(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケースの開口部に、負極集電子を挿通孔に挿通させた樹脂製封口体および負極端子板を順次挿入したのちに、前記電池ケースの開口端部を内方に折り曲げてかしめ加工することにより、前記電池ケースの開口部を密閉封止してなるアルカリ電池において、
前記封口体が、これの樹脂成形時における成形金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部を前記電池ケースの開口端側に位置して前記負極端子板に対向させた配置で前記電池ケースに内装されていることを特徴とするアルカリ電池。
【請求項２】
負極集電子が、これの径よりも小さな孔径で封口体の中央箇所を貫通する挿通孔に圧入挿通されて片持ち式に支持され、且つ電池ケースの内部に挿入され、前記封口体は、前記挿通孔における前記電池ケースの開口端側の開口縁部に樹脂注入ゲート部を有している請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項３】
封口体は、中央より偏位した側方部における電池ケースの開口端側の面に樹脂注入ゲート部を有している請求項１に記載のアルカリ電池。
【請求項４】
封口体の挿通孔における電解液に接する側の開口端が、アール形状に面取りされた湾曲孔縁部になっている請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液として強アルカリ液を用い、電池ケースの開口部が樹脂製封口体を主体とする封口ユニットにより密閉状態に封止されたアルカリ電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型のアルカリ電池、例えばアルカリ乾電池の一般的な構造は、その縦断面図を示した図５のようになっている。すなわち、上端面に正極端子８が突設されるとともに外側周面に外装ラベル２が貼着された有頭円筒状の電池ケース（正極）１内には、二酸化マンガンと導電材として添加した黒鉛とにより円筒状に成型した正極合剤３を挿入し、この正極合剤３の内側に、水酸化カリウムを溶解させたアルカリ性電解液にゲル化剤と共に亜鉛合金粉末を均一分散させたゲル状亜鉛負極７を、セパレータ４を介在して注入している。また、電池ケース１の底部である開口部１ａには、真鍮からなる棒状の負極集電子１０が挿通孔９ａに圧入されるとともに金属製の絶縁ワッシャ１１が嵌め込まれた樹脂製封口体（ガスケット）９を挿入し、さらに、負極集電子１０に、これの頭部１０ａに負極端子板１２を電気的接続状態に接触させて被せたのちに、電池ケース１の底部開口端を内方へ折り曲げ加工してかしめ加工することにより、樹脂製封口体９に形成される折り返し部９ｂを負極端子板１２に強く押圧して、電池ケース１の開口部１ａを密封状態に封口した構成になっている。
【０００３】
また、前記封口体９の樹脂成形に際しては、図６に示すように、下金型１３、上金型１４および中棒金型１７を型組みして封口体９の成形空間であるキャビティ１８を形成し、このキャビティ１８内に、樹脂注入口１８ａを介して樹脂射出ノズル１９の横断面形状が環状となった樹脂通路１９ａを通った溶融樹脂２０が、上金型１４、樹脂射出ノズル１９および中棒金型２４により環状形状に構成された樹脂注入口１８ａを介して注入される。注入した樹脂２０が固化したのちに、下金型１３、上金型１４および中棒金型１７による型組みを解体することにより、上述の封口体９が得られる。
【０００４】
