(57)【要約】【課題】乾電池製造時の材料費を削減することができるとともに、表面積の減少によって集電効率が低下することがない乾電池用負極集電体を提供すること。【解決手段】円柱状の軸部と、該軸部の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部と、該軸部の先端に設けられた略円錐状の先端部とから構成されており、前記軸部は、前記頭部側の一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部が該一定範囲部分よりも径小とされているとともに、該径小部の表面に凹部が形成されていることを特徴とする乾電池用負極集電体とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の軸部と、該軸部の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部と、該軸部の先端に設けられた略円錐状の先端部とから構成されており、
前記軸部は、前記頭部側の一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部が該一定範囲部分よりも径小とされているとともに、該径小部の表面に凹部が形成されていることを特徴とする乾電池用負極集電体。
【請求項２】
円柱状の軸部と、該軸部の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部と、該軸部の先端に設けられた略円錐状の先端部とから構成されており、
前記軸部は、前記頭部側の一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部の表面に凹部が形成されているとともに、その長さが、該凹部が形成されない場合の長さと比較して、該凹部の形成により増加した表面積に相当する長さ分だけ短くされていることを特徴とする乾電池用負極集電体。
【請求項３】
前記凹部が、転造加工により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の乾電池用負極集電体。
【請求項４】
前記転造加工がローレット加工であることを特徴とする請求項３記載の乾電池用負極集電体。
【請求項５】
前記軸部の凹部が形成された部分において、凹部としてへこんでいる部分を除く部分の表面が円滑面とされていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の乾電池用負極集電体。
【請求項６】
電解めっき又は無電解めっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の乾電池用負極集電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾電池の軸心部分に組み込まれる乾電池用負極集電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アルカリ乾電池やニッケル乾電池の軸心部分には、図１０に示すような、円柱状の軸部（１１）と、軸部の基端近傍に設けられた大径の円板状の頭部（１２）と、軸部の先端に設けられた円錐台状の先端部（１３）とから構成された負極集電体（１）が組み込まれている。
【０００３】
このような乾電池の製造コストを削減するための方法の一つとして、負極集電体の材料費を削減する方法が提案されている。
下記特許文献１には、負極集電体の材料費を削減する技術として、負極集電体の封口キャップの貫通孔に嵌合する根元部分を径大とし、その他の部分を根元部分よりも径小とする技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の開示技術では、材料費を削減することはできるものの、負極集電体の表面積が小さくなって、ゲル状負極との接触面積が減少するため、集電効率が低下してしまうという不具合が発生する。
【０００５】
一方、下記特許文献２には、表面に凹凸加工を施した乾電池の陽極集電棒が開示されている。
しかしながら、この特許文献２の開示技術は、陽極集電棒と陽極合剤との密着性を改善するために表面に凹凸加工を施しているものであって、この凹凸加工は材料費の削減には何ら貢献していないものであった。
【０００６】
【特許文献１】実願昭５０−２３６８２号（実開昭５１−１０４３２０号）のマイクロフィルム
【特許文献２】特開昭５８−４０７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、乾電池製造時の材料費を削減することができるとともに、表面積が小さくなって集電効率が低下することがない乾電池用負極集電体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、円柱状の軸部と、該軸部の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部と、該軸部の先端に設けられた略円錐状の先端部とから構成されており、前記軸部は、前記頭部側の一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部が該一定範囲部分よりも径小とされているとともに、該径小部の表面に凹部が形成されていることを特徴とする乾電池用負極集電体に関する。
