JP4958161B2

JP4958161B2 - アルカリ乾電池

Info

Publication number: JP4958161B2
Application number: JP2007072431A
Authority: JP
Inventors: 誠浦出; 昭一郎立石; 浩二小出; 真一岩本; 三七十郎牛島
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2007207765A

Description

本発明は、筒形アルカリ乾電池の封止技術に関する。

〈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の基本構造は、例えば特許文献１に記載されており、公知である。そこでは、図１１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を封口した構成とされている。

〈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。

〈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１２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図１３に示すよう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。なお、図１２および図１３において符号１０７ｆおよび２０７ｆは、セル室Ｃ内で発生したガスを外部に放出するためのガス抜き孔をそれぞれ示している。

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。

特開平８−２２２１８９号公報

ところが、筒形アルカリ乾電池おいては負極端子板２０７の中央側の部分つまり端子面の部分を凸形状とすることが事実上の標準となっていることから、封口体６の外周部６２を内周から支える支持手段１０７として金属ワッシャ（以下、金属ワッシャについても必要に応じて符号１０７を使用する）を備えた図１２および図１３に示したような従来の封口構造では、金属ワッシャ１０７を挟んで電池の高さ方向に上下２つの空隙部分、すなわち封口体６の連結部６３側の空間Ｓ₁ と負極端子板２０７側の空間Ｓ₂ とが存在することとなる。このうち、前者の空間Ｓ₁ は内部圧力の上昇に伴う封口体６の連結部６３あるいはその薄肉部分６３ａの変形を許すために必要な部分であるが、後者の空間Ｓ₂ は負極端子板２０７が表面側に凸形状となっているために形成されるもので、本来は無くても良い無駄な部分である。このような無駄な空間Ｓ₂ が封口部分に存在するため、従来の封口構造では、全体として封口部分の厚みつまり体積が必要以上に大きくならざるを得ず、そのぶんだけ放電容量に直接関係する電池活物質が充填されるセル室Ｃの容積つまり電池の内容積が制限されるといった問題がある。

そこで、封口部分の容積を必要以上に大きくしないようにするため、金属ワッシャ１０７を廃止し、その代わりに負極端子板２０７を、封口体６を内側から支える支持手段として利用することが考えられる。しかしながら、製作コスト上の理由から負極端子板２０７には金属ワッシャ１０７よりも厚みの薄いもの（通常は厚み0.４mmのもの）が使用されることから、上記の手法を採用した場合には、封口体６をかしめる際に負極端子板２０７が変形してしまい、封口体６の外周部６２を締め付ける力が充分でなくなる。このため、電池に激しい温度変化を加えたときなどに、外装缶１と封口体６との間を経由して内部の電解液が外部に漏れ出るおそれがある。

本発明は、これらの問題を解消するためになされたものであり、樹脂製の封口体を備えた筒形アルカリ乾電池において、封口体を内周から支える支持手段として、負極端子板（負極端子）を兼ねる金属板１枚だけを使用し、同時にこれの外周部の形状を工夫することにより、封口部分の厚みもしくは体積が必要以上に大きくならないようにして電池の内容積の増大ひいては電池容量の向上を図り、しかも温度変化等があった場合においても電池内の電解液が外部に漏出しないようにすることを目的とする。

樹脂製封口体を備えたアルカリ乾電池において、封口体の支持手段として負極端子板を兼ねた金属板を使用した場合、封口体をかしめたときに内側の金属板（負極端子板）の強度が弱いと封口体樹脂を押さえつける力が弱くなり、その結果、封口体と外装缶との間から電解液が漏出する事態を招く。そこで、本発明者らは金属板の外周部に特定の曲げ加工を施し、金属板の加工硬化と、金属板と封口体樹脂との接触面積を増加させることで上記の問題を解決した。

すなわち、本発明は、図１および図２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（図示せず）とを収容し、外装缶１の開口端部１ａ内に樹脂製封口体６とこれを内周から支える支持手段とを装着して、外装缶１と支持手段とで樹脂製封口体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、前記支持手段として、負極端子板を兼ねた１枚の金属板７（以下、負極端子板７ともいう）を使用し、この負極端子板７の外周部に全周にわたって、外装缶１との間で樹脂製封口体６を挟持する部分として、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ほぼＣ字状または弧状を呈する平均曲率半径１mm以下の湾曲部７８ｂを設けたことを特徴とする。なお、湾曲部７８ｂの平均曲率半径ｒとは、後述するように、湾曲部７８ｂ断面の外周を縁取る曲線に対し、曲線上の各点からの距離の合計が最小となるような円の半径のことを指す（図５〜図７参照）。

