(57)【要約】【課題】電池容量を減ずることなく、簡易な構造によって集電効率を向上させることができ、よって集電棒の細径化も可能になって経済性に優れる筒型電池を提供する。【解決手段】内部に正極活物質１および負極活物質４が充填されて電解液が注入された有底筒状の正極缶１と、この正極缶１内の負極活物質４中に挿入された集電棒と、この集電棒の端部が接続されて正極缶１の開口部を塞ぐ負極端子板７と、この負極端子板７の裏面側に配設され、中央部に集電棒が挿通されてその外周を囲繞する封止部６ｂが形成されたガスケット６とを備えた筒型電池において、集電棒の負極活物質４中に挿入された部分の外周面に、凹凸部１２を形成したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に正極活物質および負極活物質が充填されて電解液が注入された有底筒状の正極缶と、この正極缶内の上記負極活物質中に挿入された集電棒と、この集電棒の端部が接続されるとともに上記正極缶の開口部を塞ぐ負極端子板と、この負極端子板の裏面側に配設され、外周部が当該負極端子板と上記正極缶との間に介装されるとともに中央部に上記集電棒が挿通されて当該集電棒の外周を囲繞する封止部が形成されたガスケットとを備えた筒型電池において、
上記集電棒の上記負極活物質中に挿入された部分の外周面に、凹凸部を形成したことを特徴とする筒型電池。
【請求項２】
上記集電棒は、上記ガスケットの孔部内に位置する外周面が、上記凹凸部が形成されない円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒型電池。
【請求項３】
上記集電棒は、上記凹凸部を構成する凸部の最外周部が円滑な曲面によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の筒型電池。
【請求項４】
上記集電棒の外周面に、外周部分が横断面円弧状に形成されるとともに当該集電棒の軸線方向と平行に延在する凸条が、周方向に複数条形成されることにより上記凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の筒型電池。
【請求項５】
上記集電棒は、先端部が錐状に形成されるとともに、当該先端部には上記凹凸部が形成されていないことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の筒型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ電池等の筒型電池に係り、より詳しくは内部の負極活物質中に挿入されて負極端子板に接続される集電棒が改良された筒型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、一次電池であるアルカリ電池等の筒型電池は、各種機器類の電源として広く用いられている。
図６は、従来のこの種のアルカリ電池を示すもので、図中符号１が正極缶である。この正極缶１は、ニッケルメッキ鋼板をプレス成形によって有底円筒状に形成したものであり、正極集電体および正極端子として機能するものである。そして、この正極缶１内の内壁に沿って、円筒状の正極活物質２が圧入・装填されている。
【０００３】
この正極活物質２は、正極活物質である二酸化マンガンおよび／またはオキシ水酸化ニッケルに黒鉛、バインダーおよび水酸化カリウム水溶液を加えて混練し、円筒状に成形したものが、正極缶１の底部から上部に向けて複数個積層されることにより構成されている。そして、この正極活物質２の内周面には、後述する負極ゲル（負極活物質）４との短絡を防止するためのセパレータ３が配設されている。
【０００４】
このセパレータ３は、帯状のセパレータ素材が複数巻回されるとともに、正極缶１の底部に対応する部分が内側に屈曲されることにより全体として有底円筒状に形成されたものである。そして、このセパレータ３および正極活物質２には、電解液である水酸化カリウム溶液が含浸されている。
【０００５】
また、このセパレータ３内に、負極活物質である亜鉛粉をゲル状化した負極ゲル４が所定の重量、注入されるとともに、この負極ゲル４上に空気室８が形成されている。そして、この負極ゲル４の中心部に、負極端子となる集電棒５が挿入されている。この集電棒５は、黄銅等の金属材料が円柱状に形成されるとともに、表面にスズメッキが施されたものであり、先端部は円錐状に形成されている。
【０００６】
他方、正極缶１の上端開口部には、ガスケット６を介して当該開口部を塞ぐ略円板状の負極端子板７が設けられている。そして、この負極端子板７の裏面側に集電棒５の上端が接合されている。
また、ガスケット６は、合成樹脂によって一体成形されたもので、外周部が正極缶１の開口縁部と負極端子板７の外周部とによって挟まれる寸法に形成されている。
【０００７】
さらに、このガスケット６の中央部には、中心に集電棒５が挿入される孔部６ａが形成されるとともに、当該集電棒５を所定の長さ寸法囲繞する厚肉円筒状の封止部６ｂが一体に形成されている。
