JP4853935B2 - アルカリ乾電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒形アルカリ乾電池の封止技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
＜筒形アルカリ乾電池の全体概略構造＞
従来の筒形アルカリ乾電池は、例えば図８に示すように、正極端子を兼ねる有底円筒状の外装缶１の内部（セル室Ｃ）に、正極２および負極４と、これらの間に配置されるセパレータ３と、負極４に挿入される釘状の負極集電棒５と、セパレータ３および正極２に含浸される電解液（図示せず）とを収容し、セル室Ｃ内の電解液が外部に漏れ出ないように外装缶１の開口端部１ａを封口した構成である。
【０００３】
＜外装缶の缶厚み＞
筒形アルカリ乾電池の一つである単三形アルカリ乾電池の外径はＪＩＳ規格では１3.５〜１4.５mmと定められているが、電池を使用する機器の電池ホルダの寸法が統一されていて、外径は１4.０±0.１mmが事実上の標準となっている。外径が制限されている中で、アルカリ乾電池の内容積（セル容積）を増やして放電容量のアップを図るには、外装缶の缶厚みを減らせば良い。しかし、アルカリ乾電池で一般に使用されているキルド鋼板（アルミキルド鋼板）製の外装缶の缶厚みを薄くすると、加工しにくくなったり、外装缶の輸送過程や電池組み立て時の搬送工程で外装缶が変形したりするなどの問題が起こりやすくなる。このため、現在国内で販売されている単三形アルカリ乾電池の外装缶の缶厚みは、最も薄いものでも0.１８mmとなっている。
【０００４】
＜封口部分の構造＞
筒形アルカリ乾電池における封口部分には、図９に拡大して示すように、内圧の異常上昇防止用つまり防爆用の安全弁機構を有する樹脂製封口体６と、これを内周から支える支持手段１０７と、図中の上方に向けて凸状（ハット状）に形成された負極端子板（負極端子）２０７とが装着されている。このうち、樹脂製封口体６は、負極集電棒５を保持するボス部６１と、外装缶１の内周面と接する外周部６２と、一部に防爆用の薄肉部分（安全弁の作動点）６３ａが設けられてボス部６１と外周部６２とを連結する連結部６３とで構成されている。そして、電池の内圧つまりセル室Ｃ内の圧力が所定レベル以上に上昇したときに、連結部６３が例えば図中の鎖線で示すように膨張変形し、さらに内圧が上昇したときに防爆用の薄肉部分６３ａが破断する（すなわち安全弁が作動する）ことにより、内圧を外部に逃がすようになっている。また、樹脂製封口体６は、セル室Ｃの上方を封鎖して電解液の漏出を防止するとともに、正極集電体となる外装缶１と負極集電体端子である負極端子板２０７との間を電気的に絶縁する。
【０００５】
このような樹脂製封口体６は、これの外周部６２が支持手段１０７と外装缶１との間に位置した状態で外装缶１の開口端部１ａの周縁部分とともに内側に締め付けられてかしめられることによって、外装缶１の開口端部１ａ内に装着される（このような封口方法を、この明細書では「横締めによる封口」または「横締め封口」という）。その場合、かしめる力が弱ければ、最初のうちは電池内部の電解液（水酸化カリウムを主成分とする強アルカリ液）が漏れ出なかったとしても、その後の温度変化などによって封口体６と外装缶１との間の密着性が低下し、やがては電池内部の電解液が封口体６と外装缶１との境界部分から外部に浸み出してくる。そこで、従来の筒形アルカリ乾電池においては、封口体６を内周から支える支持手段１０７として、所要の厚み（通常、0.６〜0.７５mm程度）を有する金属ワッシャ（中央部に孔を有する円盤状の金属板）が使用されており、封口体６の外周部６２を締め付ける際にその内側から金属ワッシャでしっかりとバックアップすることによって、外装缶１の開口端部１ａとともに封口体６の外周部６２を外側から十分な力でかしめることができるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような筒形アルカリ乾電池において放電容量をアップさせる一つの方法は、電池の内容積を増大させることである。本願の各発明は、電池内容積の増大を通じて放電容量をアップさせることを共通の目的としており、これを前提としてさらに以下に述べるような課題を解決しようとするものである。
【０００７】
