JP7478027B2 - アルカリ電池用のガスケット部材、及びアルカリ電池 - Google Patents

Description

本発明は、アルカリ電池用のガスケット部材、及びアルカリ電池に関する。

アルカリ電池としては、電池缶の内部に設けられた集電棒を支持するガスケット部材を備えており、ガスケット部材に、例えば、誤使用に伴って発生する内部ガスを電池缶の外部へ排出するための安全弁が形成されたものが知られている。この種のアルカリ電池用のガスケット部材は、集電棒を支持する円筒状の支持部と、電池缶に支持される外周部と、支持部の外周に沿って形成された環状の安全弁と、を有する。安全弁は、ガスケット部材の厚さが薄く形成されており、内部ガスの圧力で破断することにより、内部ガスを排出する。

特開２００１－３５１５８５号公報

上述した環状の安全弁は、周方向にわたって厚さが均一に形成されており、安全弁の周方向において破断する位置や、破断が進行する方向が不規則である。つまり、安全弁が破断した際に、安全弁の周囲における厚さが厚い肉厚部分に破断が生じる場合がある。このように安全弁以外の箇所が破断した場合には、電池缶の内部ガスをスムーズに排出することができずに、電池缶が破裂するおそれがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、安全弁の周方向に沿って安全弁を規則的に破断させることができるアルカリ電池用のガスケット部材、及びアルカリ電池を提供することを目的とする。

本願の開示するアルカリ電池用のガスケット部材の一態様は、電池缶の開口を封止する、アルカリ電池用のガスケット部材であって、前記電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、前記支持部の外周に沿って形成された環状の安全弁と、前記電池缶に支持される外周部と、を備え、前記安全弁は、前記安全弁の周方向において前記安全弁の厚さが最小に形成された最薄部を有し、前記厚さが、前記最薄部から前記周方向に沿って連続的に厚くなるように形成されている。

本願の開示するアルカリ電池用のガスケット部材の一態様によれば、安全弁の周方向に沿って安全弁を規則的に破断させることができる。

図１は、実施例のアルカリ電池を示す縦断面図である。 図２は、実施例のアルカリ電池の要部を示す縦断面図である。 図３は、実施例のアルカリ電池のガスケット部材を示す平面図である。 図４は、実施例のアルカリ電池のガスケット部材を示す図３におけるＡ－Ａ断面図である。 図５は、実施例のアルカリ電池のガスケット部材を示す図３におけるＢ－Ｂ断面図である。 図６は、実施例のアルカリ電池の負極端子のガス抜き穴を示す斜視図である。

以下に、本願の開示するアルカリ電池用のガスケット部材、及びアルカリ電池の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示するアルカリ電池用のガスケット部材、及びアルカリ電池が限定されるものではない。

（アルカリ電池の構成）
図１は、実施例のアルカリ電池を示す断面図である。図１に示すように、実施例のアルカリ電池１は、水溶液系一次電池、いわゆる乾電池である。アルカリ電池１は、開口３ａを有する円筒状の電池缶３と、集電棒４と、正極材料５及び負極材料６と、正極材料５と負極材料６とを仕切るセパレータ部材７と、電池缶３の開口３ａを封止するガスケット部材８と、を備える。また、アルカリ電池１は、電極端子として、電池缶３の一端に形成された正極端子１１と、電池缶３の他端に配置された負極端子１２と、を備える。

電池缶３の一端には、正極端子１１が一体に形成されている。電池缶３の他端には、電池缶３の外周に沿ってビーディング加工されたくびれ部（ビーディング部）３ｂが形成されている。電池缶３のくびれ部３ｂには、開口３ａを塞ぐように負極端子１２及びガスケット部材８が設けられている。集電棒４は、電池缶３の内部の中央に配置されている。集電棒４は、基端部がガスケット部材８に支持されており、先端部が正極端子１１側に向かって延びている。

