(57)【要約】      （修正有）【課題】機械加工によって製造された集電体を備える鉛蓄電池においても、集電耳とストラップとの溶接信頼性、および生産性を向上させることができる鉛蓄電池を提供する。【解決手段】肉厚部を有する集電耳を備えた格子の製造方法において、集電耳を形成する第一の厚さ部分２１と前記第一の厚さ部分よりも薄い第二の厚さ部分とを備えた鉛または鉛合金シートを形成する工程と、前記第二の厚さ部分をエキスパンドまたは打ち抜き加工して、格子前駆体シートを得る工程と、前記格子前駆体シートを切断加工する工程とを備えたことを特徴とする、肉厚部を有する集電耳を備えた格子の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚部を有する集電耳を備えたエキスパンド、または打ち抜き格子の製造方法において、
集電耳を形成する第一の厚さ部分と、前記第一の厚さ部分よりも薄い第二の厚さ部分とを備えた鉛または鉛合金シートを形成する工程と、
前記第二の厚さ部分をエキスパンドまたは打ち抜き加工をして、格子前駆体シートを得る工程と、
前記格子前駆体シートを切断加工する工程とを備えたことを特徴とする、肉厚部を有する集電耳を備えた鉛蓄電池用格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池用の格子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、一般に電槽、極板群、電解液とを備える。そして前記極板群は一般的に複数の正極板と、複数の負極板と、複数のセパレータとを備え、前記正極板と、前記負極板とがセパレータを介して交互に積層される。前記積層されたものには、正極板同士と負極板同士とを、それぞれの極板に備えられた集電耳部を相互に溶接した、ストラップと称する部分が形成される。そして、前記正極板と前記負極板とは、鉛または鉛合金からなる集電体に活物質を充填することによって形成される。
【０００３】
前記同極性の極板同士を溶接してストラップを形成する方法としては、前記集電耳部に「足し鉛」と称する鉛または鉛合金をバーナーで溶解したものを付与する「バーナー溶接法」、前記集電耳部を、ストラップ、極柱、セル間接続用ボタン等の必要部材を含めた鋳型の中の溶融鉛または溶融鉛合金中に浸漬し、前記鋳型内の溶融鉛または溶融鉛合金を固化させる「キャストオンストラップ（ＣＯＳ）法」が一般的である。
【０００４】
しかし、前記ストラップと前記集電耳部とを溶接する際には、「バーナー溶接法」においては、集電耳部が充分に溶融されないことに起因する、ストラップと集電耳界面との隙間が生じることがある。また、「ＣＯＳ法」でも集電耳部の表面が汚れていた場合や、鋳型内の溶融鉛の温度が低い場合等、図６に示すように、本来ストラップ１と集電耳部２との接触境界にできるべき正のメニスカス３ができず、図７に示すように、ストラップ１と集電耳部２との接触境界に負のメニスカス４ができる場合がある。
【０００５】
一方、集電耳の鉛合金組成と、ストラップの鉛合金組成とが異なる場合、前記集電耳と前記ストラップとが電解液に浸漬されたときに、前記集電耳と前記ストラップとの間で局部電池が形成され、集電耳かストラップのいずれかに腐食が生じる場合がある。
【０００６】
上述のような溶接不良部分や局部電池が生じると、溶接不良部分を起点とした腐食の進行、局部電池に起因した腐食の進行により集電耳部とストラップとの耐久性が悪くなり、鉛蓄電池の使用期間中にストラップと集電耳とがはずれ、鉛蓄電池の容量が少なくなってしまう場合があった。
【０００７】
このような問題は、期待寿命の長い、据置用の鉛蓄電池において顕著であり、このような問題を解決するために、特開平１１−４５６９７号に記載のように、集電耳部とストラップとを同じ組成とした極板群を用いる方法や、極板群の集電耳部が、集電体本体部分よりも厚くする方法、等が提案されている。しかし、特開平１１−４５６９７号に記載の方法は、据置用の鉛蓄電池等、比較的長寿命を期待される、鋳造格子を用いた鉛蓄電池に対するものである。鋳造格子では、集電体の形状を含め、集電耳部の形状も、鋳型の形状によって自由に設計することが比較的容易である。
