(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の密閉電池容器に開けられた通気孔を塞ぐように上記密閉電池容器に冷間圧接法により接合された金属箔を有し、
上記金属箔は、中央が密閉電池容器の内方に向かって凸となるようにドーム状に変形されるとともに、薄肉部が形成されてなり、
上記密閉電池容器内部の圧力が安全範囲の規定値まで上昇した場合には上記金属箔に形成した薄肉部が、上記圧力を受けて開裂し、上記密閉電池容器の防爆を図る密閉電池容器の開裂式安全弁。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の金属容器のような、密閉電池容器に設けられる開裂式安全弁に関する。
【従来の技術】
密閉型の電池容器では、過充電、逆充電、短絡等により電池容器内部の圧力が上昇し電池容器が破壊して、内容物が飛散し使用中の機器を破損したり人体へ危険が及ぶ恐れがある。従来の技術では、これらの危険を回避するために、図７に示す切欠き溝式安全弁を使用してきた。
図７に示すような切欠き溝式安全弁では、切欠き溝１３の薄肉部１２が規定値を越えて上昇した電池容器内部の圧力により開裂することを防爆に利用している。切欠き溝式安全弁では、電池容器の一部に直接プレス加工やエッチング加工で切欠き溝１３を加工して薄肉部１２を形成する場合と、電池容器の一部に開けた通気孔を塞ぐように金属板を溶接し、この金属板にプレス加工やエッチング加工で切欠き溝を加工して薄肉部を形成する場合がある。
この切欠き溝方式では、プレス加工及びエッチング加工で切欠き溝１３を加工するが、これらの加工方法では、その性質上、切欠き溝薄肉部１２の肉厚は、０．０２ｍｍ程度が下限となる。この方式での安全弁を角型の電池容器に設ける場合、設置面の短辺の寸法が８ｍｍ以上の電池容器であれば、切欠き溝薄肉部１２の板厚が０．０２から０．０５ｍｍ程度でも、１５から２０ｋｇ／ｃｍ2 で開裂するのに必要な切欠き溝の加工面積が確保できる。しかし、これより小型の電池容器に切欠き溝式安全弁を設けた場合、切欠き溝薄肉部１２の板厚はそのままで、受圧部１０の面積のみが小さくなるために、開裂圧が高くなり、安全弁として機能に問題があった。
【発明が解決しようとする課題】
切欠き溝式安全弁を短辺が６ｍｍ以下となる小型の電池容器に設けた場合、薄肉部１２の肉厚は加工上の制約により０．０２ｍｍから０．０５ｍｍのまま、受圧部１０の面積のみが小さくなるため相対的に開裂圧が上昇し、５０ｋｇ／ｃｍ２以上となってしまう。このような高圧で安全弁が開裂する際には、電池容器に大きな変形と爆発的な破壊が伴い、機器の破損と人体への危害が避けられない。切欠き溝式安全弁を使用した電池容器ではこのような理由により小型化が困難である。
本発明ではプレス加工により切欠き溝薄肉部１２を加工する方法にかわり、容器の密閉を保ちつつ小型でも適正な開裂圧を実現できる薄肉の加工方法の開発を主な課題とした。
また、切欠き溝式安全弁では電池容器の小型化に伴い開裂圧が上昇し、異常時の危険回避が難しくなるが、この問題の解決には、新たな薄肉部の加工法が必要である。
【課題を解決するための手段】
上述したような課題を解決するため、本発明に係る密閉電池容器の開裂式安全弁は、金属製の密閉電池容器に開けられた通気孔を塞ぐように上記密閉電池容器に冷間圧接法により接合された金属箔を有し、上記金属箔が、中央が密閉電池容器の内方に向かって凸となるようにドーム状に変形されるとともに、薄肉部が形成されてなり、上記密閉電池容器内部の圧力が安全範囲の規定値まで上昇した場合には上記金属箔に形成した薄肉部が、上記圧力を受けて開裂し、上記密閉電池容器の防爆を図るようにしたものである。
【発明の実施の形態】
本発明に係る密閉電池容器の開裂式安全弁の概略を説明すると、本発明は、冷間圧接法により、従来の技術では不可能とされてきた板厚０．０３ｍｍ未満の金属箔２を、電池容器の通気孔４を塞ぐように接合し、これを安全弁とした。冷間圧接法で金属箔２を蓋１に接合した場合、接合部分９とその側近には圧接金型での加圧で、箔の板厚が１／２以下に減少した薄肉部５が形成される。本発明では、この薄肉部５を利用して小型電池容器でも適正な開裂圧で作動する安全弁を実用化した。
これまで、冷間圧接法は、主に水晶振動子等を封入するカンとヘッダーの接合に応用されてきた。従来の冷間圧接技術では、接合する部品各々の接合部の板厚は０．３ｍｍ以上必要で、これより薄い板厚で冷間圧接を行った場合には接合部で材料が破断してしまい、接合は無理であるとされていた。しかし、本発明では冷間圧接用金型の歯形や、接合面の形状、さらに圧接時の上下パンチの食い込み量等を細かく調整し、従来技術の１／１０以下の薄い金属箔２を冷間圧接法で接合し、小型でも適正な開裂圧と密閉性を合わせ持つ安全弁の開発に成功したのである。
