JP2007200754A - アルカリ乾電池 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ電池における絶縁リングの位置決めを容易にして生産性を高め、不良品発生を低下させることが可能なアルカリ乾電池を提供する。
【解決手段】正極端子を兼ねる有底円筒の正極缶１と、その正極缶内に配置された中空円筒状の正極合剤２と、有底円筒状のセパレータ３を介して前記正極合剤の中空部に充填されたゲル状亜鉛負極４とを備え、前記正極缶開口部のかしめ部外側に短絡防止用の絶縁リング９が設置されているアルカリ乾電池において、該絶縁リングとして、内径が負極端子である金属封口板８の外径より大きく、かつその内径側面に３個以上の突起部を有するものを使用することによって、組立工程中の絶縁リングのズレや脱落を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、短絡防止用の絶縁リングを備えたアルカリ乾電池に関する。

ノート型パソコン、ＣＤプレーヤー、ＭＤプレーヤー、液晶テレビ等の携帯用ＡＶ機器や携帯電話などのように、超重負荷あるいは重負荷の用途が最近のアルカリ乾電池に要求されてきている。そのため、かつての電池に比較して、例えば正極合剤中の二酸化マンガン含有率の増加、負極ゲル中の亜鉛量の増加等によって、高容量化が図られている。

しかしながら、高容量化の結果、万が一電池同士または電池端子同士の短絡が生じた場合には、従来以上の発熱が生じ、危険度が高くなる。そこで、そのような不具合が起こらないように、負極端子側に短絡防止用の絶縁リングまたは紫外線硬化樹脂等を挿入することが行われている。絶縁リングの材質としては、耐アルカリ性であること、成形が容易で安価（射出成形加工）であること等を考慮して、ポリオレフィン系樹脂、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等が使用されている。

このように絶縁リングを挿入したアルカリ電池に関する従来技術としては、例えば正極缶開口部のカシメ部外側に絶縁リングを装着固定し、その外側にシュリンクラベル等を装着させたものがある（特許文献１参照）。
特公平４−７２３４９号公報

しかしながら、絶縁リングを挿入・装着することにより廃棄物の増加、生産性の低下、外観不良等を招いていた。
特に、電池製造の組立工程において、絶縁リング配置の位置決めが容易でなく、絶縁リングの脱落や不良品発生がしばしばみられ、生産性の低下を招いていた。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、アルカリ電池において絶縁リングの位置決めを容易にし、生産性を高め、不良品発生を著しく低下させることを目的とするものである。

本発明は、絶縁リングの内径を負極端子である金属封口板の外径より大きくし、且つその内径側面に３個以上の突起部を設けることによって、絶縁リングの設置を容易にかつ安定化させたものである。

すなわち本発明は、正極端子を兼ねる有底円筒の正極缶と、その正極缶内に配置された中空円筒状の正極合剤と、有底円筒状のセパレータを介して前記正極合剤の中空部に充填されたゲル状亜鉛負極とを備え、前記正極缶開口部のかしめ部外側に短絡防止用の絶縁リングが設置されているアルカリ乾電池において、該絶縁リングはその内径が負極端子である金属封口板の外径より大きく、かつその内径側面に３個以上の突起部を有するものであることを特徴とする。

上記において、突起部は３個以上必要であるが、３個の場合が絶縁リングを最も安定に固定する。また、突起部の円中心方向への長さは、（絶縁リング内径−金属封口板外径）×１／２とすることによって、突起部の内側面によって形成される仮想円の直径が金属封口板の外径と一致することになり、突起部が金属封口板の外側面に密着するようになる。

なお、絶縁リングの材質は従来一般に使用されているものでもよいが、生分解性プラスチックを使用することによって、電池を廃棄する際に生ずる環境問題に対して寄与することができる。生分解性プラスチックとしてはポリ乳酸が好ましい。ポリ乳酸は引張強さ、引張弾性率、曲げ強さ、曲げ弾性率のいずれも優れており、電池部品として他のポリマーと比べて遜色ない物性を備えている。ポリ乳酸には直接重合法で得たものとそれ以外のものとがあるが、前者がより好ましい。

本発明の絶縁リングは、内径側面に設けられた複数個の突起部によって負極端子である金属封口板表面に接し、その位置が固定される。したがって、従来の絶縁リングよりその位置決めと設置が容易であり、かつ複数の突起部により固定されるので、従来のものより安定化される。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施例である円筒型アルカリ電池（ＪＩＳ規格ＬＲ６形）の断面図であり、図２は図１の封口部の拡大図である。

