(57)【要約】【課題】アルカリ電池の封口ガスケットにおいて、安全性を確保した上で、材料となる樹脂の選定余地を広げる。【解決手段】筒型アルカリ電池の上方にて、正極缶の開口縁部と負極端子板の周縁部との間に挟持される略円盤状の外形をなす封口ガスケットであって、前記円盤中心にて円筒状に上下に突設されるとともに、当該円筒軸方向に棒状集電子が挿通されるボス部と、当該ボス部の円筒上部周縁から円盤外周に向けてほぼボス部の下端の高さまで同心円状に下方に傾斜して略円錐形の側面をなす傾斜側面部と、前記略円錐の底面周縁に連続して上方に折り返されてほぼボス部上端の高さまで上昇して略円筒の内壁面形状となる壁面部と、を備え、前記傾斜側面部には、円盤中心から放射外方向に沿う２本の溝が、それぞれ、円盤中心に対して非対称に画成されている、筒型アルカリ電池の封口ガスケットとした。【選択図】図１
2009087873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型アルカリ電池の上方にて、正極缶の開口縁部と負極端子板の周縁部との間に挟持される略円盤状の外形をなす封口ガスケットであって、
前記円盤中心にて円筒状に上下に突設されるとともに、当該円筒軸方向に棒状集電子が挿通されるボス部と、
当該ボス部の円筒上部周縁から円盤外周に向けてほぼボス部の下端の高さまで同心円状に下方に傾斜して略円錐形の側面をなす傾斜側面部と、
前記略円錐の底面周縁に連続して上方に折り返されてほぼボス部上端の高さまで上昇して略円筒の内壁面形状となる壁面部と、
を備え、
前記傾斜側面部には、円盤中心から放射外方向に沿う２本の溝が、それぞれ、円盤中心に対して非対称に画成されている、
ことを特徴とする筒型アルカリ電池の封口ガスケット。
【請求項２】
筒型アルカリ電池の上方にて、正極缶の開口縁部と負極端子板の周縁部との間に挟持される略円盤状の外形をなす封口ガスケットであって、
前記円盤中心にて円筒状に上下に突設されるとともに、当該円筒軸方向に棒状集電子が挿通されるボス部と、
当該ボス部の円筒上部周縁から円盤外周に向けてほぼボス部の下端の高さまで同心円状に下方に傾斜して略円錐形の側面をなす傾斜側面部と、
前記略円錐の底面周縁に連続して上方に折り返されてほぼボス部上端の高さまで上昇して略円筒の内壁面形状となる壁面部と、
を備え、
当該傾斜側面部には、前記円盤中心から放射方向に３本以上の溝が画成されている、
ことを特徴とする筒型アルカリ電池の封口ガスケット。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の封口ガスケットを内蔵したアルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は筒型アルカリ電池の封口ガスケットに関し、具体的には、封口ガスケットの防爆安全機能に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＲ６型やＬＲ１４型などの筒型の密封型アルカリ乾電池では、正極合剤、セパレータ、負極合剤からなるアルカリ発電要素が有底円筒状の金属製電池缶に収容されているとともに、その電池缶の開口部が樹脂製ガスケットを用いて気密封口されている。図４にＬＲ１４型アルカリ乾電池の構造を示した。当該電池１は、有底筒状の金属製電池缶（正極缶）２、環状に成形された正極合剤３、この正極合剤３の内側に配設されたセパレータ４、亜鉛合金を含んでセパレータ４の内側に充填される負極ゲル５、この負極ゲル５中に挿入された負極集電子６、負極端子板７、封口ガスケット１０ｄなどにより構成される。この構造において、正極合剤３、セパレータ４、負極ゲル５が、電解液の存在下でアルカリ電池１の発電要素を形成する。
【０００３】
正極缶２は電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤３に直接接触することにより、正極集電体と正極端子８を兼ねる。負極ゲル５中に挿入された棒状の金属製負極集電子６は、皿状の金属製負極端子板７の内面に溶接により立設固定されている。負極端子板７、負極集電子６および封口ガスケット１０ｄは、あらかじめ一体に組み合わせられており、封口ガスケット１０ｄの外周部が正極缶２の開口縁部と負極端子板７の周縁部との間にかしめられるなどして挟持されて正極缶２が気密シールされる。
【０００４】