具体的には、例えば図５に示すように、１枚の鋼板からなる負極端子板（金属板）７の外周部に全周にわたって、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ｒ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た湾曲部７８ｂを設ける。

負極端子板７が加工硬化によって増加する強度は、負極端子板７を微小領域に仮想的に分割したときの各微小領域での変形量を全領域にわたって積分した値が大きいほど増加すると考えられる。したがって、曲げ部分（本発明では湾曲部７８ｂ）の曲率半径が大きくなり過ぎると微小領域での変形量が小さくなるので加工硬化による強度増加が見込めず、逆に曲げ部分の曲率半径が小さすぎると局所的な変形量が大きくなるが、変形している部分の総体積が小さいために、加工硬化による強度増加は見込めない。実験的には曲率半径が0.１〜1.０mmの場合に塑性変形による強度増加が大きかった。

また、湾曲部７８ｂの角度が大きいほど変形の起こる領域の体積が増えるので加工強化による強度増加が大きくなり好ましい。角度が９０度以下であれば金属板７の縁が八の字状に広がった形状になり、電池内圧が異常に上昇した時に封口部分が抜けやすいので、９０度以上が好ましい。ただし、負極端子板７の湾曲部７８ｂの角度が１８０度を超えるとプレス加工が困難になり、コストが増大するので、角度は１８０度以下が好ましい。

湾曲部７８ｂが封口体６と接する角度範囲は大きいほど液の浸み出しを防ぐ面積が大きくなり好ましい。この角度は先述の負極端子板７の湾曲部７８ｂを設ける角度の下限値である９０度より大きい程良い。ただし、１８０度を超えると通常の封口方式では負極端子板７と封口体樹脂の押さえつけが効かなくなるので意味がない。

ここで、本発明でいう湾曲部７８ｂを設ける角度範囲とは、例えば図５に示すように、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分７ｃの両端がなす角度θ₁ を意味する。また、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。

本発明では、上記の負極端子板（金属板）７として、通常は厚み0.４mm程度のめっき鋼板を使用する。これは、本発明では、封口体の支持手段である金属板が負極端子板を兼ねており、負極端子板には、コスト面等で有利な前記のような厚みを有するめっき鋼板が一般に使用されるからである。

封口体６を支える支持手段としての機能を持つ金属板に負極端子板としての機能を併せ持たせるために、言い換えれば金属板で構成される負極端子板７に支持手段としての機能を持たせるために、負極端子面となる金属板７の中央側の部分（以下、端子面という）は、通常の負極端子板のそれのように、内面側から外面側に向かう方向に凸状、全体としてはハット状に形成する。要するに、負極端子板を兼ねる金属板７は、全体としての形状はハット状であるが、その外周部には、厚み方向の断面形状がほぼＣ字状または弧状の湾曲部７８ｂが設けられており、この湾曲部７８ｂの平均曲率半径ｒが１mm以下で、当該湾曲部７８ｂにおいて封口体６と前記の角度範囲にわたって接触している構成とするのである。

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。

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。

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。

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１２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１１および図１２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。

さて、図１１および図１２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。

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。

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。

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。

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。

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1.４倍以上に設定されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

〔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。

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。

〈実施例５〉
電解法による二酸化マンガンと黒鉛と水とを９２：５：３（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。次に、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。

次に、厚み１００μｍのビニロンとレーヨン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。

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の孔に挿通して装着し、負極集電棒と負極端子板（金属板）とをスポット溶接により接合した。ここで用いた負極端子板は図５に簡略化して示したタイプの金属板７で、その湾曲部７８ｂの平均曲率半径ｒは0.６mm、湾曲部分７ｃが形成されている角度範囲（θ₁ ）は１５０度、湾曲部７８ｂが封口体６と接している角度範囲（θ₂ ）は１２０度である。これらの負極端子板は、厚さ0.４mmのニッケルめっき鋼鈑を、打ち抜き・プレス加工することで作成した。この負極端子板をナイロン６−６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、図１に示したような単３形アルカリ乾電池を作成した。

