JP2006139948A - 無水銀電池用の亜鉛装填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒状亜鉛でホッパーなどが削られて、その削りかすが粒状亜鉛に混入しても電池内での水素ガスの発生の増加を招かない無水銀電池用の亜鉛装填装置を得る。
【解決手段】粒状亜鉛９を収容する漏斗形状のホッパー１１と、計量用貫通孔１５を設けた秤量板１２と、電池缶５への粒状亜鉛９の供給用の供給孔１６を設けた供給板１３とを上から順に配している。秤量板１２は、計量用貫通孔１５とホッパー１１の下端に設けた亜鉛取出口１９とが上下につながる取出位置と、計量用貫通孔１５と供給孔１３とが上下につながる供給位置との間で横方向に移動する。ホッパー１１と秤量板１２と供給板１３とは、水素過電圧の高い黄銅でそれぞれ形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボタン形酸化銀電池（ＳＲ電池）やボタン形空気亜鉛電池などの活性物質として亜鉛を電池缶内に装填する無水銀電池用の亜鉛装填装置に関する。

従来、前記亜鉛を用いた電池では、亜鉛の表面を水銀でアマルガム化して水素ガスの発生を抑制していたが、水銀による環境汚染を防ぐために水銀を用いない無水銀電池が製造されるに至ってきた。

かかる電池の製造では、亜鉛装填装置によって粒状亜鉛が電池缶に装填されていた。つまり、亜鉛装填装置は、多量の粒状亜鉛を収容する漏斗状のホッパーと、計量用貫通孔を設けた秤量板と、電池缶への粒状亜鉛の供給用の供給孔を設けた供給板とを配してある。

そして、ホッパーの下端の亜鉛取出口と秤量板の計量用貫通孔とが上下につながる取出位置に秤量板が移動することで、ホッパー内の粒状亜鉛が所定量だけ計量用貫通孔に流れ込む。この後、前記計量用貫通孔と供給板の供給孔とが上下につながる供給位置に秤量板が移動することで、計量用貫通孔内の粒状亜鉛が供給孔から流れ出して電池缶内に装填される。

前記装填装置では、粒状亜鉛がホッパー、秤量板の計量用貫通孔および供給板の供給孔の内面と擦れて、これらが削られてしまうために、ホッパーや秤量板や供給板は耐摩性の優れたステンレス鋼などで形成してある。かかるステンレス鋼でも、粒状亜鉛との摩擦で削られることを完全には防ぐことができず、微量の鉄などが削りかすとして粒状亜鉛に混入する。この鉄などの削りかすによって、電池内で亜鉛の腐食反応が促進されて水素ガスの発生が増加してしまい、電池内圧が上昇して電池の膨張や漏液などを招いていた。

これに対して、特許文献１には、秤量板などをセラミックで製造して、秤量板などが削られ難くすることが開示されている。

特開平９−２５９８９６号公報（段落番号０００７、図１） 特開平６−８４５２１号公報（段落番号００１６）

秤量板などをセラミックで製造する場合には、焼成による製造になるために装填装置のコストアップを招くことになる。しかも、セラミックは、極めて硬いために切削加工が困難である。また、セラミックは脆いために、装置の異常動作などによって秤量板などが欠けるおそれがある。

これに対して、特許文献２に示すごとく、ビスマス化合物などを電解液に添加して、水素ガスの発生を抑制することが考えられるが、前記鉄などの削りかすが粒状亜鉛に混入すると、少ないとはいえ水素ガスの発生が増加してしまう。このため、粒状亜鉛への鉄などの混入はできるだけ抑える必要がある。

一方、合成樹脂は粒状亜鉛に混入されても、水素ガスの発生の増加がほとんどないために、ホッパーなどの内面を合成樹脂で被覆することも考えられるが、粒状亜鉛と前記合成樹脂との摩擦で静電気が生じてしまい、粒状亜鉛が静電気でホッパーなどの内面に付着してホッパーなどが詰まるおそれがある。

