JPH11213978A - 防爆型電気素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】有底筒状の缶内に防爆の機能を有する溝状薄肉
部を設け、作動圧力の作動誤差を軽減し、かつ作動後の
破断形態が人体に対して安全である。 【解決手段】溝状薄肉部の少なくとも３本の溝状薄肉部
が交差する交差裂壊部を缶底部の略中心部に設置し、そ
の交差裂壊部から内圧により外部へ変形する缶底片の変
形支点部に略直線状の溝状薄肉部を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は渦巻状電極群を収納
した電気素子（コンデンサ，電池）の収納缶に係るもの
であり、特にその防爆構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の防爆型電気素子において
は、素子の異常動作による異常昇温や、使用の際誤って
火中に投入した場合などにより、素子の爆発による飛散
を防止するために、缶底部に溝状薄肉部を設けて爆発に
いたる以前に、缶内の圧力を開放して素子の安全性を高
める案が提案され、実施されている。この缶底溝状薄肉
部の形状としては、十字形（実公昭51−3376号公報）
変形Ｉ字形（実公昭61−30276号公報）Ｃ字形（特
開平2−281552号公報，特開平9−115497 号公報）等が
提案されている。

【０００３】これらの方法は、缶内の圧力が増した場
合、その圧力により缶底部が外側に膨らむように変形
し、その変形による缶底部の引っ張り力によって、缶底
部に設けた溝状薄肉部を破壊することにより、缶内圧力
を開放しようとするものである。このため、圧力を開放
する設定圧力値は溝状薄肉部の薄肉厚みの精度に依存す
る。ところがアルミ製の缶径がΦ５４で缶底部の厚みが
１.０ ミリの缶の場合を例にとると、この缶底部の薄肉
厚みの０.０１ ミリは缶内圧力１気圧の設定圧力差に相
当する。

【０００４】しかしこの溝状薄肉部の成形はプレス成形
によるため、厚み精度を０.０１ ミリのレベルで管理す
ることは容易でなく、作動圧力の誤差が大きいという問
題があった。

【０００５】また、缶底変形部の変形は、外側への変形
支点が定まっていないため溝状薄肉部により切開された
缶底の切開片の変形力が不安定であり、それにより設定
開放圧力に誤差を生じるという問題点があった。

【０００６】さらに、缶底に溝状薄肉部を設ける場合、
薄肉部が腐食に対して弱点部になるという問題点があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とする
ことろは、プレスによる薄肉部の形成によっても、作動
開放圧力の作動誤差が少ない缶底部溝状薄肉部、また、
内圧による缶底変形が内圧に対して安定した変形量を確
保できるような缶底部溝状薄肉部、また、防爆機能を損
なわずに、腐食に対してより耐性のある缶底部溝状薄肉
部、を有する防爆型電気素子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載の防爆型電気素子にあって
は、有底筒状の缶内に、渦巻状の電極群を収納した電気
素子（コンデンサ，電池）であって、同缶底に溝状薄肉
部を設けた防爆型電気素子において、同溝状薄肉部の少
なくとも３本の溝状薄肉部が交差する交差裂壊部を缶底
部の略中心部に設置し、その交差裂壊部から内圧により
外部へ変形する缶底片の変形支点部に略直線状の溝状薄
肉部を設けた。

【０００９】また、請求項２に記載の防爆型電気素子に
あっては、請求項１に記載の防爆型電気素子であって、
交差した溝状薄肉部の各溝状薄肉部の薄肉厚みを、０.
０５〜０.３ミリの溝と、０.１〜０.８ミリの溝に厚み
を変えて設けた。

【００１０】また、請求項３に記載の防爆型電気素子に
あっては、請求項１に記載の防爆型電気素子であって、
溝状薄肉部の薄肉厚みを、交差部を０.０５〜０.３ミリ
とし、円周に近づくに従って厚くした。

