JP2014135242A - Gasket for alkaline battery and alkaline battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はアルカリ電池を構成する封口用のガスケットの改良技術に関する。 The present invention relates to a technique for improving a sealing gasket constituting an alkaline battery.
図1は、一般的なLR6型の円筒形アルカリ電池1の構造を示しており、この図1では、円筒軸100の延長方向を上下(縦)方向としたときの縦断面図を示している。図示したように、アルカリ電池1は、有底筒状の金属製電池缶2、環状に成形された正極合剤3、この正極合剤3の内側に配設された有底円筒状のセパレーター4、亜鉛合金を含んでセパレーター4の内側に充填される負極ゲル5、この負極ゲル5中に挿入された金属製の負極集電子6、皿状の金属製負極端子板7、封口用のガスケット(以下、ガスケット)20などにより構成される。この構造において、正極合剤3、セパレーター4、負極ゲル5が、電解液の存在下でアルカリ電池1の発電要素を形成する。なお、以下では、電池缶2の底部側を下方として上下方向を規定することとする。
FIG. 1 shows the structure of a general LR6 type cylindrical
電池缶2は、電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤3に直接接触することにより、正極集電体を兼ねる。また、電池缶2の底面には正極端子8が形成されている。皿状の負極端子板7は、フランジ状の縁がある皿状で、正極端子8を下方としたとき、その皿を伏せた状態で電池缶2の開口にガスケット7を介してかしめられている。
The battery can 2 also serves as a battery case, and also serves as a positive electrode current collector by being in direct contact with the
負極ゲル5中に挿入された棒状の負極集電子6は、その上端が皿状の負極端子板7の下面に溶接されて立設固定されている。なお、負極端子板7、負極集電子6およびガスケット20は、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられており、ガスケット20が電池缶2の開口縁部と負極端子板7におけるフランジ状の縁との間に挟持されて電池缶2が封口される。また、電池缶2の周囲には熱収縮フィルムからなる外装ラベル9が被装されている。
The rod-shaped negative electrode
図2は、ガスケット20の構造を示す図であり、ここでは、電池缶2の開口にかしめられる前の形状を示しており、図2(A)は、上方から見たときの平面図であり、この図では、ガスケット20の各部位(21〜23)を異なるハッチングによって示している。(B)は、縦断面図であり、(A)におけるa−a矢視断面に対応する。ガスケット20は、円盤の周囲に上方に立設する壁面(以下、外周部)24が巡るカップ状で、円盤の中心は、負極集電子6が圧入される中空部(ボス孔)22を備えた円筒状のボス部21となっている。ボス部21の外周から円盤の周縁に至る膜状の部分(以下、隔壁部)23には同心円状の凹凸が形成され、この隔壁部23によって電池缶2における発電要素の収納空間が密閉されて、電池缶2の内部が上下に仕切られる。そして、負極端子板7、負極集電子6およびガスケット20は、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられており、ガスケット20の外周部24が、電池缶2の開口縁部と負極端子板7の縁との間に挟持された状態でかしめられることで、電池缶2が気密シールされる。
FIG. 2 is a view showing the structure of the
また、ガスケット20の隔壁部23の表面の一部には、溝などの薄肉部25が形成されており、この薄肉部25は、電池缶2内の圧力が異常に上昇した際に先行破断し、最終的に、その内圧の原因となったガスを負極端子板7に設けられた排気孔10(図1参照)を介して大気開放させる防爆安全機構として機能する。
Further, a
ところで、ガスケット20は、一般的に、ポリアミド樹脂、いわゆるナイロン樹脂の一体成形品であり、射出成型により形成される。6−6ナイロン樹脂(以下、ナイロン6−6)がよく使用されている。また、以下の特許文献1には、アルカリ電池の高温高湿下での保存性および耐漏液性をさらに良くするために、ポリヘキサメチレンドデカミド樹脂、いわゆる6−12ナイロン樹脂(以下、ナイロン6−12)を使用したガスケットについて記載されている。さらに、以下の特許文献2には、負極集電子が圧入されるボス部の割れを防止するために、射出成形の樹脂材料として6−12ナイロン樹脂の再生材を用いる技術について記載されている。
Incidentally, the
ナイロン樹脂のガスケットを使用した場合、アルカリ電池の製造過程で、ガスケットの中央ボス部に集電子を圧入して挿通させる際、そのボス部に割れが発生することがある。そして、その割れによって電池か漏液してしまうという問題を生じる。上記特許文献2に記載の発明では、6−12ナイロン樹脂の再生材をガスケットの成型樹脂として用いることで、従来のに6−12ナイロン樹脂におけるボス部の割れを防止することに成功している。
When a nylon resin gasket is used, when the current collector is press-fitted into the central boss portion of the gasket during the alkaline battery manufacturing process, the boss portion may be cracked. And the problem that a battery leaks by the crack arises. In the invention described in
しかし、漏液の原因としては、上記のボス部の割れだけではない。例えば、ガスケットの樹脂材料における水分透過性に起因して、ガスケットを通して電池内部に侵入した水分が電池内の化学物質と反応してガスを発生させ、上記の防爆安全機構を作動させて漏液に至る、という場合もある。また、ガスケットの樹脂材料が水分を吸収して脆化することに起因して亀裂が生じ、その亀裂から漏液に至る、という場合もある。ガスケットに割れや亀裂が無くても、電池缶とガスケットの界面や負極集電子とボス部との界面における電解液の這い上がり(クリープ)現象によって漏液に至る場合もある。 However, the cause of leakage is not only the cracking of the boss. For example, due to moisture permeability in the resin material of the gasket, moisture that has entered the battery through the gasket reacts with the chemical substance in the battery to generate gas, and the above explosion-proof safety mechanism is activated to cause leakage. Sometimes it is. In some cases, the resin material of the gasket absorbs moisture and becomes brittle, resulting in cracks that lead to leakage. Even if the gasket is not cracked or cracked, leakage may occur due to the creeping-up (creep) phenomenon of the electrolyte at the interface between the battery can and the gasket or the interface between the negative electrode current collector and the boss.
