JPH0434261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一次アルカリ電池等のような密封ガ
ルバーニ電池に関し、特にそのような電池の密
封・絶縁用部材に関する。本発明の密封・絶縁用
部材は破裂可能な排気膜が必要とされる場合に電
池において用いられる。本発明によれば種々の材
料、例えば特にポリプロピレンやその共重合体が
有効に使用される。

密閉された円筒状ガルバーニ電池の一般的構成
は、主成成分であるアノードおよびカソードが罐
の中へ、適切なセパレータ、電解液等と共に組込
まれるような構成である。主要な電池成分が組込
まれる罐は、カソード罐であり、すなわちその罐
および普通はその閉じた底部は電池のためのカソ
ード接触部に形成しており、そして電池はその罐
の頂部に置かれた部材によつて閉じられている。
かかる頂部部材は密封・絶縁用部材であるのが一
般的であり、それによつて電池は電解液漏れを防
ぐように密封され、また電池のアノード接触部が
罐から絶縁されるようになつている。

しかし、密封ガルバーニ電池用の密封・絶縁用
部材はいくつかの目的のために使用されることが
あり、従つて理想的には強度の放電作用中または
その後および／または苛酷な温度サイクル中また
はその後に、ガルバーニ電池の密封を確保するよ
うに設計される。一次アルカリ電池等のような普
通の市販ガルバーニ電池は、強度の放電もしくは
反転極接続、あるいは温度サイクル後にシーリン
グ材が一体のままであるか否かについて試験され
るが、その電池試験の苛酷度は電池のプイプに応
じて変りうる。

さらには、密封ガルバーニ電池が密封部材中に
破裂可能な排気膜を備えていて、もし電池内で所
定の限度を越える過度の圧力が発現した場合に
は、その膜が破裂して、ガスおよび通常は電池成
分のうちのあるものを比較的隠かに放出させて、
制御しえない状態で起る電池全体の破壊や爆発の
危険をなくすようにするのがしばしば好ましい。

電池罐の頂部に置かれる密封・絶縁部材の材質
は電池内の電池成分に対し不活性であることも望
ましい。

しかし従来は一般的には、上記のすべての要件
がいづれか一つの密封・絶縁部材で充足されるこ
とはなかつた。密封・絶縁部材を与えるに際して
遭遇した難しい問題の一つは、通常、大きな機械
的硬度および引張強度をもち、またガルバーニ電
池罐の通常の材料である鋼と非常に近い熱膨張係
数をもつ材料を使用することが期待されることで
ある。そのような材料は一般的にはナイロンから
なる。しかしビニルおよびポリプロピレン樹脂
も、広く検討され使用されてきた材料である。

先行技術のあるものは、ある種の物理的性質を
もち、そして電池内圧力が所定の限界を越えたな
らば電池の内部から圧力を放出させるようにした
密封ガスケツトまたは部材を与えうる密封・絶縁
部材を与えることに向けられてきた。例えば、英
国特許第1517137号明細書（1978年７月12日発行）
には、ゴム弾性を有する合成樹脂材料から製られ
る密封用エレメントが記載されており、一具体例
においてはダイヤフラム付きのそのような密封エ
レメントが示されている。この英国特許は、しか
しながら、殊に、電池罐内に配置された際に自動
的にロツクする係合部を有する密封エレメントに
向けられており、またその圧力ダイヤフラムは密
封エレメントと罐とのロツク係合を失なうことな
く圧力を解放させるように設けられている。その
密封エレメントは電導性部材を挿入できる孔を備
えている。

米国特許第3219488号明細書（1965年11月23日
発行）においてサウスワースはアルカリ・ガルバ
ーニ電池用の密封ガスケツト部材を発表してお
り、その密封部材には吹き出しおよびガス透過機
能を合せ有する膜が設けられている。この場合
に、密封部材は一般的にナイロン製であり、その
具体例においては、吹き出し用膜に対し局部的な
応力を受ける部位を設けてその部位のところに金
属ワツシヤ（座金）を配置して吹き出し口を形成
することが必要とされている。

米国特許第3218197号明細書（1965年11月16日
発行）においてカーミカエル等は、同様なガスケ
ツト部材における膜構造を開示しており、それ
は、低温流動抵抗性のプラスチツク製である。し
かし、この特許およびその他の特許においては、
苛酷な温度サイクル中またはその後の電池の密封
について言及や配慮はなされていない。