【０００８】
一方、低コスト化に主眼をおいた自動車用、二輪車用の鉛蓄電池においては、鋳造格子ではなく、鉛または鉛合金シートに、機械加工、具体的にはエキスパンド加工や打抜き加工を施して製造される集電体が使用されることが一般的である。これらの集電体が使用される鉛蓄電池は、据置用の鉛蓄電池ほどの長寿命が要求されることはほとんどないが、これら、自動車用や二輪車用の鉛蓄電池でも、前述したようなストラップと集電耳とのはずれが生じた場合には鉛蓄電池の容量が少なくなってしまう。
【０００９】
このストラップと集電耳と接続耐久性を向上させるために、シートを機械加工した集電体に、特開平１１−４５６９７号の技術を適用しようとすると、従来の、シートを機械加工した集電体は、シート厚み自体が均一であるため、肉厚部を設けることができなかった。
【特許文献１】特開平１１−４５６９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、機械加工によって製造された集電体を備える鉛蓄電池においても、集電耳とストラップとの接続部信頼性を向上させた鉛蓄電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段として、請求項１では、肉厚部を有する集電耳を備えたエキスパンド、または打ち抜き格子の製造方法において、集電耳を形成する第一の厚さ部分と、前記第一の厚さ部分よりも薄い第二の厚さ部分とを備えた鉛または鉛合金シートを形成する工程と、前記第二の厚さ部分をエキスパンドまたは打ち抜き加工をして、格子前駆体シートを得る工程と、前記格子前駆体シートを切断加工する工程とを備えたことを特徴とする、肉厚部を有する集電耳を備えた鉛蓄電池用格子の製造方法である。
【００１２】
上述の方法によって、集電体とストラップとの合金組成とが同じものを製造することができる。このため、集電耳部とストラップとの局部電池による腐食がなくなる。また、上述の方法によって、集電耳部とストラップとは一体に成形されているため、集電耳部とストラップとの境界部分に「バーナー溶接法」で見られる溶接不良、「ＣＯＳ法」で見られる負のメニスカスをなくすことができる。また、前記集電体がエキスパンド加工、または打ち抜き加工されたものであるため、鋳造格子のようにバッチ処理で製造する集電体に比べ、集電体の連続生産が容易になる。上述のエキスパンド加工とは、鉛または鉛合金シートに千鳥状のスリットを刻んだ後に、前記シートを展開する、いわゆる「ロータリー式エキスパンド加工」、鉛または鉛合金シートに凸状の刃物を当て、シートを刻みながらシートを展開する、いわゆる「レシプロ式エキスパンド加工」が相当する。
【００１３】
一方、打ち抜き加工によれば、エキスパンド加工に比べて生産速度は劣るが、鋳造よりも連続生産が容易になる。また、打ち抜き加工は、エキスパンド加工に比べ、格子の形状を自由に設計することができるという利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
以上、説明したように、鉛または鉛合金シートを機械加工することによって製造した鉛蓄電池集電体の集電耳部に、前記集電体厚さよりも厚い肉厚部を備え、前記肉厚部が接続されて、前記ストラップが形成されることにより、集電耳部とストラップとの境界部分の耐食性を向上させることができる一方、鋳造格子よりも生産速度を速めることができるため、より安価な集電体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態としては、鉛または鉛合金シートを製造する際に、前記シートの一部に、ストラップの一部となり得る肉厚部を設けることである。
【００１６】
図８は、シートの製造方法を模式的に側面から示した図である。図８に示すように、通常、前記シート１０を製造する方法は、スラブ１１と称する厚さ数ｍｍから数１０ｍｍの板状連続鋳造体を、一般には複数段のローラー１２に通し、所定のシート厚みまで圧延するものである。このローラー１２による圧延は、シートの全面が均一な厚みになるようにすることが従来の方法である。なお、図８ではホイール１３とベルト１４との間に溶融鉛を流し込み、スラブ１１を鋳造する方法が示されているが、スラブ１１を鋳造する方法はこの方法に限らない。また、図８ではローラー１２を４組として描いているが、ローラー１２の組数は製造者の任意とすることができる。このローラー１２を通過する度に、スラブ１１の厚みは段階的に薄くなり、最終段のローラー１２を通過した後に所定厚のシート１０になる。
