JP3645138B2

JP3645138B2 - 円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造

Info

Publication number: JP3645138B2
Application number: JP30750199A
Authority: JP
Inventors: 勝博山下; 清英筒井; 廣彦太田
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001126694A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は円筒形アルカリ電池の密閉構造に関し、とくに、電池の内圧が高まったときにこれを解放して安全を確保する機能を備えた防爆式密閉構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形アルカリ電池の従来の代表的な構造を図１および図２に示す。有底筒形の正極缶１に発電要素（正極材料２、セパレータ３、負極材料４、電解液）が収容されている。缶１の底部には凸形端子１ａが形成されている。缶１の開口部には封口体１０がビーディング部１ｃまではめ込まれている。缶１の開口端部分１ｂは縮径絞り加工され、缶１内部は密閉されている。
【０００３】
封口体１０は負極端子板２０と封口ガスケット５０と集電棒４０の３つの部品からなる。負極端子板２０は金属板のプレス成形品であり、中央の平坦な円板部２１と、その外周に断面Ｕ字形に折り曲げて形成された環状リブ２２とを有している。負極端子板２０の内面中央には集電体４０の先端部が溶接接合されている。封口ガスケット５０はプラスチック一体成形部品であり、集電棒４０が貫通する中心のボス部５１と、正極缶１の開口端部１ｂと負極端子板２０の環状リブ２２との間に挟まれ圧縮される外筒部５５と、ボス部５１の上端側から外筒部５５の下端側を山形状に連結するテーパ状連結部５２とを有している。ボス部５１の外周には集電棒４０との密着性を高めるために金属製キャップ５が装着されている。
【０００４】
封口体１０には防爆機構が設けられている。つまり、封口ガスケット５０のテーパ状連結部５２に破断誘起溝５３が形成されているとともに、負極端子板２０の環状リブ２２底部にガス抜き穴２４が形成されている。缶内部の圧力が高まると、テーパ状連結部５２が径方向外側に膨れ上がり、構造的にもっとも弱い破断誘起溝５３に変形応力が集中して当該溝５３が破断される。缶１内部のガスはこの破断部を通じてガス抜き穴２４から排出され、安全が確保される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した構造では、破断誘起溝５３が破断する圧力（防爆作動圧）を高精度に安定化させることが難しいという問題があった。封口ガスケット５０はプラスチック成形部品なので、破断誘起溝５３の成形寸法を高精度にすることが難しく、その寸法公差により防爆作動圧がばらつく。たとえ溝寸法が一定であっても、温度によってプラスチックの物性が変化するので、温度条件が変わると所定の圧力で破断しなくなる。また、従来の構造では、封口ガスケット５０の膨らみ変形で破断誘起溝５３に十分な応力を集中させるために、大きな面積のテーパ状連結部５２を形成し、そこに破断誘起溝５３を形成している（テーパ状連結部５２の外側の空間７にこの連結部５２が膨らみ出す）。そのため、封口ガスケット５０の上下寸法が大きくなり、かつその外側に発電に関与しない無駄な空間７が存在することになる。その結果、決められた外径寸法の電池ケース内において発電要素を収納する有効な内容積が小さくなっている。
【０００６】
また、金属部品である正極缶の底面部分に防爆用の破断誘起溝を設ける構成も知られている（特開平９−１１５４９７号公報）。例えば図３に示すように、破断誘起溝６は正極の凸形端子１ａを中心にその周りに半円形を描いて形成されている。溝６は缶内部の圧力が高まると、その圧力で破断されて缶内部のガスを解放する。溝６はプラスチック成形部品ではなく金属部品にプレスや切削により彫刻されるので、形成寸法の高精度化が容易であるとともに、温度の影響も受けずに済み、高精度な破断圧力設定を行うことができる。
【０００７】
しかし、電池を床に落としたときなど、出っ張っている凸形端子１ａに大きな衝撃力や押圧力が加わりやすく、その力で凸形端子１ａの周囲の破断誘起溝６が切れることがある。また、溝６は外部に露出しているので、電池の見栄えを悪化させるとともにいたずらされ易い。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、破断誘起溝の破断圧力の高精度化を図りつつ、見栄えの悪化やいたずらを招かずに済むとともに、発電要素の収容容積の増大が図れる円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明では、発電要素を収納した有底円筒形正極缶の開口部の内周に封口体をはめ込むとともに、前記正極缶の開口端部分を縮径絞り加工して缶内を密閉する円筒形アルカリ電池の密閉構造において、前記封口体が、平坦な円板部の外周に環状リブを有する金属製の負極端子板と、この負極端子板の内面側に組み合わされたプラスチック製の封口ガスケットと、前記負極端子板の内面中央に先端部が接合された集電棒とからなり、前記封口ガスケットを前記集電棒の先端部を取り囲んで密着するボス部と、前記負極端子板の前記環状リブと前記正極缶の内周面との間に挟み込まれる外筒部と、前記ボス部と前記外筒部とを一体的に連結している平坦な円板形薄肉部とで構成するとともに、この円板形薄肉部を前記負極端子板の前記円板部の内面に密着させるとともに、前記負極端子板の前記円板部には前記円板形薄肉部の密着部に対応して所定のパターンの破断誘起溝を彫刻した防爆式密閉構造とした。
