JP2007048730A - アルカリ乾電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】安全性と耐漏液性特性を維持しつつ、封口部の軸方向寸法を小さくして放電性能の向上を図ることができるアルカリ乾電池を提供する。
【解決手段】電池缶２内に正極合剤４とセパレータ５とゲル状負極６を収容し、ゲル状負極６に貫入させた負極集電体９が貫通する内筒部７ａと電池缶２の開口部内周に嵌合する外筒部７ｂと内筒部７ａと外筒部７ｂを連結する連結部７ｃと連結部７ｃと内筒部７ａの間に形成した薄肉部８とを有するガスケット７と、負極集電体９の頭部９ａに溶接され、外周縁がガスケット７の外筒部７ｂの内側に嵌合する負極端子板１０とから成る封口体１１を電池缶２の開口部に嵌合し、電池缶２の開口部に形成した溝１２にて封口体１１を保持した状態で電池缶２の開口縁を内側に折り曲げつつ軸方向にかしめて封口したアルカリ乾電池１であって、ガスケット７の連結部７ｃに、厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部７ｇを有する二段形状の環状円盤部７ｆを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明はアルカリ乾電池に関し、特に封口部の補強ワッシャを省略してその容積分電池の内容量を大きくして放電性能の向上を図ったアルカリ乾電池に関するものである。
従来、図４に示すような構成のアルカリ乾電池２１が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図４において、有底円筒状で底部に正極端子２３が突出形成されたスチール製の電池缶２２内に、二酸化マンガンと黒鉛を主構成物質とする円筒状の正極合剤２４が内周面に密接して収容され、その内側に有底円筒状のセパレータ２５を介して、ゲル化した電解液に亜鉛粉末を分散させたゲル状負極２６が収容されている。
電池缶２２の開口部には、内筒部２７ａと外筒部２７ｂとそれらの間を連結する連結部２７ｃを有するガスケット２７がセパレータ２５の開口端に当接させて嵌合配置されている。ガスケット２７の連結部２７ｃは、外筒部２７ｂの下端段部２７ｄから傾斜の小さい円錐筒状に垂下された短いスカート部２７ｅとその下端から径方向内側に向けて若干上方に傾斜して延出された環状円盤部２７ｆにて形成され、その環状円盤部２７ｆの内周と内筒部２７ａ外周との間に防爆弁として機能する薄肉部２８が形成されている。このガスケット２７には、外筒部２７ｂの下端段部２７ｄと内筒部２７ａの上端外周段部２７ｇとの間にわたって補強ワッシャ２９が配置されている。ガスケット２７の内筒部２７ａを貫通して負極集電体３０がゲル状負極２６内に貫入され、この負極集電体３０の頭部３０ａに負極端子板３１が接続固定され、その外周部が補強ワッシャ２９の外周部に当接されている。
そして、電池缶２２の開口端から所定間隔あけた位置に形成された溝３２にてガスケット２７の外周部を支持した状態で電池缶２２の開口端部及びガスケット２７の外筒部２７ｂの上端部が径方向内側にかしめられ、そのかしめ部３３にてガスケット２７の外筒部２７ｂの上端部が軸方向に圧縮され、ガスケット２７にて電池缶２２が封口されるとともに負極端子板３１が固定されている。また電池缶２２の外周面は熱収縮性の樹脂チューブ３４で被覆されている。
また、他のアルカリ電池として、電池缶の開口部を径大に形成し、その開口部に、内筒部と外筒部と連結部を有し、内筒部の外側に防爆弁として機能する薄肉部を形成したガスケットとその外筒部内に配置した端子板とから成る封口体を嵌合配置し、電池缶の開口部を径方向に圧縮しつつ開口縁を内側にかしめることによって封口するアルカリ電池において、ガスケットの外筒部の内側に圧縮変形を吸収する緩衝部を設けることにより、上記径方向のかしめ時に作用する圧縮力によって薄肉部に応力が生じ、防爆弁の作動圧に影響を与えないようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−３６９６号公報 特開平１１−８６８１０号公報