そこで本発明は、原因が異なる多種多様な漏液を確実に防止できるアルカリ電池用のガスケットを提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a gasket for an alkaline battery that can surely prevent a wide variety of liquid leaks having different causes.
上記目的を達成するための本発明は、下方を底部とした有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が封口用のガスケットを介して嵌着されてなるアルカリ電池における前記ガスケットであって、
前記ガスケットは、一体成形された樹脂材料からなり、円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の周縁から上方に立設する外周部と、前記円盤状の隔壁部の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部とを備え、
前記ボス部は、同軸に配置された外筒部と内筒部とから構成された二重筒状で、
前記内筒部が第1の樹脂材料によって形成され、
前記ボス部の外筒部と、当該外筒部に連続する前記隔壁部および前記外周部は、前記第1の樹脂材料とは物性が異なる第2の樹脂材料によって形成されている、
ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケットとしている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a bottomed cylindrical battery can with a bottom at the bottom, a circular positive electrode mixture, and a bottomed cylindrical separator disposed inside the positive electrode mixture. The negative electrode gel disposed inside the separator is housed, and the gasket in the alkaline battery in which a negative electrode terminal plate is fitted to the opening of the battery can via a gasket for sealing,
The gasket is made of an integrally molded resin material, and has a disk-shaped partition wall, an outer peripheral portion standing upward from the periphery of the partition wall, and a hollow cylinder in the vertical direction at the center of the disk-shaped partition wall A boss part protruding in a shape,
The boss part is a double cylinder composed of an outer cylinder part and an inner cylinder part arranged coaxially,
The inner cylinder portion is formed of a first resin material;
The outer cylinder part of the boss part, the partition part continuous to the outer cylinder part, and the outer peripheral part are formed of a second resin material having different physical properties from the first resin material.
It is set as the gasket for alkaline batteries characterized by this.
また、前記第1の樹脂材料は、引っ張り強度が65MPa以上であるとともに、ロックウェル硬度がR100以上R120以下であり、
前記第2の樹脂材料は、平衡吸水率が5.00%以下であるとともに、ロックウェル硬度がR100以上R120以下である、
ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケットとすれば好ましい。
The first resin material has a tensile strength of 65 MPa or more and a Rockwell hardness of R100 or more and R120 or less,
The second resin material has an equilibrium water absorption of 5.00% or less and a Rockwell hardness of R100 or more and R120 or less.
The alkaline battery gasket is preferable.
上記アルカリ電池用ガスケットにおいて、前記ボス部の外筒部の外径φoと前記内筒部の外径φiとの比φi/φo×100(%)を50%以上、90%以下としてもよい。 In the above alkaline battery gasket, the ratio φi / φo × 100 (%) between the outer diameter φo of the outer cylinder portion of the boss portion and the outer diameter φi of the inner cylinder portion may be 50% or more and 90% or less.
また、有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が、上記いずれかアルカリ電池用ガスケッを介して嵌着されてなるアルカリ電池も本発明の範囲としている。 Also, in the bottomed cylindrical battery can, an annular positive electrode mixture, a bottomed cylindrical separator arranged inside the positive electrode mixture, and a negative electrode gel arranged inside the separator are stored. In addition, an alkaline battery in which a negative electrode terminal plate is fitted into the opening of the battery can via any one of the alkaline battery gaskets is also included in the scope of the present invention.
本発明のアルカリ電池用ガスケットによれば、多種多様な原因によって発生する漏液を確実に防止することができる。 According to the gasket for an alkaline battery of the present invention, it is possible to reliably prevent liquid leakage generated due to various causes.
