(57)【要約】【課題】寿命性能に優れたレシプロ式エキスパンド格子を備えた蓄電池を提供する。【解決手段】複数の結節部と複数の桟とを備えた複数の格子桟段を有するレシプロ式エキスパンド格子を使用した蓄電池において、前記レシプロ式エキスパンド格子の少なくとも１つの前記格子桟段における前記桟の刻み幅が、前記結節部を介して隣接する桟で異なることを特徴とする蓄電池。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の結節部と複数の桟とを備えた複数の格子桟段を有するレシプロ式エキスパンド格子を使用した蓄電池において、
前記レシプロ式エキスパンド格子の少なくとも１つの前記格子桟段における前記桟の刻み幅が、前記結節部を介して隣接する桟で異なることを特徴とする蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から鉛蓄電池の極板として、網状のマス目を有する格子に活物質を保持させたものが用いられている。網状のマス目を有する格子を形成する代表的な方法としては、鋳造による方法とエキスパンダによる方法とがある。エキスパンダは、鉛または鉛合金シート（以下鉛シート）に機械加工を施すことによりマス目を形成する装置であり、鉛シートに多数の切り込みを入れて両側から引っ張ることにより、この切り込みを開いてマス目を形成するロータリ方式のものと、鉛シートを間欠移動させてその端部から切り込みを入れると同時に鉛シートを押し広げることにより、鉛シート端部から順次マス目を形成するレシプロ方式のものとがある。ロータリ方式のエキスパンダで形成された格子をロータリ式エキスパンド格子、レシプロ方式のエキスパンダで形成された格子をレシプロ式エキスパンド格子と称する。以下にレシプロ式エキスパンド格子について詳細に述べる。
【０００３】
上記レシプロ方式のエキスパンダは、図５に示すように、１点鎖線で示す長尺な鉛シート１を、後述する下刃金具２上において、図示矢印Ｖで示す方向に間欠的に移動させながら、多数の上刃３を取り付けた上刃取付金具４を上下動させることにより、この鉛シート１にマス目１ａ（図８参照）を形成する蓄電池用格子の製造装置である。上刃取付金具４は、端部から順に図示矢印Ｖ方向に沿って階段状となる側面４ａを有する金具であり、実際には図示よりも下方、鉛シート１のすぐ上に配置されて、高速プレスにより繰り返し上下動を行うようになっている。上刃３は、図６に斜視図を、図７（Ａ）に正面図、（Ｂ）に側面図、（Ｃ）に下面図を示すように、下端に刃３ａを形成した工具であり、上刃取付金具４の各段の側面４ａにボルト等によって１個ずつ取り付け固定される。なお、図５では、図面を簡単にするために、上刃取付金具４の側面４ａを６段のみとし、これらの側面４ａにそれぞれ上刃３を取り付けた図を示しているが、実際には、側面４ａはより多数であり、各側面４ａにそれぞれ上刃３が取り付けられる場合もある。
【０００４】
下刃金具２は、上刃取付金具４と同様に、端部から順に図示矢印Ｖ方向に沿って階段状となる側面２ａが形成された盤状の金型であり、その平坦な上面の上を鉛シート１が間欠移動する。鉛シート１は、鉛合金を所定の厚さと幅に圧延して長尺な帯状としたものであり、コイル状に巻回されたものを図示しないコイラから引き出されて、下刃金具２の上面上を間欠的に搬送される。
【０００５】
上記レシプロ方式のエキスパンダは、鉛シート１を間欠的に搬送しながら、高速プレスによって上刃取付金具４を上下動させることにより、階段状に配置された各上刃３の刃３ａの先をこの鉛シート１の両端部から中央部に向かって切り込みを入れると同時に下方に押し下げる動作を繰り返す。この動作により、鉛シート１は、上刃３の刃３ａの先によって切り込まれて下方に向かう開口部となって広がる（図８参照）。同時に、これらの開口部が鉛シート１の間欠移動に伴って順に隣接した位置に設けられることになり、図８に示すように、この鉛シート１の両側（図示上下方向）の展開部に長六角形（ダイアモンド形）の開口部であるマス目１ａが網状に多数形成される。図中１ｂは格子の桟を示し、１ｃは格子の桟１ｂの交点である結節部を示す。
【０００６】
このマス目１ａの形成工程を図９により詳しく説明する。図９（Ａ）はレシプロ式エキスパンド格子の正面図であり、（Ｂ）は模式的に示した上面図であり、未展開の鉛シート１の上下に各６段ずつの格子桟段が示される。上刃取付金具４のｎ回目の上下動により、図９のＡのハッチングで示される部分が形成される。次に鉛シート１が所定量移動した後に、上刃取付金具４がｎ＋１回目の上下動をおこなう。このｎ＋１回目の上下動によって図９のＢのハッチングで示される部分が形成される。そしてさらに鉛シート１が所定量移動した後に、上刃取付金具４がｎ＋２回目の上下動をおこなう。このｎ＋２回目の上下動によって図９のＣのハッチングで示される部分が形成される。この工程を図９のＸで示したマス目１ａに着目して説明すると、上刃取付金具４のｎ回目の上下動によって長六角形の下半分が形成され、ｎ＋１回目の上下動で長六角形の図示右上が形成され、ｎ＋２回目の上下動で長六角形の図示左上が形成されることになる。なお、実際の鉛シート１は、両側の展開部が各上刃３によって鉛シート１上面から下方に押し下げられることになるが、図８では、この上面から下方に向かって加工された展開部を折り曲げて平らにした状態を示す。
