電池及び電池の製造方法
【課題】外装部材を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子部材を固定する電池において、外装部材と外部端子部材の固定部におけるシール性に優れると同時に、外部端子部材を外装部材に固定する際の蓋部における外側への塑性流動を抑制することの可能な、電池及び電池の製造方法を提供する。
【解決手段】電池１０は、バーリング部３４が電池１０の軸心方向外側から押圧される際に、バーリング部３４の一部がガスケット溝部５０ａから外部端子部材４０の方向に塑性変形し、外部端子部材４０と貫通孔３３との間に圧迫力が発生することによって、外部端子部材４０が貫通孔３３に固定される。
【解決手段】電池１０は、バーリング部３４が電池１０の軸心方向外側から押圧される際に、バーリング部３４の一部がガスケット溝部５０ａから外部端子部材４０の方向に塑性変形し、外部端子部材４０と貫通孔３３との間に圧迫力が発生することによって、外部端子部材４０が貫通孔３３に固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関し、特に、外部端子部材を外装部材に固定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の外装部材は、電池の発電要素を収納する。外装部材の外側面には、外装部材を貫通して外方に突出する外部端子部材（正極端子及び負極端子）が固定される。外部端子部材は、発電要素と電気的に接続されており、外部端子部材を通じて電池内部と外部との電力のやり取りが行われる。
【０００３】
電池がリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池である場合は、電池内部に水分が浸入すると電池性能に影響することが知られている。このため、電池の密閉度を十分に高くする必要がある。
さらに、外部端子部材と外装部材の固定部においては、外部端子部材が電池から抜け落ちないための抜け落ち性、外部端子部材の周囲から電池内部の電解液若しくは電池内部で発生するガスが漏れ出ないための気密性、並びに外部端子部材と外装部材との絶縁性等が求められている。すなわち、外装部材と外部端子部材の間のシール性を十分に確保する必要があり、そのための技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
特許文献１には、外部端子部材を絶縁部材でシールしつつ締結固定する技術が開示されている。具体的には、外装部材（電池ケース１０）の蓋部（蓋体１４）から外部端子部材（電極端子３０）が突出して設けられる電池１００において、蓋部における絶縁部材の周辺にバーリング部（端子固定部４０）を溶接し、蓋部と外部端子部材との間に絶縁部材（シール材７０）を介装する。そして、補強部材（外装部材６０）でバーリング部の外周側への強度を補強しつつ、バーリング部が突出する方向から補強部材と一体に形成されたパンチ部材（加圧部６４及び窪み６６）でバーリング部をプレスして外部端子部材の側（内側）に塑性変形させるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２９３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１等に記載された従来技術においては、図６（ａ）に示す如く外装部材である蓋部と外部端子部材との間に絶縁部材としてガスケット部材を介装し、蓋部においてガスケット部材の周辺にバーリング部を設け、補強部材でバーリング部の外周側への強度を補強して、治具の上に載置する。この状態で、図６（ｂ）中の矢印ａに示す如く、バーリング部が突出する方向から、補強部材とは別のパンチ部材でバーリング部をプレスし、図６（ｂ）中の矢印αに示す如く外部端子部材の側（内側）に塑性変形させるのである。
【０００７】
前記の技術によれば、バーリング部の塑性変形のしかたにばらつきがあり、蓋部とガスケット部材との間におけるシール性能が劣る場合があった。即ち、パンチ部材でバーリング部をプレスした際に、蓋部における塑性変形が不規則な方向かつ不均一な変形量で発生するため、バーリング部とガスケット部材との間を一定の精度でシールすることが困難だった。具体的には図６（ｂ）中の矢印βに示す如く、蓋部が外部端子部材と反対の側（外周側）など、外部端子部材の側（内周側）以外のあらゆる方向に塑性流動することにより、バーリング部とガスケット部材との間におけるシール性能が確保できなくなっていたのである。
【０００８】
また、バーリング部以外の蓋部に塑性流動が発生することによって、蓋部と外装部材との接合に影響が出る場合があった。即ち前記の如く、パンチ部材でバーリング部をプレスした際に、バーリング部の内周側におけるクリアランス量の寸法誤差によって、蓋部が図６（ｂ）中の矢印βに示す如く外部端子部材と反対の側（外周側）に塑性流動する。つまり、バーリング部が外部端子部材の側（内周側）に塑性変形するだけではなく、蓋部が外部端子部材と反対の側（外周側）に塑性流動することにより端部が膨出し、蓋部と外装部材との接合精度が低下するのである。
【０００９】
本発明は、上記の状況を鑑み、外装部材を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子部材を固定する電池において、外装部材、ガスケット部材、及び、外部端子部材の固定部におけるシール性に優れると同時に、外部端子部材を外装部材に固定する際の蓋部における外側への塑性流動を抑制することが可能な、電池及び電池の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池であって、前記バーリング部が電池の軸心方向外側から押圧される際に、前記バーリング部の一部が前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形し、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力が発生することによって、前記外部端子部材が前記貫通孔に固定されるものである。
【００１２】
請求項２においては、前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部が周方向に形成され、前記ガスケット溝部は断面が略半円形状に形成されるとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置され、前記ガスケット溝部の断面半径Ｒは、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とされるとともに、前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙは、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とされるものである。
【００１３】
請求項３においては、貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池の製造方法であって、前記バーリング部を電池の軸心方向外側から押圧する際に、前記バーリング部の一部を前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形させ、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって、前記外部端子部材を前記貫通孔に固定するものである。
【００１４】
