CN1331250C - 碱性干电池 - Google Patents

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Abstract

一种碱性干电池。封装壳的筒体部分的厚度比0.18mm薄，封口体部分为筒体厚度的1.4倍以上。封口体的支承部件使用负极端子板，在其外周部遍及整个周缘，在通过其中心沿厚度方向将其切断时的剖面上设置呈C字状或弧状的平均曲率半径1mm以下的弯曲部。该弯曲部从内周支承封口体，确保封口部分的强度和良好的耐漏液性，同时增加电池内容积。负极端子板具有中央部形成凸状的端子面和从垂直贯穿该端子面的方向来看，包围端子面形成的外周部凸缘面的构成，在凸缘面的内周侧设有与端子面不平行的平坦部分。封口体的连接部上，在凸起部侧的根部分设置防爆用的薄壁部，在外周部侧的根部分设置横夹紧封口时吸收作用于连接部的一部分应力的应力吸收部。

Description

碱性干电池
技术领域
本发明涉及一种筒形碱性干电池的密封技术。
背景技术
《筒形碱性干电池的整体大概构造》
现有的筒形碱性干电池是例如如图15所示，在兼用正极端子的有底圆筒状封装壳1内部(单元室C)，内装正极2和负极4、其间配置的隔板3、插入负极4的钉状的负极集电棒5、浸渍隔板3和正极2的电解液(未图示)，对封装壳1的开口端部1a进行封口使得单元室C内的电解液不会漏出外部的构造。
《封装壳的壳厚》
作为一个筒形碱性干电池的单三号碱性干电池的外径，按照JIS规格规定为13.5～14.5mm，但是统一使用电池的机器电池盒尺寸，外径为14.0±0.1mm已成为事实上的标准。在外径受限制之下，为了增加碱性干电池的内部容积(单元容积)，谋求提高放电容量可以减薄封装壳的壳厚。可是如果减薄碱性干电池一般使用的镇静钢(铝镇静钢)制造封装壳的壳厚，就容易发生或加工困难，或封装壳输送过程或电池装配时的搬运工序中封装壳变形等的问题。因此现在国内出售的单三号碱性干电池的封装壳的壳厚最薄也要0.18mm。
《封口部分的构造》
在筒形碱性干电池的封口部分，如图16放大所示，安装有：具有防止内压异常上升用即防爆用的安全阀机构的树脂制封口体6、从内周将其支承的支承部件107、及向图中上方形成凸状(帽子状)的负极端子板(负极端子)207。其中，树脂制封口体6是由保持负极集电板5的凸起部61、与封装壳1的内周面接连的外周部62、一部分设置防爆用防爆用的薄壁部(安全阀的工作点)63a并连接凸起部61和外周部62的连接部63而构成。而且，当电池内压即单元室C内的压力上升到规定压力以上的时候，如图中点划线所示，连接部63膨胀变形，进一步内压上升时，如图17所示，由于防爆用的薄壁部63a破裂(就是说安全阀动作)，内压就向外部释放。并且，树脂制封口体6封锁单元室C的上方，防止电解液漏出，同时对变成正极集电体的封装壳1与作为负极集电体的负极端子板207之间进行电绝缘。另外，图16和图17中，标号107f还07f分别表示用于单元室C内发生的气体向外部放出的排气孔。
这种树脂制封口体6，采用在使其外周部62位于支承部件107与封装壳1之间的状态下，与封装壳1的开口端部1a的边缘部分一起夹紧铆接于内侧的办法，安装在封装壳1的开口端部1a内(本说明书中，将这种封口方法称为“横夹紧引起的封口”或“横夹紧封口”)。这时，铆接力如果弱，即使最初的时候电池内部的电解液(氢氧化钾为主成分的强碱溶液)没有漏出来，以后随温度变化等，树脂制封口体6与封装壳1之间的密合性下降，不久电池内部的电解液将从树脂制封口体6与封装壳1的边界部分向外部渗出来。因而，在现有的筒形碱性干电池中，作为从内周支承树脂制封口体6的支承部件107，采用具有所需厚度(一般，约0.6～0.75mm)的金属垫圈(中央部分有孔的圆盘状金属板)，在对树脂制封口体6的外周部62进行夹紧之际，通过从其内侧以金属垫圈进行牢固地支承，使之能够从外侧以足够的力，把封装壳1的开口端部1a与树脂制封口体6的外周部62铆接一起。
发明内容
《课题1(共同的课题)》
对于上述这种筒形碱性干电池，提高放电容量的一种方法就是增大电池的内容积。本申请的各发明就是以通过增大电池内容积提高放电容量作为共同目的，并以此为前提进而将以下叙述的这些课题作为解决的办法。
《课题2》
首先，本申请发明人，为了谋求在筒形碱性干电池之一的单三号碱性干电池中增大内容积而提高放电容量，试图采用厚度0.18mm以下的薄封装壳。其结果是，由于采取种种改善措施能够克服前面说过的封装壳加工上困难或输送时变形的问题。但是，将封装壳的厚度减少到比0.18mm还要薄时，封口部分的铆接强度降低的结果，遇到了从封口部分渗出内部电解液的新问题。
装配电池时上述的封口体6，是在其上组装负极集电棒5或负极端子板207等以后，插入封装壳1的开口端部1a内，在该状态下从外周借助于封装壳1、从内周借助于金属垫圈(金属板)107夹紧封口体6的外周部62，通过铆接，安装到封装壳1的开口端部1a内。这时封口体树脂变形，以其弹性力使封口体6的外周部62挤压封装壳1的里面进行贴合。其结果是，覆盖由封口体6的外周部62表面(与封装壳1的接触面)上存在的微小凹凸产生的间隙，防止装于电池内部的渗水性强的强碱性液(电解液)向外部渗出。
可是，如采用厚度0.18mm以下的薄封装壳，由于厚度减薄降低封装壳1的强度，因而不可能用封装壳1挤压封口体树脂的变形，其结果是，从封口体树脂之间的微小凹凸向外部渗出电池内部的电解液来。特别是若加上电池急烈的温度变化，随着材料的膨胀、收缩而变得容易发生电解液的渗透出来。本发明人进行的耐漏液性试验，具体点说，对于在重复每30分钟从-10℃到60℃的温度变化的恒温槽中保存电池3日以后，研讨有无从封口部分漏液的试验，可以认为封装壳厚度在0.18mm以下时发生漏液，而且不可能用现有的办法防止发生漏液。
在本发明中，为了增加放电容量，即使在使用厚度为0.18mm以下的封装壳的情况下，加上急烈的温度变化时，也不会使电池内部的电解液向外部漏出。这是本发明的一个目的。
《课题3》
其次，本申请发明人为了谋求增大电池内部容积，重视封口部分的厚度。对于筒形碱性干电池由于负极端子板207的中央一侧部分，即端子面的部分作成凸形状事实上已成为标准，作为从内周支承封口体6的外周部62的支承部件107，在具备金属垫圈(以下，对金属垫圈也根据需要使用标号107)的图15和图16中所示的这种现有封口构造中，在挟持金属支承板107的电池高度方向存在上下2个空隙部分，即封口体6的连接部63侧的空间S1和负极端子板207侧的空间S2。此后，前者的空间S1是为了允许随着内部压力上升的封口体6的连接部63或其薄壁部63a变形也是必要的部分，然而后者的S2是由于负极端子板207表面侧变成凸起形状而形成的，而且是本来可以没有的无用部分。由于封口部分存在这样的无用S2，在现有的封口构造中，不得不使整个封口部分的厚度即将体积过分增大到需要以上，显然存在限制与那部分的放电容量有直接关系的填充活性物质的单元室C的容积即电池的内容积的问题。
于是，为了使封口部分的容积不要大于需要，可以考虑废除金属垫圈107，代之以利用负极端子板207，作为从内侧支承封口体6的支承部件。但是，因制作成本上的理由，将厚度比金属垫圈107要薄的构件(一般厚度为0.4mm)用于负极端子板207，在采用上述办法时，铆接封口体6之际，会使负极端子板207变形，夹紧封口体6的外周部62的力将不足够充分。因此，加上电池中急烈温度变化等的时候，就有经由封装壳1于封口体6之间向外部漏出内部电解液的危险。
本发明中，在具备树脂制封口体的筒形碱性干电池中，作为从内周支承封口体的支承部件，使用1片兼任负极端子板(负极端子)的金属板，同时通过对其外周部的形状想办法，使得封口部分的厚度或体积不会大于需要以上，进而增大电池的内容积达到提高电池容量，而且即使有时温度变化等时，也做到电池内的电解液不会漏出外部。这也是本发明的一个目的。