密封一次電池の圧力排出についての他の一解決
手段は、米国特許第4191806号明細書（1980年３
月４日発行）において、レビイ（Levy）によつ
て開示されている。その明細書には種々の態様の
電池膜が示されており、それらは射出成形される
が、所定の圧力値での破裂を促進するために破裂
可能膜部分に溝が形成されている。そして、その
明細書は、ダイヤフラム部分に溝を設けると、一
工程で射出成形しうるに足る厚さをダイヤフラム
がもつことができ、しかも所望の圧力値でそのダ
イヤフラムが破裂しうることを示唆している。さ
らには、その明細書には、２本以上の溝が所定圧
力値での破裂排気のために好ましいことが判明し
たこと、そしてそれに限定されていることが記載
されている。この米国特許第4191806号明細書に
おいて、使用しうる材料としては、ポリスフホ
ン、ポリフエニレンオキシド、ポリアミド、ポリ
プロピレン、ポリスチレンおよびアクリロニトリ
ル・ブタジエン・スチレン（ABS）のような任
意の実質的に硬質のプラスチツク材料が記載さ
れ、またこれらの材料のいずれも、ガラス繊維を
充填剤として含んでいてよく、そして好ましい材
料はABS、ポリアミド（ナイロン）、そして最も
好ましくはポリフエニレンオキシドおよびポリプ
ロピレンであると記載されている。しかしその特
許においては、少なくとも２本の溝を破裂可能ダ
イヤフラムに設けなければならない。その理由と
して、そのようにしないと、膜の破裂強度を所定
圧力値で吹き出しが起こるような強度とするよう
にプラスチツク材料を成形するのが不可能である
ことが述べられている。

ここに我々は、前述のいずれの先行技術からも
引き出されるような予想に反して、ナイロン、ポ
リ塩化ビニルまたはABS（これらはいずれも工業
材料として一般的に認められている）の使用は、
その保全性が電池の受けうる苛酷な温度サイクリ
ング後の高度の放電、反転極性接続やその他の誤
乱用に特に左右されうる密封・絶縁用部材を必ず
しももたらさないことを発見した。特に電池から
の電解液漏洩を防止する密封の保全一体性は、達
成するのが最も困難である。

しかし、我々は、ポリプロピレンまたはその他
のある種の材料および共重合体が用いられる場
合、あるいは前記の如き従来用いられた材料が従
来与えられなかつた物理的性質を有する密封・絶
縁用部材において用いられる場合でさえも、密封
された電池の物理的保全性は従来よりもはるかに
大きいことを、全く予想外にも発見した。さらに
は、我々は密封されたガルバーニ電池用の密封・
絶縁部材が与えられるだけでなく、そのような密
封・絶縁用部材は射出成形でき、そして必要なら
ば射出成形中に破裂しうる膜をその部材中に成形
して与えることができ、そのような膜は所定の圧
力において電池の圧力放出排気を行いうるもので
あることを発見した。このような特徴は、以下に
説明するようなある種のポリプロピレンホモ重合
体および共重合体が用いられるときに特に明かで
ある。

本発明により密封ガルバーニ電池、例えばアル
カリ一次電池、リチウム・二酸化マンガン電池等
を与える場合に、密封・絶縁部材の上方外側周縁
部の上に罐材（通常は鋼）を冷間加工するように
罐材に加えられる絞り作用力によつて罐を密封す
るとき、電池罐の底面に関し密封・絶縁部材の少
なくとも一部の高さの相対的変化を与えること、
あるいは密封・絶縁部材中に形成された周縁リブ
に曲げを与えること、あるいはその両方を行うこ
と、が良いことを発見した。そのような絞り作用
によつて、密封部材は、ひだ（クリンプ）と罐の
頂端部付近に形成された玉縁との間で罐に対して
密封関係に保持される。

しかし、ポリプロピレンのような材料が用いら
れる場合には、ポリプロピレンの熱膨張係数は、
鋼のそれと著しく異なることも注意しなければな
らない。鋼の熱膨張係数に一層近い熱膨張係数を
もつナイロンと、ポリプロピレンはこの点が異な
る。従つて、本発明の密封・絶縁部材は、ポリプ
ロピレン（ホモ重合体または共重合体）または以
下述べるような他の材料から製造される場合に与
えられ、その場合にそのような密封・絶縁部材を
備えた電池は苛酷な温度サイクリング、非常な高
温もしくは非常な低温での貯蔵、高度な放電また
はそれらの二以上に付されても密封部の保全性は
失われずに、電池からの電解液の漏洩が有効に防
止される。

さらに電池が、密封・絶縁部材を貫通して集電
体を押し込んで組立完成されるときに、従来はそ
のような集電体の設置に可成りの問題があつたこ
とも発見した。一般に、集電体は釘のような形状
であり、電池の頂部で密封部材の中央部を貫通し
て押し込まれる。しかし集電体が余りに速く押し
込まれると、密封部材の下側で亀裂が生ずること
があり、さらには密封・絶縁部材に物理的破損が
起こつて集電体の周囲での電解液漏洩が生じるこ
と、あるいは可成りの量の密封部材が電池の内部
へ一緒に押し込められて電池作用に悪影響を与え
ることもある。

従つて本発明によれば、電池の頂部へクリンプ
密封されるときの密封部材の物理的形状の変化を
可能とするだけでなく、広範囲にわたり電池罐が
密封された状態に維持されうるような、密閉ガル
バーニ電池用密封・絶縁部材が提供される。しか
し、そのような部材には、電池内の圧力が所定の
最大圧力値に達したときには、密封ガルバーニ電
池の圧力放出排気をするための手段が設けられて
いる。

