(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状がほぼ長方形の有底筒状の外形を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材として形成され、電極群および電解液からなる発電要素を収納して電池を構成する、薄型角形の電池缶において、
有底筒状の外形の少なくとも両長辺側板部の缶内面に、厚み方向の内面側が肉厚となるよう膨出して線状に延びる複数の凸条膨出部が、筒心の両側において筒心方向に対しそれぞれ傾斜し、且つ互いに交差して格子状を形作る配置で形成され、前記各凸条膨出部が各交点を介して相互に連結されていることを特徴とする電池缶。
【請求項２】
凸条膨出部は、少なくとも筒心に対しこれの両側においてそれぞれ同一角度で傾斜する２種類を有するとともに、この２種類の前記凸条膨出部の各々は共に平行な配置で形成されている請求項１に記載の電池缶。
【請求項３】
２種類の凸条膨出部は、筒心の両側において筒心方向に対し共に４５°の角度に傾斜して形成されている請求項２に記載の電池缶。
【請求項４】
凸条膨出部は、円弧状の縦断面形状を有している請求項１〜３の何れかに記載の電池缶。
【請求項５】
長辺側板部の缶厚みが０．２５ｍ以下に設定されている請求項１〜４の何れかに記載の電池缶。
【請求項６】
長辺側板部、短辺側板部およびコーナ部の順に各々の缶厚みが大きく設定されている請求項１〜５の何れかに記載の電池缶。
【請求項７】
凸条膨出部は、缶内面からの膨出高さが缶厚みの５〜１０％に設定されている請求項１〜６の何れかに記載の電池缶。
【請求項８】
凸条膨出部は、その幅を缶内面からの膨出高さの１０〜１５倍に設定されている請求項７に記載の電池缶。
【請求項９】
互いに平行に配置された凸条膨出部の間隔は、その幅の５〜１５倍に設定されている請求項８に記載の電池缶。
【請求項１０】
有底筒状における開口端から少なくとも封口体の底部が挿入される位置までの箇所は、凸条膨出部が未形成の平面部になっている請求項１〜９の何れかに記載の電池缶。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の電池缶を用いて、この電池缶の内部に発電要素を収納し、且つ開口部を封口体で液密に封止して構成されている電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池などの各種電池の外装ケースとして用いられる有底筒状の電池缶であって、特に角形としたときに優れた膨らみ変形の防止効果を発揮する構成を備えた電池缶およびそれを用いて構成した電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、エレクトロニクス技術の進歩に伴い、電子機器の高機能化とともに、小型軽量化と低消費電力化が可能になった。その結果、各種民生用ポータブル機器が開発、実用化され、それらの市場規模が急速に拡大しつつある。それらの代表例としてはカムコーダ、ノート型パソコン、携帯電話機などがあげられる。これらの機器には、更なる小型軽量化とともに作動時間の長期化に対する要望  が継続的に求められており、このような要望から、これらの機器の駆動用内蔵電源として、長寿命でエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池に代表されるリチウム二次電池が積極的に開発され、数多く採用されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、現在実用化されている電池系のなかで、電池の小型化の指標として用いられる単位体積当たりのエネルギー密度は勿論、電池の軽量化の指標として用いられる単位重量当たりのエネルギー密度も格段に高い長所を有している。電池のエネルギー密度を決定するのは、発電要素を構成する正極や負極の電池活物質が中心であるが、発電要素を収納する電池缶の小型化および軽量化も重要な要素となる。何故ならば、電池缶の重量は電池の総重量に占める割合が大きいことから、電池缶の缶厚みを薄肉にできれば、その分だけ電池缶を軽量化できるとともに、同一外形の電池缶に比較して容積が大きくなるから、より多くの電池活物質を収容して電池全体での体積エネルギー密度を向上させることができ、また、電池缶を軽量な材料で形成できれば、電池全体の重量が低減して重量エネルギー密度が向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような電池の動向のなかで、特に、薄型の角形電池缶を外装ケースとして用いた角形電池は、機器の薄型化に適し、且つスペース効率が高いことから、重要視されている。しかしながら、角形電池の体積エネルギー密度を高めて高容量化を図ることを目的として、缶厚みを薄く設定した場合には、電池缶の強度が不足してしまい、電池として機能したときに所要の耐圧強度を確保できないという問題が生じる。特に、電池缶を軽量な材料、例えばアルミニウムを用いて形成する場合には、上述の所要の耐圧強度を確保できない問題が一層顕著となる。
【０００５】
すなわち、角形電池の電池缶では、安定な形状である円筒形電池缶に比較して、電池内圧が上昇した場合の変形が大きく、より安定な形状である円筒形に向けて長辺側板部が太鼓状に膨らむよう変形する。そのため、上述のような耐圧強度が不十分な角形電池缶を用いた角形電池では、電池として機能したときの電池缶の膨らみ変形が一層大きくなり、電池の内部抵抗の増大、電解液の漏液または漏液に起因する機器の損傷といった種々の不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、従来では、電池内圧の上昇時に膨れ易い長辺側板部の缶厚みを短辺側板部の缶厚みよりも大きく設定した角形電池缶（特開平６−５２８４２号公報参照）や、長辺側板部の缶厚みをコーナー部の缶厚みよりも大きく設定した角形電池缶（特開２０００−１８２５７３号公報参照）が提案されている。ところが、これらの角形電池缶では、電池内圧の上昇時の電池缶の変形を効果的に防止できる耐圧強度を確保することができる反面、缶壁における表面積が最も大きい長辺側板部の缶厚みを大きくすることから、電池缶全体としての薄肉化や軽量化が犠牲にされているので、発電要素を収納できる容積が小さくなってしまい、体積エネルギー密度および重量エネルギー密度の向上をはかれない。
