(57)【要約】【課題】負極集電子が樹脂製ガスケットの中央ボス部を貫通する構造を有する円筒型アルカリ電池において、その中央ボス部でのアルカリ電解液の漏液を効果的に抑制して耐漏液性を高める。【解決手段】ガスケット３３の中央ボス部３４とこのボス部３４を貫通する負極集電子３１との間に作用する応力が、そのボス部３４の発電要素２０側端部で小さく、その端部よりも負極端子３２側に入り込んだ中間部で大きくなる不等分布状態をなすように構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶にアルカリ電解液を含む発電要素が収納されるとともに、その電池缶の開口部が負極端子と樹脂製ガスケットにより封口され、上記ガスケットは、上記開口部と上記負極端子の間に被挟圧状態で介在して上記開口部を気密封止する周縁パッキング部と、上記負極端子の裏側空間部と上記発電要素の収納空間部の間を隔離する隔壁部と、上記負極端子の裏側面に立設された棒状負極集電子を圧入状態で貫通させる中央ボス部とが一体に形成された円筒型アルカリ電池において、上記中央ボス部と上記負極集電子間に作用する応力が、そのボス部の発電要素側端部でゼロまたは小さく、その端部よりも負極端子側に入り込んだ中間部で大きくなる不等分布状態をなすように構成したことを特徴とする円筒型アルカリ電池。
【請求項２】
請求項１において、上記負極集電子が貫通するボス部の孔の内径が、発電要素側端部よりも負極端子側に入り込んだ中間部で小さくなるように形成することにより、上記応力の不等分布状態を形成したことを特徴とする円筒型アルカリ電池。
【請求項３】
請求項１または２において、上記ボス部の外形が負極端子側端と発電要素側端の中間で円弧状に拡大する形状となっていることを特徴とする円筒型アルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は密閉構造を有する円筒型アルカリ電池に関し、とくに、正極端子を兼ねる金属製電池缶を樹脂製ガスケットを用いて封口するとともに、そのガスケットの中央ボス部を負極集電子が貫通する構造のものに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型アルカリ電池としては、たとえばＬＲ２０（単１）やＬＲ６（単３）などの型名で呼ばれているアルカリ乾電池が代表的であるが、その構成については、たとえば特開平１１−８６８１０や特開２０００−３６９６などに記載されている。
【０００３】
図４は従来の円筒型アルカリ電池（アルカリ乾電池）の構成例を示す。同図に示すアルカリ電池１０’は、正極端子を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶１１にアルカリ電解液を含む発電要素２０を収納するとともに、その電池缶１１の開口部を負極端子３２と樹脂製ガスケット３３を用いて封口してある。発電要素２０は、環状に成形固化された正極合剤２１、アルカリ電解液が含浸されたセパレータ２２、および負極ゲル２３により構成され、負極ゲル２３中には棒状の負極集電子３１が挿入されている。
【０００４】
上記発電要素２０が収納された電池缶１１の開口部は封口体３０により封口される。封口体３０は、負極集電子３１、負極端子３２、およびガスケット３３をあらかじめ一体に組み合わせた集合部品であり、これを電池缶１１の開口部に挿入した後、その開口部をかしめ加工することにより、その電池缶１１を気密封止する封口構造が形成される。
【０００５】
ガスケット３３はポリプロピレン等の樹脂成形品であって、電池缶１１の開口部と負極端子３２の間に被挟圧状態で介在して上記開口部を気密封止する周縁パッキング部３７と、上記負極端子３２の裏側空間部と上記発電要素２０の収納空間部の間を隔離する隔壁部３６と、上記負極端子３２の裏側面に立設された棒状負極集電子３１が圧入状態で貫通する中央ボス部３４’とが一体に形成されている。
【０００６】