【０００９】
請求項２に係る発明は、円柱状の軸部と、該軸部の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部と、該軸部の先端に設けられた略円錐状の先端部とから構成されており、前記軸部は、前記頭部側の一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部の表面に凹部が形成されているとともに、その長さが、該凹部が形成されない場合の長さと比較して、該凹部の形成により増加した表面積に相当する長さ分だけ短くされていることを特徴とする乾電池用負極集電体に関する。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記凹部が、転造加工により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の乾電池用負極集電体に関する。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記転造加工がローレット加工であることを特徴とする請求項３記載の乾電池用負極集電体に関する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記軸部の凹部が形成された部分において、凹部としてへこんでいる部分を除く部分の表面が円滑面とされていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の乾電池用負極集電体に関する。
【００１３】
請求項５に係る発明は、電解めっき又は無電解めっきが施されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の乾電池用負極集電体に関する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、軸部の長さ方向の全部又は一部が径小部とされ、径小部の表面に凹部が形成されているため、表面積を減少させることなく材料の体積を減らすことができ、ゲル状負極との接触面積の低下による集電効率の低下を生じさせることなく材料費を削減することが可能となる。
また、乾電池として組み立てられる際に封口キャップ及びガスケットと接触する部分である、軸部の頭部側の一定範囲は、径小となっておらず且つ凹部も形成されていないため、ゲル状負極の漏れが発生することが防止される。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、頭部側の一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部の表面に凹部が形成されているとともに、その長さが、該凹部の形成により増加した表面積に相当する長さ分だけ、該凹部が形成されない場合の長さと比較して、短くされているため、表面積を減少させることなく材料の体積を減らすことができ、ゲル状負極との接触面積の低下による集電効率の低下を生じさせることなく材料費を削減することが可能となる。
また、乾電池として組み立てられる際に封口キャップ及びガスケットと接触する部分である、軸部の頭部側の一定範囲は、凹部が形成されていないため、ゲル状負極の漏れが発生することが防止される。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、凹部が転造加工により形成されることによって、軸部に加工硬化が発生し、製品強度を向上させることができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、転造加工がローレット加工であるため、軸部表面に簡単に多数の凹部を形成することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、軸部の凹部が形成された部分において、凹部としてへこんでいる部分を除く部分の表面が円滑面とされていることにより、乾電池に組み込む際にガスケットを傷付けることが防がれる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、電解めっき又は無電解めっきが施されていることにより、集電体の素材表面及び表面に食い込んだ金属微細片をめっきにより被覆することができ、乾電池に組み込んだ際の水素ガスの発生を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る乾電池用負極集電体の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る乾電池用負極集電体の第一実施形態を示す正面図であり、（ａ）は後述する凹加工又は凹凸加工前の状態、（ｂ）は完成状態を夫々示している。