まず、本願発明者らは、筒形アルカリ乾電池の一つである単三形アルカリ乾電池において内容積の増大による放電容量のアップを図るために、厚み0.１８mm以下の薄い外装缶を用いることを試みた。その結果、種々の改善策を施すことにより、先に述べた外装缶の加工上の困難や輸送時の変形問題については、これらを克服することができた。しかし、外装缶の厚みを0.１８mmよりも薄くした場合には、封口部分のかしめ強度が低下する結果、封口部分から内部の電解液がしみ出るという新たな問題に遭遇した。
【０００８】
電池を組み立てる際、上記の封口体６は、これに負極集電棒５や負極端子板２０７などを組み付けた後、外装缶１の開口端部１ａ内に挿入され、その状態で封口体６の外周部６２が外周から外装缶１、内周から金属ワッシャ（金属板）１０７により締め付けられて、かしめられることにより、外装缶１の開口端部１ａ内に装着される。このとき封口体樹脂が変形し、その弾性力で封口体６の外周部６２が外装缶１の内面に押し当てられて密着する。その結果、封口体６の外周部６２の表面（外装缶１との接触面）に存在している微小な凹凸から生じる隙間が埋められて、電池内部に収容されているクリープ性の強い強アルカリ液（電解液）が外部にしみ出すことが防止される。
【０００９】
ところが、厚み0.１８mm以下の薄い外装缶を用いると、厚みが薄くなったぶんだけ外装缶１の強度が低下するために、封口体樹脂の変形を外装缶１で押さえきることができず、その結果として封口体樹脂の間の微小な凹凸から電池内部の電解液が外部にしみ出てしまうのである。特に、電池に急激な温度変化が加わると、材料の膨張・収縮により電解液のしみ出しが起こりやすくなる。本発明者らが行った耐漏液性試験、具体的には３０分ごとに−１０℃と６０℃の温度変化を繰り返す恒温槽に電池を３日間保管したのち封口部分からの漏液の有無を調べる試験においては、外装缶の厚みを0.１８mm以下とした場合に液漏れを生じることが認められ、これを従来の手法で防ぐことはできなかった。
【００１０】
本発明では、放電容量を増加させるために厚みが0.１８mm以下の外装缶を用いた場合でも、急激な温度変化が加わったときに電池内部の電解液が外部に漏れ出ることのないようにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
外装缶の厚みを薄くすると、電池の内容積は増加する一方、封口部分での強度が低下する。しかし、封口部分の缶の厚みは電池の内容積に関係がないことから、本発明者らは封口部分における缶厚みを胴部分における缶厚みよりも厚くすることで封口部分のかしめ強度を確保できないかどうか検討した。そのような厚みに差がある缶を製作するには、缶の厚い部分と同じかそれ以上の厚さを有する原板鋼板を用いる必要がある。このため、封口部と胴部とで厚みに差がある缶では、厚みの比が大きいほど胴部の塑性変形量が大きく加工硬化が強く働くが、このような胴部分の加工硬化は封口部分のかしめに好影響を及ぼすものと本発明者らは考えた。
【００１２】
このようにして単三形アルカリ乾電池に使用される外装缶の厚みについて鋭意検討した結果、本発明者らは封口部分の缶の厚みを胴部分の缶の厚みよりもある程度厚くすれば封口部分のかしめ強度を確保でき、その結果として温度変化による液のしみ出し現象を防止できることを突き止めた。そして、特に封口部分の缶の厚みを胴部分の缶の厚みの1.４０倍以上とすれば、封口部分のかしめ強度が充分に確保される結果、温度変化による液のしみ出し現象が確実に防止されることが判明した。
【００１３】
本発明は、以上の検討を通じて完成したもので、先に述べた課題を解決するために、図１に示すように有底円筒状の外装缶１の内部に、正極２および負極４と、これらの間に配置されるセパレータ３と、電解液とを収容し、外装缶１の開口端部１ａに、樹脂製封口体とこれを内周から支える支持手段７とを装着して、外装缶１と支持手段７とで樹脂製封口体６を締め付けることにより封口したアルカリ乾電池において、外装缶１の胴部分Ｂの厚みを0.１８mmより薄くし、外装缶１の封口部分Ａの厚みを胴部分Ｂの厚みの1.４０倍以上としたことを特徴とする。また、缶の母材鋼板に厚いものを使用するほど、しごき加工で缶の厚み（缶を形成している壁面の厚み）を薄くするのにコストがかかるので、外装缶１における「封口部分Ａの厚み」／「胴部分Ｂの厚み」は2.５以下が好ましい。外装缶１の胴部分Ｂの厚みは、一定の強度を確保できるように0.１mm以上とするのが好ましい。
