(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる発電要素群（１）と、この発電要素群（１）と電解液とを内蔵している電槽（２）と、この電槽（２）の開口部を閉塞している電槽蓋（３）と、電槽蓋（３）に設けた取付穴（４）に連結されてなる安全弁（５）とを備える密閉型アルカリ蓄電池において、取付穴（４）の内面に、圧力センサー（１７）を着脱自在にねじ込み可能な雌ネジ（８）が設けられると共に、この取付穴（４）に安全弁（５）を挿入して溶着してなることを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項２】
安全弁（５）が、電槽蓋（３）に溶着される所定の厚さの鍔部（９Ａ）と、電槽蓋（３）の取付穴（４）に挿入される挿入部（９Ｂ）とを有し、電槽蓋（３）の取付穴（４）が開口部に凹部（７）を有し、電槽蓋（３）の凹部（７）に鍔部（９Ａ）の外周を溶着してなる請求項１に記載される密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項３】
安全弁（５）が、本体ケース（９）に、弁体（１０）と弾性体（１１）とを内蔵し、本体ケース（９）の開口部に蓋体（１２）を固定して組み立ててなる請求項１に記載される密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項４】
凹部（７）にＯリング（１９）を配置して、Ｏリング（１９）を介して圧力センサー（１７）を着脱自在にねじ込み可能である請求項２に記載される密閉型アルカリ蓄電池。
【請求項５】
正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる発電要素群（１）と、この発電要素群（１）と電解液とを内蔵している電槽（２）と、この電槽（２）の開口部を閉塞している電槽蓋（３）と、電槽蓋（３）に設けた取付穴（４）に連結されてなる安全弁（５）とを備える密閉型アルカリ蓄電池の製造方法において、安全弁（５）を溶着する前に、取付穴（４）の雌ネジ（８）に圧力センサー（１７）をねじ込んで固定し、この状態で内圧の変化を検出して正常であるかどうかを判別し、不良電池を事前に検知して、正常な電池にのみ安全弁（５）を固定することを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池の製造方法。
【請求項６】
安全弁（５）は、本体ケース（９）に、弁体（１０）と弾性体（１１）とを内蔵し、本体ケース（９）の開口部に蓋体（１２）を固定して組み立て、安全弁（５）として正常に作動することを試験した後、電槽蓋（３）に溶着して固定される請求項５に記載される密閉型アルカリ蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電槽蓋に安全弁を設けてなる密閉型アルカリ蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池等の密閉型アルカリ蓄電池は、内圧が一定の圧力よりも高くなると開弁する安全弁を備えている。電池の内圧が異常に高くなったときに、電槽が破裂するのを防止するためである。密閉型アルカリ蓄電池は、充電するときの反応でガスが発生して、内部の圧力を上昇させる。その際、なんらかの原因で、内圧が異常に上昇することがある。このとき、ガスを外部に放出して、内部の圧力の上昇を阻止するのが安全弁である。さらに、安全弁は、正常な状態では、外気が電池の内部に侵入するのを阻止するシール性も要求される。
【０００３】
このような特性を満足させる安全弁は、電池の内圧が、２〜８ｋｇ／ｃｍ2よりも高くなると開弁してガスを排出する。開弁圧力が２ｋｇ／ｃｍ2よりも低いと、通常の充電状態において、安全弁が開放して電池を密閉化できなくなり、８ｋｇ／ｃｍ2以上でも開弁しないと、電槽が破裂する危険性があるからである。安全弁を一定の決められた圧力で開弁させるために、安全弁は、電池に固定する前に、作動圧を検査している。検査の結果、正常に作動する安全弁を電池の電槽に固定している。
