JP6118564B2

JP6118564B2 - アルカリ電池用ガスケットおよびアルカリ電池

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Publication number: JP6118564B2
Application number: JP2013003824A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　拓也; 拓也鈴木; 山崎　龍也; 龍也山崎; 秀典都築
Original assignee: FDK Energy Co Ltd
Current assignee: FDK Energy Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP2014135242A

Description

この発明はアルカリ電池を構成する封口用のガスケットの改良技術に関する。

図１は、一般的なＬＲ６型の円筒形アルカリ電池１の構造を示しており、この図１では、円筒軸１００の延長方向を上下（縦）方向としたときの縦断面図を示している。図示したように、アルカリ電池１は、有底筒状の金属製電池缶２、環状に成形された正極合剤３、この正極合剤３の内側に配設された有底円筒状のセパレーター４、亜鉛合金を含んでセパレーター４の内側に充填される負極ゲル５、この負極ゲル５中に挿入された金属製の負極集電子６、皿状の金属製負極端子板７、封口用のガスケット（以下、ガスケット）２０などにより構成される。この構造において、正極合剤３、セパレーター４、負極ゲル５が、電解液の存在下でアルカリ電池１の発電要素を形成する。なお、以下では、電池缶２の底部側を下方として上下方向を規定することとする。

電池缶２は、電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤３に直接接触することにより、正極集電体を兼ねる。また、電池缶２の底面には正極端子８が形成されている。皿状の負極端子板７は、フランジ状の縁がある皿状で、正極端子８を下方としたとき、その皿を伏せた状態で電池缶２の開口にガスケット７を介してかしめられている。

負極ゲル５中に挿入された棒状の負極集電子６は、その上端が皿状の負極端子板７の下面に溶接されて立設固定されている。なお、負極端子板７、負極集電子６およびガスケット２０は、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられており、ガスケット２０が電池缶２の開口縁部と負極端子板７におけるフランジ状の縁との間に挟持されて電池缶２が封口される。また、電池缶２の周囲には熱収縮フィルムからなる外装ラベル９が被装されている。

図２は、ガスケット２０の構造を示す図であり、ここでは、電池缶２の開口にかしめられる前の形状を示しており、図２（Ａ）は、上方から見たときの平面図であり、この図では、ガスケット２０の各部位（２１〜２３）を異なるハッチングによって示している。（Ｂ）は、縦断面図であり、（Ａ）におけるａ−ａ矢視断面に対応する。ガスケット２０は、円盤の周囲に上方に立設する壁面（以下、外周部）２４が巡るカップ状で、円盤の中心は、負極集電子６が圧入される中空部（ボス孔）２２を備えた円筒状のボス部２１となっている。ボス部２１の外周から円盤の周縁に至る膜状の部分(以下、隔壁部）２３には同心円状の凹凸が形成され、この隔壁部２３によって電池缶２における発電要素の収納空間が密閉されて、電池缶２の内部が上下に仕切られる。そして、負極端子板７、負極集電子６およびガスケット２０は、封口体としてあらかじめ一体に組み合わせられており、ガスケット２０の外周部２４が、電池缶２の開口縁部と負極端子板７の縁との間に挟持された状態でかしめられることで、電池缶２が気密シールされる。

また、ガスケット２０の隔壁部２３の表面の一部には、溝などの薄肉部２５が形成されており、この薄肉部２５は、電池缶２内の圧力が異常に上昇した際に先行破断し、最終的に、その内圧の原因となったガスを負極端子板７に設けられた排気孔１０（図１参照）を介して大気開放させる防爆安全機構として機能する。

ところで、ガスケット２０は、一般的に、ポリアミド樹脂、いわゆるナイロン樹脂の一体成形品であり、射出成型により形成される。６−６ナイロン樹脂（以下、ナイロン６−６）がよく使用されている。また、以下の特許文献１には、アルカリ電池の高温高湿下での保存性および耐漏液性をさらに良くするために、ポリヘキサメチレンドデカミド樹脂、いわゆる６−１２ナイロン樹脂（以下、ナイロン６−１２）を使用したガスケットについて記載されている。さらに、以下の特許文献２には、負極集電子が圧入されるボス部の割れを防止するために、射出成形の樹脂材料として６−１２ナイロン樹脂の再生材を用いる技術について記載されている。

