JP3576384B2 - アルカリ電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液として強アルカリ液を用い、電池ケースの開口部が樹脂製封口体を主体とする封口ユニットにより密閉状態に封止されたアルカリ電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
円筒型のアルカリ電池、例えばアルカリ乾電池の一般的な構造は、その縦断面図を示した図5のようになっている。すなわち、上端面に正極端子8が突設されるとともに外側周面に外装ラベル2が貼着された有頭円筒状の電池ケース(正極)1内には、二酸化マンガンと導電材として添加した黒鉛とにより円筒状に成型した正極合剤3を挿入し、この正極合剤3の内側に、水酸化カリウムを溶解させたアルカリ性電解液にゲル化剤と共に亜鉛合金粉末を均一分散させたゲル状亜鉛負極7を、セパレータ4を介在して注入している。また、電池ケース1の底部である開口部1aには、真鍮からなる棒状の負極集電子10が挿通孔9aに圧入されるとともに金属製の絶縁ワッシャ11が嵌め込まれた樹脂製封口体(ガスケット)9を挿入し、さらに、負極集電子10に、これの頭部10aに負極端子板12を電気的接続状態に接触させて被せたのちに、電池ケース1の底部開口端を内方へ折り曲げ加工してかしめ加工することにより、樹脂製封口体9に形成される折り返し部9bを負極端子板12に強く押圧して、電池ケース1の開口部1aを密封状態に封口した構成になっている。
【0003】
また、前記封口体9の樹脂成形に際しては、図6に示すように、下金型13、上金型14および中棒金型17を型組みして封口体9の成形空間であるキャビティ18を形成し、このキャビティ18内に、樹脂注入口18aを介して樹脂射出ノズル19の横断面形状が環状となった樹脂通路19aを通った溶融樹脂20が、上金型14、樹脂射出ノズル19および中棒金型24により環状形状に構成された樹脂注入口18aを介して注入される。注入した樹脂20が固化したのちに、下金型13、上金型14および中棒金型17による型組みを解体することにより、上述の封口体9が得られる。
【0004】
図7は、上記の成形工程を経て形成された樹脂製封口体9を用いて組み立てられた封口ユニット21を示す。同部において、封口体9には、挿通孔9aにおける成形時の樹脂注入口18aに対応する樹脂注入ゲート部9cとは反対側の開口端から負極集電子10が矢印で示すように圧入して挿通され、さらに、絶縁ワッシャ11が内側受け部9dおよび外側受け部9eに当接して取り付けられたのちに、負極端子板12が絶縁ワッシャ11に重ねるようにして中央部を負極集電子10の頭部10aに接触させて取り付けられることにより、封口ユニット21が組み立てられている。この封口ユニット21は、電池ケース1の開口部1aに嵌め込まれて、電池ケース1の底部開口端1aが内方へ折り曲げてかしめ加工されるときに、樹脂封口体9の折り返し部9bが矢印で示すように負極端子板12に強く押し付けられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記アルカリ電池は、電解液として、低温でもイオン伝導性の大きい高濃度のアルカリ性水溶液である強アルカリ液を用いることにより、負荷に強く、容量が大きく、低温特性が良好である特性を得ており、これにより、特にモータ駆動などのパワーを要する機器に賞用されている。その反面、電解液として用いる強アルカリ液は、浸透性に富むため、クリーピングによる漏液を起こし易いという課題を有している。そこで、負極集電子10を、これの外径を樹脂製封口体9の挿通孔9aの孔径よりも大きく設定して挿通孔9aに圧入し、電池ケース1の開口端部を折り曲げて強くかしめることにより、電池ケース1の開口部1aを密封するようにしている。
【0006】
しかしながら、図7に示す従来の封口ユニット21では、負極集電子10を、封口体9の挿通孔9aに対し成形時の樹脂注入ゲート部9cとは反対側の一端開口から圧入して、他端開口を閉じている樹脂注入ゲート部9cのバリ9fを外側方へ押し拡げるように突き破りながら挿通させるときに、樹脂注入ゲート部9cに小さな亀裂が入る。この亀裂が入る樹脂注入ゲート部9cは電解液に接触する配置になっているので、亀裂に電解液が浸透する。
【0007】
また、アルカリ電池では、高温保存、ヒートサイクルの繰り返しおよび長期常温保存を行った場合、高濃度のアルカリ性水溶液(電解液)雰囲気中において応力が過度に加わる箇所で環境ストレスクラックが発生し易い。特に、樹脂注入ゲート部9cは、成形の際の樹脂注入時の残留応力を有して樹脂の劣化を招き易いため、上述の環境ストレスクラックが連続的に発生しながら進行していく発端箇所になり易い。例えば、封口体9の素材として6,6−ナイロンを用いた場合には、高濃度のアルカリ性水溶液が結晶層中に存在する非晶部分に選択的に吸収されて、これが濡れ拡がろうとする力と外部からの応力と共同作用で、球晶中の非晶部の間隙にクラックをつくると推測されている。
