JP4300082B2 - 円筒状アルカリ電池 - Google Patents
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Description
この発明は密閉構造の円筒状アルカリ電池とその封口ガスケットに関し、たとえばＬＲ２０（単１）型やＬＲ６（単３）型などのアルカリ乾電池に適用して有効である。
図７は従来のこの種の円筒状アルカリ電池の断面構成を示す。同図に示すアルカリ電池１０'は、たとえば特許文献１などに開示されたものと同タイプであり、正極合剤１６、セパレータ１７、負極合剤１８からなるアルカリ発電要素が有底円筒状の金属製電池缶１１に収容されるとともに、その電池缶１１の開口部が負極端子板２１と樹脂製封口ガスケット３０を用いて気密封口されている。
正極合剤１６は管状に成形された成形合剤であって、その内側にアルカリ電解液が含浸された筒状セパレータ１７が配置され、このセパレータ１７の内側にゲル状の負極合剤１８が充填されている。
電池缶１１は正極合剤１６に直接接触することにより、正極集電体と正極端子を兼ねる。負極合剤１８中には棒状の金属製負極集電子２５が挿入されている。この負極集電子２５は、皿状の金属製負極端子板２１の内側面中央部に溶接により立設固定されている。負極端子板２１、負極集電子２５および封口ガスケット３０はあらかじめ一体に組み合わせられて、電池缶１１の開口を塞ぐ封口体（封口アセンブリ）を形成する。
封口ガスケット３０は、図８にその断面を示すように、外周部３１、中央ボス部３２、および中間隔壁部３３を有する。外周部３１は、電池缶１１と負極端子板２１の間に被圧状態で介在することにより、電池缶１１内を気密シールする。中央ボス部３２には上記負極集電子２５を貫通嵌挿させる中央孔３６が形成されている。
上記中央ボス部３２には、図９の（ａ）に示すように、金属製封口キャップ４０が電池内側から冠着されている。この封口キャップ４０には透孔４１が形成されていて、上記負極集電子２５はその透孔４１を嵌挿して負極合剤１８中に挿入される。
上記封口キャップ４０は、負極集電子２５をボス部３２の中央孔３６に挿通させる際に、そのボス部３２にストレスクラックが生じるのを防止し、さらにそのボス部３２と集電子２５間に経時的なゆるみが生じるのを防止するために使用される。また、その封口キャップ４０には透孔４１が形成されているが、この透孔４１に負極集電子２５を嵌め合わせ状態で挿通させれば、集電子２５と封口キャップ４０間を電気的に接触させて負極の集電面積を稼ぐこともできる。
上記封口ガスケット３０は一体構造の樹脂成形品であって、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂等の射出成形により得られる。この成形方法には大別してコールドランナー方式とホットランナー方式がある。
上記封口ガスケット３０は通常、一つの金型で複数が同時成形されるが、この場合、金型内の複数の部品間はランナーと呼ばれる枝状の樹脂流路で繋がれる。コールドランナー方式では、そのランナー部分が製品と一緒に成形されて残る。このランナー部分は成型後に製品から切り離し、原料に混入して再利用（リサイクル）する。しかし、そのリサイクル材は熱履歴の違いにより物性変化や変色等を起こすため、製品の品質に若干なりとも悪影響を及ぼす可能性がある。
これに対し、ホットランナー方式では製品のみを成形するので、製品材料にリサイクル材を混入させる必要が無い。このことは製品の品質を安定させる上で好ましい。しかし、その代わりに、図８に示すように、上記中央孔３６の開口を閉塞する膜状のゲート部３７が形成される。このゲート部３７は成形の際に樹脂を流し込むために必然的に形成されるが、これが膜を張った状態で中央孔３６の電池内側開口を閉塞する。
上記ゲート部３７は、図９の（ａ）〜（ｄ）に示すように、封口アセンブリの組立工程にて、ガスケット３０の中央孔３６に負極集電子２５を貫通嵌挿させる際に押し破られる。このとき、ゲート部３７は、封口キャップ４０の透孔４１に嵌入した集電子２５により打ち抜かれてガスケット３０から分離される。分離したゲート部３７すなわち抜きカスは、リサイクルが必要になるほどの量ではないが、静電気等の影響で設備やツールに付着したりする。このため、その抜きカスの回収工程を別途設けるなどの対応が必要となり、このことが上記アルカリ電池の製造工程を煩雑にするという問題を生じさせていた。
