(57)【要約】  鉛蓄電池は、極板群と、正極ストラップおよび負極ストラップと、極板群を挿入するセル室を有する樹脂製の電槽と、正極ストラップに接続した正極柱および負極ストラップに接続した負極柱と、電槽の開口部を封口するとともに正極柱と接続する正極端子と、負極柱と接続する負極端子とをインサート成型した樹脂製の蓋とを有する。正極端子および負極端子は、蓋の外面よりも蓋の内部に位置する下面部と、蓋の外面よりも突出した突出部とを有する。下面部の全面と、蓋における下面部の周縁部分とを覆うように樹脂膜が設けられ、樹脂膜の下面部上における最大厚さは、周縁部分における最大厚さよりも大きい。
2016013163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の正極と、複数の負極と、前記複数の正極のそれぞれと前記複数の負極のそれぞれとの間に各々介在する複数のセパレータとを有する極板群と、
前記極板群を収容するセル室を有する樹脂製の電槽と、
前記複数の正極に接続された正極ストラップと、
前記複数の負極に接続された負極ストラップと、
前記正極ストラップに接続された正極柱と、
前記負極ストラップに接続された負極柱と、
前記正極柱に接続された正極端子と、
前記負極柱に接続された負極端子と、
前記電槽の開口部を封じるとともに、前記正極端子および前記負極端子をインサート成型により埋設した樹脂製の蓋と、を備え、
前記正極端子および前記負極端子は、前記蓋の外面よりも前記蓋の内部に位置する下面部と、前記蓋の前記外面から突出した突出部とを有し、
前記下面部の全面と、前記蓋における前記下面部の周縁部分とを覆う樹脂膜が設けられ、前記樹脂膜の前記下面部上における最大厚さが、前記周縁部分における最大厚さよりも大きい、
鉛蓄電池。
【請求項２】
前記極板群と、前記正極ストラップと、前記負極ストラップとをそれぞれ同じ数で複数備え、
前記電槽は前記複数の極板群をそれぞれ収容する複数の前記セル室を有し、
前記複数の極板群のうちの隣接する２つはいずれも前記正極ストラップと前記負極ストラップとを介して直列接続されることで、前記複数の極板群は直列接続され、
前記複数の正極ストラップのうち、前記負極ストラップに接続されていない正極ストラップが前記正極柱に接続され、
前記複数の負極ストラップのうち、前記正極ストラップに接続されていない負極ストラップが前記負極柱に接続されている、
請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記正極端子の前記突出部は、前記正極柱の直上からずれており、前記負極端子の前記突出部は、前記負極柱の直上からずれている、
請求項１に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池、特に制御弁式鉛蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池において、発電要素である極板群を収納した内部空間の密閉性を確保することは極めて重要である。極板群は、正極と負極とセパレータとで構成されている。特に制御弁式鉛蓄電池では、過充電反応で発生した水素ガスを負極に吸収させるため、密閉性が重要である。【０００３】
通常、鉛蓄電池の蓋は樹脂製であり、正極柱と接続される正極端子、負極柱と接続される負極端子は、蓋にインサート成型されている。このような構造において、内部空間の密閉性に影響するのは、インサート箇所における金属部分と樹脂部分の隙間（具体的には正極端子および負極端子の周縁部分）である。そこで、例えば特許文献１は、インサート箇所における金属部分の一部に窪みを設け、この窪みに蓋と同じ材質の樹脂を充填させた後、金属部分と樹脂部分との隙間を接着剤で埋める構造を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３８８１０号公報