請求項４においては、前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部を周方向に形成し、前記ガスケット溝部を断面が略半円形状に形成するとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置し、前記ガスケット溝部の断面半径Ｒを、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とするとともに、前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙを、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、外装部材を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子部材を固定する電池において、外装部材、ガスケット部材、及び、外部端子部材の固定部におけるシール性に優れると同時に、外部端子部材を外装部材に固定する際の蓋部における外側への塑性流動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、電池の概略構成を示す正面断面図及び側面断面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、一実施形態に係る電池における外装部材と外部端子部材との固定部を示す拡大断面図。
【図３】（ａ）はプレス荷重と蓋部の寸法変化との関係を示した図、（ｂ）はプレス荷重とヘリウムリーク値との関係を示した図。
【図４】外装部材と外部端子部材との固定部における寸法を示した図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、各寸法における内側及び外側の面圧を示した図。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、従来技術に係る電池における外装部材と外部端子部材との固定部を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１８】
［電池１０の概略構成］
図１及び図２を参照して、本発明に係る電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、リチウムイオン二次電池であり、非水電解質電池である。
電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する外装部材３０と、外装部材３０から外方に向けて突出する外部端子部材４０・４０と、外部端子部材４０・４０と外装部材３０との間に介装される絶縁部材（上部絶縁部材５０・５０・下部絶縁部材５１・５１）と、を具備する。
【００１９】
発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。
【００２０】
外装部材３０は、収納部３１と蓋部３２を有する金属性の角柱型缶である。収納部３１は、一面が開口した有底筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。
【００２１】
外部端子部材４０・４０は、その一端側が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で配置される柱状の部材である。外部端子部材４０・４０の他端側は、集電端子部材４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子部材４０・４０及び集電端子部材４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
なお、本実施形態においては、外部端子部材４０・４０と集電端子部材４５・４５とを別部材として構成しているが、これらを一体的に構成することも可能である。
集電端子部材４５・４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子部材４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。
【００２２】
外部端子部材４０・４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子部材４０・４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子部材４０・４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子部材４０・４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。
【００２３】
外部端子部材４０・４０は、ガスケット部材である上部絶縁部材５０・５０、及び、下部絶縁部材５１・５１を介して蓋部３２に固定される。上部絶縁部材５０・５０は略筒状に形成され、外部端子部材４０・４０の周囲を巻装し、外装部材３０と外部端子部材４０・４０とを電気的に絶縁する。
それぞれの上部絶縁部材５０の蓋部３２（後述するバーリング部３４）と当接する面における軸方向中途部には、図２（ａ）に示す如くガスケット溝部５０ａが形成されている。ガスケット溝部５０ａは、上部絶縁部材５０の周方向に沿って、その外周全周に亘って断面が略半円状に形成された溝であり、所定の溝幅を有する。なお、ガスケット溝部５０ａは溝端部にエッジラインを有する形状であればその断面形状を半楕円状やＶ字形状、Ｗ字形状などの他の形状とすることも可能である。
【００２４】
下部絶縁部材５１・５１は集電端子部材４５・４５の上面に配設され、外装部材３０と集電端子部材４５・４５とを電気的に絶縁した状態で上部絶縁部材５０・５０を支持する。つまり、本実施形態の絶縁部材は、バーリング部３４の内周面である貫通孔３３と外部端子部材４０・４０の外周面の間を絶縁する上部絶縁部材５０・５０と、集電端子部材４５・４５と蓋部３２との間を絶縁する下部絶縁部材５１・５１との分割構造としているのである。ただし、絶縁部材は一体的に形成することも可能である。
絶縁部材の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）等の合成樹脂（スーパーエンプラ）が挙げられる。
【００２５】
［外部端子部材４０の固定形態］
以下では、図２を参照して、電池１０に係る外装部材３０と一つの外部端子部材４０の固定形態について説明する。なお、以下に示す図では、図１（ｂ）と同様に側面方向から見た場合の断面図について示すものとする。
図２（ａ）に示すように、外装部材３０における蓋部３２は、外部端子部材４０が貫通可能な貫通孔３３を有し、貫通孔３３の周縁に位置して外装部材３０の外側に向けて突出する筒状部であるバーリング部３４が形成される。つまり、バーリング部３４は、蓋部３２の外側面から貫通孔３３の軸方向外側へ向けて突出している。本実施形態においては、バーリング部３４と上部絶縁部材５０は、それぞれの幅（半径方向の厚み）は略同一となるように形成されている。
【００２６】
貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、外装部材３０（蓋部３２）をその厚み方向に貫通している。
バーリング部３４は、貫通孔３３の周縁に、外装部材３０における貫通孔３３の軸方向の内側から外側へ向けて垂直に突出して設けられる厚肉部位である。バーリング部３４は、外装部材３０の一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。
【００２７】
バーリング部３４の外周部には、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、補強部材である補強リング３５が嵌合される。
補強リング３５は、外装部材３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の金属材料（例えば鉄）で成形されたリング状の部材であり、バーリング部３４の径方向にかかる外力に対する外周側への強度を補強する補強部材である。
【００２８】
