(57)【要約】【課題】鉛蓄電池に使用する鉛−アンチモン系合金に強度向上のために含有させるヒ素含有量を、環境衛生上の観点で従来の０．２％程度から０．１質量％以下の領域とした場合、鉛合金の強度が低下し、鉛蓄電池の格子や各種接続用鉛部品に必要とされる強度を下回っていた。本発明は、鉛−アンチモン系合金中のヒ素含有量を０．１質量％の領域に削減しつつ、鉛蓄電池に必要な強度を有した鉛合金と、これを用いることにより、耐久性に優れた鉛蓄電池を得ることを目的とする。【解決手段】本発明の鉛蓄電池用鉛合金は、アンチモンを１．７質量％〜３．０質量％、ヒ素を０．０００５質量％〜０．１質量％とし、かつナトリウムを０．０１質量％〜０．５質量％含む。また、この鉛合金を接続用鉛部品あるいは格子等に用いることにより、ヒ素含有量の削減と、耐久性とを両立した鉛蓄電池を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池に使用される鉛合金であってアンチモンを１．７質量％〜３．０質量％、ヒ素を０．０００５質量％〜０．１質量％、ナトリウムを０．０１質量％〜０．５質量％含んでいることを特徴とする鉛蓄電池用鉛合金。
【請求項２】
請求項１の鉛蓄電池用鉛合金を使用した鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池用鉛合金および鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池に使用される部品の中で、鉛および鉛合金で成型される接続用鉛部品には主に、格子の耳部を集合溶接するストラップ、セル間で極板群を接続するための接続体、電極群を集電する極柱、電槽蓋と一体成型された電池の内外を貫通する端子ブッシングがある。また、接続用部品とは別に、活物質を保持するとともに、活物質から集電することを目的とした集電体も鉛合金からなる。なお、鉛蓄電池における集電体は、一般的に平板状鉛に活物質を充填するための孔が存在し、格子状となっているため、一般的に格子と称される。
【０００３】
前記したような、鉛蓄電池に使用する、接続用鉛部品には耐振動性や外部負荷への接続のための締め付けによる機械的強度が必要とされるため、鉛−アンチモン系合金が多く使用されている。また、格子、特に正極格子中に含まれるアンチモンは、正極格子と活物質との結合力を増すとともに、活物質粒子同士の結合力を強化するために、深い放電が行なわれる、電動車用といった、サイクルサービス用鉛蓄電池に使用されている。
【０００４】
鉛蓄電池用の鉛−アンチモン系合金には、従来より、０．２質量％〜０．５質量％のヒ素が添加されている。鉛−アンチモン系合金中にヒ素を添加することにより、鉛合金の強度が増し、耐食性が向上するためのである。
【０００５】
一方、過去から、ヒ素のヒトを含む多くの生体に対する毒性は広く知られている。日本国において、ヒ素はおよびその無機化合物は、特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理の改善の促進に関する法律において、「第一種指定化学物質」に指定され、環境の保全を目的として管理すべき物質とされている。
【０００６】
また、ヒ素およびその化合物は、労働安全衛生法施行令の特定化学物質等の第二類物質に指定されている。そして、製品の製造工程においてヒ素およびその化合物を含む物質を取り扱う場合には、その製造工程の作業者の健康管理を事業者が行なうべきことが定められている。
【０００７】
したがって、鉛蓄電池の格子や各種接続用鉛部品として使用する鉛−アンチモン系合金中のヒ素の含有量を極力削減することは、環境および労働衛生上の喫緊の課題となっている。
【０００８】
しかしながら、鉛−アンチモン系合金中に含有させるヒ素は、鉛合金の強度の向上を目的とするものであることから、ただ単に、従来の鉛−アンチモン系合金中のヒ素含有量を削減した場合、当然のことながら、鉛蓄電池に用いるに必要な強度を得ることはできない。
【０００９】
鉛−アンチモン系合金中のヒ素含有量を削減した場合の強度低下を防ぐために、ヒ素以外の、他の合金化元素を添加する技術が提案されている。例えば特許文献１には、端子の電池外装に露出した部分を、０．０９５質量％以下のヒ素と、０．００１質量％〜０．０５５質量％のスズ、０．００１質量％〜０．０１質量％の銅を含む鉛−アンチモン合金にすることで、ヒ素の含有量を低減させても端子に必要とされる機械的強度を確保した合金が示されている。
【００１０】
更に、特許文献２には、ヒ素の含有量が０．１質量％未満の鉛合金であって、アンチモン含有量が０．７質量％〜３．０質量％、スズ含有量が０．００１質量％〜０．０２質量％、亜鉛含有量が０．００１質量％〜０．０２質量％とした鉛合金が示されている。この鉛合金は、ヒ素の含有量を削減することによる鉛合金の強度の低下を抑制できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−２６２７７１号公報