《课题4》
并且，当把从内部支承封口体6的支承部件只作为负极端子板时，通过铆接形成封口部分以后，存在负极端子板的高度偏差。下面将详细说明该高度偏差现象。另外，如后面叙述的那样，如在负极端子板的外周部设置平均曲率半径1mm以下而且角度比90度还大的弯曲部分(弯曲部)，随着加工硬化形成良好铆接，就可以防止内部强碱电解液流出外部，因而，以下举例说明对外周部施加了弯曲加工的负极端子板。
图11是表示这种负极端子板的一个例图。附图所示例的负极端子板307可以区分为与电池应用机器的端子接触以供给电力为目的的端子面377、该端子面377的侧面379和凸缘面378等3个区域。对负极端子板307的外周部施加弯曲加工时，凸缘面378可以区分为有弯曲加工的部分(弯曲部378b)和与其比较平坦的部分(凸缘面的平坦部)378a。
在碱性干电池封口的工序中，是以夹紧由负极端子板307和封装壳挟持的树脂制封口体为目的，通过铆接使封装壳塑性变形，然而这时径向应力分量加到负极端子板307上。由该应力使负极端子板307变形，而且以应力与平行面、应力与接近90度角度的平面的交点)作为起点产生变形，在图11中，就以点A(端子面377与端子面侧面379的交点)和点B(端子面侧面379与凸缘面的平坦部378a的交点作为支点进行变形。由于变形，点B有时随原来位置升高有时降低，两者引起负极端子板307的高度差。负极端子板307的高度比铆接前或升高或降低都封口工序的不同条件，造成紊乱的动作不稳定。
电池高度上一有偏差就是个问题。例如一个电池上高度偏差若0.5mm，在内装6个串联电池的机器，则合计电池高度发生最大偏差3mm，机器的集合电就不会好，或发生电池不能装到机器里的情况。因此，以国内出售的单三号碱性干电池为例，电池的高度大约落在50.00mm±0.05mm范围。
如果本发明，就在具备树脂制封口体的碱性干电池中，采用负极端子板作为从内周支承树脂制封口体的支承部件时，要尽可能减少封口工序中由负极端子板的变形而引起的尺寸偏差。这也是本发明的一个目的。
《课题5》
在装配碱性干电池之际，如前面所述，树脂制封口体6，是在其中组装负极集电棒5或负极端子板207等后，插入封装壳1的开口端部1a内，在该状态下封从外周借助于封装壳1，从内周借助于金属垫圈(金属板)107口体6的外周部62对进行夹紧，通过铆接，安装到封装壳1的开口端部1a内。这时封口体树脂变形，以其弹性力使封口体6的外周部62挤压封装壳1的里面进行贴合。
可是，在连接部63的厚度比较薄，而且在其外周部62侧的部分与凸起部61侧的部分的壁厚差不太大的现有封口体构造中，横夹紧封口时封口体6或其连接部63整个变形大，连接部63的防爆用的薄壁部(安全阀的动作点)63a上负担过重，即存在该薄壁部分63a应力过大的问题。
在本发明，就在这样的横夹紧封口时，采用减少作用于防爆用的薄壁部应力的办法，提高作为安全阀功能的该薄壁部分的可靠性。这也是本发明的一个目的。
《课题6》
在具备树脂制封口体6的碱性干电池中，安全阀正常动作时，内部的气体通过设于金属垫圈107或负极端子板207上的排气孔107f、 207f向外部排出去。安全阀随电池内压上升而使封口体6的连接部向上方翘起当内压变成规定压力以上的时候，由于设于连接部63的防爆用的薄壁部63a被剪断并进行动作。
可是，如果采用现有的封口体构造连接部63的厚度比较薄，而且因为在其外周部62侧的部分与凸起部61侧的部分没有太大的壁厚差，所以例如短路发热时封口体树脂软化结果，或在安全阀动作前连接部63伸长堵塞了金属垫圈107的气体排气孔107a，或在支承部件由于金属垫圈内使用负极端子板207时与负极端子板207接触，发生内部气体不平稳排出的问题。进而，在过放电搁置时，安全阀动作不正常，封口体6破烈随之内装物飞散或发生大的破裂声响。
在本发明中，就通过变更树脂制封口体的形状，使安全阀正常动作，提高短路发热时、过放电搁置时的安全性。这又是本发明的一个目的。
《第1发明》
封装壳的厚度一薄，电池的内容积增加，另外封口部分的强度就下降。但是，由于封口部分的壳厚与电池的内容积无关，本发明人研究，将封口部分的壳厚制作得比筒体部分的壳厚要厚，研讨能否确保封口部分的铆接强度。制作这种厚度不同的壳体就需要使用具有与壳厚的部分相同或其以上厚度的原材料钢板。因此，本发明人认为，在封口部分和筒体部分厚度有差别的壳体，厚度之比越大筒体部分的塑性变形量也大，加工硬化强烈起作用，这样的筒体部分的加工硬化对封口部分的铆接有好影响。
这样一来，对单三号碱性干电池中使用的封装壳厚度刻意进行研讨的结果，本发明人查明，若将封口部分的壳厚制成比筒体部分的壳厚要厚一些，就可以确保封口部分的铆接强度，而且其结果，可以防止由温度变化引起的液体泄漏现象。而且也断定，特别是采用封口部分的壳厚为筒体部分壳厚的1.4倍以上，可以充分确保封口部分的铆接强度，其结果是确实防止由温度变化引起的液体泄漏现象。
本发明是通过以上的研讨而完成的，而且为了解决前面所述的课题1和课题2，如图1所示，在碱性干电池的有底圆筒状的封装壳1内部，收容正极2和负极4、其间配置的隔板3及电解液并在封装壳1的开口端部1a内安装树脂制封口体和从内周支承它的支承部件7，采用由封装壳1和支承部件7夹紧树脂制封口体6的办法封口，其特征是封装壳1的筒体部分B的厚度比0.18mm要薄，封装壳1的封口部分A的厚度为筒体部分B厚度的1.4倍以上。并且，使用的壳体原材料钢板越厚，通过减薄拉深使壳体的厚度(形成壳体的侧壁厚度)变薄就越花费成本，因而理想的是封装壳1的“封口部分A的厚度”/“筒体部分B的厚度”为2.5以下。封装壳1的筒体部分B的厚度，理想的是0.1mm以上，以便确保一定的强度。
《第2发明》
在具备树脂制封口体的碱性干电池中，使用兼任负极端子板的金属板作为支承部件的情况下，铆接封口体时内侧的金属板(负极端子板)的强度一变弱，挤压封口体树脂的力就减弱，其结果，导致电解液从封口体与外周部之间漏出的情况。因而，本发明人在金属板的外周部施加特定的弯曲加工，通过增加金属板的加工硬化、金属板与封口体树脂的接触面积，解决了前面所述的课题1和课题2。
即，如图1和图2所示，本发明的碱性干电池在有底圆筒状的封装壳1内部，收容正极2和负极4、其间配置的隔板3及电解液(图未示)，并在封装壳1的开口端部1a内安装树脂制封口体6和从内周支承它的支承部件，采用由封装壳1和支承部件夹紧树脂制封口体6的办法封口，其特征是使用1片兼任负极端子板的金属板7(以下，也称为负极端子板7)作为上述支承部件，在该负极端子板7的外周部连续整个周缘作为在与封装壳1之间挟持树脂制封口体6的部分，在通过负极端子板7的中心沿厚度方向将其切断时的剖面，设置有大致呈C字状或弧状的平均曲率半径1mm以下的弯曲部78b。另外，所谓弯曲部78b的平均曲率半径r，如后所述，是指对弯曲部78b剖面的外周镶边的曲线，距曲线上各点的距离总计为最小的这种圆形半径(参照图5～图7)。
具体点说，例如如图5所示，在1片由钢板构成的负极端子板(金属板)7的外周部连续整个周缘，对通过其中心沿厚度方向切断负极端子板7时的剖面，平均曲率半径r在1mm以下而且大于90度的角度范围内，设置C字状或弧状弯曲挟持的弯曲部78b。
用加工硬化法增加负极端子板7的强度，可以看作是在整个区域范围，对假设把负极端子板7分割成微小区域时的各微小区域中的变形量进行积分的值越大就越增加的程度。所以，弯曲部分(本发明中弯曲部78b)的曲率半径变得过大时，微小区域中的变形量减少，因而由加工硬化带来的强度增加无法估计，相反弯曲部分的曲率半径过小时，局部的变形量增大，但是进行变形部分的总体积小，因而加工硬化带来的强度增加无法估计。就试验上来说，曲率半径为0.1mm～1.0mm时，塑性变形的强度增加大。