【００１７】
なお参考として、図９に図８に示したシートの製造模式側面図を上面から見た模式図を示す。
【００１８】
図１に本発明によるシート２０の製造模式上面図を示す。図１に示した図は、図９と異なり、３段目と４段目のローラー１２’が連続した１本の棒状体ではなく、その中間部が途切れた状態になる。すなわち、スラブ１１が１段目と２段目のローラー１２で段階的に薄くなり、２段目を越えた時点での厚みを集電体と一体化したストラップの厚み、すなわち第一の厚さ部分２１とする。その第一の厚さ部分２１を残したまま、シート２０の第一の厚さ部分２１以外の厚みを、４段目のロール１２’を通過したときの厚みを第二の厚さ部分２２とする。なお、図１では４段のロール１２、１２’での場合を示したが、前述の通り、ロールの段数は製造者の任意に設定することができ、ロール１２’は３段目に限定されるものではない。
【００１９】
図１のように製造されたシート２０は、図２に示すように第二の厚さ部分２２に機械加工（エキスパンド加工、あるいは打ち抜き加工）を施すことによって、格子状のマス目を備えた集電体とし、第一の厚さ部分２１を任意の形状に切断することによって、ストラップを備えた集電耳部とすることができる。例えば、図３に示すようにペーストの塗布面積やセパレータの設置位置などの設計事項や、ペースト面のプレス工程等の後工程での条件などの必要に応じて、マス目の開始位置を第二の厚さ部分２２で任意に決定できる。それにはマス目を第二の厚さ部分２２全面に形成するよう切断したり、第一の厚さ部分２１に隣接する位置よりも下部に形成するように切断したりすればよい。また、第二の厚さ部分２２に集電耳を設けることもできる。
【００２０】
この他、図１の方法に限らず、図４に示すように、ローラー１２’を、図１のように中間部が途切れた状態とせず、端部が途切れた状態にすることも可能である。この場合、シート２０の形状は図５に示すような状態となる。なお、図４においてもローラー１２、１２’の段数等は任意であり、図４での機械加工の方法も任意である。
【００２１】
図１の方法、図４の方法については、製造しようとする集電体の大きさや、形状、必要とされる生産速度等、製造者の都合により適宜選択が可能である。
【実施例】
【００２２】
本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
厚さ１．０ｍｍのＰｂ−０．０８％Ｃａ−０．５％Ｓｎ合金製シートをロータリーエキスパンド加工によって集電体とした。集電体の大きさ、形状は、本発明品Ａ、従来品Ｂともに同一とした。但し、本発明品Ａの集電耳部は厚さ３．９ｍｍの肉厚部を備えるが、従来品Ｂの集電耳部には肉厚部がない。また、ここでは正負極とも同一の集電体を用いた。
【００２４】
正負極板の厚みはともに１．０ｍｍであり、極間は１．０ｍｍ、セパレータには微多孔性のポリエチレンセパレータを用いた。本発明品Ａ、従来品Ｂとも正極４枚、負極５枚構成とし、電解液は２０℃の比重が１．２８０である希硫酸とし、電槽の所定位置まで注入した。完成した試験電池は３６Ａｈ（５ｈＲ）−１２Ｖの開放式鉛蓄電池とした。
【００２５】
本発明品Ａは集電耳部に一体化された、ストラップ部分を、足し鉛を用いずに、バーナーで相互に溶融することによってストラップとした。従来品Ｂは、集電耳部に集電体と同一組成の鉛合金製足し鉛を用いてストラップとした。
【００２６】
これらの電池を、９０℃の水槽中で、２５Ａで１分放電し、セル当り２．４７Ｖ（最大電流２５Ａ）で１０分充電するパターンの寿命試験に供した。なお、ここではストラップの耐久性を評価するため、試験中の、鉛蓄電池の放電終止電圧の推移にかかわらず、５０００サイクルの試験を実施し、５０００サイクル終了後に電池を解体して、ストラップと集電耳との接合状態を確認した。
【００２７】