そして、外部端子部材４０を蓋部３２に固定する際は、図２（ａ）に示す如く、外部端子部材４０及び上部絶縁部材５０を蓋部３２の貫通孔３３に挿入した状態で、治具６０の上に載置する。さらに図２（ｂ）中の矢印ａに示すように、適宜の駆動装置（不図示）により移動可能に構成されるパンチ部材６５により、バーリング部３４を電池１０の軸心方向外側である上方から押圧する。これにより、バーリング部３４がガスケット溝部５０ａから電池１０の軸心方向に垂直な水平方向内側（外部端子部材４０の方向）に塑性変形される。そして、図２（ｂ）中の矢印Ａに示す如く、塑性変形したバーリング部３４の一部により外部端子部材４０と貫通孔３３との間に圧迫力が発生することによって、外部端子部材４０が貫通孔３３に固定されるのである。
【００２９】
この際、上部絶縁部材５０は、外装部材３０と外部端子部材４０とを絶縁する絶縁性に加えて、電池１０内部の気密性を確保するための部材としても機能する。
具体的には、貫通孔３３内に上部絶縁部材５０を巻装した外部端子部材４０を配置し、上記の如くパンチ部材６５でバーリング部３４の突出側端面の内周部を押圧してかしめることによって、バーリング部３４の内周側面から径方向内側、つまりガスケット溝部５０ａに向けて膨出する膨出部３４ａが形成される。
このとき、バーリング部３４の外周側に位置する補強リング３５は、バーリング部３４よりも高強度の材料で形成されているため、かしめ時の押圧力が外側に緩和されることが防止されるため、膨出部３４ａが内側（外部端子部材４０側）に向けて膨出する。
【００３０】
内側に膨出した膨出部３４ａは、上部絶縁部材５０を圧迫し、この圧迫力が上部絶縁部材５０への面圧として付与される。上部絶縁部材５０において膨出部３４ａによって上記面圧が付与される箇所は内側に向けて弾塑性変形し、この弾塑性変形により生じる外力が外部端子部材４０への面圧として付与される。
このように、パンチ部材６５で上方からプレスし、バーリング部３４の端面の内周部をかしめることによって、内側に膨出する膨出部３４ａが形成され、膨出部３４ａからの面圧が上部絶縁部材５０を介して外部端子部材４０に伝達される。係る面圧によって外部端子部材４０が圧迫されて、蓋部３２の貫通孔３３に固定される。
【００３１】
このとき、膨出部３４ａは、ガスケット溝部５０ａからプレス方向に対して直交する方向に塑性変形し、上部絶縁部材５０と外部端子部材４０とを締結固定しているため、外装部材３０、上部絶縁部材５０、及び外部端子部材４０間に強い面圧及び摩擦力を付与することが可能である。従って、電池１０を使用する際の冷熱サイクルを受けても、膨出部３４ａは変形し難く、固定部が緩むことがない。
【００３２】
外部端子部材４０の上部絶縁部材５０と当接する面における軸方向中途部には、気密溝として端子溝部４１が形成されている。端子溝部４１は、外部端子部材４０の周方向に沿って、その外周全周に亘って断面が略半円状に形成された溝であり、所定の溝幅を有する。なお、端子溝部４１は溝端部にエッジラインを有する形状であればその断面形状を半楕円状やＶ字形状、Ｗ字形状などの他の形状とすることも可能である。
上部絶縁部材５０が上記のように弾塑性変形し、外部端子部材４０の端子溝部４１内に入り込むとともに、端子溝部４１のエッジラインに食い付くことによって、上部絶縁部材５０と外部端子部材４０とが強固に密着し、気密性が確保される。
【００３３】
このように、本実施形態に係る電池１０においては、塑性変形したバーリング部３４の一部により外部端子部材４０と貫通孔３３との間に圧迫力を発生させて外部端子部材４０を貫通孔３３に固定する際に、バーリング部３４の塑性変形に規則性を持たせることができる。具体的には、バーリング部３４の内周側への塑性変形が、上部絶縁部材５０に形成したガスケット溝部５０ａから開始されるため、バーリング部３４における塑性変形量の多くを内周側に発生させることが可能となる。つまり、バーリング部３４が外周側や下側などに不規則に変形することを抑制できるのである。
このように、本実施形態においては、パンチ部材６５でバーリング部３４をプレスした際に、蓋部３２における塑性変形を内周側に規則的かつ均一な変形量で発生させることができ、バーリング部３４と上部絶縁部材５０との間を一定の精度でシールすることが可能となるのである。
【００３４】
また、本実施形態に係る電池１０においては、外部端子部材４０を蓋部３２に固定する際に、上記の如くバーリング部３４の塑性変形量の多くを内周側に発生させている。これにより、蓋部３２における外周側への塑性流動が抑制されるため、蓋部３２がその端部で膨出することがなく、蓋部３２と収納部３１との接合精度の低下を防止できるのである。
【００３５】
［電池１０における効果］
以下では、図３を参照して、プレス荷重と蓋部３２の寸法変化、及び、プレス荷重とヘリウムリーク値に関する実験結果について説明する。
【００３６】
図３（ａ）は横軸にパンチ部材６５によるプレス荷重（Ｎ）、縦軸に蓋部３２の短辺方向（図１（ｂ）における左右方向）への寸法変化を示す。
【００３７】
図３（ａ）中の実線は本実施形態に係る電池１０に使用される蓋部３２をプレス加工した際のデータである。つまり、上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成して外部端子部材４０を蓋部３２に固定した際の蓋部３２の寸法変化を示している。
一方、図３（ａ）中の破線は従来技術に係る電池に使用される蓋部（図６を参照）をプレス加工した際のデータである。つまり、ガスケット部材である上部絶縁部材にガスケット溝部を形成せずに外部端子部材を蓋部に固定した際の蓋部の寸法変化を示している。
【００３８】
図３（ａ）に示す如く、本実施形態と従来技術の双方において、プレス荷重が増加し、所定の大きさ以上になると、蓋部３２の寸法が変化している。ここで、従来技術においては、プレス荷重が９０００Ｎとなる付近で蓋部３２の寸法変化が始まっているのに対し、本実施形態においては蓋部３２の寸法変化が始まるのはプレス荷重が１１０００Ｎとなる付近である。即ち、本実施形態の如く上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成して、蓋部３２における外周側への塑性流動を抑制することにより、蓋部３２の寸法変化が開始されるプレス荷重をより大きくすることができたのである。
【００３９】
つまり、蓋部３２の寸法変化が始まるプレス荷重をプレス荷重基準値（その値以下でプレス荷重を加えても蓋部３２の寸法変化が発生しない値）とした場合、従来技術におけるプレス荷重基準値は９０００Ｎであったのに対し、本実施形態においてはプレス荷重基準値を１１０００Ｎにまで上げることができたのである。換言すれば、本実施形態においては、蓋部３２の寸法変化を抑制することにより、外部端子部材４０を蓋部３２に固定する際により大きなプレス荷重を加えることが可能となったのである。
【００４０】
図３（ｂ）は横軸にパンチ部材６５によるプレス荷重（Ｎ）、縦軸に外部端子部材の固定部においてヘリウムリークテストを行ったリーク値を示す。
【００４１】
図３（ｂ）中の実線は本実施形態に係る電池１０に使用される蓋部３２をリークテストした際のデータである。つまり、上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成して外部端子部材４０を蓋部３２に固定した部分におけるヘリウムのリーク値を示している。
一方、図３（ｂ）中の破線は従来技術に係る電池に使用される蓋部（図６を参照）をリークテストした際のデータである。つまり、ガスケット部材である上部絶縁部材にガスケット溝部を形成せずに外部端子部材を蓋部に固定した部分におけるヘリウムのリーク値を示している。
また、図３（ｂ）中の一点鎖線は、所定のシール性能を確保するために必要なヘリウムのリーク基準値を示している。このリーク基準値は、水中で所定のエア圧を加えた場合にエアが漏出しない程度のシール性能を確保する値である。
【００４２】
図３（ｂ）に示す如く、本実施形態と従来技術の双方において、プレス荷重の増加に伴ってヘリウムリーク値は低減している。換言すれば、プレス荷重を大きくすれば、それぞれのシール性能は向上している。ここで、従来技術においては、プレス荷重が９０００Ｎ未満ではヘリウムリーク基準値を上回っており、所定のシール性能を満たしていないのに対し、本実施形態においてはプレス荷重が７０００Ｎから１５０００Ｎの間でヘリウムリーク基準値を上回っている。即ち、本実施形態の如く上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成し、蓋部３２における塑性変形を内周側に規則的かつ均一な変形量で発生させたことにより、バーリング部３４と上部絶縁部材５０との間におけるシール性能を向上させることができたのである。