ところで、特許文献１に記載された図４に示すような構成のアルカリ乾電池では、ガスケット２７内に補強ワッシャ２９を内蔵しているので、封口部の軸方向寸法が大きく、それだけ電池缶２２の有効内容積が小さくなっており、電池の放電性能の向上を図る際の阻害要因になるという問題があった。
そこで、補強ワッシャを無くした封口構成にすることが考えられるが、図５に示すように、単純に補強ワッシャを無くした構成とした場合には、ガスケット２７の外筒部２７ｂの上端部を内側にかしめ、軸方向に圧縮させた時に、外筒部２７ｂに発生した歪と応力が連結部２７ｃに伝播し、そのスカート部２７ｅを矢印ａに示すように径方向外方に強く引っ張る力が作用し、それがそのまま環状円盤部２７ｆを介して内筒部２７ａとの間に形成されている薄肉部２８に伝播し、薄肉部２８に大きな応力が発生してクラックを生じ、耐漏液性特性が低下したり、防爆弁の作動圧に影響を与えて信頼性が低下するという問題が発生する。
なお、特許文献２においては、金属リング（補強ワッシャ）を設けていない封口部構成において、径方向のかしめ時に作用する圧縮力で薄肉部に応力が発生するのを防止するため、外筒部の内側に、断面Ｖ字状の切り込みを有して圧縮変形を吸収する緩衝部を設けた構成が開示されているが、上記ガスケットの外筒部を軸方向に圧縮する図４の構成のアルカリ乾電池とは封口の仕方が異なっており、そのまま適用できるものではない。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、安全性と耐漏液性特性を維持しつつ、封口部の軸方向寸法を小さくして放電性能の向上を図ることができるアルカリ乾電池を提供することを課題とする。
本発明のアルカリ乾電池は、電池缶内に正極合剤とセパレータとゲル状負極を収容し、ゲル状負極に貫入させた負極集電体が貫通する内筒部と電池缶の開口部内周に嵌合する外筒部と内筒部と外筒部を連結する連結部と連結部と内筒部の間に形成した薄肉部とを有するガスケットと、負極集電体の頭部に溶接され、外周縁がガスケットの外筒部の内側に嵌合する負極端子板とから成る封口体を電池缶の開口部に嵌合し、電池缶の開口部に形成した溝にて封口体を保持した状態で電池缶の開口縁を内側に折り曲げつつ軸方向にかしめて封口したアルカリ乾電池であって、ガスケットの連結部に、厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部を有する二段形状の環状円盤部を設けたものである。
この構成によると、補強ワッシャを設けていないので、封口部の軸方向寸法を小さくできて放電性能の向上を図ることができ、しかも封口時にガスケットの外筒部の端部が内側に折り曲げられつつ軸方向に圧縮変形されるのに伴って外筒部に発生した歪と応力が連結部に伝播されても、連結部に厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部を有する二段形状の環状円盤部を設けていることで、その歪と応力が屈曲部での変形によって効果的に吸収され、封口によって薄肉部に大きな応力が発生せず、薄肉部でのクラック発生を防止して耐漏液性特性が高く、防爆弁の作動圧が安定し、安全性と耐漏液性特性を維持することができる。
また、環状円盤部の傾斜方向並びに屈曲部の屈曲方向として、ガスケットの内筒部外周面と環状円盤部の屈曲部より内周側部分とが成す角度をＡ１、内筒部外周面と環状円盤部の屈曲部より外周側部分とが成す角度をＡ２として、Ａ１がＡ２より大きく、かつ９０°以下となるようにすると、セパレータの開口端が当接する部分が凹形状となるため、ゲル状負極のこぼれをより確実に防止できて好適である。