前記破断誘起溝は前記円板部の内面に形成されたり、前記負極端子板と前記封口ガスケットと前記集電棒とはインサート成形により一体化されたりする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の円筒形アルカリ電池の一実施形態を図４に示す。図１または図２の従来構造と比較して、封口ガスケットの形状と防爆機構の構成が変更された点と、負極端子板からガス抜き穴がなくなった点と、発電要素の収容容積が増えた点が異なり、他は、前記説明と同じである。なお、従来例と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００１１】
封口ガスケット３０は、従来と同じくポリプロピレンなどのプラスチックからなる成形部品であり、全体が負極端子板２０の内面に沿って形成されていて、上面がその内面に密着している。その構成は、中央の円筒状のボス部３１と、その上端外縁にフランジ状に張り出し形成された平坦な円板形の薄肉部３２と、その外側に負極端子板２０の環状リブ２２に沿って断面コ字状に折り曲げられて形成された外周環状部３４とを有している。ボス部３１は、従来と同じく集電棒４０の先端部を取り囲んで密着し、その外側には金属キャップ５が装着される。薄肉部３２は負極端子板２０の円板部２１内面を薄く被覆するように形成され、その強度はごく小さく破れやすくなっている。外周環状部３４の外周部分は、負極端子板２０の環状リブ２２と正極缶１の開口端部１ｂとの間に挟み込まれる外筒部３５となっている。
【００１２】
防爆機構は、封口ガスケット３０の薄肉部３２とこれに密着した負極端子板２０の円板部２１の対応部分に彫刻された破断誘起溝２３で構成される。破断誘起溝２３は、図５に示すように負極端子板２０の円板部２１内面に形成され、その内面上に半円弧を描くように形成された半円弧部２３ａと、その頂部外側に短く突き出るように形成された短溝部２３ｂとから構成されている。図４の拡大図に示すように、破断誘起溝２３の横断面は台形状になっていて、溝の深さ分だけ円板部２１が薄くなっている。破断誘起溝２３は、切削加工やプレス加工などにより負極端子板２０の成形時に一緒に形成される。また、破断誘起溝２３は、負極端子板２０の内面が封口ガスケット３０の薄肉部３２で覆われるので、缶内部の電解液に触れずに済む。
【００１３】
正極缶１の内圧が高くなり、封口ガスケット３０の薄肉部３２下面に大きな圧力が加わると、破断誘起溝２３に大きなせん断応力が発生し、もっとも構造的に弱い半円弧部２３ａと短溝部２３ｂの交差部付近から破断が生じる。もちろん、ガスケット３０の薄肉部３２は充分に薄くて脆弱なので負極端子板２０と一緒に破れる。これで、正極缶内部のガスが安全に放出される。負極端子板２２の破断誘起溝２３部分の肉厚と薄肉部２３の肉厚は、破断誘起溝２３および薄肉部３２が所定の圧力で破断されるようにあらかじめ所定の寸法に設定される。なお、破断誘起溝２３は負極端子板２０の円板部２１外面に形成されていてもよい。
【００１４】
この電池では、封口ガスケット３０の高さ寸法が従来よりも低く済んだ分、正極材料２や負極材料４の収容量の増加が図られている。セパレータ３は従来よりも上下寸法が若干大きく形成され、封口ガスケット３０のボス部３１と外周環状部３４との間に差し込まれ、正極材料２と負極材料４とが隔離されている。
【００１５】
封口体１０をもっと簡単に組み立てるために次の方法を採用するとよい。すなわち、あらかじめ負極端子板２０と集電棒４０とを溶接接合しておき一体化したものを封口ガスケット３０の成形金型に入れてインサート成形する。この方法は、封口ガスケット３０が負極端子板２０に密着されることではじめて採用できた方法で、従来の封口体では採用できない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、破断誘起溝を金属製の負極端子板に形成したから、溝の寸法誤差を小さくすることができ、温度の影響もほとんど受けずに済む。従って、溝の破断圧力の高精度化を図ることができる。さらに、破断誘起溝は、平坦な負極端子面に形成されているから、電池を床に落とした場合などでも破断せずに済む。また、負極端子板の内面に破断誘起溝を設ければ、電池の見栄え悪化や外部からのいたずらを回避することができる。
【００１７】
また、封口ガスケットが負極端子板の内面に密着される構造であるから、負極端子板と封口ガスケットと集電棒とのインサート成形が可能で、封口体の組立作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的な円筒形アルカリ電池の従来の構造を示した縦断面図である。
【図２】図１の円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造を示した部分拡大断面図である。
【図３】他のタイプの防爆機構を有する円筒形アルカリ電池の外観を示した斜視図である。
【図４】本発明の円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造の一実施形態を示した部分拡大断面図である。
【図５】本発明の円筒形アルカリ電池の負極端子板の裏面を示した平面図である。
【符号の説明】
１正極缶
１０封口体
２０負極端子板
２１円板部
２２環状リブ
２３破断誘起溝
３０封口ガスケット
３１ボス部
３２薄肉部
３５外筒部
４０集電棒