図７は、上記の成形工程を経て形成された樹脂製封口体９を用いて組み立てられた封口ユニット２１を示す。同部において、封口体９には、挿通孔９ａにおける成形時の樹脂注入口１８ａに対応する樹脂注入ゲート部９ｃとは反対側の開口端から負極集電子１０が矢印で示すように圧入して挿通され、さらに、絶縁ワッシャ１１が内側受け部９ｄおよび外側受け部９ｅに当接して取り付けられたのちに、負極端子板１２が絶縁ワッシャ１１に重ねるようにして中央部を負極集電子１０の頭部１０ａに接触させて取り付けられることにより、封口ユニット２１が組み立てられている。この封口ユニット２１は、電池ケース１の開口部１ａに嵌め込まれて、電池ケース１の底部開口端１ａが内方へ折り曲げてかしめ加工されるときに、樹脂封口体９の折り返し部９ｂが矢印で示すように負極端子板１２に強く押し付けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記アルカリ電池は、電解液として、低温でもイオン伝導性の大きい高濃度のアルカリ性水溶液である強アルカリ液を用いることにより、負荷に強く、容量が大きく、低温特性が良好である特性を得ており、これにより、特にモータ駆動などのパワーを要する機器に賞用されている。その反面、電解液として用いる強アルカリ液は、浸透性に富むため、クリーピングによる漏液を起こし易いという課題を有している。そこで、負極集電子１０を、これの外径を樹脂製封口体９の挿通孔９ａの孔径よりも大きく設定して挿通孔９ａに圧入し、電池ケース１の開口端部を折り曲げて強くかしめることにより、電池ケース１の開口部１ａを密封するようにしている。
【０００６】
しかしながら、図７に示す従来の封口ユニット２１では、負極集電子１０を、封口体９の挿通孔９ａに対し成形時の樹脂注入ゲート部９ｃとは反対側の一端開口から圧入して、他端開口を閉じている樹脂注入ゲート部９ｃのバリ９ｆを外側方へ押し拡げるように突き破りながら挿通させるときに、樹脂注入ゲート部９ｃに小さな亀裂が入る。この亀裂が入る樹脂注入ゲート部９ｃは電解液に接触する配置になっているので、亀裂に電解液が浸透する。
【０００７】
また、アルカリ電池では、高温保存、ヒートサイクルの繰り返しおよび長期常温保存を行った場合、高濃度のアルカリ性水溶液（電解液）雰囲気中において応力が過度に加わる箇所で環境ストレスクラックが発生し易い。特に、樹脂注入ゲート部９ｃは、成形の際の樹脂注入時の残留応力を有して樹脂の劣化を招き易いため、上述の環境ストレスクラックが連続的に発生しながら進行していく発端箇所になり易い。例えば、封口体９の素材として６，６−ナイロンを用いた場合には、高濃度のアルカリ性水溶液が結晶層中に存在する非晶部分に選択的に吸収されて、これが濡れ拡がろうとする力と外部からの応力と共同作用で、球晶中の非晶部の間隙にクラックをつくると推測されている。
【０００８】
そのため、前述の樹脂注入ゲート部９ｃに発生した小さな亀裂に浸透した電解液は、クリーピング現象により負極集電子１０と封口体９の挿通孔９ａの孔周面との間をはい上がっていくことにより、樹脂成形時の残留応力を有する樹脂注入ゲート部９ｃを発端箇所としてクラックが連続的に発生しながら進行していく。
【０００９】
これにより、電解液は、クラックを発生させながら浸透していき、やがて外部に漏れ出すことになる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、簡単な構成により環境ストレスクラックの発生を確実に防止して、優れた耐漏液性能を得られるアルカリ電池を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、電池ケースの開口部に、負極集電子を挿通孔に挿通させた樹脂製封口体および負極端子板を順次挿入したのちに、前記電池ケースの開口端部を内方に折り曲げてかしめ加工することにより、前記電池ケースの開口部を密閉封止してなるアルカリ電池において、前記封口体が、これの樹脂成形時における成形金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部を前記電池ケースの開口端側に位置して前記負極端子板に対向させた配置で前記電池ケースに内装された構成になっている。
【００１２】