【０００７】
上述の他、レシプロ式エキスパンド格子の製造方法としては、特開平２−２７０２６６号公報にも記載される図１０に示すように、図５とは異なる形状の下刃金具１７上で、鉛シート１をローラ１５により図示白抜き矢印方向（図の左から右）に間欠的に移動させ、間欠移動の休止時に刃１８（図では４つ）を備えた上刃１６を１回上下動させてマス目１ａを形成し、さらに鉛シート１を所定量白抜き矢印方向に移動させた後の間欠移動の休止時に、上刃１６を図示双方向矢印（図の左下から右上）に所定方向移動させてから上下動させてさらにマス目１ａを形成、これを繰り返す方法もある。
【０００８】
レシプロ式エキスパンド格子の製造法は他にもあるが、刃を備えた上刃の上下動により、鉛シート１にマス目１ａを形成する方法を総称する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のレシプロ式エキスパンド格子を用いた鉛蓄電池を寿命試験に供した場合、急激な容量低下によって寿命に至ることが多い。このために寿命予測が困難であり、電池交換の時期を見極めが難しい。
【００１０】
この急激な容量低下の原因を検討した結果、鉛シートの特性に問題があることが明らかとなった。通常、鉛シートは圧延によって製造されるため、鉛シート内の結晶粒子は非常に細かい粒子となる。このような鉛シートはシート表面から層状に腐食が進行するため、レシプロ式エキスパンド格子の桟１ｂの刻み幅（レシプロ方式のエキスパンダの１回の動作によって刻まれる格子の桟１ｂの幅を指し、鉛シート１の厚みを指すのではない）を同じにするとその桟１ｂの部分の腐食速度も等しくなる。その結果、１つの結節部１ｃにつながる４本の桟１ｂがほぼ同時に破断する場合があり、この場合破断によってレシプロ式エキスパンド格子が集電体として機能しなくなって急激な容量低下を招くことになる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、レシプロ式エキスパンド格子の耐食性を向上させ、寿命性能に優れた蓄電池を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになした発明は、複数の結節部と複数の桟とを備えた複数の格子桟段を有するレシプロ式エキスパンド格子を使用した蓄電池において、前記レシプロ式エキスパンド格子の少なくとも１つの前記格子桟段における前記桟の刻み幅が、前記結節部を介して隣接する桟で異なることを特徴とする蓄電池である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明に使用した装置は図５に示すものと同じ斜視図のものであるが、この上刃取付金具４の側面４ａに取り付けられた上刃３の刃３ａの形状が、図６および図７に示した従来のものと異なる。本発明による上刃３の形状の例を図１に示す。図１（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は下面図である。本発明の特徴は、図１（Ｃ）に示したように上刃３の刃３ａが、上刃３を上刃取付金具４に取り付けたときに上刃取付金具４側に向く部分（図１（Ｃ）において下側）に段差を設けることである。この他、図２（（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は下面図）に示すような段差を設けることもできる。さらに、図１に示したものと図２に示したものとを組み合わせた形状とすることもできる。
【００１５】
このような刃３ａを備えた上刃３を使用すると、図９（Ａ）、（Ｂ）同様、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように上刃取付金具４の上下動によって鉛シート１に刻みを入れることにより、各格子桟段における桟１ｂの刻み幅が、結節部１ｃを介して隣接する桟１ｂで異なるようにすることができる。このように、同一の格子桟段で結節部１ｃを介して隣接する桟１ｂの刻み幅を変えることができるため、１つの結節部１ｃより伸びる４本の棧１ｂの少なくとも１本を、他の棧１ｂよりも太くすることができる。前述の通り、鉛シートはシート表面から層状に腐食が進行するため、本発明のように１つの結節部１ｃより伸びる４本の棧１ｂの少なくとも１本を、他の棧１ｂよりも太くすることによって、結節部１ｃより伸びる４本の棧１ｂが同時に破断することが防止できる。このため、レシプロ式エキスパンド格子の集電耳の存在する上部から、その反対側の下部に至るまでの導電性を長期にわたって保つことが可能になる。なお、本発明はすべての格子桟段において施すことが好ましいが、すべての格子桟段ではなく、特に腐食による破断が生じやすい部分、あるいは、破断によって致命的な影響が出るレシプロ式エキスパンド格子の上部に施しておくだけでも相当の効果が得られる。