第一実施形態に係る負極集電体（１）は、円柱状の軸部（１１）と、この軸部（１１）の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部（１２）と、軸部（１１）の先端に設けられた略円錐状の先端部（１３）とから構成されている。
【００２１】
軸部（１１）は、頭部（１２）側の一定範囲（１１ａ）を除いた長さ方向の全体又は一部（図示例では全体の場合が示されている。）の直径（Ｄ）が、一定範囲（１１ａ）の部分の直径（ｄ）よりも径小となっており、この径小部（１１ｂ）に凹部が形成されている。
【００２２】
軸部（１１）の頭部（１２）側の一定範囲（１１ａ）は、集電体（１）を乾電池に組み入れた際に封口キャップ及びガスケットと接触する部分と同じ範囲もしくはこれよりも長い範囲とされる。
これは、封口キャップ及びガスケットと接触する部分に凹部を形成しないことにより、ゲル状負極の漏れが発生することを防ぐためである。
【００２３】
径小部（１１ｂ）の表面の凹部は、以下の２通りのいずれかの加工方法により形成することができる。
第一の方法は、溝加工等の材料の一部を除去して加工前（図１（ａ）参照）の表面に対してへこんだ凹部のみを形成する加工方法（以下、凹加工と称す）である。
第二の方法は、転造加工等の材料に圧力を加えて変形させることにより加工前（図１（ａ）参照）の表面に対してへこんだ凹部と隆起した凸部の両方を形成する加工方法（以下、凹凸加工と称す）である。
【００２４】
本発明では、径小部（１１ｂ）の表面の凹部を、第二の方法、具体的には転造加工により形成することが好ましい。
これは、凹部を転造加工により形成することによって、軸部に加工硬化が発生し、製品強度を向上させることができるためである。
【００２５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態の径小部（１１ｂ）に対して、表面にローレット加工を施すことにより、斜め格子状の凹部を形成した場合の例を示している。ローレット加工を行うことにより、多数の凹部を規則正しく簡単に形成することができる。
【００２６】
凹部の形状は、図１（ｂ）のものに限定されず、他の形状を採用することもできる。
図２（ａ）〜（ｄ）は、凹部の他の形状の例を示す図である。尚、図２（ａ）〜（ｃ）は軸部（１１）の部分正面図を示し、図２（ｄ）は部分正面図及び断面図を示している。
【００２７】
図２（ａ）（ｂ）の例は、径小部（１１ｂ）の表面に、周方向に延びる複数の環状凹部を長さ方向に一定間隔で平行に形成したものであり、図２（ａ）は環状凹部の断面がＶ字状のもの、図２（ｂ）は環状凹部の断面が凹字状のものである。
図２（ｃ）の例は、径小部（１１ｂ）の表面に、螺旋状に延びる溝を形成したものである。
図２（ｄ）の例は、径小部（１１ｂ）の表面に、長さ方向に延びる複数の凹条を周方向に一定間隔で形成したものである。
これら図２（ａ）〜（ｄ）に示した凹部は、凹加工により形成してもよいし、凹凸加工により形成してもよい。
【００２８】
図３は、本発明に係る乾電池用負極集電体の第二実施形態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。尚、（ｃ）は長さ比較のための参考図である。
第二実施形態に係る負極集電体（１）も、円柱状の軸部（１１）と、この軸部（１１）の基端近傍に設けられた大径円板状の頭部（１２）と、軸部（１１）の先端に設けられた略円錐状の先端部（１３）とから構成されている。
【００２９】
軸部（１１）は、頭部（１２）側の一定範囲（１１ａ）を除いた長さ方向の全体又は一部（図示例では全体の場合が示されている。）の表面に凹部が形成されている。以下、この凹部が形成された部分を加工部（１１ｃ）と称する。
【００３０】
更に、軸部（１１）の長さは、凹部が形成されない場合（図３（ｃ）参照）の長さと比較して、凹部の形成により増加した表面積に相当する長さ分（Ｌ１）だけ、短くされている。つまり、凹部の形成により表面積を増加させる一方、その表面積に相当する分だけ長さを短くしている。
より具体的には、凹部の形成により増加した単位長さ当たりの表面積をΔＳ、前記一定範囲（１１ａ）の単位長さ当たりの表面積をＳ１、凹部が形成された部分の長さをＬ２としたとき、短くされた長さＬ１＝ΔＳ×Ｌ２／Ｓ１となっている。
【００３１】
頭部（１２）側の一定範囲（１１ａ）は、集電体（１）を乾電池に組み入れた際に封口キャップ及びガスケットと接触する部分と同じ範囲もしくはこれよりも長い範囲とされる。
これは、第一実施形態と同様に、ゲル状負極の漏れが発生することを防ぐためである。
【００３２】
加工部（１１ｃ）の表面には、その全長に亘って凹部が形成されている。
凹部は、上述した凹加工、すなわち溝加工等の材料の一部を除去して加工前の表面に対してへこんだ凹部のみを形成する加工方法により形成されたものである。
図示例では、凹部は長さ方向に延びる複数の凹条が周方向に一定間隔で形成されている。但し、凹部の形状は図３（ａ）（ｂ）に示すものに限定されず、図２（ａ）〜（ｄ）に示したような形状とすることもできる。
