JP2004022458A - 円筒形電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】逆装填通電防止と機器のマイナス側端子への確実な導通と同時に実現した負極端子を有する円筒形電池の提供。
【解決手段】円筒形電池は、正極缶の開口部に対して外側に凸に封口して接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、負極端子の周縁部に設けられて接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体と、負極端子上の中心部以外の位置に設けられて接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有する円錐形の導電性突起とを備え、接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満である。
【選択図】 図1
【解決手段】円筒形電池は、正極缶の開口部に対して外側に凸に封口して接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、負極端子の周縁部に設けられて接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体と、負極端子上の中心部以外の位置に設けられて接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有する円錐形の導電性突起とを備え、接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満である。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は円筒形電池に関し、特に円筒形電池の負極端子の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7に従来の円筒形電池であるアルカリ乾電池の断面図を示す。アルカリ乾電池は、電池の正極活物質1、負極活物質2、セパレータ3を納めた正極缶4と、正極缶4をガスケット5を介して封口し、接触平面6及び周縁部7を有する皿状の負極端子8と、ガスケット5を貫通して負極端子8に当接する負極集電体9と、正極缶4の側面を絶縁した外装ラベル10とを備えている。このような電池を機器の電池箱等に装填すると、機器のマイナス側端子(図示してない)が電池の負極端子8の接触平面6に電気的に接続する。
【0003】
アルカリ乾電池の交換は消費者が使用済みの電池を取り出し、未使用の電池を装填することにより行われる。電池の接続本数が多い場合は、消費者が正常に機器にセット出来ずに少なくとも一本の電池の極性を逆にして装てんしてしまうことがある。この場合、電池の負極端子8の接触平面6同士がお互いに接触してしまうことになる。そのままスイッチを入れて使用すると、正常に装てんされた電池は放電されるが、逆に装てんされた電池は他の正常に装てんされた電池で充電されることになる。アルカリ乾電池は充電されることを想定してつくられていないため、電池内部でガスが発生し、電池内部のガス圧が上昇して電解液の漏液や破裂に至ることがある。
【0004】
単1形電池や単2形電池においては、上述の問題を解決するために図8に示す特開平9−147831号公報に記載されているもののように、負極端子8の周縁部7に接触平面6より負極軸11方向に突出した当接面12を有するリング状の絶縁体13を付けて、電池の接触平面6を当接面12から僅かに凹ますことが提案されている。この構造によって誤って負極端子8同士を向かい合わせにして装填した場合でも突出した絶縁体13の当接面12だけが接触して負極端子8同士が接触することが無くなる。電池が正しく装填された場合には突出した正極が絶縁体13を避けて負極端子8の中央部に接触できる。
【0005】
また特開平9−161762号公報に記載されているような負極端子接触平面上の一部に絶縁性樹脂の突起を設けた構造によっても、逆に装てんした電池の負極端子が正常に装てんされた電池の負極端子と直接接触しないため電気的な回路形成を防止できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特に単3形電池や単4形電池などの小型の電池の場合、上述のような図8に示すような対策を行うと、次に示す問題があった。即ち、機器のマイナス側端子が板ばねをU字状に折り曲げ、一部に突起を設けたものである場合、電池の負極端子の接触平面の外径が機器のマイナス側端子より小さい負極端子とが相対すると、電池の負極端子の接触平面と機器のマイナス側端子とが接触できないことがある。また、上述の対策のうち、円周の一部だけに絶縁体が付いている場合は方向によればマイナス側端子が接続できる場合もあるが、方向が合わないと絶縁体が介在して接続できないことが起こるという問題があった。
【0007】
また機器のマイナス側端子がコイルばねの場合でも、絶縁体がコイルばねの外周に接触して接続できないことが起こるという問題があった。
【0008】
従ってこの発明の目的は、逆装てん通電防止の対策を施し、同時に機器側の端子構造によらず、機器のマイナス側端子と確実に導通が取れる負極端子を有する円筒形電池を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、上述の課題を解決するための手段は次の通りである。