また、角度差（Ａ１−Ａ２）を１１〜２２°とすることで、上記効果が確実かつ安定して得られるので好適である。
また、環状円盤部の屈曲部に角張った変曲点を設けることで、この変曲点に応力が集中して環状円盤部がより変形し易くなるため、封口時に外筒部から環状円盤部に伝播された歪と応力が一層効果的に吸収され、耐漏液性特性がさらに向上し、防爆弁の作動圧の一層の安定化を図ることができる。なお、角張った変曲点としては、変曲点の曲率半径を０．２ｍｍ以下にするのが好適である。
本発明のアルカリ乾電池によれば、ガスケットの連結部に、厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部を有する二段形状の環状円盤部を設けたことで、封口時に外筒部に発生した歪と応力が屈曲部での変形によって効果的に吸収され、封口によって薄肉部に大きな応力が発生せず、耐漏液性特性が高く、防爆弁の作動圧が安定し、安全性と耐漏液性特性を維持でき、しかも補強ワッシャを設けず、封口部の軸方向寸法を小さくできるので、放電性能の向上を図ることができるという効果が得られる。
以下、本発明の一実施形態のアルカリ乾電池について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）において、１はアルカリ乾電池で、有底円筒状で底部に正極端子３が突出形成されたスチール製の電池缶２内に、二酸化マンガンと黒鉛を主構成物質とする円筒状の正極合剤４が内周面に密接して収容され、その内側に有底円筒状のセパレータ５を介して、ゲル化した電解液に亜鉛粉末を分散させたゲル状負極６が収容されている。電池缶２の開口部には、内筒部７ａと外筒部７ｂとそれらの間を連結する連結部７ｃを有するガスケット７がセパレータ５の開口端に当接させて嵌合配置されている。連結部７ｃの内周と内筒部７ａの外周との間には防爆弁として機能する薄肉部８が形成されている。このガスケット７の内筒部７ａを貫通して負極集電体９がゲル状負極６内に貫入され、その頭部９ａに負極端子板１０が接続固定されている。負極端子板１０の外周部には短い垂下筒部１０ａを介してフランジ部１０ｂが設けられ、そのフランジ部１０ｂの外周がガスケット７の外筒部７ｂ内周に嵌合され、これらガスケット７と負極端子板１０にて封口体１１が構成されている。
そして、電池缶２の開口端から所定間隔あけた位置に形成された溝１２にて封口体１１の外周部、即ちガスケット７の外筒部７ｂ下端を支持した状態で電池缶２の開口端部及びガスケット７の外筒部７ｂの上端部が径方向内側にかしめられ、そのかしめ部１３にてガスケット７の外筒部７ｂの上端部が軸方向に圧縮され、ガスケット７と負極端子板１０から成る封口体１１にて電池缶２が封口されるとともにその負極端子板１０が固定されている。また電池缶２の外周面は熱収縮性の樹脂チューブ１４で被覆されている。
以上の構成のアルカリ乾電池１において、ガスケット７の連結部７ｃが、図１（ｂ）に詳細に示すように、外筒部７ｂの下端内周に設けられた段部７ｄから傾斜の小さい円錐筒状に垂下された短いスカート部７ｅとその下端から径方向内側に向けて若干上方に傾斜して延出された環状円盤部７ｆにて形成されている。さらにその環状円盤部７ｆは、厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部７ｇを有する二段形状に形成されている。そして、ガスケット７の内筒部７ａ外周面と、環状円盤部７ｆの屈曲部７ｇより内周側部分とが成す角度をＡ１、環状円盤部７ｆの屈曲部７ｇより外周側部分とが成す角度をＡ２として、Ａ１は９０°以下、Ａ１とＡ２の角度差（Ａ１−Ａ２）が１１〜２２°に設定されている。