【００４３】
上記二つの実験結果から、従来技術においては、蓋部３２の寸法変化の観点からはプレス荷重を９０００Ｎ以下とする必要があり、ヘリウムリーク値の観点からはプレス荷重を９０００Ｎ以上とする必要がある。つまり、従来技術において、蓋部３２の寸法変化とヘリウムリーク値との双方を満足させるプレス荷重は９０００Ｎ付近のみということになる。
【００４４】
一方、本実施形態においては、蓋部３２の寸法変化の観点からはプレス荷重を１１０００Ｎ以下とする必要があり、ヘリウムリーク値の観点からはプレス荷重を７０００Ｎから１５０００Ｎとする必要がある。つまり、本実施形態において、蓋部３２の寸法変化とヘリウムリーク値との双方を満足させるプレス荷重は７０００Ｎから１１０００Ｎということになる。
【００４５】
即ち本実施形態においては、蓋部３２の寸法変化とヘリウムリーク値との双方で基準を満たすためのプレス荷重の幅を、従来技術と比較して広くすることができる。このため、本実施形態に係る電池１０の生産性をより向上させることが可能となるのである。
【００４６】
［外部端子部材４０の固定部における寸法］
以下では、図４及び図５を参照して、蓋部３２と外部端子部材４０との固定部における各寸法について説明する。
本実施形態においては図４に示す如く、端子溝部４１の断面半径をａ（以下、端子溝半径ａ）、ガスケット溝部５０ａの断面半径をＲ（以下、ガスケット溝半径Ｒ）、端子溝部４１の中心とバーリング部３４が押圧された後の面３４ｂとの距離をｂ（以下、端子溝高さｂ）、ガスケット溝部５０ａの中心と端子溝部４１の中心との距離をＹ（以下、中心間距離Ｙ）とする。なお、中心間距離Ｙは端子溝部４１から上方（電池１０の軸心方向外側）に向かって正の値をとり、下方に向かって負の値をとるものとする。つまり、図４に示す如くガスケット溝部５０ａが端子溝部４１よりも中心位置が上となるように形成された場合は、中心間距離Ｙは正の値となる。
【００４７】
図５は端子溝半径ａとガスケット溝半径Ｒ、及び、端子溝高さｂと中心間距離Ｙの相互の関係を変更して、蓋部３２、上部絶縁部材５０、及び、外部端子部材４０の固定部における面圧（ＭＰａ）を測定した結果を示している。なお、図５（ａ）に示す「内側面圧」とは、上部絶縁部材５０と外部端子部材４０との間に発生する面圧の最大値を示している。また、図５（ｂ）に示す「外側面圧」とは、蓋部３２と上部絶縁部材５０との間に発生する面圧の最大値を示している。また、従来技術における内側面圧の最大値は１９０ＭＰａ、外側面圧の最大値は１８０ＭＰａである。
【００４８】
図５（ａ）及び（ｂ）の網掛け部分に示す如く、内側面圧、外側面圧のそれぞれにおいて、ガスケット溝半径Ｒ及び中心間距離Ｙが所定の範囲内となる場合に、従来技術における内側面圧及び外側面圧を上回る結果となった。即ち、ガスケット溝半径Ｒが端子溝半径ａに対して２ａ／３以上かつａ以下であり、ガスケット溝部５０ａの中心が端子溝部４１の中心より電池１０の軸心方向外側に配置され、かつ、中心間距離Ｙが端子溝高さｂに対して０以上かつ２ｂ／３以下の場合には、従来技術より高い面圧値で蓋部３２、上部絶縁部材５０、及び、外部端子部材４０の固定部をシールすることができたのである。
【００４９】
これは、本実施形態においてパンチ部材６５によるプレス方向が下方（電池１０の軸心方向内側）に向かっているため、バーリング部３４の塑性変形が開始されるガスケット溝部５０ａを端子溝部４１よりもやや上側に配置することにより、膨出部３４ａを端子溝部４１の近傍に効果的に形成できるためであると考えられる。
【００５０】
上記に示す如く、本実施形態においては、蓋部３２、上部絶縁部材５０、及び、外部端子部材４０の固定部のシール性能をより向上させるために、ガスケット溝半径Ｒが端子溝半径ａに対して２ａ／３以上かつａ以下であり、ガスケット溝部５０ａの中心が端子溝部４１の中心より電池１０の軸心方向外側に配置され、かつ、中心間距離Ｙが端子溝高さｂに対して０以上かつ２ｂ／３以下となるように、ガスケット溝部５０ａを形成することが好ましいのである。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 電池
３０ 外装部材
３２ 蓋部
３５ 補強リング
４０ 外部端子部材
４１ 端子溝部
４５ 集電端子部材
５０ 上部絶縁部材
５０ａ ガスケット溝部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関し、特に、外部端子部材を外装部材に固定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の外装部材は、電池の発電要素を収納する。外装部材の外側面には、外装部材を貫通して外方に突出する外部端子部材（正極端子及び負極端子）が固定される。外部端子部材は、発電要素と電気的に接続されており、外部端子部材を通じて電池内部と外部との電力のやり取りが行われる。
【０００３】
電池がリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池である場合は、電池内部に水分が浸入すると電池性能に影響することが知られている。このため、電池の密閉度を十分に高くする必要がある。
さらに、外部端子部材と外装部材の固定部においては、外部端子部材が電池から抜け落ちないための抜け落ち性、外部端子部材の周囲から電池内部の電解液若しくは電池内部で発生するガスが漏れ出ないための気密性、並びに外部端子部材と外装部材との絶縁性等が求められている。すなわち、外装部材と外部端子部材の間のシール性を十分に確保する必要があり、そのための技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
特許文献１には、外部端子部材を絶縁部材でシールしつつ締結固定する技術が開示されている。具体的には、外装部材（電池ケース１０）の蓋部（蓋体１４）から外部端子部材（電極端子３０）が突出して設けられる電池１００において、蓋部における絶縁部材の周辺にバーリング部（端子固定部４０）を溶接し、蓋部と外部端子部材との間に絶縁部材（シール材７０）を介装する。そして、補強部材（外装部材６０）でバーリング部の外周側への強度を補強しつつ、バーリング部が突出する方向から補強部材と一体に形成されたパンチ部材（加圧部６４及び窪み６６）でバーリング部をプレスして外部端子部材の側（内側）に塑性変形させるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２９３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１等に記載された従来技術においては、図６（ａ）に示す如く外装部材である蓋部と外部端子部材との間に絶縁部材としてガスケット部材を介装し、蓋部においてガスケット部材の周辺にバーリング部を設け、補強部材でバーリング部の外周側への強度を補強して、治具の上に載置する。この状態で、図６（ｂ）中の矢印ａに示す如く、バーリング部が突出する方向から、補強部材とは別のパンチ部材でバーリング部をプレスし、図６（ｂ）中の矢印αに示す如く外部端子部材の側（内側）に塑性変形させるのである。
【０００７】
前記の技術によれば、バーリング部の塑性変形のしかたにばらつきがあり、蓋部とガスケット部材との間におけるシール性能が劣る場合があった。即ち、パンチ部材でバーリング部をプレスした際に、蓋部における塑性変形が不規則な方向かつ不均一な変形量で発生するため、バーリング部とガスケット部材との間を一定の精度でシールすることが困難だった。具体的には図６（ｂ）中の矢印βに示す如く、蓋部が外部端子部材と反対の側（外周側）など、外部端子部材の側（内周側）以外のあらゆる方向に塑性流動することにより、バーリング部とガスケット部材との間におけるシール性能が確保できなくなっていたのである。