【０００４】
密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁を正確に作動させることに加えて、この安全弁を電槽に確実に固定することも大切である。安全弁を電槽に固定する構造として、安全弁の鍔部を、熱溶着して電槽蓋に固定する構造が、例えば、特開平１０−２１８９３号公報に記載される。
【０００５】
この公報に記載される密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁の鍔部を加熱して溶着し、あるいは、安全弁を電槽蓋に押し付けて回転させることにより、摩擦熱で溶着している。この構造の密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁を強固に電槽蓋に固定できる特長がある。しかしながら、この構造の電池は、安全弁を固定する前工程において、電池に圧力センサーを連結する検査工程を簡単に、しかも正確にするのが難しい欠点がある。この種の電池は、出荷前に、電池の極板を活性化し、あるいは、評価工程をするために、圧力センサーを連結する。圧力センサーが連結された電池は、充放電されて内圧力の変化を検出し、正常であるかどうかを判別している。この工程によって、不良電池を事前に検知している。
【０００６】
この検査工程は、安全弁を連結する前に行われる。不良電池を完成しないためである。圧力センサーは、安全弁と同じように、電槽蓋の取付穴に気密に連結して内圧を検出する必要がある。圧力センサーを取付穴に気密に連結するために、図１に示すように、Ｏリング１９を介して圧力センサー１７を取付穴４の開口部に押し付けている。しかしながら、この状態で圧力センサー１７を連結すると、圧力センサー１７と電槽蓋３との間を気密に連結するのが難しい。このため、検査工程で圧力センサー１７と電槽蓋３との間にガス漏れし、電池の内圧を正確に検出できない弊害がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この弊害は、安全弁を取付穴にねじ込んで連結する構造として解消できる。安全弁をねじ込んで連結する電池は、取付穴に雌ネジを設けているので、ここに圧力センサーをねじ込んで連結できるからである。しかしながら、この構造の密閉型アルカリ蓄電池は、圧力センサーを確実に気密に連結できるが、安全弁をねじ込んで固定するので、長期間にわたって確実に電槽蓋に連結できない。とくに、電池が振動を受けると、安全弁が緩んでしまう欠点がある。
【０００８】
したがって、従来の密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁を電槽蓋に溶着して確実に固定できるものは、圧力センサーを簡単にしかもガス漏れしないように確実に連結することが難しく、また、安全弁をねじ込んで電槽蓋に連結する構造は、圧力センサーを確実に連結できる特長はあるが、振動すると安全弁が緩んでガス漏れする欠点があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の欠点を解決することを目的に開発されたもので、安全弁を確実に電槽蓋に固定できることに加えて、圧力センサーを簡単に連結して能率よく試験できる密閉型アルカリ蓄電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる発電要素群１と、この発電要素群１と電解液とを内蔵している電槽２と、この電槽２の開口部を閉塞している電槽蓋３と、電槽蓋３に設けられた取付穴４に連結されてなる安全弁５とを備える。さらに、密閉型アルカリ蓄電池は、取付穴４の内面に、圧力センサー１７を着脱自在にねじ込み可能な雌ネジ８を設けており、この取付穴４に安全弁５を挿入して溶着している。
【００１１】
