(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素棒を密着して抱持する内筒部、亜鉛缶の開口部内壁に密接する外筒部、ならびに前記内筒部および外筒部を連結する連結部を有する封口体と、炭素棒の頂部に嵌合する正極端子板とを具備し、前記正極端子板の外周縁部と亜鉛缶の開口部で封口体の外筒部を締め付けて密閉したマンガン乾電池であって、
前記封口体の内筒部の上部の少なくとも一部が、内周面から外周面まで貫通する切欠部を具備し、
電池内圧の上昇によって前記封口体が変形し、前記封口体と前記炭素棒との間に間隙が形成され、前記間隙から前記正極端子板に設けられた排気孔を通じてガスを排出する防爆機構を有することを特徴とするマンガン乾電池。
【請求項２】
前記切欠部の深さが、前記内筒部が炭素棒と密着する部分の長さの５〜４０％であることを特徴とする請求項１記載のマンガン乾電池。
【請求項３】
前記切欠部が、前記内筒部の中心軸からみて６０〜２７０°の範囲に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のマンガン乾電池。
【請求項４】
炭素棒を密着して抱持する内筒部、亜鉛缶の開口部内壁に密接する外筒部、ならびに前記内筒部および外筒部を連結する連結部を有する封口体と、炭素棒の頂部に嵌合する正極端子板とを具備し、前記正極端子板の外周縁部と亜鉛缶の開口部で封口体の外筒部を締め付けて密閉したマンガン乾電池であって、
前記封口体の内筒部の上部の少なくとも一部が、内周面から外周面まで貫通する切欠部を具備し、
前記切欠部は、前記内筒部の中心軸からみて６０〜２７０°の範囲に設けられており、
電池内圧の上昇により前記封口体の一部が上方に移動するように前記封口体が変形し、前記封口体と前記炭素棒との間に間隙が形成され、前記間隙から前記正極端子板に設けられた排気孔を通じてガスを排出する防爆機構を有することを特徴とするマンガン乾電池。
【請求項５】
前記切欠部の深さが、前記内筒部が炭素棒と密着する部分の長さの５〜４０％であることを特徴とする請求項４記載のマンガン乾電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱収縮性樹脂フィルムを基材とするチューブまたはラベルで素電池を被覆した外装構造のマンガン乾電池の改良に関するもので、特に電池内部の圧力が上昇した際の安全機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コスト低減を目的として熱収縮性樹脂フィルムを基材とするチューブまたはラベルで素電池（亜鉛缶が露出した状態）を被覆するだけの外装構造のマンガン乾電池においては、電池を封口する場合、負極亜鉛缶の開口部の内側に封口体を嵌合させるとともに、正極集電体である炭素棒の上端突出部に正極端子板を被せ、亜鉛缶側面を圧縮するかまたは亜鉛缶の開口端部を屈曲することにより電池内部の密閉性を維持している。
このような電池は、密閉性が高いために電池内部で発生したガスが排出されにくい。従って、電池の逆接続や短絡などの誤使用によってガスが大量に発生し、内圧が異常に高くなることがあるので、電池の破裂を防止するための機構が必要とされていた。そこで、以下のような機構が考案され、提案されてきた。
例えば、▲１▼電池内部の圧力が上昇した場合、封口体の内筒部の内面と封口体に挿入された炭素棒との接合面が内圧によって離れ、その隙間からガスが排出されることにより破裂を防止する機構、▲２▼封口体の内筒部の内面に上下に通ずる溝を設け、ガスを抜けやすくする機構、▲３▼封口体の一部に薄肉部を設け、内圧によってその薄肉部が破断し、そこからガスが排出されることにより破裂を防止する機構などである。
【０００３】
しかし、上述の防爆機構には、つぎのような問題があった。
すなわち、いずれの機構も、材料、成型条件などの要因で、ガスが排出される圧力（防爆作動圧）にバラツキがある。特に、▲３▼の機構においては、ある圧力値以上で薄肉部を破断させるためには、特に慎重な材質および厚みの選定が必要であり、また、外的要因によっても防爆作動圧に大きなバラツキが生じやすいという問題があった。
さらに、防爆作動圧のバラツキによって、適当な圧力値でガスが排出されない場合、内圧により封口体が上方向に押し上げられ、封口体の内筒部の上面と正極端子板が密着し、炭素棒と封口体の内筒部内面の隙間からガスが上昇しても、封口体と正極端子板の密着度合いが非常に高く、ガス排出経路がないために、破裂発生の可能性があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、上述のような問題点を解消すべく、製造および寸法管理の容易な新しいガスケットの形状および防爆機構により、防爆に対する信頼性の高いマンガン乾電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの課題を解決するために、炭素棒を密着して抱持する内筒部と、亜鉛缶の開口部内壁に密接する外筒部と、前記内筒部および外筒部を連結する連結部とを有する封口体、ならびに炭素棒の頂部に嵌合する正極端子板を具備し、前記正極端子板の外周縁部と亜鉛缶の開口部で封口体の外筒部を締め付けて密閉したマンガン乾電池であって、前記封口体の内筒部の上部の少なくとも一部に、内周面から外周面まで貫通する切欠部を設ける。