【0008】
そのため、前述の樹脂注入ゲート部9cに発生した小さな亀裂に浸透した電解液は、クリーピング現象により負極集電子10と封口体9の挿通孔9aの孔周面との間をはい上がっていくことにより、樹脂成形時の残留応力を有する樹脂注入ゲート部9cを発端箇所としてクラックが連続的に発生しながら進行していく。
【0009】
これにより、電解液は、クラックを発生させながら浸透していき、やがて外部に漏れ出すことになる。
【0010】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、簡単な構成により環境ストレスクラックの発生を確実に防止して、優れた耐漏液性能を得られるアルカリ電池を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、電池ケースの開口部に、負極集電子を挿通孔に挿通させた樹脂製封口体および負極端子板を順次挿入したのちに、前記電池ケースの開口端部を内方に折り曲げてかしめ加工することにより、前記電池ケースの開口部を密閉封止してなるアルカリ電池において、前記封口体が、これの樹脂成形時における成形金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部を前記電池ケースの開口端側に位置して前記負極端子板に対向させた配置で前記電池ケースに内装された構成になっている。
【0012】
このアルカリ電池では、封口体の樹脂成形時における金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部が、電池ケースの開口端側に位置して電解液に接しない構造になっているから、樹脂注入ゲート部に成形時の残留応力に起因するクラックが発生しても、このクラックは、電解液が浸透しないことによって電解液の漏液を招くほどに進行することがない。これにより、優れた耐漏液性能を得ることができる。
【0013】
上記発明において、負極集電子が、これの径よりも小さな孔径で封口体の中央箇所を貫通する挿通孔に圧入挿通されて片持ち式に支持され、且つ電池ケースの内部に挿入され、前記封口体は、前記挿通孔における前記電池ケースの開口端側の開口縁部に樹脂注入ゲート部を有している構成とすることが好ましい。
【0014】
これにより、封口体を樹脂成形する際の成形金型は、キャビティの中央部の挿通孔の孔縁部に樹脂注入口を設ける構造とできるので、封口体の樹脂成形が容易となる。また、負極集電子は、封口体の挿通孔における樹脂注入ゲート部の近傍の開口から圧入するため、成形時の残留応力を有する樹脂注入ゲート部に小さな亀裂が入るが、この亀裂は、封口体における電解液とは反対側の部位に位置することから、従来のアルカリ電池のような電解液の浸透によって環境ストレスクラックを誘発する発端箇所とはならない。これとは別に、封口体の挿通孔の孔径が負極集電子の径よりも小さく設定されて、負極集電子が挿通孔に圧入されるので、封口体と負極集電子との間を電解液がクリーピング現象により浸透することによる漏液を確実に防止できる。
【0015】
また、上記発明において、封口体は、中央より偏位した側方部における電池ケースの開口端側の面に樹脂注入ゲート部を有している構成とすることもできる。
【0016】
これにより、樹脂注入ゲート部が挿通孔から離間した封口体の側方部に位置しているので、負極集電子を挿通孔に圧入するときに亀裂が生じることがなく、負極集電子を挿通孔にスムーズに圧入して挿通させることができる。
【0017】
さらに、上記発明において、封口体の挿通孔における電解液に接する側の開口端が、アール形状に面取りされた湾曲孔縁部になっている構成とすることが好ましい。これにより、封口体の挿通孔に負極集電子を圧入して挿通させるときに、挿通孔の電解液に接する側の開口端に応力が過度に加わることがなく、封口体の電解液に接する側の箇所での環境ストレスクラックの発生を確実に防止できるから、耐漏液性能が一層向上する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態に係るアルカリ電池に用いる樹脂製封口体の成形工程を示す断面図である。同図において、下金型22、上金型23および中棒金型24を型組して、それらの内部に、封口体の成形空間であるキャビティ27を形成し、このキャビティ27内に、樹脂射出ノズル19の横断面形状が環状となった樹脂通路19aを通った溶融樹脂20が、上金型23、樹脂射出ノズル19および中棒金型24により環状形状に構成された樹脂注入口27aを介して注入される。注入した樹脂20が固化したのちに、下金型22、上金型23および中棒金型24による型組みを解体することにより、図2に示すような封口体28が得られる。この封口体28の成形に際しては、従来の成形工程を示す図6との比較から明らかなように、キャビティ27への樹脂射出ノズル19による樹脂20の樹脂注入口27aは、成形すべき封口体28における電解液とは接しない電池の外方側の中央部に設けられている。
