アルカリ蓄電池のセパレータ構造

【課題】本発明は、効果的に極板の巻ずれの抑制が行えるアルカリ蓄電池のセパレータ構造を提供する。
【解決手段】本発明のセパレータ構造は、セパレータ３の極板１，２が配置される一側面に、当該極板の両側の辺部１ａ，２ａと当接して、極板１，２を定位置に規制する規制部１７を形成した。同構成により、セパレータ３上の極板１，２は、規制部１７で、その動きが規制されるから、巻き取り時、たとえ極板１，２にずれを生じさせる力が加わっても、極板１，２は、ずれることはなく、当初の定位置に配置され続ける。つまり、巻きずれが抑えられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極板を重ねたセパレータで構成されるアルカリ蓄電池のセパレータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電化製品や玩具等の市場においては、ニッケルカドミウム、ニッケル水素など単三形といた小形円筒状のアルカリ蓄電池が広く使用されている。
このようなアルカリ蓄電池には、引用文献１にも示されるように筒形の缶体内に渦巻状の電極群を収めた構造が用いられている。
【０００３】
こうした小形のアルカリ蓄電池では、所定長さの帯板状のセパレータを用いて、渦巻状の電極群を構成したものがある。これには、帯板状のセパレータの一側面に、セパレータの外形より小さい極板を載せ、セパレータと共に極板を、渦巻状に巻回する手法を用いたものがある。これは例えば、ドラム形状の設備に正極極板、及び負極極板を載せたセパレータを巻芯（巻き付け部品）へ搬送し、巻芯とドラムの回転で、同巻芯の外周面に、負極極板を配置したままセパレータと、正極極板を配置したままセパレータとを層状に巻き付けて、渦巻状の電極群を構成するものである。
【０００４】
ところで、こうした手法は、セパレータ上の極板がずれやすいため、巻き付け時、正極極板や負極極板が、セパレータに対してずれながら、巻芯に巻き付けられる、いわゆる巻きずれを生じることがある。
巻きずれが生じると、正極極板と負極極板とが向い合う対向面積が大きくばらつき、アルカリ蓄電池の容量や放電性などの特性が大きくばらついてしまう。また巻きずれにより、正極極板や負極極板の縁部がセパレータの縁部を越えて外側へ張り出すと、正極極板と負極極板とが導通、いわゆる短絡を生じさせてしまう。
【０００５】
そのため、セパレータを追加してセパレータの巻き始め部や巻き終り部を延長したり、極板の外形を大幅に小さくしたりして、巻きずれに対処することが検討されている。しかし、極板の巻きずれの発生は、その都度、異なるため、その対策は十分ではない。
【０００６】
そこで、正極ドラム、負極ドラムに可動式の爪部を設けて、セパレータ上の極板を上側（面）から押さえることが検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、セパレータの面を押える力は、極板に影響を与えない力であるため、極板は、セパレータが面方向に変位するおそれがあることは避けられず、爪部で押さえても、巻き付け時、極板の巻きずれが生じるおそれはある。
そこで、本発明の目的は、効果的に極板の巻ずれの抑制が行えるアルカリ蓄電池のセパレータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、セパレータの極板が配置される一側面に、当該極板の両側の辺部と当接して、極板を定位置に規制する規制部を形成した。
同構成によると、セパレータ上の極板は、規制部により、動きが規制されるから、巻き取り時、極板にずれを生じさせる力が加わっても、極板は、ずれないで、当初の定位置に配置され続ける。
【００１０】
請求項２の発明は、上記目的に加え、さらに簡単な構造ですむよう、規制部は、セパレータの一側面に、同セパレータの巻回方向に沿って、極板が嵌る溝部を形成してなり、溝部の壁面にて、極板の巻回方向と交差する両側の辺部を規制することとした。
請求項３の発明は、同じく規制部は、セパレータの一側面に、同セパレータの巻回方向と交差する方向にそって極板が嵌る溝部を形成してなり、当該溝部の壁面にて極板の巻回方向両側の辺部を規制することとした。
【００１１】
請求項４の発明は、同じく規制部は、セパレータの一側面に、極板の全体が嵌る窪みを形成してなり、窪みの壁面にて、極板の各辺部を規制することとした。
請求項５の発明は、上記目的に加え、さらに電極群の各部のずれも併せて行えるよう、セパレータの他側面には、当該セパレータの他側面に配置される極板を定位置に位置決める位置決め部を有することとした。
【００１２】
請求項６の発明は、上記目的に加え、さらに簡単な構造ですむよう、規制部は、セパレータの両側の縁部を折り返して、セパレータの両側に他のセパレータ部分より厚み寸法の厚い部分を形成してなり、当該折り返し部分で形成される壁面にて極板の両側の辺部を規制することとした。
