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技術 電池缶用メッキ鋼鈑、電池、アルカリ乾電池

出願人 FDKエナジー株式会社
発明者 土田雄治國谷繁之山崎龍也
出願日 2006年5月31日 (14年6ヶ月経過) 出願番号 2006-151443
公開日 2007年12月13日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2007-323896
状態 特許登録済
技術分野 電気メッキ方法,物品 電池の電槽・外装及び封口
主要キーワード 仕上げローラ 電気接触端子 電気接触状態 平滑ローラ 電気接触性 低電圧電池 多段絞り メッキ鋼鈑
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年12月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

電池缶外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供する。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供する。

解決手段

ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑110において、メッキ下地となる鋼鈑111の片面をダル仕上げ面111aとし、他方の面をブライト仕上げ面111bとする。

概要

背景

近年は、たとえばデジタルスチルカメラなどのように、大電流を必要とする電池利用機器が多くなり、これに応じて、たとえばニッケル乾電池(ZR型)のように、重負荷大電流放電)用の高容量アルカリ乾電池が提供されるようになってきた。

電池は通常、負荷である機器に備えられた電池ホルダ電池ケース)に装填され、そのホルダ接触端子を介して機器に動作電流を供給する。たとえばLRなどの乾電池の起電力は略1.5V程度の低電圧であるが、この低電圧電池から大電流を効率良く取り出すためには、電池と負荷(機器)間の電気接続状態を長期間にわたって良好に保つ必要がある。

アルカリ乾電池などの電池では、発電要素密閉封止状態で収容するために金属製の電池缶を使用するが、この電池缶は正極または負極の電池端子を兼ねる。たとえばLR型のアルカリ乾電池では、有低円筒状の金属製電池缶に筒状または環状の正極合剤圧入状態で装填し、この合剤の内側に筒状セパレータおよびゲル状負極を装填することにより発電要素が形成されるが、この場合、電池缶は正極端子および正極集電体を兼ねる。

上記電池缶は電池缶用メッキ鋼鈑絞りプレス加工して製造される。電池缶用メッキ鋼鈑は錆の発生などを低減するために、鋼鈑の両面にニッケルを主とするメッキが施されている。一方、接触抵抗を低減させる観点からは、メッキを施しただけでは不十分である。

接触抵抗を確実に低減させる手段としては、そのメッキ鋼鈑の表面を粗面化すること、いわゆるダル仕上げすることが提案されている(たとえば特許文献1)。ダル仕上げされた表面には微細凹凸が形成されるが、その凹凸の凸部分接触圧が集中することにより、低電圧でも安定な電気接触状態を確実に得ることができると考えられる。
特開2002−124218

概要

電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供する。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供する。ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑110において、メッキ下地となる鋼鈑111の片面をダル仕上げ面111aとし、他方の面をブライト仕上げ面111bとする。

目的

本発明は以上のような技術的問題を克服するものであって、その目的は、電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑、およびこのメッキ鋼鈑を用いた電池、アルカリ乾電池を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑であって、メッキ下地となる鋼鈑の片面がダル仕上げであり、他方の面がブライト仕上げであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

請求項2

請求項1において、ダル仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra:JIS B060 1976に規定された中心線平均粗さ、以下同じ)が0.6μm以上となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

請求項3

請求項1または2において、ブライト仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra)が0.4μm以下となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

請求項4

請求項1〜3のいずれかにおいて、少なくともダル仕上げ面のメッキは、メッキ工程にて硫黄化合物を添加しないで形成されたメッキであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

請求項5

請求項1〜4のいずれかにおいて、鋼鈑とメッキ層の間にニッケル−鉄の拡散層を有しないことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

請求項6

請求項1〜5のいずれかにおいて、ブライト仕上げ面のメッキ厚を1.5μm以上としたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

請求項7

請求項1〜6のメッキ鋼鈑を有低筒状にプレス加工してなる電池缶であって、の外側をダル仕上げ面とし、内側をブライト仕上げ面としたことを特徴とする電池缶。

請求項8

請求項7の電池缶に発電要素を収容して密閉封止するとともにその電池缶に一方極の電池端子を兼ねさせたことを特徴とする電池

請求項9

一方極の電池端子を兼ねる有低筒状の金属製電池缶を用いたアルカリ乾電池であって、請求項7の電池缶を用いたことを特徴とするアルカリ乾電池。

技術分野

0001

本発明は、ニッケルを主とするメッキを両面に施した電池缶用メッキ鋼鈑と、このメッキ鋼鈑を用いた電池およびアルカリ乾電池に関する。

背景技術

0002

近年は、たとえばデジタルスチルカメラなどのように、大電流を必要とする電池利用機器が多くなり、これに応じて、たとえばニッケル乾電池(ZR型)のように、重負荷大電流放電)用の高容量アルカリ乾電池が提供されるようになってきた。

