(57)【要約】【課題】安全弁機能付きのアルカリ乾電池において、電池性能の向上を阻害することなく、また、ガスケットの特性を不安定化することなく、さらに、量産適性にすぐれた低コストで再現性の高い構成でもって、電池内圧の異常上昇時に安全弁機能を確実に作動させる。【解決手段】電池内圧が異常上昇したときにガスケット５０を薄肉部５４にて環状に破断させることにより、電池内の発生ガスを負極端子板４０のガス抜き孔４１から外部へ逃がす安全弁機能を備えたアルカリ乾電池において、負極端子板４０に凸部４２を形成し、電池内圧の異常上昇により破断されたガスケットと負極端子板との間に上記凸部４２を介在させて上記発生ガスの通気経路を確保させる。【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筒状の正極缶と、この正極缶内に収納されたアルカリ電解液を含む発電要素と、上記正極缶の開口部を塞ぐ略皿状の負極端子板と、この負極端子板と上記正極缶の間に介装されて上記正極缶内を気密封止する樹脂製封口ガスケットと、電池内圧が異常上昇したときに上記ガスケットを環状に破断させることにより、電池内の発生ガスを上記負極端子板に形成したガス抜き孔から外部へ逃がすようにした安全弁機能とを備えたアルカリ乾電池において、上記負極端子板に上記ガスケット側へ突出する凸部が形成され、電池内圧の異常上昇により破断された上記ガスケットと上記負極端子板との間に上記凸部が介在することにより上記発生ガスの通気経路が確保されるようにしたことを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
請求項１において、上記負極端子板の凸部が非環状に形成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項３】
請求項１または２において、上記負極端子板の凸部が複数の頂部からなることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項４】
請求項４において、上記複数の頂部の高さおよび／または幅等が不均一に形成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項５】
請求項１または２において、上記負極端子板の凸部が放射状または異形状の平面パターンをなす台状に形成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、上記負極端子板はその内側面に、上記発電要素の負極合剤中に挿入される棒状の負極集電子が垂直に固設され、上記ガスケットは樹脂成形品であって、上記負極集電子を気密維持状態で貫通させる中央ボス部と、上記正極缶の開口部と上記負極端子の周縁部との間に被圧状態で介装されるパッキング部と、上記負極端子板の内側空間部と上記正極缶内の発電空間部との間に介在する中間隔壁部と、上記ガスケットの先行破断を誘起する薄肉部とが同軸状に形成され、かつ軸非対称なリブを有しない形状であることを特徴とするアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池内圧が異常上昇したとき作動する安全弁機能を備えたアルカリ乾電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＲの型番で呼ばれる円筒型アルカリ乾電池は、図４に示すように、正極端子および集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１０内にアルカリ電解液を含む発電要素２０が装填・収納されている。発電要素２０は、管状に成形された正極合剤２１、セパレータ２２、およびゲル状負極合剤２３により形成されている。
【０００３】
上記正極缶１０は、略皿状の金属製負極端子板４０と略円盤状の樹脂製ガスケット５０を用いて封口されている。負極端子板４０は正極缶１０の開口を塞ぐ位置に配置され、この負極端子板４０と正極缶１０の間に上記ガスケット５０が介装されることにより、その正極缶１０内が気密封止されている。負極端子板４０の内側（電池内部側）面には、上記負極合剤２３中に挿入される棒状の金属製負極集電子３０が、スポット溶接等により垂直に固設されている。
【０００４】
さらに、図示の電池には安全弁機能が形成されている。安全弁機能は、ガスケット５０の薄肉部５４と負極端子板４０のガス抜き孔４１とにより形成される。ガスケット５０はポリプロピレンあるいはナイロン（６または６，６ナイロン）などの樹脂成形品であって、負極集電子３０を気密維持状態で貫通させる中央ボス部５１、正極缶１０の開口部と負極端子４０の周縁部との間に被圧状態で介装されるパッキング部５２、負極端子板４０の内側空間部と正極缶１０内の発電空間部との間に介在する中間隔壁部５３、および薄肉部５４が一体に形成されている。薄肉部５４は、ボス部５１と中間隔壁部５３との間の環状部分に形成されている。負極端子板４０の内側空間部は、負極端子板４０の周縁付近に設けられたガス抜き孔４１により外部（大気圧）に連通されている。
【０００５】