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、リサイクル材を混入させる必要のないホットランナー方式で成形された封口ガスケットを用いる円筒状アルカリ電池において、その封口ガスケットからの抜きカス発生を無くして生産適性を高めることにある。
本発明による手段は、管状に成形された正極合剤の内側にセパレータを介してゲル状の負極合剤を配置してなるアルカリ発電要素と、この発電要素を収容して正極端子および正極集電体を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶と、この電池缶の開口部を塞ぐ封口体の一部をなす金属製負極端子板と、基端側が上記負極端子板の内側面中央部に固設されるとともに先端側が上記負極合剤中に挿入される棒状の金属製負極集電子と、上記電池缶の開口部と上記負極端子板の間に介在して上記電池缶を気密シールする樹脂製封口ガスケットとを有し、上記封口ガスケットは円筒状の中央ボス部を有し、この中央ボス部は上記負極集電子を貫通嵌挿させる中央孔が形成されているとともに、上記負極集電子を嵌挿させる透孔を有する金属製封口キャップが電池内側から冠着されている円筒状アルカリ電池において、 上記封口ガスケットがホットランナー方式で成形された樹脂成形品であり、上記中央ボス部の電池内側端面に凹部が形成され、上記封口ガスケットの上記成形の際の樹脂流入部であるゲート部は、上記凹部の底にて上記中央孔の開口を閉塞する膜を張るように膜状に形成され、当該膜状のゲート部の表面には破断誘導溝が形成されて、上記負極集電子を貫通嵌挿させたときに当該破断誘導溝に沿って上記膜状のゲート部が中央面から破断されるとともに、その破断片が上記凹部内の空間部に残留するようにしたことを特徴としている。
上記形態において、上記破断誘導溝は、上記負極集電子を貫通嵌挿させたときにその誘導溝に沿ってゲート部が破断されるとともに、その破断片が上記ボス部に残着した状態で上記凹部内の空間部に残留するように形成されていることが望ましい。上記破断誘導溝は、上記中央孔の中心部を通る１本または複数本の線分状に形成するとよい。
また、上記手段の別の好適な実施形態としては、上記ゲート部が上記ボス部の電池内側端面にて上記中央孔を閉塞する膜を張るように形成され、上記中央ボス部に冠着された封口キャップの透孔は、その一部が上記ゲート部と上記ボス部の両者に跨る異径状に形成されている構成がある。
上記形態において、上記封口キャップの透孔は、円形の一部に切り込み部を有するかぎ穴形状が適している。また、上記封口キャップの透孔は、円形の一部が一方向に拡張された略長円形状でもよい。
リサイクル材を混入させる必要のないホットランナー方式で成形された封口ガスケットを用いる円筒状アルカリ電池において、その封口ガスケットからの抜きカス発生を無くして生産適性を高めることができる。
図１は本発明の技術が適用された筒状アルカリ電池の断面構成を示す。同図に示すアルカリ電池１０は、基本的な構成は前述した従来のものと同タイプであり、正極合剤１６、セパレータ１７、負極合剤１８からなるアルカリ発電要素が有底円筒状の金属製電池缶１１に収容されるとともに、その電池缶１１の開口部が負極端子板２１と樹脂製封口ガスケット３０を用いて気密封口されている。
正極合剤１６は管状に成形された成形合剤であって、その内側にアルカリ電解液が含浸された筒状セパレータ１７が配置され、このセパレータ１７の内側にゲル状亜鉛を用いた負極合剤１８が充填されている。
電池缶１１は正極合剤１６に直接接触することにより、正極集電体と正極端子を兼ねる。負極合剤１８中には棒状の金属製負極集電子２５が挿入されている。この負極集電子２５は、皿状の金属製負極端子板２１の内側面中央部に溶接により立設固定されている。負極端子板２１、負極集電子２５および封口ガスケット３０はあらかじめ一体に組み合わせられて、電池缶１１の開口を塞ぐ封口体（封口アセンブリ）を形成する。