そこで本発明の目的は、亜鉛でホッパーなどが削られても、その削りかすでは電池内での水素ガスの発生の増加を招かない無水銀電池用の亜鉛装填装置を提供することにある。

本発明が対象とする無水銀電池用の亜鉛装填装置は、図１に示すごとく、粒状の亜鉛９を収容する漏斗形状のホッパー１１と、計量用貫通孔１５を設けた秤量板１２と、電池缶５への粒状亜鉛９の供給用の供給孔１６を設けた供給板１３とを上から順に配しており、秤量板１２が、計量用貫通孔１５とホッパー１１の下端に設けた亜鉛取出口１９とが上下につながる取出位置と、計量用貫通孔１５と供給孔１６とが上下につながる供給位置との間で移動する。

かかる構成において、本発明は、少なくとも、ホッパー１１の内壁部と、秤量板１２の計量用貫通孔１５の内壁部と、供給板１３の供給孔１６の内壁部とが、水素過電圧の高い金属材料でそれぞれ形成されている。ここでは、ホッパー１１、秤量板１２あるいは供給板１３の全体が、水素過電圧の高い金属材料で形成してある場合も含まれる。

具体的には、秤量板１２の上面がホッパー１１の亜鉛取出口１９の周縁下端に密接し、かつ秤量板１２の下面が供給板１３の上面に密接した状態で、秤量板１２が横方向に移動するようになっている。ホッパー１１の下端部と、秤量板１２の上面部と、秤量板１２の下面部と、供給板１３の上面部とが、それぞれ水素過電圧の高い金属材料である。

金属材料は、水素過電圧が0.４Ｖ以上であるものが好ましく、0.４１７Ｖ以上であるものがより好ましい。具体的には金属材料が黄銅であることが好ましい。また、ホッパー１１の内面部と、秤量板１２の計量用貫通孔１５の内面部と、供給板１３の供給孔１６の内面部とが、セラミックで被覆されているものとすることができる。

本発明によれば、粒状亜鉛９が擦れるホッパー１１と、秤量板１２の計量用貫通孔１５と、供給板１３の供給孔１６との内壁部が粒状亜鉛９との摩擦で削られて、その削りかすが粒状亜鉛９に混入しても、その削りかすによっては電池内での水素ガスの発生が増加することがない。したがって、電池内圧が上昇して電池の膨張や漏液などが生じることが抑制される。

ホッパー１１の下端部と、秤量板１２の上下面部と、供給板１３の上面部とが、それぞれ水素過電圧の高い金属材料であると、秤量板１２の上面とホッパー１１の下端との擦れ合いや、秤量板１２の下面と供給板１３の上面との擦れ合いによって発生した削れかすが粒状亜鉛９に混入しても、電池内での水素ガスの発生が増加することがない。

ホッパー１１の内面、秤量板１２の計量用貫通孔１５の内面および供給板１３の供給孔１６の内面をセラミックで被覆すると、セラミックの被覆によって粒状亜鉛９で削り取られ難くなっているうえ、長期の使用によってセラミックの被覆が剥がれて前記各内面が削られても、電池内での水素ガスの発生が増加することがない。

（実施例１） 図面は、本発明が対象とする無水銀電池用の亜鉛装填装置の実施例１を示す。無水銀電池は、図３に示すごとく、全体が扁平なコイン形に形成されており、酸化銀を主成分とする正極材１を収容する正極缶２と、亜鉛を主成分とする負極材３を収容する負極缶（電池缶）５と、正極材１と負極材３との間に介装される合成樹脂製のセパレータ６と、絶縁性を有する合成樹脂製のガスケット７と、水酸化カリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液などからなって電池内に収容される電解液とを含む。そして、負極缶５が、ガスケット７と共に正極缶２の開口内縁にかしめ固定されることで、電池内部が密封される。

負極缶５は、銅あるいは銅を含む合金を素材とする金属平板をプレス加工し、その表面にニッケルメッキなどを施して形成することができる。正極缶２は、ニッケル、ステンレスおよび銅などからなるクラッド材を素材とする金属平板をプレス加工して形成することができる。

亜鉛装填装置は、図１に示すごとく、多量の粒状亜鉛９を収容する漏斗形状のホッパー１１と、ホッパー１１から粒状亜鉛９を所定量ずつ取り出すための秤量板１２と、秤量板１２で取り出した粒状亜鉛９を負極缶５へ供給するための供給板１３とを上から順に配している。粒状亜鉛９の粒径は、0.０７５〜0.１５０mm程度である。粒状亜鉛９には、亜鉛の他に微量のビスマスなどの添加物が含まれる。