負極材料６は、電池缶３の内部における集電棒４の周囲に設けられており、例えば、亜鉛を主成分とするゲル状の負極合剤が用いられる。正極材料５は、電池缶３の内部に収容された負極材料６の外周側に、セパレータ部材７を挟んで設けられている。正極材料５としては、例えば、リング状の正極合剤が用いられており、集電棒４の軸方向に沿って複数のリング状の正極合剤が積層されて配置されている。セパレータ部材７は、例えば、不織布等によって円筒状に形成されており、集電棒４の軸方向に沿って配置されている。

（ガスケット部材の構成）
図２は、実施例のアルカリ電池１の要部を示す縦断面図である。図３は、実施例のアルカリ電池１のガスケット部材８を示す平面図である。

図２及び図３に示すように、アルカリ電池１のガスケット部材８は、集電棒４の一端部を支持する支持部としての円筒状の中央部１５と、中央部１５の外周に沿って形成された環状の安全弁１６と、電池缶３の開口３ａに支持される環状の外周部１７と、を有する。また、ガスケット部材８は、安全弁１６と外周部１７との間に形成された環状の中間部１８と、外周部１７を中間部１８に対して弾性変形可能にする緩衝部１９と、を有する。本実施例のガスケット部材８おける安全弁１６は、電池缶３の内部ガスによって破断される溝状の肉薄部分を指す。

中央部１５は、集電棒４が通される支持穴１５ａを有しており、図２に示すように、集電棒４が負極端子１２に接するように支持穴１５ａに支持されている。外周部１７は、電池缶３のくびれ部３ｂ近傍と負極端子１２の外周部との間に挟み込まれることで、ガスケット部材８が電池缶３に支持されている。

中間部１８には、図２に示すように、セパレータ部材７の端部が突き当てられており、負極材料６が収容された空間が、セパレータ部材７によって塞がれている。

図２及び図３に示すように、緩衝部１９は、中間部１８と外周部１７との間に形成されており、セパレータ部材７の外周側に配置されている。緩衝部１９は、ひだ状に形成されており、集電棒４の軸方向において外周部１７から延びると共に折り返して中間部１８に連結されている。なお、本実施例のガスケット部材８は、緩衝部１９を有するが、緩衝部１９を有する構造に限定されない。

（安全弁の形状）
図４は、実施例のアルカリ電池１のガスケット部材８を示す図３におけるＡ－Ａ断面図である。図５は、実施例のアルカリ電池１のガスケット部材８を示す図３におけるＢ－Ｂ断面図である。

図３、図４及び図５に示すように、安全弁１６の周方向において、安全弁１６は、安全弁１６の厚さが最小に形成された最薄部１６ａと、安全弁１６の厚さが最大に形成された最厚部１６ｂと、を有する。最厚部１６ｂは、中央部１５を挟んで最薄部１６ａとは反対側に位置している。

安全弁１６の厚さは、最薄部１６ａから安全弁１６の周方向に沿って連続的に厚くなるように形成されている。言い換えると、安全弁１６の厚さは、図３中の矢印方向に示すように、安全弁１６の周方向における最薄部１６ａの両側から、最厚部１６ｂの両側に向かって連続的に厚くなるように形成されている。

安全弁１６の厚さとは、集電棒４の軸方向に対する厚さを指す。安全弁１６の周方向における最薄部１６ａの範囲は、周方向における一部分、例えば、支持穴１５ａまわりの中心角の範囲において１０度程度の範囲に形成されるが、最薄部１６ａの範囲を限定するものではない。同様に、安全弁１６の周方向における最厚部１６ｂの範囲は、周方向における一部分、例えば、支持穴１５ａまわりの中心角の範囲において１０度程度の範囲に形成されるが、最厚部１６ｂの範囲を限定するものではない。

（ガス抜き穴）
図６は、実施例のアルカリ電池１の負極端子１２のガス抜き穴を示す斜視図である。図６に示すように、電極端子としての負極端子１２は、集電棒４と接して電池缶３の開口３ａに設けられており、電池缶３で発生した内部ガスを排出するための貫通穴としての複数のガス抜き穴１２ａを有する。

ガス抜き穴１２ａは、負極端子１２の周方向において、例えば、４箇所に等間隔に形成されている。図２に示すように、ガス抜き穴１２ａは、電池缶３の径方向（集電棒４の径方向）において、ガスケット部材８の中間部１８の外周側及び緩衝部１９に対向する位置に形成されており、安全弁１６が破断したときにガス抜き穴１２ａが電池缶３の内部とつながるように配置されている。

