(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をその中央ボス部５１の周囲に形成された薄肉部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に形成したガス抜き孔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、電池内圧の異常上昇により破断された上記ガスケット５０と上記負極端子板４０の間に介在して上記発生ガスの通気経路を確保するような形状を、上記負極集電子３０の負極端子板側端部３２に形成する。【選択図】    図１
2005216737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状に成形された正極合剤が嵌挿されて正極端子および集電体を兼ねる有底筒状の正極缶と、上記正極合剤の内側にセパレータおよびゲル状負極合剤がアルカリ電解液と共に装填されて形成される発電要素と、上記正極缶の開口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、上記負極端子板の内側面に垂直に固設され、上記ガスケットの中央ボス部を貫通して上記負極合剤中に挿入される棒状負極集電子と、電池内圧が異常上昇したときに上記ガスケットを上記中央ボス部の周囲に沿って形成された薄肉部にて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安全弁機能とを備えたアルカリ乾電池において、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介在して上記発生ガスの通気経路を確保する形状が上記負極集電子の負極端子板側端部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２】
請求項１において、上記負極集電子の負極端子板側端部はその負極端子板の内側面上に厚さを持つスペーサを形成し、このスペーサは上記ガスケットの破断が生じる環状部分よりも外側へ出る部分と、その環状部分よりも内側に後退する部分とを併せ持つ異径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、上記負極集電子の負極端子板側端部が非対称の放射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４】
請求項１または２において、上記負極集電子の負極端子板側端部は、上記ガスケットの破断が生じる環状部分よりも大径の円盤状に形成されるとともに、その円盤の外縁から上記環状部分の内側に入り込む切欠が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、上記負極集電子の負極端子板側端部が略Ｌ字状に屈曲形成されているとともに、その屈曲端部は上記ガスケットの破断が生じる環状部分よりも外側に達し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、上記負極集電子の負極端子板側端部は、その負極端子板の内側面から浮いた位置に張り出し部を有し、この張り出し部により上記発生ガスの通気経路を確保するようにした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３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】
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４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４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４の（ｃ）に示すように、ガスケット５０に、負極端子板４０側に突起するリブ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および信頼性の低下という問題もあった。
【００１２】
なお、負極集電子の周縁に、ガスケットの環状薄肉部に対向する刃突起を設けることにより、異常内圧によるガスケットの破断を確実に行わせるようにした技術が提案されている（特許文献３）。この技術は、ガスケットの破断を確実に行わせる効果はあるが、破断されたガスケットによるガス抜き経路の閉塞を確実に防止するという効果はとくにない。
【００１３】
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
【特許文献３】特開平９−７５７２
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の手段は、管状に成形された正極合剤が嵌挿されて正極端子および集電体を兼ねる有底筒状の正極缶と、上記正極合剤の内側にセパレータおよびゲル状負極合剤がアルカリ電解液と共に装填されて形成される発電要素と、上記正極缶の開口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、上記負極端子板の内側面に垂直に固設され、上記ガスケットの中央ボス部を貫通して上記負極合剤中に挿入される棒状負極集電子と、電池内圧が異常上昇したときに上記ガスケットを上記中央ボス部の周囲に沿って形成された薄肉部にて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安全弁機能とを備えたアルカリ乾電池において、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介在して上記発生ガスの通気経路を確保する形状が上記負極集電子の負極端子板側端部に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記手段は好適な実施形態として、たとえば次のような手段を備えることができる。  
上記負極集電子の負極端子板側端部はその負極端子板の内側面上に厚さを持つスペーサを形成し、このスペーサは上記ガスケットの破断が生じる環状部分よりも外側へ出る部分と、その環状部分よりも内側に後退する部分とを併せ持つ異径状に形成されていることを特徴とする手段。  
上記負極集電子の負極端子板側端部が非対称の放射状に形成されていることを特徴とする手段。  
上記負極集電子の負極端子板側端部は、上記ガスケットの破断が生じる環状部分よりも大径の円盤状に形成されるとともに、その円盤の外縁から上記環状部分の内側に入り込む切欠が形成されていることを特徴とする手段。  