ホッパー１１と秤量板１２と供給板１３とは、銅と亜鉛とを主成分とする黄銅（真鍮）で形成されている。前記黄銅においては、銅が６０重量％、亜鉛が４０重量％の比率で含有される。なお、前記黄銅の銅と亜鉛との比率は、耐摩性や強度などの点から銅が６０重量％、亜鉛が４０重量％が好ましいが、銅が７０重量％、亜鉛が３０重量％などであってもよい。

秤量板１２および供給板１３は、それぞれ上下面が滑らかな平面に形成されている。秤量板１２は、前記所定量の容積を有する計量用貫通孔１５が設けられている。供給板１３は、前記計量用貫通孔１５の口径と等しいか、あるいはこれよりも大きい口径の供給孔１６が設けられており、供給孔１６の下側に漏斗形状の供給口部１７が配されている。

秤量板１２は、その上面がホッパー１１の下端の亜鉛取出口１９の周縁下端に密接し、かつ秤量板１２の下面が供給板１３の上面に密接した状態で、図外の駆動機構によって横（水平）方向に移動する。つまり、秤量板１２は、前記計量用貫通孔１５とホッパー１１の亜鉛取出口１９とが上下につながる取出位置（図１）と、前記計量用貫通孔１５と供給板１３の供給孔１６とが上下につながる供給位置（図２）とにわたって移動する。なお、秤量板１２は、スライド移動であってもよく回転移動であってもよい。

負極缶５への粒状亜鉛９の装填に際しては、天地を図３とは逆姿勢にした負極缶５が供給板１３の供給口部１７の下側に置かれる。負極缶５の外周側壁にはガスケット７を装着してある。そして、秤量板１２が図１に示す取出位置に移動すると、ホッパー１１内の粒状亜鉛９が計量用貫通孔１５内に流れ込んで充填される。なお、計量用貫通孔１５の開口下端は、供給板１３の上面で閉じられている。

この後、秤量板１２が図２に示す供給位置に向けて移動する。秤量板１２は、その上面がホッパー１１の亜鉛取出口１９の周縁下端に密接した状態で横方向に移動するために、ホッパー１１の下端から計量用貫通孔１５が離れた際に、粒状亜鉛９が計量用貫通孔１５の開口上端で擦りきられる。つまり、計量用貫通孔１５には、正確な量の粒状亜鉛９が充填される。

供給位置への移動の際には、ホッパー１１の亜鉛取出口１９が秤量板１２の上面で閉じられているために、粒状亜鉛９がホッパー１１から漏れ出すことがない。同様に、秤量板１２の計量用貫通孔１５の開口下端が供給板１３の上面で閉じられているために、秤量板１２の移動によって、粒状亜鉛９が秤量板１２の計量用貫通孔１５から漏れ出すことがない。

秤量板１２が供給位置に移動したときには、図２に示すごとく、計量用貫通孔１５内の粒状亜鉛９が、供給板１３の供給孔１６および供給口部１７を介して負極缶５内に流れ込んで装填される。

この後、セパレータ６および正極材１を負極缶５内に組み付ける。次に、負極缶５内に電解液を注入したうえで、正極缶２を上方より被せて、負極缶５の外周側壁とガスケット７とを正極缶２内に嵌め込み、正極缶２の開口内縁を内方に向けてかしめ加工する。これによって図３の電池が完成する。

粒状亜鉛９が、ホッパー１１の内面や、秤量板１２の計量用貫通孔１５の内面や、供給板１３の供給孔１６の内面で擦れて、これらが削られることで、その削りかすが粒状亜鉛９に混入する。前記削りかすは、銅と亜鉛との合金であって、その水素過電圧は鉄の0.０８Ｖに比べてかなり高い。したがって、鉄と比べて水素ガスが発生し難い。つまり、ホッパー１１、秤量板１２および供給板１３の材料としてステンレスなどの水素過電圧の低い金属材料を選択した場合よりも、削りかすが粒状亜鉛９に混入したことによる電池内での水素ガスの発生を抑制できることになる。

なお、秤量板１２の上面とホッパー１１の下端との擦れ合いや、秤量板１２の下面と供給板１３の上面との擦れ合いによっても削れかすは発生するが、この削りかすの量は極めて少ないうえに銅と亜鉛との合金であるために、電池内での水素ガスの発生の増加をほとんど招かない。