このような特徴は、閉じた底部、開口頂部およ
び頂部付近に成形された内向きに伸びる玉縁を有
する円筒状カソード罐内にアノードおよびカソー
ドを配置し、そしてそのカソード罐の頂部に密
封・絶縁用部材を配置した円筒状密封ガルバーニ
電池によつて達成される。密封・絶縁部材は、罐
の上縁に形成されたひだ（クリンプ）によつて密
封関係で罐に対して保持され、その罐の上縁は密
封・絶縁部材の上方周縁の上に延在している。絶
縁・密封部材の直径は、玉縁より上の罐の内径と
実質的に同一である。密封・絶縁部材は、その上
面および下面の少なくとも一方の周縁に形成され
た円状リブを有する。そして該部材の周縁部の厚
みの少なくとも第１の部分は、その材料の弾性限
界よりも大きな量の応力をクリンプ（ひだ）によ
つて与えられ、また該部材の周縁部の厚みの少な
くとも第２の部分はその材料の弾性限界よりも小
さな量の応力をクリンプ（ひだ）によつて与えら
れる。好ましくは、弾性限界以上の応力を受ける
部分は、密封・絶縁部材の周囲の頂部または底部
である。

上記の如き密封・絶縁部材を備えた本発明の密
封ガルバーニ電池は、苛酷な温度条件または放電
条件に耐えることができる。さらには、密封・絶
縁部材がポリプロピレンのホモ重合体または共重
合体のある種のものから製造される場合には殊
に、所定の最大圧力における電池の圧力放出を確
保する排気膜が提供される。

上記のような、そして本発明の別の観点による
中心部の設計を有する絶縁・密封部材を用いる
と、集電部材をその密封・絶縁部材を貫通して押
し込んでも、集電部材の周囲からの電解液の漏洩
をなくすことができ、また密封・絶縁部材が電池
内部まで引き込まれて電池作用に悪影響を与える
ことがないようにできる。

従つて、本発明によればガルバーニ電池；およ
び密封されるべき電池の寸法およびタイプに応じ
て種々の形状を有するが所期の特徴および目的の
すべてを達成するガルバーニ電池用の密封・絶縁
部材が提供される。

本発明を以下添付図面を参照してさらに説明す
る。

前述のように、本発明は、殊に主要要素がアノ
ード、カソード、およびそれらのアノードおよび
カソードを収納するほぼ円筒状カソード罐である
密封ガルバーニ電池に関している。一般的には、
その円筒状カソード罐はその底で閉じられまた頂
部で開口されている。このようなことは広く認め
られているので添付図には特定的には示してな
い。

第１および２図には、本発明による密封・絶縁
部材の一典型例が示されており、このものは密封
ガルバーニ電池で使用され、既に予め罐に組込ま
れたカソード成分、アノード成分、電解液、セパ
レータ等よりも上位で、カソード罐の頂部に配置
されている。第１および２図に示された密封・絶
縁部材は、「Ｄ」サイズの密封アルカリ一次電池
において使用されうるものと、異なるものであ
る。そのような電池は、フラツシユライト、電気
玩具、電気ゲーム等で一般的に使用される。

第１および２図の密封・絶縁部材１０は、ほぼ
中央となる部分１２および周縁部１４を有してい
る。部材１０の下面には一対の円形リブ１６およ
び１８が形成されている。また部材１０の周縁部
１４も一つの円形リブをなしている。

部材１０の上面には、複数の放射状リブ２０が
形成されており、中央部１２から外向きに伸びて
周縁リブ１４で終つている。二つのリブ２０ａお
よび２０ｂの間には、排気膜２２が形成されてお
り、この膜の部材１０のいずれの部分よりも著し
く薄い断面である。

第１図の密封・絶縁部材１０が適当なプラスチ
ツク材料（前述）の射出成形にて製造できること
は、明かである。

所望ならば、部材１０の配置位置方向を定める
ために、部材１０の中央部分１２の一部分を２４
の如く切欠いた状態とすることができる。また、
中央部分１２中に形成された下向きに伸びる穴洞
２６、および中央部１２の下面に形成された上向
きに伸びる空洞２８も設けられている。穴洞２６
の下端部は栓部分３０で終つている。この栓部分
については以下でさらに詳しく説明する。

第３および４図は本発明による密封・絶縁部材
の別の態様を示す。この密封・絶縁部材３１（こ
のものは「AA」サイズの密封アルカリ一次電池
で使用されるものと異なる）には、この場合に
も、周縁部３２および中央部３４が形成されてお
り、その中央部には下向きに伸びる凹部３６およ
び上向きに伸びる凹部３８（下面側）がある。薄
膜部分４０が、前述の目的のために第１および２
図の膜２２と同様に、設けられている。前と同様
に凹部３６をその底は栓部４２で終わつている。

