JP3605514B2 - 円筒形電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルカリ乾電池などの円筒形電池に関するもので、さらに詳しくは、円筒状の電池ケースの開口部を封口するためにかしめ加工した折曲かしめ部の外側に絶縁リングを配した円筒形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形のアルカリ電池、例えばアルカリ乾電池は、電解液として、低温でもイオン伝導性の大きい高濃度のカ性カリ水溶液などの強アルカリ液を用いることにより、負荷に強く、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、僅かな隙間でも浸透していく所謂クリーピングによる漏液を起こし易い。そのため、アルカリ乾電池では密封性の高い封口構造を有しており、以下に説明する。
【０００３】
図４は、従来のアルカリ乾電池の封口構造を示す半裁縦断面図で、同図において、有底円筒状の電池ケース（正極）１の開口部には、棒状の負極集電子２を挿入孔３ａに圧入固定させた樹脂製封口体（ガスケット）３が挿入されており、負極集電子２の頭部の電極部２ａには、負極端子板４の中央部が溶接により電気的接続状態に連結されている。電池ケース１の底部開口端を内方へ折り曲げてかしめ加工することにより形成される折曲かしめ部１ａは、樹脂製封口体３に形成される折り返し部３ｂを負極端子板４に強く押圧して、電池ケース１の開口部を密封状態に封口する。
【０００４】
ところで、例えば複数個のアルカリ乾電池を直列接続して使用する機器では、そのアルカリ乾電池のうちの１個が誤って逆極性に接続された場合に、逆極性に接続された電池が隣接する電池により充電されて、その電池の内部に強いガス発生反応が生じる。このアルカリ乾電池は、上述のように密封性の高い封口構造を有しているために電池内圧が上昇していき、電池内圧が一定圧力以上に高まると、封口体３の防爆用薄肉部３ｃが破断して、電池ケース１内のガスが薄肉部３ｃの破断により生じた孔から負極端子板４のガス排出孔４ａを通じて外部に放出される。これにより、封口構造が有する耐圧以上に電池内圧が上昇することによる電池の破裂を未然に防止するようになっている。
【０００５】
ところで、上述の封口体３の薄肉部３ｃと負極端子板４のガス排出孔４ａとによる防爆構造だけでは、電池の破裂を未然に防止できるが、強アルカリ性の電解液がガスと共にガス排出孔４ａから噴出して広範囲に飛散し、この電解液が付着することによって使用機器が損傷したりするのを防止できない。そこで、従来では、図４に示すように、ガス排出孔４ａから電解液が外部に噴出するのを防止するための絶縁リング７を、ガス排出孔４ａを遮蔽できる位置に配置して、電池ケース１の開口部をかしめ加工した折曲かしめ部１ａの外側に当接させている。また、電池ケース１の外側周面に貼着されたのちに熱収縮されて電池ケース１を被覆するよう設けられた外装ラベル８は、その開口周端を内方に折り曲げて絶縁リング７の外側面に貼着されており、絶縁リング７は、外装ラベル８の折り曲げ部８ａで被覆されて保持されている。
【０００６】
また、前記絶縁リング７は、電解液の噴出防止の他に、正極である電池ケース１と負極端子板４とが電気的に短絡されるのを防止する機能を兼ね備えている。
【０００７】
すなわち、上述のように熱収縮性の外装ラベル８で被覆されたタイプの電池では、電池の輸送中での摩擦や落下が発生した際、或いは使用機器の電池収納ボックスへの出し入れの際に、外装ラベル８の開口端の折り曲げ部８ａに、剥がれ、切れ或いは破断などが生じることがある。このような場合、上記の絶縁リング７が設けられていないと、外装ラベル８の折り曲げ部８ａの破断などにより剥き出しとなった電池ケース１の折曲かしめ部１ａと負極端子板４とが、電池の装填時や取り出し時に使用機器のコイルばねからなる負極端子が共に接触して、この負極端子を通じ電気的に接続されてしまうおそれがある。このように電池の正負間に短絡が発生すると、電池の高温化や漏液を招くことになる。