(57)【要約】　　　（修正有）【課題】制御弁式鉛蓄電池を長期間トリクル充電した場合に発生していた正極棚と極柱部品の接続部の腐食およびこれによる亀裂といった現象を抑制し、長寿命で安全性に優れた制御弁式鉛蓄電池を提供する。【解決手段】矩形状の正極板と負極板とをリテーナを介して配置してなる極板群に電解液を含浸保持した制御弁式鉛蓄電池において、正極板の集電耳１２を集合溶接した棚部１４とこの棚部に溶接された極柱あるいは接続体等の電気的接続のための接続部材１３を備え、この接続部材と棚部との境界部の断面積（Ｓ１）の集電耳の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率（Ｓ１／Ｓ２）をＡとし、正極板の集電耳を設けた辺の長さをｄ、この辺に概直交する他の辺の長さをｈとし、これら２辺の比率（ｈ／ｄ）をＢとした場合、ＢがＢ≧１において、ＡをＡ≧１とし、Ｂが０．８≦Ｂ＜１において、Ａ≧２．５Ｂ−１．５とし、ＢがＢ＜０．８において、Ａ≧０．６２５Ｂとする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の正極板と負極板とをリテーナを介して配置してなる極板群に電解液を含浸保持した制御弁式鉛蓄電池であって、
前記正極板の集電耳を集合溶接した棚部とこの棚部に溶接された極柱あるいは接続体等の電気的接続のための接続部材を備え、
前記接続部材と前記棚部との境界部の断面積（Ｓ１）の前記集電耳の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率（Ｓ１／Ｓ２）をＡとし、
前記正極板の前記集電耳を設けた辺の長さをｄ、前記辺に概直交する他の辺の長さをｈとし、これら２辺の比率（ｈ／ｄ）をＢとした場合に、
前記ＢがＢ≧１において、前記ＡをＡ≧１とし、
前記Ｂが０．８≦Ｂ＜１において、前記ＡをＡ≧２．５Ｂ−１．５とし、
前記ＢがＢ＜０．８において、前記ＡをＡ≧０．６２５Ｂとしたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。
【請求項２】
前記正極板は鉛合金シートを展開伸長したエキスパンド格子体を備えるとともに、前記エキスパンド格子体の展開方向と前記集電耳部の突出方向が同一としたことを特徴とする請求項１記載の制御弁式鉛蓄電池。
【請求項３】
前記接続部材と前記棚部とは互いに異なる組成の鉛もしくは鉛合金で構成されることを特徴とした請求項１および２に記載の制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバックアップ電源等に用いられる制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
制御弁式鉛蓄電池は数Ａｈ〜数千Ａｈの広い容量範囲に適用できる。また、比較的安価であることから、コンピュータ用の無停電電源からビル用非常用電源といったバックアップ用電源に広く用いられている。
【０００３】
このようなバックアップ用電源において、制御弁式鉛蓄電池はバックアップ放電に備えて、商用電源が正常に供給される間は常に充電される。このような充電はトリクル充電と呼ばれ、電池の自己放電分を補うためになされる。トリクル充電として過充電による電池の性能低下を抑制するために、電池の充電電圧を所定値を越えないよう、定電圧充電が一般に行われている。
【０００４】
一方、このようなバックアップ用に用いる制御弁式鉛蓄電池は数年〜十数年といった寿命が要求され、このような長期にわたる使用期間中での安全性が要求される。特に長期にわたって、トリクル充電が行われることによって、正極部材は酸化による腐食を受け続ける。正極部材が腐食を受けることによって、格子骨や集電耳の断面積が減少したり、格子が変形して負極部材と短絡する可能性がある。
【０００５】
特に集電耳や骨の断面積が減少することによって、バックアップ放電時や保守点検中に電池を誤って短絡させた場合に、これらの集電耳や骨を溶断させる場合がある。このような集電耳や骨の溶断を抑制に関して、電池の理論容量や活物質量あたりの集電耳断面積や骨断面積を所定範囲内とすることが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００６】
