JPH11250875A - 電気化学電池用高圧シール - Google Patents

電気化学電池用高圧シール

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JPH11250875A
JPH11250875A JP10303465A JP30346598A JPH11250875A JP H11250875 A JPH11250875 A JP H11250875A JP 10303465 A JP10303465 A JP 10303465A JP 30346598 A JP30346598 A JP 30346598A JP H11250875 A JPH11250875 A JP H11250875A
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grommet
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metal support
wall
electrochemical cell
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JP10303465A
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Marian Wiacek
ウイアチェク，マリアン
Robert A Yoppolo
エー． ヨッポロ，ロバート
Robert Joseph Payne
ジョセフ ペイン，ロバート
Boris Falczuk
ファルチュク，ボリス
Peter J Pope
ジェームス ポープ，ピーター
Vance Rogers Shepard
ロジャース シェパード，バンス
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Duracell International Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 亜鉛のアノードに水銀を殆んど含まないか又
は全く含まない電池のように、内圧が高くなる円筒形ア
ルカリ電池(セル)に好適なシールを提供する。 【解決する手段】 上表面、下表面、周縁から上向きに
立ち上がった周壁37、中央孔25を有し、電池ケースの開
口内へ密に嵌まる様な直径の円形合成樹脂製グロメット
30と、中央に設けた平板状部41にバネ手段45、46、47と
孔43を形成した金属製支持部材40とを有する、電気化学
電池ケース10の開口端に取り付けるためのシールに於
て、平板状部41には中央の平板状部41に環状凹部42を形
成することによって構成した強化手段を配備しており、
該強化手段は、金属製支持部材40が前記グロメット30の
周壁37内へ同軸上に配置され、バネ手段45、46、47が内
向き、半径方向の圧縮力を受ける状態におかれたとき
に、支持部材40の中央が上向きに動くことを遅らせるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、電気化学電池のケース
の開口端部を封口するシールに関する。具体的には、亜
鉛のアノードに水銀を殆んど含まないか又は全く含まな
い電池のように、内圧が高くなる円筒形アルカリ電池
(セル)に好適なシールに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】円筒形
アルカリ電池の密封方法として、シール(例えば、米国
特許第４６７０３６２号に開示されたシール)を、セル
ケース上部の開口端部の直下に形成されたビードの上に
載せ、ケースの上端部を内向きにクリンプしてシールの
外周部に被せて、ビードに押し付けるようにしたものが
ある。このビードクリンプ法の他に、シールを径方向に
クリンプする(radially crimping)方法がある。この方
法は、一般的には、密封性能がさらにすぐれている。こ
のクリンプ方法では、セルケース壁の開口端の一部を拡
大している。シール部材は拡大開口部の中に密着して嵌
められる。シール部材は金属の円板を含んでおり、該円
板はプラスチックのグロメットの環状外壁内に密着状態
で嵌められる。 ケースの拡大部分を縮めて元の大きさ
に戻すと、半径方向の力が働いて金属円板はグロメット
の壁に食い込む。
【０００３】米国特許第３０６９４８９号は、上述した
シールと同様に、半径方向にクリンプしたシールを開示
している。この特許は、圧縮力を受けている間、シール
領域から流出するプラスチック材料の全量を最少にする
ためには、プラスチックのグロメットは低温での流れ特
性(cold-flow characteristics)が良好な材料から作ら
れなければならないと記載している。この特許には、上
述のシールは数か月に亘ってその完全な密閉状態を維持
できたことを記載している。しかし今日では、アルカリ
電池は少なくとも５年間、密閉状態を維持しなければな
らない。このように、半径方向でクリンプするシール
は、流れ特性の低い材料を使用しても、長い期間では流
出が起こり、シールの有効性が損なわれる不都合があ
る。
【０００４】アルカリ電池のシールは、一般的には、所
定の圧力に達すると開口し、ガス逸散の通気孔となるよ
うに設計された部分を設けている。なお、所定の圧力に
達しても開口しなかった場合、さらに高い圧力が加わる
と、シールはセルケースから外れるようになっている。
この圧力はクリンプ解除圧力(decrimping pressure)と
称される。このクリンプ解除圧は、一般的には、通気孔
を形成する圧力よりも十分高くなるように設計されてお
り、必ず通気孔が先に形成されるようにしている。水銀
の含有量が少ない電池の場合、現在市販されている電池
よりもかなり内圧が高くなる。従って、水銀含有量の少
ない電池の場合、ガス逸散の通気孔を形成する部分は、
高い内圧に対応することができるだけでなく、それより
も更に高い圧力に達してもクリンプ状態を維持できるよ
うな構造にせねばならない。本発明は、シールを径方向
にクリンプする方式のセルにおいて、シールの信頼性を
高めることを目的としており、具体的には、金属製支持
部材(40)の中央の平板状部(41)にバネ手段を形成して、
温度変動後でも高い内圧を維持できるシールを提供する
ことを目的としている。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明の電気化学電池用高圧シ
ールは、円板状部(31)、該円板状部(31)の周縁から上向
きに立ち上がった周壁(37)、円板状部(31)の中央のボス
部(32)に開設された中央孔(25)を有し、電池ケースの開
口内へ密に嵌まる様な直径の円形合成樹脂製グロメット
(30)と、中央に設けた円板状部(41)、該円板状部(41)の
周縁に形成したバネ手段と、円板状部(41)の中央に開設
された孔(43)を有する金属製支持部材(40)とを有する。
金属製支持部材(40)の円板状部(41)には、円板状部(41)
の中央に環状凹部(42)を形成することによって構成した
強化手段を配備しており、該強化手段は、金属製支持部
材(40)が前記グロメット(30)の周壁(37)内へ且つグロメ
ット(30)と同軸上に配置されて、バネ手段が内向き、半
径方向の圧縮力を受ける状態におかれたときに、金属製
支持部材(40)の中央が上向きに動くことを遅らせるもの
であり、金属製支持部材(40)の孔(43)とグロメット(30)
の孔(25)を貫通する集電体(50)を備え、集電体(50)は、
グロメット(30)と金属製支持部材(40)を共に保持するリ
ベットを備えており、該リベットは、軸の一方の端部近
傍にフランジ(53)、軸の他方の端部にリベットヘッド部
(54)を設けており、フランジ(53)はボス部(32)の下表面
に当接し、リベットヘッド部(54)は金属製支持部材(40)
の上表面に押し当てて形成され、金属製支持部材(40)と
ボス部(32)を軸方向に押圧することによって、集電体(5
0)は、金属製支持部材(40)と機械的かつ電気的に接触す
るとともに、金属製支持部材(40)とグロメット(30)を一
体化してフランジ(53)とボス部(32)の間を緊密に密閉し
ている。
【０００６】
【作用及び効果】強化手段は、金属製支持部材(40)が前
記グロメット(30)の周壁(37)内へ同軸上に配置され、バ
ネ手段(45、46、47)が内向き、半径方向の圧縮力を受け
る状態におかれたときに、支持部材(40)の中央が上向き
に動くことを遅らせる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１において、円筒形のセルケー
ス(10)には円筒形の壁(12)が設けられ、該壁(12)は、下
部に閉端部(14)、上部に開端部(16)を有しており、開端
部(16)は拡大部(段部)(18)を形成している。“ＡＡ”サ
イズの電池では、拡大部(18)の直径はケースの本体部の
直径よりも約0.51mm大きい。“Ｃ”や“Ｄ”のように
“ＡＡ”よりも大きいサイズの電池では、拡大部は約0.