特開平１１−２５０８７５号公報特開２００７−８０５７４号公報

ナイロン樹脂のガスケットを使用した場合、アルカリ電池の製造過程で、ガスケットの中央ボス部に集電子を圧入して挿通させる際、そのボス部に割れが発生することがある。そして、その割れによって電池か漏液してしまうという問題を生じる。上記特許文献２に記載の発明では、６−１２ナイロン樹脂の再生材をガスケットの成型樹脂として用いることで、従来のに６−１２ナイロン樹脂におけるボス部の割れを防止することに成功している。

しかし、漏液の原因としては、上記のボス部の割れだけではない。例えば、ガスケットの樹脂材料における水分透過性に起因して、ガスケットを通して電池内部に侵入した水分が電池内の化学物質と反応してガスを発生させ、上記の防爆安全機構を作動させて漏液に至る、という場合もある。また、ガスケットの樹脂材料が水分を吸収して脆化することに起因して亀裂が生じ、その亀裂から漏液に至る、という場合もある。ガスケットに割れや亀裂が無くても、電池缶とガスケットの界面や負極集電子とボス部との界面における電解液の這い上がり（クリープ）現象によって漏液に至る場合もある。

そこで本発明は、原因が異なる多種多様な漏液を確実に防止できるアルカリ電池用のガスケットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、下方を底部とした有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が封口用のガスケットを介して嵌着されてなるアルカリ電池における前記ガスケットであって、
前記ガスケットは、樹脂材料からなり、円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の周縁から上方に立設する外周部と、前記円盤状の隔壁部の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部とを備え、
前記ボス部は、同軸に配置された外筒部と内筒部とから構成された二重筒状で、外筒部の内面に内筒部が固着されてなり、
前記内筒部が第１の樹脂材料によって形成され、
前記ボス部の外筒部と、当該外筒部に連続する前記隔壁部および前記外周部は、前記第１の樹脂材料とは物性が異なる第２の樹脂材料によって形成され、
前記第１の樹脂材料は、引っ張り強度が６５ＭＰａ以上であるとともに、ロックウェル硬度がＲ１００以上Ｒ１２０以下であり、
前記第２の樹脂材料は、平衡吸水率が５．００％以下であるとともに、ロックウェル硬度がＲ１００以上Ｒ１２０以下である、
ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケットとしている。

上記アルカリ電池用ガスケットにおいて、前記ボス部の外筒部の外径φｏと前記内筒部の外径φｉとの比φｉ／φｏ×１００（％）を５０％以上、９０％以下としてもよい。

また、有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が、上記いずれかアルカリ電池用ガスケッを介して嵌着されてなるアルカリ電池も本発明の範囲としている。

本発明のアルカリ電池用ガスケットによれば、多種多様な原因によって発生する漏液を確実に防止することができる。

一般的なアルカリ電池の構造を示す図である。上記一般的なアルカリ電池に組み込まれる従来のガスケットの構造を示す図である。本発明の一実施形態に係るガスケットの構造を示す図である。上記本発明の一実施形態に係るガスケットを組み込んだアルカリ電池の構造図である。上記本発明の一実施形態に係るガスケットの製造方法を説明する為の図である。物性が異なる二種類の樹脂で形成されたガスケットの構造の例を示す図である。上記本発明の一実施形態に係るガスケットにおけるボス部の各部位のサイズを説明するための図である。

＝＝＝実施形態＝＝
本発明の一実施形態に係るアルカリ電池用ガスケットは、図１に示した一般的なアルカリ電池１に内蔵されているものと同じ外観形状を有している。しかし、多様な漏液の原因に対応するため、ガスケットの部位に応じて異なる樹脂材料を用いている。

図３に本発明の一実施形態に係るアルカリ電池用ガスケット（以下、ガスケット）２０ａの構造を縦断面図にして示した。また、図４に、当該ガスケット２０ａを組み込んだアルカリ電池１ａの縦断面図を示した。本発明の一実施形態に係るガスケット２０ａでは、ボス部２１の割れに起因する漏液が、ボス部２１に負極集電子６をボス孔２２に圧入する際に、その集電子６がボス部２１の内面を押し広げようとする応力に耐えきれずに割れが発生することから、ボス部２１の内周側を、その応力に耐え得る樹脂材料で構成している。それによって、円筒状のボス部２１は、円筒軸１１０と同心となる内周側の内筒部２７ａと外周側の外筒部２６ａとからなる二重円筒状に形成されている。