さらに、本発明の請求項２に記載される密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁５が、電槽蓋３に溶着される所定の厚さの鍔部９Ａと、電槽蓋３の取付穴４に挿入される挿入部９Ｂとを有する。さらに、電槽蓋３の取付穴４は、開口部に凹部７を有し、電槽蓋３の凹部７に鍔部９Ａの外周を溶着している。
【００１２】
さらに、本発明の請求項３に記載される密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁５が、本体ケース９に、弁体１０と弾性体１１とを内蔵し、本体ケース９の開口部に蓋体１２を固定して組み立てている。
【００１３】
さらに、本発明の請求項４に記載される密閉型アルカリ蓄電池は、凹部７にＯリング１９を配置して、Ｏリング１９を介して圧力センサー１７を着脱自在にねじ込み可能となっている。
【００１４】
さらに、本発明の請求項５に記載される密閉型アルカリ蓄電池の製造方法は、正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる発電要素群１と、この発電要素群１と電解液とを内蔵している電槽２と、この電槽２の開口部を閉塞している電槽蓋３と、電槽蓋３に設けた取付穴４に連結されてなる安全弁５とを備える密閉型アルカリ蓄電池の製造方法において、安全弁５を溶着する前に、取付穴４の雌ネジ８に圧力センサー１７をねじ込んで固定し、この状態で内圧の変化を検出して正常であるかどうかを判別し、不良電池を事前に検知して、正常な電池にのみ安全弁５を固定する。
【００１５】
さらに、本発明の請求項６に記載される密閉型アルカリ蓄電池の製造方法は、安全弁５は、本体ケース９に、弁体１０と弾性体１１とを内蔵し、本体ケース９の開口部に蓋体１２を固定して組み立て、安全弁５として正常に作動することを試験した後、電槽蓋３に溶着して固定する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型アルカリ蓄電池を例示するものであって、本発明は密閉型アルカリ蓄電池を以下のものに特定しない。
【００１８】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１９】
図２に示す密閉型アルカリ蓄電池は、正極と負極とがセパレータを介して積層されてなる発電要素群１と、この発電要素群１と電解液とを内蔵している電槽２と、この電槽２の開口部を閉塞している電槽蓋３と、電槽蓋３に設けた取付穴４に連結されてなる安全弁５とを備える。
【００２０】
この図の電池は、発電要素群１の正極と負極を、電槽蓋３に固定している＋−の電極端子６に内部で連結している。電極端子６は、電槽蓋３を気密に貫通して固定されている。発電要素群１は、密閉型アルカリ蓄電池のタイプによって異なる。密閉型アルカリ蓄電池がニッケル−水素電池の場合、負極には、パンチングメタルである芯体に、水素吸蔵合金を主体とした活物質を塗布した極板を使用し、正極には、多孔質ニッケルの芯体に、スラリー状の水酸化ニッケルを主体とした活物質を含浸して圧延した極板を使用する。複数枚の正極と複数枚の負極は、間にセパレータを介在させて絶縁して積層されて発電要素群１となる。
【００２１】
電槽２は、プラスチックを上方開口の箱型に成形したもので、開口部に電槽蓋３を気密に固定している。電槽蓋３は、接着あるいは溶着等の構造で、電槽２の開口部に固定される。
【００２２】
電槽蓋３は、図３の拡大断面図に示すように、安全弁５を連結する取付穴４を、中央部に貫通して開口している。取付穴４は、上端の開口部の内径を大きくして凹部７を設け、凹部７以外の部分の内面に雌ネジ８を設けている。凹部７は、外形を円形として底面を平滑な水平面としている。図示しないが、凹部の底面は、リング状に凸条を設け、この凸条を安全弁に溶着することもできる。
【００２３】