【０００８】
また、バーリング部以外の蓋部に塑性流動が発生することによって、蓋部と外装部材との接合に影響が出る場合があった。即ち前記の如く、パンチ部材でバーリング部をプレスした際に、バーリング部の内周側におけるクリアランス量の寸法誤差によって、蓋部が図６（ｂ）中の矢印βに示す如く外部端子部材と反対の側（外周側）に塑性流動する。つまり、バーリング部が外部端子部材の側（内周側）に塑性変形するだけではなく、蓋部が外部端子部材と反対の側（外周側）に塑性流動することにより端部が膨出し、蓋部と外装部材との接合精度が低下するのである。
【０００９】
本発明は、上記の状況を鑑み、外装部材を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子部材を固定する電池において、外装部材、ガスケット部材、及び、外部端子部材の固定部におけるシール性に優れると同時に、外部端子部材を外装部材に固定する際の蓋部における外側への塑性流動を抑制することが可能な、電池及び電池の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池であって、前記バーリング部が電池の軸心方向外側から押圧される際に、前記バーリング部の一部が前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形し、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力が発生することによって、前記外部端子部材が前記貫通孔に固定されるものである。
【００１２】
請求項２においては、前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部が周方向に形成され、前記ガスケット溝部は断面が略半円形状に形成されるとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置され、前記ガスケット溝部の断面半径Ｒは、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とされるとともに、前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙは、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とされるものである。
【００１３】
請求項３においては、貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池の製造方法であって、前記バーリング部を電池の軸心方向外側から押圧する際に、前記バーリング部の一部を前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形させ、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって、前記外部端子部材を前記貫通孔に固定するものである。
【００１４】
請求項４においては、前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部を周方向に形成し、前記ガスケット溝部を断面が略半円形状に形成するとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置し、前記ガスケット溝部の断面半径Ｒを、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とするとともに、前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙを、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、外装部材を貫通し、その外方に突出した状態で外部端子部材を固定する電池において、外装部材、ガスケット部材、及び、外部端子部材の固定部におけるシール性に優れると同時に、外部端子部材を外装部材に固定する際の蓋部における外側への塑性流動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、電池の概略構成を示す正面断面図及び側面断面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、一実施形態に係る電池における外装部材と外部端子部材との固定部を示す拡大断面図。
【図３】（ａ）はプレス荷重と蓋部の寸法変化との関係を示した図、（ｂ）はプレス荷重とヘリウムリーク値との関係を示した図。
【図４】外装部材と外部端子部材との固定部における寸法を示した図。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、各寸法における内側及び外側の面圧を示した図。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、従来技術に係る電池における外装部材と外部端子部材との固定部を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１８】
［電池１０の概略構成］
図１及び図２を参照して、本発明に係る電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、リチウムイオン二次電池であり、非水電解質電池である。
電池１０は、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する外装部材３０と、外装部材３０から外方に向けて突出する外部端子部材４０・４０と、外部端子部材４０・４０と外装部材３０との間に介装される絶縁部材（上部絶縁部材５０・５０・下部絶縁部材５１・５１）と、を具備する。
【００１９】
発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。
【００２０】
外装部材３０は、収納部３１と蓋部３２を有する金属性の角柱型缶である。収納部３１は、一面が開口した有底筒状の部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。
【００２１】
外部端子部材４０・４０は、その一端側が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で配置される柱状の部材である。外部端子部材４０・４０の他端側は、集電端子部材４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子部材４０・４０及び集電端子部材４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。
なお、本実施形態においては、外部端子部材４０・４０と集電端子部材４５・４５とを別部材として構成しているが、これらを一体的に構成することも可能である。
集電端子部材４５・４５は、発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。集電端子部材４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。
【００２２】
外部端子部材４０・４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子部材４０・４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子部材４０・４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子部材４０・４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。
【００２３】