第４図では、本発明による密封・絶縁部材に関
してのカソード罐のクリンプ作用が示されてい
る。第４図では、密封・絶縁部材は第３図に示し
たものであるが、それは第１図のものであつて
も、あるいは前述のような本発明の特徴に適合す
るいずれの密封・絶縁部材であつてもよいことは
明かである。

いずれにしても、第４図においては、罐４４が
設けられており、その上方部分のみが示されてい
る。罐４４の頂部付近には玉縁（ビード）４６が
与えらえている。玉縁４６の上位の罐４４の内径
は（少なくとも以下で述べるクリンプ作用の前に
は）、そこに挿入される部材３１の直径と実質上
同一である。

罐４４の上縁４８は、密封・絶縁部材４４の上
周縁の一部分を越えてクリンプ（ひだ付け）され
ている。従つて、密封・絶縁部材はカソード罐中
へ組込まれており、罐４４の上縁に形成されたク
リンプ（ひだ）５０によつて罐に対して密封関係
に保持されており、その上縁４８は密封・絶縁部
材の上周縁の上に伸びている。

第５図には応力分布状態が示されており、部材
５６の周縁リブ５４の外周区域５２の少なくとも
いくつかの部分は、矢印の群５８および６０で示
されるような異なる量の応力を受けていることが
示されている。これらの分布された力は応力勾配
が形成されるような分布状態であり、またその応
力勾配は、周縁部５２（第５図）の少なくとも第
１の部分において５４の周縁材の厚さがクリンプ
（ひだ）５０により（すなわち玉縁４６の上位で
クリンプ５０を形成するクリンプ力により）、矢
印６０の部分で、密封・絶縁部材５６の素材の弾
性限界よりも大きな量の応力を受けるような勾配
である。周縁部５２のその他の部分においては、
部材５６の周縁部材は弾性限界内の量の応力を受
ける。

第６図は、密封・絶縁部材の周縁部６４の頂部
または底部において曲げたわみが生じうること、
そして中央部６６の高さに幾分かの変化がありう
ることを示している。その高さの変化は実線６８
で示したように上向きであるのが一般的である
が、破線７０で示したように下向きであることも
ある。いずれにしても、罐の頂部にクリンプ（ひ
だ）を作つたクリンプ作用は、密封・絶縁部材の
周縁部の曲げたわみ、あるいは罐の底に関しての
密封・絶縁部材の高さの変化（上向きまたは下向
き）を生じさせうる。

いずれの場合には、罐の頂部にクリンプ（ひ
だ）を形成するクリンプ力は、罐の上縁近くの部
分を冷間変形加工し、クリンプ（ひだ付け）ダイ
スから罐を取り外してそのクリンプ力を解放して
も、クリンプはそのままの状態であり、従つて密
封・絶縁部材内の応力分布もそのままの状態を維
持するような力である。密封ガルバーニ電池のカ
ソード罐のクリンプを生じさせる力は、もちろ
ん、密封・絶縁部材をなすプラスチツク材料に少
なくとも幾分かの応力を与えるような力であり、
本発明によれば絶縁・密封部材の寸法、罐の寸
法、罐の玉縁より上位の高さ寸法は、クリンプ
（ひだ）が形成されるときに、密封・絶縁部材の
周縁部の少なくとも一部分がその弾性限界を越え
る応力を受け、また密封・絶縁部材の周縁部のそ
の他の部分はその弾性限界を越えた応力を受けな
いような寸法とされる。

このような特徴は、密封・絶縁部材が罐を密封
するだけではなく、電池が極端な温度および／ま
たは充電もしくは放電条件に付されるときにでも
その密封を維持し続けなければならないことを考
えると、非常に重要である（しかし、この場合、
圧力解放排気の問題は考えないこととする）。

従つて、好ましい材料であるポリプロピレンの
ホモ重合体および共重合体は、鋼よりも大きな熱
膨張係数を有するものの、前述のように密封・絶
縁部材は、その周縁の少なくとも一部分が弾性限
界を越える応力を受けまた周縁のその他の部分が
弾性限界内の応力を受けるようにして密封がすべ
ての温度において確保されるような、寸法および
寸法割合とすることができる。例えば、電池が極
めて低温に付される場合、密封・絶縁部材は罐
（鋼製）よりも大きく収縮することになるけれど
も、上記の特徴（応力分布）の故に密封は確保さ
れる。同様に、電池が極めて高温に付される場合
にも、密封・絶縁部材の周縁の異なる部分ではあ
るが、その密封は確保される。

またクリンプ力が罐に対して作用すると電池内
には、あるい液体圧および気体圧が発現されるこ
とがあり、それらの圧力が密封・絶縁部材の一般
的曲げたわみを生じさせることもある（第６図参
照）。

そのため、第１および２図に示したような放射
状のリブを、（大寸法の密封・絶縁部材に対し）
設けるのが好適である。従つて部材の曲げたわみ
特性を制御することができる。大きな直径の電池
については、非常に小さな高さの変化でも感知さ
れうることが認められている。放射状のリブは大
きな高さ変化を防止し、しかも前述の利点を何ら
削減しない。しかし、密封・絶縁部材の曲げたわ
みは、電池内に圧力が蓄積した場合には、破裂可
能膜（存在する場合）を介しての圧力解放排気を
確保して、電池から部材全体が飛び出さないよう
に制御できる。