そこで、電池ケース１の折曲かしめ部１ａの外側面を絶縁リング７で遮蔽してしまうことにより、外装ラベル８の折り曲げ部８ａに破断などが生じても、上述のような電池の正負間の短絡発生を未然に防止できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、絶縁リング７は、外装ラベル８の内径つまり電池ケース１の外径と略等しい外径を有しているとともに、外側面に被覆するよう重ね合わされた外装ラベル８の折り曲げ部８ａによる粘着と熱収縮のみで保持された構成になっている。そのため、例えば、図４に示すように、電池が傾いた姿勢で落下してその角部が何らかの物体９に衝突したような場合、絶縁リング７は、強い衝撃力を直接的に受けて電池の幅方向へずれてしまい、外装ラベル８を突き破って電池から脱落するおそれがある。
【０００９】
また、絶縁リング７は、外装ラベル８における折り曲げ部８ａの形成前の開口部に圧入手段で固定する目的で、上述のように外装ラベル８の内径に略等しい外径を有する形状になっているから、外装ラベル８の開口部への圧入工程が困難となる。例えば、絶縁リング７を外装ラベル８の開口部へ挿入する過程において、絶縁リング７が外装ラベル８に接して片寄った状態で挿入されたり、絶縁リング７が外装ラベル８を上から押さえて変形させて外観不良を発生するなどの不具合が多発して、歩留りを低下させている。
【００１０】
これとは別に、絶縁リング７を接着剤で電池ケース１の折曲かしめ部１ａに固定することにより、強い衝撃力を受けた場合にも絶縁リング７が脱落するのを防止する技術が提案されている。しかし、この電池は、高価な接着剤の使用によって材料コストが高くなるのに加えて、電池ケース１における僅かな面積の折曲かしめ部１ａへの接着剤の塗布工程を有することから、生産性が低下して製造コストも増大するので、かなりのコスト高となる。しかも、接着剤は、電池ケース１の折曲かしめ部１ａ以外の箇所にも付着するおそれがあり、例えば、接着剤が負極端子板４に付着した場合には、負極端子板４と使用機器の負極端子との間で接触不良が発生するおそれがあり、電池の品質低下を招く。したがって、このような電池は実用化し難い。
【００１１】
そこで本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、接着剤を用いることなく絶縁リングを保持しながらも、電池の角部に強い衝撃力を受けた場合にも絶縁リングを脱落することなく確実に保持できる円筒形電池を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、円筒状の電池ケースにおける開口部を内方へ折り曲げてかしめ加工した折曲かしめ部が、絶縁性の封口体の折り返し部を介在して負極端子板に押圧されることにより、前記開口部が密閉に封口され、前記折曲かしめ部の外面に当接された絶縁リングが、前記電池ケースの外周面を被覆する外装ラベルの開口端の内方への折り曲げ部の被覆により保持された円筒形電池において、前記絶縁リングの外径が前記電池ケースの外径よりも小さく設定されて、前記絶縁リングの外周端および前記電池ケースの外面に共通に接する接線と電池の軸心とがなす角度が、３０°以上になるよう設定されている。
【００１３】
この円筒形電池では、鉛直線に対する軸心の角度が３０°以下の範囲内の傾斜状態で自然落下して水平な物体に衝突した場合、絶縁リングの受ける衝撃力が、電池の軸心方向つまり絶縁リングの厚み方向への成分が殆どであって、電池の幅方向つまり絶縁リングの径方向への成分が僅かである。一方、鉛直線に対する軸心の角度が３０°以上で９０°以下の傾斜状態で落下して水平な物体に衝突した場合には、電池ケースの外周面が最初に物体に衝突して、絶縁リングには大きな衝撃力が加わらない。そのため、絶縁リングは、接着剤を用いることなく、外装ラベルによる粘着と熱収縮のみによって保持する構成としても、電池の幅方向へずれるような大きな衝撃力が加わらない構造になっていることから、外装ラベルを突き破って電池から脱落するおそれが全くない。
【００１４】