筒型電池における従来の封口ガスケットには、様々な形状があり、図４に示した電池に採用されている封口ガスケット１０ｄは、ナイロンやポリオレフィンなどの樹脂からなる略円盤状の表面にボス部１１と同心円状の凹凸が形成された形状をなしている。図５と図６にこの封口ガスケット１０ｄの具体的な形状を示した。図５（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ、封口ガスケット１０ｄの上方からの平面図と側断面図であり、図６（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ、当該封口ガスケット１０ｄの上方からの斜視図と、下方からの斜視図である。
【０００５】
封口ガスケット１０ｄの円盤中心には円筒状をなして上下に突設されるとともに、当該円筒軸方向に棒状集電子６が挿通されるボス部１１が形成されている。そして、当該ボス部１１の円筒上部周縁１２から円盤外周に向けてほぼボス部１１の下端の高さまで同心円状に下方に傾斜して略円錐形の側面をなす傾斜側面部２０と、当該円錐底面の周縁１３に連続して上方に折り返されてほぼボス部１１の上端の高さまで立設されて、略円筒の内壁面となる壁面部１４とが形成されている。なお、この例では、傾斜側面部２０は、壁面部１４の下端から、緩やかに傾斜して円盤中心に向かい、その途中で同心円状の薄肉溝２１を屈曲点として傾斜がきつくなる２段斜面となっている。
【０００６】
一方、上記円盤の外周縁部は、上方に立設して電池缶２と負極電極板７とに挟持される環状パッキング部１５が形成され、この環状パッキン部１５の下縁から内周に向かって平坦部１６となり、この平坦部１６の内側周縁１７が逆Ｕ字型の断面形状となるように上方に突設したのち逆Ｕ字部１８の底１９を経て下方に反転し、上記壁面部１４に連続している。
【０００７】
周知の通り、封口ガスケットには、電池の誤使用による過放電や強制充電などで、電池内部にガスが発生し急激に内圧が上昇した場合に、その内圧を開放する動作をして電池の破裂を防止する防爆安全機構を備えている。図５と図６に示した封口ガスケット１０ｄにおいては、傾斜側面部２０と壁面部１４が、略Ｕ字状断面形状をなし、電池の内圧が上昇したときには、このＵ字部分が上方に撓んで内圧を吸収する緩衝部となり、さらに、上記傾斜側面部２０にはボス部１１から外周に向けて放射状に肉薄とした溝（以下、放射状スリット）３０が設けられており、緩衝部の内圧吸収限界を越えたときには、このスリット３０が安全弁として先行破断し、電池内部のガスを外部へ逃がすようになっている。従来の封口ガスケット１０ｄでは、放射状スリット３０は、１本、あるいはボス部１１を中心にして対称に２本形成される。ここでは、対称に２本形成され、封口ガスケット１０ｄの略円盤の直径の一部をなすよう形成されている例を示した。
【０００８】
また、平坦部１６から壁面部１４に連続する逆Ｕ字部１８には、そのＵ字の底１９のＲが切りかかれた箇所があり、すなわち、その箇所は、逆Ｕ字部１８における平坦部１６側の側面と壁面部１４の上端とを直線的に連絡させる溝４０となっている。図５、図６に示した例では、等角度間隔に８カ所に溝４０が設けられている。そして、この溝４０によって、放射スリット３０から排出されて封口板（負極端子板）７と封口ガスケット１０ｄとの間に充満した電池内容物が電池外部へ案内されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、電池メーカに限らず、多くのメーカは、日々、製品のコストダウン化を検討している。コストダウンを達成するための一つの方策として、同じ原材料を大量購入することが挙げられる。例えば、電池であれば、多種多様な種類の製品（アルカリ電池、マンガン電池など）があり、それぞれの製品の特定の部品（封口ガスケットなど）を同じ材料を使って製造すればコストダウンが図れる。専業メーカでない場合は、他の製品の部品同士にまで適用範囲を広げて材料を統一すればより大きなコストダウンが図れる。
【００１０】
また、何らかの理由で従来使用していた材料の入手が困難になったり、価格が高騰したりした際には、代替材料を検討する必要がある。しかし、従来の材料に固執すれば、製造コストが嵩み、最終的に製品の価格を値上げせざるを得なくなる。したがって、同じ部品を様々な材料を原料として製造できるように、材料選定の幅を広げておけば、コストダウンを図れるだけでなく、緊急時にも現状のコストを維持することができる。
【００１１】
しかしながら、電池の封口ガスケットのように製品の安全性に直結するような部品についてはコストダウンやコスト維持だけを目的として、安全性が確認されている従来の樹脂（材料）を安易に変更することができない。特に、上記構造の封口ガスケットにおいては、樹脂の伸縮性が多少高くなると、図７に示した模式図のように、内圧によって緩衝部（１４，２０）が必要以上に大きく撓み、安全弁となる放射状スリット３０が破断開口する前に、傾斜側面部２０が壁面部１４や負極端子７に密着してしまう。したがって、電池内容物が放射スリット３０から電池缶外へ排出されず、電池が破裂する危険性が高くなる。