なお、上記構成からなるアルカリ電池は、例えば下記特許文献１等においても開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１８５８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年上記アルカリ電池にあっては、例えばデジタルカメラに組み込まれてフラッシュ等の電源として使用される場合のように、大電流でのより高い放電特性を要求される用途が増加しつつある。
そこで、上記集電棒５における集電効率を高めて上記放電特性を向上させるために、当該集電棒５をより大径に形成したり、あるいはその長さ寸法を増大させたりすることで、集電棒５の表面積を拡大させて対応することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、上記集電棒５の外径寸法や長さ寸法を増大させると、材料の使用量も増大してコストアップになるという問題点があった。またこの結果、相対的に正極缶１内に注入されて発電要素として直接発電に寄与する正極活物質２や負極ゲル４の充填可能な容量が小さくなり、このためアルカリ電池自体の電池容量が低下してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、電池容量を減ずることなく、簡易な構造によって集電効率を向上させることができ、よって集電棒の細径化も可能になって経済性に優れる筒型電池を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、内部に正極活物質および負極活物質が充填されて電解液が注入された有底筒状の正極缶と、この正極缶内の上記負極活物質中に挿入された集電棒と、この集電棒の端部が接続されるとともに上記正極缶の開口部を塞ぐ負極端子板と、この負極端子板の裏面側に配設され、外周部が当該負極端子板と上記正極缶との間に介装されるとともに中央部に上記集電棒が挿通されて当該集電棒の外周を囲繞する封止部が形成されたガスケットとを備えた筒型電池において、上記集電棒の上記負極活物質中に挿入された部分の外周面に、凹凸部を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記集電棒は、上記ガスケットの孔部内に位置する外周面が、上記凹凸部が形成されない円柱状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記集電棒は、上記凹凸部を構成する凸部の最外周部が円滑な曲面によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記集電棒の外周面に、外周部分が横断面円弧状に形成されるとともに当該集電棒の軸線方向と平行に延在する凸条が、周方向に複数条形成されることにより上記凹凸部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
さらにまた、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記集電棒は、先端部が錐状に形成されるとともに、当該先端部には上記凹凸部が形成されていないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜５のいずれかに記載の発明によれば、集電棒の負極活物質中に挿入された部分の外周面に凹凸部を形成したので、当該集電棒において直接負極活物質と接触する部分の表面積を増大させることができる。この結果、外径（凸部先端における外径）が従来と等しい集電棒を用いた場合においては、上述した表面積の増大により、集電効率を増加させて放電特性を高めることができる。
【００１７】
また、上記集電棒の表面積を従来と等しくして同等の集電効率が得られるように設計した場合には、逆に当該集電棒の上記外径寸法を小さくすることが可能になり、よって集電棒の製造コストを低減することができる。また、これに伴って、正極缶内に充填可能な正極活物質や負極活物質の容量が増加するために電池容量を増大させることもでき、経済性に優れる。
【００１８】
加えて、請求項２に記載の発明によれば、上記ガスケットの封止部の孔部内に位置する集電棒の外周面については、上記凹凸部を形成することなく円柱状に形成しているために、上記封止部を集電棒の外周面の全面に密着させて、正極缶内の電解液が集電棒の外周面を伝って負極側から漏れることを確実に防止することができる。
【００１９】
また、上記筒型電池を組み立てる際には、通常上記ガスケットの孔部の内径よりも大径に形成されているために、上記ガスケットの孔部に上記集電棒を嵌入させて行くことになる。このため、請求項３に記載の発明にように、上記凸部の最外周部を円滑な曲面によって形成すれば、上記孔部を通過する際に、上記凹凸部の最外周部が孔部の内壁を傷めることが無く、よって外周面に上記凹凸部を形成した集電棒の嵌入によって上記電解液の封止効果が損なわれる虞もない。
【００２０】