===実施形態==
本発明の一実施形態に係るアルカリ電池用ガスケットは、図1に示した一般的なアルカリ電池1に内蔵されているものと同じ外観形状を有している。しかし、多様な漏液の原因に対応するため、ガスケットの部位に応じて異なる樹脂材料を用いている。
=== Embodiment ==
The gasket for alkaline batteries according to an embodiment of the present invention has the same external shape as that incorporated in the general
図3に本発明の一実施形態に係るアルカリ電池用ガスケット(以下、ガスケット)20aの構造を縦断面図にして示した。また、図4に、当該ガスケット20aを組み込んだアルカリ電池1aの縦断面図を示した。本発明の一実施形態に係るガスケット20aでは、ボス部21の割れに起因する漏液が、ボス部21に負極集電子6をボス孔22に圧入する際に、その集電子6がボス部21の内面を押し広げようとする応力に耐えきれずに割れが発生することから、ボス部21の内周側を、その応力に耐え得る樹脂材料で構成している。それによって、円筒状のボス部21は、円筒軸110と同心となる内周側の内筒部27aと外周側の外筒部26aとからなる二重円筒状に形成されている。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of an alkaline battery gasket (hereinafter referred to as gasket) 20a according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of an alkaline battery 1a incorporating the
このガスケット20aでは、隔壁部23における水分の透過や吸収に伴う漏液については、この隔壁部23を水分の吸収率(平衡吸水率)が低い樹脂材料で構成することで対応している。さらに、クリープ現象による漏液については、ガスケット20aと接触する電池缶2や負極集電子6の表面形状に追従する柔軟性を有しつつ、電池缶2の開口にかしめられる際の圧力によって塑性変形しない程度の硬度も必要となる。
In this
なお、図3に示したガスケット20aでは、ボス部の内筒部27aとそれ以外の部位(23,24,26a)とが異なる樹脂材料で形成され、異なる樹脂材料間の接合面は、周知の2色成型技術などを用いることで、一体化されて、ガスケット20a自体が一体的な部品として電池缶2に組み込まれることになる。また、外筒部26aが有底円筒の底面の一部が開口する形状となっており、内筒部27aは、ボス部の下端28まで延長していない。そして、外筒部26aの底面の開口径φ2は、ボス孔22の内径φ1よりも大きく、それによって、内筒部27aの下面29の周縁が外筒部26aの底面で覆われ、内筒部27aの下面の中央付近のみがボス部21の下端28から下方に露出している。
In the
===ガスケットの樹脂材料===
図3に示したガスケット20aにおいて、内筒部27aの樹脂材料は、負極集電子6の圧入に際し、割れが生じない物性を備えていることが必要となり、それ以外の部位(23,24,26a)の樹脂材料は、水分の吸収に起因する漏液が発生しないような物性を備えている必要となる。また、双方の樹脂材料には、ともに、クリープ現象が発生しない物性を備えていることが必要となる。
=== Resin material of gasket ===
In the
<第1樹脂材料>
まず、内筒部27aに用いる樹脂材料について検討する。上述したように、ボス部21の割れは、アルカリ電池1aの製造過程において、ボス部21に負極集電子6を圧入することに起因する。すなわち、負極集電子6は、ボス部21の内径を押し広げるように挿入され、この挿入時の応力が割れの原因となる。したがって、内筒部27aに用いる樹脂材料(以下、第1樹脂材料)には、負極集電子6の圧入に際して割れが生じない引っ張り強度が必要となる。そこで、ボス部21の割れに起因する漏液の有無のみを確認することを目的として、図3ではなく、図2に示した従来のガスケット20を様々な樹脂材料を用いて作製した。そして、樹脂材料が異なる各種ガスケット20を用いて図1に示した従来のアルカリ電池1をサンプルとして作製した。また、各サンプルについて40個の個体を作製した。そして、各個体について、JIS規格に基づく、乾燥雰囲気中で40日間、90℃の温度下で保存する高温保存試験(90℃/Dry保存試験)を行い、全個体について、当該試験後に漏液の有無を調べた。
<First resin material>
First, the resin material used for the
表1に、各サンプルについての樹脂材料、引っ張り強度、および高温保存試験の結果を示した。
表1に示したように、引っ張り強度が60MPa以下の樹脂材料からなるガスケット20を用いたサンプル1〜7では、漏液が発生した個体が1個以上あった。引っ張り強度が65MPa以上の樹脂材料からなるガスケット20を用いたサンプル8〜12では漏液が発生した個体が一つもなかった。したがって、内筒部27aを引っ張り強度が65MPa以上の樹脂材料で形成することで負極集電子6の圧入による割れを確実に防止できる。
As shown in Table 1, in
<第2樹脂材料>
つぎに、樹脂材料の吸水性や水分透過性に起因する漏液を防止するために、ボス部21の内筒部27a以外の部位(23,24,26a)における樹脂材料(以下、第2樹脂材料)に求められる物性を検討した。具体的には、平衡吸水率が異なる各種樹脂材料を用いて、図2に示した従来のガスケット20を作製し、それらガスケット20を用いて図1に示したアルカリ電池1をサンプルとして作製した。なお、ここでも、各サンプルについて40個の固体を作製した。そして、全ての個体を、これもJIS規格に基づく、温度60℃で相対湿度90%(90%R.H.)の環境下で60日間保存する試験を行い、各サンプルの40個の個体の内、漏液に至ったサンプルの割合(%)を調べた。