并且，理想的是弯曲部78b的角度越大，变形发生的区域体积越增加，因而加工硬化的强度增加也大。若角度是90度以下，金属板7的边缘成为八字形扩展的形状，电池内压异常上升时，封口部分容易泄漏，因此90度以上是可取的。但是，负极端子板7的弯曲部78b角度如果超过180度就难以冲压加工，增大成本，所以角度还是180度以下为好。
弯曲部78b与封口体6接连的角度范围越大，防止液体渗出的面积加大就越好。该角度是以大于设置上述负极端子板7的弯曲部78b角度的下限值90度为合适。但是，若超过180度，就以通常的封口方式使负极端子板7与封口体树脂的挤压将无效，而没有意义。
在这里，本发明中所谓设置叫做弯曲部78b的角度范围，例如如图5所示，当用具有将上述平均曲率半径r作为半径的假设圆形近以弯曲部78b时，指的是以该圆形中心O为基准，弯曲部分7c两端构成的角度θ1。并且，与弯曲部78b和封口体6接触的部分的角度范围也同样，当用具有上述平均曲率半径r作为半径的假设圆形近似弯曲部78b时，指的是以该圆形中心O为基准，与封口体6接触的弯曲部78b的该接触部分两端构成的角度θ2。
本发明中，作为上述负极端子板(金属板)7，一般使用厚度约0.4mm的电镀钢板。在本发明中，这是因为作为封口体的支承部件的金属板兼任负极端子板，对负极端子板而言，一般使用成本方面等有利上述这种厚度的电镀钢板。
为了使具有作为支承封口体6的支承部件功能的金属板，合并具有作为负极端子板的功能，换句话说为了使金属板构成的负极端子板7具有作为支承部件的功能，将成为负极端子面的金属板7中央侧部分(以下，称为端子面)，象通常负极端子板的那样，从内侧向外侧的方向成凸状整体形成盘状。因此，兼任负极端子板的金属板7作为整体的形状为圆盘状但是其外周部设有厚度方向剖面形状呈C字状或弧状的弯曲部78b，该弯曲部78b的平均曲率半径r为1mm以下，就是作成在该弯曲部78b遍及封口体6和上述的角度范围进行接触的构成。
《第3发明》
为了解决上述的课题1和课题4，本发明人刻意研讨，在使用负极端子板作为树脂制封口体的支承部件的碱性干电池中，封口前后的负极端子板的高度或提高或降低，设法使其变成一方的条件。其结果，可以看出不使凸缘面的平坦部对于端子面平行，要是带有倾斜的话，就可以控制负极端子板成为哪一种形状。就是，对凸缘面带有倾斜，使得凸缘面的平坦部与端子面侧面的夹角增大的话，封口后的负极端子板高度一定比原来的高度提高，若相反倾斜则端子板的高度一定降低。
具体点说例如如图1和图2所示，在有底圆筒状的封装壳1内部，收容正极2和负极4、其间配置的隔板3及电解液(图未示)，并在封装壳1的开口端部1a内安装树脂制封口体6和从内周支承它的支承部件7，采用由封装壳1和支承部件7间夹紧树脂制封口体6的办法封口的碱性干电池中，本发明构成如下。即，作为上述支承部件7，使用例如图3和图4所示的负极端子板7(采用与支承部件相同的标号)。该负极端子板7具有中央部分形成凸状的端子面77、从垂直贯穿该端子面77的方向来看，按包围端子面77形成的外周部的凸缘面78。而且，在凸缘面78的内周一侧设置平坦部(凸缘面平坦部)78a，该凸缘面平坦部78a与端子面77成为不平行的结构。这时，规定端子面77与凸缘面平坦部78a的夹角α为4度以上，特别理想的是为4～20度。这是因为端子面77与凸缘面平坦部78a的交角α如果大于4度，则封口后负极端子板7的高度提高方面一致，但是该交角α如果超过20度，负极端子板7的高度变大，设计自由度减少了的缘故。
另外，本说明书中所谓凸缘面平坦部78a,不一定仅限定于曲率无限大的平面，具有大曲率半径的缓缓弯曲面也没有关系。这时，所谓凸缘面平坦部78a的倾斜，是指连接位于弯曲面两端的两个变曲点的平面与端子面77的交角α(参照图4)。
《第4发明》
使用负极端子板当作树脂制封口体的支承部件的碱性干电池中，在其横夹紧封口时，由设于树脂制封口体的防爆用的薄壁部分承担，是因为现有的封口体中，连接部分的壁厚除防爆用的薄壁部分以外就比较地一样，变成由整个该连接部承受作用于连接部的应力的构造，结果上可以认为是由于变为应力集中于防爆用的薄壁部分的构造的缘故。
因此，本发明中，为了解决上述课题1和课题5，使用负极端子板当作树脂制封口体的支承部件的碱性干电池中，采用在封口体的连接部设置吸收横夹紧封口时的一部分应力的相对薄壁状的应力吸收部的办法，防止应力向防爆用的薄壁部分集中。具体点说，本发明如图1所示在有底圆筒状的封装壳1内部，收容正极2和负极4、其间配置的隔板3及电解液(图未示)，并在封装壳1的开口端部1a内安装树脂制封口体6和从内周支承它的支承部件，通过用封装壳1和支承部件间夹紧树脂制封口体6在使封装壳1的开口端部1a封口的碱性干电池中，形成以下的构成。
即，首先为了谋求放电容量的增大，如图2放大所示，作为上述支承部件，使用兼任负极端子板的1片金属板7(负极端子板7)。然后，有关树脂制封口体6，作成具备：保持插入负极4中心部的负极集电棒5的凸起部61、用上述负极端子板(支承部件7)从内周支承并接连封装壳1的内周面的外周部62、连接凸起部61和外周部62的连接部63的构成。该树脂制封口体6的连接部63在位于上述凸起部61一侧的根部分设置防爆用的薄壁部63a。而且，为了减轻夹紧封口时的防爆用的薄壁部63a的负担，在连接部63的上述外周部62一侧的根部分设置吸收作用于该连接部63的一部分应力的应力吸收部63c，使得要将封装壳1的开口端部1a进行封口而夹紧树脂制封口体6时应力不会集中到上述防爆用的薄壁部63a。该应力吸收部63c与其很近内周侧的部分63d比较，要形成使璧厚不连续变薄而且与位于上述内周侧的部分63d之间具有台阶高度差。
《第5发明》
因短路发热等造成高温时或过放电放置时树脂制封口体的安全阀动作不正常，可以认为是因为安全阀动作前，就是连接部的防爆用的薄壁部分破裂前，封口体的连接部膨大成圆顶状，该状态下接触金属垫圈或负极端子板(不设金属垫圈时)的缘故。即，本来在与金属垫圈或负极端子板接触以前，应该使封口体的连接部的防爆用薄壁部分必须破裂而由于封口体的连接部壁厚整体上比较薄等的形状上或构造上的原因，使连接部圆顶状变形，在薄壁部分破裂发生前，变成圆顶状的连接部就破裂了。
因此，本发明中，为了解决上述的课题1和课题6，在使用负极端子板当作树脂制封口体的支承部件的碱性干电池中，采用变更树脂制封口体的形状的办法，使安全阀正常动作，提高短路高温时或过放电放置时的安全性。具体点说，本发明如图1所示，在有底圆筒状的封装壳1内部，收容正极2和负极4、其间配置的隔板3及电解液(图未示)，并在封装壳1的开口端部1a内安装树脂制封口体6和从内周支承它的支承部件，通过用封装壳1和支承部件夹紧树脂制封口体6在使封装壳1的开口端部1a封口的碱性干电池中，形成以下的构成。
就是，首先为了谋求放电容量的增大，如图2放大所示，作为上述支承部件，使用兼任负极端子板的1片金属板7(负极端子板7)。然后，有关树脂制封口体6，作成具备：保持插入负极4中心部的负极集电棒5的凸起部61、用上述负极端子板(支承部件)7从内周支承并接连封装壳1的内周面的外周部62、连接凸起部61和外周部62的连接部63的构成。该树脂制封口体6的连接部63，在上述凸起部61一侧的根部分设置防爆用的薄壁部63a。该薄壁部63a与包围它的很近外侧的部分63b比较，要形成使壁厚不连续变薄，而且与上述外侧的部分63b之间具有台阶高度差。
《第6发明》