【０００７】
一方、従来では、底面に対し垂直で平行な複数の線状凸部を缶内面に形成した電池缶（特開平９−２１９１８０号公報参照）や、側面部の缶厚みを底部の缶厚みより薄くし、且つ缶内面に筒心に平行な複数の縦筋を形成した電池缶（特公平７−９９６８６号公報参照）も提案されている。これらの電池缶では、発電要素を収納する容積を或る程度増大させることができるとともに、線状凸部または縦筋により電池缶と発電要素との接触面積を増大させて電池として機能したときの内部抵抗の低減を図ることができる利点があるが、缶の筒心に平行な複数の線状凸部または縦筋では、電池内圧の上昇時の電池缶の膨らみ変形を防止することができない。
【０００８】
また、特に渦巻状の電極群を用いる電池では、電池容量の向上を目的として、電極群を電池缶内に挿入できる範囲内で電池缶を可及的に大きな外形として缶内面に対し殆ど隙間無く挿入することが行われている。ところが、この場合には、電極群と電池缶の缶内面との摩擦抵抗が大きくなるので、電極群を電池缶内にスムーズに挿入できない問題がある。しかも、電極群を挿入したあとの電解液の注入に際しては、真空注液手段を採用して電解液の円滑な浸透を促進するようにしているが、電池缶の缶内面と電極群との間に殆ど隙間が存在しないことから、注液に手間取って多くの時間を費やしているのが実情である。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、電池内圧上昇時の膨らみ変形を効果的に抑制できる強度を有し、且つ電極群をスムーズに挿入できる形状を有しながらも、電池としたときのエネルギー密度の向上を図ることができる電池缶およびその電池缶を用いて構成した電池を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池缶は、横断面形状がほぼ長方形の有底筒状の外形を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材として形成され、電極群および電解液からなる発電要素を収納して電池を構成する、薄型角形の電池缶において、有底筒状の外形の少なくとも両長辺側板部の缶内面に、厚み方向の内面側が肉厚となるよう膨出して線状に延びる複数の凸条膨出部が、筒心の両側において筒心方向に対しそれぞれ傾斜し、且つ互いに交差して格子状を形作る配置で形成され、前記各凸条膨出部が各交点を介して相互に連結されていることを特徴としている。
【００１１】
この電池缶では、缶内面における凸条膨出部に沿った直線箇所が、凸条膨出部の膨出高さ分だけ缶厚みが大きくなって、凸条膨出部が未形成部分の缶厚みに対し凸条膨出部の膨出高さの厚みの３乗分だけ強度が増大されるとともに、各凸条膨出部が交点で相互に連結されているから、凸条膨出部によって強度が増大する方向が２方向以上となる。そのため、缶厚みを比較的薄くして十分な体積エネルギー密度および重量エネルギー密度を確保できるようにした場合においても、電池内圧が上昇したときには、各凸条膨出部が恰も補強桟として機能することにより、何れの方向への膨らみ変形に対してもこれを効果的に抑制できる。
【００１２】
上記発明における凸条膨出部は、少なくとも筒心に対しこれの両側においてそれぞれ同一角度で傾斜する２種類を有するとともに、この２種類の前記凸条膨出部の各々は共に平行な配置で形成されていることが好ましい。これにより、凸条膨出部は、筒心に対し左右対称な形状の配置となるから、電池缶の内圧上昇に伴って膨らみ変形させようとする力は、筒心に対し左右対称な形状に形成された凸条膨出部の全体に対し均等に分散されて作用することになるので、各凸条膨出部による膨らみ変形を抑制するための強度が効果的に増大することになる。
【００１３】
上記構成において、２種類の凸条膨出部は、筒心の両側において筒心方向に対し共に４５°の角度に傾斜して形成されていることが好ましい。これにより、電池缶は、電池内圧が上昇したときに筒心に対し４５°の角度の方向に沿って膨らみ変形するので、電池缶の凸条膨出部は、膨らみ変形する方向に対し直交方向に配設されることになるので、膨らみ変形に対する強度が最大限に増大する。
【００１５】
上記発明において、凸条膨出部は、円弧状の縦断面形状を有していることが好ましい。これにより、凸状膨出部は、エッジ部分が全く存在しないことから、電池の製造に際して電極群を缶内面に摺動させながら電池缶に挿入するときに、その電極群に損傷を与えるおそれが全くない。
【００１６】
また本発明は、横断面形状がほぼ長方形の有底角筒状の外形を有し、その有底筒状の少なくとも長辺側板部の缶内面に凸条膨出部が形成されているので、次のような利点がある。すなわち薄型角形の電池缶では、電池内圧が上昇したときに長辺側板部が最も膨れ易いが、この長辺側板部は、恰も補強桟として機能する多数の凸条膨出部で補強されて強度が向上しているから、電池内圧を受けた場合にも膨らみ変形が効果的に抑制される。すなわち、角形電池缶の長辺側板部の缶内面に凸条膨出部を形成した場合には、凸条膨出部による膨らみ変形の抑制効果が最も効果的に発揮される。
【００１７】
上記構成における長辺側板部の缶厚みを０．２５ｍ以下に設定することができる。すなわち、長辺側板部は、線状に延びる複数の凸条膨出部が格子状を形作る配置で形成されているから、缶厚みを薄くしても、何れの方向への膨らみ変形に対してもこれを効果的に抑制できる。そのため、長辺側板部の缶厚みは、膨らみ変形を確実に防止しながらも０．２５ｍ以下の可及的に小さな缶厚みに設定することが可能となる。
【００１８】