（安全弁が破断する動作）
以上のように形成された安全弁１６は、電池缶３の内部ガスが所定値を超えたときに判断することにより、安全弁１６が作動する。安全弁１６が破断することにより、電池缶３の内部ガスを、負極端子１２のガス抜き穴１２ａを通して、電池缶３の外部へ放出する。これにより、安全弁１６は電池缶３の破裂を防ぐ。

本実施例における安全弁１６は、図３に示すように、安全弁１６の周方向において最薄部１６ａが最も破断しやすいので、安全弁１６の破断が最薄部１６ａから始まる。安全弁１６は、最薄部１６ａに破断が生じたとき、最薄部１６ａの両側から、最厚部１６ｂに向かって破断が進行することになり、安全弁１６の周方向において破断が規則的に進行する。このように安全弁１６の破断が進行する方向性が確保されるので、安全弁１６が作動したときに安全弁１６の周囲、例えば、偶発的に中間部１８等の肉厚部分から破断したり、肉厚部分まで破断が進行したりすることが抑えられる。つまり、実施例では、安全弁１６が破断する挙動が規則的になり、安全弁１６以外の肉厚部分の破断が抑えられるので、電池缶３の内部ガスを、ガス抜き穴１２ａを通してスムーズに電池缶３の外部へ放出できる。

なお、図示しないが、必要に応じて、最薄部１６ａ及び最厚部１６ｂは、支持穴１５ａまわりの中心角において、例えば、２つの最薄部１６ａが０度及び１８０度の各位置に対向して設けられ、２つの最厚部１６ｂが９０度及び２７０度の各位置に対向して設けられてもよい。この場合においても、各最薄部１６ａから各最厚部１６ｂに向かって破断が規則的に進行し、安全弁１６の破断が進行する方向性を確保できる。

（安全弁の最薄部と最厚部の厚さの比率）
安全弁１６の最厚部１６ｂの厚さＴ２は、最薄部１６ａの厚さＴ１の１．５倍以上である。言い換えると、最薄部１６ａの厚さＴ１は、最厚部１６ｂの厚さＴ２の６６．６％以下である。これにより、最薄部１６ａから最厚部１６ｂに向かって安全弁１６をスムーズに破断させることが可能になり、電池缶３の破裂の発生と、安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断の発生を抑えることができる。最厚部１６ｂの厚さＴ２が最薄部１６ａの厚さＴ１の１．５倍未満の場合には、安全弁１６以外の肉厚部分が破断するおそれがあるので好ましくない。

また、安全弁１６の最厚部１６ｂの厚さＴ２は、最薄部１６ａの厚さＴ１の３倍未満である。言い換えると、最薄部１６ａの厚さＴ１は、最厚部１６ｂの厚さＴ２の３３．３％よりも大きい。これにより、最厚部１６ｂの厚さＴ２が厚くなり過ぎることを避けて、安全弁１６が作動しにくくなることが抑えられる。このため、最薄部１６ａから最厚部１６ｂに向かって安全弁１６をスムーズに破断させることが可能になり、電池缶３の破裂の発生を抑えることができる。最厚部１６ｂの厚さＴ２が最薄部１６ａの厚さＴ１の３倍以上である場合には、安全弁１６全体がスムーズに破断せずに、安全弁１６が作動しにくくなり、電池缶３が破裂するおそれがあるので好ましくない。

（実験結果）
以下、安全弁１６の最薄部１６ａと最厚部１６ｂの厚さの比率を変えた各ガスケット部材８を備える各アルカリ電池１について、電池缶３の破裂の発生率、及び安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断の発生率を比較した。本実験は、ＪＩＳ規格の水溶液系一次電池の安全性（ＪＩＳ Ｃ ８５１４）の項目６．３．２．１に規定された試験Ｄ：逆装填（電池４個の直列接続）に基づいて行った。

