JP4677168B2 - アルカリ乾電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はアルカリ乾電池に関し、とくに、発電要素を収容した有底筒状正極缶の開口を負極端子および樹脂製の絶縁ガスケットで封口するとともに、その絶縁ガスケットを貫通する棒状集電子で負極集電を行わせる構造のものに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばＬＲ２０などのアルカリ乾電池は、図２に示すように構成されている。同図に示す電池１０は、有底筒状の正極缶１１内に、正極合剤１３と、アルカリ電解液が含浸されたセパレータ１４と、ゲル状負極合剤１５が装填されて発電要素が形成されている。上記正極缶１１の開口は、負極端子２１および樹脂製絶縁ガスケット２３で封口されている。
【０００３】
正極缶１１は正極端子を兼ねていて、その底部に凸状の正極端子部１２が形成されている。正極端子部１２を除く正極缶１１の外周囲は、ラベル印刷を施した外装材１９で被覆・包装されている。
【０００４】
負極端子２１には棒状集電子２２がスポット溶接により固定されている。この棒状集電子２２は上記絶縁ガスケット２３を貫通して上記負極合剤１５中に挿入されている。負極端子２１、集電子２２、および絶縁ガスケット２３は、上記正極缶１１の開口を塞いで封止する封口体２０を形成する。
【０００５】
絶縁ガスケット２３は中央にボス部２４を有し、このボス部２４の孔２５に上記棒状集電子２２が圧入状態で挿通させられている。この絶縁ガスケット２３は、材質として電気絶縁性で耐アルカリ性の樹脂、たとえばナイロン６あるいはナイロン６６（いずれも商標名）などのポリアミド樹脂を使用し、金型成形により形成される。
【０００６】
上記アルカリ乾電池では通常、電解液として高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を使用する。ＫＯＨ水溶液は浸透性が強いので、クリープによる漏液を防ぐために、絶縁ガスケット２３のボス部２４と集電子２２の嵌め合いを圧入状態とし、さらにその個所にシール剤を塗布することが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアルカリ乾電池には次のような問題のあることが、本発明者によってあきらかとされた。
すなわち、樹脂製絶縁ガスケット２３は金型成形により形成される。この金型成形では、金型内に樹脂を注入するためのゲート部（２６）を成形品のどこかに配置する必要がある。ゲート部（２６）は、成形金型の構成を複雑にせず、かつ成型サイクルタイムを短縮することができる個所が望ましい。一方、そのゲート部（２６）は構造的な弱点となりやすいので、成型品すなわちガスケットの封止機能に支障を来さない個所に配置しなければならない。
【０００８】
ここで、ガスケット２３の封止機能に着目した場合、ゲート部（２６）は中央ボス部２４に限定される。この中央ボス部２４は電池の外側と内側に跨っているが、電池内側にゲート部を配置した場合は、電池貯蔵中にそのゲート部（２６）からストレスクラックが発生して、最終的に激しい漏液を引き起こすことがある。これを防止するためには、ゲート部（２６）を中央ボス部２４の電池外側に配置することが望ましい。
【０００９】
一方、金型の構成と成形サイクルタイムに着目した場合、中央ボス部２４の電池外側部分にゲート部（２６）を配置することは、成形金型の構成が複雑になるとともに、成形サイクルタイムが長くなって、製造コストが高くなってしまう、という問題が生じる。
【００１０】
さらに、本発明者が、ゲート部（２６）をボス部２４の電池外側に配置した場合と電池内側に配置した場合とについてそれぞれの特性を検討したところ、次のようなことが判明した。すなわち、ゲート部（２６）をボス部２４の電池外側部分に配置すると、ボス部２４の孔２５に集電子２２を圧入状態で挿入するときに、ゲート部（２６）から割れが生じやすい、集電子２２が挿入されるときにゲート部（２６）の一部を巻き込みやすい、といった問題が生じる。しかし、ゲート部（２６）をボス部２４の電池内側部分に配置すると、そのゲート部（２６）からアルカリ電解液が侵入してボス部２４に割れが生じやすくなる。
【００１１】
この発明は以上のような背反する問題に鑑みてなされたもので、その目的は、金型成形された樹脂製絶縁ガスケットの低コスト化と耐久性強化を両立させ、アルカリ乾電池の耐漏液性をその生産性と共に向上させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は、次の事項（１）〜（６）によって特定されるアルカリ乾電池である。