請求項７の発明は、さらに極板の縁（外周）に残るばり（作製時の裁断ばりや搬送時の接触等により立つばりなど）がセパレータを貫通することを要因とした短絡も併せて抑えられるよう、折り返し部分およびその周辺のセパレータ部分の密度を、他のセパレータ部分よりも高くして、極板のばりがセパレータを貫通するのを抑えるようにした。
【００１３】
請求項８の発明は、さらに特段の作業を必要とせずに密度を高められるよう、高い密度のセパレータ部分は、折り返し部分およびその周辺のセパレータ部分を所定形状に整形することにより形成されることとした。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、セパレータの両側に形成した規制部により、セパレータ上の極板は、セパレータの動きが規制されることから、極板と共にセパレータが渦巻状に巻回される巻き取り時の際、たとえ極板にずれを生じさせる力が加わることがあっても、極板は、ずれないで、当初の定位置に配置され続ける。
【００１５】
したがって、効果的に、巻き付け時における極板の巻ずれを抑制することができる。
よって、極板の対向面積のばらつきが抑制、さらには極板間の短絡が抑制され、均質な電池特性をもち、品質の優れたアルカリ蓄電池の電極群を得ることができる。
【００１６】
請求項２〜４，６の発明によれば、簡単な構造で、極板の巻きずれを抑制することができる。
請求項５の発明によれば、電極群の各部のずれも併せて抑制することができる。
【００１７】
請求項７の発明によれば、折り返し部分およびその周辺の密度を高めたことにより、極板の縁（外周）に残るばり（作製時の裁断ばりや搬送時の接触等により立つばりなど）のセパレータに対する貫通は抑えられ、当該ばりを要因とした短絡を防ぐことができる。
請求項８の発明によれば、特段の作業を必要とせずに、極板のばり貫通を抑える、密度の高くなった部分を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアルカリ蓄電池の電極群を説明する斜視図。
【図２】巻付機の概略構成を、電極群の形成手法と共に説明する正面図。
【図３】同巻付機の巻芯周りを拡大して示す図。
【図４】同電極群を構成するセパレータ構造を拡大して示す斜視図。
【図５】同セパレータ構造の断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るセパレータ構造の要部を拡大して示す斜視図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るセパレータ構造の要部を拡大して示す斜視図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るセパレータ構造の要部となる規制部並びに規制部が形成される工程を示す図。
【図９】同セパレータ構造の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図１ないし図５に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は、本発明が適用されたアルカリ蓄電池、例えば単二形など小形のニッケル水素電池を示している。
【００２０】
同ニッケル水素電池は、同図１（ａ），（ｂ）に示されるように渦巻状の電極群４、具体的には正極活性物質（例えば水酸化ニッケル粒子）が充填された正極極板１（本願の極板に相当）と負極活性物質（例えば水素吸蔵合金）が充填された負極極板２（本願の極板に相当）との間に、絶縁性のセパレータ３を介在させ、これらを渦巻状に巻回した電極群４を、円筒状の缶体５内に収容し、同缶体５内にアルカリ電解液を注入して構成される。ちなみに、缶体５の上部中央には、正極極板１と導通する正極端子７が有り、缶体５の底部には、負極極板２と導通する負極端子８が有る。
【００２１】
このニッケル水素電池の電極群４は、図２および図３に示されるような巻付機１０を用いて、所定長さの帯板状のセパレータ３、同セパレータ３の外形より小さい帯板状の正極極板１、負極極板２（極板）を渦巻状に巻回させる手法で構成されている。
【００２２】
同手法を説明すると、巻付機１０には、例えば図２に示されるように巻付け部品となる、表面に凹凸部（図示しない）の有る細径の巻芯１１を挟んで、片側に正極ドラム１２を隣接配置し、正極ドラム１２と反対側に負極ドラム１３を隣接配置した構造が用いられる。正極ドラム１２、負極ドラム１３の複数個所、ここでは四箇所の地点には、部品配置部１４がそれぞれ設けられる。
【００２３】