さらに、請求項４に記載の発明においては、上記凹凸部が、上記集電棒の外周面に軸線方向と平行に延在する横断面円弧状の複数条の凸条によって形成しているために、上記集電棒をガスケットの孔部内に嵌入させて行く際に、その内周面が、通過する上記凹凸部によって繰り返し擦られることが無い。このため、より一層孔部の内壁を傷めること無く、円滑に組み立てることができる。
【００２１】
なお、集電棒は、当該孔部内への挿入を案内するために、先端部が錐状に形成されている。この結果、当該先端部が孔部内壁を傷める可能性は低いが、さらに請求項５に記載の発明のように、上記先端部についても上記凹凸部を形成しないようにすれば、ガスケットの孔部への挿入開始時においても、上記集電棒の先端部によって孔部内壁に傷を付けてしまうといった虞がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
図１〜図３は、本発明に係る筒型電池をアルカリ電池に適用した第１の実施形態を示すものであり、図６に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
このアルカリ電池１０が、図６に示したものと相違する点は、集電棒１１の構成にある。
【００２３】
すなわち、このアルカリ電池１０においては、図６に示した集電棒５に代えて集電棒１１が設けられている。この集電棒１１は、黄銅等の金属材料が円柱状に形成されるとともに、表面にスズメッキが施されたものであり、さらに図２および図３に示すように、外周面に凹凸部１２が形成されている。
【００２４】
ここで、この凹凸部１２は、横断面円弧状に形成されるとともに集電棒１１の軸線方向と平行に延在する複数条（図では８条）の凸条１３が、円周方向に等間隔をおいて形成されることにより構成されている。この凸条１３は、転造やプレス成型等によって形成されたものであり、各凸条１３の円弧部分における直径ｒは、この集電棒１１の最外周面における直径をＲとしたときに、ｒ＝１／４Ｒとなるように設定されている。
【００２５】
さらに、この凹凸部１２は、ガスケット６の封止部６ｂへの挿通部分１１ａの直下から、円錐形に形成された先端部１１ｂの基端部に至る部分に形成されており、これにより集電棒１１の負極活物質４中に挿入された部分については、その先端部１１ｂを除き、全長にわたって外周面に凹凸部１２が形成されている。
【００２６】
（第２の実施形態）
また、図４および図５は、本発明に係る筒型電池をアルカリ電池に適用した第２の実施形態における集電棒２０を示すものである。
この集電棒２０においては、同様にガスケット６の封止部６ｂへの挿通部分２０ａの直下から、円錐形に形成された先端部２０ｂの基端部に至る部分に、凹凸部２１が形成されている。
【００２７】
ここで、この凹凸部２１は、縦断面半円弧状に形成されるとともに集電棒２０の全周に連続する円環状の凸条２２が、軸線方向に並列的に形成されることによって構成されている。なお、これら凸条２２についても、同様に転造やプレス成型等によって形成することができる。
【００２８】
以上の構成からなる第１および第２の実施形態に示すアルカリ電池においては、先端部１１ｂ、２０ｂを除いて、集電棒１１、２０の負極活物質４中に挿入された部分の全長にわたって外周面に凹凸部１２、２１を形成したので、集電棒１１、２０において直接負極活物質４と接触する部分の表面積を増大させることができる。
【００２９】
例えば、第１の実施形態の集電棒１１によれば、凹凸部１２が形成されている部分において、最外周の外径をＲとした場合に、外径寸法がＲである円柱状の従来の集電棒５に対して、その表面積を約３８％増加させることができる。
また、第２の実施形態の集電棒２０によれば、同様に凹凸部２１が形成されている部分において、同様に最外周の外径をＲとした場合に、外径寸法がＲである円柱状の従来の集電棒５に対して、その表面積を約５７％増加させることができる。
【００３０】
この結果、従来の集電棒５よりも、集電効率を増加させて放電特性を高めることができる。
加えて、集電棒１１、２０共に、その体積が、外径寸法Ｒの従来の集電棒５よりも各々の凹部に相当する部分の体積分、小さくなるために、負極活物質４の容量を増加させることができ、よって電池容量を増大させることもできる。
【００３１】
また、これを換言すれば、外径寸法Ｒの従来の集電棒５と表面積を等しくして同等の集電効率が得られるように設計した場合には、逆に集電棒１１、２０の外径寸法を小さくすることが可能になる。
例えば、第１の実施形態に示した集電棒１１を、上記集電棒５と等しい表面積にした場合には、凹凸部１２が形成されている部分の直径を約０．７２Ｒに設定することができる（第３の実施形態）。
【００３２】
したがって、上記第３の実施形態によれば、集電棒１１が従来の集電棒５と同等の集電効率が得られるとともに、さらに当該集電棒１１を製造するために要する素材金属の量が少なくて済むために、製造コストを低減することができる。さらに、これに伴って、正極缶１内に充填可能な正極活物質２や負極活物質４の容量を、より一層増加させることができるために、電池容量を一段と増大させることもできて経済性に優れる。
【００３３】