【００１４】
外装缶は鋼板を絞り加工することで有底円筒状に形成されており、加工前の鋼板の厚みと封口部分の缶の厚みとは実質的に等しい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を単三形アルカリ乾電池（以下、単にアルカリ乾電池または電池ともいう）に適用した例を示したものである。このアルカリ乾電池は、正極端子を兼ねる有底円筒状の外装缶１と、この外装缶１内（セル室Ｃ内）に収容された円筒状の正極２と、この正極２の中空部内に配置されたコップ状の不織布からなるセパレータ３と、このセパレータ３内に充填されたペースト状の負極４と、この負極４内に挿入された釘状の負極集電棒（負極集電体）５と、セパレータ３および正極２に含浸された水酸化カリウム水溶液を主成分とする電解液（図示せず）とを有し、外装缶１の開口端部１ａ側を封口した構成である。外装缶１の底部には、凸状の正極端子部分１ｂが形成されている。ここで、図１中の符号Ａは外装缶１の封口部分を示し、符号Ｂは外装缶１の胴部分を示す。さらに詳しくは、図１に示した状態において、外装缶１の封口部分Ａとは、グルーブによる変形で外装缶１の外形がもとの寸法より小さくなる部分から上の部分を指し、胴部分Ｂとはそれより下の部分を指す。
【００１６】
そして、本発明を適用した上記のアルカリ乾電池においては、外装缶の胴部分Ａにおける缶厚み（肉厚）が0.１８mm以下とされ、かつ封止部分Ｂにおける缶厚みが胴部分Ａにおける缶厚みの1.４０倍以上に設定されている。
【００１７】
外装缶１内に収容された円筒状の正極２は、二酸化マンガンと黒鉛（導電材料）との混合物で構成されている。上記のアルカリ乾電池においては、この二酸化マンガンと黒鉛（導電材料）とを混合して正極２を成形する際に、水酸化カリウム濃度を高めたアルカリ電解液が用いられている。これは、水酸化カリウム濃度を高めたアルカリ電解液を用いて正極２を成形することで、正極２となる成形体の強度を高めることができるからである。その結果、二酸化マンガンや黒鉛（導電材料）を結合するためのバインダー（結合剤樹脂）を使用する必要がなくなり、その分だけ放電特性に関係する材料の充填率を高めることができるので、電池の放電特性が改善されることとなる。また、外装缶１内に収容された正極２の強度が高まることで、外装缶１に上記のような肉厚の薄い鋼板を使用した場合であっても外力による変形を受けにくくなる。
【００１８】
外装缶１の開口端部１ａ内、すなわち封口部分Ａ内には、防爆用の安全弁機構を有する例えばポリアミドやポリプロピレン等の樹脂（図示例では６，６ナイロン）からなる封口体６と、これを内周から支える支持手段であり且つ負極端子板を兼ねた一枚の金属板７（負極端子板７）と、外装缶１の開口端部１ａと負極端子板７との間を電気的に絶縁する鍔付き短筒状の樹脂体からなる絶縁板８とが装着されている。
【００１９】
封口体６は、図２に拡大して示すように、負極集電棒５が挿通される孔６１ａを有するボス部６１と、外装缶１の内周面と接する外周部６２と、ボス部６１と外周部６２とを連結し且つ前者から後者に至る面を封鎖する連結部６３とで構成されている。そして、この封口体６によって、電池活物質の収容されているセル室Ｃを閉じてセル室Ｃ内の電解液の外部への漏出を防止し、かつ負極端子板７と外装缶１との間を前記の絶縁板８とともに電気的に絶縁するようになっている。
【００２０】
封口体６の連結部６３におけるボス部６１側の付け根部分には、防爆用の安全弁機構を構成する薄肉部分６３ａが設けられている。この薄肉部分６３ａは、電池の内圧が所定レベル以上に上昇したときに連結部６３が図中の上方側に変形し、さらに内圧が上昇したときに当該薄肉部分６３ａが破断することにより、内圧の一部を負極端子板７の後述するガス抜き孔を介してセル室Ｃ外に開放する機能を果たすものである。ところが、従来の封口体では、防爆用の薄肉部分とこれの直ぐ外側の部分との間の肉厚があまり大きくなく、しかも連結部の肉厚が比較的薄く且つ一様であったために、高温短絡時に薄肉部分が破断する前にドーム状に膨張したまま負極端子板に接触してガス抜き孔を塞いでしまったり、過放電放置時に薄肉部分が剪断されるよりも前にドーム状に膨らんだ連結部が破裂したりする可能性が全くないとは言い切れなかった。そこで、このような問題が生じないようにするため、本発明のアルカリ乾電池に備えられた封口体６では、連結部６３に設けた防爆用の薄肉部分６３ａが、これを取り囲んでいる直ぐ外側の部分（第１肉厚部分）６３ｂに比べて肉厚が不連続に薄くなるように且つ第１肉厚部分６３ｂとの間に所定の段差を有するように形成されている。