電極群４の形成は、まず、図２のように正極ドラム１２の部品配置部１４にセパレータ３（帯板状）を配置し、同セパレータ３の上面（一側面）に正極極板１（帯板状）を載せ配置しておく。また負極ドラム１３の部品配置部１４は、同様にセパレータ３（帯板状）を配置し、同セパレータ３の上面（一側面）に負極極板２（帯板状）を載せ配置しておく。ちなみにセパレータ３の長さは、電池種類（例えば単一〜単五形など）より異なるが、ほとんどは２０ｍｍ〜２００ｍｍであり、正極極板１、負極極板２の長さはそれより小さい。
【００２４】
この状態から、図２に示されるように負極ドラム１３は、矢印方向への回転により、負極極板２を載せたセパレータ３を巻芯１１へ搬送する。セパレータ３の搬送方向前側の端部は、巻芯１１へ至る直前で、返し部材（図示しない）により、負極極板２の端を包むように折り返される（図３）。
【００２５】
ここで、巻芯１１は、負極ドラム１３と同期して回転していて、図３に拡大して示されるように負極極板２とセパレータ３が、巻芯１１の上方から、巻芯１１と負極ドラム１３間に挟み込まれ、凹凸により巻芯１１の外周面に、層状に巻き付けられる（負極極板２が内側、セパレータ３が外側）。
【００２６】
正極ドラム１２上の正極極板１、セパレータ３も、矢印方向への回転により、巻芯１１へ搬送される。セパレータ３の搬送方向前側の端部は、巻芯１１へ至る直前で、上記同様、返し部材（図示しない）により、正極極板１の端を包むように折り返される。続いて、正極ドラム１０の正極極板１、セパレータ３は、極板同士が向き合うタイミングで、巻芯１１の下方から、巻芯１１上のセパレータ３と正極ドラム１２との間に挟み込まれ、先に巻き付けた巻芯１１上のセパレータ３に、層状に巻き付けられる（正極極板１が内側、セパレータ３が外側）。
【００２７】
これにより、巻芯１１には、同巻芯１１を挟み込むように正極ドラム１２側の正極極板１とセパレータ３、負極ドラム１３側の負極極板２とセパレータ３の双方が層状に巻き付けられ、図１（ｂ）に示されるような渦巻状の電極群４が構成される。電極群４は、正・負極ドラム１２，１３の部品配置部１４毎に形成される。この電極群４が、巻芯１１から取り外され、例えばほぐれないように巻き止めテープ（図示しない）で固定した後、缶体５内に挿入される。
【００２８】
こうした巻き付けの際、正極極板１、負極極板２は、セパレータ３上に配置（載置）されたまま、巻芯１１に巻き付けられるため、セパレータ３の幅方向に対して、ずれやすい。特に正極極板１は、巻き始めからセパレータ３に巻き付くため、ずれを伴いやすい。
【００２９】
そこで、極板１２、１３が配置されるセパレータ３には、巻きずれを抑える手立てが講じられている。
これは、図１に示されるようにセパレータ３の正・負極極板１，２が配置される一側面に、当該極板１，２の両側と辺部と当接して、正・負極極板１，２を定位置（当初に定めた位置）に規制する規制部１７を形成したものである。
【００３０】
具体的には、図４および図５に示されるような規制部１７が用いられている。
すなわち、規制部１７は、各セパレータ３の正極極板１，負極極板２が配置される一側面の全体に、それぞれ同セパレータ３の巻回方向（＝長手方向）に沿って、正極極板１、負極極板２が嵌る溝部１８を形成してなる。つまり、セパレータ３の一側面の幅方向両側（巻回方向と交差する方向の両側）に形成される溝部１８の壁面１８ａ（壁部）により、正極極板１、負極極板２の幅方向両側（巻回方向とは交差する幅方向両側）の辺部１ａ，２ａを規制にして、正・負極極板１，２が所定の定位置に位置決められるようにしたものである。
【００３１】
ここでは、溝部１８の形成には、セパレータ３に圧延や熱処理を施して、セパレータ３の一側面を凹形にする手法が用いられている。この成形では、溝部１８の深さは、セパレータ３の厚み寸法に対して、２０％〜７０％が好ましい。
【００３２】
こうした両側の壁面１８ａにより、極板１，２を幅方向から規制する構造は、正極極板１や負極極板２を配置する際の位置ずれが抑えられるだけでなく、搬送中や巻き取り中も、セパレータ３上の正極極板１や負極極板２の幅方向（巻回方向と交差する方向）の動きが規制される。そのため、巻芯１１へ巻き付ける工程の際、たとえ正極極板１や負極極板２にずれを生じさせるような力が加わり変位しようとする挙動が生じても、当該正極極板１や負極極板２は、幅方向両側の辺部１ａ，２ａが壁面１８ａとの当接により規制され、ずれることはない。つまり、セパレータ３上の正極極板１、負極極板２は、定めた定位置に配置され続ける。
【００３３】
したがって、効果的に正・負極極板１，２の巻ずれを抑制することができる。それ故、極板１，２の対向面積のばらつきは抑制、さらには正・負極極板１，２間の短絡は抑制され、均質な電池特性をもつ、品質の優れた電極群４が提供できる（図１）。特にこの手立ては、予めセパレータ３の側面に溝部１８を形成するだけでよく、簡単な構造ですむ。
【００３４】
図６は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、第１の実施形態の変形例で、第１の実施形態のように溝部をセパレータの長手方向に沿って形成したのではなく、セパレータ３の巻回方向（長手方向）とは交差する方向、すなわち幅方向に沿って、極板１，２の嵌る溝部１９を形成したものである。