上記構成においては、長辺側板部、短辺側板部およびコーナ部の順に各々の缶厚みを大きく設定した形状とすることができる。すなわち、長辺側板部は、格子状の凸条膨出部の存在によって膨らみ変形を効果的に抑制できるので、缶厚みを可及的に薄くできる。短辺側板部は電池内圧の上昇によって長片側板部が外方へ膨らみ変形する場合に内方に折れ曲がる状態に凹むが、長辺側板部の缶厚みよりも大きい缶厚みを有する短辺側板部は、内方の凹みが抑制されて長辺側板部の膨らみ変形を阻止するように作用する。コーナー部は、外方へ膨らみ変形する際の長辺側板部および内方へ凹む際の短辺側板部の各々の変形の支点となるが、このコーナー部の缶厚みを最も大きくすることにより、電池内圧上昇時の長辺側板部および短辺側板部の双方の変形を効果的に抑制できる。しかも、コーナー部の缶厚みは、電池缶に収納する電極群との間に生じる空隙分だけ内方に膨出させて肉厚にしても、電極群の収容量の減少を招かない。これにより、電池缶は、発電要素を収納する容積を大きく保ちながらも、十分な耐圧強度を確保できる形状となる。
【００１９】
上記発明において、凸条膨出部は、缶内面からの膨出高さが缶厚みの１〜５０％に設定されていることが好ましい。何故ならば、１％以下では膨らみ変形を抑制する効果が少なく、一方、５０％以上では、電池缶の容積が減少して体積エネルギー密度の低下を招くだけでなく、電池缶の製缶不良が発生し易く、また、膨らみ変形を抑制する効果が５０％の場合とさほど変わらないからである。より好ましい膨出高さは、缶厚みの５〜２０％の範囲内の値に設定することであり、最も好ましい膨出高さは、缶厚みの５〜１０％の範囲内の値に設定することである。
【００２０】
上記構成において、凸条膨出部は、その幅を缶内面からの膨出高さの１〜３０倍に設定されていることが好ましい。何故ならば、１倍以下では膨らみ変形を効果的に抑制できる膨出高さを有する凸条膨出部を形成することができず、一方、３０倍以上では電池缶の内容積が小さくなって体積エネルギー密度の低下を招くからである。より好ましい幅は膨出高さの５〜２０倍の範囲内の値に設定することであり、最も好ましい幅は膨出高さの１０〜１５倍の範囲内の値に設定することである。
【００２１】
上記構成において、互いに平行に配置された凸条膨出部の間隔は、その幅の２〜２０倍に設定されていることが好ましい。何故ならば、２倍以下では電池缶の内容積が小さくなって体積エネルギー密度の低下を招き、一方、２０倍以上では膨らみ変形を抑制する効果が不十分となるからである。より好ましい間隔は幅の５〜１５倍の範囲内の値に設定することである。
【００２２】
上記発明において、有底筒状における開口端から少なくとも封口体の底部が挿入される位置までの箇所は、凸条膨出部が未形成の平面部になっていることが好ましい。これにより、特に角形電池では、角形電池缶の開口部内周縁部に封口体が嵌着されて、角形電池缶と封口体の嵌合部とがレーザ溶接により一体化されるが、このレーザ溶接を行う場合に、電池缶における封口体が嵌合される箇所が平面部になっていることにより、嵌入された封口体と電池缶とが隙間無く密着されるから、レーザ溶接を支障無く行うことができる。
【００２３】
さらに本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材として形成されているので、次のような利点がある。すなわち電池缶を軽量な素材で形成することによって重量エネルギー密度が向上するとともに、優れた延伸性を有する素材によって凸条膨出部を容易に加工することができる。しかも、この電池缶は、アルミニウムやアルミニウム合金で形成しながらも、凸条膨出部を形成して強度の向上を図っているので、電池内圧の上昇時の膨らみ変形が効果的に抑制される。
【００２４】
本発明の構成に係る電池は、本発明に係る何れかの電池缶を用いて、この電池缶の内部に発電要素を収納し、且つ開口部を封口体で液密に封止して構成されている。
【００２５】
この電池によれば、何らかの原因で電池内圧が上昇したときに、凸条膨出部が恰も補強桟として機能することによって膨らみ変形が効果的に防止される。また、凸条膨出部の形成箇所のみの厚みが大きくなるだけであって、その他の缶厚みを比較的薄く形成できるので、十分な重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を確保することができる。また、電極群を電池缶に収納するに際しては、電極群の外面が凸条膨出部に対し線接触で摺動するので、電極群を挿入する際の摩擦力が格段に低減して電極群の挿入性が向上し、電極群を円滑、且つ迅速に電池缶内に挿入することができる。さらに、電解液は、電池缶の凸条膨出部が未形成の缶内面と電極群との間に生じる隙間を通って浸入していくとともに、上記隙間が注液時にガスを逃がす通路として機能するので、短時間で注液することができ、注液性が格段に向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施の形態に係る電池缶１の縦断面形状を示す斜視図、同図（ｂ）はその電池缶１の缶内面２の一部を拡大して示した斜視図である。この電池缶１は、アルミニウムを素材として成形加工することにより、（ａ）に示すように、横断面形状がほぼ長方形となった有底角筒状の外形に形成されている。この電池缶１の両側（一方のみを図示）の長辺側板部７の缶内面２には多数の凸条膨出部３が格子状の配置で形成されている。凸条膨出部３は、（ｂ）に明示するように、厚み方向の内面側が肉厚となるよう膨出して線状に延びる形状を有している。
【００２７】
なお、この実施の形態の角形の電池缶１では、相対向する一対の長辺側板部７における缶内面２にのみ凸条膨出部３が形成されており、短辺側板部８には形成されていない。これは、短辺側板部８に凸条膨出部３を設けても、後述する効果がさほど大きくないためであるが、短辺側板部８にも凸条膨出部３を設けてもよいのは勿論である。但し、その短辺側板部８および長辺側板部７の何れの缶内面２においても、開口端から後述する封口体の底部が挿入される位置までの箇所は、凸条膨出部３が未形成の平面部４とすることが必要である。