これにより、電池内圧の上昇によって前記封口体が、例えばその一部が上方に移動するように変形し、前記封口体と前記炭素棒との間に間隙が形成され、前記間隙から前記正極端子板に設けられた排気孔を通じてガスを排出する防爆機構が作動するのである。
前記切欠部の底部から前記内筒部の頂面までの高さ、すなわち前記切欠部の深さは、前記内筒部が炭素棒と密着する部分の長さの５〜４０％であるのが好ましい。
また、前記切欠部の幅としては、前記内筒部の中心軸からみて６０〜２７０°の角度の範囲に前記切欠部が設けられているのが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態によるマンガン乾電池の構造を示す概略縦断面図である。図２は、図１に示す本発明のマンガン乾電池に用いられる封口体３の概略斜視図である。また、図３は、図１における封口体３付近の部分拡大図であり、本発明のマンガン乾電池に用いられる封口体の防爆機構を説明するための図である。さらに、図５は、従来のマンガン乾電池の構造を示す概略縦断面図である。
図１に示す本発明に係るマンガン乾電池の構成は、前記封口体を除き、図５に示す従来のマンガン乾電池と同じである。
図１および図５に示すマンガン乾電池においては、負極亜鉛缶４の底部にはカップ底板１１が嵌合され、内部にはセパレータ８および底紙１０を介して正極合剤６が充填されている。正極合剤６の中心部には炭素棒１が挿入され、正極端子板２が嵌合された封口体３が、中心に炭素棒１を抱着しつつ亜鉛缶４に挿入されている。
【０００７】
封口体３は、図２に示すように、炭素棒１を挿入する透孔１２を有する内筒部１３、亜鉛缶４の開口縁部に接する外筒部１４、および両者を連結する連結部からなり、連結部は環状の薄肉部を有していてもよい。ただし、後述するように、図５に示す従来のマンガン乾電池においては切欠部１６はない。
炭素棒１と封口体３の内筒部１３とが密着する部分とその下部、および亜鉛缶４と封口体３の外筒部１４とが密着する部分の下部には、封止剤５であるアスファルトが塗布されている。
この封口体３に正極端子板２を嵌合させて一体にし、発電要素を収容した負極亜鉛缶４の開口部に押し込む。ついで、亜鉛缶４の上部側面を圧縮することによって縮径させ、亜鉛缶の内壁と封口体３の外筒部１４とを密着させ、亜鉛缶の開口端を外筒部１４の上端を巻き込んで屈曲させて締め付ける。
そして、このようにして封口された素電池を、熱収縮性樹脂フィルムを基材とするチューブ９で外装する。
【０００８】
本発明の一実施の形態においては、図２に示すように、封口体３の内筒部１３の上部の少なくとも一部に切欠部１６を設ける。一方、正極端子板２には、図１に示すように、封口体３の連結部１５に対応する部分に排気孔２ａを設ける。
すなわち、この乾電池では、封口体３の内筒部１３の上部にガス排出経路を形成しうる切欠部１６が形成されている。この切欠部１６を設けることにより、電池の誤使用時などにより電池内部にガスが発生して内圧が上昇した場合、封口体３の一部が変形して上側に持ち上げられ、内筒部１３と炭素棒１との間に間隙１７が形成される。そして、その間隙１７から排気孔２ａを通じてガスを電池外部に逃がすことにより、電池の破裂を防止するのである。
このような本発明の電池の防爆機構を図３に示す。図３の（ａ）は、図１に示す本発明のマンガン乾電池の封口体付近の構造を示す部分拡大図であり、通常使用時の状態を示している。また、図３の（ｂ）は、電池内部に何らかの原因でガスが発生したときの様子を示しており、上記切欠部１６が設けられていることによって封口体３が変形して上側に持ち上げられ、ガスを電池外部に逃がす間隙１７が形成されている。
【０００９】
従来、電池を短絡または逆接続などの誤使用により、電池内部にガスが発生し内圧が以上に高くなった際、封口体が内圧により押し上げられ、封口体３の内筒部１３上面と正極端子板２が密着し、連結部１５の薄肉部が破れる機構になっていた。そして、薄肉部の破断にともなってガスを電池外部に逃がしていたのである。
【００１０】
本発明のマンガン乾電池における封口体３の上部に設ける切欠部１６の寸法について述べる。
図２に示すように、切欠部１６の深さ、すなわち切欠部１６の底部から前記内筒部１３の頂面までの高さα（ｍｍ）は、前記内筒部１３が炭素棒と密着する長さ（図１中のＸ）の５〜４０％であるのが好ましい。
