(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状で、かつ筒心に対し直交方向の横断面が偏平な長円形状となった電池ケース缶における開口部近傍の外周面に、開口に沿った環状溝を凹設することによって、前記電池ケース缶の内周面に、前記環状溝の反対側の膨出部分により封口板を載置させて支持するための環状支持部を設ける加工装置において、電池ケース缶を保持するケース缶保持部と、周面に環状の鍔部を有し、ケース缶保持部に保持された電池ケースの外周面に向けて加圧され、同外周面と上記鍔部との相対回転により前記環状溝を形成する溝形成ローラと、電池ケース缶の中に配置され、前記溝形成ローラの加圧力に抗して電池ケース缶の開口部内周を支持するケース缶支持部とを有し、上記溝形成ローラの鍔部は、ローラの周面に対して、少なくても上部は、略直角に形成されており、上記ケース缶支持部は、電池ケース缶の上部内周面に密着し、かつ上記溝形成ローラの突部の上面に対向して電池ケース缶の環状溝の上部を電池ケース周面に対して略直角に立ち上げる水平部と、溝形成ローラの鍔部により電池ケース缶内方に押し出された環状溝の内側突端を所定位置に止め、同環状溝上部を溝形成ローラの鍔部形状に沿わせる垂直部を有することを特徴とする電池ケース缶の加工装置。
【請求項２】
電池ケース缶の筒心まわりに、ケース缶保持部とケース缶支持部が一体的に回転するように構成したことを特徴とする請求項１記載の電池ケース缶の加工装置。
【請求項３】
電池ケース缶をケース缶保持部ならびにケース缶支持部とで固定し、溝形成ローラを上記ケースに加圧させながらケース周面を回動させることを特徴とする請求項１記載の電池ケース缶の加工装置。
【請求項４】
請求項１記載の電池ケース缶の加工装置を用い、溝形成ローラの所定の加圧力により、電池ケースとこれに当接する溝形成ローラの鍔部の相対的な回転押圧を複数回加えることにより、環状溝を形成することを特徴とする電池ケース缶の加工方法。
【請求項５】
請求項１記載の電池ケース缶の加工装置を用いて構成した電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有底筒状であって、その筒心に対し直交方向の横断面形状が偏平な長円形となった電池ケース缶の開口部近傍の内周面に、これの開口部を封止する封口板を載置させて支持するための環状支持部を膨出形成する加工装置および長円形電池ケース缶を用いた長円形電池の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器或いはパソコン等の各種電子機器のポータブル化やコードレス化が急激に進んでおり、これらの駆動用電源として、高エネルギー密度で負荷特性の優れた密閉型電池が要望されている。従来、小型で薄型の携帯用電子機器の駆動電源としては、機器電源部への装填が容易である理由から、横断面が偏平な長方形となった角形電池ケース缶を用いた角形電池が主に用いられていた。この角形電池は、正負の極板を積層してなる極板群を角形電池ケース缶内に収納し、開口部をレーザー封口した構成になっている。
【０００３】
一方、近年では、電圧およびエネルギー密度が高く、貯蔵寿命が長いなどの多くの特長を有するリチウム電池が脚光をあびている。しかし、小型で薄型の携帯用電子機器の駆動電源用としての偏平な形状のリチウム電池は、上記の角形電池ケース缶を用いて作ることには無理がある。すなわち、リチウム電池では極板群が正，負極板を渦巻き状に巻回して形成されることから、この極板群を横断面形状が角形の電池ケース缶に収納すると、各々の断面形状の不一致から極板群が変形し易く、また、充放電を繰り返したときに漏電を起こすおそれがあった。
【０００４】