【００２８】
図２（ａ）は上記電池缶１の長辺側板部７の缶内面２に形成された凸条膨出部３の正面視形状を示したものである。缶内面２には、有底角筒状の筒心Ｓの両側において筒心Ｓ方向に対し共に４５°の角度θで傾斜し、且つ各々が平行となった２種類の凸条膨出部３が互いに交差して格子縞を形成する配置で形成されている。したがって、各々平行な上記２種類の凸条膨出部３は、互いに直交に交差して、その各交点９を介して相互に連結されている。
【００２９】
この角形の電池缶１を用いて構成した電池では、電池内圧が上昇したときに最も膨れ易い長辺側板部７が、恰も補強桟として機能する多数の凸条膨出部３で補強されて強度が向上しているから、電池内圧による膨らみ変形が格段に抑制される。これにより、この角形の電池缶１では、軽量なアルミニウムを素材として、長辺側板部７の缶厚みを、比較のために図１（ｄ）に示した従来の電池缶の缶厚みＳ２よりも小さく設定して形成していることにより、十分な体積エネルギー密度および重量エネルギー密度を確保しているにも拘わらず、以下に説明するように、膨らみ変形を格段に抑制することができる。
【００３０】
すなわち、電池缶１のたわみ強度は缶厚みの３乗に比例して向上することが知られており、図１（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した斜視図である同図（ｃ）に示すように、長辺側板部７における凸条膨出部３に沿った直線部分の缶厚みＳ１は、上記缶厚みＳ２とほぼ同じ程度に設定しているので、この凸条膨出部３に沿った部分は、長辺側板部７における凸条膨出部３の存在しない箇所の缶厚みに対し凸条膨出部３の膨出高さの３乗分だけ強度が増大していることになる。しかも、各凸条膨出部３は交点９で相互に連結されているから、凸条膨出部３によって強度が増大する方向が２方向以上となり、これによって何れの方向への膨らみ変形に対しても効果的に抑制できる。これに対し、仮に各凸条膨出部３を交点９が存在しない配置に形成した場合には、凸条膨出部３に対し垂直な方向への折り曲げに対する強度は増大するが、それ以外の方向での強度が不十分となる。
【００３１】
さらに、筒心Ｓの両側において筒心Ｓ方向に４５°の角度で傾斜する２種類の凸条膨出部３の各々は、それぞれ等間隔で平行に形成されて、各凸条膨出部３は筒心Ｓに対し左右対称の配置になっているから、電池内圧が長辺側板部７の全体に対し均等に分散されて作用し、長辺側板部７は、各凸条膨出部３によって膨らみ変形を効果的に抑制できるように強度が向上する。
【００３２】
また、上記電池缶１の凸条膨出部３は、筒心Ｓの両側において筒心Ｓ方向に対し共に４５°の傾斜角度θで傾斜した配置で設けられて、互いに直交しながら交差しており、この構成によっても膨らみ変形を一層効果的に抑制できるので、この点について、以下に説明する。図３は実際に膨らみ変形させた角形電池缶１を模式的に示した説明図である。すなわち、同図は、電池缶１の内部に２０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加えて長辺側板部７を膨らみ変形させた状態を図示したものであり、電池缶１は筒心Ｓに対し４５°の角度の方向に沿って膨らみ変形していることが判る。したがって、上記電池缶１の凸条膨出部３は、膨らみ変形する方向に対し直交方向に配設されているので、膨らみ変形に対する強度が最大限に増大する配置で設けられていることになる。
【００３３】
図４は、電池缶１の膨らみ変形量の測定手段として用いた膨らみ変形量測定装置を示し、（ａ）は電池缶１を膨らみ変形量測定装置に取り付けた状態、（ｂ）は測定状態をそれぞれ示す概略正面図である。この膨らみ変形量測定装置は、取付台１０に電池缶１を立設状態にセットし、この電池缶１の開口部を密閉パッキン１１で気密に封止するとともに、この密閉パッキン１１を介して電池缶１の内部に圧縮空気１２を徐々に送給して、電池缶１の内部に所定の圧力を加えるようになっている。また、その電池缶１の両側の長辺側板部７の外面にはそれぞれ測定ゲージ１３の受圧部１５を当てがって、長辺側板部７の膨らみ変形量を測定ゲージ１３で計測できるようになっている。
【００３４】
図６は、図４の膨らみ変形量測定装置による測定結果の一例を示す電池缶１の内圧と長辺側板部７の膨らみ変形量との関係を示す特性図である。Ｃ１〜Ｃ３は、それぞれ異なる形状に形成した一実施の形態に係る電池缶１の特性曲線、Ｃ４は比較のために示した従来の電池缶の特性曲線であり、この測定に用いた角形の電池缶は、何れも長辺側板部の幅が３０ｍｍ、短辺側板部の幅が５ｍｍ、高さが４７ｍｍ、長辺側板部の缶厚みが０．２ｍｍ、短辺側板部の缶厚みが０．３ｍｍ、コーナー部の缶厚みが０．５ｍｍ、底板部の缶厚みが０．４ｍｍの外形を有し、ＪＩＳ規格３００３番のアルミニウムを素材として形成したものである。これらの電池缶には何れも１秒当たり０．１ｋｇ／ｃｍ2 の空気圧を加えて、長辺側板部７の膨らみ変形量を測定ゲージ１３で計測した。
【００３５】
また、Ｃ１の特性曲線は、幅Ｗが０．２ｍｍ、膨出高さＨが０．０２ｍｍ、間隔Ｋが２ｍｍ、筒心Ｓに対する傾斜角度θが４５°の凸条膨出部３を形成した角形電池缶１の測定結果である。Ｃ２の特性曲線は、幅Ｗが０．１ｍｍ、膨出高さＨが０．０１ｍｍ、間隔Ｋが１ｍｍ、筒心Ｓに対する傾斜角度θが４５°の凸条膨出部３を形成した角形電池缶１の測定結果である。Ｃ３の特性曲線は、幅Ｗが０．１ｍｍ、膨出高さＨが０．０１ｍｍ、間隔Ｋが２ｍｍ、筒心Ｓに対する傾斜角度θが４５°の凸条膨出部３を形成した角形電池缶１の測定結果である。
【００３６】
この図６の測定結果から明らかなように、実施の形態に係る各電池缶１では、軽量な素材であるアルミニウムによって缶厚みを０．２ｍｍと可及的に薄くして十分な重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を確保しながらも、これの電池内圧の上昇に対する長辺側板部７の膨らみ変形量を、凸条膨出部３が未形成の従来の電池缶に比較して相当に低く抑制できることが証明された。換言すれば、実施の形態の電池缶１は、長辺側板部７に格子状の凸条膨出部３を形成して膨らみ変形を効果的に防止したことにより、長辺側板部７の缶厚みを０．２５ｍｍ以下（実施の形態では０．２０ｍｍ）に可及的に薄く形成することが可能になっている。