【００２１】
封口体６の連結部６３における外周部６２側の付け根部分には、比較的薄肉の応力吸収部６３ｃが設けられている。この応力吸収部６３ｃは、これの直ぐ内周側に位置する部分（第２肉厚部分）６３ｄに比べて肉厚が不連続に薄くなるように且つ第２肉厚部分６３ｄとの間に段差を有するように形成されている。これにより、外装缶１の開口端部１ａを封口すべく封口体６を締め付けたときに連結部６３に作用する応力の一部を吸収して、防爆用の薄肉部分６３ａへの応力集中を防止する。
【００２２】
封口体６の連結部６３における第１肉厚部分６３ｂから第２肉厚部分６３ｄに至る部分は、第１肉厚部分６３ｂから第２肉厚部分６３ｄに行くに従って肉厚が連続的に厚くなるように形成されている。図示例の封口体６では、第１肉厚部分６３ｂの肉厚は0.４〜0.５mmであり、第２肉圧部分６３ｄの肉厚は第１肉厚部分６３ｂの肉厚の2.５〜3.０倍とされている。そして、このような連結部６３の形状と、従来のものと比べた場合の連結部６３の厚肉化と、第１肉厚部分６３ｂとの間に所定の段差を有する防爆用の薄肉部分６３ａの構造とが相まって、上述した高温短絡時や過放電放置時における不具合をさらに確実に防止できるようになっている。
【００２３】
封口体６のボス部６１においては、負極集電棒５が挿通された孔６１ａの図２中の上端部分が、これ以外の孔部分の内径よりも大きな内径を有する大径孔部分６１ｂとされており、負極集電棒５を挿通セットした図示状態において負極集電棒５の大径端部５ａがボス部６１の大径孔部分６１ｂに嵌合して、当該大径端部５ａの上端がボス部６１の上端面から僅かに突出した状態またはそれと略面一の状態となっている。図２においてボス部６１の周壁部分は外周部６２のそれに比べて肉厚が厚くされているが、これは、封口時に外周部６２がかしめられて変形する部分であるのに対し、ボス部６１はこれに挿通された負極集電棒５とともに負極端子板７の中央部分の裏面側にあってこの部分が外力によって内側にへこんだりしないように負極端子板７を裏面側から支える役目をも持っているからである。
【００２４】
一方、負極端子板７は、一枚の鋼板で構成されており、図３および図４に単体で示すように、凸状に形成された中央部の端子面７７と、この端子面７７を垂直に貫く方向から見て端子面７７を取り囲むように形成された外周部の鍔面７８と、端子面７７の外周から鍔面７８の内周に至る円筒状の端子面側面７９とからなる。このうち端子面７７には、これの中心部を取り囲むように僅かに凹んだ平面視で円形の凹み７７ａが形成されており、この凹み７７ａが取り囲んでいる中央部分の裏面側に負極集電棒５の大径端部５ａがスポット溶接等により接合されている（図２参照）。
【００２５】
負極端子板７における鍔面７８は、内周側の平坦部７８ａと、封口体６をかしめる際にこれの外周部６２を内周からしっかりと支える目的で当該負極端子板７の全周にわたって設けられた外周側の湾曲部７８ｂとからなる。内周側の平坦部７８ａは、図４に示した厚み方向の断面において、外周側の湾曲部７８ｂに比べて相対的に平坦な形状を有する。そして、この平坦部７８ａが端子面７７ａに対して、外側に下る方向に４度以上傾斜した構造とされていることにより、封口工程での負極端子板７の変形による高さ方向寸法のばらつきを低減させるようになっている。なお、図示例は、鍔面平坦部７８ａと端子面７７とのなす角度α、すなわち鍔面平坦部７８ａの外周端（湾曲部７８ｂ側）にある変曲点と内周端（端子面側面側７９側）にある変曲点とを結ぶ平面と、端子面７７とのなす角度αを８度としたものである。
【００２６】
負極端子板７の外周側に設けられた湾曲部７８ｂは、先の「課題を解決するための手段」の項で述べたように、負極端子板７をこれの中心を通って厚み方向に切断したときの断面において、平均曲率半径が１mm以下で、かつ９０度より大きい角度範囲にわたってほぼＣ字状または弧状に湾曲形成されており、しかもその外周側が、すでに説明した意味において９０度より大きい角度範囲にわたって封口体６の外周部６２の内周側と接触している。そして、この接触部分において封口体６の外周部６２が、これの内周側に位置する負極端子板７の湾曲部７８ｂと、外周側に位置する外装缶１の開口端部１ａとでかしめられて締め付けられていることにより、図２に示したように封口体６が外装缶１の開口端部１ａ内の所定位置に装着され、この状態でセル室Ｃ内の上方が封口されるとともに、封口体６の連結部６３と負極端子板７との間に安全弁（薄肉部分６３ａ）の動作を確保するための所要の空間が形成された構造となっている。なお、図３および図４中の符号７ｆはセル室内で発生したガスを安全弁の作動時に外部に逃がすためのガス抜き孔を示す。
