JP2004134268A - 筒形アルカリ乾電池 - Google Patents

Abstract

【課題】負極端子が平坦な負極端子面を形成する筒形アルカリ乾電池において、上記負極端子面の周縁部に複数の絶縁突起部を配置して接着固定することにより負極端子同士の誤接続を形状的に防止させるとともに、そのアルカリ乾電池の基本的性能を損なうことなく、上記絶縁突起部による誤接続防止の信頼性を高める。
【解決手段】負極端子２１面の周縁部に複数の絶縁突起部３１を配置して接着固定することにより負極端子同士の誤接続を形状的に防止するようになすとともに、上記絶縁突起部３１が接着固定される表面をＦｅ−Ｎｉ合金層４１で形成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は筒形アルカリ乾電池、とくに負極端子に誤接続の防止手段を施したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒形アルカリ乾電池を複数個直列に接続して使用する場合、複数個の電池を縦列状態で収容する電池ホルダ（あるいは電池ボックス）が良く使用される。この場合、一部の電池が逆方向に収容されることによる誤接続が生じやすい。そこで、負極端子面の周縁部に複数の絶縁突起部を配置して接着固定することにより、負極端子同士の誤接続を形状的に防止するようにした筒形アルカリ電池が開発されている（特開平０９−１６１７６２）。
【０００３】
図３は上記絶縁突起部を有する筒形アルカリ乾電池の使用例を示す。同図の（ａ）に示すように、複数の筒形アルカリ乾電池１０は電池ホルダ５０に縦列状態で収容されて直列接続される。各電池１０の負極端子面にはそれぞれ絶縁突起部３１が接着固定されていて、たとえば（ｂ）に示すように、一部の電池１０が誤って逆方向に収容された場合は、その絶縁突起部３１が隣り合う電池１０の負極端子間に絶縁スペーサとして介在することにより、その負極端子同士の誤接続が形状的に防止される。
【０００４】
絶縁突起部３１は紫外線硬化型樹脂あるいはポリエステル樹脂からなり、負極端子面の周縁部に適宜間隔で配置されて、その端子面に接着固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した筒形アルカリ乾電池は、その負極端子面に絶縁突起部を配置して接着固定するという比較的単純な構成でもって誤接続を防止することができるが、たとえば電池をホルダに出し入れする際に受ける機械的荷重により、その絶縁突起部が負極端子面から剥がれて離脱してしまいやすい、という問題のあることが本発明者によってあきらかとされた。つまり、負極端子と絶縁突起部間の接着性が必ずしも十分でなく、このことが誤接続防止の信頼性を損ねていることが判明した。
【０００６】
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、アルカリ乾電池の基本的性能を損なうことなく、負極端子面の絶縁突起部による誤接続防止の信頼性を高めた筒形アルカリ電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による手段は、有底筒状の金属製正極缶内に正極合剤、セパレータ、ゲル状負極合剤が装填されるとともに、その正極缶の開口が負極端子および絶縁封口材により封口され、さらに、上記正極缶の底部が凸状の正極端子部を形成し、上記負極端子が平坦な負極端子面を形成する筒形アルカリ乾電池において、上記負極端子面の周縁部に複数の絶縁突起部を配置して接着固定することにより負極端子同士の誤接続を形状的に防止するようになすとともに、上記絶縁突起部が接着固定される表面をＦｅ−Ｎｉ（鉄−ニッケル）合金層で形成したことを特徴とする。この手段により、アルカリ乾電池の基本的性能を損なうことなく、負極端子面の絶縁突起部による誤接続防止の信頼性を高めることができる。
【０００８】
上記手段において、Ｆｅ−Ｎｉ合金層は、その表面におけるＮｉ分が３〜１８ｇ／ｍ^２　であることが望ましい。あるいは、そのＦｅ−Ｎｉ合金層表面でのＦｅ／Ｎｉ比率が１〜１００％であることが望ましい。また、絶縁突起部は紫外線硬化型樹脂がとくに好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の技術が適用された筒形アルカリ乾電池の実施例を示す。同図において、（ａ）は断面図、（ｃ）は斜視図をそれぞれ示す。同図に示す電池１０は、有底筒状の金属製正極缶１１内に正極合剤１３、セパレータ１４、ゲル状負極合剤１５が装填されるとともに、その正極缶１１の開口が負極端子２１および絶縁ガスケット２３等により封口され、さらに、上記正極缶１１の底部が凸状の正極端子部１２を形成し、上記負極端子２１が平坦な負極端子面を形成している。
【００１０】
正極缶１１はＮｉ（ニッケル）メッキされた鋼板４２をプレス等で有底筒状に加工した金属製であって、正極端子を兼ねる。正極合剤１３は、二酸化マンガンあるいはオキシ水酸化ニッケル等の酸化剤を含む環状（または管状）の成形合剤であって、上記正極缶１１内に圧入状態で装填される。この正極合剤１３の内側にアルカリ電解液が含浸されるセパレータ１４が配置され、このセパレータ１４の内側にゲル状亜鉛を主剤とする負極合剤１５が充填されている。そして、この負極合剤１５中に負極集電子２２が挿入されている。負極集電子２２の上端部は負極端子２１の内側面にスポット溶接等により接続されている。負極端子２１は、絶縁ガスケット２３等の封口材と共に、上記正極缶１１の封口体を形成する。
【００１１】
上記負極端子２１の外側面すなわち負極端子面の周縁部には、複数の絶縁突起部３１が配置されて接着固定されている。各突起部３１はそれぞれ、正極端子部１２の高さよりも低い突起をなす。この絶縁突起部３１により、負極端子同士の誤接続が形状的に防止されるようになっている。
【００１２】
負極端子２１は金属製であって、上記絶縁突起部３１が接着固定される負極端子面はＦｅ−Ｎｉ合金層４１で形成されている。この合金層４１はＮｉメッキされた鋼板４２を熱処理して形成することができる。このＮｉ−Ｆｅ合金層４１上に紫外線化型樹脂等を塗布あるいは付着させて硬化させることにより、その合金層４１上に絶縁突起部３１を形成することができる。このＮｉ−Ｆｅ合金層４１の表面に接着固定された絶縁突起部３１は良好かつ安定な接着性を有し、たとえば電池ホルダへの出し入れなどによる機械的荷重が繰返し加えられても、剥離することなく誤接続防止機能を確実に維持できることが判明した。
【００１３】
この場合、Ｆｅ−Ｎｉ合金層４１は、その表面におけるＮｉ分が３〜１８ｇ／ｍ^２　の範囲がとくに望ましいことが判明した。Ｎｉ分が３ｇ／ｍ^２　未満では耐食性が不十分になり、逆に、Ｎｉ分が１８ｇ／ｍ^２　を超えると、耐食性が飽和状態となる一方、表面にＦｅ−Ｎｉ合金層を形成するための熱処理に要するエネルギー量が多くなって経済的でない。
【００１４】
また、Ｆｅ−Ｎｉ合金層４１は、その表面におけるＦｅ／Ｎｉ比率（Ｎｉに対するＦｅの百分率）が１〜１００％の範囲がとくに望ましいことが判明した。１％未満（０．０１＞Ｆｅ／Ｎｉ）では紫外線硬化型樹脂等からなる樹脂（または塗料）との密着性が不十分となり、逆に、１００％を超えると（１＜Ｆｅ／Ｎｉ）耐食性が悪くなる。
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施例を比較例とともに示す。
（実施例）
実施例および比較例として、図１に示した構造のアルカリ電池１０を仕様（Ａ〜Ｍ）を変えて複数種類（Ａ〜Ｍ）作製した。各仕様（Ａ〜Ｍ）はそれぞれ、負極端子３１の表面材質とくにＦｅ／Ｎｉ比率（％）だけが異なり、それ以外の構成は同じである。各仕様の負極端子３１は共に、メッキ原板として冷延鋼板を使用し、公知のワット浴を使ってＮｉメッキを行った後、熱処理を行ったものであるが、その熱処理時間を変えることにより、表面のＦｅ／Ｎｉ比率を変えた。
【００１６】
表１は、各仕様（Ａ〜Ｍ）の負極端子について、それぞれのＮｉメッキ厚（μｍ）、熱処理温度（℃）、および表面のＦｅ／Ｎｉ比率（％）を示す。この場合、仕様（Ａ〜Ｇ）は本発明の実施例であり、仕様（Ｈ〜Ｍ）は比較例である。
【００１７】
【表１】