安全弁５は図３に示すように、本体ケース９と、この本体ケース９に内蔵される弁体１０と、弁体１０を弾性的に押圧する弾性体１１と、本体ケース９の上端開口部を閉塞している蓋体１２とを備える。本体ケース９は、電槽蓋３に溶着される鍔部９Ａと、電槽蓋３の取付穴４に挿入される挿入部９Ｂを有する。
【００２４】
本体ケース９は、鍔部９Ａを取付穴４の凹部７に溶着して安全弁５を電槽蓋３に固定する。鍔部９Ａは、外周を凹部７の内面に確実に溶着するために、その外形を円形とすると共に、外径を凹部７の内径よりも多少大きく形成している。図３に示すように、鍔部９Ａの外径と凹部７の内径との差（ｄ）は、たとえば０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．５ｍｍとする。外径が凹部７の内径よりも大きい鍔部９Ａは、外周を溶融しながら凹部７に圧入されて、凹部７の内面に溶着される。
【００２５】
この状態で電槽蓋３に安全弁５を溶着する密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁５と電槽蓋３とのガス漏れを極減して、しかも、安全弁５を強固に電槽蓋３に固定できる特長がある。安全弁５は、鍔部９Ａと凹部７の底面を溶着して電槽蓋３に固定することもできる。しかしながら、鍔部９Ａの底面を溶着して固定する安全弁５は、鍔部９Ａの外周を溶着する構造に比較して、電池の内圧で抜ける方向に移動しやすい。それは、電池に内圧が作用して、安全弁５が押し出されるとき、溶着面に引張力が作用するからである。鍔部９Ａの外周を凹部７の内面に溶着している安全弁５は、電池の内圧で抜ける方向に移動されるとき、溶着面を横ずれさせる方向に力が作用する。溶着面は、耐引張力に比較すると、横ずれする方向の移動を阻止しやすい。このため、鍔部９Ａの外周を凹部７の内面に溶着する安全弁５は、確実に外れないように電槽蓋３に固定できる特長がある。
【００２６】
鍔部９Ａを凹部７よりも大きくしている安全弁５は、溶融されない状態で、鍔部９Ａを凹部７に嵌入できない。このため、鍔部９Ａを凹部７の正確な位置に案内しながら挿入するのが難しい。図に示す密閉型アルカリ蓄電池は、取付穴４の内径と、安全弁５の挿入部９Ｂの外径をほぼ等しくして、挿入部９Ｂと取付穴４で、鍔部９Ａを凹部７の定位置に案内する。本明細書において、取付穴の内径とは、図３に示すように、ネジ山先端の内径、すなわち、取付穴４の最小の内径を意味するものとする。
【００２７】
挿入部９Ｂを取付穴４に挿入するとき、挿入部９Ｂの外周面は、取付穴４に設けた雌ネジ８の先端縁を摺動する。雌ネジ８の先端縁は螺旋状で、挿入部９Ｂを周囲から保持して、挿入部９Ｂを取付穴４の中心に案内する。さらに、雌ネジ８の先端縁で安全弁５の挿入部９Ｂを保持する構造は、たとえば、雌ネジ８の取付穴４の内径が、挿入部９Ｂの外径よりも多少大きくても、雌ネジ８のネジ山の先端部が変形して、挿入部９Ｂを取付穴４の中心に保持する。このため、挿入部９Ｂの外径と、取付穴４の内径を極めて高い精度で同じに直径に製造する必要がない。
【００２８】
圧力センサーをねじ込んで連結しない取付穴は、図示しないが、雌ネジのない平滑面とすることもできる。しかしながら、内面を平滑面とする取付穴で、挿入部を中心に保持する構造では、挿入部が取付穴よりも少しでも太いと、挿入部を取付穴に挿入できなくなる。実際の製造工程において、挿入部と取付穴の直径を正確に一致させることは極めて難しい。このため、取付穴に入れる挿入部は、取付穴よりも多少細く製造する必要がある。
【００２９】
これに対して、図３に示す、本発明の密閉型アルカリ蓄電池の電槽蓋３は、取付穴４に雌ネジ８を設けているので、取付穴４よりも太い挿入部９Ｂを入れると、雌ネジ８の先端縁が弾性変形して、挿入部９Ｂを取付穴４の中心に保持する。このため、たとえ挿入部９Ｂが取付穴４の内径よりも多少太くても、挿入部９Ｂを取付穴４の中心に正確に案内して挿入できる。したがって、取付穴４の雌ネジ８は、圧力センサーを簡単かつ容易に、しかも確実に連結できることに加えて、安全弁５の挿入部９Ｂを正確に中心に案内して挿入できる効果も実現する。