封口ガスケット３０は、図２にその断面を示すように、外周部３１、中央ボス部３２、および中間隔壁部３３を有する。外周部３１は、電池缶１１と負極端子板２１の間に被圧状態で介在することにより、電池缶１１を気密シールする。中央ボス部３２には上記負極集電子２５を貫通嵌挿させる中央孔３６が形成されている。また、中央ボス部３２の電池内側端面には凹部３４が形成されている。
上記中央ボス部３２には、図３の（ａ）に示すように、金属製封口キャップ４０が電池内側から冠着されている。この封口キャップ４０には透孔４１が形成されていて、上記負極集電子２５はその透孔４１を嵌挿して負極合剤１８中に挿入される。
上記封口キャップ４０は、負極集電子２５をボス部３２の中央孔３６に挿通させる際に、そのボス部３２にストレスクラックが生じるのを防止し、さらにそのボス部３２と集電子２５間に経時的なゆるみが生じるのを防止する。また、その封口キャップ４０には透孔４１が形成されているが、この透孔４１に負極集電子２５を嵌め合わせ状態で挿通させれば、集電子２５と負極キャップ４０間を電気的に接触させて負極の集電面積を稼ぐこともできる。
上記封口ガスケット３０はホットランナー方式で成形された樹脂成形品であり、その成形の際の樹脂流入部であったゲート部３７は、上記凹部３４の底にて上記中央孔３６の開口を閉塞する膜を張るように形成されている。この膜状ゲート部３７の表面には、図３の（ａ）に示すように、破断誘導溝３８が形成されている。この破断誘導溝３８は、図３の（ｃ）〜（ｄ）に示すように、上記負極集電子２５を貫通嵌挿させたときに、その誘導溝３８に沿ってゲート部３７が中央面から破断されるとともに、その破断片が上記凹部３４内の空間部に残留するように形成されている。これにより、ゲート部３７の抜きカスが設備やツールに付着したりするのを回避して、抜きカスの回収工程を不要にすることができる。
この場合、上記破断誘導溝３８は、上記負極集電子２５を貫通嵌挿させたときにその誘導溝３８に沿ってゲート部３７が破断されるとともに、その破断片が上記ボス部３２に残着した状態で上記凹部３４内の空間部に残留するように形成されている。上記破断誘導溝３８は、上記中央孔３６の中心部を通る１本または複数本の線分状に形成するのが好適である。
破断誘導溝３８の断面形状については、Ｖ字状、Ｕ字状、その他の形状が可能である。ただし、成形の容易性を考慮するならばＶ字状が望ましい。さらに、成形時の樹脂の流れを円滑にするためには、たとえば図３（ａ）にて平面図（Ａ−Ａ矢視面）を示すように、中央孔３６の中心部から放射状に伸びるパターンが望ましい。破断誘導溝３８はゲート部３７の電池内側面またはその反対側面のどちに設けてもよいが、集電子２５の嵌入によるゲート部３７の破断誘導を円滑に行わせるためには、電池外側面の方が好適である。
図４は上記封口ガスケット３０の別の実施形態を示す。この実施形態の封口ガスケット３０は中央ボス部３２の電池内側端面に上記凹部３４がない。ホットランナー方式の成形で形成されるゲート部３７は、中央ボス部３２の電池内側端面にて、中央孔３６の開口を閉塞する膜を張るように形成されている。
この場合、図５の（ａ）にて平面図（Ａ−Ａ矢視面）で示すように、上記中央ボス部３２に冠着された封口キャップ４０の透孔４１は、その一部が上記ゲート部３７と上記ボス部３２の両者に跨る異径状に形成されている。具体的には、封口キャップ４０の透孔４１が、円形の一部に矩形またはＵ字状の切り込み部４２を有するかぎ穴形状に形成されている。封口キャップ４０と負極集電子２５間の電気的接触はその切り込み部４２以外の部分で行わせることができる。
この実施形態では、図５の（ｃ）〜（ｄ）に示すように、負極集電子２５がボス部３２の中央孔３６を貫通して封口キャップ４０の透孔４１に嵌入したときに、上記ゲート部３７は上記切り込み部４２を残した状態で打ち抜かれる。つまり、集電子２５がゲート部３７を押し破った嵌挿工程の後も、そのゲート部３７をボス部３２につなげた状態に保つことができる。これにより、ゲート部３７の抜きカス発生を無くしてその回収工程を不要にすることができる。