工業用材料としてのポリプロピレンはナイロン
および鋼の熱膨張係数と比較して異なる熱膨張係
数を有することを主とした特性の差異の故にその
使用は一般に受けいれられなかつたという先行認
識にもかかわらず、またポリプロピレンは成形が
困難であるという先行知識にもかかわらず、我々
のポリプロピレンのホモ重合体および共重合体の
使用によつて密封ガルバーニ電池用の密封・絶縁
部材が得られ、しかしその場合に密封された電池
内における所定の内部圧において確実に破裂され
るような直径および厚さの特定な寸法を有する破
裂可能な膜を与えうることも発見した。

従つて、第１〜２図の電池膜２２および第３〜
４図の電池膜４０を考えた場合、密封・絶縁部材
１０または３１（あるいはその他の均等物）が射
出成形されるときには、その金型は、膜２２また
は４０の厚さをうまく制御できるように設計され
うる。これは、材料がポリプロピレンであるか、
ポリプロピレンとポリエチレンの共重合体である
場合に特にそうであり、プロプレン系材料のメル
トインデツクスは４〜30、好ましくは９〜14であ
る。

メルトインデツクスまたはメルトフローインデ
ツクスは、ポリプロピレンの平均分子量および溶
融粘度の指標である。低いメルトフローインデツ
クスをもつ樹脂は大きな靱性を与えるが、高いメ
ルトフローインデツクスをもつ樹脂は、良好な金
型充填を示し、短い成形サイクル時間および成形
製品の高光沢を与える。

ポリプロピレン材料およびその他の材料の特定
例を以下で説明する。

従つてポリプロピレンのホモ重合体および共重
合体は排気のための薄膜を成形するのに非常に実
用的であり、破裂線や特別設計の断面を与える必
要がなく、それでもなお圧力解放排気は確保され
る。

膜２２または４０の圧力解放破裂の場合には、
そのときにその排気通路を流れる電池成分物質の
いずれかによつてその通路が（２３または４１）
が塞がれないように充分に膜が破裂することはさ
らに望ましいと一般に考えられる。

第７図には本発明の別の一態様を示す。第７図
においては、本発明による密封・絶縁部材の中央
部７２が示されており、その中央部７２には、そ
の上面に下向きに伸びる凹部７４、およびその下
面に上向きに伸びる凹部７６が設けられている。
凹部７４の底部には栓部７８が設けられている。

前述のように、本発明によるガルバーニ電池中
へ集電体を配置する場合には、一般的に釘の形状
の集電体を電池頂部の密封・絶縁部材を貫通して
押し込む。その理由のため、また電池の一般的な
形状が集電体部材をその中央部に軸方向に配置す
るような形状であるので、凹部７４は密封・絶縁
部材８０の中央部に設けられる。しかし、集電体
部材が電池中に入れられるときに、その下端部は
凹部７４中に置かれ、次いでその集電体部材は電
池中へ下向きに押し込まれる。その場合の集電体
の通過は遅くても速くてもよく、プレス機のよう
な手段によつて行なわれるか、あるいはハンマー
で集電体を打ち込むことさえある。

集電体が凹所７４中に配置される前には、頂部
に密封・絶縁部材８０を有する電池は完全に密封
されていることは明かである。時には、一つの工
場でそのような電池を製造し、集電体や外装を付
けずにそれを他の工場へ輸送して最終製造工程を
別の場所で実施するのが望ましいことがある。い
ずれの場合にも、集電体を電池に装着するときに
は、密封・絶縁部材８０に突き通すことが必要で
ある。

過去において、電池頂部のガスケツト部材に集
電体部材を単に突き通すことが行なわれ、またガ
スケツト部材の下面の可成りの部分を電池中へ押
し込んだり、ガスケツト部材の下面の可成りの破
損を生じさせることが、しばしばであつた。しか
し本発明によれば、これらの望ましくない問題は
克服され、さらには集電体部材の周囲からの電解
液漏れが起こらないようにできる。

かくして、集電体部材は、凹所７４中へ堅く嵌
合するような寸法とされる。集電体の底が栓部７
８に接するとき、本発明によればその栓部７８が
単一の片として押し放され、電池中へ落下するよ
うになつているが、そのようにすることによつて
部材８０の下面には破損が生じないだけでなく、
非常に小さな栓の片７８以外は電池の内部へ押込
まれないようになる。

この特徴は、栓部７８の上側面を球体の一部分
のように成形することにより、すなわち、栓部７
８の断面における上側面に曲率半径が凸状に与え
られるようにすることにより、殊に達成される。
さらには、凹部７６の上側面８２は平坦状であ
り、また比較的鋭角８４で終つている。好ましく
はその平坦面８２を限定している角部８４は、凹
部７６の斜側面８６が栓部７８の上面の曲面に対
して実質的な正接線をなすように置かれる。