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、樹脂材料が熱により膨張と収縮を繰り返す条件下でも端子の周りの密閉性を確保でき、信頼性の高い鉛蓄電池を提供する。
【０００６】
本発明の鉛蓄電池は、極板群と、樹脂製の電槽と、正極ストラップと、負極ストラップと、正極柱と、負極柱と、正極端子と、負極端子と、樹脂製の蓋とを有する。極板群は、複数の正極と、複数の負極と、これら複数の正極のそれぞれと複数の負極のそれぞれとの間に各々介在する複数のセパレータとを含む。電槽は、極板群を収容するセル室を有する。正極ストラップは複数の正極に接続され、負極ストラップは複数の負極に接続されている。正極柱は正極ストラップに接続され、負極柱は負極ストラップに接続されている。正極端子は正極柱に接続され、負極端子は負極柱に接続されている。蓋は、電槽の開口部を封じるとともに、正極端子および負極端子をインサート成型により埋設している。正極端子および負極端子は、蓋の外面よりも蓋の内部に位置する下面部と、蓋の外面よりも突出した突出部とを有する。下面部の全面と、蓋における下面部の周縁部分とを覆うように樹脂膜が設けられ、樹脂膜の下面部上における最大厚さは、周縁部分における最大厚さよりも大きい。
【０００７】
本発明によれば、樹脂材料が熱により膨張と収縮を繰り返す条件下でも端子の周りの密閉性を確保できる、信頼性の高い鉛蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態による鉛蓄電池を模式的に示した部分透視図
【図２】図１に示す鉛蓄電池の要部拡大図
【図３】図２の３−３線における要部断面図
【図４Ａ】本発明の実施の形態とは異なる鉛蓄電池の要部断面図
【図４Ｂ】本発明の実施の形態とは異なる他の鉛蓄電池の要部断面図
【図５】本発明の実施の形態による他の鉛蓄電池の要部断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の鉛蓄電池における問題点を簡単に説明する。特許文献１のようにインサート箇所を工夫しても、樹脂材料が熱により膨張と収縮を繰り返す条件下においては、端子の周りが変形して密閉性が不十分になる。特に、インサート箇所における金属部分の面積が大きく膨張収縮を繰り返す樹脂材料との接触面積が大きい場合、この傾向は顕著である。
【００１０】
特許文献１は、端子部を取り囲む溶接部と蓋の一部とをエポキシ樹脂で覆った構造を開示している。エポキシ樹脂と蓋とは樹脂製であるため、互いの親和性は高く、それらの間の接触面は強固である。一方、エポキシ樹脂と金属製の溶接部との親和性は高くないので、接触面が脆弱である。そして、エポキシ樹脂の最大厚みは溶接部とその周縁に位置する蓋の一部とで略同一かあるいは溶接部の方がやや小さい。
【００１１】
このような構造において、蓋やエポキシ樹脂が熱により膨張と収縮を繰り返すと、溶接部の直上を起点としてエポキシ樹脂が応力に耐えられなくなって破壊される。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態による鉛蓄電池を模式的に示した部分透視図、図２はこの鉛蓄電池の要部拡大図、図３は図２の３−３線における断面図である。
【００１３】