【特許文献２】特開２００９−０６８０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したような各特許文献に示された発明によれば、ヒ素を低減することによる鉛合金強度の低下が抑制できるものの、特に、苛酷な振動条件下で用いられる鉛蓄電池用の鉛合金として、十分な強度を有しているとは言えなかった。
【００１３】
本発明は、鉛蓄電池に使用する鉛−アンチモン系合金中のヒ素含有量を低減することにより、生体に有害なヒ素の使用量を削減することにより、環境負荷を低減するとともに、ヒ素含有量の削減に伴う鉛合金強度の低下を抑制し、鉛蓄電池に用いるに十分な強度を有した鉛蓄電池用鉛合金と、これを用いた、耐久性に優れた鉛蓄電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決するために、本発明は、鉛蓄電池に使用される鉛合金であって、アンチモンを１．７質量％〜３．０質量％、ヒ素を０．０００５質量％〜０．１質量％、ナトリウムを０．０１質量％〜０．５質量％含んでいることを特徴とする鉛蓄電池用鉛合金を示すものである。
【００１５】
本発明では、鉛合金中におけるヒ素の含有量を０．０００５質量％〜０．１質量％に削減しつつ、ナトリウムを０．０１質量％〜０．５質量％含有させることにより、鉛合金の強度を確保するものである。
【００１６】
また、このような本発明の鉛蓄電池用鉛合金を端子、ストラップ、接続体、極柱等の接続用鉛部品、および極板格子の少なくとも一つに用いることにより、その部分の耐久性を高めた鉛蓄電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鉛−アンチモン系鉛合金の強度改善に効果のあるヒ素について、その含有量を０．１質量％以下と、従来の鉛−アンチモン系鉛合金に比較して低減させているにも拘らず、ナトリウムを０．０１質量％から０．５質量％の範囲で添加することで鉛蓄電池に使用しても必要十分な機械的強度を有した鉛合金を得ることができる。
【００１８】
また、このような本発明の鉛蓄電池用鉛合金を用いることによって、耐振動性に優れた鉛蓄電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の鉛蓄電池の構造例を示す図
【図２】極柱の長手方向に沿った断面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の鉛蓄電池用鉛合金は、鉛合金を、アンチモンを１．７質量％〜３．０質量％、ヒ素を０．０００５質量％〜０．１質量％、ナトリウムを０．０１質量％〜０．５質量％を含む鉛合金とする。これにより、鉛蓄電池用として必要な機械的強度を確保した鉛蓄電池用鉛合金を得ることができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の鉛蓄電池について図面を用いて説明する。図１に示したように、本発明の鉛蓄電池１は、正極板２と負極板３とをセパレータ４を介して積層し、同極性の極板同士の耳部を、それぞれ正極ストラップ７もしくは負極ストラップ８で連結させた極板群５を有する。
【００２２】
更に、互いに隣接しあう極板群５は接続体９により電気的に接続し、両端の極板群５に正極及び負極の極柱１０を溶接する。蓋１１を電槽６に接合し、蓋１１と一体成型されている端子１２に極板群５から導出された極柱１０が挿通され、両者が溶接されて形成する。なお、図１に示した例では、一列状に配置された６個の極板群５が直列接続した例を示したが、このような極板群５同士の接続や、極板群５の数およびその配置形態は、所望とする電池電圧、電池容量によって適宜決定すべきものであり、本発明は、極板群５の数やそれらの配置および接続形態を限定するものではない。さらに、図１には、蓋１１に一体成型した端子１２と、極柱１０を溶接した構造を例示したが、端子の導出構造として他の公知の構造を採用してもよい。
【００２３】
本発明の鉛蓄電池１に用いる鉛合金製の部品としては、大別して、正極板２および負極板３に用いる集電用の格子（図示せず）と、ストラップ（正極ストラップ７および負極ストラップ８）、接続体９、極柱１０および端子１２等の接続用鉛部品に大別される。
【００２４】
本発明では、前記した接続用鉛部品あるいは格子少なくともいずれか一つに前記した実施形態１による鉛蓄電池用鉛合金を用いる。なお、前記した格子にも本発明の鉛蓄電池用鉛合金を用いてもよいが、周知のとおり、アンチモンを含むことにより、鉛蓄電池の減液性能が低下するため、要求される減液性能に応じて、本発明の鉛合金を適宜用いることができる。