76mm大きい。“Ｃ”や“Ｄ”のように大きめの電池で
は、ケース(10)の壁の厚さは約0.3mmとするのが望まし
く、“ＡＡ”や“ＡＡＡ”のように小さめの電池では、
壁の厚さは約0.25mmとするのが望ましい。ケース(10)
は、冷間圧延鋼、ステンレス鋼又はニッケルめっきした
冷間圧延鋼等の適当な材料から作られる。拡大部(18)の
高さは、上端部(22)がシール部材の周囲に折り曲げるこ
とができるように十分な高さとしている。
【０００８】本発明の実施例を図２乃至第８図に示して
いる。この実施例は“Ｃ”や“Ｄ”のように大きめの電
池に使用することを目的として設計されている。“Ａ
Ａ”やそれよりも小さなサイズの電池に関しては、第９
図を参照して説明するように、少し変更を加える必要が
ある。図２を参照すると、一体に組み立てたシール組立
体(24)は、プラスチックのグロメット(grommet)(30)と
金属の支持部材(40)を備え、これらはリベット型の集電
体(50)によってしっかりと保持されており、集電体(50)
と電気的に接触して負極端子となる端子部材(60)を備え
ている。端子部材(60)と集電体(50)との電気的接触は、
直接的に接触してもよいし、或はまた、図示の如く金属
支持体(40)との物理的接触を通じて間接的に接触させて
もよい。端子部材(60)は、グロメット(30)の周壁(39)を
内向きに曲げて、該端子部材(60)の周囲に被せることに
よってシール装置の中で保持される。
【０００９】図３(Ａ)及び図３(Ｂ)を参照すると、金属
支持体(40)は、円板状部(41)の中央に環状の凹部(42)を
形成し、中心に孔(43)を形成している。凹部(42)は金属
支持板(40)を強化、リブとなり補助手段としての役割を
果たし、特に、径方向のクリンプ加工を行なう間、円板
状部(41)が外方に片寄らないようにする。凹部(42)の直
径は、円板状部(41)の直径の半分以下である。
【００１０】好ましい実施例に於て、円板状部(41)の外
縁に、環状のＵ字状溝(45)を外向きに突設している。溝
(45)はバネとして機能するもので、径方向にクリンプ加
工を行なう際、その一部は圧縮されている。従って、セ
ル完成品が熱的変動を受けても、溝(45)は拡大又はさら
に圧縮するから、外方に向けて密封しようとする圧力は
常に一定に保たれる。Ｕ字型の溝(45)は内壁(46)と外壁
(47)から構成される。フランジ(48)は外壁(47)の上部か
ら外向きに突出している。クリンプ加工後のセルに於
て、グロメット(30)の一部を径フランジ(48)とケース(1
0)の拡大部(18)の間に押し込むことにより密閉状態が形
成される。フランジ(48)の直径はクリンプ加工後のセル
の内径よりも小さくしており、間に挿入されたグロメッ
ト(30)の一部を支持体が突き破ることのないようにして
いる。
【００１１】Ｕ字型の溝(45)の真の半径は、図３(Ｃ)に
示す如く、“ｂ”である。Ｕ字型の溝が図示のものより
も狭いものであったり、深いものであれば、溝は容易に
永久変形してしまうであろう。また、内壁(46)と円板状
部(41)との間に形成される角度“ａ”は約100〜115度が
望ましい。この範囲の角度であれば、径方向内向きの押
圧力が加わっても、スカート部(44)と溝の内壁(46)は内
向きに移動することが出来るから、クリンプ加工を行な
う間、円板状部(41)が上方に撓まないようにする働きを
有する。スカート部(44)の内向きの動きを補助するに
は、溝(45)の深さを金属支持部材(40)の高さの約半分に
維持すればよい。しかし、溝の形状や、スカート部と平
板状部との間の角度が異なるものであっても、同様な密
封特性を発揮できるものは、本発明の範囲に含まれると
解すべきである。
【００１２】望ましい実施例では、金属支持体(40)は、
厚さが約0.51mmであって、ニッケルめっきした冷間圧延
鋼から作られている。その他適当な材料として、冷間圧
延鋼、熱間圧延鋼、ステンレス鋼、合金鋼、ベリリウム
銅等を挙げることができる。また、金属支持体(40)に孔
(49)の如き手段を配備することにより、セルを通気する
とき、この孔(49)を通じてガスを逸散させることができ
る(これについては、後で詳しく説明する)。
【００１３】図４(Ａ)及び図４(Ｂ)を参照して、グロメ
ット(30)を詳しく説明する。図４(Ｂ)は、図４(Ａ)に示
す環状グロメット(30)をＡ−Ａ線に沿って切断したとき
の断面図である。グロメット(30)は、円板状部(31)を有
し、該表面部の中央にボス部(32)を軸方向に突設してい
る。ボス部(32)には軸方向に伸びる孔(25)を開設してい
る。ボス部(32)に、小さな面取り部(26)を形成すること
により、集電体の孔(25)への挿入をより容易に行なうこ
とができる。Ｕ字型の環状溝(33)は円板状部(31)に繋が
っている。溝(33)は、内壁(34)、外壁(35)及び底壁(36)
から成り、内壁(34)の上縁部が円板状部(31)の外周部に
繋がっている。シール装置を組み立てるとき、金属支持
部材(40)の溝(45)がグロメット(30)の溝(33)の中に嵌ま
るため(図２参照)、溝(33)の具体的な形状は、金属支持
部材(40)の溝(45)の形によって決定されることになる。
【００１４】溝(33)の外壁(35)の上縁部には、肩部(28)
を外向きに突設している。肩部(28)の最も外側の部分か
らは、周壁(37)を上向きに突設している。周壁(37)は、
上部(39)と下部(38)とから構成される。肩部(28)の外径
は、ケース(10)の段部(20)の内径とほぼ等しいか、又は
僅かに小さくしている。このように、ケース(10)の段部
(20)に肩部(28)を当接することにより、径方向のクリン
プ加工工程の前後において、シール装置を支持すること