図１および図２において、１は正極端子を兼ねる有底円筒型の金属からなる正極缶であり、この正極缶1内には中空円筒状をしている正極成形体２が充填されている。この正極成型体２は、例えば、正極活物質である二酸化マンガンあるいはオキシ水酸化ニッケルと導電助剤としての黒鉛とを主体とする混合物で構成され、加圧成形されたものである。正極成型体２の内部中空部には、ビニロンおよびポリビニルアルコール繊維などの不織布からなる有底円筒状のセパレータ３を介してゲル状負極４が充填されている。このゲル状負極４内には真鍮製の負極集電棒５が、その上端部をゲル状負極４より突出するように挿着されている。

負極集電棒５の突出部外周面および金属缶１の上部内周面には、ポリアミド樹脂などからなる二重環状の絶縁ガスケット６が配設されている。この絶縁ガスケット６には安全弁となる二重薄膜部が設置されていることがある。また、絶縁ガスケット６の二重環状部の間には、電池構成材の相互の移動を阻止するためのリング状金属板７が設置され、リング状金属板７の上には、負極端子を兼ねる帽子形の金属封口板８が負極集電棒５の頭部に当接するように配設されている。リング状金属板７には少なくとも1個所のガス抜き孔を設置してもよい。

金属缶１の開口縁を内方に屈折させることにより、絶縁ガスケット６および金属封口板８で金属缶１内が密封される。また、金属封口板８の端子部の周りにできる隙間（環状凹部）には絶縁リング９が設置されており、厚さ０．１ｍｍ程度のシュリンクラベルまたはシュリンクチューブなどからなる熱収縮性外装材１０によって素電池は外装されている。また、金属封口板８の端子Ｒ部には、少なくとも１箇所のガス抜き孔を設置してもよい。このようにすることによって、封口部に絶縁リングを設置しても防爆の機能を損なうことはない。

上記実施例における絶縁リング９の構成を図３に示す。図３の（ａ）は絶縁リングの断面図、（ｂ）は上面図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

図３に示すように、この絶縁リング９は垂直方向に延びる円筒状部９ａと水平方向に延びる鍔部９ｂを有し、鍔部９ｂは金属缶１の屈曲された開口縁カール部１ａと熱収縮性外装材１０との間に介在している。また、円筒状部９ａの内側面には複数の突起部９ｃを有している。本実施例の場合は、突起部９ｃは３個である。この突起部９ｃの数が２個以下であると位置決めの機能を充分に果たせず、４個以上の場合には、突起部９ｃの加工精度によってはがたつきの原因となり、かえって好ましくないことがある。また、突起部９ｃの位置は、円形状の絶縁リング９の内周面に、相互に回転対称となる位置が好ましい。

突起部９ｃは絶縁リングと一体に成形してもよいし、絶縁リング９を作成後、突起部９ｃに相当する部材を接着して形成してもよい。突起部９ｃの形状は絶縁リング９の内面に回転対称軸に平行して延在する形状としてもよいし、また円筒状部９ａからその内部に向かって突出する円筒状の突起であってもよい。その中に嵌合される金属封口板８と接触してこれを位置決めできる形状であればよい。

図３に示すように、絶縁リング９の内径Ｘは、金属封口板８の外径より多少大きめとし、突起部９ｃが金属封口板８に密着するように、複数の突起部９ｃの内表面で形成される仮想円の直径Ｙが金属封口板８の外径に一致することが好ましい。具体的には、絶縁リング９の内径Ｘは金属封口板８の外径より０．１〜１ｍｍ程度大きくすることが好ましく、この差が０．１ｍｍより小さいと絶縁リング９を金属封口板８に嵌合させるときにかなり精度の高い作業が必要になり、１ｍｍより大きいと金属封口板８と絶縁リング９との間隙に導電性の異物が侵入しやすくなって、不良発生の原因となる。

絶縁リングをこのような形状としたことにより、絶縁リング配置における位置決めが容易になり、かつ電池組立工程中の絶縁リングの脱落もなくなり、不良品発生を著しく低下させることができる。

次に、上記絶縁リングの具体的な使用実施例及び比較例を示す。
（実施例１）
絶縁リングの内径を金属封口板外径より０．４ｍｍ大きいものとし、この絶縁リングの内側表面に突起部９ｃを均等間隔で３ヶ所設けた。この突起部９ｃの円心方向への長さは０．２ｍｍとし、突起部９ｃの内側表面で形成される仮想円の直径Ｙが金属封口板８の外径に一致するようにした。なお、絶縁リングの材質は生分解性プラスチック（ポリ乳酸：LACEA；三井東圧化学（株）製）とした。この絶縁リングを使って図１に示すＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ乾電池を組み立てた。

（実施例２）
材質にポリプロピレン樹脂を使用したこと以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ乾電池を組み立てた。