これらの特許文献によれば、初期状態の電池における耳部や骨部の溶断を抑制することができる。しかしながら、数年から数十年といった長期にわたる使用期間において耳部や骨部の溶断を抑制できるかどうかについては記載はない。そこで本発明の発明者らは長期の使用期間を経た場合の耳部や骨部の信頼性について検討を行った。
【０００７】
その結果、前記の各特許文献に示された構成によって、耳部や骨部の信頼性は確保されるものの、正極棚部と極柱部品との間で腐食が進行し、この部分が溶断する可能性があることが判ってきた。特に６０℃といった高温雰囲気下でトリクル充電を行った場合、正極格子体が変形し、正極棚部と極柱部品との接続部に応力が集中する。その結果、応力の集中した接続部に優先的に腐食が進行した結果、この部分に亀裂が生じたり、断線して電池が容量低下するという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６４−１９６７４号公報（第３頁左下欄第３〜第８行目）
【特許文献２】
特開平２−２８１５５８号公報（第３頁左上欄第１５〜２０行目、同左下欄第１〜第４行目）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は制御弁式鉛蓄電池を長期間トリクル充電しても、前記したような正極棚と極柱部品の接続部の腐食およびこれによる亀裂といった現象を抑制し、長寿命で安全性に優れた制御弁式鉛蓄電池を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、矩形状の正極板と負極板とをリテーナを介して配置してなる極板群に電解液を含浸保持し、正極板の集電耳を集合溶接した棚部とこの棚部に溶接された極柱あるいは接続体等の電気的接続のための接続部材を備えた制御弁式鉛蓄電池に関し、接続部材と棚部との境界部の断面積（Ｓ１）の集電耳の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率（Ｓ１／Ｓ２）をＡとし、正極板の集電耳を設けた辺の長さをｄ、この辺に概直交するもう一方の辺の長さをｈとし、これら２辺の比率（ｈ／ｄ）をＢとした場合に、この比率Ｂに応じて比率Ａを以下の範囲内に規定するものである。
【００１１】
すなわち、
▲１▼Ｂ≧１の場合には、Ａ≧１とする。
【００１２】
▲２▼０．８≦Ｂ＜１の場合、Ａ≧２．５Ｂ−１．５とする。
【００１３】
▲３▼Ｂ＜０．８の場合、Ａ≧０．６２５Ｂとする。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の制御弁式鉛蓄電池において、正極板は鉛合金シートを展開伸長したエキスパンド格子体を備えるとともに、エキスパンド格子体の展開方向と集電耳部の突出方向が同一としたことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２の制御弁式鉛蓄電池において、正極の接続部材と棚とがそれぞれ異なる組成の鉛もしくは鉛合金で構成されるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池（以下、電池）を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１に示したように、本発明の電池に用いる極板群１は矩形状の正極板２と負極板３とがリテーナ４を介して配置されている。リテーナ４としては従来と同様、ガラス繊維マット等の耐酸性を有した繊維の不織布を用いることができる。正極板２には図２に示したように格子体１０に活物質１１が充填されており、その一辺に集電用の耳部１２が形成されている。負極板も正極板と同様の構造を有している。
【００１８】
これら所定枚数の正極板２と負極板３とを組み合わせ、同極性の耳部、すなわち正極においては耳部１２と極柱部品、接続体等、電気的接続のための接続部材１３を一体にするための棚部１４を形成する。具体的な製造方法の一例としては従来からバーニング溶接と呼ばれているように、集電耳部を櫛歯上の鋳型に配置し、この耳部１２に近接した位置に配置する。その後、耳部１２周囲と耳部１２と接続部材１３間の空間に溶融鉛を供給し、この溶融鉛を凝固させて棚部１４を形成することができる。