【００１２】
そこで本発明は、ボス部の円筒上部周縁から円盤外周に向けてほぼボス部の下端の高さまで同心円状に下方に傾斜して略円錐形の側面をなす傾斜側面部と、略円錐の底面周縁に連続して上方に折り返されてほぼボス部上端の高さまで上昇して略円筒の内壁面形状となる壁面部と、を備えたアルカリ電池の封口ガスケットにおいて、安全性を確保した上で、材料となる樹脂の選定余地を広げることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明は、筒型アルカリ電池の上方にて、正極缶の開口縁部と負極端子板の周縁部との間に挟持される略円盤状の外形をなす封口ガスケットであって、
前記円盤中心にて円筒状に上下に突設されるとともに、当該円筒軸方向に棒状集電子が挿通されるボス部と、
当該ボス部の円筒上部周縁から円盤外周に向けてほぼボス部の下端の高さまで同心円状に下方に傾斜して略円錐形の側面をなす傾斜側面部と、
前記略円錐の底面周縁に連続して上方に折り返されてほぼボス部上端の高さまで上昇して略円筒の内壁面形状となる壁面部と、
を備え、
前記傾斜側面部には、円盤中心から放射外方向に沿う２本の溝が、それぞれ、円盤中心に対して非対称に画成されている、
筒型アルカリ電池の封口ガスケットとしている。
【００１４】
あるいは、前記傾斜側面部に、前記円盤中心から放射方向に３本以上の溝が画成されていることとしてもよい。なお、上記いずれかの封口ガスケットを内蔵したアルカリ電池も本発明の範囲とした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の筒型アルカリ電池の封口ガスケットによれば、安全性を確保した上で、材料となる樹脂の選定余地を広げることができる。それによって、他製品の封口ガスケットやその他の部品で使用する樹脂を統一してアルカリ電池のコストダウンが図れる。特定の樹脂の調達が困難となったり価格が高騰したりした場合では、製造コストを維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＝＝＝封口ガスケットの構造＝＝＝
図１に本発明の第１の実施例における筒型電池の封口ガスケットを例示した。同図に示した封口ガスケット１０ａの外形形状は、図５、図６に示した従来の封口ガスケット１０ｄと同様に、略円盤状の表面に同心円状の凹凸が形成された形状となっている。しかし、放射状スリット３０の画成方向が従来の封口ガスケット１０ｄと異なっている。ここに示した例では、２本の放射状スリット３０がボス部１１に対して互いに反対側になく非対称となるように角度θとなるように画成されている。この構成により、電池内圧が上昇した際、放射状スリット３０が非対称位置にあるため、封口ガスケット１０ａを構成する樹脂に掛かる応力が不均一となり、一方の放射状スリット３０周辺の傾斜側面が封口板に張り付いて、放射状スリットの一つが安全弁として機能しなくても、もう一方が確実に作動して内圧を開放することができる。
【００１７】
図２に本発明の第２の実施例における封口ガスケット１０ｂを示した。第２の実施例１０ｂでは、３本以上の放射状スリット３０を傾斜側面３０に画成している。図２に示した例では、等角度間隔で４本の放射状スリットが画成されている。すなわち、互いに９０゜の角度をもって、放射状スリット３０が画成されている。この第２の実施例１０ｂでは、ボス部１１に対して対称位置にある２方向で内圧が均等に働いて、傾斜側面２０が封口板７に張り付いたとしても、残る２つの放射状スリット３０の一方が作動しさえすれば、内圧を開放できる。また、図３に示した第３の実施例のように、３本以上の奇数（ここでは３本）の放射状スリット３０を備えた封口ガスケット１０ｃでは、放射状スリット３０が等角度間隔（ここでは１２０゜）に配置されていても、ボス部１１に対して対称方向にある放射状スリット３０がないため、先の２本の放射状スリット３０が非対称位置にある第１の実施例１０ａと同様に、確実に１つ以上の放射状スリット３０が開口する。もちろん、４本以上の偶数の放射状スリット３０を互いに等角度間隔とならないように配置してもよい。
【００１８】
＝＝＝性能評価試験＝＝＝
上述したように、本発明の封口構造によれば、電池の破裂を確実に防止できると考えられる。そこで、放射スリット３０の配置が異なる多種多様な封口ガスケットをガスケットＡ〜Ｉとし、さらに、構造が異なるガスケットＡ〜Ｉのそれぞれを、材料の物性が異なる多種多様な樹脂（ａ〜ｋ）を用いて作成した。そして、その作成した封口ガスケットをＬＲ１４型の電池に組み込んで各種サンプルとし、防爆安全性試験を行った。当該試験では、樹脂として、種々のポリオレフィンを使用した。試験方法は、同じサンプルの電池を４本直列に接続し、そのうちの１本の電池の電極を正負逆にして接続するとともに、その状態で２４時間常温放置する方法で行った。そして、破裂した電池の有無で合否を判断した。