中央ボス部３４’は外径がほぼ一様の円柱状であって、その円柱の軸心に沿ってほぼ一様な内径の挿通孔３５が形成されている。負極集電子３１は円形断面の直棒状であって、その上端は負極端子３２の裏側面にスポット溶接等により接続・固定され、その下端は負極ゲル２３中に挿入されている。上記挿通孔３５の内径は上記集電子３１の外径よりもやや小さく形成され、上記集電子３１が上記ボス部３４’を圧入状態で貫通するようになっている。この圧入状態の貫通により、その貫通部分でアルカリ電解液が這い上がって漏液するのを抑制している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアルカリ電池ではアルカリ電解液の漏液阻止能力すなわち耐漏液性が問題となるが、その耐漏液性を阻害する要因の一つにガスケットのクラックがある。ガスケットは電気絶縁性で弾力性のあるポリプロピレン等の樹脂で構成されるが、アルカリ電解液に長時間接触する状況下では、その電解液の接触個所にクラックを生じて漏液を発生させることがある。
【０００８】
従来においては、たとえば特開２０００−３６９６に記載されているように、ガスケットを成形する際の樹脂注入ゲート部がアルカリ電解液に接触する配置となっていると、そのゲート部がアルカリ電解液に侵食されて上記クラックを生じやすいとされていた。ガスケットの場合、樹脂注入ゲート部は中央ボス部の端部に配置されるが、そのゲート部がアルカリ電解液に曝される発電要素側にあると、上記クラックが生じやすいということである。そこで、特開２０００−３６９６では、上記樹脂注入ゲート部を、アルカリ電解液が存在する発電要素側ではなく、負極端子側に配置することを提案している。しかし、上記クラックは、必ずしも樹脂注入ゲート部だけに生じるものではなく、応力歪の存在下でアルカリ電解液に長時間曝されると、樹脂注入ゲート部でなくても、アルカリ電解液との接触個所にクラックが生じて漏液に至ることがある。
【０００９】
図５は、従来のアルカリ電池に使用されているガスケット３３の断面（切断面）形状とその中央ボス部３４’に生じる応力の状態（矢印）を示す。ガスケット３３の中央ボス部３４’には挿通孔３５が形成されていて、ここに負極集電子３１が貫通している。この貫通は圧入状態で行われており、これにより、その中央ボス部３４’と負極集電子３１の間に常時応力が作用するようになっている。図中の矢印はその応力の方向と大きさを示す。矢印方向が応力の作用方向を示し、矢印の長さが応力の大きさを示す。中央ボス部３４’の応力は上記挿通孔３５に沿ってほぼ一様に分布している。この応力はガスケットの弾性歪によるが、この応力歪個所がアルカリ電解液に曝されると、上記樹脂注入ゲート部の有無にかかわらず、クラック（一種のストレスクラック）が生じて漏液を発生させる。
【００１０】
上記ストレスクラックを生じさせないためにはボス部３４’での応力歪を減じる必要がある。しかし、その応力歪を減じると、ボス部３４’と集電子３１間にアルカリ電解液の這い上がり（滲出）が起きやすくなって、耐漏液性が低下するという背反が生じる。
【００１１】
この発明は以上のような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、負極集電子が樹脂製ガスケットの中央ボス部を貫通する構造を有する円筒型アルカリ電池において、その中央ボス部でのアルカリ電解液の漏液を効果的に抑制して耐漏液性を高めることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による手段は、正極端子を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶にアルカリ電解液を含む発電要素が収納されるとともに、その電池缶の開口部が負極端子と樹脂製ガスケットにより封口され、上記ガスケットは、上記開口部と上記負極端子の間に被挟圧状態で介在して上記開口部を気密封止する周縁パッキング部と、上記負極端子の裏側空間部と上記発電要素の収納空間部の間を隔離する隔壁部と、上記負極端子の裏側面に立設された棒状負極集電子を圧入状態で貫通させる中央ボス部とが一体に形成された円筒型アルカリ電池において、上記中央ボス部と上記負極集電子間に作用する応力が、そのボス部の発電要素側端部でゼロまたは小さく、その端部よりも負極端子側に入り込んだ中間部で大きくなる不等分布状態をなすように構成したことを特徴とする。
【００１３】
上記手段より、アルカリ電解液と応力によるストレスクラックと、ボス部と集電子間におけるアルカリ電解液の這い上がりを、共に効果的に抑制して耐漏液性を高めることができる。
【００１４】