このように５〜４０％の範囲としたのは、５％未満では封口体３の変形ないしひずみによってガスを逃がす効果が若干劣る傾向にあり、４０％を超えると炭素棒１と内筒部１３の接触面積が小さくなって電池の密封性が低下するからである。このことは、長期にわたって保存した後の電池の放電容量の低下をもたらすことになる。
【００１１】
また、前記切欠部１６の幅、すなわち内筒部１３の中心軸からみた切欠部１６の設けられる範囲β（°）は、６０〜２７０°であるのが好ましい。
このように６０〜２７０°の範囲としたのは、上述の同様に、６０°未満では封口体３の変形ないしひずみによってガスを逃がす効果が若干劣る傾向にあり、２７０°を超えると炭素棒１と内筒部１３の接触面積が小さくなって電池の密封性が低下し、さらに封口体１３にあらかじめ正極端子板２を装着ないし嵌合する場合に、正極端子板２が歪んでしまう傾向にあるからである。
ここで、本発明のマンガン乾電池を組み立てる際には、図１に示すように、例えば亜鉛缶４に、底紙１０およびセパレータ８を挿入した後、正極合剤６を充填し、ついで鍔紙７および炭素棒１を挿入する。そして、正極端子板２をあらかじめ封口体３に嵌合させたものを亜鉛缶４の上部に挿入する。
図４に、あらかじめ正極端子板２を封口体３に嵌合させた様子を示す。図４に示すように、嵌合部１８を設けて正極端子板２を封口体３に確実に嵌合させるためには、前述のようにβを６０〜２７０°の範囲にするのが好ましいのである。なお、図４においては、正極端子板２と封口体３の嵌合部分を説明するために、亜鉛缶および封止剤などは省略し、また、封口体３を内側にカールしていない状態の様子を示した。
【００１２】
【実施例】
《実施例１および比較例１》
次に本発明の具体例について説明する。
図１の構成の単４形マンガン乾電池において、亜鉛缶４に底紙１０およびセパレータ８を挿入した後、正極合剤６を充填し、その中心に炭素棒１を挿入した。ここで、別途、内筒部１３に切欠部１６を設けた封口体１３に正極端子板２を嵌合させておいた。ついで、封口体３の外筒部１２の下部外面および炭素棒１の上部外面に封止剤５を塗布した後、正極端子板２を嵌合させた封口体３を亜鉛缶４の上部に挿入した。最後に、亜鉛缶４の上部を内側にカールしてカシメることによって本発明によるマンガン乾電池Ａを得た。
封口体３の切欠部１６の高さαは、内筒部１３の炭素棒１と密着する部分（図１中のＸ）の高さ２．７ｍｍに対して、０．６ｍｍ（２２％）とした。また、切欠部１６の幅、すなわち内筒部１３の中心軸からみた切欠部１６の範囲（β）は１８０°とした。なお、封口体３の内筒部１３の炭素棒１と接触しない側（図１中のＹ）の高さは３．２ｍｍとした。
一方、比較のため、封口体３の内筒部１３に切欠部１６を設けず、図５に示す従来の単４形マンガン乾電池Ｂを作製した。
【００１３】
これらの乾電池ＡおよびＢについて、それぞれ逆接続試験（４個中１個を逆方向に接続する）をし、電池の破裂発生率を調べた。その結果、１００個の乾電池Ａについて、破裂などの不具合を生じたものはなかった。一方、１００個の乾電池Ｂについては、缶がゆるんで変形し、部分的に開口または脱落したものが数個あった。
つぎに、上記の乾電池ＡおよびＢについて、それぞれ４５℃の高温下で３ヶ月間保存し、開路電圧および短絡電流を調べた。その結果、乾電池Ａと乾電池Ｂに差はなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、逆接続や短絡などにより電池内部にガスが発生し、電池内部の圧力が異常に高くなった際にも、発生したガスを確実に排出し、破裂を防止することができる安全性の高いマンガン乾電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるマンガン乾電池の構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明のマンガン乾電池に用いられる封口体の概略斜視図である。
【図３】本発明のマンガン乾電池に用いられる封口体の防爆機構を説明するための図である。
【図４】本発明のマンガン乾電池に用いられる封口体に正極端子板を嵌合させた様子を示す概略断面図である。
【図５】従来のマンガン乾電池の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  炭素棒
２  正極端子板
３  封口体
４  亜鉛缶
５  封止剤
６  正極合剤
７  鍔紙
８  セパレータ
９  外装チューブ
１０  底紙
１１  底板
１２  透孔
１３  内筒部
１３ａ、１３ｂ  溝
１３ｃ  薄肉状弁部
１４  外筒部
１５  連結部
１６  切欠部
１７  間隙
１８  嵌合部
【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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