上記負極集電子の負極端子板側端部が略Ｌ字状に屈曲形成されているとともに、その屈曲端部は上記ガスケットの破断が生じる環状部分よりも外側に達していることを特徴とする手段。  
上記負極集電子の負極端子板側端部は、その負極端子板の内側面から浮いた位置に張り出し部を有し、この張り出し部により上記発生ガスの通気経路を確保するようにしたことを特徴とする手段。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
図１は本発明によるアルカリ乾電池の要部における一実施形態を示す。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３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、セパレータ、およびゲル状負極合剤により形成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
図１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。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が形成されている。
【００２０】
薄肉部５４は、ボス部５１と中間隔壁部５３との間の環状部分、すなわち上記中央ボス部５１周囲に形成されている。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。これにより、電池内圧が異常上昇したときに、上記ガスケット５０を上記薄肉部５４にて環状に破断させて、電池内の発生ガスを上記ガス抜き孔４１から外部へ逃がすことができるようになっている。
【００２１】
上記構成に加えて、上記負極集電子３０の負極端子板側端部３２には、異常内圧により破断された上記ガスケット５０と上記負極端子板４０との間に介在して上記発生ガスの通気経路を確保する形状が形成されている。同図の（ｂ）は、その負極集電子３０の側面図およびＡ−Ａ矢視面図を示す。（ｂ）に示すように、負極集電子３０は、負極合剤中に挿入される棒状集電部３１と、皿状負極端子板４０の内側面に垂直に固設される端部３２とを有するが、その端部３２が次のように構成されている。
【００２２】
すなわち、上記負極集電子３０の負極端子板側端部３２は、その負極端子板４０の内側面上に厚さを持つスペーサを形成する。このスペーサは上記ガスケット５０の破断が生じる環状部分（薄肉部５４）よりも外側へ出る部分と、その環状部分（５４）よりも内側に後退する部分とを併せ持つ異径状に形成されている。
【００２３】
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（ｃ）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との間には、負極集電子３０の端部３２が介在する。この端部３２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。
【００２４】
上記負極集電子３０の端部３２形状は、その負極集電子３０の作製と同時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。
【００２５】
図２は上記負極集電子３０の他の実施形態を例示する。  
同図の（ａ）に示す負極集電子３０は、負極端子板側端部３２が非対称の放射状に形成されている。放射方向に３本の水平足３２１が張り出しているが、このような形状は、上記通気経路を複数に分散形成するため、ガスケット破断時のガス抜きを円滑かつ効率良く行わせることができる。
【００２６】
同図の（ｂ）に示す負極集電子３０は、その負極端子板側端部３２が、上記ガスケットの破断が生じる環状部分（５４）よりも大径の円盤状に形成されるとともに、その円盤の外縁から上記環状部分（５４）の内側に入り込む切欠３２２が形成されている。これも、（ａ）のものと同様、ガス抜きの円滑化および効率化に有効である。また、大径の円盤は、負極端子板との接合を安定化および強化するのに有効である。
【００２７】
同図の（ｃ）に示す負極集電子３０は、負極端子板側端部３２が略Ｌ字状に屈曲形成されているとともに、その屈曲端部が上記ガスケットの破断が生じる環状部分（５４）よりも外側に達している。この負極集電子３０は形状が単純なＬ字状なので、低コスト性および量産適性にとくにすぐれている。  
同図の（ｃ）に示す負極集電子３０は、その負極端子板側端部３２に、負極端子板４０の内側面から浮いた位置に張り出し部３２３が形成されている。このような張り出し部３２３も、ガスケット破断時のガス抜き経路確保に有効であって、安全弁機能の作動信頼性を大幅に高めることができる。
【００２８】
ここで、上述した各実施形態の構成を有するＬＲ２０型アルカリ乾電池をそれぞれ１００本ずつ試作し、各試作電池に対して、６０℃の環境下で４００ｍＡ×２４時間の強制充電による電池破裂試験を行ったが、破裂発生は皆無であった。
【００２９】
比較のために、図４に示した従来型のＬＲ２０型アルカリ乾電池について同様の試験を行ったところ、１００本のうち８本に安全弁機能の動作不良による破裂が生じた。
【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、上記負極集電子３０の端部３２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】
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】本発明によるアルカリ乾電池の要部における一実施形態を示す省略断面図である。
【図２】本発明の要部をなす負極集電子の他の実施形態を示す側面図および断面図である。
【図３】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４】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】
【００３３】
１０  正極缶
２０  発電要素
３０  負極集電子
３１  集電部
３２  負極端子板側端部
３２１  水平足
３２２  切欠
３２３  張り出し部
４０  負極端子板
４１  ガス抜き孔
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
【図１】
2005216737.tif 000003
【図２】
2005216737.tif 000004
【図３】
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【図４】
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