このガスケット２０ａでは、隔壁部２３における水分の透過や吸収に伴う漏液については、この隔壁部２３を水分の吸収率（平衡吸水率）が低い樹脂材料で構成することで対応している。さらに、クリープ現象による漏液については、ガスケット２０ａと接触する電池缶２や負極集電子６の表面形状に追従する柔軟性を有しつつ、電池缶２の開口にかしめられる際の圧力によって塑性変形しない程度の硬度も必要となる。

なお、図３に示したガスケット２０ａでは、ボス部の内筒部２７ａとそれ以外の部位（２３，２４，２６ａ）とが異なる樹脂材料で形成され、異なる樹脂材料間の接合面は、周知の２色成型技術などを用いることで、一体化されて、ガスケット２０ａ自体が一体的な部品として電池缶２に組み込まれることになる。また、外筒部２６ａが有底円筒の底面の一部が開口する形状となっており、内筒部２７ａは、ボス部の下端２８まで延長していない。そして、外筒部２６ａの底面の開口径φ２は、ボス孔２２の内径φ１よりも大きく、それによって、内筒部２７ａの下面２９の周縁が外筒部２６ａの底面で覆われ、内筒部２７ａの下面の中央付近のみがボス部２１の下端２８から下方に露出している。

＝＝＝ガスケットの樹脂材料＝＝＝
図３に示したガスケット２０ａにおいて、内筒部２７ａの樹脂材料は、負極集電子６の圧入に際し、割れが生じない物性を備えていることが必要となり、それ以外の部位（２３，２４，２６ａ）の樹脂材料は、水分の吸収に起因する漏液が発生しないような物性を備えている必要となる。また、双方の樹脂材料には、ともに、クリープ現象が発生しない物性を備えていることが必要となる。

＜第１樹脂材料＞
まず、内筒部２７ａに用いる樹脂材料について検討する。上述したように、ボス部２１の割れは、アルカリ電池１ａの製造過程において、ボス部２１に負極集電子６を圧入することに起因する。すなわち、負極集電子６は、ボス部２１の内径を押し広げるように挿入され、この挿入時の応力が割れの原因となる。したがって、内筒部２７ａに用いる樹脂材料（以下、第１樹脂材料）には、負極集電子６の圧入に際して割れが生じない引っ張り強度が必要となる。そこで、ボス部２１の割れに起因する漏液の有無のみを確認することを目的として、図３ではなく、図２に示した従来のガスケット２０を様々な樹脂材料を用いて作製した。そして、樹脂材料が異なる各種ガスケット２０を用いて図１に示した従来のアルカリ電池１をサンプルとして作製した。また、各サンプルについて４０個の個体を作製した。そして、各個体について、ＪＩＳ規格に基づく、乾燥雰囲気中で４０日間、９０℃の温度下で保存する高温保存試験（９０℃／Ｄｒｙ保存試験）を行い、全個体について、当該試験後に漏液の有無を調べた。

表１に、各サンプルについての樹脂材料、引っ張り強度、および高温保存試験の結果を示した。

表１に示したように、引っ張り強度が６０ＭＰａ以下の樹脂材料からなるガスケット２０を用いたサンプル１〜７では、漏液が発生した個体が１個以上あった。引っ張り強度が６５ＭＰａ以上の樹脂材料からなるガスケット２０を用いたサンプル８〜１２では漏液が発生した個体が一つもなかった。したがって、内筒部２７ａを引っ張り強度が６５ＭＰａ以上の樹脂材料で形成することで負極集電子６の圧入による割れを確実に防止できる。

＜第２樹脂材料＞
つぎに、樹脂材料の吸水性や水分透過性に起因する漏液を防止するために、ボス部２１の内筒部２７ａ以外の部位（２３，２４，２６ａ）における樹脂材料（以下、第２樹脂材料）に求められる物性を検討した。具体的には、平衡吸水率が異なる各種樹脂材料を用いて、図２に示した従来のガスケット２０を作製し、それらガスケット２０を用いて図１に示したアルカリ電池１をサンプルとして作製した。なお、ここでも、各サンプルについて４０個の固体を作製した。そして、全ての個体を、これもＪＩＳ規格に基づく、温度６０℃で相対湿度９０％（９０％Ｒ．Ｈ．）の環境下で６０日間保存する試験を行い、各サンプルの４０個の個体の内、漏液に至ったサンプルの割合（％）を調べた。