外部端子部材４０・４０は、ガスケット部材である上部絶縁部材５０・５０、及び、下部絶縁部材５１・５１を介して蓋部３２に固定される。上部絶縁部材５０・５０は略筒状に形成され、外部端子部材４０・４０の周囲を巻装し、外装部材３０と外部端子部材４０・４０とを電気的に絶縁する。
それぞれの上部絶縁部材５０の蓋部３２（後述するバーリング部３４）と当接する面における軸方向中途部には、図２（ａ）に示す如くガスケット溝部５０ａが形成されている。ガスケット溝部５０ａは、上部絶縁部材５０の周方向に沿って、その外周全周に亘って断面が略半円状に形成された溝であり、所定の溝幅を有する。なお、ガスケット溝部５０ａは溝端部にエッジラインを有する形状であればその断面形状を半楕円状やＶ字形状、Ｗ字形状などの他の形状とすることも可能である。
【００２４】
下部絶縁部材５１・５１は集電端子部材４５・４５の上面に配設され、外装部材３０と集電端子部材４５・４５とを電気的に絶縁した状態で上部絶縁部材５０・５０を支持する。つまり、本実施形態の絶縁部材は、バーリング部３４の内周面である貫通孔３３と外部端子部材４０・４０の外周面の間を絶縁する上部絶縁部材５０・５０と、集電端子部材４５・４５と蓋部３２との間を絶縁する下部絶縁部材５１・５１との分割構造としているのである。ただし、絶縁部材は一体的に形成することも可能である。
絶縁部材の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂）等の合成樹脂（スーパーエンプラ）が挙げられる。
【００２５】
［外部端子部材４０の固定形態］
以下では、図２を参照して、電池１０に係る外装部材３０と一つの外部端子部材４０の固定形態について説明する。なお、以下に示す図では、図１（ｂ）と同様に側面方向から見た場合の断面図について示すものとする。
図２（ａ）に示すように、外装部材３０における蓋部３２は、外部端子部材４０が貫通可能な貫通孔３３を有し、貫通孔３３の周縁に位置して外装部材３０の外側に向けて突出する筒状部であるバーリング部３４が形成される。つまり、バーリング部３４は、蓋部３２の外側面から貫通孔３３の軸方向外側へ向けて突出している。本実施形態においては、バーリング部３４と上部絶縁部材５０は、それぞれの幅（半径方向の厚み）は略同一となるように形成されている。
【００２６】
貫通孔３３は、所定の内径を有する孔であり、外装部材３０（蓋部３２）をその厚み方向に貫通している。
バーリング部３４は、貫通孔３３の周縁に、外装部材３０における貫通孔３３の軸方向の内側から外側へ向けて垂直に突出して設けられる厚肉部位である。バーリング部３４は、外装部材３０の一部を塑性加工して形成される厚肉部位であり、公知のバーリング処理、深絞り法、寄せ肉法等、又はこれらの組み合わせによって適宜形成される。
【００２７】
バーリング部３４の外周部には、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、補強部材である補強リング３５が嵌合される。
補強リング３５は、外装部材３０（蓋部３２）を構成する材料よりも高強度の金属材料（例えば鉄）で成形されたリング状の部材であり、バーリング部３４の径方向にかかる外力に対する外周側への強度を補強する補強部材である。
【００２８】
そして、外部端子部材４０を蓋部３２に固定する際は、図２（ａ）に示す如く、外部端子部材４０及び上部絶縁部材５０を蓋部３２の貫通孔３３に挿入した状態で、治具６０の上に載置する。さらに図２（ｂ）中の矢印ａに示すように、適宜の駆動装置（不図示）により移動可能に構成されるパンチ部材６５により、バーリング部３４を電池１０の軸心方向外側である上方から押圧する。これにより、バーリング部３４がガスケット溝部５０ａから電池１０の軸心方向に垂直な水平方向内側（外部端子部材４０の方向）に塑性変形される。そして、図２（ｂ）中の矢印Ａに示す如く、塑性変形したバーリング部３４の一部により外部端子部材４０と貫通孔３３との間に圧迫力が発生することによって、外部端子部材４０が貫通孔３３に固定されるのである。
【００２９】
この際、上部絶縁部材５０は、外装部材３０と外部端子部材４０とを絶縁する絶縁性に加えて、電池１０内部の気密性を確保するための部材としても機能する。
具体的には、貫通孔３３内に上部絶縁部材５０を巻装した外部端子部材４０を配置し、上記の如くパンチ部材６５でバーリング部３４の突出側端面の内周部を押圧してかしめることによって、バーリング部３４の内周側面から径方向内側、つまりガスケット溝部５０ａに向けて膨出する膨出部３４ａが形成される。
このとき、バーリング部３４の外周側に位置する補強リング３５は、バーリング部３４よりも高強度の材料で形成されているため、かしめ時の押圧力が外側に緩和されることが防止されるため、膨出部３４ａが内側（外部端子部材４０側）に向けて膨出する。
【００３０】
内側に膨出した膨出部３４ａは、上部絶縁部材５０を圧迫し、この圧迫力が上部絶縁部材５０への面圧として付与される。上部絶縁部材５０において膨出部３４ａによって上記面圧が付与される箇所は内側に向けて弾塑性変形し、この弾塑性変形により生じる外力が外部端子部材４０への面圧として付与される。
このように、パンチ部材６５で上方からプレスし、バーリング部３４の端面の内周部をかしめることによって、内側に膨出する膨出部３４ａが形成され、膨出部３４ａからの面圧が上部絶縁部材５０を介して外部端子部材４０に伝達される。係る面圧によって外部端子部材４０が圧迫されて、蓋部３２の貫通孔３３に固定される。
【００３１】
このとき、膨出部３４ａは、ガスケット溝部５０ａからプレス方向に対して直交する方向に塑性変形し、上部絶縁部材５０と外部端子部材４０とを締結固定しているため、外装部材３０、上部絶縁部材５０、及び外部端子部材４０間に強い面圧及び摩擦力を付与することが可能である。従って、電池１０を使用する際の冷熱サイクルを受けても、膨出部３４ａは変形し難く、固定部が緩むことがない。
【００３２】
外部端子部材４０の上部絶縁部材５０と当接する面における軸方向中途部には、気密溝として端子溝部４１が形成されている。端子溝部４１は、外部端子部材４０の周方向に沿って、その外周全周に亘って断面が略半円状に形成された溝であり、所定の溝幅を有する。なお、端子溝部４１は溝端部にエッジラインを有する形状であればその断面形状を半楕円状やＶ字形状、Ｗ字形状などの他の形状とすることも可能である。
上部絶縁部材５０が上記のように弾塑性変形し、外部端子部材４０の端子溝部４１内に入り込むとともに、端子溝部４１のエッジラインに食い付くことによって、上部絶縁部材５０と外部端子部材４０とが強固に密着し、気密性が確保される。
【００３３】
このように、本実施形態に係る電池１０においては、塑性変形したバーリング部３４の一部により外部端子部材４０と貫通孔３３との間に圧迫力を発生させて外部端子部材４０を貫通孔３３に固定する際に、バーリング部３４の塑性変形に規則性を持たせることができる。具体的には、バーリング部３４の内周側への塑性変形が、上部絶縁部材５０に形成したガスケット溝部５０ａから開始されるため、バーリング部３４における塑性変形量の多くを内周側に発生させることが可能となる。つまり、バーリング部３４が外周側や下側などに不規則に変形することを抑制できるのである。
このように、本実施形態においては、パンチ部材６５でバーリング部３４をプレスした際に、蓋部３２における塑性変形を内周側に規則的かつ均一な変形量で発生させることができ、バーリング部３４と上部絶縁部材５０との間を一定の精度でシールすることが可能となるのである。
【００３４】
また、本実施形態に係る電池１０においては、外部端子部材４０を蓋部３２に固定する際に、上記の如くバーリング部３４の塑性変形量の多くを内周側に発生させている。これにより、蓋部３２における外周側への塑性流動が抑制されるため、蓋部３２がその端部で膨出することがなく、蓋部３２と収納部３１との接合精度の低下を防止できるのである。
【００３５】
［電池１０における効果］
以下では、図３を参照して、プレス荷重と蓋部３２の寸法変化、及び、プレス荷重とヘリウムリーク値に関する実験結果について説明する。
【００３６】
図３（ａ）は横軸にパンチ部材６５によるプレス荷重（Ｎ）、縦軸に蓋部３２の短辺方向（図１（ｂ）における左右方向）への寸法変化を示す。