（１）正極端子を兼ねる有底筒状の正極缶内に、正極合剤と、アルカリ電解液が含浸されたセパレータと、ゲル状負極合剤が装填されて発電要素が形成されること
（２）上記正極缶の開口が、負極端子および金型成形された樹脂製の絶縁ガスケットで封口されていること
（３）上記負極端子に固定された棒状集電子が上記絶縁ガスケットのボス部を貫通して上記負極合剤中に挿入されていること
（４）上記絶縁ガスケットを金型成形する際の樹脂注入ゲート部を、上記ボス部の電池内側部分に配置すること
（５）上記ゲート部の跡のみをアルカリ電解液に対して安定なピッチ系被覆材からなる被覆層で覆ったこと
（６）上記（４）（５）により、前記ゲート部におけるアルカリ電解液の浸食を防止するとともに、当該ゲート部からの割れを防止すること
【００１３】
なお、上記事項（５）におけるピッチ系被覆材からなる被覆層は、ゴム系接着剤からなる被覆層に代えることもできる。また、上記絶縁ガスケットは、ポリアミド樹脂の成形体で形成できる。そして、上記手段よれば、金型成形された樹脂製絶縁ガスケットの低コスト化と耐久性強化を両立させ、アルカリ乾電池の耐漏液性をその生産性と共に向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の技術が適用されたアルカリ乾電池の一実施形態を示す。同図に示す電池１０は、有底筒状の金属製正極缶１１内に正極合剤１３、セパレータ１４、ゲル状負極合剤１５が装填されるとともに、その正極缶１１の開口が負極端子２１および絶縁ガスケット２３等により封口されている。正極缶１１の底部には凸状の正極端子部１２が形成されている。この正極端子部１２を除く正極缶１１の外周囲は、ラベル印刷を施した外装材１９で被覆・包装されている。負極端子２１の外側面は平坦な負極端子面を形成している。
【００１５】
正極缶１１はニッケルメッキされた鋼板をプレス等で有底筒状に加工した金属製であって、正極端子を兼ねている。正極合剤１３は、二酸化マンガンあるいはオキシ水酸化ニッケル等の活物質を含む環状（または管状）の成形合剤であって、上記正極缶１１内に圧入状態で装填されている。この正極合剤１３の内側にセパレータ１４が配置されている。セパレータ１４にはアルカリ電解液（ＫＯＨ水溶液）が含浸されている。このセパレータ１４の内側にゲル状亜鉛を主剤とする負極合剤１５が充填されている。そして、この負極合剤１５中に棒状集電子２２が挿入されている。
【００１６】
棒状集電子２２の上端部は負極端子２１の内側面にスポット溶接により固定されている。この棒状集電子２２は上記絶縁ガスケット２３を貫通して上記負極合剤１５中に挿入されている。負極端子２１、集電子２２、および絶縁ガスケット２３は、上記正極缶１１の開口を塞いで封止する封口体２０を形成している。
【００１７】
絶縁ガスケット２３は中央にボス部２４を有し、このボス部２４を上下に貫通する孔２５に上記棒状集電子２２が圧入状態で挿通させられている。この絶縁ガスケット２３は、材質として電気絶縁性で耐アルカリ性の樹脂、たとえばナイロン６あるいはナイロン６６（いずれも商標名）などのポリアミド樹脂を使用し、金型成形により形成される。
【００１８】
上記絶縁ガスケット２３を金型成形する際には、金型内に樹脂を注入するためのゲート部２６が必要であるが、そのゲート部２６は上記ボス部２４の電池内側端面部に配置されている。成型時のゲート部２６はガスケット２３に痕跡として残っているが、このゲート部２６の跡は、図１中に部分的に拡大して示すように、被覆層３１で覆われている。被覆層３１はアルカリ電解液に対して安定な被覆材であれば、とくに限定されるものではないが、具体的には、ピッチ系被覆材またはゴム系接着剤が好適である。これらは、アルカリ電解液がゲート部２６から侵入するのを長期にわたって阻止する被覆層３１を形成することができる。
【００１９】
上記構成では、ゲート部２６をボス部２４の電池内側部分に配置することで、成形金型の構成を単純化して成形のサイクルタイムを短縮することができる。ボス部２４の電池内側部分は、図１に示すように、比較的大きく突出した形状とすることができるため、ゲート部２６を配置するのに好都合である。
【００２０】
また、上記構成では、ボス部２４の孔に集電子２２を圧入状態で挿入する際の割れ、集電子２２が挿入されるときのゲート部の巻き込みも防止することができる。これにより、金型成形された樹脂製絶縁ガスケット２３の低コスト化と耐久性強化を両立させ、アルカリ乾電池１０の耐漏液性をその生産性と共に向上させることができる。
【００２１】
以下、本発明の実施例を示す。
（実施例）
図１に示した構造を有するアルカリ乾電池１０を次の要領で作製した。
まず、正極合剤１３、負極合剤１５、封口体２０をそれぞれ、次のように構成した。
正極合剤：電解二酸化マンガン／黒鉛／アルカリ電解液を用い、外径寸法および合剤高さを一定に揃えた環状の成形合剤を作製した。