そこで、有底筒状であって、その筒心に対し直交方向の横断面形状が偏平な長円形となった長円形電池ケース缶を用いた長円形電池が提案されている。この長円形電池は、角形電池と比較して、電池ケース缶の加工が容易であり、電池ケース缶に収納した渦巻き型極板群の形状の変形を防止できることから信頼性が高く、容積当たりの電池容量も大きい等の種々の特長を有しており、特に、小型で薄型の携帯用電子機器の駆動電源用としての需要が急激に増加することが予想される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池では、電池ケース缶の開口部に絶縁ガスケットを介在して封口板を挿入したのちに、電池ケース缶の開口絶縁部を内方に折り曲げて封口することが一般的に行われている。そのため、電池ケース缶の開口部近傍の内周面には、封口板を載置させて支持するための環状支持部が形成されており、この環状支持部は、電池ケース缶における開口部近傍の外周面に開口に沿った環状溝を凹設することによって、環状溝の反対側に膨出する部分により形成している。この環状支持部は、円筒形電池や角形電池においては量産に適した良好な加工法が既に確立されているが、長円形電池については量産に適した有効な加工法が未だに提案されていない。
【０００６】
本発明は、長円形電池ケース缶への封口板載置用の環状支持部を高精度に且つ高い生産性で形成することのできる加工装置および長円形電池ケース缶を用いた長円形電池を提供することを目的とするものであり、本発明の出願人と同一の出願人に係る先願特願平８−５５９２４号に対し、より優れた加工法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池ケース缶加工装置は、有底筒状で、かつ筒心に対し直交方向の横断面が偏平な長円形状となった電池ケース缶における開口部近傍の外周面に、開口に沿った環状溝を凹設することによって、前記電池ケース缶の内周面に、前記環状溝の反対側の膨出部分により封口板を載置させて支持するための環状支持部を設ける加工装置において、電池ケース缶を保持するケース缶保持部と、周面に環状の鍔部を有し、ケース缶保持部に保持された電池ケースの外周面に向けて加圧され、同外周面と上記鍔部との相対回転により前記環状溝を形成する溝形成ローラと、電池ケース缶の中に配置され、前記溝形成ローラの加圧力に抗して電池ケース缶の開口部内周を支持するケース缶支持部とを有し、上記溝形成ローラの鍔部は、ローラの周面に対して、少なくても上部は、略直角に形成されており、上記ケース缶支持部は、電池ケース缶の上部内周面に密着し、かつ上記溝形成ローラの鍔部の上面に対向して電池ケース缶の環状溝の上部を電池ケース周面に対して略直角に立ち上げる水平部と、溝形成ローラの鍔部により電池ケース缶内方に押し出された環状溝の内側突端を所定位置に止め、同環状溝上部を溝形成ローラの鍔部形状に沿わせる垂直部を有することを特徴としている。
【０００８】
そして、この電池ケース缶加工装置は、環状溝を加工する際、円弧部に形成される溝形状と直線部に形成される溝形状が少なくとも封口板を載置する環状溝上部を缶内周面に略直角となるように同一形状に形成できるため、上記封口板を載置して封口した電池に於いて、漏液等の不良を無くすことができる。
【０００９】
また上記溝形成ローラを所定圧力で電池ケースに加圧しながら、複数回回転させることにより、無理な変形による加工誤差も少なく、高精度の電池ケース缶を構成できるものである。
【００１０】
【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つつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る長円形電池ケース缶への封口板載置用の環状支持部の加工装置を示す概略構成図、図２は同装置の要部の側面図である。これらの図において、有底筒状で、且つ筒心に対し直交方向の横断面が偏平な長円形状となった長円形電池ケース缶１０は、ケース缶支持機構１３により筒心方向の両側から挟み付けて固定され、且つ筒心回りに回転自在に支持される。ケース缶支持機構１３は、長円形電池ケース缶１０を底部分から嵌入させて保持するケース保持部１４と、電池ケース缶１０の開口部に嵌入する突出部１７ａおよび電池ケース缶１０の開口面に当接する段部１７ｂを有するケース支持部１７とにより構成されている。