【００３０】
鍔部９Ａと挿入部９Ｂからなる本体ケース９は、挿入部９Ｂを筒状に成形して、挿入部９Ｂの底に弁孔１３を開口している。この弁孔１３の上方に弁体１０を配設している。弁体１０は、ゴム状弾性体の上部に硬質リング１４を連結している。ゴム状弾性体は、上面に中心に突出するロッドを有し、このロッドの周囲に硬質リング１４を配設している。硬質リング１４は、挿入部９Ｂに内蔵されるコイルスプリングの弾性体１１に押圧されて、ゴム状弾性体を弁孔１３に押し付けて安全弁５を閉弁させる。弾性体１１を押圧するために、挿入部９Ｂの上端対向部に蓋体１２を固定している。蓋体１２は、溶着され、あるい接着されて本体ケース９に固定される。蓋体１２は、開弁した弁孔１３を通過したガスを排出するガス抜孔１５を開口している。
【００３１】
安全弁５は、本体ケース９に、弁体１０と弾性体１１とを内蔵し、本体ケース９の開口部に蓋体１２を固定して組み立て、安全弁５として正常に作動することを試験した後、電槽蓋３に溶着して固定される。この安全弁５は、図４に示すように、本体ケース９の上面に超音波ホーン１６を押し付けて電槽蓋３に溶着される。超音波ホーン１６は、鍔部９Ａを超音波振動させて、鍔部９Ａと凹部７の接触部分を加熱溶融して、鍔部９Ａの外周を凹部７の内面に溶着する。さらに、超音波ホーン１６で押圧して、鍔部９Ａと凹部７の底面も溶着できる。
【００３２】
超音波溶着で電槽蓋３に溶着して製作される密閉型アルカリ蓄電池は、極めて短時間に安全弁５を確実に電槽蓋３に溶着できる特長がある。ただ、本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁を高周波やヒータで加熱して電槽蓋に溶着し、さらに、安全弁を押圧する状態で回転させて摩擦熱で電槽蓋に溶着することもできる。
【００３３】
安全弁５と電槽蓋３は、熱で溶融されて互いに溶着される。このため、安全弁５と電槽蓋３は、少なくとも互いに溶着される部分を、熱可塑性のプラスチックで成形する。熱可塑性のプラスチックには、変成ＰＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＰＥ／ＰＰアロイ等のプラスチックが使用できる。
【００３４】
密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁５を溶着する前に、図５に示すように、取付穴４の雌ネジ８に圧力センサー１７をねじ込んで固定する。この状態で充放電して、内圧の変化を検出して、正常であるかどうかを判別し、不良電池を事前に検知して、正常な電池にのみ安全弁５を固定して完成させる。
【００３５】
［実施例］
図２に示す構造の密閉型アルカリ蓄電池を、以下のようにして製作した。この蓄電池は、容量を１００Ａｈとするニッケル−水素電池である。
▲１▼  ポリプロピレン製の角型電槽２に、発電要素群１を挿入し、電解液を注液して、電槽２の開口部を電槽蓋３で閉塞した。発電要素群１の正極と負極は、１００ｍｍ×１２０ｍｍの大きさとした。さらに、発電要素群１は、１７枚の正極と１８枚の負極を、セパレータを介して積層した。正極と負極は、ニッケル薄板を極板にスポット溶接し、正極、負極それぞれをまとめて、電極端子６にスポット溶接して集電した。電槽２に注液する電解液には、水酸化カリウム系電解液を使用した。
【００３６】
▲２▼  電槽蓋３は、取付穴４にＭ１２の雌ネジ８を設け、ここに図５に示すように、圧力センサー１７をねじ込んで連結した。圧力センサー１７は、Ｍ１２の取付穴４に雌ネジ８にねじ込みできる、雄ネジ１８のあるものを使用した。圧力センサー１７を連結する状態で、＋−の電極端子６に充電用の電源を接続し、また放電用の負荷を交互に接続して、充放電させて内圧力の変化を検出して、正常であるかどうかを判別した。この工程で、不良電池を識別する。
【００３７】