このようにすることによつて、栓部７４のきれ
ない剪断が行なわれうる。なんとなれば栓部７８
の上面の最外縁から平坦表面８２の最外縁に向け
て誘導破壊線すなわち応力集中線が存在するから
である。

この特徴は、密封・絶縁部材が以下に述べるよ
うなポリプロピレンのホモ重合体または共重合体
から成形された場合にも得られ、また比較的正確
に予期されうる。この特徴は、またプラスチツク
材料のいずれかの射出成形部材の設計が通常は応
力集中が回避されるべきであるような設計である
場合にも特に注意すべき点である。

本発明による密封・絶縁部材を成形しうる材料
の例としては下記のものがある。これらは充填材
を添加されても未添加であつてもよい。すなわ
ち、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピ
レン／ポリエチレン共重合体、ナイロン、ポリス
ルホン、ポリエチレンオキシドおよびアクリロニ
トリル・ブタジエン・スチレン三元重合体
（ABS）がその例である。

しかしポリプロピレン、およびポリプロピレ
ン／ポリエチレン共重合体は、ポリプロピレンの
メルトフローインデツクスが４〜30、殊に９〜14
である場合に、特に満足な結果を与えた。

例えば、アルカリ一次電池のいくつかの群を、
第１〜２図のものと実質的に同じ形状の密封・絶
縁部材であるが種々の材料から製造したものを用
いて組立てた。

一つの試験において、試料をナイロンから、ま
たシエル化学から販売されているポリプロピレン
ホモ重合体（shell SM 6100、SY6100または
5820）から作つた。（これらのポリプロピレンホ
モ重合体は、他の用途のうちで特にカーペツト等
で用いられるポリプロピレン系の製造がいられ
る）。ナイロンおよびシエル・ポリプロピレン
SM6100を用いた電池では、実質的に同じ長期か
つ高温貯蔵特性が得られたが、ナイロン製の密
封・絶縁部材を用いた電池は低温貯蔵後、および
低温から高温へのサイクリング後にはるかに高い
漏洩を示した。別の試験においては、その温度サ
イクリングの直後に衝撃および振動試験を行な
い、そしてすべての場合に放電試験を後続して行
なつた。すべての場合に、ポリプロピレン製の密
封・絶縁部材を有する電池は良好な特性を示し、
漏洩はほとんど認められず、殊にクリンプ領域で
の漏洩はほとんどなかつた。

これらの試験結果は、使用したポリプロピレン
部材（公称直径1.237インチ）がナイロン部材よ
りも約0.006〜0.010インチ直径において小さかつ
た点を考慮するとさらに評価されるべきである。

第３〜４図の一般形状のナイロン製およびシエ
ルSM6100ポリプロピレンホモ共重合体製の密
封・絶縁部材を用いた別の実験においても、同様
な結果が得られた。これらの電池はサイズ
「AA」の変形であつた。これらの実験において、
マイナス40℃での一週間の貯蔵後に、ナイロン製
密封・絶縁部材を備えた電池のうちの数個がクリ
ンプ部分で漏洩したが、ポリプロピレン製部材を
備えた電池のいずれも漏洩を示さなかつた。さら
に極端な温度サイクリング（マイナス40℃からプ
ラス71℃へのサイクリング；毎日１回ずつ１週
間）の後には、ナイロン製密封・絶縁部材の備え
た電池の多くがクリンプ部でまたは排気孔を介し
ての漏洩を示したが、ポリプロピレン製部材を有
する電池についがはわずかのものがクリンプ部の
漏洩を示したに過ぎない。

さらに別の試験においては、種々の異なるポリ
プロピレンのホモ重合体および共重合体を用い
た。それらの中には、前記と同じシエルSM6100
ポリプロピレンホモ重合体と、シエル5550、5820
およびSY6100ホモ重合体、ならびにハーキユリ
ーズ6523および6323ホモ重合体、ハーキユリーズ
7523共重合体（ポリエチレンとの共重合体）が含
まれていた。これらの試験において用いた電池は
サイズ「Ｄ」のものであり、第１〜２図の一般形
状の密封・絶縁部材を備えたものであつた。試験
では、殊に９〜14の範囲のメルトフローインデツ
クスをもつポリプロピレンを用いて作つた電池
は、長期高温貯蔵後または温度サイクリング後
に、非常に低いか非常に高いメルトフローインデ
ツクスをもつ他のポリプロピレンを用いた電池よ
りも、はるかに良好な漏洩抵抗特性を示すことが
判明した。

さらに、すべてのそのような電池の排気圧力
は、膜２２の膜厚が0.005ないし0.0055または
0.006インチであるときには280psi〜425psiの範囲
となること、メルトフローインデツクスが約９〜
14のポリプロピレン製密封・絶縁部材を有する電
池については排気圧力は約340〜350psiであるこ
とが判明した。