図５の（ａ）（ｂ）は上記安全弁機能の動作状態を示す。まず、電池内圧が正常範囲内にある場合、同図の（ａ）に示すように、上記ガスケット５０は、負極端子板４０の内側空間部を電池内部から気密隔離している。電池内圧が異常上昇すると、同図の（ｂ）に示すように、ガスケット５０が上記薄肉部５４にて環状に先行破断されることにより、電池内の発生ガスが上記ガス抜き孔４１から電池外へ逃がされて電池の破裂が防止される。なお、この種の安全弁機能を備えたアルカリ乾電池は、たとえば特許文献１などに開示されている。
【特許文献１】特開平７−２４０１９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アルカリ乾電池は携帯用電子機器やコードレス電子機器などの普及に伴い、その電源として多用されている。このアルカリ乾電池は機器の進歩と共に様々な工夫がなされながら進化してきた。それでも、高性能化と高信頼性化に対する要求は留まることがなく、それに応じるための工夫努力が今も行われている。
【０００７】
アルカリ乾電池の性能項目で要求が強いのは、放電容量の増大である。この放電容量の増大に最も有効な方策は、発電作用物質の増量である。この増量を規格サイズ内で行うためには、電池内部の容積利用効率を高めるしかない。このためには、発電作用物質の充填に利用されていない空間すなわち非充填空間をできるだけ少なくする必要がある。
【０００８】
一方、上記アルカリ乾電池の高信頼性化については、上記安全弁機能の動作信頼性を高めることが重要課題である。上記安全弁機能が確実に作動するためには、ガスケット５０が異常内圧を受けて破断させられたときに、その異常内圧の原因となっている電池内の発生ガスを外部へ逃がすための通気経路が、確実に形成されなければならない。しかし、図５の（ｂ）に示すように、破断されたガスケット５０が負極端子板４０の内側に密着状態で接触することにより、負極端子板４０のガス抜き孔４１に通じる通気経路が塞がれ、これにより安全弁機能が正常作動しない動作不良を発生することがあった。
【０００９】
上記動作不良の回避対策としては、ガスケットとくにその中間隔壁部と負極端子板との距離間隔を大きく取ることが考えられる（たとえば特許文献１）。しかし、ガスケットと負極端子板の距離間隔を大きく取ると、電池内部の発電に利用できる容積の減少により電池性能の向上が阻害されるという問題が生じる。
【００１０】
上記動作不良を防止する別の手段としては、図５の（ｃ）に示すように、ガスケット５０に、負極端子板４０側へ突出するリブ５５を成形により一体形成し、異常内圧によりガスケット５０が破断したときに、そのリブ５５がガスケット５０と負極端子板４０の間に介在してガス抜きの通気経路を確保する構成が提案されている（特許文献２）。しかし、この手段は、ガスケット５０の形状が複雑になり、また、成形時の樹脂の流れが不均一になるために、特性の安定したガスケットを再現性良く得ることが困難になるという問題があった。
【００１１】
上記以外の手段としては、薄肉部の途中に薄肉部でない部分を設けることにより、ガスケットが異常内圧で破断したときの移動を少なくし、これによりガスケットが負極端子板に密着接触することによるガス抜き経路の閉塞を回避させるという構成もある。しかし、この構成は、上記と同様に、ガスケットの構造を複雑にし、成形時の樹脂の流れを不均一にし、さらに、ガスケットの破断が不完全に行われることによる作動精度の低下および信頼性の低下を招くという問題もあった。
【００１２】
本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、電池性能の向上を阻害することなく、また、ガスケットの特性を不安定化することなく、さらに、量産適性にすぐれた低コストで再現性の高い構成でもって、電池内圧の異常上昇時に安全弁機能が確実に作動する高信頼のアルカリ乾電池を提供することにある。
【特許文献２】米国特許６，２７０，９１９
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の手段は、次の（１）を特徴とする。  
正極端子を兼ねる有底筒状の正極缶と、この正極缶内に収納されたアルカリ電解液を含む発電要素と、上記正極缶の開口部を塞ぐ略皿状の負極端子板と、この負極端子板と上記正極缶の間に介装されて上記正極缶内を気密封止する樹脂製封口ガスケットと、電池内圧が異常上昇したときに上記ガスケットを環状に破断させることにより、電池内の発生ガスを上記負極端子板に形成したガス抜き孔から外部へ逃がすようにした安全弁機能とを備えたアルカリ乾電池において、上記負極端子板に上記ガスケット側へ突出する凸部が形成され、電池内圧の異常上昇により破断された上記ガスケットと上記負極端子板との間に上記凸部が介在することにより上記発生ガスの通気経路が確保されるようにした。
【００１４】
上記手段には、たとえば次のような実施形態（２）〜（６）が適している。  
（２）上記（１）において、上記負極端子板の凸部が非環状に形成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。  
（３）上記（１）または（２）において、上記負極端子板の凸部が複数の頂部からなることを特徴とするアルカリ乾電池。  