このアルカリ電池では、封口体の樹脂成形時における金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部が、電池ケースの開口端側に位置して電解液に接しない構造になっているから、樹脂注入ゲート部に成形時の残留応力に起因するクラックが発生しても、このクラックは、電解液が浸透しないことによって電解液の漏液を招くほどに進行することがない。これにより、優れた耐漏液性能を得ることができる。
【００１３】
上記発明において、負極集電子が、これの径よりも小さな孔径で封口体の中央箇所を貫通する挿通孔に圧入挿通されて片持ち式に支持され、且つ電池ケースの内部に挿入され、前記封口体は、前記挿通孔における前記電池ケースの開口端側の開口縁部に樹脂注入ゲート部を有している構成とすることが好ましい。
【００１４】
これにより、封口体を樹脂成形する際の成形金型は、キャビティの中央部の挿通孔の孔縁部に樹脂注入口を設ける構造とできるので、封口体の樹脂成形が容易となる。また、負極集電子は、封口体の挿通孔における樹脂注入ゲート部の近傍の開口から圧入するため、成形時の残留応力を有する樹脂注入ゲート部に小さな亀裂が入るが、この亀裂は、封口体における電解液とは反対側の部位に位置することから、従来のアルカリ電池のような電解液の浸透によって環境ストレスクラックを誘発する発端箇所とはならない。これとは別に、封口体の挿通孔の孔径が負極集電子の径よりも小さく設定されて、負極集電子が挿通孔に圧入されるので、封口体と負極集電子との間を電解液がクリーピング現象により浸透することによる漏液を確実に防止できる。
【００１５】
また、上記発明において、封口体は、中央より偏位した側方部における電池ケースの開口端側の面に樹脂注入ゲート部を有している構成とすることもできる。
【００１６】
これにより、樹脂注入ゲート部が挿通孔から離間した封口体の側方部に位置しているので、負極集電子を挿通孔に圧入するときに亀裂が生じることがなく、負極集電子を挿通孔にスムーズに圧入して挿通させることができる。
【００１７】
さらに、上記発明において、封口体の挿通孔における電解液に接する側の開口端が、アール形状に面取りされた湾曲孔縁部になっている構成とすることが好ましい。これにより、封口体の挿通孔に負極集電子を圧入して挿通させるときに、挿通孔の電解液に接する側の開口端に応力が過度に加わることがなく、封口体の電解液に接する側の箇所での環境ストレスクラックの発生を確実に防止できるから、耐漏液性能が一層向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るアルカリ電池に用いる樹脂製封口体の成形工程を示す断面図である。同図において、下金型２２、上金型２３および中棒金型２４を型組して、それらの内部に、封口体の成形空間であるキャビティ２７を形成し、このキャビティ２７内に、樹脂射出ノズル１９の横断面形状が環状となった樹脂通路１９ａを通った溶融樹脂２０が、上金型２３、樹脂射出ノズル１９および中棒金型２４により環状形状に構成された樹脂注入口２７ａを介して注入される。注入した樹脂２０が固化したのちに、下金型２２、上金型２３および中棒金型２４による型組みを解体することにより、図２に示すような封口体２８が得られる。この封口体２８の成形に際しては、従来の成形工程を示す図６との比較から明らかなように、キャビティ２７への樹脂射出ノズル１９による樹脂２０の樹脂注入口２７ａは、成形すべき封口体２８における電解液とは接しない電池の外方側の中央部に設けられている。
【００１９】
図２は、上述の成形工程により得られた封口体２８を用いて構成された封口ユニット２９の断面図を示す。同図において、封口体２８には、挿通孔２８ａにおける電池ケース１の開口部１ａ側の一端開口孔縁部に樹脂注入ゲート部２８ｃを有しており、この挿通孔２８ａにおける樹脂注入ゲート部２８ｃに近接する一端開口から負極集電子１０が矢印で示すように圧入して挿通される。さらに、封口体２８には、絶縁ワッシャ１１が内側受け部２８ｄおよび外側受け部２８ｅに当接させて取り付けられたのちに、負極端子板１２が絶縁ワッシャ１１に重ねるようにして中央部を負極集電子１０の頭部１０ａに接触状態に取り付けられることにより、封口ユニット２９が構成される。