<Second resin material>
Next, in order to prevent leakage due to the water absorption and moisture permeability of the resin material, the resin material (hereinafter referred to as the second resin) in the portion (23, 24, 26a) other than the inner
表2に、各サンプルについての樹脂材料、平衡吸水率、および60℃90%R.H.保存試験の結果を示した。
表2に示したように、平衡吸水率が6%以上の樹脂材料で構成されているガスケット20を組み込んだサンプル21〜25では漏液した個体が存在し、漏液した個体数は、平衡吸水率が大きいほど多い結果となった。そして、平衡吸水率が5%以下のサンプル13〜20では、全個体について漏液が発生しなかった。なお、60℃90%R.H.保存試験において漏液した個体には、アルカリ電池1の内部に侵入した水分によって発生したガスによる内圧上昇により防爆安全機構が正常動作することで漏液したものもあるし、ガスケット20の樹脂材料自体が水分を吸収して脆化し、正常時の防爆安全機構の作動圧力以下で、ガスケット20が破断し、漏液したものもある。いずれにしても、ガスケットの平面部には、平衡吸水率5%以下の樹脂材料を用いれば、隔壁部23を介して侵入した水分や、吸収した水分による樹脂材料の脆化に起因する漏液を確実に防止することが可能となる。
As shown in Table 2,
<第1、第2樹脂材料のロックウェル硬度>
アルカリ電池におけるクリープ現象は、ガスケットが他の部材と接触する際、その接触面での密着性が低下することに起因して発生する。すなわち、樹脂材料が硬すぎると、他部材における微細な表面形状に追従できず密着性が低下する。一方、樹脂材料が柔らかすぎると、かしめによって圧縮したときに塑性変形し、圧縮した状態から復元できず、他部材との密着性を維持することができなくなる。
<Rockwell hardness of the first and second resin materials>
The creep phenomenon in an alkaline battery occurs due to a decrease in adhesion at the contact surface when the gasket comes into contact with another member. That is, if the resin material is too hard, the fine surface shape of the other member cannot be followed and the adhesion is lowered. On the other hand, if the resin material is too soft, it is plastically deformed when compressed by caulking, cannot be restored from the compressed state, and cannot maintain adhesion with other members.
そこで、ロックウェル硬度が異なる各種樹脂材料を用いて、図2に示した従来のガスケット20を作製し、それらガスケット20を用いてアルカリ電池1を作製した。そして、同じガスケット20を用いたアルカリ電池1をサンプルとして、各サンプルについて40個の固体を作製し、全ての個体を、JIS規格に基づく、温度60℃50%R.H.の環境下で100日間保存する試験を行い、各サンプルの40個の個体の内、漏液に至ったサンプルの割合(%)を調べた。
Therefore, the
なお、漏液の種別には、ガスケット20の外周部24と電池缶2の内面との密着性に起因するもの(正極クリープ)と、ガスケット20のボス部21における負極集電子6との密着性に起因するもの(負極クリープ)とがある。そして、正極クリープについては、漏液した電解液が外装ラベル9の装飾に用いられているインクを変性させる、所謂「色抜け」という現象によって漏液の発生を検出した。また、負極クリープについては、負極端子板7の外側にフェノールフタレインを塗布しておき、そのフェノールフタレインがアルカリ性の電解液によって変色することで漏液の発生を検出した。
In addition, as for the type of liquid leakage, the adhesion between the outer
表3に、各サンプルについての樹脂材料、ロックウェル硬度、および60℃50%R.H.保存試験の結果を示した。
表3に示したように、ロックウェル硬度がR130のサンプル31では、ガスケット20の樹脂材料が硬すぎたため、正極クリープと負極クリープの双方が発生していた。また、ロックウェル硬度がR90以下のサンプル26、27では、ガスケット20の樹脂材料が柔らかすぎたため、やはり、正極クリープと負極クリープの双方が発生していた。そして、ロックウェル硬度がR100〜R120の範囲にあるガスケットを用いたサンプル28〜30では、クリープ現象に起因する漏液が発生していなかった。したがって、ガスケットの内筒部と平面部の樹脂材料のロックウェル硬度が、ともに、R100以上R120以下であれば、クリープ現象に起因する漏液を確実に防止することが可能となる。
As shown in Table 3, in Sample 31 with Rockwell hardness R130, the resin material of the
===ガスケットの構造===