（実施例３）
材質にポリプロピレン樹脂を使用した絶縁リングであって、絶縁リングの突起部が実施例１の場合より短く、突起部９ｃの円心方向への長さを０．１ｍｍとした。したがって突起部の内表面で形成される仮想円Ｙの直径が金属封口板外径よりやや大きくなる絶縁リングとした。それ以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ乾電池を組み立てた。

（比較例１）
材質にポリプロピレン樹脂を使用した絶縁リングであって、絶縁リングには突起部がなく、絶縁リングの内径が金属封口板の外径に一致しており、したがって絶縁リングの内表面が金属封口板外表面に密着するようになっている。それ以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ乾電池を組み立てた。

（比較例２）
材質にポリプロピレン樹脂を使用し、突起部が２ヶ所であること以外は実施例１と同様にしてＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ乾電池を組み立てた。

上記のように作製したＬＲ６形アルカリ乾電池の組立工程において、リングの脱落及びセンターズレ（不良品数）を調べた。その結果を表１に示した（ｎ＝１０００）。

表から明らかなように、実施例１，２および３は、比較例１及び２に比べて不具合が少ないことが判る。また、実施例３に見られるように、突起部があっても仮想円Ｙの直径が金属封口板外径より大きい場合には、センターズレがやや発生しやすくなり、狙いの効果が十分得られないことが判る。なお、比較例１は、絶縁リングの内径が金属封口板外径と同一となっているので、一旦絶縁リングが金属封口板にはまってしまえばセンターズレの発生はないが、絶縁リングがしっかりと金属封口板に入らずに外れることが多く、リング脱落の発生が多くなる。

なお、絶縁リングの材質を生分解性プラスチックにしたことにより、絶縁リングの機能に問題を生ずることがないことは、実施例１と実施例２との比較から確認された。

生分解性プラスチックとしては、でんぷん等を主原料とする天然高分子系樹脂、また、乳酸発酵を利用した化学合成系樹脂がある。ともに、使用後に廃棄されても、微生物によって、分解され環境に影響を与えることがない。

今回は特にポリ乳酸を使用した。ポリ乳酸は透明性、安全性、安定性等の特性があり、さらに廃棄処理が容易で、例えばコンポストによる堆肥化や低燃焼型での焼却ができる。

ポリ乳酸の原料である乳酸は、でんぷんや糖分を発酵して得られ、例えばコーンやポテトから得られるでんぷんを分解して得たグルコースやサトウキビから得たシュクロースなどを発酵して得られる。元々自然界や動物体内に存在する物質であるから、従来から安全性が認められている。ポリ乳酸（ＰＬＡ）は従来から抜糸の必要のない吸収性縫合糸、骨接材料、薬剤徐放性のマイクロカプセルとして使用されており、生体内で分解吸収可能な特性を有する材料である。

近年の高容量のアルカリ電池においては、絶縁リングを取付けることによって短絡等の不具合を防止するという利点は大きいが、この絶縁リングの電池内への取付け工程において、本発明の構成の絶縁リングを有するアルカリ電池ではリング脱落やズレ等の不具合が極めて少なくなり、高容量化に対して有効に対処することができる。

本発明の一実施例である円筒型アルカリ電池の断面図。 図１の封口部の拡大図。 本発明の実施例における絶縁リングの構成を示す図であり、（ａ）は絶縁リングの断面図、（ｂ）は絶縁リングの上面図。

符号の説明

１…正極缶，２…正極成形体，３…セパレータ，４…ゲル状負極，５…負極集電棒，６…絶縁ガスケット，７…リング状金属板，８…金属封口板，９…絶縁リング，９ａ…絶縁リング円筒部，９ｂ…絶縁リング鍔部，９ｃ…突起部，１０…熱収縮性外装材，

Claims (4)

1. 正極端子を兼ねる有底円筒の正極缶と、その正極缶内に配置された中空円筒状の正極合剤と、有底円筒状のセパレータを介して前記正極合剤の中空部に充填されたゲル状亜鉛負極とを備え、前記正極缶開口部のかしめ部外側に短絡防止用の絶縁リングが設置されているアルカリ乾電池において、該絶縁リングはその内径が負極端子である金属封口板の外径より大きく、かつその内径側面に３個以上の突起部を有するものであることを特徴とするアルカリ乾電池。
2. 突起部が３個である請求項１記載のアルカリ乾電池。
3. 絶縁リングの内径は負極端子である金属封口板の外径より０．１〜１ｍｍ大きい請求項１記載のアルカリ乾電池。
4. 突起部の内表面で形成される仮想円の直径が金属封口板の外径と一致している請求項１記載のアルカリ乾電池。
   
   

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