図６は上記封口キャップ４０の別の実施形態を示す。この実施形態においては、同図の（ａ）に示すように、上記封口キャップ４０の透孔４１が略長円形状に形成されている。この長円形状は円形の一部を一方向に湾状に拡張したものである。その湾状拡張部４３は集電子２５の貫通嵌挿後も破断されずに残る。ゲート部３７はその湾状拡張部４３にてボス部３２につながった状態に保たれる。これにより、ゲート部３７の抜きカス発生を無くしてその回収工程を不要にすることができる。
以上、本発明をその代表的な実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。
リサイクル材を混入させる必要のないホットランナー方式で成形された封口ガスケットを用いる円筒状アルカリ電池において、その封口ガスケットからの抜きカス発生を無くして生産適性を高めることができる。
１０' アルカリ電池（従来）
１０ アルカリ電池（本発明）
１１ 電池缶
１６ 正極合剤
１７ セパレータ
１８ 負極合剤
２１ 負極端子板
２５ 負極集電子
３０ 樹脂製封口ガスケット
３１ 外周部
３２ 中央ボス部
３３ 中間隔壁部
３４ 凹部
３６ 中央孔
３７ 膜状ゲート部
３８ 破断誘導溝
４０ 封口キャップ
４１ 透孔
４２ 切り込み部
４３ 湾状拡張部
１０ アルカリ電池（本発明）
１１ 電池缶
１６ 正極合剤
１７ セパレータ
１８ 負極合剤
２１ 負極端子板
２５ 負極集電子
３０ 樹脂製封口ガスケット
３１ 外周部
３２ 中央ボス部
３３ 中間隔壁部
３４ 凹部
３６ 中央孔
３７ 膜状ゲート部
３８ 破断誘導溝
４０ 封口キャップ
４１ 透孔
４２ 切り込み部
４３ 湾状拡張部
Claims (6)
- 管状に成形された正極合剤の内側にセパレータを介してゲル状の負極合剤を配置してなるアルカリ発電要素と、この発電要素を収容して正極端子および正極集電体を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶と、この電池缶の開口部を塞ぐ封口体の一部をなす金属製負極端子板と、基端側が上記負極端子板の内側面中央部に固設されるとともに先端側が上記負極合剤中に挿入される棒状の金属製負極集電子と、上記電池缶の開口部と上記負極端子板の間に介在して上記電池缶を気密シールする樹脂製封口ガスケットとを有し、上記封口ガスケットは円筒状の中央ボス部を有し、この中央ボス部は上記負極集電子を貫通嵌挿させる中央孔が形成されているとともに、上記負極集電子を嵌挿させる透孔を有する金属製封口キャップが電池内側から冠着されている円筒状アルカリ電池において、
上記封口ガスケットがホットランナー方式で成形された樹脂成形品であり、
上記中央ボス部の電池内側端面に凹部が形成され、
上記封口ガスケットの上記成形の際の樹脂流入部であるゲート部は、上記凹部の底にて上記中央孔の開口を閉塞する膜を張るように膜状に形成され、
当該膜状のゲート部の表面には破断誘導溝が形成されて、上記負極集電子を貫通嵌挿させたときに当該破断誘導溝に沿って上記膜状のゲート部が中央面から破断されるとともに、その破断片が上記凹部内の空間部に残留するようにした
ことを特徴とする円筒状アルカリ電池。 - 請求項１において、上記破断誘導溝は、上記負極集電子を貫通嵌挿させたときに当該破断誘導溝に沿ってゲート部が破断されるとともに、その破断片が上記ボス部に残着した状態で上記凹部内の空間部に残留するように形成されていることを特徴とする円筒状アルカリ電池。
- 請求項１または２において、上記破断誘導溝は、上記中央孔の中心部を通る１本または複数本の線分状に形成されていることを特徴とする円筒状アルカリ電池。
- 請求項１において、上記ゲート部が上記ボス部の電池内側端面にて上記中央孔を閉塞する膜を張るように形成され、上記中央ボス部に冠着された封口キャップの透孔は、その一部が上記ゲート部と上記ボス部の両者に跨る異径状に形成されていることを特徴とする円筒状アルカリ電池。
- 請求項４において、上記封口キャップの透孔は、円形の一部に切り込み部を有するかぎ穴形状に形成されていることを特徴とする円筒状アルカリ電池。
- 請求項４または５において、上記封口キャップの透孔は、円形の一部が一方向に拡張された略長円形状に形成されていることを特徴とする円筒状アルカリ電池。
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