【００１９】
本発明においてはこの接続部材１３と棚部１４との境界部の断面積（Ｓ１）と耳部１２の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率（Ｓ１／Ｓ２）を正極板２の縦横寸法比と関連づけて規定するものである。すなわち、前記した比率（Ｓ１／Ｓ２）をＡ、正極板２の耳部１２を設けた辺２ａの長さをｄ、この辺２ａに概直交するもう一方の辺２ｂの長さをｈとし、これら２辺の比率（ｈ／ｄ）をＢとした場合に、Ａを正極板２寸法の縦横比Ｂに応じて規定する。
【００２０】
すなわち、
▲１▼Ｂ≧１の場合、Ａ≧１とする。
【００２１】
▲２▼０．８≦Ｂ＜１の場合、Ａ≧２．５Ｂ−１．５とする。
【００２２】
▲３▼Ｂ＜０．８の場合、Ａ≧０．６２５Ｂとする。
【００２３】
正極板２が酸化を受けて膨張し、寸法増加した場合、棚部１４は耳部１２によって図１のＸ方向に押され、接続部材１３と棚部１４がその境界部で屈曲させる方向に応力が集中し、腐食が進行しやすくなる。本発明においてはこの境界部の断面積（Ｓ１）と耳部１２の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率（Ｓ１／Ｓ２）を限定することによって境界部の応力集中とこれによる腐食の進行を抑制するものである。
【００２４】
また、耳部１２により棚部１４へ加わる応力は正極板２の形状によって大きく変化する。極板面積が同一であっても、その縦横寸法比によって、腐食による寸法変化は異なるためである。例えば縦長極板の場合には縦方向への伸びが横方向に優先して行われる。このような極板において耳部が縦方向に突出するよう配置した場合には耳部が横方向に突出するよう配置した場合に比較して同一腐食条件でも棚部１４へ加わる応力は増大する。したがって、正極板の寸法比率（ｈ／ｄ）に応じて比率（Ｓ１／Ｓ２）を決定することが必要である。
【００２５】
さらに、本発明においては正極板２に用いる格子体として図４に示したような鋳造格子体１７に加えて、図３に示したような特にエキスパンド加工時の展開方向が耳部１２の突出方向と同一としたエキスパンド格子体１５にも適している。このようなエキスパンド格子体１５は腐食によって、展開方向、すなわち耳部１２の突出方向に優先的に伸びる。したがって、棚部１４と接続部に係る応力は高くなるからである。本発明においてはこのように耳部１２の突出方向に優先的に伸びる格子体を用いても接続部材１３と棚部１４の接合部での応力集中とこれによる腐食を抑制することができる。また、棚部１４と接続部材とが互いに異なる組成を有する鉛合金を用いる場合にも本発明の構成を適用することができる。
【００２６】
【実施例】
図１に示した極板群において、正極板の寸法比率（ｈ／ｄ）と接続部材１３と棚部１４との境界部の断面積（Ｓ１）と耳部１２の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率（Ｓ１／Ｓ２）を変化させて２Ｖ６５Ａｈの制御弁式鉛蓄電池（以下、電池を作成した。ここで正極板に用いる格子体として図４に示した鋳造格子体１７とそれぞれ図３および図５に示したエキスパンド格子体１５およびエキスパンド格子体１６を用いた。図３に示したエキスパンド格子体１５は前記したように耳部１２の突出方向とエキスパンド加工時の展開方向とが同一としたものである。一方、図５に示したエキスパンド格子体１６は耳部１２の突出方向とエキスパンド加工時の展開方向とが互いに直交するよう構成した。
【００２７】
なお、これらの格子体はいずれもＰｂ−０．０７質量％Ｃａ−１．６質量％Ｓｎ合金を用いた。また、正極の棚部１４にＰｂ−０．８質量％Ｓｎ、接続部材にＰｂ−２．０質量％Ｓｎ合金をそれぞれ用いた。
【００２８】