ができる。周壁の下部(38)の内径は、金属支持体(40)の
外径とほぼ等しいか、又は僅かに小さくしている。
【００１５】従来のセルのように、上部に機械的強度を
付与するために肉厚を厚くする必要はないから、グロメ
ットは、セルの内部に曝される種々の表面部を薄肉に作
ることができる。従って、グロメットを通じて、相当量
の水素を透過させることができる。本発明にあっては、
グロメット(30)の中で、セルの内部から水素を透過させ
るのに利用できる部分は、中央の円板状部(31)並びに溝
(33)の内外壁(34)(35)及び底部(36)である。水素の透過
性(hydrogen permeability)を高めるために、グロメッ
トのこれらの部分は薄くすることが望ましい。このよう
に、水素を透過させるために実際に利用できる表面積
は、グロメットの見かけの表面積よりも大きい。各部分
(34)(35)(36)の厚さの一実施例として、約0.51mmを例示
することができる。
【００１６】他の実施例として、円板状部の厚さが約0.
38mm、他の部分の厚さが0.51mmを例示することができ
る。後者の実施例では、円板状部(31)の厚さが0.51mmで
ある前者の実施例よりも、環状の円板状部(31)を通じて
透過する水素の量を増すことができる。全領域の厚さの
下限は約0.25mmである。これは、それよりも小さいと、
部品の成形を行なうことが難しく、また通気を行なう圧
力をコントロールすることが困難になるからである。上
限は、水素をどの程度透過させる必要があるかによって
規定されるが、実際的には約0.76mmに設定することによ
り、合理的な水素透過性を具備することができる。
【００１７】周壁の下部(38)の厚さは、支持部材(40)の
直径とケース(10)の内径との差の半分よりも大きい。従
って、シール部材(24)が適当な位置で径方向にクリンプ
されると、径フランジ(48)は周壁の下部(38)に噛合す
る。プラスチックのこの領域における歪は、クリンプが
形成されるときのプラスチックの弾性限界の範囲内であ
ることが望ましい。フランジ(48)は、元の厚さの50％以
上、望ましくは25％以上、周壁の下部(38)を押圧しない
ことが望ましい。周壁の下部(38)をどの程度圧縮するか
は、使用するプラスチックの種類、周壁の下部(38)の厚
さ、及び金属支持体の直径とケース(10)の内径の差によ
って決められる。しかし、プラスチック材料を選択した
場合、そのプラスチック材を弾性限界内に維持し得るよ
うに他の２つの最適値を設定することは当業者が選択す
べき事項の範囲内である。
【００１８】圧縮能力が弾性限界内にあり、同時に、加
圧下にてバネ手段(45)を構成するのに十分に硬い材料と
して、ナイロン、ナイロンアロイ(nylon alloys)、ポリ
スルホン、充填材入りポリプロピレン(filled polyprop
ylene)及びこれらのアロイを挙げることができる。本明
細書中で使用する「ナイロン」という用語はいわゆるナ
イロンとして含まれる種々の異なった材料を含むもので
ある。種々のナイロンは、一般的に重合体を作るのに使
われるジアミンやジアシドの炭素鎖(チェーン)の長さに
よって特徴づけられる。ナイロン６−６は、ヘキサメチ
レンジアミン(６炭素原子)をヘキサン二酸(６炭素原子)
と反応させることによって作られる。ナイロン６−12は
ナイロン６−６と同じジアミンから作られるが、12炭素
原子を持つドデカン二酸と反応させて作られる点が異な
る。ナイロン12−12は、ドデカメチレンジアミンとドデ
カン二酸とから作られ、両者とも炭素原子数は12であ
る。ナイロンは水分を吸収する性質を有しているため、
プラスチックのグロメットは成形後、十分に湿らせてお
くのが望ましい。これは一般に沸騰により行なわれる。
ナイロンは種々の重合体とアロイを作ることができる。
重合体として、他のナイロン、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ＡＢＳ及びポリスルホンを例示することができ
るが、これらに限定されるものではない。
【００１９】前述の材料は全て、強さの点においてすぐ
れている材料であるが、これらの中に、高い水素透過性
を有する材料のあることを見出した。ナイロン６−６
は、水素透過性が最も低く、約１cm3H2(@STP)・cm/S・cm2
・cm Hgである。水銀含有量の少ないセルでは、少なくと
もこの３倍の水素透過性を有する物質を使用することが
望ましい。ナイロン６−６の少なくとも３倍の水素透過
性を有するプラスチックとして、ナイロン６−６/ＡＢ
Ｓアロイ、ナイロン６−12を含むアロイ、ナイロン12−
12、ナイロン12−12を含むアロイ、鉱物入りポリプロピ
レンとそのアロイ、ポリスルホンとそのアロイを挙げる
ことができる。
【００２０】次の表は、幾つかの望ましい材料とそれら
材料の水素透過性を示したものである。特に指定しない
限り、ナイロンを含む物質は十分に湿らせてある。透過
性(permeability)の単位は、cm3H2(@STP)・cm/S・cm2・cm
Hgである。 物質 透過性 ナイロン６−６／ＡＢＳ（50/50） ６.１ ナイロン６−12 ４.４ ナイロン６−12（ドライ） ５.５ ナイロン12−12 ３.２ 20％タルクを入れたポリプロピレン １４.５ ナイロン６−12／12−12（50/50） ４.４
【００２１】グロメット(30)の成形材料として、水素透
過性の高いプラスチックを用いた場合でも、過度の圧力
に達すると、より速やかに圧力を解放させることのでき
る通気手段を設けることが必要である。図４(Ｃ)におい
て、通気を行なう部位を符号(70)で示す。図示の実施例
では、符号(70)で示す部位は、円板状部(31)の上面及び