表２に、各サンプルについての樹脂材料、平衡吸水率、および６０℃９０％Ｒ．Ｈ．保存試験の結果を示した。

表２に示したように、平衡吸水率が６％以上の樹脂材料で構成されているガスケット２０を組み込んだサンプル２１〜２５では漏液した個体が存在し、漏液した個体数は、平衡吸水率が大きいほど多い結果となった。そして、平衡吸水率が５％以下のサンプル１３〜２０では、全個体について漏液が発生しなかった。なお、６０℃９０％Ｒ．Ｈ．保存試験において漏液した個体には、アルカリ電池１の内部に侵入した水分によって発生したガスによる内圧上昇により防爆安全機構が正常動作することで漏液したものもあるし、ガスケット２０の樹脂材料自体が水分を吸収して脆化し、正常時の防爆安全機構の作動圧力以下で、ガスケット２０が破断し、漏液したものもある。いずれにしても、ガスケットの平面部には、平衡吸水率５％以下の樹脂材料を用いれば、隔壁部２３を介して侵入した水分や、吸収した水分による樹脂材料の脆化に起因する漏液を確実に防止することが可能となる。

＜第１、第２樹脂材料のロックウェル硬度＞
アルカリ電池におけるクリープ現象は、ガスケットが他の部材と接触する際、その接触面での密着性が低下することに起因して発生する。すなわち、樹脂材料が硬すぎると、他部材における微細な表面形状に追従できず密着性が低下する。一方、樹脂材料が柔らかすぎると、かしめによって圧縮したときに塑性変形し、圧縮した状態から復元できず、他部材との密着性を維持することができなくなる。

そこで、ロックウェル硬度が異なる各種樹脂材料を用いて、図２に示した従来のガスケット２０を作製し、それらガスケット２０を用いてアルカリ電池１を作製した。そして、同じガスケット２０を用いたアルカリ電池１をサンプルとして、各サンプルについて４０個の固体を作製し、全ての個体を、ＪＩＳ規格に基づく、温度６０℃５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で１００日間保存する試験を行い、各サンプルの４０個の個体の内、漏液に至ったサンプルの割合（％）を調べた。

なお、漏液の種別には、ガスケット２０の外周部２４と電池缶２の内面との密着性に起因するもの（正極クリープ）と、ガスケット２０のボス部２１における負極集電子６との密着性に起因するもの（負極クリープ）とがある。そして、正極クリープについては、漏液した電解液が外装ラベル９の装飾に用いられているインクを変性させる、所謂「色抜け」という現象によって漏液の発生を検出した。また、負極クリープについては、負極端子板７の外側にフェノールフタレインを塗布しておき、そのフェノールフタレインがアルカリ性の電解液によって変色することで漏液の発生を検出した。

表３に、各サンプルについての樹脂材料、ロックウェル硬度、および６０℃５０％Ｒ．Ｈ．保存試験の結果を示した。

表３に示したように、ロックウェル硬度がＲ１３０のサンプル３１では、ガスケット２０の樹脂材料が硬すぎたため、正極クリープと負極クリープの双方が発生していた。また、ロックウェル硬度がＲ９０以下のサンプル２６、２７では、ガスケット２０の樹脂材料が柔らかすぎたため、やはり、正極クリープと負極クリープの双方が発生していた。そして、ロックウェル硬度がＲ１００〜Ｒ１２０の範囲にあるガスケットを用いたサンプル２８〜３０では、クリープ現象に起因する漏液が発生していなかった。したがって、ガスケットの内筒部と平面部の樹脂材料のロックウェル硬度が、ともに、Ｒ１００以上Ｒ１２０以下であれば、クリープ現象に起因する漏液を確実に防止することが可能となる。

＝＝＝ガスケットの構造＝＝＝
上述したように、内筒部２７ａとその他の部位（２３，２４，２６ａ）とで異なる樹脂材料を用いることで、様々な原因に基づく様々な態様の漏液を確実に防止できる。しかし、これまでに検討した事項は、樹脂材料の選定であって、実際に内筒部２７ａとそれ以外の部位（２３，２４，２６ａ）とが異なる樹脂材料でできたガスケット２０ａを用いてアルカリ電池１ａを作製したわけではない。そこで、以下では、内筒部２７ａとそれ以外の部位（２３，２４，２６ａ）とが、それぞれ、第１樹脂材料と第２樹脂材料でできたガスケット２０ａを実際に作製し、そのガスケット２０ａ自体、あるいはそのガスケット２０ａを組み込んだアルカリ電池１ａが実用に耐え得るものであるか否かを検証した。