【００３５】
つまり、溝部１９の両側の壁面１９ａにより、正・負極極板１，２のセパレータ３の巻回方向両側の辺部、すなわちセパレータ３の巻き始めの端の辺部１ｂ、２ｂ、巻き終りの端の辺部２ｃ（正極板については図示せず）の双方を規制して、正・負極極板１，２のずれが生じないようにした。このような規制部１７でも、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００３６】
また、詳細には図示していないが、図４中の二点鎖線αのように溝部１８の両端側にも壁部２１を形成し、溝部１８と協同して、セパレータ３の正・負極極板１，２が配置される側面に、極板全体が嵌る窪み２２を形成して、極板１，２の各辺部（両側の各四辺）を規制する構造としてもよい。このようにしても第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００３７】
図７は、本発明の第３の実施形態を示す。
本実施形態は、セパレータ３の正・負極極板１，２が配置される反対側の側面（他側面）に、極板の動きを規制する位置決め部、例えば溝部２４を形成して、同溝部２４の壁面２４ａにて、隣接する極板とのずれを抑えるようにしたものである。
このようにすると、渦巻状に巻回した電極群４の各部のずれも併せて抑制できる。
【００３８】
図８および図９は、本発明の第４の実施形態を示す。
本実施形態は、図８（ａ）〜（ｄ）に示されるように規制部１７として、セパレータ３の巻回方向（長手方向）とは交差する方向の縁部、すなわち幅方向両側の縁部を内側へセパレート３と重なり合うように折り返して（Ｕ字状）、セパレータ３の幅方向両側に、他のセパレート部分より厚み寸法の厚い部分を形成したものである。すなわち、厚い部分をなす折り返し部分２６の先端部で形成される壁面２６ａにて、正極極板１（あるいは負極極板２）の幅方向両側の辺部１ａ（あるいは２ａ）を規制するようにしたものである。同規制部１７は、先の実施形態と同様、セパレータ３の長手方向両側に形成しても構わない。
【００３９】
さらに本実施形態の規制部１７は、極板１，２の外周（縁）に残るばり（図示しない）を要因とした極板の短絡を防ぐことも行っている。すなわち、極板の短絡は、巻ずれによるだけでなく、極板１，２の外周（縁）に残るばり（図示しない）を要因として生じる場合も多い。具体的には、正極極板１（あるいは負極極板２）の縁（外周）は、作製時における裁断ばりや搬送時の接触等により立つばりなど、微細なばり（図示しない）が残ることがある。この正極極板１（あるいは負極極板２）のばりは、セパレータ３を貫通して、隣接した極板（負極極板）と触れ、短絡を生じさせるおそれがある。
【００４０】
そこで、本実施形態には、折り返し部分２６およびその周辺のセパレータ部分の密度を他のセパレータ部分の密度よりも高くして、正極極板１（あるいは負極極板２）のばりがセパレート３を突き抜け難くする工夫が施されている。この密度を高めるに際し、面倒な作業が強いられたりするが、これを避けるために、折り返した部分を所定の形状に整形する工程を用いて、折り返し部分２６およびその周辺のセパレータ部分の密度を高くする工夫も施されている。図８（ａ）〜（ｄ）には、その密度を高める構造やその密度を高めるための工程が示されている。
【００４１】
折り返し部分２６（規制部１７）が整形されるまでの工程を説明すると、まず、図８（ａ），（ｂ）に示されるように帯板状のセパレータ３の幅方向の縁部を折り返す。
具体的にはセパレータ３には、折り返しが可能な０．８〜２．０ｍｍの範囲の厚み寸法が用いられている。そして、図示しない折り返し機器を用いて、同セパレータ３の縁部を、先端が正極極板１（あるいは負極極板２）の辺部が配置される地点よりも内側に配置されるように折り返す（Ｕ字状）。このときの折り返す部分となるセパレータ３の目付範囲は３０〜１００ｇ／ｍ2が好ましい。
【００４２】
その後、図８（ｃ）に示されるよう例えば二種類の整形具２９，３１を用いて、折り返しにより厚み寸法の厚くなった部分およびその周辺のセパレータ部分を、熱および圧力を加えながら所定の形状に整形する。
ここでは、例えばＬ形の整形部２８を有する整形具２９、例えば折り返し部分２６の端側の整形面２８ａを他の整形面２８ｂよりも下方に突出させた段差形の整形部２９を用いて、厚み寸法の厚くなった部分を、重なる方向（ここでは上下方向）から加熱しながら挟み付ける（加圧）。と共に、例えば平坦な整形部３０を有する整形具３１を用いて、厚み寸法の厚くなった部分を、側方（ここでは右方向）から加熱しながら押圧する（加圧）。
【００４３】