いずれも１０個ずつの電池で試験をしたところ、本発明品Ａでは、正負極のいずれの極性においても、ストラップからの集電耳の外れは一切認められなかったのに対し、従来品Ｂでは、正極で７個、負極で８個の電池にストラップに集電耳の外れが認められた。
【００２８】
（実施例２）
実施例１とほぼ同様の試験電池を用いた。実施例１と実施例２の違いは、実施例２の本発明品Ｃは実施例１のバーナー溶接ではなく、ＣＯＳによってストラップを形成した。なお、比較対象の従来品ＤもＣＯＳによってストラップを形成した。
【００２９】
この電池を実施例１と同様の試験に供し、５０００サイクル後のストラップと集電耳との接合状態を確認した。
【００３０】
いずれも１０個ずつの電池で試験をしたところ、本発明品Ｃでは、正負極のいずれの極性においても、ストラップからの集電耳の外れは一切認められなかったのに対し、従来品Ｂでは、正極で４個、負極で４個の電池にストラップに集電耳の外れが認められた。
【００３１】
（実施例３）
実施例１とほほ同様の試験電池を用いた。実施例１と実施例３の違いは、実施例１の集電体がエキスパンド加工をしたものであるに対し、実施例３の集電体は打抜き加工を実施したものである。実施例３の本発明品Ｅと比較対象の従来品Ｆとはバーナー溶接によってストラップを形成した。但し、本発明品Ｅでは足し鉛を用いず、従来品Ｆでは集電体と同一組成の足し鉛を用いた。
【００３２】
この電池を実施例１と同様の試験に供し、５０００サイクル後のストラップと集電耳との接合状態を確認した。
【００３３】
いずれも１０個ずつの電池で試験をしたところ、本発明品Ｅでは、正負極のいずれの極性においても、ストラップからの集電耳の外れは一切認められなかったのに対し、従来品Ｆでは、正極で６個、負極で８個の電池にストラップに集電耳の外れが認められた。
【００３４】
（実施例４）
実施例３とほぼ同様の試験電池を用いた。実施例３と実施例４の違いは、実施例４の本発明品Ｇは実施例３のバーナー溶接ではなく、ＣＯＳによってストラップを形成した。なお、比較対象の従来品ＨもＣＯＳによってストラップを形成した。
【００３５】
この電池を実施例１と同様の試験に供し、５０００サイクル後のストラップと集電耳との接合状態を確認した。
【００３６】
いずれも１０個ずつの電池で試験をしたところ、本発明品Ｇでは、正負極のいずれの極性においても、ストラップからの集電耳の外れは一切認められなかったのに対し、従来品Ｈでは、正極で３個、負極で４個の電池にストラップに集電耳の外れが認められた。
【００３７】
上記実施例１〜４の他、集電耳部に設けた肉厚部の厚み、極板の大きさ、形状等を各種変更した鉛蓄電池で、充放電サイクル寿命試験、フロート寿命試験、過充電試験、過放電試験、放置試験等を実施したが、いずれの場合でも、本願発明を用いた鉛蓄電池は、従来の鉛蓄電池に比べ、集電耳部とストラップとの接続部耐久性が向上した結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるシートの製造方法を示した模式上面図。
【図２】図１の方法で製造されたシートの模式図
【図３】本発明による格子の製造方法を示した模式上面図。
【図４】本発明によるシートの製造方法を示した模式上面図。
【図５】図３の方法で製造されたシートの模式図
【図６】正のメニスカスができたストラップと集電耳境界部の模式図
【図７】負のメニスカスができたストラップと集電耳境界部の模式図
【図８】シートの製造方法を示した模式側面図。
【図９】従来のシートの製造方法を示した模式上面図。
【符号の説明】
【００３９】
１  ストラップ
２  集電耳
３  正のメニスカス
４  負のメニスカス
１０  鉛または鉛合金製シート
１１  スラブ
１２  圧延用ローラー
１２’  圧延用ローラー
１３  ホイール
１４  ベルト
１５  上額相当部
１６  メッシュ部
１７  廃棄部
２０  本発明によるシート
２１  本発明によるシートの第一の厚さ部分
２２  本発明によるシートの第二の厚さ部分
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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