シエルSM6100ポリプロピレンホモ重合体の引
張降伏強度は23℃において5100psiであり、破断
伸率は10％である。

ポリプロピレンのホモ重合体および共重合体か
ら成形された密封・絶縁部材のすべては、成形後
にアニールしてから電池に組込んだ。そしてすべ
ての電池は玉縁および集体体の周囲に標準的なシ
ーラントを施して構成した。

前述のようにポリプロピレン、およびポリプロ
ピレンとその他の材料の共重合体はガラス充填剤
を配合してよいが、一般的にはそのような充填剤
を用いなくてもよい。いずれにしてもそのような
充填剤はマンガンアルカリ電池のようなガルバー
ニ電池の電解液物質ならびにジメチルエーテルの
ような物質に対して不活性であるので、そのよう
な充填剤はリチウム・二酸化マンガン電池等のそ
の他のガルバーニ電池において使用できる。

ポリプロピレンの熱膨張係数が、ナイロンの熱
膨張係数よりも鋼の熱膨張係数からかけ離れてい
るのにもかかわらず、ポリプロピレンのホモ重合
体または共重合体から成形された密封・絶縁部材
がナイロン製の部材と同一の形状であるときに
は、電池は良好な性能（殊に苛酷な温度サイクリ
ングの後に）を示す。

さらに本発明によれば、いずれの密封・絶縁部
材（殊にポリプロピレンのホモ重合体および共重
合体製のもの）の中央部にいく分かの曲げ変形が
与えられるだけでなく、そのような部材の周縁部
でも曲げ変形が与えられるようになつている。さ
らには、すべての場合に部材の周縁部の少なくと
も一部は、罐に成形された玉縁の上に部材を所定
位置に保持するクリンプによつて、弾性限界を越
える応力を受け、そして部材の周縁部のその他の
部分は弾性限界を越える応力を受けないようにな
つている。

密封・絶縁部材に薄い膜が成形付与されている
と電池内の圧力が所定の限界値に遠したときに電
池の排気放出がなされるように電池を構成でき
た。そのような膜は、ポリエチレンのホモ重合体
および共重合体（殊に９〜14のメルトフローイン
デツクスを有するもの）から容易に成形された。

さらには、クリンプ力および部材の周縁部での
応力勾配によつて電解液漏洩に対する保全性が確
保されるので罐および／または成形部材の可成り
の寸法変動が許容される密封・絶縁部材が与えら
れる。

ガルバーニ電池用密封・絶縁部材の中央部の形
状としては、集電体、外装およびキヤツプを有し
ない薬品のみを充填した電池を一個所で一時に作
ることができ、そして集電体、外装およびキヤツ
プを有する電池の他の場所で異なる時に最終組立
てしても、集電体の周囲からの電解液漏洩がな
く、しかも密封・絶縁部材を貫通して集電体を押
し込んでもその部材を破損しないものが本発明に
より提供される。なんとなれば、本発明は、集電
体を入れる凹部の底が栓状体として取り除かれ、
そしてその栓状体の寸法および形状を正確に予期
設計できるようにしたからである。

密封ガルバーニ電池を組立てる時、罐の頂部周
囲にクリンプ（ひだ）を形成するクリンプ力は、
そのクリンプが維持されるような力である。すな
わち、クリンプ加工操作が完了し、電池罐をクリ
ンプ加工ダイスから取り外したときに、クリンプ
部の永久変形がなされていて、密封・絶縁部材の
プラスチツク材料に対してクリンプ力が与え続け
られるような状態になつている。密封・絶縁部材
の寸法を適正化することにより、一部分は弾性限
界を越える応力を受け、一部分は弾性限界を越え
る応力を受けないような応力分布を確保すること
ができる。従つて、温度サイクリング、高度放
電、極性反転接続または若干の場合の充電の際中
またはその後における電解液漏洩に対する電池の
保全性が確保される。さらには、密封・絶縁部材
の曲げたわみ（罐の底に関して上向きまたは下向
き、あるいはクリンプおよび玉縁において内向
き）がクリンプ力または温度変化により起こりう
るが、そのような曲げたわみは、本発明の密封・
絶縁部材によれば許容される。

従つて、密封・絶縁部材の寸法および／または
罐の寸法の誤差許容度が広くなる。それは部材の
直径および高さ、あるいは罐の玉縁の上の高さと
の関係において当てはまる。

密封・絶縁部材のクリンピングのときの応力解
放、従つて応力勾配の発生は、成形後の部材を金
型から突き出した後の冷却サイクルに続いてアニ
ールすると一層大きくすることができる。かくし
て部材の周縁領域において少なくとも一部分が弾
性限界を越える応力を受けそして少なくとも他の
一部分が弾性限界よりも可成り低い応力を受け
て、密封の保安性が確保されるようにできる。最
後に、ポリプロピレンのホモ重合体および共重合
体（例えばシエルSM6100が好ましい）を用いる
場合には、本発明による密封・絶縁部材の製造コ
ストおよび購入コストの低減が可能である。