(1)円筒形電池は、開口部を有する正極缶と、正極缶の開口部に対して外側に凸に封口し、接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、負極端子の周縁部に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体とを備えており、更に負極端子上の中心部以外の位置に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有するすくなくとも1個の導電性突起を備えられている。
【0010】
(2)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きくてもよい。
【0011】
(3)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満であってもよい。
【0012】
(4)導電性突起の下底面が接続面より広くともよい。
【0013】
(5)導電性突起の側面が絶縁皮膜で被覆されていてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の円筒形電池である単3形アルカリ乾電池の断面図である。この発明の円筒形電池の全体の構造は図5および図6に示す従来のものとよく似ており、その負極端子部分の構造だけが異なっていて、その他は同じである。
【0015】
円筒形電池は、開口部21を有する正極缶22と、正極缶22の開口部21に対して外側に凸に封口し、接触平面23および周縁部24を有する皿状の負極端子25と、負極端子25の周縁部24に設けられ、接触平面23よりも負極軸26方向に突出した当接面27を有する絶縁体28とを備えている。円筒形電池はまた、負極端子25上の中心部29以外の位置30に設けられ、接触平面23よりも負極軸方向26に突出した接続面31を有するすくなくとも1個の導電性突起32を備えている。接続面31と接触平面23との間の段差33の、当接面27と接触平面23との間の段差34に対する比は1よりも大きく、2未満である。
【0016】
正極缶22は、ほぼ中空円筒形で僅かに内側に絞り込まれた開口部21を有し、負極端子25は全体として皿状であって、その接触平面23は皿の底であり、周縁部24はテーパーした側壁である。また、負極端子25が正極缶22の開口部21に対して外側に凸に封口した状態とは、図示の例の場合、皿状の負極端子25の周縁部24の外縁が正極缶22の開口部21の内側に係合して、皿の底である接触平面23が開口部21よりも外側に突出した状態で開口部21を封止した状態を言う。開口部21と負極端子25との間にはガスケット35が設けてあって、その間を封止している。ガスケット35はまた電池内部の圧力上昇時に内部のガスを放出する安全弁を備えている。
【0017】
絶縁体28は、負極端子25の周縁部24の全周に亘って延びたナイロン等の樹脂製の環状部材であり、周縁部24上に接着されている。絶縁体28は、接触平面23に対して矢印26で示す負極軸方向に所定の距離だけ平行に離間した平面内にあるほぼ環状の当接面27を有しており、この当接面27と負極端子25の接触平面23との間には段差34がある。絶縁体28は図示の例では負極端子25に接着されているが、他の手段によって周縁部に設けることもでき、例えばプラスチックのガスケット35の外周から連続して一体に延ばしたものとすることもできる。
【0018】
導電性突起32は、負極端子25の接触平面23上の中心部29以外の位置30の一部を、打ち出し加工により負極軸方向26に所定距離だけ突出させて形成したほぼ円錐形の部分である。導電性突起32の接続面31は円錐形の頂部に在り、負極端子25の接触平面23との間には高さの差、即ち段差33がある。この段差33は、絶縁体28の当接面27と接触平面23との間の段差34よりも大きいが、2倍以上大きくてはならない。換言すれば、接続面31と接触平面23との間の段差33の、当接面27と接触平面23との間の段差34に対する比が1よりも大きく、2未満である。
【0019】
また、導電性突起32はほぼ円錐形であり、その下底面36(接触平面23から立ち上がった部分)の面積は頂部の接続面31の面積よりも大きく、導電性突起32のテーパーした側面37は、片面に粘着剤が塗布されたポリエチレンチューブからなる絶縁皮膜38により被覆されている。正極缶22の側面は熱収縮チューブより設けられた絶縁性の外装ラベル39により被覆されている。
【0020】
この発明に於いて負極端子25の接触平面23上の中心部29とは、他の同様の円筒形電池と組み合わせて使用するときに、その正極(図示してない)が図1に示す円筒形電池の負極端子25の接触平面23に接触する中央のほぼ円形の部分である。従って、それ以外の位置30とは、負極端子25の皿の底である円形の接触平面23から同軸の円形の中央部29を除いたほぼ環状の範囲内の位置である。
【0021】