0003

電池は通常、負荷である機器に備えられた電池ホルダ電池ケース)に装填され、そのホルダ接触端子を介して機器に動作電流を供給する。たとえばLRなどの乾電池の起電力は略1.5V程度の低電圧であるが、この低電圧電池から大電流を効率良く取り出すためには、電池と負荷(機器)間の電気接続状態を長期間にわたって良好に保つ必要がある。

0004

アルカリ乾電池などの電池では、発電要素密閉封止状態で収容するために金属製の電池缶を使用するが、この電池缶は正極または負極の電池端子を兼ねる。たとえばLR型のアルカリ乾電池では、有低円筒状の金属製電池缶に筒状または環状の正極合剤圧入状態で装填し、この合剤の内側に筒状セパレータおよびゲル状負極を装填することにより発電要素が形成されるが、この場合、電池缶は正極端子および正極集電体を兼ねる。

0005

上記電池缶は電池缶用メッキ鋼鈑を絞りプレス加工して製造される。電池缶用メッキ鋼鈑は錆の発生などを低減するために、鋼鈑の両面にニッケルを主とするメッキが施されている。一方、接触抵抗を低減させる観点からは、メッキを施しただけでは不十分である。

0006

接触抵抗を確実に低減させる手段としては、そのメッキ鋼鈑の表面を粗面化すること、いわゆるダル仕上げすることが提案されている(たとえば特許文献1)。ダル仕上げされた表面には微細凹凸が形成されるが、その凹凸の凸部分接触圧が集中することにより、低電圧でも安定な電気接触状態を確実に得ることができると考えられる。
特開2002−124218

発明が解決しようとする課題

0007

上述した技術には次のような問題のあることが判明した。
すなわち、表面がダル仕上げされたメッキ鋼鈑を用いた電池缶は、その表面の凸部で接触圧が高まることによって機器との間に安定かつ良好な電気接触状態を形成することができる。しかし、その電池缶が絞りプレス加工で作製される際に、表面が傷やメッキ剥れなどの損傷を受けやすい。このため、電池缶の内側面では下地の鉄が露出し、電池内部でガス発生が促進される、という背反が生じる。

0008

そこで、本発明者は、鋼鈑の片面にダル仕上げのメッキを行い、他方の面にブライト仕上げのメッキを行い、ダル仕上げ面を電池缶の外側面とし、ブライト仕上げ面を電池缶の内側面とすることを検討した。この構成は、上記背反の克服に有効であることが判明した。しかし、これを実施するためには次のような困難があった。

0009

すなわち、鋼鈑にニッケルを主とする金属をメッキする処理は、下地である鋼鈑をメッキ浴に浸漬して行う電気メッキによって行われるが、このようなメッキ処理において、鋼鈑の片面とその他方の面に互いに異なる仕上げのメッキを行うことは、現実に困難であることが判明した。

0010

特許文献2には、グリッド仕上げローラ平滑ローラを上下に装着した圧延ローラによって、ニッケルメッキされた鋼鈑の片面をブライト仕上げ、その他方の面をダル仕上げにそれぞれ加工することが開示されている。しかし、このような機械的な加工処理が加えられたメッキ鋼鈑はメッキ面が弱くなって、絞りプレス加工による損傷をさらに受けやすくなってしまうという問題が生じる。少なくとも電池缶用メッキ鋼鈑において、圧延プレス等の機械的加工回数を重ねないことが望ましい。

0011

本発明は以上のような技術的問題を克服するものであって、その目的は、電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑、およびこのメッキ鋼鈑を用いた電池、アルカリ乾電池を提供することにある。

0012

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
特開平6−314563

課題を解決するための手段

0013

本発明は次のような解決手段を提供する。

0014

(1)ニッケルを主とするメッキが両面に施された電池缶用メッキ鋼鈑であって、メッキ下地となる鋼鈑の片面がダル仕上げであり、他方の面がブライド仕上げであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

0015

(2)上記手段(1)において、ダル仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra:JIS B060 1976に規定された中心線平均粗さ、以下同じ)が0.6μm以上となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

0016

(3)上記手段(1)または(2)において、ブライト仕上げ面に形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra)が0.4μm以下となるようにしたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

0017

(4)上記手段(1)〜(3)のいずれかにおいて、少なくともダル仕上げ面のメッキは、メッキ工程にて硫黄化合物を添加しないで形成されたメッキであることを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

0018

(5)上記手段(1)〜(4)のいずれかにおいて、鋼鈑とメッキ層の間にニッケル−鉄の拡散層を有しないことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