【００３７】
図３（ａ）中の実線は本実施形態に係る電池１０に使用される蓋部３２をプレス加工した際のデータである。つまり、上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成して外部端子部材４０を蓋部３２に固定した際の蓋部３２の寸法変化を示している。
一方、図３（ａ）中の破線は従来技術に係る電池に使用される蓋部（図６を参照）をプレス加工した際のデータである。つまり、ガスケット部材である上部絶縁部材にガスケット溝部を形成せずに外部端子部材を蓋部に固定した際の蓋部の寸法変化を示している。
【００３８】
図３（ａ）に示す如く、本実施形態と従来技術の双方において、プレス荷重が増加し、所定の大きさ以上になると、蓋部３２の寸法が変化している。ここで、従来技術においては、プレス荷重が９０００Ｎとなる付近で蓋部３２の寸法変化が始まっているのに対し、本実施形態においては蓋部３２の寸法変化が始まるのはプレス荷重が１１０００Ｎとなる付近である。即ち、本実施形態の如く上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成して、蓋部３２における外周側への塑性流動を抑制することにより、蓋部３２の寸法変化が開始されるプレス荷重をより大きくすることができたのである。
【００３９】
つまり、蓋部３２の寸法変化が始まるプレス荷重をプレス荷重基準値（その値以下でプレス荷重を加えても蓋部３２の寸法変化が発生しない値）とした場合、従来技術におけるプレス荷重基準値は９０００Ｎであったのに対し、本実施形態においてはプレス荷重基準値を１１０００Ｎにまで上げることができたのである。換言すれば、本実施形態においては、蓋部３２の寸法変化を抑制することにより、外部端子部材４０を蓋部３２に固定する際により大きなプレス荷重を加えることが可能となったのである。
【００４０】
図３（ｂ）は横軸にパンチ部材６５によるプレス荷重（Ｎ）、縦軸に外部端子部材の固定部においてヘリウムリークテストを行ったリーク値を示す。
【００４１】
図３（ｂ）中の実線は本実施形態に係る電池１０に使用される蓋部３２をリークテストした際のデータである。つまり、上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成して外部端子部材４０を蓋部３２に固定した部分におけるヘリウムのリーク値を示している。
一方、図３（ｂ）中の破線は従来技術に係る電池に使用される蓋部（図６を参照）をリークテストした際のデータである。つまり、ガスケット部材である上部絶縁部材にガスケット溝部を形成せずに外部端子部材を蓋部に固定した部分におけるヘリウムのリーク値を示している。
また、図３（ｂ）中の一点鎖線は、所定のシール性能を確保するために必要なヘリウムのリーク基準値を示している。このリーク基準値は、水中で所定のエア圧を加えた場合にエアが漏出しない程度のシール性能を確保する値である。
【００４２】
図３（ｂ）に示す如く、本実施形態と従来技術の双方において、プレス荷重の増加に伴ってヘリウムリーク値は低減している。換言すれば、プレス荷重を大きくすれば、それぞれのシール性能は向上している。ここで、従来技術においては、プレス荷重が９０００Ｎ未満ではヘリウムリーク基準値を上回っており、所定のシール性能を満たしていないのに対し、本実施形態においてはプレス荷重が７０００Ｎから１５０００Ｎの間でヘリウムリーク基準値を上回っている。即ち、本実施形態の如く上部絶縁部材５０にガスケット溝部５０ａを形成し、蓋部３２における塑性変形を内周側に規則的かつ均一な変形量で発生させたことにより、バーリング部３４と上部絶縁部材５０との間におけるシール性能を向上させることができたのである。
【００４３】
上記二つの実験結果から、従来技術においては、蓋部３２の寸法変化の観点からはプレス荷重を９０００Ｎ以下とする必要があり、ヘリウムリーク値の観点からはプレス荷重を９０００Ｎ以上とする必要がある。つまり、従来技術において、蓋部３２の寸法変化とヘリウムリーク値との双方を満足させるプレス荷重は９０００Ｎ付近のみということになる。
【００４４】
一方、本実施形態においては、蓋部３２の寸法変化の観点からはプレス荷重を１１０００Ｎ以下とする必要があり、ヘリウムリーク値の観点からはプレス荷重を７０００Ｎから１５０００Ｎとする必要がある。つまり、本実施形態において、蓋部３２の寸法変化とヘリウムリーク値との双方を満足させるプレス荷重は７０００Ｎから１１０００Ｎということになる。
【００４５】
即ち本実施形態においては、蓋部３２の寸法変化とヘリウムリーク値との双方で基準を満たすためのプレス荷重の幅を、従来技術と比較して広くすることができる。このため、本実施形態に係る電池１０の生産性をより向上させることが可能となるのである。
【００４６】
［外部端子部材４０の固定部における寸法］
以下では、図４及び図５を参照して、蓋部３２と外部端子部材４０との固定部における各寸法について説明する。
本実施形態においては図４に示す如く、端子溝部４１の断面半径をａ（以下、端子溝半径ａ）、ガスケット溝部５０ａの断面半径をＲ（以下、ガスケット溝半径Ｒ）、端子溝部４１の中心とバーリング部３４が押圧された後の面３４ｂとの距離をｂ（以下、端子溝高さｂ）、ガスケット溝部５０ａの中心と端子溝部４１の中心との距離をＹ（以下、中心間距離Ｙ）とする。なお、中心間距離Ｙは端子溝部４１から上方（電池１０の軸心方向外側）に向かって正の値をとり、下方に向かって負の値をとるものとする。つまり、図４に示す如くガスケット溝部５０ａが端子溝部４１よりも中心位置が上となるように形成された場合は、中心間距離Ｙは正の値となる。
【００４７】
図５は端子溝半径ａとガスケット溝半径Ｒ、及び、端子溝高さｂと中心間距離Ｙの相互の関係を変更して、蓋部３２、上部絶縁部材５０、及び、外部端子部材４０の固定部における面圧（ＭＰａ）を測定した結果を示している。なお、図５（ａ）に示す「内側面圧」とは、上部絶縁部材５０と外部端子部材４０との間に発生する面圧の最大値を示している。また、図５（ｂ）に示す「外側面圧」とは、蓋部３２と上部絶縁部材５０との間に発生する面圧の最大値を示している。また、従来技術における内側面圧の最大値は１９０ＭＰａ、外側面圧の最大値は１８０ＭＰａである。
【００４８】
図５（ａ）及び（ｂ）の網掛け部分に示す如く、内側面圧、外側面圧のそれぞれにおいて、ガスケット溝半径Ｒ及び中心間距離Ｙが所定の範囲内となる場合に、従来技術における内側面圧及び外側面圧を上回る結果となった。即ち、ガスケット溝半径Ｒが端子溝半径ａに対して２ａ／３以上かつａ以下であり、ガスケット溝部５０ａの中心が端子溝部４１の中心より電池１０の軸心方向外側に配置され、かつ、中心間距離Ｙが端子溝高さｂに対して０以上かつ２ｂ／３以下の場合には、従来技術より高い面圧値で蓋部３２、上部絶縁部材５０、及び、外部端子部材４０の固定部をシールすることができたのである。
【００４９】
これは、本実施形態においてパンチ部材６５によるプレス方向が下方（電池１０の軸心方向内側）に向かっているため、バーリング部３４の塑性変形が開始されるガスケット溝部５０ａを端子溝部４１よりもやや上側に配置することにより、膨出部３４ａを端子溝部４１の近傍に効果的に形成できるためであると考えられる。
【００５０】
上記に示す如く、本実施形態においては、蓋部３２、上部絶縁部材５０、及び、外部端子部材４０の固定部のシール性能をより向上させるために、ガスケット溝半径Ｒが端子溝半径ａに対して２ａ／３以上かつａ以下であり、ガスケット溝部５０ａの中心が端子溝部４１の中心より電池１０の軸心方向外側に配置され、かつ、中心間距離Ｙが端子溝高さｂに対して０以上かつ２ｂ／３以下となるように、ガスケット溝部５０ａを形成することが好ましいのである。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 電池
３０ 外装部材
３２ 蓋部
３５ 補強リング
４０ 外部端子部材
４１ 端子溝部
４５ 集電端子部材
５０ 上部絶縁部材