上述の負極端子25の周縁部24及び中心部29等の具体的寸法は、単3形円筒形乾電池の場合、JISC8501:1998で指定された詳細寸法を基にして決定される。各部の具体的寸法の一例を挙げれば、負極端子25の接触平面23の外径は最小値として7mm、電池の直径の最小値として13.5mmが指定されているので、周縁部24はそれぞれ余裕を持って内径8mm、外径13mmのリング状部分である。中心部29は図示してない外径5.5mmの正極端子が接触するための部分であるので、直径6mmの円内であり、中心部以外の部分30とは内径6mm、外径8mmのリング部分である。また、導電性突起32の高さ、即ち接続面31と接触平面23との間の段差33は0.7mmである。絶縁体28の高さ、即ち当接面27と接触平面23との間の段差34は0.5mmであり、内径は8mm、外径は13mmである。
【0022】
このような寸法の円筒形電池に於いては、導電性突起32の接続面31が絶縁体28の当接面27よりも0.2mmだけ突出しているので、例えば平板状の機器のマイナス側端子(図示してない)に対向させたときにも負極端子25は導電性突起32を介して確実に機器のマイナス側端子に電気的に接続される。また、2つの円筒形電池の負極端子25どうしが相対して装填された場合には、導電性突起32どうしが向き合う位置で装填されない限り、絶縁体28の当接面27同士だけが互いに当接することになり、2つの接触平面23間に段差34の2倍である1.0mmの高さの空間が形成される。このとき導電性突起32の接続面31は相手の接触平面23に0.3mmだけ離間した位置に在ることになり、この間に電気的接続関係は得られない。
【0023】
2つの円筒形電池の負極端子25同士が相対して装填され、導電性突起32同士が向き合う位置で装填されて接続面31同士が接触する場合が起こる確率は小さい。これは、当接面27から突き出ている接続面31の周方向寸法は図示の例の場合大きくとも約0.3mmであり、この径方向位置での全周の長さの数パーセントしか占めていないからである。
【0024】
また、万一接続面31同士が同じ周方向位置となって装填されようとした場合には、導電性突起32の形状は図1に示すような突起の先端が尖った円錐型であるので、導電性突起32同士が突き当たってきわめて不安定な状態となり、円筒形電池が中心軸回りに回転したり、機器のプラス−マイナス側端子のスペースと複数の円筒形電池の長さのばらつき等により円筒形電池の位置がずれ、装填作業中に導電性突起32が互いにずれた位置になり、不導通となる。
【0025】
また、導電性突起32のテーパーした側面が絶縁皮膜38で覆われているので、導電性突起32の側面同士が接触した位置で装填された場合にも、導電性突起32同士が導通することがない。
【0026】
以上に説明した円筒形電池の導電性突起32は負極端子25の加工と同時にプレス加工等により形成したものであるが、導電性突起32として様々な構造のものを使用できる。例えば、図2に示すような釣鐘型に絞りだした導電性突起40でも、図3に示すような円筒形にして接続面を小さくした導電性突起41でも、図4に示すような片持ちばねを負極端子25に形成した導電性突起42でも同様に負極端子25とマイナス側端子とを確実に導通する効果がある。これら図2乃至図4に示すような導電性突起32、40、41、42の加工は負極端子25の加工と同時にすることができ、安価に提供できる効果がある。
【0027】
また、以上の実施の形態では、絶縁皮膜38が絶縁テープから作られているが、絶縁性樹脂のポリマーをポッティングして硬化して導電性突起32、40、41あるいは42の側面を絶縁することもできる。
【0028】
さらに、以上の実施の形態1では導電性突起32、40、41、42の接続面31と負極端子25の接触平面23の段差33と、絶縁体28の当接面27と負極端子25の接触平面23の段差34の比は1.4であるが、機器のマイナス側端子の形状と負極端子25の接触平面23の形状を考慮して好ましい比が決められる。すなわち、機器のマイナス側端子が板ばねをU字状に折り曲げ、一部に突起を設けたものである場合、この比が1以下では接続面31が当接面27と同じ高さかそれより低いためマイナス側端子と導通できない。
【0029】
また、機器のマイナス側端子がコイルばねである場合、この比が1以下でもコイルばねの先端が当接面27より接触平面23に近づくことにより、マイナス側端子と導通できるが、好ましくは1以上であれば確実にマイナス側端子と導通できる。
【0030】
さらに、以上の実施の形態1では負極端子25の接触平面23を平面にしているが、このような平面の場合、2以上では負極端子25が相対すると常時導電性突起32、40、41、42を通過して導通してしまい逆装填通電防止の効果が見られない。
【0031】
しかし、負極端子25に導電性突起32、40、41、42と同一円周上に窪みが設けられた場合、2以上でも負極端子25が相対しても導通はしないが、負極端子25の加工が複雑になるので、好ましくは2未満である。
従って、接続面31と接触平面23との間の段差33の、当接面27と接触平面23との間の段差34に対する比は、1よりも大きく、2未満が好ましい。
【0032】
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2の円筒形電池である単三形アルカリ乾電池の断面図である。実施の形態1と異なるのは図5に示すようにピンからなる導電性突起43を個別に加工し、その導電性突起43を溶接で負極端子25の中心部29以外に固定してあることである。その他の構成は図1に示す円筒形電池と同様である。