【００２５】
特に、本発明の鉛合金を端子１２に用いることにより、電池外に露出した鉛合金中のヒ素も低減できるため、水分等との接触によるヒ素の環境への溶出や、電池使用者へのヒ素含有物質の暴露等が抑制され、環境面でより好ましい。
【００２６】
本発明の鉛蓄電池１は、材料として用いる鉛−アンチモン系合金中のヒ素が削減されているため、環境および安全衛生上好ましいものであり、また、本発明の鉛蓄電池用鉛合金は、ヒ素含有量が削減されているに拘らず、十分な強度を有しているため、本発明の鉛蓄電池を用いて鉛蓄電池を構成することにより、耐久性に優れた鉛蓄電池を得ることができる。
【実施例】
【００２７】
本実施例では、表１、表２および表３に示したように、ヒ素、アンチモン、ナトリウムについて各種含有量を有した鉛合金を調製した。鉛合金の機械的強度の指標として、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４「ビッカース硬さ試験−試験方法」に規定されたビッカース硬さ測定において、測定時の荷重を０．０９８Ｎとしたマイクロビッカース硬さ試験によって得た値とした。
【００２８】
図２は、鉛合金のビッカース硬さの測定に用いたサンプルピース１３の形状を示す図である。サンプルピース１３は表１、表２および表３に示した各合金について鉛蓄電池用の極柱を鋳造し、極柱の長手方向の両端を切断除去し、長手方向の断面１４を測定面として、前記したビッカース硬さを測定した。なお、サンプルピース１３のｎ数は各３とし、得られた各３つの測定値の最大値と最小値を、それぞれ表１、表２および表３に示した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
本実施例では、これまでに行なった鉛合金の強度試験や、これらの鉛合金を用いた鉛蓄電池での実車試験のデータから、鉛合金の強度と寿命との相関データに基づき、鉛蓄電池に必要とされる鉛合金のビッカース硬さ（ＨＶ）の下限値を１４と設定した。
【００３３】
表１〜表３に示した結果から、鉛−アンチモン−ヒ素合金のヒ素量を０．０００５質量％〜０．１質量％にした場合、ヒ素量、アンチモン量、ナトリウム量が変化すると、ビッカース硬さ（ＨＶ）も大きく変化することがわかる。
【００３４】
上記の各表に示した結果から、鉛蓄電池用として必要な強度を得た上で、ヒ素含有量を従来の０．２質量％から０．１質量％以下に削減するためには、アンチモン含有量を１．７質量％〜３．０質量％、ナトリウム含有量を０．０１質量％〜０．５質量％とすることが必要である。
【００３５】
表１〜表３の結果から、ヒ素を添加していないＮｏ．１〜Ｎｏ．２５のサンプルピースでは、アンチモンおよびナトリウムを添加してもビッカース硬さ（ＨＶ）は３〜９と低く、必要な強度を得られなかった。したがって、ヒ素含有量を０質量％とするのではなく、少なくとも０．０００５質量％以上とすることが必要である。
【００３６】
また、ナトリウム含有量については、０．５質量％を超え、０．９質量％としたものは、ビッカース硬さ（ＨＶ）のばらつきが大きくなり、必要な強度が得られない。
【００３７】
また、アンチモン含有量についても１．７％を下回るか、あるいは３．０質量％を超える領域では、ビッカース硬さ（ＨＶ）のばらつきが大きくなり、必要な強度が得られない。
【００３８】
本発明において、ヒ素合金量を従来の０．２質量％から０．１質量％以下の領域に削減した場合、鉛蓄電池用の鉛合金として安定して高い機械的強度を得るためには、鉛合金中の、ヒ素含有量を０．０００５質量％〜０．１質量％とし、アンチモン含有量を１．７質量％〜３．０質量％とした上で、ナトリウム含有量を０．０１質量％〜０．５質量％とすることが必要である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、鉛蓄電池用鉛合金において必要とされる強度を有しながら有害物質であるヒ素を減らしたことから、特に接続用鉛部品や格子が鉛合金で構成された鉛蓄電池に好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１    鉛蓄電池
２    正極板
３    負極板
４    セパレータ
５    極板群
６    電槽
７    正極ストラップ
８    負極ストラップ
９    接続体
１０  極柱
１１  蓋
１２  端子
１３  サンプルピース
１４  断面
【図１】
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【図２】
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