裏面に環状の溝を対称に形成し、円板状部(31)よりも肉
厚を薄くしている。各溝の深さは円板状部(31)の厚さの
半分よりも浅くしているから、溝と溝の間には薄肉の膜
部が残る。このようにして形成された薄膜は、同じ厚さ
の膜でも溝を片面だけに形成したものと比べて、信頼性
が高くなることを見出した。このような構造にすれば、
平板状部(31)の上面又は下面のどちらか一方にノッチを
つけたものよりも低い内圧で通気が行なわれるから、こ
の点においても、より一層望ましい。
【００２２】図４(Ｂ)及び図４(Ｃ)を参照すると、通気
部となる環状薄肉部(70)は円板状部(31)の外周部に形成
している。薄肉部(70)が破裂すると、環状の平板状部(3
1)が溝(33)の内壁(34)から分離して、ボス部(32)を支点
として、平板状部(31)は上向きかつ内向きに撓む。図４
(Ｄ)は他の実施例を示しており、通気部となる(71)の部
位はボス部(32)に直接に繋がっている。この実施例で
は、通気部となる薄膜の片側にボス部(32)が存在するこ
とによって、内圧が加わると薄膜に剪断力を生じさせる
から、膜が平板状部(31)の周囲に位置しているときより
も低い圧力で破裂する。しかし、環状薄膜部(71)を図示
の如く設けた場合の問題点は、薄膜部が破裂したとき、
中央平板状部(31)の外縁部が溝の内壁(34)にくっついた
侭で、上向きに外方へ曲ることがある。このため、この
実施例では、ガスを通すための通路として金属支持体(4
0)に設けた開口(49)を、平板状部(31)の破断部分が塞い
でしまうこともあり得る。従って、この実施例では、孔
(49)の位置を他の部位に変えねばならないこともある。
【００２３】グロメット(30)の肩部(28)の厚さは、グロ
メットの他の部分よりも厚くすることが望ましい。肉厚
を余分に厚くしておくことにより、クリンプ加工中、剪
断力が肩部(28)に作用した場合でも破裂を最小にするこ
とができるからである。肩部(28)の望ましい厚さは約0.
76mmである。しかしながら、肩部(28)を溝(33)の壁と同
じ厚さにすることも本発明の範囲内である。後者の実施
例でも、肩部(28)の肉厚をより厚くした実施例と同等の
密封特性及び通気特性を確保することができるからであ
る。外壁の上部(39)の厚さは、外壁の下部(38)の約半分
にすることが望ましい。これは、負極の端子部材(60)の
周囲上にて内向きの熱成形を行なう際、一層容易に行な
うことができるためである。なお、この熱成形によっ
て、径方向のクリンプが形成されるまでの間、負極の端
子部材を適当な位置に保持することができる。これにつ
いては、後で説明する。
【００２４】図４(Ｂ)を参照すると、溝の底壁(36)には
スカート部(27)を下向きに突設している。スカート部(2
7)はセルを密封する目的のためには必要でないが、セル
のセパレータの上縁を抑えるのに用いられる(第８図参
照)。セパレータは、一般的には円筒体に形成されてお
り、円筒体の上端がスカート部(27)の内周部に嵌まるよ
うになっている。このようなスカート部を上記以外の形
態にすることは可能であり、ここに記載したシールの中
に一体的に組み込むことができる。
【００２５】金属支持体(40)とグロメット(30)はリベッ
ト型集電体(50)によってしっかりと保持されている(図
２参照)。図５は本発明に使用するリベット型集電体(5
0)の実施例の側面図である。リベット型集電体(50)は、
上軸(52)、フランジ(53)を備えており、上軸(52)の端部
には凹部(54)を形成している。上軸(52)の直径は、ボス
部(32)の軸孔(25)の内径とほぼ同じか又は僅かに大きい
程度とし、きつく嵌まるようにしている。上軸(52)は、
グロメット(30)の下側からボス部(32)の軸孔(25)を通し
て挿入され、フランジ(53)をボス部(32)の下表面に接触
させる。軸(52)の上端はボス部(32)の上表面よりも上に
突出させる。金属支持体(40)はグロメットの内側に嵌ま
り、軸(52)の上端が支持部材(40)の孔(43)から突出す
る。上軸(52)の凹部(54)を利用してリベット型集電体(5
0)のヘッド部(図２に符号(55)で示す)を形成すると、シ
ール装置の組立は完了する。図２は、組立完了状態を示
している。リベット型集電体(50)のヘッド部(55)は金属
支持体(40)の平板状部(41)の上面よりも高く突出させな
いことが望ましい。
【００２６】リベット型集電体(50)はセル内部の負端子
とアノードとの間の電気的導体である。図５に集電体の
実施例を示している。下軸(51)はフランジ(53)から下向
きに伸びている。下軸(51)の長さは、セルの組立状態に
おいて、一次アルカリ電池の如きセルの中央部に設けた
アノードの中に突出するような寸法にする。グロメット
(30)と金属支持体(40)がリベット型集電体(50)の上端の
かしめによって一旦留められると、フランジ(53)とボス
部(32)の間は密封されるため、電解質はこのシールから
は漏出しない。この圧力シールは十分に適当なものであ
るが、この部分に密閉剤(sealant)を更に含めることが
望ましいこともある。この場合、リベット型集電体(50)
をグロメット(30)に挿入する前に、フランジ(53)に密閉
剤のビードを施す。リベット型集電体(50)を挿入し、か
しめによってヘッド部(55)を形成すると、フランジ(53)
とボス部(32)の間に密閉剤の層が介在し、またグロメッ
ト(30)の面取り部(26)にも密閉剤が充填される。適当な
密閉剤として、ポリアミド、ビチューメン(bitumen)を
例示することができるが、これらに限定されるものでは
ない。
【００２７】リベット型集電体(50)はアノードと電解質
に物理的に接触するから、アノード及び電解質と化学的