【0033】
上述の導電性突起43は、高さ0.2mm、外径0.5mmの円柱と、高さ0.5mm、外径1mmの円柱とを重ねた高さ0.7mmの円柱であり、外径0.5mmの円柱の側面はポリエチレンチューブを熱収縮して絶縁皮膜44を形成してある。この導電性突起43は負極端子25の接触平面23の半径3.5mmの円周上に突き出し量が0.7mmになるように抵抗溶接で負極端子25に固定してあり、接続面45が当接面27から0.2mm突き出ている。
【0034】
この実施の形態2では、導電性突起43の側面を絶縁皮膜44が覆っているので、導電性突起43の側面同士が接触しても導通することはない。また導電性突起43を負極端子25とは別途加工することで、先端形状など接続面45を工夫して逆装填通電防止効果をより上げることが出来る。更に、パンチング方法などで加工した外径が異なる円柱を2段に重ねた形状のピンを用いているので、導通する確率はピンの接触面の面積に反比例することを考慮して、円柱の寸法として適切な値を比較的自由に選択することが出来る。
【0035】
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3の円筒形電池である単3形アルカリ乾電池の断面図である。実施の形態2と異なるのはリング状の絶縁体の代わりに、図6に示すように負極端子25の周縁部24上に負極端子25の接触平面23より負極軸26方向に突出した当接面46を有するエポキシ樹脂からなる突起状の絶縁体47と、負極端子25の中心部29以外の位置に、導電接着剤を用いて接着した異方性導電ゴムからなる導電性突起48からなることである。その他の構成は先に説明した円筒形電池と同様である。
【0036】
上述の導電性突起48は、接続面49の直径が0.5mm、下底面の直径が1mmの円錐で、高さは0.8mmの異方性導電ゴムからなり、負極端子25の接触平面23の半径3.5mmの円周上に導電性シリコーンゴム接着剤で固定してある。また、0.5mmの高さの突起状の絶縁体47が負極端子25の周縁部24に設けられている。そして導電性突起48の接続面49が絶縁性突起47の当接面46から0.3mm突き出ている。
【0037】
板ばねからなる機器のマイナス側端子と上記負極端子が相対すると異方性導電ゴムの接続面が確実に突き出ているのでマイナス側端子と導通する。また上記突起と導電体は市販されているアルカリ乾電池へ容易に接着剤を用いて負極端子に固定することが出来て、少量の電池への逆装填通電防止が施すことが出来る。更に、また異方性導電ゴムからなる導電体の側面方向からは絶縁されており、新たに樹脂などを用いて被覆する必要がない。
【0038】
【発明の効果】
以上の如くこの発明の円筒形電池による効果は次の通りである。
(1)円筒形電池は、開口部を有する正極缶と、正極缶の開口部に対して外側に凸に封口し、接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、負極端子の周縁部に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体と、負極端子上の中心部以外の位置に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有するすくなくとも1個の導電性突起とを備えているので、電池を逆装てんしても、当接面同士が当接することで、相対した負極端子が不導通である。同時に機器のマイナス側端子がコイルばねや幅の小さな板ばねの場合では、接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1未満の導電性突起でも、導電性突起とマイナス側端子が当たることにより、これらマイナス側端子と負極端子との導通が確実になる。
【0039】
(2)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きいと、幅の広い板ばね等を含むあらゆる機器のマイナス側端子と負極端子との導通が確実に取れる。
【0040】
(3)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満であれば、幅の広い板ばね等を含むあらゆる機器のマイナス側端子と負極端子との導通が確実に取れる。同時に電池を逆装てんしても、相対した負極端子の間で導通する確率が少なくなる。
【0041】
(4)導電性突起の下底面が接続面より広いので、相対した導電性突起同士が導通する確率が大幅に減少し、導電性突起同士が当接しても円筒形電池の位置がずらされてその間が導通することがない。
【0042】
(5)導電性突起の側面が絶縁皮膜で被覆されているので、相対した導電性突起が側面で当接しても、絶縁皮膜が介在するので導通することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の円筒形電池を示す部分断面図である。
【図2】この発明の円筒形電池の負極端子の変形例を示す断面図である。
【図3】この発明の円筒形電池の負極端子の別の変形例を示す断面図である。
【図4】この発明の円筒形電池の負極端子の更に別の変形例を示す断面図である。
【図5】この発明の別の実施の形態の円筒形電池の断面図である。