この場合、上記ボス部に負極集電子を貫通させる孔の内径が、発電要素側端部よりも負極端子側に入り込んだ中間部で小さくなるように形成することにより、上記応力の不等分布状態を形成することができる。また、上記ボス部の外形が負極端子側端と発電要素側端の中間で円弧状に拡大する形状とすることによっても、上記応力の不等分布状態を形成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による技術が適用された円筒型アルカリ電池（アルカリ乾電池）の一実施例を示す。同図に示すアルカリ電池１０は、全体的な基本構成は前述した従来のものと同様であって、正極端子を兼ねる有底円筒状の金属製電池缶１１にアルカリ電解液を含む発電要素２０を収納するとともに、その電池缶１１の開口部を負極端子３２と樹脂製ガスケット３３を用いて封口してある。
【００１６】
電池缶１１は、ニッケルメッキされた薄鋼鈑あるいはニッケル−鉄合金などの金属薄板をプレス加工により形成したものであって、正極端子を兼ねる。発電要素２０は、正極合剤２１、セパレータ２２、および負極ゲル２３により構成され、負極ゲル２３中には棒状の負極集電子３１が挿入されている。正極合剤２１は、二酸化マンガン等を含む正極活物質を環状に成形固化したものであって、電池缶１１内に圧入状態で装填されている。セパレータ２２にはアルカリ電解液が含浸されている。負極ゲル２３はゲル状亜鉛を用いて調整されたものであって、このゲル中に上記集電子３１が挿入されている。
【００１７】
発電要素２０が収納された電池缶１１の開口部は封口体３０により封口される。封口体３０は、負極集電子３１、負極端子３２、およびガスケット３３をあらかじめ一体に組み合わせた集合部品であり、これを電池缶１１の開口部に挿入した後、その開口部をかしめ加工することにより、その電池缶１１を気密封止する封口構造が形成される。負極端子３２は皿状にプレス加工された金属製であって、その皿の外底面が負極端子面（表側面）を形成する。
【００１８】
ガスケット３３はポリプロピレン等の樹脂成形品であって、電池缶１１の開口部と負極端子３２の間に被挟圧状態で介在して上記開口部を気密封止する周縁パッキング部３７と、上記負極端子３２の裏側空間部と上記発電要素２０の収納空間部の間を隔離する隔壁部３６と、上記負極端子３２の裏側面に立設された棒状負極集電子３１を圧入状態で貫通させる中央ボス部３４とが一体に形成されている。
【００１９】
なお、図示を省略するが、負極端子３２の裏側空間部はガス抜き小孔により外部と同気圧に連通するようになっている。これとともに、ガスケット３３の一部に防爆用の薄肉部が形成され、電池缶１１の内圧が異常上昇したときに、その薄肉部が破断することにより、電池の破裂を防止するようになっている。
【００２０】
図２は、上記ガスケット３３の断面（切断面）形状とその中央ボス部３４に生じる応力の状態（矢印）を示す。ガスケット３３の中央ボス部３４には挿通孔３５が形成されていて、ここに負極集電子３１が貫通している。この貫通は圧入状態で行われており、これにより、その中央ボス部３４と負極集電子３１の間に常時応力が作用するようになっている。図中の矢印はその応力の方向と大きさを示す。矢印方向が応力の作用方向を示し、矢印の長さが応力の大きさを示す。
【００２１】
ここで、同図に示すガスケット３３は、上記ボス部３４の外形が負極端子３２側端と発電要素２０側端の間で円弧状に拡大する形状となっている。また、上記ボス部３４に負極集電子３１を貫通させる挿通孔３５の内径が、発電要素２０側端部よりも負極端子３２側に入り込んだ中間部で小さくなるように形成されている。つまり、孔３５の両端開口部で内径が最大となる一方、その中間（中心部）で内径が最小となるように形成されている。これにより、中央ボス部３４と負極集電子３１間に作用する応力は、そのボス部３４の発電要素２０側端部で小さく、その端部よりも負極端子３２側に入り込んだ中間部で大きくなる不等分布状態で作用するようなっている。
【００２２】
上述した構成によれば、上記ボス部３４の下端部（発電要素２０側端部）はアルカリ電解液に接触するが、その接触部分に分布する応力歪が小さいため、アルカリ電解液の接触と応力によるストレスクラックが生じにくい状態となっている。一方、アルカリ電解液との接触部分から離れた中間部分（中央部）では、アルカリ電解液の這い上がりを抑制するのに必要かつ十分な応力が作用している。これにより、アルカリ電解液と応力によるストレスクラックと、ボス部３４と集電子３１間におけるアルカリ電解液の這い上がりを、共に効果的に抑制することができる。
【００２３】