【0019】
図2は、上述の成形工程により得られた封口体28を用いて構成された封口ユニット29の断面図を示す。同図において、封口体28には、挿通孔28aにおける電池ケース1の開口部1a側の一端開口孔縁部に樹脂注入ゲート部28cを有しており、この挿通孔28aにおける樹脂注入ゲート部28cに近接する一端開口から負極集電子10が矢印で示すように圧入して挿通される。さらに、封口体28には、絶縁ワッシャ11が内側受け部28dおよび外側受け部28eに当接させて取り付けられたのちに、負極端子板12が絶縁ワッシャ11に重ねるようにして中央部を負極集電子10の頭部10aに接触状態に取り付けられることにより、封口ユニット29が構成される。
【0020】
このように組み立てた封口ユニット29は、図5に示したように、電池ケース1の開口部1aに嵌め込まれ、続いて、電池ケース1の底部開口端が内方へ折り曲げてかしめ加工されるときに、樹脂封口体28の折り返し部28bが矢印で示すように負極端子板12に強く押し付けられ、電池ケース1の開口部1aを液密に封止する。
【0021】
前記封口ユニット29の組み立てに際して負極集電子10を封口体28の挿通孔28aに対し成形時の樹脂注入ゲート部28cに対応する一端開口から圧入するときに、負極集電子10は、一端開口を閉じている成形時のバリ28fを外側方へ押し拡げるように突き破りながら挿通孔28aに挿入して、成形時の残留応力を有する樹脂注入ゲート部28cに小さな亀裂が入る。ところが、この亀裂が入る樹脂注入ゲート部28cは、電池ケース1内に組み込まれた封口体28における電解液とは反対側の部位に位置する。
【0022】
そのため、図2の封口ユニット29を用いて電池ケース1の開口部1aを密封状態に封口したアルカリ電池は、前記亀裂が従来のアルカリ電池のような電解液の浸透によって環境ストレスクラックを誘発する発端箇所とはならず、しかも、成形時の残留応力を有してクラックの発生し易い樹脂注入ゲート部28cが封口体28における電解液とは反対側に位置して電解液に接触しない構造になっていることから、仮にクラックが発生しても、そのクラックが従来電池のように電解液の浸透により電解液の漏液を招くほどに進行することがなく、極めて耐漏液性能に優れたものとなる。一方、封口体28の挿通孔28aにおける電解液に接する側の他端開口は、アール形状に面取りされた湾曲孔縁部28gになっているので、封口体28の挿通孔28aに負極集電子10を圧入して挿通させるときに、挿通孔28aの電解液に接する側の他端開口に応力が過度に加わることがない。
【0023】
そのため、封口体28の電解液に接する側の箇所での環境ストレスクラックの発生を確実に防止できるから、耐漏液性能が一層向上する。
【0024】
図3は本発明の他の実施の形態に係るアルカリ電池に用いる樹脂製封口体の成形工程を示す断面図である。同図において、下金型22および中棒金型24は図1のものと同様であり、上金型30は、下金型22および中棒金型24と共に図1と同形状のキャビティ27を形成できるものであるが、そのキャビティ27の樹脂注入口27bが、図1では中央部位において環状形状に形成されているのに対して、側方部位に形成されており、それに伴って、一般的な形態の樹脂射出ノズル31が、上金型30に嵌め込まれて、この樹脂射出ノズル31から樹脂注入口27bを介してキャビティ27内に樹脂20を注入できるよう配置されている。なお、キャビティ27の樹脂注入口27bは、複数の側方部位に形成するようにしてもよい。
【0025】
図4は、上述の成形工程により得られた封口体32を用いて構成された封口ユニット33の断面図を示す。この封口体33は、図2の封口体28と同形状の挿通孔32a、折り返し部32b、内側受け部32d、外側受け部32eおよび湾曲孔縁部32fを有しており、図2の封口体28と相違するのは、樹脂注入ゲート部32cが側方部内面側に設けられている構成のみである。この封口体32には、負極集電子10、絶縁ワッシャ11および負極端子板12が図2と同様に取り付けられて、封口ユニット33が構成される。
【0026】
この封口ユニット33を用いて電池ケース1の開口部1aを密封状態に封口したアルカリ電池は、封口体32の挿通孔32aに負極集電子10を圧入するとき、樹脂注入ゲート部32cが挿通孔32aから離間していることから、亀裂が生じることなく負極集電子10をスムーズに圧入して挿通させることができる。しかも、成形時の残留応力を有してクラックの発生し易い樹脂注入ゲート部32cは、前記実施の形態と同様に、封口体32における電解液とは反対側の面に位置して電解液に接触しない構造になっていることから、前記実施の形態のアルカリ電池と同様に、極めて耐漏液性能に優れたものとなる。
【0027】