（実施例２） 実施例２では、粒状亜鉛９と接触するホッパー１１の内面部、秤量板１２の計量用貫通孔１５の内面部および供給板１３の供給孔１６の内面部のみを黄銅で形成し、それ以外をステンレスなどで形成した。この場合でも、前記削りかすが銅と亜鉛との合金のみになるために、電池内での水素ガスの発生を抑制できることになる。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。なお、秤量板１２の上下面部、ホッパー１１の下端部および供給板１３の上面部も黄銅で形成してもよい。

（実施例３） 実施例３では、実施例１または２の亜鉛装填装置において、ホッパー１１の内面、秤量板１２の計量用貫通孔１５の内面および供給板１３の供給孔１６の内面をセラミックで被覆した。この場合、セラミックの被覆によってホッパー１１、秤量板１２および供給板１３が粒状亜鉛９で削り取られ難くなるうえ、長期の使用によってセラミックの被覆が剥がれても黄銅が削られるために、電池内での水素ガスの発生を抑制できることになる。その他の点は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

前述の黄銅に代えて、水素過電圧の高い金属材料である錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）およびインジウム（Ｉｎ）のいずれかの一種類の金属、あるいはこれらの金属の中から選んだ二種類以上の金属からなる合金であってもよい。

具体的には、前記金属材料の水素過電圧は、0.４Ｖ以上であることが好ましく、0.４１７Ｖ以上であることがより好ましい。つまり、水素ガスの発生する電位は−0.８２８Ｖであるのに対して、負極の粒状亜鉛９の電位は−1.２４５Ｖであるので、前記金属材料の水素過電圧が、これらの電位差（0.４１７Ｖ）以上、すなわちほぼ0.４Ｖ以上であれば、水素ガスの発生を抑制することができる。

ホッパー１１と秤量板１２と供給板１３とに使用する材料は、水素過電圧が高い材料であるほど好ましいが、材料の環境への影響やコストや入手容易性などを基準に選択される。これらの点からも黄銅が好ましい。

本発明の亜鉛装填装置の縦断面図 秤量板の移動した状態を示す縦断面図 本発明にかかる無水銀電池の縦断面図

符号の説明

３ 負極材
５ 負極缶
９ 粒状亜鉛
１１ ホッパー
１２ 秤量板
１３ 供給板
１５ 計量用貫通孔
１６ 供給孔
１９ 亜鉛取出口

Claims (5)

1. 粒状の亜鉛を収容する漏斗形状のホッパーと、計量用貫通孔を設けた秤量板と、電池缶への前記粒状亜鉛の供給用の供給孔を設けた供給板とを上から順に配しており、
   前記秤量板は、前記計量用貫通孔と前記ホッパーの下端に設けた亜鉛取出口とが上下につながる取出位置と、前記計量用貫通孔と前記供給孔とが上下につながる供給位置との間で移動する無水銀電池用の亜鉛装填装置において、
   少なくとも、前記ホッパーの内壁部と、前記秤量板の前記計量用貫通孔の内壁部と、前記供給板の前記供給孔の内壁部とが、水素過電圧の高い金属材料でそれぞれ形成されている無水銀電池用の亜鉛装填装置。
2. 前記秤量板の上面が前記ホッパーの前記亜鉛取出口の周縁下端に密接し、かつ前記秤量板の下面が前記供給板の上面に密接した状態で、前記秤量板が横方向に移動するようになっており、
   前記ホッパーの下端部と、前記秤量板の上面部と、前記秤量板の下面部と、前記供給板の上面部とが、それぞれ前記水素過電圧の高い金属材料である請求項１記載の無水銀電池用の亜鉛装填装置。
3. 前記金属材料は、前記水素過電圧が0.４Ｖ以上である請求項１又は２記載の無水銀電池用の亜鉛装填装置。
4. 前記ホッパーの内面部と、前記秤量板の前記計量用貫通孔の内面部と、前記供給板の前記供給孔の内面部とが、セラミックで被覆されている請求項１又は２記載の無水銀電池用の亜鉛装填装置。
5. 前記金属材料が、黄銅である請求項１又は２又は４記載の無水銀電池用の亜鉛装填装置。

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