鉛蓄電池は、複数の極板群１と、樹脂製の電槽８と、正極ストラップ２ａと、負極ストラップ２ｂと、正極柱４ａと、負極柱４ｂと、正極端子５ａと、負極端子５ｂと、樹脂製の蓋５とを有する。極板群１はそれぞれ、複数の正極１ａと、複数の負極１ｂと、正極１ａのそれぞれと負極１ｂのそれぞれとの間に各々介在する複数のセパレータ１ｃとを含む。電槽８は、複数の極板群１をそれぞれ収容する複数のセル室を有する。正極ストラップ２ａは正極１ａを束ねて正極１ａに接続され、負極ストラップは負極１ｂを束ねて負極１ｂに接続されている。正極柱４ａは一端のセル室の正極ストラップに接続され、負極柱４ｂは他端のセル室の負極ストラップ２ｂに接続されている。正極端子５ａは正極柱４ａに接続され、負極端子５ｂは負極柱４ｂに接続されている。蓋５は、電槽８の開口部を封じるとともに、正極端子５ａおよび負極端子５ｂをインサート成型により埋設している。隣接するセル室の正極ストラップ２ａと負極ストラップ２ｂとは直列に接続されている。
【００１４】
すなわち、極板群１と、正極ストラップ２ａと、負極ストラップ２ｂとはそれぞれ同じ数で設けられ、極板群１のうちの隣接する２つはいずれも正極ストラップ２ａと負極ストラップ２ｂとを介して直列接続されることで、全ての極板群１は直列接続されている。正極ストラップ２ａのうち、負極ストラップ２ｂに接続されていないものが正極柱４ａに接続され、負極ストラップ２ｂのうち、正極ストラップ２ａに接続されていないものが負極柱４ｂに接続されている。
【００１５】
正極端子５ａは、蓋５の外面よりも蓋５の内部に位置する下面部６ａと、蓋５の外面よりも突出した突出部６ｂとからなっている。すなわち、図１〜図３において、下面部６ａは蓋５の外面よりも下方に位置し、突出部６ｂは蓋５の外面よりも上方に突出している。突出部６ｂは通常、外部電源や負荷と接続される。なお、図示していないが負極端子５ｂも同様の構造を有する。以下、代表して正極端子５ａに関して説明する。
【００１６】
さらに、この鉛蓄電池には、下面部６ａの全面と、蓋５における下面部６ａの周縁部分６ｃとを覆う樹脂膜７が設けられている。樹脂膜７の下面部６ａ上における最大厚さＡは、周縁部分６ｃにおける最大厚さＢよりも大きい。
【００１７】
このように、本実施の形態では、金属部分である正極端子５ａの下面部６ａ上において、樹脂膜７が相対的に厚い。その結果、金属部分の直上の樹脂膜７が上述した条件下で発生した応力にも耐えられる。
【００１８】
ところで、図１〜図３に示すように正極柱４ａの略直上に突出部６ｂが位置しない正極端子５ａは、正極ストラップ２ａと正極柱４ａとを一緒に成型しながら正極１ａの耳部とを接続できる「キャストオンストラップ」という簡便な方式によって作製できる。これは、負極端子５ｂについても同様である。この方法では、樹脂膜７が設けられる下面部６ａの面積が大きくなる。そのため、蓋５や樹脂膜７が熱により膨張と収縮を繰り返すと下面部６ａと樹脂膜７との間の接合面に印加される応力の影響が大きい。したがって、上述の効果が発揮されやすい。
【００１９】
このように、突出部６ｂが正極柱４ａの直上からずれている場合に上述の効果が発揮されやすい。同様に、負極端子５ｂの突出部が負極柱４ｂの直上からずれている場合に上述の効果が発揮されやすい。
【００２０】
なお、電槽８および蓋５は、ポリプロピレンやアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）などの樹脂材料で形成することができる。樹脂膜７はエポキシやポリオレフィンなどの樹脂材料で形成することができる。樹脂膜７の一般的な厚さは、上述した関係（Ａ＞Ｂ）を満たしつつ、１ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
また、正極ストラップ２ａ、負極ストラップ２ｂ、正極柱４ａ、負極柱４ｂ、正極端子５ａおよび負極端子５ｂは、鉛−カルシウム−スズの鉛ベースの合金で形成することができる。なお、突出部６ｂは真鍮などの銅ベースの合金で形成することもできる。
【００２２】
さらに、図１〜図３では樹脂膜７自体を中央ほど厚い形状にすることでＡ＞Ｂを満たすようにしたが、図５のように樹脂膜７の外面は平坦にしつつＡ＞Ｂの関係を満たすようにしてもよい。図３に示す構造では、下面部６ａの上面と、蓋５における下面部６ａの周縁部分６ｃとが同一面を形成している。一方、図５に示す構造では、下面部６ａの上面は、周縁部分６ｃよりも蓋５の内部に位置している。