【００２０】
このように組み立てた封口ユニット２９は、図５に示したように、電池ケース１の開口部１ａに嵌め込まれ、続いて、電池ケース１の底部開口端が内方へ折り曲げてかしめ加工されるときに、樹脂封口体２８の折り返し部２８ｂが矢印で示すように負極端子板１２に強く押し付けられ、電池ケース１の開口部１ａを液密に封止する。
【００２１】
前記封口ユニット２９の組み立てに際して負極集電子１０を封口体２８の挿通孔２８ａに対し成形時の樹脂注入ゲート部２８ｃに対応する一端開口から圧入するときに、負極集電子１０は、一端開口を閉じている成形時のバリ２８ｆを外側方へ押し拡げるように突き破りながら挿通孔２８ａに挿入して、成形時の残留応力を有する樹脂注入ゲート部２８ｃに小さな亀裂が入る。ところが、この亀裂が入る樹脂注入ゲート部２８ｃは、電池ケース１内に組み込まれた封口体２８における電解液とは反対側の部位に位置する。
【００２２】
そのため、図２の封口ユニット２９を用いて電池ケース１の開口部１ａを密封状態に封口したアルカリ電池は、前記亀裂が従来のアルカリ電池のような電解液の浸透によって環境ストレスクラックを誘発する発端箇所とはならず、しかも、成形時の残留応力を有してクラックの発生し易い樹脂注入ゲート部２８ｃが封口体２８における電解液とは反対側に位置して電解液に接触しない構造になっていることから、仮にクラックが発生しても、そのクラックが従来電池のように電解液の浸透により電解液の漏液を招くほどに進行することがなく、極めて耐漏液性能に優れたものとなる。一方、封口体２８の挿通孔２８ａにおける電解液に接する側の他端開口は、アール形状に面取りされた湾曲孔縁部２８ｇになっているので、封口体２８の挿通孔２８ａに負極集電子１０を圧入して挿通させるときに、挿通孔２８ａの電解液に接する側の他端開口に応力が過度に加わることがない。
【００２３】
そのため、封口体２８の電解液に接する側の箇所での環境ストレスクラックの発生を確実に防止できるから、耐漏液性能が一層向上する。
【００２４】
図３は本発明の他の実施の形態に係るアルカリ電池に用いる樹脂製封口体の成形工程を示す断面図である。同図において、下金型２２および中棒金型２４は図１のものと同様であり、上金型３０は、下金型２２および中棒金型２４と共に図１と同形状のキャビティ２７を形成できるものであるが、そのキャビティ２７の樹脂注入口２７ｂが、図１では中央部位において環状形状に形成されているのに対して、側方部位に形成されており、それに伴って、一般的な形態の樹脂射出ノズル３１が、上金型３０に嵌め込まれて、この樹脂射出ノズル３１から樹脂注入口２７ｂを介してキャビティ２７内に樹脂２０を注入できるよう配置されている。なお、キャビティ２７の樹脂注入口２７ｂは、複数の側方部位に形成するようにしてもよい。
【００２５】
図４は、上述の成形工程により得られた封口体３２を用いて構成された封口ユニット３３の断面図を示す。この封口体３３は、図２の封口体２８と同形状の挿通孔３２ａ、折り返し部３２ｂ、内側受け部３２ｄ、外側受け部３２ｅおよび湾曲孔縁部３２ｆを有しており、図２の封口体２８と相違するのは、樹脂注入ゲート部３２ｃが側方部内面側に設けられている構成のみである。この封口体３２には、負極集電子１０、絶縁ワッシャ１１および負極端子板１２が図２と同様に取り付けられて、封口ユニット３３が構成される。
【００２６】
この封口ユニット３３を用いて電池ケース１の開口部１ａを密封状態に封口したアルカリ電池は、封口体３２の挿通孔３２ａに負極集電子１０を圧入するとき、樹脂注入ゲート部３２ｃが挿通孔３２ａから離間していることから、亀裂が生じることなく負極集電子１０をスムーズに圧入して挿通させることができる。しかも、成形時の残留応力を有してクラックの発生し易い樹脂注入ゲート部３２ｃは、前記実施の形態と同様に、封口体３２における電解液とは反対側の面に位置して電解液に接触しない構造になっていることから、前記実施の形態のアルカリ電池と同様に、極めて耐漏液性能に優れたものとなる。