【００１１】また、請求項４に記載の防爆型電気素子に
あっては、有底筒状の缶内に、渦巻状の電極群を収納し
た電気素子（コンデンサ，電池）であって、同缶底に溝
状薄肉部を設けた防爆型電気素子において、同溝状薄肉
部長さ方向の略中心部部に１点、もしくは、同長さ方向
に複数点、溝状薄宍部を横断するように幅０.１ 〜２.
０ミリの溝未成形部、もしくは０.３ミリ以上の肉厚を
有する幅０.１〜２.０ミリの薄肉部を設置した。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明になる防爆型電気素
子について、実施例により詳細に説明する。

【００１３】図５は本発明になる電池缶を使用した、Ｌ
ｉイオン２次電池を示すものであり、図中１３は缶底部
１９に溝状薄肉部を設置した電池缶である。缶の径はΦ
５４で、缶胴部の肉厚は０.８ミリである。缶底部の肉
厚は１.０ミリであり材質はＡｌＡ３００３材である。
缶の成形はインパクト成形で行っている。１４は安全装
置たとえば防爆弁を装着した電池缶の蓋であり、同時に
この蓋は電池のプラス極となっている。１５はシート状
に成形された正極，負極をセパレータを介して対向する
ように挟み、渦巻き状に捲回された電極群であり、１６
はその電極群の軸棒である。

【００１４】１７は電極群から引き出された正極タブで
あり、これは抵抗溶接により蓋１４に溶接接続されてい
る。１８は同様に電極群から引き出された負極タブであ
り、抵抗溶接により缶底部に溶接接続されている。缶に
捲回体を収納した後、電極タブを接続して、内部に電解
液を注入したのち、蓋１４により電池缶を封止する。

【００１５】電池が、内部短絡等何らかの原因により異
常昇温したり、あるいは誤って電池を火中に投入するよ
うな操作が行われた場合、缶内の内圧は通常の圧力より
も急激に上昇し、場合によっては爆発発火の事態に到
る。このため電池の安全を図るために、電池側では蓋１
４にたとえば５気圧で内部圧力を開放する弁を設けて、
缶内圧力が５気圧に到った時点で、缶内圧力を開放する
構造の電池が実用されている。

【００１６】しかし蓋１４は防爆弁の設置スペースの制
約等制約条件が大きいため設置できる防爆弁は小型にな
り、缶内圧力の上昇が早く内容物の噴出量が大きい場合
は蓋１４の防爆弁のみでは排出できず、缶の爆発、もし
くは電池の飛散を招く恐れがある。このため、蓋１４に
防爆弁を設置できない素子（コンデンサ，電池）、ある
いは容量の大きな素子（コンデンサ，電池）は蓋部に加
えて、缶底部１９、もしくは缶底部１９のみに防爆弁を
設置しているものが多い。

【００１７】図１は、本発明になる溝状薄肉部を設置し
た電池缶の缶底部１９である。缶底には１の溝状薄肉部
が一本、２の溝状薄肉部が二本、３の溝状薄肉部が一本
の計４本の溝状薄肉部がプレスにより成形されている。

【００１８】図３は、それぞれ溝の断面を示すものであ
り、（ａ）は溝１の断面で、薄肉部７の厚みは０.１ミ
リ、（ｂ）は溝２の断面で、薄肉部８の厚みは０.３ミ
リ、（ｃ）は溝３の断面で、薄肉部９の厚みは０.５ミ
リである。

【００１９】図１において、４は溝状薄肉部１，２の交
差部であり、図２は交差部４の拡大図である。

【００２０】図４は交差部４の断面図である。缶の内圧
が上昇すると、缶胴部は缶径の増大方向に膨れ、また缶
底では缶外へ凸の変形が生じる。本実施例の場合は、缶
内圧１５気圧で径方向で０.０１ ミリの変形量がみら
れ、缶底部については、缶中央部で略１.４ ミリの変形
が見られた。缶底部の変形は、缶底中央部を変形最大点
にして、周部に向かって弧状に膨れる。

【００２１】缶底溝状薄肉部１は缶底中央部より９ミリ
の点を中心にして、半径１５ミリの弧を、同弧中心と缶
底中心を結ぶ線を挟んで対称に円弧を描くように成形さ
れている。このように成形すると、円弧は缶底中央部よ
り６ミリの距離を置いて成形される。これは缶内の捲回
軸１６の径はΦ１０であり、その缶底部での接触部に缶
底溝状薄肉部が交差することを避けるためである。また
同溝状薄肉部１の薄肉部の厚みは円弧頂点部を０.１ ミ
リとし、缶底円周部に近づくにつれて厚くしてあり、溝
端部で０.５ ミリの厚みにしてある。