【００１１】
上記ケース缶支持機構１３は、ケース缶回転機構１８から回転力を伝達されて電池ケース缶１０を一定速度で回転駆動する。このケース缶回転機構１８は、回転駆動源の単一のモータ１９と、このモータ１９の回転を減速する減速機および減速機を介して回転が伝達されるスプライン加工された動力伝達軸などからなる回転伝達機構２０と、スプライン軸に嵌まり合ってスプライン軸方向にスライド可能なプーリなどからなり、ケース缶保持部１４を矢印で示す電池ケース缶１０に対し進退方向に移動させ、且つ回転伝達機構２０の回転力をケース保持部１４に付与する移動機構２１と、モータ１９の回転力を減速機を介してケース支持部１７に直接的に伝達する回転伝達機構２２とから構成されている。
【００１２】
したがって、ケース缶回転機構１８は単一のモータ１９の回転力をケース保持部１４とケース支持部１７とに同期して伝達するようになっている。また、ケース保持部１４は、移動機構２１によって実線位置から２点鎖線まで移動されて、所定位置に供給されている電池ケース缶１０をその底部分から嵌入させ、さらに移動して電池ケース缶１０の開口部にケース支持部１７の突出部１７ａを挿入させた後に、電池ケース缶１０の開口面をケース支持部１７の段部１７ｂに押し付ける。その後に、モータ１９の回転力が両回転伝達機構２０，２２を介してそれぞれケース保持部１４およびケース支持部１７に伝達され、電池ケース缶１０が一定速度で回転される。
【００１３】
上記の一定速度で回転される電池ケース缶１０の外周面に押し付けられることによって環状溝を形成するための２個の溝形成ローラ２３，２４が設けられている。一方の溝形成ローラ２３は、電池ケース缶１０の外周面に形成すべき環状溝の溝幅に応じた幅の鍔部２７がローラ部２３ｂの周面に突設された溝加工用であり、他方の溝形成ローラ２４は、鍔部２７を有しない円形周面となった荷重受け用である。この両溝形成ローラ２３，２４は二股形状となったローラ支持レバー２８にそれぞれ回転自在に取り付けられている。なお、両溝形成ローラ２３，２４として共に溝加工用を用いてもよい。
【００１４】
この両溝形成ローラ２３，２４は、図２に示すように、各々のローラ軸２３ａ，２４ａがローラ支持レバー２８の支軸３１の中心に対し２点鎖線で示す二等辺三角形を形成する位置に配置されてローラ支持レバー２８に取り付けられている。さらに、両溝形成ローラ２３，２４は、電池ケース缶１０の筒心に対し直交方向の最長寸法Ｌよりも大きいピッチＰで、且つ両溝形成ローラ２３，２４が接触しない範囲内において電池ケース缶１０の筒心に対し直交方向における最小寸法Ｓよりも１mm以上小さい、好ましくは２mm以上小さい間隔Ｒで配置されている。ローラ支持レバー２８は、エアーシリンダのような定圧加圧装置２９に連結部材３０を介在して支軸３１を支点に揺動自在に取り付けられている。
【００１５】
また、上記加工装置によって長円形電池ケース缶１０の外周面に環状溝を、且つ内周面に環状支持部を形成するに際しては、図１に示すように、補強板３２を電池ケース缶１０に開口部から嵌入して環状支持部を形成すべき箇所に対し底部寄りに近接した部位に位置決めして固定される。この補強板３２は、電池用ケース缶１０の内周面に対応する外形を有する一枚物の板状体に、正負の両リード３７，３８をそれぞれ挿通させる２個のリード線引出し孔３３，３４が形成されている。次に電池ケース缶１０における環状溝５０の形成について説明する。
【００１６】