第6发明，通过对上述第4及第5两发明组合，使安全阀的可靠性更进一步提高。就是，在具有具备上述这样的凸起部61、外周部62和连接部63的树脂制封口体6的碱性干电池中，其特征是在树脂制封口体6的连接部63中的上述凸起部61一侧的根部分，设置形成与将其包围的很近外侧的第1厚壁部63b比较壁厚不连续变薄而且与第1厚壁部63b之间具有台阶高度差的防爆用的薄壁部63a；在连接部63中的上述外周部62一侧的根部分，设置吸收作用于该连接部63的一部分应力的应力吸收部63c，使得要将封装壳1的开口端部1a进行封口并夹紧树脂制封口体6时应力不集中到防爆用的薄壁部63a；形成该应力吸收部63c，使其与位于其很近内周侧的第2厚壁部63d比较，壁厚不连续变薄而且与第2厚壁部63d之间具有台阶高度差。
这时，第1厚壁部63b的壁厚设定为0.4～0.5mm，第2厚壁部63d的壁厚设定为第1厚壁部63b壁厚的2.5～3.0倍的壁厚是理想的。在使用负极端子板7当作树脂制封口体6的支承部件的单三号碱性干电池中，封口体6的连接部63接触到负极端子板7为止的挠曲量(变位量)为1.2mm。在树脂制封口体(例如6，6尼龙制造的封口体)6，如上述那样将第1厚壁部63b和第2厚壁部63d的各壁厚设定为比较厚一些时，可在温度150～200℃的条件下，使连接部63的挠曲量为1.2mm以下，连接部63的内部应力为100mmNs(现有构造的约60％)以下。因此，可以防止，高温时(150～200℃)防爆用的薄壁部63a破裂之前封口体6圆顶状膨胀而与负极端子板7接触，或过放电放置时封口体6破裂的情况。
附图说明
图1是表示应用本发明的碱性干电池整体构造的剖面图。
图2是表示放大图1的单三号碱性干电池封口部分的部分放大图。
图3是表示本发明所用的负极端子板(金属板)一例的平面图。
图4是表示图3的负极端子板剖面构造的纵剖面图。
图5是表示负极端子板的另一例图，是表示一部分省略和简化其周边部分构造的剖面图。
图6是表示负极端子板的又一例图，是表示一部分省略和简化其周边部分构造的剖面图。
图7是表示负极端子板的再一例图，是表示一部分省略和简化其周边部分构造的剖面图。
图8是表示将本发明的比较例3所用金属板的周边部分构造一部分省略和简化的剖面图。
图9是表示将比较例4所用金属板的周边部分构造一部分省略和简化的剖面图。
图10是表示将本发明的比较例6所用金属板的周边部分构造一部分省略和简化的剖面图。
图11是表示为了说明封口工序中发生问题所用负极端子板的纵剖面图。
图12是表示本发明实施例10中所用树脂制封口体构造的纵剖面图。
图13是表示比较例9中所用树脂制封口体构造的纵剖面图。
图14是记载本发明实施例10中进行试验条件的说明图。
图15是表示现有碱性干电池(单三号碱性干电池)的一般性构造的剖面图。
图16是放大表示图15碱性干电池的封口部分的部分放大图。
图17是表示现有碱性干电池(单三号)封口体的连接部堵塞了金属板(金属垫圈)排气体孔的状态方式图。
具体实施方式
图1是表示本发明应用于单三号碱性干电池(以下，也称为单碱性干电池或电池)的例图。该碱性干电池具有：兼任正极端子的有底圆筒状的封装壳1、收容于该封装壳1内(单元室C内)的圆筒状的正极2、配置于该正极2的中空部内由杯状无纺布构成的隔板3、填充到该隔板3内的糊状负极4、插入该负极4内的钉状负极集电棒(负极集电体)5、以浸含于隔板3和正极2中的氢氧化钾水溶液为主要成分的电解液(图未示出)，是对封装壳1的开口端部1a侧进行封口的构成。封装壳1的底部形成凸状的正极端子部分1b。在这里，图1中的符号A表示封装壳1的封口部分，符号B表示封装壳1的筒体部分。进一步详细点说，在图1所示的状态下，所谓封装壳1的封口部分A是指由凹槽引起的变形使封装壳1的外形比原来尺寸缩小的部分起上面的部分，筒体部分B是指由此以下的部分。
而且，对于应用本发明的上述碱性干电池，封装壳的筒体部分B的壳厚(壁厚)为0.18mm以下，而且密封部分A的壳厚设定为筒体部分B的壳厚的1.4倍以上。
封装壳1内收容的圆筒状正极2是由二氧化锰和石墨(导电材料)的混合物构成。上述的碱性干电池中，在混合该二氧化锰和石墨(导电材料)形成正极2之际，使用提高了氢氧化钾浓度的电解液。这是因为通过使用提高了氢氧化钾浓度的电解液成形正极2，可以提高变成正极2的成型体强度。其结果，就不需要使用为了结合二氧化锰和石墨(导电材料)的粘合剂(结合剂树脂)，可以提高与该部分放电特性有关的材料的填充率，因而变成改善电池放电特性。并且，由于提高封装壳1内收容的正极2强度，即便是封装壳1使用象上述那样的壁厚的薄钢板时，也难以受外力发生变形。
在封装壳1的开口端部1a内，即封口部分A内，安装有：由具有防爆用的安全阀机构，例如聚酰胺或聚丙烯等树脂(图示例中6，6尼龙)构成的封口体6、从内周支承它的支承部件而且兼任负极端子板的1片金属板7(负极端子板7)、以及由使封装壳1的开口端部1a与负极端子板7之间电绝缘的带凸缘短筒状树脂构成的绝缘板8。
如图2中放大所示，封口体6是由具有插入集电板5的孔61a的凸起部61、接连封装壳1的内周面的外周部62、及连接凸起部61和外周部62而且封锁从前者到后者的连接部63构成。而且，借助于该封口体6，封闭收容电池活性物质的单元室C，防止单元室C内的电解液向外部漏出，并且已使负极端子板7与封装壳1之间与上述绝缘板8一起电绝缘。
在封口体6的连接部63的凸起部61一侧的根部分，设置构成防爆用的安全阀机构的薄壁部分63a。该薄壁部分63a，在电池内压上升到规定压强以上时连接部63向图中的上方一侧变形，内压进一步上升时由于该薄壁部分63a破裂起到通过负极端子板7后述的排气体孔，向单元室C外释放一部分内压的功能。可是，在现有的封口体中，防爆用的薄壁部与其很近外侧部分之间的壁厚并不大，但是连接部的壁厚比较薄而且是一样的，因此不能断定，或短路高温时在薄壁部分破裂以前，圆顶状膨胀照旧接触负极端子板堵塞了排气孔，或过放电放置时在剪断薄壁部分以前，使圆顶状膨胀的连接部破裂的可能性完全没有。因此，为了做到不发生这种问题对本发明的碱性干电池中配备的封口体6，这样形成设置于连接部63的防爆用的薄壁部63a，使其与包围该部分的很近外侧的部分(第1厚壁部)63b比较，具有壁厚不连续变薄而且与第1厚壁部63b之间具有规定的台阶高度差。
在封口体6的连接部63的外周部62一侧的根部分，设置比较地薄壁的应力吸收部63c。这样形成该应力吸收部63c，使其与位于此很近内周侧的部分(第2厚壁部)63d比较，壁厚不连续变薄而且与第2厚壁部63d之间具有台阶高度差。因此，要对封装壳1的开口端部1进行封口并紧固封口体6时，吸收作用于连接部63的一部分应力，防止应力向防爆用的薄壁部63a集中。
形成从封口体6的连接部63的第1厚壁部63b到第2厚壁部63d的部分，以便随着从第1厚壁部63b到第2厚壁部63d壁厚连续地变厚。图示例的封口体6中，第1厚壁部63b的壁厚为0.4～0.5mm，第2厚壁部63d的壁厚设为第1厚壁部63b壁厚的2.5～3.0倍。而且，随着这样的连接部63形状、与现有的形状比较时的连接部63的厚壁化、在与第1厚壁部63b之间具有规定台阶高度差的防爆用的薄壁部63a的构造就进一步确实能够防止上述的高温短路时或过放电放置时的不合适。
在封口体6的凸起部61中，穿插负极集电棒5的图2中孔61a的上端部分，形成有大于其余孔部分内径的大内径的大直径孔部分61b，在穿插安装负极集电棒5后的图示状态下，负极集电棒5的大直径端部5a嵌合在凸起部61的大直径孔部分61b中，该大直径端部5a的上端成为稍稍突出凸起部61上端面的状态或与其大致同平面的状态。图2中，凸起部61的周壁部分与外周部62的周壁部分比较加厚了壁厚，然而这是因为对封口时铆接外周部62而变形部分，凸起部61与在其中穿插的负极集电棒5一起处于负极端子板7中央部分的背面一侧，该部分也具有从背面支承负极端子板7的作用使其不因外力向内侧凹陷。