【００３７】
さらに、凸条膨出部３は、図４の膨らみ変形量測定装置を用いた種々の測定内容などに基づいて検討した結果、図２（ｂ）に示す膨出高さＨ、幅Ｗおよび間隔Ｋをつぎのような範囲内の値に設定して電池缶１の缶内面２に形成すれば、十分なエネルギー密度を確保しながらも、電池内圧の上昇に対し膨らみ変形を効果的に抑制できる所要の効果が得られることが判明した。
【００３８】
すなわち、凸条膨出部３の膨出高さＨは、電池缶１の缶厚み（角形の電池缶１では長辺側板部７の缶厚み）Ｄの１〜５０％の範囲内に設定することが好ましい。１％未満では膨らみ変形を抑制する効果が少なく、５０％以上では、電池缶１の容積が減少して体積エネルギー密度の低下を招くだけでなく、電池缶１の製缶が困難となる。より好ましい膨出高さＨは、缶厚みの５〜２０％の範囲内の値に設定することであり、最も好ましい膨出高さＨは、缶厚みＤの５〜１０％の範囲内の値に設定することである。
【００３９】
また、凸条膨出部３の幅Ｗは、上記膨出高さＨの１〜３０倍の範囲内に設定することが好ましい。１倍以下では膨らみ変形を効果的に抑制できる膨出高さＨを有する凸条膨出部３を形成することができず、３０倍以上では電池缶１の内容積が小さくなって体積エネルギー密度の低下を招く。より好ましい幅Ｗは膨出高さＨの５〜２０倍の範囲内の値に設定することであり、最も好ましい幅Ｗは膨出高さＨの１０〜１５倍の範囲内の値に設定することである。
【００４０】
さらに、凸条膨出部３の間隔Ｋは、上記幅Ｗの２〜２０倍の範囲内に設定することが好ましい。２倍以下では電池缶１の内容積が小さくなって体積エネルギー密度の低下を招き、２０倍以上では膨らみ変形を抑制する効果が不十分となる。より好ましい間隔Ｋは幅Ｗの５〜１５倍の範囲内の値に設定することである。
【００４１】
また、上記電池缶１は、図５に示すように、長辺側板部７、短辺側板部８およびコーナー部５の順に各々の缶厚みｔ1 、ｔ2 、ｔ3 を大きく設定した形状になっており、これによって以下のような顕著な効果が得られる。
【００４２】
すなわち、長辺側板部７は、格子状の凸条膨出部３の存在によって膨らみ変形を効果的に抑制できるので、缶厚みｔ1 を可及的に薄くできる。短辺側板部８は電池内圧の上昇によって長片側板部７が外方へ膨らみ変形する場合に内方に折れ曲がる状態に凹むが、長辺側板部７の缶厚みｔ1 よりも大きい缶厚みｔ2 を有する短辺側板部８は、内方の凹みが抑制されて長辺側板部７の膨らみ変形を阻止するように作用する。コーナー部５は、外方へ膨らみ変形する際の長辺側板部７および内方へ凹む際の短辺側板部８の各々の変形の支点となるが、このコーナー部５の缶厚みｔ3 を最も大きくすることにより、電池内圧上昇時の長辺側板部７および短辺側板部８の双方の変形を効果的に抑制できる。しかも、コーナー部５の缶厚みｔ3 は、電池缶１に収納する電極群との間に生じる空隙分だけ内方に膨出させて肉厚にしても、電極群の収容量の減少を招かない。これにより、上記電池缶１は、発電要素を収納する容積を大きく保ちながらも、十分な耐圧強度を確保できる形状となる。
【００４３】
図７は本発明の他の実施の形態に係る角形の電池缶１における長辺側板部７に形成した断面形状がそれぞれ異なる凸条膨出部３を示す断面図である。（ａ）の凸条膨出部３は矩形状の断面形状を有し、（ｂ）の凸条膨出部３は台形の断面形状を有し、（ｃ）の凸条膨出部３は三角形の断面形状を有している。このような断面形状を有した凸条膨出部３であっても、膨出高さＨ、幅Ｗおよび間隔Ｋが上述した条件を満足していれば、図１の一実施の形態の円弧状の断面形状を有する凸条膨出部３と同様に、電池としたときに十分なエネルギー密度を確保しながらも、電池内圧が上昇したときの長辺側板部７の膨らみ変形を効果的に抑制できる効果を得ることができる。但し、最も好ましいのは、一実施の形態の円弧状の断面形状を有する凸条膨出部３であり、この凸状膨出部３は、図７に示す他の凸条膨出部３のようなエッジ部分が存在しないことから、電池の製造に際して電極群を缶内面２に摺動させながら挿入する際に、その電極群に損傷を与えるおそれが全くないからである。
【００４４】
図８は、本発明の他の実施の形態に係る角形の電池缶１における長辺側板部７の缶内面２に形成した配置形状がそれぞれ異なる凸条膨出部３を示す図である。同図（ａ）の電池缶１は、その長辺側板部７の缶内面２に、筒心Ｓの両側において筒心Ｓ方向に対し共に約７０°の傾斜角度θで傾斜し、且つ各々が平行に位置する２種類の凸条膨出部３がメッシュ状の配置で形成されており、各々平行な上記２種類の凸条膨出部３が、互いに約１４０°の角度で交差して、その各交点９を介して相互に連結されている。
【００４５】
同図（ｂ）の電池缶１は、缶内面２に、筒心Ｓの両側において筒心Ｓ方向に対し共に２０°の傾斜角度θで傾斜し、且つ各々が平行に位置する２種類の凸条膨出部３がメッシュ状の配置で形成されており、各々平行な上記２種類の凸条膨出部３が、互いに約４０°の角度で交差して、その各交点９を介して相互に連結されている。
【００４６】
同図（ｃ）の電池缶１は、缶内面２に、筒心Ｓの両側において筒心Ｓ方向に対し共に６０°の傾斜角度θで傾斜し、且つ各々が平行に位置する２種類の凸条膨出部３が互いに約１２０°の角度で交差して、その各交点９を介して相互に連結されているとともに、各交点９で交差しながら筒心Ｓに対し平行方向に延びる複数の凸条膨出部３がさらに形成されたものである。
【００４７】