図３に示すように溝形成ローラ２３の鍔部２７は、少なくとも上部は、ローラ部２３ｂの周面に対し、略直角方向に突出させるとともに、ケース支持部１７には、上記鍔部２７の上部と電池ケース缶１０の板厚に相応する隙間を介して上記鍔部２７の上部に対向する水平部１７ｃと上記鍔部２７の突端と電池ケース缶１０の板厚に相応する間隙を介して位置する垂直部１７ｄを有しており、溝形成ローラ２３が電池ケース缶１０に加圧されながら、同電池ケース缶１０の周りに複数回、例えば８回回動し、順次環状溝５０を深く形成する。溝形成ローラ２３の鍔部２７がもっとも深く変形加工された時、電池ケース缶１０の環状溝５０の内側突端は、垂直部１７ｄに当接し、強制的に変形の自由度が抑制される。すなわち、電池ケース缶１０の円弧部と直線部では形成ローラ２３による変形状態が異なるが、本実施例によれば、少なくとも環状溝５０の形状を電池ケース缶１０の円弧部と直線部でほぼ同一に形成でき、封口板４２の載置、封口工程において、品質を安定にして、漏液等の問題を解決できる。
【００１７】
上述の長円形電池ケース缶への環状支持部４０の形成に際しては、図４に示すような加工法が行われる。すなわち、長円形電池ケース缶１０をケース保持部１４とケース支持部１７とにより、筒心方向の両側から挟み付けて保持しながら図４の矢印方向に回転させ、この長円形電池ケース缶１０の外周面における所定箇所に、溝形成ローラ２３を押し付ける。図４には、長円形電池ケース缶１０を（ａ）に示す位置を基準として、３０°、４５°、６０°および９０°回転した状態を（ｂ）〜（ｅ）にそれぞれ示している。溝形成ローラ２３は、エアーシリンダなどの加圧装置（図示せず）により長円形電池ケース１０に常に一定圧力で押し付けられており、その溝形成ローラ２３のローラ軸２３ａの回転支点に作用する一定の加圧力Ｆは、作図を簡略化するために、溝形成ローラ２３の半径と一致する長さで、且つ溝形成ローラ２３の中心と長円形電池ケース缶１０の中心とを結ぶ方向にベクトル図で示してある。
【００１８】
したがって、溝形成ローラ２３は、図４（ａ）〜（ｅ）から明らかなように、常に所定位置で回転される長円形電池ケース缶１０の外周面に転動しながら押し付けられて、その外周面の形状に追従して９０°回転されたときに電池ケース缶１０に向かって距離Ｄだけ前進される。以後、溝形成ローラ２３は、電池ケース缶１０が９０°回転するごとに電池ケース缶１０に対して距離Ｄの範囲内で進退するよう往復動される。
【００１９】
したがって、この加工装置により環状溝５０および環状支持部４０を形成して製造される長円形電池は、図５に示すような構造となる。すなわち、同図（ａ）は長円形電池の平面図、（ｂ）は一部破断した正面図、（ｃ）は側面図をそれぞれ示し、この長円形電池は、電池ケース缶１０の内周面における極板群４１の上方であって環状支持部４０に近接した下方位置に補強板３２が嵌め込み固定された構造になる。環状支持部４０は、電池ケース缶１０の外周面に上記加工装置により環状溝５０を形成することにより、環状溝５０の反対側に膨出する部分により形成される。
【００２０】
次に電池構成について詳しく説明する。
図６は、本発明による長円形電池の縦断面図を示すもので、幅４０mm、高さ４８mm、厚み８mmの薄型リチウム二次電池に適用したものである。図６において１０は電池ケース缶、４１は極板群、４２は封口板、３２は補強板、３８は正極リード、３７は負極リード、４２ａは封口板４２のうち正極リード３８と接合する部分、６０はガスケットを示している。
【００２１】
そして正極板はコバルト酸リチウムを活物質とし、これに導電剤、結着剤を混合、練合してペースト状とした合剤をアルミニウム箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し圧延し、アルミニウム製リードを芯材にスポット溶接したものである。また負極板は、炭素粉末を活物質とし、結着剤を混合、練合してペースト状とした合剤を、銅箔からなる芯材の両面に塗着、乾燥し圧延して、銅リードをスポット溶接したものである。セパレータはポリエチレンからなる多孔性フィルムを、正極板および負極板よりも幅広く裁断して用いている。
【００２２】
これらの正負極、セパレータを渦巻き状に巻回し、セパレータ終端をポリプロピレン製の粘着テープで固定した後、極板群を一定方向から加圧し長円形に構成する。