表１に示すように、比較例、及び実施例１～８では、ガスケット部材８の肉厚部分（例えば、中間部１８の外周側の部分）の厚さが０．７０［ｍｍ］に形成されて、安全弁１６を除いて同一形状のガスケット部材８を用いた。比較例として、安全弁１６の厚さが、安全弁１６の周方向にわたって０．１５［ｍｍ］で均一に形成されたガスケット部材８を用いた。実施例１～４は、最薄部１６ａの厚さＴ１を０．１５［ｍｍ］とし、最厚部１６ｂの厚さＴ２を、最薄部１６ａの厚さＴ１の１２５［％］、１５０［％］、２００［％］、３００［％］の各々としたガスケット部材８を用いた。実施例５～８は、最薄部１６ａの厚さＴ１を０．１０［ｍｍ］とし、最厚部１６ｂの厚さＴ２を、最薄部１６ａの厚さＴ１の１２５［％］、１５０［％］、２００［％］、３００［％］の各々としたガスケット部材８を用いた。

表２に示すように、比較例では、電池缶３の破裂の発生率が０［％］であるが、安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断の発生率が５０［％］である。実施例１～８のうち、最厚部１６ｂの厚さＴ２が最薄部１６ａの厚さＴ１の１５０［％］以上である実施例２、３、６～８では、電池缶３の破裂の発生率、安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断の発生率が共に０［％］である。しかし、最厚部１６ｂの厚さＴ２が最薄部１６ａの厚さＴ１の３００［％］である実施例４では、電池缶３の破裂の発生率が２０［％］である。一方で、最厚部１６ｂの厚さＴ２が最薄部１６ａの厚さＴ１の１５０［％］未満となる１２５［％］である実施例１、５では、安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断が発生した。

以上の結果から、安全弁１６の最厚部１６ｂの厚さＴ２は、最薄部１６ａの厚さＴ１の１５０［％］（１．５倍）以上であることにより、電池缶３の破裂の発生率、安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断の発生率を共に抑えることができる。ただし、最厚部１６ｂの厚さＴ２が最薄部１６ａの厚さＴ１の３００［％］以上の場合、実施例４のように、安全弁１６の作動不良によって電池缶３が破裂するおそれがあるので、３００［％］未満であることが望ましい。

（アルカリ電池の製造工程）
以上のように構成されたアルカリ電池１の製造工程について、工程順に説明する。
（１）電解二酸化マンガン、黒鉛、バインダー、水酸化カリウム溶液を用いて、正極材料５としての正極合剤を作り、正極合剤をリング状に成型する。
（２）亜鉛合金粉、電解液等を用いて、負極材料６としてのゲル状の負極合剤を作る。
（３）電池缶３の内部に、リング状の正極合剤を収容する。
（４）電池缶３の端部にビーディング加工によってくびれ部３ｂを形成し、ガスケット部材８と電池缶３との接触面にシール剤を塗布する。
（５）電池缶３に収容した正極合剤の内側にセパレータ部材７を挿入する。
（６）セパレータ部材７に水酸化カリウム電解液を含浸させる。
（７）電池缶３に設けられたセパレータ部材７の内側に負極合剤を充填する。
（８）ガスケット部材８、集電棒４、負極端子１２を組み付けた集電体を作る。
（９）集電体を電池缶３の開口３ａに組み付けて、集電体によって開口３ａを封止する。

（実施例の効果）
上述したように実施例のアルカリ電池１のガスケット部材８が有する安全弁１６は、安全弁１６の周方向において安全弁１６の厚さが最小に形成された最薄部１６ａを有しており、安全弁１６の厚さが、最薄部１６ａから安全弁１６の周方向に沿って連続的に厚くなるように形成されている。これにより、環状の安全弁１６が破断するときに最薄部１６ａから破断が始まり、最薄部１６ａから安全弁１６の周方向に沿って破断を規則的に進行させることが可能になる。このため、安全弁１６の破断を進行させる方向性を確保できるので、安全弁１６をスムーズに破断させて、安全弁１６の周囲における安全弁１６以外の肉厚部分に破断が生じることを抑えられる。