【００１８】
なお、表１において、Ｆｅ／Ｎｉ比率は、負極端子材料の表面におけるＦｅ／ＮｉをＥＳＣＡ分析（Ｅｌｅｃｔｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ｆｏｒ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　）により測定した。この場合、Ｆｅの電子レベル２ｐ３／２の強度とＮｉの電子レベル２ｐ３／２の強度との比に感度を考慮し、Ｆｅ／Ｎｉ比率を求めた。
【００１９】
各仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）の負極端子についてそれぞれ、濡れ指数、樹脂塗布高さ、剥離頻度、耐食性の評価試験を行った。
【００２０】
（濡れ指数）
濡れ指数は、ＪＩＳ−Ｋ６７６８で規定される濡れ性評価試験により評価した。この指数が大きいほど濡れやすいことを示す。
【００２１】
（樹脂塗布高さ）
樹脂塗布高さは、各仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）の負極端子面にそれぞれ一定量（０．２５ｇ）のポリエステル樹脂を塗布して、その塗布後の高さを測定した。高さの測定は投影機を用いて行った。ポリエステル樹脂は塗布後の硬化により上記絶縁突起部３１を形成する。
【００２２】
（剥離頻度）
剥離頻度は、上記仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）の負極端子面にそれぞれ形成された絶縁突起部の剥離頻度であって、図２に模式的に示す電池ホルダ５０を用いて評価試験を行った。この試験用電池ホルダ５０は、電池１０の正極端子側にコイル状バネ５１、負極端子側に板状バネ５２をそれぞれ有し、電池１０は両バネ５１，５２間に挟圧された状態でホルダ５０に保持される。このホルダ５０に電池を挿入するとき、負極端子面の絶縁突起部３１が負極端子側の板バネ５２に引っかかって機械的な剥離荷重を受けるようになっている。負極端子側の板状バネ５２は、２０Ｎのバネ圧を負極端子面に与えるように構成されている。この試験用電池ホルダ５０に各仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）の電池を挿入して上記絶縁突起部３１の剥離試験を行った。この試験は、各仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）ごとにそれぞれ３００個のサンプル電池を使用して行い、各仕様ごとに剥離発生数を求めた。
【００２３】
（耐食性）
耐食性は、恒温層保存による耐錆試験で行った。耐錆試験の条件は、表１に示した各仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）の負極端子材料（５ｃｍ幅×１０ｃｍ長）を、温度６０℃、湿度９５％ＲＨの環境で２週間保存したとき錆発生頻度から評価した。錆発生頻度は、各仕様ごとにそれぞれ６０個の試料を試験し、表面に錆が発生した試料数（発錆点数）で評価した。この発錆点数（発錆個数）が少ないほど、耐食性が良好であることを示す。
【００２４】
表２は、各仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）の負極端子について、上記濡れ指数（μＮ／ｃｍ）、上記樹脂塗布高さ（ｍｍ）、上記剥離頻度（剥離発生数）、および上記耐食性（発錆点数）の各試験結果を示す。
【００２５】
【表２】