0019

(6)上記手段(1)〜(5)のいずれかにおいて、ブライト仕上げ面のメッキ厚を1.5μm以上としたことを特徴とする電池缶用メッキ鋼鈑。

0020

(7)上記手段(1)〜(6)のメッキ鋼鈑を有低筒状にプレス加工してなる電池缶であって、の外側をダル仕上げ面とし、内側をブライト仕上げ面としたことを特徴とする電池缶。

0021

(8)上記手段(7)の電池缶に発電要素を収容して密閉封止するとともにその電池缶に一方極の電池端子を兼ねさせたことを特徴とする電池。

0022

(9)一方極の電池端子を兼ねる有低筒状の金属製電池缶を用いたアルカリ乾電池であって、上記手段(7)の電池缶を用いたことを特徴とするアルカリ乾電池。

発明の効果

0023

電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供することができる。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供することができる。

0024

上記以外の作用/効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

発明を実施するための最良の形態

0025

図1は本発明の技術が適用された電池の一実施形態を示す。同図に示す電池はLR6型アルカリ乾電池であって、有底円筒状の電池缶11内に、固形状正極合剤21、電解液含浸する筒状セパレータ22、ゲル状負極合剤23からなる発電要素が装填されるとともに、その電池缶11が負極端子板31とガスケット35により閉塞および密閉封止されている。

0026

電池缶11は正極集電体を兼ねるとともに、その外底部に凸状の正極端子部12がプレス加工により形成されている。負極端子板31はその内側面(電池内部側)に棒状の負極集電子25が溶接接続されるとともに、その外側中央面負極端子部を形成している。電池缶11の端子部12を除いた側胴部外装材15で被覆されている。

0027

電池缶11は電池缶用ニッケルメッキ鋼鈑110を絞りプレス加工したものが使用されている。この電池缶11の作製に用いたメッキ鋼鈑110は、図1部分拡大して示すように、薄鋼鈑111の両面にニッケルを主とする金属のメッキ層112を形成したものであるが、本発明では、そのメッキ層112の下地である鋼鈑111の片面をダル仕上げ面111aとし、他方の面をブライト仕上げ面111bとしている。

0028

この鋼鈑111の両面にニッケルを主とする金属を電気メッキすると、そのメッキ層112の表面状態は下地の表面状態を反映し、ダル仕上げ面111aに施されたメッキ層112の表面はダル仕上げ面(粗面)となり、ブライト仕上げ面111bに施されたメッキ層112の表面はブライト仕上げ面(平滑面)となる。上記電池缶11は、外側面が上記ダル仕上げ面で、内側面が上記ブライト仕上げ面となるように作製されている。

0029

上記電池缶11は、端子面となる外側面がダル仕上げとなっていることにより、低電圧でも安定かつ良好な電気接触状態を確実に得ることができる一方、その内側面がブライト仕上げとなっていることにより、絞りプレス加工の際に受ける損傷が少なく、下地の鉄の露出によるガス発生を抑制する効果が高い。

0030

この場合、注目すべきことは、電池缶11の製造工程において、メッキ鋼鈑11に対して行われる主要な機械加工が、絞りプレス加工だけに限定できるということである。鋼鈑のメッキ面は、圧延やプレス等の機械加工を重ねることによって受ける損傷が大きくなるが、その機械加工を絞りプレス加工だけに限定することで、受ける損傷を最小限に抑えることができる。

0031

これにより、電池缶11の内側面で下地の鉄が露出するのを抑制できる。これとともに、その外側面もメッキ剥れや下地の鉄の露出による錆び等を抑制することができる。したがって、電池缶11の外側面では長期にわたって良好な電気接触端子面を保持することができる。

0032

さらに、上記効果を確実に得るためには、次のような構成が望ましいことが知見された。

0033

すなわち、ダル仕上げ面111aに形成されたメッキ層12の表面における平均粗さ(Ra)は、0.6μm以上とすることが望ましい。平均粗さ(Ra)が0.6μm未満では接触抵抗の低減効果が十分に得られないことが知見された。

0034

ブライト仕上げ面111bに形成されたメッキ層12の表面における平均粗さ(Ra)は、0.4μm以下とすることが望ましい。0.4μmを超えると、下地の鉄の露出によるガス発生が多くなって、耐漏液性が十分に確保されなくなることが知見された。

0035

少なくともダル仕上げ面111aのメッキは、メッキ工程にて光沢剤である硫黄化合物を添加しないで形成することが好ましい。メッキ面には長期の間に、接触抵抗増大の原因となる化成皮膜(たとえば酸化膜)が生成することがあるが、上記硫黄化合物はその化成膜の生成原因となることが判明した。

