JP4852284B2 - アルカリ乾電池の封口ガスケット - Google Patents

Description

本発明はアルカリ乾電池の封口ガスケットに関し、とくに、射出成型により形成され、集電子が圧密状態で挿通される透孔を有する中央ボス部を備えるとともに、射出成型の樹脂材料にポリヘキサメチレンドデカミド樹脂いわゆる６−１２ナイロン樹脂を用いたものに関する。

ＬＲ６やＬＲ０３などの円筒形アルカリ乾電池は、たとえば特許文献１に開示のように、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正極缶に収容されるとともに、その正極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。

発電要素は、管状に成形された正極合剤の内側に、アルカリ電解液が含浸された筒状セパレータが配置され、このセパレータの内側にゲル状の負極合剤が充填されている。正極缶は電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤に直接接触することにより、正極集電体と正極端子を兼ねる。負極合剤中には棒状の金属製負極集電子が挿入されている。この負極集電子は、皿状の金属製負極端子板の内側面に溶接により立設固定されている。負極端子板、負極集電子および封口ガスケットはあらかじめ一体に組み合わせられて、正極缶の開口を塞ぐ封口ユニットをなす。

封口ガスケットは、ポリアミド樹脂いわゆるナイロン樹脂の一体成形品であって、射出成型により形成される。このガスケットには、中央ボス部、周縁パッキング部、中間隔壁部が同心状に形成されている。また、薄肉部が部分的に形成されることにより、安全弁と応力緩衝の機能が付与されている。中央ボス部には、負極集電子を圧密状態で挿通させる透孔が形成されている。

上記封口ガスケットは従来から、ポリアミド樹脂として６−６ナイロン樹脂が使用されているが、アルカリ乾電池の高温高湿下での保存性および耐漏液性をさらに良くするため、特許文献２に開示のように、ポリヘキサメチレンドデカミド樹脂いわゆる６−１２ナイロン樹脂を使用した封口ガスケットが開発されている。

この６−１２ナイロン樹脂を使用した封口ガスケットは、特許文献２に記載のように、アルカリ乾電池における安全弁動作の信頼性と耐漏液性能を、部品数の少ない低コストな封口構造でもって確実に向上させることができる。
特開平１１−２５０８７５ 特開２００５−７９０２１

しかしながら、アルカリ乾電池を生産する上で６−１２ナイロン樹脂のガスケットを使用した場合、ガスケットの中央ボス部に集電子を圧密状態で挿通させる際に、そのボス部に割れが発生しやすく、この割れによって電池か漏液してしまうという問題を生じることが、本発明者等により明らかとされた。

本発明は以上のような技術的問題を解決するためになされたものであって、その目的は、６−１２ナイロン樹脂の射出成型により形成されるアルカリ乾電池の封口ガスケットにあって、６−１２ナイロン樹脂を使用することによる利点を活かしつつ、ガスケットの中央ボス部に集電子を挿通させる際の割れを抑制し、これにより漏液発生を確実に抑制させることにある。

本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

本発明の解決手段は、以下のとおりである。
（１）ポリアミド樹脂の射出成型により形成され、棒状の負極集電子が圧密状態で挿通される透孔を有する中央ボス部と、負極端子板の周縁部と正極缶の開口部との間に挟持される周縁パッキング部と、前記ボス部と前記周縁パッキング部との間で気密隔離壁を形成する中間隔壁部とを備えたアルカリ乾電池の封口ガスケットにおいて、射出成型の樹脂材料にポリヘキサメチレンドデカミド樹脂を使用するとともに、少なくとも前記ボス部を含む部分の樹脂材料に、いったん射出成型に使用された同種の再生材を一部または全部使用したことを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。

（２）上記手段（１）において、射出成型の樹脂材料にポリヘキサメチレンドデカミド樹脂の再生材とポリヘキサメチレンドデカミド樹脂のバージン材の混合材を使用するとともに、再生材の割合を１０重量％以上としたことを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。

（３）上記手段（１）または（２）において、上記再生材は射出成型プロセスで発生するランナーの粉砕物であることを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。

（４）上記手段（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記射出成型の樹脂材料は、少なくとも前記ボス部での水分が１％以上であることを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。

（５）上記手段（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記中央ボス部の透孔内径を前記負極集電子径に対して０．９１倍以上１倍未満にしたことを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。

６−１２ナイロン樹脂の射出成型により形成されるアルカリ乾電池の封口ガスケットにあって、６−１２ナイロン樹脂を使用することによる利点を活かしつつ、ガスケットの中央ボス部に集電子を挿通させる際の割れを抑制し、これにより漏液発生を確実に抑制させることができる。