図３は、本発明に用いて有効なガスケット３３の他の実施例を示す。上述した漏液抑制効果を得るためのガスケット構造は、たとえば同図の（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示すような断面（切断面）構造であってもよい。いずれの構造も、中央ボス部３４と負極集電子３１間に作用する応力が、そのボス部３４の発電要素２０側端部で小さく、その端部よりも負極端子３２側に入り込んだ中間部で大きくなる不等分布状態をなすことができ、これにより、中央ボス部３４でのアルカリ電解液の漏液を効果的に抑制して耐漏液性を高めることができる。
【００２４】
上述したガスケット３３は金型による樹脂成形により作製されるが、その成形に際しての樹脂注入ゲート部は、上述した本発明の構成においては、中央ボス部３４の発電要素２０側端部に配置してもとくに支障の無いことが確認された。    以下、上述した実施例のアルカリ電池を実際に試作して行った試験結果を示す。
【００２５】
＜試験１．＞
＝＝クラック発生試験＝＝
ＬＲ２０型アルカリ乾電池を本発明と従来の各構成でそれぞれ試作し、９０℃の恒温槽に３０日間保存した後、電池を分解してガスケットのボス部におけるストレスクラックの発生状況を観察した。
【００２６】
＜試験２．＞
負極端子の無い電池を作製し、負極集電子における常温でのアルカリ電解液の這い上がり露出日数（アルカリ電解液が負極端子側に這い上がってきた日数）を調べた。集電子は本発明と従来のどちらも２．０ｍｍ径のものを使用した。
【００２７】
次の表１は、上記試験１と２の結果を示す。なお、表１において、従来例１〜３は図５に示すような断面（切断面）構造のボス部を有するガスケットを、従来例４は図６に示すような断面（切断面）構造のボス部を有するガスケットを使用した。また、本発明１は図３（ａ）に示すような断面（切断面）構造のボス部を有するガスケットを、本発明２，３はそれぞれ図３（ｂ）と図２に示すような断面（切断面）構造のボス部を有するガスケットを使用した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記表１からもあきらかなように、本発明では、アルカリ電解液と応力によるストレスクラックと、ボス部３４と集電子３１間におけるアルカリ電解液の這い上がりを、共に効果的に抑制することができる。
【００３０】
以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、中央ボス部と負極集電子間に作用する応力が、そのボス部の発電要素側端部でゼロまたは小さく、その端部よりも負極端子側に入り込んだ中間部で大きくなるような不等分布状態は、集電子の外径を不等分布させることによっても可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、負極集電子が樹脂製ガスケットの中央ボス部を貫通する構造を有する円筒型アルカリ電池において、その中央ボス部でのアルカリ電解液の漏液を効果的に抑制して耐漏液性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒型アルカリ電池の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の電池で使用されるガスケットとそのボス部での応力作用状態を示す断面図である。
【図３】本発明の電池で使用するガスケットの他の実施態様を例示する断面図である。
【図４】従来の円筒型アルカリ電池の構成を示す断面図である。
【図５】従来の電池で使用されていたガスケットとそのボス部での応力作用状態を示す断面図である。
【図６】従来のアルカリ電池で使用されていたガスケットとそのボス部での応力作用状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  アルカリ電池（本発明）
１０’  アルカリ電池（従来）
１１  電池缶
２０  発電要素
２１  正極合剤
２２  セパレータ
２３  負極ゲル
３０  封口体
３１  集電子
３２  負極端子
３３  ガスケット
３４  中央ボス部（本発明）
３４’  中央ボス部（従来）
３５  挿通孔
３６  隔壁部
３７  周縁パッキング部
【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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