【００３３】
上記した第一及び第二実施形態において、軸部（１１）の凹部が形成された部分（径小部（１１ｂ）又は加工部（１１ｃ））において、凹部としてへこんでいる部分を除く部分の表面は円滑面とされている。
これは、軸部における凹部以外の部分の表面にバリ等が突出していると、乾電池に組み込む際にガスケットを傷付けてしまうおそれがあるためである。
【００３４】
図４は本発明に係る負極集電体を組み込んだ乾電池の部分切り欠き断面図である。
負極集電体（１）は、図４に示すように乾電池（２）の軸心部分に配設される。
すなわち、乾電池（２）は、正極端子を兼ねる有底筒状の金属容器（２１）と、この金属容器（２１）内に収納されて所定圧力で加圧成形された中空円筒状の正極合剤（２２）と、正極合剤（２２）の内側にセパレータ（２３）を介して充填されたゲル状負極（２４）と、封口キャップ（２５）及びガスケット（２６）を貫通してゲル状負極（２４）に挿入された負極集電体（１）とから構成される。
【００３５】
本発明に係る負極集電体が組み込まれる乾電池としては、正極材料の主成分として二酸化マンガンを使用する一般的なアルカリ乾電池の他に、正極材料の主成分としてオキシ水素化ニッケルを使用するニッケル乾電池が挙げられる。
【００３６】
本発明に係る乾電池用負極集電体によれば、軸部を細くする一方で細くした部分（径小部）に凹部を設ける構成（第一実施形態）又は、軸部を短くする一方で凹部を設ける構成（第二実施形態）を採用することにより、集電体（１）の表面積を減少させることなく材料の体積を減らすことができる。そのため、ゲル状負極（２４）との接触面積の低下による集電効率の低下を生じさせることなく、材料費を削減することが可能となる。
また、乾電池として組み立てられた際に封口キャップ（２５）及びガスケット（２６）と接触する部分である、軸部の頭部側の一定範囲（１１ａ）は、径小となっておらず且つ凹部も形成されていないため、ゲル状負極（２４）の漏れが発生することが防止される。
【００３７】
本発明に係る負極集電体（１）は、以下のような工程を経て製造される。
第一工程は、線材にダイスでの引き抜き加工（伸線加工）を施す工程であり、第二工程は引き抜き加工された線材を所定寸法に切断する工程であり、これらの工程は具体的には以下のように行われる。
先ず、線材（１Ａ）を、図５に示すように送りロール（２Ａ），（２Ｂ）の間に挟み込んでロールを回転させることによりダイス（７）の貫通孔（７１）に供給し、該貫通孔（７１）から出てきた線材（１Ａ）の先端をストッパ（８）で受けてカッティングナイフ（９）で所定寸法に切断する。
【００３８】
本発明において、線材（１Ａ）の素材としては、鉄、銅、銅合金等が用いられるが、鉄を用いると以下のような利点があるため好ましい。
第一には、銅や銅合金に比べて安価であるために、製造コストを低く抑えられるということである。
第二には、銅や銅合金に比べて高強度であるために、輸送時、メッキ処理時、電池への組み込み時等において曲がりにくく、安定した高品質の乾電池が得られるということである。
第三には、銅や銅合金に比べて電解メッキが容易であるため、メッキが容易に付着し、メッキに要する時間が少なくて済み、そのため、メッキ費用のコストが低減されて大量生産が容易となり、しかも素地の露出が起こらないために、乾電池に組み込んだ時に水素ガスの発生が生じないということである。
【００３９】
本発明において線材の素材となる鉄としては、０．０３重量％以下の炭素と残部の鉄及び不可避不純物からなる鉄を用いることが好ましい。
その理由は、炭素含有量が０．０３重量％以下の鉄を用いると、メッキ処理の際にメッキ被膜が短時間で均一に形成され、製造コストの低減と品質の向上を達成することができるためである。
【００４０】
第三工程は、所定寸法に切断された線材に冷間鍛造（冷間圧造）加工を施して所定形状（図１（ａ）又は図３（ｃ）に示す形状）に成形する工程であり、この工程は具体的には以下のように行われる。
所定寸法に切断された線材（１Ａ）を、図６に示すように広径の開口部（３１）を有する第１のパンチ（３）でダイス（４）内に押し込んで、ダイス（４）内に設けられた先細り部（４１）により先端に絞り加工を施して先端部（１３）を形成するとともに、その基端部を第１のパンチ（３）の広径開口部（３１）で拡径する（図７参照）。尚、図１（ａ）に示す形状に成形する場合、ダイス（４）の形状が図示のものと若干異なる。
次いで、図８に示すように、第１のパンチ（３）に代えて円状凹部（５１）を有する第２のパンチ（５）を更にダイス（４）側に押し付けて線材の基端部に頭部（１２）を形成し、その後、図９に示すように、第２のパンチ（５）を退動させて、成形品（１）をノックアウトピン（６）で押し出す。
【００４１】
尚、図５乃至図９において、（１０）は金型本体であり、（６Ａ）はノックアウトピンが取りつけられたノックアウトロッドであって、ノックアウトロッド（６Ａ）を押し出し方向に移動させる移動手段の図示は省略されている。
【００４２】