上述したように、内筒部27aとその他の部位(23,24,26a)とで異なる樹脂材料を用いることで、様々な原因に基づく様々な態様の漏液を確実に防止できる。しかし、これまでに検討した事項は、樹脂材料の選定であって、実際に内筒部27aとそれ以外の部位(23,24,26a)とが異なる樹脂材料でできたガスケット20aを用いてアルカリ電池1aを作製したわけではない。そこで、以下では、内筒部27aとそれ以外の部位(23,24,26a)とが、それぞれ、第1樹脂材料と第2樹脂材料でできたガスケット20aを実際に作製し、そのガスケット20a自体、あるいはそのガスケット20aを組み込んだアルカリ電池1aが実用に耐え得るものであるか否かを検証した。
=== Structure of gasket ===
As described above, by using different resin materials for the inner
<製造方法>
まず、内筒部27aとそれ以外の部位(23,24,26a)とが異なる樹脂材料でできたガスケット20aの製造方法について説明する。図5(A)〜(D)に、その製造方法の概略を示した。なお、この図では、金型50や、その金型50内に形成される樹脂材料の射出空間(51,53)の形状などが簡略化されている。
<Manufacturing method>
First, a manufacturing method of the
まず、図5(A)に示したように、射出成形用の金型50内で、内筒部27aを成形するための射出空間51に可動スペーサー52を挿入しておく。つぎに、(B)に示したように、内筒部27a以外の部位(23,24,26a)の形状を有する射出空間53内に溶融した第2樹脂材料60を射出する。第2樹脂材料60が冷却、固化すると、(C)に示したように、内筒部27a以外の部位(23,24,26a)となる成形品(以下、先行成形品)61が形成される。そして、この状態で、可動スペーサー52を引き抜く。そして、(D)に示したように、同じ金型50内に先行成形品61を残したまま、内筒部27aとなる溶融した第1樹脂材料62をその射出空間51に射出する。このとき、先行成形品61は、溶融した第1樹脂材料62との接触界面が溶解し、この接触界面にて第1樹脂材料と第2樹脂材料とが溶融する。そして、第1樹脂材料とこの接触界面が冷却、固化すると、先行成形品61の内側に内筒部27aが固着して一体化されたガスケット20aが完成する。なお、以下では、第1樹脂材料で形成されている部位を第1樹脂部、第2樹脂材料で形成され手いる部位を第2樹脂部と称することとする。
First, as shown in FIG. 5A, a
<ガスケットの変形例>
図3に示した本発明の一実施形態に係るガスケット20aは、内筒部27aと、それ以外の部位(23,24,26a)とが異なる物性を有する第1樹脂材料と第2樹脂材料で形成されている、という構造に特徴を有していた。しかし、図3に一実施形態として示したガスケット20aに限らず、負極集電子6と接触するボス部21の内周側が第1樹脂材料で、それ以外の部位が第2樹脂材料であるならば、図3に示したガスケット20a以外の構造も考えられる。すなわち、第1樹脂部と第2樹脂部の接合界面の位置や形状が異なる様々なガスケットが考えられる。図6に、第1および第2樹脂材料を一体成形してなる構造のガスケット(20a〜20d)を幾つか例示した。
<Modification example of gasket>
The
図6(A)に示したガスケット20aは、図3に示したものと同じ構造であり、内筒部27aが第1樹脂部70aであり、それ以外の部位(23,24,26a)が第2樹脂部71aとなる。そして、ボス部21の外筒部26aが内筒部27aの下面の周縁を覆い、内筒部27aは、ボス部21の下端28まで延長せず、下面29の中央付近のみが下方に露出している。第1樹脂部と第2樹脂部の接合界面30aは、外筒部26aと内筒部27aとの境界面となる。
The
図6(B)に示したガスケット20bは、(A)と同様に、内筒部27bが第1樹脂部70bであり、それ以外の部位(23,24,26b)とが異なる樹脂材料で形成されている第2樹脂部71bであるものの、内筒部27bがボス部21の下端28まで延長して、その下面29の全てが下方に露出している。この場合も、第1樹脂部70bと第2樹脂部71bの接合界面30bは、外筒部26bと内筒部27bとの境界面となるが、その接合界面30bの面積は、外筒部26bに底面がないので、(A)に示したガスケット20aにおける接合界面30aより小さい。
The
図6(C)に示したガスケット20cは、ボス部21全体が第1樹脂材料で形成された第1樹脂部70cであり、隔壁部23と外周部24が第2樹脂材料で形成された第2樹脂部71cとなる。そして、ボス部21と隔壁部23との境界が接合界面30cとなる。(D)に示したガスケット20dは、ボス部21全体が第1樹脂材料で形成されているものの、隔壁部23の内周側がボス部21に埋め込まれるように内方に向かって延長し、その先端は、薄肉部25よりも厚くなっている。そして、接合界面30dは、ボス部21の側面に埋め込まれた、隔壁部23の先端部分となる。したがって、第1樹脂部70dは、ボス部21からこの埋設された隔壁部23の先端部分を除いた部分となる。そして、このボス部21に埋設された隔壁部23の先端部分から、この隔壁部23を経て外周部24に至る部位が第2樹脂部71dとなる。(E)に示したガスケット20eは、隔壁部23に接合界面30eを有して、ボス部21と隔壁部23の内周側から外側に向かう途上にある接合界面30eまでが第1樹脂材料部70eとなる。
The
なお、図6(B)〜(E)に示した構造のガスケット20b〜20eについては、先に図5に示した射出成形に用いる金型50内に配置される可動スペーサー52の形状や移動方向を最適化したり、第1樹脂部と第2樹脂部を個別に成形する二つの金型を用いたりするなど、周知の2色成型法によって製造することができる。
In addition, about the
<最適なガスケットの構造>