【００２２】また溝状薄肉部１と溝状薄肉部２の交差部
４には、溝状薄肉部１に直角に横断するように幅１ミリ
の溝未成形部を設置してある。

【００２３】この半円の中心から缶中央部を通る中心線
と溝状薄肉部１(以下、溝と称する)との交点を起点に、
同中心線から左右に４５°の角度で長さ１２ミリの第二
の溝状薄肉部２（以下、溝と称する）が成形されてい
る。この溝部の厚みは０.３ ミリとしている。また前記
溝状薄肉部１の円弧中心を通り円弧中心と缶底中心とを
通る線と垂直に長さ２３ミリの第三の溝状薄肉部３を成
形した。この溝状薄肉部３の溝部の厚みは０.５ ミリと
した。

【００２４】缶内の圧力が高まり、缶底部の変形が起こ
り始めると、変形は缶底部の中心から徐々に外部に膨ら
み始める。この膨らみの変形量はほぼ缶内圧力に比例し
ている。交差部４は缶底の略中心部であり、また溝１と
溝２の交差部であるため、缶底の変形応力はこの部分に
集中し、また溝１と溝２の切れ込みのためこの部分がも
っとも変形量が大きくなる。

【００２５】膨らみがある一定の値（本例では１０気
圧）に達すると、交差部４の横断溝未成形部交差部に亀
裂が入り始める。この横断溝未成形部の交差部４の幅は
プレス金型により精密に（±０.０２ミリ ）成形される
ので缶底変形量に対する横断溝未成形の交差部４の亀裂
発生を缶内圧に対して一定に管理できる。すなわち設定
圧力値に対して亀裂発生の時期を精度よく管理可能であ
る。

【００２６】このため従来のように缶底薄肉部の厚み精
度により破壊圧力を管理する場合に比べて、設定値に対
する誤差を極めて小さくすることができる。従来の方法
ではその設定圧力の管理は薄肉部の厚み精度のみに依存
していたため、プレスの加工精度の限界よりその誤差が
比較的大きかった。

【００２７】さらに缶内圧力が高まり変形量が大きくな
ると、亀裂は溝の底部に達し、その点を起点にして左右
の薄肉部を裂壊し始める。この時、溝１と溝２の薄肉部
の厚みが、溝１は０.１ミリであり、溝２は０.３ミリで
あるため、亀裂は溝１の方向に走っていく。この時缶底
部６ｂの変形は、溝状薄肉部３を中心として、外側に変
形する。このように溝状薄肉部３を設けたことによっ
て、缶底部６ｂの変形は溝１と溝３により規定される形
状により、変形は幾何的に規定される。

【００２８】このため変形力に対する変形量が安定し、
内圧に対する変形誤差が極めて小さくなる。亀裂は溝１
の方向に走るため、缶内圧の上昇による缶底の裂壊は溝
３を支点として缶底部１６ｂが先に外側にめくれる。こ
のとき缶底部１６ｂのめくれ部は半径１５ミリの弧状を
しているため、電池体本体より外部に突出しても、人体
に対して安全である。

【００２９】また、溝部は厚みが薄いため、腐食に対し
て弱点部となる。缶内圧１５気圧で圧力を開放するため
には、本例では薄肉部の厚みは０.１ ミリである必要が
ある。溝１は裂壊部であるため、缶内圧力１５気圧で圧
力を開放するためには、この部分の薄肉部の厚みは０.
１ミリに設定しなければならない。

【００３０】しかしながら、材質がアルミであり、肉厚
が０.１ ミリとなると腐食に対して問題がある。このた
め、この溝状薄肉部に対しては樹脂コーディングを施し
たり、塗料を塗布したり、また保護皮膜で覆う等の対策
がなされているが、本例では最弱部を、裂壊に必要な裂
壊部４にのみにして、同領域を最小限の狭い領域に限定
しながら、なおかつ１６ｂ部のめくれをスムースに行う
ことを妨げないように、交差部４の薄肉厚を０.１ ミリ
として、同部から缶円周部の方向へ肉厚を徐々に増し溝
端部で０.５ミリとなるように溝１の深さに傾斜を設け
た。