【００２７】
なお、上記の湾曲部７８ｂが設けられている角度範囲とは、負極端子板７の他の例を示す図５に記載したように、湾曲部７８ｂを、上記の平均曲率半径ｒを半径として有する仮想的な円で近似したときに、この円の中心Ｏを基準として湾曲部７８ｂの両端がなす角度θ₁ を意味する。湾曲部７８ｂと封口体６とが接触している部分の角度範囲も同様に、湾曲部７８ｂを、上記の平均曲率半径ｒを半径として有する仮想的な円で近似したときに、この円の中心Ｏを基準として、封口体６と接触している湾曲部７８ｂの当該接触部分の両端がなす角度θ₂ を意味する。
【００２８】
一方、鍔付き短筒状の樹脂体からなる絶縁板８は、封口体６が装着された後に、負極端子板７の端子面７７と外装缶１の開口端および封口体６の外周部６２の一端との間に形成された隙間部分に、当該絶縁板８における短筒部分８ａを嵌め込むことで図示した所定位置に取り付けられており、これによって負極端子板７と外装缶１との間を電気的に絶縁している。
【００２９】
なお、負極端子板（金属板）７の外周側に設ける湾曲部７８ｂは、先に述べた平均曲率半径ｒと角度範囲θ₁ ・θ₂ の条件を満たしてさえいれば、その曲げ方や曲げ方向は問わない。図５ないし図７は、湾曲部７８ｂの他の例を示したものである。このうちの図５は、負極端子板７の端子面７ａと同じ方向もしくは同じ側に凸となるように湾曲部７８ｂを形成した例を示す。図６は、負極端子板７の半径方向の外方に向けて凸となるように湾曲部７８ｂを形成した例を示す。図７は、負極端子板７の外周部を端子面７７の突出方向とは反対側の方向にいったん曲げ、そこからさらに逆向きに湾曲させて外周側が封口体６の外周部６２と所定状態で接するように湾曲部７８ｂを形成した例を示す。また、負極端子板７には、例えば電池を落としたときや端子面７７を外部から強く押したときにも簡単にはへこまないようにしたり、封口体６のかしめ時に負極端子板７全体が変形しないようにしたりする目的で、中央部に設けた凹み７７ａと同じような凹凸を同心円状に設けてもよい。
【００３０】
【作用】
筒形アルカリ乾電池において、樹脂製の封口体を内周から支える支持手段として従来から用いられている金属ワッシャを廃止し、その代わりに、図１ないし図５に示したような負極端子板（金属板）７を使用して、この負極端子板７と外装缶１との間に封口体６の外周部を挟んでかしめれば、封口部分の厚みを次の二つの理由から薄くすることができる。
【００３１】
第一に、金属ワッシャを廃止することで、封口部分を少なくとも金属ワッシャの厚みぶんだけ薄くすることができる。国内で製造されている、金属ワッシャで封口体を押さえる手法を採っている単３形アルカリ乾電池を例に取ると、0.６mm以上、0.７５mm程度の厚みの金属ワッシャが用いられており、この金属ワッシャを廃止することで少なくともこの厚みぶんだけ封口部分の厚みを薄くすることができる。
【００３２】
第二に、封口体６の連結部６３が内圧で変形するための空間を特に設ける必要が無くなることが挙げられる。このことをさらに詳しく述べる。
【００３３】
（元００６６）
封口体６は、通常、ナイロンやポリプロピレン等でできており、その一部に防爆用の薄肉部分が設けられていることはすでに述べた通りである。何らかの理由で電池の内圧が高くなったときには、例えば図９に示したような封口体６は同図に鎖線で示したように変形し、内圧がさらに高くなると連結部６３の薄肉部分６３ａがちぎれて内圧の一部を放出することにより、内圧の上昇を防止する。図９に示した従来のアルカリ乾電池では、封口体６の薄肉部分６３ａと金属ワッシャ１０７との間に隙間（空間Ｓ₁ ）が設けられているが、もしこの隙間が小さければ内圧が高くなったときに、変形した封口体６の連結部６３あるいは薄肉部分６３ａが金属ワッシャ１０７に押さえつけられて変形できなくなり、どんなに内圧が高くなっても薄肉部分６３ａがちぎれなくなるので、内圧を開放することができなくなる。このため、封口体６の薄肉部分（安全弁の作動点）６３ａと、封口体６を支える金属ワッシャ１０７との間には、ある程度の間隔を設けることが必要であり、国内で製造されている単３形アルカリ乾電池を例に取ると、通常、1.０〜1.５mm程度の間隔が設けられている。