に適合性のある(chemically compatiable)物質から作ら
れなければならない。アノードが亜鉛で、電解質がＫＯ
Ｈのとき、真鍮が好適な材料である。その他適当な材料
として、ニッケル銀、シリコン青銅、銅を挙げることが
できる。上述のリベット型集電体に代えて、従来の釘型
集電体を使用することもできる。図６は、金属支持体(4
0)とプラスチックグロメット(30)を保持するのに釘型集
電体(55)を用いたシールの中央部の断面を示している。
この実施例では、集電体(55)が通過するボス部(32)及び
金属支持体(40)の孔は、釘型の集電体の軸と締り嵌めで
きつく嵌まり合うサイズに形成し、この締り嵌めでシー
ルが形成される。更に、釘体を挿入する前に、所定量の
密封剤をボス部(32)の上端部に施すことができる。釘体
を挿入すると、釘体とボス部の間に密封剤が引き下ろさ
れていくため、漏れを生じやすい通路を効果的に遮断す
ることができる。
【００２８】図７(Ａ)と図７(Ｂ)は、金属製の環状端子
部材(60)を示しており、該部材はセルの負極の外部電気
接触体である。端子部材(60)の外径は金属支持部材(40)
の外径よりも小さい。シール(24)を適当な位置でクリン
プし、金属支持部材(40)の直径を小さくすると、径方向
の力が端子部材(60)に及ぶことは実質的にないといえ
る。端子部材(60)は、中央のプラットフォーム部(61)に
環状のＵ字型溝(63)が繋がっている。プラットフォーム
部(61)には環状溝(62)を設けてもよい。環状溝(62)の直
径は、図２に示すように、金属支持体(40)の中央の凹部
(42)の中に収まるような寸法にしている。このように構
成することによって、プラスチックのグロメットの上壁
(39)を内向きの熱成形によって端子部材(60)を適当な位
置に保持する前は、端子部材(60)を金属支持体(40)の上
に載置しておくことができる。環状溝(63)は、内壁(6
7)、外壁(64)及び底壁(65)からなる。内壁(67)はプラッ
トフォーム部(61)の周囲に繋がっている。底壁(65)は複
数の孔(66)を開設しており、通気時にガスが通る通路と
なる。孔(66)は内壁(67)に設けることもできる。
【００２９】溝の内壁(67)の高さは、プラットフォーム
部(61)が金属支持体(40)の平板状部(41)の上にあると
き、底壁(65)の下表面が金属支持体(40)のフランジ(48)
に接触しない寸法としている。この構成は図２に示して
いる。このように離間させる目的は、シール装置を径方
向にクリンプしたとき、径フランジ(48)から端子部材(6
0)に上向きの力が作用するのを防ぐことにある。径方向
にクリンプするとき、径フランジ(48)の外縁部は僅かに
内向きかつ上向きに曲げられる。図２に示すシール装置
の場合、離間距離は約0.25mmである。第８図に示す如
く、径方向のクリンプが形成されたときに、金属支持体
(40)の径フランジ(48)が端子部材(60)の底壁(65)に丁度
触れるようにして、離間距離を最短に維持することが望
ましい。
【００３０】端子部材(60)は、図２に示すように、金属
支持部材(40)に対して機械的及び電気的に接触する。プ
ラットフォーム部(61)の外側部は金属支持部材(40)の中
央の平板状部(41)の外側部と接触する。この領域におけ
る接触は、両部品を溶接するか、又は導電性油脂、導電
性エポキシ樹脂若しくはこれらと同様の物質を表面間に
介在させることによって、更に確実なものとなる。導電
経路を僅かに変えたい場合、金属支持部材(40)の中央の
凹部(42)の中に所定量の導電性エポキシ樹脂等の材料を
入れればよい。これによって、集電体(50)のヘッド部(5
5)が覆われて、エポキシ樹脂が端子部材(60)の中央部に
接触する。このように、種々の手法によって、端子部材
(60)を金属支持部材(40)に電気的に接続することが可能
であって、これらは全て本発明の範囲に含まれるもので
ある。装飾的な観点からは、端子部材(60)はニッケルめ
っきされた冷間圧延鋼のように表面に光沢のある金属か
ら作るのが好ましい。この場合、端子部材のニッケルめ
っきは、成形前後のどちらで行なってもよい。端子部材
(60)を金属支持部材(40)上の適当な位置に載せた後、図
２に示す如く、熱を加えてグロメット(30)の上縁部(39)
を内向きに曲げて外壁(64)に被せることにより、一体的
なシール装置(24)を形成することができる。熱成形工程
は、従来のプラスチック熱成形装置を用いて行なうこと
ができる。
【００３１】(他の実施形態)本発明に基づいて、径方向
にクリンプしたシールを有する電気化学電池の断面図を
第８図に示している。電気化学電池(80)は筒型ケース(1
0)の中に、アノード(82)、カソード(84)を配備し、アノ
ードとカソードの間にセパレータ(85)を収容している。
セルケースの上端を径方向にクリンプすると、図２に示
すように一体化されたシール組立体となる。
【００３２】セルケース(10)の上端には凹部(86)が形成
されている。凹部(86)は、径方向にクリンプを形成した
後に、段部(20)(図１参照)を加工したもので、支持体と
して作用して、シールが下向きに移動しないようにして
いる。セルケース(10)は上向きに伸びる壁部(88)が凹部
(86)に繋がっており、この部分がセル(80)のシール領域
である。壁部(88)の内面には、グロメット(30)の外壁の
下部(38)の一部分が、壁部(88)と金属支持部材(40)の径
フランジ(48)との間に押し付けられている。本発明にあ
っては、溝(45)によるバネ手段(図３(Ｂ)参照)が、その
弾性限界内の圧力を部分的に受けている。
【００３３】図２と図８に示す２つの金属支持部材(40)
を比較すると、図８ではフランジ(48)の外縁部が、クリ