上記（ａ）〜（ｃ）に示した各凸条膨出部３は、何れも筒心Ｓの両側においてそれぞれ筒心Ｓ方向に対し同一の傾斜角度θで傾斜する２種類の各々が共に平行な配置で形成されて、交点９を介し相互に連結された配置になっている。これにより、電池缶１の内圧上昇に伴って長辺側板部７を膨らみ変形させようとする力は、筒心Ｓに対し左右対称な形状に形成された凸条膨出部３の全体に均等に分散されて作用することになるので、各凸条膨出部３による長辺側板部７の強度が効果的に増大するとともに、その強度が増大する方向が交点９の存在により２方向以上となって、何れの方向への膨らみ変形に対しても効果的に抑制できる。
【００４８】
また、図８（ａ）〜（ｃ）の各凸条膨出部３の形状から明らかなように、何れの凸条膨出部３も筒心Ｓ方向に対し０°以上で９０°以下の範囲の傾斜角度θで傾斜しているので、長辺側板部７の膨らみ変形を効果的に抑制できる。すなわち、傾斜角度θが９０°の凸条膨出部では、電極群を電池缶１内に摺動させながら挿入するときの摩擦抵抗が大きくなって電極群を容易に挿入できない不具合が生じる。一方、傾斜角度θが０°つまり筒心Ｓに平行な配置の凸条膨出部では、長辺側板部７の膨らみ変形に対する強度が弱い。但し、筒心Ｓに平行（傾斜角度が０°）な凸条膨出部と筒心Ｓに直交（傾斜角度が９０°）する凸条膨出部とが互いに垂直に交差して格子縞形状を形成する配置とした場合には、凸条膨出部が筒心Ｓに対し左右対称な形状となり、且つ交点を有するので、上述した効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、軽量であって凸条膨出部３を容易に加工できる優れた延伸性を有するアルミニウムを素材として電池缶１を形成する場合について説明したが、アルミニウム合金を素材として電池缶１を形成しても、同様の効果を得ることができる。この場合、アルミニウム合金としては、ＪＩＳ規格３０００番台〜５０００番台を用いることができ、好ましくはＪＩＳ規格３００３番あるいは３００５番を用いることであり、より好ましくはＪＩＳ規格５０００番台を用いることである。
【００５１】
つぎに、上記凸条膨出部３を有する角形の電池缶１を生産性良く高精度に製造することのできる製造方法について説明する。先ず、第１の製造方法では、図１０の概略横断面図に示す第１の工程において、電池缶素材としてのペレット１４をインパクト成形することにより、短径／長径の比の小さい略楕円形の横断面形状を有する中間カップ体１７を成形加工し、この中間カップ体１７を、図９の概略横断面図に示す第２の工程においてＤＩ（Drawing とＩroning、つまり絞り加工としごき加工の両方を連続的に一挙に行う）加工することにより、図１の凸条膨出部３を有する電池缶１を製作する。
【００５２】
図９の第１工程では、（ａ）に示すように、インパクト成形を行うプレス機におけるダイスホルダ１８に固定されたダイス１９の加工穴１９ａに、電池缶素材としてのアルミニウム製ペレット１４が供給される。つぎに、同図（ｂ）に示すように、パンチホルダ２０に保持されたパンチ２１はダイス１９側に近接移動されて、ダイス１９の加工穴１９ａに打ち込まれる。これにより、ペレット１４は、パンチ２１によって押し潰されて、パンチ２１と加工穴１９ａの穴壁面との隙間に押し込まれるように展延されながら、パンチ２１の外周面に沿って延び上がっていくように鋳造される。パンチ２１が所定のストロークだけ移動し終えたときには、横断面形状が所望の略楕円形状を有する中間カップ体１７が形成される。この中間カップ体１７は、第１の工程のインパクト成形によって一挙に加工成形されるので、歪に変形した箇所が若干存在するが、これは、後述する第２の工程におけるＤＩ加工において十分に修正できるので、何ら問題がない。
【００５３】
つぎに、所定のストロークだけ移動し終えたパンチ２１は、図９（ｃ）に示すように、ダイス１９から離間して元の位置に向け移動する。このとき、成形加工済みの中間カップ体１７はパンチ２１に付着した状態でパンチ２１によって加工穴１９ａから引き出されたのちに、ストリッパ２２によってパンチ２１から取り出される。
【００５４】
上記中間カップ体１７は、図１０に示す第２の工程において、絞り兼しごき加工機によって１段の絞り加工と３段のしごき加工とを連続的に一挙に行うＤＩ加工が施されることにより、一実施の形態で示した缶内面２に凸条膨出部３を有する角形の電池缶１となる。この絞り兼しごき加工機は、中間製品搬送部２３、ダイス機構２４およびストリッパ２７などを備えて構成されている。ダイス機構２４は、絞りダイス２４Ａおよび第１ないし第３のしごきダイス２４Ｂ〜２４Ｄが配設され、これらダイス２４Ａ〜２４Ｄは、ＤＩパンチ２８の軸心と同心となるように直列に配置されている。
【００５５】
図１１（ａ）は上記ＤＩパンチ２８の斜視図、同図（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。ＤＩパンチ２８は、一実施の形態の角形の電池缶１の内周壁に対応した横断面形状が略長方形の角形板材状の外形を有し、両長辺側面における下端から所定位置までの箇所に、電池缶１の缶内面２に形成すべき凸状膨出部３の形状に対応した格子状の加工溝２９が形成されている。
【００５６】
図１０に戻って、中間製品搬送部２３によって成形箇所に順次搬送されて位置決めされた中間カップ体１７は、はずみホィール（図示せず）によって駆動されるＤＩパンチ２８の押動により、絞りダイス２４Ａによってその形状がＤＩパンチの外形状に沿った形状になるよう絞られる。この絞りダイス２４Ａを通過し終えたカップ体は、中間カップ体１７に対し長径方向および短径方向の各寸法を若干小さく、各胴長に変形されて、所望の角形電池缶１の横断面形状に近い略楕円形に成形されるが、その肉厚などに変化がない。
【００５７】
つぎに、絞りダイス２４Ａを通過し終えたカップ体は、ＤＩパンチ２８の押動が進むことにより、第１のしごきダイス２４Ｂによって第１段のしごき加工が施され、側周部が延伸されてその肉厚が小となるとともに、加工硬化によって硬度が高められる。この第１のしごきダイス２４Ｂを通し終えたカップ体は、ＤＩパンチ２８の押動がさらに進むことにより、第１のしごきダイス２４Ｂよりもさらに小さいしごき加工孔を有する第２のしごきダイス２４Ｃ、次いで第２のしごきダイス２４Ｃよりもさらに小さいしごき加工孔を有する第３のしごきダイス２４Ｄによって、第２段および第３段のしごき加工が順次施され、その周壁部が順次延伸され、肉厚が小となるとともに加工硬化によって硬度が高められる。