【００３４】
さて、図８および図９に示したように、アルカリ乾電池の負極端子板２０７を凸形形状とすることは事実上の標準となっているが、封口体６をかしめるために支持手段として金属ワッシャを用いた場合には、先に述べたように金属ワッシャ１０７と負極端子板２０７との間に電池にとって何ら必要のない無駄な空間Ｓ₂ が生じる。しかし、本発明におけるように金属ワッシャを廃止して、図１ないし図７に例示したような負極端子板（金属板）７を支持手段として用いると、従来においては無駄であった上記の空間Ｓ₂ を封口体６の変形に必要な空間に利用できるので、全体として封口部分の厚みを薄くすることができるのである。
【００３５】
上記の理由から、図１ないし図７に示すように、封口体６を内部から支える支持手段としての金属板を負極端子板７のみとし、かつこの負極端子板の厚みを従来の金属ワッシャのそれよりも薄くする（例えば0.３〜0.７mmにする）ことで封口部分の体積を減らすことができ、これによって電池の内容積（セル室Ｃの容積）を大きくすることが可能となる。図１・図２に示した例でいうと、図１の構造では封口部分Ａは、電池の高さに対し１０％以上の厚み（電池高さ方向における厚み）を持つのに対し、図２の構造では封口部分の厚みは電池高さの８％に抑えられ、その結果、電池内容積が４％増加した。この増加体積に電池活物質を充填すれば電池の容量は４％増加するし、空隙のまま残しても、電池内部でガスが発生したときの圧力上昇緩和のアブソーバーとして機能するので安全上有効に活用される。
【００３６】
加えて、このアルカリ乾電池においては、負極端子板７における端子面７７と鍔面平坦部７８に４度以上の傾斜が設けられていることにより、封口後の負極端子板７は全てもとの高さより高くなるように変形するようになる。これにより、封口工程で負極端子板７が変形して寸法がばらつくといった問題を解消することができる。
【００３７】
ただし、金属ワッシャを廃止して、その代わりに負極端子板でもある金属板を使用しただけでは、電池に激しい温度変化を加えたときなどに外装缶と封口体との間を経由して内部の強アルカリ電解液が漏れ出るおそれがある。封口体を内側から押さえる支持手段としての金属板が薄くなったことで、かしめる時に負極端子板が変形してしまい、封口体を押さえつける力が充分でなくなるからである。
【００３８】
このような変形は、本発明における負極端子板７のように、これの外周部に平均曲率半径が１mm以下のほぼＣ字状または孤状の断面形状を有する湾曲部７８ｂを設け、この湾曲部７８ｂを封口体６と所定の角度範囲にわたって接触させることによって防止できる。この湾曲部７８ｂの形成に伴う加工硬化によって負極端子板７が変形しにくくなるのみならず、外装缶１を介して封口体６に加えられる押しつけ力が負極端子板７の外周部に作用しても、封口体６と比較的広い角度範囲にわたって接触する湾曲部７８ｂを介して負極端子板全体で封口体６がしっかりとバックアップされるからである。したがって、外装缶１の開口端部１ａの周縁部分を内側に曲げて負極端子板７との間で封口体６を強い力で締め付けることができ、その結果、外装缶１と封口体６との間の密着性、つまりは耐漏液性（液密性）を高めることができる。しかも、負極端子板７の湾曲部７８ｂは、封口体６がかしめられた状態で封口体６と９０度よりも大きい角度範囲にわたって接触していることで、封口体６と外装缶１との接触面積も比較的大きくなるから、これによっても封口体６と外装缶１との境界部分に充分な耐漏液性を付与することができる。
【００３９】
以上に加えて、本発明のアルカリ乾電池においては、以下に述べるように、樹脂製封口体６の形状ないし構造を改良したことによって、封口体６の連結部６３に設けた防爆用の薄肉部分６３ａにより構成される安全弁を確実かつ正常に作動させることができ、その信頼性や安全性を高めることができる。
【００４０】
まず、封口体６の連結部６３における外周部６２側の付け根部分に応力吸収部６３ｃを設け、この応力吸収部６３ｃで、横締め封口時に連結部６３に作用する応力の一部を吸収するようにしたことにより、横締め封口時における防爆用の薄肉部分６３ａへの応力集中を防止できる。これにより、安全弁の作動圧が変動することを抑制でき、そのぶんだけ安全弁の信頼性を高めることができる。