0036

鋼鈑111とメッキ層112の間には、ニッケル−鉄の拡散層を有しないことが望ましい。ニッケル−鉄の拡散層はアニール処理によって形成されるが、このアニール処理は接触抵抗を増大させてしまうことが知見された。

0037

ブライト仕上げ面のメッキ厚については、1.5μm以上とすることが望ましい。これは電池内部のガス発生原因となる下地の鉄の露出を確実に防ぐためであるが、本発明者らの知見によれば、ガス発生を確実に抑制するためには、メッキ厚を1.5μm以上とすればよいことが判明した。

0038

(実施例1)
試験用サンプル電池として、図1示した構成を有するLR6型アルカリ乾電池を作製したが、その構成は次の3通りの組み合わせで異ならせた。

0039

(1)電池缶はニッケルメッキ鋼鈑をトランスファーによる多段絞りプレス加工して作製したが、そのメッキ鋼鈑の下地となる鋼鈑は、電池缶の内側となる面を同一粗さ(平滑度)のブライト仕上げとする一方、外側となる面の平均粗さ(Ra)を0.4〜3μmまで段階的に異ならせた。メッキ表面の平均粗さ(Ra)はその下地面の粗さで設定される。

0040

(2)メッキ鋼鈑に対するアニール処理の有無で構成を異ならせた。アニール処理が有りの鋼鈑では鋼鈑とメッキ層の間にニッケル−鉄の拡散層が形成されているが、アニール処理が無しではそれが形成されていない。

0041

(3)メッキ工程にて光沢剤である硫黄添加物を使用するか否かにより構成を異ならせた。

0042

上記構成の組み合わせで作製した多種類のサンプル電池の電池缶表面における接触抵抗値(mΩ)を測定してその良否を判定したところ、表1に示すような結果を得た。なお、接触抵抗値はサンプル電池を温度60℃、湿度90%で2週間保存後に接触荷重30gfで測定した値である。

0043

以下に表1を示す。

0044

表1は、電池缶の外側となる面に形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra)が0.6μm以上となるようにし、アニール処理は行わず、さらに硫黄添加物も使用しないことが、接触抵抗値を低減させるのにとくに有効であることを示している。

0045

(実施例2)
電池缶の内側となる面に形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra)を異ならせた試験用のサンプル電池を作製し、各サンプルの漏液発生率を調べた。この場合、メッキ厚は各サンプル共に1.5μmとした。漏液発生率は90℃で10日保存した後の20個中の発生数計数した。

0046

表2は、各サンプルの漏液発生状態を示す。

0047

表2は、電池缶の内側となる面の平均粗さ(Ra)を0.4μm以下とすることが漏液防止に有効であることを示している。これは、メッキ表面の平均粗さ(Ra)が0.4μm以下となるようなブライト仕上げとすることにより、下地の鉄の露出を少なくなって、ガス発生が抑制されるためと考えられる。

0048

(実施例3)
電池缶に用いたニッケルメッキ鋼鈑のメッキ厚を異ならせた試験用サンプル電池を作製し、各サンプルの漏液発生率を調べた。この場合、電池缶の内側となる面は、そこに形成されたメッキ表面の平均粗さ(Ra)が一律に0.4μmとなるようにした。漏液発生率は90℃で10日保存した後の20個中の発生数を計数した。

0049

この試験結果を表3に示す。

0050

表3は、ニッケルメッキ鋼鈑のメッキ厚を1.5μm以上とすることが漏液防止にとくに有効であることを示している。これは、メッキ厚をある程度以上確保することにより、下地の鉄が露出し難くなって、ガス発生が抑制されるためと考えられる。

0051

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、本発明はアルカリ乾電池以外の電池、たとえばニッケル乾電池(ZR型)やリチウムイオン電池にも適用可能である。

0052

電池缶の外表面に安定かつ良好な電気接触性を付与できるとともに、その電池缶が絞りプレス加工により作製される際にメッキ面に生じる損傷を少なくして、電池内部でのガス発生を抑制することができるようにした電池缶用メッキ鋼鈑を提供することができる。これにより、機器との間で安定な電気接触状態を形成することができるとともにガス発生の少ない電池およびアルカリ乾電池を提供することができる。

図面の簡単な説明

0053

本発明の好適な適用例であるアルカリ乾電池の断面図である。

符号の説明

0054

11電池缶、
110電池缶用ニッケルメッキ鋼鈑、
111鋼鈑(メッキ下地)、
111aダル仕上げ面、
111bブライト仕上げ面、
112メッキ層、
12正極端子部、
15外装材、
21正極合剤、
22セパレータ
23ゲル状負極合剤、
25負極集電子、
31負極端子板、
35ガスケット。

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