【００５８】
カップ体が第３のしごきダイス２４Ｄを通過するときには、この第３のしごきダイス２４Ｄの最も小さいしごき加工孔による加圧力によってカップ体の缶内面がＤＩパンチ２８の周面に強く圧接される。これにより、そのカップ体の缶内面側の材料は塑性変形されながらＤＩパンチ２８の加工溝２９内に押し込められ、加工溝２９がカップ体の缶内面に転写されて凸条膨出部３が形成される。したがって、カップ体が第３のしごきダイス２４Ｄを通過し終えると、所望形状の角形の電池缶１が出来上がる。この角形電池缶１は、ストリッパ２７によって絞り兼しごき加工機から取り外されたのちに、その側上部（耳部）が上記の各加工を経たことによって多少歪な形状になっているので、その耳部が切断されて、図１に示した角形電池缶１となる。
【００５９】
図１２は図１に示した角形電池缶１を用いて構成した本発明の一構成に係る角形のリチウム二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池を示し、同図（ａ）は切断正面図、（ｂ）は一部の切断側面図である。この角形電池は、角形電池缶１の開口部内周縁部に封口体３０が嵌着され、この角形電池缶１と封口体３０の嵌合部３１はレーザ溶接により一体化されて、液密且つ気密に封止されている。上記レーザ溶接を行う場合、電池缶１の長辺側板部７における封口体３０が嵌合される箇所は、図１に示したように凸条膨出部３が形成されていない平面部４になっているので、嵌入された封口体３０と電池缶１とは隙間無く密着されるから、レーザ溶接を支障無く行うことができる。封口体３０の主体をなす封口板３２は、その中央部が内方へ凹む形状に形成され、且つ貫通孔３３が形成されており、この貫通孔３３には、ブロンアスファルトと鉱物油との混合物からなる封止剤を塗布した耐電解液性で、且つ電気絶縁性の合成樹脂製ガスケット３４が一体に取り付けられている。
【００６０】
上記ガスケット３４には、負極端子を兼ねるニッケルまたはニッケルめっき鋼製のリベット３７が固着されている。このリベット３７は、ガスケット３４の中央部に嵌入されて、その下部にワッシャ３８を嵌合させた状態において先端部がかしめ加工されることによって固定され、ガスケット３４に対し液密且つ気密に密着されている。負極端子を兼ねるリベット３７と封口板３２の長辺側の外縁との間には略楕円形の排気孔３９が設けられ、この排気孔３９は、封口板３２の内面に圧着して一体化されたアルミニウム箔４０により閉塞されて、防爆用安全弁が構成されている
角形電池缶１における発電要素の収納部には電極群４１が収納されている。この電極群４１は、微多孔性のポリエチレンフィルムからなるセパレータ４２を介して各１枚の帯状の正極板（図示せず）および負極板（図示せず）を渦巻状に巻回し、最外周をセパレータ４２で包んで横断面形状が長円形に形成されている。この電極群４１を電池缶１に収納するに際しては、電極群４１の外面が電池缶１の長辺側板部７の凸条膨出部３に対し線接触で摺動するので、従来の角形電池缶のように電極群を缶内面に面接触で摺動させる場合に比較して、電極群４１を挿入する際の摩擦力が格段に低減して電極群４１の挿入性が向上し、電極群４１を円滑、且つ迅速に電池缶１内に挿入することができる。このようにして電池缶１内に収納された電極群４１の正極リード４３は、封口板３２の内面に対しレーザ溶接により接続され、負極リード４４は、ワッシャ３８に対し抵抗溶接で接続されている。
【００６１】
封口板３２には注液孔４７が設けられており、この注液孔４７から所定量の有機電解液が注入される。このとき、電解液は、電池缶１の長辺側板部７における凸条膨出部３が未形成の缶内面２と電極群４１との間の隙間つまり隣接する各凸条膨出部３間の隙間を通って浸入していくとともに、上記隙間が注液時にガスを逃がす通路として機能するので、従来の電池缶の缶内面と電極群との間に殆ど隙間が存在しない角形電池とは異なり、注液性が格段に向上する。この電解液を注液したのちに、注液孔４７は蓋板４８を嵌着して封止され、蓋板４８と封口板３２とをレーザ溶接することにより、角形電池が出来上がる。
【００６２】
このようにして構成された角形電池は、何らかの原因で電池内圧が上昇したときに、凸条膨出部３が長辺側板部７の補強桟として機能することによって長辺側板部７の強度が格段に向上しているので、長辺側板部７の膨らみ変形が防止される。また、長辺側板部７は、凸条膨出部３の形成箇所のみの厚みが大きくなるだけであって、缶厚みを比較的薄く形成するとともに、軽量な材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金によって電池缶１を形成しながらも、凸条膨出部３によって膨らみ変形を効果的に防止できるので、重量エネルギー密度および体積エネルギー密度が格段に向上したものとなる。
【００６３】
なお、電極群４１は、横断面が長円形になるように渦巻状に巻回したものを用いる場合について説明したが、この角形電池缶１は、一般的な角形セルのように、セパレータを介して複数枚の正極板および負極板を積層して構成された電極群を収納して角形電池を構成する場合にも適用できる。
【００６４】
つぎに、上記電池缶１の第２の製造方法について、図１３を参照しながら説明する。この製造方法では、図９に示す第１の工程のインパクト成形を経て、短径／長径の比の小さい略楕円形の横断面形状を有する中間カップ体１７を形成し、この中間カップ体１７を、図１０に示す第２の工程において、加工溝２９を有するＤＩパンチ２８に代えて、加工溝２９が形成されていない通常のＤＩパンチを用いてＤＩ加工することにより、図１３（ａ）に示すように、図１の実施の形態で示した電池缶１と同一の外形を有し、長辺側板部７の缶内面２に凸条膨出部３が未形成の角形の電池缶素体４９を製缶する。
【００６５】