另一方面，负极端子板7是由1片钢板构成如图3和图4用单体所示，是由凸状形成的中央部端子面77、从垂直贯穿该端子面77方向看，形成包围端子面77的外周部凸缘面78、及从端子面77外周到凸缘面78内周的圆筒状端子面侧面79构成。再在端子面77上，围绕其中心部，形成稍稍凹陷俯视呈圆形凹槽77a，围着该凹槽77a的中央部分的背面一侧，采用点焊法等，焊接负极集电棒5的大直径端部5a(参照图2)。
负极端子板7的凸缘面78包括内周侧的平坦部78a，和铆接封口体6时以从内周牢固支承其外周部62为目的遍及负极端子板7的整个周边设置的外周侧的弯曲部78b。内周侧的平坦部78a，在图4所示的厚度方向剖面，与外周侧的弯曲部78b比较具有相对地平坦的形状。而且，该平坦部78a对端子面77a，由于形成与外侧往下的方向成4度以上倾斜的构造，可使封口工序中负极端子板7变形引起的高度方向尺寸偏差减少。另外，图示例就规定凸缘面平坦部78a与端子面77的交角α，即连接位于凸缘面平坦部78a的外周端(弯曲部78b侧)的变曲点与位于内周端(端子面侧面一侧79侧)的变曲点的平面与端子面77的交角α为8度。
负极端子板7外周侧设置的弯曲部78b，如前面的“解决课题的方案”一项中所述，在通过其中心在厚度方向切断负极端子板7时的剖面，平均曲率半径为1mm以下，而且在大于90度的角度范围弯曲形成大致C字状或弧状而且已经说过的意思是其外周侧在遍及大于90度的角度范围与封口体6的外周部62的内周侧接触。而且,在该接触部分，封口体6的外周部62，用位于其内周侧的负极端子板7的弯曲部78b和位于外周侧的封装壳1的开口端部1a通过铆接夹紧，如图2所示将封口体6安装封装壳1的开口端部1a内规定位置，在该状态下将单元室C内的上方封口，同时在封口体6的连接部63与负极端子板7之间就形成用于确保安全阀(薄壁部分63a)动作的所需空间的构造。另外，图3和图4中的符号7f表示安全阀动作时，使单元室内发生的气体向外部逃逸用的排气孔。
另外，所谓设置上述弯曲部78b的角度范围，如表示负极端子板7另一例的图5中记载的那样，当用具有上述平均曲率半径r作为半径的假设圆形近似弯曲部78b的时候，意味着以该圆形中心O作为基准，弯曲部78b的两端构成的角度θ1。弯曲部78b与封口体6接触部分的角度范围也同样，当用具有上述平均曲率半径r作为半径的假设圆形近似弯曲部78b的时候，意味着以该圆形中心O作为基准，与封口体6接触的弯曲部78b的该接触部分两端构成的角度θ2。
另一方面，由带凸缘短筒状的树脂体构成的绝缘板8，在安装封口体6以后，通过把该绝缘板8的短筒部分8a嵌入负极端子板7的端子面77与封装壳1的开口端和与封口体6的外周部62一端之间形成的间隙部分，装配到图示的规定位置，因此使负极端子板7与封装壳1之间电绝缘。
另外，负极端子板(金属板)7外周侧设置的弯曲部78b只要满足前面所述的平均曲率半径r和角度范围θ1、θ2的条件，就不管其弯曲方法或弯曲方向。图5到图7是表示弯曲部78b的其它例子图。其中的图5表示形成弯曲部78b的例子，使其在与负极端子板7的端子面7a相同方向或相同一侧变凸。图6表示形成弯曲部78b的例子，使其向负极端子板7半径方向的外方变凸。图7表示形成弯曲部78b的例子，使其在与端子面77的突出方向相反一侧的方向，一次弯曲负极端子板7的外周部，由此进一步反向弯曲使外周侧与封口体6的外周部62在规定的状态下接连。并且，因例如即使电池堕落时或从外部强推端子面77时也不会简单地弄瘪，或封口体6铆接时不会使负极端子板7整个变形的目的，也可以在负极端子板7上，同心圆状设置与设于中央部的凹槽77a同样的凹凸。
[作用]
在碱性干电池中，作为从内周支承树脂制封口体的支承部件，废除以前使用的金属垫圈，取而代之使用如图1到图5所示的负极端子板(金属板)7，把封口体6的外周部挟持于该负极端子板7与封装壳1之间进行铆接，根据以下的二个方面理由，可以使封口部分的厚度减薄。
第一方面，由于废除金属垫圈，能使封口部分至少减薄金属垫圈的厚度。把国内制造的，采用金属垫圈挤压封口体的办法的单三号碱性干电池做例子，使用0.6mm以上，厚度约0.75mm的金属垫圈，通过废除该金属垫圈，至少可以减薄在这个厚度部分的封口部分的厚度。
第二方面，可以举出，不需要特别设置封口体6的连接部63受内压变形的空间。对此将进一步详细叙述。
通常，封口体6用尼龙或聚丙烯等做成，已经说过其一部分设置防爆用的薄壁部。不管什么原因电池内压升高时，例如如图16所示的封口体6如该图点划线所示的样子变形，内压进一步升高时，由于连接部63的薄壁部分63a撕裂释放一部分内压，防止内压的上升。图16和图17所示现有的碱性干电池中，封口体6的薄壁部分63a与金属垫圈107之间设有间隙(空间S1)，而如果该间隙小内压不高时，变形后的封口体6的连接部63或薄壁部分63a被金属垫圈107抑制而不能变形，不管内压升高也不能撕裂薄壁部分63a，因而不能释放内压。为此，需要在封口体6的薄壁部分(安全阀的动作点)63a与支承封口体6的金属垫圈107之间设置一定范围的间隔，以国内制造的单三号碱性干电池为例，一般设置约1.0～1.5mm的间隔。
再说，如图15和图16所示，把碱性干电池的负极端子板207作成凸形形状已是事实上的标准，可是为了铆接封口体6，采用金属垫圈作为支承部件时，如前面所述的那样，在金属垫圈107与负极端子板207之间发生就电池说来不怎么需要的无用空间S2。但是，如本发明的那样废除金属垫圈，如果使用象图1到图7举例所示的负极端子板(金属板)7作为支承部件，可以把以前无用的空间S2用作封口体6变形所需要的空间，因此作为整体可使封口部分的厚度减薄下来。
根据上述的理由，如图1到图7所示，通过将作为从内部支承封口体6的支承部件的金属板制成只有负极端子板7，并且使该负极端子板的厚度减到比以前的金属垫圈厚度还要薄(例如为0.3～0.7mm)，可以减少封口部分的体积，因此，就可以增大电池的内容积(单元室C的容积)。如图1、图2示出的例子所说，图1的构造中封口部分A，相对于对电池高度占有10％以上的厚度(电池高度方向的厚度)，与此相对应在图2的构造中将封口部分的厚度抑制到电池高度的8％，其结果，电池内容积增加4％。如果把电池活性物质填充到该增加体积内，电池容量就增加4％，即使照旧留下空隙，也因作为电池内部发生气体时的缓和压力上升的吸收装置功能，而在安全上有效利用。
此外，该碱性干电池中，由于在负极端子板7中的端子面77与凸缘面平坦部78设置4度以上的倾斜，封口后的负极端子板7变形也全都比原来的高度高。因此可以消除封口工序中负极端子板7变形使尺寸偏差的问题。
但是，废除金属垫圈，代之以只使用也是负极端子板的金属板，当在电池上加有激烈的温度变化等时，仍有内部强碱电绝缘经由封装壳与封口体之间漏出的危险。由于作为从内侧推压封口体的支承部件的金属板变薄，铆接时负极端子板会变形，是因为对封口体加挤压力不充分的缘故。
这种变形只有象本发明的负极端子板7那样，在其外周部设置平均曲率半径具有1mm以下大致C字状或弧状剖面形状的弯曲部78b，在遍及规定的角度范围使该弯曲部78b与封口体6接触才能防止。这是因为通过伴随该弯曲部78b形成的加工硬化不但使负极端子板7难以变形，而且通过封装壳1加到封口体6上的挤压力也作用于负极端子板7的外周部，通过与封口体6比较宽的角度范围接触的弯曲部78b，在整个负极端子板上牢固支撑封口体6的缘故。因而，可以向内侧弯曲封装壳1的开口端部1a的周缘部分，在与负极端子板7之间用强力夹紧封口体6，其结果是能够提高封装壳1与封口体6之间的密合性，即耐漏液性(液密性)。而且，由于在铆接封口体6的状态下，负极端子板7的弯曲部78b与封口体6在大于90度角度范围进行接触封口体6与封装壳1的接触面积也比较大，因此可以对封口体6与封装壳1的边界部分提供足够的耐漏液性。
除此之外，本发明的碱性干电池中，如下所述通过改造树脂制封口体6的形状以至构造，可以确实正常使设于封口体6的连接部63的防爆用的薄壁部63a构成的安全阀动作，并可提高其可靠性或安全性。