以上の構成によれば、封口時にガスケット７の外筒部７ｂの端部が内側に折り曲げられつつ軸方向に圧縮変形されるのに伴って外筒部７ｂに発生した歪と応力が連結部７ｃに伝播され、そのスカート部７ｅを径方向外方に引っ張る大きな力が作用しても、連結部７ｃの環状円盤部７ｆが一定厚みでかつ径方向中間部に屈曲部７ｇを有する二段形状に形成されていることで、その歪と応力が屈曲部７ｇでの変形によって効果的に吸収されるので、封口によって薄肉部８に大きな応力が発生せず、耐漏液性特性が高く、防爆弁の作動圧が安定し、安全性と耐漏液性特性を維持できる。しかも、その封口体１１には補強ワッシャを設けていないので、封口部の軸方向寸法を小さくでき、その分電池缶２の有効内容積を大きくできて、放電性能の向上を図ることができる。
また、環状円盤部７ｆの傾斜方向及び屈曲部７ｇの屈曲方向として、内筒部７ａの外周面と環状円盤部７ｆの屈曲部７ｇより内周側部分とが成す角度Ａ１を鈍角としたり、内筒部７ａの外周面と環状円盤部７ｆの屈曲部７ｇより外周側部分とが成す角度Ａ２をＡ１より大きくすることも考えられるが、Ａ１を９０°以下としかつＡ２をＡ１より小さくすることで、セパレータ５の開口端が当接する部分が凹形状となるため、ゲル状負極６のこぼれをより確実に防止できて好適である。また、Ａ１とＡ２との角度差（Ａ１−Ａ２）を１１〜２２°とすることで、上記作用が確実に得られて好適である。
さらに、環状円盤部７ｆの屈曲部７ｇにおいて、図２に詳細に示すように、その電池缶内側面に曲率半径Ｒが０．２ｍｍ以下の鋭く角張った形状の変曲点を設けるのが好適である。このように屈曲部７ｇに角張った変曲点を設けることで応力が集中して屈曲部７ｇがより変形し易くなり、そのため封口時に外筒部７ｂから環状円盤部７ｆに伝播された歪と応力が一層効果的に吸収され、耐漏液性特性がさらに向上し、防爆弁の作動圧の一層の安定化を図ることができる。
次に、本発明の実施例と比較例と従来例について説明する。
図３に示すように、
比較例１として：図４の従来構成のアルカリ乾電池を準備し、
比較例２として：図５の構成のアルカリ乾電池を作成し、
実施例１として：図１の構成のアルカリ乾電池１において、
角度Ａ１を７９°、角度Ａ２を７４°とした乾電池を作成し、
実施例２として：角度Ａ１を７９°、角度Ａ２を６８°とした乾電池を作成し、
実施例３として：角度Ａ１を７９°、角度Ａ２を５７°とした乾電池を作成し、
実施例４として：角度Ａ１を７９°、角度Ａ２を５０°とした乾電池を作成し、
実施例５として：屈曲部が図２のように角張った形状の実施例１と同様の乾電池を作成し、
実施例６として：屈曲部が図２のように角張った形状の実施例２と同様の乾電池を作成し、
実施例７として：屈曲部が図２のように角張った形状の実施例３と同様の乾電池を作成し、
実施例８として：屈曲部が図２のように角張った形状の実施例４と同様の乾電池を作成し、
これら比較例１、２及び実施例１〜８のアルカリ乾電池について、以下の評価試験を行った。
耐漏液特性試験として：
1)ヒートショック（８０℃−１２時間、−２０℃−１２時間の交互繰り返し）保存
2)８０℃恒温保存
を、それぞれ１００個の乾電池について１〜４ヶ月にわたって行い、各月経過後に漏液した乾電池の数をチェックした。
放電性能試験として：
1)１０００ｍＡ１０ｓｐｍ／１ｈｐｄ（１分間のうち１０秒を１０００ｍＡで放電し
、残り５０秒はオフのパルスを１日１時間放電）放電
2)１０００ｍＡ連続放電
3)１００ｍＡ連続放電
を行い、従来例の放電時間を１００として相対評価した。
安全性試験として：
1)１個直列ショート試験（１個の電池を常温雰囲気でショート）
2)４個直列ショート試験（電池を４個直列にして常温雰囲気でショート）
3)１／４個逆接ショート試験（４個直列の内１個を逆接し、常温雰囲気でショート）を２０セットについて行い、破裂数をチェックした。
Figure 2007048730