【００４１】
次に、封口体６の連結部６３におけるボス部６１側の付け根部分に、これを取り囲んでいる直ぐ外側の部分（第１肉厚部分）６３ｂに比べて肉厚が不連続に薄くなるように且つ前記第１肉厚部分６３ｂとの間に段差を有するように形成された防爆用の薄肉部分６３ａを設けたことにより、短絡高温時や過放電放置時において当該薄肉部分６３ａが確実に剪断されるようになる。すなわち、短絡時の発熱による封口体樹脂の軟化と電池内圧の上昇とにより連結部６３の変形が起きる場合には、防爆用の薄肉部分６３ａに応力が集中することにより、連結部６３のドーム状変形による負極端子板７への接触が起こる前に薄肉部分６３ａが剪断破壊されて内圧が開放される。また、過放電放置時には発熱による封口体樹脂の軟化は生じないが、内圧の上昇により連結部６３に応力が作用するから、この場合も上記の薄肉部分６３ａへの応力集中により、連結部６３の破断が起こる前に薄肉部分６３ａが剪断破壊されて内圧が開放される。こうして短絡高温時や過放電放置時に安全弁が正常の作動することにより、封口体６の連結部６３が破裂することなく内圧が開放されるから、連結部６３の破裂により生じる内容物の飛散や破裂音の発生を防止することができる。
【００４２】
特に、封口体６の連結部６３における第１肉厚部分６３ｂから第２肉厚部分６３ｄに至る部分を、前者から後者に行くに従って肉厚が連続的に厚くなるように形成し、第１肉厚部分６３ｂの肉厚を0.４〜0.５mm、第２肉圧部分６３ｄの肉厚を第１肉厚部分６３ｂの肉厚の2.５〜3.０倍とした場合には、このような連結部６３の厚肉形状と、第１肉厚部分６３ｂとの間に所定の段差を有する防爆用の薄肉部分６３ａの構造とが相まって、高温短絡時や過放電放置時における封口体６の破裂を確実に防止することが可能となる。
【００４３】
【実施例】
以下において本発明の実施例を説明するが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下でいう「％」は、特に断らない限り全て「重量パーセント（wt％）」を意味する。
【００４４】
＜実施例１〜４＞
板厚0.２５mmのキルド鋼板を深絞り加工によって単三形アルカリ乾電池用の外装缶に形成した。このとき、封口部分の缶厚みは元の鋼板の厚みを残し、胴部分の缶厚みは元の鋼板よりも薄くなるように加工した。表１に、本発明の実施例１〜４で使用した外装缶の胴部分および封口部分における缶厚みと、後述する比較例１・２で使用した外装缶のそれらとを併せて示す。
【００４５】
また、実施例１〜４においては、電池を落下させたときに正極端子のへこみを防ぐために、外装缶の正極端子部分１ｂ（図１参照）も胴部分より缶厚が厚くなるように加工した。
【００４６】
次いで、電解法による二酸化マンガンと黒鉛と水とを９２：５：３の割合（重量比）で混合した正極材料１1.０ｇを、内径9.１mm、外径１3.３mm、高さ４3.０mmの円筒状に加圧成形した正極を単３形アルカリ乾電池用の外装缶に挿入した。その後、外装缶の開口端から高さ方向において3.７mmの位置にグルーブを施した。これは、後で封口体を挿入するときに封口体がグルーブの位置で支えられ、グルーブ位置より奥に押し込まれないようにするためである。さらに外装缶の内側、開口端から高さ方向において3.７mmまでの部分に外装缶と封口体との密着性を良くすることを目的としてピッチを塗布した。なお、ピッチ塗布量は２０mg以下であると耐漏液性が低下するが、それ以上であれば耐漏液性に差がないことを確認している。
【００４７】
次に、厚み１００μｍのビニロンとレーヨンとからなる不織布を三重に重ねてコップ状に巻いたセパレータを先の円筒状正極の内側に装填し、これらに電解液として濃度３９％の水酸化カリウム水溶液1.５ｇをしみこませた。次いで、純度９9.０％、目開き４２５μｍのふるいを通過し、目開き７５μｍのふるいを通過しなかった粉末亜鉛4.０ｇと濃度３９％の水酸化カリウム水溶液2.０ｇとポリアクリル酸ソーダ0.０４ｇとを混練してなるペースト状の負極をセパレータの内部に充填した。
【００４８】