これらの各電池について正極の棚−接続部材の耐久試験を行った。耐久試験として６０℃雰囲気下で充電電圧２．２７５Ｖでトリクル充電を４２０日間行い、その後、各電池を分解して正極の接続部材と棚部との接合部の状態を確認した。接合部に亀裂が生じている場合にはこの亀裂によって接合部の断面積がどの程度減少しているかを評価した。その結果を図６〜図７に示した。
【００２９】
図６は正極格子体として図３に示した展開方向と耳部の突出方向とが同一としたエキスパンド格子体１５を用いた電池の耐久試験結果である。正極の棚と接続部材との間に亀裂がないものは記号○、亀裂によって棚と接続部材とが破断したものは記号×、亀裂が発生しているものの、棚と接続部材との間の接合が維持されているものについては記号●とし、この記号●に添えて残存している棚−接続部材の断面積の比率を百分率で示している。例えば亀裂によって棚−接続部材の断面積が当初の１／２となった場合には５０％と示した。
【００３０】
図６に示した結果から、正極板２の耳部１２を設けた辺２ａの長さをｄ、この辺２ａに概直交するもう一方の辺２ｂの長さをｈとし、これら２辺の比率Ｂ（＝ｈ／ｄ）が１以上の場合、耳部１２の断面積の総和（Ｓ２）に対する比率Ａ（＝Ｓ１／Ｓ２）を１以上とすることにより、棚−接続部材間の亀裂を抑制することができることがわかる。この亀裂を抑制するためにはＢの値によってＡを限定することが必要であり、Ｂが０．８≦Ｂ＜１の場合、ＡとＢとの関係がＡ≧２．５Ｂ−１．５を満たす範囲内でＡを限定する。さらにＢがＢ＜０．８の場合、ＡとＢとの関係がＡ≧０．６２５Ｂを満たす範囲内でＢを限定する。このようにＢに応じてＡを限定することにより、トリクル充電によって従来発生する可能性のあった、正極の接続部材と棚との接合への応力集中による腐食と、これによる亀裂の発生を顕著に抑制することができる。
【００３１】
図７は正極格子体として図４に示した鋳造格子体１７を用いた電池の耐久試験結果である。結果は図６と同じ様式で示した。正極格子体として鋳造格子体１７を用いた場合もエキスパンド格子体１５を用いた電池と同様の結果が得られた。しかしながら、亀裂の発生する領域において、その亀裂の程度はエキスパンド格子体１５を用いたものに比較して緩和されていた。鋳造格子体１７は上下方向（耳部の突出方向）に伸びるとともに、横方向にも伸びていたことから、展開方向に優先して伸びるエキスパンド格子体に比較して耳部突出方向の伸びが緩和したためと推測できる。
【００３２】
さらに正極格子体として図５に示した比較例のエキスパンド格子体１６を用いた電池の耐久試験結果を行ったが棚部−接続部材間の亀裂は発生していなかった。耐久試験後のこれらの電池では鋳造格子体１７やエキスパンド格子体１５を用いた電池と異なり、極板の横方向への伸びが極板の上下方向の伸びに優先して発生していた。そのため、棚部−接続部材間では腐食および亀裂に至る応力集中がなかったものと推測できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明の構成によれば制御弁式鉛蓄電池を長期間トリクル充電しても、前記したような正極棚と極柱部品の接続部の腐食およびこれによる亀裂といった現象を抑制し、長寿命で安全性に優れた制御弁式鉛蓄電池を提供できることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の極板群を示す図
【図２】本発明の電池の正極板を示す図
【図３】本発明の電池に用いるエキスパンド格子体を示す図
【図４】本発明の電池に用いる鋳造格子体を示す図
【図５】比較例によるエキスパンド格子体を示す図
【図６】本発明例と比較例の電池の正極の棚−接続部材の耐久試験結果を示す図
【図７】本発明例と比較例の電池の正極の棚−接続部材の耐久試験結果を示す図
【符号の説明】
１　　極板群
２　　正極板
２ａ　辺
２ｂ　辺
３　　負極板
４　　リテーナ
１０　　格子体
１１　　活物質
１２　　耳部
１３　　接続部材
１４　　棚部
１５　　エキスパンド格子体
１６　　エキスパンド格子体
１７　　鋳造格子体
【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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