【００３１】なお、溝１と溝２の交差部４に形成してあ
る、溝１に直角に横断する幅１ミリの溝未成形部の形状
としては、図４の（ｅ）（ｆ）に示してあるような、半
溝形状，三角形状を採ってもよい。たとえば（ｆ）の形
状であれば、プレス型に対して型負荷の小さい形状とす
ることができる。

【００３２】また、溝未形成部の設定箇所としては、本
例のように、溝交差部４のみでなく図４に示す４ｂのよ
うに、溝１に多数個設置してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
有底筒状の缶内に、渦巻状の電極群を収納した電気素子
（コンデンサ，電池）の缶底に溝状薄肉部を設けた防爆
型電気素子において、同溝状薄肉部の少なくとも３本の
溝状薄肉部が交差する交差裂壊部を缶底部の略中心部に
設置し、その交差裂壊部から内圧により外部へ変形する
缶底片の変形支点部に略直線状の溝状薄肉部を設けたこ
とにより、缶底破裂片の変形力と変形量との関係が安定
し、防爆弁の作動圧力の誤差を小さくすることができ
る。

【００３４】また、交差した溝状薄肉部の各溝状薄肉部
の薄肉厚みを、０.０５〜０.３ミリの溝と、０.１〜０.
８ミリの溝に厚みを変えて設けたことにより、破断した
ときの破断の方向を一定の方向のみに限定することがで
き、めくれる部分を操作することができる。これにより
めくれる部分の形状のＲを大きくとることにより、素子
破壊後も素子により身体を傷つける危険性を少なくする
ことができる。

【００３５】また、溝状薄肉部の薄肉厚みを、交差部を
０.０８〜０.３ミリとし、円周部に近づくに従って０.
５ ミリ〜板厚みまで厚くしたことにより、腐食に対し
てより耐性を強めることができる。

【００３６】また、溝状薄肉部の交差裂壊部を缶底部の
略中心部に設置し、同裂壊部に１点、同裂壊部を半径方
向に横断するように幅０.１〜２.０ミリの未薄肉部、も
しくは０.３ ミリ以上の肉厚を有する幅０.１〜２.０ミ
リの薄肉部を設置し、あるいは同裂壊部および同裂壊部
より円周方向に伸びる溝状薄肉部の各溝に１個以上の幅
０.１〜２.０ミリの未薄肉部、もしくは０.３ミリ以上
の肉厚を有する幅０.１〜２.０ ミリの薄肉部を設置し
たことにより、缶底防爆弁の作動圧力値の誤差を小さく
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による防爆型電気素子の缶底部
を示す図。

【図２】図１の同缶底部の溝状薄肉部が交差する部分の
拡大図。

【図３】図１の溝状薄肉部の断面図。

【図４】本発明の溝状薄肉部が交差する部分に設置され
た未薄肉部の断面図。

【図５】本発明による防爆型電気素子である防爆型電池
の一実施形態を示す正断面図。

【符号の説明】

１，２，３…溝状薄肉部、４…交差部、４ｂ…溝状薄肉
部に設けられた、未薄肉部、５，１３…電池缶、６…缶
底、６ｂ…缶内圧によりめくれ上がる、缶底破断部、
７，８，９…薄肉部、１０，１１，１２…溝状薄肉部交
差部の未薄肉部の断面部、１４…蓋、１５…電極群、１
６…捲回軸、１７…正極タブ、１８…負極タブ、１９…
缶底部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有底筒状の缶内に、渦巻状の電極群を収納
   した電気素子（コンデンサ，電池）であって、同缶底に
   溝状薄肉部を設けた防爆型電気素子において、同溝状薄
   肉部の少なくとも３本の溝状薄肉部が交差する交差裂壊
   部を缶底部の略中心部に設置し、その交差裂壊部から内
   圧により外部へ変形する缶底片の変形支点部に略直線状
   の溝状薄肉部を設けたことを特徴とする防爆型電気素
   子。