次に、本発明に係る開裂型安全弁を図面を参照して説明すると、この安全弁は、金属箔２を蓋に冷間圧接する際に接合部９の側近に薄肉部５を形成し、この薄肉部５の板厚の調整で開裂圧を制御する。冷間圧接法では図５に示す通り、金属箔２を蓋１の通気孔４を塞ぐように位置決めし、圧接金型の歯部で加圧し接合する。この際、金属箔２の接合部９及びその側近の薄肉部５は圧接前の金属箔２の板厚の１／２以下になる。この薄肉部５により、小型でも適正な開裂圧が実現できる。
図１及び図２に示す密閉型の電池容器は、板厚０．４ｍｍのＳＰＣＥ製で外形寸法が３４ｍｍ×６ｍｍ×４７ｍｍで３４ｍｍ×６ｍｍの面が開口部となっている角筒型の電池缶３と、板厚０．４ｍｍのＳＰＣＥ製で外形寸法が電池缶３の開口部の内のり寸法に等しい蓋１から構成される。蓋１の中央には電極引き出し口８が配置され、この電極引き出し口８と長手方向の端面の間に、直径を１．５ｍｍとする通気孔４が開けられており、蓋１と電池缶３は溶接により接合されている。この通気孔４の片面には、冷間圧接法で金属箔２が接合されている。
図１〜図６及び図８に示す蓋１、金属箔２、電池缶３、薄肉部５、接合部９、切欠き溝薄肉部１２等における肉厚、図４における通気孔４の直径は誇張して示されており、図２において電池の内容物は省略している。
図３には、安全弁となる金属箔２を示す。この金属箔２を、蓋１に開けられた直径を１．５ｍｍの通気孔４を塞ぐように冷間圧接し、さらにこの蓋１を電池缶３の開口部に挿入し、外周を溶接にて接合する。このようにして、内容物が未充填の電池容器を製作し、電池缶３の底面に開裂実験用の孔を開けて、ここから静水圧を印加し、蓋１に接合された金属箔２が開裂する圧力を求めた。
その結果、金属箔２は、冷間圧接加工で形成された、接合部９の側近の薄肉部５から開裂し、小型の電池容器でも開裂圧は１５から２０ｋｇ／ｃｍ２に容易に制御できることがわかった。冷間圧接された蓋１と金属箔２を通気孔４の中心線に沿って切断し、顕微鏡にてその断面を観察しながら冷間圧接加工の条件を調整し、薄肉部５の板厚の下限を探ったところ、０．００５ｍｍまで調整可能であった。この最小肉厚は、金属箔２の材質、板厚、熱処理、表面処理や、冷間圧接金型の歯先形状、冷間圧接加工時の下死点位置等により調整できる。冷間圧接法では従来の切欠き溝法では、実現できなかった０．００５ｍｍ程度の薄肉部５を安定して加工できることが確認された。本発明による冷間圧接法で接合した金属箔２を密閉容器の開裂式安全弁として使用すれば、従来の切欠き溝式安全弁に比べて開裂圧を大幅に低くでき、小型の電池容器でも１５から２０ｋｇ／ｃｍ２の理想的な開裂圧が実現できた。
図６に示す通り、接合された金属箔２は圧接時に接合部９に発生した伸びにより中央がドーム状に変形するが、この変形は圧接金型の歯先形状等の調整により電池容器の内側と外側のどちらにも安定して制御できる。電池容器の内側に凸として蓋１に金属箔２を接合した試験片で、電池容器の内外両側からそれぞれ開裂実験を行い開裂圧を測定したところ、容器内側からの加圧では、１５から２０ｋｇ／ｃｍ２、容器外側からの加圧では、５０〜６０ｋｇ／ｃｍ２の開裂圧となることが確認された。ドーム状の変形を電池容器内側に凸として接合した場合、容器内部からの圧力には適正な開裂圧で開裂するが、外部からの圧力に対しては２倍以上の耐圧性を有することがわかり、密閉容器の安全弁として望ましい性能を発揮することも併せて確認された。
【発明の効果】
本発明により、安全弁の設置面の一辺が６ｍｍ以下となるような小型の電池容器においても、その密閉性を損なうことなく、電池容器の内圧が規定値を越えて上昇した場合には再現性良く、適正な圧力で開裂する安全弁が実用化された。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池容器の平面図である。
【図２】電池容器の側断面図である。
【図３】開裂弁（金属箔）を示す側面図である。
【図４】蓋の圧接前の断面図である。
【図５】冷間圧接前の蓋と金属箔を示す拡大断面図である。
【図６】冷間圧接後の蓋と金属箔を示す拡大断面図である。
【図７】切欠き溝式安全弁を示す断面図である。
【図８】冷間圧接後の金属箔の薄肉部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１  蓋、  ２  開裂弁（金属箔）、  ３  電池缶、  ４  通気孔、  ５  薄肉部、  ９  接合部
【図１】
0003634908.tif 000002
【図２】
0003634908.tif 000003
【図３】
0003634908.tif 000004
【図４】
0003634908.tif 000005
【図５】
0003634908.tif 000006
【図６】
0003634908.tif 000007
【図７】
0003634908.tif 000008
【図８】
0003634908.tif 000009