首先，在封口体6的连接部63的外周部62侧的带根部分设置应力吸收部63c，通过由该应力吸收部63c吸收横夹紧封口时作用于连接部63的一部分应力，可防止应力向横夹紧封口时的防爆用的薄壁部63a集中。因此，可以控制安全阀工作压力变动，就可以提高该部分安全阀的可靠性。
其次，在封口体6的连接部63的凸起部61侧的根部分，通过设置形成的防爆用的薄壁部63a，使其与包围其很近外侧的部分(第1厚壁部)63b比较，壁厚不连续变薄而且与上述第1厚壁部63b之间具有台阶高度差，在短路高温时或过放电放置时就能确实剪断该薄壁部分63a，即，随短路时发热引起封口体树脂的软化和电池内压的上升而发生连接部63变形时通过应力集中于防爆用的薄壁部63a，在因连接部63的圆顶状变形而发生与负极端子板7接触以前，让薄壁部分63a剪断破坏并释放内压。并且，过放电放置时虽然不发生因发热引起的封口体树脂的软化但是因内压上升使应力作用于连接部63，这时也由于应力向上述薄壁部分63a集中，在连接部63破裂发生以前，让薄壁部分63a剪断破坏并释放内压。这样，短路高温时或过放电放置时通过安全阀正常动作，使封口体6的连接部63不破裂就释放内压，可以防止因连接部63的破裂发生的内装物飞散或发生破裂声响。
特别是，形成从封口体6的连接部63的第1厚壁部63b到第2厚壁部63d的部分，以便随着从前者进行到后者，使壁厚连续地变厚，在第1厚壁部63b的壁厚设定为0.4～0.5mm，第2厚壁部63d的壁厚设定为第1厚壁部63b壁厚的2.5～3.0倍的情况下，随着这种连接部63的厚壁形状和与第1厚壁部63b之间具有规定台阶高度差的防爆用的薄壁部63a的构造确实能够防止短路高温时或过放电放置时的封口体6破裂。
以下，说明本发明的实施例，当然本发明并不是限定于这些实施例。另外，以下所说的“％”特别是不要不事先说明全部指“重量百分比(wt％)”。
《实施例1～4》
对板厚0.25mm的镆静钢板采用深拉深加工，形成单三号碱性干电池的封装壳。这时，封口部分的壳厚保留原来的钢板厚度，将筒体部分的厚度加工成比原来钢板要薄。表1中，合并表示本发明实施例1～4所用封装壳的筒体部分和封口部分的壳厚和后述的比较例所用封装壳的这些部分。
并且，在实施例1～4中，为了防止电池落下时正极端子的凹陷，将封装壳的正极端子部分1b也加工成比筒体部分壳厚要加厚。
其次把按92∶5∶3的比例(重量比)混合电解法获得的二氧化锰、石墨和水的正极材料11.0g，加压成形成内径9.1mm、外径13.3mm、高43.0mm的圆筒状正极将该正极插入单三号碱性干电池用的封装壳中。而后，从封装壳的开口端在高度方向3.7mm位置施加沟纹。这是为了以后插入封口体时在沟纹位置支撑封口体，使其不能挤到沟纹位置里面去。进而，在封装壳的内侧，从开口端直到高度方向3.7mm的部分，以与封装壳与封口体之间粘合性良好作为目的，涂布沥青。另外，沥青涂布量在20mg以下时耐漏液性降低，若其量以上，可以确认为耐漏液性没有差别。
其次，将由厚度100μm的维尼龙和人造丝组成的无织布，三层重叠卷成杯状的隔板装填到先前的圆筒状正极的内侧，使其浸渍浓度39％的氢氧化钾水溶液1.5g作为电解液。接着，把纯度99.0％、通过筛网网孔425μm，不通过筛网网孔75μm的粉末锌4.0g和浓度38％的氢氧化钾水溶液2.0g及骤丙烯酸钠0.04g搅拌成的糊状负极填入隔板内部。
接着，用于提取负极集电的镀锡黄铜制造的负极集电板穿插安装于封口体的凸起部，用点焊法焊接负极集电棒和负极端子板。该负极端子板安装在尼龙6，6(6，6尼龙)制造的封口体中，将其安装到先前充填了正极和负极的封装壳后，从封装壳的开口端外侧，用旋压方式通过铆接办法，制成单三号碱性干电池。
《比较例1和比较例2》
除如表1所示设定封装壳的封口部分和筒体部分的壳厚以外，都与实施例1～4同样制作单三号碱性干电池。
[耐漏液性试验]
如以上那样制成的各个实施例和比较例的电池之中，各取100个，在每30分钟重复-10℃和60℃温度变化的恒温槽中保存3天时间，保存后，用碱性识别液的甲酚红溶液检查能不能从封装壳与封口体之间渗出内部强碱液(电解液)来。表1表示其结果。
[表1]
  筒体部分的壳厚(mm)   封口部分的壳厚(mm)    封口部厚/筒体部厚     温度变化引起的漏液
    实施例1   0.18   0.25    1.40     无
    实施例2   0.16   0.25    1.56     无
    实施例3   0.16   0.225    1.41     无
    实施例4   0.15   0.21    1.40     无
    比较例1   0.18   0.225    1.25     100个中发生15个
    比较例2   0.16   0.21    1.31     100个中发生17个
由该表可知，本发明实施例1～4所得的碱性干电池温度变化激烈的环境下，即使保存一定期间以后，完全没有认出任何漏液。于此相反，比较例1所得的碱性干电池100个样品中有15个认出渗出液体，而比较例2的碱性干电池，100个样品中有17个认出渗出液体。
《实施例5》
把按92∶5∶3的比例(重量比)混合电解法获得的二氧化锰、石墨和水的正极材料11.0g，加工成形成内径9.1mm、外径13.3mm、高43.0mm的圆筒状的正极将该正极插入单三号碱性干电池用的封装壳中。接着，从封装壳的开口端在高度方向3.7mm位置施加沟纹。这是为了以后插入封口体时在沟纹位置支撑封口体，使其不能挤入到沟纹位置里面去。进而，在封装壳的内侧，从开口端直到高度方向3.7mm的部分，以封装壳与封口体之间粘合性良好作为目的，涂布沥青。
其次，将由厚度100μm的维尼龙和人造丝组成的无织布，三层重叠卷成杯状的隔板装填到先前的圆筒状正极的内侧，使其浸渍浓度39％的氢氧化钾水溶液1.5g作为电解液。接着，把纯度99.0％、通过筛网网孔425μm，且不能通过筛网网孔75μm的粉末锌4.0g和浓度39％的氢氧化钾水溶液2.0g及聚丙烯酸钠0.04g搅拌成的糊状负极填入隔板内部。
接着，用于提取负极集电的镀锡黄铜制造的负极集电板穿插安装于封口体的凸起部，用点焊法焊接负极集电棒和负极端子板。在这里，所用的负极端子板是图5中示意性表示式样的金属板7，其弯曲部78b的平均曲率半径r为0.6mm，形成弯曲部分7c的角度范围(θ1)为150度，弯曲部78b与封口体6接连的角度(θ2)为120度。这些负极端子板经过冲切、压力加工制成厚度0.4mm镀镍钢板。把该负极端子板安装到尼龙6，6(6，6尼龙)制造的封口体中，将其安装到先前充填了正极和负极的封装壳后，从封装壳的开口端外侧，用旋压方式通过铆接的办法，制成如图1所示的单三号碱性干电池。
另外，在以上的实施例5和后述的实施例6、7以及比较例3～6，任何负极端子板也都采用电镀钢板，而这是因为它是加工容易、耐蚀性好、廉价的材料。国内出售的碱性干电池全部使用这种电镀钢板。并且，之所以这种钢板的厚度为0.4mm，是由于钢板厚度若0.5mm以上，由原板冲切负极端子板时，模具的磨损严重，成本方面就不利。
《实施例6》
除金属板(负极端子板)的外周部的弯曲部分的平均曲率半径设为0.8mm以外，制成与实施例5同样的单三号碱性干电池。
《实施例7》
除金属板(负极端子板)的外周部的弯曲部分的平均曲率半径设为1.0mm以外，制成与实施例5同样的单三号碱性干电池。
《比较例3》
如图8所示，除金属板(负极端子板)7的外周部上不设置弯曲部分或挠曲部分，用金属板7的平坦的外周部和封装壳1挟持封口体6进行铆接以外，都与实施例5同样制成单三号碱性干电池。
《比较例4》
