(57)【要約】【課題】耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池を提供する。【解決手段】アルカリ乾電池の封口体は、上部筒部、水平部、および下部筒部からなる外周筒部、負極集電子を挿入する貫通孔を有する内周筒部、ならびに外周筒部と内周筒部とを連結する連結部を備え、水平部の厚さに対する上部筒部の厚さの比が０．６５以下であり、上部筒部の外径に対する上部筒部の厚さの比が０．０１５以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケース、および前記電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部を具備し、
前記組立封口部が、負極端子板、前記負極端子板と電気的に接続された負極集電子、および樹脂製封口体を具備し、
前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備え、
前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなり、
前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の周縁部を前記水平部上へ締め付けたアルカリ乾電池であって、
前記水平部の厚さに対する前記上部筒部の厚さの比が０．６５以下であり、
前記上部筒部の外径に対する前記上部筒部の厚さの比が０．０１５以上であることを特徴とするアルカリ乾電池。
【請求項２】
前記連結部は薄肉部を有する請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項３】
前記封口体は、ポリアミド系樹脂からなる請求項１記載のアルカリ乾電池。
【請求項４】
前記ポリアミド系樹脂は、６，１２−ナイロンである請求項３記載のアルカリ乾電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ乾電池に関し、特に電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部の封口体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アルカリ乾電池の耐漏液性を改善するために、その封口部分に関して種々の検討が行われている。
例えば、特許文献１では、電池ケースの開口部を樹脂製封口体および負極端子板を用いて封口する構成において、電池ケースと端子板との間に封口体の外周筒部を介在させ、電池ケースの開口端部を外周筒部の上端とともに内方へ屈曲して封口体の外周筒部を端子板の周縁部へ締め付けてかしめ加工する際における封口体の外周筒部の圧縮具合が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２では、長期保存時において、かしめ加工により生じる応力により封口体にクラックが発生するのを防止するために、かしめ加工後の封口体にかかる応力を緩和させる方法として、電池ケースとともにかしめ加工される封口体の外周筒部において、負極端子板周縁部の下面を受ける部分と、負極端子板周縁部の上面を抑える部分とを分割して設けることが提案されている。すなわち、負極端子板周縁部の上面を抑える部分を別に設けることにより、封口体の外周筒部の上端が予め内方へ向いた構造とすることが提案されている。
【０００４】
しかし、特許文献１のような、かしめ加工時に外周筒部の上端が内方へ屈曲する封口体を用いる場合において、かしめ加工により生じる応力の緩和による、長期保存時におけるクラックの発生防止を目的とした封口体の形態に関する検討は依然として十分に行われていない。
また、特許文献２では、封口体を分割して使用するため、部品コストおよび電池の組立工程数が増加して、製造コストが増大するという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２８３７９５号公報
【特許文献２】特開２００３−０５１２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、上記の従来の問題を解決するため、かしめ加工時に封口体にかかる応力を抑制し、長期保存時においても耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のアルカリ乾電池は、内部に発電要素を収納した正極端子を兼ねる電池ケース、および前記電池ケースの開口部を塞ぐ組立封口部を具備し、前記組立封口部が、負極端子板、前記負極端子板と電気的に接続された負極集電子、および樹脂製封口体を具備し、前記封口体は、前記負極集電子が挿入される貫通孔を有する中央