【図6】この発明の更に別の実施の形態の円筒形電池の断面図である。
【図7】従来の円筒形電池の断面図である。
【図8】従来の逆装填通電防止対策を施した円筒形電池の断面図である。
【符号の説明】
21 開口部、22 正極缶、23 接触平面、24 周縁部、25 負極端子、26 負極軸、27、46 当接面、28、47 絶縁体、29 中心部、31、45、49 接続面、32、40、41、42、43、48 導電性突起、33 (接続面と接触平面の)段差、34 (当接面と接触平面の)段差、35 ガスケット、36 (導電性突起の)下底面、37 (導電性突起の)側面、38、44 絶縁皮膜、39 外装ラベル。
【発明の属する技術分野】
この発明は円筒形電池に関し、特に円筒形電池の負極端子の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7に従来の円筒形電池であるアルカリ乾電池の断面図を示す。アルカリ乾電池は、電池の正極活物質1、負極活物質2、セパレータ3を納めた正極缶4と、正極缶4をガスケット5を介して封口し、接触平面6及び周縁部7を有する皿状の負極端子8と、ガスケット5を貫通して負極端子8に当接する負極集電体9と、正極缶4の側面を絶縁した外装ラベル10とを備えている。このような電池を機器の電池箱等に装填すると、機器のマイナス側端子(図示してない)が電池の負極端子8の接触平面6に電気的に接続する。
【0003】
アルカリ乾電池の交換は消費者が使用済みの電池を取り出し、未使用の電池を装填することにより行われる。電池の接続本数が多い場合は、消費者が正常に機器にセット出来ずに少なくとも一本の電池の極性を逆にして装てんしてしまうことがある。この場合、電池の負極端子8の接触平面6同士がお互いに接触してしまうことになる。そのままスイッチを入れて使用すると、正常に装てんされた電池は放電されるが、逆に装てんされた電池は他の正常に装てんされた電池で充電されることになる。アルカリ乾電池は充電されることを想定してつくられていないため、電池内部でガスが発生し、電池内部のガス圧が上昇して電解液の漏液や破裂に至ることがある。
【0004】
単1形電池や単2形電池においては、上述の問題を解決するために図8に示す特開平9−147831号公報に記載されているもののように、負極端子8の周縁部7に接触平面6より負極軸11方向に突出した当接面12を有するリング状の絶縁体13を付けて、電池の接触平面6を当接面12から僅かに凹ますことが提案されている。この構造によって誤って負極端子8同士を向かい合わせにして装填した場合でも突出した絶縁体13の当接面12だけが接触して負極端子8同士が接触することが無くなる。電池が正しく装填された場合には突出した正極が絶縁体13を避けて負極端子8の中央部に接触できる。
【0005】
また特開平9−161762号公報に記載されているような負極端子接触平面上の一部に絶縁性樹脂の突起を設けた構造によっても、逆に装てんした電池の負極端子が正常に装てんされた電池の負極端子と直接接触しないため電気的な回路形成を防止できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特に単3形電池や単4形電池などの小型の電池の場合、上述のような図8に示すような対策を行うと、次に示す問題があった。即ち、機器のマイナス側端子が板ばねをU字状に折り曲げ、一部に突起を設けたものである場合、電池の負極端子の接触平面の外径が機器のマイナス側端子より小さい負極端子とが相対すると、電池の負極端子の接触平面と機器のマイナス側端子とが接触できないことがある。また、上述の対策のうち、円周の一部だけに絶縁体が付いている場合は方向によればマイナス側端子が接続できる場合もあるが、方向が合わないと絶縁体が介在して接続できないことが起こるという問題があった。
【0007】
また機器のマイナス側端子がコイルばねの場合でも、絶縁体がコイルばねの外周に接触して接続できないことが起こるという問題があった。
【0008】
従ってこの発明の目的は、逆装てん通電防止の対策を施し、同時に機器側の端子構造によらず、機器のマイナス側端子と確実に導通が取れる負極端子を有する円筒形電池を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、上述の課題を解決するための手段は次の通りである。
(1)円筒形電池は、開口部を有する正極缶と、正極缶の開口部に対して外側に凸に封口し、接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、負極端子の周縁部に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体とを備えており、更に負極端子上の中心部以外の位置に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有するすくなくとも1個の導電性突起を備えられている。
【0010】
(2)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きくてもよい。
【0011】
(3)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満であってもよい。
【0012】
