JP2004022458A - 円筒形電池 - Google Patents

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

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。

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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