５０ａ ガスケット溝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、
その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、
前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、
前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、
前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池であって、
前記バーリング部が電池の軸心方向外側から押圧される際に、
前記バーリング部の一部が前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形し、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力が発生することによって、前記外部端子部材が前記貫通孔に固定される、
ことを特徴とする、電池。
【請求項２】
前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部が周方向に形成され、
前記ガスケット溝部は断面が略半円形状に形成されるとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置され、
前記ガスケット溝部の断面半径Ｒは、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とされるとともに、
前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙは、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とされる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、
その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、
前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、
前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、
前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池の製造方法であって、
前記バーリング部を電池の軸心方向外側から押圧する際に、
前記バーリング部の一部を前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形させ、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって、前記外部端子部材を前記貫通孔に固定する、
ことを特徴とする、電池の製造方法。
【請求項４】
前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部を周方向に形成し、
前記ガスケット溝部を断面が略半円形状に形成するとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置し、
前記ガスケット溝部の断面半径Ｒを、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とするとともに、
前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙを、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とする、
ことを特徴とする、請求項３に記載の電池の製造方法。
【請求項１】
貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、
その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、
前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、
前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、
前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池であって、
前記バーリング部が電池の軸心方向外側から押圧される際に、
前記バーリング部の一部が前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形し、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力が発生することによって、前記外部端子部材が前記貫通孔に固定される、
ことを特徴とする、電池。
【請求項２】
前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部が周方向に形成され、
前記ガスケット溝部は断面が略半円形状に形成されるとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置され、
前記ガスケット溝部の断面半径Ｒは、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とされるとともに、
前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙは、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とされる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
貫通孔と、該貫通孔の周縁に位置して外方へ向けて突出するバーリング部と、を備える外装部材と、
その一端側を前記外装部材の外方へ突出させた状態で前記貫通孔に固定される柱状の外部端子部材と、
前記外装部材に収納される発電要素と前記外部端子部材の他端側とを接続する集電端子部材と、
前記外装部材と前記外部端子部材との間に介装され、前記外装部材と当接する面においてガスケット溝部が周方向に形成されたガスケット部材と、
前記バーリング部の外周に配置されることにより該バーリング部の外周側への強度を補強するリング状の補強部材と、を具備する電池の製造方法であって、
前記バーリング部を電池の軸心方向外側から押圧する際に、
前記バーリング部の一部を前記ガスケット溝部から前記外部端子部材の方向に塑性変形させ、前記外部端子部材と前記貫通孔との間に圧迫力を発生させることによって、前記外部端子部材を前記貫通孔に固定する、
ことを特徴とする、電池の製造方法。
【請求項４】
前記外部端子部材には、前記ガスケット部材と当接する面において、断面が略半円形状の端子溝部を周方向に形成し、
前記ガスケット溝部を断面が略半円形状に形成するとともに、その中心は前記端子溝部の中心より電池の軸心方向外側に配置し、
前記ガスケット溝部の断面半径Ｒを、前記端子溝部の断面半径ａに対して、２ａ／３以上かつａ以下とするとともに、
前記ガスケット溝部の中心と前記端子溝部の中心との距離Ｙを、前記端子溝部の中心と前記バーリング部が押圧された後の面との距離ｂに対して、０以上かつ２ｂ／３以下とする、
ことを特徴とする、請求項３に記載の電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２３４６７７（Ｐ２０１２−２３４６７７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０１７０７（Ｐ２０１１−１０１７０７）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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