（４）上記（３）において、上記複数の頂部の高さおよび／または幅等が不均一に形成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。  
（５）上記（１）または（２）において、上記負極端子板の凸部が放射状または異形状の平面パターンをなす台状に形成されていることを特徴とするアルカリ乾電池。  
（６）上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、上記負極端子板はその内側面に、上記発電要素の負極合剤中に挿入される棒状の負極集電子が垂直に固設され、上記ガスケットは樹脂成形品であって、上記負極集電子を気密維持状態で貫通させる中央ボス部と、上記正極缶の開口部と上記負極端子の周縁部との間に被圧状態で介装されるパッキング部と、上記負極端子板の内側空間部と上記正極缶内の発電空間部との間に介在する中間隔壁部と、上記ガスケットの先行破断を誘起する薄肉部とが同軸状に形成され、かつ軸非対称なリブを有しない形状であることを特徴とするアルカリ乾電池。
【発明の効果】
【００１５】
電池性能の向上を阻害することなく、また、ガスケットの特性を不安定化することなく、さらに、量産適性にすぐれた低コストで再現性の高い構成でもって、電池内圧の異常上昇時に安全弁機能が確実に作動する高信頼のアルカリ乾電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施形態によるアルカリ乾電池の概略断面を示す。同図に示すアルカリ乾電池はＬＲの型番で呼ばれる円筒型アルカリ乾電池であって、その基本的な構成は、図４に示したものと同様である。すなわち、正極端子および集電体を兼ねる有底筒状の金属製正極缶１０内にアルカリ電解液を含む発電要素２０が装填されている。発電要素２０は、管状に成形された正極合剤２１、セパレータ２２、およびゲル状負極合剤２３により形成されている。
【００１７】
上記正極缶１０は、略皿状の金属製負極端子板４０と略円盤状の樹脂製ガスケット５０を用いて封口されている。負極端子板４０は正極缶１０の開口を塞ぐ位置に配置され、この負極端子板４０と正極缶１０の間に上記ガスケット５０が介装されることにより、その正極缶１０内が気密封止されている。負極端子板４０の内側（電池内部側）面には、負極合剤２３中に挿入される棒状の金属製負極集電子３０がスポット溶接等により垂直に固設されている。
【００１８】
上記ガスケット５０は、負極集電子３０を気密維持状態で貫通させる中央ボス部５１、正極缶１０の開口部と負極端子４０の周縁部との間に被圧状態で介装されるパッキング部５２、負極端子板４０の内側空間部と正極缶１０内の発電空間部との間に介在する中間隔壁部５３、および薄肉部５４が一体に形成されている。薄肉部５４は、ボス部５１と中間隔壁部５３との間の環状部分に形成されている。
【００１９】
このガスケット５０はポリプロピレンあるいはナイロン（６または６，６ナイロン）などの樹脂成形品であって、上記中央ボス部５１、パッキング部上記５２、上記中間隔壁部５３、上記薄肉部５４が同軸状に形成され、かつ軸非対称なリブを有しない形状に形成されている。このような形状は、成形時の樹脂の流れを円滑かつ均一にし、特性の安定したガスケットを再現性良く得るのに好適である。
【００２０】
図２は本発明の要部となっている安全弁機能の部分に着目したものであって、この安全弁機能は、同図の（ａ）に示すように、ガスケット５０の薄肉部５４と負極端子板４０のガス抜き孔４１とにより形成される。負極端子板４０の内側空間部は、負極端子板４０の周縁付近に設けられたガス抜き孔４１により外部（大気圧）に連通されている。その負極端子板４０には上記ガスケット５０側へ突出する凸部４２が形成されている。
【００２１】
ここで、電池内部でのガス発生によって電池内圧が異常上昇すると、同図の（ｂ）に示すように、その異常上昇した内圧により上記薄肉部５４が先行破断する。これにより、内部発生ガスが上記ガス抜き孔４１を通って電池外（大気）へ逃がされ、電池の破裂が防止される。このとき、上記負極端子板４０の凸部４２は、上記ガスケット５０が電池内圧の異常上昇により破断された際に、そのガスケット５０と負極端子板４０との間に介在することにより、上記発生ガスの通気経路を確保する。
【００２２】
このように、上記構成によれば、電池内圧に環状に破断されたガスケット５０は、同図の（ｂ）に示すように、負極端子板４０側へ押されて移動するが、その負極端子板４０には上記凸部４２が介在する。この凸部４２は、ガスケット５０の内側すなわち電池内部と負極極端子板４０のガス抜き孔４１との間が気密閉塞されるのを阻害する。つまり、電池内圧の異常上昇により破断された上記ガスケットと上記負極端子板の間に上記凸部４２が介在することにより、電池内部の発生ガスを上記ガス抜き孔４１へ導く通気経路が確保される。これにより、安全弁機能を確実に作動させることができる。
【００２３】
上記凸部４２は、負極端子板４０を作製するプレス加工時に一緒に形成することができる。これにより、ガスケット５０にその特性を不安定化するリブ等の複雑形状を付与することなく、量産適性にすぐれた低コストで再現性の高い構成でもって、電池内圧の異常上昇時に安全弁機能が確実に作動する高信頼のアルカリ乾電池を構成することができる。