ンプしたセルの端子部材(60)に向けて僅かに上方に移動
したことがわかる。フランジ(48)の内側部分は下方に向
けられるから、溝(45)の最下部は下向きに押しやられ
る。スカート部(44)と溝の内壁(46)も内向きに押され、
同時に内壁(46)と外壁(47)は互いに押圧される。溝(45)
の下向きの動き並びに、スカート部(44)及び内壁(46)の
内向きの動きによって、支持部材(40)の中央部の膨らみ
(ドーミング)は防止される。この相互作用がなければ、
中央部は不可避的に膨らむことになる。グロメットの周
壁下部(38)に対して、フランジ(48)から外向きの力が作
用して、これらの動きを緩和させようとする傾向が生じ
る。
【００３４】セルケース(10)の最上部(90)は内向きとな
り、グロメット(30)の内向きに形成された周壁(39)に被
さる。セルケースの壁部(88)と上部(90)の間の角度は90
度よりも小さく、望ましくは60度よりも小さくすること
が重要である。このような角度を形成することによっ
て、シールを適所に保持する際に非常に高い強度を発揮
することができる。従って、セルのクリンプを解除する
のに、非常に高い内圧が必要となる。更に、ケース(90)
の上部を折り重ねることにより、端子部材(60)は金属支
持部材(40)に対して下向きに当接して保持されるから、
両者の間で良好な電気的接触を確保することができる。
【００３５】図８に示すように、端子部材(60)の上表面
はケース(10)の縁(92)から凹んでいる。端子部材(60)は
セル(80)の負の電気的接触体であるので、このような構
造にしたことによって、使用者が、セルを後向きにし
て、別のセルの凹んだ負電極と電気的に接続する事態は
防止される。セルが逆向きのとき、他のセルから後方の
セルに電流が流れることによって、逆向きのセルの通気
が行なわれることもあり得るから、このような防止手段
を設けることは望ましい。一般的には、端子部材(60)の
上面に縁部(92)から0.05〜0.10mmの凹部を形成しておけ
ば、所望の結果を得ることができる。
【００３６】本発明に基づいて作られたセルは11032000
Paの範囲の圧力でクリンプが解除される。通気が行なわ
れる圧力は4137000Paの範囲である。これに対し、同様
なサイズの電池に設けた従来の環状通気部では約275800
0Paである。アノードに水銀を殆んど含まないアルカリ
電池や、又は水銀を全く含んでいないアルカリ電池の場
合、高い内部圧力に対応せねばならないため、本発明
は、これらのアルカリ電池に対して非常に適していると
言える。アノードの水銀含有量が０％のアルカリ電池に
関し、本発明にかかるシール部材を用いて径方向にクリ
ンプしたものについて、種々の洩れ試験を行なったとこ
ろ、シールに洩れはなかった。供試電池は種々の環境試
験を行なった。未放電の電池について熱衝撃試験を行な
ったところ、漏れは検出されなかった。これに対して、
アノードに 1.5％の水銀を含み、従来のビードクリンプ
を施した電池は、その 63％が漏れの兆候を示した。従
来のビードクリンプを施した電池の場合、アノードに水
銀を全く含まないとすると更に大きな漏れが起こること
は予想される。
【００３７】水銀の含有量が０％であって、本発明に基
づいて作製した未放電のセルについて、温度条件を周期
的に変化させて、温度・湿度試験を行なった。４回の蓄
電の後に漏れの有無を調べたが、どの電池も漏れの兆候
を示さなかった。これに対し、アノードに1.5％の水銀
を含み、従来のビードクリンプを施した電池は、その37
％が洩れの徴候を示した。蓄電すると、未放電のセルよ
りも高い内圧を発生させる放電済みのセルを用いて、同
じ様な試験を行なった。本発明に基づいて、水銀を含ま
ないセルを幾つか作製し、これらのセルを元の容量から
25％減になるまで放電した。これらのセルについて、熱
サイクル試験を行なったところ、どのセルも漏れの兆候
を示さなかったが、これに対し、水銀1.5％を含み、放
電済の従来のセルの場合、その90％のセルが漏れを生じ
た。
【００３８】本明細書中に記載したシール部材は、あら
ゆるサイズの円筒形セルに使用することができる。しか
しながら、“ＡＡ”サイズやそれ以下のサイズのセルは
直径が小さいため、同様のシール特性を維持するために
は、少し変更を加えることが好ましい。
【００３９】第９図は、“ＡＡ”サイズのセルに適した
シール装置のプレアッセンブリ(preassembly)(100)を示
している。プレアッセンブリ(100)はプラスチックのグ
ロメット(110)、金属支持体(120)、及びグロメット(11
0)と金属支持体(120)を共に保持する集電体(130)からな
る。プレアッセンブリ(100)は、図２に示すシール装置
とは、金属支持体(120)とグロメット(110)の形状が異な
る。第９図には端子部材を示していないが、図２に示す
端子部材(60)を“ＡＡ”サイズのセルの直径に合わせて
小さくすればよい。
【００４０】金属支持体(120)は、下向きに伸びるスカ
ート部(124)と、環状のＵ字型溝(125)の内壁(126)との
間を段部(122)で繋いでいる。段部(122)は、スカート部
(124)と中央の平板状部(127)との間の角度を変えずに、
スカート部(124)と溝(125)を繋いでいる。上述したよう
に、この角度は100〜115度の範囲が望ましい。この段部
(122)を設けない場合、この角度を120度よりも大きくし
ないと溝の内壁(126)に繋ぐことができないから、金属
支持体のバネ特性は変わってしまう。段部(122)は、セ
ルの内圧が増加すると、グロメット(140)の平板状部外
周(128)を支えようとする二次的機能を有している。こ
のように平板状部の外周を支持していると、平板状部外