上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。

図１は、本発明に係る封口ガスケットを用いたアルカリ乾電池の断面図を示す。同図に示すアルカリ乾電池１０はＬＲ６タイプであって、正極合剤２１、セパレータ２２、負極合剤２３からなるアルカリ発電要素２０が、有底円筒状の金属製正極缶１５に収容されるとともに、その正極缶１５の開口部が樹脂製ガスケット３０を用いて気密封口されている。

発電要素２０は、管状に成形された正極合剤２１の内側に、アルカリ電解液が含浸された筒状セパレータ２２が配置され、このセパレータ２２の内側にゲル状の負極合剤２３が充填されている。

正極缶１５は電池ケースを兼ねるとともに、正極合剤２１に直接接触することにより、正極集電体と正極端子を兼ねる。負極合剤２３中には棒状の金属製負極集電子２５が挿入されている。この負極集電子２５は、皿状の金属製負極端子板４０の内側面中央に溶接により立設固定されている。負極端子板４０にはガス抜き用の小孔（図せず）が設けられている。負極端子板４０、負極集電子２５および封口ガスケット３０はあらかじめ一体に組み合わせられて、正極缶１５の開口を塞ぐ封口ユニットを構成している。

封口ガスケット３０は、正極缶１５と負極端子板４０の間に介装されてその正極缶１５を気密シールする。この封口ガスケット３０は、ポリヘキサメチレンドデカミド樹脂いわゆる６−１２ナイロン樹脂を成型材料とする射出成型により形成される。

この封口ガスケット３０には、図２その断面図を示すように、中央ボス部３１、周縁パッキング部３２、中間隔壁部３３が同心状に形成されている。また、中間隔壁部３３の外周側と内周側に第１の薄肉部３５と第２の薄肉部３６が形成されている。

中央ボス部３１は、その中心軸に負極集電子２５が圧密状態で挿通される透孔を有する。周縁パッキング部３２は、正極缶１５の開口部と負極端子板４０の周縁部４２の間に介在するとともに、その正極缶１５の開口部が内側に屈曲加工されて生じる応力変形（弾性変形）により気密シール状態を形成する。中間隔壁部３３は、上記ボス部３１と上記周縁パッキング部３２の間で環状の気密隔離壁を形成する。

第１の薄肉部３５は、正極缶１５内圧が異常上昇したときに先行破断することによりその内圧を逃がす安全弁として作用する。第２の薄肉部３６は、上記周縁パッキング部３２と上記隔壁部３３の間の環状部分にて鉛直方向に屈曲迂回するように形成され、応力緩衝部として作用する。

上記封口ガスケット３０は６−１２ナイロン樹脂を射出成型して形成されるが、この射出成型の樹脂材料は、少なくとも上記ボス部３１を含む部分の樹脂材料において、いったん射出成型に使用された同種（６−１２ナイロン）の再生材を混入させたものを使用する。

この再生材は、いったん射出成型に使用されたものであればとくに限定されないが、具体的には、射出成型プロセスで発生するランナーの粉砕物が好適に使用できる。さらに、このランナーは、上記封口ガスケット３０を射出成型する際に発生するものを使用すると良い。つまり、射出成型の樹脂材料には、ポリヘキサメチレンドデカミド樹脂の再生材とポリヘキサメチレンドデカミド樹脂のバージン材の混合材を使用する。

これにより、樹脂材料のほぼ全部を封口ガスケット３０の射出成型に無駄なく使用することができるようになり、コストの低減化が可能になる。しかし、ここで注目すべき利点は、再生材の使用によるコスト低減だけではなく、それに加えて、ボス部３１の透孔に集電子２５を圧密状態で挿入する際に生じていた割れが抑制されることである。

一般に、射出成型の樹脂材料としては、高コストであっても未使用のバージン材が再生材よりも材質的に優れているとされているが、アルカリ乾電池の封口ガスケット、とくに６−１２ナイロン樹脂を用いた封口ガスケットの場合は、未使用のバージン材だけよりも、バージン材に再生材を加えた混合材の使用が、上記ボス部３１の割れを抑制する上で特異的に有効であることが、本発明者等によって明らかとされた。さらに、その再生材の割合は１０重量％以上がとくに効果的であることも明らかとされた。

上記封口ガスケット３０の射出成型ではランナーが多く発生するが、このランナーを上記再生材として使用することは、低コスト化と漏液抑制効果を得る上でとくに有効である。ランナーは射出成型時に樹脂の流入路となった部分であるが、この部分は、ボス部３１の割れを抑制する効果の高い材質特性を備えていることが本発明者等により知得された。

ボス部３１の割れが抑制される理由については、再生材によって射出成型の成型条件が安定し、ガスケット３０のボス部３１での樹脂の流れが改善されて、ボス部３１での樹脂の流れに不具合が少なくなるためと考えられる。