なお、以上の実施例５および後述する実施例６・７ならびに比較例３〜６においては、いずれも負極端子板にめっき鋼鈑を用いたが、これは加工が容易で耐食性が良いうえに廉価な材料であるためである。国内で販売されているアルカリ乾電池は、すべてこの種のめっき鋼鈑を使用している。また、この鋼鈑の厚みを0.４mmとしたのは、鋼鈑の厚みが0.５mm以上であれば原板から負極端子板を打ち抜く際に金型の摩耗が激しくコスト面で不利となるからである。

〈実施例６〉
金属板（負極端子板）の外周部における湾曲部分の平均曲率半径を0.８mmとした以外は、実施例５と同様の単三形アルカリ乾電池を作成した。

〈実施例７〉
金属板（負極端子板）の外周部における湾曲部分の平均曲率半径を1.０mmとした以外は、実施例５と同様の単三形アルカリ乾電池を作成した。

〈比較例３〉
図８に示すように金属板（負極端子板）７の外周部に湾曲部分や曲げ部分を設けず、金属板７の平坦な外周部と外装缶１とで封口体６を挟んでかしめたこと以外は、実施例５と同様にして単三形アルカリ乾電池を作成した。

〈比較例４〉
図９に示すように金属板（負極端子板）７の外周部に９０度折り曲げられた曲げ部分２０を設け、この曲げ部分２０と外装缶１とで封口体６を締め付けたこと以外は、実施例５と同様にして単三形アルカリ乾電池を作成した。なお、この場合の曲げ部分２０の外側のコーナーは微小な曲面となるが、この曲面の平均曲率半径ｒは0.３mmであった。

〈比較例５〉
金属板（負極端子板）７の外周部における湾曲部７８ｂの平均曲率半径ｒを1.４mmとした以外は、実施例５と同様の単三形アルカリ乾電池を作成した。

〈比較例６〉
図１０に示すように金属板（負極端子板）７の外周部に、内側に９０度折り曲げられてその外周端側をさらに外側に僅かに曲げられた曲げ部分３０を設け、この曲げ部分３０と外装缶１とで封口体６締め付けたこと以外は、実施例５と同様にして単三形アルカリ乾電池を作成した。なお、この場合の曲げ部分３０の外面側には、コーナー部を形成する第１の折曲面３１と末端側の第２の折曲面３２とが存在するが、これらの折曲面３１・３２の平均曲率半径ｒは、それぞれ0.３mmと0.４mmであった。

〔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の電池のうち、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の間から内部の強アルカリ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２にその結果を示す。

この表を見ればわかるように、本発明の実施例５〜７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３で得られたアルカリ乾電池では、サンプルとして用いた１００個すべてに液漏れが認められ、最も良好な耐漏液性を示した比較例６のアルカリ乾電池でも、サンプル１００個のうち２個には液漏れが生じているのが認められた。

以上のように、本発明によれば、樹脂製の封口体を備えた筒形アルカリ乾電池において、封口体を内周から支える支持手段として、負極端子を兼ねる金属板１枚だけを使用し、同時にこれの外周部に所定の湾曲部分を形成したことにより、電池の実質的な内容積を増大させることができるでけでなく、封口部分における耐漏液性（液密性もしくはシール性）も高めることができる。これにより、高容量で、しかも温度変化等があった場合においても液漏れの生じないアルカリ乾電池を実現できることとなる。

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。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３の負極端子板の断面構造を示す縦断面図である。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。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。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。本発明の比較例３で用いた金属板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。本発明の比較例４で用いた金属板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。本発明の比較例６で用いた金属板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。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１１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。従来のアルカリ乾電池（単三形）において封口体の連結部が金属板（金属ワッシャ）のガス抜き孔を塞いだ状態を示す模式図である。

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
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
ｒ平均曲率半径

Claims

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、
前記支持手段として、負極端子板を兼ねた１枚の金属板が使用されており、
この金属板の外周部には全周にわたって、外装缶との間で樹脂製封口体を挟持する部分として、当該金属板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湾曲形成された湾曲部が設けられていることを特徴とするアルカリ乾電池。
湾曲部は、金属板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樹脂製封口体と９０度より大きい角度範囲にわたって接触している、請求項１記載のアルカリ乾電池。