また、この電池では、絶縁リングの外径が電池ケースの外径つまり外装ラベルの内径よりも小さく設定されているので、製造に際して、絶縁リングを外装ラベルの開口部に挿入して電池ケースの折曲かしめ部に接触させる取付工程を容易、且つ迅速に行えるとともに、挿入される絶縁リングによって外装ラベルの開口部が変形されて外観不良が生じることがない。
【００１５】
上記発明において、負極端子板の外方側の端子面が、外装ラベルの折り曲げ部の外面よりも内方に凹んでいる構成とすることができる。これにより、複数個の電池を直列接続して使用する機器において、誤って逆極性の配置で電池収納ボックスにセットされた場合、隣接する２個の電池の各々の外装ラベルの折り曲げ部が互いに接触し、各々の負極端子板の各端子面は接触できないことから電気的に導通状態とならない。したがって、逆極性に接続された電池は、隣接する電池により充電されることがないから、逆接続状態で長時間放置されても、防爆機構が作動して電解液が電池ケースの外部に漏れ出ることがなく、電池の所期の寿命を確保できる。
【００１６】
【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説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る円筒形電池を示す半裁縦断面図で、同図において、図４と同一若しくは同等のものには同一の符号を付してあり、この円筒形電池は以下のような構成になっている。すなわち、有頭円筒状の電池ケース１は、その上端面に正極端子１０が突設され、外側周面が貼着および熱収縮の手段により固着された熱収縮性の外装ラベル８で被覆されている。この電池ケース１内には、二酸化マンガンと導電材として添加された黒鉛とにより円筒状に成型した正極合剤１１が挿入されている。この正極合剤１１の内側には、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１２が、セパレータ１３を介在して注入されている。
【００１７】
また、電池ケース１の底部である開口部は、真鍮からなる棒状の負極集電子２を挿通孔３ａに圧入させた樹脂製封口体３が挿入されて閉塞されている。さらに、負極集電子２には、これの頭部の電極部２ａに溶接して電気的接続状態で負極端子板４が固着されている。そして、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ことにより、その折曲かしめ部１ａで樹脂製封口体３に形成された折り返し部３ｂが負極端子板４に強く押圧され、電池ケース１の開口部が密封状態に封口されている。
【００１８】
さらに、絶縁リング１４は、その内孔に負極端子板４を挿入させた配置で電池ケース１の折曲かしめ部１ａの外側面に当接され、外装ラベル８の開口端が内方に折り曲げられてなる折り曲げ部８ａが絶縁リング１４の外側面に貼着され、そののちに熱収縮された折り曲げ部８ａによって絶縁リング１４が固定されている。すなわち、絶縁リング１４は、接着剤を用いずに、熱収縮性の外装ラベル８による粘着と熱収縮のみによって保持されている。
【００１９】
図２は上記実施の形態の電池の説明図を示し、絶縁リング１４の外径ｒは、電池ケース１の外径つまり外装ラベル８の内径Ｒよりも小さく、且つ同図に破線で示す絶縁リング１４の外周端と電池ケース１の折曲かしめ部１ａの外面とに共通に接する接線と、電池の軸心（電池の軸方向の直線）とがなす角度θ、つまり電池の軸心に対する前記接線の仰角θが３０°以上になるよう設定されている。
【００２０】
この電池では、負極端子板４が下方を向いた状態で、且つ鉛直線に対する軸心の角度が３０°以下の範囲内の傾斜状態で自然落下して水平な物体に衝突した場合、上記角度が０°の場合を除いて絶縁リング１４の外周端面の角部が最初に物体に衝突するが、このときの上記角度θ、つまり絶縁リング１４の径方向と水平な衝突面との角度θが３０°以下と小さいことから、絶縁リング１４が受ける衝撃力は、電池の軸心方向つまり絶縁リング１４の厚み方向への成分が殆どであって、電池の幅方向つまり絶縁リング１４の径方向への成分は僅かである。そのため、絶縁リング１４は、外装ラベル８による粘着と熱収縮のみによって保持されているだけであるにも拘わらず、電池の幅方向へずれるような大きな衝撃力が加わらないことから、外装ラベル８を突き破って電池から脱落するおそれが全くない。