(4)導電性突起の下底面が接続面より広くともよい。
【0013】
(5)導電性突起の側面が絶縁皮膜で被覆されていてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1の円筒形電池である単3形アルカリ乾電池の断面図である。この発明の円筒形電池の全体の構造は図5および図6に示す従来のものとよく似ており、その負極端子部分の構造だけが異なっていて、その他は同じである。
【0015】
円筒形電池は、開口部21を有する正極缶22と、正極缶22の開口部21に対して外側に凸に封口し、接触平面23および周縁部24を有する皿状の負極端子25と、負極端子25の周縁部24に設けられ、接触平面23よりも負極軸26方向に突出した当接面27を有する絶縁体28とを備えている。円筒形電池はまた、負極端子25上の中心部29以外の位置30に設けられ、接触平面23よりも負極軸方向26に突出した接続面31を有するすくなくとも1個の導電性突起32を備えている。接続面31と接触平面23との間の段差33の、当接面27と接触平面23との間の段差34に対する比は1よりも大きく、2未満である。
【0016】
正極缶22は、ほぼ中空円筒形で僅かに内側に絞り込まれた開口部21を有し、負極端子25は全体として皿状であって、その接触平面23は皿の底であり、周縁部24はテーパーした側壁である。また、負極端子25が正極缶22の開口部21に対して外側に凸に封口した状態とは、図示の例の場合、皿状の負極端子25の周縁部24の外縁が正極缶22の開口部21の内側に係合して、皿の底である接触平面23が開口部21よりも外側に突出した状態で開口部21を封止した状態を言う。開口部21と負極端子25との間にはガスケット35が設けてあって、その間を封止している。ガスケット35はまた電池内部の圧力上昇時に内部のガスを放出する安全弁を備えている。
【0017】
絶縁体28は、負極端子25の周縁部24の全周に亘って延びたナイロン等の樹脂製の環状部材であり、周縁部24上に接着されている。絶縁体28は、接触平面23に対して矢印26で示す負極軸方向に所定の距離だけ平行に離間した平面内にあるほぼ環状の当接面27を有しており、この当接面27と負極端子25の接触平面23との間には段差34がある。絶縁体28は図示の例では負極端子25に接着されているが、他の手段によって周縁部に設けることもでき、例えばプラスチックのガスケット35の外周から連続して一体に延ばしたものとすることもできる。
【0018】
導電性突起32は、負極端子25の接触平面23上の中心部29以外の位置30の一部を、打ち出し加工により負極軸方向26に所定距離だけ突出させて形成したほぼ円錐形の部分である。導電性突起32の接続面31は円錐形の頂部に在り、負極端子25の接触平面23との間には高さの差、即ち段差33がある。この段差33は、絶縁体28の当接面27と接触平面23との間の段差34よりも大きいが、2倍以上大きくてはならない。換言すれば、接続面31と接触平面23との間の段差33の、当接面27と接触平面23との間の段差34に対する比が1よりも大きく、2未満である。
【0019】
また、導電性突起32はほぼ円錐形であり、その下底面36(接触平面23から立ち上がった部分)の面積は頂部の接続面31の面積よりも大きく、導電性突起32のテーパーした側面37は、片面に粘着剤が塗布されたポリエチレンチューブからなる絶縁皮膜38により被覆されている。正極缶22の側面は熱収縮チューブより設けられた絶縁性の外装ラベル39により被覆されている。
【0020】
この発明に於いて負極端子25の接触平面23上の中心部29とは、他の同様の円筒形電池と組み合わせて使用するときに、その正極(図示してない)が図1に示す円筒形電池の負極端子25の接触平面23に接触する中央のほぼ円形の部分である。従って、それ以外の位置30とは、負極端子25の皿の底である円形の接触平面23から同軸の円形の中央部29を除いたほぼ環状の範囲内の位置である。
【0021】
上述の負極端子25の周縁部24及び中心部29等の具体的寸法は、単3形円筒形乾電池の場合、JISC8501:1998で指定された詳細寸法を基にして決定される。各部の具体的寸法の一例を挙げれば、負極端子25の接触平面23の外径は最小値として7mm、電池の直径の最小値として13.5mmが指定されているので、周縁部24はそれぞれ余裕を持って内径8mm、外径13mmのリング状部分である。中心部29は図示してない外径5.5mmの正極端子が接触するための部分であるので、直径6mmの円内であり、中心部以外の部分30とは内径6mm、外径8mmのリング部分である。また、導電性突起32の高さ、即ち接続面31と接触平面23との間の段差33は0.7mmである。絶縁体28の高さ、即ち当接面27と接触平面23との間の段差34は0.5mmであり、内径は8mm、外径は13mmである。
【0022】
このような寸法の円筒形電池に於いては、導電性突起32の接続面31が絶縁体28の当接面27よりも0.2mmだけ突出しているので、例えば平板状の機器のマイナス側端子(図示してない)に対向させたときにも負極端子25は導電性突起32を介して確実に機器のマイナス側端子に電気的に接続される。また、2つの円筒形電池の負極端子25どうしが相対して装填された場合には、導電性突起32どうしが向き合う位置で装填されない限り、絶縁体28の当接面27同士だけが互いに当接することになり、2つの接触平面23間に段差34の2倍である1.0mmの高さの空間が形成される。このとき導電性突起32の接続面31は相手の接触平面23に0.3mmだけ離間した位置に在ることになり、この間に電気的接続関係は得られない。