【００２７】
上記実施の形態のアルカリ電池の耐漏液性能を確認するために、つぎのような実験を行った。熱可塑性樹脂としての６，６−ナイロンを用いて図１および図３の各成形工程により実施の形態の樹脂製封口体２８，３２をそれぞれ成形し、この封口体２８，３２を用いて図２および図４のようにそれぞれ構成した封口ユニット２９，３３を組み立て、これらの封口ユニット２９，３３を用いて本発明の２種類のアルカリ電池を製作した。また、比較例として、同様に６，６−ナイロンを用いて図６の成形工程により従来の樹脂製封口体９を成形し、この封口体９を用いて図７のように構成した封口ユニット２１を組み立て、この封口ユニット２１を用いて比較例のアルカリ電池を製作した。
【００２８】
上記各アルカリ電池を、１２時間サイクルで０°から８０°まで温度変化させるヒートサイクルの雰囲気中に放置して、各々の耐漏液性能の評価を行った。その結果、比較例の電池では、樹脂注入ゲート部９ｃにおける負極集電子１０の圧入時に発生した小さな亀裂に電解液が入り込むのに起因して、軸クラックが進行して電解液の漏液に至る不良が発生した。これに対し、実施の形態の各アルカリ電池では、電解液の浸透によるクラックの発生の発端箇所を無くしたことにより、漏液による不良が発生しなかった。また、上記実験において、負極集電子１０の径に対する封口体２８の挿通孔１８ａの孔径の比を１０１  ％〜１１５  ％の範囲内に設定すれば、軸クラックによる漏液を効果的に防止できることが確認できた。なお、上記の比を１００  ％に設定すれば、封口体２８と負極集電子１０との間の電解液のクリーピング現象による漏液が発生することも確認できた。
【００２９】
なお、上述と同様の効果を得るための封口体２８３２の材質としては、上述の６，６−ナイロンの他に、塩化ビニール、ポリプロピレン、軟質ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどを用いることができる。さらに、封口体２８，３２は、コールドランナー、セミホットランナーおよびホットランナーのいずれの方式で成形しても、上述と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明のアルカリ電池によれば、封口体の樹脂成形時における金型の樹脂注入口に対応する樹脂注入ゲート部が電池ケースの開口端側に位置して電解液に接しない構造としたので、樹脂注入ゲート部に成形時の残留応力に起因してクラックが発生しても、このクラックは、電解液が接しないことから、電解液の漏液を招くほどに進行することがなく、優れた耐漏液性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアルカリ電池の樹脂製封口体の成形工程を示す断面図。
【図２】同上アルカリ電池の封口ユニットを示す断面図。
【図３】本発明の他の実施の形態に係るアルカリ電池の樹脂製封口体の成形工程を示す断面図。
【図４】同上アルカリ電池の封口ユニットを示す断面図。
【図５】本発明のアルカリ電池の一般的な構造を示す縦断面図。
【図６】従来のアルカリ電池の樹脂製封口体の成形工程を示す断面図。
【図７】同上アルカリ電池の封口ユニットを示す断面図。
【符号の説明】
１  電池ケース
１ａ  電池ケースの開口部
１０  負極集電子
１２  負極端子板
２２〜２４，３０  金型
２７ａ，２７ｂ  樹脂注入口
２８，３２  樹脂製封口体
２８ａ，３２ａ  挿通孔
２８ｃ，３２ｃ  樹脂注入ゲート部
２８ｇ，３２ｆ  湾曲孔縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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