【００２１】
一方、負極端子板４が下方を向いた状態で、且つ鉛直線に対する軸心の角度が３０°以上で９０°以下の傾斜状態で電池が自然落下して水平な物体に衝突した場合には、電池ケース１の外周面が最初に物体に衝突して、絶縁リング１４には大きな衝撃力が加わらない。したがって、絶縁リング１４は、やはり電池の幅方向へずれるような衝撃力が加わらないことから、外装ラベル８を突き破って電池から脱落するおそれが全くない。すなわち、上記電池は、絶縁リング１４が、接着剤を用いることなく、外装ラベル８による粘着と熱収縮のみによって保持されているにも拘わらず、いかなる姿勢で落下して物体に衝突した場合においても、絶縁リング１４に外装ラベル８を突き破って脱落するような大きな衝撃力が加わることのない構造になっている。
【００２２】
また、この電池では、絶縁リング１４の外径ｒが電池ケース１の外径つまり外装ラベル８の内径よりも小さく設定されているので、製造に際して、絶縁リング１４を外装ラベル８の開口部に挿入して電池ケース１の折曲かしめ部１ａに接触させる取付工程を容易、且つ迅速に行えるとともに、挿入される絶縁リング１４によって外装ラベル８の開口部に変形されて外観不良が生じることがない。
【００２３】
上述の効果を確認するために、以下のような試験を行った。本発明に係るテスト用の電池として、図２に示す角度θつまり絶縁リング１４の外周端と電池ケース１の折曲かしめ部１ａの外面とに共に接する接線と、電池の軸心とのなす角度がそれぞれ０°、１０°、２０°、３０°、４５°となるような外径の異なる５種類の絶縁リング１４を用いて、これら各絶縁リング１４を、接着剤を用いずに、いずれも外装ラベル８による粘着と熱収縮のみにより固定した５種類の電池をそれぞれ１００個ずつ作製した。なお、絶縁リング１４の外装ラベル８の開口部への挿入は、この作業用に開発した自動挿入機を用いて行った。この各電池について、絶縁リング１４の挿入時の接触に起因する外装ラベル８の開口部の折れ込みなどの変形発生による外観不良の発生を調べたところ、角度θが０°の電池は１００個中の１００個、 角度θが３０°の電池は１００個中の３９０個にそれぞれ外観不良が発生したが、角度θが２０°以上の各電池には、いずれも１００個中に外観不良が全く発生しなかった。
【００２４】
また、図３に示すように、水平な設置床面１７に対する角度αを任意に可変設定できる角度調整板１８を用いて落下試験を行った。すなわち、角度調整板１８の上記角度αを、０〜９０°の範囲、具体的には０°、３０°、４５°、６０°、９０°に順次設定して、各角度に設定する毎に、上述の５種類の各電池Ｂａを、その軸心が鉛直線に一致する姿勢を保持しながら設置床面１７から一定の高さＨ、例えば１ｍの高さＨから角度調整板１８上に自然落下させて、落下後の電池Ｂａにおける絶縁リング１４の脱落の有無を確認した。
【００２５】
その結果、絶縁リング１４の外周端と電池ケース１の折曲かしめ部１ａの外面とに共に接する接線と電池Ｂａの軸心とのなす角度θが１０°の電池Ｂａを、上記角度αを４５°および６０°に設定した角度調整板１８上に落下させた場合と、上記角度θが２０°の電池Ｂａを、上記角度αを４５°に設定した角度調整板１８上に落下させた場合とに、絶縁リング１４が脱落する不具合の発生が認められた。ところが、上記角度θが３０°以上の各電池Ｂａでは、上記角度αに拘わらず、絶縁リング１４の脱落発生が一切認められなかった。
【００２６】
したがって、この試験結果から、上記実施の形態の電池は、絶縁リング１４の外径ｒを、絶縁リング１４の外周端と電池ケース１の折曲かしめ部１ａの外面とに共に接する接線と電池の軸心とがなす角度θが３０°以上になるよう設定しているので、いかなる姿勢で落下して物体に衝突した場合においても絶縁リング１４が外装ラベル８を突き破って脱落することがなく、また、角度θが２０°以上であることから、製造に際しての絶縁リング１４の挿入動作に起因する外装ラベル８の開口部の折れ込みなどの変形による外観不良が全く発生しないことが判明した。