【0023】
2つの円筒形電池の負極端子25同士が相対して装填され、導電性突起32同士が向き合う位置で装填されて接続面31同士が接触する場合が起こる確率は小さい。これは、当接面27から突き出ている接続面31の周方向寸法は図示の例の場合大きくとも約0.3mmであり、この径方向位置での全周の長さの数パーセントしか占めていないからである。
【0024】
また、万一接続面31同士が同じ周方向位置となって装填されようとした場合には、導電性突起32の形状は図1に示すような突起の先端が尖った円錐型であるので、導電性突起32同士が突き当たってきわめて不安定な状態となり、円筒形電池が中心軸回りに回転したり、機器のプラス−マイナス側端子のスペースと複数の円筒形電池の長さのばらつき等により円筒形電池の位置がずれ、装填作業中に導電性突起32が互いにずれた位置になり、不導通となる。
【0025】
また、導電性突起32のテーパーした側面が絶縁皮膜38で覆われているので、導電性突起32の側面同士が接触した位置で装填された場合にも、導電性突起32同士が導通することがない。
【0026】
以上に説明した円筒形電池の導電性突起32は負極端子25の加工と同時にプレス加工等により形成したものであるが、導電性突起32として様々な構造のものを使用できる。例えば、図2に示すような釣鐘型に絞りだした導電性突起40でも、図3に示すような円筒形にして接続面を小さくした導電性突起41でも、図4に示すような片持ちばねを負極端子25に形成した導電性突起42でも同様に負極端子25とマイナス側端子とを確実に導通する効果がある。これら図2乃至図4に示すような導電性突起32、40、41、42の加工は負極端子25の加工と同時にすることができ、安価に提供できる効果がある。
【0027】
また、以上の実施の形態では、絶縁皮膜38が絶縁テープから作られているが、絶縁性樹脂のポリマーをポッティングして硬化して導電性突起32、40、41あるいは42の側面を絶縁することもできる。
【0028】
さらに、以上の実施の形態1では導電性突起32、40、41、42の接続面31と負極端子25の接触平面23の段差33と、絶縁体28の当接面27と負極端子25の接触平面23の段差34の比は1.4であるが、機器のマイナス側端子の形状と負極端子25の接触平面23の形状を考慮して好ましい比が決められる。すなわち、機器のマイナス側端子が板ばねをU字状に折り曲げ、一部に突起を設けたものである場合、この比が1以下では接続面31が当接面27と同じ高さかそれより低いためマイナス側端子と導通できない。
【0029】
また、機器のマイナス側端子がコイルばねである場合、この比が1以下でもコイルばねの先端が当接面27より接触平面23に近づくことにより、マイナス側端子と導通できるが、好ましくは1以上であれば確実にマイナス側端子と導通できる。
【0030】
さらに、以上の実施の形態1では負極端子25の接触平面23を平面にしているが、このような平面の場合、2以上では負極端子25が相対すると常時導電性突起32、40、41、42を通過して導通してしまい逆装填通電防止の効果が見られない。
【0031】
しかし、負極端子25に導電性突起32、40、41、42と同一円周上に窪みが設けられた場合、2以上でも負極端子25が相対しても導通はしないが、負極端子25の加工が複雑になるので、好ましくは2未満である。
従って、接続面31と接触平面23との間の段差33の、当接面27と接触平面23との間の段差34に対する比は、1よりも大きく、2未満が好ましい。
【0032】
実施の形態2.
図5はこの発明の実施の形態2の円筒形電池である単三形アルカリ乾電池の断面図である。実施の形態1と異なるのは図5に示すようにピンからなる導電性突起43を個別に加工し、その導電性突起43を溶接で負極端子25の中心部29以外に固定してあることである。その他の構成は図1に示す円筒形電池と同様である。
【0033】
上述の導電性突起43は、高さ0.2mm、外径0.5mmの円柱と、高さ0.5mm、外径1mmの円柱とを重ねた高さ0.7mmの円柱であり、外径0.5mmの円柱の側面はポリエチレンチューブを熱収縮して絶縁皮膜44を形成してある。この導電性突起43は負極端子25の接触平面23の半径3.5mmの円周上に突き出し量が0.7mmになるように抵抗溶接で負極端子25に固定してあり、接続面45が当接面27から0.2mm突き出ている。
【0034】
この実施の形態2では、導電性突起43の側面を絶縁皮膜44が覆っているので、導電性突起43の側面同士が接触しても導通することはない。また導電性突起43を負極端子25とは別途加工することで、先端形状など接続面45を工夫して逆装填通電防止効果をより上げることが出来る。更に、パンチング方法などで加工した外径が異なる円柱を2段に重ねた形状のピンを用いているので、導通する確率はピンの接触面の面積に反比例することを考慮して、円柱の寸法として適切な値を比較的自由に選択することが出来る。
【0035】
実施の形態3.