＜製造方法＞
まず、内筒部２７ａとそれ以外の部位（２３，２４，２６ａ）とが異なる樹脂材料でできたガスケット２０ａの製造方法について説明する。図５（Ａ）〜（Ｄ）に、その製造方法の概略を示した。なお、この図では、金型５０や、その金型５０内に形成される樹脂材料の射出空間（５１，５３）の形状などが簡略化されている。

まず、図５（Ａ）に示したように、射出成形用の金型５０内で、内筒部２７ａを成形するための射出空間５１に可動スペーサー５２を挿入しておく。つぎに、（Ｂ）に示したように、内筒部２７ａ以外の部位（２３，２４，２６ａ）の形状を有する射出空間５３内に溶融した第２樹脂材料６０を射出する。第２樹脂材料６０が冷却、固化すると、（Ｃ）に示したように、内筒部２７ａ以外の部位（２３，２４，２６ａ）となる成形品（以下、先行成形品）６１が形成される。そして、この状態で、可動スペーサー５２を引き抜く。そして、（Ｄ）に示したように、同じ金型５０内に先行成形品６１を残したまま、内筒部２７ａとなる溶融した第１樹脂材料６２をその射出空間５１に射出する。このとき、先行成形品６１は、溶融した第１樹脂材料６２との接触界面が溶解し、この接触界面にて第１樹脂材料と第２樹脂材料とが溶融する。そして、第１樹脂材料とこの接触界面が冷却、固化すると、先行成形品６１の内側に内筒部２７ａが固着して一体化されたガスケット２０ａが完成する。なお、以下では、第１樹脂材料で形成されている部位を第１樹脂部、第２樹脂材料で形成され手いる部位を第２樹脂部と称することとする。

＜ガスケットの変形例＞
図３に示した本発明の一実施形態に係るガスケット２０ａは、内筒部２７ａと、それ以外の部位（２３，２４，２６ａ）とが異なる物性を有する第１樹脂材料と第２樹脂材料で形成されている、という構造に特徴を有していた。しかし、図３に一実施形態として示したガスケット２０ａに限らず、負極集電子６と接触するボス部２１の内周側が第１樹脂材料で、それ以外の部位が第２樹脂材料であるならば、図３に示したガスケット２０ａ以外の構造も考えられる。すなわち、第１樹脂部と第２樹脂部の接合界面の位置や形状が異なる様々なガスケットが考えられる。図６に、第１および第２樹脂材料を一体成形してなる構造のガスケット（２０ａ〜２０ｄ）を幾つか例示した。

図６（Ａ）に示したガスケット２０ａは、図３に示したものと同じ構造であり、内筒部２７ａが第１樹脂部７０ａであり、それ以外の部位（２３，２４，２６ａ）が第２樹脂部７１ａとなる。そして、ボス部２１の外筒部２６ａが内筒部２７ａの下面の周縁を覆い、内筒部２７ａは、ボス部２１の下端２８まで延長せず、下面２９の中央付近のみが下方に露出している。第１樹脂部と第２樹脂部の接合界面３０ａは、外筒部２６ａと内筒部２７ａとの境界面となる。

図６（Ｂ）に示したガスケット２０ｂは、（Ａ）と同様に、内筒部２７ｂが第１樹脂部７０ｂであり、それ以外の部位（２３，２４，２６ｂ）とが異なる樹脂材料で形成されている第２樹脂部７１ｂであるものの、内筒部２７ｂがボス部２１の下端２８まで延長して、その下面２９の全てが下方に露出している。この場合も、第１樹脂部７０ｂと第２樹脂部７１ｂの接合界面３０ｂは、外筒部２６ｂと内筒部２７ｂとの境界面となるが、その接合界面３０ｂの面積は、外筒部２６ｂに底面がないので、（Ａ）に示したガスケット２０ａにおける接合界面３０ａより小さい。