【００２７】
また、この実施の形態の電池では、図１に示すように、負極端子板４の外側の端子面４ｂが、外装ラベル８における絶縁リング１４の外面に貼着した折り曲げ部８ａの外表面よりも僅かに凹んだ構成になっており、端子面４ｂの折り曲げ部８ａの外表面に対する凹み深さｄは、約１ｍｍ程度の極めて小さな値に設定されている。
【００２８】
この電池は、複数個の電池を直列接続して使用する機器において、図１に２点鎖線で示す隣接する電池に対し誤って逆極性の配置で電池収納ボックスにセットされた場合、両電池の互いに対面する各々の負極側における外装ラベル８の折り曲げ部８ａが互いに接触し、各々の負極端子板４の各端子面４ｂは、凹み深さｄの２倍の間隙を存して対向して、接触できないことから電気的に導通状態とならない。したがって、逆極性に接続された電池は、隣接する電池により充電されることがないから、逆接続状態で長時間放置されても、封口体３の薄肉部３ｃなどからなる防爆機構が作動して電解液が絶縁リング１４と負極端子板４との隙間から電池ケース１の外部に漏れ出るといった事態が生じることがなく、電池の所期の寿命を確保できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の円筒形電池によれば、絶縁リングの外径が電池ケースの外径よりも小さく設定されて、絶縁リングの外周端および電池ケースの外面に共通に接する接線と電池の軸心とがなす角度が、３０°以上になるよう設定した構成としたので、鉛直線に対する軸心の角度が３０°以下の範囲内の傾斜状態で落下して水平な物体に衝突した場合、絶縁リングの受ける衝撃力は、電池の軸心方向つまり絶縁リングの厚み方向への成分が殆どであって、電池の幅方向つまり絶縁リングの径方向への成分が僅かであり、一方、鉛直線に対する軸心の角度が３０°以上で９０°以下の傾斜状態で落下して水平な物体に衝突した場合には、電池ケースの外周面が最初に物体に衝突して、絶縁リングには大きな衝撃力が加わらない。そのため、絶縁リングは、接着剤を用いることなく、外装ラベルによる粘着と熱収縮のみによって保持する構成としても、電池の幅方向へずれるような大きな衝撃力が加わらない構造になっていることから、外装ラベルを突き破って電池から脱落するおそれが全くない。
【００３０】
しかも、絶縁リングの外径が電池ケースの外径つまり外装ラベルの内径よりも小さく設定されているので、製造に際して、絶縁リングを外装ラベルの開口部に挿入して電池ケースの折曲かしめ部に接触させる取付工程を容易、且つ迅速に行えるとともに、挿入される絶縁リングによって外装ラベルの開口部が変形されて外観不良が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る円筒形電池を示す半裁縦断面図。
【図２】同上円筒形電池の説明図。
【図３】同上円筒形電池の試験装置の説明図。
【図４】従来の円筒形電池の封口部分の半裁縦断面図。
【符号の説明】
１ 電池ケース
１ａ 折曲かしめ部
３ 封口体
３ｂ 折り返し部
４ 負極端子板
４ｂ 端子面
８ 外装ラベル
８ａ 折り曲げ部
１４ 絶縁リング
ｒ 絶縁リングの外径
Ｒ 外装ケースの内径
θ 角度

Claims (2)

1. 円筒状の電池ケースにおける開口部を内方へ折り曲げてかしめ加工した折曲かしめ部が、絶縁性の封口体の折り返し部を介在して負極端子板に押圧されることにより、前記開口部が密閉に封口され、前記折曲かしめ部の外面に当接された絶縁リングが、前記電池ケースの外周面を被覆する外装ラベルの開口端の内方への折り曲げ部の被覆により保持された円筒形電池において、
   前記絶縁リングの外径が前記電池ケースの外径よりも小さく設定されて、前記絶縁リングの外周端および前記電池ケースの外面に共通に接する接線と電池の軸心とがなす角度が、３０°以上になるよう設定されている円筒形電池。
2. 負極端子板の外方側の端子面が、外装ラベルの折り曲げ部の外面よりも内方に凹んでいる請求項１に記載の円筒形電池。

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