Claims

発電要素を収納した有底円筒形正極缶の開口部の内周に封口体をはめ込むとともに、前記正極缶の開口端部分を縮径絞り加工して缶内を密閉する円筒形アルカリ電池の密閉構造であって、
前記封口体は、平坦な円板部の外周に環状リブを有する金属製の負極端子板と、この負極端子板の内面側に組み合わされたプラスチック製の封口ガスケットと、前記負極端子板の内面中央に先端部が接合された集電棒とからなり、
前記封口ガスケットは、前記集電棒の先端部を取り囲んで密着するボス部と、前記負極端子板の前記環状リブと前記正極缶の内周面との間に挟み込まれる外筒部と、前記ボス部と前記外筒部とを一体的に連結している平坦な円板形薄肉部とからなり、
前記封口ガスケットの前記円板形薄肉部が前記負極端子板の前記円板部の内面に密着しているとともに、前記負極端子板の前記円板部には前記円板形薄肉部の密着部に対応して所定のパターンの破断誘起溝が彫刻されていることを特徴とする円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造。
請求項１において、前記破断誘起溝が前記円板部の内面に形成されていることを特徴とする円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造。
請求項１または２において、前記負極端子板と前記封口ガスケットと前記集電棒とがインサート成形により一体化されていることを特徴とする円筒形アルカリ電池の防爆式密閉構造。