【００２４】
図３は上記負極端子板４０の実施形態を斜視図で示す。同図において、（ａ）は上記凸部４２を有しない従来の負極端子板４０を示す。（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ上記凸部４２を有する本発明の負極端子板４０を示す。
【００２５】
同図の（ｂ）〜（ｅ）にそれぞれ示すように、負極端子板４０の凸部４２は環状に閉じない形状、すなわち非環状に形成されていることが望ましい。また、同図の（ｂ）または（ｅ）に示すように、上記凸部４２は、互いに独立した複数の頂部４２１からなる凸部であってもよい。この場合、少なくともいずれか１つの頂部４２１がガスケット破断時の通気経路を確保することにより、安全弁機能の動作信頼性をさらに高めることができる。複数の頂部４２１は、（ｂ）に示すように、等間隔で円陣配置してもよく、または、（ｅ）に示すように円弧状に配列してもよい。その複数の頂部４２１の高さおよび／または幅等を不均一に形成すれば、ガスケット破断時の通気経路確保を一層確実にすることができる。
【００２６】
上記凸部４２は、頂部４２１が複数でなくとも、たとえば（ｃ）に示すように、円弧状リブ４２２で形成しても、安全弁機能の動作信頼性を高めるのに有効である。また、上記凸部４２は、（ｄ）に示すように、放射状または異形状の平面パターンを有する台状に形成してもよい。（ｂ）に示す円陣配置と、（ｄ）に示す放射状パターンはそれぞれ軸対称な形状であるが、このような形状は、負極端子板４０の応力歪を均等に分散させて、寸法精度等の特性安定化に寄与することができる。
【実施例】
【００２７】
図３の（ａ）〜（ｅ）に示した負極端子板４０を用いて５種類のＬＲ２０型アルカリ乾電池Ａ〜Ｅをそれぞれ１００本ずつ試作した。この場合、図３の（ａ）に示した負極端子板４０は、図５の（ｃ）示したリブ５５付きガスケット５０との組み合わせで使用して封口部および安全弁機能を構成した。図３の（ｂ）〜（ｅ）に示した凸部４２付き負極端子板４０はそれぞれ、上記リブ５５が付いていないガスケット５０との組み合わせで使用して封口部および安全弁機能を構成した。
【００２８】
＝＝＝実験１：ガスケット不良率の試験＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
上記５種類の試作電池Ａ〜Ｅを作製するにあたり、まず、樹脂成形により作製したガスケットについて、その割れ，退け，ボイド，変色の有無、および薄肉部の破断圧力等を観察および測定して不良率を調査した。割れ，退け，ボイド，変色に関しては目視で判断を行った。破断圧力に関しては測定により判断し、目標圧力に対して±１０％%以内を合格とした。
【００２９】
＝＝＝実験２：安全性の試験＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
次に、負極端子形状変更の効果を比較検討するため、上記５種類の試作電池（ＬＲ２０）Ａ〜Ｅの安全性試験を行った。Ａは従来仕様の乾電池、Ｂ〜Ｅは本発明仕様電池である。
【００３０】
上記実験１と実験２の各結果を表１にまとめて示す。
【表１】
2005216738.tif 000003
【００３１】
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、上記負極端子板４０の凸部４２は上記以外にも様々な変形例が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
電池性能の向上を阻害することなく、また、ガスケットの特性を不安定化することなく、さらに、量産適性にすぐれた低コストで再現性の高い構成でもって、電池内圧の異常上昇時に安全弁機能が確実に作動する高信頼のアルカリ乾電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による安全弁機能付きアルカリ乾電池の一実施形態示す断面図である。
【図２】本発明によるアルカリ乾電池の安全弁機能部分の実施形態を示す省略断面図である。
【図３】本発明の要部をなす負極端子板の各種実施形態を示す斜視図である。
【図４】従来の安全弁機能付きアルカリ乾電池の構成例を示す断面図である。
【図５】従来の安全弁機能の構成例を示す省略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  正極缶
２０  発電要素
２１  正極合剤
２２  セパレータ
２３  ゲル状負極合剤
３０  負極集電子
４０  負極端子板
４１  ガス抜き孔
４２  凸部
４２１  頂部
４２２  円弧状リブ
５０  ガスケット
５１  中央ボス部
５２  パッキング部
５３  中間隔壁部
５４  薄肉部
５５  リブ（従来）
【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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