【００１６】
また、本発明によるレシプロ式エキスパンド格子を正極集電体に使用した鉛蓄電池を、６０℃の水槽中において蓄電池公称容量の０．１ＣＡで連続過充電試験をおこない、１ヶ月毎に０．１ＣＡ放電の容量試験を実施し、その容量推移を調査した。試験結果を図４に示す。従来例（図４△印）では５ヶ月目をすぎた時点で急激に容量が低下しているのに対し、本発明の格子を用いた電池（図４○印）では急激な容量低下は認められなかった。正極集電体の厚みが従来と同じ場合、すなわち従来例がすべて同じ棧１ｂの刻み幅であったのに対し、本発明のように棧１ｂの刻み幅の細いものと太いものとを組み合わせた場合には、細い桟１ｂの方が早期に破断し、寿命試験の初期において従来の蓄電池よりも容量が若干低くなる場合があるが、太い方の桟１ｂが従来の正極集電体よりも太いため蓄電池の寿命は従来のものよりも長くなる。
【００１７】
なお、図１（Ａ）、図２（Ａ）においては、上刃３の刃３ａ先端の形状が台形状となっているが、その形状は台形に限定されるものではなく、半円状や多角形状など別の形状でもよい。また、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）においては、上刃３の刃３ａ先端の傾斜は直線的に示されているが、曲面状であってもよいし、複数の直線や曲線を組み合わせた形でもよい。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。上記のレシプロ方式のエキスパンダでレシプロ式エキスパンド格子を作製した。金属シートはＰｂ−０．０６ｗｔ％Ｃａ−１．８ｗｔ％Ｓｎからなる厚さ２．０ｍｍの圧延シートを使用した。従来例では刻み幅を２．０ｍｍとし、本発明例では細い桟の刻み幅を１．８ｍｍ、太い桟の刻み幅を２．２ｍｍとした。なお、寿命は、初期容量を１００の指数で表記した時に、容量が５０となったときと判断した。
【００１９】
これらの格子を用いて電池を作製し、６０℃の水槽中で定格容量に対する０．１ＣＡ過充電試験を実施し、１ヶ月ごとに０．１ＣＡ放電容量を測定した。その結果を図４に示す。なお、試験結果は初期容量を１００としたときの値で記した。格子桟段における桟の刻み幅が、結節部を介して隣接する桟で異なるようにすることにより寿命特性が向上した。
【００２０】
次に、格子桟段における結節部を介して隣接する桟の桟の刻み幅について検討した。検討内容は表１に示すとおりであり、基準の刻み幅を２．０ｍｍ（電池番号１）とし、太い方の棧と細い方の棧との刻み幅を基準の刻み幅の５％（０．１ｍｍ）ずつ変化させたとき（太い方と細い方の刻み幅の和が基準の刻み幅の２倍となるようにする）の寿命性能について示した。なお、寿命試験条件は前述と同じ条件である。刻み幅の差は太い方の棧と細い方の棧とで基準の刻み幅の１０％以上あれば（電池番号２）寿命性能の向上に効果があったが、太い方の棧と細い方の棧との刻み幅の差が基準の刻み幅の５０％以上（電池番号１１）になると寿命性能が低下した。これは、細い方の棧が早期に腐食することによって太い方の棧に流れる電流の密度が高くなり、太い方の棧の腐食速度を早くしたためであった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上述の他、基準の刻み幅についても０．５ｍｍから３．０ｍｍまでの各種について検討したがいずれの場合も表１に示した結果と同様であった。
【００２３】
なお、本実施例では鉛シートを用いて説明したが、本発明は蓄電池用格子に使用できる金属であれば鉛に限定されるものではない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、レシプロ式エキスパンド格子の耐食性を向上させ、寿命性能に優れたレシプロ式エキスパンド格子を備えた蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による上刃
【図２】実施例による上刃
【図３】本発明によるレシプロ式エキスパンド格子の形成過程
【図４】寿命試験結果
【図５】レシプロ方式のエキスパンダ
【図６】従来の上刃（斜視図）
【図７】従来の上刃（三面図）
【図８】レシプロ式エキスパンド格子
【図９】従来例によるレシプロ式エキスパンド格子の形成過程
【図１０】レシプロ方式のエキスパンダ
【符号の説明】
１　　鉛シート
１ａ　マス目
１ｂ　棧
１ｃ　結節部
２　　下刃金具
２ａ　下刃金具の側面
３　　上刃
３ａ　刃
４　　上刃取付金具
４ａ　上刃取付金具の側面
１５　ローラ
１６　上刃
１７　下刃金具
１８　刃
【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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【図１０】
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