【００２３】
なお以上の説明では、電槽８が複数のセル室を有し、各セル室に極板群１を挿入して直列接続した場合を例に説明したが、極板群１を１つだけ用いてもよい。
【００２４】
以下、具体的な例として、ＥＣ−ＦＶ１２６０（５時間率容量６０Ａｈ）を作製し評価した結果を参照しながら本実施の形態による効果を説明する。
【００２５】
まず、全てのサンプルに共通する部分について説明する。正極１ａは以下のようにして作製している。まずカルシウム０．０５質量％、スズ１．６質量％を含む鉛合金の圧延シートをエキスパンド加工して正極格子体を作製する。この正極格子体に、二酸化鉛と水と硫酸および添加剤で調製されたペーストを充填し、乾燥後に所定の寸法に切断して正極１ａを作製している。負極１ｂは以下のようにして作製している。まず、カルシウム０．０７質量％、スズ０．２５質量％を含む鉛合金の圧延シートをエキスパンド加工して負極格子体を作製する。この負極格子体に、鉛粉と水と硫酸および添加剤で調製されたペーストを充填し、乾燥後に所定の寸法に切断して負極１ｂを作製している。そして、正極１ａと負極１ｂを、セパレータ１ｃを介して交互に積層し、極板群１を構成している。なおセパレータ１ｃとして、ポリオレフィン系繊維を主原料とする不織布と、ガラス繊維およびポリエステル繊維を主成分とした抄造物の双方を用いている。
【００２６】
そしてキャストオンストラップ方式で、全ての正極１ａを正極ストラップ２ａと接続し、全ての負極１ｂを負極ストラップ２ｂと接続している。正極ストラップ２ａ、負極ストラップ２ｂはスズ２．５質量％を含む鉛合金で形成されている。このようにして極板群１が完成する。
【００２７】
次に、極板群１を６個、ポリプロピレン製の電槽８の６つのセル室にそれぞれ挿入する。そして、一端のセル室の正極ストラップ２ａを正極柱４ａに接続し、他端のセル室の負極ストラップ２ｂを負極柱４ｂに接続している。正極柱４ａ、負極柱４ｂはスズ２．５質量％を含む鉛合金で形成されている。上記以外の正極ストラップ２ａおよび負極ストラップ２ｂは、隣接するセル室に挿入された極板群１間で、異極性同士を接続する。このようにして、６個の極板群１を直列に接続している。
【００２８】
次いで、ＡＢＳ樹脂製の蓋５で、電槽８の開口部を封口している。蓋５には、正極端子５ａ、負極端子５ｂがインサート成型により埋設されている。正極端子５ａ、負極端子５ｂは、アンチモン３．０質量％、ヒ素０．２質量％を含む鉛合金で形成されている。そして、正極端子５ａを正極柱４ａに、負極端子５ｂを負極柱４ｂにそれぞれ接続している。なお正極端子５ａは、図１〜図３に示すように、正極柱４ａの略直上に突出部６ｂが位置しない形状を有する。負極端子５ｂも同様である。
【００２９】
次に、各サンプルで異なる点について図３〜図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明では正極端子５ａに樹脂膜７を形成する手順を説明するが、負極端子５ｂについても同様である。
【００３０】
（サンプルＡ）
サンプルＡでは、正極端子５ａの下面部６ａの上に、硬化前のエポキシ樹脂を蓋５の外面まで滴下した後に硬化させることで、下面部６ａの全面とその周縁部分６ｃとを樹脂膜７で覆う。金属材料で構成された下面部６ａよりも樹脂材料で構成された周縁部分６ｃの方がエポキシ樹脂と親和性が高いため、樹脂膜７では、両端が厚く、中央が薄い形状となる。この中央部の凹んだ箇所のみにエポキシ樹脂をさらに滴下して硬化させることで、図３に示すように、下面部６ａ上における最大厚さＡが３ｍｍ、周縁部分６ｃ上における最大厚さＢが２ｍｍである樹脂膜７を形成している。