上記に例示した以外の態様および材料も、もち
ろん使用でき、そして上記以外のガルバーニ密封
電池類についても本発明を利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による密封・絶縁部材の一例の
平面図である。第２図は第１図の２′−２′線にお
ける断面図である。第３図は本発明による密封・
絶縁部材の別の一例の断面図である。第４図は第
３図の部材をガルバーニ電池罐の頂部へクリンプ
により密封したものの断面図である。第５図はク
リンプ固定後の密封・絶縁部材における応力分布
を示す断面（部分）図である。第６図は本発明に
よる典型的な密封・絶縁部材に適用および許容さ
れる物理的形状の変化を示す断面図である。第７
図は本発明による密封・絶縁部材の中央部の特殊
な設計を示す拡大（部分）断面図である。 密封・絶縁部材……１０，３１、中央部……１
２，３４、周縁部……１４，３２、排気膜……２
２，４０、カソード……４４、玉縁……４６。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アノード；カソード；およびその中に電池の
   主要部品が配置されるほぼ円筒状の罐状部材であ
   つて、閉じた底端部と開口頂端部とを有し、かつ
   その頂端部付近に形成された内向きに伸びている
   玉縁を有する罐状部材；を有する円筒状の密閉ガ
   ルバーニ電池において、 該カソード罐状部材の頂端部にはさらに密封お
   よび絶縁用の部材を有し、該部材は罐状部材の上
   縁に形成されたひだ（クリンプ）によつて該罐状
   部材に密封関係に保持されており、罐状部材の該
   上縁は該密封・絶縁部材の上部周縁上に伸長して
   おり、該密封・絶縁部材はその上面および下面の
   少なくとも一方における周縁に形成された円形リ
   ブを有しており、 該密封・絶縁部材には、周囲部分の材料よりも
   大きな厚さを有し、断面が周縁において最も薄い
   一体に成形された栓部分によつて区切られている
   下向きに伸びている凹部を有する中央に配置され
   た部分が形成されており、該栓部分の下側は、平
   らな上面と下向き及び外向きに広がつている側面
   とを有する上向きに伸びている凹部において終わ
   つており、該上向きに伸びている凹部の該平らな
   上面の直径が該下向きに伸びている凹部の直径よ
   りも大きいことを特徴とする前記電池。 ２ 該栓部分の上面がある曲率半径を有し、該上
   向きに伸びている凹部は、その側面の広がりが該
   栓部分の上面の曲面に対して実質的に正接状であ
   るように形成されている特許請求の範囲第１項記
   載の電池。 ３ 該密封・絶縁部材は、その部材に対して電池
   罐の上縁をクリンプとして押し付けているクリン
   プ力が部材の中央部の高さを罐の底に関してわず
   かに変化させるように成形されている特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の電池。 ４ 集電体部材が該密封・絶縁部材の中央部を貫
   いてアノード中まで伸びており、そして密封・絶
   縁部材はその集電体部材が貫通するところ及び周
   縁リブのところ以外の少なくとも１部分において
   他の部分よりも小さい厚さに成形されていて密封
   ガルバーニ電池内の圧力が所定の値に達した場合
   に破裂しうる排気部位をなすように成形されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の電池。 ５ 密封・絶縁部材の周縁リブは少なくともその
   上面に形成され、複数の放射状リブが密封・絶縁
   部材の少なくとも上面に、中心位置ハブから周縁
   リブに放射状に成形されており、そして破裂可能
   な排気部分が一対の放射状リブの間に配置されて
   いる特許請求の範囲第４項記載の電池。 ６ 密封・絶縁部材の材料が、ポリプロピレン及
   びポリプロピレンとポリエチレンとの共重合体か
   らなる群から選択され、そのポリプロピレンのメ
   ルトフローインデツクスが４〜30である特許請求
   の範囲第１項又は第４項記載の電池。 ７ 密封・絶縁部材は少なくともその上面に周縁
   リブが形成されており、また複数の放射状リブが
   少なくともその上面において中心位置ハブから周
   縁リブにかけて形成されている特許請求の範囲第
   １項又は第４項記載の電池。 ８ 密封・絶縁部材の周縁リブは少なくともその
   上面に形成されており、複数の放射状リブが密
   封・絶縁部材の下面に中心位置ハブから周縁リブ
   に放射状に成形されており、そして破裂可能な排
   気部分が一対の放射状リブの間に配置されている
   特許請求の範囲第４項又は第５項記載の電池。 ９ 密封・絶縁部材の周縁部の厚さ方向の少なく
   とも第１の部分はその材料の弾性限界よりも大き
   な量の応力をクリンプによつて与えられており、
   また該部材の周縁部の厚さ方向の少なくとも第２
   の部分はその材料の弾性限界よりも小さな量の応
   力をクリンプによつて与えられており、該弾性限
   界を超える応力を受ける部分が該部材の周縁の頂
   部又は底部である特許請求の範囲第１項又は第４
   項記載の電池。