加えて、これら集電棒１１、２０にあっては、ガスケット６の封止部６ｂの孔部６ａ内に位置する外周面が円柱状に形成されており、凹凸部１２、２１が形成されていないために、封止部６ｂとの密着性を確保して、正極缶１内の電解液が集電棒１１、２０の外周面を伝って負極側から漏れることを確実に防止することができる。
【００３４】
しかも、集電棒１１、２０共に、凹凸部１２、２１を形成する凸条１３、２２の最外周部が円滑な円弧曲面によって形成されているために、封止部６の孔部６ａを通過する際に、凸条１３、２２の最外周部によって孔部６ａの内壁を傷めることが無く、よって上記電解液の封止効果が損なわれる虞もない。
【００３５】
特に、上記第１の実施形態においては、集電棒１１の凹凸部１２が、当該集電棒１１の軸線方向と平行に延在する横断面円弧状の凸条１３によって形成されているために、集電棒１１をガスケット６の孔部６ａ内に嵌入させて行く際に、その外周面が凹凸の繰り返しによって擦られることが無く、よって一層孔部６ａの内壁を傷めること無く、円滑に組み立てることができる。
【００３６】
さらに、集電棒１１、２０は、いずれも円錐状の先端部１１ｂ、２０ｂに凹凸部が形成されていないために、ガスケット６の６ａ孔部への挿入開始時においても、孔部６ａの内壁に傷を付けることを防止することができる。
【００３７】
（実施例）
本発明に係る単３アルカリ電池として、上記第１の実施形態に示した外径寸法Ｒ（＝１．３ｍｍ）であって各凸条１３の直径ｒが１／４Ｒである集電棒１１を組み込んだもの（実施例１）と、第２の実施形態に示した外径寸法Ｒであって凸条２２を形成した集電棒２０を組み込んだもの（実施例２）と、第３の実施形態として示した外径寸法が０．７２Ｒであって各凸条１３の直径ｒが（１／４）×０．７２Ｒである集電棒を組み込んだもの（実施例３）を準備した。また、従来のアルカリ電池として、上記外径Ｒ＝１．３ｍｍであって凹凸部が形成されていない円柱状の集電棒を組み込んだもの（従来品）を準備した。
【００３８】
そして、これらの集電棒を組み込んだ４種類の単３アルカリ電池（１．５Ｖ）について、繰り返しパルス放電試験を行った。この繰り返しパルス放電は、２０００ｍＡによる０．５秒間のパルス放電と、３００ｍＡによる５９．５秒間の放電とを繰り返すことによって行った。そして、上記４種類のアルカリ電池について、各々の電圧が１．０Ｖまで低下するまでのパルス放電回数を計測して、パルス放電性能を得た。
【００３９】
上記結果によって得られたパルス放電性能は、従来のアルカリ電池におけるパルス放電数を１００として対比した場合に、実施例１のアルカリ電池が１１８、実施例２のアルカリ電池が１２５、実施例３のアルカリ電池が９８であった。
【００４０】
以上のことから、外径寸法Ｒを従来品と等しくした実施例１、２のアルカリ電池によれば、従来品よりもパルス放電性能が１８％または２５％向上することが判った。また、従来品と同等の外周面積に設定した実施例３のアルカリ電池によれば、従来品よりも小径（０．７２Ｒ）であるにも拘わらず、従来品と同等のパルス放電性能が得られることが判った。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、軸線方向に延在する凸条１３または円周方向に延在する凸条２２によって集電棒１１、２０の外周面に凹凸部１２、２１を形成した場合についてのみ説明したが、これらに限定されるものではなく、例えば軸線方向に螺旋を描く凸条や、集電棒の外周面に多数の半球状等の凹部を形成することによって、上記凹凸部を形成することもできる。
【００４２】
また、上記集電棒の外周面に凹凸部を形成するに際しては、上述した転造やプレス成形の他、ローレット加工や球体を用いたブラスト加工等も適用することが可能である。
さらに、本発明は、上述したアルカリ電池に限らず、同様の機能を有する集電棒を備えた各種の筒型電池にも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る筒型電池の第１の実施形態を示す一部省略した縦断面図である。
【図２】図１の集電棒を示す一部省略した正面図である。
【図３】図２の横断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における集電棒を示す一部省略した正面図である。
【図５】図４のＡ部拡大図である。
【図６】従来のアルカリ電池を示す一部省略した縦断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  正極缶
２  正極活物質
３  セパレータ
４  負極ゲル（負極活物質）
５  集電棒
６  ガスケット
６ｂ  封止部
７  負極端子板
１０  アルカリ電池
１１、２０  集電棒
１１ａ、２０ａ  ガスケットの封止部への挿通部分
１１ｂ、２０ｂ  先端部
１２、２１  凹凸部
１２、２２  凸条
【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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