そして、図１３（ａ）に示すように、上記電池缶素体４９内には加工用中子５０を嵌入する。この加工用中子５０は、上記電池缶素体４９内に嵌入することのできる略長方形の横断面形状を有する角形板材状であって、その両側の長辺側板部に格子状の加工溝５１が形成されている。すなわち、加工用中子５０は図１１に示したＤＩパンチ２８と略同様の形状を有したものである。
【００６６】
そして、同図（ｂ）に示すように、内部に加工用中子５０を嵌入した電池缶素体４９の両側の長辺側板部の開口端の外面には、一対の押圧ローラ５２が圧力を加えた状態で押し付けられる。そして、電池缶素体４９は、（ｂ）に矢印で示すように、両側から圧力を加えられた一対の押圧ローラ５２間を通り抜けるように移動される。このとき、電池缶素体４９の両長辺側板部は、押圧ローラ５２による加圧力でその缶内面が加圧用中子５０に強く圧接されることにより、缶内面の材料の一部が塑性変形しながら加圧用中子５０の加工溝５１に入り込んで缶内面に加工溝５１が転写されて、図１に示したと同様の凸状膨出部３が缶内面３に形成され、一実施の形態の角形の電池缶１が出来上がる。この電池缶１は、例えば、缶内面と加工用中子５０との間に圧縮空気を送給する手段などによって加工用中子５０の外面に対し剥離しながら加工用中子５０から取り外される。加工用中子５０は、上記圧縮空気を送給するために、加工溝５１の未形成箇所の厚みを小さく形成されている。
【００６７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のアルミニウムまたはアルミニウム合金を素材として形成された薄型角形の電池缶によれば、両長辺側板部の缶内面における格子状配列の凸条膨出部に沿った直線箇所が、凸条膨出部の膨出高さ分だけ缶厚みが大きくなって、凸条膨出部が未形成部分の缶厚みに対し凸条膨出部の膨出高さの厚みの３乗分だけ強度が増大されるとともに、各凸条膨出部が交点で相互に連結されているから、凸条膨出部によって強度が増大する方向が２方向以上となる。そのため、缶厚みを比較して薄くして十分な体積エネルギー密度および重量エネルギー密度を確保できるようにした場合においても、電池内圧が上昇したときには、各凸条膨出部が恰も補強桟として機能することにより、何れの方向への膨らみ変形に対してもこれを効果的に抑制できる。
【００６８】
また、本発明の電池によれば、何らかの原因で電池内圧が上昇したときに、凸条膨出部が恰も補強桟として機能することによって膨らみ変形が効果的に防止される。また、凸条膨出部の形成箇所のみの厚みが大きくなるだけであって、缶厚みを比較的薄く形成できるので、十分な重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を確保することができる。また、電極群を電池缶に収納するに際しては、電極群の外面が凸条膨出部に対し線接触で摺動するので、電極群を挿入する際の摩擦力が格段に低減して電極群の挿入性が向上し、電極群を円滑、且つ迅速に電池缶内に挿入することができる。さらに、電解液は、電池缶の凸条膨出部が未形成の缶内面と電極群との間に生じる隙間を通って浸入していくとともに、上記隙間が注液時にガスを逃がす通路として機能するので、短時間で注液することができ、注液性が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態に係る電池缶の縦断面形状を示す斜視図、（ｂ）はその電池缶の缶内面の一部を拡大して示した斜視図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線で切断した斜視図、（ｄ）は（ｃ）の比較のために示した従来の電池缶の一部の切断斜視図。
【図２】（ａ）は同上の電池缶の缶内面に形成された凸条膨出部の説明図、（ｂ）は同凸条膨出部の断面形状を示す断面図。
【図３】同上の電池缶を実際に膨らみ変形させた状態を模式的に示した説明図。
【図４】同上の電池缶の膨らみ変形量の測定手段として用いた膨らみ変形量測定装置を示し、（ａ）は電池缶を膨らみ変形量測定装置に取り付けた状態、（ｂ）は測定状態をそれぞれ示す概略正面図。
【図５】同上の電池缶の開口部から見た図。
【図６】同上の測定結果を示す電池缶の内圧と膨らみ変形量との関係の特性図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は何れも本発明の他の実施の形態に係る電池缶に形成した断面形状がそれぞれ異なる凸条膨出部を示す断面図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は何れも本発明の他の実施の形態に係る電池缶の缶内面を形成した配置形状がそれぞれ異なる凸条膨出部を示す図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は同上の電池缶の第１の製造方法における第１の工程を工程順に示した概略横断面図。
【図１０】同上の製造方法における第２の工程を示す概略横断面図。
【図１１】（ａ）は同上の第２の工程で用いるパンチを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図。
【図１２】（ａ）は同上の電池缶を用いて構成した本発明の一実施の形態に係る電池を示す切断正面図、（ｂ）はその電池の一部の切断側面図。
【図１３】（ａ），（ｂ）は上記実施の形態の電池缶の第２の製造方法おける製造工程を工程順に示した概略斜視図。
【符号の説明】
１  電池缶
２  缶内面
３  凸条膨出部
４  平面部
５  コーナー部
７  長辺側板部
８  短辺側板部
９  交点
３０  封口体
４１  電極群
Ｓ  筒心
θ  角度
Ｈ  膨出高さ
Ｄ  缶厚み
Ｗ  幅
Ｋ  間隔
ｔ1   長辺側板部の缶厚み
ｔ2   短辺側板部の缶厚み
ｔ3   コーナー部の缶厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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