したがって、実施例によれば、安全弁１６以外の肉厚部分が破断することに伴い、電池缶３内に収容された収容物が負極端子１２まで流れ出て、例えば、負極端子１２のガス抜き穴１２ａ等のガスを排出する経路が収容物によって塞がり、電池缶３の内部ガスのスムーズな放出ができずに電池缶３が破裂することが避けられる。つまり、実施例は、安全弁１６がスムーズに破断することにより、電池缶３の内部ガスを電池缶３の外部へスムーズに放出できるので、電池缶３の破裂を抑えることができる。

また、実施例におけるガスケット部材８の安全弁１６は、安全弁１６の周方向において安全弁１２の厚さが最大に形成された最厚部１６ｂを有し、最厚部１６ｂが、中央部１５を挟んで最薄部１６ａとは反対側に位置し、安全弁１６の厚さが、安全弁１６の周方向における最薄部１６ａの両側から最厚部１６ｂに向かって連続的に厚くなるように形成されている。これにより、最薄部１６ａが破断したときに、最薄部１６ａの両側から、最厚部１６ｂに向かって破断を規則的に進行させることが可能になる。このため、安全弁１６の周方向に沿って破断を更にスムーズに進行させることができるので、安全弁１６の周囲における安全弁１６以外の肉厚部分に破断が生じることを更に抑えられる。

また、実施例におけるガスケット部材８の安全弁１６は、最厚部１６ｂの厚さＴ２が、最薄部１６ａの厚さＴ１の１．５倍以上である。これにより、最薄部１６ａから最厚部１６ｂに向かって安全弁１６をスムーズに破断させることが可能になり、電池缶３の破裂の発生と、安全弁１６の周囲の肉厚部分の破断の発生を抑えることができる。

また、実施例におけるガスケット部材８の安全弁１６は、最厚部１６ｂの厚さＴ２が、最薄部１６ａの厚さＴ１の３倍未満である。これにより、最厚部１６ｂの厚さＴ２が厚くなり過ぎることを避けて、安全弁１６が作動しにくくなることが抑えられるので、最薄部１６ａから最厚部１６ｂに向かって安全弁１６をスムーズに破断させることが可能になり、電池缶３の破裂の発生を抑えることができる。

１ アルカリ電池
３ 電池缶
３ａ 開口
４ 集電棒
７ セパレータ部材
８ ガスケット部材
１２ 負極端子（電極端子）
１２ａ ガス抜き穴（貫通穴）
１５ 中央部（支持部）
１６ 安全弁
１６ａ 最薄部
１６ｂ 最厚部
１７ 外周部
１８ 中間部
Ｔ１、Ｔ２ 厚さ

Claims (5)

1. 電池缶の開口を封止する、アルカリ電池用のガスケット部材であって、
   前記電池缶の内部に設けられた集電棒を支持する筒状の支持部と、
   前記支持部の外周に沿って形成された環状の安全弁と、
   前記電池缶に支持される外周部と、を備え、
   前記安全弁は、前記安全弁の周方向において前記安全弁の厚さが最小に形成された最薄部を有し、前記厚さが、前記最薄部から前記周方向に沿って連続的に厚くなるように形成されている、
   アルカリ電池用のガスケット部材。
2. 前記安全弁は、前記安全弁の周方向において前記安全弁の厚さが最大に形成された最厚部を有し、前記最厚部が、前記支持部を挟んで前記最薄部とは反対側に位置し、前記厚さが、前記周方向における前記最薄部の両側から前記最厚部に向かって連続的に厚くなるように形成されている、
   請求項１に記載のアルカリ電池用のガスケット部材。
3. 前記最厚部の厚さは、前記最薄部の厚さの１．５倍以上である、
   請求項２に記載のアルカリ電池用のガスケット部材。
4. 前記最厚部の厚さは、前記最薄部の厚さの３倍未満である、
   請求項３に記載のアルカリ電池用のガスケット部材。
5. 前記電池缶と、
   前記集電棒と、
   前記集電棒と接して前記電池缶の前記開口に設けられ、前記電池缶の内部で発生したガスを排出するための貫通穴を有する電極端子と、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアルカリ電池用のガスケット部材と、
   を備える、アルカリ電池。

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