【００２３】
その後、ケース開口部に環状溝５０を形成する。
その際、ケース缶１０の厚みＨ３は０．４mmで、図３に示したローラ２３の鍔部２７の厚みＨ２および突出寸法Ｌ２を１mmとし、ケース缶支持部１７に示すケース開口部の内周面に密着して支持する面から垂直部１７ｄまでの寸法Ｌ１を１mm、同垂直部１７ｄの垂直方向の突出寸法Ｈ１を２．０mmとし、ローラ２３、ケース缶保持部１４およびケース缶支持部１７を図３に示すようにセットする。
【００２４】
その後、正極リード３８と封口板４２とをスポット溶接し、電解液を注入した後、正極リード湾曲、かしめ封口を経て長円形リチウム二次電池を構成するものである。
【００２５】
なお、以上の説明では、溝成形をリチウム二次電池について行なったときの例を示したが、一次電池、二次電池を問わず他の電池系でも同様な効果が得られる。
【００２６】
本発明の効果を検討するため、単に溝入れ加工したのみの長円形密閉電池を従来電池Ａ、溝入れ加工した後に受型とパンチ型により溝成形した長円形密閉電池を従来電池Ｂとし、本発明の実施例による長円形密閉電池を本発明の実施例電池とした。さらに比較のため断面が円筒形の密閉電池を円筒形電池として、各１００個ずつを作成し、充電状態で６０℃および、８５℃で２０日間保存したときの漏液電池の数を測定し、（表１）に示す。
【００２７】
【表１】
0003757541.tif 000002
【００２８】
（表１）からわかるように、６０℃で２０日間保存では、１００個の従来電池においても漏液電池は見られなかった。しかし、８５℃で２０日間保存では本発明の実施例の電池は従来電池Ｂおよび円筒形電池と同等の耐漏液性を有するのに対し、従来電池Ａは１００個中１２個漏液した。この漏液電池の漏液経路を調べると、全て長方形部分と円弧部分の境目から漏液していることがわかった。このことより、長円形密閉電池に本発明の溝成形を行なうことにより、長方形部分と円弧部分の境目の歪みを防ぎ、耐漏液性が向上したことがわかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明では、直線部分と円弧部分を有する長円形電池ケース缶において、溝入れ後に、溝成形することにより、上記直線部分と円弧部分の境目の歪みを防ぎ、封口耐圧の高い長円形密閉電池を得ることができ、高温保存時での耐漏液性を向上させるとともに、封口部に備えた安全機構、たとえば電流遮断機構の信頼性を向上することができ、信頼性、安全性に優れた長円形密閉電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る長円形電池ケース缶への封口板載置用の環状支持部の加工装置を示す概略構成図
【図２】同装置の要部の側面図
【図３】同装置と電池ケース缶の関係を示す要部拡大断面図
【図４】（ａ）〜（ｅ）は同装置における電池ケース缶が１８０°回転するまでの過程の一部を順に示したもので、２個の溝形成ローラの変位およびローラ支持レバーに作用する力の説明図
【図５】本発明を実施した長円形電池の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部破断した正面図、（ｃ）は側面図
【図６】同電池の縦断面図
【符号の説明】
１０    長円形電池ケース缶
１４    ケース缶保持部
１７    ケース缶支持部
１７ｃ  ケース缶支持部の水平部
１７ｄ  ケース缶支持部の垂直部
２３    溝形成ローラ
２３ｂ  ローラ部
２７    鍔部
４０    環状支持部
５０    環状溝
【図１】
0003757541.tif 000003
【図２】
0003757541.tif 000004
【図３】
0003757541.tif 000005
【図４】
0003757541.tif 000006
【図５】
0003757541.tif 000007
【図６】
0003757541.tif 000008