筒部、前記負極端子板の周縁部と前記電池ケースの開口端部との間に介在する外周筒部、および前記中央筒部と外周筒部とを連結する連結部を備え、前記外周筒部は、前記負極端子板の周縁部を受ける環状の水平部、前記水平部の外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部、および前記水平部の内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部からなり、前記電池ケースの開口端部が前記封口体の上部筒部の上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて前記負極端子板の周縁部を前記水平部上へ締め付けたアルカリ乾電池であって、
前記水平部の厚さに対する前記上部筒部の厚さの比が０．６５以下であり、前記上部筒部の外径に対する前記上部筒部の厚さの比が０．０１５以上であることを特徴とする。
【０００７】
前記連結部は薄肉部を有するのが好ましい。
前記封口体は、ポリアミド系樹脂からなるのが好ましい。
前記ポリアミド系樹脂は、６，１２−ナイロンであるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、封口体が十分な強度を有し、かつかしめ加工された後の封口体にかかる応力を低減することができるため、長期保存時において封口体のクラックを防止し耐漏液性に優れた高信頼性のアルカリ乾電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態を、図１および２を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態としてアルカリ乾電池の一部を断面とした正面図である。
正極端子を兼ねる有底円筒形の電池ケース１には、中空円筒状の正極合剤２が内接している。正極合剤２の中空部には有底円筒形のセパレータ４を介してゲル状負極３が配されている。正極合剤２、セパレータ４、およびゲル状負極３には、アルカリ電解液が含まれている。セパレータ４には、例えば、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布が用いられる。
【００１０】
正極合剤２には、例えば、正極活物質として二酸化マンガン粉末およびオキシ水酸化ニッケル粉末の少なくとも一方、導電剤として黒鉛粉末、およびアルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液の混合物が用いられる。
ゲル状負極３には、例えば、負極活物質として亜鉛粉末、ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウム、およびアルカリ電解液として水酸化カリウム水溶液の混合物が用いられる。
【００１１】
ここで、図２は、図１のＸ部分（アルカリ乾電池の封口部分）の拡大断面図である。
電池ケース１は、正極合剤２等の発電要素を収納した後、開口部近傍に段部１ａが設けられ、電池ケース１の開口部は、組立封口部１２により封口される。段部１ａ上には、後述する水平部１４ｂが配される。組立封口部１２は、周縁部の鍔部７ａおよび中央部の平坦部７ｂを有する負極端子板７、負極端子板７の平坦部７ｂと電気的に接続された負極集電子６、ならびに樹脂製封口体５で構成されている。ゲル状負極３の中央には負極集電子６が挿入されている。
【００１２】
封口体５は、図３に示すように、負極集電子６が挿入される貫通孔１３ａを有する中央筒部１３、負極端子板７の周縁部と電池ケース１の開口端部との間に介在する外周筒部１４、および中央筒部１３と外周筒部１４とを連結し、安全弁として働く環状薄肉部１５ａを有する連結部１５からなる。外周筒部１４は、負極端子板７の周縁部を受ける環状の水平部１４ｂ、水平部１４ｂの外側周縁部から上方に立ち上がる上部筒部１４ａ、および水平部１４ｂの内側周縁部から下方へ傾斜して延びる下部筒部１４ｃからなる。電池ケース１の開口端部が封口体５の上部筒部１４ａの上端を包み込むように折り曲げられ、その折り曲げ部が内方へかしめられて負極端子板７の周縁部が水平部１４ｂ上へ締め付けられている。電池ケース１の外表面は、外装ラベル１０により被覆されている。
【００１３】
本発明は、図３に示す封口体５において、水平部１４ｂの厚さＢに対する上部筒部１４ａの厚さＡの比（以下、Ａ／Ｂと示す）が０．６５以下であり、かつ上部筒部１４ａの外径Ｃに対する上部筒部１４ａの厚さＡの比（以下、Ａ／Ｃと示す）が０．０１５以上である点に特徴を有する。
【００１４】