上述したように、第1樹脂部(70a〜70e)と第2樹脂部(71a〜71e)との接合界面(30a〜30e)の位置や形状に応じて様々なガスケット(20a〜20e)の構造が考えられるが、これらの構造のガスケット(20a〜20e)が実用に耐え得るものであるか否かを検証する必要がある。そこで、図6に示した5種類のガスケット(20a〜20e)に加え、図2に示した従来のガスケット20を用いてアルカリ電池を作製し、それらの各種アルカリ電池をサンプルとして、上記の3通りの保存試験(90℃/Dry保存試験,60℃90%R.H.保存試験,60℃50%R.H.保存試験)を実施した。また、電池缶2の開口をガスケット(20,20a〜20e)を介して負極端子板7で封口しただけの中空のサンプルも作製し、その中空の電池缶2の底部に孔を開け、その孔から圧搾空気を注入して防爆安全機構の作動試験(作動圧試験)を行った。すなわち、アルカリ電池の規格によって規定された圧力範囲内で防爆安全機構が作動するか否かを調べた。
<Optimum gasket structure>
As described above, the structure of various gaskets (20a to 20e) according to the position and shape of the bonding interface (30a to 30e) between the first resin portion (70a to 70e) and the second resin portion (71a to 71e). However, it is necessary to verify whether the gaskets (20a to 20e) having these structures can withstand practical use. Therefore, in addition to the five types of gaskets (20a to 20e) shown in FIG. 6, an alkaline battery is manufactured using the
さらに、射出成形時の成形性についても検討した。具体的には、図6に示した各構造のガスケット(20a〜20d)と従来のガスケット20について、それぞれ保存試験や作動圧試験に必要な数の個体を作製した際、ガスケット(20,20a〜20e)を電池缶2に組み込む前に、各個体を目視により検査し、同一構造のガスケット(20,20a〜20e)における複数の個体で成型状態が均一であるか否かを調べた。また、異なる樹脂材料同士の接合界面(30a〜30e)に接合痕(ウェルド)があるか否かも目視により調べた。
Furthermore, the moldability at the time of injection molding was also examined. Specifically, for the gaskets (20a to 20d) having the structures shown in FIG. 6 and the
なお、ガスケット(20,20a〜20e)を形成する樹脂材料については、従来のガスケット20については、全てをナイロン6−6としたサンプルと、全てをナイロン6−12としたサンプルとを作製し、図6に示したガスケット(20a〜20e)については、第1樹脂部(70a〜70e)の樹脂材料を、引っ張り強度とロックウェル硬度が先に規定した最適値となるナイロン6−6とし、第2樹脂部(71a〜71e)を、平衡吸水率、ロックウェル硬度が先に規定した最適値となるナイロン6−12とした。もちろん、第1樹脂部(70a〜70e)と第2樹脂部(71a〜71e)は、ナイロン6−6とナイロン6−12である必要はなく、各樹脂部(70a〜70e,71a〜71e)のそれぞれが、上述した適正な物性を備えていればよい。
In addition, about the resin material which forms a gasket (20, 20a-20e), about the
表4にガスケットの構造と各種試験結果との対応関係を示した。
表4において、ガスケット構造は、上記の各図に記載した符号によって示した。すなわち、サンプル32、33は、図2に示した従来のガスケット20である。また、サンプル34は、図3および図6(A)に示したガスケット20aであり、サンプル36〜38は、それぞれ、図6(B)〜(E)に示したガスケット(20b〜20e)である。また、成形性については、主に、固体間での均一に成形できている場合を「○」で表記し、成形自体は可能であるものの、成形状態が固体間で形状やサイズが所定の誤差範囲から外れて不均一となる場合やウェルドが発生した場合を「△」で表記している。
In Table 4, the gasket structure is indicated by the reference numerals described in the above figures. That is, the samples 32 and 33 are the
まず、各サンプル32〜38のうち、サンプル32は、実際には、第1樹脂部と第2樹脂部の区別が無い従来のガスケット20を用いており、当該ガスケット20は、引っ張り強度が最適数値範囲にあり、さらにクリープ現象に起因する漏液も確実に防止できるナイロン6−6で形成されている。このサンプル32は、90℃Dry保存試験では全個体において漏液が発生しなかったものの、60℃90%R.H.保存試験において、防爆安全機構が作動したことに起因する漏液(弁作動)が30%の個体に発生した。また、サンプル32と同様に、従来のガスケット20で、樹脂材料にナイロン6−12を用いたサンプル33では、60℃90%R.H保存試験、および60℃50%R.H.保存試験では、漏液した個体がなかったが、90℃Dry保存試験において、10%の個体にボス部の割れに起因する漏液(弁作動)が発生した。
First, among the samples 32 to 38, the sample 32 actually uses the