次いで、負極の集電を取るためのすずめっき真鍮製の負極集電棒を封口体のボス部に挿通して装着し、負極集電棒と負極端子板とをスポット溶接により接合した。この負極端子板をナイロン６−６（６，６ナイロン）製の封口体に装着し、これらを、先の正極および負極を充填した外装缶に装着した後、外装缶の開口端部の外側からスピニング方式によりかしめることにより単３形アルカリ乾電池を作成した。
【００４９】
＜比較例１および比較例２＞
外装缶の封口部分および胴部分における缶厚みを表１に示したように設定したこと以外は実施例１〜４と同様にして単３形アルカリ乾電池を作成した。
【００５０】
〔耐漏液性試験〕
以上のようにして作成した各実施例および比較例に係る電池のうち、各々１００個を、３０分毎に−１０℃と６０℃の温度変化を繰り返す恒温槽に３日間保管して、保管後に外装缶と封口体との間から内部の強アルカリ液（電解液）が浸みだしてきていないかどうかを、アルカリ識別液のクレゾールレッド液を用いて調べた。表１にその結果を示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
この表を見ればわかるように、本発明の実施例１〜４で得られたアルカリ乾電池では、温度変化の激しい環境の下で一定期間保管した後においてもいずれも漏液が全く認められなかった。これに対して、比較例１で得られたアルカリ乾電池では、サンプル１００個中の１５個に液のしみ出しが認められ、比較例２のアルカリ乾電池では、サンプル１００個中の１７個に液のしみ出しが認められた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、外装缶の封口部分の缶厚みを胴部分の缶厚みの1.４０倍以上としたので、外装缶の胴部分の厚みを0.１８mm以下と薄くしたにもかかわらず、温度変化による液のしみ出し現象を確実に防止することができる。したがって、外装缶の胴部分の厚みを薄くして電池内容積を増加させ、ひいては放電容量をアップさせたアルカリ乾電池においても良好な耐漏液性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したアルカリ乾電池の全体構造を示す断面図である。
【図２】 図１の単三形アルカリ乾電池の封口部分を拡大して示す部分拡大図である。
【図３】 本発明で用いられる負極端子板（金属板）の一例を示す平面図である。
【図４】 図３の負極端子板の断面構造を示す縦断面図である。
【図５】 負極端子板の他の一例を示すもので、その周辺部分の構造を一部省略および簡略化して示す断面図である。
【図６】 負極端子板の別の例を示すもので、その周辺部分の構造を一部省略および簡略化して示す断面図である。
【図７】 負極端子板のさらに別の例を示すもので、その周辺部分の構造を一部省略および簡略化して示す断面図である。
【図８】 従来のアルカリ乾電池（単三形アルカリ乾電池）の一般的な構造を示す断面図である。
【図９】 図８のアルカリ乾電池における封口部分を拡大して示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 外装缶
１ａ 外装缶の開口端部
２ 正極
３ セパレータ
４ 負極
５ 集電棒
６ 樹脂製封口体
６１ ボス部
６２ 外周部
６３ 連結部
６３ａ 防爆用の薄肉部分
６３ｂ 第１肉厚部分
６３ｃ 応力吸収部
６３ｄ 第２肉厚部分
７ 負極端子板（金属板、支持手段）
７７ 端子面
７８ 鍔面
７８ａ 鍔面平坦部
７８ｂ 湾曲部
α 端子面７７と鍔面平坦部７８とのなす角度
ｒ 平均曲率半径
Ａ 外装缶の封口部分
Ｂ 外装缶の胴部分

Claims (2)

1. 有底円筒状の外装缶の内部に、正極および負極と、これらの間に配置されるセパレータと、電解液とを収容し、外装缶の開口端部内に、樹脂製封口体と、これを内周から支える支持手段とを装着して、外装缶と支持手段とで樹脂製封口体を締め付けることにより外装缶の開口端部を封口したアルカリ乾電池であって、
   外装缶の胴部分の厚みが0.１８mmより薄くされており、外装缶の封口部分の厚みが胴部分の厚みの1.４０倍以上に設定されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
2. 外装缶は鋼板を絞り加工することで有底円筒状に形成されており、
   加工前の鋼板の厚みと封口部分の缶の厚みとが実質的に等しい請求項１記載のアルカリ乾電池。

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