封口体５が、上記の構成を満たす場合、かしめ加工時に、水平部１４ｂと内周筒部１３との間の連結部１５、特に薄肉部１５ａに応力が集中するのを防ぐことができ、これにより、長期保存においても応力による封口体５のクラックの発生を抑制することができ、耐漏液性に優れたアルカリ乾電池が得られる。また、従来のように、外周筒部１４を分割して設ける必要がないため、部品コストおよび電池の組立工程数が増加して、製造コストが増大することがない。
Ａ／Ｂが０．６５を超えると、封口体５の連結部１５にかかる応力が大きくなり、長期保存時にクラックが発生しやすくなる。一方、Ａ／Ｃが０．０１５未満であると、封口体５の上部筒部１４ａの強度が低下し、封口体５の保管時に上部筒部１４ａが変形する場合がある。上記の効果がより顕著に得られる点で、Ａ／Ｂが０．６以下であり、かつＡ／Ｃが０．０２以上であるのが好ましい。
【００１５】
封口体５の強度を確保するために、上部筒部１４ａの厚さＡおよび水平部１４ｂの厚さＢは０．２ｍｍ以上であるのが好ましい。
より好ましくは、上部筒部１４ａの厚さＡは０．３〜０．８ｍｍであり、水平部１４ｂの厚さＢは０．５〜１．５ｍｍである。上部筒部１４ａの厚さＡは０．８ｍｍを超えると、かしめ加工時に大きな力を必要とし、それにともない連結部１５にかかる応力が大きくなり、封口体５にクラックが生じやすくなる。また、水平部１４ｂの厚さＢは１．５ｍｍを超えると、組立封口部１２が分厚くなり、活物質の充填体積が減少する。
また、上部筒部１４ａの外径Ｃは、最小でＬＲ８Ｄ４２５サイズの６ｍｍであり、最大で単１形（ＬＲ２０）サイズの３３ｍｍである。
上部筒部１４ａの厚さＡおよび外径Ｃ、ならびに水平部１４ｂの厚さＢが、上記範囲である場合、例えば、Ａ／Ｂは０．１３〜０．６５であり、Ａ／Ｃは０．０１５〜０．１３である。
【００１６】
封口体５には、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、または６−ナイロン、６，６−ナイロン、もしくは６，１２−ナイロン等のポリアミド系樹脂が用いられる。
その中でも、ポリアミド系樹脂を用いるのが好ましい。ポリアミド系樹脂は、アルカリ電解液中に浸漬された状態では、樹脂の加水分解が進行し、脆化する性質を有する。この性質は、かしめ加工により生じる応力の低減により、クラック発生の抑制に対して更に有効に作用する。吸水性が小さく、寸法安定性に優れている点で、ポリアミド系樹脂の中でも、６，１２−ナイロンがより好ましい。
【００１７】
封口体５の上部筒部１４ａにおいて、かしめ加工前の図３に示す高さｈ１に対する、かしめ加工により折り曲げられた後の図２に示す高さｈ２の比（以下、圧縮比（ｈ２／ｈ１）と示す）は０．６〜０．９であるのが好ましい。圧縮比が０．９を超えると、かしめ加工による圧縮が不十分となり、気密性が十分に得られない場合がある。圧縮比が０．６未満であると、封口体における連結部等への反力（応力）が増大し封口体のクラックが発生しやすくなる。
【００１８】
アルカリ電解液には、例えば、水酸化カリウム水溶液が用いられる。水酸化カリウム水溶液の濃度は３２〜４０重量％であるのが好ましい。水酸化カリウム水溶液の濃度が４０重量％を超えると、電池反応に寄与する水の絶対量が減少し、電池性能が低下する。一方、水酸化カリウム水溶液の濃度が３２重量％未満であると、封口体を構成する樹脂の加水分解が進行しクラックが発生し易くなる。
【００１９】
負極端子板７は、例えば、鍔部７ａと平坦部７ｂとの境界部に、電池内のガスを外部に放出させるための孔（図示しない）を有する。電池内圧が異常に上昇した時に、封口体５の薄肉部１５ａが破断し、上記の孔より外部にガスを放出させることができる。
【実施例】
【００２０】
以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
《実施例１〜６および比較例１〜４》
（１）正極合剤の作製
二酸化マンガン粉末と黒鉛粉末とを、９０：１０の重量比で混合した。そして、この混合物と、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液とを１００：３の重量比で混合し、充分に攪拌した後、フレーク状に圧縮成形した。ついで、フレーク状の正極合剤を粉砕して顆粒状とし、これを篩によって分級し、１０〜１００メッシュのものを中空円筒状に加圧成形してペレット状の正極合剤を得た。
【００２１】
（２）ゲル状負極の作製
ゲル化剤としてポリアクリル酸ナトリウムと、アルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液と、負極活物質として亜鉛粉末とを１：３３：６６の重量比で混合し、ゲル状負極を得た。
【００２２】
（３）円筒形アルカリ乾電池の組み立て
図１に示す構造の単３形アルカリ乾電池（ＬＲ６）を下記の手順により作製した。図１は、円筒形アルカリ乾電池の一部を断面とする正面図である。また、図１のＸ部分（封止部分）の拡大断面図を図２に示す。