【００３１】
最後に、蓋５の外面にセル室ごとに設けられた穴から電解液（希硫酸）を注入した後、穴を制御弁で塞ぎ、所定の条件で化成を行って、サンプルＡの鉛蓄電池を作製している。
【００３２】
（サンプルＢ）
図５に示すように、サンプルＢでは、下面部６ａよりも周縁部分６ｃを１ｍｍ高くし、サンプルＡと同様にエポキシ樹脂を複数回滴下している。このようにして、樹脂膜７を形成している。この場合、樹脂膜７の外面は平坦ながら、下面部６ａ上における最大厚さは２．５ｍｍ、周縁部分６ｃ上における最大厚さは１．５ｍｍとなる。樹脂膜７は、下面部６ａの全面と周縁部分６ｃとを覆っている。これ以外はサンプルＡと同様である。
【００３３】
（サンプルＣ）
サンプルＡでは図４Ａに示す形状を形成した後、中央部の凹んだ箇所のみにエポキシ樹脂をさらに滴下しているが、サンプルＣではそのままで鉛蓄電池を完成させている。すなわち、図４Ａに示すように、下面部１６ａの上に、硬化前のエポキシ樹脂を蓋１５の外面まで滴下した後に硬化させることで、下面部１６ａの全面と周縁部分１６ｃとを樹脂膜１７で覆っている。具体的には、下面部１６ａ上における最大厚さＡ１は１ｍｍ、周縁部分１６ｃ上における最大厚さＢ１は２ｍｍである。これ以外はサンプルＡと同様である。
【００３４】
（サンプルＤ）
サンプルＣの鉛蓄電池に対して、中央部の凹んだ箇所のみにエポキシ樹脂をさらに滴下して硬化させる。この際、サンプルＡに比べて滴下量を減らすか、滴下回数を減らす。これらの方法で、図４Ｂに示すように、樹脂膜２７の下面部１６ａ上における最大厚さＡ２と周縁部分１６ｃ上における最大厚さＢ２をともに２ｍｍとしている。これ以外はサンプルＡと同様である。
【００３５】
以上のように構成されたサンプルＡ〜サンプルＤの鉛蓄電池を、２５℃でＳＯＣ１１０％見合いの充電を行った後、以下の条件のヒートサイクル試験を２０回繰り返すことで、意図的に樹脂膜に応力を与える評価を行っている。ヒートサイクル試験では、まず−３０℃に２時間晒す。次に、５分以内に８０℃まで昇温し、８０℃に２時間晒す。その後、５分以内に−３０℃まで冷やす。
【００３６】
サンプルＡ、サンプルＢでは、樹脂膜７に外観上の変化は確認されていない。一方、サンプルＣでは、樹脂膜１７にクラックが確認されるとともに、正極端子および負極端子の変色が確認されている。この変色は、電解液の顕著な漏れが原因と推定される。またサンプルＤでは、正極端子および負極端子の変色は見られないものの、樹脂膜２７にクラックが確認されている。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、制御弁式鉛蓄電池を用いた場合において有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１    極板群
１ａ    正極
１ｂ    負極
１ｃ    セパレータ
２ａ    正極ストラップ
２ｂ    負極ストラップ
４ａ    正極柱
４ｂ    負極柱
５，１５    蓋
５ａ    正極端子
５ｂ    負極端子
６ａ，１６ａ    下面部
６ｂ    突出部
６ｃ，１６ｃ    周縁部分
７，１７，２７    樹脂膜
８    電槽
【図１】
2016013163.tif 000003
【図２】
2016013163.tif 000004
【図３】
2016013163.tif 000005
【図４Ａ】
2016013163.tif 000006
【図４Ｂ】
2016013163.tif 000007
【図５】
2016013163.tif 000008
【国際調査報告】
2016013163.tif 000009
2016013163.tif 000010
2016013163.tif 000011
2016013163.tif 000012