図６（Ｃ）に示したガスケット２０ｃは、ボス部２１全体が第１樹脂材料で形成された第１樹脂部７０ｃであり、隔壁部２３と外周部２４が第２樹脂材料で形成された第２樹脂部７１ｃとなる。そして、ボス部２１と隔壁部２３との境界が接合界面３０ｃとなる。（Ｄ）に示したガスケット２０ｄは、ボス部２１全体が第１樹脂材料で形成されているものの、隔壁部２３の内周側がボス部２１に埋め込まれるように内方に向かって延長し、その先端は、薄肉部２５よりも厚くなっている。そして、接合界面３０ｄは、ボス部２１の側面に埋め込まれた、隔壁部２３の先端部分となる。したがって、第１樹脂部７０ｄは、ボス部２１からこの埋設された隔壁部２３の先端部分を除いた部分となる。そして、このボス部２１に埋設された隔壁部２３の先端部分から、この隔壁部２３を経て外周部２４に至る部位が第２樹脂部７１ｄとなる。（Ｅ）に示したガスケット２０ｅは、隔壁部２３に接合界面３０ｅを有して、ボス部２１と隔壁部２３の内周側から外側に向かう途上にある接合界面３０ｅまでが第１樹脂材料部７０ｅとなる。

なお、図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示した構造のガスケット２０ｂ〜２０ｅについては、先に図５に示した射出成形に用いる金型５０内に配置される可動スペーサー５２の形状や移動方向を最適化したり、第１樹脂部と第２樹脂部を個別に成形する二つの金型を用いたりするなど、周知の２色成型法によって製造することができる。

＜最適なガスケットの構造＞
上述したように、第１樹脂部（７０ａ〜７０ｅ）と第２樹脂部（７１ａ〜７１ｅ）との接合界面（３０ａ〜３０ｅ）の位置や形状に応じて様々なガスケット（２０ａ〜２０ｅ）の構造が考えられるが、これらの構造のガスケット（２０ａ〜２０ｅ）が実用に耐え得るものであるか否かを検証する必要がある。そこで、図６に示した５種類のガスケット（２０ａ〜２０ｅ）に加え、図２に示した従来のガスケット２０を用いてアルカリ電池を作製し、それらの各種アルカリ電池をサンプルとして、上記の３通りの保存試験（９０℃／Ｄｒｙ保存試験，６０℃９０％Ｒ．Ｈ．保存試験，６０℃５０％Ｒ．Ｈ．保存試験）を実施した。また、電池缶２の開口をガスケット（２０，２０ａ〜２０ｅ）を介して負極端子板７で封口しただけの中空のサンプルも作製し、その中空の電池缶２の底部に孔を開け、その孔から圧搾空気を注入して防爆安全機構の作動試験（作動圧試験）を行った。すなわち、アルカリ電池の規格によって規定された圧力範囲内で防爆安全機構が作動するか否かを調べた。

さらに、射出成形時の成形性についても検討した。具体的には、図６に示した各構造のガスケット（２０ａ〜２０ｄ）と従来のガスケット２０について、それぞれ保存試験や作動圧試験に必要な数の個体を作製した際、ガスケット（２０，２０ａ〜２０ｅ）を電池缶２に組み込む前に、各個体を目視により検査し、同一構造のガスケット（２０，２０ａ〜２０ｅ）における複数の個体で成型状態が均一であるか否かを調べた。また、異なる樹脂材料同士の接合界面（３０ａ〜３０ｅ）に接合痕（ウェルド）があるか否かも目視により調べた。

なお、ガスケット（２０，２０ａ〜２０ｅ）を形成する樹脂材料については、従来のガスケット２０については、全てをナイロン６−６としたサンプルと、全てをナイロン６−１２としたサンプルとを作製し、図６に示したガスケット（２０ａ〜２０ｅ）については、第１樹脂部（７０ａ〜７０ｅ）の樹脂材料を、引っ張り強度とロックウェル硬度が先に規定した最適値となるナイロン６−６とし、第２樹脂部（７１ａ〜７１ｅ）を、平衡吸水率、ロックウェル硬度が先に規定した最適値となるナイロン６−１２とした。もちろん、第１樹脂部（７０ａ〜７０ｅ）と第２樹脂部（７１ａ〜７１ｅ）は、ナイロン６−６とナイロン６−１２である必要はなく、各樹脂部（７０ａ〜７０ｅ，７１ａ〜７１ｅ）のそれぞれが、上述した適正な物性を備えていればよい。