如图9所示，除金属板(负极端子板)7的外周部上设置90度弯曲的曲折部分20，用弯曲部分20和封装壳1夹紧封口体6以外，都与实施例5同样制成单三号碱性干电池。另外，这时的弯曲部分20外侧的棱角成为微小的曲面，而且该曲面的平均曲率半径r是0.3mm。
《比较例5》
除金属板(负极端子板)7的外周部中的弯曲部78b的平均曲率半径设为1.4mm以外，制成与实施例5同样的单三号碱性干电池。
《比较例6》
如图10所示，除金属板(负极端子板)7的外周部上设置向内侧90度曲折，进而向外侧稍稍弯曲其外周端侧的弯曲部分30，用该弯曲部分30和封装壳1夹紧封口体6以外，都与实施例5同样制成单三号碱性干电池。另外，这时的弯曲部分30外侧存在有形成棱角的第1弯曲面31和末端侧的第2曲折面32，两个弯曲面31、32的平均曲率半径r分别为0.3mm和0.4mm。
[耐漏液性试验]
在如以上那样制成各个实施例和比较例的电池中，各自100个，在每30分钟重复-10℃和60℃温度变化的恒温槽中保存3天时间，保存后，用碱性识别液的甲酚红溶液，检查能不能从封装壳与封口体之间浸出内部强碱液(电解液)来。表2中表示其结果。
[表2]
金属板的剖面图  金属板的外周设有弯曲部分等的平均曲率半径(mm) 金属板的外周设有弯曲部分等的角度(θ1)  弯曲部分等与封口体树脂接连的角度(θ2)     -10℃/60℃恒温槽保存下漏液电池数(100个)
实施例5 图5  0.6  150  120     0
实施例6 图5  0.8  150  120     0
实施例7 图5  1.0  150  120     0
比较例3 图8  无曲折部分  -   -     100
比较例4 图9  0.3  90   90     54
比较例5 图5  1.4  150   120     24
比较例6 图10  0.3和0.4  90和45   90和45     2
由该表可知，本发明实施例5～7所得的碱性干电池，温度变化激烈的环境下，即使保存一定期间以后，完全没有认出任何漏液。于此相反，比较例3所得的碱性干电池100个样品中100个全部认出渗出液体，即使表示最好耐漏液性的比较例6的碱性干电池，100个样品之中有2个认出了发生漏液。
《实施例8》200
把按规定比例混合电解法获得的二氧化锰、石墨和水构成的正极材料，加压成形成圆筒状制成正极，将该正极插入单三号碱性干电池用的封装壳中。接着，从封装壳的开口端在高度方向3.7mm位置施加沟纹。这是为了以后插入封口体时在沟纹位置支撑封口体，使其不能挤入到沟纹位置里面去。进而，在封装壳的内侧，从开口端直到高度方向3.7mm的部分，以封装壳与封口体之间粘合性良好作为目的，涂布沥青。其次，将卷成杯状的隔板装填到先前的圆筒状正极的内侧，使其浸渍电解液后，把糊状的负极填入隔板内部。
关于负极端子板，作为本发明实施例的电池用，分别使用凸缘面平坦部与端子面的交角为8度的(实施例8)和4度的(实施例9)，作为比较例的电池用分别使用凸缘面平坦部与端子面的交角为2度的(比较例7)和0度的(比较例8)。该角度规定凸缘面平坦部与端子面的交角增大方向为正(参照图4)。前面图4中所示的负极端子板是实施例8中使用的，图11就是比较例8中使用的负极端子板。两幅图4、图11中所示的负极端子板(金属板)7、307，周围平均曲率半径为0.6mm并设有180度的弯曲部78b、378b，而且这是采用加工硬化增加负极端子板的强度，增加铆接部分强度的办法，如没有该弯曲部78b、378b，负极端子板挤压封口体树脂的力就削弱，是内部强碱电解液变成容易漏出外部的原因。
这些负极端子板都由冲切、压力加工厚度0.4mm镀镍钢板制成。将负极集电棒与该负极端子板点焊，并安装到尼龙6，6(6，6尼龙)制造的封口体中，将其安装到先前充填了正极和负极的封装壳以后，从封装壳的开口端外侧，用旋压方式采用铆接的办法，按照各个实施例和每个比较例，制成如图1所示的单三号碱性干电池，各自100个。
另外，关于本发明实施例和比较例，任何负极端子板也都采用电镀钢板，而这是因为它是加工容易、耐蚀性好、廉价的材料。国内出售的碱性干电池全部使用这种电镀钢板。并且,之所以这种钢板的厚度为0.4mm，是由于钢板厚度一厚，模具的磨损又严重，钢材的消耗量又大，成本上也不利。
象以上一样，对制成的电池用透过X射线进行摄影，研讨封口前后负极端子板升高还是降低，并且测定高度，求出高度最大值与最小值之差。将结果表示在表3里。
[表3]
  端子面与凸缘面平坦部的交角   封口前后负极端子板高度升高比率   封口前后负极端子板高度降低比率   封口后电池高度最大与最小值之差
  实施例8   8度     100％   0％   0.03mm
  实施例9   4度     100％   0％   0.04mm
  比较例7   2度     70％   30％   0.47mm
  比较例8   0度     61％   39％   0.49mm
如表3所示，由于在端子面与凸缘面平坦部设置4度以上的倾斜，封口后的负极端子板变形使其全都比原来的高度高。其结果是，电池的高度偏差与比较例比较可以受到格外抑制。端子面与凸缘面平坦部的交角如果大于4度，封口后负极端子板的高度升高更一致，然而该交角过大时，负极端子板的高度将增大，设计的自由度减少，因而20度以下是理想的。
《实施例10》
为了确认本发明树脂制封口体的效果，对单三号碱性干电池中使用的树脂制封口体进行了以下的试验。本试验中，作为实施例10，采用如图12所示的6，6尼龙制造的封口体，作为比较例9采用图13中所示的6，6尼龙制造的封口体。两幅图中记载的壁厚尺寸单位都是mm。
1、试验中所用的分析装置：
使用3DCAD Pro-Engineer和构造分析软性Pro-Mechanica(日本パラメトリックテクノロヅ一公司制造)。
2、实施条件：
坐标轴采用r(封口体的半径方向)、θ(封口体的圆周方向)、z(凸起部的轴方向)的极坐标。
(1)约束条件(参照图14)
①考虑压入负极端子棒，在r方向使封口体凸起部的内径强制位移0.05mm。
②考虑旋压封口时的横夹紧，在r方向使封口体的外径强制位移0.05mm。
③封口体凸起部上面规定为z方向固定、r方向、θ方向自由。
④与负极端子板的接触部分表面规定为z方向固定、r方向、θ方向自由。
(2)负荷条件：
向封口体下面，用6.5MPa、7.0MPa、7.5MPa全面挤压。
(3)温度条件：
在常温(23℃)和高温(150℃)下分别进行测定。
(4)尺寸参数：
按照图14中所示的D部台阶高度差尺寸(第1壁厚部分的壁厚)，分别准备0.25mm、0.35mm、0.45mm，探讨哪一种是最佳形状。
3、测定和结果
电池内压上升，研讨连接部的薄壁部分刚破裂前的位移和应力分布。其结果，可以知道如下。
(1)考虑旋压封口情况的横夹紧时的位移、应力分布
①位移：
在实施例10和比较例9的哪种封口体中，最大位移也发生在连接部中的外周部一侧。
②应力：
实施例10的封口体中，在设置于连接部的外周侧的根部分的应力吸收部发生应力集中，而在连接部没有观察到显著的应力分布。于此相反，在比较例9的封口体中相反没有显著应力集中，连接部整体受到应力，观察到了连接部整体变形，并且，已经确认，没有设置应力吸收部的比较例9的封口体，应力集中于连接部的凸起部侧的根部分上设置的防爆用的薄壁部。
(2)在常温(23℃)下内压6.5MPa作用时的位移、应力分布
①位移：
实施例10的封口体中，从连接部中央起进而在凸起部侧发生最大位移0.24mm，比较例9的封口体中，在连接部的大致中央发生最大位移0.48mm。
②应力：
实施例10和比较例9的8最大应力也都发生在连接部中的防爆用的薄壁部。在比较例9的封口体中，也有应力分散在设置于连接部上面的肋根部分的倾向。