図6はこの発明の実施の形態3の円筒形電池である単3形アルカリ乾電池の断面図である。実施の形態2と異なるのはリング状の絶縁体の代わりに、図6に示すように負極端子25の周縁部24上に負極端子25の接触平面23より負極軸26方向に突出した当接面46を有するエポキシ樹脂からなる突起状の絶縁体47と、負極端子25の中心部29以外の位置に、導電接着剤を用いて接着した異方性導電ゴムからなる導電性突起48からなることである。その他の構成は先に説明した円筒形電池と同様である。
【0036】
上述の導電性突起48は、接続面49の直径が0.5mm、下底面の直径が1mmの円錐で、高さは0.8mmの異方性導電ゴムからなり、負極端子25の接触平面23の半径3.5mmの円周上に導電性シリコーンゴム接着剤で固定してある。また、0.5mmの高さの突起状の絶縁体47が負極端子25の周縁部24に設けられている。そして導電性突起48の接続面49が絶縁性突起47の当接面46から0.3mm突き出ている。
【0037】
板ばねからなる機器のマイナス側端子と上記負極端子が相対すると異方性導電ゴムの接続面が確実に突き出ているのでマイナス側端子と導通する。また上記突起と導電体は市販されているアルカリ乾電池へ容易に接着剤を用いて負極端子に固定することが出来て、少量の電池への逆装填通電防止が施すことが出来る。更に、また異方性導電ゴムからなる導電体の側面方向からは絶縁されており、新たに樹脂などを用いて被覆する必要がない。
【0038】
【発明の効果】
以上の如くこの発明の円筒形電池による効果は次の通りである。
(1)円筒形電池は、開口部を有する正極缶と、正極缶の開口部に対して外側に凸に封口し、接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、負極端子の周縁部に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体と、負極端子上の中心部以外の位置に設けられ、接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有するすくなくとも1個の導電性突起とを備えているので、電池を逆装てんしても、当接面同士が当接することで、相対した負極端子が不導通である。同時に機器のマイナス側端子がコイルばねや幅の小さな板ばねの場合では、接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1未満の導電性突起でも、導電性突起とマイナス側端子が当たることにより、これらマイナス側端子と負極端子との導通が確実になる。
【0039】
(2)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きいと、幅の広い板ばね等を含むあらゆる機器のマイナス側端子と負極端子との導通が確実に取れる。
【0040】
(3)接続面と接触平面との間の段差の、当接面と接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満であれば、幅の広い板ばね等を含むあらゆる機器のマイナス側端子と負極端子との導通が確実に取れる。同時に電池を逆装てんしても、相対した負極端子の間で導通する確率が少なくなる。
【0041】
(4)導電性突起の下底面が接続面より広いので、相対した導電性突起同士が導通する確率が大幅に減少し、導電性突起同士が当接しても円筒形電池の位置がずらされてその間が導通することがない。
【0042】
(5)導電性突起の側面が絶縁皮膜で被覆されているので、相対した導電性突起が側面で当接しても、絶縁皮膜が介在するので導通することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の円筒形電池を示す部分断面図である。
【図2】この発明の円筒形電池の負極端子の変形例を示す断面図である。
【図3】この発明の円筒形電池の負極端子の別の変形例を示す断面図である。
【図4】この発明の円筒形電池の負極端子の更に別の変形例を示す断面図である。
【図5】この発明の別の実施の形態の円筒形電池の断面図である。
【図6】この発明の更に別の実施の形態の円筒形電池の断面図である。
【図7】従来の円筒形電池の断面図である。
【図8】従来の逆装填通電防止対策を施した円筒形電池の断面図である。
【符号の説明】
21 開口部、22 正極缶、23 接触平面、24 周縁部、25 負極端子、26 負極軸、27、46 当接面、28、47 絶縁体、29 中心部、31、45、49 接続面、32、40、41、42、43、48 導電性突起、33 (接続面と接触平面の)段差、34 (当接面と接触平面の)段差、35 ガスケット、36 (導電性突起の)下底面、37 (導電性突起の)側面、38、44 絶縁皮膜、39 外装ラベル。
Claims (5)
- 開口部を有する正極缶と、上記正極缶の開口部に対して外側に凸に封口し、接触平面および周縁部を有する皿状の負極端子と、上記負極端子の周縁部に設けられ、上記接触平面よりも負極軸方向に突出した当接面を有する絶縁体とを備えた円筒形電池であって、上記負極端子上の中心部以外の位置に設けられ、上記接触平面よりも負極軸方向に突出した接続面を有するすくなくとも1個の導電性突起を備えたことを特徴とする円筒形電池。
- 上記接続面と上記接触平面との間の段差の、上記当接面と上記接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の円筒形電池。
- 上記接続面と上記接触平面との間の段差の、上記当接面と上記接触平面との間の段差に対する比が1よりも大きく、2未満であることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の円筒形電池。
- 上記導電性突起の下底面が上記接続面より広いことを特徴とする請求項1及至3のいずれかに記載の円筒形電池。
- 上記導電性突起の側面が絶縁皮膜で被覆されたことを特徴とする請求項1及至4のいずれかに記載の円筒形電池。
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- 2002-06-19 JP JP2002178912A patent/JP2004022458A/ja active Pending
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