これにより、図８（ｄ）中の二点鎖線に示されるように正極極板１（あるいは負極極板２）の辺部の配置される折り返し部分２６の先端部は、整形面２８ａで行われる加熱・加圧により、当初のセパレータ３の厚み寸法まで整形が施され、他の折り返し部分２６は、同じく整形面２８ａで行われる整形面２８ｂにて、土手状に整形が施される。さらに整形部３０で行われる加圧・加熱により、土手状となった部分が所定の形状に整形される。
ちなみに整形は、加熱、加圧によるだけでなく、超音波などの媒体を用いて所定形状に整形してもよく、この超音波を用いた整形でセパレータの密度を高めるようにしてもよい。
【００４４】
この整形工程により、図９中のクロスハッチング域で示されるように正極極板１（あるいは負極極板２）の幅方向両側の辺部１ａ（あるいは２ａ）が配置される折り返し部分２６（土手状の規制部１７）、およびその周辺のセパレータ部分、具体的には正極極板１（あるいは負極極板２）の辺部が配置されるセパレータ部分の密度は、正極極板１（あるいは負極極板２）の縁に生じるばりがセパレート３を突き抜け難いとされる密度、例えば元のセパレータ３の密度に対し１３０〜１８０％まで高められる。
【００４５】
これにより、面倒な作業となる特段の作業を用いずに、正・負極極板１，２の巻ずれを抑制する規制部１７の簡単な整形工程を流用して、正極極板１（あるいは負極極板２）に生じるばりの貫通を要因とした極板短絡を防ぐことができる。
むろん、密度を高める構造は、セパレータ３は長手方向両側を折り返す構造にも流用しても構わない。
但し、図６ないし図９において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
【００４６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、規制部は、溝部や窪み部や折り返し部分から形成した例を挙げたが、これに限らず、他の構造を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１，２正極極板，負極極板（極板）
３セパレータ
４電極群
１１巻芯
１８，１９，２２溝部，窪み（規制部）
２４溝部（位置決め部）
２６折り返し部分

【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定長さの帯板状のセパレータの一側面に、同セパレータより外形が小さい帯板状の極板を配置してなり、前記セパレータを前記極板と共に渦巻状に巻回することにより渦巻状の電極群が形成可能なアルカリ蓄電池のセパレータ構造であって、
前記セパレータの前記極板が配置される一側面に、当該極板の両側の辺部と当接して、前記極板を定位置に規制する規制部を形成した
ことを特徴とするアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項２】
前記規制部は、前記セパレータの一側面に、同セパレータの巻回方向に沿って前記極板が嵌る溝部を形成してなり、当該溝部の壁面にて前記極板の巻回方向と交差する両側の辺部を規制することを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項３】
前記規制部は、前記セパレータの一側面に、同セパレータの巻回方向と交差する方向に沿って前記極板が嵌る溝部を形成してなり、当該溝部の壁面にて前記極板の巻回方向両側の辺部を規制することを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項４】
前記規制部は、前記セパレータの一側面に前記極板の全体が嵌る窪みを形成してなり、当該窪みの壁面にて前記極板の各辺部を規制することを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項５】
前記セパレータの他側面は、当該セパレータの他側面に配置される極板を定位置に位置決める位置決め部を有することを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項６】
前記規制部は、前記セパレータの両側の縁部を折り返して、前記セパレータの両側に他のセパレータ部分より厚み寸法の厚い部分を形成してなり、当該折り返し部分で形成される壁面にて前記極板の両側の辺部を規制することを特徴とする請求項１に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項７】
前記折り返し部分およびその周辺のセパレータ部分は、他のセパレータ部分よりも密度が高くしてあることを特徴とする請求項６に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。
【請求項８】
前記高い密度のセパレータ部分は、前記折り返し部分およびその周辺のセパレータ部分を所定形状に整形することにより形成されることを特徴とする請求項７に記載のアルカリ蓄電池のセパレータ構造。

【図１】