また、封口ガスケット３０のボス部３１の水分についても、集電子２５をボス部３１に挿入したときの割れ発生に大きく関与することが、本発明者等により明らかとされた。すなわち、ナイロン樹脂に一定以上の水分を含ませることにより、ナイロン樹脂に粘りを生じさせて、ボス部３１の割れを少なくすることができる。含ませる水分量については、少なくともボス部３１での水分を１％（重量％）以上とすればよいことが判明した。

さらに、図２に示すように、集電子２５の外形φｏとボス部３１の透孔内径φｉについて、中央ボス部３１の透孔内径φｉを集電子２５の外形φｏに対して０．９１倍以上１倍未満とすることが、ボス部３１と集電子２５間の応力を最適化させ、ボス部３１と集電子２５間の気密性確保とボス部の割れ抑制に共に最適な状態を得られることが判明した。

［実施例］
ガスケットの材料（バージン材／再生材）、ガスケットのボス部での水分、ボス部の透孔内径φｉと集電子外形φｏの比（φｉ／φｏ）について、それぞれ条件の異なる複数種類の封口ガスケット（サンプル１〜９）の作製し、ボス部の割れの発生状態を調べた。

表１はその結果の代表例を示す。

表１に示すように、再生材を使用したグループ（サンプル２〜９）はいずれも、バージン材だけを使用したもの（サンプル１）に比べて、ボス部での割れ発生率を有意に低減させることができた。

また、サンプル４，６〜８のように、ボス部における樹脂材料中の水分を１％以上することによっても、ボス部での割れ発生率を有意に低減させられることが判明した。

さらに、サンプル５，６，８のように、ボス部の透孔内径φｉと集電子外形φｏの比（φｉ／φｏ）を０．９１以上にすることが、ボス部での割れ発生率を低減させるのに有効であることが確認された。上記比（φｉ／φｏ）が０．９１未満ではボス部での割れ発生が増大してしまう。一方、ボス部の透孔に集電子を圧密状態で挿通させるためには上記比（φｉ／φｏ）を１．０未満とする必要がある。つまり、上記比（φｉ／φｏ）は０．９１以上１．０未満とすることが望ましい。

再生材の混入割合は理論上１００％でもよいが、再生材はカズケットの射出成型に伴って副次的に発生するものであるため、その再生材の混入割合を高くすることは、樹脂材料の利用効率上、必ずしも得策ではない。

副次的に発生する再生材を過不足無く使用して生産コストの最適化をはかるためには、上記混入割合を１０〜２５％の範囲とするのがよい。また、再生材の混入によるボス部の割れ発生抑制効果は、再生材の混入割合を１０％〜２５％くらいにしたときは顕著に現れるが、それ以上に混入割合を増やしても、ボス部の割れ発生抑制効果はそれほど向上しない。

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。

６−１２ナイロン樹脂の射出成型により形成されるアルカリ乾電池の封口ガスケットにあって、６−１２ナイロン樹脂を使用することによる利点を活かしつつ、ガスケットの中央ボス部に集電子を挿通させる際の割れを抑制し、これにより漏液発生を確実に抑制させることができる。

本発明に係る封口ガスケットを用いたアルカリ乾電池の断面図である。 本発明に係る封口ガスケットの断面図である。

符号の説明

１０ アルカリ乾電池
１５ 正極缶（電池ケース）
２０ アルカリ発電要素
２１ 正極合剤
２２ セパレータ
２３ 負極合剤
２５ 負極集電子
３０ 封口ガスケット
３１ 中央ボス部
３２ 周縁パッキング部
３３ 中間隔壁部
３５，３６ 薄肉部
４０ 負極端子板

Claims (5)

1. ポリアミド樹脂の射出成型により形成され、棒状の負極集電子が圧密状態で挿通される透孔を有する中央ボス部と、負極端子板の周縁部と正極缶の開口部との間に挟持される周縁パッキング部と、前記ボス部と前記周縁パッキング部との間で気密隔離壁を形成する中間隔壁部とを備えたアルカリ乾電池の封口ガスケットにおいて、射出成型の樹脂材料にポリヘキサメチレンドデカミド樹脂を使用するとともに、少なくとも前記ボス部を含む部分の樹脂材料に、いったん射出成型に使用された同種の再生材を一部または全部使用したことを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。
2. 請求項１において、射出成型の樹脂材料にポリヘキサメチレンドデカミド樹脂の再生材とポリヘキサメチレンドデカミド樹脂のバージン材の混合材を使用するとともに、再生材の割合を１０重量％以上としたことを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。
3. 請求項１または２において、前記再生材は射出成型プロセスで発生するランナーの粉砕物であることを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記射出成型の樹脂材料は、少なくとも前記ボス部での水分が１％以上であることを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、前記中央ボス部の透孔内径を前記負極集電子径に対して０．９１倍以上１倍未満にしたことを特徴とするアルカリ乾電池の封口ガスケット。

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