(3)在高温(150℃)下内压6.5MPa作用时的位移、应力分布
①位移：
与常温时同样，实施例10的封口体中，从连接部中央起进而在凸起部侧发生最大位移0.91mm，比较例9的封口体中，在连接部的大致中央发生最大位移1.90mm。
②应力：
实施例10和比较例9的8最大应力也都发生在连接部中的防爆用的薄壁部。比较例9的封口体中，在设于连接部上面的肋根部分也分散应力，进而有缩颈形状的变形倾向。
(4)内上升(安全阀动作压力增加)与连接部最大位移的关系
比较例9的封口体中，在安全阀动作压力最大6.5MPa下，高温时连接部最大位移为1.9mm。于此相反，实施例10的封口体中，即使把内压(安全阀动作压力)一直增加到7.5MPa，连接部最大位移也是1.13mm，即便高温时也确认，也可以避免并防止与负极端子板接触。
(5)第1壁厚部分的壁厚与位移的关系
就是取决于内压(最大安全阀动作压力)的设定，然而为了防止高温时与负极端子板接触为了设定连接部的最大位移为1.2mm以下，可以确认需要把第1壁厚部分的壁厚设定0.45mm。
4、评价
根据以上的结果，可作如下的评价。
(1)关于考虑旋压封口情况的横拉夹紧时的位移与应力分布
实施例10的封口体中，在连接部设置吸收横拉夹紧产生的应力的应力吸收部，因而可以减轻防爆用的薄壁部的负担。
(2)关于内压6.5MPa作用时的位移与应力分布
在常温时(23℃)，实施例10和比较例9的哪种封口体的安全阀也是可动作的位移量(封口体的连接部接触负极端子板之前的位移量为1.2mm)。可是，在高温时(150℃)，比较例9的封口体中，连接部的最大位移量为1.9mm，安全阀动作前封口体接触负极端子板。并且，可以认为，从连接部的缩颈形状，由于连接部的壁厚薄而发生正伸。根据这几个方面可以认为，高温时安全阀不动作，封口体变成圆顶状。于此相反，实施例10的封口体中，连接部的最大位移量为0.91mm，在封口体接触负极端子板之前，可以断定安全阀进行动作。
(3)关于过放电放置时的封口体陷落破裂
作为过放电放置时的封口体陷落破裂的主要原因，可以举出封口体连接部的薄壁与随薄壁而来的连接部变形量大这一点，然而根据上述试验结果，与比较例9比较，倘采用使连接部厚壁化的实施例10的封口体，就可以使连接部的变形量减少。并且，关于连接部的内部应力，对实施例10的封口体与比较例9的封口体进行比较的话，可以把实施例10的封口体中内部应力抑制到比较例9封口体的约60％的内部应力。所以，在实施例10的封口体中，由于这样的连接部内部应力的降低，也可以消除过放电放置时的封口体破裂。
(4)关于安全阀动作压力的改善和封口体的形状
可以认为上述试验中封口体连接部的位移与应力分布主要取决于连接部的壁厚，把D部台阶高度差(第1壁厚部分的壁厚)作为参数进行分析。可认为封口体连接部进程负极端子板接触前的位移量为1.2mm时，按安全阀动作压力最大为6.5MPa的现有封口体(比较例9)的规格，可将D部台阶高度差一直减薄到0.35mm，但是不可能使安全阀动作最大设定值成为7.0mm。为了改善安全阀动作最大设定值象实施例10的封口体一样需要设D部台阶高度差为0.45mm。
《第1发明》
根据权利要求1的发明，把封装壳的封口部分的壳厚作成筒体部分的壳厚1.4倍以上，虽然封装壳筒体部分的厚度减薄成0.18mm以下，仍然可以确实防止由温度变化引起的液体渗出现象。因此，使封装壳的筒体部分厚度减薄并增加电池内容积，进而在提高放电容量的碱性干电池中也能够确保良好的耐漏液性。
《第2发明》
根据权利要求2、3、4的发明，在配备树脂制封口体的筒形碱性干电池中，作为从内周支撑封口体的支承部件，只使用一片兼任负极端子的金属板，同时由于其外周部形成规定的弯曲部分，不仅能够增大电池的实际上的内容积，而且也能提高封口部分的耐漏液性(液密性或密封性)。因此，可以实现高容量，而且即使有时温度变化等，也不发生漏液的碱性干电池。
《第3发明》
根据第3发明，在配备树脂制封口体的筒形碱性干电池中，作为从内周支撑封口体的支承部件，使用负极端子板时，即使封口工序中负极端子板变形，也能抑制该变形引起的电池高度尺寸偏差。
《第4发明》
根据第4发明，在配备树脂制封口体的筒形碱性干电池中，横夹紧封口时可以避免应力向封口体的防爆用的薄壁部集中，并且能够减轻薄壁部分的负担。
《第5及第6发明》
根据第5及第6发明，在配备树脂制封口体的筒形碱性干电池中，可以防止封口体破裂、随之内装物飞散和发生大的破裂声响、以及由封口体造成的排气孔闭塞，可以提高安全阀的可靠性，进而提高安全性。

Claims (4)

1.一种碱性干电池，在有底圆筒状的封装壳内部，收容正极和负极、其间配置的隔板、及电解液，在封装壳的开口端部内安装有树脂制封口体和从内周支承它的支承部件，并采用以封装壳和支承部件紧固树脂制封口体的办法，使封装壳的开口端部封口，其特征是在于，
作为上述支承部件，使用1片兼任负极端子板的金属板；
上述树脂制封口体具备：保持插入负极中心部的负极集电棒的凸起部、用上述支承部件从内周进行支承并接连封装壳的内周面的外周部、连接凸起部和外周部的连接部；
在该树脂制封口体的连接部上，在上述凸起部一侧的根部分设置防爆用的薄壁部，同时在上述外周部一侧的根部分设置吸收作用于该连接部的一部分应力的应力吸收部，使得将要封装壳的开口端部进行封口并夹紧树脂制封口体时，应力不会集中到上述防爆用的薄壁部；以及
该应力吸收部形成为与位于其很近内周侧的部分比较时其壁厚不连续变薄而且与位于上述内周侧的部分之间具有台阶高度差。
2.一种碱性干电池，在有底圆筒状的封装壳内部，收容正极和负极、其间配置的隔板、及电解液，在封装壳的开口端部内安装有树脂制封口体和从内周支承它的支承部件，并采用以封装壳和支承部件紧固树脂制封口体的办法，使封装壳的开口端部封口，其特征在于，
作为上述支承部件，使用1片兼任负极端子板的金属板；
上述树脂制封口体具备：保持插入负极中心部的负极集电棒的凸起部、用上述支承部件从内周进行支承并接连封装壳的内周面的外周部、连接凸起部和外周部的连接部；以及
在该树脂制封口体的连接部上，在上述凸起部一侧的带根部分，设置防爆用的薄壁部，上述薄壁部形成为与将其包围着的很近外侧的部分比较时其壁厚不连续变薄而且与上述外侧的部分之间具有台阶高度差。
3.一种碱性干电池，在有底圆筒状的封装壳内部，收容正极和负极、其间配置的隔板、及电解液，在封装壳的开口端部内安装有树脂制封口体和从内周支承它的支承部件，并采用以封装壳和支承部件紧固树脂制封口体的办法，使封装壳的开口端部封口，其特征在于，
作为上述支承部件，使用1片兼任负极端子板的金属板；
上述树脂制封口体具备：保持插入负极中心部的负极集电棒的凸起部、用上述支承部件从内周进行支承并接连封装壳的内周面的外周部、连接凸起部和外周部的连接部；
在该树脂制封口体的连接部上，从上述凸起部一侧的带根部分至外周部，具有防爆用的薄壁部、第1厚壁部、第2厚壁部及应力吸收部；
上述防爆用的薄壁部，形成为与将其包围着的很近外侧的第1厚壁部比较时其壁厚不连续变薄而且与上述第1厚壁部之间具有台阶高度差；
上述第1厚壁部到第2厚壁部的部分，形成为从上述第1厚壁部到上述第2厚壁部其壁厚连续地变厚；
上述应力吸收部，设置在上述外周部一侧的根部分上，吸收作用于该连接部的一部分应力，使得将要封装壳的开口端部进行封口并夹紧树脂制封口体时，应力不会集中到上述防爆用的薄壁部；
上述应力吸收部形成为与位于很近上述应力吸收部内周侧的上述第2厚壁部比较时其壁厚不连续变薄而且与上述第2厚壁部之间具有台阶高度差。
4.根据权利要求3所述的碱性干电池，其特征在于第1厚壁部的壁厚为0.4～0.5mm，第2厚壁部的壁厚设定为第1厚壁部的壁厚的2.5～3.0倍。
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