一方、図6(A)〜(E)に示したガスケット(20a〜30e)を用いたサンプル34〜38のうち、ボス部21が二重筒状となっているサンプル34、35以外のサンプル36〜38では、60℃50%R.H.試験において、接合界面(30c〜30e)から漏液した個体があった。これは、主に、接合界面(30c〜30e)の断面積が小さいことに起因し、第1樹脂材料と第2樹脂材料との接合強度が低かったためと思われる。また、サンプル36、37では、作動圧試験において、規格よりも低い圧力で防爆安全機構が作動した個体が存在した。これは、ガスケット(20c,20d)において先行破断する薄肉部25、あるいはその近傍に接合界面(30c,30d)が存在することに起因していると思われる。なお、隔壁部23とボス部21との境界部分、あるは隔壁部23の途上に接合界面(30d,30e)があるサンプル37、38では、その接合界面(30d,30e)にウェルドが発生した個体があり、良好な成形性を有している、とは言い難い。
On the other hand, of the samples 34 to 38 using the gaskets (20a to 30e) shown in FIGS. 6A to 6E, the samples 36 other than the samples 34 and 35 in which the
そして、図6(A)(B)に示した、ボス部21が二重筒状となっているガスケット(20a,20b)を用いたサンプル34、35では、接合界面(30a,30b)の面積が十分に広く、各保存試験によって漏液を起こした個体が無かった。また、作動圧も全ての個体で正常であり、二種類の樹脂を一体成形する、という工程上の複雑さはあるものの、一般的な射出成形技術で成形することが可能であり、ウェルドの発生も無く、成形性も問題がなかった。以上により、ボス部21が外筒部(26a,26b)と内筒部(27a,27b)とからなる二重筒状となるガスケット(20a,20b)が、本発明の実施形態となる。
And in the samples 34 and 35 using the gaskets (20a and 20b) in which the
<ボス部の最適形状>
上述したように、本発明の実施形態に係るガスケット(20a,20b)では、ボス部21が二重筒状であることが特徴となる。そこで、図7に示したように、図3や図6(A)に示したガスケット20aについて、ボス部21の外筒部の径φoと内筒部との径φiとの比φi/φoに有為性があるか否かを調べた。具体的には、ボス孔22の内径φ1がφ1=1.45mmで、ボス部21の外筒部26aの直径φoと内筒部27aとの直径φiとの比(筒部直径比)が異なる各種ガスケット20aを作製し、ボス孔22の内径φ1=1.45mmに対して外径1.7mmの試験針をこのボス孔22に挿入する試験針試験を行ってボス部21の割れの有無を確認するとともに、この筒部直径比φi/φoが異なる各種ガスケット20aを用いて電池缶2を封口した中空の電池を作製し、上記の作動圧試験を行った。ここでは、同一条件で作製したガスケット20aを40個ずつ作製した。また、ガスケット20aの作製時に成形性を調べた。
<Optimal shape of the boss>
As described above, the gasket (20a, 20b) according to the embodiment of the present invention is characterized in that the
表5に、筒部直径比と、成形性、試験針試験、および作動圧試験の結果を示した。
表5は、同じ条件で作製したガスケット20a、およびそのガスケット20aを用いた中空の電池をサンプルとし、各サンプルについての、成形性、試験針試験、および作動圧試験の結果を示している。成形性については、成形状態や成形時の管理の難しさなどに応じて、良好な状態から順に「◎」「○」「×」で表記した。そして、百分率で表した筒部直径比(φi/φo×100)が30%以下であるサンプル39、40では、外筒部26aが薄すぎるため、成形自体ができず、「×」判定となった。したがって、これらのサンプル39、40に対する試験針試験と作動圧試験は行わなかった。
Table 5 shows the results of moldability, a test needle test, and an operating pressure test for each sample, using a
また、筒部直径比が40%、あるいは95%であるサンプル41、45は、外筒部26aが他のサンプルよりも薄い、あるいは厚いため、成形時の樹脂温度や成形後の冷却時間などの管理を厳密にしないと、個体間でのバラツキが大きくなる傾向があり、「○」判定とした。なお、ボス内周比が50%≦φi/φo≦90%のサンプル42〜44については成形性に問題がなく「◎」判定となった。
In addition, in the samples 41 and 45 having the cylinder part diameter ratio of 40% or 95%, the
試験針試験については、サンプル41〜45の内、ボス外周部が薄いサンプル41では、ボス割れが発生した個体があった。また、ボス部外周部が90%で厚いサンプル45では、作動圧が規格で規定された圧力範囲よりも低い圧力で防爆安全機構が作動した個体があった。 Regarding the test needle test, among samples 41 to 45, sample 41 with a thin boss outer peripheral portion had an individual in which boss cracking occurred. Further, in the sample 45 having a 90% thick outer peripheral portion of the boss, there was an individual in which the explosion-proof safety mechanism was operated at a pressure lower than the pressure range defined by the standard.