 表１に、比較例１、２及び実施例１〜８について、上記耐漏液特性試験、放電性能試験及び安全性試験の結果を示した。
表１から、補強ワッシャのある比較例１に比して補強ワッシャのない比較例２及び実施例１〜８は放電性能が、１０〜２５％向上している。また、屈曲部の角度０°、すなわち屈曲部のない比較例２に比して、屈曲部を有する実施例１〜８では、漏液評価で改善が見られるが、実施例４、８のようにあまり屈曲部での角度差が大き過ぎると、漏液評価でも安全性でも好ましくない傾向が生じている。また、実施例１、５のように屈曲部での角度差が小さい場合には漏液評価での改善効果が小さいことが分かる。そして、実施例２、３、６、７のように屈曲部での角度差を１１〜２２°とすることで、漏液評価でも安全性評価でも補強ワッシャを有する従来例と同様の効果が維持されている。さらに、屈曲部を角張った形状にした実施例５〜８、特に実施例５と８においては、屈曲部の曲率半径Ｒが０．４ｍｍで角張り形状に形成していない実施例１〜４、特に実施例１と４に対して漏液評価及び安全性評価で大きな改善が認められる。
本発明は、補強ワッシャを設けていないことで放電性能の向上を図ることができ、しかもガスケットの連結部に厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部を有する二段形状の環状円盤部を設けていることで、封口によって薄肉部に大きな応力が発生せず、安全性と耐漏液性特性を維持できるので、アルカリ乾電池に有用である。
本発明の一実施形態のアルカリ乾電池を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は要部拡大断面図。 同実施形態においてガスケットの環状円盤部の屈曲部を角張り形状にした構成例の要部拡大断面図。 比較例１、２及び実施例１〜８の要部構成を示す断面図。 従来例のアルカリ乾電池を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は要部拡大断面図。 従来例のアルカリ乾電池における補強ワッシャを無くした構成例の要部拡大断面図。
符号の説明
１ アルカリ乾電池
２ 電池缶
４ 正極合剤
５ セパレータ
６ ゲル状負極
７ ガスケット
７ａ 内筒部
７ｂ 外筒部
７ｃ 連結部
７ｆ 環状円盤部
７ｇ 屈曲部
８ 薄肉部
９ 負極集電体
９ａ 頭部
１０ 負極端子板
１１ 封口体
１２ 溝
１３ かしめ部

Claims (4)

  1. 電池缶内に正極合剤とセパレータとゲル状負極を収容し、ゲル状負極に貫入させた負極集電体が貫通する内筒部と電池缶の開口部内周に嵌合する外筒部と内筒部と外筒部を連結する連結部と連結部と内筒部の間に形成した薄肉部とを有するガスケットと、負極集電体の頭部に溶接され、外周縁がガスケットの外筒部の内側に嵌合する負極端子板とから成る封口体を電池缶の開口部に嵌合し、電池缶の開口部に形成した溝にて封口体を保持した状態で電池缶の開口縁を内側に折り曲げつつ軸方向にかしめて封口したアルカリ乾電池であって、ガスケットの連結部に、厚みが一定でかつ径方向中間部に屈曲部を有する二段形状の環状円盤部を設けたことを特徴とするアルカリ乾電池。
  2. ガスケットの内筒部外周面と環状円盤部の屈曲部より内周側部分とが成す角度をＡ１、内筒部外周面と環状円盤部の屈曲部より外周側部分とが成す角度をＡ２として、Ａ１がＡ２より大きく、かつ９０°以下であることを特徴とする請求項１記載のアルカリ乾電池。
  3. 角度差（Ａ１−Ａ２）が１１〜２２°であることを特徴とする請求項２記載のアルカリ乾電池。
  4. 環状円盤部の屈曲部に角張った変曲点を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアルカリ乾電池。
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