上記で得られた正極合剤２を電池ケース１内に２個挿入し、加圧治具により正極合剤２を再成形して電池ケース１の内壁に密着させた。電池ケース１の内壁に密着させた正極合剤２の中央に有底円筒形のセパレータ４を配置した。セパレータ４内にアルカリ電解液として４０重量％の水酸化カリウム水溶液を所定量注入した。所定時間経過した後、上記で得られたゲル状負極３をセパレータ４内に充填した。なお、セパレータ４には、ポリビニルアルコール繊維およびレーヨン繊維を主体として混抄した不織布を用いた。
【００２３】
電池ケース１の開口部近傍に溝入れを施して段部１ａを形成し、その段部１ａ上で組立封口部１２の水平部１４ｂを受けるように、電池ケース１の開口部に組立封口部１２を設置した。このとき、負極集電子６の一部は、ゲル上負極３中に挿入された。組立封口部１２は、負極集電子６の頭部６ａと、負極端子板７の平坦部７ｂとを電気溶接し、負極集電子６をナイロン製封口体５の中央筒部１３の貫通孔１３ａに挿入することにより得た。
そして、電池ケース１の開口端部を折り曲げ、封口体５の上部筒部１４ａの上端を包み込んで内方へかしめ、負極端子板７の周縁部を、外周筒部１４を介して電池ケース１の開口端部により締め付けて電池ケース１の開口部を封口した。外装ラベル１０で電池ケース１の外表面を被覆した。
【００２４】
射出成形により６，６−ナイロンからなる上記の封口体５を得た。この時、上部筒部１４ａの厚さＡの寸法を種々に変えて、水平部１４ｂの厚さＢに対する上部筒部１４ａの厚さＡの比（Ａ／Ｂ）、および上部筒部１４ａの外径Ｃに対する上部筒部１４ａの厚さＡの比（Ａ／Ｃ）の異なる封口体５を作製した。なお、水平部１４ｂの厚さＢは０．８ｍｍであり、上部筒部１４ａの外径Ｃは１３．１ｍｍであった。
また、この時の上部筒部１４ａの圧縮比は０．７５であった。
そして、これらの封口体５を用いてそれぞれアルカリ乾電池を作製した。
【００２５】
［評価］
（１）電池の耐漏液性の評価
上記で得られた各電池を６０個ずつ準備し、温度８０℃の高温環境下で、４ヶ月間保存し、保存後において漏液した電池の数を調べた。なお、漏液の有無は目視により判断した。
【００２６】
（２）封口体の放置試験
上記で得られた各封口体を１０００個ずつ準備し、これらの封口体を箱詰めにし、常温にて１週間放置した後、変形した封口体の数を調べた。このとき、封口体を内径１３．４mmのゲージに通し、ゲージに引っかかった上部筒部の外径Ｃが０．３mmを超える部分が存在する封口体を変形したものと判断した。
上記の評価結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
比較例１および２では、外周筒部の厚さの寸法が大きすぎるため、かしめ加工後の封口体にかかる応力が大きくなり、保存期間中に封口体にクラックが生じたため、漏液を生じた電池がみられた。また、比較例３および４の封口体では、外周筒部が薄すぎるため強度が小さくなり、コンテナに箱詰めして保管した後において外周筒部が変形した封口体がみられた。
【００２９】
実施例１〜６では、封口体の強度が十分であり、形状が維持されるため、コンテナに箱詰めした後において、いずれの封口体も変形しなかった。また、かしめ加工後において封口体の連結部にかかる応力が低減され、保存期間中にクラックが発生しないため、いずれの電池も漏液しなかった。このように、実施例１〜６の電池では、優れた耐漏液性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のアルカリ乾電池は高信頼性を有し、電子機器や携帯機器の電源等に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアルカリ乾電池の一部を断面とした正面図である。
【図２】図１における封口部分（Ｘ部分）を拡大した縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるアルカリ乾電池に用いられる封口体の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  電池ケース
２  正極合剤
３  ゲル状負極
４  セパレータ
５  封口体
６  負極集電子
７  負極端子板
１０  外装ラベル
１２  組立封口部
１３  中央筒部
１３ａ  貫通孔
１４  外周筒部
１４ａ  上部筒部
１４ｂ  水平部
１４ｃ  下部筒部
１５  連結部
１５ａ  薄肉部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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