【００２６】
表３は、上記仕様（Ａ〜ＧおよびＨ〜Ｍ）において、上記絶縁突起部３１をポリエステル樹脂で形成した場合と紫外線硬化型樹脂で形成した場合の各剥離頻度（剥離発生数）を示す。この場合、剥離試験は、上述した試験用電池ホルダ５０の負極端子側板状バネ５２のバネ圧を、表２の試験条件（２０Ｎ）よりもさらに厳しい２５Ｎにして行った。
【００２７】
【表３】

【００２８】
表１と表２に示すように、Ｆｅ／Ｎｉ比率が１〜１００％の試料は、絶縁突起部３１の剥離試験での耐剥離性が良好であり、耐食性も良好であった。耐食性（耐錆性）は、端子面での接触抵抗や電池の保存性能など、アルカリ乾電池の基本的な性能を確保する上で必要である。また、表３に示すように、絶縁突起部３１の樹脂の種類をポリエステル樹脂から紫外線硬化型樹脂に変更することにより、試験条件（バネ圧）をさらに厳しくしても、良好な耐剥離性能を得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、負極端子の耐錆性や接触抵抗などのアルカリ乾電池として必要な基本性能を確保しつつ、絶縁突起部による誤接続防止の信頼性を高めた筒形アルカリ電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の技術が適用された筒型アルカリ乾電池の断面図および斜視図である。
【図２】本発明の実施例および比較例を評価するために使用した試験用電池ホルダの概略構成図である。
【図３】絶縁突起部を有する筒形アルカリ乾電池の使用例を示す図である。
【符号の説明】
１０　筒型アルカリ乾電池
１１　金属製正極缶
１２　正極端子部
１３　正極合剤
１４　セパレータ
１５　ゲル状負極合剤
２１　負極端子
２２　負極集電子
２３　絶縁ガスケット
３１　絶縁突起部
４１　Ｎｉ−Ｆｅ合金層
４２　鋼板

Claims (4)

1. 有底筒状の金属製正極缶内に正極合剤、セパレータ、ゲル状負極合剤が装填されるとともに、その正極缶の開口が負極端子および絶縁封口材により封口され、さらに、上記正極缶の底部が凸状の正極端子部を形成し、上記負極端子が平坦な負極端子面を形成する筒形アルカリ乾電池において、上記負極端子面の周縁部に複数の絶縁突起部を配置して接着固定することにより負極端子同士の誤接続を形状的に防止するようになすとともに、上記絶縁突起部が接着固定される表面をＦｅ−Ｎｉ合金層で形成したことを特徴とする筒形アルカリ乾電池。
2. 請求項１において、前記Ｆｅ−Ｎｉ合金層は、その表面におけるＮｉ分が３〜１８ｇ／ｍ^２　であることを特徴とする筒形アルカリ乾電池。
3. 請求項１または２において、前記Ｆｅ−Ｎｉ合金層は、その表面でのＦｅ／Ｎｉ比率が１〜１００％であることを特徴とする筒形アルカリ乾電池。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記絶縁突起部が紫外線硬化型樹脂からなることを特徴とする筒形アルカリ乾電池。

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