周(128)の支えがない場合と比べて、所定圧力に達した
とき、より確実に通気が行なわれることを見出した。こ
の理由から、図３(Ｂ)に示すような大きなセル用の金属
支持体にも、段部を設けることができる。しかし段部(1
22)を設ける場合、金属支持体(122)の成形が難しくなる
という欠点がある。
【００４１】第９図に示す溝(142)は、Ｖ字型である。
これは、図４(Ｂ)に示すプラスチックグロメットの如
く、四角形に近似のＵ字型溝(33)とは異なる。Ｖ字型の
溝(142)はＵ字型の溝よりも表面積が広いから、より多
くの水素を拡散させることができる。プラスチックグロ
メットの溝形状をどのようにするかは、当業者にとって
選択的な事項である。水素の拡散が重要であれば、Ｖ字
型の溝が好ましいし、その他の場合であれば、Ｕ字型の
溝の方が好ましいかもしれない。上記の説明は単なる例
示であって、特許請求の範囲に規定された発明を限定を
するものと解するべきではない。当該分野の専門家であ
れば、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で種々の変
更を行なうことは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルケースの側面図である。
【図２】本発明に基づいて一体に作製されたシール装置
の断面図である。
【図３】Ａ図は本発明に基づいて作られた金属支持部材
の平面図、Ｂ図は図２に示す金属支持部材をＡ−Ａ線に
沿って切断したときの断面図、Ｃ図はＢ図に示す断面図
の拡大して示す図である。
【図４】Ａ図はプラスチックのグロメットの平面図、Ｂ
図はＡ図のＡ−Ａ線に沿う断面図、Ｃ図はＢ図に示す円
形部分の中に含まれる断面図を拡大した図、Ｄ図は、破
壊すると通気孔となる薄肉部を、ボス部に隣接して設け
たプラスチックグロメットの一実施例の中央部の断面図
である。
【図５】リベット型集電体の断面図である。
【図６】釘型集電体を用いたシール装置の中央部の断面
図である。
【図７】Ａ図は端子部材の平面図、Ｂ図はＡ図のＡ−Ａ
線に沿う断面図である。
【図８】本発明に基づいて作られた電気化学電池の断面
図である。
【図９】予め組み立てたシール装置の他の実施例の断面
図である。
【符号の説明】
(10) ケース (25) 中央孔 (30) グロメット (40) 金属製支持部材 (41) 平板状部材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１１月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明の電気化学電池用高圧シ
ールは、周縁から上向きに立ち上がった周壁(37)、孔(2
5)を有し、上面及び下面を有する円形合成樹脂製グロメ
ット(30)を具え、該グロメット(30)は電池ケース(10)の
開口内へ密に嵌まる直径を有し、中央円板状部(41)と、
孔(43)と、周縁にバネ手段(45、46、47)を形成した金属
製支持部材(40)と、前記円板状部(41)内に形成された強
化手段を配備し、強化手段は円板状部(41)の中央に凹部
(42)を形成することによって構成される。該強化手段
は、金属製支持部材(40)が前記グロメット(30)の周壁(3
7)内へ且つグロメット(30)と同軸上に配置されて、バネ
手段(45、46、47)が内向き、半径方向の圧縮力を受ける
状態におかれたときに、金属製支持部材(40)の中央が上
向きに動くことを遅らせるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【図８】
【図９】
フロントページの続き (72)発明者 ヨッポロ，ロバート エー. アメリカ合衆国 02895 ロード アイラ ンド，ウーンソケット，レッジウッド レ イン 63 (72)発明者 ペイン，ロバート ジョセフ アメリカ合衆国 02181 マサチューセッ ツ，ウエルスリー，サンセット ロード 25 (72)発明者 ファルチュク，ボリス アメリカ合衆国 06720 コネチカット, ウォーターベリー，ユニット ２−12，パ ーク ロード 585 (72)発明者 ポープ，ピーター ジェームス イギリス国 サセックス，バルコウム，ス トッククロフト ロード，フェアーホルム (72)発明者 シェパード，バンス ロジャース アメリカ合衆国 01452 マサチューセッ ツ，ハバードストン，ヒールドビル ロー ド 53

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円板状部(31)、該円板状部(31)の周縁か
    ら上向きに立ち上がった周壁(37)、円板状部(31)の中央
    のボス部(32)に開設された中央孔(25)を有し、電池ケー
    スの開口内へ密に嵌まる様な直径の円形合成樹脂製グロ
    メット(30)と、中央に設けた円板状部(41)、該円板状部
    (41)の周縁に形成したバネ手段と、円板状部(41)の中央
    に開設された孔(43)を有する金属製支持部材(40)とを有
    する、電気化学電池ケース(10)の開口端に取り付けるた
    めの電気化学電池用高圧シールに於いて、 金属製支持部材(40)の円板状部(41)には、円板状部(41)
    の中央に環状凹部(42)を形成することによって構成した
    強化手段を配備しており、該強化手段は、金属製支持部
    材(40)が前記グロメット(30)の周壁(37)内へ且つグロメ
    ット(30)と同軸上に配置されて、バネ手段が内向き、半
    径方向の圧縮力を受ける状態におかれたときに、金属製
    支持部材(40)の中央が上向きに動くことを遅らせるもの