▲３▼  圧力センサー１７を取付穴４から外した後、取付穴４に安全弁５を超音波溶着して、電槽蓋３に固定した。安全弁５は、６ｋｇ／ｃｍ2で開弁するものを使用した。さらに、安全弁５は、鍔部９Ａを取付穴４の凹部７に溶着して電槽蓋３に固定した。安全弁５は、鍔部９Ａの外径を、凹部７の内径よりも０．３ｍｍ大きくして、鍔部９Ａの外周を凹部７の内面に溶着したものと、鍔部９Ａの外径と凹部７の内径を同じにして、鍔部９Ａと凹部７を底面で溶着したものを製作した。
【００３８】
以上の実施例で試作した密閉型アルカリ蓄電池は、圧力センサー１７をガス漏れしない状態で連結でき、しかも、極めて優れた耐震特性を示した。耐震性は、以下の条件で試験した。
振動する振動数を３３．３Ｈｚとし、加速度を５．５Ｇとした。この条件で、毎日、２時間連続して電池を加震した。その後、電槽蓋３を貫通して気密に空気管を連結し、空気管から電池内に６ｋｇ／ｃｍ2の加圧空気を圧入して加圧し、安全弁５と取付穴４の溶着部からのエアー漏れの有無を、リーク検査液を用いて確認した。
【００３９】
この振動条件において、実施例で試作した密閉型アルカリ蓄電池は、１カ月経過後も、安全弁５と電槽蓋３との間の空気漏れは発生しなかった。
【００４０】
比較のために、図６に示すうよに、Ｏリング１９を挟着して、安全弁５を取付穴４の雌ネジ８にねじ込む密閉型アルカリ蓄電池を試作した。この密閉型アルカリ蓄電池は、同じ耐震試験において、７日経過後に安全弁５と電槽蓋３との間で空気漏れが発生した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、安全弁を確実に電槽蓋に固定できることに加えて、圧力センサーを簡単に連結して能率よく試験できる特長がある。それは、本発明の密閉型アルカリ蓄電池が、電槽の開口部を閉塞している電槽蓋に設けられた取付穴の内面に雌ネジを設けており、この取付穴に安全弁を溶着しているからである。この密閉型アルカリ蓄電池は、電槽蓋の取付穴の内面に設けた雌ネジに圧力センサーをねじ込むことによって、簡単に、しかも、ガス漏れしないように確実に連結して能率よく試験できる。さらに、この密閉型アルカリ蓄電池は、電槽蓋の取付穴に安全弁を溶着して固定するので、安全弁を確実かつ強固に電槽蓋に固定できる。すなわち、本発明の密閉型アルカリ蓄電池は、極めて簡単な構造で、従来の密閉型アルカリ蓄電池の欠点であった、圧力センサーを簡単かつ確実に取付穴に連結し、安全弁を確実に電槽蓋に固定するという、互いに相反する両方の条件を同時に満たすことができる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の密閉型アルカリ蓄電池の電槽蓋の取付穴に圧力センサーを連結する状態を示す断面図
【図２】本発明の実施例の密閉型アルカリ蓄電池の一部断面正面図
【図３】図２に示す密閉型アルカリ蓄電池の電槽蓋に安全弁を挿入する状態を示す拡大断面図
【図４】図３に示す安全弁を超音波ホーンで電槽蓋に溶着する状態を示す一部断面正面図
【図５】図２に示す密閉型アルカリ蓄電池の電槽蓋の取付穴に圧力センサーをねじ込んだ状態を示す断面図
【図６】比較例の密閉型アルカリ蓄電池の電槽蓋を示す断面図
【符号の説明】
１…発電要素群
２…電槽
３…電槽蓋
４…取付穴
５…安全弁
６…電極端子
７…凹部
８…雌ネジ
９…本体ケース        ９Ａ…鍔部            ９Ｂ…挿入部
１０…弁体
１１…弾性体
１２…蓋体
１３…弁孔
１４…硬質リング
１５…ガス抜孔
１６…超音波ホーン
１７…圧力センサー
１８…雄ネジ
１９…Ｏリング
【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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【図６】
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