【００１９】
表１にその試験結果を示した。
【表１】
2009087873.tif 000003
【００２０】
上記表１において、引張破壊時呼びひずみは、ＪＩＳ  Ｋ７１１９に記載された「硬質プラスチック平板の平面曲げ疲れ試験方法」に基づいて規定される物性値であり、所定形状の樹脂の両端を引っ張って応力を加えていき、降伏点を越えて破断したときの応力である。すなわち、この数値が大きい材料を使った封口ガスケットでは、電池内圧によって樹脂が伸びきった状態から放射スリットが開口するまでにさらに大きな力を要することになり、放射スリットの数や配置が同じであれば、引張破壊時呼びひずみの値が小さな材料より開口しにくいことを意味する。本発明では、材料の特性に依存しない封口ガスケットを得ることを目的とすることから、引張破壊時呼びひずみが同じであっても、荷重たわみ温度や曲げ弾性率が異なる多種多様な樹脂を用いて評価した。なお、試験結果は、試験したサンプルの数ｎに対して、破裂に至ったサンプルの数をｍとしてｍ/ｎで表している。
【００２１】
また、作成したサンプルＡ〜Ｉの内訳は、サンプルＡ、Ｂが従来の封口ガスケットを内蔵したサンプルであり、サンプルＡは、放射スリットが１つのみの封口ガスケットを使用している。サンプルＢは、図５、図６に示したボス部１１に対して２本の放射スリット３０が対称位置にある封口ガスケット１０ｄを内蔵している。サンプルＣ〜Ｇは、第１の実施例の封口ガスケット１０ａを採用し、それぞれ、２本の放射スリット３０のなす角θを３０゜、６０゜、９０゜、１２０゜としている。サンプルＨおよびＩは、それぞれ、第２の実施例における封口ガスケット１０ｂおよび第３の実施例における封口ガスケット１０ｃを内蔵したサンプルである。
【００２２】
当該試験結果によれば、従来の構造の封口ガスケット（サンプルＡ、サンプルＢ）では、引張破壊時呼びひずみが４００％のポリオレフィンを用いると安全弁がうまく作動せず、破裂に至った電池があった。また、放射スリットの数が１本のサンプルＡでは、引張破壊時呼びひずみが１００％であっても、破裂に至った電池があり、安全弁の作動が不安定であることが確認できた。
【００２３】
一方、本発明の封口ガスケットに該当するサンプル、すなわち、放射スリットの数を２本設け、かつその２本が直線上に配置しないサンプル、あるいは３本以上の放射スリットをもうけたサンプルでは、樹脂の物性に依らず、正常に安全弁が確実に作動した。したがって、本発明の封口ガスケットによれば、特性が異なる様々な樹脂を幅広く採用することができ、他製品の部品と材料を統一してコストダウンを図ったり、特定の樹脂が入手困難となった場合でもコストを維持したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施例に掛かる封口ガスケットの斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図２】上記第２の実施例に掛かる封口ガスケットの斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図３】本発明の第３の実施例に掛かる封口ガスケットの斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。
【図４】ＬＲ１４型アルカリ電池の構造図である。
【図５】従来の封口ガスケットの平面図（Ａ）と側断面図（Ｂ）である。
【図６】従来の封口ガスケットの上方からの斜視図（Ａ）と下方からの斜視図（Ｂ）である。
【図７】従来の封口ガスケットにおける安全防爆機構の問題点を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  アルカリ電池
２  電池缶
６  負極集電子
７  負極端子板（封口板）
１０ａ〜１０ｄ  封口ガスケット
１１  ボス部
２０  傾斜側面部
３０  放射スリット
４０  溝
【図１】
2009087873.tif 000004
【図２】
2009087873.tif 000005
【図３】
2009087873.tif 000006
【図４】
2009087873.tif 000007
【図５】
2009087873.tif 000008
【図６】
2009087873.tif 000009
【図７】
2009087873.tif 000010