表４にガスケットの構造と各種試験結果との対応関係を示した。

表４において、ガスケット構造は、上記の各図に記載した符号によって示した。すなわち、サンプル３２、３３は、図２に示した従来のガスケット２０である。また、サンプル３４は、図３および図６（Ａ）に示したガスケット２０ａであり、サンプル３６〜３８は、それぞれ、図６（Ｂ）〜（Ｅ）に示したガスケット（２０ｂ〜２０ｅ）である。また、成形性については、主に、固体間での均一に成形できている場合を「○」で表記し、成形自体は可能であるものの、成形状態が固体間で形状やサイズが所定の誤差範囲から外れて不均一となる場合やウェルドが発生した場合を「△」で表記している。

まず、各サンプル３２〜３８のうち、サンプル３２は、実際には、第１樹脂部と第２樹脂部の区別が無い従来のガスケット２０を用いており、当該ガスケット２０は、引っ張り強度が最適数値範囲にあり、さらにクリープ現象に起因する漏液も確実に防止できるナイロン６−６で形成されている。このサンプル３２は、９０℃Ｄｒｙ保存試験では全個体において漏液が発生しなかったものの、６０℃９０％Ｒ．Ｈ．保存試験において、防爆安全機構が作動したことに起因する漏液（弁作動）が３０％の個体に発生した。また、サンプル３２と同様に、従来のガスケット２０で、樹脂材料にナイロン６−１２を用いたサンプル３３では、６０℃９０％Ｒ．Ｈ保存試験、および６０℃５０％Ｒ．Ｈ．保存試験では、漏液した個体がなかったが、９０℃Ｄｒｙ保存試験において、１０％の個体にボス部の割れに起因する漏液（弁作動）が発生した。

一方、図６（Ａ）〜（Ｅ）に示したガスケット（２０ａ〜３０ｅ）を用いたサンプル３４〜３８のうち、ボス部２１が二重筒状となっているサンプル３４、３５以外のサンプル３６〜３８では、６０℃５０％Ｒ．Ｈ．試験において、接合界面（３０ｃ〜３０ｅ）から漏液した個体があった。これは、主に、接合界面（３０ｃ〜３０ｅ）の断面積が小さいことに起因し、第１樹脂材料と第２樹脂材料との接合強度が低かったためと思われる。また、サンプル３６、３７では、作動圧試験において、規格よりも低い圧力で防爆安全機構が作動した個体が存在した。これは、ガスケット（２０ｃ，２０ｄ）において先行破断する薄肉部２５、あるいはその近傍に接合界面（３０ｃ，３０ｄ）が存在することに起因していると思われる。なお、隔壁部２３とボス部２１との境界部分、あるは隔壁部２３の途上に接合界面（３０ｄ，３０ｅ）があるサンプル３７、３８では、その接合界面（３０ｄ，３０ｅ）にウェルドが発生した個体があり、良好な成形性を有している、とは言い難い。

そして、図６（Ａ）（Ｂ）に示した、ボス部２１が二重筒状となっているガスケット（２０ａ，２０ｂ）を用いたサンプル３４、３５では、接合界面（３０ａ，３０ｂ）の面積が十分に広く、各保存試験によって漏液を起こした個体が無かった。また、作動圧も全ての個体で正常であり、二種類の樹脂を一体成形する、という工程上の複雑さはあるものの、一般的な射出成形技術で成形することが可能であり、ウェルドの発生も無く、成形性も問題がなかった。以上により、ボス部２１が外筒部（２６ａ，２６ｂ）と内筒部（２７ａ，２７ｂ）とからなる二重筒状となるガスケット（２０ａ，２０ｂ）が、本発明の実施形態となる。

＜ボス部の最適形状＞
上述したように、本発明の実施形態に係るガスケット（２０ａ，２０ｂ）では、ボス部２１が二重筒状であることが特徴となる。そこで、図７に示したように、図３や図６（Ａ）に示したガスケット２０ａについて、ボス部２１の外筒部の径φｏと内筒部との径φｉとの比φｉ／φｏに有為性があるか否かを調べた。具体的には、ボス孔２２の内径φ１がφ１＝１．４５ｍｍで、ボス部２１の外筒部２６ａの直径φｏと内筒部２７ａとの直径φｉとの比（筒部直径比）が異なる各種ガスケット２０ａを作製し、ボス孔２２の内径φ１＝１．４５ｍｍに対して外径１．７ｍｍの試験針をこのボス孔２２に挿入する試験針試験を行ってボス部２１の割れの有無を確認するとともに、この筒部直径比φｉ／φｏが異なる各種ガスケット２０ａを用いて電池缶２を封口した中空の電池を作製し、上記の作動圧試験を行った。ここでは、同一条件で作製したガスケット２０ａを４０個ずつ作製した。また、ガスケット２０ａの作製時に成形性を調べた。