1、1a アルカリ電池、2 電池缶(電池缶)、3 正極合剤、4 セパレーター、
5 負極ゲル、6 負極集電子、7 負極端子板、8 正極端子、
20,20a〜20e ガスケット、21 ボス部、22 ボス孔、
23 隔壁部、24 外周部、25 薄肉部、26a,26b 外筒部、
27a,27b 内筒部、30a〜30e 接合界面、50 金型、
51,53 射出空間、52 可動スペーサー、60 第2樹脂材料、
62 第1樹脂材料、70a〜70e 第1樹脂部、71a〜71e 第2樹脂部
φo ボス部(外筒部)の外径、φi 内筒部の外径、φ1 ボス孔の内径
1, 1a alkaline battery, 2 battery can (battery can), 3 positive electrode mixture, 4 separator,
5 negative gel, 6 negative current collector, 7 negative terminal plate, 8 positive terminal,
20, 20a-20e gasket, 21 boss part, 22 boss hole,
23 partition part, 24 outer peripheral part, 25 thin part, 26a, 26b outer cylinder part,
27a, 27b inner cylinder part, 30a-30e joint interface, 50 mold,
51, 53 Injection space, 52 Movable spacer, 60 Second resin material,
62 1st resin material, 70a-70e 1st resin part, 71a-71e 2nd resin part φo Outer diameter of boss part (outer cylinder part), φi Outer diameter of inner cylinder part, φ1 Inner diameter of boss hole
Claims (4)
前記ガスケットは、一体成形された樹脂材料からなり、円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の周縁から上方に立設する外周部と、前記円盤状の隔壁部の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部とを備え、
前記ボス部は、同軸に配置された外筒部と内筒部とから構成された二重筒状で、
前記内筒部が第1の樹脂材料によって形成され、
前記ボス部の外筒部と、当該外筒部に連続する前記隔壁部および前記外周部は、前記第1の樹脂材料とは物性が異なる第2の樹脂材料によって形成されている、
ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケット。 In a bottomed cylindrical battery can with the bottom at the bottom, a circular positive electrode mixture, a bottomed cylindrical separator arranged inside the positive electrode mixture, and a negative electrode gel arranged inside the separator And the gasket in the alkaline battery in which a negative electrode terminal plate is fitted to the opening of the battery can via a gasket for sealing,
The gasket is made of an integrally molded resin material, and has a disk-shaped partition wall, an outer peripheral portion standing upward from the periphery of the partition wall, and a hollow cylinder in the vertical direction at the center of the disk-shaped partition wall A boss part protruding in a shape,
The boss part is a double cylinder composed of an outer cylinder part and an inner cylinder part arranged coaxially,
The inner cylinder portion is formed of a first resin material;
The outer cylinder part of the boss part, the partition part continuous to the outer cylinder part, and the outer peripheral part are formed of a second resin material having different physical properties from the first resin material.
A gasket for an alkaline battery.
前記第1の樹脂材料は、引っ張り強度が65MPa以上であるとともに、ロックウェル硬度がR100以上R120以下であり、
前記第2の樹脂材料は、平衡吸水率が5.00%以下であるとともに、ロックウェル硬度がR100以上R120以下である、
ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケット。 In claim 1,
The first resin material has a tensile strength of 65 MPa or more and a Rockwell hardness of R100 or more and R120 or less,
The second resin material has an equilibrium water absorption of 5.00% or less and a Rockwell hardness of R100 or more and R120 or less.
A gasket for an alkaline battery.
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