負極合剤（負極ゲル）：亜鉛粉／ポリアクリル酸／アルカリ電解液を用い、ゲル状の負極合剤を調製した。
封口体：負極端子２１に金属性の棒状集電子２２を溶接した後、これを金型成形されたポリアミド樹脂製の絶縁ガスケット２３と嵌着して封口体２０を組み立てた。
【００２２】
次に、次のような手順（１）〜（５）でアルカリ乾電池を組み立てた。
（１）正極缶１１内に上記正極合剤１３を挿入・嵌合する。
（２）セパレータ１４を挿入する。
（３）アルカリ電解液を注入する。
（４）ゲル状負極合剤１５を注入する。
（５）正極缶１１の開口部に封口体２０を挿入して封口加工を行う。
【００２３】
ここで、実施例の電池では、絶縁ガスケット２３のゲート部２６を中央ボス部２４の電池内側端面部に配置するとともに、そのゲート部２６を被覆層３１で覆った。ガスケット２３の材質はナイロン６とナイロン６６をそれぞれ使用し、被覆層３１の材質はピッチ系被覆材とゴム系接着剤をそれぞれ使用し、各材質の組み合わせごとにサンプルを作製した。
【００２４】
（比較例）
比較例として、上記実施例と同様の構成でゲート部２６を覆う被覆層３１だけがないアルカリ乾電池を作製した。
実施例と比較例の両者について、それぞれ同一条件（９０℃、３０％ＲＨ）で貯蔵したときのボス部の割れ発生率を試験したところ、次のような結果となった。
【００２５】
ナイロン６６製の絶縁ガスケットを使用した場合、ボス部の割れ発生率（発生数／５０個）は、表１のようになった。
【表１】
ナイロン６製の絶縁ガスケットを使用した場合、ボス部の割れ発生率（発生数／５０個）は、表２のようになった。
【表２】
上記表１、表２からもあきらかなように、本発明では、絶縁ガスケット２３のゲート部２６をボス部２４の電池内側部分に配置しているにもかかわらず、そのゲート部２６からのクラック発生を確実に防止することができる。これにより、アルカリ乾電池１０の耐漏液性をその生産性と共に向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、金型成形された樹脂製の絶縁ガスケットを用いて封口されたアルカリ乾電池において、その耐漏液性と生産性と共に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルカリ乾電池の一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来のアルカリ乾電池の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ アルカリ乾電池
１１ 正極缶
１２ 正極端子部
１３ 正極合剤
１４ セパレータ
１５ ゲル状負極合剤
１９ 外装材
２０ 封口体
２１ 負極端子
２２ 集電子
２３ 絶縁ガスケット
２４ ボス部
２５ 孔
２６ ゲート部
３１ 被覆層
Claims (3)
- 正極端子を兼ねる有底筒状の正極缶内に、正極合剤と、アルカリ電解液が含浸されたセパレータと、ゲル状負極合剤が装填されて発電要素が形成されるとともに、上記正極缶の開口が、負極端子および金型成形された樹脂製の絶縁ガスケットで封口され、さらに、上記負極端子に固定された棒状集電子が上記絶縁ガスケットのボス部を貫通して上記負極合剤中に挿入されているアルカリ乾電池において、上記絶縁ガスケットを金型成形する際の樹脂注入ゲート部を、上記ボス部の電池内側部分に配置するとともに、そのゲート部の跡のみをアルカリ電解液に対して安定なピッチ系被覆材からなる被覆層で覆ったことで、前記ゲート部におけるアルカリ電解液の浸食を防止するとともに、当該ゲート部からの割れを防止することを特徴とするアルカリ乾電池。
- 正極端子を兼ねる有底筒状の正極缶内に、正極合剤と、アルカリ電解液が含浸されたセパレータと、ゲル状負極合剤が装填されて発電要素が形成されるとともに、上記正極缶の開口が、負極端子および金型成形された樹脂製の絶縁ガスケットで封口され、さらに、上記負極端子に固定された棒状集電子が上記絶縁ガスケットのボス部を貫通して上記負極合剤中に挿入されているアルカリ乾電池において、上記絶縁ガスケットを金型成形する際の樹脂注入ゲート部を、上記ボス部の電池内側部分に配置するとともに、そのゲート部の跡のみをアルカリ電解液に対して安定なゴム系接着剤からなる被覆層で覆ったことで、前記ゲート部におけるアルカリ電解液の浸食を防止するとともに、当該ゲート部からの割れを防止することを特徴とするアルカリ乾電池。
- 請求項１または２において、上記絶縁ガスケットをポリアミド樹脂の成形体で形成したことを特徴とするアルカリ乾電池。
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