表５に、筒部直径比と、成形性、試験針試験、および作動圧試験の結果を示した。

表５は、同じ条件で作製したガスケット２０ａ、およびそのガスケット２０ａを用いた中空の電池をサンプルとし、各サンプルについての、成形性、試験針試験、および作動圧試験の結果を示している。成形性については、成形状態や成形時の管理の難しさなどに応じて、良好な状態から順に「◎」「○」「×」で表記した。そして、百分率で表した筒部直径比（φｉ／φｏ×１００）が３０％以下であるサンプル３９、４０では、外筒部２６ａが薄すぎるため、成形自体ができず、「×」判定となった。したがって、これらのサンプル３９、４０に対する試験針試験と作動圧試験は行わなかった。

また、筒部直径比が４０％、あるいは９５％であるサンプル４１、４５は、外筒部２６ａが他のサンプルよりも薄い、あるいは厚いため、成形時の樹脂温度や成形後の冷却時間などの管理を厳密にしないと、個体間でのバラツキが大きくなる傾向があり、「○」判定とした。なお、ボス内周比が５０％≦φｉ／φｏ≦９０％のサンプル４２〜４４については成形性に問題がなく「◎」判定となった。

試験針試験については、サンプル４１〜４５の内、ボス外周部が薄いサンプル４１では、ボス割れが発生した個体があった。また、ボス部外周部が９０％で厚いサンプル４５では、作動圧が規格で規定された圧力範囲よりも低い圧力で防爆安全機構が作動した個体があった。

１、１ａアルカリ電池、２電池缶（電池缶）、３正極合剤、４セパレーター、
５負極ゲル、６負極集電子、７負極端子板、８正極端子、
２０，２０ａ〜２０ｅガスケット、２１ボス部、２２ボス孔、
２３隔壁部、２４外周部、２５薄肉部、２６ａ，２６ｂ外筒部、
２７ａ，２７ｂ内筒部、３０ａ〜３０ｅ接合界面、５０金型、
５１，５３射出空間、５２可動スペーサー、６０第２樹脂材料、
６２第１樹脂材料、７０ａ〜７０ｅ第１樹脂部、７１ａ〜７１ｅ第２樹脂部
φｏボス部（外筒部）の外径、φｉ内筒部の外径、φ１ボス孔の内径

Claims

下方を底部とした有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が封口用のガスケットを介して嵌着されてなるアルカリ電池における前記ガスケットであって、
前記ガスケットは、樹脂材料からなり、円盤状の隔壁部と、当該隔壁部の周縁から上方に立設する外周部と、前記円盤状の隔壁部の中心にて上下方向に中空円筒状に突設されているボス部とを備え、
前記ボス部は、同軸に配置された外筒部と内筒部とから構成された二重筒状で、外筒部の内面に内筒部が固着されてなり、
前記内筒部が第１の樹脂材料によって形成され、
前記ボス部の外筒部と、当該外筒部に連続する前記隔壁部および前記外周部は、前記第１の樹脂材料とは物性が異なる第２の樹脂材料によって形成され、
前記第１の樹脂材料は、引っ張り強度が６５ＭＰａ以上であるとともに、ロックウェル硬度がＲ１００以上Ｒ１２０以下であり、
前記第２の樹脂材料は、平衡吸水率が５．００％以下であるとともに、ロックウェル硬度がＲ１００以上Ｒ１２０以下である、
ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケット。
請求項１において、前記ボス部の外筒部の外径φｏと前記内筒部の外径φｉとの比φｉ／φｏ×１００（％）は、５０％以上、９０％以下である、ことを特徴とするアルカリ電池用ガスケット。
有底円筒状の電池缶内に、環状の正極合剤と、当該正極合剤の内側に配置される有底円筒状のセパレーターと、当該セパレーターの内側に配置される負極ゲルとが収納されているとともに、前記電池缶の開口に負極端子板が、請求項１または２に記載の前記アルカリ電池用ガスケットを介して嵌着されてなることを特徴とするアルカリ電池。