第四工程は、上記第一乃至第三工程にて得られた成形品（図１（ａ）又は図３（ｃ）に示した形状のもの）の軸部に対して、上述した凹加工又は凹凸加工を施すことにより、図１（ｂ）又は図３（ａ）（ｂ）に示した形状の加工物を得る工程である。
【００４３】
第五工程は、所定形状に形成された線材（好ましくは鉄製の線材）の表面にメッキ処理を施す工程である。
メッキ処理としては、亜鉛メッキ又は錫メッキ、もしくは後述する二層構造のメッキが施される。
亜鉛メッキは電解メッキにより行われるが、錫メッキは電解メッキによるものでも無電解メッキによるものもよい。但し、本発明では電解メッキによることが好ましい。
その理由は、電解メッキとすることにより、安定した均一な膜厚のメッキが形成され、高い寸法精度の負極集電体を得ることができるためである。亜鉛メッキ又は錫メッキの厚みは２〜５μｍとされる。
【００４４】
第五工程において二層構造のメッキを施す場合、内層が銅メッキで外層が錫メッキの二層構造のメッキ、或いは、内層が銅メッキで外層が亜鉛メッキの二層構造のメッキが施される。
これら二層構造を採用する場合、各層のメッキ厚は、例えば、内層の厚みが１〜２μｍ、外層の厚みが２〜５μｍとされる。
このような二層構造のメッキを形成することによって、仮に外層のメッキ被膜にピンホール等の欠陥があっても、内層のメッキ被膜により鉄素材の露出が防がれ、水素ガスの発生をより一層確実に防ぐことが可能となる。
【００４５】
表面にメッキを施すことにより、集電体の素材表面自体並びに表面に食い込んだダイスを構成する金属（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ａｓ等）やこれらの酸化物からなる金属微細片がメッキにより被覆されて、乾電池に組み込んだ時に水素ガスの発生を防止することが可能となる。
【００４６】
第六工程は、不導態化処理を施す工程である。
不導態化処理は、メッキ後の負極集電体の表面をエッチング処理して活性化させた後、硝酸等の酸性の溶液に浸漬することにより行われる。
これにより、負極集電体の表面に酸化被膜が生成されるため、乾電池に組み込んで使用した場合に水素ガスの発生を防止することができる。
【００４７】
不導態化処理が施された後、第七工程として封孔処理が施される。
封孔処理は、不導態化処理が施された負極集電体を、界面活性剤を含む溶液に浸漬することにより行われる。
これにより、負極集電体がより一層不活性化（酸化しにくくなり、耐食性が向上する）し、乾電池に組み込んで使用した場合に水素ガスの発生を防止する効果を一層高めることができる。更に、表面が平滑化されるため、乾電池に組み込む際のパッキンの損傷が防がれるという効果も得られる。
【００４８】
以上説明した第一工程から第七工程を経ることによって、本発明に係る乾電池用負極集電体の製造が完了し、このように製造された負極集電体は、上述したようにアルカリ乾電池やニッケル乾電池の軸心部分に組み込まれて使用される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、アルカリ乾電池やニッケル乾電池の内部に組み込まれる負極集電体として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る乾電池用負極集電体の第一実施形態を示す正面図である。
【図２】凹部の他の形状の例を示す図である。
【図３】本発明に係る乾電池用負極集電体の第二実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る負極集電体を組み込んだ乾電池の部分切り欠き断面図である。
【図５】本発明に係る負極集電体の製造方法の一工程を示す図である。
【図６】本発明に係る負極集電体の製造方法の一工程を示す図である。
【図７】本発明に係る負極集電体の製造方法の一工程を示す図である。
【図８】本発明に係る負極集電体の製造方法の一工程を示す図である。
【図９】本発明に係る負極集電体の製造方法の一工程を示す図である。
【図１０】従来の乾電池用負極集電体を示す正面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１      負極集電体
１１    軸部
１１ａ  頭部側の一定範囲
１１ｂ  径小部
１２    頭部
１３    先端部
Ｄ      一定範囲を除いた長さ方向の全体又は一部の直径
ｄ      一定範囲の部分の直径
Ｌ１    短くされた長さ
Ｌ２    凹部が形成された部分の長さ
【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】
2008153135.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008153135.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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