    であり、 金属製支持部材(40)の孔(43)とグロメット(30)の孔(25)
    を貫通する集電体(50)を備え、集電体(50)は、グロメッ
    ト(30)と金属製支持部材(40)を共に保持するリベットを
    備えており、該リベットは、軸の一方の端部近傍にフラ
    ンジ(53)、軸の他方の端部にリベットヘッド部(54)を設
    けており、フランジ(53)はボス部(32)の下表面に当接
    し、リベットヘッド部(54)は金属製支持部材(40)の上表
    面に押し当てて形成され、金属製支持部材(40)とボス部
    (32)を軸方向に押圧することによって一体化させ、集電
    体(50)は、金属製支持部材(40)と機械的かつ電気的に接
    触し、フランジ(53)とボス部(32)の間を緊密に密閉して
    いる電気化学電池用高圧シール。
  2. 【請求項２】 金属製支持部材(40)には、グロメット(3
    0)とは反対側に導電性の環状の端子部材(60)を配備し、
    端子部材(60)の直径は金属製支持部材(40)の直径よりも
    小さくしており、端子部材(60)は、集電体(50)又は金属
    製支持部材(40)の円板状部(41)の少なくとも一方と接触
    し、グロメット周壁(39)の上端を内側へ折り返して曲げ
    た縁部によって金属製支持部材(40)に押し当てて保持さ
    れ、このようにして一体的に組み込まれたシール装置を
    形成し、該シール装置は単一のユニットとして電気化学
    電池のケースの開口端部の中に挿入できるようにしてい
    る請求項１に記載の電気化学電池用高圧シール。
  3. 【請求項３】 金属製支持部材(40)は、中央の円板状部
    (41)の外縁部に、スカート部(44)を下向きかつ外向きに
    突設し、スカート部(44)の下端にはバネ手段を設けてお
    り、支持部材(40)の外縁部に内向きかつ径方向の押圧力
    が作用すると、スカート部(44)は内向きに移動して、バ
    ネ手段はグロメット(30)を下圧する向きに移動するよう
    にしており、押圧力が解除されると、バネ手段は上向き
    に移動して、スカート部(44)は外向きに移動するように
    している請求項１又は２に記載の電気化学電池用高圧シ
    ール。
  4. 【請求項４】 バネ手段は、内壁(46)と外壁(47)を有す
    る環状のＵ字型溝(45)であって、該溝(45)は内側がスカ
    ート部(44)の下端に繋がっており、該溝(45)の内壁(46)
    と外壁(47)は、径方向内向きの押圧力を受けると互いに
    接近するようにしている請求項３に記載の電気化学電池
    用高圧シール。
  5. 【請求項５】 溝(45)の高さは、金属製支持部材(40)の
    高さの約半分である請求項４に記載の電気化学電池用高
    圧シール。
  6. 【請求項６】 金属製支持部材(40)はバネ手段に取り付
    けられた径フランジ(47)を有しており、フランジ(47)の
    外縁部で支持部材を密閉している請求項３又は４に記載
    の電気化学電池用高圧シール。
  7. 【請求項７】 中央の円板状部(41)は、環状凹部(42)を
    形成しており、該凹部(42)の直径は円板状部(41)の直径
    の半分以下である請求項１乃至６の何れかに記載の電気
    化学電池用高圧シール。
  8. 【請求項８】 グロメット(30)は、中央の円板状部(31)
    から上下方向に突出するボス部(32)を備えており、軸心
    に形成した孔はボス部(32)を貫通しており、該ボス部(3
    2)を取り囲む円板状部(31)には、上表面及び下表面に環
    状の溝(70)(71)を対称に形成し、両環状溝(70)(71)の間
    に通気部となる薄肉部を形成している請求項１乃至７の
    何れかに記載の電気化学電池用高圧シール。
  9. 【請求項９】 通気部となる環状の薄肉部は、円板状部
    (31)の外周に設けられている請求項８に記載の電気化学
    電池用高圧シール。
  10. 【請求項１０】グロメット(30)は、水素透過性が３cm3H
    2(@STP)・cm/S・cm2・cm Hg以上のプラスチックから作られ
    ている請求項８又は９に記載の電気化学電池用高圧シー
    ル。
  11. 【請求項１１】 グロメット(30)は、ナイロン６−６、
    ナイロン６−12、ナイロン12−12、ポリスルホン、鉱物
    入りポリプロピレン、及びこれらのアロイから構成され
    る群から選択されるプラスチックから作られている請求
    項１乃至１０の何れかに記載の電気化学電池用高圧シー
    ル。
  12. 【請求項１２】 ナイロン12−12、ナイロン12−12を含
    むプラスチックアロイ、ナイロン６−６とＡＢＳのアロ
    イ、及びこれらの混合物から構成される群から選択され
    るプラスチックから作られている請求項１乃至１０の何
    れかに記載の電気化学電池用高圧シール。
  13. 【請求項１３】 プラスチックのグロメット(30)は、内
    壁(34)と外壁(35)を有するＵ字型溝(33)を具えており、
    該溝(33)の内壁(34)は中央の円板状部(31)に繋がってお
    り、円板状部(31)の肉厚と溝(33)の両壁の肉厚は水素の
    透過を許す薄肉であり、水素は円板状部(31)の他に、Ｕ
    字型溝(33)の内壁(34)と外壁(35)からも拡散される請求
    項１乃至１２の何れかに記載の電気化学電池用高圧シー
    ル。
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