぞれ１００個封口部をかしめた時、ビードつぶれが観察された割合で評価した。上型の内面テーパ角度は４゜、テーパ部上部の凹部半径は１．５ｍｍとした。比較例１では５８個にビードつぶれが生じたが実施例１では全く生じなかった。
かしめ装置としては図２１、２２に示す半割したディスク２３でビードを支えてかしめを行うものもあるが最も普通に使用されている図１９、２０に示されるかしめ装置を用いた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は電池の軽量化と容量の増大を実現し、しかも電池の封口部をかしめる際のビード部の座屈を防止する優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池缶を用いた電池の断面図である。
【図２】従来の電池の断面図である。
【図３】本発明の電池の中味を除いた電池缶の説明図である。
【図４】従来の電池の中味を除いた電池缶の説明図である。
【図５】電池缶を製造するカップの説明図である。
【図６】カップを再絞り加工したものを示す説明図である。
【図７】さらに再絞り加工したものを示す説明図である。
【図８】さらにしごき再絞り加工したものを示す説明図である。
【図９】開口部を残して小径円筒部を形成した状態を示す説明図である。
【図１０】ヒップ部を形成した状態を示す説明図である。
【図１１】開口側をしごき再絞り加工して大径円筒部を形成した状態示を示す説明図である。
【図１２】トリミングした状態を示す説明図である。
【図１３】缶内に正極合剤を挿入した状態を示す説明図である。
【図１４】ビード部を形成した状態示を示す説明図である。
【図１５】負極端子を挿入し封口した状態を示す説明図である。
【図１６】ビード加工装置の説明図である。
【図１７】小径円筒部を形成するパンチとダイの説明図である。
【図１８】大径円筒部を形成するパンチとダイの説明図である。
【図１９】封口のかしめ装置の説明図である。
【図２０】かしめを行う説明図である。
【図２１】他のかしめ装置の説明図である。
【図２２】他のかしめ装置でかしめを行う説明図である。
【符号の説明】
１  電池缶
２  側壁主部
３  ビード部
４  封口部
５  正極端子
６  負極端子
７  ガスケット
８  正極合剤
９  負極ゲル
１０  セパレータ
１１  集電体
１２  合成樹脂被覆層
１３  缶ホルダ
１４  ビードローラ
１５  偏心ローラ
１６  パンチ
１７  ダイ
１８  ブランクホルダー
１９  上型
２０  内面テーパ
２１  テーパ上部の凹部
２２  下型
２３  半割ディスク
【図１】
0003671551.tif 000002
【図２】
0003671551.tif 000003
【図３】
0003671551.tif 000004
【図４】
0003671551.tif 000005
【図５】
0003671551.tif 000006
【図６】
0003671551.tif 000007
【図７】
0003671551.tif 000008
【図８】
0003671551.tif 000009
【図９】
0003671551.tif 000010
【図１０】
0003671551.tif 000011
【図１１】
0003671551.tif 000012
【図１２】
0003671551.tif 000013
【図１３】
0003671551.tif 000014
【図１４】
0003671551.tif 000015
【図１５】
0003671551.tif 000016
【図１６】
0003671551.tif 000017
【図１７】
0003671551.tif 000018
【図１８】
0003671551.tif 000019
【図１９】
0003671551.tif 000020
【図２０】
0003671551.tif 000021
【図２１】
0003671551.tif 000022
【図２２】
0003671551.tif 000023