上記実施の形態のアルカリ電池の耐漏液性能を確認するために、つぎのような実験を行った。熱可塑性樹脂としての6,6−ナイロンを用いて図1および図3の各成形工程により実施の形態の樹脂製封口体28,32をそれぞれ成形し、この封口体28,32を用いて図2および図4のようにそれぞれ構成した封口ユニット29,33を組み立て、これらの封口ユニット29,33を用いて本発明の2種類のアルカリ電池を製作した。また、比較例として、同様に6,6−ナイロンを用いて図6の成形工程により従来の樹脂製封口体9を成形し、この封口体9を用いて図7のように構成した封口ユニット21を組み立て、この封口ユニット21を用いて比較例のアルカリ電池を製作した。
【0028】
上記各アルカリ電池を、12時間サイクルで0°から80°まで温度変化させるヒートサイクルの雰囲気中に放置して、各々の耐漏液性能の評価を行った。その結果、比較例の電池では、樹脂注入ゲート部9cにおける負極集電子10の圧入時に発生した小さな亀裂に電解液が入り込むのに起因して、軸クラックが進行して電解液の漏液に至る不良が発生した。これに対し、実施の形態の各アルカリ電池では、電解液の浸透によるクラックの発生の発端箇所を無くしたことにより、漏液による不良が発生しなかった。また、上記実験において、負極集電子10の径に対する封口体28の挿通孔18aの孔径の比を101 %〜115 %の範囲内に設定すれば、軸クラックによる漏液を効果的に防止できることが確認できた。なお、上記の比を100 %に設定すれば、封口体28と負極集電子10との間の電解液のクリーピング現象による漏液が発生することも確認できた。
【0029】
なお、上述と同様の効果を得るための封口体2832の材質としては、上述の6,6−ナイロンの他に、塩化ビニール、ポリプロピレン、軟質ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどを用いることができる。さらに、封口体28,32は、コールドランナー、セミホットランナーおよびホットランナーのいずれの方式で成形しても、上述と同様の効果を得ることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明のアルカリ電池によれば、封口体の樹脂成形時における金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部が電池ケースの開口端側に位置して電解液に接しない構造としたので、樹脂注入ゲート部に成形時の残留応力に起因してクラックが発生しても、このクラックは、電解液が接しないことから、電解液の漏液を招くほどに進行することがなく、優れた耐漏液性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るアルカリ電池の樹脂製封口体の成形工程を示す断面図。
【図2】同上アルカリ電池の封口ユニットを示す断面図。
【図3】本発明の他の実施の形態に係るアルカリ電池の樹脂製封口体の成形工程を示す断面図。
【図4】同上アルカリ電池の封口ユニットを示す断面図。
【図5】本発明のアルカリ電池の一般的な構造を示す縦断面図。
【図6】従来のアルカリ電池の樹脂製封口体の成形工程を示す断面図。
【図7】同上アルカリ電池の封口ユニットを示す断面図。
【符号の説明】
1 電池ケース
1a 電池ケースの開口部
10 負極集電子
12 負極端子板
22〜24,30 金型
27a,27b 樹脂注入口
28,32 樹脂製封口体
28a,32a 挿通孔
28c,32c 樹脂注入ゲート部
28g,32f 湾曲孔縁部
Claims (4)
- 電池ケースの開口部に、負極集電子を挿通孔に挿通させた樹脂製封口体および負極端子板を順次挿入したのちに、前記電池ケースの開口端部を内方に折り曲げてかしめ加工することにより、前記電池ケースの開口部を密閉封止してなるアルカリ電池において、
前記封口体が、これの樹脂成形時における成形金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部を前記電池ケースの開口端側に位置して前記負極端子板に対向させた配置で前記電池ケースに内装されていることを特徴とするアルカリ電池。 - 負極集電子が、これの径よりも小さな孔径で封口体の中央箇所を貫通する挿通孔に圧入挿通されて片持ち式に支持され、且つ電池ケースの内部に挿入され、前記封口体は、前記挿通孔における前記電池ケースの開口端側の開口縁部に樹脂注入ゲート部を有している請求項1に記載のアルカリ電池。
- 封口体は、中央より偏位した側方部における電池ケースの開口端側の面に樹脂注入ゲート部を有している請求項1に記載のアルカリ電池。
- 封口体の挿通孔における電解液に接する側の開口端が、アール形状に面取りされた湾曲孔縁部になっている請求項1〜3のいずれかに記載のアルカリ電池。
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